JP2008514846A

JP2008514846A - 特に内燃機関の排ガスを処理するために用いられる媒体のための供給システム、排ガス浄化装置および供給システムを運転するための方法

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Publication number: JP2008514846A
Application number: JP2007532868A
Authority: JP
Inventors: リパーヴォルフガング; ビュルグリンマルクス; フレンダーゲッツ; マインガストウルリヒ; ハイリヒディルク; フォンメドゥーナディルク
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: US7849675B2; US20070266699A1; DE102004046881A1; ATE469290T1; EP1797289A1; JP4443607B2; DE502005009652D1; WO2006034891A1; EP1797289B1

Abstract

本発明は、特に内燃機関の排ガスを処理するための排ガス浄化装置に用いられる媒体のための供給システムであって、ストックタンク（１０）と、該ストックタンク（１０）に接続された、排ガス管路（１２）に接続された調量ユニット（１４）に媒体を供給するための供給管路（１１）と、ストックタンク（１０）内に媒体を戻すための戻し管路（１３）とが設けられている形式のものから出発する。供給管路（１１）および／または戻し管路（１３）が、少なくとも１つの第１の部分通路（１５）と、流れに関して並列に案内された少なくとも１つの第２の部分通路（１６）とを備えた少なくとも１つの管路領域（３３）を有しており、部分通路（１５，１６）が、それぞれ異なる断熱特性を有していることが提案される。さらに、本発明は、本発明による供給管路を備えた排ガス浄化装置ならびに本発明による供給管路を運転するための方法から出発する。

Description

背景技術
本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した形式の、特に内燃機関の排ガスを処理するために用いられる媒体のための供給システム、排ガス浄化装置および供給システムを運転するための方法から出発する。

内燃機関の排ガス内に含まれている窒素酸化物を減少させるためには、特に自己着火式の内燃機関に対して、選択的に触媒により還元するための方法が有利であると分かった。この方法では、窒素酸化物がアンモニアと一緒に選択触媒内で窒素と水とに変換される。窒素酸化物を触媒により変換するために必要となる媒体、たとえば還元剤は、アンモニアの代わりに尿素水溶液の形で車両で連行される。この尿素水溶液から、アンモニアが尿素溶液の加水分解によって、その都度変換のために必要となる量で遊離され得る。還元剤は別個のストックタンク内への補給時に充填され、排ガス管に直接配置された調量ユニット、たとえば調量弁に通じる供給管路を介して排ガス流に供給される。

調量弁の申し分のない機能を保証するために、一方では、この調量弁が冷却されなければならない。他方では、尿素濃度に関連して、特定の温度で尿素水溶液が凍結する危険がある。尿素溶液の膨張特性は水の膨張特性に類似している。凍結した尿素溶液が膨張することができない場合には、この尿素溶液で充填された構成部材の内部に、この構成部材の破壊に繋がり得る許容できないほど高い圧力が生ぜしめられ得る。調量弁の作業室内に、少なくとも部分的に圧力下で撓む壁またはエレメントを設けることが知られている。このエレメントは、氷形成下で生ぜしめられる作業室内の圧力を可逆的に補償することができる。ポンプと調量ユニットとの間の少なくとも１つの領域を通常運転圧送方向と逆方向で空にすることができる択一的な構成も知られている。しかし、これによって、低い外温の場合の望ましくない氷形成による調量ユニットの損傷、特にアッセンブリ内の過剰に高められた氷圧の形成を確実に回避することができない。

媒体が過度に強く加熱されないように、調量ユニットで冷媒によって吸収される熱量が再び周辺に放出されることが確保されなければならない。このことは、有利には調量ユニットから、ストックタンクに戻される戻し管路を介して行われる。この場合に問題となるのは、媒体の凍結を可能な限り長く阻止するために、ストックタンクが断熱されていなければならないということである。さらに、管路内に位置する媒体の凍結後の融解過程を可能な限り迅速にかつ高いエネルギ損失の低減下で実現することができるように、管路が断熱されていなければならない。したがって、媒体の凍結特性に対する可能な限り良好な断熱と、熱導出を保証するための可能な限り僅かな断熱作用との間の目的矛盾が生ぜしめられる。

発明の利点
本発明は、特に内燃機関の排ガスを処理するための排ガス浄化装置に用いられる媒体のための供給システムであって、ストックタンクと、該ストックタンクに接続された、該ストックタンク内に媒体を供給するための供給管路とが設けられている形式のものから出発する。

供給管路および／または戻し管路が、少なくとも１つの第１の部分通路と、流れに関して並列に案内された少なくとも１つの第２の部分通路とを備えた少なくとも１つの管路領域を有しており、部分通路が、それぞれ異なる断熱特性を有していることが提案される。これによって、調量ユニットで吸収された熱を、全媒体循環路を同時に断熱して周辺に導出することができる。媒体は、有利には、通常の運転条件で凍結し得る媒体、特に尿素水溶液である。さらに、本発明は、本発明による供給管路を備えた排ガス浄化装置ならびに本発明による供給管路を運転するための方法から出発する。

有利には、両部分通路がそれぞれ異なる熱導出特性を有しており、特に両部分通路がその断熱において著しく異なって形成されている。２つの部分から成る管路領域は、有利には調量ユニットとストックタンクとの間の戻し管路の領域に配置されている。有利には、両部分通路の一方が断熱なしに形成されているのに対して、他方の部分通路は断熱されていてよい。戻される媒体が、内燃機関の最初の始動過程後に、戻し管路の、断熱された第１の部分通路内に供給可能であることが提案されていてよい。有利には、これによって、凍結した管路の融解過程が機関始動後に加速させられる。この管路の融解過程後、戻される媒体が、戻し管路の、断熱されていない第２の部分通路内に供給可能となり得る。したがって、媒体の主流を時間的にずらして第２の部分通路を通して案内することができ、これによって、望ましい熱導出が確保される。この場合、媒体の過熱を回避することができる適切な冷媒として、媒体自体が使用可能である。なぜならば、この媒体がいずれにせよ調量ユニットに供給されなければならないからである。

凍結した管路の融解過程を機関の始動後に加速させ、圧送循環路を確保するためには、供給管路と戻し管路とが電気的に加熱可能であってよい。有利な構成では、第１の部分通路と第２の部分通路とが別個に加熱可能である。この場合、断熱されていない第２の部分通路を、まず、加熱出力を制限するかまたは第１の部分通路の融解過程を加速させるために、加熱から除外することができる。この構成では、第２の部分通路が、第１の部分通路の融解後に初めて加熱され、こうして、時間的に遅らされて第２の部分通路の融解過程が加速させられる。その後、第１の部分通路の加熱が停止される。第２の部分通路が融解するやいなや、この第２の部分通路の加熱が停止され得る。いま、媒体の主流は第２の部分通路を通って流れ得る。この場合、所望の熱導出を、有利には第２の部分通路によって行うことができる。

本発明の有利な構成では、両部分通路の一方のみへの媒体の供給または第１の部分通路と第２の部分通路とへの媒体の、量に関する分配が制御可能である。このために、有利には、戻し管路の第１の部分領域が第１の部分通路と第２の部分通路とに分岐される分岐箇所にかつ／または第１の部分通路と第２の部分通路とが戻し管路の第２の部分領域で再び合流する接続箇所に、種々異なる手段と装置とが設けられている。

供給または分配は、戻し管路の第１の部分領域内の第１の主流れ方向と、第１の部分通路および／または第２の部分通路との間の流入角によって調整可能であってよい。有利には、供給または分配が、第１の流入角と第２の流入角とのサイズ比によって制御されてよい。第１の流入角は、分岐箇所の前方の戻し管路の第１の部分領域内の第１の主流れ方向と、第１の部分通路内への流入方向との間に配置されている。第２の流入角は、戻し管路の第１の部分領域内の第１の主流れ方向と、第２の部分通路内の主流れ方向との間に位置している。この場合、第２の流入角は、有利には第１の流入角よりも小さく設定されている。この場合、第２の流入角は、有利には１０゜であり、第１の流入角は、有利には少なくとも８０゜である。本発明による排ガス装置の特に有利な構成では、第２の流入角が０゜であり、第１の流入角が９０゜である。このことは、戻し管路内の媒体の主流が、質量慣性と既存の流速とに基づき、第２の部分通路を通って流れるという利点を有している。この場合、角度記載は、車両への組付け位置に関する。

さらに、供給または分配が、戻し管路の第２の部分領域内の第２の主流れ方向と、第１の部分通路および／または第２の部分通路との間の流出角によって調整可能であってよい。有利には、供給または分配が、第１の流出角と第２の流出角とのサイズ比によって制御可能である。第１の流出角は、接続箇所の後方の戻し管路の第２の部分領域内の第２の主流れ方向と、第１の部分通路からの流出方向との間に位置している。第２の流出角は、戻し管路の第２の部分領域内の主流れ方向と、第２の部分通路内の第２の主流れ方向との間に配置されている。この場合、第１の流出角は、有利には第２の流出角よりも小さく設定されている。この場合、第１の流出角は、有利には多くとも１０゜であり、第２の流出角は、有利には少なくとも８０゜である。本発明による排ガス装置の特に有利な構成では、第２の流出角が０゜の設定を有しており、第１の流出角が９０゜の設定を有している。これによって、有利には、第２の部分通路を通る媒体の通流を得ることができる。

第１の部分通路または第２の部分通路による媒体の供給または導出は、分岐箇所および接続箇所の領域と異なる箇所に設けられた装置と手段とによって実現することもできる。特に戻し管路の第１の部分通路および／または第２の部分通路への、ストックタンク内に戻される媒体が、部分通路のそれぞれ異なる流れ横断面によって調整可能であってよい。特に第１の部分通路の第１の流れ横断面が、第２の部分通路の第２の流れ横断面よりも小さく設定されていてよい。これによって、有利には、第２の部分通路内の凍結した媒体が融解した後に、より大きな第２の流れ横断面を備えた第２の部分通路への媒体の供給または導出が生ぜしめられる。第２の部分通路への媒体の主流の、調整された迂回を達成するために、たとえば絞りの形の１つまたはそれ以上の狭隘部が第１の部分通路内に設けられていてもよい。

さらに、媒体の供給または導出が、弁、たとえば遮断弁によって制御されてよい。この場合、特に分岐箇所および／または接続箇所および／または第１の部分通路にそれぞれ１つのサーモスタット弁が設けられていてよい。このサーモスタット弁は、特定の温度、たとえば６０℃で、管路を通って流れる媒体に対する第２の部分通路の開放と第１の部分通路の閉鎖とを調整することができる。

特に効果的な熱導出を第２の部分通路の領域で得るためには、この第２の部分通路が、組付け位置でその長手方向延在長さの一領域において走行風の動圧に対して横方向に配置されていてよい。これによって、第２の部分通路の可能な限り大きな表面が走行風にさらされる。これによって、熱導出を付加的に助成することができる。

さらに、第２の部分通路が、たとえばこの第２の部分通路に対して側方に配置された、低温の空気の追従案内のために働く案内金属薄板の形の付加的なアクティブな冷却装置を有していてよい。この構成は、特に第２の部分通路が走行風の動圧に対して横方向に配置されておらず、異なる角度でかつ特に走行風に対して平行に配置されている場合に有利であり得る。第２の部分通路は、熱導出を高めるために、冷却リブを備えていてもよい。匹敵し得る作用を備えた別のアクティブなあらゆる冷却装置の配置も可能である。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

実施例の説明
特に内燃機関の排ガスを処理するために用いられる媒体のための有利な供給システムが簡単に図１に示してある。ストックタンク１０内には、内燃機関の排ガスを浄化するための還元剤としての媒体、有利には通常の運転条件で凍結し得る媒体、たとえば尿素水溶液が蓄えられている。この媒体はポンプ２６と供給管路１１とを介して調量ユニット１４内に供給可能である。ポンプ２６は媒体を、矢印によって示した通常運転圧送方向３０で調量ユニット１４に向かって圧送する。この調量ユニット１４は媒体を直接排ガス管路１２内に放出する。排ガス浄化のためには、媒体が排ガス管路１２を介して触媒２７内に供給される。排ガス管路１２内の排ガス流れ方向３１は矢印によって示してある。調量ユニット１４から、過剰の媒体が戻し管路１３を介してストックタンク１０内に、矢印によって示した通常運転圧送方向３０で返送される。

本発明の有利な構成によれば、供給管路１１および／または戻し管路１３が、少なくとも１つの第１の部分通路１５と、流れに関して並列に案内された少なくとも１つの第２の部分通路１６とを備えた少なくとも１つの管路領域３３を有している。この場合、部分通路１５，１６は、それぞれ異なる断熱特性を有している。この場合、部分通路１５，１６は、特にそれぞれ異なる熱導出特性を有している。

分岐箇所１７では、戻し管路１３が２つの部分通路１５，１６に分割されている。両部分通路１５，１６は再び接続箇所１８で接続されている。本発明によれば、両部分通路１５，１６の一方のみが断熱なしに形成されている。図１では、第２の部分通路１６のみが断熱なしに形成されている。内燃機関の最初の始動過程後には、戻される媒体が、戻し管路１３の、断熱された第１の部分通路１５内に供給可能となる。有利には、これによって、凍結した管路の融解過程が機関始動後に加速させられる。この管路の融解過程後、戻される媒体が、戻し管路１３の、断熱されていない第２の部分通路１６内に供給可能となり得る。したがって、所望の熱導出を確保するために、媒体の主流を時間的にずらして第２の部分通路を通して案内することができる。

本発明によれば、第１の部分通路１５と第２の部分通路１６とが別個に加熱可能である。この場合、断熱されていない第２の部分通路１６が、まず、加熱出力を制限するために、加熱から除外されている。有利な構成では、第２の部分通路１６が、第１の部分通路１５の融解後に初めて加熱され、こうして、時間的に遅らされて第２の部分通路１６の融解過程が加速させられる。その後、第１の部分通路１５の加熱が停止される。第２の部分通路１６が融解するやいなや、この第２の部分通路１６の加熱が停止され得る。いま、媒体の主流は第２の部分通路１６を通って流れ得る。この場合、所望の熱導出が、有利には第２の部分通路１６によって行われる。

付加的な熱導出は、戻し管路１３に対して並列に案内された第３の部分通路２８によって得られる。この第３の部分通路２８は、下流側で調量ユニット１４と分岐箇所１７との間に配置されている。第３の部分通路２８は、媒体を調量ユニット１４内に供給するために働く。この調量ユニット１４は、熱搬出のために、この調量ユニット１４を取り囲むように媒体によって洗浄される。第３の部分通路２８を通って、調量供給したい量の媒体が流れる。図１に示していない択一的な構成では、管路２８が直接管路１１から調量ユニット１４に分岐していてもよい。

図２には、図１に示した概略図の拡大部分図が示してある。同じエレメントまたはほぼ不変のエレメントには、図面において同じ符号が付してある。並列に案内された両部分通路１５，１６は、戻し管路の第１の部分領域１３’において分岐箇所１７で分岐されていて、戻し管路１３の第２の部分領域１３’’に配置された接続箇所１８で再び接続されている。

両部分通路１５，１６の一方のみへの媒体の供給または第１の部分通路と第２の部分通路とへの媒体の、量に関する分配は制御可能である。本発明によれば、媒体の供給または分配が種々異なる手段と装置とによって調整可能となる。この場合、戻される媒体は、内燃機関の最初の始動過程後、有利には、まず、戻し管路１３の、断熱された第１の部分通路１５内に供給される。戻し管路１３の、断熱されていない第２の部分通路１６が融解した後に初めて、媒体が第２の部分通路１６内に案内される。

媒体の主流の供給または分配は流入角α，βによって調整可能であってよく、しかも、特に第１の流入角αと第２の流入角βとのサイズ比によって調整可能であってよい。第１の流入角αは、分岐箇所の前方の戻し管路１３の第１の部分領域１３’内の第１の主流れ方向１９と、第１の部分通路１５内への流入方向２０との間に配置されている。第２の流入角βは、戻し管路１３の第１の部分領域１３’内の第１の主流れ方向１９と、第２の部分通路１６内への第２の主流れ方向２１との間に位置している。図２では、第２の流入角βが第１の流入角αよりも小さく設定されている。この場合、第２の流入角βは、たとえば１０゜であり、第１の流入角αは、たとえば８０゜である。

さらに、戻し管路１３の第１の部分通路１５および／または第２の部分通路１６への媒体の供給または分配は、流出角γ，δによって調整されてよく、しかも、特に第１の流出角γと第２の流出角δとの間のサイズ比によって調整されてよい。この場合、第１の流出角γは、接続箇所１８の後方の戻し管路１３の第２の部分領域１３’’内の第２の主流れ方向２５と、第１の部分通路１５からの流出方向２２との間に配置されている。第２の流出角δは、戻し管路１３の第２の部分領域１３’’内の第２の主流れ方向２５と、第２の部分通路１６内の主流れ方向２１との間に位置している。本発明の有利な構成によれば、第１の流出角γが第２の流出角δよりも小さく設定されている。この場合、第１の流出角γが、図２では、たとえば１０゜であり、第２の流出角δが、たとえば８０゜である。

さらに、戻し管路１３の第１の部分通路１５および／または第２の部分通路１６への、ストックタンク１０内に戻される媒体の供給または分配は、第１の部分通路１５と第２の部分通路１６とのそれぞれ異なる流れ横断面によって調整することができる。本発明によれば、第１の部分通路１５の第１の流れ横断面２３が、第２の部分通路１６の第２の流れ横断面２４よりも小さく設定されている。これによって、融解後の第２の部分通路１６内への媒体の供給または分配が制御される。

第１の部分通路１５が狭隘部、たとえば絞りを有していることが提案されていてもよい。さらに、供給または分配が遮断弁によって制御されてよい。分岐箇所１７および／または接続箇所１８および／または第１の部分通路１５には、たとえばそれぞれ１つのサーモスタット弁が配置されていてよい。この装置は、図面に示していない。

戻し管路１３の第２の部分通路１６は、組付け位置でその長手方向延在長さの一領域において走行風の動圧に対して横方向に配置されていてよい。さらに、第２の部分通路１６が、冷却過程を助成するために、たとえば案内金属薄板または冷却リブの形の別のアクティブな冷却装置を有していてよい。

車両の排ガス系統に設けられた有利な供給システムを概略的に示す図である。図１に示した概略図の拡大部分図である。

符号の説明

１０ストックタンク、１１供給管路、１２排ガス管路、１３戻し管路、１３’ 部分領域、１３’’ 部分領域、１４調量ユニット、１５部分通路、１６部分通路、１７分岐箇所、１８接続箇所、１９主流れ方向、２０流入方向、２１主流れ方向、２２流出方向、２３流れ横断面、２４流れ横断面、２５主流れ方向、２６ポンプ、２７触媒、２８部分通路、３０通常運転圧送方向、３１排ガス流れ方向、３３管路領域、 α 流入角、 β 流入角、 γ 流出角、 δ 流出角

Claims

特に内燃機関の排ガスを処理するための排ガス浄化装置に用いられる媒体のための供給システムであって、ストックタンク（１０）と、該ストックタンク（１０）に接続された、排ガス管路（１２）に接続された調量ユニット（１４）に媒体を供給するための供給管路（１１）と、ストックタンク（１０）内に媒体を戻すための戻し管路（１３）とが設けられている形式のものにおいて、供給管路（１１）および／または戻し管路（１３）が、少なくとも１つの第１の部分通路（１５）と、流れに関して並列に案内された少なくとも１つの第２の部分通路（１６）とを備えた少なくとも１つの管路領域（３３）を有しており、部分通路（１５，１６）が、それぞれ異なる断熱特性を有していることを特徴とする、特に内燃機関の排ガスを処理するための排ガス浄化装置に用いられる媒体のための供給システム。
部分通路（１５，１６）が、それぞれ異なる熱導出特性を有している、請求項１記載の供給システム。
部分通路（１５，１６）の一方が、断熱なしに形成されている、請求項１または２記載の供給システム。
第１の部分通路（１５）と第２の部分通路（１６）とが、別個に加熱可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の供給システム。
部分通路（１５，１６）の一方のみへの媒体の供給または第１の部分通路と第２の部分通路とへの媒体の、量に関する分配が制御可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の供給システム。
ストックタンク（１０）内に戻される媒体が、内燃機関の最初の始動過程後に、戻し管路（１３）の、断熱された第１の部分通路（１５）内に供給可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の供給システム。
供給または分配が、戻し管路（１３）の第１の部分領域（１３’）内の第１の主流れ方向（１９）と、第１の部分通路（１５）および／または第２の部分通路（１６）との間の流入角（α，β）によって調整可能である、請求項５または６記載の供給システム。
供給または分配が、戻し管路（１３）の第２の部分領域（１３’’）内の第２の主流れ方向（２５）と、第１の部分通路（１５）および／または第２の部分通路（１６）との間の流出角（γ，δ）によって調整可能である、請求項５から７までのいずれか１項記載の供給システム。
供給または分配が、部分通路（１５，１６）のそれぞれ異なる流れ横断面（２３，２４）によって調整可能である、請求項５から８までのいずれか１項記載の供給システム。
供給または分配のために、部分通路（１５，１６）の一方に弁が設けられている、請求項５から９までのいずれか１項記載の供給システム。
排ガス浄化装置において、請求項１から１０までのいずれか１項記載の供給システムが設けられていることを特徴とする、排ガス浄化装置。
ストックタンク（１０）と、該ストックタンク（１０）に接続された、排ガス管路（１２）に接続された調量ユニット（１４）に媒体を供給するための供給管路（１１）と、ストックタンク（１０）内に媒体を戻すための戻し管路（１３）とを備えた、特に内燃機関の排ガスを処理するための排ガス浄化装置に用いられる媒体のための供給システムを運転するための方法において、媒体の主流を、内燃機関の最初の始動過程後に、戻し管路（１３）の、断熱された第１の部分通路（１５）内に供給し、この場合、融解過程後に、媒体の主流を、断熱なしの並列な第２の部分通路（１６）内に供給することを特徴とする、供給システムを運転するための方法。