JP4681584B2 - 流体投与装置 - Google Patents
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Description
図1では、ディーゼルエンジン1は、様々な排気ガス3を備えている排気流を作り出している。排気ガスは、全体を5で示す排気システムを通して送られるが、この排気システムは、酸化触媒装置7、選択的触媒還元装置(選択的触媒還元変換器)9、及びスリップ触媒11を備えている。
SCR装置9用の尿素は、排気システム5と流体連通しているタンク13内に保存されている。ポンプ15は、尿素をタンク13から排気システム5へ送るために設けられている。尿素の供給は、エンジン制御ユニットの様な、エンジン1からエンジン速度及び他のエンジンパラメーターを受け取る制御ユニット17によって制御されている。注入(噴射)装置19(ここでは流体投与装置とも呼ばれる)は、尿素を排気流に注入するのに用いられる。
従って、本発明の第2の態様によれば、流体を、所与の流れの方向を有するガスの流れの中に導入するための流体投与装置が提供されており、この流体投与装置は、流体の供給源から流体を受け取るための入力手段と、流体をガスの流れの中に注入するためのノズル手段と、空気を、ガスの流れの、ノズル手段の領域に注入するように配置されている空気供給手段と、を備えており、流体投与装置は、流体を、ガスの流れの中に、ガスの流れの流れ方向に対して反対向きとなる少なくとも1つの成分を有する方向で注入するように配置されている。
好都合に、ガスの流れは、排気管によって送られる。流体投与装置は、直線状で、排気管の壁に形成されている相補形の取付部の中に収められている。
代わりに、流体投与装置は実質的にC字型で、当該流体投与装置のノズルを実質的に排気管の中心にあるように配置してもよい。
本発明の第3の態様によれば、ガスの流れを所与の流れの方向に送るための排気管が提供されており、この排気管は、本発明の第1又は第2の態様による相補形の流体投与装置を収めるための孔を画定している取付装置を備えており、取付装置は、流体投与装置が、流体を、排気管内に、ガスの流れの方向に対して反対向きとなる少なくとも1つの成分を有する方向に注入するように配置されている。
図3は、還元剤を排気流に導入するための既知の噴射装置を示している。図3は、排気管30の断面を示している。図面では注入装置(全体を31で示している)と呼ばれ、還元剤を注入するための流体投与装置が提供されている。注入装置31は、排気管30の下方の壁を貫通しているノズル本体32を備えており、略C字型の構造をしている。還元剤の噴射34は、図示のように、注入装置31のノズル36から排気管30の内側に入っている。ノズル36は、排気管30のほぼ中心にある。
図3では、排気流の速度が比較的遅く、噴射34が管(ノズル本体)32の直径40に亘って広がるという事実が示しているように、噴射34は、噴射34と排気ガスの完全な混合を実現するように最適化されていることが分かる。
図6は、図5と同じ装置を示している。しかしながら、図6では、排気ガス流の速度は、大きい矢印42で示されているように、高くなっている。還元剤の噴射46、48は、この高速の排気ガス流の中で偏向され、噴射34が気化するまでに、噴射34が排気ガスと完全に混合することは無い。
排気ガスは、矢印56で示している様に、排気管50を通って、略右から左方向に流れている。
図7に示している注入装置57のノズル62は、弁装置を備えている。簡単に参照できて、部面を分かり易くするために、弁装置を、図7には示していないが、図8と図9に描いている。
図10の注入装置の排気管50の中心では、噴射64と排気ガスの流れ68の間には大きな速度差がある。しかしながら、排気管50の壁52、54近くでは、噴射64と排気ガスとの流れ68の間の速度差は小さい。排気管50に亘りこの様に変化する速度差は、注入装置57のノズル62の下流に渦72を形成することになる。これらの渦72は、還元剤64を排気ガスと更に混合させるように作用する。これらの渦72は、注入装置が還元剤を噴射している間だけ生成されるので、渦72を作るのに必要なエネルギーは、(例えば、DE10060808号に示されているのと同様の装置を使って)排気ガスを直接偏向させることによって乱流が生成される場合より遙かに少ないことに注目して頂きたい。
図11と図12では、還元剤は、直線状の注入装置74から排気管50の中に導入される。この注入装置74のノズル76は、図示のように排気管50の中心ではなく、排気管50の下方壁54の近くにある。注入装置74の軸は、ノズル76からの還元剤の噴射78が、排気ガスの流れの方向56と反対方向の実質的な成分を備えた注入方向80を有するように、向けられている。注入装置74の軸と排気管50の軸の間の角度は、一般に、還元剤と排気ガスの良好な混合を保証できる15−45度の範囲内にある。
図11は、中を流れる排気ガスが比較的低速度な排気管50を示している。この図11から、注入装置(74、76)は、排気管50の全断面を実質的に満たす噴射78を作るように最適化されていることが分かる。
最初の注入方向80は、図11と同じであるが、高くなった排気ガス流速は、噴射78の方向が(矢印82で示している様に)変わって、実質的に排気ガスの流れと同じ方向に移動する成分を有するようになるまで、噴射78を逆むきに湾曲させる。
ポート96は、更に、環状の間隙102を空気の供給源に接続する(空気の流れを矢印108で示している)空気供給孔106を有する空気入口104を備えている。
図15では、注入装置58は、スリーブ112によって取り囲まれている。スリーブ112は、密閉装置60によって所定の位置に留められている。スリーブ112は、スリーブ112の内側表面と注入装置58の外側表面との間に間隙114が画定されるように設計されている。
空気の供給源と間隙114は、一体となって空気供給手段を形成しており、使用時に、空気の流れ120は、空気供給孔118と間隙114を通して、注入装置58のノズル62の領域へ送られる。この様にして、比較的清浄な空気のポケット122が、注入装置58のノズル領域の回りに形成される。
50 排気管
54 排気管の壁
57 流体投与装置
62 ノズル手段
66 入力手段
75、96 取付部
86 空気入口手段
86、102、104、106、114、116、118 空気供給手段
88、120 空気
102、114 空隙
132 弁手段
140 弁表面
142 密閉表面
150 付勢手段
Claims (15)
- 還元剤を、所与の流れの方向を有するガスの流れの中に導入するための流体投与装置(57)を備えた、前記ガスの流れのための排気管において、
還元剤の供給源から前記還元剤を受け取るための入力手段と、
前記還元剤を前記ガスの流れの中に注入するためのノズル手段と、
空気(88、120)を前記ガスの流れへ注入して、空気のポケットが前記ノズル手段の回りに形成されるように配置されている空気供給手段(86、102、104、106、114、116、118)と、を備えており、
前記流体投与装置は、前記還元剤を、前記ガスの流れの中に、前記ガスの流れの流れ方向に対して実質的に反対向きとなる方向へ、注入するように配置されている、排気管。 - 請求項1に記載の排気管であって、
前記流体投与装置は、相補形の取付部(75、96)の中に収められるように配置されており、
前記流体投与装置と前記取付部とは、前記流体投与装置の回りに空隙(102、114)を画定しており、
前記空隙は、空気の供給源と連通しており、前記空隙と前記空気の供給源とは、一体となって前記空気供給手段を形成しており、
前記空気供給手段は、空気を前記空気の供給源から前記ガスの流れへ注入して、空気のポケットが前記ノズル手段の回りに形成されるように配置されている、排気管。 - 請求項1または2に記載の排気管であって、
前記流体投与装置は、直線状であり、前記排気管の壁(54)に形成されている相補形の取付部(75、96)の中に収められている、排気管。 - 請求項3に記載の排気管であって、
前記ノズル手段は、前記排気管の中心よりも前記排気管の壁の近くにある、排気管。 - 請求項1または2に記載の排気管であって、
前記流体投与装置は、実質的にC字型であり、
前記ノズル手段は、実質的に前記排気管の中心にあるように配置されている、排気管。 - 請求項1乃至5の何れかに記載の排気管であって、
前記ガスの流れは、NOxを含んだ排気ガスを含んでいる、排気管。 - 請求項1に記載の排気管であって、
前記空気供給手段は、前記排気管の壁(54)に形成され、前記流体投与装置の前記ノズル手段の上流に配置されている空気入口手段(86)と、空気の供給源と、を備えており、
前記空気入口手段は、空気を、前記空気の供給源から前記排気管内に注入して、空気ポケットが、前記流体投与装置の前記ノズル手段の回りに形成されるように配置されている、排気管。 - 請求項1乃至7の何れかに記載の排気管であって、
前記ノズル手段は、前記ノズル手段を密閉する第1位置と、前記還元剤が前記ガスの流れへ注入される第2開位置と、の間で動くように配置されている弁手段(132)を備えている、排気管。 - 請求項8に記載の排気管であって、
前記ノズル手段は、密閉表面(142)を備えており、
前記弁手段は、前記密閉表面と相補形の弁表面(140)を備えており、
前記弁表面は、前記第1位置では前記ノズル手段の前記密閉表面を閉じて、前記還元剤が前記ノズル手段から排出されないように働く、排気管。 - 請求項8又は9に記載の排気管であって、
前記弁手段は、該弁手段を前記第1位置に向けて付勢するように配置されている付勢手段(150)を備えている、排気管。 - 請求項10に記載の排気管であって、
使用時に、前記流体投与装置内の還元剤は、前記付勢手段の付勢に対抗する力を提供し、前記流体投与装置内の還元剤の圧力が閾値圧を超えると、前記弁手段を前記第2位置に動かす、排気管。 - 請求項1乃至11の何れかに記載の排気管であって、
前記弁手段(132)と前記ノズル手段(62)とは、前記第2位置では、前記還元剤が前記ノズル手段から中空の円錐形となる噴射の形で注入されるように形成され、配置されている、排気管。 - 触媒還元システムにおいて、
請求項1から12の何れかに記載の排気管と、
前記排気管の、前記流体投与装置の下流に配置されている、少なくとも1つの選択的触媒還元変換器(9)と、を備えている触媒還元システム。 - 請求項13に記載の触媒還元システムであって、
前記触媒還元システムは、
還元剤を保持するための還元剤リザーバーと、
還元剤を前記還元剤リザーバーから前記流体投与装置へ送出するための還元剤ポンプと、を更に備えている、触媒還元システム。 - 請求項13又は14に記載の触媒還元システムを備えている車両。
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