JP2015502490A - 排ガス処理剤注入ユニットを有する排気処理装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、排ガスライン（２）を流れ通る、内燃機関（４）の排ガス（３）の後処理用の装置（１）に関し、装置（１）は少なくとも注入ユニット（５）を有し、注入ユニット（５）は、排ガスライン（２）の排気管（７）の開口（６）に配置され、排ガス処理剤（８）を排ガスライン（２）へ加えるように設計され、注入ユニット（５）は冷却ジャケット（９）によって囲まれ、冷却ジャケット（９）を経由して前記注入ユニット（５）は排気管（７）の開口（６）に固定され、冷却ジャケット（９）は、少なくとも部分的に空間（１０）によって囲まれ、空間（１０）は、少なくとも、冷却ジャケット（９）と、排気管（７）と、カバープレート（１１）と、によって画定され、カバープレート（１１）は、排気管（７）に接続され、隙間（１２）によって、冷却ジャケット（９）から、または前記注入ユニット（５）から、距離を置いて配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、排ガスラインを流れ通る、内燃機関の排ガスの後処理用の装置に関し、装置は、排ガスラインに排ガス処理剤を加えるための注入ユニットを有する。

（可動の）内燃機関の排ガスの浄化用の排ガス後処理装置に関し、排ガスに供給される排ガス処理剤を用いて内燃機関の排ガスが浄化される、排ガス後処理装置での使用が増加している。可動の内燃機関は、例えば自動車を駆動するために用いられる。

とりわけ、選択触媒還元（ＳＣＲ）法が知られており、その方法では、酸化窒素化合物から成る、内燃機関の排ガスが浄化される。その際、排ガスに、酸化窒素化合物を還元する排ガス処理剤が供給される。この種の排ガス処理剤は、例えばアンモニアである。アンモニアは、自動車に通常、直接ではなく、還元剤前駆体とも称される、（液体または固体）の前駆体媒体の形態で、貯蔵される。この還元剤前駆体は、続いて、特に設けられたリアクタで、または排ガス後処理装置で、実際の還元剤であるアンモニアに変換される。そのような還元剤前駆体は、例えば尿素水溶液であり、尿素水溶液はＡｄＢｌｕｅ（登録商標）の商品名で入手できる。そのような還元剤前駆体水溶液は、健康被害をもたらさず、それ故、問題なく貯蔵できる。特に、ここで示される還元剤および還元剤前駆体は、以下で「排ガス処理剤」の表現でまとめて言及される。

排ガス処理剤は、注入ユニットを介して排ガスラインに供給され、排ガス処理剤は、液体のまたは気体の形態で、またキャリヤーガスと混ぜられて、供給される。注入ユニットは、受動的および／または能動的に作動され得る。注入ユニットは、バルブ、インジェクタ、注入ポンプ等を備え得る。

排ガスラインを通って流れる排ガスは、非常に高い温度に達することもあり、従って、注入ユニットに、およびまた排ガス処理剤に、耐久性および安定性に関して高度な要求がされる。この高い温度に対して注入ユニットを保護するために、例えば水冷式の、注入ユニットの（能動的な）冷却の手段が設けられてもよい。排ガスラインの乱流のため、供給される排ガス処理剤が、（時々）冷却される、つまり比較的冷たい、注入ユニットの表面に落ちるということもあり得る。場合によっては、この際（例えば７０〜１００℃の範囲で温度がわずかに上昇する場合）、堆積物は、除去するのが難しく、注入ユニットを通る排ガス処理剤の流れ状態が影響されるという結果になり得る。さらに、注入ユニットは、堆積物によって順次塞がれ得る。さらに、注入ユニットの冷却配置と排ガスを運ぶ排ガスラインとの間の高い温度勾配に基づき、特に注入ユニットへの排ガスラインの接続部の領域に、（例えば排ガスラインの）素材疲労が生じ得る。

ここを出発点として、本発明の課題は、先行技術と関連して記述される技術的問題を、少なくとも部分的に解決することである。特に、特に安価で、技術的に容易で、効果的な、装置であって、それにより、排ガスラインと注入ユニットとの間の接続部の温度負荷が低減されることができ、および／または注入ユニットの領域で排ガス処理剤が堆積するのを防ぐことができる、装置が提案される。

この課題は、請求項１の特徴による装置により解決される。装置のさらなる有利な改良は、従属請求項に示される。請求項に個々に示される特徴は、任意の好ましい技術的に有意な方法で、互いに組み合わせ可能であり、明細書による説明的な事実によって補足されることもあり、その際に発明のさらなる設計変形が示される。

それに従って、内燃機関の、排ガスラインを通って流れる排ガスの、後処理用の装置が提案される。装置は注入ユニットを有し、注入ユニットは、排ガスラインの排気管の開口に配置され、排ガスラインへ排ガス処理剤を調量して加えるように設計される。注入ユニットは冷却ジャケットによって囲まれ、それを経由して注入ユニットは排気管の開口に固定される。冷却ジャケットは、少なくとも部分的に空間によって囲まれ、空間は、少なくとも、冷却ジャケット、排気管およびカバープレートによって、画定される。カバープレートは、排気管に接続され、隙間によって、冷却ジャケットから、または注入ユニットから、間隔が置かれる。

注入ユニットは、特にラインの一部を含み、それを通って、排ガス処理剤がタンクから排ガスラインに、排ガスの処理のために、運ばれることができる。注入ユニットは、排ガスラインの方向に注入開口を有し、そこから排ガス処理剤が注入ユニットから出て行く。注入ユニットは、特に（調整可能な、または特定の標的に向けることが可能な）インジェクタのように設計される。とりわけ望ましくは、注入ユニットは、液体の排ガス処理剤の添加のために構想されて配置される。その際、排ガス処理剤が、（ほぼ）完全な液体の形態で、注入開口で放出されると望ましい。添加は、場合によっては、キャリヤーガス（例えば圧力下の空気）の補助を用いて行われてもよいが、これは、この用途にとって本質的ではない。

注入ユニットは冷却ジャケットによって囲まれ、この冷却ジャケットは、特に、注入ユニットの外壁、およびさらに外側に設けられる、包囲する冷却ジャケット壁をもって形成され、冷却媒体が冷却ジャケットを流れ通ることができるようになっている。冷却ジャケット壁は、特に、注入ユニットと接続部を経由して接続され、注入ユニットが、冷却ジャケット壁を経由して排気管の開口に固定されることができるようになっているこの固定は、特に、溶接で製造される接続によって行われる。しかしながら、注入ユニットが、ねじの形態の接続を介して、排気管の開口と接続されることも可能である。

冷却ジャケット壁と排気管との間の接続部は、通常、高い温度勾配（排ガスラインの熱い排ガスと冷却ジャケットの冷却媒体との間）にさらされ、この領域において、接続部の、冷却ジャケット壁の、および／または排気管の、特に高い材料応力が生じ得るようになっている。特に、この接続部は、カバープレートによって排ガスラインから分けられる。カバープレートは、特に、排気管から注入ユニットの方へ延びる。カバープレートは、排気管の一部分を、特に開口の回りを取り巻く周囲部分を、覆う。これで、排気管と、注入ユニットを有する開口の近くの熱い排ガスと、の間の集中的な接触が回避される。特に、カバープレートによって空間が形成され、空間は、（狭い）隙間を経由して（のみ）、排ガスを運ぶ排ガスラインと接続される。空間は、一種の温度バリアを構成する。その中にあるガスは、熱がよく伝えられないからである。

隙間は、カバープレートと冷却ジャケットとの間に、またはカバープレートと注入ユニットとの間に、形成される。特に、隙間は、排ガスが（限られた範囲で）通るように、設計される。隙間は、望ましくは、狭く設計され、少なくとも流れの静まったゾーンが、このように形成された空間に、形成される。このようにして、排ガスラインからの排ガスが、常にでなく、空間の体積を流れ通る、または空間の体積に押し寄せる、ことが達成される。空間にある「囲まれた」排ガスまたは空気量は、その結果、大部分が排ガスラインを通って流れる排ガスの高い温度を有さない。特に、空間によって囲まれた体積は、主に熱伝導によって暖められる。望ましくは、空間は、隙間を経由して、排ガスラインを流れる排ガスと、流れの観点で接続される。特に、隙間は、つまり排ガスが通る隙間であり、例えばシールの手段によって、閉じられない。空間と排ガスラインとの間の排ガスの交換は、比較的少ない。空間によって熱絶縁が構成され、第一に、冷却ジャケットが少なくとも部分的に、排ガスラインを流れる排ガスから分離されるようになっており、第二に、冷却ジャケットと排気管との間の接続部も、排ガスラインの中の排ガスにさらされないようになっている。空間は、内燃機関の作動中、冷却ジャケットの冷却媒体の温度と、排ガスラインを流れる排ガスの温度と、の間にある温度を通常有する。その結果、平均して、注入ユニットの近辺の温度勾配が小さくなる。従って、堆積物が、排気管上に、冷却ジャケット上に、またはカバープレート上に、生じるリスクが、減少する。

有利な改良では、注入ユニットは注入開口を有し、注入開口とカバープレートとは、排気管の方向に互いに同じ並びで終わる。従って、特に、注入開口と、注入開口の領域にあるカバープレートとが、共通の平面にあり、排気管の方向に同じ並びの終端が保証されるようになっている。同じ並びの終端により、特に、排ガスラインのこの領域に乱流が形成されることが防がれ、乱流は、排ガス処理剤が、注入ユニットの、および／またはカバープレートの、低温表面に飛ばされることにつながり得る。排ガス処理剤がこの低温表面に突き当たることは、排ガス処理剤の堆積物の原因となり得る。さらに、この領域で乱流が減少することによって、空間の中の囲まれた体積との空気の交換を、対応して少なくすることが達成され、空間と排ガスラインとの間に、小さい圧力差しかないようになっている。注入開口が、排ガスラインの方向に、カバーブレートに関して最大１ｍｍ［ミリメートル］突き出るかまたは引っ込んだ場合に、特に注入開口とカバープレートとの間に同じ並びの終端がある。とりわけ望ましくは、カバープレートが少なくとも主に、注入開口を通る垂直に延びる平面にある。カバープレートの外側の周辺領域で、排ガスラインもこの平面にあり、排ガスライン、カバープレート、および注入開口を通過する流れは、乱流が比較的少なくなっていると、とりわけ望ましい。

特に、カバープレートは、材料結合的に排気管と接続される。「材料結合的」に接続という表現は、結合パートナーが原子のまたは分子の力によって結び付けられる、全ての接続を指す。それは同時に、接続手段の破壊によってのみ切断可能な、解放不可能な接続である。材料結合的な接続は、特に溶接接続によって実現される。特に、カバープレートは、回りを囲む溶接線によって、排気管に接続される。望ましくは、注入ユニットと冷却ジャケットとが、そして特に冷却ジャケットと排気管の開口との間の接続部が、カバープレートによって、排ガスラインから分離されて配置されるようになっている。

さらなる有利な実施形態では、注入ユニットの冷却ジャケットを、冷却媒体または排ガス処理剤が流れ通ることができる。冷却媒体として、ここで例えば、水が用いられてもよい。特に、注入ユニットの冷却が、排ガス処理剤自体で実現する。それに伴い、水循環に、または排ガス処理剤のラインシステムに、冷却媒体の（制御された）供給および搬出のための、相応の接続ラインが設けられる。

装置のさらなる有利な改良では、隙間（カバープレートと冷却ジャケットとの間、またはカバープレートと注入ユニットとの間）は、最小０．５ｍｍ［ミリメートル］で最大２．５ｍｍの幅を有する。それでもって、排ガスシステムの設計に応じて、第一に、空間への排ガスの集中的な流れを回避することができ、第二に、また一方、（例えば堆積物、煤等による）ヒートブリッジが形成されないことも保証される。

特に、注入ユニットの注入開口は、排ガスラインの中へ、冷却ジャケットよりもさらに先に少なくとも２ｍｍ［ミリメートル］延びる。注入開口が、排ガスラインに最大１０ｍｍ突き出て形成されることも、望ましい。特に、それに応じて、冷却ジャケットまたは冷却ジャケット壁が、注入開口およびカバープレートに対して下げられて配置される。注入開口自体は、冷却ジャケットによって冷却されず、注入開口が、排ガスラインを流れる排ガスとの集中的な接触により、より強く暖められるようになっている。注入ユニットの注入開口に対する冷却ジャケットのこのような下がった配置により、注入ユニットの表面と排ガスとの間の温度勾配がさらに減少し、注入ユニットの冷たい表面への、排ガス処理剤の堆積の可能性が、さらに減少する。注入開口に対する冷却ジャケットの下がった配置により、およびカバープレートと注入開口との望ましい同一平面の配置のため、カバープレートと冷却ジャケットとの間に、および／またはカバープレートと注入ユニットとの間に、隙間が形成される。

望ましい実施形態では、空間は、２５０ｍｍ^３［立法ミリメートル］〜５０００ｍｍ^３の範囲の、特に２５０ｍｍ^３〜１５００ｍｍ^３の範囲の、体積を占める。特に、空間のそのような体積は、相応の十分な断熱を保証する。

特に有利な用途として自動車が提示され、自動車は、少なくとも、内燃機関と、排ガスラインと、本発明による、排ガスの後処理用の装置と、を有する。その際、装置は、特に液体の還元剤または還元剤前駆体を調量して加えるのに使われる。冷却は、望ましくは水循環によって実現する。注入ユニットは、望ましくは（アクティブに制御可能な）インジェクタとして形成される。ＳＣＲ法を実現するために、排ガスラインには、流れ方向において注入ユニットの下流に、例えば加水分解触媒コンバーターおよび／またはＳＣＲ触媒コンバーターのような、少なくとも１つの適した触媒コンバーターが設けられる。さらに、できる限り完全な排ガス処理剤の分配を、排ガスラインでそれが触媒コンバーターに到達する前に、達成するため、ミキサーまたはガイドプレート配列が排ガスラインに設けられてもよい。

本発明および技術環境は、以下で図に基づいてより詳細に説明される。図は特に好ましい模範的な実施形態を示すが、本発明はそれに限定されない。図において、同じ参照符号が同じ対象に用いられる。特に、図と特に示された大きさの割合は、図的に示されているにすぎないことに、注意されたい。

装置を有する自動車を示す。 装置の更なる模範的な実施形態を示す。 装置のその上更なる模範的な実施形態を示す。

図１は、内燃機関４、排ガスライン２および装置１、を有する自動車１６を示す。排ガス３は、内燃機関４から出て排ガスライン２を流れて通る。排ガスライン２には、排ガス処理ユニット１８（例えばＳＣＲ触媒コンバータ）がある。ここに、排ガス処理ユニット１８の上流側で、注入ユニット５が、排気管７の開口６に配置される。ここで、排気管７、カバープレート１１、および注入ユニット５の注入開口１３は、互いに同じ並びで終わる（周囲の領域で本質的に共通の平面にある）。注入ユニット５により、排ガス処理剤８が排ガスライン２に導入される。注入ユニット５は、排ガス処理剤８用のタンク１７と、流れという点に関して接続される。ポンプ２２は、排ガス処理剤８を、タンク１７から注入ユニット５に送出する。

図２は、装置１の最初の模範的な実施形態を示す。排ガス３が排ガスライン２を流れ通る。排ガスライン２の領域では、排ガスライン２の排気管７に開口６が設けられている。この開口６を通って、注入ユニット５が延びる。注入ユニット５は、冷却ジャケット９に囲まれ、冷却媒体１５が、冷却ジャケット９の中で、注入ユニット５と冷却ジャケット壁１９との間を循環する。排気管７は、冷却ジャケット９または冷却ジャケット壁１９と、接続部２０を介し接続される。この接続部２０は、排ガスライン２からの排ガス３の漏れを防ぐ。装置１は、さらにカバープレート１１を有し、カバープレート１１は、接続部２０を介し排気管７と接続される。カバープレート１１は、排気管７から、注入ユニット５の方へ、または冷却ジャケット９の方へ、延びる。注入ユニット５の領域で、カバープレート１１は、注入ユニット５の注入開口１３と同じ並びで終端する。さらに、カバープレート１１は、幅１４を有する隙間１２を、カバープレート１１と冷却ジャケット９との間に形成する。カバープレート１１、冷却ジャケット９（または冷却ジャケット壁１９）、および排気管７は、相応に空間１０を形成し、空間１０は、隙間１２を介して排ガスライン２と、流れの観点で接続される。空間１０は体積２１を有し、体積２１は、主に熱伝導により暖められる。空間１０内にある排ガス３（または空気）と、排ガスライン２内の排ガス３との交換は、隙間１２を介してのみ行われる。体積２１内にある排ガス３（または空気）は、そのため、わずかにだけ排ガス３（または空気）の交換により暖められる。排ガス処理剤８は、注入ユニット５により、注入開口１３を通って排ガスライン２に導入される。

図３は、装置１の更なる模範的な実施形態を示す。図２での描出と対応する限り、対応する前記の説明が参照される。この場合、図２に比べ、冷却ジャケット９は、注入開口１３に対し下げられて配置される。幅１４を有する隙間１２が、カバープレート１１と注入ユニット５との間に相応に構成される。空間１０は、カバープレート１１、排気管７、冷却ジャケット９（または冷却ジャケット壁１９）、および注入ユニット５によって、相応に形成される。注入ユニット５の領域で、カバープレート１１は、注入ユニット５の注入開口１３と同じ並びで終端する。注入ユニット５の先端は、従って、第１の模範的な実施形態のように強く冷却されない。排ガス処理剤８の残余の堆積は、これでいっそう少ない程度になる。注入ユニット５と排ガスライン２の排ガス３との間の温度勾配がより小さいからである。

要約すると、本発明は、先行技術と関連して記述される技術的問題を解決したと、明記することができる。特に、特に安価で、技術的に容易で、効果的な、装置であって、それにより、排ガスラインと注入ユニットとの間の接続部の温度負荷が低減されることができ、および／または注入ユニットの領域で排ガス処理剤が堆積するのを防ぐことができる、装置が示された。

１ 装置
２ 排ガスライン
３ 排ガス
４ 内燃機関
５ 注入ユニット
６ 開口
７ 排気管
８ 排ガス処理剤
９ 冷却ジャケット
１０ 空間
１１ カバープレート
１２ 隙間
１３ 注入開口
１４ 幅
１５ 冷却媒体
１６ 自動車
１７ タンク
１８ 排ガス処理ユニット
１９ 冷却ジャケット壁
２０ 接続部
２１ 体積
２２ ポンプ

Claims (8)

1. 排ガスライン（２）を流れ通る、内燃機関（４）の排ガス（３）の後処理用の装置（１）であって、少なくとも、注入ユニット（５）を有し、前記注入ユニット（５）は、前記排ガスライン（２）の排気管（７）の開口（６）に配置され、排ガス処理剤（８）を前記排ガスライン（２）へ加えるように構成され、前記注入ユニット（５）は冷却ジャケット（９）によって囲まれ、前記冷却ジャケット（９）を経由して前記注入ユニット（５）は前記排気管（７）の前記開口（６）に固定され、前記冷却ジャケット（９）は、少なくとも部分的に空間（１０）によって囲まれ、前記空間（１０）は、少なくとも、前記冷却ジャケット（９）と、前記排気管（７）と、カバープレート（１１）と、によって画定され、前記カバープレート（１１）は、前記排気管（７）に接続され、隙間（１２）によって、前記冷却ジャケット（９）から、または前記注入ユニット（５）から、距離を置いて配置される、装置（１）。
2. 請求項１に記載の装置（１）であって、前記注入ユニット（５）は注入開口（１３）を有し、前記注入開口（１３）と前記カバープレート（１１）とは、前記排ガスライン（２）の方向に互いに同じ並びで終わる、装置（１）。
3. 請求項１または２に記載の装置（１）であって、前記カバープレート（１１）は、前記排気管（２）と材料結合的に接続される、装置（１）。
4. 請求項１〜３の１項に記載の装置（１）であって、冷却媒体（１５）または前記排ガス処理剤（８）が、前記注入ユニット（５）の前記冷却ジャケット（９）を流れ通ることができる、装置（１）。
5. 請求項１〜４の１項に記載の装置（１）であって、前記隙間（１２）は、最小０．５ｍｍ［ミリメートル］で最大２．５ｍｍの幅（１４）を有する、装置（１）。
6. 請求項１〜５の１項に記載の装置（１）であって、前記注入ユニット（５）の注入開口（１３）は、前記排ガスライン（２）の中へ、冷却ジャケット（９）よりもさらに先に少なくとも２ｍｍ［ミリメートル］延びる、装置（１）。
7. 請求項１〜６の１項に記載の装置（１）であって、前記空間（１０）は、２５０ｍｍ^３［立法ミリメートル］〜５０００ｍｍ^３の範囲の体積（２１）を占める、装置（１）。
8. 自動車（１６）であって、少なくとも、内燃機関（４）と、排ガスライン（２）と、排ガス（３）の後処理用の、請求項１〜７の１項に記載の装置（１）と、を有する自動車（１６）。

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