DE102008001010A1

DE102008001010A1 - Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels

Info

Publication number: DE102008001010A1
Application number: DE102008001010A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kariya Okajima; Hiroaki Kariya Nagatomo; Masatoshi Kariya Kuroyanagi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2008-10-09
Also published as: JP2008255910A

Abstract

Ein Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels ist offenbart, das einen äußeren Strömungspfad so ausgebildet hat, dass er sich von einer Position angrenzend an einen Ventilsitzabschnitt erstreckt. Dies ermöglicht es, dass ein Reduktionsmittel als Zirkulationsstrom zu einem vorderen Endabschnitt des Hinzufügungsventils in einer Position zugeführt wird, die gefährdet ist, die höchste Temperatur zu erreichen, um einen Temperaturanstieg des Hinzufügungsventils an seinem vorderen Ende wirkungsvoll zu unterdrücken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels, um ein zuzuführendes Reduktionsmittel in einen Abgasstrom einzuspritzen.
In vergangenen Jahren hat ein Abgasreinigungsgerät, das an einem Automobil angewendet ist (insbesondere zum Beispiel an einem Motorfahrzeug, in dem eine Dieselmaschine eingebaut ist), um Abgase und giftige Substanzen (wie zum Beispiel Stickoxide (NOx) usw.) in Abgasen zu reinigen eine Konstruktion unter Aufnahme eines Ventils zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels angenommen. Durch dieses Ventil kann eine wässrige Harnstofflösung in einen Abgasstrom eingespritzt werden, die als Reduktionsmittel verwendet werden kann, wie z. B. in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 2002-503 783 offenbart ist.
Das Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels, das in dieser Patentveröffentlichung offenbart ist, weist einen Ventilkörper auf, dessen vorderes Ende mit Einspritzdüsen versehen ist, die in den Abgasstrom hin münden, um zu ermöglichen, dass das Reduktionsmittel direkt in die Abgase eingespritzt wird. Jedoch steigt die Abgastemperatur in eine Höhe von bis zu 600°C. In diesem Fall empfängt das distale Ende des Ventilkörpers von den Abgasen eine Wärme, und die Temperatur des Reduktionsmittels, das durch das Innere des Ventils zum Hinzufügen des Reduktionsmittels durchtritt, steigt. Dies verursacht das Auftreten einer Verdampfung und einer Koagulation des Reduktionsmittels, wodurch sich eine Verschlechterung der Einspritzfunktion ergibt.
Um diesem Umstand zu begegnen weist bei dem Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels gemäß dem oben erwähnten Stand der Technik der Ventilkörper eine äußere Umfangswand auf, die mit einer Zirkulationskammer für das Reduktionsmittel ausgebildet ist, um das von einer Zufuhrquelle gelieferte Reduktionsmittel zuzuführen. Ein Teil des Reduktionsmittels, das in die Zirkulationskammer für das Reduktionsmittel zugeführt wird, wird in das innere Teil des Ventilkörpers zugeführt, um durch die Einspritzdüsen eingespritzt zu werden, während das verbleibende Reduktionsmittel, das nicht in den inneren Teil des Ventilkörpers zugeführt wird, von der Zirkulationskammer für das Reduktionsmittel zu einem Tank zurück geführt wird. Somit wird der Temperaturanstieg des Reduktionsmittels erreicht, indem verursacht wird, dass das Reduktionsmittel in einem Strömungspfad zwischen dem Tank und dem Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels zirkuliert, währenddessen das zirkulierende Reduktionsmittel den Ventilkörper an seinem äußeren Abschnitt kühlt. Das sich dadurch ergebende kühle Reduktionsmittel wird dann in dem inneren Teil des Ventilkörpers zugeführt, um aus den Einspritzdüsen eingespritzt zu werden.
In der Zwischenzeit ist mit dem oben erwähnten Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels ein vorderes Ende des Ventilkörpers innen mit einem Ventilsitz in einem Bereich direkt stromaufwärts von den Einspritzdüsen ausgebildet, um zu ermöglichen, dass ein distales Ende eines Ventilelements, das auf dem Ventilsitz aufzusetzen ist, um zu ermöglichen, dass das Reduktionsmittel durch die Einspritzdüsen eingespritzt wird. Das vordere Ende des Ventils zum Hinzufügen des Reduktionsmittels spielt nämlich eine ausgesprochen wichtige Rolle als "Einspritzrateneinstellmechanismusabschnitt" zum Einstellen der Einspritzrate des Reduktionsmittels gemäß der Menge der giftigen Stoffe, die in den Abgasen enthalten sind. Deswegen besteht weiter ein steigender Bedarf, die Sorge zu minimieren, dass eine Verdampfung und Koagulation des Reduktionsmittels in dem inneren Teil des vorderen Endes auftritt, um nicht die Funktion als "Einspritzrateneinstellmechanismusabschnitt" mit Verlust zu erkaufen.
Darüber hinaus nimmt das Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels des Stands der Technik, der oben erwähnt wurde, die Form einer Konstruktion an, die in dem Ventilkörper an dessen äußerer Umfangswand eine Kreisströmung des Reduktionsmittels ausgebildet hat, um zu verursachen, dass die Kreisströmung den äußeren Umfang des Ventilkörpers kühlt. Mit dem Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels gemäß dem Stand der Technik ist nämlich das äußerste vordere Ende des Ventilkörpers dem Abgasstrom ausgesetzt, um einen Wärmeaufnahmeabschnitt auszubilden, und die Wärme, die von dem äußersten vorderen Ende zu dem inneren Teil übertragen wird, wird mit der Kreisströmung entfernt. Deswegen weist der innere Teil des Ventilkörpers, der mit dem Ventilsitzabschnitt ausgebildet ist, einen geringen Kühlwirkungsgrad auf. Somit steigt die Temperatur des inneren Teils schnell, wenn die Abgastemperatur plötzlich steigt, wodurch eine Sorge erzeugt wird, dass die Verdampfung und Koagulation des Reduktionsmittels in erhöhten Raten auftritt.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Betrachtung der obigen Probleme vollendet, und hat eine Aufgabe, ein Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels bereitzustellen, das wirkungsvoll einen Temperaturanstieg eines vorderen Endabschnitts des Ventils zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels unterdrücken kann, das heißt, insbesondere eines Temperaturanstiegs in einem inneren Teil des vorderen Endabschnitts.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden gemäß den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Gemäß der Erfindung ist ein Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels bereitgestellt, das einen Ventilkörperabschnitt mit einem Düsenkörper aufweist, der ein vorderes Ende, das innen mit einem Ventilsitzabschnitt ausgebildet ist, ein Ventilelement, das gleitbar innerhalb von dem Düsenkörper angeordnet ist, um auf dem Ventilsitzabschnitt aufzusitzen oder nicht aufzusitzen und eine Einspritzdüse und eine Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel aufweist, die innerhalb des Düsenkörpers ausgebildet ist, um eine Zufuhr eines Reduktionsmittels zu der Einspritzdüse zu ermöglichen, das von einer Zufuhrquelle für das Reduktionsmittel zugeführt wurde, wobei es das einstellbare Anordnen einer Position des Ventilelements ermöglicht, dass das Reduktionsmittel in einen Abgasstrom eingespritzt wird. Weiters sind ausgebildet: eine Nebenkammer für das Reduktionsmittel als Kammerraum, der sich zu einer Position angrenzend an den Ventilsitzabschnitt erstreckt; ein Verbindungsdurchtritt, der eine Fluidverbindung zwischen der Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel und der Nebenkammer für das Reduktionsmittel bereitstellt; und ein Rückführungsströmungsdurchtritt, der einen Teil eines Strömungsdurchtritts ausbildet, durch den das Reduktionsmittel von der Nebenkammer für das Reduktionsmittel zu der Zufuhrquelle für das Reduktionsmittel zurückgeführt wird, um eine Fluidverbindung zwischen der Nebenkammer für das Reduktionsmittel und einem äußeren Bereich des Ventilkörperabschnitts auszubilden.
Mit einer derartigen Konstruktion wird das Reduktionsmittel, das von der Zufuhrquelle für das Reduktionsmittel zu der Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel zugeführt wird, durch den Verbindungsdurchtritt in die Nebenkammer für das Reduktionsmittel eingebracht, und danach das Reduktionsmittel über den Rückführungsströmungsdurchtritt zu der Zufuhrquelle für das Reduktionsmittel zurückgeführt. Das durch die Nebenkammer für das Reduktionsmittel strömende Reduktionsmittel bildet nämlich einen Teil der Kreisströmung aus. Da die Nebenkammer für das Reduktionsmittel sich zu der an den Ventilsitzabschnitt angrenzenden Position erstreckt, kann die Kreisströmung des Reduktionsmittels direkt in den inneren Teil des Ventilkörpers zugeführt werden. Deswegen kann die Wärme von dem inneren Teil des vorderen Endes des Ventilkörpers mit einem höheren Wirkungsgrad entfernt werden, als in dem Fall, in dem der Kreisströmungsdurchtritt an dem äußeren Umfangsbereich des Ventilkörpers angeordnet ist. Für die obigen Wirkungen wird es möglich, den Temperaturanstieg des vorderen Endes des Ventils zum Hinzufügen des Reduktionsmittels unter Verwendung der Kreisströmung des Reduktionsmittels wirkungsvoll zu unterdrücken.
Mit dem Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels kann die Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel bevorzugt in einer Form ausgebildet sein, um es dem Reduktionsmittel, das von der Zufuhrquelle für das Reduktionsmittel zugeführt wurde, zu ermöglichen, entlang einer axialen Richtung des Ventilelements auf eine Weise zu strömen, dass es eine axiale Strömung ausbildet, die zu der Einspritzdüse gerichtet ist, und wobei die Nebenkammer für das Reduktionsmittel und die Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel bevorzugt voneinander an einem vorderen Ende des Ventilkörperabschnitts mittels eines Wärme leitenden Wandabschnitts unterteilt sind.
Mit einer derartigen Konstruktion ist der Strom des Reduktionsmittels in einen ersten Strom, der von der Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel zu den Einspritzdüsen durchtritt, und in einen zweiten Strom, der von der Nebenkammer für das Reduktionsmittel zu dem Rückführungsströmungsdurchtritt (das heißt einem Teil der Kreisströmung) tritt, aufgeteilt. Somit wird der Strom des Reduktionsmittels in dem Strom von der Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel zu den Einspritzdüsen stabilisiert. Dies ermöglicht es, dass das Reduktionsmittel in einem stabilisierten Einspritzzustand von den Einspritzdüsen eingespritzt wird. Zusätzlich kann die Wärme des vorderen Endes des Ventilkörpers über den Wandabschnitt zu der Kreisströmung übertragen werden.
Mit dem Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels kann die Nebenkammer für das Reduktionsmittel bevorzugt in einer Form ausgebildet sein, in der sie die Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel über den Wandabschnitt umgibt.
Mit einer derartigen Konstruktion kann sichergestellt werden, dass der Ventilkörper einen erhöhten Anordnungsbereich für die auszubildende Nebenkammer für das Reduktionsmittel aufweist, was eine Verbesserung zum Entfernen der Wärme von dem inneren Teil des Ventilkörpers unter Verwendung der Kreisströmung mittels des Wandabschnitts ermöglicht.
Mit dem Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels kann der Verbindungsdurchtritt bevorzugt die Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel und die Nebenkammer für das Reduktionsmittel miteinander in einem vorderen Ende des Düsenkörpers verbinden, wobei der Rückführungsströmungsdurchtritt mit der Nebenkammer für das Reduktionsmittel an einer Position gegenüber dem vorderen Ende des Ventilkörperabschnitts verbunden ist.
Mit einer derartigen Konstruktion ist die Zirkulation des Reduktionsmittels in einem vorderen Endabschnitt der Zufuhrkammer des Reduktionsmittels zugelassen, in die das Reduktionsmittel zu der Nebenkammer für das Reduktionsmittel eingebracht wird, um zu deren anderen Ende in eine Richtung gegenüber von deren vorderen Ende zu strömen.
Deswegen kann die Kreisströmung, die von der Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel zu der Nebenkammer für das Reduktionsmittel zugeführt wurde, mit einer verringerten Rate der empfangenen Wärme quer zu der an den Ventilsitzabschnitt angrenzenden Position von dem Ventilkörper durchtreten. Als Ergebnis kann der Temperaturanstieg des vorderen Endes des Ventils zum Hinzufügen des Reduktionsmittels wirkungsvoll unterdrückt werden.
Mit dem Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels kann der Verbindungsdurchtritt bevorzugt die Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel und die Nebenkammer für das Reduktionsmittel miteinander an einer Position gegenüber dem vorderen Ende des Düsenkörpers verbinden, wobei der Rückführungsströmungsdurchtritt mit der Nebenkammer für das Reduktionsmittel an einem vorderen Ende des Ventilkörperabschnitts in Verbindung ist.
Mit einer derartigen Konstruktion ist die Zirkulation des Reduktionsmittels von der Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel zu der Nebenkammer für das Reduktionsmittel an der Position des Ventilkörpers gegenüber von deren vorderem Ende zugelassen, und danach die Kreisströmung des Reduktionsmittels zu einem vorderen Ende der Nebenkammer für das Reduktionsmittel geführt.
Deswegen kann die Kreisströmung des Reduktionsmittels, die zu den Einspritzdüsen hin orientiert ist, an dem Ende des Ventilkörpers in einer Position entfernt von den Einspritzdüsen in eine Vielzahl von Strömen aufgeteilt werden. Als Ergebnis kann der Temperaturanstieg des vorderen Endes des Ventils zum Hinzufügen des Reduktionsmittels auf eine wirkungsvolle Weise minimiert werden, wodurch ermöglicht wird, dass der Einspritzzustand stabilisiert ist.
Mit dem Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels können die Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel und die Nebenkammer für das Reduktionsmittel bevorzugt Querschnittebenen aufweisen, die Achsen einschließen und sich axial parallel zueinander erstrecken, die verlängerte Formen mit Längen in Achsenrichtung aufweisen, die größer als deren Längen in radialer Richtung sind, wobei Formen der Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel und der Nebenkammer für das Reduktionsmittel an deren Querschnittebenen parallel zueinander ausgebildet sind.
Mit einer derartigen Konstruktion sind die Ströme des Reduktionsmittels, die durch die Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel und die Nebenkammer für das Reduktionsmittel strömen, in der axialen Richtung in verlängertem Kontakt mit dem Wandabschnitt aneinander angrenzend ausgebildet. Dies ermöglicht, dass Wärmeübertragungsbereiche zwischen der Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel und dem Ventilkörper und zwischen der Nebenkammer für das Reduktionsmittel und dem Ventilkörper steigen.
Mit dem Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels kann die Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel bevorzugt in einer zylindrischen Form ausgebildet sein, und die Nebenkammer für das Reduktionsmittel ist in einer ringförmigen Form in einem konzentrischen Verhältnis zu der Zufuhrkammer des Reduktionsmittels an deren äußerem Umfang ausgebildet.
Dies macht einen Wärmeübertragungswert in eine radiale Richtung zwischen dem Wandabschnitt und der Nebenkammer für das Reduktionsmittel über einen gesamten Umfang gleich. Deswegen weist das vordere Ende des Ventilkörpers eine minimierte Temperaturvariation in einer Umfangsrichtung auf, wodurch es möglich wird, dass das Ventilelement in einer stabilisierten Weise auf dem Ventilkörper gleitet.
Mit dem Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels können die Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel und die Nebenkammer für das Reduktionsmittel bevorzugt miteinander durch eine Vielzahl von Verbindungsdurchtritten verbunden sein, die sich zu dem äußeren Umfang der Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel und zu einem inneren Umfang der Nebenkammer für das Reduktionsmittel hin öffnen, wobei die Vielzahl der Verbindungsdurchtritte ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass Öffnungsabschnitte an der Nebenkammer für das Reduktionsmittel an deren inneren Umfang mit einem nahezu gleichen Umfangsabstand ausgebildet sind.
Mit einer derartigen Konstruktion kann die Kreisströmung des Reduktionsmittels gleichmäßig verteilt werden, die von der Zufuhrkammer für das Reduktionsmittel zu der Nebenkammer für das Reduktionsmittel in einem radial äußeren Bereich durchtritt. Dies ermöglicht ein weiteres Unterdrücken der Temperaturschwankung des Ventilkörpers in seiner Umfangsrichtung.
1 ist eine schematische Ansicht eines Abgasreinigungsgeräts, in das ein Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
2 ist eine Querschnittansicht, die das Ventil zum Hinzufügen des Reduktionsmittels der aus 1 ersichtlichen, vorliegenden Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Querschnittansicht in einem vergrößerten Maßstab, die einen vorderen Endabschnitt des Ventils zum Hinzufügen des Reduktionsmittels gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
4 ist eine erläuternde Ansicht, die verschiedene Ströme einer wässrigen Harnstofflösung zeigt, die durch den vorderen Endabschnitt des Ventils zum Hinzufügen des Reduktionsmittels der vorliegenden Ausführungsform treten.
5 ist eine Querschnittansicht entlang einer Linie A-A der 3.
6 ist eine erläuternde Ansicht, die verschiedene Ströme einer wässrigen Harnstofflösung zeigt, die durch einen vorderen Endabschnitt eines Ventils zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung treten.
Nun werden im Folgenden Ventile zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels verschiedener Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Jedoch ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf besondere Ausführungsformen beschränkt ist, die unten beschrieben sind, sondern technische Konzepte der vorliegenden Erfindung können in Kombination mit anderen bekannten Technologien oder einer anderen Technologie verwirklicht werden, die Funktionen aufweist, die gleichwertig zu solchen der bekannten Technologien sind.
In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen durch die verschiedenen Ansichten gleiche oder entsprechende Bauteile. Ebenfalls ist die folgende Beschreibung so zu verstehen, dass Begriffe wie „zylindrisch", „inneres", „äußeres", „axial", „Umgebungs-", „Umfangs-" und ähnliche Wörter aus Gründen der Bequemlichkeit verwendet sind und nicht als begrenzende Begriffe zu verstehen sind.
[Ausführungsform 1]
[Allgemeine Konstruktion der Ausführungsform 1]
Ein Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels (im Folgenden als „Hinzufügungsventil" bezeichnet) 1 der vorliegenden Ausführungsform wird an einem Harnstoff-SCR-(ausgewählte Katalysatorreduktion)-System eingesetzt. Insbesondere dient das Hinzufügungsventil 1 als Gerät, das direkt an einer Dieselmaschine (die im Folgenden als „Maschine" bezeichnet wird und nicht dargestellt ist) montiert ist, um direkt eine wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel in einen Abgasstrom einzuspritzen, der von der Maschine ausgestoßen wird.
1 ist eine allgemeine Konstruktionsansicht, die das Harnstoff-SCR-System bezüglich der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das Harnstoff-SCR-System dient als Abgasreinigungsgerät 3, das angepasst ist, um Abgase zu reinigen, die von der an einem Fahrzeug eingebauten Maschine (nicht gezeigt) abgegeben werden.
Das Abgasreinigungsgerät 3 ist hauptsächlich aus einem Abgasleitungsstrukturabschnitt P1, einem Leitungsstrukturabschnitt P2 zum Hinzufügen einer wässrigen Harnstofflösung und einem Steuerleitungsstrukturabschnitt P3 zusammengesetzt.
Der Abgasleitungsstrukturabschnitt P1 hat einen DPF (Dieselpartikelfilter) 4, einen Katalysator 5, der zwischen einem stromaufwärtigen Abgasrohr 2 und einem stromabwärtigen Abgasrohr 6 verbunden ist.
Der DPF 4 ist aus einem PM-Entfernungsfilter einer sich fortlaufend regenerierenden Art aufgebaut, der betätigt wird, um PM (Partikelbestandteile) zu fangen, die in Abgasen enthalten sind, um die PM zur kontinuierlichen Verwendung durch ihre Verbrennung zu entfernen. Der DPF 4 wird kontinuierlich regeneriert, indem zum Beispiel eine Nach-Kraftstoffeinspritzung nach einer Haupt-Kraftstoffeinspritzung eingeleitet wird, um die Partikelbestandteile, die durch den DPF 4 gefangen sind, zu deren Entfernung zu verbrennen. Eine derartige kontinuierliche Regeneration ermöglicht es, dass der DPF 4 kontinuierlich verwendet wird. Zusätzlich trägt der DPF 4 darauf einen Oxidationskatalysator der Platin-Familie (nicht gezeigt) mit einer Fähigkeit, eine lösbare organische Fraktion (SOF) zu entfernen, die einen der Partikelbestandteile darstellt, während die Entfernung von HO und CO ermöglicht ist.
Der Katalysator 5, der als Element zum Verbessern einer Reduktionsreaktion von NOx zum Reinigen von Abgasen dient, führt die Reduktionsreaktion der NOx zum Reduzieren der NOx auf eine Weise aus, die als Formel ausgedrückt ist: 4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O (Formel 1) 6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O (Formel 2) NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O (Formel 3)
In diesen Reaktionen wird die wässrige Harnstofflösung, die Ammoniak (NH₃) enthält, der als Reduktionsmittel für NOx dient, mit Abgasen vermischt und zu dem Katalysator 5 zugeführt. Das Hinzufügungsventil 1 ist nämlich in einem mittleren Bereich des Abgasrohrs 2 an einer Position stromaufwärts von dem Katalysator 5 an dem Abgasrohr 2 montiert, um die wässrige Harnstofflösung in einen Abgasstrom einzuspritzen, der durch das Abgasrohr 2 durchtritt.
Der Leitungsstrukturabschnitt P2 zur Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung hat einen Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung, eine Druckspeisepumpe 10, einen Filter 11, das Hinzufügungsventil 1, das an der Position stromaufwärts von dem Katalysator 5 an dem Abgasrohr 2 montiert ist, eine Lieferrohrleitung 12, die sich von dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung erstreckt, um die wässrige Harnstofflösung zu dem Hinzufügungsventil 1 zuzuführen, und eine Rückführrohrleitung 13, die mit dem Hinzufügungsventil 1 und dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung in Verbindung ist.
Der Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung ist mit der wässrigen Harnstofflösung mit einer Konzentration von 32,5 Gew.-% gefüllt. Die Druckspeisepumpe 10, die innerhalb des Tanks 9 für die wässrige Harnstofflösung angeordnet ist, beaufschlagt die wässrige Harnstofflösung in einer gegebenen Druckhöhe mit Druck, um sie durch die Lieferrohrleitung 12 zu dem Hinzufügungsventil 1 zu liefern. Die Druckspeisepumpe 10 ist eine elektrische Pumpe, die in Erwiderung auf ein Antriebssignal von einer ECU (elektronische Steuereinheit) 14 drehend angetrieben wird, die im Folgenden ausführlich beschrieben wird.
Die Lieferrohrleitung 12 dient als Rohrleitung, durch die die wässrige Harnstofflösung von dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung zu dem Hinzufügungsventil 1 zugeführt wird. Der Rückführrohrleitung 13 dient als Rohrleitung, durch die die wässrige Harnstofflösung von dem Hinzufügungsventil 1 zu dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung zurückgeführt wird. Die wässrige Harnstofflösung, die durch die Lieferrohrleitung 12 zu dem Hinzufügungsventil 1 zugeführt wird, wird in zwei Ströme aufgeteilt, von denen einer zu einer Einspritzdüse 17 gerichtet ist, und der andere zu der Rückführrohrleitung 13 gerichtet ist. Die wässrige Harnstofflösung, die zu der Rückführrohrleitung 13 gerichtet ist, tritt quer zu einem Inneren des Hinzufügungsventils 1 durch und strömt darauffolgend in die Rückführrohrleitung 13, wodurch die wässrige Harnstofflösung in den Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung zurückgeführt wird.
Die Lieferrohrleitung 12 und die Rückführrohrleitung 13 stellen nämlich einen Zirkulationsströmungsweg dar, durch den die wässrige Harnstofflösung zwischen dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung und dem Hinzufügungsventil 1 in einem Zustand zirkuliert wird, in dem die Druckspeisepumpe 10 angetrieben ist.
Das Hinzufügungsventil 1, das ein vorderes Ende mit der Einspritzdüse 17 ausgebildet hat, ist direkt an dem Abgasrohr 2 montiert, um zu ermöglichen, dass die Einspritzdüse 17 in den Strom der Abgase mündet. Die Einspritzdüse 17 kann eine einzelne Einspritzdüse oder eine Anhäufung einer großen Zahl von Einspritzdüsen (gruppierte Einspritzdüsen) sein.
Der Filter 11 arbeitet, um die wässrige Harnstofflösung zu filtern und Fremdstoffe aus der wässrigen Harnstofflösung zu entfernen, die unter Druck von der Druckspeisepumpe 10 geliefert wurde, woraufhin die wässrige Harnstofflösung zu dem Hinzufügungsventil 1 zugeführt wird. Zusätzlich ist der Filter 11 in einem Mittelstrom der Lieferrohrleitung 12 angeordnet, die mit einer Auslassöffnung der Druckspeisepumpe 10 in Verbindung ist.
Außerdem ist ein Regler 19 mit der Lieferrohrleitung 12 in einer Position stromaufwärts des Filters 11 in Verbindung. Der Regler 19 dient dazu, einen Druck der wässrigen Harnlösung zu regeln, die dem Hinzufügungsventil 1 zugeführt wird, und weist eine Funktion auf, einen Zufuhrdruck in einer gegebenen Druckhöhe beizubehalten.
Wenn der Zufuhrdruck der wässrigen Harnstofflösung die gegebene Druckhöhe überschreitet, führt der Regler 19 die wässrige Harnstofflösung, die überschüssig zu der Lieferrohrleitung 12 zugeführt wurde, zu dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung zurück.
Der Steuersystemstrukturabschnitt P3 hat eine ECU (elektronische Steuereinheit) 14, einen Abgasfühler 21, einen Temperaturfühler 22 und einen Druckfühler 23 und so weiter. Die ECU 14 hat einen bekannten Mikrocomputer, der Steuerprogramme zum Steuern der Druckspeisepumpe 10 und des Hinzufügungsventils 1 in Erwiderung auf erfasste Werte der verschiedenen Fühler 21 bis 23 eingebaut hat. Zum Beispiel steuert die ECU 14 das Hinzufügungsventil 1 derart, dass das Hinzufügungsventil 1 eine optimale Menge der wässrigen Harnstofflösung zu einer geeigneten Zeit in den Strom der Abgase einspritzt, der durch das Abgasrohr 2 strömt.
Der Abgasfühler 21, der an dem Abgasrohr 6 in einer Position stromabwärts des Katalysators 5 montiert ist, hat sowohl einen NOx-Fühler als auch einen Abgastemperaturfühler, die konstruiert sind, eine NOx-Menge (und entsprechend eine NOx-Reinigungsrate des Katalysators 5) in Abgasen und eine Temperatur des Abgases zu erfassen. Darüber hinaus kann das Abgasrohr 6 einen stromabwärtigen Bereich aufweisen, in dem ein Gerät zum Entfernen von NH₃ (wie zum Beispiel einen oxidierenden Katalysator, der nicht gezeigt ist) zum Entfernen einer überschüssigen Menge von NH₃ und einen NH₃-Fühler (nicht gezeigt) angeordnet ist, um die Menge von NH₃ in den Abgasen abhängig vom Bedarf zu erfassen.
Der Temperatursensor 22 ist an einer äußeren Umfangsfläche des Tanks 9 für die wässrige Harnstofflösung montiert, damit ein Fühlerelement nicht der wässrigen Harnstofflösung ausgesetzt ist, die in dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung gespeichert ist. Der Temperaturfühler 22 weist eine Konstruktion auf, um eine Temperatur der wässrigen Harnstofflösung zu erfassen, die in den Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung eingefüllt ist. Zusätzlich ist der Drucksensor 23 an der Lieferrohrleitung 12 in deren mittleren Bereich montiert und weist eine Konstruktion auf, einen Druck der wässrigen Harnstofflösung zu erfassen, die zu dem Hinzufügungsventil 1 geliefert wird.
Bei dem Reduzieren von NOx findet eine Reaktion zwischen NH₃ und NO_x im Zusammenhang mit einer chemischen Reaktion statt, die in einer Formel 4 ausgedrückt ist: (NH₂)₂CO + H₂O → 2NH₃ + CO₂ (Formel 4)
Harnstoffmoleküle werden nämlich mit einer Abgastemperatur hydrolysiert und bilden dabei NH₃ aus. Dann findet die chemische Reaktion zwischen dem NH₃, das durch das Hydrolysieren der Harnstoffmoleküle erzeugt wurde, und NO_x, das ausgewählt auf dem Katalysator 5 adsorbiert wurde, gemäß den Formeln 1 bis 3 statt, wodurch das NO_x reduziert wird, und die Abgase gereinigt werden.
In der Zwischenzeit ist das Hinzufügungsventil 1 direkt an dem Abgasrohr 2 montiert, und fest an diesem befestigt, das eine hohe Temperatur wie zum Beispiel 600°C erreicht. Noch genauer ist das Hinzufügungsventil 1 derart fest an dem Abgasrohr 2 befestigt, dass ein vorderes Ende des Hinzufügungsventils 1 in Berührung mit dem Strom der Abgase gebracht ist, die durch das Abgasrohr 2 durchtreten. Dies ermöglicht, dass eine Wärmeübertragung zwischen dem Abgasrohr 2 und dem Hinzufügungsventil 1 auftritt, und dass eine Wärmeübertragung zwischen dem Abgasstrom, der durch das Abgasrohr 2 durchtritt, und dem vorderen Ende des Hinzufügungsventils 1 auftritt. Dies verursacht, dass die wässrige Harnstofflösung, die durch das Hinzufügungsventil 1 strömt, erwärmt wird. Dies verursacht weiter, dass eine Verdampfung und Koagulation der wässrigen Harnstofflösung auftritt, wodurch eine Sorge entsteht, dass eine Schwierigkeit auftritt, eine Sollmenge des Reduktionsmittels in den Abgasstrom hinzuzufügen.
Um diesem Problem zu begegnen weist das Hinzufügungsventil 1 der vorliegenden Ausführungsform schematisch eine Konstruktion auf, um eine Verdampfung und Koagulation der wässrigen Harnstofflösung sogar zu verhindern, falls das Hinzufügungsventil 1 direkt an dem Abgasrohr 2 montiert ist. Das Hinzufügungsventil 1 weist eine derartige unterschiedliche Konstruktion auf, die im Folgenden im Detail mit Bezug auf 2 beschrieben wird. Ebenfalls ist 2 eine strukturelle Ansicht, die eine Querschnittskonstruktion des Hinzufügungsventils 1 der 1 zeigt.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist das Hinzufügungsventil 1 ein elektromagnetisch öffnendes-schließendes Ventil, das aus einem Antriebsabschnitt 25 und einem Ventilkörper 26 aufgebaut ist, die entsprechend an dessen beiden Seiten an einem Gehäuse 29 montiert sind. Der Antriebsabschnitt 25 hat ein elektromagnetisches Solenoid 27, das ein Spulenende aufweist, das mit einem Anschluss verbunden ist, um dadurch elektrischen Strom zu empfangen. Der Ventilkörper 26 hat eine Nadel 30, die in einem sich axial erstreckenden Buchsenabschnitt 29a des Gehäuses 29 aufgenommen ist, einen Düsenkörper 31, der mit dem axialen Buchsenabschnitt 29a des Gehäuses 29 an einem vorderen Ende von diesem verbunden ist, und gleitfähig ein vorderes Ende 30a der Nadel 30 lagert, eine Spiralfeder 32, die in einem Federhalter 50 aufgenommen ist, und die innerhalb eines zylindrischen Teils 52 eingepasst ist, das sich von dem Gehäuse 29 an einem Ende von diesem erstreckt, und einen gleitfähigen Kolben 54, der ein Basisende der Nadel 30 trägt, in eine Richtung drängt, um zu verursachen, dass die Nadel 30 in eine Schließ-Richtung platziert wird, und eine bodenseitige äußere Umfangsabdeckung 33, die den Buchsenabschnitt 29a und den Düsenkörper 31 bedeckt, die ein offenes Ende 33a, das mit dem anderen Ende des Gehäuses 29 gekoppelt ist, und eine Bodenwand 33b aufweist, die mit einer Öffnung 33c ausgebildet ist. Zusätzlich bestimmen das Gehäuse 29, der Düsenkörper 31 und die äußere Umfangsabdeckung 33 einen Ventilkörper des Hinzufügungsventils 1.
Ein Strömungspfad 38 für die wässrige Harnstofflösung ist zwischen einer inneren Umfangswand des axialen Buchsenabschnitts 29a und einem äußeren Umfangsbereich der Nadel 30 definiert, und ein Strömungspfad 39 für die wässrige Harnstofflösung ist zwischen einer inneren Umfangswand des Düsenkörpers 31 und dem äußeren Umfangsbereich der Nadel 30 definiert. Die Nadel 30 erstreckt sich durch die Strömungspfade 38 und 39 für die wässrige Harnstofflösung, die die wässrige Harnstofflösung von einer Einlassöffnung 37 zuführen, die in einem Einlassteil 53 ausgebildet ist, das fest an einem Ende an dem zylindrischen Teil 52 befestigt ist. Mit der Einlassöffnung 37 ist die Lieferrohrleitung 12 verbunden, durch die die wässrige Harnstofflösung in die Strömungspfade 38 und 39 für die wässrige Harnstofflösung zugeführt wird. Darüber hinaus sind die Strömungspfade 38 und 39 für die wässrige Harnstofflösung innerhalb des axialen Buchsenabschnitts 29a beziehungsweise des Düsenkörpers 31 ausgebildet, um einen Strömungsdurchtritt auszubilden, der axial kontinuierlich ausgebildet ist. Zusätzlich sind unter der Annahme, dass eine Schnittfläche des Hinzufügungsventils 1 seine Achse einschließt, die Strömungspfade 38 und 39 für die wässrige Harnstofflösung in ihren Strömungsdurchtrittsquerschnitten derart ausgebildet, dass die Strömungspfade 38 und 39 für die wässrige Harnstofflösung eine bemerkenswert größere längliche Form in ihrer axialen Länge als in ihrer radialen Länge aufweisen. Die Strömungspfade 38 und 39 für die wässrige Harnstofflösung entsprechen einer Reduktionsmittelzufuhrkammer zum Einbringen der wässrigen Harnstofflösung, die durch die Lieferrohrleitung 12 zugeführt wurde, in die Einspritzdüsen 17.
Als Nächstes wird ein vorderes Ende des Hinzufügungsventils 1 mit Bezug auf 3 und 4 ausführlich beschrieben. 3 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht, die eine Struktur des vorderen Endes des Hinzufügungsventils 1, das aus 2 ersichtlich ist, in einem vergrößerten Maßstab zeigt. 4 ist eine darstellende Ansicht, die den Strom der wässrigen Harnstofflösung in einem inneren Bereich des vorderen Endes des Hinzufügungsventils 1, das aus 3 ersichtlich ist, zeigt.
Der Düsenkörper 31 weist ein äußerstes vorderes Ende 31a auf, das mit den Einspritzdüsen 17 ausgebildet ist, und das eine Innenwand mit einem Ventilsitzabschnitt 41 in einem Bereich direkt stromaufwärts von den Einspritzdüsen 17, an denen ein distales Ende der Nadel 30 ruht, ausgebildet aufweist. Zusätzlich ist das distale Ende der Nadel 30 mit einem Anlageeingriffsabschnitt 42 ausgebildet, der verfügbar ist, um in Anlagekontakt mit dem Ventilsitzabschnitt 41 gebracht zu werden, um auf dem Ventilkörper 31 zu ruhen. Die wässrige Harnstofflösung, die in die Strömungspfade 38 und 39 für die wässrige Harnstofflösung zugeführt wird, ist in einer axialen Strömung ausgebildet, die entlang einer axialen Richtung der Nadel 30 zu den Einspritzdüsen 17 gerichtet ist.
Mit dem vorderen Endabschnitt des Hinzufügungsventils 1 sind außerdem, der Ventilsitzabschnitt 41, der Anlageeingriffsabschnitt 42 und die Nadel 30 mit hoher Genauigkeit gefertigt, um einen Gleitzwischenraum zwischen diesen Teilen und dem Ventilkörper 31 mit erhöhter Genauigkeit bereitzustellen, um eine befohlene Einspritzrate, die von der ECU 14 befohlen wird, und eine tatsächliche Einspritzrate, miteinander mit hoher Genauigkeit nahezu auszurichten. Der vordere Endabschnitt des Hinzufügungsventils 1 ist nämlich mit außerordentlich hoher Genauigkeit ausgebildet und wirkt als „Einspritzrateneinstellmechanismusabschnitt" zum Einstellen der Einspritzrate des Reduktionsmittels abhängig von der befohlenen Einspritzrate, die gemäß einem NOx-Gehalt der Abgase berechnet wurde.
Ein äußerer Strömungspfad 44 ist zwischen dem axialen Buchsenabschnitt 29a und dem Düsenkörper 31 und der äußeren Umfangsabdeckung 33 definiert. Der äußere Strömungspfad 44 dient als Reduktionsmittelhilfskammer, die sich axial zu einem Bereich angrenzend an den Ventilsitzabschnitt 41 erstreckt. Die Reduktionsmittelhilfskammer ist ein Kammerraum, der innerhalb des Ventilkörpers 26 ausgebildet ist, und der sich axial zu dem Bereich angrenzend an den Ventilsitzabschnitt 41 erstreckt.
Der äußere Strömungspfad 44 ist in einem Profil derart ausgebildet, dass er die Strömungspfade 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung umgibt und von den Strömungspfaden 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung mit dem axialen Buchsenabschnitt 29a des Gehäuses 29 und dem Düsenkörper 31 unterteilt ist. Außerdem weist der äußere Strömungspfad 44 eine ringförmige Form auf, die mit den Strömungspfaden 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung konzentrisch ausgebildet ist. Hier ist das äußerste vordere Ende 31a des Düsenkörpers 31, der mit dem axialen Buchsenabschnitt 29a des Gehäuses 29 in Verbindung ist, und den äußeren Strömungspfad 44 und die Strömungspfade 38 und 39 für die wässrige Harnstofflösung voneinander unterteilt, mit der Bodenwand 33b der äußeren Abdeckung 33, die ein vorderes Ende des Ventilkörpers 26 ausbildet, in Anlagekontakt gebracht. Somit dient das äußerste vordere Ende 31a des Düsenkörpers 31 als Wandabschnitt, der verfügbar ist, eine Wärmeübertragung mit der Bodenwand 33b der äußeren Umfangsabdeckung 33 durchzuführen. Zusätzlich weist der äußere Strömungspfad 44 unter der Annahme, dass die Schnittfläche des Hinzufügungsventils 1 dessen Achse aufweist, zwei Strömungsdurchtrittsquerschnitte auf, die in verlängerten Formen ausgebildet sind, und zueinander mit Bezug auf die Achse symmetrisch ausgebildet sind. Die Strömungspfadquerschnitte des äußeren Strömungspfads 44, die an beiden Seiten der Achse platziert sind, weisen nämlich axiale Längen auf, die jeweils bemerkenswert länger als eine radiale Länge sind.
Außerdem liegen die Strömungsdurchtrittsquerschnittsflächen der Strömungspfade 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung und der Strömungsdurchtrittsquerschnitt des äußeren Strömungspfads 44 in der Schnittfläche des Hinzufügungsventils 1, die dessen Achse einschließt, parallel zueinander. Die Strömungsdurchtrittsquerschnitte der Strömungspfade 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung und der Strömungsdurchtrittsquerschnitt des äußeren Strömungspfads 44 erstrecken sich nämlich in Längsrichtungen parallel zu einer axialen Richtung des Hinzufügungsventils 1.
Darüber hinaus weist der Düsenkörper 31 einen Endabschnitt 31b auf, der mit einer Vielzahl von Strömungspfaddurchtritten 46 ausgebildet ist, die Fluidverbindungen zwischen den Strömungspfaden 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung und dem äußeren Strömungspfad 44 in einer Position nahezu angrenzend an den Ventilsitzabschnitt 41 bereitstellen. Die Strömungspfaddurchtritte 46 ermöglichen eine axiale Strömung der wässrigen Harnstofflösung, die durch den Strömungspfad 39 der wässrigen Harnstofflösung zu den Einspritzdüsen 17 gerichtet ist, um in Strömungen abgezweigt zu werden, die zu dem äußeren Strömungspfad 44 gerichtet sind, und zu bewirken, dass die Strömungen der wässrigen Harnstofflösung, die durch den Strömungspfad 39 der wässrigen Harnstofflösung zu dem äußeren Strömungspfad 44 gerichtet sind, einen zirkulierenden Strömungspfad ausbilden.
Als Nächstes wird die Anordnung der Konstruktionen der Verbindungsströmungsdurchtritte 46 mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Endabschnitts des Hinzufügungsventils 1 entlang einer Linie A-A der 3. Der Strömungspfad 39 der wässrigen Harnstofflösung und der äußere Strömungspfad 44 sind durch die Vielzahl der Strömungsdurchtritte 46 in Fluidverbindung miteinander gehalten. Jeder der Strömungsdurchtritte 46 ist zu einer inneren Umfangswand des Strömungspfads 39 der wässrigen Harnstofflösung und einer äußeren Umfangswand des äußeren Strömungspfads 44 hin geöffnet, wobei die Strömungsdurchtritte 46 sich in nahezu gleich beabstandeten und in Umfangsrichtungen beabstandeten Abständen in den äußeren Strömungspfad 44 öffnen. Mit dem Hinzufügungsventil 1 der vorliegenden Ausführungsform sind die Verbindungsströmungsdurchtritte 46 in dem Düsenkörper 31 in gegebenen in Umfangsrichtung beabstandeten Abständen, die in 90 Grad Winkel unterteilt sind, in Viertel ausgebildet.
Wie aus 2 ersichtlich ist, hat das Gehäuse 29 außerdem das Basisende mit einem Rückführungsströmungsdurchtritt 48 ausgebildet, der eine Fluidverbindung zwischen dem äußeren Strömungspfad 44 und dem Äußeren des Hinzufügungsventils 1 bereitstellt. Mit dem Rückführungsströmungsdurchtritt 48 ist der Rückführrohrleitung 13 verbunden, durch den das Reduktionsmittel von dem äußeren Strömungspfad 44 zu der Rückführrohrleitung 13 durch den Rückführungsströmungsdurchtritt 48 strömt.
Die wässrige Harnstofflösung, die durch die Strömungspfade 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung durchtritt, strömt zu den Einspritzdüsen 17. Eine Richtung dieser Strömung ist in 4 als „Strömung B" bezeichnet. Die „Strömung B" wird an einer Position stromabwärts der Öffnungen der Verbindungsströmungsdurchtritte 46 in eine „Strömung C" und eine „Strömung D" unterteilt, um einem Teil der wässrigen Harnstofflösung, der von der Einlassöffnung 37 zugeführt wurde, zu ermöglichen, als „Strömung D" in die Verbindungsströmungsdurchtritte 46 und den äußeren Strömungspfad 44 zu strömen. Die „Strömung C" stellt einen Strom dar, der durch den Strömungspfad 39 der wässrigen Harnstofflösung zu einem Bereich stromabwärts der Öffnungen der Verbindungsströmungsdurchtritte 46 tritt, um aus den Einspritzdüsen 17 eingespritzt zu werden. Die wässrige Harnstofflösung, die zu dem äußeren Strömungspfad 44 zugeführt wird, bildet eine „Strömung E" aus, die in den Rückführungsströmungsdurchtritt 48 tritt, aus dem die „Strömung E" weiter zu dem äußeren Rückführrohrleitung 13 gerichtet wird. Hier stellt die „Strömung D" einen Strom dar, der im Gegensatz zu dem vorderen Ende des Düsenkörpers 31 gerichtet ist, das heißt, in die zu den Einspritzdüsen entgegengesetzte Richtung, und die „Strömung B" stellt einen Strom dar, der in die Gegenrichtung zu der „Strömung D" strömt.
[Betrieb und vorteilhafte Ausführungsformen der Ausführungsform 1]
Bei dem Anfahren der Maschine beginnt die Druckspeisepumpe 10 unter Druck das Zuführen des Reduktionsmittels zu dem Hinzufügungsventil 1. In diesem Augenblick führt die ECU 14 den Betrieb in Erwiderung auf den erfassten Wert des Temperatursensors 22 aus, um zu bestimmen, ob die wässrige Harnstofflösung in der Lage ist, aus dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung zu strömen oder nicht. Falls die Bestimmung gemacht wird, dass die wässrige Harnstofflösung strömen kann, erlaubt dann die ECU 14 einem Antriebsschaltkreis, der innerhalb der ECU 14 eingebaut ist, ein Befehlssignal zum Antreiben der Druckspeisepumpe 10 auszugeben.
Die wässrige Harnstofflösung, die zu dem äußeren Strömungspfad 44 zugeführt wurde, strömt in den Rückführungsströmungsdurchtritt 48, von dem die wässrige Harnstofflösung in den Rückführrohrleitung 13 zugeführt wird, durch den die wässrige Harnstofflösung zu dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung zurückgeführt wird. Somit tritt die wässrige Harnstofflösung durch die verschiedenen Strömungspfade des Hinzufügungsventils 1, wie oben erwähnt wurde, und wird darauffolgend zu dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung durch die Rückführrohrleitung 13 zu jeder Zeit zurückgeführt, wenn die Druckspeisepumpe 10 die wässrige Harnstofflösung von dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung durch die Lieferrohrleitung 12 zu dem Hinzufügungsventil 1 unter Druck zuführt. Wenn die Druckspeisepumpe 10 drehend angetrieben wird, wird nämlich ein Zirkulationsströmungsdurchtritt eingerichtet, um die wässrige Harnstofflösung durch den Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung und das Hinzufügungsventil 1 zu zirkulieren.
In der dargestellten Ausführungsform 1 wird bewirkt, dass die gesamte oder ein Teil der wässrigen Harnstofflösung, die zu dem Hinzufügungsventil 1 zugeführt wird, als Zirkulationsströmung von einem inneren Teil (mittleren Teil) des Hinzufügungsventils 1 zu dessen Äußerem strömt. In der dargestellten Ausführungsform 1 unterdrückt das Festlegen der Strömungspfade der wässrigen Harnstofflösung, die als Zirkulationsströmung von dem inneren Teil des Hinzufügungsventils 1 zu dessen Äußerem gerichtet ist, wirkungsvoll einen Temperaturanstieg des Hinzufügungsventils 1 an dessen vorderem Ende, das heißt, einen Temperaturanstieg in einem inneren Bereich des vorderen Endes des Hinzufügungsventils 1, während ermöglicht ist, dass die wässrige Harnstofflösung in einer stabilisierten Weise in den Abgasstrom zugeführt wird.
Das Unterdrücken des Temperaturanstiegs in dem inneren Bereich des Hinzufügungsventils 1 an dessen vorderem Ende kann das Auftreten von Verdampfung und Koagulation der wässrigen Harnstofflösung verhindern. Dies verhindert, dass ein benachbarter Bereich des Ventilsitzabschnitts 41, der angeordnet ist, eine wichtige Rolle als „Strömungsratenregulationsmechanismus" zu spielen, einen Temperaturanstieg erfährt, während eine Variation der Temperatur eines solchen benachbarten Bereichs unterdrückt ist. Mit dem Strömungsratenregulierungsmechanismus, dessen Temperatur stabilisiert ist, ist der Strömungsratenregulierungsmechanismus in der Lage, eine normale Funktion auszuführen, und ermöglicht dabei, dass die wässrige Harnstofflösung stabil in den Abgasstrom zugeführt wird.
Im Folgenden wird das Hinzufügungsventil 1 der Ausführungsform 1 mit Bezug auf abweichende Merkmale der Strömungspfade der wässrigen Harnstofflösung und vorteilhafte Wirkungen beschrieben, die aus diesen abweichenden Merkmalen entstehen.
Der äußere Strömungspfad 44 erstreckt sich zu dem an den Ventilsitzabschnitt 41 angrenzenden Bereich. Dies ermöglicht, dass die Zirkulationsströmung in den inneren Bereich des Hinzufügungsventils 1 an dessen vorderem Endabschnitt in einer Position in der Nähe des Ventilsitzabschnitts 41 zugeführt wird, der als Strömungsratenregelungsmechanismus dient, an dem das Hinzufügungsventil 1 die höchste Temperatur aufweist. Dies ermöglicht wirkungsvoll das Unterdrücken des Temperaturanstiegs in dem vorderen Endabschnitt des Hinzufügungsventils 1. Zusätzlich teilt der Düsenkörper 31, der als Wandabschnitt dient, den äußeren Strömungspfad 44 von den Strömungspfaden 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung. Somit findet kein Vermischen zwischen der wässrigen Harnstofflösung in den Strömungspfaden 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung und der wässrigen Harnstofflösung in dem äußeren Strömungspfad 44 statt, und die wässrige Harnstofflösung kann stabil durch die Strömungspfade 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung zu den Einspritzdüsen 17 strömen. Dies ermöglicht es, dass die wässrige Harnstofflösung stabil in den Abgasstrom eingespritzt werden kann. Darüber hinaus ist der Düsenkörper 31 konstruiert, mit Bezug auf die äußere Umfangsabdeckung 33 an deren vorderem Ende eine Wärmeübertragung durchzuführen. Dies ermöglicht es, dass die Zirkulationsströmung der wässrigen Harnstofflösung den Temperaturanstieg des Düsenkörpers 31 an dessen vorderem Ende unterdrückt.
Die Wärme an dem vorderen Endabschnitt des Düsenkörpers 31 wird zu der Zirkulationsströmung in Strömung „E" übertragen (siehe 4), die zu dem Äußeren des Hinzufügungsventils 1 abgegeben wird. Der Düsenkörper 31 ist aus einem Rohmaterial wie zum Beispiel Chromstahl mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt, um eine verbesserte Wärmeübertragung aufzuweisen.
Der äußere Strömungspfad 44 ist in einer Konstruktion ausgebildet, dass er die Strömungspfade 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung an deren äußeren Umfängen mittels des Düsenkörpers 31 umgibt. Dies ermöglicht es, dass der äußere Strömungspfad 44 einen verbesserten angeordneten Bereich in einem Abschnitt innerhalb des Ventilkörpers 26 aufweist, der aus dem Gehäuse 29, dem Düsenkörper 31 und der äußeren Abdeckung 33 und so weiter zusammengestellt ist, und dabei die Entfernung der Wärme mit der Verwendung des Zirkulationsstroms über den Düsenkörper 31 verbessert wird.
Die Verbindungsströmungsdurchtritte 46 stellen eine Strömungsverbindung zwischen dem Strömungspfad 39 der wässrigen Harnstofflösung und dem äußeren Strömungspfad 44 an einer Position angrenzend an den Ventilsitzabschnitt 41 bereit. Dies ermöglicht es, dass die Zirkulationsströmung, die zu dem äußeren Strömungspfad 44 von dem Strömungspfad 39 der wässrigen Harnstofflösung zugeführt wird, unter einer Bedingung quer über die Position angrenzend an den Ventilsitzabschnitt 41 tritt, in der ein Wärmeaufnahmewert von dem Düsenkörper 31 verringert ist. Deswegen kann die Zirkulationsströmung der wässrigen Harnstofflösung weiter den Temperaturanstieg des Düsenkörpers 31 an dessen vorderem Endabschnitt wirkungsvoll minimieren.
Der Rückführungsströmungsdurchtritt 48 stellt eine Strömungsverbindung zwischen dem äußeren Strömungspfad 44 und der Rückführrohrleitung 13 an einer Position gegenüber dem vorderen Endabschnitt des Düsenkörpers 31 bereit. Der äußere Strömungspfad 44 weist nämlich die Strömung „D" auf, die im Gegensatz zu der Strömung „B" in dem Strömungspfad 39 der wässrigen Harnstofflösung gerichtet ist, um an der Position gegenüber dem vorderen Endabschnitt des Düsenkörpers 31 in den Rückführrohrleitung 13 strömt, um zu dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung zurückzukehren.
In einer Querschnittsebene des Hinzufügungsventils 1, die dessen Achse einschließt, nehmen die Strömungspfade 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung die Form von Strömungsquerschnitten an, die in verlängerten Formen definiert sind, und der äußere Strömungspfad 44 nimmt die Form von Strömungsquerschnitten an, die in zwei länglichen Formen in Bezug auf die Achse symmetrisch zueinander definiert sind. Die Strömungsquerschnitte der Strömungspfade 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung und die Strömungsquerschnitte des äußeren Strömungspfads 44, die an beiden Seiten der Achse platziert sind, weisen axiale Längen auf, die bemerkenswert größer als die radialen Längen sind. Dies ermöglicht, dass die entsprechenden Ströme der wässrigen Harnstofflösung, die durch die Strömungspfade 38 und 39 und den äußeren Strömungspfad 44 durchtreten, in einem verlängerten Hub in Berührung mit dem Düsenkörper 31 gebracht werden, der als Wandabschnitt dient. Dies ermöglicht Anstiege der Wärmeübertragungsoberflächenbereiche zwischen den Strömungspfaden 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung und dem Düsenkörper 31 und zwischen dem äußeren Strömungspfad 44 und dem Düsenkörper 31.
Der äußere Strömungspfad 44 weist eine ringförmige Form auf, die in koaxialem Verhältnis mit den Strömungspfaden 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung in Bereichen um die zylindrischen äußeren Umfänge derselben ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, dass ein Wärmeübertragungswert in eine radiale Richtung in einer gesamten Umfangsrichtung zwischen dem Düsenkörper 31, der als der Wandabschnitt dient, und dem äußeren Strömungspfad 44 gleich gemacht wird. Dies unterdrückt eine Variation der Temperatur entlang der Umfangsfläche des vorderen Endabschnitts des Düsenkörpers 31 der Nadel 30, und ermöglicht, dass die Nadel 30 in dem Düsenkörper 31 in einer stabilisierten Weise gleitet.
Außerdem sind die Vielzahl Verbindungsdurchtritte 46 in dem Düsenkörper 31 in Umfangsrichtung und in gleichmäßig beabstandeten Abständen jeweils in einem gleichen Umfangsabstand ausgebildet. Dies ermöglicht, dass die Zirkulationsströmung der wässrigen Harnstofflösung, die von den Strömungspfaden 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung zu dem äußeren Strömungspfad 44 zugeführt wurde, gleichmäßig verteilt wird. Deswegen unterdrückt dies weiter die Variation der Temperatur des Düsenkörpers 31 entlang von dessen gesamter Umfangsfläche.
Mit einer Konstruktion, die fortgeführt wird wie oben, kann der Temperaturanstieg des Hinzufügungsventils 1 an dessen vorderem Endabschnitt, dessen Temperatur steigt, wenn der vordere Endabschnitt sich seinem distalen Ende nähert, das heißt, der Temperaturanstieg des inneren Bereichs des vorderen Endabschnitts minimiert werden. Somit können nicht nur die Verdampfung und Koagulation des Reduktionsmittels an dem vorderen Endabschnitt des Hinzufügungsventils 1 minimiert werden, sondern ebenfalls können der übermäßige Temperaturanstieg und die Variation der Umfangstemperatur des Bereichs nahe an dem Ventilsitzabschnitt 41, der als „Volumeneinstellmechanismus” dient, unterdrückt werden. Dies ermöglicht es, dass eine befohlene Einspritzrate und eine tatsächliche Einspritzrate des Reduktionsmittels nahezu mit hoher Genauigkeit zusammenfallen, und ermöglicht dabei, dass die wässrige Harnstofflösung in einer hoch stabilisierten Weise dem Abgasstrom zugeführt wird.
[Modifizierte Form]
6 ist eine darstellende Ansicht, die eine Strömung der wässrigen Harnstofflösung zeigt, die durch einen vorderen Endabschnitt eines Hinzufügungsventils 1A einer modifizierten Form tritt. Die gleichen Bauteile wie die des Hinzufügungsventils 1 der ersten Ausführungsform tragen gleiche Bezugszeichen, um eine Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden.
Mit dem Hinzufügungsventil 1A der modifizierten Form weist ein Düsenkörper 31A eine Vielzahl von Verbindungsdurchtritten 46A auf, die in einem Bereich gegenüber einem vorderen Ende des Düsenkörpers 31A ausgebildet sind, um eine Fluidverbindung zwischen dem Strömungspfad 39 der wässrigen Harnstofflösung und dem äußeren Strömungspfad 44 bereitzustellen. Dies ermöglicht die Strömung „B", wodurch es möglich ist, dass ein gesamtes Volumen der wässrigen Harnstofflösung, das durch den Strömungspfad 39 der wässrigen Harnstofflösung zu den Einspritzdüsen 17 zugeführt wird, in die Strömung „C", die zu den Einspritzdüsen 17 gerichtet ist, und die Strömung „D", die zu einem distalen Ende des äußeren Strömungspfads 44 gerichtet ist, zu unterteilen. Zusätzlich tritt ein Teil der Strömung „D" durch den Rückführungsströmungsdurchtritt 48 an einem vorderen Ende des äußeren Strömungspfads 44, um die Strömung „E" auszubilden, die zu dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung gerichtet ist. Deswegen strömt die wässrige Harnstofflösung in den Strömungspfaden 38 und 39 der wässrigen Harnstofflösung durch die Verbindungsdurchtritte 46 in dem Bereich gegenüber dem vorderen Ende des Düsenkörpers 31 in den äußeren Strömungspfad 44 zu dem vorderen Ende des äußeren Strömungspfads 44, und danach strömt die wässrige Harnstofflösung an dem vorderen Ende des äußeren Strömungspfads 44 in den Rückführungsströmungsdurchtritt 48, um zu dem Tank 9 für die wässrige Harnstofflösung zurückzukehren.
Mit solchen Strömen der wässrigen Harnstofflösung wird die Strömung „B" in die Strömungen „C" und „D" in dem Bereich gegenüber dem vorderen Ende des Düsenkörpers 31 an einer Position entfernt von den Einspritzdüsen 17 aufgeteilt. An der Position, in der die Strömung „B" in die Strömungen „C" und „D" aufgeteilt wird, besteht die Gefahr, dass die wässrige Harnstofflösung leicht in turbulenten Strömungen strömt. Somit kann mit der Aufteilungsposition in dem Bereich entfernt von den Einspritzdüsen 17 angeordnet die wässrige Harnstofflösung in einem stabilen Einspritzzustand eingespritzt werden.
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genau beschrieben wurden, wird Fachleuten deutlich werden, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen zu diesen Details in dem Licht der allgemeinen Lehre der Offenbarung entwickelt werden können. Entsprechend ist beabsichtigt, dass die offenbarten Anordnungen lediglich darstellend sind und den Bereich der Erfindung nicht einschränken, der lediglich durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.
Ein Ventil zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels ist offenbart, das einen äußeren Strömungspfad so ausgebildet hat, dass er sich von einer Position angrenzend an einen Ventilsitzabschnitt erstreckt. Dies ermöglicht es, dass ein Reduktionsmittel als Zirkulationsstrom zu einem vorderen Endabschnitt des Hinzufügungsventils in einer Position zugeführt wird, die gefährdet ist, die höchste Temperatur zu erreichen, um einen Temperaturanstieg des Hinzufügungsventils an seinem vorderen Ende wirkungsvoll zu unterdrücken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2002-503783 [0002]

Claims

Ventil (1, 1A) zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels, das einen Ventilkörperabschnitt (26) mit einem Düsenkörper (31) hat, der ein vorderes Ende (31a), das innen mit einem Ventilsitzabschnitt (41) ausgebildet ist, ein Ventilelement (30), das innerhalb des Düsenkörpers (31) gleitbar angeordnet ist, um auf den Ventilsitz gesetzt zu werden oder von diesem abgehoben zu werden, und eine Einspritzdüse (17) aufweist, und innerhalb des Düsenkörpers eine Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) ausgebildet ist, um eine Zufuhr eines Reduktionsmittels, das von einer Reduktionsmittelzufuhrquelle (9) zugeführt wird, zu der Einspritzdüse (17) zu ermöglichen, wobei ein einstellbares Anordnen einer Position des Ventilelements es ermöglicht, dass das Reduktionsmittel in einen Abgasstrom eingespritzt wird, gekennzeichnet durch: eine Reduktionsmittelnebenkammer (44), die als Kammerraum ausgebildet ist, der sich zu einer zu dem Ventilsitzabschnitt (41) benachbarten Position erstreckt; einen Verbindungsdurchtritt (46), der eine Fluidverbindung zwischen der Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) und der Reduktionsmittelnebenkammer (44) bereitstellt; und einem Rückführungsströmungsdurchtritt (48), der einen Teil eines Strömungsdurchtritts ausbildet, durch den das Reduktionsmittel von der Reduktionsmittelnebenkammer (44) zu der Reduktionsmittelzufuhrquelle (9) zurückgeführt wird, um eine Fluidverbindung zwischen der Reduktionsmittelnebenkammer (39) und einem äußeren Bereich des Ventilkörperabschnitts (26) bereitzustellen.
Ventil (1, 1A) zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) in einer Form ausgebildet ist, die es ermöglicht, dass das Reduktionsmittel, das von der Reduktionsmittelzufuhrquelle (9) zugeführt wurde, entlang einer axialen Richtung des Ventilelements (30) in einer Weise strömt, in der es eine axiale Strömung ausbildet, die zu der Einspritzdüse (17) gerichtet ist; und wobei die Reduktionsmittelnebenkammer (39) und die Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) an einem vorderen Ende des Ventilkörperabschnitts (26) mittels eines Wandabschnitts (31b), der eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, voneinander unterteilt sind.
Ventil (1, 1A) zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelnebenkammer (44) in einer Form ausgebildet ist, in der sie die Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) über den Wandabschnitt (31b) umgibt.
Ventil (1, 1A) zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsdurchtritt (46) die Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) und die Reduktionsmittelnebenkammer (44) an einem vorderen Ende des Düsenkörpers (31) miteinander verbindet; wobei der Rückführungsströmungsdurchtritt (48) an einer Position gegenüber dem vorderen Ende des Ventilkörperabschnitts (26) mit der Reduktionsmittelnebenkammer (44) in Verbindung ist.
Ventil (1, 1A) zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsdurchtritt (46) die Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) und die Reduktionsmittelnebenkammer (44) an einer Position gegenüber dem vorderen Ende des Düsenkörpers (31) miteinander verbindet; wobei der Rückführungsströmungsdurchtritt (48) an dem vorderen Ende des Ventilkörperabschnitts (26) mit der Reduktionsmittelnebenkammer (44) in Verbindung ist.
Ventil (1, 1A) zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) und die Reduktionsmittelnebenkammer (44) Querschnittebenen aufweisen, die Achsen einschließen und sich axial parallel zueinander erstrecken, und die längliche Formen aufweisen, deren axiale Längen größer als deren radiale Längen sind; wobei die Formen der Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) und der Reduktionsmittelnebenkammer (44) in ihren Querschnittebenen parallel zueinander ausgebildet sind.
Ventil (1, 1A) zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) in einer zylindrischen Form ausgebildet ist; und die Reduktionsmittelnebenkammer (44) in einer ringförmigen Form in einem konzentrischen Verhältnis zu der Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) an ihrem äußeren Umfang ausgebildet ist.
Ventil (1, 1A) zum Hinzufügen eines Reduktionsmittels nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) und die Reduktionsmittelnebenkammer (44) miteinander durch eine Vielzahl von Verbindungsdurchtritten (46) verbunden sind, die in den äußeren Umfang der Reduktionsmittelzufuhrkammer (38) und einen inneren Umfang der Reduktionsmittelnebenkammer (44) münden; wobei die Vielzahl der Verbindungsdurchtritte (46) ausgebildet ist, um zu ermöglichen, dass Mündungsabschnitte an der Reduktionsmittelnebenkammer (44) an deren inneren Umfang mit einem nahezu gleichmäßigen Umfangsabstand ausgebildet sind.