KR101947472B1

KR101947472B1 - 플럭스 브리지 및 플럭스 브레이크를 갖는 전자기적으로 제어되는 주입기

Info

Publication number: KR101947472B1
Application number: KR1020147008019A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 엠. 토마스; 매튜 엘. 로슬리; 릭 심슨; 에릭 그랜트
Original assignee: 테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2019-04-22
Also published as: BR112014004347A2; CN103764964A; WO2013033056A2; DE112012003626T5; KR20140078636A; JP2014529706A; DE112012003626B4; CN103764964B; US20110309166A1; WO2013033056A3; US8973895B2

Abstract

시약을 주입하기 위한 주입기는 하우징 내에 위치하는 축 방향으로 병진 가능한 밸브 부재를 포함한다. 전자석이 하우징 내에 위치하며 원통형 와이어 코일을 포함한다. 밸브 부재는 전자석에 대한 에너지 공급에 반응해서 안착 위치 및 비-안착 위치 사이에서 이동한다. 플럭스 슬리브는 코일을 통과하고 비-자성부에 의해 연결된 두 개의 자성부를 포함한다. 각 자성부는 원통형 코일의 끝단들에 의해 정의되는 횡단 평면들과 정렬된다. 비-자성부는 횡단 평면들 사이에서 축 방향으로 위치한다.

Description

플럭스 브리지 및 플럭스 브레이크를 갖는 전자기적으로 제어되는 주입기{ELECTROMAGNETICALLY CONTROLLED INJECTOR HAVING FLUX BRIDGE AND FLUX BREAK}

본 명세서에 개시된 내용은 주입기 시스템들에 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.

몇몇 알려진 시약 주입기는 배기 흐름 내로의 시약 계량을 위한 솔레노이드 밸브를 포함한다. 전형적으로, 전자석에 선택적으로 전력이 공급 및 차단되기 때문에 밸브의 자기적 이동 부재가 힘을 받아 개방 위치 및 폐쇄 위치 사이에서 병진한다. 종래 주입기들의 전자석은 여러 군데의 플럭스 유출 영역을 포함하여 불량하게 정의된 자기 회로로 이어진다. 시약 밸브의 제어는 이 같은 자기 회로를 사용하여 최적화되지 않을 수 있다. 배기 흐름 내에 실제로 분배되는 시약의 양은 표적 시약 주입률에서 다양하게 변할 수 있고 이는 탑재된 시약의 불충분한 사용을 초래한다. 폐쇄 상태에서 개방 상태로 그리고 다시 폐쇄 상태로의 밸브의 순환 사이클을 위해 필요한 시간은 자기 회로 배열로 인해서 원하는 시간보다 길 수 있다.

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.

시약 주입 조절을 향상시키기 위해 잘 정의된 자기 회로를 갖는 전자기적으로 제어된 향상된 주입기를 제공하는 것은 이로울 수 있다.

본 명세서 개시 내용의 방법들 및 장치들은 전술한 이점 및 다른 이점을 제공한다.

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

시약을 주입하기 위한 주입기는 하우징 내에 위치한 축 방향으로 병진할 수 있는 밸브 부재를 포함한다. 전자석이 상기 하우징 내에 위치하고 실린더형 와이어 코일을 포함한다. 상기 밸브 부재는 상기 전자석에 대한 동력 공급에 응하여 착석 위치 및 비-착석 위치 사이에서 이동한다. 플럭스 슬리브가 상기 코일을 통과하고 비-자석부에 의해 연결된 자석부 두 개를 포함한다. 각 자석부는 상기 실린더형 코일의 끝단들에 의해 정의된 수평면과 정렬된다. 비-자석부는 수평면들 사이에서 축 방향으로 위치한다.

시약을 주입하기 위한 주입기는 하우징 내에 위치한 축 방향으로 병진할 수 있는 밸브 부재를 포함한다. 전자석이 상기 하우징 내에 위치하고 상기 밸브 부재의 적어도 일 부분을 둘러싸는(circumscribe) 와이어 코일을 포함한다. 상기 밸브 부재는 상기 전자석에 대한 동력 공급에 응하여 착석 위치 및 비-착석 위치 사이에서 이동한다. 플럭스 프레임이 상기 코일을 둘러싼다. 상기 프레임은 서로 축 방향에서 이격된 제1 방사 방향 신장부 및 제2 방사 방향 신장부를 포함하는데, 상기 제1 신장부 및 상기 제2 신장부는 상기 코일의 반대편에 위치한 실질적으로 평행한 평면들을 따라 신장한다. 플럭스 슬리브가 상기 코일을 통과하고 비-자석부에 의해 연결된 자석부 두 개를 포함한다. 각 자석부는 상기 제1 방사 방향 신장부 및 제2 방사방향 신장부가 놓여 플럭스 브리지들을 정의하는 상기 평면들의 하나에 의해 교차된다. 상기 비-자석부는 상기 코일에 의해 둘러싸이고 플럭스 브레이크를 정의하기 위해서 상기 평행한 평면들 사이에서 축 방향으로 위치한다.

여기에 제공된 설명으로부터 또 다른 추가 적용 분야들은 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 시약 주입 조절을 향상시키기 위해 잘 정의된 자기 회로를 갖는 전자기적으로 제어된 향상된 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 명세서 개시 내용의 교시에 따른 플럭스 브리지 및 플럭스 브레이크를 갖는 전자기적으로 제어된 시약 주입기를 포함하는 예시적인 배기 후처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 전자기적으로 제어된 시약 주입기의 투시도이다.
도 3은 시약 주입기의 투시도에 대한 확대도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 시약 주입기에 대한 단면도이다.
첨부된 도면들의 여러 도들에서 대응하는 참조 번호는 대응하는 부분을 가리킨다.

(관련 출원 참조)

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 13/164,976호의 일부 계속 출원인 2011년 8월 30일자로 출원된 미합중국 특허 출원 13/220,980호를 우선권 주장하며, 이들 각 출원의 전체 개시 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.

실시 예들이 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 완전히 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. 예를 들어, 디젤 미립자 필터들의 재상을 위한 탄화수소 주입이 또한 본 발명의 개시 내용의 범위 내에 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 미합중국 특허 출원 공개 번호 2009/0179087A를 주목해야 한다.

도면들을 참조하면, 디젤 엔진(21)의 배기로부터 NOx 방출을 줄이기 위한 오염 제어 시스템(8)이 제공된다. 도 1에서, 시스템의 구성요소들 사이의 실선들은 시약을 위한 유체 라인을 나타내고 점선은 전기적 연결을 나타낸다. 본 발명 교시의 시스템은 시약을 간직하기 위한 시약 탱크(10) 및 시약을 시약 탱크(10)로부터 전달하기 위한 전달 모듈(12)을 포함한다. 시약은 요소 용액, 탄화수소, 알킬 에스테르, 알코올, 유기 화합물, 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(10) 및 전달 모듈(12)은 통합된 시약 탱크/전달 모듈을 형성할 수 있다. 또한, 시스템(8)의 일부로서 전자적 주입 제어기(14), 시약 주입기(16), 그리고 배기 시스템(18)이 구비된다. 배기 시스템(18)은 적어도 하나의 촉매 침대(catalyst bed, 17)에 배기 흐름(exhaust stream)을 제공하는 배기관(19)을 포함한다.

전달 모듈(12)은 시약 탱크(10)로부터 공급 라인(9)을 경유하여 시약을 공급하는 펌프를 포함할 수 있다. 시약 탱크(10)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. 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(16)로부터의 회귀 라인(return line, 35)에 위치할 수 있다. 압력 센서가 시약 주입기(16)로 이어지는 공급 라인(9)에 제공될 수 있다. 이 시스템은 또한 다양한 동결 보호 전략을 포함하여 동결된 요소를 해동하거나 요소가 동결되는 것을 방지한다. 시스템 동작 동안에, 주입기가 배기 가스들로 시약을 방출하는지 여부에 상관없이, 시약은 시약 탱크(10) 및 시약 주입기(16) 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 필요할 수 있다.

더욱이, 시약 응고 방지를 확실하게 하기 위해서 시약 혼합물을 140℃ 이하로 바람직하게는 5℃ 내지 95℃ 사이의 낮은 동작 범위로 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 응고된 시약은, 형성하도록 허용된다면, 주입기의 움직이는 부분들과 개구들을 쓸모없게 할 수 있다.

요구되는 시약의 양은 부하(load), 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름, 엔진 연료 주입 시기, 그리고 원하는 NOx 감소, 기압, 상대 습도, EGR율, 그리고 엔진 냉각재 온도에 따라 변할 것이다. NOx 센서 또는 계측기(25)가 촉매 침대(17)로부터의 하향 흐름(down stream)에 위치한다. NOx 센서(25)는 엔진 제어 유닛(27)에 배기 NOx 함량을 가리키는 신호를 출력하도록 동작한다. 엔진 동작 파라미터들 모두 또는 몇몇은 엔진/차량 데이터버스를 통해 엔진 제어 유닛(27)으로부터 시약 전자적 주입 제어기(14)로 제공될 수 있다. 시약 전자적 주입 제어기(14)는 또한 엔진 제어 유닛(27)의 일 부분으로 포함될 수 있다. 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름 및 배기 가스 배압(back pressure)은 대응하는 센서에 의해 측정될 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 시약 주입기(100)에 대해 서 설명을 한다. 시약 주입기(100)는 외부 몸체 상부 섹션(102a) 및 외부 몸체 하부 섹션(102b)을 갖는 외부 주입기 몸체(102)를 구비한다. 외부 몸체 하부 섹션(102b)은 외부 몸체 상부 섹션(102a)에 크림프(crimp) 되는 변형부(103)를 포함할 수 있다. 긴 내부 하부 몸체(elongated inner lower body, 104)가 외부 몸체 상부 섹션(102a) 및 외부 몸체 하부 섹션(102b) 중 적어도 하나 내에 수용될 수 있다. 긴 내부 하부 몸체(104)는 원통형 중앙 보어(106)를 정의할 수 있고 이는 오리피스 판(orifice plate, 108)과 유체 통신(소통)을 할 수 있으며, 이 오리피스 판(108)은 오리피스 판(108)을 완전히 통과하는 적어도 하나의 출구 오리피스(110)를 정의할 수 있다.

오리피스 판(108)은 오리피스 판 홀더(orifice plate holder, 112)를 사용하여 외부 몸체 하부 섹션(102b)에 결합되어 그 안에 유지될 수 있다. 오리피스 판 홀더(112)는 필요에 따라 내부 하부 몸체(104)와 일체로 형성될 수 있다. 또는 오리피스 판 홀더(112)는 도면들에 도시된 바와 같이 개별적으로 형성되어 외부 몸체 하부 섹션(102b)의 내부 벽(116)으로부터 이격된 감소된 직경부(114)를 포함할 수 있다. 공급 유체 통로(supply fluid passageway, 118)가 그 사이에 형성된다. 감소된 직경부(114)는 중공(hollow)이고 내부 하부 몸체(104)의 감소된 직경 단부(120)를 수용한다. 판 홀더(112)가 전자 빔 용접 같은 공정을 통해서 내부 하부 몸체(104)와 외부 몸체 하부 섹션(102b)에 고정될 수 있다. 오리피스 판 홀더(112)는 또한 중앙 보어(106)와 동축이고 중앙 보어(106)보다 작은 내부 직경을 갖는 중앙 보어(124)를 포함한다. 다수의 통로(125)가, 통로(118)를 감소된 직경 단부(120)와 중앙 보어(124) 사이에 형성된 캐비티(cavity, 126)와 유체 연결하기 위해서 판 홀더(112)를 통과해 신장한다.

밸브 부재(130)는 중앙 보어(106) 내에 활주 가능하게(slidably) 장착된다. 밸브 부재(130)는 원뿔꼴로 생긴 제1 끝단(134)과 맞은 편의 제2 끝단(136)을 갖는 긴 핀틀(pintle, 132)을 포함한다. 원뿔꼴 끝단(134)은 안착 되었을 때 밸브 부재(130)의 밀봉된 그리고 폐쇄된 위치를 정의하기 위해서 밸브좌(valve seat, 140)와 선택적으로 체결될 수 있다. 안착 되지 않은(비-안착), 개방된 위치는 핀틀(132)이 밸브좌(140)로부터 안착 안되었을 때 나타난다. 밸브좌(140)는 출구 오리피스(110)를 둘러싼다. 밸브좌는 도시된 것 같이 핀틀(132)의 원뿔꼴 끝단(134)의 형태에 상보적인 원뿔꼴 또는 원추형일 수 있고 오리피스(110)를 통한 시약의 흐름을 제한한다. 적용 및 동작 환경에 따라, 핀틀(132) 및 오리피스 판(108)은 카바이드 물질로 만들어질 수 있고 이는 원하는 성능 특성을 제공할 수 있고 쉽고 비용 효율적으로 제조될 수 있다. 또한, 다른 물질들과 관련한 제한 또는 단점, 예를 들어 복잡한 부품 형상 제조와 관련한 제한 또는 단점을 피할 수 있다. 카바이드는, 탄소강 및 공구강에 비해서, 870~980℃ 범위일 수 있는 용접 온도에 대해 둔감한 것 같은 추가적인 이점을 제공할 수 있다. 카바이드는 또한 대부분의 다른 강철들에서 달성할 수 있는 경도에 비해서 증가된 표면 경도를 제공할 수 있다. 카바이드는 또한 전체 내마모성과 관련하여 이점이 있다.

핀틀 머리(142)는 핀틀(132)의 끝단(136)에 고정된다. 핀틀 머리(142)는 내부 하부 몸체(104)의 긴 보어(144) 내에 활주 가능하게 위치한다. 핀틀 머리(142)와 보어(144) 사이의 주행-유형(running-class) 슬립 핏(slip fit)은 밸브 부재(130)를 위한 상부 가이드를 제공한다. 하부 밸브 부재 가이드가 중앙 보어(124)와 핀들(132) 사이의 활주 계면에 형성된다. 이 같은 배열에 기초하여, 밸브 부재(130)는 밸브좌(140) 및 출구 오리피스(110)와 정확하게 정렬된다.

핀틀 머리(142)의 바닥 표면(150)은 내부 하부 몸체(104)의 표면으로부터 이격되어, 중앙 보어(106)의 일 부분으로 정의된 통로(158)를 통해 캐비티(126)와 유체 통신을 하는 캐비티(154)를 정의한다. 통로(160)는 핀틀 머리(142)를 통과해 신장하여 시약 회귀 통로의 일 부분을 정의한다.

제1 끝단(166)을 갖는 막대 편(pole piece, 164)이 보어(144) 내에 수용되는 크기로 제공된다. 막대 편(164)의 제1 끝단(166)은 전자 빔 용접 같은 공정을 사용하여 내부 하부 몸체(104)에 고정된다. 제1 끝단(166) 맞은 편인 막대 편(164)의 제2 끝단(168)이 외부 몸체 상부 섹션(102a)에 형성된 보어(172) 내에서 활주하여 끼워진다. 밀봉재(176)가 입구 통로(178)를 외부 몸체 상부 섹션(102a) 내에서 출구 통로(180)로부터 분리한다. 긴 막대 편(164)은 그것을 통과해 신장하는 중앙 보어(184)를 포함한다. 중앙 보어(184)는 중앙 보어(106)와 동축으로 정렬된다. 카운터보어(counterbore, 188)가 핀틀 머리(142) 안으로 신장하는 카운터보어(190)와 동축으로 정렬된 막대 편(164)의 제2 끝단(168)으로부터 안쪽으로 신장한다. 압축 스프링(194)이 카운터보어들(188, 190) 내에 위치하여 밸브 부재(130)를 가압하여 밸브좌(140)와 체결되도록 한다.

전자석 어셈블리(200)가 도면들에 도시된 바와 같이 외부 몸체 상부 섹션(102a) 내에 위치한다. 전자석 어셈블리(200)는 오버몰드(overmold) 되어 전자석 어셈블리(200) 내의 다른 구성들을 봉지하는 플라스틱 물질(201)을 포함할 수 있다. 전자석 어셈블리(200)는 보빈(204) 둘레를 둘러싸는 와이어 코일(202)을 포함할 수 있다. 두 조각(two-piece) 플럭스 프레임(flux frame, 207)은 와이어(202)와 보빈(204)의 주위를 둘러싸도록 위치하는 제1 플럭스 프레임 반쪽(208) 및 제2 플럭스 프레임 반쪽(210)을 포함한다. 핀틀 머리(142)는 코일(202)에 대한 전기 에너지 제공이 핀틀 머리가 막대 편(164)으로 향하게 하는 자장을 생성하도록 스테인리스 강 같은 자석 물질로 구성된다. 핀틀(132)의 끝단(134)은 밸브좌(140)로부터 이탈되어 시약이 출구 오리피스(110)를 통과해 흐르도록 한다. 코일(202)은 레셉터클(receptacle, 211)에 대한 접근을 통해, 예를 들어 전기 주입 제어기(14)로부터 신호에 응해서, 에너지를 받을 수 있다. 전기 주입 제어기(14)는 센서 입력 신호들을 받고 NOx 방출의 선택적 환원 촉매를 제공하기 위해 시약을 언제 배기 흐름 내로 주입할 것인지를 결정한다.

제어기(14)는 또한 시약 주입 기간 및 시약 주입률을 정의한다. 엔진 동작 조건, 부하, 주위 공기 온도, 배기 온도, 그리고 다른 요인에 따라서, 주입기(100)가 상대적으로 넓은 범위의 시약 주입률로 전달하도록 조절하는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 핀틀(132)을 안착된 위치에서 개방 위치로 그리고 다시 안착된 위치로 이동하는데 관련된 총 시간을 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 핀틀 머리(142) 위치에 대한 정확한 제어는 잘 정의된 자기 회로를 제공하는 것에 의해 달성될 수 있다.

플럭스 프레임 반쪽(210)은 횡단줄(transverse line, 216)을 따라 신장하는 방사 방향 신장부(214)를 포함한다. 핀틀 머리(142)는 횡단줄(216)에 의해 교차 되는 긴 직경부(218)를 포함한다. 플럭스 프레임 반쪽(210) 및 핀틀 머리(142) 둘은 모두 자성 물질로 만들어진다. 자기 회로를 더 정의하기 위해서, 내부 하부 몸체(104)가 예를 들어 304 스테인리스 강 같은 비-자성 물질로 구성된다. 그것을 통과해 횡단줄(214)이 가로지르는 내부 하부 몸체(104)의 일부분은 자속에서 어떠한 방해도 최소화하도록 최소 단면 두께를 포함한다.

유체 슬리브 어셈블리(220)는 플러스 브레이크(flux break, 228)에 의해 서로 연결되는 제1 플럭스 브리지 칼라(flux bridge collar, 224)와 제2 플럭스 브리지 칼라(226)를 포함하여 세 조각 어셈블리도 도시되어 있다. 유체 슬리브 어셈블리(220)는 입구 통로(178)의 일 부분을 정의하도록 크기 및 위치가 설정된 긴 중공 원통형 부재로 형상이 제공된다. 제1 밀봉재(232) 및 제2 밀봉재(234)는 가압된 시약이 끊임없이 입구 통로(178)를 통과해 흐르면서 전자석 어셈블리(200)에는 들어가지 않도록 보장한다. 플럭스 브리지 칼라들(226)(224) 각각은 실질적으로 동일하며 감소된 제1 내부 직경(238) 및 확장된 제2 내부 직경(240)을 갖는 카운터보어를 포함한다. 각 플럭스 칼라의 외부 표면은 또한 제2 원통형 표면(244)보다 큰 외부 직경을 갖는 원통형 표면(242)을 포함하여 계단(step)을 이룬다. 플럭스 브레이크(228)는 각각의 감소된 외부 직경 표면(244)에 체결 및 고정된 내부 표면(248)을 갖는 실질적인 직원기둥이다. 외부 표면(242)은 플럭스 프레임 반쪽들(210)(208)을 통과해 신장하는 원형 구멍을 정의하는 벽들(252)(254)에 체결되거나 아주 극히 조금 떨어진다. 플럭스 브리지 칼라(224)의 내부 원통형 표면(238)은 내부 하부 몸체(104)에 꼭끼어맞도록(close fit) 그리고 횡단줄(214)이 교차하는 공기 간극을 최소화하도록 그 크기가 정해진다.

플럭스 브리지 칼라(226)의 내부 원통형 표면(238)은 막대 편(164)의 긴 직경부(260)와 협동하도록 그 크기가 정해진다. 플럭스 프레임 반쪽(208)은 횡단줄(266)을 따라 신장하는 방사 방향 안쪽 신장부(264)를 포함한다. 확대된 직경부(260) 및 플럭스 브리지 칼라(226)는 횡단줄(266)과 정렬되도록 축 방향으로 위치하고 주입기(100)를 가로질러 자석 회로 통로를 제공한다. 플럭스 프레임 반쪽들(208)(210)은 1108 저탄소강 같은 자성 물질로 구성된다. 플럭스 브리지 칼라들(224)(226)은 페라이트계 430 스테인리스 강으로 구성된다. 막대 편(164)은 페라이트계 430 스레인리스 강 또는 비슷한 자성 물질로 만들어진다. 핀틀 머리(142)는 페리이트계 430 스테인리스 강으로 만들어질 수 있다. 플럭스 브레이크(228)는 내부 안쪽 몸체(104)와 마찬가지로 비-페라이트계 및 비-자성 304 스테인리스 강으로 만들어진다. 전술한 구성들을 자성 그리고 비-자성 물질로 구성하고 또한 자성 물질을 횡단줄들(216)(266)을 따라 서로 인접하게 가깝게 위치시킴으로써 전자석 어셈블리(200)와 관련된 자기 회로 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 또 다른 이점으로서 작은 와이어 코일을 사용할 수 있고, 와이어 권선 수를 줄일 수 있고, 전류량이 감소하여 비용이 낮고 크기가 작고 질량이 작은 향상된 전자기 작동기를 제공할 수 있다. 밸브 부재(130)의 위치에 대한 제어가 향상된다. 횡단줄들(216)(266)을 포함하는 평면들뿐만 아니라 원통형 와이어 코일(202)의 끝단들에 의해 정의되는 횡단 평면들도 자기 회로의 일 부분으로 해석될 수 있다. 이 같은 횡단 평면들 중 적어도 하나는 핀틀 머리(142), 플럭스 브리지 칼라들(224)(226) 및 확대된 직경 막대 편 부분(260) 중 적어도 하나를 통과해 절단한다.

핀틀(132)이 폐쇄 위치에 있을 때, 시약 유체 통로가 주입기(100) 내에 정의된다. 유체 통로는 주입기(100)를 통한 유체의 순환을 제공한다. 더 구체적으로, 시약 유체 통로는 외부 몸체 상부 섹션(102a)의 입구(270)로부터 입구 필터(268)와, 막대 편(164)의 외부 표면 및 외부 몸체 상부 섹션(102a) 사이의 간극을 포함하여 입구 통로(178)를 통과해서, 유체 슬리브 어셈블리(220), 유체 통로(118), 판 홀더(112)에 형성된 통로들을 통과해서, 캐비티(126), 통로(158), 통로(160), 중앙 보어(184), 출구 통로(180), 제한 오리피스(272), 출구 필터(274)를 통과해서 배출 출구(278)로 신장한다. 전형적으로 입구(270)로 들어가는 시약은 처음에는 오리피스(110)에 근접한 배기 시스템(18)을 통과해 흐르는 것에 비해서 상대적으로 차가운 온도를 나타낸다. 주입기(100)를 통해 흐르는 시약 순환은 오리피스 판(108)과 오리피스 판 홀더(112)로부터의 열을 전달한다. 시약 순환은 또한 코일(202)로부터의 열을 전달하는데 일조를 하는데, 보빈(204)이 시약이 흐르는 유체 슬리브 어셈블리(220)와 접촉하여 배치되기 때문이다.

코일(202)이 전기적으로 에너지를 받을 때, 자장이 발생하고 핀틀 머리(142)는 스프링(194)의 바이어스 힘(biasing force)에 대항해서 핀틀 끝단(134)을 안착시키지 않는다. 캐비티(126) 내에 위치한 가압된 시약은 핀틀(132)과 밸브좌(140) 사이를 통과하고 출구 오리피스(110)를 통과해서 시약을 배기 시스템(18)을 통해 스르는 배기 흐름 내로 주입한다. 전자석 어셈블리(200)는 펄스 폭 변조를 포함하여 다양한 방법을 통해 제어되어 기 설정된 주파수로 출구 오리피스(110)를 개방 및 폐쇄할 수 있다.

더욱이, 전술한 설명들은 본 발명 개시 내용의 예로 든 실시 예들을 개시 및 설명한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이 같은 설명으로부터 그리고 첨부된 도면들 및 특허청구범위로부터, 다양한 변화, 수정 및 변형이 특허청구범위에 정의된 개시 내용의 범위로부터 벗어남 없이 가능함을 이해할 것이다.

Claims

시약을 주입하기 위한 주입기로서, 상기 주입기는:
하우징;
상기 하우징 내에 위치한 축 방향으로 병진 가능한 밸브 부재;
상기 하우징 내에 위치하고 상기 밸브 부재의 적어도 일 부분을 둘러싸는 와이어 코일을 포함하는 전자석;
상기 코일을 둘러싸며 축 방향으로 서로 이격된 제1 방사방향 신장부 및 제2 방사방향 신장부를 포함하는 플럭스 프레임; 그리고,
비-자성부에 의해 교차되는 두 자성부를 포함하는 플럭스 슬리브를 포함하며,
상기 밸브 부재는 상기 전자석에 에너지를 공급하는 것에 반응해서 안착 위치 및 비-안착 위치 사이에서 이동하고,
상기 제1 방사방향 신장부 및 제2 방사방향 신장부는 상기 코일의 반대 측들에 위치한 평행한 평면들을 따라 신장하고,
상기 두 자성부 각각은 상기 평면들 중 하나에 의해 교차되고, 상기 평면에서 상기 제1 방사 방향 신장부 및 상기 제2 방사 방향 신장부는 플럭스 브리지들을 정의하도록 놓이고, 상기 비-자성부는 상기 코일에 의해 둘러싸이고 상기 평행한 평면들 사이에 위치하여 플럭스 브레이크를 정의하고,
상기 하우징 내에 배치되고 상기 플럭스 슬리브의 비-자성부 및 상기 두 자성부에 배치되는 튜브형 막대 편을 더 포함하며,
상기 플럭스 슬리브의 자성부 중 적어도 하나는 상기 평면들 중 하나에 의해 교차되는 위치에서 증가된 두께를 가지며,
유체 경로는 상기 막대 편의 외부 표면을 따라 상기 플럭스 슬리브 내에 형성되는 주입기.
청구항 1에 있어서,
상기 플럭스 슬리브는 서로 연결된 세 개의 동축으로 정렬된 튜브를 포함하는 주입기.
청구항 1에 있어서,
상기 코일이 감긴 보빈을 더 포함하고, 상기 보빈은 상기 플럭스 슬리브의 비-자성부에 위치한 원통형 부분을 포함하는 주입기.
청구항 3에 있어서,
상기 시약은 상기 플럭스 슬리브를 통과하도록 유도되는 주입기.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브 부재는 확장된 핀틀 머리에 결합한 원통형 핀틀을 포함하고,
상기 핀틀 머리는 자성 물질로 만들어지고 상기 평면들 중 하나가 상기 밸브 부재가 상기 안착 위치에 있을 때 상기 핀틀 머리를 교차하도록 위치하는 주입기.
삭제
청구항 5에 있어서,
상기 튜브형 막대 편 내에 위치한 스프링을 더 포함하고,
상기 스프링은 상기 밸브 부재를 상기 안착 위치로 하는 주입기.
청구항 7에 있어서,
상기 막대 편은 상기 코일 내에서 축 방향으로 위치하는 주입기.
청구항 8에 있어서,
상기 막대 편은 상기 평면들 중 하나에 의해 교차되는 확장된 직경부를 포함하는 주입기.
청구항 9에 있어서,
상기 막대 편은 상기 밸브 부재가 상기 안착 위치에 있을 때 상기 시약이 흐르는 회귀 통로를 정의하는 주입기.
청구항 7에 있어서,
상기 플럭스 슬리브는 상기 막대 편 및 상기 핀틀 머리에 대해서 축 방향으로 위치하는 주입기.
청구항 1에 있어서,
상기 플럭스 슬리브의 비-자성부는 304 스테인리스 강을 포함하는 주입기.
청구항 1에 있어서,
상기 플럭스 슬리브의 두 자성부는 430 스테인리스 강을 포함하는 주입기.
시약을 주입하기 위한 주입기로서, 상기 주입기는:
하우징;
상기 하우징 내에 위치하는 축 방향 병진 가능한 밸브 부재;
상기 하우징 내에 위치하고 원통형 와이어 코일을 포함하는 전자석; 그리고,
상기 코일을 통과하며, 비-자성부에 의해 연결된 두 개의 자성부를 포함하는 플럭스 슬리브를 포함하며,
상기 밸브 부재는 상기 전자석에 에너지를 공급하는 것에 반응해서 안착 위치 및 비-안착 위치 사이에서 이동하고,
상기 두 개의 자성부 각각은 상기 원통형 와이어 코일의 끝단들에 의해 정의된 횡단 평면들과 정렬되고, 상기 비-자성부는 상기 횡단 평면들 사이에서 축 방향으로 위치하고,
상기 하우징 내에 배치되고 상기 플럭스 슬리브의 비-자성부 및 상기 두 개의 자성부에 배치되는 튜브형 막대 편을 더 포함하며,
상기 플럭스 슬리브의 두 개의 자성부 중 적어도 하나는 상기 평면들 중 하나에 의해 교차되는 위치에서 증가된 두께를 가지며,
유체 경로는 상기 막대 편의 외부 표면을 따라 상기 플럭스 슬리브 내에 형성되는 주입기.
청구항 14에 있어서,
상기 플럭스 슬리브는 서로 연결된 동축으로 정렬된 3개의 튜브를 포함하는 주입기.
청구항 14에 있어서,
상기 코일이 감긴 보빈을 더 포함하고, 상기 보빈은 상기 플럭스 슬리브의 비-자성부에 위치한 원통형 부분을 포함하는 주입기.
청구항 16에 있어서,
상기 보빈은 축 방향 신장 플랜지들을 포함하며 각 플랜지는 상기 횡단 평면들 중 하나를 따라 정렬되는 주입기.
청구항 14에 있어서,
상기 시약은 상기 플럭스 슬리브를 통과하여 흐르도록 유도되는 주입기.
청구항 14에 있어서,
상기 밸브 부재는 확장된 핀틀 머리에 결합한 원통형 핀틀을 포함하고,
상기 평면들 중 하나가 상기 밸브 부재가 상기 안착 위치에 있을 때 상기 핀틀 머리를 교차하도록 상기 핀틀 머리는 자성 물질로 만들어지는 주입기.
삭제
청구항 19에 있어서,
상기 막대 편의 오목부 내에 위치하는 스프링을 더 포함하고,
상기 스프링은 상기 밸브 부재를 상기 안착 위치로 가하는 주입기.
청구항 21에 있어서,
상기 막대 편은 상기 평면들 중 하나에 의해 교차되는 확장된 직경부를 포함하고,
상기 확장된 직경부는 상기 플럭스 슬리브를 통해 흐르는 상기 시약과 유체 소통을 하는 시약 흐름 통로를 제공하는 홈을 포함하는 주입기.
청구항 22에 있어서,
상기 막대 편은 중공이고, 상기 밸브 부재가 상기 안착 위치에 있을 때 상기 시약이 흐르는 회귀 통로를 정의하는 주입기.
청구항 23에 있어서,
상기 플럭스 슬리브는 상기 막대 편 및 상기 핀틀 머리에 대해서 축 방향으로 위치하는 주입기.