요소수 펌프유닛{UREA SOLUTION PUMP UNIT}
본 발명은 인젝터가 배기라인의 배기가스로 요소수를 분사하도록 우레아 탱크에 담긴 우레아를 인젝터로 설정된 압력으로 펌핑하는 요소수 펌프유닛에 관한 것이다.
친환경 차량은 세계적으로 개발되고 있고, 각 국의 차동차 배기가스 배출기준도 점차 강화되고 있다. 또한, 이산화탄소의 규제로 차량 메이커들은 친환경 디젤차량을 개발하고 있다. 디젤차량의 배기가스 기준의 핵심은 질소산화물과 입자상물질이며, 이 중 질소산화물 저감기술은 LNT와 UREA-SCR이 주목된다. 특히, UREA-SCR은 대형 차량의 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물을 저감하는데 유용하다. UREA-SCR은 무해한 요소수(요소수)를 배기계에 분사하고, 분사된 요소수는 열분해를 통해서 암모니아로 변환되면, 변환된 암모니아는 질소산화물과 반응하여 물과 질소 등의 무해한 성분으로 변환시키는 선택적 환원 시스템으로, 요소수를 별도로 저장하는 저장시스템이 필요하다. 요소수 저장시스템은 요소수 탱크, 펌프, 주입구, 배관, 배선, 및 각종 센서류를 포함하고, 특히 펌프는 강염기성의 요소수를 안정적으로 펌핑하는 구조가 필요하다.
본 발명의 목적은 인젝터가 배기라인의 배기가스로 요소수를 분사하도록 실링구조가 견고하고 펌프의 변형이 방지되며 단자의 부식을 효과적으로 방지함으로써 요소수를 안정적으로 인젝터로 펌핑하는 요소수 펌프유닛을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 요소수 펌프유닛은, 회전자샤프트의 외주면에 배치되는 회전자철심과 회전자자석을 회전자몰딩이 외측에서 감싸서 밀봉하는 회전자, 상기 회전자의 외주면과 그 내주면 사이에 밀봉된 유체흐름공간을 형성하는 고정자바디가 배치되고, 그 외측에 고정자철심이 배치되고, 상기 고정자철심의 주위에 고정자와이어가 감기고, 상기 고정자와이어를 감싸서 밀봉하는 제1고정자몰딩이 형성되며, 상기 제1고정자몰딩 및 상기 고정자철심을 감싸서 밀봉하는 제2고정자몰딩이 형성되는 고정자, 및 상기 제2고정자몰딩의 일측 내주면에 밀착되어 고정되고, 상기 회전자샤프트의 회전에 의해서 외부로부터 유체를 흡입하여 상기 회전자몰딩과 상기 고정자바디 사이로 유체를 펌핑하는 펌프를 포함하고, 상기 펌프에서 펌핑된 유체는 상기 고정자바디의 타측에 형성된 토출유로를 통해서 배출될 수 있다. 상기 제2고정자몰딩은 플라스틱 재질이고, 상기 펌프의 외주면 일측이 상기 제2고정자몰딩의 내주면 일측에 압입되어 고정될 수 있다. 상기 고정자의 상기 제2고정자몰딩을 외부에서 감싸는 외부케이스를 포함하고, 상기 외부케이스의 일단부는 절곡되어 상기 펌프를 상기 고정자에 고정시킬 수 있다. 상기 토출유로가 중심부에 형성되고, 그 외주면에는 상기 고정자와이어로 전원을 공급하는 단자링이 배치되는 어퍼케이스를 포함하고, 외부로부터 전원이 공급되는 전원단자가 삽입되는 케이스단자홀이 상기 어퍼케이스의 타단면에 형성되고, 상기 고정자와이어, 상기 단자링, 및 상기 어퍼케이스의 외주면을 상기 제1고정자몰딩이 감싸서 실링할 수 있다. 상기 제2고정자몰딩은 상기 제1고정자몰딩의 외주면 및 상기 케이스단자홀을 제외한 상기 어퍼케이스의 타단면을 감싸서 실링할 수 있다. 상기 제2고정자몰딩의 타단면에는 상기 토출유로를 따라서 홈이 형성되고 상기 홈에는 실링부재가 배치되고, 상기 홈은 상기 케이스단자홀을 중심으로 양측에 배치되는 제1,2홈을 포함하고, 상기 실링부재는 상기 제1,2홈에 대응하는 제1,2실링부재를 포함할 수 있다. 상기 펌프는 상기 고정자의 상기 제2고정자몰딩의 내주면에 압입되어 고정되고, 상기 샤프트 사이에 하부베어링이 개재되는 펌프상부케이스, 상기 펌프상부케이스와 함께 안쪽에 펌핑공간을 형성하는 펌프하부플레이트, 상기 펌핑공간에 배치되는 지로터기어, 및 상기 고정자의 상기 제2고정자몰딩의 내주면에 밀착되고, 상기 펌프하부플레이트를 상기 펌프상부케이스에 밀착시키는 하부케이스를 포함하고, 상기 지로터기어는 상기 하부케이스와 상기 펌프하부플레이트를 통해서 유체를 흡입하고, 상기 펌프상부케이스를 통해서 상기 회전자와 상기 고정자 사이로 유체를 펌핑할 수 있다. 상기 하부케이스에는 상기 회전자샤프트를 축방향으로 지지하는 지지베어링이 배치되고, 상기 지로터기어는 상기 샤프트가 관통하고 상기 샤프트에 의해서 회전하면, 그 외주면에는 펌프기어치가 형성된 내측기어, 및 상기 내측기어에 형성된 펌프기어치와 대응하여 내주면에 기어치가 형성된 외측기어를 포함하고, 상기 내측기어와 상기 외측기어 사이의 펌핑공간을 통해서 유체를 일측으로 흡입하고 타측으로 배출할 수 있다. 상기 회전자샤프트가 상기 고정자바디의 타단부 중심을 관통하고, 상기 고정자바디와 상기 회전자샤프트 사이에 개재되는 상부베어링을 포함하고, 상기 상부베어링의 외주면 일측은 상기 고정자바디의 내주면에 밀착되어 고정될 수 있다. 상기 고정자바디의 내주면과 상기 상부베어링의 외주면 사이에 토출홈이 형성되고, 상기 토출홈은 상기 샤프트의 회전방향으로 설정된 간격을 두고 배치될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 펌프상부케이스는 고정자몰딩의 안쪽으로 압입되어 고정되고, 고정자몰딩을 플라스틱재질(PPS)로 형성하고, 펌프상부케이스는 금속(SUS)재질로 형성함으로써 펌프의 변형을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 고정자에서 격벽구조를 삭제하고, 고정자를 고정자몰딩을 이용하여 외부와 완전하게 차단함으로서 모터의 부식을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 전원단자가 배치되는 어퍼케이스를 고정자몰딩과 실링부재를 통해서 실링함으로서 단자가 부식되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 상부베어링과 고정자바디 사이에 토출홈을 형성하여, 고정자바디는 환원제의 통로를 제공하는 동시에 상부베어링을 효과적으로 지지할 수 있다.
도 1은 요소수 펌핑 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛의 일부 절개 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛이 만들어지는 과정을 보여주는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛의 고정자를 보여주는 일부 절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛의 토출구 측을 보여주는 일부 절개 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛의 토출구 측의 실링구조를 보여주는 일부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛의 펌프 측의 일부 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 요소수 펌핑 시스템의 개략적인 구성도이고, 이는 본 특허를 설명하기 위한 하나의 실시예이다. 도 1을 참조하면, 엔진에 구비되는 환원제 분사시스템은 환원제탱크(10), 펑션유닛(12), 펌프유닛(15), 환원제라인(16), 인젝터(17), 배기라인(18), 컨버터(19), 배기센서(20), 온도센서(21), 환원제제어부(13), 및 차량제어부(14)를 포함한다. 상기 환원제탱크(10) 내부에는 요소수와 같은 환원제(11)가 충진된다. 상기 환원제라인(16)은 상기 환원제탱크(10)에서 상기 인젝터(17)로 환원제를 공급하기 위한 통로를 제공하고, 상기 펌프유닛(15)은 상기 환원제탱크(10)에 충진된 환원제(11)를 상기 인젝터(17)로 펌핑한다. 상기 펑션유닛(12)은 상기 환원제탱크(10)에 충진된 환원제(11)의 온도, 레벨, 필터 기능을 수행하고, 동결방지나 히팅 기능을 더 포함할 수 있다. 상기 환원제제어부(13)는 상기 차량제어부(14)의 제어하에 상기 배기센서(20)와 상기 온도센서(21)의 신호를 기초로, 상기 펑션유닛(12), 상기 펌프유닛(15), 및 상기 인젝터(17)를 제어하여 상기 배기라인(18) 안으로 설정된 양의 환원제(11)를 안정적으로 분사한다. 상기 컨버터(19)는 상기 인젝터(17)에서 분사된 환원제(UREA)를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 질소와 물로 전환한다. 상기 환원제(11)로 사용되는 요소수(UREA solution)은 무색, 무취, 무독, 비가연, 강염기성(PH 10)이며, 물에 32.5%비율로 혼합되며, 어는 점은 섭씨 -11.5℃이며, 어는점에서 부피는 11% 팽창한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛의 일부 절개 단면 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛이 만들어지는 과정을 보여주는 순서도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 요소수 펌프유닛과 관련하여 구성요소는 고정자(235), 고정자바디(227), 외부케이스(230), 지지베어링(240), 흡입통로(245), 펌프(275), 하부베어링(270), 회전자(292), 상부베어링(294), 케이스단자홀(296), 몰딩단자홀(298), 토출유로(202), 및 어퍼케이스(200)를 포함한다. 상기 고정자(235)는 단자링(205), 고정자와이어(210), 고정자철심(215), 제2고정자몰딩(220), 및 제1고정자몰딩(225)을 포함한다. 상기 회전자(292)는 회전자몰딩(295), 회전자철심(290), 회전자자석(285), 및 회전자샤프트(280)를 포함한다. 상기 펌프(275)는 펌프상부케이스(265), 지로터기어(260), 펌프하부플레이트(255), 및 하부케이스(250)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서 상기 펌프(275)는 하부(일측)에 배치되고, 상기 토출유로(202)가 형성된 상기 어퍼케이스(200)는 상부(타측)에 배치되며, 상기 펌프(275)와 상기 어퍼케이스(200) 사이에 회전자(292)가 회전 가능하게 배치된다. 상기 회전자(292)는 상기 회전자샤프트(280)에 회전자철심(290)이 고정되고, 상기 회전자철심(290)의 외측에는 회전자자석(285)이 배치되고, 상기 회전자몰딩(295)이 상기 회전자철심(290)과 상기 회전자자석(285)을 외측에서 완전하게 밀봉하여 감싼다. 상기 회전자(292)의 상기 회전자몰딩(295)의 외주면과 일정한 간격을 두고 상기 고정자바디(227)가 고정되어 배치된다. 상기 펌프(275)에서 펌핑된 환원제는 상기 회전자몰딩(295)의 외주면과 상기 고정자바디(227)의 내주면 사이의 공간을 통해서 상단부의 상기 토출유로(202)로 배출되는 구조를 갖는다. 본 발명의 실시예에서 상기 고정자바디(227)와 상기 회전자몰딩(295)은 모두 플라스틱재질로 부식이 되지 않는다. 상기 고정자(235)의 내주면에 상기 고정자바디(227)가 배치되고, 상기 고정자바디(227)의 외측에 상기 고정자철심(215)이 배치되고, 상기 단자링(205)에서 상기 고정자철심(215)의 주위로 고정자와이어(210)이 배치되고, 상기 제1고정자몰딩(225)이 상기 고정자와이어(210)과 상기 단자링(205)를 감싸서 외부로부터 완전히 실링한다. 상기 제2고정자몰딩(220)은 상기 고정자철심(215)과 상기 제1고정자몰딩(225)을 감싸서 외부로부터 완전히 실링한다. 아울러, 상기 제2고정자몰딩(220)은 상기 어퍼케이스(200)의 상단면(타단면)을 감싸서 외부로부터 완전히 실링한다. 본 발명의 실시예에서, 상기 제1고정자몰딩(225)과 상기 제2고정자몰딩(220)은 모두 액상의 플라스틱 수지를 금형 안으로 인젝션하고 이를 단단하게 함으로서 형성될 수 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 어퍼케이스(200)의 타단면에는 케이스단자홀(296)이 형성되고, 상기 케이스단자홀(296)의 안쪽에는 전원단자(500)가 배치된다. 상기 전원단자(500)는 외부로부터 전원을 공급받아서 상기 단자링(205)와 상기 고정자와이어(210)으로 전원을 공급한다. 상기 토출유로(202)를 제외하고 상기 어퍼케이스(200)의 타단면에 대응하여 제2고정자몰딩(220)이 형성되고, 상기 제2고정자몰딩(220)에는 상기 케이스단자홀(296)에 대응하여 몰딩단자홀(298)이 형성된다. 상기 하부케이스(250)에는 외부로 연결되는 흡입통로(245)가 형성되고, 상기 하부케이스(250)의 상부면 중심부에는 상기 지지베어링(240)이 배치되고, 상기 지지베어링(240)은 상기 회전자샤프트(280)를 축방향으로 지지한다. 상기 하부케이스(250) 위에 상기 펌프하부플레이트(255)가 배치되고, 상기 펌프하부플레이트(255) 위에 지로터기어(260)가 배치된다. 상기 지로터기어(260)는 상기 회전자샤프트(280)에 의해서 회전하는 내측기어와 상기 내측기어의 외측에 형성되어 상기 내측기어와 함께 펌핑공간을 형성하는 외측기어를 포함한다. 상기 지로터기어(260)의 상부에 펌프상부케이스(265)가 배치되고, 상기 펌프상부케이스(265)의 중심부에는 상기 회전자샤프트(280)를 회전 가능하게 지지하는 하부베어링(270)이 배치되고, 상기 지로터기어(260)의 펌핑공간에서 펌핑된 환원제를 상부로 전달한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 고정자바디(227)의 외측에 고정자철심(215)이 형성되고, 상단부에 상기 어퍼케이스(200)가 배치되고, 상기 어퍼케이스(200)의 하부에 단자링(205)가 배치되고, 상기 단자링(205)로부터 상기 고정자철심 주위로 고정자와이어(210)이 감긴다. 이 상태에서 상기 단자링(205)과 상기 고정자와이어(210)을 상기 제1고정자몰딩(225)이 감싸서 외부와 실링한다. 상기 제1고정자몰딩(225)과 상기 어퍼케이스(200) 위로 상기 제2고정자몰딩(220)이 형성되고, 상기 상부베어링(294)은 상기 고정자바디(227)의 상단부 중심부를 통해서 압입되어 장착된다. 상기 외부케이스(230)의 하단부는 절곡되어 상기 펌프(275)의 상기 하부케이스(250)를 상기 고정자(235)에 고정시키고, 상기 외부케이스(230)의 상단부는 절곡되어 상기 제2고정자몰딩(220)에 고정된다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛의 고정자를 보여주는 일부 절개 사시도이다. 도 4를 참조하면, 상기 고정자바디(227)의 상단부 중심부를 상기 회전자샤프트(280)가 관통하고, 상기 회전자샤프트(280)와 상기 고정자바디(227) 사이에 상기 상부베어링(294)이 개재된다. 상기 상부베어링(294)은 상기 고정자바디(227)에 압입되어 상기 고정자바디(227)의 내주면과 상기 상부베어링(294)의 외주면은 서로 밀착되어 고정된다. 상기 고정자바디(227)의 내주면과 상기 상부베어링(294) 사이에는 밀착면(405)이 형성되고, 상기 밀착면(405)과 인접하여 토출홈(400)이 상기 고정자바디(227)의 내주면에 형성된다. 도시한 바와 같이, 상기 토출홈(400)은 상기 상부베어링(294)의 외주면을 따라서 설정된 간격을 두고 형성되어, 상기 토출홈(400)과 상기 밀착면(405)이 교대로 형성된다. 따라서, 상기 회전자(292)의 회전자몰딩(295)의 외주면과 상기 고정자바디(227)의 내주면 사이를 흐르는 환원제는 상기 토출홈(400)과 상기 토출유로(202)를 통해서 상부로 토출된다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛의 토출구 측을 보여주는 일부 절개 단면도이다. 도 5를 참조하면, 상기 어퍼케이스(200)의 상단면(타단면)에는 케이스단자홀(296)이 형성되고, 상기 케이스단자홀(296) 안쪽에는 외부로부터 전원을 공급받는 전원단자(500)가 배치된다. 그리고, 상기 케이스단자홀(296)은 상기 토출유로(202)의 주위를 따라서 설정된 간격을 두고 형성된다. 아울러, 상기 케이스단자홀(296)과 대응하여 상기 제2고정자몰딩(220)에는 몰딩단자홀(298)이 형성된다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛의 토출구 측의 실링구조를 보여주는 일부 사시도이다. 도 6을 참조하면, 상기 제2고정자몰딩(220)의 상단면(타단면)에는 제1실링부재(600)와 제2실링부재(605)가 배치된다. 상기 제1실링부재(600)는 상기 몰딩단자홀(298)를 기준으로 상기 토출유로(202)의 내주면을 따라서 배치되고, 상기 제2실링부재(605)는 상기 몰딩단자홀(298)를 기준으로 바깥쪽을 따라서 배치된다. 따라서, 상기 토출유로(202)에서 배출되는 환원제가 상기 몰딩단자홀(298)을 통해서 전원단자(500)로 유입되는 것은 효과적으로 방지하여 상기 전원단자가 부식되는 것을 미연에 방지한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프유닛의 펌프 측의 일부 단면도이다. 도 7을 참조하면, 상기 제2고정자몰딩(220)의 하부의 일측 내주면은 상기 상기 펌프상부케이스(265)의 외주면에 밀착되어 압입면(700)을 형성한다. 즉, 상기 펌프상부케이스(265)는 상기 제2고정자몰딩(220)의 안쪽으로 압입되어 고정된다. 그리고, 상기 제2고정자몰딩(220)을 플라스틱재질(PPS)로 형성하고, 상기 펌프상부케이스(265)는 금속(SUS)재질로 형성함으로써 펌프의 변형을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 상기 고정자(235)에서 격벽구조를 삭제하고, 고정자(235)를 제1고정자몰딩(225)과 제2고정자몰딩(220)을 이용하여 외부와 완전하게 차단함으로서 모터의 부식을 미연에 방지할 수 있다. 그리고, 전원단자(500)가 배치되는 어퍼케이스(200)를 제2고정자몰딩(220)과 제1,2실링부재(600, 605)를 통해서 외부로부터 실링함으로서 전원단자(500)가 부식되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 상부베어링(294)과 고정자바디(227) 사이에 토출홈(400)을 형성하여, 고정자바디(227)는 환원제의 통로를 제공하는 동시에 상부베어링(294)을 효과적으로 지지할 수 있다. 이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당 해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
200: 어퍼케이스 202: 토출유로
205: 단자링 210: 고정자와이어
215: 고정자철심 220: 제2고정자몰딩
225: 제1고정자몰딩 227: 고정자바디
230: 외부케이스 235: 고정자
240: 지지베어링 245: 흡입통로
250: 하부케이스 255: 펌프하부플레이트
260: 지로터기어 265: 펌프상부케이스
270: 하부베어링 275: 펌프
280: 회전자샤프트 285: 회전자자석
290: 회전자철심 295: 회저자몰딩
292: 회전자 294: 상부베어링
296: 케이스단자홀 298: 몰딩단자홀
400: 토출홈 405: 밀착면
500: 전원단자 600: 제1실링부재
605: 제2실링부재 700: 압입면 |
