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KR101945652B1 - 내연 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 부품 - Google Patents

내연 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 부품 Download PDF

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KR101945652B1
KR101945652B1 KR1020177020441A KR20177020441A KR101945652B1 KR 101945652 B1 KR101945652 B1 KR 101945652B1 KR 1020177020441 A KR1020177020441 A KR 1020177020441A KR 20177020441 A KR20177020441 A KR 20177020441A KR 101945652 B1 KR101945652 B1 KR 101945652B1
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exhaust gas
honeycomb body
gas flow
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gas purifying
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토마스 나겔
프랑크 보느
Original Assignee
콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Publication date
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Abstract

배기 가스 정화 부품(1)은, 유입 포트(3)와 유출 포트(4)를 갖는 하우징(2), 상기 하우징(2) 내에 배열되고 쉘(7)을 구비하는 제1 벌집 몸체(5), 및 공급 장치(9)를 포함하고, 상기 쉘(7)은 배기 가스가 흐를 수 있는 외부 표면(8)을 구비하고, 상기 공급 장치(9)는 배기 가스 정화 첨가제를 상기 쉘(7)의 상기 외부 표면(8) 상으로 공급할 수 있다.

Description

내연 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 부품
본 발명은, 액체 배기 가스 정화 첨가제를 배기 가스 처리 장치에 공급하는데 사용되는, 내연 엔진의 배기 가스를 정화하는 배기 가스 정화 부품에 관한 것이다. 특히, 상기 배기 가스 정화 부품은 배기 가스 처리 장치의 배기 라인에 삽입될 수 있거나 또는 배기 라인의 단편(segment)을 형성하는 배기 가스 처리 장치의 배기 라인의 단편이다.
예를 들어, 연료 또는 환원제는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction: SCR) 방법을 수행하기 위한 배기 가스 정화 첨가제로서 배기 가스 처리 장치에 공급된다. 이 SCR 방법에서는 배기 가스 중의 질소 산화물 성분이 환원제의 도움으로 무해한 물질로 환원된다. 환원제는 일반적으로 배기 가스에서 암모니아로 전환될 수 있는 우레아 수용액(aqueous urea solution)이다. 배기 가스 중의 질소 산화물 화합물은 암모니아와 반응하여 무해한 물질(특히 CO2, H2O 및 N2)을 형성한다. 32.5% 우레아 수용액은 AdBlue(등록상표)라는 상표명으로 액체 배기 가스 정화 첨가제로서 얻어질 수 있다.
액체 배기 가스 정화 첨가제를 내연 엔진의 배기 가스에 공급할 때, 하나의 문제는, 특히, 액체 배기 가스 정화 첨가제가 배기 가스 처리 장치 내의 배기 가스에 작용하기 위하여 증발되어야 한다는 것이다. 하나의 알려진 실시 형태는 액체 배기 가스 정화 첨가제의 증발을 개선하기 위해 미세하게 분무(atomized)되는 형태로 액체 첨가제를 첨가하는 것이다. 또 다른 알려진 실시 형태는 배기 가스 처리 장치 내에 고온 충돌 구조물(impact structure)을 제공하고 배기 가스 정화 첨가제를 고온 충돌 구조물에 충돌시켜 거기에서 증발하도록 하는 것이다. 그러나, 액체 배기 가스 정화 첨가제가 신뢰성 있게 증발되는 것을 보장하기 위해 내연 엔진이 시동된 후 초기 단계에 이미 충분히 높은 온도를 갖는 대응하는 충돌 표면의 배기 가스 처리 장치를 제공하는 것이 문제이다. 이것은 특히 액체 배기 가스 정화 첨가제로서 우레아 수용액에 적용된다.
EP 2865 858 A1은 배기 가스를 처리하는 장치 및 방법을 개시한다. 여기서, 촉매 변환기는 배기 라인에 배열된다. 물질을 배기 라인에 주입할 수 있는 인젝터가 더 제공된다. 또한, 장치는 촉매 컨버터 부분을 우회하는 바이패스 라인(bypass line)을 구비한다. 예를 들어, 이 바이패스 라인 내에 물질의 주입이 일어날 수 있다.
EP 1 857 648 A1은 내연 엔진으로부터 방출되는 방출물의 제어를 개선하기 위한 장치 및 방법을 도시한다. 이 장치는 질소 산화물 저장 유닛과 연료 처리기를 가지고 있다. 여기서, 연료 처리기는 질소 산화물 저장 유닛의 상류에 배열된다. 연료 처리기에서, 연료는 환원 효과로 가스로 변환될 수 있으며, 가스는 질소 산화물 저장 유닛 내로 공급되고, 거기서 질소 산화물 저장 유닛 내 흡착기를 재생시킨다.
US 2010/0 263 352 A1은 촉매 조립체를 갖는 배기 시스템을 개시한다. 여기서, 제1 촉매는 메탄 산화 촉매이고, 제2 촉매는 선택적 촉매이다. 제1 촉매는 제2 촉매의 상류에 배열된다.
US 6 444 177 B1은 연소에 의해 생성된 배기 가스를 촉매적으로 정화하기 위한 공정 및 장치를 나타낸다. 정화될 배기 가스는 변환 및 혼합 라인으로 도입되고, 여기서 배기 가스는 이 라인을 통해 흐른다. 또한, 환원제가 배기 가스에 주입된다. 배기 가스는, 변환 및 혼합 라인에 평행하게 또는 이 라인 주위에 동축으로 배열된 환원 라인으로 편향된다. 이 환원 라인에서, 배기 가스 흐름은 변환 및 혼합 라인과는 반대 방향으로 흐른다.
배기 가스 처리 장치에서 액체 배기 가스 정화 첨가제의 증발을 개선하기 위한 알려진 방법은 예를 들어 배기 가스 처리 장치 내에 가열 시스템을 더 포함하고, 이 가열 시스템에 의해 앞서 설명된 배기 가스 또는 충돌 구조물이 선택적으로 가열될 수 있다. 가열 시스템은, 특히, 배기 가스만의 온도에 의해 적절히 증발되는 것이 아직 가능하지 않은 경우, 내연 엔진의 냉 시동 단계(cold starting phase) 동안 배기 가스 정화 첨가제를 적절히 증발시키는데 유리하다.
특히, 액체 배기 가스 정화 첨가제를 첨가하는 것에 따른 하나의 문제점은, 우레아 수용액이 배기 가스 정화 첨가제로 사용되는 경우, 우레아 수용액이 충분히 증발하지 않는 경우 특히 고형 우레아 침전물 형태로 형성될 수 있는 침전물이 형성된다는 것이다.
이에 기초하여, 본 명세서에서 고려되는 본 발명의 목적은 설명된 기술적 문제를 해결하거나 적어도 완화시키는 것이다. 특히, 의도는 액체 배기 가스 정화 첨가제를 배기 가스 처리 장치에 공급할 수 있는 특히 유리한 배기 가스 정화 부품을 제공하는 것이며, 여기서 상기 배기 가스 처리 장치에서 상기 액체 배기 가스 정화 첨가제의 적절한 증발이 일어난다. 적절한 증발은, 본 발명에 의해, 특히 또한 내연 엔진의 냉 시동 상태 하에서 및 가열 에너지를 가능한 최소로 사용하여 달성된다.
이러한 문제는 청구항 1의 특징에 따른 배기 가스 정화 부품에 의해 해결된다. 본 발명의 추가적인 유리한 실시예는 독립적으로 청구된 특허 청구항에 제시된다. 특허 청구항에서 개별적으로 제시된 특징은 임의의 요구되는 기술적으로 실현가능한 방식으로 결합될 수 있으며, 상세한 설명에 있는 설명 사항에 의해 보충되어 본 발명의 추가적인 변형 실시예가 제시될 수 있다.
본 발명은, 배기 가스 정화 부품으로서, 유입 포트와 유출 포트를 갖는 하우징, 상기 하우징 내에 배열되고 쉘(shell)을 갖는 제1 벌집 몸체(honeycomb body), 및 공급 장치를 포함하고, 상기 쉘은 상기 하우징 내에서 배기 가스가 흐를 수 있는 외부 표면을 구비하고, 상기 공급 장치는 배기 가스 정화 첨가제를 상기 쉘의 상기 외부 표면 상으로 공급할 수 있는, 상기 배기 가스 정화 부품에 관한 것이다.
특히, 상기 배기 가스 정화 부품은 배기 라인의 임의의 요구되는 단편이고, 상기 하우징은 상기 배기 라인의 벽을 형성한다. 상기 배기 가스 정화 부품은 상기 유입 포트 또는 상기 유출 포트를 통해 배기 라인의 추가적인 단편에 연결될 수 있고, 이러한 방식으로 배기 가스 처리 장치에 통합될 수 있다. 여기서, 배기 가스 흐름 방향은 상기 하우징의 상기 유입 포트로부터 상기 하우징의 상기 유출 포트로 가는 상기 배기 가스의 흐름 방향으로 항상 정의된다.
특히, 상기 하우징 내에 배열된 상기 벌집 몸체는, 예를 들어, 금속 막으로 제조될 수 있는 금속 벌집 몸체이며, 특히 물결 모양의 매끄러운 금속 막이 상기 벌집 몸체에 벌집 덕트 구조물을 형성하기 위해 서로 상하로 교대로 적층될 수 있다. 그러나, 또한 상기 벌집 몸체는 예를 들어 압출에 의해 제조될 수 있는 세라믹 벌집 몸체일 수도 있다. 특히, 상기 쉘은 원주 표면의 방식으로 상기 벌집 몸체를 둘러싸는 에워싸는 벽에 의해 형성된다. 상기 벌집 몸체는 바람직하게는, 배기 가스가 상기 벌집 몸체 안으로 흐를 수 있는 유입 영역, 및 배기 가스가 상기 벌집 몸체로부터 다시 나올 수 있는 유출 영역을 갖는다. 상기 쉘은 상기 유입 영역과 상기 유출 영역 사이에 연장되고 상기 벌집 몸체의 경계를 형성한다. 금속 벌집 몸체의 경우, 상기 쉘은 상기 벌집 몸체의 상기 벌집 구조물을 형성하는 상기 금속 막보다 더 큰 벽 두께를 갖는 금속 튜브 형태인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 금속 막은 20㎛[마이크로미터] 내지 100㎛의 두께를 갖는 반면, 상기 벌집 몸체의 쉘은 500㎛ 내지 2㎜[밀리미터]의 두께를 갖는다. 따라서 상기 쉘은 또한 상기 벌집 몸체에 기계적 안정성을 부여한다. 이러한 종류의 금속 쉘은 또한 세라믹 벌집 몸체의 경우에도 제공될 수 있다. 그러나, 금속 벌집 몸체의 경우, 일반적으로 상기 벌집 몸체의 벌집 구조물로부터 상기 쉘 및 상기 쉘의 외부 표면 쪽으로 열 전달이 통상 더 좋기 있기 때문에 상기 배기 가스 정화 부품에는 금속 벌집 몸체가 선호된다. 이러한 열 전달은, 상기 외부 표면에 충돌하는 배기 가스 정화 첨가제가 상기 외부 표면 상에서 효과적으로 증발하는 것을 보장하기 위해 상기 배기 가스 정화 부품의 경우에 요구된다.
특히, 상기 공급 장치는 액체 배기 가스 정화 첨가제를 분무 형태로 상기 배기 가스 정화 부품의 하우징 내로 공급할 수 있는 노즐을 갖는 인젝터이다. 상기 공급 장치의 인젝터 또는 노즐은 바람직하게는 하나의 지점에서 상기 배기 가스 정화 부품의 하우징을 통과하여, 상기 공급 장치의 단편이 상기 하우징의 외부에서 접근가능하도록 하고, 이에 따라 상기 공급 장치가 상기 액체 배기 가스 정화 첨가제를 공급할 수 있는 라인을 상기 공급 장치에 연결할 수 있는 것을 보장한다. 상기 공급 장치 또는 상기 공급 장치의 노즐은 상기 액체 배기 가스 정화 첨가제를 상기 배기 가스 처리 장치에 스프레이하는 스프레이 콘(spray cone)을 생성하는 것이 바람직하다. 상기 공급 장치는 바람직하게는 상기 스프레이 콘이 상기 쉘의 상기 외부 표면에 충돌하는 방식으로 정렬된다.
상기 벌집 몸체의 상기 쉘의 상기 외부 표면은 일반적으로 배기 가스가 상기 벌집 몸체를 통해 흐른다는 사실에 의해 가열된다. 상기 벌집 몸체는, 예를 들어, 상기 내연 엔진의 배기 가스 내의 배기 가스 성분을 산화시키는 촉매 기재(특히, 산화 촉매)일 수 있다. 이것은 고온의 배기 가스가 상기 벌집 몸체를 통해 흐를 때 상기 벌집 몸체에서 온도 상승을 일으킨다. 따라서, 상기 벌집 몸체는 상기 쉘 표면과 상기 외부 표면을 가열한다. 또한, 상기 쉘 표면과 상기 외부 표면이 상기 공급 장치의 구역에서 상기 배기 가스 정화 부품의 하우징 내에 완전히 배열되고 상기 하우징의 외부 벽과 직접 접촉하지 않기 때문에 상기 쉘 표면은 일반적으로 특히 고온이다. 따라서, 상기 하우징과 상기 쉘 표면 사이의 갭(gap)은 상기 쉘 표면이 냉각되는 것을 방지하는 일종의 단열재로서 작용한다. 이러한 이유로, 상기 하우징 내에서 흐름이 발생할 수 있는 상기 외부 표면에 의해 상기 배기 가스 정화 부품에서 액체 배기 가스 정화 첨가제가 특히 안전하고 신뢰성 있게 증발할 수 있다. 특히, 상기 배기 가스 정화 부품은 액체 배기 가스 정화 첨가제로서 우레아 수용액을 공급하는데 적합하다.
상기 배기 가스 정화 부품은, 상기 쉘의 외부 표면과 상기 하우징 사이에는 적어도 하나의 바이패스 덕트가 형성되고, 상기 바이패스 덕트를 통해 상기 유입 포트로부터 상기 유출 포트로 흐르는 배기 가스 흐름의 부분 배기 가스 흐름은 상기 제1 벌집 몸체를 우회할 수 있고, 상기 공급 장치는 상기 배기 가스 정화 첨가제가 상기 바이패스 덕트 내로 공급될 수 있도록 상기 바이패스 덕트 상에 배열된다.
이러한 변형 실시예에서, 상기 제1 벌집 몸체는 상기 하우징의 단면적을 완전히 채우지 않는 방식으로 구현된다. 따라서, 상기 제1 벌집 몸체와 상기 하우징 사이의 갭은 여기에 설명된 상기 바이패스 덕트를 형성한다. 따라서, 상기 유입 포트에서 상기 하우징으로 진입하는 상기 배기 가스 흐름은 주 배기 가스 흐름과 부분 배기 가스 흐름으로 분할되고, 상기 주 배기 가스 흐름은 상기 제1 벌집 몸체를 통해 흐르는 반면, 상기 부분 배기 가스 흐름은 설명된 상기 바이패스를 통해 흐른다. 이 과정 동안, 설명된 상기 부분 배기 가스 흐름은 상기 쉘의 외부 표면 위로 흐른다. 따라서, 상기 공급 장치에 의해 상기 배기 가스 처리 부품 내로 공급되는 상기 액체 배기 가스 정화 첨가제는 초기에는 상기 부분 배기 가스 흐름과만 접촉하게 된다. 상기 부분 배기 가스 흐름과 상기 주 배기 가스 흐름은 (배기 가스 흐름 방향으로 제1 벌집 몸체의 후방에서) 다시 결합된다. 상기 배기 가스 흐름을, 주 배기 가스 흐름과, 상기 액체 배기 가스 정화 첨가제가 공급되는 부분 배기 가스 흐름으로 분할함으로써, 상기 배기 가스 정화 첨가제를 상기 부분 배기 가스 흐름으로 공급하는 것을 특히 유리한 방식으로 발생할 수 있는 특정 방식으로 상기 부분 배기 가스 흐름에 영향을 줄 수 있다.
또한, 상기 배기 가스 정화 부품은, 상기 바이패스 덕트를 통해 흐르는 상기 부분 배기 가스 흐름이 흐르는 제2 벌집 몸체가 상기 바이패스 덕트 내에 배열되는 경우에 유리하다.
상기 제2 벌집 몸체는 배기 가스 흐름 방향으로 상기 공급 장치의 전방에 배열되는 것이 바람직하다. 상기 바이패스 덕트를 형성하는 갭은 바람직하게는 상기 제2 벌집 몸체에 의해 완전히 커버되어, 상기 바이패스 덕트를 통해 흐르는 상기 부분 배기 가스 흐름이 상기 제2 벌집 몸체에 의해 완전히 영향을 받는 것을 보장한다. 상기 흐름 방향으로 상기 공급 장치의 전방 상기 바이패스 덕트 내에 있는 이러한 종류의 제2 벌집 몸체는 특정 방식으로 상기 부분 배기 가스 흐름에 영향을 줄 수 있다. 이 목적을 위해, 상기 제2 벌집 몸체는 촉매 활성 코팅, 예를 들어, 바람직하게는 산화 작용을 갖는 코팅을 가질 수 있다. 또한 제2 벌집 몸체는 배기 가스 흐름 방향으로 상기 공급 장치의 후방에 배열될 수 있다. 거기에 배열된 제2 벌집 몸체는 예를 들어 액체 배기 가스 정화 첨가제를 변환하는 것을 개선할 수 있는 가수 분해 코팅을 가질 수 있다. 가수 분해 코팅에 의해, 예를 들어 우레아가 암모니아로 변환되는 것이 촉진될 수 있다.
상기 배기 가스 정화 부품은 또한 상기 바이패스 덕트를 통해 흐르는 상기 부분 배기 가스 흐름을 가열할 수 있는 히터가 상기 배기 가스 흐름 방향으로 상기 공급 장치의 전방에 상기 바이패스 덕트 내에 배열되는 경우 유리하다.
배기 가스 처리 장치에서 배기 가스 정화 첨가제를 성공적으로 증발시키기 위하여, 특히 상기 배기 가스 처리 장치 내 배기 가스의 온도가 결정적인 요인이다. 히터에 의해, 상기 공급 장치의 전방에 있는 상기 배기 가스의 온도가 특정 방식으로 증가될 수 있다. 바이패스 덕트 내에 히터를 배열하는 것이 특히 유리한데, 그 이유는 이것이 상기 바이패스 덕트를 통해 흐르는 부분 배기 가스 흐름만을 가열할 수 있기 때문이다. 이것은 상기 히터에 의해 요구되는 가열 에너지를 감소시킨다.
특히, 상기 히터는 예를 들어 전기적으로 가열 가능한 벌집 몸체의 방식으로 구현될 수 있는 전기 히터이다. 이러한 종류의 전기적으로 가열 가능한 벌집 몸체는 예를 들어 전기 전류가 흐르는 물결 모양의 매끄러운 금속 막으로 형성될 수 있다. 그러나, 상기 히터는 임의의 다른 히터, 예를 들어, 열 교환기 또는 버너일 수도 있다.
상기 바이패스 덕트 내 히터는 상기 액체 배기 가스 정화 첨가제를 적절히 증발시키는데 필요한 온도가 상기 배기 가스 또는 상기 히터에 의해 달성될 수 있기 때문에 상기 액체 배기 가스 정화 첨가제의 충돌 표면으로서 상기 제1 벌집 몸체의 쉘의 외부 표면과 특히 유리한 방식으로 상호 작용한다. 이것으로 상기 히터는 특히 경제적으로 동작할 수 있고, 상기 히터는 일반적으로 배기 가스에 의해 충분한 온도가 달성될 수 없을 때만 활성화된다.
상기 배기 가스 정화 부품은 또한 상기 쉘의 외부 표면을 가열할 수 있는 표면 가열 시스템이 상기 공급 장치에 의해 공급되는 상기 배기 가스 정화 첨가제가 충돌하는, 상기 쉘의 외부 표면의 충돌 구역에 배열되는 경우 유리하다.
이러한 종류의 표면 가열 시스템은 예를 들어 상기 쉘의 외부 표면 상에 배열된 전기 전도체 트랙의 형태로 구현될 수 있다. 이러한 종류의 표면 가열 시스템은 상기 배기 가스 정화 부품 안으로 흐르는 배기 가스에 의해 충분한 온도 상승이 보장되지 않는 경우 상기 쉘을 선택적으로 가열하는데 사용될 수 있다.
예를 들어 전도체 트랙은 상기 쉘 상에 인쇄되거나 접착제로 접합될 수 있다.
또한 상기 배기 가스 정화 부품은, 배기 가스 흐름에서, 상기 바이패스 덕트를 통해 흐르는 부분 배기 가스 흐름과, 상기 제1 벌집 몸체를 통해 흐르는 주 배기 가스 흐름을 모두 가열할 수 있는 히터가 배기 가스 흐름 방향으로 상기 바이패스 덕트와 상기 제1 벌집 몸체의 전방에 배열되는 경우, 유리하다.
이러한 종류의 공통 히터는 상기 하우징의 전체 단면적에 걸쳐 있는 것이 바람직하다. 이러한 종류의 공통 히터는 특히 상기 제1 벌집 몸체에서 일어나는 촉매 공정에 최소 온도가 또한 요구될 때 유리하다. 상기 히터는 상기 주 배기 가스 흐름의 배기 가스의 온도를 또한 증가시키는데 사용될 수 있다.
또한 상기 배기 가스 정화 부품은, 상기 제1 벌집 몸체가 상기 유입 포트를 통해 상기 배기 가스 정화 부품 내로 흐르는 모든 배기 가스 흐름이 상기 제1 벌집 몸체를 통해 흐르는 방식으로 배열되는 경우에 유리하며, 상기 배기 가스 정화 부품은 상기 제1 벌집 몸체로부터 밖으로 유출되는 배기 가스 흐름을 상기 쉘의 외부 표면 위로 흐르는 방식으로 편향시키는 적어도 하나의 편향 장치를 더 구비하는 경우 더 유리하다.
특히, 상기 편향 장치는, 상기 하우징 내에 배열되고 상기 제1 벌집 몸체로부터 나오는 배기 가스를 편향시키는 배플 판(baffle plate)이다. 상기 배기 가스 정화 부품의 이러한 변형 실시예에서, 상기 배기 가스 흐름은 상기 제1 벌집 몸체의 전방에서 주 배기 가스 흐름과 부분 배기 가스 흐름으로 분할되지 않는다. 반대로, 모든 배기 가스 흐름은 상기 제1 벌집 몸체를 통해 흐른다. 상기 배기 가스 흐름이 상기 쉘의 외부 표면 쪽으로 안내되는 방식으로 상기 배기 가스 흐름이 상기 적어도 하나의 배플 판에 의해 편향되는 것은 이 후에서만 일어난다. 이에 의해 상기 외부 표면을 따라 흐르는 배기 가스가 상기 쉘의 상기 외부 표면 위로 흐르기 전에 상기 제1 벌집 몸체에 의해 이미 영향을 받는 것을 보장할 수 있다. 특히, 이것은 배기 가스의 온도 상승이 상기 제1 벌집 몸체에서 달성되는 경우 유리하다.
바람직하게는 상기 벌집 몸체 주위에 환형 공간이 존재하고, 상기 환형 공간을 통해 상기 쉘의 외부 표면 위로 흐른 배기 가스가 상기 유출 포트 쪽으로 편향된다.
또한 바람직하게는 상기 하우징을 상기 벌집 몸체의 쉘 표면 상에 놓고, 상기 벌집 몸체를 상기 하우징 내에 유지하는 에워싸는 밀봉부가 존재한다. 이러한 종류의 밀봉부는 예를 들어 상기 하우징 상에 에워싸는 비드(bead)에 의해 형성될 수 있다.
또한, 상기 배기 가스 정화 부품은, 상기 제1 벌집 몸체로부터 밖으로 흐르는 상기 배기 가스 흐름의 부분 배기 가스 흐름을 상기 쉘의 외부 표면 위로 흐르게 하지 않고 상기 하우징의 유출 포트로 흐르게 할 수 있는 적어도 하나의 바이패스 덕트가 상기 적어도 하나의 편향 장치 상에 형성되는 경우 유리하다.
이러한 종류의 바이패스는, 예를 들어, 상기 배플 판을 천공한 형태로 제공될 수 있다. 상기 제1 벌집 몸체의 후방에 이러한 종류의 바이패스를 제공하는 것에 의해, 상기 배기 가스 정화 부품의 공급 장치와 외부 표면을 지나 흐르는 것은 전체 배기 가스 흐름이 아닌 것을 보장할 수 있다. 이것은 과도하게 높은 흐름 속도가 상기 외부 표면에서 및 그 결과 상기 공급 장치에서 발생하는 경우 특히 바람직하다. 이러한 과도하게 높은 흐름 속도는 공급되는 상기 액체 배기 가스 정화 첨가제가 상기 쉘 표면 상에서 체류하는 시간을 지나치게 짧게 하여, 상기 액체 배기 가스 정화 첨가제가 여기서 완전히 증발하지 않을 수 있다. 따라서 상기 바이패스는, 상기 공급 장치에서 상기 쉘의 외부 표면 위로 흐르는 상기 배기 가스 흐름의 속력과 압력을 조절하는 조절 시스템의 방식으로 동작한다.
내연 엔진, 및 상기 내연 엔진의 배기 가스를 본 명세서에 설명된 유형의 적어도 하나의 배기 가스 정화 부품에 의해 정화하는 배기 가스 처리 장치를 포함하는 자동차에 대한 설명이 또한 본 명세서에 제공된다.
상기 배기 가스 처리 장치에서 배기 가스 흐름 방향으로 상기 배기 가스 정화 부품의 후방에는 바람직하게는 SCR 촉매가 배열되고, 여기서 상기 배기 가스 정화 부품을 통해 공급되는 상기 배기 가스 정화 첨가제와 상기 SCR 촉매에 의해 선택적 촉매 환원 방법이 수행될 수 있다.
본 발명 및 기술 분야는 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다. 본 도면은 특히 바람직한 예시적인 실시예를 도시하지만, 본 발명은 이로 제한되지 않는다. 특히, 도면, 및 특히 도면에 도시된 크기 비율들은 개략적임에 주목해야 한다.
도 1은 설명된 배기 가스 정화 부품의 제1 변형 실시예를 도시한 도면;
도 2는 설명된 배기 가스 정화 부품의 제2 변형 실시예를 도시한 도면;
도 3은 설명된 배기 가스 정화 부품의 제3 변형 실시예를 도시한 도면;
도 4는 설명된 배기 가스 정화 부품의 제4 변형 실시예를 도시한 도면;
도 5는 설명된 배기 가스 정화 부품의 제4 변형 실시예의 단면도를 도시한 도면; 및
도 6은 설명된 배기 가스 정화 부품을 갖는 자동차를 도시한 도면.
도 1 내지 도 4는 설명된 배기 가스 정화 부품(1)의 상이한 변형 실시예들을 각각 도시한다. 도시된 모든 배기 가스 정화 부품(1)은, 배기 가스 흐름(17)이 배기 가스 정화 부품(1) 내로 흐를 수 있는 유입 포트(3), 및 배기 가스 흐름(17)이 배기 가스 정화 부품(1)으로부터 밖으로 흐를 수 있는 유출 포트(4)를 갖는 하우징(2)을 구비한다. 각 배기 가스 정화 부품(1)에는 배기 가스가 흐를 수 있는 제1 벌집 몸체(5)가 배열되어 있다.
각 경우에, 액체 배기 가스 정화 첨가제를 제1 벌집 몸체(5)의 쉘(7)의 외부 표면(8) 상으로 공급할 수 있는 공급 장치(9)가 또한 제공된다. 도 1 및 도 4에 있는 배기 가스 정화 부품의 변형 실시예는, 배기 가스 정화 부품(1)의 기능을 모니터링할 수 있는, 람다 센서(19)와 온도 센서(11)를 예로서 각각 더 도시한다. 이 경우, 람다 센서(19)는 유입 포트(3)로부터 유출 포트(4)로 가는 배기 가스 흐름 방향으로 제1 벌집 몸체(5)의 전방에 배열된다. 온도 센서(11)는 제1 벌집 몸체(5)의 온도를 모니터링하기 위하여 하우징(2)을 통해 제1 벌집 몸체(5) 내로 연장된다. 람다 센서(19)는 제1 벌집 몸체(5)의 전방에 배기 가스 정화 부품(1)의 구역에서 λ 값을 모니터링한다. 람다 센서(19)와 온도 센서는 도 1 및 도 4에서 단지 예로서 도시되고, 당업자가 배기 가스 정화 부품(1) 상에 임의의 요구되는 센서를 배열할 수 있다는 것을 예시하기 위해 의도된 것이다. 본 발명에 따른 배기 가스 정화 부품은 이들 센서를 요구하지 않는다. 그러나, 이들 센서는 또한 도 2 및 도 3에 도시된 예시적인 실시예에 적용될 수도 있다.
도 1 내지 도 3 각각에는, 제1 벌집 몸체(5)의 쉘(7)의 외부 표면(8)과 하우징(2) 사이에서 연장되고, 배기 가스 흐름(17)의 부분 배기 가스 흐름(10)이 흐르는 바이패스 덕트(6)가 제공된다. 각 경우에 주 배기 가스 흐름(16)은 제1 벌집 몸체(5)를 통해 흐른다. 배기 가스 흐름(17)은 제1 벌집 몸체(5)에 의해 부분 배기 가스 흐름(10)과 주 배기 가스 흐름(16)으로 분할된다. 바이패스 덕트(6)는 제1 벌집 몸체(5)와 하우징(2) 사이의 갭, 및 쉘(7)과 하우징(2) 사이의 갭에 의해 형성된다.
도 1에 따라, 제2 벌집 몸체(12)가 배기 가스 흐름 방향으로 공급 장치(9)의 전방 바이패스 덕트(6) 내에 제공된다. 도 1은 이러한 제2 벌집 몸체(12)가 바이패스(6)를 통해 흐르는 부분 배기 가스 흐름(10)을 가열할 수 있는 히터(15)인 것을 예로서 도시한다. 그러나, 제2 벌집 몸체(12)는 또한 부분 배기 가스 흐름(10)에서 온도 상승을 일으키는 촉매 활성 코팅을 갖는 "종래의" 촉매 기판일 수도 있다.
도 2에 따라, 제2 벌집 몸체(12)가 또한 바이패스 덕트(6) 내 공급 장치(9)의 전방에 배열된다. 그러나, 여기서는, 쉘(7)의 외부 표면(8) 상에 배열되는 표면 가열 시스템(14)이 충돌 구역(13)에 추가적으로 존재한다. 이 충돌 구역에서, 공급 장치(9)에 의해 첨가되는 액체 배기 가스 정화제가 쉘(7)의 외부 표면(8)에 충돌한다. 이 표면 가열 시스템(14)은, 예를 들어, 쉘(7)의 외부 표면(8) 상의 전기 전도체 트랙으로 형성된 전기 가열 시스템으로 구현될 수 있다. 여기서, 이러한 전도체 트랙은 예를 들어 인쇄되거나 접착제로 접합될 수 있다. 특히, 이러한 전도체 트랙은 배기 가스 정화 부품의 온도에 의해 손상되지 않도록 고온에 견딜 수 있어야 한다.
도 3의 변형 실시예에 따라, 제2 벌집 몸체(12)가 또한 바이패스 덕트(6) 내에 배열된다. 도 3에 따라, 하우징(2)의 전체 단면에 걸쳐 연장되고, (부분 배기 가스 흐름(10)이 흐르는) 바이패스 덕트(6)와 (주 배기 가스 흐름(15)이 흐르는) 제1 벌집 몸체(5)를 모두 커버하는 히터(15)가 더 존재한다. 그 결과, 주 배기 가스 흐름(16)과 부분 배기 가스 흐름(10)이 모두 히터(15)에 의해 가열된다. 이 히터(15)는 또한 바람직하게는 전기적으로 가열가능한 벌집 몸체로서 구현될 수 있다.
도 5와 함께, 도 4는 배기 가스 정화 부품(1)의 대안적인 실시예를 도시하는데, 여기서 배기 가스 흐름(17)은 초기에는 (제1 벌집 몸체(5)를 통해 흐르기 전에는) 주 배기 가스 흐름과 부분 배기 가스 흐름으로 분할되지 않는다. 반대로, 제1 벌집 몸체(5)는, 여기서 하우징(2) 상에 에워싸는 비드로서 구현된 밀봉부(24)에 의해 하우징(2)에 밀봉된다. 에워싸는 비드로서 구현된 이 밀봉부(24)는 제1 벌집 몸체(6)의 쉘 표면(7) 상에 놓이고 거기서 밀봉된다. 비드로 구현된 밀봉부(24)는 또한 제1 벌집 몸체(5)를 하우징(2) 내에 기계적으로 고정한다. 배기 가스가 제1 벌집 몸체(5)로부터 밖으로 흐른 후, 배기 가스는 편향 장치(18)에 의해 편향되고, 그 결과 배기 가스는 쉘(7)의 외부 표면(8) 쪽으로 안내된다. 이 과정 동안, 배기 가스는 또한 쉘(7)의 외부 표면(8)의 구역 위로 흐르고 여기서 이 쉘(7)의 외부 표면(8) 상으로 공급 장치(9)에 의해 배기 가스 정화 첨가제가 공급된다.
도 5는 도 4의 A-A 단면선을 따른 단면을 도시한다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 벌집 몸체(5)의 외측 둘레에 또는 제1 벌집 몸체(5)와 하우징(2) 사이에 환형 공간(25)이 있으며, 이 환형 공간을 통해 편향된 배기 가스가 배기 가스 정화 부품(1)의 유출 포트(4)(도 4에 도시됨)의 방향으로 안내될 수 있다.
여기서, 비드로 구현된 밀봉부(24)는 제1 벌집 몸체(5)를 하우징(2) 내에 견고히 유지하고, 배기 가스 정화 부품(1)의 유입 포트(3)로부터 환형 공간(25)을 폐쇄한다. 도 4 및 도 5에 도시된 배기 가스 정화 부품(1)의 변형 실시예에서, 바이패스(6)가 제1 벌집 몸체(5)의 후방에 더 제공되고, 이 바이패스를 통해 부분 배기 가스 흐름(10)이 공급 장치(9)로 흐르지 않고 밖으로 흐를 수 있다. 이 변형 실시예에서, 주 배기 가스 흐름(16)은 공급 장치(9)로 흐른다. 이것이 도 4 및 도 5에 도시된 변형 실시예와 도 1 내지 도 3에 도시된 변형 실시예의 차이점이다. 이 바이패스 덕트(6)는 편향 장치(18)를 천공한 형태일 수 있다. 이 바이패스 덕트(6)는 단지 하나의 특별한 변형 실시예일 뿐이며, 도 4 및 도 5에 도시된 예시적인 실시예에 존재해야 할 필요는 없다.
도 6은 내연 엔진(20), 및 이 내연 엔진(20)의 배기 가스를 정화하는 배기 가스 처리 장치(21)를 갖는 자동차(22)를 도시한다. 배기 가스 처리 장치(21)는 여기에 설명된 유형의 배기 가스 정화 부품(1)을 포함한다. 또한, 배기 가스 처리 장치(21)는 배기 가스 정화 첨가제의 도움으로 선택적 촉매 환원 방법이 수행될 수 있는 SCR 촉매(23)를 구비하고, 여기서 배기 가스 정화 첨가제는 설명된 배기 가스 정화 부품(1)의 도움으로 배기 가스 가스 처리 장치(21)에 공급된다.

Claims (9)

  1. 배기 가스 정화 부품(1)으로서,
    유입 포트(3)와 유출 포트(4)를 갖는 하우징(2), 상기 하우징(2) 내에 배열되고 쉘(7)을 구비하는 제1 벌집 몸체(5), 및 공급 장치(9)를 포함하되,
    상기 쉘(7)은 상기 하우징(2) 내에서 배기 가스가 흐를 수 있는 외부 표면(8)을 구비하고, 상기 공급 장치(9)는 배기 가스 정화 첨가제를 상기 쉘(7)의 상기 외부 표면(8) 상으로 공급할 수 있고,
    상기 쉘(7)의 상기 외부 표면(8)과 상기 하우징(2) 사이에는 적어도 하나의 바이패스 덕트(6)가 형성되고, 상기 바이패스 덕트를 통해 상기 유입 포트(3)로부터 상기 유출 포트(4)로 흐르는 배기 가스 흐름(17)의 부분 배기 가스 흐름(10)은 상기 제1 벌집 몸체(5)를 우회할 수 있고, 상기 공급 장치(9)는 상기 배기 가스 정화 첨가제가 상기 바이패스 덕트(6) 내로 공급될 수 있도록 상기 바이패스 덕트(6) 상에 배열되며,
    상기 바이패스 덕트(6)를 통해 흐르는 상기 부분 배기 가스 흐름(10)이 흐르는 제2 벌집 몸체(12)가 배기 가스 흐름 방향으로 상기 공급 장치(9)의 전방에 상기 바이패스 덕트(6) 내에 배열된, 배기 가스 정화 부품(1).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 바이패스 덕트를 통해 흐르는 상기 부분 배기 가스 흐름(10)을 가열할 수 있는 히터(15)가 상기 배기 가스 흐름 방향으로 상기 공급 장치(9)의 전방에 상기 바이패스 덕트(6) 내에 배열된, 배기 가스 정화 부품(1).
  5. 제1항에 있어서, 상기 쉘(7)의 상기 외부 표면(8)을 가열할 수 있는 표면 가열 시스템(14)이 상기 공급 장치(9)에 의해 공급되는 배기 가스 정화 첨가제가 충돌하는, 상기 쉘(7)의 상기 외부 표면(8)의 충돌 구역(13)에 배열된, 배기 가스 정화 부품(1).
  6. 제1항에 있어서, 상기 배기 가스 흐름(17)에서, 상기 바이패스 덕트(6)를 통해 흐르는 부분 배기 가스 흐름(10)과, 상기 제1 벌집 몸체(5)를 통해 흐르는 주 배기 가스 흐름(16)을 모두 가열할 수 있는 히터(15)가 배기 가스 흐름 방향으로 상기 바이패스 덕트(6)와 상기 제1 벌집 몸체(5)의 전방에 배열된, 배기 가스 정화 부품(1).
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 벌집 몸체(5)는 상기 유입 포트(3)를 통해 상기 배기 가스 정화 부품(1) 내로 흐르는 모든 배기 가스 흐름(17)이 상기 제1 벌집 몸체(5)를 통해 흐르는 방식으로 배열되고, 상기 상기 배기 가스 정화 부품(1)은 상기 제1 벌집 몸체(5)로부터 밖으로 흐르는 배기 가스 흐름(17)을 상기 쉘(7)의 상기 외부 표면(8) 위로 흐르는 방식으로 편향시키는 적어도 하나의 편향 장치(18)를 더 구비하는, 배기 가스 정화 부품(1).
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 벌집 몸체(5)로부터 밖으로 흐르는 상기 배기 가스 흐름(17)의 부분 배기 가스 흐름(10)을 상기 쉘(7)의 상기 외부 표면(8) 위로 흐르게 하지 않고 상기 하우징(2)의 유출 포트(4)로 흐르게 할 수 있는 적어도 하나의 바이패스 덕트(6)가 상기 적어도 하나의 편향 장치(18) 상에 형성된, 배기 가스 정화 부품(1).
  9. 내연 엔진(20), 및 상기 내연 엔진(20)의 배기 가스를 제1항, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항의 배기 가스 정화 부품(1)에 의해 정화하기 위한 배기 가스 처리 장치(21)를 포함하는 자동차(22).
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