JP5612684B2 - 排気管に噴射部材を固定するための取付ユニット - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の噴射装置内に液体を供給する噴射部材を排気管に固定するための取付ユニット、及び、この種の取付ユニットを備えた排気後処理構成に関する。

車両の内燃機関の排気システム内にパティキュレートフィルタ（Ｐａｒｔｉｋｅｌｆｉｌｔｅｒ）を取り付けることは公知である。内燃機関が例えばディーゼルエンジンの場合には、パティキュレートフィルタは、例えば、固体粒子除去フィルタ（Ｒｕｓｓｆｉｌｔｅｒ）として機能し、そのフィルタ効果によって、細かな煤による負荷を低減する。特定の使用期間の後にフィルタが詰まることを防止するために、時折フィルタを再生する必要がある。当該再生は、例えば約６００度まで温度を上げることにより行われ、これにより、微粒子、特に、固体粒子が燃焼する。このことは、全ての作動状態において、エンジン対策（ｍｏｔｏｒｉｓｃｈｅ Ｍａｓｓｎａｈｍｅ）によって可能ではないため、温度上昇は、噴射部材を介して排気管内と噴射される燃料、例えばディーゼル油により達成される。噴射された燃料は、パティキュレートフィルタの前に配置された酸化触媒コンバータに達する。酸化触媒コンバータ内に達した燃料は酸化され又は燃焼され、排気ガスの温度が上昇することとなり、対応する高温の排気ガスが、後段のパティキュレートフィルタに到達し、再生を引き起こす。

他の方法では、ＳＣＲ触媒における排気ガス中の一酸化二窒素の選択的接触還元（ｓｅｌｅｋｔｉｖｅ ｋａｔａｌｙｔｉｓｃｈｅ Ｒｅｄｕｋｔｉｏｎ）のために尿素水溶液が排気管内に噴射される。

従って、排気管内へと液体を噴射することを可能とする装置の必要性が生じてくる。

内燃機関の排気ガスに液体物質を挿入するための装置が、独国特許出願公開第１０２００７００３１２０号明細書に記載されている。独国特許出願公開第１０２００６０４９５３１号明細書には、内燃機関の排気管内での取り付けのための調量モジュールのための接続口を備えた接続ユニットが記載されている。

駆動中は、排気導管は、内燃機関の高温の排気ガスにより、高い温度レベルまで加熱される。排気導管の高温は噴射部材へと伝達される。噴射部材での高温は、噴射される液体の劣化に繋がり、従って、液体の効果に悪影響を及ぼしうる。

従って本発明の課題は、内燃機関の排気管に噴射部材を固定するための取付ユニットであって、噴射される液体が、噴射される前に、排気管を貫流する高温の排気ガスにより過度に過熱されないように形成された上記取付ユニットを提供することにある。

本課題は、独立請求項１に記載された本発明に係る取付ユニットにより解決される。従属請求項は、本発明に係る取付ユニットの好適な構成を定義する。

排気管に噴射部材を固定するための本発明に係る取付ユニットは、液体、例えば、液体の（ディーゼル）燃料又は液体尿素を排気管内に噴射するための噴射部材を収容するための保持領域と、端部領域と、を有する。端部領域内には、排気管に取付ユニットを固定する固定素子を収容するための少なくとも１つの開口部が設けられる。取付ユニットは、当該取付ユニットが固定素子により排気管に固定されている場合には、固定素子と保持領域との間に空隙が形成されるように、形成される。

取付ユニットを排気管に固定するために、固定素子は排気管と接触する。従って、駆動中の排気管の高温が固定素子へと伝達される。本発明に基づき形成された空隙が、保持領域を、固定素子から熱的に分離する。熱的分離により、排気管から保持領域への熱の伝達が低減される。保持領域は、噴射部材の周辺において、排気管や固定素子よりも低い温度レベルを有する。噴射部材での高温による噴射される液体の劣化が、確実に防止される。

本発明は、本発明に係る取付ユニットと、液体を噴射するように構成され取付ユニットの保持領域内に配置された噴射部材と、を備えた、排気管内に液体を噴射するための排気後処理構成も含む。一実施形態において、噴射部材は、噴射弁として構成される。

本発明に係る取付ユニットの一実施形態において、保持領域中に冷却手段、特に水を案内するために、保持領域内に冷却導管が形成される。冷却手段で満たされたこのような冷却導管によって、保持領域内の温度を更に下げることが出来る。

更なる別の実施形態において、冷却導管には入口と出口とが設けられる。入口及び出口によって、冷却手段が冷却導管内へと導入され、当該冷却導管から排出されうる。冷却手段は、取付ユニットの外に配置された冷却装置内で冷却されうる。これにより、保持領域内の温度を更に下げることが出来る。

更なる別の実施形態において、冷却導管は、排気管への取り付けのために設けられた側で、冷却板により画定される。冷却板によって、冷却導管は特に効果的に密閉され、冷却導管から排気管内へと冷却手段がもれることは不可能である。

一実施形態において、保持領域は、鐘形状の断面を有して形成される。保持領域の鐘形状の断面によって、噴射部材のより確実な保持が可能となると共に、固定素子と保持領域とを分離する空隙が提供される。鐘形状の断面は、特に容易かつ安価に製造されうる。

一実施形態において、固定素子を収容するために設けられた開口部上に、延長スリーブが、当該延長スリーブを通って固定素子が上記開口部に挿入可能であるように、配置される。取付ユニットは、当該取付ユニットが固定素子により排気管に固定されている場合には、延長スリーブと保持領域との間に空隙が形成されるように、形成される。固定素子の熱膨張は、延長スリーブの対応する熱膨張により調整され、熱膨張の際に固定素子が緩むことが確実に防止される。延長スリーブの利用により、温度の変動が激しい場合にも、特に安定的かつ確実に、取付ユニットを排気管に固定することが出来る。

一実施形態において、延長スリーブは、取付ユニットと同一の熱膨張を有する。これにより、保持領域の熱膨張が特に効果的に調整される。一実施形態において、延長スリーブと弁ホルダは基本的に同じ素材、例えば、Ｘ５ＣｒＮｉ１８−１０で製造される。

更なる別の実施形態において、延長スリーブは、例えば延長スリーブが固定素子と同じ素材で製造されることで、固定素子と同一の熱膨張を有する。これにより、固定素子の熱膨張は、特に効果的に調整される。

一実施形態において、保持領域内には、噴射部材を収容するための孔が形成される。このような孔の中で、噴射部材は特に効果的に、確実で安価に取り付けられ、取付ユニットにより排気管に固定されうる。

本発明は、以下、図に示される実施形態を用いてより詳細に解説される。
排気管に当接して形成されたフランジに取り付けされた本発明に係る取付ユニットの概略的な断面図を示す。

図は、排気管に当接して形成されたフランジ４に取り付けされた本発明に係る取付ユニット２の概略的な断面図を示す。

フランジ４は、図面では部分的に示されており、示されている領域の中央に開口部２６を有し、この開口部２６を通じて、フランジ４の下方に通る図示されない排気導管へと液体を噴射することが可能である。

開口部２６の左右に、フランジ４内にそれぞれ固定孔２４が形成され、各固定孔２４は、図示されない固定素子の収容のために形成される。適切な外ねじにより形成された固定素子、例えば、ねじ付きボルト又はねじを収容し固定するために、各固定孔２４は例えば少なくとも部分的に内ねじにより形成される。

フランジ４上には、本発明に係る取付ユニット２が取り付けられる。取付ユニット２は鐘形状の断面を有し、その中央の領域に、フランジ４より突出する保持領域１２を有する。保持領域１２は、平らな端部領域２８により包囲され、当該端部領域２８は、保持領域１２と比較して、わずかな高さ又は厚さを有し、保持領域１２がフランジ４より突出しているのよりも小さく突出している。

取付ユニット２の端部領域２８内にはそれぞれ、図示されない固定素子を収容するための孔３０が形成されている。取付ユニット２は、取付ユニット２の端部領域２８内に形成された各孔３０がフランジ４内に形成された固定孔２４の真上に配置されるように、フランジ４上に配置される。これにより、各固定素子は、取付ユニット２の各端部領域２８内に形成された孔３０を通って、フランジ４内に形成された固定孔２４へと挿入されうる。

図に示される実施形態において、取付ユニット２の、フランジ４とは反対を向く側の各孔３０上に、円筒形状の延長スリーブ１０がそれぞれ配置される。延長スリーブ１０により、図示されない各固定素子が、上下に配置された孔３０及び２４へと挿入可能である。延長スリーブ１０の素材は、当該延長スリーブ１０が、図示されない固定素子と類似した熱膨張又は好適に同一の熱膨張を有するように選択され、従って、固定素子の、熱による長さの伸張（Ｌａｅｎｇｅｎａｕｓｄｅｈｎｕｎｇ）は、付属する延長スリーブ１０の対応する長さの伸張により調整される。これにより、温度上昇のために固定素子が伸びた場合に、フランジ４に対する取付ユニット２の固定が緩むことが防止される。

取付ユニット２の２つの平らな端部領域２８の間には、鐘形状の断面を有する保持領域１２が形成される。保持領域１２の中央には、孔２４、３０に並行して通る弁孔が形成され、駆動中に液体で満たされる室８を有する噴射弁の弁本体６が、この弁孔にはめ込まれる。例えば、弁プランジャ、弁ばね、又はシール座のような噴射弁の詳細は、分かりやすさを優先して図面には示していない。

噴射弁が開放されている際には、液体で満たされる室８から、噴射弁の下方に配置された、フランジ４内の開口部２６へと液体が噴射され、そこから、開口部２６の下方に配置された、図示されない排気導管内へと達する。排気導管内では、噴射された液体が、排気管を貫流する排気ガスと混合される。

フランジ４上に取付ユニット２を固定するために、図示されない固定素子が、上下に配置される孔３０及び２４に挿入されている場合に、保持領域１２と、固定素子又は当該固定素子を包囲する延長スリーブ１０と、の間に空隙１３が保たれるように、保持領域１２が形成される。

空隙１３によって、保持領域１２は、固定素子又は延長スリーブ１０から熱的に分離される。駆動中に高温の排気ガスにより加熱されるフランジ４から、固定素子及び延長スリーブ１０を介した保持領域１２への熱の伝達が低減される。保持領域１２は、駆動中に、排気管と結合されたフランジ４よりも低い温度を有する。従って、液体で満たされる室８内の液体は高温にさらされず、噴射される液体の劣化が確実に防止される。

弁本体６を収容するために設けられた孔の周りには、保持領域１２内に冷却導管１８が形成され、保持領域１２を冷やすために、及び、液体で満たされる室８に存在する液体を当該液体の劣化が生じない低温に保つために、冷却手段、例えば冷却水が、駆動中に冷却導管１８を貫流する。外部の冷却装置から冷却導管１８へと冷却手段を供給し、又は、暖まった冷却手段を冷却導管１８から排出し外部の冷却装置へと供給するために、冷却導管１８には入口１６と出口１４とが設けられる。外部の冷却装置によって、噴射弁の領域における温度を更に下げることが出来る。

冷却導管１８は、フランジ４の方を向いた側で、弁側の冷却板２０により閉鎖されるため、冷却手段は、冷却導管１８から、フランジ４内に形成された開口部２６へと流入しない。閉じられた冷却循環が発生し、冷却手段の損失が確実に防止される。

フランジ４と取付ユニット２との間には、密閉ユニット２１が配置される。密閉ユニット２１は、噴射弁６の下方の、取付ユニット２の中央の領域に杯状に形成され、従って、排気管側の密閉ユニット２１と弁側の冷却板２０との間の開口部２６の領域内に、空隙２２が形成される。この空隙２２は、噴射弁６と、駆動中に液体で満たされる室８とを、排気管内の高温の排気ガスから熱的に分離する。

密閉ユニット２１の杯状に形成された領域には、噴射開口部が設けられ、この噴射開口部を通って、液体が、当該液体で満たされた室８から、フランジ４内に形成された開口部２６を通って排気導管へと噴射可能である。

開口部２６の外側では、密閉ユニット２１の、平らに形成された外側の領域が、フランジ４と取付ユニット２の端部領域２８との間に配置される。密閉ユニット２１の平らな外側の領域は、固定素子を収容するために設けられた孔２４、３０を越えて伸張し、当該領域自体が、固定素子を通すために形成された対応する開口部を有する。

密閉ユニット２１は、当該密閉ユニット２１が取付ユニット２とフランジ４との間に取り付けられた場合には、図示されない固定素子によって確実に固定され、フランジ４と取付ユニット２との間の境界面を確実に密閉するので、液体及び排気ガスが、境界面を介して排気導管からもれることはない。

Claims (11)

1. 排気管に噴射部材を固定するための取付ユニットであって、
   前記取付ユニットは、
   前記噴射部材を収容するための保持領域と、
   端部領域と、を有し、
   前記端部領域内には、前記排気管に前記取付ユニットを固定する固定素子を収容するための少なくとも１つの開口部が設けられ、
   固定素子を収容するための開口部上に、前記固定素子を収容するための延長スリーブが設けられ、
   前記取付ユニットは、当該取付ユニットが前記固定素子により前記排気管に固定されている場合には、前記固定素子を収容する前記延長スリーブの外周面と前記保持領域の外周面との間に空隙が形成されるように形成される、取付ユニット。
2. 前記保持領域内に冷却導管が形成される、請求項１に記載の取付ユニット。
3. 前記冷却導管には、入口と出口とが設けられる、請求項２に記載の取付ユニット。
4. 前記冷却導管は、前記排気管への取り付けのために設けられた側で、冷却板により画定される、請求項２または３に記載の取付ユニット。
5. 前記排気管と前記冷却板との間にはシールが配置される、請求項４に記載の取付ユニット。
6. 前記保持領域は、鐘形状の断面を有して形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の取付ユニット。
7. 前記延長スリーブは、前記保持領域と同一の熱膨張を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の取付ユニット。
8. 前記延長スリーブは、前記固定素子と同一の熱膨張を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の取付ユニット。
9. 前記保持領域内には、前記噴射部材を収容するための孔が形成される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の取付ユニット。
10. 排気管内に液体を噴射するための排気後処理構成であって、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載された取付ユニットと、
    前記液体を噴射するように構成され、前記取付ユニットの保持領域内に配置された噴射部材と、
    を備えた、排気後処理構成。
11. 前記噴射部材は噴射弁である、請求項１０に記載の排気後処理構成。

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