JP2011501042A - 選択的触媒還元システムのための還元剤供給ユニットのための流体供給接続 - Google Patents

Abstract

車両のための選択的触媒還元（ＳＣＲ）後処理のための還元剤供給ユニット（１６）が提供される。このユニットは、排気流路（１３）に関連したソレノイド流体インジェクタ（１８）を有している。インジェクタは、流体入口（２８）及び流体出口（３０）を有しており、流体入口は尿素水の供給源を受容し、流体出口は、排気流路内への尿素水の噴射を制御するために排気流路に直接に連通している。供給構造（３２）は流体入口を形成しており、インジェクタの本体（１８）に結合されたカップ（３７）と、単一の部材を形成するようにカップと一体の供給管（２９）とを有している。供給管は、流体入口に尿素水を供給するために尿素水の供給源（２７）に接続されている。供給管は、流体入口に供給される尿素水の全体積が加熱されるように熱源（３３）によって加熱される。

Description

本願は、ここで引用したことにより本明細書に記載されたこととされる、２００７年１０月２５日に出願された米国特許仮出願第６０／９８２５３１号明細書の早期出願日の優先目的の利益を請求する。

発明の分野
本発明は、エンジン排気システムに還元剤を供給する還元剤供給ユニット（ＲＤＵ）、特に、選択的触媒還元（ＳＣＲ）噴射ユニットと加熱された供給管との間の改良された流体供給接続に関する。

発明の背景
欧州及び北米での厳しい排ガス規制の新たな期間の到来は、特に圧縮点火（ディーゼル）エンジン、及び希薄及び超希薄条件下で作動する成層燃焼火花点火エンジン（通常直噴を伴う）等の希薄燃焼技術のための、新たな排気後処理システムの実現を促している。希薄燃焼エンジンは、高レベルの窒素酸化物（ＮＯｘ）を排出し、これは希薄燃焼における酸素濃度が高い排気環境特性において処理することが困難である。現在、これらの条件下でＮＯｘを処理する排気後処理技術が開発されている。これらの技術のうちの１つは、窒素（Ｎ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）を生じるために排気窒素酸化物（ＮＯｘ）とのアンモニア（ＮＨ₃）の反応を促進する触媒を含む。この技術は選択的触媒還元（ＳＣＲ）と呼ばれる。

アンモニアは、自動車環境において純粋な形態で取り扱うのが困難である。したがって、これらのシステムは、液体水性尿素水を、通常は尿素水（ＣＯ（ＮＨ₂）₂）の３２％の濃度で使用することが一般的である。水溶液は、AUS-32と呼ばれ、AdBlueの商品名でも知られている。尿素水は、高温の排気流へ供給され、加熱分解を受けた後、排気中でアンモニアに変換されるか、又は熱分解を受けて、アンモニアとイソシアン酸（ＨＮＣＯ）とに変換される。次いで、イソシアン酸は、排気中の水と加水分解され、アンモニアと二酸化炭素（ＣＯ₂）とに変換される。次いで、加熱分解及び加水分解から生じたアンモニアは、前述のように窒素酸化物との触媒反応を生じる。

排気へのAUS-32の供給は、排気流におけるアンモニアの後の混合を容易にするために、流体の正確な調量及び流体の適切な準備を伴う。正確な調量は、通常、ガソリン燃料システムにおいて一般的に使用されている低コストで高体積のソレノイドインジェクタを使用することによって提供される。

インジェクタには、管を介してAUS-32が供給され、この管は、流体の−１１℃という比較的高い凝固点のため、加熱されなければならない。図１を参照すると、ＲＤＵ１２への管インターフェース１０は、概して、容易な組立て及び保守のために、加熱される管（図示せず）のインターフェース１０への迅速な着脱を可能にする流体接続である。ＲＤＵ１２は、排気流路１３に接続されて示されている。次いで、接続のインジェクタ側は、インジェクタカップ１４に溶接又は接合され、インジェクタカップ１４内に、シールを提供するＯリング１５を備えたインジェクタ入口コネクタが配置される。この接続は、管から発する電気加熱エレメントによって達するのが困難な流体の加熱されない体積（図２に寸法Ａによって示されている）を生じ、ひいては、この体積を解凍するための解凍時間を増大させる。

Robert Bosch社及びPurem社はそれぞれ、高負荷ディーゼルエンジン部門のための制限された量産におけるＳＣＲシステムを有する。

Purem社のシステムの場合、調量制御は、制御ブロックに取り付けられたSiemens社のDeka IV インジェクタによって行われる。調量された流体は管を介して排気に搬送される。調量弁の後、流体は圧縮空気にも曝され、霧化を助け、これは、その後の排ガスとの良好な混合を保証する。次いで、加圧された混合物は排気内へ噴射される。用量供給ユニットにおける流体の加熱は行われない。しかしながら、用量供給ユニットに供給する管は加熱され、システムは、遮断時に空気でパージされ、凍結する流体の量を最小限にする。流体接続は、標準的なSAE J2044迅速接続フィッティングを用いて行われ、上述の解凍の問題を生じる。

Bosch社の製造エアアシストシステムは、加熱される供給管を備えた用量供給モジュールをも有する。Bosch社は、空気を使用しないシステム概念も開示している。空気圧縮は、ＳＣＲ技術の多くの将来用途において利用可能であることが予測されないので、ソレノイドインジェクタを使用しながらエアアシストなしでAUS-32の供給を有する必要がある。エアアシストなしの慣用のBosch社のシステムにおいて、噴射ユニットへの供給管は加熱され、SAE J2044迅速接続フィッティングを用いる流体供給管への噴射ユニットインターフェースを用いて、上述の解凍の問題を生ぜしめる。

したがって、供給システムインターフェースにおける加熱されない流体の体積を最小限にするＲＤＵのための改良された流体接続を提供することも必要である。

発明の概要
本発明の目的は、上述の要求を満たすことである。本発明の原理に従って、この目的は、車両のための選択的触媒還元（ＳＣＲ）後処理のための還元剤供給ユニットを提供することによって達成される。還元剤供給ユニットは、ＳＣＲ触媒コンバータの上流における排気流路に関連するように構成及び配置されたソレノイド流体インジェクタを有している。流体インジェクタは、流体入口及び流体出口を有している。流体入口は、尿素水の供給源を収容するように構成及び配置されており、流体出口は、排気流路への尿素水の噴射を制御するために排気流路と直接に連通するように構成及び配置されている。供給構造は流体入口を形成している。供給構造は、インジェクタの本体に連結されたカップと、単一の部材を形成するようにカップと一体の供給管とを有している。供給管は、流体入口に尿素水を供給するために尿素水の供給源と連結されるように配置されている。供給管は、流体入口に供給される尿素水の全体積が加熱されるように、加熱源によって加熱されるように構成及び配置されている。

開示された実施形態のさらに別の態様によれば、方法は、車両のための選択的触媒還元（ＳＣＲ）後処理のための還元剤供給ユニット（ＲＤＵ）に提供される尿素水が加熱されることを保証する。ＲＤＵは、排気流路内に直接に尿素水を噴射するために排気流路に関して取り付けられている。方法は、ＲＤＵの流体入口を形成する供給構造を提供する。供給構造は、単一の部材を形成するようにＲＤＵの部分と一体の供給管を有している。供給管は、流体入口に尿素水を供給するために尿素水の供給源に連結されている。供給管は、ＲＤＵの流体入口に供給される尿素水の全体積が加熱されるように加熱される。

本発明のその他の目的、特徴及び特性、操作方法、構造の関連するエレメントの機能、部材の組み合わせ、製造の経済性は、全てが本明細書の一部を構成している添付の図面に関連した以下の詳細な説明及び添付の請求項を考慮することによってより明らかになるであろう。

本発明は、添付の図面に関連した、発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明からよりよく理解されるであろう。図面中、同一の符号は同一の部材を示している。

排気流路に接続された慣用のＲＤＵを示す図であり、ＲＤＵの流体供給接続を示している。 図１のＲＤＵの部分の断面図である。 本発明の実施形態に従って提供されたＲＤＵの斜視図であり、インジェクタカップに一体化された加熱された供給管を含む供給構造を有している。 図３のＲＤＵの部分の断面図である。 排気流路に取り付けられて示された図２のＲＤＵの概略図である。

典型的な実施形態の詳細な説明
図３を参照すると、エンジン排気にAUS-32を供給するための本発明による還元剤供給ユニット（ＲＤＵ）が概して１６で示されている。ＲＤＵ１６は、車両におけるＳＣＲ排気後処理システムにおいて使用される。

ＲＤＵ１６の調量機能は、特別に適応された組み込まれたソレノイド流体インジェクタ１８によって行われる。インジェクタ１８は、ＳＣＲ触媒コンバータ２０の上流に位置する排気経路１３における流体の霧化も提供する（図５）。特に、インジェクタ１８を備えたＲＤＵ１６のフランジ２２は、好適には酸素触媒コンバータ２６とＳＣＲ触媒コンバータ２０との間において排気経路１３のボス２４に取り付けられている。流体インジェクタ１８を使用する利点は、体積の大きな自動車部品を使用することによって生じるコストの低減である。

流体インジェクタ１８は、好適には、米国特許第６６８５１１２号明細書及び２００８年３月２８日に出願された米国特許同時継続出願第１２／０７８２５２号明細書に開示された形式の、ガソリン用の電気作動式ソレノイド流体インジェクタである。これらの特許及び特許出願の内容は、引用したことにより、本明細書に記載されたこととする。

インジェクタ１８は、流体入口２８と、フランジ２４を貫通した流体出口３０も有している。入口２８は、タンク２７から供給管２９を介して尿素水又はAUS-32の供給源を受容している。流体出口３０は排気流路１３と連通しており、これにより、水溶液は、排気流路１３内へ直接噴射されることができる。電力は、電気コネクタ２３においてインジェクタ１８に提供される。インジェクタ１８は、排気流路１３内へのAUS-32の流量を制御し、流れを遮断もする。

本発明の実施形態によれば、図４に詳細に示されているように、供給管２９は、インジェクタ１８の供給構造３２と一体に形成されている。供給構造３２はインジェクタ１８の流体入口２８を形成している。すなわち、実施形態の場合、供給管２９と供給構造３２との間の接続は存在しない。なぜならば、供給管２９と供給構造３２とは一体であり、単一の部材を形成しているからである。図５に示されているように、熱源３３が供給管２９全体を加熱するので、インジェクタ１８の入口２８に供給される尿素水の全体積が加熱される。したがって、この構成は、図２に示された慣用のＲＤＵにはない利点を提供する。なぜならば、図２の加熱されない体積Ａにおいて凍結するおそれのある流体を解凍させるための時間が必要ないからである。

好適にはプラスチックから成形された供給構造３２は、一体のフランジ３５を有しており、このフランジから一体の供給管２９が延びており、さらに、Ｏリング３９を介してインジェクタ本体４１に対してシールされた一体のカップ３７を有している。フランジ３５は、カップ３７の部分であると考えることができる。供給構造３２はＲＤＵ１６に機械的に結合されている。実施形態において、この機械的結合は、フランジ３５から延びた複数のフレキシブルな突起３４を提供することによって達成される。突起３４は、供給構造３２の成形中に形成される。各突起３４は、ＲＤＵ１６の遮熱材３８の開口３６を貫通し、第１の端部４２において遮熱材３８の表面４０に係合する。遮熱材３８は概して、開放端部４２を有する概して円筒状である。フランジ３５は開放端部４２を閉鎖している。遮熱材は、インジェクタ１８を実質的に包囲するように構成及び配置されており、この場合、遮熱材３８の他方の反対側の端部４４は、ボス２４に取り付けられるフランジ２２と結合されている。

排気流路１３からＲＤＵ１６を分解することなく保守を行う必要がある場合、遮熱材３８には、突起３４にアクセスするためのアクセス開口が設けられ、工具が突起３４を開口３６に向かって押し戻す。突起を提供する代わりに、例えば、ボルト、クリップ、スナップ留め等のその他の取外し可能な固定手段を使用することができる。

保守が望ましくない場合、別の実施形態においては、遮熱材３８に対して直接にプラスチック供給構造３２が成形される。引き続き、遮熱材３８がＲＤＵ１６の残りに組み付けられる。

前記好適な実施形態は、本発明の構造的及び機能的原理を例示する目的及び好適な実施形態を採用する方法を例示する目的で図示及び説明されており、このような原理から逸脱することなく変更される。したがって、発明は、請求項の精神の範囲に含まれる全ての変更を含んでいる。

１３ 排気経路、 １６ 還元剤供給ユニット、 １８ インジェクタ、 ２０ ＳＣＲ触媒コンバータ、 ２２ フランジ、 ２４ ボス、 ２６ 酸素触媒コンバータ、 ２８ 入口、 ２９ 供給管、 ３０ 流体出口、 ３２ 供給構造、 ３３ 熱源、 ３４ 突起、 ３５ フランジ、 ３６ 開口、 ３７ カップ、 ３８ 遮熱材、 ３９ Ｏリング、 ４０ 表面、 ４１ インジェクタ本体、 ４２ 端部、 ４４ 端部

Claims (20)

1. 車両のための選択的触媒還元（ＳＣＲ）後処理のための還元剤供給ユニットにおいて、
   ＳＣＲ触媒コンバータの上流において排気流路に関連するように構成及び配置されたソレノイド流体インジェクタが設けられており、該ソレノイド流体インジェクタが、流体入口及び流体出口を有しており、流体入口が尿素水の供給源を受容するように構成及び配置されており、流体出口が、排気流路への尿素水の噴射を制御するために排気流路と直接に連通するように構成及び配置されており、
   流体入口を形成する供給構造が設けられており、該供給構造が、インジェクタの本体に結合されたカップと、単一の部材を形成するようにカップと一体の供給管とを有しており、該供給管が、尿素水を流体入口に供給するために尿素水の供給源に接続されるように構成及び配置されており、
   供給管が、流体入口に供給される尿素水の全体積が加熱されるように熱源によって加熱されるように構成及び配置されていることを特徴とする、還元剤供給ユニット。
2. インジェクタを実質的に包囲する遮熱材が設けられており、供給構造が遮熱材に関連していることを特徴とする、請求項１記載の還元剤供給ユニット。
3. 供給構造が、一体のフランジを有しており、供給管が、前記フランジと一体でありかつフランジから延びており、フランジが、遮熱材に取外し可能に結合されるように構成及び配置されていることを特徴とする、請求項２記載の還元剤供給ユニット。
4. フランジが、該フランジから延びた複数のフレキシブルな突起を有しており、遮熱材の端部が複数の開口を有しており、突起が、関連する開口に受容されるようになっており、供給構造を遮熱材に取外し可能に固定するために突起が遮熱材の表面に係合することを特徴とする、請求項３記載の還元剤供給ユニット。
5. 供給構造がプラスチックから成形されていることを特徴とする、請求項１記載の還元剤供給ユニット。
6. 遮熱材が、開放端部を有する円筒状であり、前記フランジが開放端部を閉鎖しており、遮熱材が、突起にアクセスするために構成及び配置された開口を有することを特徴とする、請求項４記載の還元剤供給ユニット。
7. 遮熱材が、互いに反対側に位置する端部を有しており、供給構造の一部が前記端部のうちの一方に結合されており、排気流路に結合されるように構成及び配置されたフランジが他方の端部に結合されていることを特徴とする、請求項２記載の還元剤供給ユニット。
8. 供給管全体を加熱するヒータが設けられていることを特徴とする、請求項１記載の還元剤供給ユニット。
9. 車両のための選択的触媒還元（ＳＣＲ）後処理のための還元剤供給ユニットにおいて、
   ＳＣＲ触媒コンバータの上流において排気流路に関連するように構成及び配置されたソレノイド流体インジェクタが設けられており、該ソレノイド流体インジェクタが、流体入口及び流体出口を有しており、流体入口が尿素水の供給源を受容するように構成及び配置されており、流体出口が、排気流路への尿素水の噴射を制御するために排気流路と直接に連通するように構成及び配置されており、
   尿素水を供給するための手段が設けられており、該供給するための手段が、流体入口を形成しており、インジェクタの本体に結合された部分と、単一の部材を形成するように前記部分と一体の供給管とを有しており、該供給管が、尿素水を流体入口に供給するために尿素水の供給源に接続されるように構成及び配置されており、
   供給管が、インジェクタの流体入口に供給される尿素水の全体積が加熱されるように熱源によって加熱されるように構成及び配置されていることを特徴とする、還元剤供給ユニット。
10. インジェクタを遮蔽するための手段が設けられており、該遮蔽するための手段がインジェクタを実質的に包囲しており、供給するための手段が遮蔽するための手段に関連していることを特徴とする、請求項９記載の還元剤供給ユニット。
11. 供給するための手段が、一体のフランジを有しており、供給管が、フランジと一体でありかつ該フランジから延びており、フランジが、遮蔽するための手段に取外し可能に結合されるように構成及び配置されていることを特徴とする、請求項１０記載の還元剤供給ユニット。
12. フランジが、遮蔽するための手段の端部にフランジを取外し可能に固定するための手段を有することを特徴とする、請求項１１記載の還元剤供給ユニット。
13. 供給するための手段がプラスチックから成形されていることを特徴とする、請求項９記載の還元剤供給ユニット。
14. 供給するための手段がプラスチックから成形されていることを特徴とする、請求項１１記載の還元剤供給ユニット。
15. 遮蔽するための手段が、開放端部を有する概して円筒状であり、フランジが前記開放端部を閉鎖していることを特徴とする、請求項１１記載の還元剤供給ユニット。
16. 遮蔽するための手段が、互いに反対に位置する端部を有しており、供給するための手段の一部が端部のうちの一方に結合されており、排気流路に結合されるように構成及び配置されたフランジが他方の端部に結合されていることを特徴とする、請求項１０記載の還元剤供給ユニット。
17. 供給管を加熱するヒータと組み合わされていることを特徴とする、請求項９記載の還元剤供給ユニット。
18. 車両のための選択的触媒還元（ＳＣＲ）後処理のための還元剤供給ユニット（ＲＤＵ）に提供される尿素水が加熱されることを保証する方法において、ＲＤＵが、排気流路内に尿素水を直接に噴射するために排気流路に関して取り付けられており、前記方法が、
    ＲＤＵの流体入口を形成する供給構造を提供し、該供給構造が、単一の部材を形成するようにＲＤＵの一部と一体の供給管を有しており、該供給管が、流体入口に尿素水を供給するために尿素水の供給源と接続されており、
    ＲＤＵの流体入口に供給される尿素水の全体積が加熱されるように供給管を加熱することを特徴とする、車両のための選択的触媒還元（ＳＣＲ）後処理のための還元剤供給ユニット（ＲＤＵ）に提供される尿素水が加熱されることを保証する方法。
19. 供給構造を提供することが、該供給構造をプラスチックから成形することを含むことを特徴とする、請求項１８記載の方法。
20. インジェクタを実質的に包囲するための遮熱材を提供し、
    該遮熱材に供給構造を取外し可能に結合することを特徴とする、請求項１８記載の方法。

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