KR20170137601A - 배기 가스 후처리 유닛 및 작업 차량 - Google Patents

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Abstract

배기 가스 후처리 유닛(20)은, 냉각수를 환원제(還元劑) 분사 장치(24)로 인도하는 냉각수 경로(25)를 구비한다. 냉각수 경로(25)는, 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(流路)(24a)에 이어지는 제1 유로(F1), 제1 유로(F1)로부터 분기하는 제2 유로(F2), 및 제3 유로(F3)를 포함한다. 제1 유로(F1)가 제2 유로(F2) 및 제3 유로(F3)로 분기되는 분기점(FP)은, 환원제 분사 장치(24)와 제1 유로(F1)와의 접속 부분보다 위쪽에 위치한다. 제3 유로(F3)는, 분기점(FP)으로부터 제2 유로(F2)보다 위쪽으로 연장된다. 제2 유로(F2)와 제3 유로(F3)는, 분기점(FP)의 반대측에 있어서 합류한다.

Description

배기 가스 후처리 유닛 및 작업 차량{EXHAUST GAS AFTERTREATMENT UNIT AND WORK VEHICLE}
본 발명은, 배기 가스 후처리 유닛 및 작업 차량(work vehicle)에 관한 것이다.
종래, 작업 차량에는, 디젤 엔진으로부터의 배기 가스에 포함되는 질소산화물을 정화하기 위한 배기 가스 후처리 유닛이 설치된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 배기 가스 후처리 유닛은, 선택 촉매 환원(還元) 장치와, 환원제(還元劑) 분사 장치와, 냉각수 경로를 가진다. 선택 촉매 환원 장치는, 배기 가스 중의 질소산화물을 환원한다. 환원제 분사 장치는, 선택 촉매 환원 장치에 유입(流入)되는 배기 가스 중에 환원제를 분사한다. 냉각수 경로는, 엔진 및 배기 가스에 의해 가열되는 환원제 분사 장치를 냉각시키기 위한 냉각수를 환원제 분사 장치에 공급한다.
여기서, 특허 문헌 1에서는, 엔진 정지 후에서의 환원제 분사 장치의 냉각을 목적으로 하여, 환원제 분사 장치로부터 위쪽으로 연장되는 대류부(對流部)를 냉각수 경로에 설치하는 것이 제안되어 있다.
일본 특허 제5546694호
그러나, 엔진 정지 후, 고온의 환원제 분사 장치에 의해 가열된 냉각수로부터 수증기가 발생하여 냉각수 경로 내에 에어가 섞이는 경우가 있다. 이 경우, 환원제 분사 장치에 대한 냉각수의 보충이 억제되어 버리므로, 환원제 분사 장치를 효율적으로 냉각시킬 수 없게 될 우려가 있다.
본 발명은, 전술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 환원제 분사 장치에 대한 냉각수의 보충성을 개선할 수 있는 배기 가스 후처리 유닛 및 작업 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양(態樣)에 관한 배기 가스 후처리 유닛은, 선택 촉매 환원 장치와, 접속 배관과, 환원제 분사 장치와, 냉각수 경로를 구비한다. 선택 촉매 환원 장치는, 엔진으로부터의 배기 가스를 처리한다. 접속 배관은, 엔진으로부터의 배기 가스를 선택 촉매 환원 장치에 인도한다. 환원제 분사 장치는, 접속 배관에 설치되고, 선택 촉매 환원 장치에 공급되는 배기 가스 중에 환원제를 분사한다. 냉각수 경로는, 환원제 분사 장치를 냉각시키기 위한 냉각수를 환원제 분사 장치에 인도한다. 환원제 분사 장치는, 냉각수를 흐르게 하기 위한 내부 유로(流路)를 가진다. 냉각수 경로는, 환원제 분사 장치의 내부 유로에 이어지는 제1 유로와, 제1 유로로부터 분기되는 제2 유로 및 제3 유로를 포함한다. 제1 유로가 제2 유로 및 제3 유로로 분기되는 분기점은, 환원제 분사 장치와 제1 유로와의 접속 부분보다 위쪽에 위치한다. 제3 유로는, 분기점에서 제2 유로보다 위쪽으로 연장된다. 제2 유로와 제3 유로는, 분기점의 반대측에 있어서 합류한다.
본 발명의 제1 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛에 의하면, 엔진의 정지 후, 환원제 분사 장치의 내부 유로에서 발생한 수증기가, 제1 유로로부터 제3 유로에 배출되므로, 환원제 분사 장치의 내부 유로나 제1 유로에 수증기가 체류하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 제2 유로로부터 제1 유로를 통하여, 냉각수를 원활하게 환원제 분사 장치의 내부 유로에 공급할 수 있으므로, 환원제 분사 장치에 대한 냉각수의 보충성을 개선할 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛은, 제1 태양에 관한 것이며, 냉각수 경로는, 냉각수를 일시적으로 저류(貯留)하기 위한 탱크를 가진다. 제2 유로 및 제3 유로의 각각은, 탱크에 접속된다.
본 발명의 제2 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛에 의하면, 엔진의 구동 중에 탱크에 저류된 냉각수를, 엔진의 정지 후, 환원제 분사 장치에 공급할 수 있다. 따라서, 엔진의 정지 후에서의 환원제 분사 장치에 대한 냉각수의 공급량을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 제3 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛은, 제2 태양에 관한 것이며, 제2 유로는, 분기점으로부터 위쪽으로 연장된다.
본 발명의 제3 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛에 의하면, 탱크에 저류된 냉각수를 그 자중(自重)에 의해 제2 유로로부터 제1 유로로 원활하게 흐르게 할 수 있다.
본 발명의 제4 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛은, 제2 또는 제3 태양에 관한 것이며, 제3 유로는, 제2 유로보다 위쪽에서 탱크에 접속된다.
본 발명의 제4 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛에 의하면, 환원제 분사 장치의 내부 유로에서 발생한 수증기를 제3 유로로부터 탱크로 방출하면서, 냉각수를 탱크로부터 제2 유로로 유출시키는 것이 가능하다. 따라서, 제3 유로로의 냉각수의 역류를 억제하면서, 제2 유로로부터 원활하게 냉각수를 유출시키는 것이 가능하다.
본 발명의 제5 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛은, 제2 내지 제4 태양에 관한 것이며, 냉각수 경로는, 탱크와 냉각수 펌프에 접속되는 제4 유로를 가진다. 제4 유로는, 연직(沿直) 방향에서의 탱크의 중앙보다 위쪽에서 탱크에 접속된다.
본 발명의 제5 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛에 의하면, 제4 유로가 탱크의 중앙보다 아래쪽에 접속되는 경우와 비교하여, 탱크에 많은 냉각수를 저류할 수 있다.
본 발명의 제6 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛은, 제1 내지 제5 태양에 관한 것이며, 제1 유로는, 제3 유로보다 짧다.
본 발명의 제6 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛에 의하면, 제1 유로의 유로 길이를 상대적으로 짧게 할 수 있으므로, 환원제 분사 장치의 내부 유로에서 발생하는 수증기를 제3 유로로부터 원활하게 배출시키는 것이 가능하다.
본 발명의 제7 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛은, 제1 내지 제6 태양에 관한 것이며, 제2 유로는, 제3 유로보다 직경이 크다.
본 발명의 제7 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛에 의하면, 엔진의 정지 시에 제2 유로에 잔존하는 냉각수의 양을 많게 할 수 있으므로, 엔진의 정지 후, 환원제 분사 장치에 공급되는 냉각수의 양을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 제8 태양에 관한 작업 차량은, 작업기(work implement)와, 엔진과, 제1 내지 제7 중 어느 하나의 태양에 관한 배기 가스 후처리 유닛을 구비한다.
본 발명에 의하면, 환원제 분사 장치에 대한 냉각수의 보충성을 개선할 수 있는 배기 가스 후처리 유닛 및 작업 차량을 제공할 수 있다.
도 1은 유압 셔블(hydraulic shovel)의 측면도
도 2는 배기 가스 후처리 유닛의 사시도
도 3은 배기 가스 후처리 유닛의 사시도
도 4는 환원제 분사 장치의 사시도
도 5는 분기(branch) 블록의 사시도
도 6은 엔진의 구동 중에서의 환원제 분사 장치에 대한 냉각수의 공급에 대하여 설명하기 위한 모식도
도 7은 엔진의 정지 후에서의 환원제 분사 장치에 대한 냉각수의 공급에 대하여 설명하기 위한 모식도
도 8은 냉각수 경로의 다른 형태를 나타낸 모식도
[유압 셔블(100)의 구성]
도 1은, 유압 셔블(100)의 측면도이다. 이하의 설명에 있어서, 「전」 「후」 「좌」 「우」란, 운전석에서 전방을 본 상태를 기준으로 하는 방향을 나타낸다. 「차폭 방향」은, 「좌우 방향」과 같은 의미이다.
유압 셔블(100)은, 본 실시형태에 관한 작업 차량의 일례이다. 유압 셔블(100)은, 차량 본체(1)와 작업기(4)를 구비한다.
차량 본체(1)는, 주행체(2)와 선회체(旋回體)(3)를 가진다. 주행체(2)는, 엔진(10)의 동력에 의해 구동한다. 선회체(3)는, 주행체(2) 상에 탑재된다. 선회체(3)는, 주행체(2)에 대하여 선회(旋回) 가능하다.
선회체(3)는, 운전실(5), 기기실(6), 엔진실(7) 및 카운터웨이트(counterweight)(8)를 가진다. 운전실(5)은, 작업기(4)의 기단부(基端部)의 좌측에 배치된다. 기기실(6)은, 운전실(5)의 후방에 배치된다. 기기실(6)에는, 연료 탱크와 작동유 탱크 등이 수용된다. 엔진실(7)은, 기기실(6)의 후방에 배치된다. 엔진실(7)에는, 엔진(10), 배기 가스 후처리 유닛(20) 및 후술하는 라디에이터(12)(도 6 참조) 등이 수용된다. 본 실시형태에 있어서, 배기 가스 후처리 유닛(20)은, 엔진(10)의 위쪽에 배치되어 있다. 엔진실(7)의 위쪽에는, 엔진 후드(engine hood)(9)가 배치된다. 카운터웨이트(8)는, 엔진실(7)의 후방에 배치된다.
작업기(4)는, 선회체(3)의 전부(前部)에 장착된다. 작업기(4)는, 붐(boom)(4a), 암(arm)(4b) 및 버킷(bucket)(4c)을 가진다. 작업기(4)는, 작동유의 공급에 의해 구동된다.
[배기 가스 후처리 유닛(20)의 구성]
도 2는, 배기 가스 후처리 유닛(20)을 좌측 경사 후방으로부터 본 사시도이다. 도 3은, 배기 가스 후처리 유닛(20)을 우측 경사 후방으로부터 본 사시도이다. 도 2 및 도 3에서는, 엔진 후드(9)가 분리되어 있다.
배기 가스 후처리 유닛(20)은, 디젤 미립자 포집(捕集) 필터 장치(21), 선택 촉매 환원 장치(22), 접속 배관(23), 환원제 분사 장치(24) 및 냉각수 경로(25)를 구비한다.
디젤 미립자 포집 필터 장치(21)는, 엔진(10)으로부터의 배기 가스 중에 포함되는 입자형 물질을 필터에 의해 포집한다. 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)는, 포집한 입자형 물질을 부설된 히터에 의해 소각한다. 엔진(10)으로부터의 배기 가스는, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)의 전단부(前端部)로부터 내부로 도입된다. 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)는, 대략 원통형의 외형을 가진다. 본 실시형태에 있어서, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)는, 전후 방향을 따라 배치된다.
선택 촉매 환원 장치(22)는, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)의 하류에 배치된다. 선택 촉매 환원 장치(22)에는, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)를 통과한 배기 가스가 도입된다. 선택 촉매 환원 장치(22)는, 엔진(10)으로부터의 배기 가스를 처리한다. 구체적으로, 선택 촉매 환원 장치(22)는, 배기 가스 중의 질소산화물을 암모니아에 의해 환원한다. 선택 촉매 환원 장치(22)는, 대략 원통형의 외형을 가진다. 본 실시형태에 있어서, 선택 촉매 환원 장치(22)는, 전후 방향을 따라 배치된다. 선택 촉매 환원 장치(22)의 후단부에는, 엔진 후드(9)(도 1 참조)로부터 돌출하는 배기관(26)이 접속된다. 배기 가스 후처리 유닛(20)에 의해 처리된 배기 가스는, 배기관(26)으로부터 외부로 방출된다.
접속 배관(23)은, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)와 선택 촉매 환원 장치(22)를 접속한다. 접속 배관(23)은, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)를 통과한 배기 가스를 선택 촉매 환원 장치(22)에 인도한다. 접속 배관(23)은, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)의 후단부와 선택 촉매 환원 장치(22)의 전단부에 접속된다. 접속 배관(23)은, 전체로서 S자형으로 형성된다.
환원제 분사 장치(24)는, 접속 배관(23)에 설치된다. 환원제 분사 장치(24)에는, 환원제 공급관(27)이 접속된다. 환원제 공급관(27)은, 도시하지 않은 요소수(尿素水) 탱크로부터 보내져 오는 요소수(환원제의 일례)를 환원제 분사 장치(24)에 공급한다. 환원제 분사 장치(24)는, 선택 촉매 환원 장치(22)에 공급되는 배기 가스 중에 요소수를 분사한다. 환원제 분사 장치(24)로부터 분사된 요소수는, 배기 가스의 열에 의해 가수분해되어 암모니아로 된다. 접속 배관(23) 내에서 생성된 암모니아는, 배기 가스와 함께 선택 촉매 환원 장치(22)에 도입된다.
여기서, 도 4는, 환원제 분사 장치(24)의 구성을 나타낸 사시도이다. 환원제 분사 장치(24)는, 본체부(70), 제1 분사 장치 접속부(71) 및 제2 분사 장치 접속부(72)를 가진다. 본체부(70)에는,환원제 공급관(27)이 접속된다. 본체부(70)의 내부에는, 내부 유로(24a)가 형성되어 있다. 내부 유로(24a)는, 제1 분사 장치 접속부(71)와 제2 분사 장치 접속부(72)와 연통된다. 제1 분사 장치 접속부(71)에는, 후술하는 제1 배관(31)이 접속된다. 제2 분사 장치 접속부(72)에는, 후술하는 제5 배관(35)이 접속된다.
환원제 분사 장치(24)는, 엔진(10)의 구동 중, 엔진(10)의 복사열이나 접속 배관(23) 내를 흐르는 고온의 배기 가스에 의해 가열된다. 또한, 환원제 분사 장치(24)는, 엔진(10)의 정지 후에 있어서도, 엔진(10)의 복사열이나 접속 배관(23) 내에 체류하는 고온의 배기 가스에 의해 가열된다. 엔진(10)의 구동 중, 환원제 분사 장치(24)는, 제5 배관(35)으로부터 내부 유로(24a)에 공급되는 냉각수에 의해 잠열(潛熱) 냉각된다. 엔진(10)의 정지 후, 환원제 분사 장치(24)는, 제1 배관(31)으로부터 내부 유로(24a)에 공급되는 냉각수에 의해 잠열 냉각된다.
냉각수 경로(25)는, 저류 탱크(29)(탱크의 일례), 분기 블록(30), 제1 배관(31), 제2 배관(32), 제3 배관(33), 제4 배관(34), 제5 배관(35) 및 제6 배관(36)을 가진다.
저류 탱크(29)는, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)의 위쪽에 배치된다. 저류 탱크(29)는, 엔진(10)의 구동 중, 환원제 분사 장치(24)를 냉각시키기 위한 냉각수를 저류한다. 엔진(10)의 정지 후, 저류 탱크(29)에 저류된 냉각수가 환원제 분사 장치(24)에 공급된다. 저류 탱크(29)에서의 냉각수의 저류, 및 저류 탱크(29)로부터의 냉각수의 공급에 대해서는 후술한다.
저류 탱크(29)는, 본체부(60), 제1 탱크 접속부(61), 제2 탱크 접속부(62) 및 제3 탱크 접속부(63)를 가진다. 본 실시형태에 있어서, 본체부(60)는, 원통형으로 형성된다. 본체부(60)는, 전후 방향을 따라 배치된다. 제1 탱크 접속부(61) 및 제2 탱크 접속부(62)는, 본체부(60)의 후면에 장착된다. 제1 탱크 접속부(61)는, 제2 탱크 접속부(62)보다 위쪽에 배치된다. 제3 탱크 접속부(63)는, 본체부(60)의 전면(前面)에 장착된다. 제3 탱크 접속부(63)는, 연직 방향에서의 저류 탱크(29)의 중앙보다 위쪽에 배치된다.
분기 블록(30)은, 환원제 분사 장치(24)보다 위쪽에 배치된다. 본 실시형태에 있어서, 분기 블록(30)은, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)의 후방 또한, 접속 배관(23)의 위쪽에 배치된다. 분기 블록(30)은, 브래킷(bracket)(38)에 고정된다. 브래킷(38)은, 접속 배관(23)에 장착된다.
여기서, 도 5는, 분기 블록(30)의 구성을 나타낸 사시도이다. 분기 블록(30)은, 본체부(40), 제1 분기 접속부(41), 제2 분기 접속부(42), 제3 분기 접속부(43), 제4 접속부(44) 및 제5 접속부(45)를 가진다.
본체부(40)는, 제1 내부 유로(40a)와 제2 내부 유로(40b)를 가진다.
제1 내부 유로(40a)는, 본체부(40)의 내부에 형성된다. 제1 내부 유로(40a)는, 세갈래형(trifurcated shape)으로 형성된다. 제1 내부 유로(40a)는, 제1 분기 접속부(41), 제2 분기 접속부(42) 및 제3 분기 접속부(43)와 연통된다. 본 실시형태에서는, 제1 분기 접속부(41), 제2 분기 접속부(42), 제3 분기 접속부(43) 및 제1 내부 유로(40a)에 의해, 3방향으로 분기되는 「분기관」이 구성되어 있다.
제1 내부 유로(40a)는, 제1 개구(51), 제2 개구(52) 및 제3 개구(53)를 가진다. 제1 개구(51)는, 본체부(40)의 좌면(左面)으로 개구된다. 제2 개구(52)는, 본체부(40)의 전면(前面)으로 개구된다. 제2 개구(52)는, 제3 개구(53)보다 아래쪽에 위치한다. 본 실시형태에 있어서, 제2 개구(52)는, 제1 개구(51)와 같은 높이에 위치한다. 제3 개구(53)는, 본체부(40)의 상면으로 개구된다. 제3 개구(53)는, 제2 개구(52)보다 위쪽에 위치한다. 단, 제3 개구(53)가 제2 개구(52)보다 위쪽에 위치하고 있는 한, 각각의 개구의 높이는 적절히 변경 가능하다. 예를 들면, 제3 개구(53)가 제2 개구(52)보다 높고, 또한 제2 개구(52)가 제1 개구(51)보다 높아도 된다. 또한, 제3 개구(53)가 제1 개구(51)와 같은 높이이며, 또한 제2 개구(52)가 제1 개구(51)보다 낮아도 된다.
제2 내부 유로(40b)는, 본체부(40)의 내부에 형성된다. 제2 내부 유로(40b)는, 제1 내부 유로(40a)의 아래쪽에 위치한다. 제2 내부 유로(40b)는, L자형으로 형성된다. 제2 내부 유로(40b)는, 제4 개구(54) 및 제5 개구(55)를 가진다. 제4 개구(54)는, 제1 개구(51)의 아래쪽에서 본체부(40)의 좌면으로 개구된다. 제5 개구(55)는, 제2 개구(52)보다 아래쪽에서 본체부(40)의 전면으로 개구된다. 본 실시형태에 있어서, 제4 개구(54)는, 제5 개구(55)와 같은 높이에 위치하지만, 각각의 개구의 높이는 적절히 변경 가능하다. 제5 개구(55)는, 제4 개구(54)보다 높은 것이 바람직하지만, 제4 개구(54)보다 낮아도 된다.
제1 분기 접속부(41)는, 제1 개구(51)에 장착된다. 제1 분기 접속부(41)는, 본체부(40)의 좌면으로부터 좌측 방향으로 돌출한다. 본 실시형태에 있어서, 제1 분기 접속부(41)는, 제2 분기 접속부(42)와 같은 높이에 배치된다.
제2 분기 접속부(42)는, 제2 개구(52)에 장착된다. 제2 분기 접속부(42)는, 본체부(40)의 전면으로부터 전방으로 돌출한다. 제2 분기 접속부(42)는, 제3 분기 접속부(43)보다 아래쪽에 배치된다.
제3 분기 접속부(43)는, 제3 개구(53)에 장착된다. 제3 분기 접속부(43)는, 본체부(40)의 상면으로부터 위쪽으로 돌출한다. 제3 분기 접속부(43)는, L자형으로 형성된다. 제3 분기 접속부(43)는, 제3 개구(53)로부터 위쪽으로 연장된 후, 대략 수평 방향으로 굽혀져 있다. 제3 분기 접속부(43)는, 제2 분기 접속부(42)보다 위쪽에 배치된다.
단, 제3 분기 접속부(43)가 제2 분기 접속부(42)보다 위쪽에 배치되어 있는 한, 제1 내지 제3 분기 접속부(41∼43)의 높이는 적절히 변경 가능하다. 예를 들면, 제3 분기 접속부(43)를 제2 분기 접속부(42)보다 높게 하고, 또한 제2 분기 접속부(42)를 제1 분기 접속부(41)보다 높게 해도 된다. 또한, 제3 분기 접속부(43)를 제1 분기 접속부(41)와 같은 높이로 하고, 또한 제2 분기 접속부(42)를 제1 분기 접속부(41)보다 낮게 해도 된다.
제4 접속부(44)는, 제4 개구(54)에 장착된다. 제4 접속부(44)는, 본체부(40)의 좌면으로부터 좌측 방향으로 돌출한다. 제4 접속부(44)는, 제1 분기 접속부(41)의 아래쪽에 배치된다.
제5 접속부(45)는, 제5 개구(55)에 장착된다. 제5 접속부(45)는, 본체부(40)의 전면으로부터 전방으로 돌출한다. 본 실시형태에 있어서, 제4 접속부(44)는, 제5 접속부(45)와 같은 높이에 배치되어 있지만, 제4 및 제5 접속부(44, 45)의 높이는 적절히 변경 가능하다. 제5 접속부(45)는, 제4 개구(54)보다 높은 것이 바람직하지만, 제4 개구(54)보다 낮아도 된다.
제1 배관(31)의 일단부(一端部)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 환원제 분사 장치(24)의 제1 분사 장치 접속부(71)에 접속된다. 제1 배관(31)의 타단부는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 분기 블록(30)의 제1 분기 접속부(41)에 접속된다. 제1 배관(31)은, 제1 내부 유로(40a)를 통하여 제3 배관(33)과 제2 배관(32)에 이어진다. 본 실시형태에 있어서, 제1 배관(31)은, 제5 배관(35)의 위쪽에 배치된다.
제2 배관(32)의 일단부는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 저류 탱크(29)의 제2 탱크 접속부(62)에 접속된다. 제2 배관(32)의 타단부는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 분기 블록(30)의 제2 분기 접속부(42)에 접속된다. 제2 배관(32)은, 제3 배관(33)보다 아래쪽에 배치된다. 본 실시형태에 있어서, 제2 배관(32)은, 전후 방향을 따라 배치된다.
제3 배관(33)의 일단부는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 저류 탱크(29)의 제1 탱크 접속부(61)에 접속된다. 제3 배관(33)의 타단부는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 분기 블록(30)의 제3 분기 접속부(43)에 접속된다. 제3 배관(33)은, 제2 배관(32)보다 위쪽에 배치된다. 본 실시형태에 있어서, 제3 배관(33)은, 전후 방향을 따라 배치된다.
제4 배관(34)의 일단부는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 저류 탱크(29)의 제3 탱크 접속부(63)에 접속된다. 제4 배관(34)의 타단부는, 후술하는 냉각수 펌프(11)에 접속된다(도 6 참조). 본 실시형태에 있어서, 제4 배관(34)은, 엔진(10)의 구동 중, 저류 탱크(29)로부터 냉각수를 배출하기 위한 배출관으로서 기능한다.
제5 배관(35)의 일단부는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 환원제 분사 장치(24)의 제2 분사 장치 접속부(72)에 접속된다. 제5 배관(35)의 타단부는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 분기 블록(30)의 제4 접속부(44)에 접속된다. 제5 배관(35)은, 제2 내부 유로(40b)를 통하여 제6 배관(36)에 이어진다. 본 실시형태에 있어서, 제5 배관(35)은, 제1 배관(31)의 아래쪽을 따라 배치되어 있다.
제6 배관(36)의 일단부는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 분기 블록(30)의 제5 접속부(45)에 접속된다. 제6 배관(36)의 타단부는, 후술하는 냉각수 펌프(11)에 접속된다(도 6 참조). 제6 배관(36)은, 제2 내부 유로(40b)를 통하여 제5 배관(35)에 이어진다.
[환원제 분사 장치(24)에 대한 냉각수의 공급]
도 6은, 엔진(10)의 구동 중에서의 환원제 분사 장치(24)에 대한 냉각수의 공급에 대하여 설명하기 위한 모식도이다. 도 7은, 엔진(10)의 정지 후에서의 환원제 분사 장치(24)에 대한 냉각수의 공급에 대하여 설명하기 위한 모식도이다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 엔진(10)에는, 냉각수 펌프(11), 라디에이터(12) 및 EGR(배기 재순환 장치)용 쿨러(13)가 접속되어 있다.
냉각수 펌프(11)는, 엔진(10)의 크랭크축에 접속되어 있고, 크랭크축의 회전에 동기하여 구동된다. 냉각수 펌프(11)는, 엔진(10)의 구동 중, 냉각수를 송출한다. 냉각수 펌프(11)는, 엔진(10)의 정지 후, 냉각수를 송출하지 않는다.
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 냉각수 경로(25)는, 제1 유로(F1), 제2 유로(F2), 제3 유로(F3), 제4 유로(F4), 제5 유로(F5), 저류 탱크(29) 및 내부 유로(24a)를 가진다. 냉각수 경로(25)는, 환원제 분사 장치(24)를 냉각시키기 위한 냉각수를 환원제 분사 장치(24)로 인도한다.
제1 유로(F1)는, 제1 배관(31)의 내부에 형성된다. 제2 유로(F2)는, 제2 배관(32)의 내부에 형성된다. 제3 유로(F3)는, 제3 배관(33)의 내부에 형성된다. 제4 유로(F4)는, 제4 배관(34)의 내부에 형성된다. 제5 유로(F5)는, 제5 배관(35) 및 제6 배관(36)의 내부에 형성된다. 내부 유로(24a)는, 환원제 분사 장치(24)의 내부에 형성된다.
제1 유로(F1)는, 내부 유로(24a)로 이어진다. 제1 유로(F1)는, 내부 유로(24a)로부터 위쪽으로 연장된다. 제1 유로(F1)는, 분기점(FP)에 있어서 제2 유로(F2) 및 제3 유로(F3)로 분기한다. 분기점(FP)은, 환원제 분사 장치(24)와 제1 유로(F1)와의 접속 부분보다 위쪽에 위치한다. 분기점(FP)는, 저류 탱크(29)와 제2 유로(F2)와의 접속 부분보다 아래쪽에 위치한다. 따라서, 분기점(FP)가 설정된 제1 유로(F1)의 일단부는, 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)로 이어지는 제1 유로(F1)의 타단부보다 위쪽에 위치한다. 또한, 분기점(FP)가 설정된 제1 유로(F1)의 일단부는, 저류 탱크(29)에 접속되는 제2 유로(F2)의 일단부보다 아래쪽에 위치한다. 본 실시형태에 있어서, 제1 유로(F1)는, 제3 유로(F3)보다 짧다.
제2 유로(F2)는, 분기점(FP)로부터 위쪽으로 연장된다. 제3 유로(F3)는, 분기점(FP)로부터 제2 유로(F2)보다 위쪽으로 연장된다. 제3 유로(F3)는, 제2 유로(F2)보다 위쪽으로부터 분기점(FP)로 연장되어 있다. 제2 유로(F2)의 분기점(FP)로부터의 상승 각도는, 제3 유로(F3)의 분기점(FP)로부터의 상승 각도보다 크다. 상승 각도란, 수평선에 대하여 각각의 유로가 이루는 각도이다. 제2 유로(F2)는, 전체적으로 제3 유로(F3)보다 위쪽에 배치되어 있지만, 부분적으로는 제3 유로(F3)보다 아래쪽에 배치되어 있어도 된다. 본 실시형태에 있어서, 제2 유로(F2)는, 제3 유로(F3)보다 직경이 크다. 따라서, 제2 유로(F2)에서의 단위 길이당의 용량은, 제3 유로(F3)에서의 단위 길이당의 용량보다 크다.
제2 유로(F2)와 제3 유로(F3)는, 분기점(FP)의 반대측에 있어서 합류한다. 본 실시형태에서는, 제2 유로(F2)와 제3 유로(F3)는, 저류 탱크(29)에 있어서 합류한다. 제2 유로(F2) 및 제3 유로(F3) 각각은, 저류 탱크(29)에 접속된다. 제3 유로(F3)는, 제2 유로(F2)보다 위쪽에서 저류 탱크(29)에 접속된다.
제4 유로(F4)는, 저류 탱크(29)에 접속된다. 제4 유로(F4)는, 연직 방향에서의 저류 탱크(29)의 중앙보다 위쪽에서 저류 탱크(29)에 접속된다. 본 실시형태에 있어서, 제4 유로(F4)는, 제2 유로(F2)보다 위쪽에서 저류 탱크(29)에 접속된다. 제4 유로(F4)는, 연직 방향에 있어서 제3 유로(F3)와 동등한 위치에 있어서 저류 탱크(29)에 접속된다. 제4 유로(F4)는, 냉각수 펌프(11)에 접속된다.
제5 유로(F5)는, 제1 유로(F1)의 반대측에 있어서 내부 유로(24a)로 이어진다. 제5 유로(F5)는, 냉각수 펌프(11)에 접속된다.
다음에, 도 6을 참조하여, 엔진(10)의 구동 중에서의 냉각수의 공급에 대하여 설명한다.
냉각수 펌프(11)로부터 송출된 냉각수의 상당수는, 엔진(10)의 내부에 형성된 워터 쟈켓(도시하지 않음)과 EGR용 쿨러(13)에 공급된다. 엔진(10)의 워터 쟈켓을 통과한 냉각수는, 라디에이터(12)를 통하여 냉각수 펌프(11)로 돌아온다. EGR용 쿨러(13)를 통과한 냉각수는, 냉각수 펌프(11)로 돌아온다.
냉각수 펌프(11)로부터 송출된 냉각수의 나머지는, 제5 유로(F5)를 통하여, 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)에 공급된다. 환원제 분사 장치(24)는, 내부 유로(24a)에 공급되는 냉각수에 의해 잠열 냉각된다. 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)를 통과한 냉각수는, 제1 유로(F1)에 유입된다. 제1 유로(F1)에 유입된 냉각수는, 분기점(FP)에 있어서 제2 유로(F2)와 제3 유로(F3)로 나누어진 후, 제2 유로(F2)와 제3 유로(F3)의 각각으로부터 저류 탱크(29)에 유입된다. 저류 탱크(29)에는 엔진(10)의 구동 개시로부터 서서히 냉각수가 저류되어, 저류 탱크(29)에 냉각수가 채워지면, 제4 유로(F4)로부터 냉각수가 유출된다. 제4 유로(F4)에 유출된 냉각수는, 냉각수 펌프(11)로 돌아온다.
다음에, 도 7을 참조하여, 엔진(10)의 정지 후에서의 냉각수의 공급에 대하여 설명한다.
냉각수 펌프(11)는 엔진(10)과 함께 정지하므로, 냉각수 펌프(11)로부터 엔진(10), EGR용 쿨러(13) 및 환원제 분사 장치(24)에 대한 냉각수의 공급도 끊어진다.
전술한 바와 같이, 저류 탱크(29)에는 냉각수가 저류되어 있고, 또한 저류 탱크(29)는 환원제 분사 장치(24) 및 분기점(FP)보다 위쪽에 배치되어 있다. 그러므로, 저류 탱크(29)에 저류된 냉각수는, 자중에 의해 제2 유로(F2)로부터 유출되도록 한다.
한편, 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)에 남겨진 냉각수는, 잠열에 의해 기화하여 수증기로 되므로, 이 수증기가 내부 유로(24a)나 제1 유로(F1)에 체류하여 에어 체류가 생기면, 저류 탱크(29)로부터 제2 유로(F2)로 냉각수가 유출되지 않게 된다.
그래서, 본 실시형태에서는, 제1 유로(F1)가, 분기점(FP)에 있어서 제2 유로(F2)와 제3 유로(F3)로 분기되어 있다. 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)에 의해 발생된 수증기는, 제1 유로(F1)로부터 제3 유로(F3)를 통과하여 저류 탱크(29)에 들어간다. 이와 같은 수증기의 배출(이른바, 에어 빼기)[water vapor (so-called air bleeding)]에 따라서, 저류 탱크(29)에 저류된 냉각수는, 제2 유로(F2)로부터 제1 유로(F1)를 원활하게 통과하여 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)로 공급된다. 그 결과, 환원제 분사 장치(24)는, 내부 유로(24a)에 공급되는 냉각수에 의해, 엔진(10)의 정지 후에도 잠열 냉각된다.
(특징)
(1) 배기 가스 후처리 유닛(20)은, 환원제 분사 장치(24)를 냉각시키기 위한 냉각수를 환원제 분사 장치(24)에 인도하는 냉각수 경로(25)를 구비한다. 냉각수 경로(25)는, 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)로 이어지는 제1 유로(F1)와, 제1 유로(F1)로부터 분기되는 제2 유로(F2) 및 제3 유로(F3)를 포함한다. 제1 유로(F1)가 제2 유로(F2) 및 제3 유로(F3)에 분기되는 분기점(FP)는, 환원제 분사 장치(24)보다 위쪽에 위치한다. 제3 유로(F3)는, 분기점(FP)로부터 제2 유로(F2)보다 위쪽으로 연장된다.
따라서, 엔진(10)의 정지 후, 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)에 의해 발생된 수증기가, 제1 유로(F1)로부터 제3 유로(F3)로 배출되므로, 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)나 제1 유로(F1)에 수증기가 체류하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 제2 유로(F2)로부터 제1 유로(F1)를 통하여, 냉각수를 원활하게 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)에 공급할 수 있으므로, 환원제 분사 장치(24)에 대한 냉각수의 보충성을 개선할 수 있다.
(2) 제2 유로(F2)와 제3 유로(F3)의 각각은, 저류 탱크(29)에 접속된다.
그러므로, 엔진(10)의 구동 중에 저류 탱크(29)에 저류된 냉각수를, 엔진(10)의 정지 후, 환원제 분사 장치(24)에 공급할 수 있다. 따라서, 엔진(10)의 정지 후에서의 환원제 분사 장치(24)에 대한 냉각수의 공급량을 증대시킬 수 있다.
(3) 제2 유로(F2)는, 분기점(FP)로부터 위쪽으로 연장된다. 그러므로, 엔진(10)의 정지 후, 저류 탱크(29)에 저류된 냉각수를 그 자중에 의해 제2 유로(F2)로부터 제1 유로(F1)로 원활하게 흐르게 할 수 있다.
(4) 제3 유로(F3)는, 제2 유로(F2)보다 위쪽에서 저류 탱크(29)에 접속된다.
그러므로, 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)에 의해 발생된 수증기를 제3 유로(F3)로부터 저류 탱크(29)에 방출하면서, 냉각수를 저류 탱크(29)로부터 제2 유로(F2)로 유출시키는 것이 가능하다. 따라서, 제3 유로(F3)에 대한 냉각수의 역류를 억제하면서, 제2 유로(F2)로부터 원활하게 냉각수를 유출시키는 것이 가능하다.
(5) 제4 유로(F4)는, 연직 방향에서의 저류 탱크(29)의 중앙보다 위쪽에서 저류 탱크(29)에 접속된다.
그러므로, 제4 유로(F4)가 저류 탱크(29)의 중앙보다 아래쪽에 접속되는 경우와 비교하여, 저류 탱크(29)에 많은 냉각수를 저류할 수 있다.
(6) 제1 유로(F1)는, 제3 유로(F3)보다 짧다. 따라서, 제1 유로(F1)의 유로 길이를 상대적으로 짧게 할 수 있으므로, 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)에서 발생하는 수증기를 제3 유로(F3)로부터 원활하게 배출시키는 것이 가능하다.
(7) 제2 유로(F2)는, 제3 유로(F3)보다 직경이 크다. 따라서, 엔진(10)의 정지 시에 제2 유로(F2)에 잔존하는 냉각수의 양을 많게 할 수 있으므로, 엔진(10)의 정지 후, 환원제 분사 장치(24)에 공급되는 냉각수의 양을 증대시킬 수 있다.
(다른 실시형태)
상기 실시형태에서는, 분기 블록(30)을 사용하여, 제1 분기 접속부(41), 제2 분기 접속부(42), 제3 분기 접속부(43) 및 제1 내부 유로(40a)를 포함하는 「분기관」을 구성하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 「분기관」에는, 주지의 3방향 분기관을 사용할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 분기 블록(30)의 내부에 제1 내부 유로(40a)와 제2 내부 유로(40b)를 형성하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 분기 블록(30)의 내부에는, 제1 내부 유로(40a)만이 형성되어 있어도 된다. 이 경우에는, 제5 배관(35)과 제6 배관(36)을 합한 1개의 배관을 사용하면 된다. 또한, 분기 블록(30)의 내부에는, 제2 내부 유로(40b)만이 형성되어 있어도 된다. 이 경우에는, 제1 내지 제3 배관(31∼33)이 접속되는 3방향 분기관을 별도로 사용하면 된다.
상기 실시형태에 있어서, 냉각수 경로(25)는, 저류 탱크(29)를 구비하는 것으로 하였으나, 도 8에 나타낸 바와 같이, 저류 탱크(29)를 구비하고 있지 않아도 된다. 이 경우, 엔진(10)의 정지 시에 제2 유로(F2) 및 제3 유로(F3)의 내부에 남아 있는 냉각수를 사용하여 환원제 분사 장치(24)를 냉각시키게 된다. 이 경우에도, 환원제 분사 장치(24)의 내부 유로(24a)에 의해 발생된 수증기를 제1 유로(F1)로부터 제3 유로(F3)로 배출할 수 있다.
상기 실시형태에 있어서, 배기 가스 후처리 유닛(20)은, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21)를 구비하는 것으로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배기 가스 후처리 유닛(20)은, 디젤 미립자 포집 필터 장치(21) 대신에 디젤 산화 촉매(DOC)를 구비하고 있어도 된다. 디젤 산화 촉매는, 배기 가스 중의 질소산화물(NOx) 중 일산화 질소(NO)를 저감시켜 이산화 질소(NO2)를 증가시키는 기능을 가진다.
상기 실시형태에 있어서, 제3 유로(F3)는, 분기점(FP)으로부터 제2 유로(F2)보다 위쪽으로 연장되는 것으로 하였으나, 제3 유로(F3)는, 부분적으로 제2 유로(F2)와 동등한 높이에 위치하고 있어도 되고, 부분적으로 제2 유로(F2)보다 높은 위치에 위치하고 있어도 된다.

Claims (8)

  1. 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하는 선택 촉매 환원(還元) 장치;
    상기 엔진으로부터의 배기 가스를 상기 선택 촉매 환원 장치에 인도하는 접속 배관;
    상기 접속 배관에 설치되고, 상기 선택 촉매 환원 장치에 공급되는 배기 가스 중에 환원제(還元劑)를 분사하는 환원제 분사 장치; 및
    상기 환원제 분사 장치를 냉각시키기 위한 냉각수를 상기 환원제 분사 장치에 인도하는 냉각수 경로;
    를 포함하고,
    상기 환원제 분사 장치는, 상기 냉각수를 흐르게 하기 위한 내부 유로(流路)를 구비하고,
    상기 냉각수 경로는,
    상기 환원제 분사 장치의 상기 내부 유로에 이어지는 제1 유로; 및
    상기 제1 유로로부터 분기되는 제2 유로 및 제3 유로;를 구비하고,
    상기 제1 유로가 상기 제2 유로 및 상기 제3 유로로 분기되는 분기점은, 상기 환원제 분사 장치와 상기 제1 유로와의 접속 부분보다 위쪽에 위치하고,
    상기 제3 유로는, 상기 분기점에서 상기 제2 유로보다 위쪽으로 연장되고,
    상기 제2 유로와 상기 제3 유로는, 상기 분기점의 반대측에 있어서 합류하는,
    배기 가스 후처리 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 경로는, 상기 냉각수를 일시적으로 저류(貯留)하기 위한 탱크를 구비하고,
    상기 제2 유로 및 상기 제3 유로의 각각은, 상기 탱크에 접속되는, 배기 가스 후처리 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 유로는, 상기 분기점으로부터 위쪽으로 연장되는, 배기 가스 후처리 유닛.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제3 유로는, 상기 제2 유로보다 위쪽에서 상기 탱크에 접속되는, 배기 가스 후처리 유닛.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각수 경로는, 상기 탱크와 냉각수 펌프에 접속되는 제4 유로를 구비하고,
    상기 제4 유로는, 연직(沿直) 방향에서의 상기 탱크의 중앙보다 위쪽에서 상기 탱크에 접속되는, 배기 가스 후처리 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유로는, 상기 제3 유로보다 짧은, 배기 가스 후처리 유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유로는, 상기 제3 유로보다 직경이 큰, 배기 가스 후처리 유닛.
  8. 작업기(work implement);
    엔진; 및
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 후처리 유닛;
    을 포함하는 작업 차량(work vehicle).
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