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KR20010034449A - 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치 - Google Patents

내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환원 촉매 컨버터로 안내하는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 워터-우레아 용액 같은 환원제를 운반하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 환원제는 배기관으로 통하는 환원제 파이프를 통해 배기관 내로 운반되며, 상기 환원제 파이프의 배출 단부에는 스프레이 헤드가 제공되며, 상기 스프레이 헤드는 적어도 하나의 스프레이 개구 및 가늘어지는 횡단면을 갖는다.

Description

내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치{Device for introducing a reducing agent into a section of the exhaust pipe of an internal combustion engine}
점점 더 적어지는 유해 물질 수치에 의해, 특히 배기 가스 내 질소 산화물을 감소시키기 위한 촉매 기술은 광범위하게 전개되고 있다. 특히 유망한 기술로는 환원 촉매 컨버터가 제시되어 있다. 그러나, 특히 디젤 모터에 있어서, 재생 단계에서 배기 가스의 환원제 농축이 필요하다는 사실이 입증되었다.
배기 가스를 추후 처리하기 위한 장치는 예를 들어, EP-A-0 381 236에 공지되어 있으며, 여기서 환원제로는 암모니아 또는 우레아가 배기 가스에 계량 첨가된다. 공지된 장치에서 환원제는 분사 밸브를 통해 프리 믹스 챔버 내로 분사되며, 상기 프리 믹스 챔버는 환원 촉매 컨버터로 안내되는 배기관으로 통한다. 환원 촉매 컨버터로 안내되는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 이러한 장치에서, 상기 프리 믹스 챔버는 배기관으로 통하는 환원제 파이프를 형성한다.
상기 환원제의 일부가 믹스 챔버 또는 믹스 구간 내로 분사될지라도, 벽 필름이 형성된다. 상기 벽 필름은 예를 들어, 워터-우레아 용액과 같은 소량의 환원제에서, 파이프가 구부러진 이후 운반하기 위해 사용되는 공기의 상이한 흐름 속도에 따라 해체된다. 환원제 파이프의 배출구에는 압축 공기에 의해 불완전한 벽 필름이 분무된다. 이에 따라, 계량 첨가된 환원제의 분사 또는 에어러졸 형성은 매우 어렵게 취급되고 부분적으로 불완전하게 이루어진다.
DE-A-1 196 25 447에는 내연 기관의 배기 가스를 추후 처리하기 위한 장치가 공지되어 있으며, 여기서 하부에 연결된 환원 촉매 컨버터의 동작을 촉진시키기 위해 환원제로서의 원료가 도우징 밸브에 의해 적당한 비율로 조절되고 증발 장치에 의해 배기 밸브로 운반된다. 상기 증발 장치는 정면에 관통 개구를 가지며 백열 핀을 갖는 금속 부싱이며, 상기 관통 개구를 통해 증발된 환원제가 배기 가스 흐름 내로 삽입된다. 이러한 장치에서 사실 환원제의 증발은 열적으로 지지되지만, 이러한 용액은 기술적으로 복잡하고 환원제의 가열 및 증발을 위해 높은 에너지 수요를 요구한다.
본 발명은 배기관으로 통하는 환원제 파이프를 가지며, 환원 촉매 컨버터로 안내되는 내연기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로서 제공된 장치를 갖는 배기관 섹션의 단면도이다.
본 발명의 목적은 가능한한 큰 특성 필드 영역에서 적합한 에어로졸 형성이 나타남으로써, 장치의 전체 효율이 증가되어 더 적은 NOX 방출이 달성되도록 언급된 방식의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치를 개선시키는데 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제 1항의 특징을 갖는 장치에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항에서 정의된다.
특히, 배기관으로 통하는 환원제 파이프를 가지며, 환원 촉매 컨버터로 안내되는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 본 발명에 따른 장치에서 상기 환원제 파이프의 배출 단부에는 스프레이 헤드가 배치된다. 상기 스프레이 헤드는 적어도 하나의 스프레이 개구 및 가늘어지는 횡단면을 갖는다. 적어도 하나의 스프레이 개구를 통해, 환원제에 대한 에어로졸 형성은 강력하게 개선될 수 있다. 상기 스프레이 헤드가 가늘어지는 횡단면을 가짐으로써, 소량의 환원제가 효율적으로 에어로졸로 변환될 수 있다. 왜냐하면, 환원제 파이프가 휠 때 분리되는 벽 필름이 가늘어지는 횡단면에 의해 제한되어, 스프레이 개구 앞에서 다시 결합되기 때문이다. 따라서, 연속적인 분무는 제어되고 통제된 방식으로 달성될 수 있다.
바람직하게는 상기 스프레이 헤드의 횡단면은 항상 일정한 기능에 상응하여 가늘어진다. 예를 들어, 여기서는 포물선 기능 또는 그와 유사한 기능들이 제공됨으로써, 스프레이 헤드는 특히 일종의 구선형을 형성한다.
바람직하게는 상기 스프레이 헤드의 횡단면은 적어도 부분적으로 직선으로 가늘어지며, 특히 원뿔형 반구가 형성된다. 이러한 경우 스프레이 개구는 매우 적은 환원제 양에서 조차 폐쇄된 벽 필름이 존재하는 장소에 배치되어야만 한다.
에어로졸 형성을 더욱 개선시키기 위해, 상기 스프레이 개구 또는 모든 스프레이 개구는 스프레이 헤드의 축에 의해 적어도 5°, 특히 바람직하게는 대략 50°의 각도를 형성한다. 상기 스프레이 개구 또는 스프레이 개구들의 각도는 특히 형성된 스프레이 원추, 스프레이 개구의 크기, 상기 스프레이 개구의 부피 유동률 및 배기관 직경 및 배기 가스 부피 흐름에 달려있다.
바람직한 실시예에서 다수의 스프레이 개구가 전체 크기에 맞게 스프레이 헤드에 분포되어 제공된다. 예를 들어, 둘레에 균일하게 분포된 스프레이 개구는 8 개가 제공될 수 있어서, 개별 스프레이 원추는 실제로 에어로졸 분무 링을 형성하며, 상기 링은 특히 배기 가스 내에서의 환원제의 균일한 분포를 보장한다.
바람직하게는 스프레이 개구의 수, 스프레이 개구 또는 스프레이 개구들의 구조, 배치 및/또는 단면은 배기 가스 형태 및/또는 배기관 직경에 따라 결정된다. 특히 매우 높은 배기 가스 속도에서 형성된 에어로졸은 최적의 혼합을 달성하기 위해 스프레이 헤드로부터 신속하게 방출됨으로써, 환원 촉매 컨버터로 들어갈 때 실제로 균일한 혼합이 존재한다. 스프레이 개구와 배기 가스 형태 및 양 사이의 종속성에 의해 상이한 모터에 대한 간단한 적응이 달성됨으로써, 본 발명에 따른 모터는 임의의 모터, 특히 디젤 모터와 같이 직접 분사에 의해 작동되는 자동 연소 내연 기관을 위해 사용될 수 있다.
최종적으로, 환원제 파이프가 공급되는 것이 바람직하다. 상기 환원제 파이프에 예를 들어, 펌프에 의해 물이 공급됨으로써, 환원제의 배출량 및 에어로졸 형성은 특히 물의 공급에 의해 환원제 파이프와 배기 가스 섹션간의 분명한 압력 차이가 생성될 때 더욱 개선된다.
본 발명의 추가 장점 및 특징은 첨부된 도면에 대한 바람직한 실시예에 의해 나타난다.
도 1에는 배기관 섹션(2)이 도시되며, 상기 섹션(2)은 내연 기관으로부터 환원 촉매 컨버터로 안내된다. 상기 배기관 섹션(2)으로 환원제 파이프(4)가 통하며, 상기 파이프(4)는 환원제 공급관(도시되지 않음)에 연결된다. 환원제로는 예를 들어 디젤 연료와 같은 탄화 수소와 더불어, 특히 우레아-워터 용액이 고려되며, 상기 용액은 예를 들어 분사 노즐, 기화기 장치 또는 다른 도우징 장치에 의해 환원제 파이프 내로 운반될 수 있다.
통상적으로 상기 환원제 파이프(4)는 배기관 내부에 적어도 배기관(2) 내의 배기 가스 흐름에 상응하는 방향으로 휨을 형성한다. 왜냐하면, 상기 환원제는 통상적으로 최고의 배기 속도 영역에서, 다시 말해 배기관의 중앙에서 방출되기 때문이다. 이러한 관 또는 파이프 휨에 의해, 적은 환원제 량, 예를 들어 우레아-워터 용액에서 환원제 공급 파이프에서 형성된 벽 필름은 분리되며, 이는 환원제 파이프에서 특히 공기, 배기 가스, 또는 환원제 파이프(4)에서 환원제를 구동시키는 다른 지지 재료의 상이한 흐름 속도에 제한된 것이다.
분리된 환원제 벽 필름을 다시 결합하기 위해, 도시된 실시예에서 환원제 파이프(4)의 배출 단부에는 스프레이 헤드(6)가 제공되며, 상기 스프레이 헤드(6)는 나사(10)에 의해 환원제 파이프(4)에 결합될 수 있다. 그러나, 또한 예를 들어 접착, 납땜 또는 프레스 끼워맞춤에 의한 다른 연결 가능성도 가능해진다. 상기 스프레이 헤드(6)의 내벽은 그 단부에까지 가늘어지는, 예를 들어 원추형 표면(12)으로서 형성됨으로써, 분리된 벽 필름의 개별 부품들은 우레아 물 용액에 결합된다. 가늘어지는 영역에서, 도시된 실시예에서는 두 개의 스프레이 개구(8)가 표시되며, 상기 스프레이 개구(8)는 스프레이 헤드의 축에 대해 확실한 각을 형성한다. 상기 스프레이 개구(8)에 의해 축에 대해 형성된 각도는 특히 배기 가스 흐름, 환원제 량의 배기관 직경 및 스프레이 개구(8)의 크기 및 구성에 따라 정해진다.
결과적으로, 본 발명에 다른 스프레이 개구에 의해 에어로졸 형성의 질은 상당히 개선될 수 있으므로, 장치의 전체 효력, 예를 들어 NOX 감소가 개선된다. 상기 장치는 스프레이 개구의 구조, 크기 및 수, 그리고 스프레이 헤드의 내측의 가늘어짐에 대한 파라미터에 의해 상이한 모터에서 매칭될 수 있다.

Claims (7)

  1. 배기관으로 통하는 환원제 파이프(4)를 가지며, 환원 촉매 컨버터로 안내되는 내연 기관의 배기관 섹션(2) 내로 환원제를 운반하기 위한 장치에 있어서,
    환원제 파이프(4)의 배출 단부에는 적어도 하나의 스프레이 개구(8) 및 가늘어지는 횡단면을 갖는 스프레이 헤드(6)가 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스프레이 헤드(6)의 횡단면은 항상 일정한 기능에 상응하여 가늘어지며, 특히 구선형을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스프레이 헤드(6)의 횡단면은 직선으로 가늘어지며, 특히 구선형을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프레이 헤드(6)의 축을 갖는 적어도 하나의 스프레이 개구는 적어도 5°, 특히 바람직하게는 대략 50°의 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 다수의 스프레이 개구(8)는 상기 스프레이 헤드(6)에서 전체 크기에 맞게 분포되어 제공되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 스프레이 개구(6)의 수, 스프레이 개구(들)의 구조, 배치 및 횡단면은 배기 가스 형태 또는 양 및 배기관 직경에 따라 정해지는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제 파이프(4)에는 물이 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 운반하기 위한 장치.
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