KR20140143396A - 동축 유량 인젝터 - Google Patents

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KR20140143396A
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스티븐 엠. 토마스
존 로리
에릭 그랜트
로션 로드리게스
데이빗 해머
크리스토퍼 오토
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테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

시약을 분사하는 인젝터(injector)는 하우징(housing) 내부에 배치된, 축방향으로 이동가능한 밸브 부재를 포함한다. 전자석(electromagnet)은 하우징 내부에 배치되며, 밸브 부재와 인접하게 배치된 와이어의 코일을 포함하여서, 밸브 부재는 전자석의 활성화에 반응하여 오리피스에 대한 결착 위치(seated position) 및 탈착 위치(unseated position) 사이에서 움직인다. 하우징에 결합된 커넥터(connector)는 복귀 튜브(return tube)와 동심적으로 정렬되고 복귀 튜브를 둘러싸는 유입 튜브(inlet tube)를 포함한다. 유입 튜브는 시약원으로부터 가압된 시약을 수용한다. 복귀 튜브는 시약을 시약원으로 복귀시킨다.

Description

동축 유량 인젝터{COAXIAL FLOW INJECTOR}
본 발명은 인젝터 시스템에 관한 것이며, 특히 디젤 엔진 배기구(diesel engine exhaust)로부터 질소 산화물(NOx) 배출물을 감소시키기 위해, 요소 수용액(aqueous urea solution)과 같은 시약(reagent)을 배기 스트림(exhaust stream)으로 분사하는 인젝터 시스템에 관한 것이다.
본 섹션은 반드시 선행 기술이 아닌 본 개시에 관련된 배경 정보를 제공한다. 희박 연소 엔진(lean burn engines)은 사용가능한 연료의 완전 연소를 위해 필요한 양보다 많은 산소량인, 과잉 산소로 작동하므로써, 향항된 연료 효율성을 제공한다. 이러한 엔진은 "희박기(lean)" 또는 "희박 혼합기(lean mixture)"로 구동되는 것을 말한다. 그러나, 비희박 연소 엔진(non-lean burn combustion)과 대조적으로, 향상되거나 증가된 연료 경제성은 원하지 않는 오염물 방출, 특히 질소 산화물(oxides of nitrogen, NOx)을 방출함으로써 상쇄된다.
희박 연소 내연 기관(lean burn internal combustion engines)으로부터 NOx를 감소하기 위해 이용된 한 방법은 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction; SCR)로 알려져있다. 예를 들어, 디젤 엔진으로부터 방출을 감소시키기 위해 이용될 때, SCR은 하나 이상의 선택된 엔진 작동 매개 변수, 예를 들어 배기 가스 온도, 엔진 rpm 또는 엔진 연료 유량, 터보 부스트(turbo boost) 압력 또는 배기 NOx 질량 유량에 의해 측정된 엔진 부하(engine load)에 관련된 엔진의 배기 스트림으로 미립화된 시약(atomized reagent)을 분사하는 것을 포함한다. 시약/배기 가스 혼합물은 시약의 존재 하에, NOx 농도를 감소시킬 수 있는 촉매, 예를 들어 활성 탄소 또는 금속, 예를 들어 백금(platinum), 바나듐(vanadium) 또는 텅스텐(tungsten)을 포함하는 반응기를 통과한다.
요소 수용액(aqueous urea solution)은 디젤 엔진용 SCR 시스템에서 효율적인 시약로 알려져있다. 그러나, 이러한 요소 수용액의 이용은 많은 단점을 수반한다. 요소는 부식성이 매우 높으며, 배기 스트림으로 요소 혼합물을 분사하기 위해 이용된 인젝터와 같은 SCR의 기계적 구성요소에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 또한, 요소는 디젤 배기 시스템의 온도와 같이 높은 온도로 장기간 노출 시, 고형화될 수 있다. 고형화된 요소는 좁은 통로에 축적될 것이며, 일반적으로 인젝터에서 발견된 오리피스 개구부(orifice opening)를 빠져나갈 것이다. 또한, 고형화된 요소는 인젝터의 이동부의 파울링(fouling)을 야기할 것이며, 다른 개구부 또는 요소 유로(flow passageways)를 막아, 인젝터의 이용을 불가능하게 할 것이다.
몇몇 시약 분사 시스템은 펌프(pump), 공급선(supply line) 및 복귀선(return line)을 포함하여서, 수성 요소(aqueous urea)가 고형화되는 것을 최소화하기 위해 계속 펌핑되며, 인젝터로부터 원격 위치(remote location)에 저장된 수성 요소까지 열을 전달한다. 일반적으로, 인젝터는 공급선에 결합된 유입구 및 복귀선에 결합된, 간격을 두고 떨어져있는 배출구를 구비한다. 지금까지, 이러한 방식으로 형성된 인젝터가 기능을 갖추는 동안, 하나 이상의 시약 유선(reagent flow line)의 제공 및 공급에 관하여, 패키징(packaging) 및 비용 문제가 발생할 수 있다. 다른 고려 사항은 설치가 쉬운지, 시약 유량이 균일한지 및 열원(heat source)으로부터 멀리 떨어진 시약 유입구의 이동에 대하여 가능한 효율적인지에 있다. 따라서, 동축의 공급선 및 복귀선을 가지는 시약 인젝터를 포함하는 향상된 인젝터 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 섹션은 본 개시의 일반적인 개요를 제공하며, 본 개시의 전체 범위 및 모든 특징을 포괄적으로 개시하지 않는다.
시약을 분사하는 인젝터는 하우징(housing) 내에 배치된, 축방향으로 이동가능한 밸브 부재(axially translatable valve member)를 포함한다. 전자석(electromagnet)은 하우징 내에 배치되며, 밸브 부재 가까이에 배치된 와이어의 코일을 포함하여, 상기 밸브 부재는 전자석의 활성화에 반응하여 오리피스의 결착 위치(seated position) 및 탈착 위치(unseated position) 사이에서 움직인다. 하우징에 결합된 커넥터(connector)는 복귀 튜브(return tube)와 동심적으로 정렬되고 복귀 튜브를 둘러싸는 유입구를 포함한다. 유입 튜브(inlet tube)는 시약의 근원으로부터, 가압된 시약을 수용하는데 적합하다. 복귀 튜브는 시약을 상기 근원으로 되돌리는데 적합하다.
시약을 분사하는 인젝터는 하우징 내에 배치된, 축방향으로 이동가능한 밸브 브재를 포함한다. 전자석이 하우징 내에 배치됨에 따라, 밸브 부재는 전자석의 활성화에 반응하여 오리피스에 대한 결착 위치 및 탈착 위치 사이에서 움직인다. 커넥터는 하우징에 결합되며, 시약의 근원으로부터, 가압된 시약을 수용하는데 적합하다. 복귀 튜브는 시약을 근원으로 되돌리는데 적합하다. 내부 몸체(inner body)는 내부 몸체 및 하우징 사이를 통과하도록 적어도 부분적으로 시약의 유량 경로를 형성하는 하우징 내에 배치된다. 내부 몸체는 바이패스 통로(bypass passage) 및 복수의 스월 슬롯(swirl slots)을 포함한다. 밸브 부재가 결착 위치에 있을 때, 시약은 유로(flow path) 및 바이패스 통로(bypass passage)를 통하여 유입 튜브에서 복귀 튜브로 흐른다. 밸브 부재가 탈착 위치에 있을 때, 시약의 일부는 유로를 통하여 유입 튜브에서, 스월 슬롯을 통하여, 오리피스의 밖으로 를 통하여 유입 튜브로부터 흐른다.
적용 가능한 추가 영역은 여기에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 설명 및 본 개요의 특정 예는 설명만을 목적으로 하며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
여기에 기술된 도면은 선택된 실시예만 설명하는 목적을 가지며, 가능한 모든 구현이 아니며, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
도 1은 본 개시에 따라 형성된, 전자기적으로 제어된 시약 인젝터를 포함하는 배기 가스 후처리 시스템(exhaust aftertreatment system)을 나타내는 도식도.
도 2는 전자기적으로 제어된 시약 인젝터의 사시도.
도 3는 시약 인젝터의 확대 사시도.
도 4는 도 2 및 도 3에 나타낸 인젝터의 단면도.
도 5는 도 2 및 도 3에 나타낸 인젝터의 다른 단면도.
도 6은 이전에 기술된 인젝터의 내부 하체의 사시도.
도 7은 이전에 기술된 인젝터의 내부 하체의 다른 사시도.
도 8는 대체 커넥터의 사시도.
도 9는 도 8의 대체 커넥터의 단면도.
실시예는 첨부된 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다. 본 발명이 디젤 엔진 및 NOx 배출물의 감소에 관하여 기술될 수 있지만, 본 발명은 복수의 배기 스트림 중 어느 하나, 예를 들어 비제한 예로서, 디젤, 가솔린, 터빈(turbine), 연료 전지, 제트 또는 배출 스트림(discharge stream)을 배출하는 다른 전원(power source)에 관하여 이용될 수 있다. 또한, 본 발명은 원하지 않는 복수의 배출물 중 어느 하나의 감소에 관하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 디젤 매연 필터(diesel particulate filters)의 재생을 위한 탄화수소의 분사도 본 개시의 범위 내에 있다. 추가 설명에 있어서, 여기에서 참조로서 통합된, "미립화된 유체의 분사 방법 및 장치"라는 제목 하에 2008년, 11월 21일에 출원된, 미국 출원 번호 2009/0179087A1를 주의해야 한다.
도면을 참조하여, 내연 기관(21)의 배기가스로부터 NOx 배출물을 감소시키는 오염 제어 시스템(pollution control system, 8)이 제공된다. 도 1에서, 시스템의 소자 사이의 실선은 시약의 유체 라인(fluid lines)을 나타내며, 점선은 전기적 연결을 나타낸다. 본 발명의 시스템은 시약을 보유하는 시약 탱크(reagent tank, 10) 및 탱크(10)로부터 시약을 전달하는 전달 모듈(delivery module, 12)을 포함한다. 시약은 요소 용액(urea solution), 탄화수소(hydrocarbon), 알킬 에스테르(alkyl ester), 알코올(alcohol), 유기 화합물(organic compound), 물(water) 등일 수 있으며, 이들의 혼합물(blend) 또는 결합물(combination)일 수 있다. 하나 이상의 시약이 시스템에서 이용가능할 수 있고, 단독 또는 결합하여 이용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 탱크(10) 및 전달 모듈(12)은 통합된 시약 탱크/전달 모듈을 형성할 수 있다. 또한, 시스템(8)의 일부로서, 전자 분사 컨트롤러(electronic injection controller, 14), 시약 인젝터(reagent injector) 및 배기 시스템(18)이 제공된다. 배기 시스템(18)은 적어도 하나의 촉매 베드(catalyst bed, 17)에 배기 스트림을 제공하는 배기관(exhaust conduit, 19)을 포함한다.
전달 모듈(12)은 공급선(9)을 통해 탱크(10)로부터 시약을 공급하는 펌프를 포함할 수 있다. 시약 탱크(10)는 폴리프로필렌(polypropylene), 에폭시가 코팅된 탄소강(epoxy coated carbon steel), PVC, 또는 스테인리스 강(stainless steel)일 수 있으며, 적용에 따라 치수화된다(예를 들어, 차량에 이용할 목적으로, 차량 크기, 기타등등). 압력 조절기(pressure regulator)(미도시된)는 미리결정된 압력 설정치(예를 들어, 약 60~80 psi의 상대적으로 낮은 압력 또는 몇몇 실시예에서, 약 60~150 psi의 압력)에서, 시스템을 유지하기 위해 제공되며, 시약 인젝터(16) 중 복귀선(35)에 배치될 수 있다. 압력 센서는 시약 인젝터(16)를 유도하는 공급선(9)에 제공될 수 있다. 또한, 시스템은 얼어있는 시약을 녹이거나 시약이 어는 것을 방지하기 위해 다양한 동파 방지 전략을 포함할 수 있다. 시스템의 작동 동안, 인젝터가 시약을 배기 가스로 방출하든 아니든 상관 없이, 시약은 인젝터를 냉각하고 인젝터에서 시약의 체류 시간을 최소화하도록 탱크(10) 및 시약 인젝터(16) 사이에서 연속으로 순환함에 따라, 시약은 차갑게 유지된다. 엔진 배기 시스템에서 숙련됨에 따라, 300~650℃의 증가된 온도로 노출 시, 고형화될 수 있는 수성 요소와 같은, 온도에 민감한 시약을 위해, 시약의 연속 순환이 필요할 수 있다.
또한, 시약의 고형화가 방지되는 것을 보장하기 위해, 140℃이하, 바람직하게 5~95℃의 낮은 작동 범위에서 시약 혼합물(reagent mixture)을 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 형성될 수 있는, 고형화된 시약은 인젝터의 이동부 및 개구부를 파울링할 수 있다.
필요한 시약의 양은 부하, 배기 가스 온도, 배기 가스 유량, 엔진 연료 분사 타이밍, 바람직한 NOx 감소, 대기압(barometric pressure), 상대 습도(relative humidity), EGR율(EGR rate) 및 엔진 냉각수 온도(engine coolant temperature)에 따라 바뀔 수 있다. NOx 센서 또는 NOx 미터(NOx meter, 25)는 촉매 베드(17)의 하부에 배치된다. NOx 센서(25)는 엔진 제어 유닛(27)으로, 배기 NOx 함량을 나타내는 신호를 출력하는데 사용할 수 있다. 모든 또는 일부의 엔진 작동 매개 변수는엔진/차량 데이터버스(engine/vehicle databus)를 통해 엔진 에어 유닛(27)에서 시약 전자 분사 컨트롤러(reagent electronic injection controller, 14)로 공급될 수 있다. 또한, 시약 전자 분사 컨트롤러(14)는 엔진 에어 유닛(27)의 일부로서 포함될 수 있다. 배기 가스 온도, 배기 가스 유량 및 배기 배압(exhaust back pressure) 및 다른 차량 작동 매개 변수는 각각의 센서에 의해 측정될 수 있다.
도 2~7을 참고하여, 시약 인젝터(16)가 더 기술될 것이다. 시약 인젝터(16)는 외부 몸체 상부(52) 및 외부 몸체 하부(64)를 가지는 외부 몸체 어셈블리(outer body assembly, 50)를 포함한다. 외부 몸체 하부(55)는 용접(welding) 및 기계적 고정 공정(fastening process)을 통해 외부 몸체 상부(52)에 고정될 수 있다. 장착 플랜지(mounting flange, 56)는 배기관(19)에 인젝터(16)을 결합하기 위해 외부 몸체 어셈블리(50)에 고정될 수 있다. 세척기(washer, 57)는 장착 플랜지(56) 및 외부 몸체 어셈블리(50) 사이에 배치된다.
유체 슬리브 어셈블리(fluid sleeve assembly, 58)는 플럭스 브레이크(flux break, 64)에 의해 통합되는, 제 1 플럭스 브릿지 칼라(flux bridge collar, 60) 및 제 2 플럭스 브릿지 칼라(62)를 가지는 3중 어셈블리(three-piece assembly)로 표현된다. 유체 슬리브 어셈블리(58)는 연장된 중공의 원통형 부재 크기로 형상화되며, 외부 몸체 어셈블리(50)을 통하여 연장되도록 배치된다. 제 1 플럭스 브릿지 칼라(60)는 플럭스 브레이크(64)의 감소된 외부 직경 단차부(stepped portion)를 수용하도록 치수화된 카운터보어(counterbore, 66)를 포함한다. 플럭스 브레이크(64)는 제 1 플럭스 브릿지 칼라(62)의 감소된 외부 직경 부분(70)에 따라 치수화된 카운터보어(68)를 포함한다. 제 1 플럭스 브릿지 칼라(60)는 외부 몸체 상부(52)에 형성된 포켓(pocket, 74)에 따라 감소된 외부 직경 부분(72)를 포함한다.
연장된 내부 하체(80)는 유체 슬리브 어셈블리(fluid sleeve assembly, 58) 내에 수용될 수 있다. 연장된 내부 하체(80)는 연장된 관통 보어(throughbore, 82)를 포함한다. 복수의, 원주방향으로 이격된 상부 돌출부(84)는 원통형부(cylindrical portion, 86)로부터 반지름 방향으로 외부로 연장된다. 각각의 상부 돌출부(84) 및 각각의 하부 돌출부(88) 사이의 갭(gaps)은 축방향으로 연장되는 몇몇의 유동 채널(flow channels) 또는 유로(90)를 형성하도록 서로에 일렬로 있다. 복수의, 원주방향으로 이격된 어퍼쳐(apertures, 94)는 유동 채널(90) 및 보어(82)를 연결하는 연장된 내부 하체(80)을 통하여 반지름 방향으로 연장된다. 플랜지(96)는 연장된 내부 하체(8)의 한 말단에서, 원통형부(86)로부터 반지름 방향으로 외부로 연장된다. 복수의 스월 슬롯(100)은 내부 용적 또는 스월 챔버(swirl chamber, 102)에서 종결되는 플랜지(86)를 통하여 연장된다. 스월 슬롯(100)은 스월 챔버(102)를 접선방향으로 교차하도록 배치된다. 스월 슬롯(100)은 유로(90)와 유체 연결식에 있다.
오리피스 판(orifice plate, 110)은 유체 슬리브 어셈블리(58)에 고정되며, 내부 하체(8)에 결합된다. 오리피스 판(110)은 내부 하체(80)에 형성된 오목부(114) 내에 수용된, 상승된 중심 허브 부분(center hub portion, 112)을 포함한다. 중심 허브 부분(112)의 표면부(116)는 스월 챔버(102) 부분을 형성한다. 오리피스(118)는 오리피스 판(110)을 통하여 연장되며, 스월 챔버(102)와 유체 연결식에 있다.
밸브 부재(124)는 보어(82) 내에 슬라이드식으로(slidably) 배치된다. 밸브 부재(124)는 원뿔 형상의 제 1 단부(128) 및 반대쪽의 제 2 단부(129)를 가지는 연장된 핀틀(pintle, 126)을 포함한다. 제 1 단부(128)는 결착될 때 밸브 부재(124)의 밀봉 위치(sealed position) 및 폐쇄 위치(closed position)를 형성하도록 오리피스 판(110)의 밸브 시트(130)와 선택적으로 결합할 수 있다. 핀틀(126)이 밸브시트(130)로부터 간격을 두고 떨어져 있을 때, 비-밀봉된(unsealed), 개방 위치(open position)가 존재한다. 밸브 시트(130)는 오리피스(118)를 둘러싼다. 밸브 시트는 오리피트(118)를 통하여 반응물의 유량을 제한하도록 핀틀(126)의 원뿔형 단부(128)를 보완하기 위해 나타낸 대로 원뿔형이거나 콘-형상(cone-shaped)일 수 있다. 적용 및 작동 환경에 의존하여, 핀틀(126) 및 오리피스 판(110)은 바람직한 수행 특성을 제공할 수 있고 더 쉽고 효율적인 비용으로 제조될 수 있는, 카바이드 물질(carbide material)로 형성될 수 있다. 또한, 제조하기 복잡한 부품 형상과 같은, 다른 물질에 관련된 제한 또는 단점이 방지될 수 있다. 카바이드는 디스템퍼(distemper)일 수 있는, 탄소강 및 공구강(tool steels)과 대조적으로, 870~980℃일 수 있는 브레이징 온도(brazing temperatures)에 대하여 둔감한 것과 같은, 추가적인 이점을 제공할 수 있다. 또한, 카바이드는 대부분의 다른 강으로 이루어질 수 있는 경도(hardness)와 비교하여, 증가된 표면 경도를 제공할 수 있다. 또한, 카바이드는 전반적인 내마모성(wear resistance)에 대하여 이로울 수 있다.
핀틀 헤드(pintle head, 142)는 핀틀(126)의 제 2 단부(129)에 고정된다. 핀틀 헤드(142)는 보어(82) 내에 슬라이드식으로 배치된다. 핀틀 헤드(142) 및 보어(82) 사이의 가동-클래스 슬립 핏(running-class slip fit)은 밸브 부재(126)에 대한 상부 가이드(upper guide)를 제공한다. 하부의 밸브 부재 가이드(valve member guide)는 핀틀(126) 및 보어(82)의 감소된 직경 부분(146) 사이의 슬라이딩 접촉면(sliding interface)에 형성된다. 이러한 배열에 기반하여, 밸브 부재(124)는 밸브 시트(130) 및 오리피스(118)와 정확하게 일렬로 있다.
복수의, 원주방향으로 이격된 및 반지름 방향으로 연장된 어퍼쳐(150)는 핀틀(126)을 통하여 연장된다. 세로방향으로 연장된 블라이드 보어(blind bore, 152)는 어퍼쳐(150)와 유체 연결식으로 제 2 단부(129)로부터 연장된다. 핀틀(126)이 폐쇄 위치 또는 결착 위치에 있을 때, 어퍼쳐(150)는 반응물 복귀 통로의 일부를 형성하기 위해 어퍼쳐(94)와 유체 연결식으로 배치된다.
폴 피스(pole piece, 264)는 보어(82) 내에 수용되는 크기의, 확장된 직경의 제 1 단부(166)를 포함한다. 폴 피스(164)의 제 1 단부(166)는 전자 빔 용접 또는 레이저 용접과 같은 공정을 이용하여 내부 하체(80)에 고정된다. 폴 피스(164)의 반대쪽의, 감소된 직경의 제 2 단부(168)는 결합부(coupling, 174)에 형성된 보어(172) 내에 밀봉식으로 장착된다. 밀봉부(176)는 결합부(174)의 그루브(groove, 178) 내에 배치된다. 연장된 폴 피스(164)는 연장된 폴 피스(164)를 통하여 연장된 중심 보어(central bore, 184)를 포함한다. 중심 보어(184)는 보어(162) 및 보어(172)와 동축으로 정렬된다. 오리피스(186)는 폴 피스(164)의 제 2 단부(168)에서, 중심 보어(184) 내에 배치된다. 카운터보어(counterbore, 188)는 폴 피스(164)의 제 2 단부(168)로부터 안쪽으로 연장된다. 압축 스프링(compression spring, 194)은 시트(130)와 결합하여 밸브 부재(124)를 가압하도록 핀틀 헤드(142)와 바이어스 결합(biased engagement)하여 카운터보어(188) 내에 배치된다.
튜브(200)는 제 1 플럭스 브릿지 칼라(60) 내에 배치되며 제 1 플럭스 브릿지 칼라(60) 내에 고정된 제 1 단부(202)를 포함한다. 제 1 단부(202)는 내부 하체(80)로부터 축방향으로 연장된, 원주방향으로 이격된 정지부(stops, 204)에 인접한다.
동축의 커넥터(210)는 한쪽 단부에서, 확장된 칼라(214)를 가지는 하우징(212) 및 반대쪽 단부에서, 일체형으로 형성된 유입 튜브(216)를 포함한다. 복귀 튜브(218)는 하우징(212) 내에서 90도로 회전하여 유입 튜브(216)를 통하여 연장된다. 복귀 튜브(218)의 제 1 단부(220)는 유입 튜브(216)의 터미널 단부(terminal end)를 넘어 연장된다. 복귀 튜브(218)의 반대쪽 제 2 단부(222)는 결합부(174)의 돌출된 외면(224)에 결합된다. 리테이너(retainer, 230) 및 클립(clip, 232)은 튜브(200)의 하우징(212)을 제거가능하도록 칼라(214)와 협력한다. 특히, 리테이너(230)의 원통형 파일럿(cylindrical pilot, 234)는 하우징(212)의 계단식 보어(236) 내에 수용된다. 튜브(200)의 일부(206)는 리테이너(230)의 랜드부(land, 238)에 결합한다. 클립(232)은 랜드부(238)에 튜브의 일부(206)를 고정한다. 탱부(tang, 242)는 리테리너(230)로부터 반지름 방향으로 외부로 돌출하며, 어퍼쳐(244)를 통해 돌출하고 표면(246)에 결합됨으로써, 스냅 핏(snap fit) 결합으로 칼라(214)에 결합된다. 클립(232)은 칼라(214)를 통하여 연장되는 어퍼쳐(250)를 통하여 가로방향으로 삽입된다. 레그(legs, 252)는 하우징(212), 리테이너(230) 및 클립(232) 사이의 상대 운동을 제한하기 위해 리테이너(230)를 통해 연장된 어퍼쳐(254)를 통해 연장된다. 스페이서(spacer, 260)는 유입 튜브(216)를 통하여 흐르는 시약의 경로를 제공하도록 하우징(212) 내부에 배치된다. 케이지(cage, 262)는 유입 필터(미도시된)를 고정하기 위해 튜브(200) 내에 배치된다.
도면에 나타낸대로, 전자석 어셈블리(electromagnet assembly, 300)는 외부 몸체 어셈블리(50) 내에 배치된다. 전자석 어셈블리(300)는 보빈(bobbin, 304) 주위를 감싸는 와이어(302)의 코일을 포함한다. 핀틀 헤드(142)는 430 스테인리스 상과 같은 자성 물질로부터 형성되어서, 코일(302)의 전기 활성화는 폴 피스(164) 쪽으로 핀틀 헤드(142)를 가압하는 자기장(magnetic field)을 형성한다. 코일(202)이 활성화될 때, 핀틀(126)의 제 1 단부(128)는 시약이 오리피스(118)를 통하여 흐르도록 시트(130)로부터 분리된다. 전력은 예를 들어 전자 분사 컨트롤러(14)에서 신호에 반응하여, 수용부(receptacle, 311)에 접근하여 코일(302)에 제공될 수 있다.
플럭스 브릿지 칼라(60, 62)는 페라이트계(ferritic)의 430 스테인리스 강으로부터 형성된다. 폴 피스(164)는 페라이트계의 430 스테인리스 강 또는 유사한 자성 물질로부터 형성된다. 핀틀 헤드(142)는 페라이트계의 430 스테인리스 강으로부터 형성된다. 플럭스 브레이크(Flux break, 64)는 내부 하체(80)와 같이, 비-페라이트계 및 비-자성의 304 스테인리스 강으로 형성된다. 자성 물질 및 비-자성 물질로부터 이전에 기술된 구성요소의 형성 및 서로에 인접한 자성 물질의 밀접한 위치 선정은 전자석 어셈블리(300)의 자기 회로 성능을 매우 향상시킨다. 저비용, 감소된 크기 및 질량을 가지는 향상된 전자기 장치를 제공하기 위해, 더 작은 코일 와이어의 이용, 더 적은 와이어의 교체 수 및 감소된 전류량이 이득이된다. 또한, 밸브 부재(124)의 위치의 제어가 증가된다.
시약 인젝터(16)의 핀틀(126)이 폐쇄 위치에 있을 때, 폐쇄된 루프 시약 유체 통로가 제공된다. 시약은 전달 모듈(12)를 통하여 시약 탱크(10)로부터, 전달 모듈(12) 및 인젝터(16)을 상호연결하는 이중 통로 커넥터(210)의 유입 통로(320)를 통하여 유입 튜브(216)로 제공된다. 유입 통로(320)는 유입 튜브(216) 내에서 동축으로 연장되며, 복귀 튜브(218)의 외면을 따라 동축으로 연장된다. 복귀 통로(322)는 복귀 튜브(218)의 내부에 제공된다. 시약 인젝터(16)에 공급되는 시약은 유입 튜브(216) 및 복귀 튜브(218) 사이에 형성된 유입 통로(320)를 통하여 흐른다. 시약은 스페이서(260)를 지나 계속 흐른다. 통로는 시약이 통과하도록 튜브(200) 및 결합부(174) 사이에 형성된다. 시약은 필터 케이지(filter cage, 262)를 통하여 오리피스(118) 쪽으로 도면에서 볼 수 있듯이 아래쪽으로 계속 흐른다. 가압된 시약은 유체 슬리브 어셈블리(58)의 내면을 따라 및 내부 하체(80) 주위의 유로(90)을 통해 계속 흐른다. 공급된 시약은 대체적으로 유체 슬리브 어셈블리(58)의 하부로 흐르며, 스월 챔버(102)에 들어가도록 스월 슬롯(100)을 통과한다. 핀틀(126)이 결착될 때, 시약은 오리피스(118)을 통해 흐르지 않는다. 시약은 세로방향의 보어(152)에 들어가도록, 내부 하체(80)의 어퍼쳐(94) 및 핀틀(126)의 어퍼쳐(150)을 통해 흐른다. 핀틀 헤드(142)는 복귀 유체 통로의 중심 보어(184)와 유체 연결식으로, 세로방향의 보어(152)를 배치하는 어퍼쳐(330)를 포함한다. 복귀 통로를 따라 흐르는 시약은 오리피스(186) 및 결합부(174)의 보어(172)를 통과한다. 이전에 나타낸대로, 복귀 튜브(218)는 결합부(174)에 고정된다. 시약이 배기 시스템으로 분사되지 않을 때, 시약은 코일(302)을 지나 흐르도록 연속적으로 펌핑되며, 열을 오리피스 판(110) 및 핀틀(126)로부터 흐르는 시약으로 전달하도록 핀틀(126)을 통하여 연속적으로 펌핑된다.
전자석(300)이 활성화될 때, 핀틀(126)은 시트(130)로부터 움직인다. 스월 슬롯(100)과 연결식으로 배치된 가압된 시약은 스월 챔버(102)에 들어가도록 각각의 스월 슬롯을 통해 흐른다. 오리피스(118) 및 슬롯(100) 사이의 압력 차이 및 스월 챔버(102)에 대한 스월 슬롯(100)의 접선 관계(tangential relationship)에 기반하여, 시약의 스월링 운동(swirling reagent motion)이 유도된다. 스월링 또는 원형 방식으로 움직이는 가압된 시약과 결합된 오리피스(118)에서, 낮은 압력은 오리피스(118)를 빠져나가는 미세하게 미립화된 스프레이(atomized spray)를 형성한다. 오리피스(118)를 빠져나가지 않는 시약은 이전에 기술된대로 계속 재순환된다.
도 8 및 도 9는 참고 번호 400으로 나타낸 대체 동축 커넥터를 나타낸다. 동축 커넥터(400)은 모놀리식(monolithic), 일체형(one-piece), 하우징(402)을 포함한다. 하우징(402)은 유입 튜브 부분(inlet tube portion, 404) 및 복귀 튜브 부분(return tube portion, 406)을 포함한다. 복수의, 반지름 방향으로 연장된 웹(webs, 408)은 유입 튜브 부분(404) 내부의 복귀 튜브 부분(406)을 지지한다. 유입 통로(410)는 유입 튜브 부분(404)의 내면 및 복귀 튜브 부분(406)의 외면 사이에서 연장된다. 밀봉 그루브(seal groove, 416)는 복귀 튜브 부분(406)의 외면으로 연장된다. 유사하게, 밀봉 그루브(418)는 유입 튜브 부분(404)의 외면에 제공된다. 유입 튜브 부분(404) 및 복귀 튜브 부분(406) 둘 다는 안전한 호스 연결(hose connection)을 제공하기 위해 가시형상이다.
동축 커넥터(400)의 칼라 부분(420)은 튜브(200)의 단부 또는 인젝터(16)의 유사한 부분을 수용하기 위해 치수화되며 형상화된다. 복귀 튜브 부분(406)은 90도로 회전하며 개방 단부(422)에서 종결된다. 이전에 기술된 결합부(174)의 제 2 단부(222) 및 복귀 튜브(218) 사이에서와 같은 유체 연결은 동축 커넥터(400)에도 제공된다. 출구 포트(exit port, 424)는 이전에 기술된대로 오리피스(118)에 가압된 시약을 제공하도록, 유입 통로(410)의 단부에 배치된다. 인젝터(16)에 남아있는 구성요소는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고, 대체 동축 커넥터(400)과 결합하여 이용될 수 있다.
또한, 이전에 논의는 본 개시의 실시예만을 개시하며 기술한다. 기술의 숙련자는 이러한 논의로부터 및 첨부된 도면 및 청구항으로부터 쉽게 이해할 수 있으며, 다양한 변경 및 수정은 다음의 청구항에 정의된대로 본 개시의 의도 및 범위를 벗어나지 않고 여기에서 이루어질 것이다.

Claims (24)

  1. 시약을 분사하는 인젝터(injector)로서,
    하우징(housing);
    상기 하우징 내부에 배치된, 축방향으로 이동가능한 밸브 부재(valve member);
    상기 하우징 내부에 배치되고 상기 밸브 부재에 인접하게 배치된 와이어의 코일을 포함하는, 전자석(electromagnet); 및
    상기 하우징에 결합된 커넥터(connector);를 포함하며,
    상기 밸브 부재는 상기 전자석의 활성화에 반응하여, 오리피스에 대한 결착 위치(seated position) 및 탈착 위치(unseated position) 사이에서 움직이고,
    상기 커넥터는 복귀 튜브(return tube)와 동심적으로 정렬되고 복귀 튜브를 감싸는 유입 튜브(inlet tube)를 포함하며,
    상기 유입 튜브는 시약원(source of reagent)으로부터 가압된 시약을 수용하고,
    상기 복귀 튜브는 상기 가압된 시약을 상기 시약원으로 복귀시키는, 인젝터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 유입 튜브 및 복귀 튜브를 상호 연결하는 복수의 웹(webs)을 포함하는, 인젝터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 웹은 상기 유입 튜브 내부에 배치되며, 상기 유입 튜브 및 상기 복귀 튜브 사이에서 반지름방향으로 연장되는, 인젝터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유입 튜브 및 상기 복귀 튜브의 일부는 밸브 부재가 이동하는 축에 대하여 수직으로 연장되는, 인젝터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브 부재가 결착 위치에 있을 때, 상기 유입 튜브를 통하여 제 1 방향으로 및 상기 복귀 튜브를 통하여 제 1 방향과 정반대의 제 2 방향으로 동시에 시약이 흐르는, 인젝터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복귀 튜브와 연결 상태에 있는 내부 통로를 가지는 폴 피스(pole piece)를 더 포함하는, 인젝터.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 인젝터는 하우징에 배치된 하체(lower body)를 더 포함하며,
    상기 하체는 적어도 부분적으로 유동 채널(flow channels)을 형성하는, 원주방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 돌출부를 포함하고,
    상기 유동 채널은 유입 튜브와 유체 연결 상태에 있는, 인젝터.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 하체는 하나의 유동 채널 및 복귀 튜브를 유동적으로 결합하는, 반지름 방향으로 연장된 통로를 포함하는, 인젝터.
  9. 제 8항에 있어서,
    밸브 부재는 상기 반지름 방향으로 연장된 통로 및 폴 피스 통로를 연결하는, 상기 밸브 부재를 통해 연장된 통로를 포함하는, 인젝터.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 반지름 방향으로 연장된 통로는 폴 피스 통로 및 밸브 부재 통로를 통하여 복귀 튜브와 유체 연결 상태에 있는, 인젝터.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 하체는 시약이 오리피스(orifice)에 인접하게 배치된 스월 챔버(swirl chamber)로 향하도록 각진 복수의 스월 슬롯을 포함하는, 인젝터.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 스월 슬롯은 유동 채널과 연결 상태에 있는, 인젝터.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 하체는 밸브 부재를 수용하는 보어(bore)를 포함하는, 인젝터.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 핀틀에 고정된 자성 핀틀 헤드(magnetic pintle head)를 포함하며,
    상기 보어는 상기 핀틀 헤드를 가이드하기 위해 치수화된, 확대된 직경부(diameter portion)를 포함하는, 인젝터.
  15. 제 7항에 있어서,
    상기 시약은 상기 하체 주위의 유입 튜브로 흐르며, 그 후 상기 복귀 튜브에 들어가도록 상기 하체를 통해 흐르는, 인젝터.
  16. 제 6항에 있어서,
    상기 폴 피스 통로 및 복귀 튜브를 유체식으로 연결하는 상기 하우징에 배치된 결합부(coupling)를 더 포함하며,
    상기 시약은 상기 결합부 주위의 상기 유입 튜브로 흐르고, 그 후 상기 복귀 튜브에 들어가도록 상기 결합부를 통해 흐르는, 인젝터.
  17. 시약을 분사하는 인젝터로서,
    하우징;
    상기 하우징 내부에 배치된, 축방향으로 이동가능한 밸브 부재(valve member);
    상기 하우징 내부에 배치된 전자석(electromagnet);
    상기 하우징에 결합된 커넥터(connector); 및
    상기 하우징 내부에 배치된 내부 몸체;를 포함하며,
    상기 밸브 부재는 상기 전자석의 활성화에 반응하여, 오리피스에 대한 결착 위치(seated position) 및 탈착 위치(unseated position) 사이에서 움직이고,
    상기 커넥터는 복귀 튜브와 동심적으로 정렬된 유입 튜브를 포함하며,
    상기 유입 튜브는 시약원으로부터 가압된 시약을 수용하고,
    상기 복귀 튜브는 시약을 시약원으로 복귀시키며,
    상기 내부 몸체 및 상기 하우징은 시약이 상기 내부 몸체 및 상기 하우징 사이를 통과하도록, 적어도 부분적으로 상기 시약의 유로(flow path)를 형성하고,
    상기 내부 몸체는 바이패스 통로(bypass passage) 및 복수의 스월 슬롯(swirl slots)을 포함하며,
    상기 밸브 부재가 결착 위치에 있을 때, 상기 시약이 상기 유로 및 상기 바이패스 통로를 통하여, 상기 유입 튜브에서 상기 복귀 튜브로 흐르며,
    상기 밸브 부재가 탈착 위치에 있을 때, 상기 시약이 상기 유로 및 상기 스월 슬롯을 통하여, 상기 유입 튜브에서 상기 오리피스의 외부로 흐르는, 인젝터.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 커넥터는 상기 유입 튜브 및 상기 복귀 튜브를 상호 연결하는, 복수의 웹(webs)을 포함하는, 인젝터.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 웹은 상기 유입 튜브의 내부에 배치되며, 상기 유입 튜브 및 상기 복귀 튜브 사이에서 반지름 방향으로 연장되는, 인젝터.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 유입 튜브 및 상기 복귀 튜브 및 상기 웹은 모놀리식 커넥터(monolithic connector)의 일부를 포함하는, 인젝터.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 복귀 튜브와 연결 상태에 있는 내부 통로를 가지는 폴 피스(pole piece)를 더 포함하는, 인젝터.
  22. 제 21항에 있어서,
    밸브 부재는 하체의 바이패스 통로(bypass passage) 및 폴 피스 통로(pole piece passage)를 상호 연결하는 통로를 포함하는, 인젝터.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 폴 피스 통로 및 상기 복귀 튜브를 유체식으로 연결하는 하우징에 배치된 결합부(coupling)를 더 포함하고,
    상기 유체는 상기 결합부 주위의 유입 튜브로 흐르며, 그 후 상기 복귀 튜브로 들어가도록 상기 결합부를 통하여 흐르는, 인젝터.
  24. 제 17항에 있어서,
    상기 복귀 튜브는 상기 유입 튜브로부터 돌출하는, 인젝터.
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