JP2020501063A - 低コストの、熱的に制御される入口還元剤計量供給ユニット - Google Patents

Abstract

ディーゼル排気処理システムのための計量供給ユニットは、キャビティ内の電気的に作動する流体インジェクタを用いて排気流から熱を排除し、キャビティは、電気的に作動するインジェクタをキャビティ内に収容し、かつキャビティを通流するエンジン冷却剤によってキャビティ内の流体インジェクタを包囲するように寸法決めおよび成形されている。連続的な溶接部が、構成部材間の伝熱を補助する。

Description

背景
ディーゼルエンジン排気汚染物質は、エンジンの排気流内へ処理流体を噴射することによって還元することができる。このようなシステムは、典型的に、選択的触媒還元、つまり「ＳＣＲ」システムの一部としての還元剤計量供給ユニット、つまり「ＲＤＵ」を利用する。しかしながら、選択的触媒還元システムが有効に機能するために、ディーゼル排気流体（ＤＥＦ）を噴射する計量供給装置または計量供給ユニットは、好ましくは、排ガスおよび排気システムが加水分解および加熱分解を補助する高温であるときに作動する。ＲＤＵがエンジンから離れるほど、排ガスおよび排気システムが作動温度まで上昇するのにかかる時間が長くなり、これは、選択的触媒還元システムが適切に機能するのにかかる時間を長くする。別の言い方をすれば、還元剤計量供給ユニットがエンジンに近いほど、還元剤計量供給ユニットはより有効になる。

ＲＤＵをエンジンの近くに配置することにより、装置が極めて高温になる。したがって、ＲＤＵの内部温度を制限するために、従来のＳＣＲシステムは、冷却される液体、典型的にはエンジン冷却剤によってディーゼル排気流体インジェクタを包囲している。

液体冷却式ディーゼル排気流体インジェクタは既知であるが、液体冷却式ディーゼル排気流体インジェクタは、ＲＤＵの入口部分、すなわち、エンジンの排気流にすぐ隣接しかつしばしばエンジンの排気流内へ挿入された部分に、放熱を提供しない。還元剤計量供給ユニットの周囲に完全に冷却剤ジャケットを延長させることは、従来技術に対する改良である。

熱的に制御される入口還元剤計量供給ユニットの断面図である。 ディーゼル排気流体からの熱が冷却剤内へ伝導される熱伝導経路の部分を示す、図１に示した断面図の切り取られた部分である。 図１に示した還元剤計量供給ユニットの分解図である。 還元剤計量供給ユニットの斜視図である。 冷却剤ハウジングへのディーゼル排気流体インジェクタ部分の溶接およびハウジングへの入口キャップの溶接を示している。 冷却剤ハウジングへのディーゼル排気流体インジェクタ部分の溶接およびハウジングへの入口キャップの溶接を示している。

詳細な説明
図１は、熱的に制御される入口還元剤計量供給ユニット１００の断面図である。計量供給ユニット１００は、電気的に作動する流体インジェクタ１０２、好ましくは、ディーゼル排気流体インジェクタを備えており、その大部分が、冷却剤ハウジング１０４内のキャビティ１０６内に配置されている。カバー１０６がハウジングフランジ１０８に溶接されており、フランジは、ハウジング１０４の上部１０９に配置されている。第１の溶接部１５０が、ハウジング１０４の下側フランジ１１２および管状の出口ポートの周囲に形成されており、キャビティ１０６をシールしている。

ハウジング１０４およびその内部キャビティ１０６は、インジェクタ１０２と直接的および間接的な機械的および熱的接触を行うようにサイズ決め、成形および配置された金属面１１８を含むキャビティ１０６の金属面上およびその周囲を、エンジン冷却剤１２２が流れることを可能にしている。

エンジン冷却剤１２２は、ハウジング１０４のエンジン冷却剤入口ポート１１６へ流入し、そこから、キャビティ１０６へ流入し、そこで冷却剤１２２はキャビティ１０６の側壁１１８から熱を吸収する。加熱された冷却剤、すなわち、インジェクタから冷却剤１２２へ伝達された熱によって加熱された冷却剤は、キャビティ１０６から冷却剤出口ポート１２０を通って流出する。このように、エンジン冷却剤は、連続的に入口ポート１１６へ流入し、キャビティ１０６を通流し、出口ポート１２０から流出する。重要なことは、エンジン冷却剤１２２は、インジェクタ１０２の出口ポート１２６を受け入れかつインジェクタ１０２と直接的な機械的接触を行うようにサイズ決め、成形および配置されたハウジング１０４の出口オリフィス１２４上およびその周囲をも流れるということである。インジェクタ１０２の出口ポート１２６は、ハウジング１０４の下側フランジ１１２を通って延びており、そこでこれらは連続的な溶接部１５０によって接合されている。

図２は、ハウジングとインジェクタとの間の境界面の一部の拡大図である。熱伝導経路２００は、インジェクタ１０２の外面２０４と直接接触した、ハウジング１０４の金属側壁２０２を含む。インジェクタ１０２によって吸収されたディーゼル排気流体（ＤＥＦ）２０６からの熱は、下方へ、参照符号２５０によって示す矢印の方向に、インジェクタ１０２から、ハウジング１０４を通流し出口ポート１２６から出ていくエンジン冷却剤へ伝導される。

図３Ａは、計量供給ユニット１００の分解図である。図３Ａは、インジェクタ１０２と、冷却剤ハウジング１０４およびカバー１０６との軸方向の整列を示している。キャップ、インジェクタおよびハウジングは、軸線３０３と一致した中心線を有する。

カバー１０６は、入口管３０２を有している。入口管３０２は、図１に示したように、ディーゼル排気流体（ＤＥＦ）をインジェクタ１０２のＤＥＦ入口ポート３０４へ搬送するようにサイズ決めおよび成形されている。ハウジング１０４内にない、ひいてはキャビティ内にないコネクタ３０６を通じてインジェクタ１０２に提供される電気信号は、制御信号がインジェクタ１０２へ送信されることを可能にする。これらの信号は、図示されずかつ本明細書に開示された発明に関係しない制御装置によってインジェクタに提供される電気信号に応答して、インジェクタを開閉させる。

インジェクタ１０２は、入口ポート３０４のすぐ下方にありかつ入口ポート３０４と整列したＤＥＦ出口ポート３０６を有している。コネクタ３０６を除いて、インジェクタ１０２の全体が冷却剤ハウジング１０４内のキャビティ１０６に挿入される。ハウジングのＤＥＦ出口オリフィスは、中心が合わされ、軸方向に配置され、ＤＥＦ入口ポートおよび出口ポートならびにインジェクタ１０２の出口ポートと整列している。ハウジングのＤＥＦ出口オリフィスは、キャビティのカバー１０６とも整列している。図３Ｂは、組み立てられた計量供給ユニット１００の斜視図である。

ここで図１を参照すると、計量供給ユニット１００は、計量供給ユニット１００の底部に配置されかつインジェクタ１０２の出口ポート１２６とハウジング１０４の出口オリフィス１２４との接続部を包囲した第１の溶接部１５０を用いて組み立てられている。第２の溶接部１６０は、ハウジング１０４の上部１０９上のフランジ１０８でカバー１０６を包囲している。溶接部１５０，１６０は、カバー１０６およびインジェクタ１０２をハウジング１０４に熱的にかつ機械的に接合する。スポット溶接部ではなく連続的である、溶接部１５０および１６０は、熱伝導経路を提供し、これによって、排気流からハウジングの下端部によって吸収された熱エネルギを、キャビティを通流するエンジン冷却剤へ直接に伝導させることができる。

図１に最も分かりやすく示されているように、ハウジング１０４は、ハウジングの円形の出口オリフィス１２４から内方へ延びる実質的に管状のスリーブ部分１７０を有している。スリーブ部分１７０は、スリーブ部分１７０と、インジェクタ１０２の出口ポート１２６の外面との間に隙間ばめを提供するようにサイズ決めおよび成形されている。スリーブ部分１７０は、優れた熱伝導体をも提供し、ディーゼル排気流体温度がエンジン冷却剤温度によって決定されることを可能にする。

当業者は、図３Ａから、インジェクタを通流するディーゼル排気流体が、軸線３０３と平行にほぼ直線的に、少なくともカバーの管部分とハウジングの出口オリフィスとの間を移動することも認識すべきである。このようにして、計量供給ユニット１００は、さもなければインジェクタを通る排気流体を方向転換または迂回させることによって生じるであろう機械的損失を、最小限にしている。

ディーゼル排気流体インジェクタの温度を制御する方法は、本質的に、電気的に作動する排気流体インジェクタをハウジングのキャビティ内の冷却剤浴内に包囲し、キャビティには、エンジン冷却剤が通流することができる入口ポートおよび出口ポートが設けられており、キャビティはこれらの入口ポートおよび出口ポートに接続されていることによって特徴づけることができる。ハウジング、ひいてはキャビティに冷却剤を通流させるまたはポンピングすることによって、エンジン温度が高いときにディーゼル排気流体の温度を制御することができる。同様に、ディーゼル排気流体は、必要であれば、その温度がディーゼル排気流体の温度を超えている場合があるエンジン冷却剤によって温めるまたは加熱することができる。このように、ディーゼル排気流体インジェクタの温度を制御する方法は、必然的に、伝熱流体を、キャビティ内およびキャビティ外へ、並びにディーゼル排気流体をエンジン排気流内へ送るまたは搬送する構造物の周囲に、流れさせるまたは送ることを含む。好ましい実施の形態では、このような伝熱流体は、エンジン冷却剤である。エンジン冷却剤は、典型的に、水、エチレングリコールおよび均等物の混合物から成る。

上記の説明は、例示のみを目的とする。本発明の実際の範囲は、以下の請求項に示されている。

Claims (12)

1. 計量供給ユニットであって、
   入口ポートで流体を受け取るように構成され、制御入力端子で受信された電気信号に応答して実質的に管状の出口ポートから流体を排出するようにさらに構成された、電気的に作動する流体インジェクタと、
   内部キャビティを有する液体冷却式ハウジングであって、前記内部キャビティは、該内部キャビティ内に前記電気的に作動するインジェクタを収容し、前記キャビティを通流するエンジン冷却剤によって前記キャビティ内の前記流体インジェクタを包囲するようにサイズ決めおよび成形されており、前記エンジン冷却剤は、エンジン冷却剤入口ポートおよびエンジン冷却剤出口ポートを介して前記キャビティを通過し、前記液体冷却式ハウジングは、前記流体インジェクタの前記出口ポートを受け入れるようにサイズ決め、成形および配置された実質的に円形の出口オリフィスを有する、液体冷却式ハウジングと、
   キャビティのためのカバーであって、流体を前記インジェクタの前記入口ポートへ搬送するように構成された管を有する、キャビティのためのカバーと、
   前記カバーを包囲しかつ該カバーを前記ハウジングに熱的にかつ機械的に接続する第１の溶接部と、
   前記ハウジングを前記流体インジェクタの前記実質的に管状の出口ポートに熱的にかつ機械的に接続する第２の溶接部であって、該第２の溶接部は、前記ハウジングの前記出口オリフィスを包囲しかつ前記流体インジェクタの前記管状の出口ポートを包囲している、第２の溶接部と、
   を備える、計量供給ユニット。
2. 前記キャビティは、前記流体インジェクタの前記管状の出口ポートを包囲しこれに隣接し、かつエンジン冷却剤が通流する下側部分を有している、請求項１記載の計量供給ユニット。
3. 前記電気的に作動する流体インジェクタは、ディーゼル排気流体インジェクタである、請求項２記載の計量供給ユニット。
4. 前記電気的に作動する流体インジェクタは、燃料インジェクタである、請求項２記載の計量供給ユニット。
5. 前記キャビティの前記下側部分は、部分的に前記キャビティ内へ延びる、内方へ延びる実質的に管状のフランジを有しており、前記流体インジェクタの前記出口ポートは、前記内方へ延びる実質的に管状のフランジ内に位置する、請求項１記載の計量供給ユニット。
6. 前記第２の溶接部は、前記ハウジングの前記内方へ延びる管状のフランジの外面および前記流体インジェクタの前記出口ポートの外面上に位置する、請求項１記載の計量供給ユニット。
7. 前記液体冷却式ハウジングは、該液体冷却式ハウジングの前記円形の出口オリフィスから内方へ延びる実質的に管状のスリーブ部分をさらに備え、該実質的に管状のスリーブ部分は、前記流体インジェクタの外面を受け入れかつ該流体インジェクタの外面と接触するようにサイズ決めおよび成形されている、請求項５記載の計量供給ユニット。
8. 前記流体インジェクタの前記流体入口ポートと、前記実質的に円形の出口オリフィスと、前記カバーの管と、前記第１の溶接部および前記第２の溶接部とは、実質的に幾何学的軸線に中心合わせされており、前記流体インジェクタの前記入口ポートで受け取られた流体は、前記計量供給ユニットを通って実質的に直線的に移動する、請求項１記載の計量供給ユニット。
9. 排ガス流の近くに出口ポートを有するディーゼル排気流体インジェクタの温度を制御する方法であって、
   電気的に作動するディーゼル排気流体インジェクタをキャビティ内に包囲し、該キャビティは、伝熱流体入口ポートおよび伝熱流体出口ポートを有し、前記伝熱流体入口ポートおよび前記伝熱流体出口ポートによって伝熱流体が前記キャビティを通過することができ、前記ディーゼル排気流体インジェクタは、ディーゼル排気流体入口ポートを有し、かつ制御入力端子で受信した電気信号に応答して、やはり前記キャビティ内に位置しかつ排ガス流の近くに位置する実質的に管状の出口ポートから、ディーゼル排気流体を排出するように構成されており、
   前記キャビティ内および前記キャビティ外へ、並びに前記管状の出口ポートの周囲に伝熱流体を流すことを含む、
   ディーゼル排気流体インジェクタの温度を制御する方法。
10. 前記キャビティが配置されているハウジングに前記流体インジェクタを取り付ける溶接部を通って前記流体インジェクタから熱を伝導することをさらに含む、請求項９記載の方法。
11. 前記伝熱流体は、エンジン冷却剤である、請求項９記載の方法。
12. 前記キャビティ内および前記キャビティ外へ、並びに前記管状の出口ポートの周囲に伝熱流体を流すステップは、前記伝熱流体から前記管状の出口ポート内へ熱を伝達させることをさらに含む、請求項９記載の方法。

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