KR20120116503A - 감소된 흐름 변동성 및 귀환 흐름을 갖는 압력 선회 흐름 인젝터 - Google Patents

감소된 흐름 변동성 및 귀환 흐름을 갖는 압력 선회 흐름 인젝터 Download PDF

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Abstract

카트리지를 설계한 시약 인젝터는 시약 입구, 출구, 및 선회실을 가진 본체를 가지며, 이러한 본체는 고체의 이동 가능한 핀틀에 의해 커버링 및 언커버링될 수 있는 출구 오리피스를 갖는다. 출구 오리피스가 인젝터를 냉각시키도록 커버링 및 언커버링될 때에 시약은 인젝터를 통해 흐른다. 인젝터 본체와 배기 시스템에 연결 가능한 장착 플랜지 사이에는 절연체가 배치될 수 있다. 흐름 경로는 전자기 작동기의 냉각을 확실하게 한다. 핀틀이 출구 오리피스를 차단할 때에 시약은 오리피스 선회실을 바이패스할 수 있다. 유체는 오리피스 챔버를 통해 폴 피스의 외부 직경과 전자기 작동기의 내부 직경 사이로 흐를 수 있고, 유체가 흐를 수 있는 고체 핀틀을 하우징한 중심 보어를 통해 귀환할 수 있다. 서로 다른 내부 인젝터 본체 통로는 유체를 오리피스 분배실로 보내어, 고체 핀틀로 출력시킬 수 있다.

Description

감소된 흐름 변동성 및 귀환 흐름을 갖는 압력 선회 흐름 인젝터{PRESSURE SWIRL FLOW INJECTOR WITH REDUCED FLOW VARIABILITY AND RETURN FLOW}
본 출원은 2010년 2월 10일에 출원된 미국 가특허 출원 제61/303,146호의 이권을 주장하며, 2011년 2월 9일에 출원된 미국 특허 출원 제13/023,870호에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원들의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 통합된다.
본 개시물은 인젝터 시스템(injector system)에 관한 것으로서, 특히, 디젤 엔진 배기로부터 질소 산화물(NOx) 배출을 감소시키기 위해 수성 우레아 용액(aqueous urea solution)과 같은 시약(reagent)을 배기 스트림(exhaust stream) 내에 분사하는 인젝터 시스템에 관한 것이다.
본 섹션은 반드시 종래 기술이라고는 할 수 없는 본 개시물에 관련된 배경 정보를 제공한다. 린번 엔진(lean burn engines)은 과도한 산소, 즉, 이용할 수 있는 연료의 완전한 연소에 필요한 량 이상의 산소의 수량으로 동작함으로써 개선된 연료 효율을 제공한다. 이와 같은 엔진은 "린" 또는 "린 혼합기(lean mixture)"로 실행하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 넌-린번 연소(non-lean burn combustion)와는 대조적으로, 이러한 연비(fuel economy)의 개선 또는 증대는 특히 질소 산화물(NOx)의 형태의 바람직하지 않은 오염 물질의 배출에 의해 상쇄된다.
린번 내연 기관(lean burn internal combustion engines)으로부터 NOx 배출을 감소시키는데 이용되는 방법 중 하나는 선택적 환원 촉매(selective catalytic reduction(SCR))로서 알려져 있다. 예를 들면, 디젤 엔진으로부터 NOx 배출을 감소시키는데 이용될 때의 SCR은, 엔진 연료 흐름, 터보 부스트 압력 또는 배기 NOx 질량 흐름에 의해 측정된 배기 가스 온도, 엔진 rpm 또는 엔진 부하와 같은 하나 이상의 선택된 엔진 동작 매개 변수들에 관하여 엔진의 배기 스트림으로 분무 시약(atomized reagent)을 분사하는 단계를 수반한다. 시약/배기 가스 혼합물은, 예를 들면, 활성탄, 또는 시약이 있을 때에는 NOx 농도를 감소시킬 수 있는 백금, 바나듐, 또는 텅스텐과 같은 금속과 같은 촉매를 함유하는 반응기를 통해 통과된다.
수성 우레아 용액은 디젤 엔진용 SCR 시스템에서 효과적인 시약인 것으로 알려져 있다. 그러나, 이와 같은 수성 우레아 용액의 사용은 많은 단점들을 수반한다. 우레아(urea)는 부식성이 매우 강해서, 우레아 혼합물을 배기 가스 스트림 내에 분사하는데 사용되는 인젝터와 같은 SCR 시스템의 기계적인 구성 요소들에 악영향을 미칠 수 있다. 우레아는 또한 디젤 배기 시스템에서 발생되는 온도와 같은 고온에 대해 장시간 노출될 시에 응고될 수 있다. 응고된 우레아는 인젝터에서 전형적으로 발견되는 좁은 통로와 출구 오리피스 구멍내에 축적할 것이다. 응고된 우레아는 또한 인젝터의 이동부(moving part)들을 오염시키고, 어떤 구멍 또는 우레아 흐름 통로를 막아서, 결국 인젝터를 사용할 수 없게 할 수 있다.
부가적으로, 우레아 혼합물이 미세하게 분무되지 않으면, 우레아 침적물은 촉매 반응기(catalytic reactor) 내에 형성되어, 촉매의 작용을 억제하고, 이것에 의해 SCR 시스템의 효과를 감소시킨다. 높은 분사 압력은 우레아 혼합물의 불충분한 분무의 문제를 최소화시킬 수 있는 하나의 방법이 된다. 그러나, 높은 분사 압력은 종종 배기 스트림 내로의 인젝터 스프레이 연무(injector spray plume)의 과잉 침투를 초래하여, 이러한 스프레이 연무가 인젝터의 반대편에 있는 배기 파이프의 내부 표면에 충돌하게 된다. 이러한 과잉 침투는 또한 우레아 혼합물의 비효율적인 사용을 초래하여, 차량이 NOx 배출을 감소시킨 상태로 동작할 수 있는 범위를 축소시킨다. 수성 우레아의 한정된 량만이 차량에 보내질 수 있으며, 보내진 것은 차량의 범위를 최대화하여, 시약의 빈번한 보충의 필요성을 줄이는데 효율적으로 사용되어야 한다.
또한, 수성 우레아는 불량한 윤활제이다. 이러한 특성은 인젝터 내의 이동부들에 악영향을 미쳐, 비교적 억지 또는 작은 끼워맞춤(tight or small fits), 틈새 및 공차가 인젝터 내의 인접한 또는 상대적 이동부 사이에 채용되어야 함을 필요로 한다. 수성 우레아는 또한 높은 누출 성향을 가지고 있다. 이러한 특성은 여러 위치에 향상된 밀봉 자원(sealing resources)을 필요로 접합면(mating surfaces)에 악영향을 미친다.
열 및 동작 일관성이 더 확실하게 관리될 수 있도록 린번 엔진의 배기 스트림으로 수성 우레아 용액을 분사하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 유익하다. 우레아가 우레아가 응고하는 것을 방지하여, 인젝터 구성 요소의 수명을 연장하기 위해 인젝터의 향상된 냉각 및/또는 열 관리를 제공하는 것이 더욱 유익하다. 인젝터의 내부의 우레아 침적물 형성을 최소화하거나 제거하기 위해 배기 파이프에서 인젝터로의 열 전달을 최소화하는 것이 유익하다. 또한, 그을음(soot) 및 우레아가 비교적 냉각 인젝터 출구 오리피스로 끌어들여지는 것을 방지하기 위해 고온 배기 가스로부터 인젝터 출구 오리피스로의 열 전달을 최소화하는 것이 유익하다. 또한, 경제적 및 환경적 목적을 위해 누출되지 않는 인젝터를 제공하는 것이 유익하다.
본 개시물의 방법 및 장치는 상기 및 다른 이점을 제공한다.
본 섹션은 본 개시물의 일반적인 요약을 제공하며, 전체 범위 또는 기능의 모두를 가진 포괄적인 개시물이 아니다.
일부 실시예들에서, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법은 시약 인젝터의 시약 입구에서의 시약 탱크에서 시약을 수납(receive)하는 단계; 폴 피스(pole piece)의 외부 직경과 전자기 보빈(electromagnetic bobbin)의 내부 직경 사이에 형성된 폴 피스 통로로 시약을 보내는 단계; 폴 피스 통로에서, 내부 하위 본체(inner lower body)의 칼라(collar)의 외부 직경과 보빈의 내부 직경 사이에 형성된 칼라 통로로 시약을 보내는 단계; 칼라 통로에서, 내부 하위 본체의 외부 직경과 인젝터의 하위 섹션의 내부 직경 사이에 형성된 하위 본체 통로로 시약을 보내는 단계; 및 내부 하위 본체에 의해 형성된 분배 통로로 시약을 보내는 단계를 포함할 수 있다. 분배 통로는 내부 하위 본체 및 오리피스 판에 의해 형성된 분배실과 하위 본체 통로를 유동적으로 연결할 수 있다. 일부 실시예들에서, 분배실로부터, 방법은 시약의 제 1 부분 볼륨을 오리피스 판 내의 오리피스로 보내는 단계 및, 시약의 제 2 부분 볼륨을 인젝터의 시약 출구로 보내는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시약의 제 1 부분 볼륨을 오리피스 판 내의 오리피스로 보내는 단계는 오리피스 판 내의 다수의 슬롯을 통해 시약의 제 1 부분 볼륨을 보내는 단계; 핀틀(pintle)을 이동시켜 오리피스 판 내의 오리피스를 차단 해제(unblocking)하는 단계; 오리피스 판 내의 다수의 슬롯 및 오리피스를 통해 시약의 제 1 부분 볼륨을 보내는 단계; 및 시약의 제 1 부분 볼륨을 내부 하위 본체에 의해 형성된 중심 보어(central bore)로 보내는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는: 핀틀이 통과하는 가이드 판에 형성된 관통 구멍(through holes)을 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 핀틀의 단부에 부착하고, 핀틀의 단부를 둘러싸는 핀틀 헤드의 관통 구멍을 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 자기 코일의 보빈의 내부를 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 폴 피스의 중심 보어를 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 분배실에서 내부 하위 본체에 의해 형성된 적어도 하나의 귀환 통로로 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 포함할 수 있으며, 귀환 통로는 분배실과 내부 하위 본체에 의해 형성된 중심 보어를 유동적으로 연결한다. 내부 하위 본체에 의해 형성된 중심 보어 내에 있는 고체 핀틀의 외부 직경 주위에 시약의 제 2 부분 볼륨을 보낸다.
일부 실시예들에서, 시약을 분사하는 인젝터는 상위 인젝터 본체, 상위 인젝터 본체에 고정될 수 있는 하위 인젝터 본체, 유지 판(retaining plate)이 원형 구멍을 통해 하위 인젝터 본체 주위에 고정되도록 원형 구멍이 형성된 유지 판, 절연체가 하위 인젝터 본체 주위에 고정될 수 있도록 원형 구멍이 형성된 절연체, 및 장착 플랜지가 절연체 주위에 고정될 수 있도록 원형 구멍이 형성된 장착 플랜지를 채용할 수 있다. 유지 판은 하위 인젝터 본체에 직접 고정될 수 있다. 절연체는 하위 인젝터 본체 및 유지 판에 직접 고정될 수 있다. 장착 플랜지는 절연체에 직접 고정될 수 있다. 유지 판에 유지 판 주변 가장자리에 대한 다수의 관통 구멍이 형성될 수 있으며, 장착 플랜지에 장착 플랜지 주변 가장자리에 대한 다수의 블라인드 구멍(blind hole)들이 형성될 수 있다. 제 1 핀 단부 및 제 2 핀 단부를 가진 핀은 제 1 핀 단부가 장착 플랜지의 블라인드 구멍들 중 하나 내에 있고, 핀이 유지 판의 다수의 관통 구멍 중 하나를 통해 완전히 있도록 채용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 클립 단부 및 제 2 클립 단부를 가진 클립은 클립이 유지 판 주변 가장자리 및 장착 플랜지 주변 가장자리 위에 고정될 수 있는 방식으로 활용될 수 있다. 유지 판 주변 가장자리에 주변 오목 형상(peripheral concavity)이 형성될 수 있고, 유지 판의 다수의 관통 구멍은 주변 오목 형상 내에 위치될 수 있다. 장착 플랜지 주변 가장자리에 홈이 형성될 수 있다. 제 1 클립 단부는 장착 플랜지 주변 가장자리의 홈 내에 있을 수 있고, 제 2 클립 단부는 유지 판 주변 가장자리의 주변 오목 형상 내에 있을 수 있다. 클립은 C-형상일 수 있고, 제 2 클립 단부는 제 2 핀 단부에 있을 수 있다. 절연체에 각각 일련의 교번하는 돌출부 및 오목부(alternating protrusions and recessions)를 갖는 내부 직경 및 외부 직경을 가진 관형 섹션이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 열 차폐물(heat shield)은 장착 플랜지가 열 차폐물의 관통 구멍을 통해 돌출할 수 있도록 열 차폐물의 관통을 이용하여 장착 플랜지에 설치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 차폐물은 인젝터 상위 본체와 배기 파이프 사이에 위치될 수 있다. 덮개는 덮개가 상위 인젝터 본체, 하위 인젝터 본체 및 장착 플랜지를 둘러싸도록 열 차폐물에 장착될 수 있다.
일부 실시예들에서, 시약을 분사하는 인젝터는 폴 피스의 제 1 단부 및 폴 피스의 제 2 단부를 형성하는 원통형 폴 피스를 채용할 수 있다. 폴 피스는 폴 피스의 제 1 단부에서 폴 피스의 제 2 단부까지 중공 내부(hollow interior)를 가질 수 있다. 스프링 프리로더(spring pre-loader)는 중공 내부에 위치되고, 제 1 단부의 부분에 위치될 수 있다. 스프링은 중공 내부 내에 위치되고, 스프링 프리로더에 접할 수 있다. 전자기 코일은 보빈 주위에 고정될 수 있고, 전자기 코일 자체는 원통형 폴 피스의 외부 직경을 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예들에서, 원통형 폴 피스, 스프링 프리로더, 스프링 및 전자기 코일은 상위 인젝터 본체의 공동부(cavity) 또는 챔버(chamber) 내에서만 있다.
원통형 내부 하위 본체는 하위 인젝터 본체 내에 있을 수 있고, 원통형 내부 하위 본체에 길이 방향 중심 보어가 형성될 수 있다. 내부 하위 본체의 제 1 단부에 길이 방향 중심 보어의 직경보다 큰 직경을 가진 제 1 단부의 제 1 보어가 형성될 수 있다. 내부 하위 본체의 제 1 단부는 또한 길이 방향 중심 보어보다 크고, 제 1 단부의 제 1 보어보다 큰 직경을 가진 제 1 단부의 제 2 보어가 형성될 수 있다. 내부 하위 본체의 제 2 단부에 길이 방향 중심 보어보다 큰 직경을 가진 제 2 단부의 보어가 형성될 수 있다. 인젝터는 길이 방향 중심 보어 내에 있는 고체 핀틀을 추가로 채용할 수 있다. 가이드 판은 핀틀의 중간 부분에 부착될 수 있다. 가이드 판은 제 1 단부의 제 1 보어 내에 있을 수 있다. 핀틀 헤드는 핀틀의 단부의 부분의 핀틀의 단부를 둘러쌀 수 있다. 핀틀 헤드는 제 1 단부의 제 2 보어 내에 있을 수 있고; 오리피스 판은 제 2 단부의 보어 내에 있을 수 있다. 원통형 폴 피스, 스프링 프리로더, 스프링, 전자기 코일, 원통형 내부 하위 본체, 핀틀, 가이드 판, 핀틀 헤드 및 오리피스 판은 단일 카트리지의 부분일 수 있다.
일부 실시예들에서, 인젝터 본체의 상위 섹션에 단일 카트리지, 또는 단일 카트리지의 부분이 삽입하고, 위치할 수 있는 챔버가 형성될 수 있다. 가이드 판에 유체의 통과를 위한 하나 이상의 관통 구멍이 형성될 수 있다. 대안적으로, 가이드 판 및 핀틀은 함께 유체의 통과를 위한 이들 사이의 하나 이상의 관통 구멍을 형성할 수 있다. 핀틀 헤드에 유체의 통과를 위한 적어도 하나의 관통 구멍이 형성될 수 있다. 오리피스 판 및 내부 하위 본체의 제 2 단부는 이들 사이에 분배실을 형성할 수 있다. 인젝터에서 나가기 위한 출구 오리피스로의 유체의 통과를 위한 다수의 홈이 오리피스 판에 형성될 수 있다. 인젝터 본체의 하위 섹션의 내부 표면 및 내부 하위 본체의 외부 표면에 유체 경로가 형성될 수 있다. 인젝터 본체의 하위 섹션의 내부 표면 및 내부 하위 본체의 외부 표면에 의해 형성된 경로에 유동적으로 연결된 분배 통로가 내부 하위 본체에 형성될 수 있다. 오리피스 판 및 내부 하위 본체의 제 2 단부에 의해 형성된 분배실과 내부 하위 본체의 중심 보어를 유동적으로 연결하는 귀환 통로가 내부 하위 본체에 형성될 수 있다. 고체 핀틀은 길이 방향 중심 보어를 통해 고체 핀틀 주위에 유체의 통과를 위한 길이 방향 중심 보어 내에 있을 수 있다.
적용 범위의 추가적 영역은 본 명세서에 제공된 설명에서 자명해질 것이다. 이러한 요약에서의 설명 및 특정 예들은 설명만을 위한 것으로 의도되고, 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 개시물은 많은 이점을 제공한다. 본 발명에 개시된 인젝터는 이전의 인젝터에 비해 물리적인 크기를 감소시키며, 이는 재료 비용을 줄이고, 포장을 향상시키며, 또한 고온 배기 시스템에서 흡수된 열을 감소시킨다.
또한, 본 발명에 개시된 인젝터는 특히 비교적 고온으로의 노출이 발생할 가능성이 있는 인젝터 본체의 하위 섹션 및 내부 하위 본체에서 이전 인젝터와 비교하면 O-링을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 개시된 인젝터는 더욱 높은 턴 다운비(turn down ratios)가 달성되도록 하여, 특정 범위의 선량 요건(dosing requirements)을 커버하기 위한 보다 적은 수의 디스크리트(discreet) 인젝터를 필요로 하여, 인벤토리(inventory)를 감소시키고, 스케일의 효율(efficiency of scale)을 향상시키도록 인젝터의 응답 시간(개방 및 폐쇄 시간)을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 개시된 인젝터에 의하면, NOx 배출을 줄일 수 있다.
여기에 설명된 도면은 모든 가능한 구현이 아닌 선택된 실시예들 만의 설명을 위한 것이고, 본 개시물의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 인젝터를 이용하여 오염 배출 제어 시스템을 가진 예시적인 온로드(on-road) 디젤 엔진의 개략도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 시약 인젝터의 분해도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 도 2a의 시약 인젝터의 분해 단면도를 도시한다.
도 3a는 시약 인젝터의 단면도를 도시한다.
도 3b는 시약 인젝터의 다른 단면도를 도시한다.
도 4는 배기 시스템에 장착된 시약 인젝터의 하부 사시도를 도시한다.
도 5는 배기 시스템에 장착된 시약 인젝터의 상부 사시도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 시약 인젝터의 상부 사시도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 시약 인젝터의 상부 사시도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 시약 인젝터의 상부 사시도를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 인젝터 마운트(mount)의 절연체 및 장착 플랜지의 상부 사시도를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 인젝터 마운트의 절연체 및 장착 플랜지의 분해도를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 도 9 및 10의 절연체 및 장착 플랜지의 단면도를 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 핀틀 및 플런저의 분해도를 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 핀틀 및 플런저의 단면도를 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 하위 인젝터 본체 및 핀틀의 측면도를 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 하위 인젝터 본체 및 핀틀의 분해도를 도시한다.
도 16은 본 발명에 따른 오리피스 판의 사시도를 도시한다.
도 17은 본 발명에 따른 가이드 부재의 사시도를 도시한다.
도 18은 본 발명에 따른 하위 인젝터 본체 및 핀틀의 단면도를 도시한다.
도 19는 본 발명에 따른 폴 피스 및 내부 하위 본체의 상부 사시도를 도시한다.
도 20은 본 발명에 따른 폴 피스 및 내부 하위 본체의 분해도를 도시한다.
도 21은 본 발명에 따른 폴 피스 및 내부 하위 본체의 단면도를 도시한다.
도 22는 본 발명에 따른 인젝터 본체 및 유지 판의 하위 섹션의 상부 사시도를 도시한다.
도 23은 본 발명에 따른 인젝터 본체 및 유지 판의 하위 섹션의 분해도를 도시한다.
도 24는 본 발명에 따른 인젝터 본체 및 유지 판의 하위 섹션의 단면도를 도시한다.
도 25는 본 발명에 따른 인젝터 본체 및 내부 하위 본체의 하위 섹션의 상부 사시도를 도시한다.
도 26은 본 발명에 따른 인젝터 본체 및 내부 하위 본체의 하위 섹션의 분해도를 도시한다.
도 27은 본 발명에 따른 인젝터 본체 및 내부 하위 본체의 하위 섹션의 단면도를 도시한다.
도 28은 본 발명에 따른 자기 코일 조립체의 상부 사시도를 도시한다.
도 29는 본 발명에 따른 자기 코일 조립체의 분해도를 도시한다.
도 30은 본 발명에 따른 자기 코일 조립체의 단면도를 도시한다.
도 31은 본 발명에 따른 보빈 조립체의 상부 사시도를 도시한다.
도 32는 본 발명에 따른 보빈 조립체의 분해도를 도시한다.
도 33은 본 발명에 따른 보빈 조립체의 단면도를 도시한다.
도 34는 본 발명에 따른 유체 커플링 조립체의 상부 사시도를 도시한다.
도 35는 본 발명에 따른 유체 커플링 조립체의 분해도를 도시한다.
도 36은 본 발명에 따른 유체 커플링 조립체의 단면도를 도시한다.
도 37은 본 발명에 따른 부분 시약 인젝터의 상부 사시도를 도시한다.
도 38은 본 발명에 따른 부분 시약 인젝터의 분해도를 도시한다.
도 39는 본 발명에 따른 부분 시약 인젝터의 단면도를 도시한다.
도 40은 본 발명에 따른 시약 인젝터의 상부 사시도를 도시한다.
도 41은 본 발명에 따른 시약 인젝터의 분해도를 도시한다.
도 42는 본 발명에 따른 시약 인젝터의 단면도를 도시한다.
도 43은 본 발명에 따라 배기 시스템에 통합된 시약 인젝터의 상부 사시도를 도시한다.
도 44는 본 발명에 따라 배기 시스템에 통합된 시약 인젝터의 측면도를 도시한다.
도 45는 본 발명에 따라 배기 시스템에 통합된 시약 인젝터의 평면도를 도시한다.
도 46은 종래의 제어 신호를 도시한 그래프이다.
도 47은 본 발명에 따라 피크 및 홀드 제어 신호를 도시한 그래프이다.
도 48은 본 발명에 따라 인젝터를 통해 유체 흐름 경로를 도시한 시약 인젝터의 단면도이다.
상응하는 참조 번호는 여러 도면에 걸쳐 상응하는 부분을 나타낸다.
이제, 예시적 실시예가 첨부한 도면의 도 1-48을 참조로 더욱 완벽하게 설명될 것이다. 본 발명이 디젤 엔진 및 NOx 배출의 감소와 관련하여 설명될 수 있지만, 본 발명은, 비제한적 예들로서, 디젤, 가솔린, 터빈, 연료 전지, 제트 또는 방전 스트림을 출력하는 어떤 다른 전원으로부터의 배기 스트림과 같은 다수의 배기 스트림 중 어느 하나와 관련하여 이용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 본 발명은 다수의 원하지 않는 배출 중 어느 하나의 감소와 관련하여 이용될 수 있다. 부가적인 설명에 대해서는, 2008년 11월 21일자로 출원되고, 명칭이 "분무 유체를 분사하는 방법 및 장치(Method And Apparatus For Injecting Atomized Fluids)"인 공동 양도받은 미국 특허 출원 제12/275,539호에 주목되어야 하며, 이는 여기서 참조로 통합된다. 따라서, 본 발명은 엔진 배기로부터 배출을 감소시키기 위해 수성 우레아 용액과 같은 시약을 배기 스트림 내에 분사하는 개선된 방법 및 장치 구조를 제공한다. 더욱이, 본 발명은 종래 기술의 수성 우레아 용액에 대한 개선, 특히, 중요한 구성 요소의 개선된 열 소산, 시약 인젝터의 감소된 크기 및 복잡성, 및 개선된 동작 및 기능을 포함하는 수성 우레아 인젝터에 대한 개선을 제공한다.
도 1은 디젤 엔진(10)의 배기로부터 NOx 배출을 감소시키는 예시적인 오염 제어 시스템을 도시한다. 도 1에서, 시스템의 요소 간의 실선은 시약에 대한 유체 라인을 나타내고, 점선은 전기적 연결을 나타낸다. 본 발명의 시스템은 시약을 보관하는 시약 탱크(12) 및, 시약 탱크(12)로부터 시약을 송달하는 펌프와 같은 송달 모듈(14)을 포함할 수 있다. 시약은 우레아 용액, 탄화 수소, 알킬 에스테르, 알코올, 유기 화합물, E-85, 물 등일 수 있고, 이의 혼합물 또는 조합물일 수 있다. 또한, 하나 이상의 시약은 시스템에서 이용할 수 있으며, 단독 또는 조합하여 이용될 수 있는 것으로 평가되어야 한다. 시약 탱크(12) 및 송달 모듈(14)은 통합된 시약 탱크/송달 모듈을 형성할 수 있다. 또한, 전자식 분사 제어기(16), 저압 시약 인젝터일 수 있는 시약 인젝터(100), 및 적어도 하나의 촉매 베드(20)를 갖는 배기 시스템(18)은 시스템의 부분으로 제공된다.
송달 모듈(14)은 공급 라인(24)을 통해 인-라인 필터(22)를 경유하여 시약 탱크(12)로부터 시약을 공급하는 펌프를 포함할 수 있다. 시약 탱크(12)는 폴리프로필렌, 에폭시 코팅 탄소강, PVC, 또는 스테인레스강 및 애플리케이션에 따른 크기(예컨대, 차량 크기, 차량의 의도된 용도 등)일 수 있다. 필터(22)는 단단한 플라스틱 또는 스테인레스강으로 구성되고, 이동식 필터 카트리지를 가진 하우징을 포함할 수 있다. 압력 조정기(도시되지 않음)는 미리 정해진 압력 설정 포인트(예컨대, 대략 60-80 psi의 비교적 낮은 압력, 또는 일부 실시예들에서는 대략 60-150 psi의 압력)에 시스템을 유지하도록 제공될 수 있고, 시약 인젝터(100)로부터 귀환 라인(16)에 위치될 수 있다. 압력 센서는 시약 인젝터(100)로 이어지는 유연한 공급 라인(24)에 제공될 수 있다. 시스템은 또한 냉동된 우레아를 녹이거나 우레아가 냉동하는 것을 방지하기 위해 여러 가지 냉동 보호 전략을 통합할 수 있다. 예를 들면, 시스템 동작 중에, 인젝터가 엔진 배기 파이프에서와 같이 배기 가스로 시약을 방출하는지의 여부에 관계없이, 시약은 시약 탱크(12)와 시약 인젝터(100) 사이에서 (즉, 부터 까지(from and to)) 지속적으로 순환되어, 인젝터를 냉각시켜, 시약이 냉각 상태로 유지하도록 인젝터에서 시약의 체류 시간(dwell time)을 최소화한다.
엔진 배기 시스템에서 경험이 있을 수 있는 바와 같이, 연속 시약 순환은 300℃ 내지 650℃의 고온으로 노출할 시에 응고하는 경향이 있는 수성 우레아와 같은 온도에 민감한 시약에 필요할 수 있다. 우레아의 응고가 확실히 방지되는 안전 마진(margin of safety)을 제공하기 위해 140℃ 아래에서, 바람직하게는 5℃와 95℃ 사이의 낮은 동작 범위에서 주어진 우레아 혼합물 또는 용액을 유지하는 것이 중요한 것으로 발견되었다. 응고된 우레아는, 형성하는 것이 허용된다면, 인젝터의 이동부, 개구부 및 통로를 오염시켜, 아마도 의도한 목적을 위해 인젝터를 쓸모없게 할 수 있다. 흐름율은 엔진 크기 및 NOx 레벨에 의존하는 것으로 인식될 것이다.
필요한 시약의 량은 부하, 엔진 RPM, 엔진 속도, 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름, 엔진 연료 분사 타이밍, 및 원하는 NOx 감소량에 따라 변할 수 있다. 엔진 동작 매개 변수의 모두 또는 일부는 엔진/차량 데이터버스를 통해 엔진 제어 유닛(28)으로부터 시약 전자식 분사 제어기(16)로 공급될 수 있다. 주어진 엔진, 차량 또는 트럭 제조업자가 이와 같은 기능을 제공하는 것에 동의한다면, 시약 전자식 분사 제어기(16)는 또한 엔진 제어 유닛(28)의 부분으로 포함될 수 있다. 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름 및 배기 배압은 각각의 센서에 의해 측정될 수 있다.
지금 도 2a 및 2b를 포함한 참조로, 시약 인젝터(100)의 예시적인 실시예 및 변형이 더 설명될 것이다. 도 1에 도시된 시스템의 예시적 이용에서, 시약 인젝터(100)는 인젝터 본체의 상위 섹션(102a) 및 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)을 가진 인젝터 본체(102)를 가질 수 있다. 길쭉한 내부 하위 본체(104)는 인젝터 본체의 상위 섹션(102a) 및 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 중 적어도 하나 내에 수납될 수 있다. 오리피스 판(108)을 통해 완전히 통과하는 적어도 하나의 출구 오리피스(110)(도 16)가 형성(또는, 정의(define))될 수 있는 오리피스 판(108)과 유체 소통할 수 있는 원통형 중심 보어(106)가 길쭉한 내부 하위 본체(104)에 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 내부 하위 본체(104)에는 별도의 가이드 판(107)(도 18)이 장착될 수 있거나 장착되지 않을 수 있다. 도 2b, 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 내부 하위 본체(104)는 핀틀(118)의 핀틀 헤드에 인접한 단부 부분에 테이퍼(taper)될 수 있다. 보다 구체적으로, 일관된 중심 보어(106)(도 3b) 내에 핀틀(118)의 정렬을 가이드하거나 유지할 별도의 가이드 판 대신에, 내부 하위 본체(104)는 테이퍼될 수 있거나, 중심 보어(106)보다 작은 내부 직경을 가진 보어에 스텝다운(step-down)을 가질 수 있다. 도 2b, 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 핀틀 헤드에 인접한 내부 하위 본체(104)의 단부에서의 보어의 이러한 스텝다운은 핀틀(118) 및 부착된 핀틀 헤드를 위한 가이드 부재일 수 있다. 더욱이, 핀틀(118)의 핀틀 헤드는 또한 플런저로 언급될 수 있는 핀틀 헤드가 중심 보어(106) 내에서 길이 방향으로 전후로 확실히 이동시키는 가이드 부재의 역할을 할 수 있다.
오리피스 판(108)을 통한 많은 오리피스는 인젝터(100)가 배기 파이프에 장착될 때에 디젤 엔진의 배기 시스템(18)의 배기 파이프 내의 배기 가스 스트림(도 1,4,5 및 43-45)으로 오리피스 판을 통한 유체 흐름을 허용할 수 있다. 애플리케이션 및 동작 환경에 따라, 오리피스 판(108)은 원하는 성능 특성을 제공할 수 있고, 더욱 쉽고 비용 효율적으로 제조될 수 있는 카바이드 재료로 만들어질 수 있다. 더욱이, 다른 재료 및 제조 공정과 관련된 제한 사항 또는 결점은 제조 복잡한 부품 형상과 관련된 것들과 같이 회피될 수 있다. 디스템퍼(distemper)할 수 있는 탄소강 및 공구강과 같은 다른 강과는 대조적으로, 카바이드는 납땜 온도(870-980℃)에 대한 무감도(insensitivity)와 같은 추가적인 이점을 제공할 수 있다. 카바이드는 또한 부품의 표면 경도가 대부분 또는 모든 강으로 달성 가능한 것보다 훨씬 크도록 허용할 수 있다. 예로서, 모스(Mohs) 미네랄 경도계를 이용하여, 다이아몬드는 10의 경도를 가질 수 있고, 카바이드는 9-9.5의 경도를 가질 수 있으며, 경화강은 4-6의 범위에 있을 수 있다. 따라서, 카바이드는 전체 내마모성에 관하여 유리하다. 더욱이, 카바이드는 또한 광범한 인성을 가지고 있으며, 특정 애플리케이션에 대한 최상의 특성을 갖도록 "미세 조정(fine tuned)"될 수 있다.
오리피스 판(108)은 오리피스 판 홀더(112)를 이용하는 길쭉한 내부 하위 본체(104)에 결합되고, 길쭉한 내부 하위 본체(104)에 의해 유지될 수 있다. 도 14, 15 및 18에 도시된 바와 같이, 오리피스 판 홀더(112)는 원하는 경우 내부 하위 본체(104)와 완전하게 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 오리피스 판 홀더(112)가 별도로 형성되면, 오리피스 판 홀더(112)는 중심 수형 부분(male portion)(114)(도 2b)을 포함할 수 있으며, 중심 수형 부분은 길쭉한 내부 하위 본체(104)의 상응하는 암형 부분(female portion)(116) 내에 수납되어 유지되도록 크기가 정해진다. 둘러싼 출구 오리피스(110)는 원뿔형 또는 원추 형상 또는 어떤 실제적인 형상일 수 있는 밸브 시트(120)(도 16 및 18)일 수 있지만, 원뿔 형상은 예를 들어 도 16에 도시된 바와 같이 하는 것이 바람직하다. 길쭉한 미터링 플러그(metering plug) 또는 핀틀(118)의 형태의 밸브 부재(도 2a, 2b, 12, 13, 15 및 18)는 중심 보어(106) 내에 슬라이드 가능하게(slidably) 장착되고, 고정될 때(when seated)에는 밀폐(sealed) 및 폐쇄 위치를 정의(define)하고, 고정되지 않을 때에는 비밀폐 및 개방 위치를 정의(define)하는 밸브 시트(120)와 맞물릴 수 있다. 일부 실시예들에서, 오리피스 판(108)은 압입(press fit) 연결을 통해 내부 하위 본체(104)에 결합되어, 납땜될 수 있다.
도 2a, 2b 및 19-21과 관련하여, 시약 인젝터(100)는 길쭉한 내부 하위 본체(104)의 상응하여 크기가 정해진 칼라 부분(126) 내에 수납되도록 크기가 정해지는 확대된 직경 단부 부분(124)을 가진 길쭉한 폴 피스(122)를 채용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 길쭉한 폴 피스(122)는 내부 하위 본체(104)로의 압입일 수 있다. 설치 시, 연결 또는 압입 부분은 또한 또는 대안적으로 전자빔 용접될 수 있다. 폴 피스(122)의 플랜지(128)는 길쭉한 내부 하위 본체(104) 내에 폴 피스(122)의 맞물림 깊이(engagement depth)를 제한하여 이들 사이의 공간(130)을 형성(또는, 정의(define))하도록 크기가 정해질 수 있다(도 21). 공간(130)은 핀틀(118)의 핀틀 헤드(132)(도 12, 13 및 21)를 수납하여, 중심 보어(106) 내의 핀틀(118)의 축 움직임 제한 및 제어를 허용하도록 크기가 정해질 수 있다. 일부 실시예들에서, 핀틀 헤드(132)는 압입 및/또는 노 납땜을 통해 핀틀(118)의 샤프트에 부착될 수 있다. 또한, 핀틀 헤드로 언급될 수 있는 핀틀 헤드(132)는 유압 압력을 줄여, 유체 통과를 위한 귀환 흐름 경로를 제공하기 위해 여기에 형성된 관통 구멍을 포함할 수 있다. 또한, 가이드 부재로 언급될 수 있는 가이드 판(107)(도 14, 15, 17 및 18)은 중심 보어(106)에 핀틀(118)의 가이드된 움직임을 제공하기 위해 핀틀(118)을 지원할 수 있다. 가이드 판(107)은 다수의 슬롯 또는 구멍(109)을 포함하여 이를 통해 유체 흐름을 허용할 수 있다. 즉, 핀틀(118)이 가이드 판(107)에 부착될 경우에도 유체가 흐르도록 허용하는 관통 슬롯인 하나 이상의 슬롯 또는 구멍(109)이 가이드 판(107)에 형성(또는, 정의(define))될 수 있다.
도 2a, 2b, 20 및 21에 도시된 바와 같이, 길쭉한 폴 피스(122)에 추가로 길쭉한 폴 피스(122)의 중심축에 대해 이를 통해 확장하는 중심 보어(134)가 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 중심 보어(134)는 귀환 스프링(136) 및 스프링 프리로더(138)를 수납할 있다. 스프링 프리로더(138)는 귀환 스프링(136)과 맞물려 프리로드하도록 크기가 정해질 수 있고, 및/또는 형상이 정해질 수 있다. 보다 구체적으로, 스프링 프리로더(138)는 폴 피스(122)의 중심 보어(134) 내에 형성된 구조물에 접촉하여, 그 내의 움직임을 방지하고, 귀환 스프링(136)의 연장에 이용 가능한 공간을 제한하는 데 도움이 된다. 스프링 프리로더(138)는 스프링 프리로더(138)의 통과를 방지하는 중심 보어(134) 내에 형성된 장애물(obstructions) 또는 특징물(features)을 이용하는 단계를 포함하는 다수의 종래의 방법 중 어느 하나에 유지될 수 있다. 대안적으로, 유지 나사와 같은 조정 가능한 메커니즘은 스프링 프리로더(138)의 위치를 제한하거나 조정하는데 이용될 수 있다. 이런 식으로, 귀환 스프링(136)은 핀틀(118)의 핀틀 헤드(132)에 편향력(biasing force)을 가하도록 허용되어, 핀틀(118)의 단부가 밸브 시트(120)와 맞물리게 하여, 오리피스 판(108)을 통한 유체 흐름을 폐쇄하거나 방지한다. 귀환 스프링(136) 및 스프링 프리로더(138)는 중공(hollow)이고, 귀환 스프링(136)의 중심 부분 및 프리로더(138)를 통한 중심 부분을 통해 유체 흐름을 허용하는 중심 보어를 포함한다.
도 6-8은 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)에서 돌출할 수 있는 유체 입구 및 유체 출구의 여러 구성 및 배치를 가진 인젝터(101)를 도시한다. 더욱이, 유체 입구, 유체 출구 및 전기적 커넥터 하우징이 모두 단일 피스에서 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)의 부분으로 성형될 수 있도록 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)는 단일 재료로부터, 및 두 피스와는 대조적으로 단일 피스로 형성되거나 성형될 수 있다. 이와 같은 구성은 나중에 논의되는 도 21에 도시된 바와 같이 카트리지로 미리 조립된 구성 요소의 카트리지의 삽입을 용이하게 한다. 도 4-6은 또한 배기 구성 요소에 인젝터(101)의 장착을 용이하게 하는 인젝터 마운트를 도시한다. 도 34-36은 또한 각각 인젝터(101)를 도시한다. 도 34는 마운트 없이 유체 입구(168), 유체 출구(170) 및 전기적 커넥터 하우징(174)의 예시적 위치를 가진 인젝터(101)를 도시한다. 도 35는 제각기 입구(168) 및 출구(170)에서 제거되는 입구 포트 필터(175) 및 출구 포트 필터(177)를 가진 인젝터(101)를 도시한다. 도 35는 또한 캡슐화된 전자기 코일 및 관련된 보빈의 플럭스 프레임(178)을 도시하며, 이는 모두 인젝터 본체 상위 섹션(102a)에서 제거된 상태이다. 도 36은 입구(168) 내에 설치된 입구 필터(175), 출구(170) 내에 설치된 출구 필터(177), 및 인젝터 본체 상위 섹션(102a) 내에 설치된 플럭스 프레임(178)에 의해 둘러싸인 전자기 코일 및 관련된 보빈을 도시한 단면도이다.
조립 중에(도 9-42), 스프링 프리로더(138) 및 귀환 스프링(136)은 폴 피스(122)의 중심 보어(134) 내에 배치될 수 있다. 폴 피스(122)의 단부 부분(124)은 내부 하위 본체(104)의 칼라 부분(126) 내에 수납되어, 이들 사이에 핀틀(118)의 핀틀 헤드(132)를 캡처(capture)함으로써, 핀틀(118)이 내부 하위 본체(104)의 중심 보어(106)를 따라 및 그 내에 연장하도록 한다. 핀틀(118)의 길이 방향 중심축은 중심 보어(106)의 길이 방향 중심축과 일치할 수 있다. 오리피스 판 홀더(112)의 수형 부분(114)은 내부 하위 본체(104)의 암형 부분(116) 내에 접합되거나 삽입될 수 있다. 암형 부분(116)은 공동부 또는 보어로 설명될 수 있다. 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)은 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)과 접합될 수 있음으로써, 오리피스 판 홀더(112), 내부 하위 본체(104), 핀틀(118), 폴 피스(122), 귀환 스프링(136) 및 스프링 프리로더(138)가 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)의 챔버(140) 내에 캡처되며, 일부 실시예들에서는 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 챔버(142) 내에 캡처되도록 한다.
도 2a, 2b 및 28-33과 관련하여, 비제한 예로서, (일반적으로 POM으로 언급되고, 또한 폴리아세탈 또는 폴리포름알데히드로 알려져 있는) Delrin 또는 Polyoxymethylene로 만들어질 수 있는 디스크 형상의 보빈(144)이 도시된다. POM은 고강성 및 우수한 치수 무결성(excellent dimensional integrity)을 필요로 하는 정밀 부품을 제조할 시에 이용될 수 있는 열가소성이다. 계속하면, 보빈(144)은 중심 보어(146)를 가질 수 있고, 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)과 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 사이에 위치되어 캡처될 수 있음으로써, 내부 하위 본체(104) 및 폴 피스(122)가 보빈(144)의 중심 보어(146) 내에 수납되도록 한다. 특히, 보빈(144)은 제각기 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 상위 섹션(102a) 및 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 내에 형성되는 상응하여 크기가 정해진 함몰부(depressions)(148, 150)(도 2a, 2b 및 22-24) 내에 수납될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)은 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)으로 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)을 유지하기 위해(도 2a-5) 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)의 어깨부(shoulder)(154) 위에 압연되거나 형성될 수 있는 립(lip)(152)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, O-링과 같은 밀봉 부재는 인젝터 본체의 상위 섹션(102a) 내에 형성(또는, 정의(define))된 밀봉 함몰부(156)(도 2b) 내에 제공될 수 있음으로써, O-링이 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)과 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 사이에 위치되어 누출 방지 유체 밀봉을 형성(또는, 정의(define))하여 보장하도록 한다.
출구 오리피스(110)의 개방 및 폐쇄에 영향을 미치도록 하기 위해, 액추에이터는 예컨대 인젝터 본체(102) 내에 장착되는, 일부 실시예들에서는 보빈(144)과 함께 장착 및/또는 형성되는 자기 코일(180)(도 28-30)의 형태로 제공될 수 있다. 본 발명의 자기 코일(180)은 실질적으로 시약 인젝터에 이용되는 전통적인 코일에 비해 작다. 이러한 작은 크기는 시약 인젝터의 외부 공기 냉각과 같은 능동 냉각을 통해 다른 점에서 관리될 필요가 있는 작동 중에 생성되는 보다 적은 열을 포함하는 통상의 코일에 비해 몇 가지 이점을 제공한다. 따라서, 본 개시물의 작은 자기 코일의 사용을 통해, 코일 동작 중에 보다 적은 열이 생성되며, 결과적으로, 시약 인젝터의 적은 능동 냉각이 필요하다. 비제한 예로서, 10mm ID, 17mm OD 및 3.8mm 축 길이를 가진 #29 마그넷 와이어(magnet wire)의 100 권선을 갖는 자기 코일은 시약 인젝터(100)를 안전하게 작동하기에 충분한 것으로 발견되었다.
자기 코일(180)이 전기적 리드(182)를 통해 통전(energized)되면(도 28 29), 미터링 핀틀(118)은 폐쇄 위치에서 개방 위치로 상향으로 그려진다. 상향은 인젝터(100)가 장착될 수 있는 배기 파이프에서 떨어져 있는 방향이다. 길쭉한 폴 피스(122)의 확대된 직경 단부 부분(124) 및 핀틀 헤드(132)와 같은 조립체의 일부 부재는 자기장의 확립을 촉진하는데 도움을 주도록 430 스테인리스강과 같은 자기 재료로 만들어질 수 있다. 마찬가지로, 길쭉한 내부 하위 본체(104)의 칼라 부분(126)과 같은 조립체의 일부 부재는, 미터링 핀틀(118)의 효과를 제한하는 비자기 재료로 만들어질 수 있다. 자기 코일(180)은, 예컨대, 도 1의 전자식 분사 제어기(16)로부터의 신호에 응답하여 통전될 수 있으며, 이는, 인젝터(100)가 장착되는 배기 파이프 내의 배기 스트림에서 NOx 배출의 효과적인 선택적 환원 촉매를 위해 시약이 필요할 때에, 센서 입력 신호 및 이의 미리 프로그램된 알고리즘에 기초하여 결정한다. 핀틀(118)의 움직임을 용이하게 하기 위해, 핀틀 헤드(132)는 전자기 코일(180)의 플럭스 프레임과 정렬될 수 있다. 예를 들면, 적어도 도 42에 도시된 바와 같이, 보빈(144) 및 전자기 코일(180)을 둘러싸는 플럭스 프레임은 핀틀 헤드(132)와 정렬될 수 있다. 따라서, 도 42의 단면도에서, 플럭스 프레임을 연결하기 위해 플럭스 프레임의 단면 절반 사이에 직선이 그려지면, 직선은 핀틀 헤드(132)를 통해 그려진다. 이와 같은 배치는 핀틀 헤드(132)에서 전자기 코일(180)의 전자기 효과를 향상시킨다.
일부 실시예들에서, 전기적 리드(182)는 예컨대 시약 전자식 분사 제어기(16)(도 1)로부터 제어 신호를 시약 인젝터(100)에 제공한다. 자기 코일(180)은 펄스 폭 변조 디지털 신호를 이용하여 12-24 VDC 전류에 의해 통전될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 신호는 간단한 구형파일 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 일반적으로 도 47에 도시된 것과 유사한 제어 신호의 이용을 통해 실질적으로 개선된 시약의 성능 및 미터링이 달성될 수 있는 것으로 발견되었다. 비교를 위해, 도 46을 참조하면, 일정한 출력(b)으로의 t=0에서의 시작 임펄스(a)를 가지고, (c) t=1에서 0으로 종료하는 통상의 구형파가 도시된다. 이러한 통상의 구형파는 코일을 통전시켜, 인젝터에서 지연된 응답을 생성하며, 즉 인젝터는 초기에 완전 개방 위치로 곡선 응답(d)에 따라 개방하고, 최종으로 지연된 응답(e)에 따라 폐쇄한다.
본 발명에 따르면, 도 47에서, 통상의 신호의 일정한 출력(b)보다 큰 임펄스를 정의하는 t=0에서의 시작 임펄스(f)를 가진 제어 신호가 제공된다. 시작 임펄스(f)는 시약 인젝터(100)의 더욱 빠른 개방 응답(g)을 촉구하도록 시간 t<1 동안 확장할 수 있다. 본 발명의 세련된(refined) 제어 신호의 개방 응답(g)은 통상의 제어 신호의 개방 응답(d)보다 더 빠른(따라서 경사가 급한) 것으로 평가되어야 한다. 그 후, 본 발명의 제어 신호는 t<1에서 낮은 출력(h)으로 감소되고, t=1에서 0으로 종료될 때까지(i) 유지될 수 있다. 본 발명의 제어 신호를 이용함으로써, 시약 인젝터(100)는 폐쇄 위치에서 개방 위치로 이동하고, 개방 위치에서 다시 폐쇄 위치로 이동하는 것과 관련된 지연을 최소화할 수 있어, 개선된 응답 및 미터링 능력을 달성할 수 있는 것으로 발견되었다.
피크 및 홀드 응답 제어를 제공하는 펄스 폭 변조, 및 기계적 분무 기술의 조합은 정확한 타이밍으로 소량의 분무 탄화 수소를 제공하는데에 적절하다. 본 발명에 의해 제공되는 냉각 양태는 인젝터(100)가 고온 배기 가스에 근접하여서도 견디어, 탄화 수소의 조기 점화를 방지하도록 한다.
일부 실시예들에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 시약 인젝터(100)는 챔버(164)가 형성(또는, 정의(define))되는 본체(162)를 가진 유체 커플링(160)을 채용할 수 있다. 도 43 및 44는 유체 연결에 영향을 미치도록 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)에 탈착 가능하게 결합될 수 있는 유체 커플링(160)의 사시도를 도시한다. 이를 위해, 본체(162)의 챔버(164)는 암형 부분으로서 리세스(recess)되거나 오목하여, 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)의 돌출 또는 수형 부분(166)과 맞물려 결합한다. 이와 같은 구성에 의하면, 확실한 탈착 가능한 연결은 유체 커플링(160)과 시약 인젝터(100)의 나머지 부분 사이에 형성된다. 유체 커플링(160)은 수성 시약 또는 우레아를 시약 인젝터(100) 내의 유체 경로에 공급하는 시약 입구(168) 및 시약 출구(170)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 유체 커플링(160)은 도 6-8에 도시된 바와 같이 공통 허브(common hub)에 연결할 수 있는 다수의 별도의 라인을 포함할 수 있는 것으로 평가되어야 한다.
본 발명에 따르면, 핀틀(118)이 인젝터(100)를 통해 유체의 순환을 용이하게 하도록 폐쇄 위치에 있을 때, 유체 경로는 시약 인젝터(100) 내에 형성(또는, 정의(define))된다. 보다 구체적으로, 도 18 및 42를 참조하면, 유체 경로는 시약 입구(168)에서 분배실(171)로 연장하고나서 시약 출구(170)로 연장할 수 있다. 더욱 상세하게는, 유체 또는 시약은 비교적 냉각할 수 있는 제 1 온도로 시약 입구(168)에서 시약 인젝터(100)에 들어갈 수 있다. 그 후, 유체는 폴 피스(122)의 외부 측면을 따라 및 외부 측면에 대해 경로(300)를 따라 흐름으로써 진행할 수 있다. 경로(300)는 폴 피스(122)의 외부 표면 및 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)의 챔버(140)의 내부 직경에 의해 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 그 후, 유체는 흐름의 방향으로 계속하고, 폴 피스(122)의 외부 표면과 보빈(144)의 내부 사이로 통과할 수 있다. 더 구체적으로, 유체는 흐름의 방향으로 계속하고, 보빈(144)의 내부 직경을 따라 형성되는 적어도 하나의 슬롯 또는 다수의 슬롯(302)을 통과할 수 있다(도 31-33 참조). 이러한 단계 동안, 냉각 유체는 보빈(144)의 외부 표면 영역에 노출되고, 보빈(144) 및 열을 보빈(144)으로 보낼 수 있는 결합된 코일(180)로부터의 열 에너지의 부분을 냉각하거나 흡수하도록 동작할 수 있다.
대안적으로, 유체 슬리브(fluid sleeve)와 같은 분리 부분은 유동 경로에서 전자기 코일(180)을 분리하도록 보빈(144)의 내부 직경 내에, 더 일반적으로는, 전자기 코일(180)의 내부 직경 내에 통합될 수 있다. 유체 슬리브를 이용할 시에, 슬롯(302)은, 예컨대, 유체의 통과를 허용할 필요가 없을 수 있다. 도 31 및 33을 참조하면, 특히 도시되지 않지만, 유체 슬리브는 중심 보어(146)에 인접한 일반적으로 평활한(smooth) 외부 및 일반적으로 평활한 내부를 가질 수 있다. 이와 같은 유체 슬리브의 높이는 도 33에 도시된 보빈(144)의 높이와 동일하거나 일반적으로 동일할 수 있고, 솔레노이드 코일 보빈(144)의 중심 보어(146) 내에 배치될 수 있다. O-링은 중심 보어(146) 내의 유체 슬리브와 중심 보어(146) 사이와 같이 밀봉 또는 구성 요소 부품 사이에 활용될 수 있다.
인접한 보빈(144)을 흐르는 냉각 유체의 존재는 유체의 열 흡수 기능 때문에 자기 코일(180)의 동작 및 수명에 유익하다. 그 후, 유체는 내부 하위 본체(104)의 외부 측면 또는 표면을 따라 슬롯(302)에서 하위 본체 통로(304)로 흐르는 것으로 진행할 수 있다. 보다 구체적으로, 하위 본체 통로(304)는 내부 하위 본체(104)의 외부 측면 또는 표면과, 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 챔버(142)와 같은 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 내부 표면 또는 표면 사이에 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하위 본체 통로(304)는 내부 하위 본체(104)를 냉각하도록 내부 하위 본체(104)의 전체 길이(306) 또는 이의 부분을 완전히 둘러쌀 수 있다. 더욱이, 하위 본체 통로(304) 내의 유체는 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 적어도 부분을 더 냉각할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 하위 본체 통로(304) 내의 유체는 하나 이상의 분배 통로(308)를 통해 분배실(171)로 보내질 수 있다. 분배실(171) 내의 유체는 핀틀(118)이 오리피스 판(108)을 냉각하면서 핀틀(118)이 개방 또는 폐쇄 위치에 있을 때에 선회실(swirl chamber)(320)로 보내질 수 있다. 하나 이상의 귀환 통로(312)는 분배실(171)에서 내부 하위 본체(104)의 중심 보어(106)까지 연장하여, 분배실(171)에서 내부 하위 본체(104)의 중심 보어(106)까지 유체를 위한 유체 경로를 제공할 수 있다. 중심 보어(106) 내의 유체는 핀틀(118) 및 내부 하위 본체(104)에 냉각을 제공할 수 있다. 중심 보어(106)로 흐를 시에, 유체가 고체인 비중공 구조일 수 있는 핀틀(118)의 외부 직경을 둘러싸도록 중심 보어(106)의 전체 길이를 따라 흐를 수 있다. 유체는 오리피스 판(108) 및 배기 파이프의 배기 스트림에서 떨어진 방향으로 중심 보어(106) 내의 핀틀(118)의 길이를 따라 흐르는 곳으로 진행할 수 있다. 귀환 통로(312)와 반대인 중심 보어(106)의 끝에서, 유체는 가이드 판(107)에서 출구 슬롯 또는 구멍(109)을 통할 수 있는 출구 슬롯 또는 구멍을 통해 흐를 수 있다. 가이드 슬롯(109)은 오로지 가이드 판(107) 및 핀틀(118)의 외부 표면에 의해 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 가이드 판(107)에서 하나 이상의 가이드 슬롯 또는 구멍(109)을 통해 흐를 시에, 유체는 핀틀 헤드(132)의 통로(316)를 통해 폴 피스(122)의 중심 보어(134)로 흐르고 나서, 시약 출구(170)로 흐르며, 다시 시약 탱크(12)로 흐를 수 있다. 통로(316)는 핀틀 헤드(132)의 관통 구멍일 수 있다.
상술한 바로부터, 인젝터(100)가 유체를 배기 스트림으로 분사하지 않을 시에도, 인젝터(100)로 및 인젝터에서의 유체의 흐름은 냉각 효과를 시약 인젝터(100)에 제공하는 것으로 인식되어야 한다. 더욱이, 시약 입구(168)에서와 경로(300), 슬롯(302), 및 하위 본체 통로(304)(일반적으로 총칭하여 냉각 경로로 지칭됨)를 통한 유속(flow velocity)은, 냉각 경로의 증가 볼륨 대 가열 경로의 감소 볼륨 때문에 중심 보어(106), 통로(314), 통로(316), 중심 보어(134), 및 시약 출구(170)(일반적으로 가열 경로로 지칭됨)를 통해 시약 인젝터(100)를 나가는 유속보다 적은 것으로 인식되어야 한다. 그래서, 냉각 경로의 이러한 감소된 유속은 유체 볼륨 측면에서 큰 유체의 존재, 더욱 긴 유체 체류 시간, 및 유체가 가장 냉각될 때 증가된 열 흡수를 허용한다. 마찬가지로, 가열 경로의 증가된 유속은 시약 인젝터(100)로부터 가열된 유체를 크게 제거한다. 전체적인 효과는 시약 인젝터(100)의 냉각 및 열 관리를 향상시킨다.
핀틀(118)이 오리피스 판(108)에서 제거되거나 멀리 이동되고, 유체가 배기 파이프(19) 내의 배기 스트림으로 흐르도록 허용될 때에 시약 인젝터는 개방 위치에 있을 수 있다. 시약 인젝터(100)가 폐쇄 위치에 있을 때에 인젝터(100)를 통한 유체 흐름에 대한 상기 설명과 유사하게, 시약 인젝터(100)가 개방 위치에 있을 때, 자유롭게 흐르는(free-flowing) 및 방해받지 않는 유체 경로는 분배실(171)에서 오리피스 판(108)에서 및 오리피스(110) 밖에서 하나 이상의 슬롯(322)을 통해 선회실(320)(도 18)로 연장하고, 예컨대, 배기 파이프(19) 내의 배기 스트림으로 연장한다.
슬롯(322)은 도 16에 도시된 바와 같이 오리피스 판(108)에 형성될 수 있다. 대안적으로, 중간 판은 그것에 형성된 슬롯(322)을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 2a-2b에 도시된 오리피스 판 홀더(112)는 그것에 형성된 슬롯(322)을 가질 수 있다. 또한, 슬롯(322)은 내부 하위 본체(104)의 하부 표면에 형성될 수 있다. 따라서, 여러 선택 사항이 출구 오리피스에 가까운 시약 흐름을 제어할 슬롯을 형성하기 위해 존재한다.
핀틀(118)이 높아진 및 개방 위치에 있고, 밸브 시트(120)로부터 고정되지 않을 때에만 유체는 일반적으로 선회실(320) 내에 흐르는 것으로 인식되어야 한다. 이러한 배치는 실질적으로 시약 인젝터(100)에서 시약의 투입량을 향상시킨다. 즉, 통상의 인젝터에서의 투입량은 종종 유속, 스프레이 각도, 입자 크기(droplet size) 등에 따라 변할 수 있다. 유체 흐름이 자유롭게 선회실 내에서 흐르도록 허용되고, 그 흐름이 같은 귀환 라인 배압(backpressure), 속도 등과 같은 시스템의 매개 변수 설정에 의해 변화되면, 배출된 시약의 투입량은 실질적으로 변할 수 있다. 그래서, 본 발명의 원리에 따르면, 이들 결점은, 부분적으로, 유체가 선회실(320)을 통과할 필요 없이 유체를 시약 출구(170)로 귀환시키는 귀환 통로(312)를 이용함으로써 회피될 수 있다. 대신에, 시약은 선회실의 주변, 슬롯(322)의 주변 및 슬롯(322)을 형성(또는, 정의(define))하는 높아진 부분을 통과할 수 있다.
환언하면, 일부 실시예들에서, 시약은 시약 입구(168)를 통해 출구 오리피스(110)로 송달될 수 있다. 시약 입구(168)는 출구 오리피스(110)와 유체 소통(fluid communication)할 수 있고, 공급 라인(9)을 통해 시약 탱크(12)에 외부 연결될 수 있다. 시약은 미리 정해진 압력 설정 포인트에서 시약 인젝터(100)로 펌핑되고나서, 시약 입구(168)로 펌핑되며, 그 후 출구 오리피스(110)로 펑핑될 수 있다. 미리 정해진 압력 설정 포인트는 출구 오리피스(110)로부터 증가된 동작 범위 및 변화된 스프레이 패턴 중 적어도 하나를 제공하는 동작 조건에 응답하여 변할 수 있다. 가압 시약은 오리피스 판(108)의 구성 및 형상에 기초하여 비교적 고속으로 가속화될 수 있다. 이것은 출구 오리피스(110)에서 고속 흐름을 생성시킨다. 핀틀(118)의 단부가 밸브 시트(120)에서 제거되면, 시약 흐름의 부분은 출구 오리피스(110)를 통해 통과되며, 여기서 분무는 배기 스트림으로 분출할 때에 공기에 의해 시약의 원심력 및 전단(shearing)의 조합에서 발생한다.
일례로서, 시약의 시간당 36 리터(l/hr)로 변환하는 분당 약 600 밀리리터(ml/min)는 시약 인젝터(100)를 통해 순환될 수 있으며, 이는 실제로 출구 오리피스(110)에서 분배된 시약의 량보다 클 수 있다. 흐름율이 특정 배기 처리 애플 리케이션에 따라 변화될 수 있지만, 출구 오리피스(110)를 통해 배기 스트림으로 분배되지 않는 시약은 시약 출구(170)를 통해 시약 인젝터(100)에서 나가, 순환을 위해 시약 탱크(12)로 귀환된다. 밸브 시트(120)에서 미터링 핀틀(118)의 단부를 제거할 시에, 분무 시약은 배기 처리 애플리케이션 및/또는 이용된 제어 알고리즘에 따라 대략 1 ml/min (.06 l/hr) 내지 600 ml/min (36 l/hr)의 율로 배출될 수 있다. 출구 오리피스(110)에서 배출된 시약의 스프레이 특성은 귀환 라인(35)에서는 시약 인젝터(100)에서 시약 탱크(12)까지 유지되고, 공급 라인(24)에서는 송달 모듈(14)에서 시약 인젝터까지 유지된 압력의 압력 비율에 따라 변화될 수 있다. 예를 들면, 액적(droplet)의 크기는 공급 라인(24)에서 압력의 변화에 의해 제어될 수 있다. 게다가, 스프레이 특성은 서로 다른 스프레이 판 또는 오리피스 판을 상호 교환함으로써 변화될 수 있다. 송달 모듈(14)에 의해 출력 압력을 변화시키는 것과 같이 시약 순환 속도를 변화시킴으로써, 시약에 의해 제공되는 냉각의 레벨이 변화될 수 있지만, 액적 크기 또는 스프레이 원추각(spray cone angle)에 더 이상 영향을 미치지 않을 것이다.
도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 미터링 핀틀(118)은, 예컨대, 핀틀(118)의 핀틀 헤드(132)와 맞물리는 귀환 스프링(136)의 형태일 수 있는 편향 부재에 의해 폐쇄 위치에서 편향될 수 있다. 귀환 스프링(136)은 핀틀(118)의 핀틀 헤드(132)의 상부 표면과 맞물릴 수 있다. 핀틀 헤드(132)의 상부 표면은 핀틀(118) 반대편의 플런저의 표면일 수 있다. 상부 표면은 구부러지거나 볼록할 수 있다.
특히 도 4, 5 및 43-45와 관련하여, 시약 인젝터(100)의 외부 사시도는 배기 튜브(19)에 대한 연결을 도시한다. 일부 실시예들에서, 배기 튜브(19)에 대한 시약 인젝터(100)의 연결은 시약 인젝터(100)에 가해질 수 있는 토크 등과 같은 힘의 결점을 최소화하는 그러한 방식으로 달성될 수 있다. 즉, 도 2a, 2b 및 9-11에 도시된 바와 같은 일부 실시예들에서, 장착 플랜지(200)는 용접, 나사산 패스너(threaded fastener), 또는 다른 통상의 수단을 통해 배기 튜브(19)에 결합될 수 있다. 중심 보어(202)를 가진 장착 플랜지(200)가 형성될 수 있으며, 중심 보어(202)는 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)을 수납하도록 크기가 정해져, 출구 오리피스(110)가 원하는 방향에서 배기 튜브(19)의 내부에 시약을 도입하기 위해 배기 튜브(19) 내의 미리 정해진 위치에 위치되도록 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2a, 2b 및 9-11에 도시된 바와 같이, 절연체(204)가 장착 플랜지(200)와 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 사이에 배치되어, 배기 시스템(18)으로부터, 특히, 배기 가스 및 배기 튜브(19)로부터의 열 에너지를 시약 인젝터(100)로 전달하는 것을 최소화할 수 있다. 배기 가스의 통로를 더 저지하기 위해, 적절한 내열성 O-링(203)이 도 42에 도시된 바와 같이 절연체(204)와 장착 플랜지(200') 사이의 팔꿈치 또는 어깨(elbow or shoulder) 위치에 설치될 수 있다.
절연체(204)는 Makor 또는 Pressed Mullite과 같이 열 전달을 최소화하는 열적 특정을 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 절연체(204)는 절연체(204)가 장착 플랜지(200) 내에 수납되도록 허용하기 위해 장착 플랜지(200)의 중심 보어(202)의 내부 직경 및/또는 형상에 보완적인 외부 직경 및/또는 형상을 갖는 관형 섹션(206)을 포함할 수 있다. 더욱이, 관형 섹션(206)의 외부 직경은 장착 플랜지(200)의 중심 보어(202)의 내부 직경과 접촉할 수 있다. 마찬가지로, 관형 섹션(206)은 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)이 절연체(204) 내에 수납되도록 허용하기 위해 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 외부 직경 및/또는 형상에 보완적인 내부 직경 및/또는 형상을 포함할 수 있다. 더욱이, 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 외부 직경 및/또는 형상은 절연체(204)의 내부 직경과 접촉할 수 있다. 절연체(204)는 오목 부분이 아닌 돌출 부분에 대한 관형 섹션(206)의 외부 직경의 접촉을 제한하는 일련의 교번하는 돌출부 및 오목부를 가진 외부 직경을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 관형 섹션(206)의 외부 직경은 장착 플랜지(200)의 내부 직경과 덜 접촉하여, 관형 섹션(206)과 장착 플랜지(200) 사이의 열 전달은 교번하는 돌출부 및 수축부가 나사산 접촉 표면의 평활한 표면 또는 부분인 경우보다 덜 발생할 것이다.
마찬가지로, 관형 섹션(206)은 오목 부분이 아닌 돌출 부분에 대한 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 외부 직경과 관형 섹션(206)의 내부 직경의 접촉을 제한하는 일련의 교번하는 돌출부 및 오목부를 가진 내부 직경을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 관형 섹션(206)의 내부 직경은 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 외부 직경과 덜 접촉하여, 관형 섹션(206)과 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 사이의 열 전달은 교번하는 돌출부 및 오목부가 나사산 접촉 표면의 평활한 표면 또는 부분인 경우보다 덜 발생할 것이다.
절연체(204)는 배기 시스템(18)에서 시약 인젝터(100)로의 열전도를 최소화하는데에 도움이 되는 실질적인 열 절연 특성을 제공하는 것이 입증되었다. 특히, 비제한 예로서, 절연체(204) 외부의 온도는 500℃ 이상일 수 있는 것으로 발견되었다. 그러나, 절연체(204)의 보어(202)의 내부벽 온도는 전형적으로 70-100℃를 초과하지 않는다. 일부 실시예들에서, 절연체(204)는 금속화되고, 니켈은 외부 금속 하우징 또는 장착 플랜지(200, 200')에 납땜된다. 납땜은 어떤 형태의 개스킷 또는 다른 밀봉 장치에 의지하지 않고 가스 밀봉을 제공하고, 플랜지(200) 내에 절연체를 보존하는 역할을 한다. 납땜 접합은 배기 시스템의 부분으로 설치될 때에 인젝터(100), 장착 플랜지(200) 및 절연체(204)와 사용중에 발생할 것으로 예상되는 온도보다 높은 열적 능력(thermal capabilities)을 가져, 신뢰할 수 있는 밀봉 및 부착을 위한 허용 가능한 안전 마진(acceptable margin of safety)을 보장한다.
도 2a 및 2b를 계속 참조하면, 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)은 캡 나사와 같은 다수의 패스너(208)를 통해 장착 플랜지(200)에 고정될 수 있다. 패스너(208)는 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 플랜지 링(212) 내에 형성되는 각각의 개구(210)를 통해 확장하여, 장착 플랜지(200)의 플랜지 링(216)에 형성된 상응하는 개구(214)와 스레딩(threadingly) 맞물릴 수 있다. 일부 실시예들에서, 원형일 수 있는 절연체(204)의 립(205)은 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)과 장착 플랜지(200) 사이에 위치되어, 그 내에 절연체(204)를 안정적으로 유지하거나 접촉에 의해 끼울 수 있다. 절연체(204)는 장착 플랜지(200)를 배기 파이프에 프로젝션 용접하기 위한 파일럿(pilot)으로 이용될 수 있다.
그러나, 일부 실시예들에서, 도 4-8 및 41-42에 도시된 바와 같이, 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)은 단면이 C 형상 또는 타원형일 수 있는 다수의 클립(220)을 통해 장착 플랜지(200')에 고정될 수 있다. 대안적으로, 클립(220)은 다른 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 클립(220)은 단면이 원형, 정사각형 또는 직사각형일 수 있다. 클립(220)은 장착 플랜지(200')의 주변 링 섹션(222) 및 유지 판(226)의 주변 링 섹션(224) (도 41-42)의 부분을 오버랩하거나 커버하는데 이용될 수 있다. 도 22-24에 도시된 바와 같이, 유지 판(226)은 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)을 수납하기 위한 중심 개구(227) 및 위로 향한 주변 링 섹션(224)을 가진 디스크 형상 부재일 수 있다. 유지 판(226)은 압입 및 납땜 또는 용접을 통해 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)에 결합되어 이와 함께 인젝터 본체(102)를 유지할 수 있다. 클립(220)의 각각은 터미널 단부(terminal ends)(228)(도 41)를 포함할 수 있으며, 이러한 터미널 단부는 일반적으로 서로 마주하거나 대향하고, 인젝터 본체(102)를 장착 플랜지(200')에 결합하도록 장착 플랜지(200') 및 유지 판(226)에 클램핑력(clamping force)을 가할 수 있다. 특히, 도 41-42를 계속 참조하면, 클립(220)의 제 1 터미널 단부(228)는 장착 플랜지(200')의 링 섹션(222)에 접촉할 수 있고, 클립(220)의 제 2 터미널 단부(228)는 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 유지 판(226)의 주변 링 섹션(224)에 접촉할 수 있다. 클립(220)의 제 2 터미널 단부(228)는 유지 판(226)의 주변 링 섹션(224)의 주변 오목 형상(225) 내에 더 있을 수 있고, 접촉할 수 있다. 오목 형상(225)은 시약 인젝터(100)의 중심 수직 축으로의 클립의 움직임을 방지할 수 있고, 상기 중심 수직 축에서 떨어진 클립의 움직임을 방지할 수 있다. 시약 인젝터(100)의 중심 수직 축은 핀틀(118)의 길이 방향 축과 일치할 수 있다. 시약 인젝터(100)의 중심 수직 축으로의 클립의 움직임을 방지하고, 상기 중심 수직 축에서 떨어진 클립의 움직임을 방지함으로써, 클립(220)은 설치 위치에 있다.
인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)에 대한 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 회전을 방지하거나 최소화하기 위해, 유지 판(226) 및 장착 플랜지(200')에 대한 설치 클립(220)의 움직임을 추가로 방지하기 위해, 위치 핀(229)(도 9-11 및 41-42)은 장착 플랜지(200')의 고정 구멍(223) 또는 슬롯에서 상향으로 확장할 수 있고, 유지 판(226)(도 22-23) 내에 형성되는 관통 구멍일 수 있는 다수의 위치 구멍(231) 중 어느 하나 내에 수납될 수 있다. 위치 핀(229) 및 위 치 구멍(231)은 서로 맞물리고, 이들 사이에 연결부를 형성하며, 이러한 연결부는 클립(220), 유지 판(226) 및 장착 플랜지(200')의 상대적 회전을 방지한다. 따라서, 본 개시물은 원하는 인젝터 설치를 위한 회전 방향의 선택을 허용하는 인젝터및 장착 인터페이스를 제공하여, 응용 특정 장착 및 구성 요소에 대한 필요성을 회피한다.
도 41 및 42를 포함한 참조로, 클립(222)은 반대 터미널 단부(228) 중 하나에 노치(235)를 가질 수 있다. 예를 들면, 노치(235)는 탑 사이드(top side)로 지칭되는 시약 인젝터(100)의 사이드 상에 있을 수 있다. 시약 인젝터(100)가 배기 튜브(19) 상에 설치될 때에 시약 인젝터(100)는 배기 튜브(19)에서 떨어진 유지 판(226)의 사이드일 수 있다. 클립(220)의 노치(235)가 도 42에 도시된 바와 같이 위치 핀(220)의 단부에 걸쳐 있을 수 있도록 노치(235)는 위치 핀(229)의 직경보다 넓을 수 있다. 장착 플랜지(200')의 유지 판(226) 및 주변 링 섹션(222)을 서로 단단히 고정하여, 유지 판(226)과 주변 링 섹션(222) 간의 상대적 움직임을 방지하기 위해 클립(220)을 설치하는 동안, 노치(235)를 가진 클립(220)의 제 2 터미널 단부(228)는 먼저 주변 링 섹션(222)의 블라인드 구멍 내에 설치되는 위치 핀(229)의 단부에 걸쳐 위치될 수 있다. 노치(235)의 어느 한 사이드 상의 클립(220)의 부분은 주변 링 섹션(224)의 표면에 접촉할 수 있고, 클립(220)은 또한 위치 핀(229)에 접촉할 수 있다. 그 다음, 클립(220)의 제 1 터미널 단부(228)가 홈(239)(도 11) 내에 위치되기 전에 클립(220)의 제 1 터미널 단부(228)는 제 1 터미널 단부(228)가 접촉 링 섹션(222)의 베벨 부분(237)에 접촉하도록 장착 플랜지(200')의 접촉 링 섹션(222)의 주변으로 눌려질 수 있다. 따라서, 클립(220)의 제 2 터미널 단부(228)는 노치(235) 내에 있는 위치 핀(229)을 가진 주변 링 섹션(224)의 공동부(225) 내에 고정되고, 클립(220)의 제 1 터미널 단부(228)는 주변 링 섹션(222)의 홈(239) 내에 고정된다. 따라서, 클립(220)의 설치 시에, 위치 핀(229)의 길이 방향 축은 클립(220)의 각 터미널 단부(228)를 통과할 수 있다.
일부 실시예들에서, 절연체(204)는 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)/유지 판(226)과 장착 플랜지(200') 사이에 위치되어 그 내에 절연체(204)를 안전하게 유지할 수 있다. 클립(220)이 시약 인젝터(100)에 어떤 비틀림 또는 회전력(twisting or turning force)(즉, 토오크)을 가하지 않는다는 점에 통상의 토오크 기반의 비틀림 패스너에 비해 이점을 제공하는 것으로 평가되어야 한다. 이와 같은 비틀림 또는 회전력은 일부 응용에서 또는 기술자에 의해 부적절하게 설치(예컨대, 오버 토오크)될 경우에 시약 인젝터 및/또는 절연체(204)를 손상시키는 것으로 발견되었다. 더욱이, 클립(220)은 장착 플랜지(200')에서 인젝터 본체(102)로의 열의 전도를 위한 최소한의 열 경로를 제공하여, 소산되어야 하는 시약 인젝터(100)의 열 부하를 감소시키고 제한한다.
일부 실시예들에서, 핀틀(118), 오리피스 판 홀더(112), 내부 하위 본체(104), 폴 피스(122), 스프링 프리로더(138), 인젝터 본체(102)의 인젝터 본체의 상위 섹션(102a), 장착 플랜지(200, 200'), 및/또는 유체 커플링(160)은 타입 430C, 440F 또는 유사한 스테인리스강으로 만들어질 수 있고, 일부 실시예들에서는, 시약 인젝터(100)의 수명을 지나 발생되는 금속 피로(metal fatigue)를 줄이면서 우레아 내식성 및 자기 특성을 유지하는 코팅으로 코팅될 수 있다. 칼라 섹션(126) 및 귀환 스프링(136)은 타입(316) 또는 유사한 스테인레스강으로 만들어질 수 있고, 일부 실시예들에서는, 시약 인젝터(100)의 수명을 지나 발생되는 금속 피로를 줄이면서 우레아 내식성을 유지하는 코팅으로 코팅될 수 있다.
도 43-45는 배기 튜브(19)로부터의 복사열로부터 인젝터(100)를 차폐하는 열 차폐막(340)을 채용할 수 있는 시약 인젝터(100)를 도시한다. 보다 구체적으로, 열 차폐막(340)은 배기 튜브(19)와 평행한 열 차폐 표면(342)을 통해 단일 개구를 이용하여 시약 인젝터(100)에 장착될 수 있다. 도 44는 물, 눈, 도로 파편 등과 같은 환경 요소에서 시약 인젝터를 보호하기 위해 시약 인젝터(100) 위의 주변에 위치될 수 있는 덮개(cover)(344)를 도시한다. 더욱이, 덮개(344)는 절연 덮개일 수 있고, 덮개(344) 외부에 위치된 환경으로부터 덮개(344) 내부의 시약 인젝터(100)를 절연할 수 있다. 예를 들면, 시약 인젝터(100)가 위치되는 경우에 덮개(344)의 외부 또는 외부를 둘러싸는 온도가 덮개(344)의 범위(confines) 내의 온도보다 낮을 때에 덮개(344)는 덮개(344)의 범위 또는 내부 내에 시약 인젝터(100)에 의해 발생된 열을 유지시킬 수 있다. 마찬가지로, 덮개(344)는 덮개(344)의 외부에 위치되는 가열된 공기가 예컨대 시약 인젝터(100) 내에 우레아와 같은 시약의 응고 또는 결정화를 빠르게 하는 온도까지 시약 인젝터(100)를 높이는 것을 방지할 수 있다. 덮개(344)는 시약 인젝터(100)를 제조하는 것과 유사한 플라스틱 또는 금속 재료로 만들어질 수 있다. 덮개(344)는 입구 튜브(348) 및 출구 튜브(350)가 통과할 수 있는 관통 구멍(346)을 가질 수 있다. 전기 와이어(352, 354)는 또한 관통 구멍(346)을 통과할 수 있다. 덮개(344)는 열 차폐막(340)으로 압입, 스냅핏(snap-fit) 또는 다른 형식으로 고정되어, 열 차폐막(340)을 가진 시약 인젝터(100)가 차량에 채용될 수 있는 배기 시스템에 사용 중일 때에 덮개(344)가 열 차폐막(340)에 안전하게 부착되도록 한다.
시약을 가스 스트림으로 분사하는 방법은 또한 본 발명에 따라 제공된다. 도 48은 시약 인젝터(101)를 통한 예시적인 시약 흐름 경로(169)의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 우레아와 같은 액체 시약은 입구 포트(167)에서 시약 인젝터(101)에 들어가, 입구(168)를 통과하여, 폴 피스(122)의 외부 직경과 솔레노이드 코일의 보빈(144)의 중심 보어(146) 사이로 흐른다. 폴 피스(122) 및 솔레노이드 코일의 보빈(144)이 시약 인젝터(101) 내에 비교적 큰 표면 영역을 가지기 때문에, 액체 시약은 시약이 시약 인젝터(101)를 통해 흐를 때에 이들 구성 요소로부터 열을 흡수할 수 있다. 따라서, 시약 흐름 경로(169)에 따라 흐르는 시약은 시약이 시약 인젝터(101)를 통해 흐를 때에 점점 더 따뜻해질 수 있다. 계속하면, 시약은 칼라 부분(126)의 외부 직경과 솔레노이드 코일의 보빈(144)의 내부 직경 또는 중심 보어(146) 사이로 계속 흐른다. 그 후, 시약은 내부 하위 본체(104)의 외부 직경과 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 내부 직경 사이에 형성(또는, 정의(define))되는 하위 본체 통로(304)를 통해 계속 흐른다. 그 후, 시약은 시약 인젝터(101)의 내부 하위 본체(104)가 시약 인젝터(101)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)에 용접된 위치(172)에 도달한다. 이러한 위치에서, 시약은 하위 본체 통로(304)에서 내부 하위 본체(104)의 분배 통로(308)로 흐르며, 이러한 분배 통로(308)는 시약이 내부 하위 본체(104)와 오리피스 판(108) 사이에 형성되는 분배실(171)로 흐르도록 한다. 솔레노이드가 도통되거나 가동되지 않고, 핀틀(118)의 팁이 원추형 표면일 수 있는 오리피스 판(108)의 밸브 시트에 고정되어, 상기 밸브 시트로 밀봉을 형성할 때와 같이 시약 인젝터(101)가 폐쇄되면, 유체는 출구 오리피스(110)로부터 배기 튜브(19)로 스프레이되지 않게 된다.
가동되지 않은 자기 코일(180) 및 오리피스 판(108)에 고정되는 핀틀(118)로, 시약은 적어도 부분적으로 분배실(171) 주위로 진행하여, 분배실(171)을 내부 하위 본체(104)의 중심 보어인 중심 보어(106)에 연결하는 드릴링(drillings) 또는 구멍으로 흐른다. 이러한 중심 보어(106) 또는 보어는 시약 인젝터(101) 내의 이동 부품과 접촉 부품 사이에 생성되는 열을 제거하는 재순환 시약을 위한 귀환 통로를 형성한다. 시약 인젝터(101)가 유체를 배기 튜브(19)의 배기 스트림으로 실제로 분사하지 않을 경우에도 시약 인젝터(101)는 시약 순환에 의해 연속적으로 냉각될 수 있다. 솔레노이드의 자기 코일(180)이 전기적으로 가동되어 핀틀(118)이 오리피스 판(108)에서 들어올려져 떨어지도록 하면, 시약의 부분은, 접선 슬롯 또는 곡선 슬롯일 수 있는 슬롯(322)을 통해, 도 16에 도시된 바와 같이 접선 슬롯(322)과 출구 오리피스(110) 사이에 위치하는 선회실(320)로 흐를 것이다. 스프레이(313)로서 배기 튜브(19)로 분사되는 시약의 볼륨만이 슬롯(322)을 통해 흐른다.
도 48을 계속하면, 핀틀(118) 주위의 중심 보어(106)로 보내지는 시약은 슬롯(322)의 주변의 경로(322)로부터 직접 중심 보어(106)로 이어지는 통로(312)로 흐른다. 중심 보어(106)의 길이를 따라 흐를 시에, 시약은 가이드 판(107)의 하나 이상의 관통 슬롯 또는 구멍(109)을 통해 흐를 수 있다. 핀틀(118)은 핀틀이 도 17-18에서 명백한 바와 같이 가이드 판(107)의 중심 관통 구멍에 삽입될 때에 슬롯 또는 구멍(109)의 각각의 경계의 부분을 형성한다. 시약이 가이드 판(107)을 통과한 후, 시약은 진행하여 핀틀 헤드(132)의 하나 이상의 관통 구멍(316)을 통과하여, 스프링(136) 및 스프링 프리로더(138)가 있는 중심 보어(134)로 진행한다. 그 다음, 시약은 시약 포트(173)로부터 시약 출구(170)로 흐른다.
분사된 시약의 볼륨만이 슬롯(322)을 통해 흐르기 때문에, 시약 출구(170)를 통한 귀환 흐름의 볼륨이 +/- 30%만큼 변할 경우에도 동일하거나 유사한 량의 시약은 출구 오리피스(110)로부터 배출될 수 있다. 배출 흐름 대 귀환 흐름 볼륨의 탈감작(desensitization)은 간단한 드릴된 제한기(drilled restrictor) 오리피스가 귀환 흐름의 제어를 위해 이용되도록 하며, 귀환 흐름에 대한 인젝터 오리피스의 임계 매칭이 필요하지 않으므로, 인젝터 자체에 제한기 오리피스를 통합할 필요가 없다. 매체의 동결이 추운 날씨 조건에서 가능한 수성 우레아를 포함하는 매체 기반 물의 경우, 제한기 오리피스는 탱크로의 귀환 흐름의 입구에 가장 잘 위치되는데, 그 이유는 이것이 엔진 셧다운(engine shutdown) 후에 라인이 유체로 정화될 때에 오리피스를 통해서만 공기를 끌어당기기 때문이다. 이것은 정화 사이클(purge cycle)을 더욱 빠르게 하며, 이는 또한 라인 내의 유체의 더욱 높은 비율을 제거하여 시동 시에 해동 사이클을 더욱 빠르게 한다.
시약 인젝터(101)가 "대체(alternate) 귀환 흐름"을 겪을 때에, 시약의 부분만이 스프레이(313)로서 오리피스 판(108)을 통해 배기 튜브(19)의 배기 스트림으로 나간다. 시약의 균형(balance)은 시약 탱크(12)로 귀환되어 재순환된다. 일례에서, 시약 인젝터(101)가 배기 튜브(19)로 시약을 분사할 때 시약 인젝터(101)는 시약 입구(168)를 통해 시간당 30 리터(l/hr)의 시약을 수납할 수 있다. 그러나, 5 l/hr만이 실제로 출구 오리피스를 통해 배기 튜브(19)의 배기 스트림으로 나갈 수 있다. 25 l/hr의 균형은 귀환 흐름으로서 출구 포트(165)에서 시약 인젝터(101) 및 출구 시약 인젝터(101)를 통해 귀환될 수 있다.
주로 도 18 및 48을 참조하면, 일부 실시예들에서, 인젝터(101)를 통해 시약을 보내는 방법은 시약 인젝터(101)의 시약 입구(168)에서의 시약 탱크(12)로부터 시약을 수납하는 단계; 폴 피스(122) 및 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)의 외부 직경과 전자기 보빈(144)의 내부 직경 사이에 형성(또는, 정의(define))된 폴 피스 통로(324)로 시약을 보내는 단계; 폴 피스 통로(324)에서, 내부 하위 본체(104)의 칼라(126)의 외부 직경과 보빈(144)의 내부 직경 사이에 형성(또는, 정의(define))된 칼라 통로(326)로 시약을 보내는 단계; 칼라 통로(326)에서, 내부 하위 본체(104)의 외부 직경과 인젝터(101)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 내부 직경 사이에 형성(또는, 정의(define))된 하위 본체 통로(304)로 시약을 보내는 단계; 및 내부 하위 본체(104)에 의해 형성(또는, 정의(define))된 분배 통로(308)로 시약을 보내는 단계를 포함할 수 있다. 분배 통로(308)는 내부 하위 본체(104) 및 오리피스 판(108)에 의해 형성(또는, 정의(define))된 분배실(171)에 하위 본체 통로(304)를 유동적으로 연결할 수 있다. 일부 실시예들에서, 분배실(171)로부터, 방법은 시약의 제 1 부분 볼륨을 오리피스 판(108) 내의 출구 오리피스(110)로 보내는 단계 및, 시약의 제 2 부분 볼륨을 인젝터(101)의 시약 출구(170)로 보내는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시약의 제 1 부분 볼륨을 오리피스 판(108) 내의 출구 오리피스(110)로 보내는 단계는 오리피스 판(108) 내의 다수의 슬롯(322)을 통해 시약의 제 1 부분 볼륨을 보내는 단계; 핀틀(118)을 이동시켜 오리피스 판(108) 내의 오리피스(110)를 차단 해제하는 단계; 오리피스 판(108) 내의 다수의 슬롯(322) 및 오리피스(110)를 통해 시약의 제 1 부분 볼륨을 보내는 단계; 및 시약의 제 1 부분 볼륨을 내부 하위 본체(104)에 의해 형성(또는, 정의(define))된 중심 보어(106) 또는 중심 보어로 보내는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구(170) 또는 출구 포트(165)로 보내는 단계는: 핀틀(118)이 통과하는 가이드 판(107)에 형성(또는, 정의(define))된 관통 슬롯 또는 구멍(109)(도 17)을 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 핀틀(118)의 단부에 부착하고, 핀틀(118)의 단부를 둘러싸는 핀틀 헤드(132)의 관통 구멍(316)을 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 자기 코일(180)의 보빈(144)의 내부를 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 폴 피스(122)의 중심 보어(134)를 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 분배실에서(171) 내부 하위 본체(104)에 의해 형성(또는, 정의(define))된 적어도 하나의 귀환 통로(312)로 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 포함할 수 있다. 귀환 통로(312)는 분배실(171)과 내부 하위 본체(104)에 의해 형성(또는, 정의(define))된 중심 보어(134)를 유동적으로 연결한다. 내부 하위 본체(104)에 의해 형성(또는, 정의(define))된 중심 보어(106) 내에 있는 고체 핀틀(118)의 외부 직경 주위에 시약의 제 2 부분 볼륨을 보낸다.
대안적으로, 일부 실시예들에서, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법은 시약 탱크(12)에서 인젝터의 시약 입구(168)로 시약을 펌핑하는 단계; 폴 피스(122)의 외부 직경과 인젝터 본체의 상위 섹션(102a) 사이에 형성(또는, 정의(define))된 폴 피스 통로(324)로 시약을 보내는 단계; 폴 피스 통로(324)에서, 내부 하위 본체(104)의 칼라(126)의 외부 직경과 전자기 코일 보빈(144)의 내부 직경 사이에 위치된 칼라 통로(326)로 시약을 보내는 단계; 칼라 통로(326)에서, 내부 하위 본체(104)의 외부 직경과 인젝터(101)의 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 내부 직경 사이에 위치된 하위 본체 통로(304)로 시약을 보내는 단계; 내부 하위 본체(104)에 의해 형성(또는, 정의(define))된 분배 통로(308)로 시약을 보내는 단계로서, 분배 통로(308)는 내부 하위 본체(104) 및 오리피스 판(108)에 의해 형성(또는, 정의(define))된 분배실(171)과 하위 본체 통로(304)를 유동적으로 연결하는 상기 단계; 시약을 제 1 부분 볼륨 및 제 2 부분 볼륨으로 분할하는 단계; 분배실(171) 내에 시약의 제 1 부분 볼륨 및 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 제 1 부분 볼륨을 오리피스 판(108)에 형성(또는, 정의(define))된 곡선 슬롯(322)으로 보내는 단계; 오리피스 판(108)에서 핀틀(118)을 들어올리는 단계; 및 시약의 제 1 부분 볼륨을 오리피스 판(108) 내의 오리피스(110) 주위로 보내는 단계를 수반할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방법은 오리피스 판(108) 내의 오리피스(110) 주위로부터 배기 튜브(19)(도 44)로 시약의 제 1 부분 볼륨을 보내는 단계 및, 시약 출구(170) 및 출구 포트(165)로부터 시약 탱크(12)로 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 수반할 수 있다.
시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구(170)로 보내는 단계는 시약의 제 2 부분 볼륨을 내부 하위 본체(104)에 형성(또는, 정의(define))된 귀환 통로(312)로 보내는 단계로서, 귀환 통로(312)는 분배실(171)에서 내부 하위 본체(104)에 의해 형성(또는, 정의(define))된 중심 보어(106)로 제 2 부분 볼륨을 보내는 상기 단계; 중심 보어(106) 내에 있는 고체 핀틀(118)의 외부 직경 주위에 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 고체 핀틀(118)이 통과하는 가이드 판(107)의 관통 슬롯 또는 구멍(109)을 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 핀틀(118)이 부착되는 핀틀 헤드(132)의 관통 슬롯 또는 구멍(109)을 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 전자기 코일 보빈(144)의 내부 직경을 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 폴 피스(122)의 중심 길이 방향 보어를 통해 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 수반할 수 있다. 폴 피스(122)는 전자기 코일 보빈(144)의 내부 직경을 통해 위치될 수 있다. 시약의 부분 볼륨은 폴 피스(122)의 중심 길이 방향 보어 내에 있는 스프링(136)을 통해 보내질 수 있다.
일부 실시예들에서, 시약을 분사하는 인젝터(101)는 인젝터 본체의 상위 섹션(102a), 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)에 고정될 수 있는 인젝터 본체의 하위 섹션(102b), 유지 판(226)이 원형 구멍(227)을 통해 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 주위에 고정될 수 있도록 원형 구멍(227)(도 24)이 형성(또는, 정의(define))되는 유지 판(226), 절연체(204)가 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 주위에 고정될 수 있도록 원형 구멍 또는 중심 개구가 형성(또는, 정의(define))되는 절연체(204), 및 장착 플랜지(200')가 절연체(204) 주위에 고정될 수 있도록 원형 구멍이 형성(또는, 정의(define))되는 장착 플랜지(200')를 채용할 수 있다. 유지 판(226)은 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)에 직접 고정될 수 있다. 절연체(204)는 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 및 유지 판(226)에 직접 고정될 수 있다. 장착 플랜지(200')는 절연체(204)에 직접 고정될 수 있다. 유지 판(226)에 유지 판 주변 부분(224) 또는 주변 링 부분(224)에 대한 다수의 관통 구멍(231)이 형성(또는, 정의(define))될 수 있으며, 장착 플랜지(200')에 장착 플랜지 주변 가장자리에 대한 다수의 블라인드 구멍(223)이 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 제 1 핀 단부 및 제 2 핀 단부를 가진 핀(229)은 제 1 핀 단부가 장착 플랜지(200')의 블라인드 구멍(223) 중 하나 내에 있고, 핀(229)이 유지 판(226)의 다수의 관통 구멍(231) 중 하나를 통해 완전히 있도록 채용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 클립 단부(228) 및 제 2 클립 단부(228)를 가진 클립(220)은 클립(220)이 유지 판 주변 부분(224) 및 장착 플랜지 주변 가장자리 또는 링 섹션(222) 위에 고정될 수 있는 방식으로 활용될 수 있다. 유지 판 주변 부분(224)에 주변 오목 형상(225)이 형성(또는, 정의(define))될 수 있고, 유지 판(226)의 다수의 관통 구멍(231)은 주변 오목 형상(225) 내에 위치될 수 있다. 장착 플랜지 주변 가장자리에 홈(239)(도 11)이 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 제 1 클립 단부(228)는 장착 플랜지 주변 링 섹션(222)의 홈(239) 내에 있을 수 있고, 제 2 클립 단부(228)는 유지 판 주변 부분(224)의 주변 오목 형상(225) 내에 있을 수 있다. 클립(220)은 C-형상일 수 있고, 제 2 클립 단부(228)는 제 2 핀 단부에 있을 수 있다(도 42). 절연체(204)에 각각 일련의 교번하는 돌출부 및 오목부(도 11)를 갖는 내부 직경 및 외부 직경을 가진 관형 섹션이 형성(또는, 정의(define))될 수 있다.
일부 실시예들에서, 열 차폐물(340)은 장착 플랜지(200')가 열 차폐물(340)의 관통 구멍을 통해 돌출할 수 있도록 열 차폐물 내의 관통 구멍을 이용하여 장착 플랜지(200')에 설치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 차폐물(340)은 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)과 배기 파이프(19)(도 44) 사이에 위치될 수 있다. 덮개(344)는 덮개(344)가 인젝터 본체의 상위 섹션(102a), 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 및 장착 플랜지(200')를 둘러싸도록 열 차폐물(340)에 장착될 수 있다.
일부 실시예들에서, 시약을 분사하는 인젝터는 폴 피스의 제 1 단부 및 폴 피스의 제 2 단부가 형성(또는, 정의(define))되는 원통형 폴 피스(122)(도 21)를 채용할 수 있다. 폴 피스(122)는 폴 피스의 제 1 단부에서 폴 피스의 제 2 단부까지 중공 내부를 가질 수 있다. 스프링 프리로더(138)는 중공 중심 보어(134) 내에 위치되고, 제 1 단부의 부분에 대해 위치될 수 있다. 스프링(136)은 중심 보어(134) 내에 위치되고, 스프링 프리로더(138)에 접할 수 있다. 전자기 코일(180)은 보빈(144) 주위에 고정될 수 있고, 전자기 코일(180) 자체는 원통형 폴 피스(122)의 외부 직경을 둘러쌀 수 있다. 일부 실시예들에서, 원통형 폴 피스(122), 스프링 프리로더(138), 스프링(136) 및 전자기 코일(180)은 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)의 공동부 또는 챔버 내에서만 있다.
원통형 내부 하위 본체(104)는 인젝터 본체의 하위 섹션(102b) 내에 있을 수 있고, 길이 방향 중심 보어(106)가 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 내부 하위 본체의 제 1 단부에 길이 방향 중심 보어의 직경보다 큰 직경을 가진 제 1 단부의 제 1 보어가 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 내부 하위 본체의 제 1 단부는 또한 길이 방향 중심 보어보다 크고, 제 1 단부의 제 1 보어보다 큰 직경을 가진 제 1 단부의 제 2 보어가 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 내부 하위 본체의 제 2 단부에 길이 방향 중심 보어보다 큰 직경을 가진 제 2 단부의 보어가 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 인젝터(101)는 길이 방향 중심 보어(106) 내에 있는 고체 핀틀(118)을 추가로 채용할 수 있다. 가이드 판(107)은 핀틀(118)의 중간 부분에 부착될 수 있다. 가이드 판(107)은 제 1 단부의 제 1 보어 내에 있을 수 있다. 핀틀 헤드(132)는 핀틀(118)의 단부, 또는 핀틀(118)의 단부의 부분을 둘러쌀 수 있다. 핀틀 헤드(132)는 제 1 단부의 제 2 보어 내에 있을 수 있고, 오리피스 판(108)은 제 2 단부의 보어 내에 있을 수 있다. 원통형 폴 피스(122), 스프링 프리로더(138), 스프링(136), 전자기 코일(180), 원통형 내부 하위 본체(104), 핀틀(118), 가이드 판(107), 핀틀 헤드(132) 및 오리피스 판(108)은 중앙실 내와 같은 인젝터 본체의 상위 섹션(102a) 내에 쉽게 삽입하기 위한 단일 카트리지의 부분일 수 있다.
가이드 판(107)에 유체의 통과를 위한 하나 이상의 관통 슬롯 또는 구멍(109)이 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 대안적으로, 가이드 판(107) 및 핀틀(118)은 함께 유체의 통과를 위한 이들 사이의 하나 이상의 관통 슬롯 또는 구멍(109)을 형성(또는, 정의(define))할 수 있다. 핀틀 헤드(132)에 유체의 통과를 위한 적어도 하나의 관통 구멍(316)이 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 오리피스 판(108) 및 내부 하위 본체의 제 2 단부는 이들 사이에 분배실(171)을 형성(또는, 정의(define))할 수 있다. 인젝터(101)에서 나가기 위한 출구 오리피스(110)로의 유체의 통과를 위한 다수의 홈(322)이 오리피스 판(108)에 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)의 내부 표면 및 내부 하위 본체의 외부 표면에 유체 경로(304)가 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 인젝터 본체의 하위 섹션의 내부 표면 및 내부 하위 본체의 외부 표면(도 18 및 48)에 의해 형성(또는, 정의(define))된 통로(304)에 유동적으로 연결된 분배 통로(308)가 내부 하위 본체(104)에 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 오리피스 판(108) 및 내부 하위 본체의 제 2 단부에 의해 형성(또는, 정의(define))된 분배실(171)과 내부 하위 본체의 중심 보어(106)를 유동적으로 연결하는 귀환 통로(312)가 내부 하위 본체(104)에 형성(또는, 정의(define))될 수 있다. 고체 핀틀(118)은 길이 방향 중심 보어(106)를 통해 고체 핀틀(118)의 외부 주위에 유체의 통과를 위한 길이 방향 중심 보어(106) 내에 있을 수 있다.
본 개시물은 많은 이점을 제공한다. 인젝터(100, 101)는 이전의 인젝터에 비해 물리적인 크기를 감소시키며, 이는 재료 비용을 줄이고, 포장을 향상시키며, 또한 고온 배기 시스템에서 흡수된 열을 감소시킨다. 인젝터(100, 101)는 나사산 조인트(threaded joints)를 제거하고, 대신 자체 고정(self-fixturing)되는 압입을 이용하여, 용접된다. 인젝터(100, 101)는 특히 비교적 고온으로의 노출이 발생할 가능성이 있는 인젝터 본체의 하위 섹션 및 내부 하위 본체에서 이전 인젝터와 비교하면 O-링을 제거할 수 있다. 인젝터(100, 101)는 더욱 높은 턴 다운비(turn down ratios)가 달성되도록 하여, 특정 범위의 선량 요건(dosing requirements)을 커버하기 위한 보다 적은 수의 디스크리트(discreet) 인젝터를 필요로 하여, 인벤토리(inventory)를 감소시키고, 스케일의 효율(efficiency of scale)을 향상시키도록 (핀틀(118)을 들어올리고 내려, 제각기 오리피스 판(108)의 오리피스(110)를 언커버링 및 커버링하는) 인젝터의 응답 시간(개방 및 폐쇄 시간)을 향상시킨다. 인젝터(100, 101)는 배터리 전압에 대한 민감도의 감소, 귀환 흐름율 및 인젝터 본체의 온도 변화를 포함하는 선량 정확성 및 반복성(repeatability)의 개선을 나타낸다. 인젝터(100, 101)는 인젝터 본체의 상위 섹션(102a)에 대한 유체 커넥터의 재배치(예컨대, 유체 입구(168) 및 유체 출구(170)의 위치)를 나타내어, 예컨대, 유체 입구(168) 및 유체 출구(170)가 열에 민감한(heat-sensitive) 플라스틱 재료 또는 다른 재료로 만들어지는 경우에, 고온 배기 시스템(18)에서 방사 열 및 열 대류에 대한 저항성을 향상시킨다. 인젝터(100, 101)는 입구 포트(167)에서 있을 수 있는 가장 차가운 유체를 솔레노이드 코일(180)과 같은 가장 열에 민감한 구성 요소를 통해 열이 추출되는 오리피스 판(108)과 같은 인젝터(100, 101)의 가장 뜨거운 부분일 수 있는 곳으로 유체의 흐름 시에 경로를 정해, 약 800℃의 배기 가스 온도에도 불구하고 인젝터의 내구성을 유지한다. 인젝터 표면은 내부 유체에 대한 효과적인 열 전달을 위해 모든 동봉된 볼륨을 낮게 유지하면서 비교적 큰 노출된 외부 표면 영역을 갖는다.
유체가 분배실(171)을 통과한 후에 흐르는 유체 통로와 같은 모든 인젝터 귀환 흐름 통로는, 비교하면, 분배실(171)까지 이르는 흐름 통로보다 낮은 내부 표면 영역을 가져, 유체의 방향을 출구 포트(167)로 행할 시에 민감한 구성 요소로의 데워진 유체의 열 전달을 감소시킬 수 있다. 오리피스 판(108)은 납땜 공정, 높은 경도 능력 및 재료 인성과의 탄화물의 호환성으로 인해 탄화물로부터 만들어질 수 있다. 탄화물은 성형 가능한 이점을 가져, 비교적 작고, 복잡한 구성 요소가 열 처리 가능한 강으로부터 가공된 구성 요소에 비해 사실상 마무리 동작을 하지 않고 비용 효율적인 방식으로 대량 생산될 수 있다. 인젝터(100, 101)는 시스템을 처리한 후에 디젤 배기에서 사용될 시에 예상되는 온도에 영향을 받지 않는 재료를 이용하는 배기 시스템(18)에 대한 마운트를 사용한다. 더욱이, 시스템은 탄소 기반 개스킷에 의존하지 않는다. 인젝터 마운트의 절연체(204)는 니켈 납땜과 같이 700℃에 접근하는 온도에 강한 수단에 의해 어떤 마운트 조인트의 "온열(hot)"측에 부착되어 밀봉될 수 있다. 어떤 마운트 조인트의 냉열(cool)측은 확실히 낮은 누설 성능을 제공하기 위해 통상의 Viton O-링에 의해 밀봉될 수 있다. 절연체(204)는 어느 측 또는 표면 O-링이 배치되는 것에 관계없이 O-링이 절연체(204)에 효과적으로 밀봉하도록 낮은 다공성을 가져야 한다. 예를 들면, O-링(203)은 도 42에 도시된 바와 같이 절연체(204)와 인젝터 본체의 하위 섹션(102b)과 같은 인젝터 본체 사이에 설치될 수 있거나, 장착 플랜지(200')와 절연체(204) 사이에, 또는 유지 판(226)과 유지 판(226)의 아래쪽에 대해서와 같은 절연체(204) 사이에 설치될 수 있다. 인젝터(100, 101)는 또한, 핀틀(118)이 들어올려지고, 오리피스(110)를 언커버링하면, 오리피스(110)를 통해 인젝터(100, 101)에서 나가는 유체만이 관통 슬롯(322)을 통과하는 것이고, 비분사 주기 동안, 비관통 슬롯(322) 주위를 통과하는 바이패스 귀환 흐름은 인젝터(100, 101)를 통해 다시 보내져 인젝터 구성 요소를 냉각시킨다는 이점을 제공한다.
실시예들에 대한 상술한 설명은 예시 및 설명을 위해 제공되었다. 그것은 본 발명을 완전히 하거나 제한하기 위한 것이 아니다. 특정 실시예의 개별 요소 또는 특징은 일반적으로 특정 실시예로 제한되지 않지만, 적용 가능할 경우, 교환할 수 있고, 특별히 도시되거나 설명되지 않았을지라도, 선택한 실시예에 이용될 수 있다. 이는 또한 많은 방식으로 변형될 수 있다. 이와 같은 변형은 본 발명에서 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 이와 같은 모든 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
본 발명은 NOx 배출을 줄이기 위해 수성 우레아 용액을 디젤 엔진의 배기 스트림으로 분사하는 유익한 방법 및 장치를 제공하는 것으로 이제 평가되어야 한다. 예시적 실시예들은 본 개시물이 완전하고, 당업자에게 범위를 완전히 전달하도록 제공된다. 특정 구성 요소, 장치 및 방법의 예들과 같은 많은 특정 상세 사항이 본 개시물의 실시예들에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 당업자에게는, 특정 상세 사항이 채용될 필요가 없고, 예시적인 실시예들이 많은 서로 다른 형식으로 실시될 수 있으며, 어느 것도 본 개시물의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하는 것이 자명할 것이다. 일부 예시적인 실시예들에서, 잘 알려진 프로세스, 잘 알려진 장치 구조 및 잘 알려진 기술이 상세히 설명되지 않는다.
여기에 사용된 용어는 특정 예시적인 실시예들만을 설명하기 위한 것이고, 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에 사용된 바와 같이, 문맥이 명백히 달리 표시하지 않으면, 단수형 "한(a)" 및 "상기(the)"은 또한 복수형을 포함하는 것으로 의도될 수 있다. 용어 "포함한다", "포함하는" 및 "가진"는 포괄적이어서, 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 구성 요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성 요소 및/또는 이의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다. 여기에 설명된 방법 단계, 프로세스 및 동작은, 구체적으로 수행의 순서로 확인되지 않으면, 반드시 논의되거나 예시된 특정 순서로 이들의 수행을 필요로 하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 추가적 또는 대안적 단계가 채용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "위", "에 맞물린", "에 연결된" 또는 "에 결합된" 것으로 언급되면, 그것은 직접 다른 요소 또는 층 위에 있거나, 맞물리고, 연결되며 또는 결합될 수 있으며, 또는 중재 요소 또는 층이 제공될 수 있다. 반대로, 요소가 다른 요소 또는 층 "직접 위", "에 직접 맞물린", "에 직접 연결된" 또는 "에 직접 결합된" 것으로 언급되면, 중재 요소 또는 층이 제공될 수 없다. 요소 간의 관계를 설명하는데 이용되는 다른 단어는 동일한 형식(예컨대, "사이" 대 "직접 사이", "인접한 "대 "직접 인접한" 등)으로 해석되어야 한다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"는 관련된 리스트 항목 중 하나 이상의 어떤 및 모든 조합을 포함한다.
용어 제 1, 제 2, 제 3 등이 여기서 여러 요소, 구성 요소, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하는데 이용될 수 있지만, 이들 요소, 구성 요소, 영역, 층 및/또는 섹션은 이들 용어에 의해 제한되지 않아야 한다. 이들 용어는 다른 영역, 층 또는 섹션과 하나의 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션을 구별하는데만 이용될 수 있다. 여기에 이용될 때 "제 1", "제 2", 및 다른 수치의 용어와 같은 용어는 문맥에 의해 명백히 표시되지 않으면 시퀀스 또는 순서를 의미하지 않는다. 따라서, 아래에 논의되는 제 1 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션은 예시적인 실시예들의 요지로부터 벗어나지 않고 제 2 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션으로 칭해질 수 있다.
"내부", "외부", "밑에", "아래", "하위", "위", "상위" 등과 같은 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 바와 같이 다른 요소(들) 또는 특징(들)에 대한 한 요소 또는 특징의 관계를 설명하도록 설명의 편의를 위해 여기에 이용될 수 있다. 공간적 상대 용어는 도면에 나타낸 방향 이외에 사용 또는 동작 시에 장치의 서로 다른 방향을 포함하는 것으로 의도될 수 있다. 예를 들면, 도면에서 장치가 턴오버(turn over)되면, 다른 요소 또는 특징 "아래에" 또는 "밑에"로 설명되는 요소는 다른 요소 또는 특징 "위에"로 지향될 수 있다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 위 및 아래의 방향 양방을 포함할 수 있다. 장치는 달리 지향될 수 있고(90도 회전되거나 다른 방향에 지향될 수 있음), 여기에 이용된 공간적 상대 설명어는 이에 따라 해석될 수 있다.

Claims (52)

  1. 시약 입구에서 시약을 수납(receive)하는 단계;
    폴 피스(pole piece)의 외부 직경과 보빈(bobbin)의 내부 직경 사이에 형성된 폴 피스 통로로 상기 시약을 보내는 단계;
    상기 폴 피스 통로에서, 내부 하위 본체의 칼라(collar)의 외부 직경과 상기 보빈의 내부 직경 사이에 형성된 칼라 통로로 상기 시약을 보내는 단계;
    상기 칼라 통로에서, 상기 내부 하위 본체의 외부 직경과 인젝터(injector)의 하위 섹션의 내부 직경 사이에 형성된 하위 본체 통로로 상기 시약을 보내는 단계;
    상기 내부 하위 본체에 의해 형성된 분배 통로로 상기 시약을 보내는 단계로서, 상기 분배 통로는 상기 내부 하위 본체 및 오리피스(orifice) 판에 의해 형성된 분배실에 상기 하위 본체 통로를 유동적(fluidly)으로 연결하는 상기 단계;
    상기 시약의 제 1 부분 볼륨(volume)을 상기 오리피스 판 내의 오리피스로 보내는 단계; 및
    상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계를 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 1 부분 볼륨을 상기 오리피스 판 내의 오리피스로 보내는 단계는,
    상기 오리피스 판 내의 다수의 슬롯(slot)을 통해 상기 시약의 제 1 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 1 부분 볼륨을 상기 오리피스 판 내의 오리피스로 보내는 단계는,
    핀틀(pintle)을 이동시켜 상기 오리피스 판 내의 오리피스를 차단 해제하는 단계; 및
    상기 오리피스 판 내의 다수의 슬롯 및 상기 오리피스를 통해 상기 시약의 제 1 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 1 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    상기 시약의 제 1 부분 볼륨을 상기 내부 하위 본체에 의해 형성된 중심 보어(bore)로 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    핀틀이 통과하는 가이드(guide) 판에 형성된 관통 구멍을 통해 상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는:
    상기 핀틀의 단부에 부착하고, 상기 핀틀의 단부를 둘러싸는 핀틀 헤드(head)의 관통 구멍을 통해 상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    자기 코일(coil)의 보빈의 내부를 통해 상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    폴 피스의 중심 보어를 통해 상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    상기 분배실에서 상기 내부 하위 본체에 의해 형성된 적어도 하나의 귀환 통로로 상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하되, 상기 귀환 통로는 상기 분배실과 상기 내부 하위 본체에 의해 형성된 중심 보어를 유동적으로 연결하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    상기 내부 하위 본체에 의해 형성된 중심 보어 내에 있는 고체 핀틀의 외부 직경 주위에 상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  11. 시약 탱크에서 인젝터(injector) 시약 입구로 시약을 펌핑하는 단계;
    폴 피스(pole piece)의 외부 직경과 상기 인젝터의 상위 섹션(section)의 내부 직경 사이에 형성된 폴 피스 통로로 상기 시약을 보내는 단계;
    상기 폴 피스 통로에서, 상기 폴 피스의 외부 직경과 전자기 코일(coil) 보빈(bobbin)의 내부 직경 사이에 위치된 보빈 통로로 상기 시약을 보내는 단계;
    상기 폴 피스 통로에서, 내부 하위 본체의 칼라(collar)의 외부 직경과 상기 전자기 코일 보빈의 내부 직경 사이에 위치된 칼라 통로로 상기 시약을 보내는 단계;
    상기 칼라 통로에서, 상기 내부 하위 본체의 외부 직경과 상기 인젝터의 하위 섹션의 내부 직경 사이에 위치된 하위 본체 통로로 상기 시약을 보내는 단계;
    상기 내부 하위 본체에 의해 형성된 분배 통로로 상기 시약을 보내는 단계로서, 상기 분배 통로는 상기 내부 하위 본체 및 오리피스(orifice) 판에 의해 형성된 분배실과 상기 하위 본체 통로를 유동적(fluidly)으로 연결하는 상기 단계;
    상기 시약을 제 1 부분 볼륨(volume) 및 제 2 부분 볼륨으로 분할하는 단계;
    상기 시약의 상기 제 1 부분 볼륨 및 제 2 부분 볼륨을 상기 분배실로 보내는 단계;
    상기 제 1 부분 볼륨을 상기 오리피스 판에 형성된 곡선 슬롯(slot)으로 보내는 단계;
    상기 오리피스 판에서 핀틀(pintle)을 들어올리는 단계; 및
    상기 시약의 상기 제 1 부분 볼륨을 상기 오리피스 판 내의 오리피스 주위로 보내는 단계를 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 오리피스 판 내의 상기 오리피스 주위로부터 배기 튜브(tube)로 상기 시약의 상기 제 1 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 시약 출구로부터 상기 시약 탱크로 상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 상기 내부 하위 본체에 형성된 귀환 통로로 보내는 단계를 더 포함하는데, 상기 귀환 통로는 상기 분배실에서 상기 내부 하위 본체에 의해 형성된 중심 보어(bore)로 상기 제 2 부분 볼륨을 보내는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    상기 중심 보어 내에 있는 고체 핀틀의 외부 직경 주위에 상기 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    상기 고체 핀틀이 통과하는 가이드 판의 관통 구멍을 통해 상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계; 및
    핀틀이 부착되는 핀틀 헤드의 관통 구멍을 통해 상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    상기 전자기 코일 보빈의 상기 내부 직경을 통해 상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    폴 피스의 중심 보어를 통해 상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하되, 상기 폴 피스는 상기 전자기 코일 보빈의 내부 직경을 통해 위치되는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 시약의 상기 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    폴 피스의 중심 보어 내에 있는 스프링(spring)을 통해 상기 시약의 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  21. 상위 인젝터(injector) 본체;
    상기 상위 인젝터 본체에 고정되는 하위 인젝터 본체;
    원형 구멍이 형성된 유지 판으로서, 상기 원형 구멍을 통해 상기 하위 인젝터 본체 주위에 고정되는 상기 유지 판;
    원형 구멍이 형성되어 있으며, 상기 하위 인젝터 본체 주위에 고정되는 절연체; 및
    원형 구멍이 형성되어 있으며, 상기 절연체 주위에 고정되는 장착 플랜지(flange)를 포함하는, 시약 분사 인젝터.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 유지 판은 상기 하위 인젝터 본체에 직접 고정되는, 시약 분사 인젝터.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 절연체는 상기 하위 인젝터 본체 및 상기 유지 판에 직접 고정되는, 시약 분사 인젝터.
  24. 청구항 21에 있어서,
    상기 장착 플랜지는 상기 절연체에 직접 고정되는, 시약 분사 인젝터.
  25. 청구항 21에 있어서,
    상기 유지 판에 유지 판 주변 가장자리에 대한 다수의 관통 구멍이 형성되고, 상기 장착 플랜지에 장착 플랜지 주변 가장자리에 대한 다수의 블라인드(blind) 구멍이 형성되는, 시약 분사 인젝터.
  26. 청구항 25에 있어서,
    제 1 핀 단부 및 제 2 핀 단부를 가진 핀(pin)을 더 포함하되, 상기 제 1 핀 단부가 상기 장착 플랜지의 상기 블라인드 구멍 중 하나 내에 있고, 상기 핀은 완전히 상기 유지 판의 상기 다수의 관통 구멍 중 하나를 통해 있는, 시약 분사 인젝터.
  27. 청구항 26에 있어서,
    제 1 클립 단부 및 제 2 클립 단부를 가진 클립(clip)을 더 포함하되, 상기 클립은 상기 유지 판 주변 가장자리 및 상기 장착 플랜지 주변 가장자리 위에 고정되는, 시약 분사 인젝터.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 유지 판 주변 가장자리에 주변 오목 형상이 형성되고, 상기 유지 판의 상기 다수의 관통 구멍은 상기 주변 오목 형상 내에 위치되는, 시약 분사 인젝터.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 장착 플랜지 주변 가장자리에 홈이 형성되는, 시약 분사 인젝터.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 제 1 클립 단부는 상기 장착 플랜지 주변 가장자리의 상기 홈 내에 있고, 상기 제 2 클립 단부는 상기 유지 판 주변 가장자리의 상기 주변 오목 형상 내에 있는, 시약 분사 인젝터.
  31. 청구항 21에 있어서,
    상기 클립은 C-형상이고, 상기 제 2 클립 단부는 상기 제 2 핀 단부 상에 있는, 시약 분사 인젝터.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 절연체에, 각각 일련의 교번하는 돌출부(protrusion) 및 오목부(recession)를 갖는 내부 직경 및 외부 직경을 가진 관형 섹션(section)이 형성되는, 시약 분사 인젝터.
  33. 청구항 21에 있어서,
    관통 구멍이 형성되는 열 차폐물을 더 포함하되, 상기 장착 플랜지는 상기 열 차폐물의 상기 관통 구멍을 통해 돌출하는, 시약 분사 인젝터.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 열 차폐물은 상기 인젝터 상위 본체와 배기 파이프(pipe) 사이에 위치되는, 시약 분사 인젝터.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 열 차폐물에 장착된 덮개를 더 포함하되, 상기 덮개는 상기 상위 인젝터 본체, 상기 하위 인젝터 본체, 및 상기 장착 플랜지를 둘러싸는, 시약 분사 인젝터.
  36. 폴 피스(pole piece)의 제 1 단부, 폴 피스의 제 2 단부 및, 상기 폴 피스의 제 1 단부에서 상기 폴 피스의 제 2 단부까지의 중공 내부가 형성되는 원통형 폴 피스;
    상기 중공 내부에서, 상기 제 1 단부의 부분에 대해 위치되는 스프링 프리로더(spring pre-loader);
    상기 중공 내부 내에 위치되고, 상기 스프링 프리로더에 접하는 스프링; 및
    보빈(bobbin) 주위에 고정되고, 상기 원통형 폴 피스의 외부 직경을 둘러싸는 전자기 코일(coil)을 포함하는데, 상기 원통형 폴 피스, 스프링 프리로더, 스프링 및 전자기 코일은 상기 상위 인젝터(injector) 본체 내에만 있는, 시약 분사 인젝터.
  37. 청구항 36에 있어서,
    길이 방향 중심 보어(bore)가 형성되는 원통형 내부 하위 본체;
    상기 길이 방향 중심 보어의 직경보다 큰 직경을 가진 제 1 단부의 제 1 보어가 형성되고, 또한 상기 길이 방향 중심 보어보다 크고, 상기 제 1 단부의 제 1 보어보다 큰 직경을 가진 제 1 단부의 제 2 보어가 형성되는 내부 하위 본체의 제 1 단부; 및
    상기 길이 방향 중심 보어보다 큰 직경을 가진 제 2 단부의 보어가 형성되는 내부 하위 본체의 제 2 단부를 더 포함하는, 시약 분사 인젝터.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 길이 방향 중심 보어 내에 있는 고체 핀틀(pintle);
    상기 핀틀의 중간 부분에 부착되고, 상기 제 1 단부의 제 1 보어 내에 있는 가이드(guide) 판;
    상기 핀틀의 단부를 둘러싸고, 상기 제 1 단부의 제 2 보어 내에 있는 핀틀 헤드(head); 및
    상기 제 2 단부의 보어 내에 있는 오리피스(orifice) 판을 더 포함하는, 시약 분사 인젝터.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 원통형 폴 피스, 스프링 프리로더, 스프링, 전자기 코일, 원통형 내부 하위 본체, 핀틀, 가이드 판, 핀틀 헤드 및 오리피스 판은 단일 카트리지(cartridge)의 부분인, 시약 분사 인젝터.
  40. 청구항 39에 있어서,
    챔버(chamber)가 형성되는 인젝터 본체의 상위 섹션을 더 포함하되, 상기 단일 카트리지는 상기 챔버 내에 삽입되어, 상기 챔버 내에 있는, 시약 분사 인젝터.
  41. 청구항 38에 있어서,
    상기 가이드 판에 유체의 통과를 위한 적어도 하나의 관통 구멍이 형성되는, 시약 분사 인젝터.
  42. 청구항 38에 있어서,
    상기 가이드 판 및 상기 핀틀은 유체의 통과를 위한 이들 사이의 적어도 하나의 관통 구멍을 형성하는, 시약 분사 인젝터.
  43. 청구항 38에 있어서,
    상기 핀틀 헤드에 유체의 통과를 위한 적어도 하나의 관통 구멍이 형성되는, 시약 분사 인젝터.
  44. 청구항 38에 있어서,
    상기 오리피스 판 및 상기 내부 하위 본체의 제 2 단부는 이들 사이에 챔버를 형성하는, 시약 분사 인젝터.
  45. 청구항 38에 있어서,
    상기 오리피스 판에 유체의 통과를 위한 다수의 홈이 형성되는, 시약 분사 인젝터.
  46. 청구항 42에 있어서,
    인젝터 본체의 하위 섹션을 더 포함하는데, 상기 인젝터 본체의 하위 섹션의 내부 표면 및 내부 하위 본체의 외부 표면에 경로가 형성되는, 시약 분사 인젝터.
  47. 청구항 46에 있어서,
    상기 내부 하위 본체에, 상기 인젝터 본체의 하위 섹션의 내부 표면 및 상기 내부 하위 본체의 외부 표면에 의해 형성된 경로에 유동적(fluidly)으로 연결된 분배 통로가 형성되는, 시약 분사 인젝터.
  48. 청구항 44에 있어서,
    상기 내부 하위 본체에, 상기 오리피스 판 및 상기 내부 하위 본체의 제 2 단부에 의해 형성된 상기 챔버와 상기 내부 하위 본체의 중심 보어를 유동적으로 연결하는 귀환 통로가 형성되는, 시약 분사 인젝터.
  49. 청구항 48에 있어서,
    상기 고체 핀틀은 상기 고체 핀틀 주위에 유체의 통과를 위한 상기 길이 방향 중심 보어 내에 있는, 시약 분사 인젝터.
  50. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 1 부분 볼륨을 상기 오리피스 판 내의 오리피스로 보내는 단계는,
    오리피스 판 홀더(holder)에 형성된 다수의 슬롯(slot)을 통해 상기 시약의 제 1 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  51. 청구항 50에 있어서,
    상기 오리피스 판 홀더(holder) 및 오리피스 판은 물리적으로 별개의 피스(piece)인, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
  52. 청구항 1에 있어서,
    상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 시약 출구로 보내는 단계는,
    상기 분배실에서 오리피스 판 홀더(holder)에 의해 형성된 적어도 하나의 귀환 통로로 상기 시약의 제 2 부분 볼륨을 보내는 단계를 더 포함하되, 상기 귀환 통로는 상기 분배실과 상기 내부 하위 본체에 의해 형성된 중심 보어(bore)를 유동적(fluidly)으로 연결하는, 인젝터를 통해 시약을 보내는 방법.
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