JP4799498B2 - 断熱した試薬投与デバイス - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンの排気チャンバに試薬を投与するのに適した投与デバイス（すなわち、投与装置）に関する。詳細には、本発明は、周囲環境の高温から断熱され、これによって試薬を最適の作動温度範囲に維持できる、投与デバイスに関する。本発明は、更に、このような投与デバイスを備えた排気システムに関する。

内燃エンジンの排気ガスから汚染物を部分的に又は完全に除去するのに触媒浄化プロセスを使用できる。
詳細には、排気ガスの浄化は、排気ガス中の一つ又はそれ以上の汚染物、例えばＮＯｘを還元する還元剤を使用して行ってもよい。

内燃エンジンからの排気ガスエミッションを還元するため、投与デバイス（ＷＯ２００４１１１４０１参照）を使用して還元剤（例えば尿素溶液）を排気通路内にスプレーできる。代表的には、還元剤の活性は、噴射点の下流の触媒との接触時に引き起こされる。投与デバイスは、排気システムの通路に取り付けられ、このシステムを通過する高温のガスに露呈される。従って、投与デバイス内の還元剤は、過熱されることにより、下流での反応における有効性が低下する恐れがある。尿素は、一般的に還元剤として使用され、尿素水溶液の場合には、約７０℃で結晶が沈殿することが知られている。還元剤を噴射した後に還元剤が排気通路を通過することによる、噴射と反応との間の時間的遅延により、更に熱に露呈されてしまう。

還元剤は投与デバイス内で十分に低温のままであるのが非常に望ましい。これは、（ｉ）還元剤が投与デバイス内で結晶化したり分解したりしないようにするため、及び（ｉｉ）噴射点の下流でエミッション還元反応が高い効力で生じ、これによって排気エミッションを還元するためである。

ここに述べた問題点を解決しようとする多くの技術が従来技術に詳細に記載されている。
ドイツ国特許第ＤＥ１０３２４４８２号に記載の一つのこのような方法は、投与デバイスを冷却するために還元剤溶液の一部を循環することを必要とする。不利なことに、このシステムは余分の配管を必要とし、おそらくはタンク内の溶液が加熱されないようにするための熱交換器を必要とする。更に、単に還元剤を噴射するのに必要とされる以上の容量のポンプが必要とされる。

米国特許第６，５３９，７０８号及びＷＯ２００４０３０８２７には、再循環技術に加え、冷却空気流システム又は追加のクーラント循環システムが、噴射システムに追加してある。これらのシステムは、両方とも、特に大量の熱を放散しなければならない場合に、通常必要とされるよりも動力消費が遥かに大きいという欠点がある。これらのシステムは、費用及び複雑さのため、望ましくなく、故障しやすい。

欧州特許第ＥＰ１５６１９１９Ａ１号には、同軸の内管と、外管と、これらの管間に装着したセラミック断熱材とを含む投与デバイスが記載されている。内管に還元剤が供給される。投与デバイスの一端が排気パイプ内に配置され、ノズルへッドが設けられている。還元剤は、ノズルへッドを通って排気パイプ内にスプレーされる。外管は、ノズルへッドに向かって円錐形をなして狭幅になっている。この構成は、外管が円錐形をなして狭幅になっているため、内管の断熱がノズルへッドに向かって減少するため、不利である。ノズルへッド自体は外管によって断熱もシールドもなされておらず、従って、排気パイプ内で高温の排気ガスに露呈されたままであり、これによって還元剤が過熱される場合がある。
ＷＯ２００４１１１４０１ ドイツ国特許第ＤＥ１０３２４４８２号 米国特許第６，５３９，７０８号 ＷＯ２００４０３０８２７ 欧州特許第ＥＰ１５６１９１９Ａ１号

還元剤を、投与デバイスのノズル内でも適当な温度に維持するための簡単で対費用効果に優れた方法が必要とされているということは明らかである。
本発明は、従来技術の問題点を解決するか或いは緩和しようとするものである。

本発明の第１の特徴によれば、還元剤を内燃エンジンの排気チャンバに投与するための投与デバイスが提供される。投与デバイスは、排気チャンバのポート内に取り付けられるようになっており、投与デバイスは、ノズル本体及び断熱ジャケットを備えている。断熱ジャケットは、ノズル本体を少なくとも部分的に包囲し、断熱ジャケットとノズル本体との間に室（又は区画室）を形成し、室は、実質的に真空である。投与デバイスは、該投与デバイスが排気チャンバのポートに取り付けられたとき、ノズル本体が実質的に真空の室によってポートから離間されるように、形成されている。

投与デバイスは、投与インジェクター又はアトマイザー（噴霧装置）を含むがこれらに限定されない別の形体をとることができる。
驚くべきことに、本発明の構成では、還元剤を放出する投与デバイスのノズル本体を作動中に適当な温度に維持するのに還元剤だけで十分である。しかしながら、投与デバイスのノズル本体を更に断熱するのが好ましい。

ジャケットとノズル本体との間の熱伝達を小さくするため、実質的に真空状態の室が役立つ。室は、高度に真空であってもよく、又は非常に低圧のガスが入っていてもよい。
好ましい実施例では、断熱ジャケットの断面は、実質的に環状である。しかしながら、別の実施例では、断熱ジャケットの断面は、多角形であってもよいし楕円形であってもよい。断熱ジャケットは、好ましくは、シュラウドをなしてノズルを取り囲む。

好ましくは、断熱ジャケットは、一つ又はそれ以上の係合点でポートと係合するための手段を提供し、これによって、投与デバイスをポート内に容易に配置でき、安定した位置に維持できる。断熱ジャケットは、少なくとも１つの係合点又は各係合点のところでポート内に締まり嵌めを形成するようになっていてもよい。好ましくは、断熱ジャケットは、このような締まり嵌めを形成するために設けられた直径の大きな拡径領域を含む。

有利には、ジャケットは、一つ又はそれ以上の取り付け点でノズル本体に取り付けられるような形体を備えている。好ましくは、一つ又はそれ以上の取り付け点でのジャケットとノズル本体との間の物理的接触面積は小さく又は最小となっており、すなわち、全接触面積が約１ｍｍ² 乃至約１５ｍｍ² の範囲内にあり、更に好ましくは、約２ｍｍ² 乃至約１２ｍｍ² の範囲内にあり、更に好ましくは、約３ｍｍ² 乃至約６ｍｍ² の範囲内にある。

同様に、一つ又はそれ以上の取り付け点でのジャケットとポートとの間の接触面積は小さく又は最小となっており、すなわち、全接触面積が約１ｍｍ² 乃至約５０ｍｍ² の範囲内にあり、更に好ましくは、約３ｍｍ² 乃至約３５ｍｍ² の範囲内にあり、更に好ましくは、約６ｍｍ² 乃至約１２ｍｍ² の範囲内にある。

更に、一つ又はそれ以上の取り付け点は、一つ又はそれ以上の係合点から離れているのが好ましい。好ましくは、断熱ジャケットは、第１及び第２の取り付け点でノズル本体に取り付けられており、これらの取り付け点は、夫々、ノズル本体の第１及び第２の端部である。投与デバイスは、係合点又は各係合点が第１及び第２の取り付け点の間にあり、好ましくは第１及び第２の取り付け点のほぼ中間にあるように形成されていてもよい。

この構成の一つの利点は、投与デバイスに沿って小さな断面積に亘って長い熱経路を提供するということである。これにより、ポートからノズル本体への熱伝達が大幅に減少する。ノズル本体が、本発明で説明したように排気システムから断熱されるように形成されている場合には、投与デバイス内の還元剤は、作動温度を維持するために還元剤自体を再循環させたり、外部クーラントを連続的に循環させる必要がなく、かくして通常の作動中に過熱することが回避される。

ある作動状態では、例えば、排気チャンバが十分な温度になく、即ち２００℃よりもかなり低い温度にあり、触媒が十分な温度になく、即ちエンジンが作動しているが発生しているＮＯｘが無視できる量である場合には、従来、還元剤の投与を一時的に停止し、必要な場合に空気による冷却を追加してもよい。エンジンを切ると、還元剤の投与及び任意の随意の空冷又は試薬循環が完全に停止する。有利には、本発明で説明した効果的な断熱を、エンジンを切っても提供することにより、ノズルでの熱の発生を最初に小さく又は最小にし、過熱されて沈殿する還元剤溶液の量を減少する。

通常の使用では、ノズル本体の温度が適当な作動温度に維持されるに過ぎず、還元剤は投与デバイスを通って流れ続ける。エンジンを切って投与を停止すると、排気チャンバは、代表的には、幾らかの時間（最大６０分）に亘って高温のままである。排気チャンバの熱容量(thermal mass)がノズルの熱容量に対して大きいため、熱エネルギが排気チャンバから投与デバイスのノズル本体に流れ、これによりシステムの温度が等しくなる。このような場合、ノズル本体の先端にあり、排気チャンバに露呈された還元剤溶液が、沸点に達すると、上文中に説明した断熱材が、ノズルの「上流」に位置する残りの溶液を低温に保持する。還元剤が沸騰し、限られた量の尿素の結晶が溶液中で沈殿する。しかしながら、エンジンが冷えると、又はエンジンを再始動させると、溶液がノズル本体の先端に戻り、尿素の結晶を溶液中に再吸収するか或いはノズル本体から圧力によって（投与を再開した場合）放出する。

好ましくは、ポートは管状（チューブ状）であり、円筒形取り付けボアを備えていてもよく、このボア内に投与デバイスが受け入れられてもよい。使用時に、ジャケットの外面とボアの内面との間を隙間が延びていてもよい。有利には、この構成は、ポートとジャケットとの間の熱伝達を更に減少するのに役立つ。これは、熱輻射が絶対温度の４乗に比例するため、有利である。従って、ジャケットの温度の低下が明らかに些細であっても、ノズル本体に又はノズル本体から最終的に伝達される熱の量が大幅に減少する。

エンジンの作動モード、例えば通常モードや投与を一時的に中止するモード等に応じて、ノズル本体及びジャケットは、様々な時間に様々な温度まで加熱される。投与デバイスは、熱膨張を吸収するように構成されていてもよい。便利には、投与デバイスは、ノズル本体及びジャケットが熱膨張できるようにする手段を備えていてもよい。この手段は、ベローズの形態であってもよい。

還元剤を投与するための手段、即ち排気に送出されるべき還元剤の量及び頻度を制御するための手段を設けると同時に、ノズル本体の温度を適当なレベルに維持し、更にノズル本体及びジャケットが熱膨張できるようにするのが有用である。このような投与手段は、ポンプを含んでいてもよい。

ジャケットが、投与手段を収容する延長部を有し、これによって、排気と投与手段との間の熱伝達を阻止するのが望ましい。このような延長部は、弾性ダイアフラムの形態であってもよい。

本発明の他の実施例では、投与デバイスのノズル本体及びジャケットは、直線状でなくてもよいし、湾曲していてもよい。本発明の一実施例では、ノズル本体は実質的に半円形である。この構成は、ノズル及びジャケットの熱膨張の差を吸収し、還元剤を排気流の中央に直接噴射できるため、効率的な設計である。

更に、ノズル本体及びジャケットが直線状でない場合、投与デバイスは、ジャケットを取り囲んでジャケットとの間に断熱隙間を形成するスリーブを更に備えていてもよい。ジャケットの大きな表面積が排気中のガスの熱に直接露呈されるため、スリーブは、ジャケットの周囲に追加の断熱層を提供するのに役立つ。スリーブは、スリーブの内面とジャケットの外面との間に断熱隙間を形成するようになっていてもよい。断熱隙間は、ジャケットの周囲に別の断熱層を提供する。特定の作動状態中、例えば投与デバイスが投与を一時的に中止する作動状態中、冷却流体、例えば空気を断熱隙間に供給するための手段を更に備えているのが望ましい。

有利には、投与デバイスを支持するため、上文中に説明した本発明の任意の実施例と組み合わせて取り付けブラケットを使用してもよい。取り付けブラケットは、排気の任意の点に連結するための第１手段と、投与デバイス（又はポンプ）に連結するための第２手段とを備えているのが望ましい。代表的には、第１及び第２の連結手段は、ブラケットの両端に位置決めされる。

更に、取り付けブラケットは、投与デバイス（投与手段）の重量を支持できるのが望ましい。
ブラケットは、排気から投与デバイスへのブラケットを介した熱伝達を減少するため、例えば熱伝導率が約７Ｗ／ｍＫ乃至約２２Ｗ／ｍＫの金属等の熱伝導率が低い材料で形成されていてもよい。熱伝導率が１４Ｗ／ｍＫと低いため、ステンレス鋼を使用するのが適切である。

第２連結手段を局所的領域で投与手段即ち投与デバイスに取り付けてもよい。第２連結手段は、スパイダーワッシャを含んでもよい。
排気流が、最大摂氏数百度（４５０℃又はそれ以上）に達することがあるため、輻射によるノズルへの熱伝達もまた大きい。有利には、本発明の上述の実施例のうちの任意の実施例について、ポートとノズル本体との間の熱伝達を減少するため、ノズル本体及び／又はポートに、更に、艶出仕上を施してもよく、及び／又は輻射率（又は放射率）が低い材料をコーティングしてもよい。好ましくは、輻射率（又は放射率）が低い材料は、金、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、亜鉛、及びタングステンから選択される。

以上開示した全ての実施例について、ジャケットは、熱伝導率が低い金属、例えばステンレス鋼、又は熱伝導率の値が７．８Ｗ／ｍＫ乃至２２Ｗ／ｍＫの金属で形成されていてもよい。

本発明の第２の特徴によれば、内燃エンジンの排気チャンバに還元剤を投与するための投与デバイスにおいて、投与デバイスは、ノズル本体及び断熱ジャケットを備えており、ノズル本体は、使用時に排気チャンバ内に延びる第１部分と、使用時に排気チャンバの外に配置される第２部分とを有し、ノズル本体の第１部分は出口端を有し、該出口端のところで、還元剤が、投与デバイスから排気チャンバ内に放出され、断熱ジャケットは、ノズル本体の第１部分及び第２部分を取り囲み、直径が、ノズル本体の第１部分の長さに沿って実質的に一様又は均等である、投与デバイスが提供される。

断熱ジャケットの断面は実質的に環状であってもよく、断熱ジャケットとノズル本体との間に室を形成する。室は、断熱材を含んでいてもよい。断熱材としては、セラミック等の固体、例えば酸化マグネシウムやヒュームドシリカ（fumed silica）等の金属酸化物である断熱性粉体、例えばガラスウールやミネラルウール（鉱さい綿）等のファイバ、又は例えば窒素、キセノン、又はクリプトン等のガスなどが挙げられる。別の態様では、室を実質的に真空にしてもよい。

本発明の第３の特徴によれば、還元剤を排気チャンバに投与するのに適した投与デバイスにおいて、ノズル本体と、断熱ジャケットとを有し、ジャケットがノズル本体に一つ又はそれ以上の取り付け点で取り付けられており、投与デバイスが内燃エンジンの排気システムのポートと係合するようになっている、投与デバイスが提供される。

便利には、ジャケットは、投与デバイスのジャケットとノズル本体との間で室を包囲するように形成されている。室は、断面が実質的に環状である。室は、随意であるが、断熱材を含むか或いは実質的に真空である（即ち、室を実質的に真空にするか或いは少なくとも非常に低圧のガスが入っている）。断熱材を含むか或いは実質的に真空である室は、ジャケットとノズル本体との間の直接的熱伝達を小さくする又は最小にするのを補助する。

断熱材としては、セラミック等の固体、例えば酸化マグネシウムやヒュームドシリカ等の金属酸化物である断熱性粉体、例えばガラスウールやミネラルウール等のファイバ、又は例えば窒素、キセノン、又はクリプトン等のガスなどが挙げられる。

上文中に説明したように、室は、真空であってもよい。これは、非常に効果的な断熱手段であるためである。
本発明の概念には、上文中に説明した投与デバイスを備えた内燃エンジンの排気チャンバも含まれる。

本発明の第１の特徴の投与デバイスに関して上文中に説明した随意の特徴は、本発明の第２の特徴の投与デバイス又は第３の特徴の投与デバイスに等しく適用できる。
本発明の概念には、上文中に説明した投与デバイスを備えた排気システムを持つ車輛も含まれる。

本発明の第４の特徴によれば、内燃エンジンの排気システムにおいて、ボアを形成する管状のポートを持つ排気チャンバと、ボア内に受け入れられた、還元剤を排気チャンバ内に投与するように構成された投与デバイスとを備えており、投与デバイスは、ノズル本体と、断熱ジャケットとを有し、該断熱ジャケットは、ノズル本体を少なくとも部分的に包囲し、断熱ジャケットは、断熱ジャケットとノズル本体との間に室を形成し、室は、実質的に真空であり、ノズル本体を管状のポートから離間する、排気システムが提供される。

断熱ジャケットは、係合点のところでポートと係合するようになっていてもよい。断熱ジャケットは、係合点のところでボア内に締まり嵌めを形成するようになっていてもよい。断熱ジャケットは、第１及び第２の取り付け点のところでノズル本体に取り付けられるようになっていてもよい。これらの取り付け点は、各々、係合点から離れている。好ましくは、係合点は、第１及び第２の取り付け点の間にある。更に好ましくは、係合点は、第１及び第２の取り付け点のほぼ中間にある。

ジャケットの外面を冷却するのが望ましい。従って、投与デバイスは、ジャケットの表面に亘って冷却流体を流すための手段を備えていてもよい。断熱ジャケット及びポートは、ジャケットの外面とポートとの間に隙間が形成されるように離間されていてもよい。
所定容積のガス等の冷却流体を、ジャケットとポートとの間に通すことによってジャケットの外面を冷却するため、一つ又はそれ以上の入口通路が設けられていてもよい。冷却流体は、どのような場所からでも取り出すことができる、エンジンを通過する空気等であってもよい。空気は、特に、エンジンのターボチャージャーのコンプレッサホイールの下流の空気入口通路から取り出すことができる。

管状のポートは、第１部分及び第２部分を備えていてもよい。第１部分は、排気通路内に延びていてもよい。第２部分は、排気通路の外に配置されていてもよい。例えば、第２部分は、排気通路から突出していてもよい。ノズル本体は、更に、排気チャンバ内に延びる第１部分を備えていてもよい。管状のポートの第１部分は、ノズル本体の第１部分を包囲していてもよく、これによってノズル本体の第１部分を排気チャンバ内の高温の排気ガスからシールドする。

本発明の概念には、上文中に説明した排気システムを備えた車輛が含まれるということは、理解されよう。
本発明の随意の特徴を本発明の特定の特徴又は実施例と関連して上文中に説明したが、これらの随意の特徴の多くは、様々な特徴及び実施例の間で相互交換自在であるということは理解されるべきである。詳細には、本発明の第１の特徴の投与デバイスの随意の特徴は、本発明の第４の特徴の排気システムの投与デバイスに適用できる。逆に、本発明の第４の特徴の随意の特徴は、本発明の第１の特徴に適用できる。
なお、本願発明の関連発明は下記のように構成できる。
［番号２５］
内燃エンジンの排気チャンバ（４）に還元剤（２）を投与するための投与デバイス（１）であって、
前記投与デバイス（１）は、ノズル本体（６）及び断熱ジャケット（５）を備えており、
前記ノズル本体（６）は、使用時に前記排気チャンバ（４）内に延びる第１部分と、使用時に前記排気チャンバ（４）の外に配置される第２部分とを有し、
前記ノズル本体（６）の前記第１部分は出口端（２７）を備えており、該出口端（２７）のところで、還元剤（２）が、前記投与デバイス（１）から前記排気チャンバ（４）内に放出され、
前記断熱ジャケット（５）は、前記ノズル本体（６）の前記第１部分及び前記第２部分を取り囲み、
前記断熱ジャケット（５）は、その直径が、前記ノズル本体（６）の前記第１部分の長さに沿って実質的に一様となっている、投与デバイス（１）。
［番号２６］
番号２５に記載の投与デバイス（１）において、
前記断熱ジャケット（５）は、断面が実質的に環状であり、前記断熱ジャケット（５）と前記ノズル本体（６）との間に室（１１）を形成する、投与デバイス（１）。
［番号２７］
番号２６に記載の投与デバイス（１）において、
前記室（１１）は、断熱材を備えている、投与デバイス（１）。
［番号２８］
番号２７に記載の投与デバイス（１）において、
前記断熱材（１１）は、セラミック、断熱粉体、ファイバ、又はガスである、投与デバイス（１）。
［番号２９］
番号２６に記載の投与デバイス（１）において、
前記室（１１）は、実質的に真空である、投与デバイス（１）。
［番号３０］
番号１乃至２９のうちのいずれか一項に記載の投与デバイス（１）を備えた、排気システムを持つ車輛。
［番号３１］
内燃エンジンの排気システムであって、
前記排気システムは、
ボア（２３）を形成する管状のポート（１０）を持つ排気チャンバ（４）と、
前記ボア（２３）内に受け入れられた、還元剤（２）を前記排気チャンバ（４）内に投与するように構成された、投与デバイス（１）とを備えており、
前記投与デバイス（１）は、ノズル本体（６）と、断熱ジャケット（５）とを有し、
該断熱ジャケット（５）は、前記ノズル本体（６）を少なくとも部分的に囲み、
前記断熱ジャケット（５）は、該断熱ジャケット（５）と前記ノズル本体（６）との間に室（１１）を形成し、
前記室（１１）は、実質的に真空であり、前記ノズル本体（６）を前記管状のポート（１０）から離間する、排気システム。
［番号３２］
番号３１に記載の排気システムにおいて、
前記断熱ジャケット（５）は、係合点（７）のところで前記ポート（１０）と係合するようになっている、排気システム。
［番号３３］
番号３２に記載の排気システムにおいて、
前記断熱ジャケット（５）は、係合点（７）のところで前記ボア（２３）内に締り嵌めを形成する、排気システム。
［番号３４］
番号３２又は３３に記載の排気システムにおいて、
前記ノズル本体（６）は、第１及び第２の取り付け点（８、９）を形成し、これらの取り付け点の各々は、前記係合点（７）から離れており、
う前記断熱ジャケット（５）は、前記第１及び第２の取り付け点（８、９）の夫々のところで前記ノズル本体（６）に取り付けられている、排気システム。
［番号３５］
番号３４に記載の排気システムにおいて、
前記係合点（７）は、前記断熱ジャケット（５）の長さに沿った、前記第１及び第２の取り付け点（８、９）の間の所定の位置に配置されている、排気システム。
［番号３６］
番号３５に記載の排気システムにおいて、
前記係合点（７）は、前記第１及び第２の取り付け点（８、９）の間のほぼ中間にある、排気システム。
［番号３７］
番号３１乃至３６のうちのいずれか一項に記載の排気システムにおいて、
前記管状のポート（１０）と前記断熱ジャケット（５）との間に隙間（１２）が形成される、排気システム。
［番号３８］
番号３７に記載の排気システムにおいて、更に、
前記隙間（１２）と冷却流体源（１８）との間を流体連通させることができる一つ又はそれ以上の入口通路を備えている、排気システム。
［番号３９］
番号３８に記載の排気システムにおいて、
前記流体はガスである、排気システム。
［番号４０］
番号３９に記載の排気システムにおいて、
前記ガスは空気である、排気システム。
［番号４１］
番号３８乃至４０のうちのいずれか一項に記載の排気システムにおいて、
前記一つ又はそれ以上の入口通路は、ターボチャージャーのコンプレッサホイールの下流の通路と連通している、排気システム。
［番号４２］
番号３１乃至４１のうちのいずれか一項に記載の排気システムにおいて、
前記管状のポート（１０）は、第１部分と第２部分とを有し、前記第１部分は、前記排気通路（４）内に延びており、前記第２部分は前記排気通路（４）の外側に配置される、排気システム。
［番号４３］
番号４２に記載の排気システムにおいて、
前記ノズル本体（６）は、前記排気チャンバ（４）内に延びる第１部分を有し、
前記管状のポート（１０）の前記第１部分が、前記ノズル本体（６）の前記第１部分を囲んでいる、排気システム。
［番号４４］
番号３１乃至４３のうちのいずれか一項に記載の排気システムを持つ車輛。

次に、本発明の好ましい実施例を、添付図面を参照して単なる例として説明する。

添付図面のうち、図１を参照すると、この図には、内燃エンジンの排気通路４の管状の（チューブ状の）ポート１０内に取り付けられた細長い投与デバイス１が示してある。投与デバイス１は、還元剤２の溶液が供給される噴射ボア２４（図２参照）を形成するノズル本体６を有する。作動中、投与デバイス１は、還元剤２のスプレー３を排気通路４内に提供する。

図２を参照すると、管状の（チューブ状の）ポート１０が、排気通路４から突出しており且つ部分的に排気通路４内に突出している。管状のポート１０は、円筒形取り付けボア２３を形成し、このボア内に投与デバイス１の部分が受け入れられる。管状のポート１０は、排気通路４に対して傾いており、その結果、ポート１０及び円筒形取り付けボア２３の長手方向軸線２５が、排気通路４の長手方向軸線２６（図１参照）に対して交差するように、そして、及び約４５°の角度となるように傾いている。

排気通路４内の高温の排気ガスにより、管状のポート１０を含む排気通路４の壁が高温になる。投与デバイス１は、高温の排気ガスから及び／又は管状のポート１０から、ノズル本体６への熱伝達が最少であるように形成されている。これは、還元剤２の加熱を最少にするのに役立つ。

ノズル本体６は細長く、第１端２７及び第２端２８を有する。第１端２７は、更に、還元剤２をスプレーする（噴霧する）出口を備えているため、出口端２７とも呼ばれる。第２端２８は、更に、還元剤２用の入口を備えているため、入口端２８とも呼ばれる。第１端２７は、排気通路４内に延びており、管状のポート１０によって取り囲まれている。管状のポート１０は、第１端２７をシールドし、これによってノズル本体６のこの端部を排気通路４内の排気ガスから保護する。第２端２８は、管状のポート１０の外側に配置されており、排気通路４から遠い。

ノズル本体６は、その長さの大部分に沿って、細長い断熱ジャケット５によって取り囲まれている。断熱ジャケット５は、薄壁であり、断熱材、例えばステンレス鋼等の熱伝導率が低い金属で形成されている。断熱ジャケット５は、ノズル本体６とポート１０との間に配置されており、ポート１０とノズル本体６との間が直接的に接触しないようにする。ジャケット５は、ノズル本体６をポート１０から離すことによって、ノズル本体６を、ポート１０から、また、排気通路４内の高温の排気ガスから断熱する。

断熱ジャケット５は、断面が実質的に環状であり、大径の取り付け部分２９を備えている。取り付け部分２９は、断熱ジャケット５の長さに沿った所定の位置に係合点７を形成し、断熱ジャケット５は、この係合点のところで、ポート１０に締まり嵌めする。これは、投与デバイス１をポート１０内に取り付けるのに役立つ。空隙即ち空間１２が、ジャケット５と管状のポート１０との間に形成され、ジャケット５は、係合点７のところだけが管状のポート１０と直接接触する。この構成は、管状のポート１０とジャケット５との間の接触面積を最小にすることによって、管状のポート１０からジャケット５への熱伝達を減少する。

ジャケット５の温度低下は、これによってノズル本体６への輻射による熱伝達が大幅に減少するため、有利である。これは、輻射による熱伝達が絶対温度の４乗に比例するためである。

ジャケット５は、取り付け点８及び９のところでノズル本体６に取り付けられている。これらの取り付け点は、夫々、ノズル本体６の第１端２７及び第２端２８の夫々に向かっている。ノズル本体６とジャケット５との間で取り付け点８及び９の間の領域に、室１１が形成される。この室１１は、断面が実質的に環状であり、ポート１０内でジャケット５とノズル本体６とを離間し、ジャケット５からノズル本体６への放射による熱伝達を減少するのに役立つ。

ジャケット５と管状のポート１０との間の係合点７は、ジャケット５をノズル本体６に取り付ける取り付け点８及び９から離れている。この例では、係合点７は、取り付け点８及び９の間のほぼ中間にある。熱は、管状のポート１０からノズル本体６に伝達するには、係合点７からジャケット５の長さに沿って夫々の取り付け点８及び９に向かって移動しなければならない。この構成により、管状のポート１０とノズル本体６との間の熱経路が長くなる。これは、係合点７が、取り付け点８及び９の両方から離れているためである。

上文中に説明した延長された熱経路は、ジャケット５が薄いため、断面積が小さい。この断面積が小さい延長された熱経路は、熱をジャケット５に亘って放散するのに役立ち、これによって、管状のポート１０からノズル本体６への熱伝達を小さくする。従って、管状のポート１０が高温になった場合でも、管状のポート１０からノズル本体６への熱伝達は小さい。

ジャケット５とノズル本体６との間に形成された室１１は、実質的に真空である。真空は、ジャケット５を、真空チャンバ内で、ノズル本体６に取り付け点８及び９のところで、例えばレーザーを使用して溶接することによって形成されてもよい。取り付け点８及び９のところに気密シールが形成され、及び従って、ノズル本体６の主部が、ジャケット５内に気密封止される。真空状態の室１１は、ジャケット５からノズル本体６への熱伝達を最小にするのに役立つ。

ノズル本体６は、管状のポート１０の長さに沿って、断熱ジャケット５及び真空状態の室１１によって、管状のポート１０から離間されている。更に、ジャケット５は、係合点７を除き、管状のポート１０から隙間１２によって離間されている。しかも、ノズル本体６は、管状のポート１０から、係合点７のところで、真空状態の室１１によって離間されている。このことが、ノズル本体６への熱伝達を減少する上で特に重要である。

通常の作動中、ノズル本体６及びジャケット５は、多くの場合、温度が異なるため、投与デバイス１は、これらの熱膨張を可能にする手段１３を備えている。この手段は、ベローズ１３の形態である。

ノズル本体６及び／又は管状のポート１０の外面には、艶出仕上を施してもよく、及び／又は、輻射率又は放射率が低い、例えば金、銀、又はアルミニウム等の材料でコーティングしてもよい。排気チャンバ４は、摂氏数百度、例えば４５０℃（約８５０^°Ｆ）又はそれ以上の温度に達する場合があり、そのため、このコーティングは、ノズル本体６への輻射による熱伝達を小さくするのを更に補助する。

上文中に説明した実施例では、室１１が真空になっているけれども、他の実施例として、室１１を、真空である代わりに、セラミック、粉体、ファイバ、又はガス等の断熱材料で充填してもよい。このような断熱材料は、ジャケット５からノズル本体６への熱伝達を小さくするのに役立つ。

次に、図３を参照すると、この図には、還元剤溶液（図示せず）を効果的に投与するためのポンプ１４を備えた投与デバイス１が示してある。断熱ジャケット５は、ポンプ１４を更に覆うように延長してあり、ポート１０からポンプ１４への及び従って還元剤２への熱伝達を減少する。ポンプ１４は、外面２２を有しており、外面２２はノズル本体６よりも大きく、ジャケット５は、ポンプ１４の周囲で弾性のダイヤフラム１５として形成されていることが好ましい。ジャケット５を冷却するため、ジャケット５に空気１６の流れを提供するための手段が設けられている。この空気１６は、内燃エンジン（図示せず）の空気入口通路の任意の点から、又は特定的には、ターボチャージャーのコンプレッサホイール（図示せず）の下流から取り出すようにすることが好ましい。

図４を参照すると、この図には、ノズル本体６及び断熱ジャケット５を有し、これらが両方とも半円形になった、投与デバイス１が示してある。投与デバイス１は、排気チャンバ通路４のポート１０の取り付けボア２３に位置決めされる。投与デバイス１及びノズル本体６が湾曲形状を備えているため、還元剤（図示せず）を排気チャンバ通路４内の中央に噴射できる。

図５を参照すると、この図には、図４を参照して上文中に説明した投与デバイス１が示してある。この投与デバイス１は、ジャケット５を取り囲むスリーブ１７を更に有し、これにより、断熱隙間１８が、ジャケット５とスリーブ１７との間に形成されている。スリーブ１７及び隙間１８は、両方とも、ジャケット５の周囲に追加の断熱を提供する。その結果、排気チャンバ４からジャケット５の大きな表面積への熱伝達が劇的に減少する。冷却空気を断熱隙間１８に供給するための手段１６が設けられている。外面２２を持つポンプ１４が、還元剤の投与を調節する。投与デバイス１に対して更に支持を提供するため、ステンレス鋼で形成することができる取り付けブラケット１９が、第１連結手段によって排気チャンバ４に取り付けられている。取り付けブラケット１９は、更に、投与デバイス１又はポンプ１４に取り付けられており、第２連結手段によってポンプ１４の外面２２の周囲の局所的点２０のところで取り付けられている。ブラケット１９とポンプ１４との間の局所的接触により、熱伝達が制限され、及び従って、ノズル本体６への熱伝達が減少する。

図６を参照すると、この図には、図５を参照して上文中に説明した投与デバイス１が示してある。この投与デバイス１は、第２連結手段２１を持つブラケット１９を備えている。
第２連結手段２１は、スパイダー２１とすることが好ましい。スパイダー２１とする場合、随意であるが星型のワッシャの形態とすることができる。第２連結手段２１は、例えば、組み立て中にポンプ１４の外面２２上で押し広げることによって、ポンプ１４の外面２２（図５参照）に連結される。その結果、ポンプ１４とブラケット１９との間の接触が制限される。

様々な実施例の好ましい特徴及び／又は随意の特徴、又は本明細書中に説明した本発明の特徴は、特許請求の範囲に定義した本発明の範囲から逸脱することなく、相互に交換してもよいということは理解されよう。

図１は、排気通路のポート内に受け入れられた投与デバイスの断面図である。 図２は、図１の排気チャンバのポート内に受け入れられた本発明の第１実施例による投与デバイスの断面図である。 図３は、本発明の第２実施例による投与デバイスの断面図である。 図４は、本発明の第３実施例による投与デバイスの断面図である。 図５は、本発明の第４実施例による投与デバイスの断面図である。 図６は、図５の投与デバイスの斜視図である。

符号の説明

１ 投与デバイス
２ 還元剤
３ スプレー
４ 排気通路
５ 断熱ジャケット
６ ノズル本体
７ 係合点
８、９ 取り付け点
１０ ポート
１１ 室
１２ 空間
２３ ボア
２４ 噴射ボア
２７ 第１端
２８ 第２端
２９ 取り付け部分

Claims (21)

1. 還元剤（２）を内燃エンジンの排気チャンバ（４）に投与するための投与デバイス（１）であって、
   前記投与デバイス（１）は、前記排気チャンバ（４）のポート（１０）内に取り付けられるようになっており、
   前記投与デバイス（１）は、ノズル本体（６）及び断熱ジャケット（５）を備えており、
   前記断熱ジャケット（５）は、前記ノズル本体（６）を少なくとも部分的に包囲し、該断熱ジャケット（５）と前記ノズル本体（６）との間に室（１１）を形成し、
   前記室（１１）は、真空であり、
   前記投与デバイス（１）は、当該投与デバイス（１）が前記排気チャンバ（４）の前記ポート（１０）に取り付けられたとき、前記ノズル本体（６）が前記真空の室（１１）によって前記ポート（１０）から離間されるように形成され、前記断熱ジャケット（５）が、前記ノズル本体（６）を前記ポート（１０）から断熱しており、
   前記断熱ジャケット（５）は、一つ又はそれ以上の取り付け点（８、９）のところで前記ノズル本体（６）に取り付けられており、
   前記断熱ジャケット（５）は、前記取り付け点（８、９）の各々から離れた係合点（７）のところで前記ポート（１０）と係合するようになっている、投与デバイス（１）。
2. 請求項１に記載の投与デバイス（１）において、
   前記ノズル本体（６）は、第１端（２７）及び第２端（２８）を有し、
   前記第１端（２７）は、第１取り付け点（８）を有し、
   前記第２端（２８）は、第２取り付け点（９）を有し、
   前記断熱ジャケット（５）は、前記第１取り付け点（８）及び前記第２取り付け点（９）のところで前記ノズル本体（６）に取り付けられる、投与デバイス（１）。
3. 請求項２に記載の投与デバイス（１）において、
   前記投与デバイス（１）は、前記係合点（７）が、前記断熱ジャケット（５）の長さに沿った、前記第１取り付け点（８）と前記第２取り付け点（９）との間に配置されるように、形成されている、投与デバイス（１）。
4. 請求項３に記載の投与デバイス（１）において、
   前記係合点（７）は、前記第１取り付け点（８）と前記第２取り付け点（９）との間の中間にある、投与デバイス（１）。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の投与デバイス（１）において、
   前記断熱ジャケット（５）は、前記係合点（７）のところで、前記ポート（１０）内に締まり嵌めを形成するようになっている、投与デバイス（１）。
6. 請求項５に記載の投与デバイス（１）において、
   前記断熱ジャケット（５）は、直径を拡大した取り付け領域（２９）を有し、
   該取り付け領域（２９）は、前記係合点（７）を形成し、前記締まり嵌めを形成するために設けられている、投与デバイス（１）。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の投与デバイス（１）において、
   前記投与デバイス（１）は、前記ポート（１０）に形成された円筒形のボア（２３）内に取り付けられるようになっている、投与デバイス（１）。
8. 請求項７に記載の投与デバイス（１）において、
   前記断熱ジャケット（５）の一部は、前記ボア（２３）の直径よりも小径であり、前記投与デバイス（１）が前記ボア（２３）内に受け入れられたとき、前記断熱ジャケット（５）と前記ボア（２３）との間に隙間（１２）が形成される、投与デバイス（１）。
9. 請求項８に記載の投与デバイス（１）において、
   前記隙間（１２）は、断面が環状である、投与デバイス（１）。
10. 請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の投与デバイス（１）において、
    前記断熱ジャケット（５）は、前記ノズル本体（６）及び該断熱ジャケット（５）の熱膨張を可能にするための手段（１３）を含む、投与デバイス（１）。
11. 請求項１０に記載の投与デバイス（１）において、
    前記熱膨張手段（１３）は、ベローズ（１３）の形態である、投与デバイス（１）。
12. 請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の投与デバイス（１）において、更に、
    投与手段（１４）を備えている、投与デバイス（１）。
13. 請求項１２に記載の投与デバイス（１）において、
    前記投与手段は、ポンプアッセンブリ（１４）を備えている、投与デバイス（１）。
14. 請求項１２又は１３に記載の投与デバイス（１）において、
    前記断熱ジャケット（５）は、前記投与手段（１４）を収容するための延長部分を備えている、投与デバイス（１）。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の投与デバイス（１）において、
    前記ノズル本体（６）及び前記断熱ジャケット（５）は、湾曲している、投与デバイス（１）。
16. 請求項１５に記載の投与デバイス（１）において、
    前記ノズル本体（６）及び前記断熱ジャケット（５）は、半円形である、投与デバイス（１）。
17. 請求項１乃至１６のうちのいずれか一項に記載の投与デバイス（１）において、更に、
    スリーブ（１７）を備えており、
    前記スリーブ（１７）は、前記断熱ジャケット（５）を取り囲み、該スリーブ（１７）と前記断熱ジャケット（５）との間に断熱隙間（１８）を形成する、投与デバイス（１）。
18. 請求項１７に記載の投与デバイス（１）において、更に、
    前記断熱隙間（１８）に空気を供給するための手段を備えている、投与デバイス（１）。
19. 請求項１乃至１８のうちのいずれか一項に記載の投与デバイス（１）において、更に、
    取り付けブラケット（１９）を備えている、投与デバイス（１）。
20. 請求項１乃至１９のうちのいずれか一項に記載の投与デバイス（１）において、
    前記ノズル本体（６）及び／又は前記ポート（１０）は、艶出仕上が施してあるか或いは、輻射率が低い材料でコーティングしてあり、前記輻射率が低い材料は、金、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、亜鉛、及びタングステンから選択される、投与デバイス（１）。
21. 請求項１乃至２０のうちのいずれか一項に記載の投与デバイス（１）において、
    前記断熱ジャケット（５）は、熱伝導率の値が７．８Ｗ／ｍＫ乃至２２Ｗ／ｍＫの金属で形成されている、投与デバイス（１）。

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