KR20130117861A - 요소-수용액용 인젝터 - Google Patents

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KR20130117861A
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체익 디오우프
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에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
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Abstract

요소-수용액용 인젝터(1)가 적어도 요소-수용액용 피팅(3)을 구비한 메인 몸체(2), 밸브 구동장치(5)를 구비한 밸브(4), 및 요소-수용액용 별도의 공급 파이프(6)를 포함하고, 상기 공급 파이프는 적어도 부분적으로 상기 메인 몸체(2)를 통해 뻗어있다.

Description

요소-수용액용 인젝터{Injector for a Urea-Water Solution}
본 발명은 요소-수용액용 인젝터에 관한 것으로서, 상기 인젝터에 의해 요소-수용액이 특히 자동차의 배기 가스 시스템에 부가될 수 있다. 특히, 인젝터는 액체 요소-수용액을 내연 기관의 배기 가스에 정밀하게 계량된 방식으로 부가하도록 사용되고, 이후 선택 촉매 환원 공정(SCR 공정)이, 배기 가스에 함유된 질소 산화물을 상당하게 환원할 수 있는 방식으로, 배기 가스 시스템에서 실행될 수 있다.
많은 수의 상이한 인젝터가 이를 위해 이미 제안되어져 오고 있다. 그러나, 특히 자동차 산업에서의 이러한 타입의 인젝터의 비용-효율적인 생산과 관련하여 개량이 필요하다. 종래 인젝터가 직면한 특별한 문제점은 인젝터가 또한 얼음 상태에서 작동을 반드시 유지할 수 있어야 한다는 점이다. 이와 관련하여 특히 인젝터에 포함된 요소-수용액이 또한 자동차가 사용되는 정상 상태 하에서 얼 수 있으며, 이는 상기 요소-수용액의 볼륨의 증가를 야기시킬 수 있다고 여겨진다. 볼륨의 이러한 증가는 큰 얼음 압력의 결과로서, 인젝터의 구성요소의 부품의 오작동이나 파손이나 또는 파이프 시스템에서의 손상을 반복적으로 야기시킬 수 있다. 이러한 타입의 인젝터가 직면한 다른 문제점은 상기 인젝터가 고온의 배기 가스 파이프에 통상적으로 위치된다는 점이다. 상당한 열에 때때로 노출되는 것은 또한 요소-수용액의 이송이나 계량과 관련된 문제점을 야기시킬 수 있다. 이는, 특히, 요소의 가스상의 공급이 가능한 곳에서 피해지거나 또는 요소-수용액의 임계 온도가 공급 공정 동안에 초과되지 않는다면, 확실하다. 이와 관련하여 요소-수용액이 대략 110 ℃의 온도에서 증발을 사전에 개시하여, 상기 요소-수용액의 제어된 정밀하게 계량된 공급이 가능하게 지연된다는 것을 알 수 있다. 제거되기 어려운 바람직하지 않는 잔류물이 또한 형성될 수 있고 배기 가스로의 요소-수용액의 공급을 더욱 크게 할 수 있다. 이와 관련하여 인젝터 냉각 문제점이 또한 반복적으로 발생한다.
상기와 같은 사항을 시발점으로 하여, 본 발명의 목적은 종래 기술과 관련하여 언급된 적어도 여러 문제점을 해결하는 것이다. 특히, 비용-효율적인 방식으로 제조될 수 있고, 요소-수용액이 얼 때 그 얼음 압력에 민감하지 않으며, 배기 가스 시스템의 고 온도로부터 적당하게 보호되는 요소-수용액용 인젝터가 제공된다.
이들 목적은 청구항 제1항의 특징에 따른 인젝터에 의해 달성된다. 인젝터의 다른 유리한 구성은 종속 청구항에 제공된다. 청구범위에서 개별적으로 언급된 특징은 임의의 과학기술적으로 실행가능한 방식으로 서로 합쳐질 수 있고 본 발명의 또 다른 구성을 나타낼 수 있다. 특히 도면과 관련된 기재가 본 발명을 설명하고 있고 부가적인 실시예를 제공한다.
요소-수용액용 인젝터가 적어도 요소-수용액용 피팅을 구비한 메인 몸체와, 밸브 구동장치를 구비한 밸브와, 적어도 부분적으로 상기 메인 몸체를 통해 뻗어있는 요소-수용액용 별도의 공급 파이프를 적어도 포함한다.
요소-수용액은 또한 상기 요소-수용액이 열분해 또는 가수분해 이후에 암모니아로 변환되고 이후 배기 가스에 있는 질소 산화물과 반응할 수 있기 때문에, 환원제나 또는 환원제 전구체로 때때로 언급되어 있다. 이러한 예에 있어서, 특히, 32 % 요소-수용액이 사용되고, 예를 들면, 또한 상표명 AdBlue®으로 판매되어 상업적으로 이용가능하다.
메인 몸체는 특히, 금속 구성요소이며, 상기 금속 구성요소는 한편으로, 통로, 표면 리세스, 밸브용 접촉 표면 및 냉각 시스템으로 구성될 수 있고, 요소-수용액의 이송용 덕트로 구성될 수 있다. 메인 몸체는 특히, 밸브용 베이스나 또는 장착부로 동시에 사용되는 고체 구성요소이다. 메인 몸체가 원칙적으로 요소-수용액용 복수의 밸브 및/또는 복수의 피팅을 포함할 수 있을지라도, 단일의 밸브 및 단일의 피팅을 갖는 구성이 여전히 바람직하다. 피팅은 일반적으로 메인 몸체에서의 통로로 구성된다. 이와 관련하여 메인 몸체가 또한 요소-수용액과 적어도 부분적으로 접촉하기 때문에, 상기 메인 몸체용 재료 및/또는 상기 요소-수용액에 노출된 접촉 표면상의 코팅이 상기 요소-수용액에 저항하도록 구성된다. 특히, 피팅은, 또한 파이프에 대한 종래의 연결 조인트가 선택적으로 통합되거나 고정될 수 있는 방식으로, 구성된다.
밸브는 일반적으로 밸브 부재를 포함하고 상기 밸브 부재에 흡입 파이프 및 계량된-유동 파이프가 형성된다. 더욱이, 제어가능하게 기동가능한 피스톤은, 흡입 파이프로부터 계량된-유동 파이프까지의 피팅이 특히 필요에 따라 개방 및 폐쇄될 수 있는 방식으로(예를 들면 시간의 함수로), 필요에 따라 밸브 구동장치에 의해 기동될 수 있게 제공될 수 있다. 이를 위하여 밸브는 상기 밸브나 밸브 구동장치를 (전기 또는 시그널-전달하는) 제어 유닛에 연결하기 위한 플러그 컨넥터를 부가적으로 포함할 수 있고, 상기 제어 유닛은 필요에 따라 밸브의 작동과 이에 따른 인젝터의 작동을 개시시킨다. 특히 밸브 및 밸브 구동장치가 요소-수용액 공급 지점으로부터 가능한 멀리, 즉 특히 배기 가스 파이프로부터 먼 메인 몸체의 면에 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 특히, 배기 가스 파이프와 밸브 사이에 위치되는 요소-수용액용 피팅의 위치를 제공한다.
또한, 인젝터가 메인 몸체를 통해 적어도 부분적으로 뻗어있는 요소-수용액용 별도의 공급 파이프를 구비하도록 제공된다. 따라서, 별도의 공급 파이프는 특히, 별도의 구성요소가 메인 몸체 내에 바람직하게는 완전하게 수용되는 방식으로, 구성된다. 공급 파이프는 특히, 작은 튜브의 형태, 특히 일직선으로 뻗어있는 작은 튜브의 형태로 구성된다. 금속 공급 파이프는 특히, 메인 몸체의 재료와 상이한 재료로 이루어져 사용되는 것이 바람직하다. 더욱이, 별도의 공급 파이프와 메인 몸체 사이의 열 전도가 최소화되는 방식으로, 특히, 별도의 공급 파이프가 상기 메인 몸체로부터의 거리로 현저하게 위치되는 것이 바람직하다. 따라서 가장 바람직하게는, 별도의 공급 파이프의 많아야 10 %의 표면이 메인 몸체와 접촉한다. 공급 파이프라는 용어는 특히, 요소-수용액용 파이프 시스템의 일부를 의미하며, 상기 파이프는 밸브의 하류, 특히 배기 가스 시스템으로의 이송 지점의 우측에 배치된다. 상기 기술된 실시예에 따라, 밸브가 바람직하게는 배기 가스 파이프로부터 멀리 메인 몸체의 면에 배치되기 때문에, 따라서 공급 파이프는 전체 메인 몸체를 통해, 예를 들면 중심적으로 뻗어있다.
인젝터 만의 이러한 구성은 상기 기재된 문제점과 관련하여 상당한 개량을 초래한다. 한편으로, 밸브는 따라서 배기 가스 시스템의 고 온도에 대해 보호될 수 있지만, 동시에 별도의 공급 파이프에서의 요소-수용액의 끓음(boiling)이 또한 저 레벨의 열 전도의 결과로서 메인 몸체까지 감소된다.
인젝터의 실시예에 따라, 또한 별도의 공급 파이프가 노즐 플레이트에서 종결되도록 제안된다. 이러한 노즐 플레이트가 밸브에 마주하여 별도의 공급 파이프의 단부 면에 고정되는 것이 바람직하다. 특히, 별도의 공급 파이프 및 노즐 플레이트가 별도로 탈착가능한 유닛을 형성한다. 노즐 플레이트는 특히, 요소-수용액을 공급 파이프로부터 배기 가스 파이프로 사전결정된 제트 각도로 지금 분무하는 노즐 오리피스에 의해 천공된다는 점에서 특징지워진다. 특히, 제트 각도가 조정가능하여, 노즐의 구성이나 또는 상기 노즐로 만들어진 분무 콘을 가능하게 한다. 노즐 플레이트가 디스크의 형태로 구성되는 것이 바람직하고, 특히 별도의 공급 파이프를 둘러싸는 공간이 특히, 이격된 메인 몸체에 의해, 인젝터에 배치될 때 제한된다. 더욱이, 노즐 플레이트는 별도의 공급 파이프, 공급 방향의 정밀한 정위가 가능한 방식으로, 별도의 공급 파이프로부터의 거리로 위치된, 인젝터에 연결이나 고정하도록 사용될 수 있다. 노즐 플레이트에는 또한 (예를 들면, 메인 몸체에 비해) 낮은 열 전도도를 나타내고, (배기 가스와 접촉할 수 있기 때문에) 고 온도에 견디며, 그리고 요소-수용액이 스며들지 않는 표면으로 선택적으로 구성되는 재료가 제공될 수 있다. 따라서, 노즐 플레이트는, 상기 노즐 플레이트 상에서의 요소-수용액의 임의의 잔여 액적이 짧은 기간에만 남아있을 수 있는 방식으로, 특히 배기 가스 시스템 쪽으로 구성된다. 이러한 방수 코팅은 특히, 요소-수용액의 (단지) 부분적인 증발과 이에 따라 바람직하지않는 부산물이나 또는 퇴적물의 형성을 방지한다. 노즐 플레이트의 외측 면은 바람직하게는 0.2 mm 이하의 거칠기 및/또는 티타늄 옥사이드 코팅을 나타낸다.
이러한 인젝터의 실시예에 따라, 또한 적어도 복수의 노즐 오리피스를 구비하거나 공급 파이프의 돌출 단부를 형성하도록 노즐 플레이트가 제안된다. 이들 특징 모두가 구체화될 수 있는 것이 가장 바람직하다. 노즐 오리피스의 갯수와 관련하여, 적어도 2개의 노즐 오리피스가 제공될 수 있지만 상기 노즐 오리피스의 갯수는 예를 들면 5개를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 노즐 오리피스로부터 나오는 요소-수용액의 제트가 서로 교차하거나 충돌하는 방식으로 상기 노즐 오리피스가 정위되거나 위치되는 것이 가장 바람직하다. 특히 유리한 분무 콘이 이에 따라 만들어질 수 있다. 예를 들면, 노즐 오리피스가 바람직하게는 레이저 드릴링에 의해, 마이크로덕트(micorduct)의 방식으로, 노즐 플레이트를 통해 드릴가공된다.
인젝터가 사용되는 동안에 배기 가스가 노즐 플레이트(및 노즐 오리피스)를 지나 평행하게 가능한 모든 곳에서 유동하는 것이 더욱 바람직하다. 계량 공정의 단부에 계속 부착된 모든 요소-수용액 액적을 가능한 모든 곳에서 제거하기 위하여, 이러한 구역은 돌출할 수 있고, 즉 특히 기껏해야 배기 가스 파이프로 돌출할 수 있다. 돌출부가 예를 들면, 최대 1 mm (밀리미터)까지, 특히, 단지 0.5 mm까지나 또는 내지 0,2 mm까지도 매우 짧아지는데 충분하다. 이러한 짧은 돌출부는 노즐 플레이트의 구역에서의 인젝터의 열 노출이 또한 연결된 별도의 공급 파이프에 대해 특히 동시에 감소될 수 있다는 장점을 제공한다.
더욱이, 메인 몸체가 또한 유입구 및 유출구를 구비한 냉각 시스템뿐만 아니라 상기 메인 몸체를 통해 뻗어있고 공급 파이프에 의해 부분적으로 통과되는 적어도 하나의 냉각 덕트를 포함한다면, 특히 유리하다고 여겨진다. 달리 말하자면, 이러한 구성은 특히 메인 몸체가 쿨란트용 유입구 및 쿨란트용 유출구를 형성하는 통로를 포함한다는 것을 의미한다. 특히 별도의 공급 파이프의 현저한 부분을 따라서, 즉 환형 덕트의 형태로, 냉각 덕트가 상기 공급 파이프에 대해 동심적으로 구성되는 것이 특히 바람직하다. 결론적으로, 냉각 덕트는 바람직하게는 다음과 같은 방식으로 뻗어있다: 유입구로부터 시작하여, 상기 냉각 덕트가 메인 몸체의 내측 구역으로 뻗어있고, 공급 파이프와 외부 벽 사이의 구역에서 하향으로 그렇지 않으면 밸브에 마주한 면 쪽으로 뻗어있고, 공급 축선 쪽으로 다시 내측으로 중심적으로 노즐 플레이트나 또는 공급 지점의 구역으로 나아가고, 그리고 이후 상기 냉각 덕트가 최종적으로 밸브와의 면에 도달하기 직전에 다시 유출구 쪽으로 뻗어있기 전에 공급 파이프 주변에서 동심적으로 그리고 공급 축선에 적어도 부분적으로 뻗어있다. 이와 관련하여 냉각 시스템은, 대향류 열 교환기가 공급 파이프의 구역에 형성되어, 쿨란트가 밸브 쪽으로 유동하고 추가된 요소-수용액이 상기 밸브로부터 멀리 유동하는 방식으로, 특히 설계된다. 냉각 덕트가 또한 노즐 플레이트로 뻗어있으면 가장 바람직하고, 특히, 상기 노즐 플레이트에서 새로운 냉각 쿨란트가 별도의 공급 파이프를 둘러싸는 모든 구역 주위를 유동할 수 있다.
더욱이 또한 메인 몸체가 밸브에 인접한 요소-수용액용 저장소를 형성하는 것이 유리하다고 여겨지며, 상기 밸브가 이러한 저장소와 관련하여 이동가능하게 배치된다. 특히, 저장소는 밸브용 요소-수용액을 제공한다. 저장소가 따라서, 특히, 밸브와 메인 몸체 사이에 형성된다. 적어도 부분적으로, 저장소가 메인 몸체, 밸브 및 실링 수단, 특히 링 시일에 의해 한정되는 방식으로, 상기 밸브가 상기 저장소에 배치되는 것이 가장 바람직하다. 요소-수용액이 작동 동안에 밸브에 최대 저장되는 저장소가 바람직하게는 환형이다. 특히 중앙 원형 세그먼트가 요소-수용액의 부가된 부분을 별도의 공급 파이프 쪽으로 이송시킨다. 요소-수용액이 일반적으로 저장소에 현재 존재하고 저 온도에서 얼 수 있기 때문에, 상기 요소-수용액은 상기 저장소에서 팽창한다. 인젝터가 손상되지 않도록, 밸브는 상기 저장소에 대해 이동가능하게 배치된다. 이는 특히, (전체) 밸브가 메인 몸체로부터, 특히 공급 축선을 따라 멀리 이동될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 이동, 특히 스트로크 이동(예를 들면 2 mm 까지, 특히 1 mm 이상)은 반대방향 이동가능하며, 즉 요소-수용액이 녹을 때 다시 밸브가 정상 위치로 되돌아 간다. 따라서 또한 저장소가 작동 동안에 동일한 양의 요소-수용액을 항상 저장할 수 있다는 것이 보장된다.
더욱이, 메인 몸체가 밸브에 인접한 요소-수용액용 저장소를 형성하면 유리하고, 상기 밸브는 저장소로 개방된 복수의 흡입 파이프를 포함한다. 복수의 흡입 파이프가 예를 들면, 밸브의 원주 방향에서 일정한 핏치로 형성되면, 즉 예를 들면 흡입 파이프의 매 120°마다 하나의 흡입 파이프가 형성되면 바람직하다. 복수의 흡입 파이프를 구비한 구성은 배기 가스 시스템에 대한 최종 위치결정과 관련하여 다재다능한 방식으로 사용될 수 있다는 장점을 제공한다. 이와 유사하게, 저장소로부터 밸브로의 공급은 또한 인젝터가 작동 동안에 예를 들면, 진동의 영향을 받는다면, 보장된다. 저장소의 충전 레벨이나 위치에 따라, 복수의 흡입 파이프 중 적어도 하나의 파이프가 이에 따라 요소-수용액을 현재 제공하는 저장소의 구역에 배치되는 것이 기본적으로 보장된다. 이는 작동 동안에 다재다능성(versatility) 및 계량 정밀도를 상당하게 증가시킨다.
인젝터의 실시예에 따라, 적어도 하나의 스프링 부재가 제공되어 밸브를 메인 몸체에 가압시킨다. 특히, 스프링 부재의 목적은 얼음 형성 이후에 발생된 메인 몸체에 대한 밸브의 이동이나 또는 스트로크 이동을 반대방향으로 하는 것이다. 더욱이, 저장소나 또는 상기 저장소에 저장된 요소-수용액의 양을 고려하여, 스프링 부재는, 얼음이 형성되었을 때 저장소와 관련하여 밸브의 이동을 실제로 가능하게 하는 방식으로 설계될 수 있다. 스프링 부재는 특히, 캡과 밸브 구동장치 사이에 배치될 수 있으나, 또한 예를 들면 고정 수단을 사용하여 캡을 메인 몸체에 고정시킬 수 있고, 스프링 부재가 캡과 메인 몸체나 고정 수단 사이에 선택적으로 제공된다. 특히 스프링 부재는 환형 스프링 또는 스프링 워셔로 구성될 수 있다.
더욱이, 메인 몸체용 소켓을 구비한 베이스가 제공된다면 유리하며, 에어-갭 단열부가 공급 파이프의 부분 주위의 구역에서 상기 베이스와 상기 메인 몸체 사이에 형성된다. 특히, 베이스의 목적은 배기 가스 파이프와 관련하여 메인 몸체를 정위시키는 것이고 이를 단단하게 고정시키는 것이다. 베이스는 또한 특히 금속이다. 소켓은 특히, 메인 몸체의 위치가 베이스에서 정위되는 방식으로 구성된다. 메인 몸체 쪽을 향한 열 플럭스는, 베이스의 큰 영역이 고온의 배기 가스 시스템에 일반적으로 고정되기 때문에, 감소될 수 있다. 이러한 이유 때문에, 특히, 배기 가스 파이프와 마주한 메인 몸체의 하부 구역이 열적으로 분리되게 제안된다. 이 경우, 한편으로 배기 가스 파이프로부터 요소-수용액까지 원치 않는 열을 주로 피하고(끓음을 피하면서) 그리고 다른 한편으로 상기 배기 가스 파이프의 원치 않는 강한 냉각을 피하도록(배기 가스 파이프의 내측면에서의 퇴적의 위험의 감소) 요구된다. 이를 위하여 환형 그렇지 않으면 컵-형상의 공동이 베이스와 메인 몸체 사이에 특히 형성되고 에어-갭 단열부를 형성한다. 따라서, 특히, 메인 몸체와 베이스 사이의 접촉이 배기 가스 파이프로부터 먼 상기 베이스의 면에만 직접적으로 제공되는 것이 바람직하다. 특히 요소-수용액 이송 구역에서 공급 파이프나 노즐 플레이트와 베이스 사이에 단지 선형 접촉부나 또는 반복된 지점 접촉부가 형성되는 것이 또한 바람직하다. 베이스와 노즐 플레이트 사이의 갭이 에어 갭에 배치된 스페이서나 또는 실링 수단에 의해 또한 선택적으로 시일될 수 있다.
인젝터의 실시예에 따라, 적어도 하나의 스페이서가 적어도 하나의 에어-갭 단열부에 제공된다. 스페이서는 특히 베이스와 메인 몸체 서로에 대한 정확한 정위나 간략한 조립을 위해 사용된다. 이러한 스페이서는 예를 들면, 워셔, 금속 시일, 스프링 부재 등으로 구성될 수 있다. 스페이서는 특히, 베이스로부터 메인 몸체까지의 열 전도가 무시되는 방식으로, 형성된다. 특히, 베이스 및 메인 몸체와 접촉하는 작은 영역을 갖는 구성요소 및/또는 낮은 열 전도도를 나타내는 재료가 제공된다. 단지 단일의 스페이서가 제공되어 베이스의 소켓에 메인 몸체용 가이드를 형성하면 가장 바람직하다.
더욱이, 요소-수용액용 피팅이 또한 폐쇄가능한 출구로 구성되도록 제안된다. 이러한 타입의 인젝터가 요소-수용액용 이송 장치의 하류에 일반적으로 배치된다. 이러한 구성은, 요소-수용액이 예를 들면, 5 내지 8 bar의 압력의 증가된 압력으로, 이송 장치(예를 들면, 펌프)로부터 인젝터까지의 연결 파이프에서 및 이에 따라 메인 몸체에서의 피팅 구역에서 또한 저장된다는 것을 의미한다. 폐쇄가능한 출구의 목적은, 예를 들면 인젝터가 정비되거나 또는 교체될 필요가 있을 때, 상기 기재된 압력이 사전결정된 위치에서 소산될 수 있게 하는 것이다. 특히 인젝터에서 압력의 영향을 받는 요소-수용액의 볼륨은 따라서 감압될 수 있고 그리고 적어도 부분적으로, 출구를 통해 유출될 수 있다. 출구는 특히, 피팅에 대한 스퍼(spur) 통로로 형성되고 스토퍼, 예를 들면 실링 스크류에 의해 폐쇄된다.
본 발명과 기술 분야는 도면을 참조하여 아래에서 더욱 상세하게 설명되어 있다. 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내고 있으며, 본 발명이 이들 실시예만으로 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 1은 요소-수용액용 인젝터의 외측 부분 분해도,
도 2는 요소-수용액용 인젝터의 단면도,
도 3은 조립된 상태의 메인 몸체와 베이스의 단면도,
도 4는 별도의 공급 파이프 및 노즐 플레이트에 의해 형성된 구성요소의 도면,
도 5는 도 4의 상세도,
도 6은 베이스와 메인 몸체 사이의 에어-갭 단열부의 상세도,
도 7은 폐쇄가능한 출구를 구비한 요소-수용액용 인젝터의 상세도, 및
도 8은 요소-수용액용 인적테를 포함한 배기 가스 후처리 시스템을 구비한 자동차의 도면이다.
도 1은 요소-수용액용 인젝터(1)의 부분 분해 사시도이다. 파이프 피팅(28)용 어댑터가 도 1의 우측에서 점선으로 도시되어 있고, 상향 파이프 피팅이 예를 들면 냉각 수 공급 및 드레인을 형성하고 중앙 선형 파이프 피팅이 요소-수용액용 연결 파이프를 나타낸다. 이들 파이프 피팅(28)은 예를 들면, 이러한 예에서 도시된 바와 같은 나사부에 의해, 인젝터(1)의 메인 몸체(2)에 현재 통상적으로 배치될 수 있다. 냉각 시스템용 파이프 피팅(28)은 이를 위해 제공된 유입구(11) 또는 유출구(12)로 개방된다. 피팅(3)은 요소-수용액용 파이프 피팅(28)에 마주한 메인 몸체(2)에, 특히 통로로 형성된다. 메인 몸체는 주조 부품이다. 인젝터(1)로의 고체 성분의 진입을 방지하기 위하여, 필터(27)가 또한 피팅(3) 구역에 제공되고, 그리고 특히, 거친 필터(예를 들면, 100 um 이상의 메쉬 크기를 가짐) 및 미세 필터 (예를 들면, 50 μ 이하의 메쉬 크기를 가짐)를 포함하며, 즉 수개의 레이어를 이룬다. 요소-수용액은 결론적으로 이러한 피팅(3) 및 필터(27)를 통해 인젝터(1)로 유동한다.
밸브(4)는 또한 메인 몸체(2) 상에 지시되어 있고 그리고, 본 실시예에 있어서, 캡(24) 아래에 배치된다. 밸브(4)가 관련 플러그 컨넥터(26)로 수용된 캡(24)이 고정 수단(25)에 의해 메인 몸체(2)에 가압된다. 특히 밸브(4)가 이동할 때, 캡이 또한 특히 고정 수단(25)과 관련된 스트로크의 형태로, 보상 이동에 선택적으로 영향을 미칠 수 있는 방식으로, 스프링 부재가 또한 고정 수단(25)과 캡(24) 사이에 선택적으로 제공될 수 있다.
이러한 구성요소가 배기 가스 파이프에 통상적으로 연결된 베이스(17)에 현재 삽입될 수 있다. 이를 위하여, 베이스(17)는, 메인 몸체(2)가 정확한 끼워맞춤으로 위치되고 상기 베이스(17)와 관련하여 원주방향으로 정위되는 방식으로, 내측 소켓(18)을 포함한다.
도 2는 요소-수용액용 인젝터(1)의 일 실시예를 도시한 도면이다. 요소-수용액용 피팅(3)은 도 2의 우측에 또한 도시되어 있다. 인젝터(1)를 통한 요소-수용액의 유동 방향(30)은 또한 검은색 화살표로 지시되어 있다. 필터(27)가 이러한 피팅(3)에 순차로 나타나 있고 본 실시예에 있어서 유동 방향(30)에 대해 만곡되며, 이는 임의의 유입되는 고체 성분이 외측 엣지 구역에서 퇴적되고 이에 따라 유동을 중심적으로 방해하지 않기 때문에, 특히 유리하다. 여과된 요소-수용액은 이후 밸브(4) 쪽으로 제한된 덕트 부를 통해 유동한다. 메인 몸체(2)는, 저장소(14)가 상기 메인 몸체(2)로 통과하는 밸브(4)와 요소-수용액용 피팅(3)으로부터의 덕트 부의 단부 사이에 형성되는 방식으로, 구성된다. 저장소(14)가 본 실시예에서 실질적으로 원형이고 그리고 링 시일(35)(O-링)에 의해 내측 및 외측으로 제한되거나 또는 시일된다. 밸브(4)는 복수의(즉, 3개의) 흡입 파이프(15)를 포함하고, 상기 흡입 파이프에 의해 요소-수용액이 빼내질 수 있다. 밸브 자체(밸브 플랩이나 밸브 핀을 구비함)는 이들 상에 배치되고 밸브 구동장치(5)에 의해 기동가능하다. 밸브 구동장치(5)용 파워 서플라이나 제어 시그널이 플러그 컨넥터(26)를 통해 공급되고, 상기 플러그 컨넥터는 캡(24)으로부터 돌출한다. 따라서 플러그 컨넥터(26)는 또한 배기 가스 파이프로부터 멀리 제거되고 그리고 이에 따라 약간의 열에 노출된다. 밸브(4)가 현재 기동된다면, 공급 파이프(6)로의 입구는 사전결정된 양의 요소-수용액이 특히 내연 기관의 배기 가스 유동으로, 반대쪽 단부에서 공급 파이프(6)로부터 다시 유출될 때까지, 상기 공급 파이프(6)로 유동할 수 있는 방식으로, 개방된다. 별도의 공급 파이프(6)가 밸브(4)와 동일 평면에 배치되고, 그리고 특히 내측 링 시일(35)에 의해 둘러싸인다. 용접된 조인트가 밸브(4)와 마주한 접촉부의 구역에서 별도의 공급 파이프(6)와 메인 몸체(2) 사이에 선택적으로 형성될 수 있다.
요소-수용액이 현재 저장소(14)에 수집될 수 있기 때문에, 상기 요소-수용액이 언다면 실질적인 압력이 생성될 수 있다는 위험이 있다. 이를 위하여, (밸브 구동장치(5)와 함께) 밸브(4)는, 메인 몸체(2) 및 캡(24)에 관련하여 이동가능하도록, 형성된다. 저장소(14) 내측의 압력이 증가하면, 밸브(4) 및 밸브 구동장치(5)가, 특히 스트로크(22)의 방식으로, 변위 이동을 실행할 수 있을 것이다. 외측 링 시일(35)은 따라서 저장소(14)가 계속 밀폐되었다는 것을 보장한다. 이러한 보상 이동이나 또는 스트로크(22)가 스프링 부재(16)로 만들어질 수 있거나 조정될 수 있으며, 상기 스프링 부재에 의해 (밸브 구동장치(5)와 함께) 밸브가 메인 몸체(2)에 대해 가압된다. 얼음이 형성된 결과로 압력이 매우 높다면, 밸브(4)는 상향 이동하고, 그리고 얼려진 요소-수용액이 다시 녹고 압력이 상기 밸브에서 이후 감소된다면, 스프링 부재(16)는 상기 밸브(4)를 다시 뒤로 하향 이동시킨다.
냉각 시스템(10)이 메인 몸체(2)의 하부 구역에 또한 도시되어 있으며, 쿨란트 유동 방향(29)이 이러한 예에 있어서 하얀색 화살표로 지시되어 있다. 따라서, 쿨란트는 냉각 덕트(13)의 도시된 즉 보여지는 부분에 도달할 때까지, 유입구(여기서 도시 생략됨)를 통해 메인 몸체(2)의 내측 구역으로 유동한다. 도 2를 참조하면, 쿨란트가 요소-수용액에 대한 가장 고온의 지점이나 또는 이송 지점의 방향으로, 공급 파이프(6)로부터의 거리로 하향 유동하며, 상기 지점에서 (실질적으로 반대 방향으로) 분기되고 이후 피복 제트(sheathing jet)의 방식으로 별도의 공급 파이프(6)의 현저한 부분 상에 밸브(4)의 방향으로 집중적으로 다시 유동한다. 밸브(4)가 도착하기 직전에, 냉각 덕트(13)가 별도의 공급 파이프(6) 주위의 구역으로부터 출발하고 그리고 유출구(도시 생략) 쪽으로 더욱 뻗어있다. 대향류 열 교환기가 따라서 인젝터의 남아 있는 부분의 구성과 무관하게, 메인 몸체(2) 내로 형성되고, 그리고 공급 파이프(6)에 배치된 요소-수용액이 신뢰가능하게 냉각되고 요소-수용액의 끓음이 방지될 수 있음을 보장한다. 이러한 구성이 요소-수용액에 대한 이송 지점에서 가능한 멀리 실질적으로 발생하는 것을 보장하기 위하여, 냉각 덕트(13)가 특히, 인젝터(1)의 돌출 단부(9)를 형성하는 노즐 플레이트(7)에서 가능한 멀리 뻗어있다. 따라서 고 온도에 노출된 이러한 부분조차도 신뢰가능하게 냉각될 수 있다.
더욱이, 베이스(17)가 또한 본 발명에서 설명되어 있고, 에어-갭 단열부(20)가 메인 몸체(2) 및 또한 별도의 공급 파이프(6)에 대해 원주방향으로 형성된다. 한편으로 쿨란트 재킷(jacket) 및 다른 한편으로 에어-갭 재킷이 결론적으로 능동형(active) 및 수동형(passive) 열적 단열부가 공급 파이프(6)에 동심으로 원주 방향으로 제공되는 방식으로, 이송 지점에 가까운 구역(19)에 위치한 공급 파이프(6) 주위에 제공된다.
도 3은 장치의 단면도로서 상기 장치에서 메인 몸체(2)가 베이스(17)로 삽입된다. 특히, 도 3은 에어-갭 단열부(20)의 확대도이다. 메인 몸체(2)가 실제로 배기 가스 파이프에 마주한 단부면의 구역에 있어서 열-전도 접촉부에서만 있음을 알 수 있을 것이다. 에어-갭 단열부(20) 및 동심의 냉각 덕트(13)가 실질적으로 베이스(17)의 총 높이 내내, 그러나 상기 베이스(17)에서의 소켓의 높이의 적어도 70 % 이상 또는 80 % 이상까지도 중앙 공급 축선(31)에 대해 뻗어있다. 에어-갭 단열부(20)가 (예를 들면, 베이스(17)와 메인 몸체(2) 사이의 거리가 큰 결과) 가장 단단하고 여기서 상기 베이스(17)가 배기 가스 파이프의 부근에서 고체상인데 그 이유는 고 열 용량이 배기 가스 시스템의 폐열에 제공되기 때문이다. 따라서 에어-갭 단열부(20)는 특히 이러한 구역(19)에서 정확하게 나타난다.
도 4는 노즐 플레이트(7) 및 요소-수용액용 별도의 공급 파이프(6)로 이루어진 구성요소가 이송 지점의 부근에, 즉 밸브(도시 생략)에 마주하여 위치되는 것을 나타내고 있다. 별도의 공급 파이프(6)는 예를 들면 위치 공차를 보상하기 위하여, 단부면 부근에서 확장부(38)를 포함할 수 있다. 공급 파이프(6) 내측의 파이프 볼륨(32)이 가능하다면 작게 유지될 수 있으며, 즉 작은 파이프 단면부(33)가 특히 만들어질 수 있다. 예를 들면, 파이프 볼륨(32)은 100 ㎣나 또는 60 ㎣ 이하일 수 있다. 따라서 개별 노즐 플레이트(7)가 단부면에 형성되고 그리고 공급 파이프(6)에 단단하게 연결(용접)된다. 노즐 플레이트(7)는 공급 파이프(6)와의 접촉 구역 주위에서 리세스(49)를 포함하여, 쿨란트가 상기 공급 파이프(6)의 단부면에 가능한 가깝게 유동할 수 있다. 특히, 이에 따라 공급 파이프(6)의 단부에서 노즐 플레이트(7)에 형성된 노즐 오리피스(8)가 또한 냉각될 수 있다. 이러한 상세한 사항이 도 5에 확대되어 있다.
도 5는 도 4로부터 상기-언급된 상사한 사항을 나타낸 도면이다. 노즐 플레이트(7)가 전방에서, 공급 파이프(6)의 단부면과 상기 노즐 플레이트를 연결하는 용접된 시임(37)을 포함하는 것을 알 수 있다. 용접된 시임(37)이 또한 스팟 용접으로 구성될 수 있다. 노즐 플레이트(7)가 공급 파이프(6)의 단부면에 대해 동일면으로 놓여지고 그리고 또한 원주 방향으로, 상기 공급 파이프의 단부에서 종결한다. 경사부에서 공급 축선(31) 쪽으로 뻗어있는 2개의 노즐 오리피스(8)가 이러한 예에 도시된 확장부(38) 부근에 도시되어 있다. 노즐 오리피스(8)는, 제트 각도(36)가 상기 오리피스 사이에서 바람직하게는 20°이하의 각도로 만들어지는 방식으로, 특히 구성된다. 따라서 노즐 오리피스(8)는 바람직하게는 형성된 요소-수용액 제트가 노즐 플레이트(7)를 떠난 이후에 만나는 방식으로 정위된다. 요소-수용액의 매우 작은 액적에 의한 특히 유효 분무 패턴이 이러한 타입의 충돌 제트(jet)로 만들어질 수 있어, 배기 가스에서의 요소-수용액의 향상된 분배가 달성될 수 있다.
도 6은 요소-수용액용 인젝터(1)의 다른 상세한 도면이다. 이러한 도면에서 에어-갭 단열부(20)의 일 실시예가 특히 다시 한번 도시되어 있다. 이와 유사하게, 베이스(17)로부터 메인 몸체(2)까지의 열 전도가 동시에 감소되면서, 상기 메인 몸체(2)가 약간의 이동으로 상기 베이스(17)에 단단하게 위치되는 것을 현재 보장하기 위하여, 에어-갭 단열부(20)가 유출구(12)로 형성된다. 이러한 예에 있어서 스페이서(21)가 바구니(basket)의 방식으로 메인 몸체(2)를 수용하는 금속 프로파일부(39)의 형태로 구성된다. 특히, 금속 프로파일부는 한편으로는 메인 몸체(2)나 또는 노즐 플레이트(7)로써 그리고 다른 한편으로는 베이스(17)로써 선형 접촉부(40)를 단지 형성하는 방식으로 형성된 타입의 스프링 부재이다. 선형 접촉부(40)는 베이스(17)에 대해 메인 몸체(2)나 또는 노즐 플레이트(7)를 정위시킬 수 있지만, 그러나 금속 프로파일부(39)를 통한 상당한 열 전도를 극복할 수 없다.
도 7은 요소-수용액용 인젝터의 다른 단면도로서, 이러한 도 7에 단지 하부 부분 구역이 도시되어 있다. 메인 몸체(2)를 통과하는 별도의 공급 파이프(6)가 노즐 플레이트(7)와 중심적으로 도시되어 있다. 이러한 예에 있어서 에어-갭 단열부(20)가 또한 스페이서와 같은 워셔(34)를 제공함으로써 달성된다. 워셔(34)는 배기 가스 파이프를 향한 실링 재료 및/또는 단열재(thermal insulator)에 의해 형성될 수 있다. 대응하는 에어-갭 단열부(20)가 따라서 노즐 플레이트(7)와 베이스(17) 사이에서 이송 지점까지 달성될 수 있으며, 상기 이송 지점에서 상기 노즐 플레이트(7)가 상기 베이스(17)를 통과한다. 따라서 에어-갭 단열부(20)는 또한 메인 몸체(2) 및 베이스(17)가 고정 수단(25)을 통해 조립될 때, 유지될 수 있다.
출구(23)가 또한 도 7의 우측에 도시되어 있고, 요소-수용액용 메인 몸체(2)에서 피팅(3)과 연통을 가능하게 한다. 이러한 출구(23)는 스토퍼(41), 특히 나사산이 형성된 나사부로써 폐쇄될 수 있다. 스토퍼(41)는, 피팅(3)에 배치된 요소-수용액의 볼륨이 이러한 출구(23)를 통해 분해될 수 있는 방식으로, 인젝터의 분해나 정비를 위해 제거될 수 있다.
도 8은 특히 요소-수용액용 인젝터(1)의 바람직한 적용 분야를 나타내고 있다. 내연 기관(42), 예를 들면 디젤 엔진을 구비한 자동차(50)가 개략적으로 도시되어 있다. 내연 기관에서 발생된 배기 가스가 적어도 하나의 배기 가스 파이프(44)를 포함한 배기 가스 시스템(43)으로 이송된다. SCR 공정을 실행하기 위하여, 환원제(이러한 예에서, 암모니아)가 배기 가스에 먼저 혼합되고 이후 배기 가스 처리 유닛(45), 특히, SCR 촉매 변환기를 통해 혼합물이 공급된다. 배기 가스에 함유된 질소 산화물이 이후 배기 가스 처리 유닛(45)의 상류의 배기 가스에 대한 요소-수용액의 선택적인 계량으로 및 배기 가스의 적당한 온도에서 배기 가스 처리 유닛(45)에서의 촉맨 변환을 겪게 된다. 이러한 공정에 필요한 암모니아가 바람직하게는 배기 가스의 면전에서, 열분해 및/또는 가수분해에 의해 요소-수용액으로부터 만들어진다. 이러한 용액은 순차로 필요에 따라 인젝터(1)를 통해 공급된다. 요소-수용액은 예를 들면, 탱크(46)에 저장될 수 있고 그리고 특히, 펌프를 포함한 이송 장치(47)를 통해 인젝터(1)로 이송될 수 있다. 이송 장치(47) 및/또는 인젝터(1)의 작동은 상위 제어 유닛에 의해 필요에 따라 제어될 수 있다. 이는 배기 가스 조성, 배기 가스 온도 및/또는 내연 기관의 상태에 관한 시험 데이터를 고려할 수 있다. 이러한 제어 유닛은 또한 엔진 제어 시스템의 일부일 수 있다.
따라서 본 발명은 비용-절감 방식으로 만들어질 수 있는 실제, 정밀하게 계량하는 냉동 방지 인젝터를 개시하고 있다.
1 인젝터 2 메인 몸체
3 피팅 4 밸브
5 밸브 구동장치 6 공급 파이프
7 노즐 플레이트 8 노즐 오리피스
9 단부 10 냉각 시스템
11 유입구 12 유출구
13 냉각 덕트 14 저장소
15 흡입 파이프 16 스프링 부재
17 베이스 18 소켓
19 구역 20 에어-갭 단열부
21 스페이서 22 스트로크
23 출구 24 캡
25 고정 수단 26 플러그 컨넥터
27 필터 28 파이프 피팅
29 쿨란트 유동 방향 30 유동 방향
31 공급 축선 32 파이프 볼륨
33 파이프 단면부 34 워셔 35 링 시일 36 제트 각도
37 용접된 시임 38 확장부
39 금속 프로파일부 40 선형 접촉부
41 스토퍼 42 내연 기관
43 배기 가스 시스템 44 배기 가스 파이프
45 배기 가스 처리 유닛 46 탱크
47 이송 장치 48 연결 파이프
49 리세스 50 자동차

Claims (10)

  1. 요소-수용액용 인젝터(1)로서,
    요소-수용액용 피팅(3)을 구비한 메인 몸체(2), 밸브 구동장치(5)를 구비한 밸브(4), 및 요소-수용액용 별도의 공급 파이프(6)를 적어도 포함하고, 상기 공급 파이프는 적어도 부분적으로 상기 메인 몸체(2)를 통해 뻗어있는 요소-수용액용 인젝터(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 별도의 공급 파이프(6)는 노즐 플레이트(7)에서 끝나는 요소-수용액용 인젝터(1).
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 노즐 플레이트(7)는 적어도 복수의 노즐 오리피스(8)를 구비하거나 또는 상기 공급 파이프(6)의 돌출 단부(9)를 형성하는 요소-수용액용 인젝터(1).
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 몸체(2)는 유입구(11) 및 유출구(12)를 포함한 냉각 시스템(10) 뿐만 아니라 적어도 하나의 냉각 덕트(13)를 부가적으로 포함하고, 상기 냉각 덕트는 상기 메인 몸체(2)를 통해 뻗어있고 그리고 상기 공급 파이프(6)에 의해 부분적으로 관통되는 요소-수용액용 인젝터(1).
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 몸체(2)는 상기 밸브(4)에 인접한 요소-수용액용 저장소(14)를 형성하고, 상기 밸브(4)는 상기 저장소(14)에 대해 이동가능하게 배치되는 요소-수용액용 인젝터(1).
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 몸체(2)는 상기 밸브(4)에 인접한 요소-수용액용 저장소(14)를 형성하고, 상기 밸브(4)는 상기 저장소(14)로 개방되는 복수의 흡입 파이프(15)를 포함하는 요소-수용액용 인젝터(1).
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 스프링 부재(16)가 제공되어 상기 밸브(4)를 메인 몸체(2)로 가압하는 요소-수용액용 인젝터(1).
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 몸체(2)용 소켓(18)을 구비한 베이스(17)가 제공되며, 에어-갭 단열부(20)가 상기 공급 파이프(6)의 일부 주위의 구역(19)에서, 상기 메인 몸체(2)와 베이스(17) 사이에 형성되는 요소-수용액용 인젝터(1).
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 스페이서(21)가 에어-갭 단열부(20)에 제공되는 요소-수용액용 인젝터(1).
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요소-수용액용 상기 피팅(3)이 폐쇄가능한 출구(23)로 구성되는 요소-수용액용 인젝터(1).
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