KR101900406B1 - 감소한 흐름 변동성 및 회귀 흐름을 갖는 압력 선회식 유동 주입기 - Google Patents

Abstract

시약 입구, 출구 및 선회 챔버를 갖는 몸체를 구비하는 카트리지 디자인의 시약 주입기는 솔리드 이동가능한 핀틀에 의해 덮일 수도 그렇지 않을 수도 있는 출구 오리피스를 구비한다. 시약은, 출구 오리피스가 덮일 때 그리고 덮이지 않을 때 주입기를 통해 흘러 주입기를 냉각시킨다. 절연체가 주입기 몸체와, 배기 시스템에 연결가능한 장착 플랜지 사이에 배치될 수 있다. 흐름 경로는 전자기 작동기의 냉각을 담보한다. 시약은, 핀틀이 출구 오리피스를 차단할 때, 오리피스 선회 챔버를 우회할 수 있다. 유체는, 오리피스 챔버를 통과해서 그리고 솔리디 핀틀을 수용하는 중앙 보어를 회귀 통과하여, 막대편의 바깥 직경과 전자기 작동기의 안쪽 직경 사이에서 흐를 수 있다. 다른 안쪽 주입기 몸체 통로는 유체를 오리피스 분배 챔버 내로 그리고 솔리드 핀틀 밖으로 유도할 수 있다.

Description

감소한 흐름 변동성 및 회귀 흐름을 갖는 압력 선회식 유동 주입기{PRESSURE SWIRL FLOW INJECTOR WITH REDUCED FLOW VARIABILITY AND RETURN FLOW}

본 출원은 2010년 2월 10일 출원된 미합중국 임시출원 번호 61/303,146호를 우선권 주장하는 2011년 2월 9일자 출원된 미합중국 특허 출원 번호 13/023,870호의 일부 계속 출원인 2011년 6월 21일자 출원된 미합중국 특허 출원 13/164,976호를 우선권 주장하며, 이들 각 출원의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.

본 명세서에 개시된 내용은 주입기 시스템에 대한 것으로서 좀더 상세하게는 디젤 엔진 배기로부터의 질소산화물(NOx) 방출을 감소하기 위해 요소 수용액 같은 시약을 배기 흐름 내에 주입하기 위한 주입기 시스템에 대한 것이다.

본 섹션은 반드시 종래 기술인 것이 아닌 본 발명의 개시 내용에 관련된 배경 정보를 제공한다. 린번 엔진은 과량의 산소로 즉 가용한 연료의 완전한 연소를 위해 필요한 양보다 많은 산소로 연소함으로써 향상된 연료 효율을 제공한다. 이와 같은 엔진은 "희박(lean)" 가동 또는 "희박 혼합기(lean mixture)"로 가동한다고 말한다. 하지만, 비-린번 연소와 비교해서, 이 같이 향상된 또는 증가한 연료 절약은 특히 질소산화물 형태의 원치 않은 오염 방출에 의해 상쇄된다.

린번 내연기관의 질소산화물 방출을 감소하는데 사용되는 방법은 선택적 촉매 환원(SCR:Selective Catalytic Reduction)이라고 알려져 있다. SCR은, 사용될 경우 예를 들어 디젤 엔진의 질소산화물 방출을 감소하기 위해 사용될 경우, 엔진 연료 흐름, 터보 부스트 압력 또는 배기 질소산화물 질량 유량에 의해 측정된 배기 가스 온도, 엔진 알피엠(rpm) 또는 엔지 부하 같은 하나 또는 그 이상의 선택된 엔지 파라미터와 관련하여 엔진의 배기 흐름 내로 무화된 시약을 주입함을 포함한다. 시약/배기 가스 혼합물은 예를 들어 활성탄 또는 백금, 바나듐 또는 텅스텐 같은 금속 - 이들은 시약의 존재하에서 질소산화물의 농도를 감소시킬 수 있음 - 같은 촉매를 함유하는 반응기를 통과한다.

요소 수용액(aqueous urea solution)은 디젤 엔진에서 SCR 시스템의 효율적인 시약으로 알려져 있다. 하지만, 이 같은 요소 수용액의 사용은 많은 문제를 야기한다. 요소는 부식성이 아주 강하고, 요소 혼합물을 배기 가스 흐름에 주입하는데 사용되는 주입기 같은 SCR 시스템의 기계적 성분에 악영향을 줄 수 있다. 요소는 또한 디젤 배기 시스템에서 맞닥뜨려지는 온도와 같은 고온에 장기간 노출될 경우 굳을 수 있다. 굳은 요소는 좁은 통로에 축적될 것이고 주입기에서 흔히 발견되는 오리피스 개구부(orifice opening)를 탈출할 것이다. 굳은 요소는 또한 주입기의 이동부의 파울링(fouling)을 야기할 것이고 개구부 또는 요소 흐름 통로를 막을 것이고, 이에 따라 주입기가 사용 불가능하게 될 수 있다.

또한, 요소 혼합물이 미세하게 무화되지 않으면, 요소는 촉매 반응기에 쌓여 촉매의 작용을 방해할 것이고 이에 따라 SCR 시스템 효율을 감소시킬 것이다. 높은 주입 압력은 요소 혼합물의 불충분한 무화 문제를 최소화하는 방법 중 하나이다. 하지만, 높은 주입 압력은 종종 배기 흐름 내로의 주입기 스프레이 연무의 과도 투과로 이어지는데 이는 주입기 반대편의 배기 파이프의 내부 표면에 연무가 나쁜 영향을 주도록 한다. 과도 투과는 또한 요소 혼합물의 불충분한 사용으로 이어지고 차량이 감소된 질소산화물 방출로 작동할 수 있는 범위를 감소시킨다. 단지 한정된 양의 요소 수용액이 차량에 탑재될 수 있고, 탑재된 것은 차량 범위를 최대로 하고 시료의 보충에 대한 필요를 줄이기 위해서 효율적으로 사용되어야 한다.

또, 요소 수용액은 윤활유로서 적합하지 않다. 이 같은 특성은 주입기 내의 이동부에 대해서 악영향을 주고, 비교적 억지 또는 작은 끼워 맞춤(tight or small fit), 간격(clearacne) 및 공차가 주입기 내의 인접한 또는 상대적으로 이동하는 이동부들 사이에서 적용될 것을 요구한다. 요소 수용액은 또한 누설 경향이 높다. 이 특성은 여러 위치에서 자원들에 대한 향상된 밀봉을 요구하는 접합면(mating surface)에 악영향을 준다.

열 및 동작 일관성이 보다 신뢰성 있게 관리될 수 있도록 요소 수용액을 린번 엔진의 배기 흐름에 주입하기 위한 방법들 및 장치들을 제공하는 것이 유익하다.

또한 요소가 굳는 것을 방지하고 주입기 성분들의 수명을 연장하기 위해서 주입기에 대한 향상된 냉각 그리고/또는 주입기의 향상된 열 관리를 제공하는 것이 유익하다.

주입기 내의 요소 축적을 최소화하거나 방지하기 위해서 배기 파이프로부터 주입기로의 열 전달을 최소화하는 것이 유익하다.

또한 그을음 및 요소가 상대적으로 차가운 주입기 출구 오리피스에 끌리는 것을 방지하기 위해서 뜨거운 배기 가스로부터 주입기 출구 오리피스로의 열 전달을 최소화하는 것이 유익하다.

또한 경제적 및 환경적 목적을 위해서 누설되지 않는 주입기를 제공하는 것이 유익하다.

본 섹션은 본 명세서에 개시된 내용의 전반적인 개요로서 그 전체 범위 또는 그 특징의 모두에 대한 종합적인 개시는 아니다.

몇몇 실시 예에서, 주입기를 통해 시약을 유도하는 방법은: 시약 주입기의 시약 주입구에서 시약 탱크로부터 시약을 받고; 자극편의 바깥 지름 및 전자기 보빈의 안 지름 사이에 정의된 자극 편 통로로 상기 시약을 유도하고; 상기 시약을 상기 자극편 통로부터 안쪽 하부 몸체의 칼라의 바깥 지름과 상기 보빈의 상기 안 지름 사이에 정의된 칼라 통로로 유도하고; 상기 시약을 상기 칼라 통로로부터 상기 안쪽 하부 몸체의 바깥 지름과 상기 주입기의 하부 섹션의 안 지름 사이에 정의된 하부 몸체 통로로 유도하고; 그리고, 상기 시약을 상기 안쪽 하부 몸체에 의해 정의된 분배 통로 내로 유도함을 포함한다. 상기 분배 통로는 하부 몸체 통로를 안쪽 하부 몸체 및 오리피스 판에 의해 정의된 분배 챔버에 유체 연결한다. 몇몇 실시 예에서, 분배 챔버로부터, 상기 방법은 시약의 제1 부분 볼륨을 오리피스 판 영역에서 출구 오리피스로 유도하고 그리고 시약의 제2 부분 볼륨을 주입기의 시약 배출구로 유도함을 포함한다.

몇몇 실시 예에서, 시약의 제1 부분 볼륨을 오리피스 판 영역에서 오리피스로 유도함은: 시약의 제1 부분 볼륨을 오리피스 판에서 다수의 슬롯을 통과하도록 하고; 오리피스 판에서 핀틀을 움직이고 오리피스를 차단해제하고; 시약의 제1 부분 볼륨을 오리피스 판에서 다수의 슬롯을 통과하도록 하고 그리고 오리피스를 통과하도록 하고; 그리고 시약의 제1 부분 볼륨을 안쪽 하부 몸체에 의해 정의된 중앙 보어로 유도함을 포함한다.

몇몇 실시 예에서, 시약의 제2 부분 볼륨을 시약 출구로 유도함은: 핀틀 통과하는 안내판에 정의된 관통 구멍들을 통과하도록 제2 부분 볼륨의 시약을 유도하고; 핀틀의 일 끝단에 부착하고 일 끝단을 둘러싸는 핀틀 머리의 관통 구멍들을 통과하도록 제2 부분 볼륨의 시약을 유도하고; 자기 코일의 보빈의 안쪽을 통과하도록 제2 부분 볼륨의 시약을 유도하고; 막대편의 중앙 보어를 통과하도록 제2 부분 볼륨의 시약을 유도하고; 제2 부분 볼륨의 시약을 분배 챔버로부터 안쪽 하부 몸체에 의해 정의된 적어도 하나의 회귀 통로로 유도함을 포함한다. 회귀 통로는 분배 챔버와 안쪽 하부 몸체에 의해 정의된 중앙 보어를 유체로 연결한다. 제2 부분 볼륨의 시약을 안쪽 하부 몸체에 의해 정의된 중앙 보어 내에 있는(상주하는) 솔리드 핀틀의 바깥 직경 둘레에 유도한다.

몇몇 실시 예에서, 시약을 주입하기 위한 주입기는 상부 주입기 몸체, 상부 주입기 몸체에 고정될 수 있는 하부 주입기 몸체, 환형 구멍을 통해 하부 주입기 몸체 주위에 고정될 수 있도록 환경 구멍을 정의하는 유지 판, 하부 주입기 몸체 주위에 고정될 수 있도록 환경 구멍을 정의하는 절연체, 그리고 절연체 주위에 고정될 수 있도록 환형 구멍을 정의하는 장착 플랜지를 사용할 수 있다. 유지 판은 하부 주입기 몸체에 대해 직접 고정될 수 있다. 절연체는 하부 주입기 몸체 및 유지 판에 대해 직접 고정될 수 있다. 장착 플랜지는 절연체에 대해 직접 고정될 수 있다. 유지 판은 다수의 관통 구멍을 유지 판 주변 부분 또는 주변 고리 부분에 정의할 수 있고, 장착 플랜지는 장착 플랜지 주변 가장자리에 다수의 맹공을 정의할 수 있다. 제1 핀 끝단 및 제2 핀 끝단을 갖는 핀이 사용될 수 있는데, 제1 핀 끝단은 장착 플랜지의 맹공들 중 하나 내에 위치하고 핀은 유지 판의 다수의 관통 구멍 중 하나를 완전히 통과해 위치한다.

몇몇 실시 예에서, 제1 클립 끝단 및 제2 클립 끝단을 갖는 클립이 사용될 수 있다. 클립은 유지 판 주변 부분 및 장착 플랜지 주변 가장자리 또는 고리 섹션 위쪽에 고정될 수 있다. 유지 판 주변 가장자리는 주변 오목부를 정의할 수 있고, 유지 판의 다수의 관통 구멍은 주변 오목부 내에 위치할 수 있다. 장착 플랜지 주변 가장자리는 홈을 정의할 수 있다. 제1 클립 끝단은 장착 플랜지 주변 가장자리의 홈 내에 있을 수 있고 제2 클립 끝단은 유지 판 주변 가장자리의 주변 오목부 내에 있을 수 있다. 클립은 C-형태일 수 있고 제2 클립 끝단은 제2 핀 끝단 상에 있을 수 있다. 절연체는 각각 일련의 교대하는 돌출부 및 함몰부를 갖는 안쪽 직경 및 바깥 직경을 구비하는 튜브형 섹션을 정의할 수 있다.

몇몇 실시 예에서, 열 차폐기가 장착 플랜지에 설치될 수 있는데, 장착 플랜지가 열 차폐기의 관통 구멍을 통과해 돌출하도록 열 차폐기의 관통 구멍을 사용하여 설치될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 열 차폐기는 주입기 상부 몸체와 배기 파이프 사이에 위치할 수 있다. 덮개가 주입기 상부 몸체, 주입기 하부 몸체, 그리고 장착 플랜지를 둘러싸도록 열 차폐기에 장착될 수 있다.

몇몇 실시 예에서, 시약을 주입하기 위한 주입기는 막대편 제1 끝단 및 막대편 제2 끝단을 정의하는 실린더형 막대편을 사용할 수 있다. 막대편은 막대편 제1 끝단에서 막대편 제2 끝단까지 중공 내부를 구비할 수 있다. 스프링 사전-장전기가 중공 중앙 보어 내에 그리고 제1 끝단의 일 부분에 기대어(대항해서) 위치할 수 있다. 스프링이 중앙 보어 내에 위치할 수 있고, 스프링 사전-장전기에 접촉할 수 있다. 전자기 코일은 보빈 주위에 고정될 수 있고 전자기 코일 그 자체는 실린더형 막대편의 바깥 직경 주위를 둘러쌀 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 실린더형 막대편, 스프링 사전-장전기, 스프링 및 전자기 코일은 상부 주입기 몸체의 공동 또는 챔버 내에만 있을 수 있다.

실린더형 안쪽 하부 몸체는 하부 주입기 몸체 내에 있을 수 있고 길이방향 중앙 보어를 정의한다. 안쪽 하부 몸체 제1 끝단이 길이방향 중앙 보어의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1 끝단 제1 보어를 정의할 수 있다. 안쪽 하부 몸체 제1 끝단은 또한 길이방향 중앙보어보다 직경이 크고 제1 끝단 제1 보어보다 직경이 큰 직경을 갖는 제1 끝단 제2 보어를 정의할 수 있다. 안쪽 하부 몸체 제2 끝단은 길이방향 중앙 보어의 직경보다 큰 직경을 갖는 제2 끝단 보어를 정의할 수 있다. 주입기는 길이방향 중앙 보어내에 있는 솔리드 핀틀를 더 사용할 수 있다. 안내판은 핀틀의 중간 부분에 부착될 수 있다. 안내판은 제1 끝단 제1 보어 내에 있을 수 있다. 핀틀 머리는 핀틀의 끝단을 둘러쌀 수 있고 또는 핀틀의 끝단의 일부를 둘러쌀 수 있다. 핀틀 머리는 제1 끝단 제2 보어 내에 있을 수 있고 오리피스 판은 제2 끝단 보어 내에 있을 수 있다. 실린더형 막대편, 스프링 사전-장전기, 스프링, 전자기 코일, 실린더형 안쪽 하부 몸체, 핀틀, 안내판, 핀틀 머리 및 오리피스 판은, 하나의 카트리지의 부분일 수 있다.

몇몇 실시 예에서, 주입기 몸체 상부 섹션은 하나의 카트리지 또는 하나의 카트리지의 부분이 삽입되어 머무르는 챔버를 정의할 수 있다. 안내판은 유체의 통과를 위한 하나 또는 그 이상의 관통 구멍을 정의할 수 있다. 대안으로서, 안내판 및 핀틀은 함께 그 사이에 유체의 통과를 위한 하나 또는 그 이상의 관통 구멍을 정의할 수 있다. 오리피스 판 및 안쪽 하부 몸체 제2 끝단은 그 사이에 분배 챔버를 정의할 수 있다. 오리피스 판은 주입기로부터의 탈출을 위해서 출구 오리피스로의 유체 통과를 위한 다수의 홈을 정의할 수 있다. 주입기 몸체 하부 섹션의 내면 및 안쪽 하부 몸체 외면은 유체 통로를 정의한다. 안쪽 하부 몸체는 주입기 몸체 하부 섹션의 내면 및 안쪽 하부 몸체 외면에 의해 정의된 유체 통로에 유체 연결된 분배 통로를 정의할 수 있다. 안쪽 하부 몸체는 안쪽 하부 몸체 중앙 보어와, 오리피스 판 및 안쪽 하부 몸체 제2 끝단에 의해 정의된 분배 챔버에 유체 연결된 회귀 통로를 정의할 수 있다. 솔리드 핀틀은, 솔리드 핀틀 주위로 그리고 길이방향 중앙 보어를 통과하여 유체가 통과하도록 길이방향 중앙 보어 내에 머무를 수 있다.

여기에 제공된 설명으로부터 또 다른 추가 적용 분야는 명백할 것이다. 본 섹션의 설명 및 특정 실시 예들은 단지 설명을 하기 위한 목적일 뿐이고 본 명세서에 개시된 발명 내용의 범위를 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 열 및 동작 일관성이 보다 신뢰성 있게 관리될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 요소가 굳는 것을 방지하고 주입기 성분들의 수명이 연장될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 주입기 내의 요소 축적을 최소화하거나 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 그을음 및 요소가 상대적으로 차가운 주입기 출구 오리피스에 끌리는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 누설되지 않는 주입기를 제공할 수 있다.

여기에 설명된 도면들은 선택된 실시 예들에 대한 단지 설명의 목적일 뿐이고 모든 가능한 실시 예들에 대한 것은 아니며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명 교시에 따른 주입기를 사용한 오염 방출 제어 시스템을 갖는 예시적인 디젤 엔진에 대한 개략도이다.
도 2a는 본 발명 교시의 몇몇 실시 예에 따른 시약 주입기의 확대도이다.
도 2b는 본 발명 교시의 몇몇 실시 예에 따른 도 2a의 시약 주입기의 확대 다면도이다.
도 3a는 시약 주입기의 단면도이다.
도 3b는 시약 주입기의 또 다른 단면도이다.
도 4는 배기 시스템에 장착된 시약 주입기의 저면 투시도이다.
도 5는 배기 시스템에 장착된 시약 주입기의 상면 투시도이다.
도 6은 본 발명 교시의 몇몇 실시 예에 따른 시약 주입기의 상면 투시도이다.
도 7은 본 발명 교시의 몇몇 실시 예에 따른 시약 주입기의 상면 투시도이다.
도 8은 본 발명 교시의 몇몇 실시 예에 따른 시약 주입기의 상면 투시도이다.
도 9는 본 발명 교시에 따른 시약 마운트의 장착 플랜지 및 절연체의 상면 투시도이다.
도 10은 본 발명 교시에 따른 시약 마운트의 장착 플랜지 및 절연체의 확대도이다.
도 11은 본 발명 교시에 따른 도 9 및 도 10의 장착 플랜지 및 절연체의 단면도이다.
도 12는 본 발명 교시에 따른 핀틀 및 플런저의 확대도이다.
도 13은 본 발명 교시에 따른 핀틀 및 플런저의 단면도이다.
도 14는 본 발명 교시에 따른 하부 주입기 몸체 및 핀틀의 측면도이다.
도 15는 본 발명 교시에 따른 하부 주입기 몸체 및 핀틀의 확대도이다.
도 16은 본 발명 교시에 따른 오리피스 판의 투시도이다.
도 17은 본 발명 교시에 따른 안내 부재의 투시도이다.
도 18은 본 발명 교시에 따른 하부 주입기 몸체 및 핀틀의 단면도이다.
도 19는 본 발명 교시에 따른 막대편 및 하부 주입기 몸체의 상면 투시도이다.
도 20은 본 발명 교시에 따른 막대편 및 하부 주입기 몸체의 확대도이다.
도 21은 본 발명 교시에 따른 막대편 및 하부 주입기 몸체의 단면도이다.
도 22는 본 발명 교시에 따른 주입기 몸체의 하부 섹션 및 유지판의 상면 투시도이다.
도 23은 본 발명 교시에 따른 주입기 몸체의 하부 섹션 및 유지판의 확대도이다.
도 24는 본 발명 교시에 따른 주입기 몸체의 하부 섹션 및 유지판의 단년도이다.
도 25는 본 발명 교시에 따른 주입기 몸체의 하부 섹션 및 안쪽 하부 몸체의 상면 투시도이다.
도 26은 본 발명 교시에 따른 주입기 몸체의 하부 섹션 및 안쪽 하부 몸체의 확대도이다.
도 27은 본 발명 교시에 따른 주입기 몸체의 하부 섹션 및 안쪽 하부 몸체의 단면도이다.
도 28은 본 발명 교시에 따른 자성 코일 어셈블리의 상면 투시도이다.
도 29는 본 발명 교시에 따른 자성 코일 어셈블리의 확대도이다.
도 30은 본 발명 교시에 따른 자성 코일 어셈블리의 단면도이다.
도 31은 본 발명 교시에 따른 보빈 어셈블리의 상면 투시도이다.
도 32는 본 발명 교시에 따른 보빈 어셈블리의 확대도이다.
도 33은 본 발명 교시에 따른 보빈 어셈블리의 단면도이다.
도 34는 본 발명 교시에 따른 유체 결합 부재의 상면 투시도이다.
도 35는 본 발명 교시에 따른 유체 결합 부재의 확대도이다.
도 36은 본 발명 교시에 따른 유체 결합 부재의 단면도이다.
도 37은 본 발명 교시에 따른 부분 시약 주입기의 상면 투시도이다.
도 38은 본 발명 교시에 따른 부분 시약 주입기의 확대도이다.
도 39는 본 발명 교시에 따른 부분 시약 주입기의 단면도이다.
도 40은 본 발명 교시에 따른 시약 주입기의 상면 투시도이다.
도 41은 본 발명 교시에 따른 시약 주입기의 확대도이다.
도 42는 본 발명 교시에 따른 시약 주입기의 단면도이다.
도 43은 본 발명 교시에 따른 배기 시스템 내에 포함되는 시약 주입기의 상면 투시도이다.
도 44는 본 발명 교시에 따른 배기 시스템 내에 포함되는 시약 주입기의 측면도이다.
도 45는 본 발명 교시에 따른 배기 시스템 내에 포함되는 시약 주입기의 상면도이다.
도 46은 통상적인 제어 신호를 보여주는 그래프이다.
도 47은 본 발명 교시에 따른 피크 및 유지 제어 신호를 보여주는 그래프이다.
도 48은 본 발명 교시에 따른 주입기를 통과하는 흐름 통로들을 도시하는 시약 주입기의 단면도이다.
도 49는 본 발명 교시에 따른 시약 주입기의 부분 단면도이다.
도 50은 본 발명 교시에 따른 유체 결합 어셈블리의 상면 투시도이다.
도 51은 본 발명 교시에 따른 유체 결합 어셈블리의 측면도이다.
도 52는 본 발명 교시에 따른 유체 결합 어셈블리의 상면도이다.
도 53은 주입기 및 마운트 배열을 묘사하는 본 발명 교시에 따른 시약 주입기의 부분 단면도이다.
도 54는 본 발명 교시에 따른 핀틀 및 핀틀 머리의 투시도이다.
도 55는 본 발명 교시에 따른 막대편 및 안쪽 하부 몸체의 단면도이다.
도 56은 본 발명 교시에 따른 주입기 몸체 및 안쪽 하부 몸체 카트리지의 단면도이다.
도 57은 본 발명 교시에 따른 유체 슬리브의 단면도이다.
대응하는 참조 번호들은 도면의 각 도들 전체에 걸쳐 대응하는 부분을 가리킨다.

실시 예들이 첨부된 도 1 내지 도 48을 참조하여 더 완전하게 설명될 것이다. 비록 본 발명의 교시(teaching)가 디젤 엔진 및 NOx 방출 감소와 관련하여 서술될 수 있지만, 본 발명의 교시는 예를 들어 비-제한적인 예들, 디젤, 가솔린, 터빈, 연료 셀, 제트 또는 방출 흐름을 출력하는 다른 동력원 같은 다수의 배기 흐름 중 어느 하나와 관련하여 사용될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 교시는 다수의 원치않는 방출 중 임의의 어느 하나를 감소하는 것과 관련하여 사용될 수 있다. 추가 설명으로, 발명의 명칭이 "Method And Apparatus For Injecting Atomized Fluids" 이고 본 명세서에 참조로서 포함되는 본 출원의 출원인과 동일 출원인에 의한 2008년 11월 21일자 출원된 출원번호 12/275,539호를 주목해야 한다. 따라서, 본 발명은 엔진 배기로부터 방출을 감소시키기 위해서 요소 수용액(aqueous urea solution) 같은 시약을 배기 흐름 안에 주입하기 위한 향상된 방법 및 장치를 제공한다. 더욱이, 본 발명의 교시는 종래 수용성 요소 주입기 대비 향상된 주입기를 제공하는데, 특히 중요 부품들의 향상된 열 방산, 시약 주입기 크기 감소 및 복잡성 감소, 그리고 동작 및 기능의 향상을 포함하는 향상된 수용성 요소 주입기를 제공한다.

도 1은 디젤 엔진(10)의 배기로부터 NOx 방출을 줄이기 위한 예시적인 오염 제어 시스템을 묘사한다. 도 1에서, 시스템의 구성요소들 사이의 실선들은 시약을 위한 유체 라인을 나타내고 점선은 전기적 연결을 나타낸다. 본 발명 교시의 시스템은 시약을 간직하기 위한 시약 탱크(12) 및 시약을 시약 탱크(12)로부터 전달하기 위한 펌프 같은 전달 모듈(14)을 포함한다. 시약은 요소 용액, 탄화수소, 알킬 에스테르, 알코올, 유기 화합물, E-85, 물 또는 이와 유사한 것일 수 있고 그리고 이들의 조합 또는 혼합(blend)일 수 있다. 또한 하나 또는 그 이상의 시약이 이 시스템에 가능하고 하나 또는 조합으로 사용될 수 있다. 시약 탱크(12) 및 전달 모듈(14)은 통합된 시약 탱크/전달 모듈을 형성할 수 있다. 또한 시스템의 일부로서 전자적 주입 제어기(16), 시약 주입기(100)(이는 낮은 압력 시약 주입기일 수 있음), 그리고 적어도 하나의 촉매 침대(20)를 갖는 배기 시스템(18)이 구비된다.

전달 모듈(14)은 시약 탱크(12)로부터 인-라인(in-line) 필터(22)를 통과하여 공급 라인(24)을 경유하여 시약을 공급하는 펌프를 포함할 수 있다. 시약 탱크(12)는 폴리프로필렌, 에폭시 코팅 탄소 강철, PVC, 또는 스테인리스강일 수 있고 적용(예를 들어 차량 크기, 차량의 의도된 목적 등)에 따라 크기가 정해질 수 있다. 필터(22)는 제거가능한 필터 카트리지를 갖는 경질 플라스틱 또는 스테인리스 강으로 구성된 하우징(housing)을 포함할 수 있다. 압력 조절기(미도시)가 미리 결정된 압력 설정 점(예를 들어 상대적으로 낮은 압력 60-80psi 또는 몇몇 실시 예에서는 60-150psi의 압력)에서 시스템을 유지하기 위해서 제공될 수 있고 시약 주입기(100)로부터의 회귀 라인(return line, 26)에 위치할 수 있다. 압력 센서가 시약 주입기(100)로 이어지는 유연성 공급 라인(24)에 제공될 수 있다. 이 시스템은 또한 다양한 동결 보호 전략을 포함하여 동결된 요소를 해동하거나 요소가 동결되는 것을 방지한다. 예를 들어, 시스템 동작 동안에, 주입기가 엔진 배기 파이프에서 배기 가스들로 시약을 주입하는지 여부에 상관없이, 시약은 시약 탱크(12) 및 시약 주입기(100) 사이에서 끊임없이 순환하여 시약이 차가운 상태를 유지하도록 주입기를 냉각하고 시약이 주입기 내에 머무르는 시간을 최소로 한다.

끊임없는 시약의 순환은, 엔진 배기 시스템에서 나타나듯이 300℃ 내지 650℃의 높아진 온도에 노출되면 굳어버리는 경향이 있는 요소 수용액 같은 온도 민감 시약들을 위해 필요하다. 확실한 요소 응고 방지의 안전 마진을 제공하기 위해서, 주어진 요소 혼합물 또는 용액을 140℃ 이하로 바람직하게는 5℃ 내지 95℃ 사이의 낮은 동작 범위로 유지하는 것이 중요하다는 것이 발견되었다. 응고된 요소는, 형성하도록 허용된다면, 주입기의 움직이는 부분들, 개구들 그리고 통로를 막고, 주입기를 그 의도된 목적을 위해 쓸모없게 할 수 있다. 유량은 엔진 크기 및 NOx 수준에 의존할 것이라는 것이 인식될 것이다.

요구되는 시약의 양은 부하, 엔진 RPM, 엔진 속도, 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름, 엔진 연료 주입 시기, 그리고 원하는 NOx 감소와 함께 변할 것이다. 엔진 동작 파라미터들 모두 또는 몇몇은 엔진 제언 유닛(28)으로부터 엔진/차량 데이터버스를 경유하여 시약 전기적 주입 제어기(16)로 공급될 수 있다. 시약 전기적 주입 제어기(16)는 또한, 만약 주어진 엔진, 차량 또는 트럭 제조사가 그 같은 기능을 제공하도록 동의한다면, 엔진 제어 유닛(28)의 부분으로 포함될 수 있다. 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름 및 배기 가스 배압(back pressure)은 대응하는 센서에 의해 측정될 수 있다.

이제, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 시약 주입기(100)의 실시 예 및 변형들이 더 설명될 것이다. 도 1에 묘사된 시스템에 사용하기 위한 시약 주입기(100)의 일 예에 있어서, 시약 주입기(100)는 주입기 몸체 상부 섹션(102a) 및 주입기 몸체 하부 섹션(102b)을 갖는 주입기 몸체(102)를 구비한다. 긴 안쪽 하부 몸체(104)가 주입기 몸체 상부 섹션(102a) 및 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 중 적어도 어느 하나 내에 수용될 수 있다. 긴 안쪽 하부 몸체(104)는 원통형 중앙 보어(106)를 정의할 수 있고 이는 오리피스 판(orifice plate, 108)과 유체 통신을 할 수 있으며, 이 오리피스 판(108)은 오리피스 판(108)을 완전히 통과하는 적어도 하나의 출구 오리피스(110)(도 16)를 정의할 수 있다. 안쪽 하부 몸체(104)는 별도의 안내 판(guide plate, 107)(도 18)을 구비할 수도 있고 구비하지 않을 수도 있다. 도 2b, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 안쪽 하부 몸체(104)는 핀틀(pintle, 118)의 핀틀 머리에 인접하여 끝단 부분에서 폭이 점점 줄어들 수 있다(taper). 더 구체적으로, 일정한 중앙 보어(106)(도 3b) 내에 핀틀(118)을 안내 또는 정렬시키는 별도의 안내 판 대신에, 안쪽 하부 몸체(104)는 중앙 보어(106)보다 더 좁은 안쪽 직경을 갖는 보어에서 스텝-다운(step-down)을 가지거나 또는 폭이 점점 줄어들 수 있다. 도 2b, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 핀틀 머리에 인접하여 안쪽 내부 몸체(104)의 끝단에서 이 같은 보어에서의 스텝-다운은 핀틀(118) 및 부착된 핀틀 머리를 위한 안내 부재가 될 수 있다. 더욱이, 핀틀(118)의 핀틀 머리는 핀틀 머리(이는 또한 플런저(plunger))로 언급될 수 있음)가 도 49, 도 55 및 도 56에 도시된 바와 같이 중앙 보어(106) 내에서 길이방향으로 앞뒤로 이동하도록 보장하는 안내 부재로 작용할 수 있다.

오리피스 판(108)을 통과하는 많은 오리피스는, 주입기(100)가 배기 파이프에 장착될 때, 유체가 오리피스 판을 통과하여 디젤 엔진의 배기 시스템(18)(도 1, 도 4, 도 5, 및 도 43 내지 도 45)의 배기 파이프 내의 배기 가스 흐름 안에 흐르도록 할 수 있다. 적용 및 동작 환경에 따라서, 오리피스 판(108)은 카바이드 물질로 만들어질 수 있는데, 이는 원하는 성능 특성을 제공할 수 있고 더욱 쉽고 싸게 제조될 수 있다. 더욱이, 다른 물질들 및 제조 공정들, 예를 들어 복잡한 부품 형태들과 관련된 제한 또는 약점을 피할 수 있다. 카바이드는 추가적인 이점을 제공할 수 있는데, 예를 들어 민감한 탄소강 및 공구강 같은 다른 강철에 비해서 납땜 온도(870~980℃)에 대해 영향이 없다. 카바이드는 또한 대부분이 강철 또는 모두 강철인 재료에서 달성할 수 있는 것에 비해서 부품의 표면 경도를 훨씬 크게 할 수 있다. 예를 들어, 모스 광물 경도를 사용하면, 다이아몬드는 경도 10을 가지고, 카바이드는 경도 9~9.5를 가지며, 경화강은 경도 4~6을 가진다. 따라서, 카바이드는 전체 마도 저항에 있어서 유리하다. 더욱이, 카바이드는 또한 넓은 범위의 인성(toughness)을 가지며, 특정 응용을 위해서 최고의 특징을 가지도록 미세 조정될 수 있다.

오리피스 판(108)은 오리피스 판 홀더(orifice plate holder, 112)를 사용하여 긴 안쪽 하부 몸체(104)에 결합되어 유지될 수 있다. 오리피스 판 홀더(112)는 도 14, 도 15 및 도 18에 도시된 바와 같이 필요에 따라 안쪽 하부 몸체(104)와 일체로 형성될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 오리피스 판 홀더(112)가 별개로 형성되면, 오리피스 판 홀더(112)는 중앙 긴 안쪽 하부 몸체(104)의 대응하는 암컷 부분(116) 내에 수용되어 유지될 수 있는 크기를 갖는 중앙 수컷 부분(114)(도 2b)을 포함할 수 있다. 주변 출구 오리피스(110)는 밸브 좌(valve seat, 120)(도 16 및 도 18)일 수 있는데, 이는 원뿔형이거나 다른 적절한 형태일 수 있다; 하지만, 원뿔형태가 예를 들어 도 16에 도시된 바와 같이 바람직하다. 긴 계량(metering) 플러그 또는 핀틀(118)(도 2a, 도 2b, 도 12, 도 13, 도 15 및 도 18) 형태의 밸브 부재는 중앙 보어(106) 내에 슬라이드 가능하게 장착되고 안착되었을 때 밸브 좌(120)와 체결되어 밀봉 및 폐쇄 위치를 정의하고, 체결되지 않았을 때에 미-밀봉 및 개방 위치를 정의한다. 몇몇 실시 예에서, 오리피스 판(108)은 압입 끼워맞춤(press fit)을 통해서 안쪽 하부 몸체(104)에 결합될 수 있고 이는 이어서 납땜 될 수 있다.

도 2a, 도 2b, 및 도 19 내지 도 21을 참조하면, 시약 주입기(100)는 긴 안쪽 하부 몸체(104)의 칼라 부분(126) 내에 수용되는 크기로 형성된 확장된 직경 끝단 부분(124)을 갖는 긴 막대편(pole piece, 122)을 채용할 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 긴 막대편(122)은 안쪽 내부 몸체(104) 내에 압입 끼워맞을 통해 결합될 수 있다. 장착되면, 연결 또는 압입 끼워맞춤 부분은 또한 또는 대신에 전자빔 납땜 될 수 있다. 막대편(122)의 플랜지(flange, 128)는, 그들 사이에 공간을 정의하도록, 크기가 정해져 긴 안쪽 하부 몸체(104) 내에 막대편(122)의 체결 깊이를 제한할 수 있다. 공간(130)은 핀틀(118)의 핀틀 머리(132)(도 12, 도 13, 도 21 및 도 55)를 수용하도록 크기가 정해질 수 있고, 중앙 보어(106) 내에서 핀틀(118)의 축방향 움직임을 제한 및 제어할 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 밀봉 부재 예를 들어 오링(O-ring)은, 최종 조립에서 누수가 없는 유체 밀봉을 정의 및 보장하기 위해서 주입기 몸체 상부 섹션(102a) 및 막대편(122) 사이에 놓이도록, 자극편(122) 내에 정의된 밀봉 함몰부(123)(예를 들어 도 55) 내에 제공될 수 있다. 더욱이, 몇몇 실시 예에서, 막대편(122) 및 안쪽 하부 몸체(104)는 전자빔 납땜 되거나 또는 다른 영구적인 부착 방법으로 부착되어 삽입가능한 카트리지 부어셈블리(subassembly)를 유지한다.

몇몇 실시 예에서, 핀틀 머리(132)는 압입 끼워맞춤 그리고/또는 노내 납땜을 통해서 핀틀(118)의 축(shaft)에 부착될 수 있다. 핀틀 머리(132)는 유압을 감소시키고 유체 통로를 위한 회기 흐름(return flow)을 제공하는 관통 구멍(316)(도 13, 도 18 및 도 54)을 포함할 수 있다. 안내 판(107)(도 15, 도 17 및 도 18)은 안내 부재로 언급될 수 있으며, 중앙 보어(106)에서 핀틀(118)의 움직임을 안내하도록 제공된다. 안내 판(107)은 다수의 슬롯 또는 구멍(109)을 포함하여 그것을 통해 유체가 흐르도록 한다. 즉, 안내 판(107)은, 핀틀(118)이 안내 판(107)에 부착한 때에도, 유체가 통과하도록 하는 관통 슬롯인 하나 또는 그 이상의 슬롯 또는 구멍(109)을 정의한다.

도 2a, 도 2b, 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이, 긴 막대편(122)은 그것의 중앙 축(axis)에 그것을 관통하여 신장하는 중앙 보어(134)를 더 정의할 수 있다. 중앙 보어(134)는 회기 스프링(136) 및 선택적인 스프링 사전-장전기(pre-loader, 138)를 수용할 수 있다. 스프링 사전-장전기(138)는 회기 스프링(136)을 체결하도록 그리고 사전 부하를 주도록 크기 그리고/또는 형태가 정해질 수 있다. 더 구체적으로 스프링 사전-장전기(138)는 그 내부에서 움직임을 방지하고 회수 스프링(136)의 신장을 위한 가용 공간을 제한하기 위해서 막대편(122)의 중앙 보어(134) 내에 형성된 구조와 접촉할 수 있다. 스프링 사전-장전기(138)는 스프링 사전-장전기(138)의 통로를 방지하는 중앙 보어(134) 내에 형성된 방해물 또는 구성을 포함하는 다수의 통상적인 방식 중 하나를 통해서 유지될 수 있다. 또는 유지 나사와 같은 조절가능한 메커니즘이 사용되어 스프링 사전-장전기(138)의 위치를 제한 또는 조절할 수 있다. 이 같은 방식으로, 회수 스프링(136)은 핀틀(118)의 핀틀 머리(132)에 대해 바이어스 힘(biasing force)을 발휘할 수 있고 따라서 핀틀(118)의 끝단이 밸브 좌(120)에 체결되도록 하고 이에 따라 오리피스 판(108)을 통한 유체 흐름을 폐쇄 혹은 방지한다. 회수 스프링(136) 및 스프링 사전-장전기(138)는 속이 비어 있고 회수 스프링(136)의 중앙 부분을 통과해서 그리고 사전-장전기(138)를 통과해서 중앙 부분으로 유체 흐름을 허용하는 중앙 보어를 포함한다. 설명되겠지만, 몇몇 실시 예에서, 사전-장전기(138)는 제거될 수 있고 그리고/또는 중앙 보어(134) 내에 일체로 형성될 수 있다.

도 6 내지 도 8 그리고 도 49 내지 도 53은 주입기 몸체 상부 섹션들(102a)로부터 돌출할 수 있는, 다양한 구성 또는 배열의 유체 출구 및 유체 입구를 갖는 주입기(101)를 도시한다. 주입기(101)가 비록 전술한 주입기(100)와 다르지만, 각 부분들은 본 발명의 교시로부터 벗어나지 않은 범위 내에서 다른 부분에 포함될 수 있다. 따라서, 때때로 용어 주입기(100)는 주입기(100) 및 주입기(101) 모두를 가리키는 일반적인 용어로 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 6 내지 도 8 그리고 도 49 내지 도 53을 참조하면, 주입기 몸체 상부 섹션(102a)은 단일 물질로부터 형성 또는 성형(mold)될 수 있고 두 편으로 형성되는 것과 대조적으로 유체 입구, 유체 출구 및 전기적 연결체 하우징이 주입기 몸체 상부 섹션(102a)의 일 부분으로서 한 편(single piece)으로 성형될 수 있다. 이 같은 구성은 도 21 및 도 55에 도시된 것 같이, 카트리지로서 사전에 조립된 카트리지 부품의 삽입을 용이하게 하며 이에 대해서는 이후에 설명될 것이다. 도 4 내지 도 6 그리고 도 5 내지 도 53 또한 주입기들(101)을 배기 부품에 쉽게 장착하는 주입기 장착을 묘사한다. 도 34 내지 도 36 그리고 도 50 내지 도 53은 유체 입구(168), 유체 출구(170) 및 전기적 연결체 하우징(174)의 예시적인 위치를 더 묘사한다. 도 35는 입구 포트 필터(175) 및 출구 포트 필터(177)가 각각 입구(168) 및 출구(170)에서 제거된 상태의 주입기(101)를 묘사한다. 도 35는 또한, 모두 주입기 몸체 상부 섹션(102a)에서 제거된 캡슐화된 전자기 코일 및 그와 관련된 보빈의 플럭스 프레임(flux frame, 178)을 묘사한다. 도 36 및 도 49는 입구(168)에 장착된 입구 필터(175), 출구(170)에 장착된 출구 필터(177), 그리고 주입기 몸체 상부 섹션(102a) 내에 장착된 플럭스 프레임(178)에 의해 둘러싸인 전자기 코일 및 관련된 보빈을 표사한다. 도 49는 또한 출구(170)에 배치된 제한 오리피스(139)를 묘사한다. 제한 오리피스(139)는 사산방식으로 출구(170) 내에 체결 또는 압입 끼워맞춤을 통해 연결되고 몇몇 실시 예에서 스테인리스 강으로 만들어진다.

조립(도 9 내지 도 42, 도 49 그리고 도 54 내지 도 57) 중에, 선택적인 스프링 사전-장전기(138) 및 회수 스프링(136)은 막대편(122)의 중앙 보어(134) 내에 배치될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 도 49, 도 55 및 도 56에 도시된 바와 같이, 회수 스프링(136)은 중앙 보어(136)의 확장된 부분 내에 위치할 수 있는 크기로 구성되고 그 내에 포착되어, 사전-장전기(138)가 필요 없게 된다. 회수 스프링(136)은 중앙 보어(134)의 어깨부와 핀틀 머리(132) 내에 배치된 반대 보어(137) 사이에 포착되는 것에 의해서 사전 장전 위치(예를 들어 0.8lb 사전장전)에 유지될 수 있다(도 55 및 도 56).

도 21, 도 55 및 도 56에 도시된 바와 같이, 막대편(122)의 끝단 부분(124)은 안쪽 하부 몸체(104)의 칼라 부분(collar portion, 126) 내에 수용될 수 있고 따라서 핀틀(118)이 안쪽 하부 몸체(104)의 중앙 보어(106)를 따라 그 내에서 신장하도록 핀틀(118)의 핀틀 머리(132)를 그 사이에 포착한다. 핀틀(118)의 길이방향의 중앙 축은 중앙 보어(106)의 길이방향 중앙 축과 일치한다. 오리피스 판 홀더(112)의 수컷 부분(114)은 안쪽 하부 몸체(104)의 암컷 부분(116) 내에 합쳐지거나 삽입된다. 암컷 부분(116)은 공동 또는 보어로 기술될 수 있다. 반대로, 도 49, 도 55 및 도 56에 도시된 바와 같이, 오리피스 판 홀더(112)의 부분(114)은 안쪽 하부 몸체(104)의 부분(116)보다 크기가 더 클 수 있고 따라서 오리피스 판 홀더(112)의 부분(114)이 일반적으로 안쪽 하부 몸체(104)의 부분을 둘러싸고 포착한다. 이 같은 배열에서, 부분(116)은 수컷 부분으로 부분(114)은 암컷 부분으로 불릴 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 안쪽 하부 몸체(104)는 전자 빔 용접 또는 다른 영구적인 부착 방법에 의해 오리피스 판 홀더(112)에 부착할 수 있다.

특히, 도 49에서 묘사된 것 같이, 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 상부 섹션(102a)은 오리피스 판 홀더(112), 안쪽 하부 몸체(104), 핀틀(118), 막대편(122), 회수 스프링(136) 및 선택적인 스프링 사전-장착기(138)가 주입기 몸체 상부 섹션(102a)의 챔버(chamber, 148) 내에, 몇몇 실시 예에서는 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 챔버(150) 내에 포착되도록, 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)에 결합될 수 있다.

도 2a, 도 2b, 도 28 내지 도 33 그리고 도 49를 참조하면, 판 형상 보빈(disc-shaped bobbin, 144)은 예를 들어 여기에 한정되는 것은 아니며 델린(Delrin) 또는 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene)(흔히 POM으로 불리고 또한 폴리아세탈 또는 폴리포름알데히드로 알려짐)으로 만들어질 수 있다. POM은 높은 강성도 및 우수한 치수 무결성(dimensional integrity)을 요구하는 정밀 부품들을 제조하는 데 사용될 수 있는 열가소성 물질이다. 또, 보빈(144)은 중앙 보어(146)를 구비하며, 안쪽 하부 몸체(104) 및 막대편(122)이 보빈(144)의 중앙 보어(146) 내에 수용될 수 있도록 주입기 몸체 상부 섹션(102a) 및 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 사이에 위치하고 포착될 수 있다. 구체적으로, 보빈(144)은 주입기 몸체 상부 섹션(102a) 및 주입기 몸체 하부 섹션(102b)에 각각 형성된 대응하는 크기의 함몰 부분(148)(150)(도 2a, 도 2b, 도 22 내지 도 24, 도 49) 내에 수용될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 주입기 몸체 하부 섹션(102b)을 주입기 몸체 상부 섹션(102a)으로 유지하기 위해서 주입기 몸체 하부 섹션(102b)은 주입기 몸체 상부 섹션(102a)의 어깨부(154) 위에 형성되거나 또는 뒤덮는 립(lip, 152)을 포함할 수 있다(도 2a 내지 도 5, 도 49, 도 56). 몇몇 실시 예에서, 누설이 없는 유체 밀봉을 정의하고 확보하기 위해서 주입기 몸체 상부 섹션(102a) 및 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 사이에 위치하도록, 밀봉 부재 예를 들어 오링이 주입기 몸체 상부 섹션(102a) 내에 정의된 밀봉 함볼 부분(156)(도 2b) 내에 제공될 수 있다.

출구 오리피스(110)의 개방 및 폐쇄에 영향을 주기 위해서, 작동기가 예를 들어 자기 코일(180)(도 28 내지 도 30, 도 49) 형태로 제공될 수 있고 주입기 몸체(102)에 장착될 수 있으며, 몇몇 실시 예에서는 보빈(144)으로 장착 그리고/또는 형성될 수 있다. 본 발명의 개시 내용의 교시에 따른 자기 코일(180)은 시약 주입기들에 사용된 통상적인 코일들에 비해서 상당히 작다. 이 같이 크기가 작은 자기 코일(180)은 통상의 코일들에 비해 몇 가지 이점이 있는데, 작동 중에 발생하는 열이 적은 이점을 포함하는데, 열이 적지 않다면 예를 들어 외부 공기 냉각 같은 능동 냉각을 통해서 시약 주입기를 냉각할 필요가 있다. 따라서, 본 발명은 작은 자기 코일을 사용함으로써 코일 동작 중에 적은 열이 발생하고 결과적으로 시약 주입기에 대한 능동 냉각이 덜 필요하다. 비-제한적인 예로서, 10mm ID 및 17mm OD 그리고 축 방향 길이 3.8mm를 갖는 권선수 100의 #29 자석 와이어(magnet wire)를 갖는 자기 코일이 안정적으로 시약 주입기(100)를 작동하는 것으로 판명되었다. 추가로, 비-제한적인 예로서, 또한 378 권선수의 30GA 와이어를 갖는 자기 코일이 도 49 내지 도 57의 시약 주입기(101)를 작동하는데 충분하다는 것이 판명되었다.

자기 코일(180)에 전기 리드(electrical lead, 182)를 통해 동력이 공급되면(도 29 및 도 29), 계량 핀틀(118)이 폐쇄 위치에서 위쪽으로 끌려 개방 위치로 된다. 위쪽은 주입기(100)(101)가 장착될 수 있는 배기 파이프로부터 멀어 지는 방향이다. 어셈블리의 몇몇 부재, 예를 들어 긴 막대편(122)의 확장된 직경 끝단 부분(124) 그리고/또는 핀틀 머리(132)는 430 스테인리스 강 같은 자성 물질로 형성되어 자기장 형성을 촉진할 수 있다. 마찬가지로, 어셈블리의 몇몇 부재 예를 들어 긴 안쪽 하부 몸체(104)의 칼라 부분(126)은 비-자성 물질로 형성되어 계량 핀틀(118)에 대한 영향을 제한할 수 있다. 자기 코일(180)은 예를 들어 도 1의 전기적 주입 제어기(16)로부터의 신호에 반응하여 전력을 공급받을 수 있는데, 이는 주입기(100)(101)가 장착되는 배기 파이프 내의 배기 흐름에서 NOx 방출의 효과적인 선택적 촉매 감소를 위해 시약이 필요할 때, 센서 입력 신호들 및 그것의 미리 프로그램된 알고리즘들에 기초해서 결정한다.

몇몇 실시 예에서, 전기 리드들(182)은 제어 신호를 시약 주입기(100)(101)에 제공하는데, 예를 들어 시약 전기적 주입 제어기(16)(도 1)로부터 제공한다. 자기 코일(180)은 펄스폭변조 신호를 사용하는 12-24 VDC 전류에 의해서 전력을 공급받을 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 제어 신호 단순한 구형파일 수 있다. 하지만, 몇몇 실시 예에서, 실질적으로 향상된 성능 및 시약 계량이 도 47에 도시된 것과 비슷한 제어 신호를 사용하여 달성될 수 있다. 비교를 위해서, 도 46을 참조하면, 통상의 구형파는 t=0에서 시작 임펄스를 (a), 이후에 일정한 출력 (b)을 그리고 t=0에서 0으로 (c) 끝이 난다. 이 같은 통상적인 구형파는 코일에 전력을 공급하고 주입기에서 지연된 반응을 생성한다. 즉, 주입기는 처음에는 곡선 반응 (d)에 따라 열려 완전히 열린 개방 위치가 되고 마지막으로 지연된 반응 (e)에 따라 완전히 닫힌다.

본 발명의 개시 내용의 교시에 따르면, 도 47에 제어 신호가 제공되는 데, 이는 t=0에서 통상 신호의 일정 출력 (b)보다 큰 임펄스를 정의하는 시작 임플스 (f)를 갖는다. 시작 임펄스 (f)는 t<1 시간 동안 확장되어 시약(100)(101)의 개방 반응 (g)이 빨리 일어나도록 한다. 본 발명의 교시의 정교한 제어 신호에 따른 개방 반응 (g)은 통상 제어 신호에 따른 개방 반응 (d)보다 빠르다 (그래서 기울기가 더 급하다)는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 교시에 따른 제어 신호는 이어서 t<1 에서 낮은 출력 (h)으로 되어 유지되고 t=1에서 0이 된다. 본 발명의 교시에 따른 제어 신호를 사용함으로써 시약 주입기(100)(101)가 폐쇄 위치에서 개방 위치로 그리고 다시 개방 위치에서 폐쇄 위치로 이동하는 것과 관련된 지연을 최소화할 수 있고 따라서 향상된 반응 및 계량 능력 달성이 가능하다는 것이 입증되었다.

첨두치 및 유지 반응 제어를 제공하는 펄스폭변조 및 기계적 무화(atomization) 기술의 조합은 정밀한 시기(timing)로 무화된 탄화수소를 미량 제공하는데 적합하다. 본 발명의 교시에 따른 냉각 측면들은 주입기(100)(101)가 뜨거운 배기 가스에 인접해서 견디도록 하고 탄화수소의 사전 점화를 방지한다.

몇몇 실시 예에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 시약 주입기(100)(101)는 챔버(164)를 정의하는 몸체(162)를 갖는 유체 결합기(160)를 채용할 수 있다. 도 43 및 도 44는 유체 결합기(160)의 투시도를 보여주는데, 이는 유체 연결에 영향을 끼치기 위해서 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 상부 섹션(102a)에 해제가능하게 결합할 수 있다. 이를 위해서, 몸체(162)의 챔버(164)는 암컷 부분으로써 함몰 또는 오목하게 되어 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 상부 섹션(102a)의 돌출 부분 또는 수컷 부분(166)에 체결 및 결합한다. 이 같은 구성으로, 신뢰성 있고 합리적인 연결이 유체 결합기(160)와 시약 주입기(100)의 나머지 부분 사이에 형성된다. 유체 결합기(160)는 시약 입구(168) 및 시약 출구(170)를 포함하여 수성 시약 또는 요소를 시약 주입기(100)(101) 내의 유체 통로에 제공한다. 몇몇 실시 예에서, 유체 결합기(160)가 도 6 내지 도 8에 도시된 것 같은 공통 허브에 연결가능한 다수의 분리된 라인(line)을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

본 발명 개시에 따른 교시에 따르면, 유체 통로는 주입기(100)(101)를 통과하는 유체의 순환을 촉진하기 위해 핀틀(118)이 폐쇄 위치에 있을 때 시약 주입기(100)(101) 내에 정의된다. 더 구체적으로, 그리고 도 18, 도 42 및 도 49를 참조하여, 유체 통로는 시약 입구(168)에서 분배 챔버(171)로 이어서 시약 출구(170)로 신장할 수 있다. 더 구체적으로, 유체 혹은 시약은 상대적으로 차가운 제1 온도로 시약 입구(168)에서 시약 주입기(100)(101)로 들어갈 수 있다. 유체는 이어서 막대편(122)의 외부 측면을 따라 그리고 측면 가까이 통로(300)를 따라 흐른다. 통로(300)는 막대편(122)의 외부 표면과 주입기 몸체 상부 섹션(102a)의 챔버의 안쪽 직경에 의해서 정의된다. 유체는 이어서 계속 흘러 막대편(122)의 외부 표면과 보빈(144)의 안쪽 사이를 통과한다. 더 구체적으로 유체는 계속 흘러 보빈(144)의 안쪽 직경 그리고/또는 유체 슬리브(301)를 따라 형성된 적어도 하나 또는 다수의 슬롯(302)(도 31 내지 도 33 그리고 도 35 참조)를 통과한다. 이 단계 동안에, 차가운 유체는 보빈(144)의 외부 표면에 노출되고, 보빈(144)과 열을 보빈(144)으로 전달할 수 있는 관련된 코일(180)의 열 에너지의 일부분을 냉각 또는 흡수하도록 동작할 수 있다.

대안으로서, 별개의 부품 예를 들어 유체 슬리브(301)(도 49 및 도 57 참조)가 보빈(144)의 안쪽 직경 내에 또는 더 일반적으로 전자기 코일(180)의 안쪽 직경 내에 통합되어 전자기 코일(180)을 유체 통로로부터 분리시킬 수 있다. 유체 슬리브(301)를 활용할 경우에 예를 들어 유체의 통과를 허용하기 위해서 슬롯들(302)은 필요 없을 수 있고, 몇몇 실시 예에서 유체 슬리브(301)(도 57) 내에 배치될 수 있다. 도 31 및 도 33을 참조하면, 비록 구체적으로 도시되지 않았지만, 유체 슬리브는 중앙 보어(146)에 인접하여 일반적으로 부드러운 외부를 가지며 일반적으로 부드러운 내부를 가진다. 그 같은 유체 슬리브의 높이는 도 33에 도시되고 솔레노이드 코일 보빈(144)의 중앙 보어(146) 내에 배치될 수 있는 보빈(144)의 높이와 동일하거나 또는 전반적으로 동일하거나 솔레이드 코일 보빈(144)의 높이보다 클 수 있다(도 49). 도 57을 참조하면, 몇몇 실시 예에서, 유체 슬리브(301)는 그 사이에 배치된 플럭스 차단기(flux break, 307)를 갖는 한 쌍의 플럭스 브리지(flux bridge, 305)를 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 몇몇 실시 예에서, 플럭스 브리지들(305)은 거울 상으로 배치되고, 플럭스 차단기(307)의 암컷 형태 끝단(311)에 상보적으로 수용되는 크기를 갖는 수컷 형태의 제1 끝단(309)을 포함한다. 위에서 설명한 것 같이, 슬롯들(302)은 유체 통신을 제공하기 위해서 플럭스 브리지들(305)을 통과하여 신장할 수 있다. 플럭스 브리지들(305)은 안쪽 하부 몸체(104)의 바깥 표면과 막대편(122)의 플랜지(128)를 안내하는 기능을 할 수 있는 안쪽 표면(313)을 정의할 수 있다(도 49 참조). 몇몇 실시 예에서, 플럭스 브리지들(305)은 자성 물질로 만들어질 수 있고 플럭스 차단기(307)는 비-자성 물질로 만들어질 수 있다. 오링들(303)은 밀봉기들 또는 부품들 사이에서 예를 들어 유체 슬리브(301)와 주입기 몸체 상부 섹션(102a) 사이에서 그리고 유체 슬리브(301)와 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 사이에서 활용될 수 있다.

보빈(144)에 인접하여 차가운 유체가 흘러 자기 코일(180)의 동작 및 장수에 도움이 되는데, 왜냐하면 유체가 열을 흡수하는 기능을 하기 때문이다. 이 유체는 이어서 슬롯들(302)에서 안쪽 하부 몸체(144)의 바깥면 또는 표면을 따라서 하부 몸체 통로(304)로 흐른다(도 18 및 도 49). 더 구체적으로, 하부 몸체 통로(304)는 안쪽 하부 몸체(104)의 바깥면 또는 표면과 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 챔버 같은 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 안쪽면 또는 표면 사이에 정의될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 하부 몸체 통로(304)는 안쪽 하부 몸체(104)를 냉각하기 위해서 안쪽 하부 몸체(104)의 전체 길이 또는 일부분을 완전히 둘러싼다. 더욱이, 하부 몸체 통로(304) 내의 유체는 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 적어도 일 부분을 더 냉각할 수 있다. 도 18 및 도 49에 도시된 것 같이, 하부 몸체 통로(304) 내의 유체는 하나 또는 그 이상의 분배 통로(308)를 경유하여 분배 챔버(171)로 유도된다. 분배 챔버(171) 내의 유체는 핀틀(118)이 개방 또는 폐쇄 위치에 있을 때 선회 챔버(320)로 유도되며 오리피스 판(108)을 냉각한다. 하나 또는 그 이상의 회기 통로(312)는 분배 챔버(171)에서 안쪽 하부 몸체(104)의 중앙 보어(106)로 신장하고, 분배 챔버(171)에서 안쪽 하부 몸체(104)의 중앙 보어(106)로의 유체 통로를 제공한다. 중앙 보어(106) 내의 유체는 핀틀(118) 및 안쪽 하부 몸체(104)에 냉각을 제공한다. 중앙 보어(106)로 흘러들어가면 유체는 솔리드, 비-중공 구조인 핀틀(118)의 바깥 직경을 둘러싸도록 중앙 보어(106)의 전체 길이를 따라 거기서부터 흐를 것이다. 유체는, 오리피스 판(108) 및 배기 파이프의 배기 흐름으로부터 멀어지는 방향으로 중앙 보어(106) 내의 핀틀(118)의 길이를 따라, 흐름이 진행될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 회귀 통로(312) 반대편인 중앙 보어(106)의 끝단에서, 유체는 출구 슬롯들 또는 구멍들을 통과해 흐를 수 있으며, 이 출구 슬롯들 또는 구멍들은 안내판(107)의 통과 출구 슬롯들 또는 구멍들(109)일 수 있다. 안내 슬롯(109)은 안내판(107) 및 핀틀(109)의 외부면 사이에 유일하게 정의될 수 있다. 안내판(107)에서 하나 또는 그 이상의 안내 슬롯 또는 구멍(109)을 통과해서 또는 중앙 보어(106)로부터 직접 흐르자마자, 유체는 핀틀 머리(132)에서 통로(316)를 통과해서 흐르고 이어서 막대편(122)의 중앙 보어(134)로 그리고 나서 시약 출구(132)로 흐르고 시약 탱크(12)로 뒤돌아 간다. 통로(316)는 핀틀 머리(132)에서 통과 구멍일 수 있다. 더욱이, 몇몇 실시 예에서, 도 49, 도 55 및 도 56에 도시된 바와 같이, 통로(36)는 시약이 중앙 보어(134) 및 스프링(136)의 중앙 부분으로 흐르도록 안내될 수 있다. 더 구체적으로, 몇몇 실시 예에서, 핀틀 머리(132)는 효과적인 냉각 및 향상된 유체 흐름을 위해서 스프링(136)의 중앙으로 시약을 전달하도록 중앙 보어(134)와 동일한 축을 갖는 챔버(141)를 포함하도록 그 형태가 형성될 수 있다.

위에서 살펴본 바로부터, 주입기(100)(101) 내외로의 유체의 흐름이, 주입기(100)(101)가 유체를 배기 흐름으로 주입하지 않을 때에도, 시약 주입기(100)(101)에 대해 효과적인 냉각을 제공함을 알 수 있다. 더욱이, 시약 주입구(168)로부터 그리고 통로(300), 슬롯들(302) 및 하부 몸체 통로(304)(일반적으로 전체가 냉각 통로로 호칭됨)를 통과하는 유속은 시약 주입기(100)(101)를 빠져나와 중앙 보어(106), 통로(314), 통로(316), 중앙 보어(134) 및 시약 출구(170)(일반적으로 전체가 가열된 통로로 호칭됨)를 통과하는 유속보다 낮은데, 가열된 통로에서의 감소된 부피에 비해 냉각 통로에서의 증가된 부피 때문이다. 따라서, 냉각 통로에서의 이 같은 감소된 유속은 유체 량, 긴 유체 체류 시간, 그리고 증가된 열 흡수 관점에서, 유체가 가장 차가울 때, 더욱 많은 유체가 존재하는 것을 허용한다. 마찬가지로, 가열된 통로에서의 증가된 유속은 시약 주입기(100)(10)로부터 가열된 유체를 더욱 많이 제거할 수 있도록 한다. 전체 효과는 시약 주입기(100)(101)의 향상된 냉각 및 열처리이다.

시약 주입기는 핀틀(118)이 오리피스 판(108)으로부터 제거되거나 또는 부상할 때 개방 위치가 될 수 있고, 유체는 전방으로 흘러 배기 파이프(19) 내의 배기 흐름 내로 흐를 수 있게 된다. 시약 주입기(100)(101)가 폐쇄 위치에 있을 때 주입기(100)(101)를 통과하는 유체 흐름에 대한 전술한 설명과 비슷하게, 시약 주입기(100)(101)가 개방 위치에 있을 때, 자유롭고 방해받지 않는 유체 흐름 통로가 분배 챔버(171)로부터 선회 챔버(320)로 오리피스 판(108)의 하나 또는 그 이상의 슬롯(322)을 경유하여 그리고 오리피스(110)를 빠져나와서 예를 들어 배기 파이프(19) 내의 배기 흐름 내로 형성된다.

슬롯들(322)은 도 16에 도시된 바와 같이 오리피스 판(108) 안으로 형성될 수 있다. 대안으로, 중간 판이 그 안으로 형성된 슬롯들(322)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b에 도시된 오리피스 판 홀더(112)는 그 안으로 형성된 슬롯들(322)을 구비할 수 있다. 또한, 슬롯들(322)은 안쪽 하부 몸체(104)의 바닥면 안으로 형성될 수 있다. 따라서 출구 오리피스에 인접하여 시약 흐름을 제거하는 슬롯들을 형성하기 위한 다양한 옵션이 있다.

유체는, 핀틀(118)이 부상된 개방 위치이고 밸브 좌(120)에서 떨어질 때에만, 일반적으로 선회 챔버(320) 내에서 흐른다. 이 같은 구성은 시약 주입기(100)(101)로부터의 시약의 투약을 실질적으로 향상시킨다. 환언하면, 통상의 주입기에서 투약 양(dosage amount)은 종종 유속, 스프레이 각도, 액적 크기 등에 따라 변한다. 유체가 선회 챔버 내에서 자유롭게 흐르도록 허용되고 그 흐름이 회수 라인 배압, 속도 등과 같은 시스템의 파라미터 세팅에 의해서 변할 때, 토출된 시약의 투약 양은 실질적으로 변할 수 있다. 따라서 본 발명 교시의 원리에 따르면, 이 같은 불리한 점을, 유체가 선회 챔버(320)를 통해 흐르는 것에 대한 필요가 없이 유체를 시약 출구(170)로 회귀시키는 회기 통로들(312)을 사용하여 부분적으로 피할 수 있다. 대신에, 시약은 선회 챔버의 주변, 슬롯들(322)의 주변 그리고 슬롯들(322)을 정의하는 상승된 부분들을 통과할 수 있다.

다시 말하면, 몇몇 실시 예에서, 시약은 시약 입구(168)를 경유하여 출구 오리피스(110)로 전달될 수 있다. 시약 출구(168)는 출구 오리피스(110)와 유체 통신할 수 있고, 공급 라인(9)을 경유하여 시약 탱크(12)에 외부에서 연결될 수 있다. 시약은 미리 결정된 압력 세트 점에서 시약 주입기(100)(101)로, 시약 주입기(168) 안으로 이어서 출구 오리피스(110)로 추동(pump)된다. 미리 결정된 압력 세트 점은 증가된 동작 범위 그리고 출구 오리피스(110)로부터의 다양한 스프레이 패턴 중 적어도 하나를 제공하는 동작 조건에 응하여 다양하게 변할 수 있다. 가압된 시약은 오리피스 판(108)의 구조 및 형태에 근거하여 상대적으로 높은 속도로 가속화될 수 있다. 이는 출구 오리피스(110)에서 높은 유속을 만들어 낸다. 핀틀(118)의 끝단이 밸브 좌(120)에서 제거될 때, 시약 흐름의 일 부분은 출구 오리피스(110)를 통과해 흐르고, 여기서 원심력 및 공기에 의한 시약의 전단(shearing)의 조합에 의해서 배기 흐름 내로 분사됨에 따라 무화가 발생한다.

일 예로서, 대략 분당 600밀리리터(㎖/min)(시간당 36리터(ℓ/hr))의 시약이 시약 주입기(100)(101)를 통해 순환될 수 있고, 이는 출구 오리피스(110)에서 실제로 분배되는 시약의 양보다 많을 수 있다. 비록 유량이 특정한 배기 처리 적용에 따라 변할 수 있지만, 순환을 위해서 출구 오리피스(110)를 경유하여 시약은 배기 흐름 내로, 시약 출구(170)를 경유하여 시약 주입기(100)(101)를 탈출하여 시약 탱크(12)로 회수되지는 않는다. 밸브 좌(120)로부터 계량 핀틀(118)의 끝단을 제거하면, 무화된 시약은, 배기 처리 적용 그리고/또는 사용된 제어 알고리즘에 따라 대략 1㎖/min(0.06ℓ/hr) 내지 600㎖/min(36ℓ/hr)의 속도로 추진될 수 있다. 출구 오리피스(110)로부터 추진되는 시약의 스프레이 특성은 시약 주입기(100)101)로부터의 시약 탱크에 대한 회수 라인(35)에 유지된 압력 비 및 분배 모듈(14)로부터의 시약 주입기에 대한 공급 라인(24)에 유지된 압력 비에 따라 다양하게 변할 수 있다. 예를 들어, 액적의 크기는 공급 라인(24)의 압력을 변경하는 것에 의해 조절될 수 있다. 또한, 스프레이 특성은 다른 스프레이 판들 또는 오리피스 판들을 서로 교환함으로써 변경될 수 있다. 시약 순환율을 변경하면 예를 들어 분배 모듈(14)에 의한 출력 압력을 변경하면, 시약에 의해 제공되는 냉각 수준을 변경시킬 수 있으나, 액적 크기 또는 스프레이 콘(cone) 각도에 대해서는 더 이상 영향을 줄 수 없을 것이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 계량 핀틀(118)은 바이어스 부재(biasing member)에 의해서 폐쇄 위치로 바이어스될 수 있는데, 이는 예를 들어 핀틀(118)의 핀틀 머리(132)를 체결하는 귀환 스프링(136) 형태일 수 있다. 귀환 스프링(136)는 핀틀(118)의 핀틀 머리(132)의 정상면에 체결될 수 있다. 핀틀 멀리(132)의 정상면은 핀틀(118) 반대편 플런저의 표면일 수 있다. 정상면은 곡면이거나 또는 볼록할 수 있고 또는 보어(137)를 포함할 수 있다(도 55).

도 4, 도 5 및 도 43 내지 도 45는 시약 주입기(100)(101)의 외부 투시도가 배기 튜브(19)에 대한 연결을 묘사한다. 몇몇 실시 예에서, 배기 튜브(19)에 대한 시약 주입기(100)(101)의 연결은, 시약 주입기(100)(101)에 영향을 미칠 수 있는 토크 등과 같은 힘에 따른 단점을 최소화하도록 달성될 수 있다. 다시 말해서,도 2a, 도 2b, 그리고 도 9 내지 도 11에 도시된 것 같은 몇몇 실시 예에서, 장착 플랜지(200)는 용접, 나사산 방식의 고정기구, 또는 다른 통상적인 수단을 통해서 배기 튜브(19)에 결합될 수 있다. 장착 플랜지(200)는, 원하는 방향에서 시약을 배기 튜브(19) 안쪽으로 도입할 수 있도록 출구 오리피스(110)가 배기 튜브(19) 내에서 미리 결정된 위치에 위치하는 것을 허용하도록, 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)을 수용하는 크기의 중앙 보어(202)를 갖도록 형성될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 도 2a, 도 2b 그리고 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 절연체(204)가 장착 플랜지(200) 및 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 사이에 배치되어 배기 시스템(18)으로부터, 더 구체적으로는 배기 가스 및 배기 튜브(19)로부터 시약 주입기(100)(101)로의 열 전달을 최소화할 수 있다. 배기 가스의 통로를 더 저항하기 위해서, 적절한 열-저항 오링(203)이 절연체(204) 및 장착 플랜지(200') 사이의 어깨부 위치 또는 팔꿈치 위치에 장착될 수 있다(도 42).

절연체(204)는 예를 들어 마코(Makor) 또는 가압된 물라이트(Pressed Mullite) 같이 열 전달을 최소로 하는 열 특성을 갖는 물질로 만들어질 수 있다. 절연체(204)는 자신이 장착 플랜지(200)내에 수용될 수 있도록 장착 플랜지(200)의 중앙 보어(202)의 안쪽 직경 그리고/또는 형태에 상보적인 바깥 직경 그리고/또는 형태를 갖는 튜브 모양 섹션(206)을 포함할 수 있다. 더욱이, 튜브 모양 섹션(206)의 바깥 직경은 장착 플랜지(200)의 중앙 보어(202)의 안쪽 직경에 접촉할 수 있다. 비슷하게, 튜브 모양 섹션(206)은 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)이 절연체(204) 내에 수용될 수 있도록 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 바깥 직경 그리고/또는 형태에 상보적인 안쪽 직경 그리고/또는 형태를 포함할 수 있다. 더욱이, 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 바깥 직경 그리고/또는 형태는 절연체으04)의 안쪽 직경에 접촉할 수 있다. 절연체(204)는 튜브 모양 섹션(206)의 바깥 직경이 함몰 부분들은 아니며 돌출 부분들에 대한 접촉을 제한하는 교대하는 일련의 돌출 부분들 및 함몰 부분들을 구비하는 바깥 직경을 구비할 수 있다. 이 같은 구성으로, 튜브 모양 섹션(206)의 바깥 직경은 장착 플랜지(200)의 안쪽 직경에 접촉을 덜하게 되고 따라서 교대하는 돌출 부분 및 함몰 부분이 부드러운 표면 또는 나나산 접촉 표면의 일 부분일 경우에 비해서 튜브 모양 섹션(206)과 장착 플랜지(200) 사이에서 열 교환이 덜 일어나게 된다.

비슷하게, 튜브 모양 섹션(206)은, 함몰 부분들은 아니며 돌출 부분들에 대한 튜브 모양 섹션(206)의 안쪽 직경과 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 접촉을 제한하는 교대하는 일련의 돌출 부분들 및 함몰 부분들을 구비하는 안쪽 직경을 구비할 수 있다. 이 같은 구성으로, 튜브 모양 섹션(206)의 안쪽 직경은 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 바깥 직경에 접촉을 덜하게 되고 따라서 교대하는 돌출 부분 및 함몰 부분이 부드러운 표면 또는 나나산 접촉 표면의 일 부분일 경우에 비해서 튜브 모양 섹션(206)과 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 사이에서 열 교환이 덜 일어나게 된다.

절연체(204)는 배기 시스템(18)에서 시약 주입기(100)(101)로의 열 전도를 최소화하는 데 도움이 되는 열적 절연성 특성을 제공하는 것으로 판명되었다. 구체적으로, 비-제한적인 예로서, 절연체(204) 외부의 온도는 500℃ 및 그 이상의 범위를 가질 수 있다는 것이 확인되었다. 하지만, 절연체(204)의 보어(202)의 안쪽 벽 온도는 70~100℃를 초과하지 않는다. 몇몇 실시 예에서, 절연체(204)는 외부 금속 하우징 또는 장착 플랜지(200)(200')에 금속화 되고 니켈 용접(braze)된다. 용접은 다른 형태의 가스킷(gasket) 또는 다른 밀봉 장치에 의존하지 않고서 가스 기밀 밀봉을 제공하는 역할을 하고, 절연체(204)를 플랜지(200) 내에 유지하도록 한다. 용접 조인트(braze joint)는, 배기 시스템의 일 부분으로 장착될 때, 주입기(100)(101), 장착 플랜지(200) 및 절연체(204)와 서비스될 때 발생이 예상되는 온도보다 높은 열 능력(thermal capability)을 가지며, 따라서, 신뢰성 있는 밀봉 및 부착을 위한 수용 가능한 안전 마진을 담보한다.

계속해서 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)은 캡 나사(cap screw)들과 같은 다수의 파스너(fastener, 208)를 통해서 장착 플랜지(200)에 고정될 수 있다. 파스너들(208)은 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 플랜지 고리(212)에 형성된 대응하는 개구들(aperatures,210)을 통과해 신장하고 장착 플랜지(200)의 플랜지 고리(216)에 형성된 대응하는 개구(214)에 나사산 연결방식으로 체결될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 절연체(204)의 립(lip, 205)은 원형일 수 있는데, 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 및 장착 플랜지(200) 사이에 위치하여 절연체(204)를 그 내에 신뢰성 있게 유지 또는 접촉에 의해 샌드위치 할 수 있다. 절연체(204)는 장착 플랜지(200)를 배기 파이프에 용접하는 돌출부를 위한 안내봉(pilot)으로 사용될 수 있다.

몇몇 실시 예에서, 하지만, 도 4 내지 도 8 그리고 도 41 및 도 42에 도시된 바와 같이, 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)은 다수의 클립(220)을 통해 장착 플랜지(200')에 고정될 수 있는데, 클립은 그 단면이 C-형태 또는 타원체 일 수 있다. 대안으로, 클립들(220)은 다른 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 클립들(220)은 그 단면이 원형, 정사각형 또는 직사각형일 수 있다. 클립들(220)은 장착 플랜지(200')의 주변 고리 섹션(222) 및 유지판(retaining plate, 226)의 주변 고리 섹션(224)의 일 부분을 덮는데 또는 일부분에 겹치게 하는데 사용될 수 있다(도 41 및 도 42). 도 22 내지 도 24에 도시된 것처럼, 유지판(226)은 원판형 부재로서 위쪽으로 휜(upturn) 주변 고리 섹션(224)과 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)을 수용하기 위한 중앙 개구(226)를 구비한다. 유지판(226)은 주입기 몸체(102)를 유지하기 위해서 압입 끼워맞춤 및 용접 또는 납땜을 통해 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)에 결합될 수 있다. 클립들(220) 각각은 서로 마주보거나 대향하고 주입기 몸체(102)를 장착 플랜지(200')에 결합하기 위해 압착력(clamping force)을 장착 플랜지(200') 및 유지판(226)에 가하는 단말들(terminal ends, 228)(도 41)을 포함한다. 더 구체적으로, 도 41 및 도 42를 참조하면, 클립(220)의 제1 단말(228)은 장착 플랜지(200')의 접촉 고리 섹션(222)에 접촉할 수 있고, 클립(220)의 제2 단말(228)은 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 유지판(226)의 접촉 주변 고리 섹션(224)에 접촉할 수 있다. 클립(220)의 제2 단말(228)은 유지판(226)의 주변 고리 섹션(224)의 주변 오목부(concavity, 225) 내에 머무르고 접촉할 수 있다. 오목부(225)는 시약 주입기(100)(101)의 중앙 수직축으로의 그리고 중앙 수직축으로부터의 이동을 방지할 수 있다. 시약 주입기(100)(101)의 중앙 수직축은 핀틀(118)의 종축과 일치할 수 있다. 시약 주입기(100)(101)의 중앙 수직축으로의 그리고 중앙 수직축으로부터의 클립(220)의 이동을 방지함으로써 클립(220)이 장착 위치를 유지하게 된다.

주입기 몸체 상부 섹션(102a) 또는 주입기 몸체(102)에 대한 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 상대적인 회전을 방지하거나 최소화하기 위해서 그리고 유지판(226) 및 장착 플랜지(200')에 대한 장착된 클립들(220)의 상대적인 이동을 방지하기 위해서, 위치고정 핀들(229)(도 9 내지 도 11 그리고 도 41 및 도 42)이 유지 구멍들(223) 또는 장착 플랜지(200')의 슬롯들로부터 위쪽으로 신장할 수 있고, 다수의 위치고정 구멍(231) 중 임의의 하나 내에 수용될 수 있다. 위치고정 구멍들(231)은 유지판(226)에 형성된 관통 구멍들일 수 있다(도 22 및 도 23). 위치고정 핀들(229) 및 위치고정 구멍들(231)은 서로 체결되어 그 사이에 연결구조를 형성하여 클립들(220), 유지판(226) 및 장착 플랜지(200')의 상대적인 회전을 방지한다. 따라서, 본 명세서 개시 내용은 원하는 주입기 장착에 대해서 회전 방향의 선택을 가능하게 하는 주입기 및 장착 인터페이스를 제공하고, 따라서 특별한 장착장치들 및 부품들에 대한 필요가 없게 된다.

도 41 및 도 42를 참조하면, 클립(220)은 마주하는 단말들(228) 중 어느 하나에 노치(notch, 235)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 노치(235)는 정상 쪽(top side)이라고 언급되는 시약 주입기(100)(101) 쪽에 위치할 수 있다. 시약 주입기(100(101)의 정상 쪽은, 시약 주입기(100)(101)가 배기 튜브(19)에 장착될 때 배기 튜브(19)를 외면하는(face away) 유지판(226) 쪽일 있다. 노치(235)는 도 42에 도시된 것 같이 위치고정 핀(229)의 끝단 위에 머무르도록 위치고정 핀(229)의 직경보다 넓을 수 있다. 장착 플랜지(200')의 주변 고리 섹션(222)과 유지판(226)을 함께 단단히 고정 유지하고 유지판(226)과 주변 고리 섹션(222) 사이의 상대적인 이동을 방지하기 위한 클립(220)의 장착 중에, 노치(235)를 갖는 클립(220)의 제2 단말(228)은 먼저 주변 고리 섹션(222)의 맹공(blind hole)에 장착된 위치고정 핀(229)의 끝단 위에 위치할 수 있다. 노치(235)의 양쪽 어느 쪽의 클립(220)의 일 부분은 주변 고리 섹션(224)의 표면과 접촉할 수 있고, 클립(220)은 또한 위치고정 핀(229)과 접촉할 수 있다. 이후에, 클립(220)의 제1 단말(228)은, 홈(groove, 239)에 안착하기 전에 접촉 고리 섹션(222)의 베벨 부분(bevel portion, 237)에 접촉하도록, 장착 플랜지(200')의 접촉 고리 섹션(222)의 주변 근방에서 압착될 수 있다(도 11). 따라서, 클립(220)의 제2 단말(228)은, 위치고정 핀(229)은 노치(235) 내에 위치하면서, 주변 고리 섹션(224)의 오목부(225) 내에 고정되고, 클립(220)의 제1 단말(228)은 주변 고리 섹션(222)의 홈(239) 내에 고정된다. 따라서, 클립(220)의 장착하게 되면, 위치고정 핀(229)의 종축은 클립(220)의 각 단말(228)을 통과해 지나가게 된다.

몇몇 실시 예에서, 절연체(204)는 주입기 몸체 하부 섹션(102b)/유지판(226) 및 장착 플랜지(200') 사이에 위치할 수 있는데, 이는 절연체(204)를 신뢰성 있게 유지하기 위함이다. 클립들(220)은 어떠한 뒤틀림 또는 회전 힘(즉, 토크)을 시약 주입기(100)(101)에 가하지 않는다는 점에서, 통상적인 토크 기반 패스너들에 비해서 이점을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 뒤틀림 또는 회전 힘은 몇몇 응용에서 또는 기사에 의해서 적절치않게 장착되면(예를 들어 지나친 토크) 시약 주입기들 그리고/또는 절연체(204)를 손상시키는 것으로 판명되었다. 더욱이, 클립들(220)은 장착 플랜지(200')에서 주입기 몸체(102)로의 열 전도를 위한 최소한의 열 통로를 제공하며 따라서 방산 되어야 하는 시약 주입기(100)(101)의 열 부하를 줄이고 제한한다.

몇몇 실시 예에서, 핀틀(118), 오리피스 판 홀더(112), 안쪽 하부 몸체(104), 막대편(122), 스프링 사전-장전기(138), 주입기 몸체(102)의 주입기 몸체 상부 섹션(102a), 장착 플랜지(200)(200'), 그리고/또는 유체 결합기(160)는 430C 타입 또는 비슷한 스테인리스 강으로 만들어질 수 있고, 몇몇 실시 예에서 시약 주입기(100)(101) 수명 동안 야기되는 금속피로를 줄이면서 요소 부식 저항 특성 및 자기 특성을 나타내는 피막으로 코팅될 수 있다. 칼라 섹션(collar section, 126) 및 회귀 스프링(136)은 316 타입 또는 비슷한 스테인리스 강으로 만들어질 수 있고, 몇몇 실시 예에서 시약 주입기(100)(101) 수명 동안 야기되는 금속피로를 줄이면서 요소 부식 저항 특성 및 자기 특성을 나타내는 피막으로 코팅될 수 있다.

도 43 내지 도 45는 시약 주입기(100)(101)를 도시하는데, 이 시약 주입기(100)(101)는 열 차폐기(340)를 구비할 수 있으며, 열 차폐기(340)는 배기 튜브(19)로부터의 방사 열로부터 시약 주입기(100)(101)를 보호한다. 더 구체적으로, 열 차폐기(340)는 배기 튜브(19)와 평행한 열 차폐 표면(342)을 통하는 하나의 개구를 사용하여 시약 주입기(100(101)에 장착될 수 있다. 도 44는 물, 눈, 거리의 불순물 등과 같은 환경 요소들로부터 시약 주입기(100)(101)를 보호하기 위해서 시약 주입기(100)(101)의 위에 그리고 주위에 위치할 수 있는 덮개(344)를 도시한다. 더욱이, 덮개(344)는 절연성 덮개일 수 있고, 덮개(344) 밖의 환경으로부터 덮개(344) 안의 시약 주입기(100)(101)를 절연시킨다. 예를 들어, 덮개(344)는, 덮개(344) 밖의 온도 또는 덮개(344) 외관을 둘러싸는 온도가 시약 주입기(100)(101)가 위치한 덮개(344)의 내부의 온도보다 낮을 때, 시약 주입기(100)(101)에 의해 발생한 열을 덮개(344) 내에 간직할 수 있다. 비슷하게, 덮개(344)는 그 밖에 위치한 가열된 공기가 예를 들어 시약 주입기(100)(101) 내에 요소와 같은 시약의 응고 또는 결정화를 재촉하는 온도로 시약 주입기(100)(101)를 상승시키는 것을 방지할 수 있다. 덮개(344)는 시약 주입기(100)(101)가 제조되는 물질과 비슷한 물질인 플라스틱 또는 금속으로 만들어질 수 있다. 덮개(344)는 입구 튜브(348) 및 출구 튜브(350)가 통과하는 관통 구멍(346)을 구비할 수 있다. 전기 와이어(electrical wire)(352)(354)는 또한 관통 구멍(346)을 통과할 수 있다. 덮개(344)는 열 차폐기(340)를 갖는 시약 주입기(100)(101)가 차량에 적용될 수 있는 배기 시스템에 사용될 때, 덮개(344)가 열 차폐기(340)에 견고하게 부착되어 유지되는 것을 담보하도록 압입 끼워맞춤, 스냅 핏(snap fit), 또는 다른 방식으로 열 차폐기(340)에 견고하게 고정될 수 있다.

본 발명의 교시에 따르면 가스 흐름 내에 시약을 주입하는 방법이 또한 제공된다. 도 48은 시약 주입기(101)를 통과하는 예시적인 시약 흐름 통로(169)의 단면을 도시한다. 도시된 것 같이, 액체 시약 예를 들어 요소는 입구 포트(167)에서 시약 주입기(101)로 들어가고, 입구(168)를 통과해서 막대편(122)의 바깥 직경과 솔레노이드 코일 보빈의 중앙 보어(146) 사이로 흐른다. 막대편(122) 및 솔레노이드 코일 보빈(144)이 시약 주입기(101) 내에서 상대적으로 큰 표면 영역을 가지기 때문에, 액체 시약은 시약 주입기(101)를 통과하면서 이 같은 구성들로부터 열을 흡수 할 수 있다. 따라서, 시약 흐름 통로(169)에 따라 흐르는 시약은 시약이 시약 주입기(101)를 통과해 흐르면서 점점 뜨거워질 수 있다. 계속해서 시약은 칼라부(126)의 바깥 직경과 솔레노이드 코일 보빈(144)의 중앙 보어 또는 안쪽 직경 사이로 흐른다. 시약은 이어서 하부 몸체 통로(304)를 통해 흐르는데, 하부 몸체 통로(304)는 안쪽 하부 몸체(104)의 바깥 직경과 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 안쪽 직경 사이에 정의된다. 시약은 이어서 시약 주입기(101)의 안쪽 하부 몸체(104)가 시약 주입기(101)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)에 용접된 지점(172)에 도달한다. 이 지점에서, 시약은 하부 몸체 통로(304)로부터 시약이 안쪽 하부 몸체(104) 및 오리피스 판(108) 사이에 형성된 분배 챔버(171) 내로 흐르도록 하는 안쪽 하부 몸체(104)의 분배 통로(308) 내로 흐른다. 시약 주입기(101)가, 솔레노이드에 전력이 공급되지 않고 핀틀(118)의 첨단(tip)이 오리피스 판(108)의 원추표면일 수 있는 밸브 좌(120)에 안착되어 밸브 좌(120)와 함께 밀봉을 형성하는 것 같이, 폐쇄되면, 출구 오리피스(110)로부터 배기 튜브(19)로의 유체의 분사가 방지된다.

자기 코일(180)에 전력이 공급되지 않고 핀틀(118)이 오리피스 판(108)에 기대어 안착하기 때문에, 시약은 적어도 부분적으로 분배 챔버(171) 주위로 흐르고, 분배 챔버(171)를 중앙 보어(106)에 연결하는 드릴링들(drillings) 또는 구멍들 내로 흐르는데, 이 중앙 보어(106)는 안쪽 하부 몸체(104)의 중앙 보어이다. 이 중앙 보어(106) 또는 보어는 시약 주입기(101) 내에 이동하고 접촉하는 부분들 사이에서 발생하는 생성된 열을 제거하는 재-순환 시약을 위한 회귀 통로를 형성한다. 시약 주입기(101)가 배기 튜브(19)의 배기 흐름 내로 활동적으로 유체를 주입하지 않더라도, 시약 주입기(101)는 순환 시약에 의해서 계속해서 냉각될 수 있다. 솔레노이드의 자기 코일(180)이 전기적으로 전류가 통하여 핀틀(118)이 오리피스 판(108)로부터 부상하고 멀어지면, 시약의 일 부분은 접선 슬롯들 또는 굽은 슬롯들일 수 있는 슬롯들(322)을 통해 흐를 것이며, 이어서 접선 슬롯들(322) 및 출구 오리피스(110) 사이에 위치한 선회 챔버(320)로 흐른다(도 16). 스프레이(313)로 배기 튜브(19) 내에 주입된 양의 시약만이 슬롯들(322)을 통해 흐른다. 몇몇 실시 예에서, 슬롯들(322)은 안쪽 하부 몸체(108)(도 18) 또는 오리피스 판 홀더(112)(도 49, 도 55)상의 안쪽면의 부분일 수 있다. 이 같은 구성에서, 오리피스 판(108)는 선회 챔버(320) 및 출구 오리피스(110)를 포함할 것이다. 본 발명 교시로부터 벗어나지 않고, 각각의 부분들이 다른 쪽에 포함될 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다.

계속해서 도 48을 참조하면, 핀틀(118) 주변의 중앙 보어(106) 내로 유도된 시약은 슬롯들(322)의 주변 주위의 통로(322)로부터 흘러 통로(312) 내로 흐르고, 이 통로(312)는 중앙 보어(106) 안으로 직접 이어진다. 중앙 보어(106)의 길이를 따라 흐르면, 시약은 이어서 안내판(107)의 하나 또는 그 이상의 슬롯들 또는 구멍들을 통해 흐를 것이다. 핀틀(118)은 도 17 및 도 18로부터 명백히 알 수 있듯이, 안내판(107)의 구멍을 통해 중앙에 끼워질 때 슬롯들 또는 구멍들 각각의 경계의 일부분을 형성한다. 시약이 안내판(107)을 통과한 후에, 시약은 핀틀 머리(132)의 하나 또는 그 이상의 관통 구멍(316)을 통해 흐르고 중앙 보어(134)를 통과해 흐르며, 이 중앙 보어(134)는 스프링(136) 및 스프링 사전-장전기(138)가 있는(상주하는) 곳이다. 다음, 시약은 시약 출구(170) 내로 흐르고 시약 포트(173)로부터 흐른다.

주입된 양의 시약만이 슬롯들(322)을 통해 흐르기 때문에, 시약 출구(170)를 통해 흐르는 회귀 흐름의 양이 +/- 30% 정도로 바뀐다고 해도, 동일한 또는 비슷한 양의 시약이 출구 오리피스(110)로부터 방출될 수 있다. 방출된 흐름 대 회귀 흐름 양의 탈감작(desensitization)은 단순한 뚫린 제한 오리피스(drilled restrictor orifice)가 회귀 흐름을 제한다는데 사용될 수 있도록 하고 회귀 흐름에 대한 주입기 오리피스의 중요한 정합이 필요하지 않기 때문에, 제한 오리피스를 주입기 자체에 포함시킬 필요가 없다. 액상 요소를 포함하여 물 기반 매질의 경우 매질의 동결이 차가운 기후 조건에서 가능한데, 제한 오리피스는 탱크 내로의 회귀 흐름의 입구에 위치하는 것이 가장 좋은데, 왜냐하면 그 같은 구성으로 엔진이 차단된 후에 유체가 라인들로부터 제거될 때, 오리피스를 통해서 단지 공기만이 흡입되기 때문이다. 이는 빠른 제거 사이클(purge cycle)을 가능케 하고 이는 또한 라인들에서 유체에 대한 보다 높은 퍼센트의 제거를 달성할 수 있게 하고 시작에서 더욱 빠른 동결 사이클을 야기한다.

시약 주입기(101)가 "교대 회귀 흐름"을 겪고 있을 때, 시약의 일 부분만이 스프레이(313)로 오리피스 판(108)을 통과해 탈출하고 배기 튜브(19)의 배기 흐름 내로 들어간다. 시약의 잔량(balance)이 시약 탱크(12)로 되돌아 오고 다시 순환된다. 일 실시 예에서, 시약 주입기(101)는 시약을 배기 튜브(19)로 주입할 때, 시약 입구(168)를 통해 시간당 30리터의 시약을 받을 수 있다. 하지만, 단지 시간당 5리터의 시약이 실제로 출구 오리피스를 통과해서 배기 튜브(19)의 배기 스트림 내로 들어간다. 시간당 25리터의 잔량은 시약 주입기(101)를 통해서 다시 되돌아 오고 회수 흐름으로써 출구 포트(165)에서 시약 주입기(101)를 탈출한다.

도 18 및 도 48을 주로 참조하면, 몇몇 실시 예에서, 주입기(101)를 통해 시약을 유도하는 방법은: 시약 주입기(101)의 시약 입구(168)에서 시약 탱크(12)로부터 시약을 받고; 주입기 몸체 상부 섹션(102b) 및 막대편(122)의 바깥 직경과 전자기 보빈(144)의 안쪽 직경 사이에 정의된 막대편 통로(324)로 시약을 유도하고; 막대편 통로(324)로부터 안쪽 하부 몸체(104)의 칼라(126)의 바깥 직경과 보빈(144)의 안쪽 직경 사이에 정의된 칼라 통로(326)로 시약을 유도하고; 시약을 칼라 통로(326)로부터 안쪽 하부 몸체(104)의 바깥 지름과 주입기(10)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 안쪽 지름 사이에 정의된 하부 몸체 통로(304)로 유도하고; 그리고, 시약을 안쪽 하부 몸체(104)에 의해 정의된 분배 통로(308) 내로 유도함을 포함한다. 분배 통로(308)는 하부 몸체 통로(304)를 안쪽 하부 몸체(104)와 오리피스 판(108)에 의해 정의된 분배 챔버(171)에 유체 연결한다. 몇몇 실시 예에서, 분배 챔버로부터, 이 방법은 시약의 제1 부분 볼륨을 오리피스 판 영역(108)에서 출구 오리피스(110)로 유도하고 그리고 시약의 제2 부분 볼륨을 주입기(101)의 시약 배출구(170)로 유도함을 포함한다.

몇몇 실시 예에서, 시약의 제1 부분 볼륨을 오리피스 판(108) 영역에서 출구 오리피스(110)로 유도함은: 시약의 제1 부분 볼륨을 오리피스 판(108)에서 다수의 슬롯(322)을 통과하도록 하고; 오리피스 판(108)에서 핀틀(118)을 움직이고 오리피스(110)를 차단해제(unblocking)하고; 시약의 제1 부분 볼륨을 오리피스 판(108)에서 다수의 슬롯(322)을 통과하도록 하고 그리고 오리피스(110)를 통과하도록 하고; 그리고 시약의 제1 부분 볼륨을 안쪽 하부 몸체(104)에 의해 정의된 중앙 보어(106)로 유도함을 포함한다.

몇몇 실시 예에서, 시약의 제2 부분 볼륨의 시약을 출구 포트(165) 또는 시약 출구(170)로 유도함은: 핀틀(118)이 통과하는 안내판(107)에 정의된 관통 슬롯들 또는 구멍들(109)(도 17)을 통과하도록 제2 부분 볼륨의 시약을 유도하고; 핀틀(118)의 일 끝단에 부착하고 일 끝단을 둘러싸는 핀틀 머리(132)의 관통 구멍들(316)을 통과하도록 제2 부분 볼륨의 시약을 유도하고; 자기 코일(180)의 보빈(114)의 안쪽을 통과하도록 제2 부분 볼륨의 시약을 유도하고; 막대편(122)의 중앙 보어(134)를 통과하도록 제2 부분 볼륨의 시약을 유도하고; 제2 부분 볼륨의 시약을 안쪽 하부 몸체(104)에 의해 정의된 적어도 하나의 회귀 통로(312)로 유도함을 포함한다. 회귀 통로(312)는 분배 챔버(171)에 그리고 안쪽 하부 몸체(104)에 의해 정의된 중앙 보어(134)에 유체로 연결된다. 제2 부분 볼륨의 시약을 안쪽 하부 몸체(104)에 의해 정의된 중앙 보어(106) 내에 있는(상주하는) 솔리드 핀틀(118)의 바깥 직경 둘레에 유도한다.

대안으로, 몇몇 실시 예에서, 주입기를 통해 시약을 유도하는 방법은: 시약 탱크(12)로부터 주입기 시약 입구(168)로 추동하고; 시약을 막대편(122)의 바깥 직경 그리고 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 사이에 정의된 막대편 통로(324)로 유도하고; 시약을 막대편 통로(324)로부터 안쪽 하부 몸체(104)의 칼라(126)의 바깥 직경과 전자기 코일 보빈(144)의 안쪽 직경 사이에 위치한 칼라 통로(326)로 유도하고; 시약을 칼라 통로(326)로부터 안쪽 하부 몸체(104)의 바깥 직경과 주입기(101)의 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 안쪽 직경 사이에 위치한 하부 몸체 통로(304)로 유도하고; 안쪽 하부 몸체(104)에 의해 정의된 분배 통로(308) 내로 시약을 유도하고, 분배 통로(308)는 안쪽 하부 몸체(104)와 오리피스 판(108)에 의해 정의된 분배 챔버(171)와 하부 몸체 통로(304)를 유체로 연결하며; 시약을 제1 부분 볼륨 및 제2 부분 볼륨으로 나누고; 분배 챔버(171)에 시약의 제1 부분 볼륨과 제2 부분 볼륨을 유도하고; 오리피스 판에 정의된 굽은 슬롯들(322) 내로 제1 부분 볼륨의 시약을 유도하고; 오리피스 판(108)으로부터 핀틀(118)을 부상시키고; 제1 부분 볼륨의 시약을 오리피스 판(108)에서 오리피스(110) 주위로 유도함을 수반한다.

몇몇 실시 예에서, 이 방법은 제1 부분 볼륨의 시약을 오리피스 판(108)에서 오리피스(110) 주변으로부터 유도하여 배기 튜브(19)로 유도하고(도 44) 그리고 제2 부분 볼륨의 시약을 시약 출구(170)로부터 출구 포트(165)로 그리고 시약 탱크(12)로 유도함을 더 포함할 수 있다.

제2 부분 볼륨의 시약을 시약 출구(170)로 유도함은: 제2 부분 볼륨의 시약을 안쪽 하부 몸체(104)에 정의된 회수 통로(312)로 유도하고, 회수 통로(312)는 제2 부분 볼륨의 시약을 분배 챔버(171)로부터 안쪽 하부 몸체(104)에 의해 정의된 중앙 보어(106)로 유도하고; 제2 부분 볼륨의 시약을 중앙 보어(106) 내에 있는 솔리드 핀틀(118)의 바깥 직경 주변으로 유도하고; 제2 부분 볼륨의 시약을 솔리드 핀틀(118)이 관통하는 안내판(107)의 관통 슬롯들 또는 구멍들(109)을 통과하도록 유도하고; 핀틀(118)이 부착된 핀틀 머리(132)의 관통 슬롯들 또는 구멍(109)을 통과해 제2 부분 볼륨의 시약을 유도하고; 제2 부분 볼륨의 시약을 전자기 코일 보빈(144)의 안쪽 직경을 통과하도록 유도하고; 제2 부분 볼륨의 시약을 막대편(122)의 안쪽 직경을 통과하도록 유도함을 더 수반할 수 있다. 막대편(122)은 전자기 코일 보빈(144)의 안쪽 직경을 통과해 위치할 수 있다. 시약의 부분 볼륨은 막대편(122)의 중앙의 종방향 보어 내에 있는 스프링(136)을 통과하도록 유도될 수 있다.

몇몇 실시 예에서, 시약을 주입하기 위한 주입기(101)는 주입기 몸체 상부 섹션(102a), 주입기 몸체 상부 섹션(102a)에 고정될 수 있는 주입기 몸체 하부 섹션(102b), 환형 구멍(227)을 통해 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 주위에 고정될 수 있도록 환경 구멍(227)(도 24)을 정의하는 유지 판(226), 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 주위에 고정될 수 있도록 환경 구멍 또는 환형 개구를 정의하는 절연체(204), 그리고 절연체(204) 주위에 고정될 수 있도록 환형 구멍을 정의하는 장착 플랜지(200')를 사용할 수 있다. 유지 판(226)은 주입기 몸체 하부 섹션(102b)에 대해 직접 고정될 수 있다. 절연체(204)는 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 및 유지 판(226)에 대해 직접 고정될 수 있다. 장착 플랜지(200')는 절연체(204)에 대해 직접 고정될 수 있다. 유지 판(226)은 다수의 관통 구멍(231)을 유지 판 주변 부분(224) 또는 주변 고리 부분(224)에 정의할 수 있고, 장착 플랜지(200')는 장착 플랜지 주변 가장자리에 다수의 맹공(223)을 정의할 수 있다. 제1 핀 끝단 및 제2 핀 끝단을 갖는 핀(229)이 사용될 수 있는데, 제1 핀 끝단은 장착 플랜지(200')의 맹공(223)들 중 하나 내에 위치하고 핀(229)은 유지 판(226)의 다수의 관통 구멍(231) 중 하나를 완전히 통과해 위치한다.

몇몇 실시 예에서, 제1 클립 끝단(228) 및 제2 클립 끝단(228)을 갖는 클립(220)이 사용될 수 있다. 클립(220)은 유지 판 주변 부분(224) 및 장착 플랜지 주변 가장자리 또는 고리 섹션(222) 위쪽에 고정될 수 있다. 유지 판 주변 부분(224)은 주변 오목부(225)를 정의할 수 있고, 유지 판(226)의 다수의 관통 구멍(231)은 주변 오목부(225) 내에 위치할 수 있다. 장착 플랜지 주변 가장자리는 홈(239)을 정의할 수 있다(도 11). 제1 클립 끝단(228)은 장착 플랜지 주변 고리 섹션(222)의 홈(239) 내에 있을 수 있고 제2 클립 끝단(228)은 유지 판 주변 부분(224)의 주변 오목부(225) 내에 있을 수 있다. 클립(222)은 C-형태일 수 있고 제2 클립 끝단(228)은 제2 핀 끝단 상에 있을 수 있다(도 42). 절연체(204)는 각각 일련의 교대하는 돌출부 및 함몰부(도 11)를 갖는 안쪽 직경 및 바깥 직경을 구비하는 튜브형 섹션을 정의할 수 있다.

몇몇 실시 예에서, 열 차폐기(340)가 장착 플랜지(200')에 설치될 수 있는데, 장착 플랜지(200')가 열 차폐기(340)의 관통 구멍을 통과해 돌출하도록 열 차폐기(340)의 관통 구멍을 사용하여 설치될 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 열 차폐기(340)는 주입기 몸체 상부 섹션(102a)과 배기 파이프(19) 사이에 위치할 수 있다(도 44). 덮개(344)가 주입기 몸체 상부 섹션(102a), 주입기 몸체 하부 섹션(102b), 그리고 장착 플랜지(200')를 둘러싸도록 열 차폐기(340)에 장착될 수 있다.

몇몇 실시 예에서, 시약을 주입하기 위한 주입기는 막대편 제1 끝단 및 막대편 제2 끝단을 정의하는 실린더형 막대편(122)을 사용할 수 있다(도 21). 막대편(122)은 막대편 제1 끝단에서 막대편 제2 끝단까지 중공 내부를 구비할 수 있다. 스프링 사전-장전기(138)가 중공 중앙 보어(134) 내에 그리고 제1 끝단의 일 부분에 기대어(대항해서) 위치할 수 있다. 스프링(136)이 중앙 보어(134) 내에 위치할 수 있고, 스프링 사전-장전기(138)에 접촉할 수 있다. 전자기 코일(180)은 보빈(144) 주위에 고정될 수 있고 전자기 코일(180)은 실린더형 막대편(123)의 바깥 직경 주위를 둘러쌀 수 있다. 몇몇 실시 예에서, 실린더형 막대편(122), 스프링 사전-장전기(138), 스프링(136) 및 전자기 코일(180)은 주입기 몸체 상부 섹션(102a)의 공동 또는 챔버 내에만 있을 수 있다.

실린더형 안쪽 하부 몸체(104)는 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 내에 있을 수 있고 길이방향 중앙 보어(106)를 정의한다. 안쪽 하부 몸체 제1 끝단은 길이방향 중앙 보어의 직경보다 큰 직경을 갖는 제1 끝단 제1 보어를 정의할 수 있다. 안쪽 하부 몸체 제1 끝단은 또한 길이방향 중앙보어보다 직경이 크고 제1 끝단 제1 보어보다 직경이 큰 직경을 갖는 제1 끝단 제2 보어를 정의할 수 있다. 안쪽 하부 몸체 제2 끝단은 길이방향 중앙 보어의 직경보다 큰 직경을 갖는 제2 끝단 보어를 정의할 수 있다. 주입기(101)는 길이방향 중앙 보어(106)내에 있는 솔리드 핀틀(118)를 더 사용할 수 있다. 안내판(107)은 핀틀(118)의 중간 부분에 부착될 수 있다. 안내판(107)은 제1 끝단 제1 보어 내에 있을 수 있다. 핀틀 머리Z(132)는 핀틀(118)의 끝단을 둘러쌀 수 있고 또는 핀틀(118)의 끝단의 일부를 둘러쌀 수 있다. 핀틀 머리(132)는 제1 끝단 제2 보어 내에 있을 수 있고 오리피스 판(108)은 제2 끝단 보어 내에 있을 수 있다. 실린더형 막대편(122), 스프링 사전-장전기(138), 스프링(136), 전자기 코일(180), 실린더형 안쪽 하부 몸체(104), 핀틀(118), 안내판(107), 핀틀 머리(132) 및 오리피스 판(108)은, 중앙 챔버와 같은 주입기 몸체 상부 섹션(102a)으로 쉽게 삽입되도록 하나의 카트리지의 부분일 수 있다.

안내판(107)은 유체가 통과하기 위한 하나 또는 그 이상의 관통 슬롯 또는 구멍(109)을 정의한다. 대안으로서, 안내판(107) 및 핀틀(118)은 함께 그 사이에 유체가 통과하기 위한 하나 또는 그 이상의 관통 슬롯 또는 구멍(109)을 정의한다. 핀틀 머리(132)는 유체가 통과하기 위한 적어도 하나의 관통 구멍(316)을 정의할 수 있다. 오리피스 판(108) 및 안쪽 하부 몸체 제2 끝단은 그 사이에 분배 챔버(171)를 정의할 수 있다. 오리피스 판(108)은 유체가 통과하기 위한 다수의 홈(322)을 정의할 수 있는데, 유체는 주입기(101)로부터 탈출하도록 이 홈들(322)을 통과하여 출구 오리피스(110)로 흐른다. 주입기 몸체 하부 섹션(102b)의 내부면 및 안쪽 하부 몸체 외부면은 유체 통로(304)를 정의할 수 있다. 안쪽 하부 몸체(104)는 주입기 몸체 하부 섹션의 내부면 및 안쪽 하부 몸체의 외부면 사이에 정의된 유체 통로(304)에 유체 연결되는 분배 통로(308)를 정의할 수 있다(도 18 및 도 48). 안쪽 하부 몸체(104)는 안쪽 하부 몸체 중앙 보어(106)와, 오리피스 판(108) 및 안쪽 하부 몸체 제2 끝단에 의해 정의된 분배 챔버(171)에 유체 연결되는 회귀 통로(312)를 정의할 수 있다. 솔리드 핀틀(118)은, 솔리드 핀틀(118)의 외부 주변에 그리고 길이방향 중앙 보어(106)를 통과해 유체가 흐르도록 길이방향 중아 보어(106) 내에 있을 수 있다.

본 발명은 여러 가지 이점을 제공한다. 주입기들(100)(101)은 종래 주입기에 비해 물리적인 크기가 작은데 이는 재료 비용을 줄이고, 패키지를 향상시키며 또한 뜨거운 배기 시스템으로부터 흡수되는 열을 감소시킨다. 주입기들(100)(101)은 나사 연결 방식을 피할 수 있고 대신에 압입 끼워맞춤을 사용하는데, 이는 자기 고정 기구(self-fixturing)로서 이후에 용접된다. 주입기들(100)(101)은 종래 주입기와 비교해서 오링이 필요 없을 수 있는데, 특히 상대적으로 고온에 노출이 자주 발생하는 주입기 몸체 하부 섹션 및 안쪽 하부 몸체에서 오링이 필요 없을 수 있다. 주입기들(100)(101)은 주입기의 반응 시간(개방 및 폐쇄 시간)(핀틀(118)의 부상 및 하강, 따라서 오리피스 판(108)의 오피리스(110)를 개방 및 폐쇄)을 향상시켜, 높은 턴-다운 비(turn down ratio) 달성이 가능하며, 따라서 특정 범위의 용량 요구를 만족시키기 위해 개별 주입기의 개수가 줄어들고 이는 재고를 줄이고 규모 효율성을 향상시킨다. 주입기들(100)(101)은 배터리 전압, 회귀율(return flow rate), 그리고 주입기 몸체 온도에 대한 민감도 감소를 포함하여, 용량 정확성 및 반복성에서 향상을 보인다. 주입기들(100)(101)은 주입기 몸체 상부 섹션(102a)에 대한 유체 연결기들(예를 들어 유체 입구(168) 및 유체 출구(170)의 위치)의 재배치를 보이는데, 이로써 예를 들어 유체 입구(168) 및 유체 출구(170)가 플라스틱 또는 열에 민감한 다른 물질로 만들어진 경우에 있어서, 뜨거운 배기 시스템으로부터 복사된 열 및 열 대류에 대한 내성(resistance)을 향상시킬 수 있다. 주입기들(100)(101)은 가장 차가운 유체(이는 입구 포트(167)에서 온 유체일 수 있음)를, 유체 흐름 상에서 솔레노이드 코일(180) 같은 가장 열에 민감한 구성요소를 통과하여 열이 추출되는 오리피스 판(108) 같은 주입기들(100)(101)의 가장 뜨거울 수 있는 부분으로 보내는데, 이로써 대략 800℃의 배기 가스 온도에도 주입기 서비스 가용성을 유지할 수 있다. 주입기 표면들은, 내부 유체로의 효율적인 열 전달을 위해 에워싸인 모든 볼륨을 낮게 유지하면서, 상대적으로 큰 노출된 외부 표면 영역을 가진다.

모든 주입기 회귀 통로들, 예를 들어 분배 챔버(171)를 통과한 후에 유체가 흐르는 유체 통로들은, 데워진 유체가 출구 포트(167)로 흐르면서 데워진 유체의 열을 민감한 구성요소들로 전달하는 것을 줄이기 위해서, 분배 챔버(171)로 이어지는 흐름 통로들에 비해서 낮은 내부 표면 영역을 가질 수 있다. 오리피스 판(108)은 카바이드로 만들어질 수 있는데, 이 카바이드는 납땜 공정과 양립하고, 경도가 높고 모재 인성이 높다. 카바이드는 또한 성형가능(moldable)한 추가 이점이 있는데, 따라서 상대적으로 작고 복잡한 구성요소들이 가열 처리가능한 철로부터 기계가공되는 구성요소들에 비해서 실질적으로 마무리 공정(finishing operation) 없이 경제적인 비용으로 대량 생산될 수 있는다. 주입기들(100)(101)은 처리 시스템 이후의 디젤 배기에서 예상되는 온도에 대해 영향을 받지 않는 물질을 활용하는 배기 시스템(18)에 대한 장착수단(mount)을 활용한다. 더욱이, 시스템은 탄소 기반 개스킷(gasket)에 의존하지 않는다. 주입기 장착에서 절연체(204)는 니켈 납땜 같은 700℃에 근접하는 온도에 저항하는 수단에 의해 임의의 장착 관절의 뜨거운 측에 부착 그리고 밀봉될 수 있다. 장착 관절의 차가운 측은 신뢰성 있는 낮은 누설을 제공하기 위해서 통상적인 비톤 오링(Viton O-ring)에 의해 밀봉될 수 있다. 절연체(204)는 공극율이 낮아 오링이 배치되는 측 또는 표면에 상관없이 오링이 효과적으로 절연체(204)를 밀봉하도록 해야 한다. 예를 들어 오링(203)은 도 42에도시된 것 같이 예를 들어 절연체(204)와 주입기 몸체 하부 섹션(102b) 같은 주입기 몸체 사이에 설치될 수 있고 또는 장착 플랜지(200')와 절연체(204) 사이에 설치될 수 있고 또는 유지판(226)과 절연체(204) 사이에 예를 들어 유지판(226)의 아래 측에 대항하는 절연체(204) 사이에 설치될 수 있다. 주입기들(100)(101)은 또한, 핀틀(118)이 부상하고 오리피스(110)를 덮지 않을 때 오리피스(110)를 통과해 주입기들(100)(101)를 탈출하는 유체만이 슬롯들(322)을 통과하는 점에서 그리고 비-주입 기간 중에 우회 회귀 흐름(슬롯들(322) 주위를 통과하고 슬롯들(322)을 통과하지 않는 흐름)이 주입기 구성요소들을 냉각시키기 위해서 다시 주입기들(100)(101)로 돌아가는 점에서 또한 이점을 제공한다.

실시 예들과 관련한 전술한 설명들은 도시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 그것은 본 발명을 제한하는 것이 아니고 또는 그것은 본 발명의 모든 실시 예가 아니다. 특정 실시 예의 개개 요소들 또는 특징들은 그 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니고 적용가능하다면 서로 교환될 수 있고 비록 도시되고 설명되지 않았지만 선택된 실시 예에 사용될 수 있다. 개개 요소 또는 특징은 또한 다양한 방식으로 변형될 수 있다. 이 같은 변형들은 본 발명으로부터 벗어나는 것은 아니며, 그 같은 모든 변형들은 본 발명의 범위 내에 포함된다.

본 발명은 NOx 방출을 감소하기 위해서 수성 요소 용액을 디젤 엔진의 배기 흐름 내에 주입하기 위한 이로운 방법들 및 장치들을 제공한다. 실시 예들은 본 발명 개시를 완전히 하고 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 완전하게 범위를 전달하기 위해 제공된다. 본 발명 개시의 실시 예들에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해서 여러 특정 세부사항들이 예를 들어 특정 구성요소들, 장치들 그리고 방법의 예들이 설명되었다. 특정 세부사항들이 적용될 필요는 없고 실시 예들이 다양한 형태로 구현될 수 있고 그것이 본 발명 개시의 범위를 제한해서는 안 된다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 프로세스들, 잘 알려진 장치 구조들, 그리고 잘 알려진 기술들은 상세히 설명되지 않았다.

여기에 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위한 목적일 뿐이며 제한하려고 한 것은 아니다. 여기에 사용된 단수형 용어는 문맥에서 명시적으로 언급하지 않는 이상 복수도 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 용어 "포함한다", "포함하고", "구비한다", "함유한다" 등은 개방적인 용어로서 언급된 특징들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들 그리고/또는 구성요소들이 존재함을 명시하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성요소들 그리고/또는 그 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 여기에 설명된 방법 단계들, 공정들 그리고 동작들은, 구체적으로 수행 순서가 명시되지 않는 한, 설명된 또는 도시된 특정 순서로 수행되는 것을 반드시 요구하지 않는 것으로 해석되어야 한다. 또한 추가의 또는 대안의 단계들이 적용될 수 있다는 것도 이해되어야 한다.

요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에", "위에" 있다고, 층에 "체결", "연결" 또는 "결합"된다고 언급될 때, 바로 다른 요소 또는 층 "상에", "위에" 있고, 층에 "체결", "연결" 또는 "결합"될 수 있고 또는 다른 중간 요소 또는 층이 그 사이에 개입할 수 있다. 반대로, 어떤 요소가 바로 다른 요소 "상에", "위에" 있고, 층에 "체결", "연결" 또는 "결합"된다고 언급될 때에는 중간 요소 또는 층이 존재하지 않을 수 있다. 요소들 사이의 관계와 관련하여 사용된 다른 단어들도 비슷한 방식으로 해석되어야 한다(예를 들어 "사이에"와 "직접 사이에", "인접"과 "직접 인접" 등). 여기에 사용된 것 같이 "그리고/또는", "및/또는"은 열거된 항목들의 하나 또는 그 이상의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.

용어 "제1", "제2", "제3" 등이 다양한 요소들, 구성요소들, 영역들, 층들 그리고/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되었지만, 이 요소들, 구성요소들, 영역들, 층들 그리고/또는 섹션들은 이 같은 용어에 의해 제한되어서는 안 된다. 이 용어들은 단지 한 요소, 구성요소, 영역, 층 그리고/또는 섹션을 다른 요소, 구성요소, 영역, 층 그리고/또는 섹션과 구별하기 위해 사용된 것이다. "제1", "제2" 및 다른 숫자 관련 용어 등은 여기에 사용될 때 문맥에 의해 명시적으로 표시되지 않는 한, 순서를 나타내지 않는다. 따라서, 제1 요소, 구성요소, 영역, 층 그리고/또는 섹션은 실시 예의 교시로부터 벗어남 없이, 제2 요소, 구성요소, 영역, 층 그리고/또는 섹션으로 언급될 수 있다.

특히 상대적인 용어들 예를 들어 "안쪽", "내부", "바깥", "외부", "아래", "밑에", "하부", "상부", "위쪽" 등은 도면들에 도시된 다른 요소(들) 또는 특징(들)에 대한 한 요소 또는 특징의 관계를 쉽게 설명하기 위해 사용된 것이다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 방향(배향) 뿐만 아니라 사용 또는 동작에 있어서 장치의 다른 방향(배향)을 포함하는 것으로 의도된 것이다. 예를 들어, 도면에서 장치가 뒤집어 지면, 다른 요소들 또는 특징들의 "아래" 또는 "밑에"라고 설명된 요소는 다른 요소들 또는 특징들의 "위에"로 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용서 "아래"는 "위에" 및 "아래" 방향 모두를 포함할 수 있다. 장치는 다르게 배향될 수 있고(90도 회전 또는 다른 방향), 여기에 사용된 공간적인 상대적인 설명은 그에 따라 해석된다.

Claims (19)

1. 시약을 주입하기 위한 주입기로서, 상기 주입기는:
   상부 주입기 몸체;
   상기 상부 주입기 몸체에 결합된 하부 주입기 몸체;
   상기 상부 주입기 몸체 및 상기 하부 주입기 몸체의 적어도 하나 안에 배치되고, 막대편 제1 끝단, 막대편 제2 끝단 그리고 상기 막대편 제1 끝단에서 상기 막대편 제2 끝단까지 신장하는 중공 내부를 정의하는 실린더형 막대편;
   상기 중공 내부의 적어도 일 부분 내에 배치된 스프링;
   보빈 주위에 고정되고, 상기 실린더형 막대편의 바깥 직경을 둘러싸는 전자기 코일;
   제1 끝단 보어를 구비하는 안쪽 하부 몸체 제1 끝단 및 반대편에 있는 안쪽 하부 몸체 제2 끝단 그리고 상기 안쪽 하부 몸체 제1 끝단 및 상기 안쪽 하부 몸체 제2 끝단 사이에서 신장하는 길이방향 중앙 보어를 구비하는 실린더형 안쪽 하부 몸체;
   상기 길이방향 중앙 보어 내에 있는 솔리드 핀틀;
   상기 핀틀의 일 끝단을 둘러싸며, 상기 스프링이 상기 핀틀을 폐쇄 위치로 바이어스 하도록 상기 제1 끝단 보어 내에 있고 상기 스프링에 접촉하는 핀틀 머리; 그리고,
   상기 안쪽 하부 몸체 제2 끝단에 결합된 오리피스판;을 포함하며,
   상기 실린더형 막대편, 상기 스프링 그리고 상기 전자기 코일은 상기 상부 주입기 몸체 및 상기 하부 주입기 몸체 중 적어도 어느 하나 내에 있고,
   상기 안쪽 하부 몸체 제1 끝단은 상기 길이방향 중앙 보어의 직경 보다 큰 직경의 제1 끝단 보어를 구비하며,
   상기 실린더형 막대편, 상기 스프링, 상기 실린더형 안쪽 하부 몸체, 상기 핀틀, 상기 핀틀 머리 그리고 상기 오리피스판은 단일 카트리지의 부분이고,
   상기 상부 주입기 몸체는 챔버를 정의하고, 상기 단일 카트리지는 상기 챔버 내에 삽입되어 상기 챔버 내에 머무르는 주입기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 핀틀 머리는 유체의 통과를 위해 적어도 하나의 관통 구멍을 정의하는 주입기.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 핀틀 머리는 유체의 통과를 위한 적어도 하나의 관통 구멍을 정의하고, 상기 적어도 하나의 관통 구멍은 상기 길이방향 중앙 보어와 축을 같이하도록 배열된 챔버로 신장하고 상기 챔버와의 사이에서 유체가 소통되는 주입기.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 오리피스판 및 상기 안쪽 하부 몸체 제2 끝단은 그 사이에 챔버를 정의하는 주입기.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스판은 유체의 통과를 위한 다수의 홈을 정의하는 주입기.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더형 안쪽 하부 몸체는 유체의 통과를 위한 다수의 홈을 정의하는 주입기.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 주입기 몸체의 내부면 및 상기 안쪽 하부 몸체의 외부면은 함께 통로를 정의하는 주입기.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 안쪽 하부 몸체는 상기 통로와 유체 연결된 분배 통로를 정의하는 주입기.
14. 제 9 항에 있어서,
    상기 안쪽 하부 몸체는 상기 길이방향 중앙 보어 및 상기 챔버를 연결하는 회귀 통로를 정의하는 주입기.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 솔리드 핀틀은 그 주위로의 유체 통로를 위해 상기 길이방향 중앙 보어 내에 있는 주입기.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더형 막대편과 상기 전자기 코일의 적어도 일 부분 그리고 상기 핀틀 머리와 상기 전자기 코일의 적어도 일 부분 사이에 배치된 유체 슬리브를 더 포함하는 주입기.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 유체 슬리브는 그 사이에 플럭스 차단기를 정의하는 한 쌍의 플럭스 브리지를 포함하는 주입기.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 플럭스 브리지의 적어도 하나 및 상기 플럭스 차단기는 그 사이에 유체 통로를 정의하는 주입기.
19. 제 17 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 플럭스 브리지는 자성 물질로 만들어지고, 상기 플럭스 차단기는 비-자성 물질로 만들어지는 주입기.

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