JP5108931B2 - 還元剤の調量のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス系における排気ガスの有害物質若しくは汚染物質の減少のための液状の還元剤の調量のための装置（調量モジュール）であって、調量弁及び排気ガス管への取り付けのためのアダプターを含んでいる形式のものに関する。

内燃機関、殊にディーゼルエンジンにおいては、課せられる排気ガス規制に基づき、特に排気ガス中の窒素酸化物の割合を減少させなければならない。排気ガス中の窒素酸化物の割合を減少させるために、例えば選択接触式還元（ＳＣＲ）を行っており、この場合に、窒素酸化物は還元剤を用いて水と窒素とに分解される。還元剤として例えば尿素水溶液を用いている。この場合にＮＯｘは液状の還元剤によりＮ₂及びＨ₂Ｏに還元される。

還元剤は一般的にタンク内に蓄えられていて、タンクから管路を介して調量モジュールに送られ、該調量モジュールによって還元剤は例えば排気ガス管内に噴射されるようになっている。この種の装置は欧州特許出願公開第０９８２８８４Ａ２号明細書に開示してある。

調量モジュールは調量弁を有しており、調量弁はアダプターを介して排気ガス管に装着され、例えばねじにより固定されるようになっている。

調量弁及びアダプターを備えた前記形式の調量モジュールにおいては欠点として、調量弁の切り換えは高い騒音を発生させている。調量弁の切り換え（開閉）は、弁を取り囲む構成部分、特にアダプターに材料振動若しくは固体振動を生ぜしめている。このような固体振動（衝撃波）は、アダプターの表面から周囲の空気に伝達されて、空気伝送音若しくは騒音（ノイズ）として伝播している。

自動車工業の分野ではすでに音響遮断若しくは振動遮断（振動絶縁）の種々の手段が知られている。織物、鉱物繊維、若しくは発泡性ポリマーから成る絶縁マット若しくは絶縁シート及び絶縁発泡材のほかに、部分的に金属製の吸音体をも用いるようになっている。この種の金属製の吸音体の例は、ドイツ連邦共和国特許出願公告第１０３４５５７５Ｂ３号明細書に開示してある。この場合には、音響及び熱遮断のための装置を記載してあり、該装置は、経糸及び緯糸によって織られた金属織物の１つの層から成るプレート状の１つのエレメント若しくは部材を有している。金属織物は、経糸と緯糸とをその相互の接触点で焼結により互いに結合して形成されていて、細孔を有している。しかしながらこの種の特殊な金属製の緩衝部材を使用する場合には問題として、この種の材料は慣用の材料に比べて高価であり、かつ多くの場合に自動車工業で一般的に用いられている通常の加工及び製造手段は用いられない。

したがって本発明の課題は、排気ガス系（排気ガスシステム若しくは排気ガス装置）における排気ガスの有害物質若しくは汚染物質の減少のための液状の還元剤の調量のための装置（調量モジュール）を提供し、該装置によって切り換え音の振動を技術的に簡単にかつ効果的に減衰することである。この場合に、アダプターにおける適切な手段によって、弁の固体振動がアダプターを介してアダプターの周囲の空気に伝わる伝達量を減少させる。これによって固体振動から発生する空気振動若しくは空気伝送音を減少させる。

付言すれば、ここで装置は、液状の還元剤の調量のための装置として提供（提案）されている。しかしながら、提供の装置は原理的には、ほかの部材若しくは機器の結合のために、排気ガス管内へのセンサー若しくはプローブの取り付けのためにも用いられるものであり、この場合にはセンサー若しくはプローブは振動を減衰した状態で保持（支承）される。しかしながら、前記ＳＣＲ装置における使用が有利である。

本発明に基づく装置は、調量弁、例えば液状の還元剤の調量のための１つの調量弁を含み、さらに排気ガス管への取り付け（被せ嵌め、ねじ結合、摩擦力結合、及び／又は素材結合、例えば溶接若しくは接着等）のためのアダプターを含んでいる。Ａ、Ｂ及び／又はＣなる記載は、Ａ〜Ｃの少なくともいずれか１つを意味している。調量弁は１つの結合要素（結合構成部分又は結合エレメント）を用いてアダプターに結合（固定）されており、前記結合要素は少なくとも１つの金属製の吸音体を含んでいる。

金属製の吸音体（吸音装置若しくは吸音板）の使用は、特に自動車工業の分野において利点である装置の高い温度安定性を保証しており、さらに金属製の吸音体は、公知のものと同じく高い吸音効果を保証している。

さらに、アダプターと調量弁とを結合する結合要素のみを、全体的に若しくは部分的に金属製の吸音体から成形しているという構成により、コスト節減及び極めて簡単な製造手段を可能にしている。吸音体の材料の体積を著しく減少させることができ、これによってコストは減少している。さらに、アダプター及び調量弁には自動車工業における通常の製造方法を用いることができ、したがって標準製造過程の最小の変更しか必要としていない。

金属製の吸音体は次の少なくとも１つの吸音部材（若しくは吸音材料）を含んでいてよく、つまり、金属製の多孔質の部材、殊に焼結部材、金属製の複合材、金属製の編み物、殊に焼結された編み物及び／又はプレス加工又は圧延加工された編み物、金属製の織物、殊に焼結された織物及び／又はプレス加工又は圧延加工された織物を含んでいてよい。これによって、高い減衰特性を有する金属製発泡材を用いることができる。

有利な実施態様では、例えばドイツ連邦共和国特許出願公告第１０３４５５７５Ｂ３号明細書に記載の技術で用いられている金属織物を使用してある。この場合に、金属織物の成形にとって金属製の経糸及び緯糸を用いてあり、経糸と緯糸とは、その相互の接触点（接触部位）で焼結により互いに結合されている。このような構成（処置）に加えて、若しくは別の実施態様として、金属製の糸の相互の結合を改善するために、織物のプレス加工若しくは圧延加工を行うようになっている。金属製のこの種の織物は、製品開発のHaerle社から「多孔質薄片(Poroblech)」の名称で提供されていて、金属材料としてアルミニウム、鋼若しくは特殊鋼を有している。別の材料も考えられる。一般的な薄片厚さは、０．３ｍｍ〜１ｍｍであり、ポロシティは５％〜６０％である。金属糸間に生じる音響振動は摩擦を生ぜしめ、ひいては熱に変換される。

層構造を用いると特に効果的であり、この場合に金属製の吸音体は、層構造（積層構造）を有し、つまり、金属製の吸音要素（吸音エレメント）から成る少なくとも１つの層及び、吸音作用（若しくは吸音効果）の小さい部材又は材料、すなわち非吸音質の要素（非吸音質エレメント）、殊に非吸音質の金属から成る少なくとも１つの層を組み合わせて積層して形成されている。非吸音質の要素は、例えば中実で硬質な材料（中実の硬い材料）によって形成されている。

音響は、非吸音質の要素（壁）との境界面で反射されて、再び吸音材料内に入射することになり、これによって（非吸音質の要素と吸音材料との間の間隔に依存して）、騒音レベル若しくは騒音スペクトルの特定の周波数範囲を取り除くことができる。所定の周波数範囲に影響を及ぼす、例えば所定の周波数範囲の振動を取り除くために、吸音要素と非吸音質の要素の少なくとも１つの層との間に不活性の中間層を設けることも可能であり、該中間層は、もっぱら両方の要素（吸音要素と非吸音質の要素）間の間隔の規定、ひいては周波数の所期の選択のために用いられるものである。

吸音効果の小さい要素（音響的に硬い要素）、すなわち非吸音質の要素（エレメント）は、高い音響インピーダンスを有する要素を意味し、特に吸音要素よりも高い音響インピーダンスを有する要素を意味している。例えば、音響硬度の高い材料は、鋼（音響インピーダンス若しくは特性音響インピーダンスｚ＝４．７×１０⁷Ｎｓ／ｍ³）、若しくは別の金属性の中実の材料である。実施態様によれば、音響インピーダンスは１０⁷Ｎｓ／ｍ³より大きく、有利には４×１０⁷Ｎｓ／ｍ³より大きく選ばれる。

吸音要素及び非吸音質の要素から成る層構造（層パターン）を用いる場合に、有利な実施態様では、吸音要素の層は結合要素の、アダプターに向けられた側に配置されており、非吸音質要素の層は結合要素の、アダプターとは逆の側に配置されている。結合要素は有利には、レート状（ディスク状）の少なくとも１つの構成要素（構成部材若しくは部品）を含んでおり、該構成要素は有利には調量弁の受容のための開口部（空所又は溝）を有している。

有利な実施態様では、プレート状の構成要素（エレメント）は、調量弁の受容のための少なくとも１つの開口部（空所又は溝）を有しており、換言すれば、プレート状の構成要素は、調量弁の受容のためのＵ字形の開口部（空所又は溝）を有していて、該開口部の縁部でもって調量弁の溝内に係合するためのＵ字形の部材として形成されている。プレート状の構成要素は、２つの脚部と該両方の脚部をつなぐ１つのウエブ部（ブリッジ部）から成るＵ字形の部材（要素）として形成されて、前記脚部及びウエブ部でもって調量弁の外周の溝内に係合するようになっている。プレート状の構成要素は、開口部のほかに、アダプターへの装着のための１つの接触面を有し、つまり該プレート状の構成要素をアダプター上で支えるための１つの接触面（支持面若しくは当接面）を有している。吸収性の要素（エレメント）及び非吸音性の要素（エレメント）から成る層構造の形成は、両方の種類のプレート状（ディスク状）の要素を互いに重ね合わせることによって、つまり積層することによって、特に合同に積層することによって行われてよい。特に有利な実施態様では、プレート状の構成要素は、アダプターに向けられた側の第１のプレート状の吸収要素（吸音エレメント若しくは吸音部材又は吸音部分）及びアダプターとは逆の側の第２の非吸音質の要素（エレメント若しくは部材又は部分）を含んでいる。

プレート状の吸収要素とプレート状の非吸音質の要素とは、例えば摩擦力により、若しくは形状による相互の束縛に基づき、つまり形状結合により、或いは相互の嵌合により互いに結合されていてよい。別の実施態様では、プレート状の吸音要素とプレート状の非吸音質の要素とは、プレート状の１つの構成要素（エレメント若しくは部品）を形成するために、素材結合により、つまり素材同士の接合により、例えば溶接、溶着、ろう付け若しくは接着により互いに結合されていてよい。このような結合は、非吸音質の要素における前記反射を妨げないために、例えばプレート状の要素の縁部領域に限定され、例えば専ら縁部領域の溶接によって行われていてよい。両方のプレート状の要素を互いに単に積み重ねる構成も考えられ、この場合に、前に述べてあるように、プレート状の要素間には、付加的（追加的）な要素、例えば中間層若しくは別のプレート（ディスク）を挿入して、多層構造を形成することができる。

本発明の有利な実施態様では、結合要素はさらに、調量弁、プレート状の構成要素及びアダプターを互いに力伝達可能に結合するため、つまり、調量弁、プレート状の構成要素及びアダプターの相互の摩擦力結合若しくは締め付け結合のために、クランプ又はクリップを含み、特にたわみ変形可能なクランプ又はクリップ（フレキシブル性、つまりばね弾性を有するクランプ又はクリップ）を含んでいる。別の種類の結合手段、例えばユニオンナット、ねじ、爪、若しくは舌片等の使用も考えられる。

本発明の上述の構成により、ＳＣＲ装置における簡単かつ経済的に製造可能でかつ吸音効果の高い音響遮断装置を提供できるようになっている。

次に本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。

液状の還元剤の調量のための本発明に基づく装置を部分的に破断して側方から見た図である。 調量弁とアダプターとの間の結合のための従来のＵ字形のプレートを示す図である。 本発明に基づくＵ字形のプレートを示す図である。 本発明のＵ字形のプレートに使用可能な金属編み物若しくは金属メッシュの斜視図である。 図３Ａの金属編み物若しくは金属メッシュのｙ方向に対して垂直な断面図である。 図３Ａの金属編み物若しくは金属メッシュのｘ方向に対して垂直な断面図である。

図１には、排気ガス系の液状の還元剤の調量（計量）のための装置の実施例を示してある。該装置は、調量弁１１０を含んでおり、該調量弁は例えば圧力制御式の調量弁として形成されていてよい。

調量弁１１０は、図１に示す端部でもって例えば管路を介して、液状（流動状）の還元剤の貯蔵のためのタンクに接続されるようになっており、この場合にさらにポンプや別の構成要素を管路（管路装置若しくは管路系）内に設けてあってもよい。調量弁１１０はそのノズル端部（図示省略）でもってシリンダースリーブ状（筒状）のアダプター１１２内に差し込まれている。アダプター１１２はその下方の端部（図示省略）を次のように形成されており、つまり該端部は、排気ガス管に被せ嵌められて、ねじ、クランプ若しくは溶接等によって固定されるようになっている。この場合にアダプター１１２は、調量弁１１０が有利には少なくとも部分的に排気ガス管内に入り込むように形成されている。

アダプター１１２はその上方の端部につば出し部（縁曲げ部）１１４を備えている。調量弁１１０は頭部領域に１つの溝１１６を有している。該溝内にＵ字形のプレート１１８を係合させ、つまりはめ込んであり、該プレートは接触面（支持面）１２０でもってアダプター１１２のつば出し部１１４上に接触している。調量弁１１０は、例えば調量弁の全周にわたって延びる環状の溝１１６内にはめ込んで装着されたＵ字形のプレート１１８を介して、軸線方向の規定された所定の位置に位置決めされている。調量弁１１０の軸線方向の前記位置は、たわみ変形可能なクランプ１２２によって固定されるようになっている。クランプ１２２とＵ字形のプレート１１８とは、一緒に１つの結合要素１２４を形成している。図２Ａには従来のＵ字形のプレート１１８を、上方から見た平面図（上側の図）及び断面図（下側の図）で示してある。図面に見られるように、Ｕ字形のプレートは同じくＵ字形の開口部１２６を有しており、該Ｕ字形の開口部（溝）でもって調量弁１１０に装着して、調量弁１１０の溝１１６にはめ込まれるようになっている。一般的にＵ字形のプレート１１８は、図２Ａに示してあるように、中実（ソリッド）の薄板（薄片）、例えば鋼薄板から成形される。

図２Ｂには、本発明に基づく構成のＵ字形のプレート１１８を平面図（上側）及び断面図（下側）で示してある。この場合に図面から見て取れるように、Ｕ字形のプレート１１８は、互いに重ね合わされた２つの部材（エレメント若しくは要素）から成っており、つまり非吸音質の要素１２８と吸音要素１３０とから形成されている。両方の要素（部材）１２８，１３０は平面図で見てＵ字形の形状を有していて、有利にはほぼ合同に形成されている。図示の実施例では、両方の要素１２８，１３０はほぼ同じ厚さで形成されているものの、別の構成若しくは形状も可能である。

前記実施例では、非吸音質の要素１２８は、吸音要素１３０と同じくプレート状（ディスク状又は板状）に形成されていて、Ｕ字形のプレート１１８の、アダプター１１２とは逆の側に、つまり図１で上側に配置されており、吸音部材１３０はアダプター１１２に向いた側、つまりアダプター１１２のつば出し部１１４に向いた側に配置されている。

プレート状の両方の要素１２８，１３０は、簡単に重ね合わされたたけであってよく、この場合には両方の要素は、たわみ変形可能なクランプ１２２によってまとめられるようになっている。別の構成として、若しくは追加的な手段として、プレート状の両方の要素１２８，１３０は素材結合され、つまり素材同士の接合により、すなわち例えば溶接やろう付け若しくは接着により互いに結合されるようになっていてよい。これによって両方のプレート１２８，１３０は、図２Ａに示す従来技術のＵ字形の中実のプレート１１８を代替するものである。

非吸音質の要素１２８と吸音要素１３０と間に設けられる不活性の中間層（図示省略）によって、騒音をさらに減少させることができる。中間層の材料としては、例として無機材料若しくは無機物質、有機材料若しくは有機物質、或いは金属材料を挙げることができ、殊にプラスチック層、例えばプラスチックシート若しくは気泡材料シート又は発泡材料シートを用いることができる。ほかの種々の不活性の材料若しくは材料組み合わせも考えられる。非吸音質の要素１２８と吸音要素１３０との間の間隔を零にしてある場合に、つまり非吸音質の要素１２８と吸音要素１３０とを互いに直接に接触させてある場合にすでに騒音減少を達成しているものの、騒音減少は中間層によってさらに改善されることになる。吸音の程度は、材料特性及び不活性の中間層の厚さに依存している。

図１と関連して弁側に配置された吸音要素１３０と液体接続部に向いた側に配置された非吸音質の要素１２８とからなるプレート組み合わせ構成は、高い吸音作用を生ぜしめ、それというのは、このようなプレート組み合わせ構成は、アダプター１１２を外側に対して閉鎖していて、したがって、アダプター１１２の内部で調量弁１１０の切り換え過程に起因して発生する音響を吸収するからである。

図３Ａ〜図３Ｃには、有利な実施例の金属製の吸音体１３２を示してあり、このような吸音体は図２Ｂの吸音要素１３０に用いられるものである。この場合に、金属製の吸音体１３２はいわゆる多孔質薄片（製造メーカ：Haerle社）であり、このような多孔質薄片(Poroblech)は商業的に得られるものである。この種の薄片（薄板若しくはシート部材）は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公告第１０３４５５７５Ｂ３号明細書に開示してある手段に基づき金属織物若しくは金属線材織物或いは金属線材メッシュによって形成されるものである。図３Ａに斜視図で示してあるように、金属製の吸音体１３２の織物（メッシュ）は実施例では経糸１３４と緯糸１３６とを含んでおり、これらの経糸と緯糸とは互いに織り合わせられている。織り合わせ（製織）の後に、織物の機械的な強度を高め、かつ織物の細孔（糸間の細い穴若しくは隙間）の大きさを調節するために、プレス加工若しくは圧延加工を施してよい。さらに、別の手段として、或いはプレス加工若しくは圧延加工に加えて、同じく機械的な強度の増大及び細孔の調節のために焼結処置を施すことも可能であり、つまり織物を焼結することも可能である。

図３Ｂ及び図３Ｃには、織物の断面の構造（パターン）を示してある。図３Ｂは、緯糸１３６に対して平行な方向（視線）で見た断面（図３Ａの矢印ｙの方向に対して垂直な線に沿った断面図）を示しており、図３Ｃは、経糸１３４に対して平行な方向（視線）で見た断面（図３Ａの矢印ｘの方向に対して垂直な線に沿った断面図）を示している。特に図３Ａ及び図３Ｃから明確に見て取れるように、織物の構成（パターン）は、上記吸音作用が生じる多数の細孔（微細開口部、糸間の細い穴若しくは隙間）１３８を含んでいる。

製造パラメータの適切な規定により、つまり糸密度、プレス量若しくは圧延量及び焼結度の少なくともいずれか１つを所定の値に規定することにより、吸音体１３２の特性を所期の値に規定することができる。これによって特に金属製の吸音体１３２の音響特性インピーダンスを所期の値に規定することができる。薄片の代表的なポロシティ（多孔率若しくは間隙率又は空隙率）は例えば５％又は４０％であり、若しくは５％〜６０％である。代表的な薄片厚さは、０．３ｍｍ〜１ｍｍであり、経糸１３４及び／又は緯糸１３６にとって、例えば鋼、特殊鋼、アルミニウム（必要に応じてマグネシウムを含む合金）若しくは銅を用いることができる。さらに別の材料を用いることも可能である。金属性の吸音体１３２を成形するためのこの種の薄板は、深絞り、曲げ加工、打ち抜き加工、縁曲げ加工、レーザー切断及び／又は溶接によって加工されるものである。

１１０ 調量弁、 １１２ アダプター、 １１４ つば出し部、 １１６ 溝、 １１８ プレート、 １２２ クランプ、 １２８，１３０ 要素、 １３２ 吸音体、 １３４ 経糸、 １３６ 緯糸

Claims (10)

1. 排気ガス系における排気ガスの有害物質の減少のための液状の還元剤の調量のための装置であって、調量弁（１１０）及び排気ガス管への取り付けのために前記調量弁（１１０）の開閉部分を取り囲むように配置される筒状のアダプター（１１２）を含んでいる形式のものにおいて、
   前記調量弁（１１０）は、前記アダプター（１１２）の一端側に該調量弁を固定するために前記アダプター（１１２）の一端側の開口部を閉じるように設けられるプレート状の構成要素（１１８）を含む結合要素（１２４）を用いて前記アダプター（１１２）に結合されており、前記プレート状の構成要素（１１８）は少なくとも１つの金属製の吸音体（１３０，１３２）の層を含んでいることを特徴とする、還元剤の調量のための装置。
2. 金属製の吸音体（１３０，１３２）は次の少なくとも１つの吸音要素を含んでおり、つまり、金属製の多孔質の要素、焼結要素、金属製の複合材、金属製の編み物、焼結された編み物、プレス加工された編み物、金属製の織物、焼結された織物及びプレス加工された織物の少なくともいずれか１つを含んでいる請求項１に記載の装置。
3. 金属製の吸音体（１３０，１３２）は、層構造を有していて、吸音要素の少なくとも１つの層（１３０）及び非吸音質の要素の少なくとも１つの層（１２８）を備えている請求項１又は２に記載の装置。
4. 吸音要素の層（１３０）は結合要素（１２４）の、アダプター（１１２）に向けられた側に配置されている請求項３に記載の装置。
5. 吸音要素の層（１３０）と非吸音質の要素の層（１２８）との間に少なくとも１つの中間層を設けてある請求項３又は４に記載の装置。
6. プレート状の構成要素（１１８）は、アダプター（１１２）に向けられた側の第１のプレート状の吸音要素の層（１３０）及びアダプター（１１２）とは逆の側の第２の非吸音質の要素の層（１２８）を含んでいる請求項３から５のいずれか１項に記載の装置。
7. プレート状の吸音要素（１３０）とプレート状の非吸音質の要素（１２８）とは、相互の嵌合又は形状結合により若しくは摩擦力により互いに結合されて、前記プレート状の構成要素（１１８）を形成している請求項３から６のいずれか１項に記載の装置。
8. プレート状の構成要素（１１８）は、調量弁（１１０）の受容のための少なくとも１つの開口部（１２６）を有しており、プレート状の構成要素（１１８）は、調量弁（１１０）の受容のためのＵ字形の開口部（１２６）を有していて、調量弁（１１０）の溝内に係合するためのＵ字形の部材として形成されている請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
9. プレート状の構成要素（１１８）はさらに、アダプター（１１２）への装着のための少なくとも１つの接触面（１２０）を有している請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 結合要素（１２４）はさらに、調量弁（１１０）、プレート状の構成要素（１１８）及びアダプター（１１２）の相互の摩擦力結合のためのクランプ（１２２）を含んでいる請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。

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