JP4154426B2 - 内燃機関の排気ガスに還元剤をもたらす装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスに還元剤、特に尿素を含有する還元剤をもたらす装置であって、還元剤のための貯蔵タンクと搬送装置と流路とが設けられていて、さらに流路の少なくとも１つの領域において空気抜きをする空気抜き装置が設けられている形式のものに関する。

内燃機関の排気ガスを後処理する装置はドイツ連邦共和国特許公開第１０１１６２１４号明細書に基づいて公知である。尿素水溶液は貯蔵タンクにおいて貯えられ、フィードポンプによって混合室に搬送される。この混合室には圧力空気が吹き込まれる。圧力空気と尿素水溶液とから成るエーロゾルは、触媒コンバータの前において排気ガスラインに吹き込まれる。そして尿素は触媒コンバータ１０においてＮＯｘを還元するために働く。

従来公知のシステムは、尿素水溶液を搬送するダイヤフラムポンプによって作動する。このダイヤフラムポンプの搬送出力はしかしながら、吸込み側、特にポンプヘッドにおいて、流路に空気が存在する場合には、減じられてしまう。従ってシステムは空気抜きされねばならない。このことは公知の装置では、制御装置によって制御される電磁弁を介して行われる。この電磁弁の運転時にはしかしながら、電磁弁の開放時でさえも還元剤のための流路の空気抜きを常に保証することは不可能である、ということが判明している。

ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の装置を改良して、可能な限り確実に作動する装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭に述べた形式の装置において、空気抜き装置が、流路の測地的に最も高い位置に配置されており、空気抜き装置が、貯蔵タンクへの最小の液体量の戻りを常に可能にする空気抜き開口を有しているようにした。

発明の利点
流路の測地的に最も高い位置に空気抜き装置を配置することによって、空気が集まる箇所において空気抜きが行われる。これによって特に効果的な空気抜きが達成される。これによりひいては、例えばダイヤフラムポンプである搬送装置の高い効率が得られる。特に、流路に存在する空気容積を著しく減じることによって、又は流路から空気を完全に排除することによって、搬送装置の投入接続から還元剤供給までにかかる時間を、著しく短縮することができる。

また空気抜き装置が、液体の戻りを常に可能にする開口を有していることによって、空気抜き装置の閉塞が阻止される。つまり特に水中に溶解した尿素は、空気に触れて結晶化する傾向がある。空気抜き装置が完全には閉鎖されていないことによって、場合によっては開口に固着している尿素結晶は、戻り流れる液体によって剥離されて連行され、そして再び溶かされる。従って開口は常に存在する液体流によっていわば「浄化」されて、開放状態を保たれる。この本発明による処置によって空気抜き装置の空気抜き作用は、本来の空気抜きが長時間実施されないような場合でも、保証される。これによって装置の運転時における確実性が、著しく高められる。

本発明による装置の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

本発明による装置の別の構成では、空気抜き装置がフロート弁を有している。気泡が発生したり、又は空気を吸い込んだ時に、フロート弁は増大された開口を開放し、空気を素早く逃がすことができる。次いでフロート弁においては、開放横断面が再びその最小寸法に、つまり常に僅かな液体流を流出させるような寸法に、減じられる。このようなフロート弁は比較的単純な構造を有していて、流路が十分に空気抜きされた場合には不要な流れ損失を阻止する。

択一的に、空気抜き装置が電磁弁を有しているような構成も可能である。電磁弁は極めて高い精度で働く。

また、空気抜き装置が流体のための絞りとして形成されていると、空気抜き装置の構造は特に簡単になる。装置の通常運転時における過剰な流れ損失を回避するために、絞りの流過横断面は比較的小さくなくてはならない。

本発明の別の有利な構成では、空気抜き装置がフィルタに又はフィルタの近傍に配置されている。その元になる考えは以下のことである。すなわち尿素水溶液は、−１１℃を下回る温度で凍結する。触媒コンバータ内におけるＮＯｘの還元を、このような低い温度においても可能にするためには、装置が加熱可能でなくてはならない。（−１１℃よりも低温の）低い温度で長時間停止した後では、還元剤の調量が開始できるようにするために、尿素水溶液はまず初めに解凍されねばならない。特にフィルタの領域において凍結した尿素水溶液中に閉じ込められた空気は、尿素水溶液へのヒータの熱伝達を減少させ、その結果凍結した尿素水溶液を溶解するのに必要な時間を延ばすことになる。フィルタに又はフィルタの近傍に空気抜き装置を配置することによって、フィルタの領域において尿素水溶液中に封入される空気を確実に回避することができ、ひいては凍結した尿素水溶液の溶融を加速することができる。

本発明のさらに別の構成では、フィルタが、ほぼ９０°異なった２つの取付け位置において運転可能であり、空気抜き装置が両取付け位置の間においてほぼ４５°の角度内に配置されている。このように構成されていると、空気抜き装置のインテグレーションもしくは全体構成を変化させる必要なしに、装置を例えば自動車において取付け要求に応じて、２つの主取付け位置に取り付けることが可能になる。

さらに別の有利な構成では、空気抜き装置が、搬送装置の上流に配置されている。このように構成されていると、搬送装置の吸込み側において流路には空気が存在しなくなり、その結果搬送装置の投入接続時に搬送出力を直ちに利用することができる。

図面
次に図面を参照しながら本発明の有利な実施例を説明する。

図１は、内燃機関の排気ガスに還元剤をもたらす装置の第１実施例を示す概略図であり、
図２は、図１に示された装置の空気抜き装置を部分的に断面して示す図であり、
図３は、内燃機関の排気ガスに還元剤をもたらす装置の第１実施例を示す概略図である。

実施例の記載
図１には、内燃機関の排気装置の触媒コンバータが符号１０で示されている。排気ガスは、内燃機関の略示された燃焼室１２から触媒コンバータ１０に供給される。排気ガスは触媒コンバータ１０を貫流し、矢印１４の方向で触媒コンバータ１０から流出する。触媒コンバータ１０は、尿素含有の燃料の気化成分との関連において、排気ガス中におけるＮＯｘ成分を減じるために働く。そのためにノズル１６を介してエーロゾルが排気ガス流内に噴射される。このエーロゾルは、ＮＯｘ転換のための還元剤として尿素を有している。エーロゾルを製造するためには、図１に全体を符号１８で示された装置が働く。

この装置１８は貯蔵タンク２０を有しており、この貯蔵タンク２０内には尿素水溶液が蓄えられている。この貯蔵タンク２０から尿素・水混合物は、逆止弁２２とフィルタ２４とを介して、ダイヤフラムポンプとして形成された搬送装置２６によって、管路２８を通して混合室３０に搬送される（逆止弁２２は特定のダイヤフラムポンプの使用時に省くこともできる）。管路２８における圧力は、圧力制限弁３２によって調節される。この圧力制限弁３２の出口は、図示の実施例では戻し管路３４を介してタンク２０と接続されている（択一的に搬送装置２６の吸込み側との接続も可能である）。圧力空気供給装置３６は圧力空気管路３８を介して混合室３０に圧力空気を供給する。混合室３０から水・尿素・空気混合物がノズル１６に達し、このノズル１６において霧化されてエーロゾルが生ぜしめられる。

装置１８の管路２８は、フィルタ２４が測地的に装置１８の最も高い位置に配置されるように、案内されている。この測地的に最も高い位置には、フィルタ２４の直ぐ上流において管路２８に、空気抜き装置４０が配置されている。空気抜き装置４２からは空気抜き管路４２がタンク２０に戻っている。貯蔵タンク２０と弁２２，３２とフィルタ２４とポンプ２６とから成るグループ全体は、加熱されることができる。相応な加熱装置は図１において一点鎖線で示されていて、符号４３を付されている。

空気抜き装置４０は図示の実施例では、フロート弁であり、このフロート弁の基本構造は図２に示されている：
フロート弁４０は、円筒状のポット形のベース区分４６を備えたハウジング４４を有している。ベース区分４６の周壁４８には、ベース区分４６の底部５０の領域に開口５２が設けられている。この開口５２には、タンク２０もしくは逆止弁２２から延びる管路２８が開口している。ベース区分４６の上には、ホッパ状に先細の移行区分５４が設けられており、この移行区分５４には円筒形の弁区分５６が一体成形されている。この弁区分５６内においては、円筒形の弁体５８が、液体に対するシール作用をもって摺動可能に案内されている。結合ロッド６０を介して弁体５８には、ハウジング４４のベース区分４６に向かってフロート６２が固定されている。

ハウジング４４の弁区分５６は、上方に向かってカバー６４によって閉鎖されている。カバー６４の真ん中からは、弁体５８に向かってピン状のスペーサ６６が延びている。このスペーサ６６を取り囲んでカバー６４と弁体５８との間には、圧縮ばね６７が緊張させられて配置されている。ハウジング４４の弁区分５６の周壁６８には空気抜き開口７０が設けられており、この空気抜き開口７０は空気抜き管路４２と接続されている。

移行区分５４には、直径方向で入口開口５２に対向して位置していて、移行区分５４が弁区分５６に移行する直前に、出口開口７２が設けられており、この出口開口７２には、フィルタ２４に通じる管路２８が接続されている。スペーサ６６は次のような長さ、すなわち弁体５８がスペーサ６６に接触している時に、弁体５８が空気抜き開口７０を完全には覆わないような長さを有している。弁体５８にはその長手方向に連続した通路７４が設けられている。ハウジング４４によって取り囲まれた室は、空気抜き室７６と呼ばれる。

フロート弁４０は次のように働く：
フロート弁４０の上流側に位置する管路２８の区分に空気が存在している場合、この空気は、装置１８の測地的に最も高い箇所に、つまりフロート弁４０の空気抜き室７６における最も高い箇所に集まる。しかしながら空気抜き室７６が空気によって満たされている場合には、フロート６２には浮力が加えられず、その結果弁体５８は圧縮ばね６７によって図２で見て下方に向かって押圧され、空気抜き開口７０を完全に開放する。従って空気は空気抜き室７６から通路７４と空気抜き開口７０の完全な横断面とを通って、空気抜き管路４２に、ひいては貯蔵タンク２０に逃げることができる。

空気抜きの経過において空気抜き室７６が、尿素・水混合物によって満たされる。これによってフロート６２は浮力を得て、圧縮ばね６７の力に抗して弁体５８を上方に向かって、該弁体５８がスペーサ６６に接触するまで、押し上げる。これによって空気抜き開口７０の横断面は減じられ、最終的にはほぼ完全に閉鎖される。尿素・水混合物は、いまや空気抜き室７６から、比較的大きな直径を有する出口開口７２を通って、フロート弁４０の下流に位置する管路２８の区分に逃げ、さらにはフィルタ２４に達する。

同時に、尿素・水混合物の僅かな流れが、通路７４と、弁体５８によって完全には覆われていない空気抜き開口７０の領域とを介して、さらに空気抜き管路４２を通って貯蔵タンク２０に戻る。これによって、空気抜き開口７０の領域において結晶化した尿素が、剥離連行されて溶かされ、そして貯蔵タンク２０へと戻される。

フロート弁４０は次のように、すなわちこのフロート弁４０は図２に示された鉛直方向の位置においてのみ作動可能なのではなく、鉛直位置から±４５°変位した位置においても作動可能であるように、形成されている。これによって装置１８は、フロート弁４０の配置形式を変更する必要なしに、全体として０〜９０°の位置範囲において取り付けられることができる。

図示されていない実施例において、空気抜き装置４０は、制御装置によって開閉される電磁弁として形成されている。この場合電磁弁は次のように働く。すなわち電磁弁はその閉鎖位置においても僅かな量の尿素・水混合物が空気抜き管路を介して貯蔵タンクに戻し流すことができ、その結果電磁弁の領域において結晶化した尿素は、剥離連行されて溶かされ、そして貯蔵タンク２０へと戻される。

択一的な別の実施形態が図３に示されている。この図３においても、図１に示された実施例のエレメント及び領域と同様な働きを有するエレメント及び領域に対しては、同一符号が使用されており、同様なエレメント及び領域についての説明は省く。

図３に示された実施例では、空気抜き装置４０は、空気抜き管路４２内に配置された絞りから成っている。空気抜き管路４２はフィルタ２４から直接、装置１８の測地的に最も高い位置において分岐している。絞り４０を備えた空気抜き管路４２を通って、装置１８の運転時には常に空気及び／又は尿素・水混合物が管路２８から貯蔵タンク２０へと戻される。絞り４０は、混合室３０においてエーロゾルを発生させるのに必要な管路２８における圧力が、如何なる場合でも維持され得るように、寸法設定されている。

内燃機関の排気ガスに還元剤をもたらす装置の第１実施例を示す概略図である。 図１に示された装置の空気抜き装置を部分的に断面して示す図である。 内燃機関の排気ガスに還元剤をもたらす装置の第１実施例を示す概略図である。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気ガスに還元剤をもたらす装置（１８）であって、還元剤のための貯蔵タンク（２０）と搬送装置（２６）と流路（２８）とが設けられていて、さらに流路（２８）の少なくとも１つの領域において空気抜きをする空気抜き装置（４０）が設けられている形式のものにおいて、空気抜き装置（４０）が、流路（２８）の測地的に最も高い位置に配置されており、空気抜き装置（４０）が、貯蔵タンク（２０）への最小の液体量の戻りを常に可能にする空気抜き開口（７０）を有しており、さらに空気抜き装置がフロート弁（４０）を有していることを特徴とする、内燃機関の排気ガスに還元剤をもたらす装置。
2. 空気抜き装置が電磁弁（４０）を有している、請求項１記載の装置（１８）。
3. 空気抜き装置が絞り（４０）を有している、請求項１記載の装置（１８）。
4. 空気抜き装置（４０）がフィルタ（２４）に又はフィルタ（２４）の近傍に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置（１８）。
5. 空気抜き装置（４０）が、搬送装置（２６）の上流に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置（１８）。

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