JP6743285B2 - 還元剤供給ユニットコンパクト側方供給入口ポート - Google Patents

Description

本発明は、一般に、排気後処理システムのための選択的触媒還元システムの一部として使用される還元剤供給ユニットのための側方供給入口ポートに関する。

欧州および北米における新しい排ガス法は、特に圧縮点火（ディーゼル）エンジンや、希薄条件および超希薄条件下で作動する（通常は直接噴射が行われる）成層燃焼火花点火式エンジンなどの希薄燃焼技術のための、新たな排気後処理システムの実現を促進している。希薄燃焼エンジンは、高レベルの窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）エミッションを発生し、このＮＯ_Ｘエミッションは、希薄燃焼の特徴である酸素リッチな排気環境において処理することが困難である。これらの条件下でＮＯ_Ｘを処理する排気後処理技術が現在開発されつつある。

これらの技術のうちの１つは、排気窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）とのアンモニア（ＮＨ_３）の反応を促進して、窒素（Ｎ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）を発生させる触媒を含む。この技術は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）と呼ばれる。アンモニアは、自動車環境においてその純粋な形態で取り扱うことが困難であり、したがって通常は、これらのシステムと共に、典型的には３２％の尿素（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）濃度の液体尿素水溶液が使用される。溶液は、ＡＵＳ−３２またはディーゼル排気流体（ＤＥＦ）と呼ばれ、ＡｄＢｌｕｅという商品名でも知られている。ＤＥＦは、高温排気流へ供給され、加熱分解を受けた後に排気中でアンモニアに変換されるか、または熱分解を受けた後に、アンモニアおよびイソシアン酸（ＨＮＣＯ）に変換される。次いで、イソシアン酸は、排気に存在する水分との加水分解を受け、アンモニアと二酸化炭素（ＣＯ_２）とに変換される。加熱分解および加水分解から生じたアンモニアは、前述のように、窒素酸化物との触媒反応を受ける。

排気へのＤＥＦ溶液の供給は、後に行われる排気流中でのアンモニアの混合を促進するために、ＤＥＦの正確な計量および適切な調整を含む。排気中へのＤＥＦの供給は典型的には、いくつかの形式のインジェクタを使用して達成される。還元剤供給ユニット（ＲＤＵ）では、インジェクタは、金属ハウジングによって取り囲まれている。ハウジングは、インジェクタを保護するために使用され、排気管への取付けシステムを提供し、インジェクタへの液圧的な接続インターフェースを提供するために使用される。車両をより効率的にし、より多くの機構と機能を搭載することに対する要望が高まるにつれて、パッケージングの制約はますます制限的になってきている。

したがって、より厳しいパッケージング要件にこだわりながらも、インジェクタを様々な場所に取り付けることができるように、パッケージングに関してより大きなフレキシビリティを与えるインジェクタが必要とされている。

１つの実施形態では、本発明は、インジェクタのための側方供給入口ポートであって、この入口ポートは３つのスタンピング加工部品を使用しており、これによりこの側方供給入口ポートはコンパクトかつ高強度であって、大幅に低下したコストで製作される。両方ともスタンピング加工された金属から作成されている内側スリーブおよび外側スリーブを使用することにより、インジェクタのシールは、内側スリーブを使用してシール点を形成する一方、ＤＥＦインジェクタのシール点でまたはシール点の下方で外側スリーブに対する入口導管の取り付けを可能にすることで達成される。インジェクタは、１つ以上のシールを有し、入口ポートの構造は、内側スリーブと１つ以上のシールとの間に適切なシールが存在する一方、同時に入口導管と外側スリーブとの間の接続を可能にして、入口ポートの、ひいてはインジェクタの全高が小さくなるようになっている。入口導管の位置は、内側スリーブとシールとの間のシール接続部に影響を与えることなく変更することができ、これにより所望の全高を達成することができる。組立ては、構成要素を互いにろう付けまたは溶接することにより行われ、堅牢で、コンパクト、かつ低コストの入口ポートが提供される。

本発明の利点の１つは、入口ポートにおける内部流体容積全体の低減にある。エンジンの停止時に（凍結、ひいては流体インジェクタへの損傷の可能性を低減するために）流体をパージする必要のあるＲＤＵに関しては、入口ポートにおける液体の容積が少ないことは、パージ時間の短縮を意味する。スタンピング加工部品であるので、外側スリーブは、内部容積をさらに減らすための異なる容積低減機構などの、様々な形状を有することができる。

１つの実施形態では、本発明は、インジェクタのための入口ポートであって、インジェクタの入口管に取り付けられる内側スリーブと、外側スリーブとを有しており、内側スリーブは外側スリーブに部分的に配置されている。外側スリーブの一部としてキャビティが形成されており、内側スリーブはこのキャビティに部分的に配置されている。外側スリーブの一部として開口が形成されており、この開口はキャビティに流体連通している。開口内には入口導管が部分的に配置されており、入口導管はキャビティに流体連通している。インジェクタの作動中、流体は、入口導管を通ってキャビティ内へ、そしてキャビティから入口管内へと流れる。

組み立てられると、内側スリーブの一部が開口を塞ぎ、スリーブによって塞がれていない開口の部分が流路を形成する。ＤＥＦは、入口導管から流路を通ってキャビティ内へと流れ、次いで入口管内へと流れる。

１つの実施形態では、外側スリーブ、内側スリーブ、入口管は全て、スタンピング加工または成形加工によって形成され、これにより入口ポートの製造コストが低下する。

１つの実施形態では、インジェクタは、外側スリーブのキャビティの全容積を減少させるために使用される容積低減機構を備えている。１つの実施形態では、容積低減機構は、外側スリーブの一部として形成された半球壁部分である。外側スリーブの一部として、上側壁が形成されており、１つの実施形態では、容積低減機構は、外側スリーブの上側壁の一部として形成されている。

キャビティ内の容積の低減により、キャビティ内のＤＥＦの量が減り、したがってインジェクタ内のＤＥＦの量全体が減少する。インジェクタ内のＤＥＦの体積全体を減らすことにより、ＤＥＦが凍結したときの、ＤＥＦの体積全体の膨張が小さくなる。ＤＥＦによる体積膨張が小さいと、インジェクタの構成要素に加えられる歪みが少なくなる。

パージ機能を備えたインジェクタに関しては、例えば車両が停止されるといった特定の状況下でＤＥＦがインジェクタからパージされる。容積低減機構を有していると、インジェクタ内のＤＥＦ全体が減り、したがって、パージしなければならないＤＥＦが減少する。加えて、インジェクタの使用を必要とする状況が発生し、インジェクタに「注入」しなければならない場合、ＤＥＦをインジェクタ内にポンプで戻されなければならない。容積が少ないことにより、インジェクタを完全に注入するために必要なＤＥＦは少なくなる。

本発明のさらなる応用の範囲は、以下に記載される詳細な説明により明らかとなるだろう。発明の好適な実施態様を示す詳細な説明および特定の例は、図示する目的のためだけのものであり、本発明の範囲を限定する意図はないことを理解されたい。

詳細な説明および添付の図面から、本発明はより完全に理解されるだろう。

本発明の実施形態による、インジェクタを有する排気システムの一部を示す分解図である。 本発明の実施形態による、コンパクト側方供給入口ポートを有するインジェクタを示す側面図である。 本発明の実施形態による、インジェクタに取り付けられるコンパクト側方供給入口ポートの拡大断面図である。 本発明の実施形態による、インジェクタに取り付けられるコンパクト側方供給入口ポートの代替実施形態の拡大断面図である。 本発明の実施形態による、インジェクタに取り付けられるコンパクト側方供給入口ポートの代替実施形態の斜視図である。 本発明の実施形態による、インジェクタに取り付けられるコンパクト側方供給入口ポートの代替実施形態の分解図である。

以下の好適な実施形態の説明は、本質的に単なる例であって、本発明、その応用または使用を限定する意図は全くない。

本発明による側方供給入口ポートを有するインジェクタが、図１〜図３に全体的に符号１０で示されている。インジェクタ１０は、ディーゼル排気流体（ＤＥＦ）を受け取る、全体的に符号１２で示された多部分入口ポートを有している。入口ポート１２は、ＤＥＦがホース６４から入口ポート１２へと移送されるように、ホース６４に接続された液圧接続部６２に接続されている。インジェクタ１０はさらに入口管１４を有しており、ＤＥＦが入口ポート１２から入口管１４内へと流れることができる。さらにインジェクタ１０は、ソレノイド（図示せず）などのアクチュエータも備え、このアクチュエータは、バルブアッセンブリ（図示せず）を制御して排ガス管１６内へのＤＥＦの流れを制御するために使用される。排ガス管１６は、インジェクタ１０が取り付けられる、外側取付け部１８を有する。

入口管１４の周りを第１のシールが取り囲んでおり、この第１のシールはこの実施形態ではＯリング２０である。このインジェクタ１０は、入口管１４の一部を取り囲むハウジング２２も有している。ハウジング２２は溝２４を有しており、この溝２４内には第２のシールが配置されており、この第２のシールはこの実施形態ではＯリング２６である。

入口ポート１２はいくつかの構成要素を有している。これらの構成要素のうちの１つは内側スリーブ２８である。内側スリーブ２８の形状はほぼ円筒状であり、フランジ部分３０を有している。インジェクタ１０が組み立てられると、内側スリーブ２８はＯリング２０，２６の両方を取り囲み、これらＯリングは、ＤＥＦがＯリング２０，２６の周りでインジェクタ１０のいくつかの領域内へと移動するのを防ぐシール機能を提供している。内側スリーブ２８は、ＤＥＦが入口管１４内へと入る前に通過する開口２８ａも有する。

入口ポート１２は、同じく円筒状の形状の外側スリーブ３２も有しており、この外側スリーブは全体的に符号３４で示されたキャビティを有する。外側スリーブ３２は、図３に示すように内側スリーブ２８を取り囲んでいる。内側スリーブ２８は、外側スリーブ３２内に圧入されていてよく、または内側スリーブ２８は、溶接接続により、溶接接続部３６，３８に沿って外側スリーブ３２に接続されていてもよい。内側スリーブ２８と外側スリーブ３２とは、ろう付けプロセスによって互いに接続されていてもよい。外側スリーブ３２はさらに、開口４２を有する円筒状のフランジ部分４０を備える。入口導管４４は開口４２内に部分的に配置されており、これにより入口導管４４は外側スリーブ３２に接続されている。入口導管４４は、溶接接続、圧入接続等により開口４２内に配置されてよい。この入口導管４４は、ホース６４からＤＥＦを受け取るための液圧接続部６２に接続されている。

内側スリーブ２８は周壁４６を有し、この周壁４６の一部は、開口４２の一部を塞いでいる。塞がれていない開口４２の部分は、全体的に符号４８で示された流路を提供している。入口導管４４は入口開口５０も有しており、入口開口５０内へ流れ、入口導管４４を通るＤＥＦは、流路４８を通って、外側スリーブ３２のキャビティ３４内へと流れる。ＤＥＦは次いで、キャビティ３４から入口管１４内へと流れる。

第１のＯリング２０の領域は、外側スリーブ３２の周壁４６に接触して、概略的に符号５６で示すようなシール領域を形成している。シール領域５６の大きさは、Ｏリング２０の大きさに応じて、かつ、Ｏリング２０の外面の比較的多くの量、または比較的少ない量が周壁４６に接触しているかによる、Ｏリング２０の圧縮の程度に応じて変化してよい。図３に示すように、シール領域５６は中心５６ａを有しており、入口導管４４は、入口導管４４の中心に沿って軸線５８を有している。軸線５８は、シール領域５６の中心５６ａからは距離６０を置いて位置している。この距離６０は、流路４８の大きさに影響を与えるように変化されてよい。流路４８の大きさは、入口導管４４の直径を変更し、これに対応して、円筒状のフランジ部分４０の直径を変更し、内側スリーブ２８に対する外側スリーブ３２の位置を変更し、外側スリーブ３２に対する円筒状のフランジ部分４０の位置を変更することによって影響を与えることもできる。この実施形態では、シール領域５６の中心５６ａは、軸線５８の下方にある。しかしながら、上述した構成要素のうち任意のものの位置およびサイズが、シール領域５６の中心５６ａが軸線５８の上方または下方に任意の距離６０を置くように変更されてもよいことは、本発明の範囲内にある。

内側スリーブ２８、外側スリーブ３２、入口導管４４のそれぞれは、スタンピング加工で製作され、製造中に一緒に組み立てられる。

本発明の代替実施形態が図４〜図６に示されている。この実施形態では、外側スリーブ３２も容積低減機構５２を有しており、これはこの実施形態では半球壁部分である。容積低減機構５２は、外側スリーブ３２の上壁５４の部分として形成されている。容積低減機構５２は、外側スリーブ３２のキャビティ３４内の全容積を減少させる。この実施形態では、容積低減機構５２は、約６ｍｍの半径を有しており、容積低減機構５２の形状は、キャビティ３４の容積を約２０％減らす。しかしながら、別の寸法および形状が、キャビティ３４の容積を変更する容積低減機構５２を形成するために使用されてよいことも、本発明の範囲内にある。キャビティ３４内の容積の低減により、キャビティ３４内のＤＥＦの量が減り、したがってインジェクタ１０内のＤＥＦの量全体が減る。特定の状況下では、ＤＥＦは低温にさらされて凍結する場合がある。いくつかのシステムは、車両が停止した場合、ＤＥＦをパージすることができず、したがってＤＥＦが低温にさらされて凍結（して膨張）する場合がある。インジェクタ１０内のＤＥＦの体積全体を減らすことにより、ＤＥＦが凍結したときの、ＤＥＦの体積全体の膨張が減少する。ＤＥＦによる体積膨張が少ないと、インジェクタ１０の構成要素における歪みが少なくなる。

パージ機能を有するいくつかのインジェクタが存在する。本発明のインジェクタ１０には、このパージ機能を設けることができ、例えば車両が停止されるといった特定の状況下でＤＥＦはインジェクタ１０からパージされる。容積低減機構５２を有している結果、インジェクタ１０内のＤＥＦ全体が減少し、したがって、パージしなければならないＤＥＦが減少する。加えて、インジェクタ１０の使用を必要とする状況が発生し、インジェクタ１０に「注入」するために、ＤＥＦがインジェクタ１０内にポンプで戻されなければならない場合、容積が少ないことにより、インジェクタ１０を完全に注入するために必要なＤＥＦは少なくなる。

本発明の説明は本質的に単なる例であり、したがって、本発明の主旨を逸脱しない変形は本発明の範囲内にあると意図されている。そのような変形は、本発明の精神と範囲から逸脱していないものとみなされる。

Claims (9)

1. インジェクタを備える装置であって、前記インジェクタは、
   入口管に流体を搬送するための入口ポートと、
   前記入口ポートの一部である内側スリーブと、
   前記内側スリーブに取り付けられ、前記入口ポートの一部である外側スリーブと、
   前記外側スリーブに部分的に配置された、前記入口ポートの一部である入口導管と、
   前記外側スリーブの一部として形成されたキャビティと、
   前記外側スリーブの一部として形成された半球壁部分を有する容積低減機構と、を有しており、
   流体は、前記入口導管から、前記キャビティ内へと、次いで前記入口管内へと流れ、
   前記容積低減機構は、前記外側スリーブの一部として形成された前記キャビティ内の容積を減らす、装置。
2. 前記外側スリーブの一部として形成された開口をさらに備え、
   前記入口導管の一部は、前記外側スリーブの一部として形成された前記開口に配置されており、前記入口導管は、前記キャビティに流体連通されている、請求項１記載の装置。
3. 流路をさらに備え、
   前記内側スリーブの一部が前記開口を塞いでおり、前記流路は、前記スリーブによって塞がれていない、前記開口の部分によって形成されている、請求項２記載の装置。
4. 前記外側スリーブの一部として形成された上側壁をさらに備え、
   前記容積低減機構は、前記外側スリーブの前記上側壁の一部として形成されている、請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
5. 前記外側スリーブ、前記内側スリーブ、前記入口管は全て、スタンピング加工および成形加工から成るグループから選択された１つを使用して形成される別個の構成要素である、請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
6. インジェクタのための入口ポートであって、
   インジェクタの入口管に取り付けられる内側スリーブと、
   前記内側スリーブが部分的に配置される外側スリーブと、
   前記外側スリーブの一部として形成されたキャビティであって、前記内側スリーブが部分的に配置されるキャビティと、
   前記外側スリーブの一部として形成された開口であって、前記キャビティに流体連通している開口と、
   前記開口内に部分的に配置された入口導管であって、これにより前記キャビティに流体連通している入口導管と、
   前記外側スリーブの一部として形成された前記キャビティ内の容積を減らす容積低減機構であって、前記外側スリーブの一部として形成された半球壁部分を有している容積低減機構と、
   を備え、
   流体は、前記入口導管を通って前記キャビティ内へ、そして前記キャビティから前記入口管内へと流れる、
   インジェクタのための入口ポート。
7. 流路をさらに備え、該流路を介して前記入口導管は前記キャビティと流体連通しており、
   前記内側スリーブの一部が前記開口を塞いでおり、前記流路は、前記スリーブによって塞がれていない、前記開口の部分によって形成されている、請求項６記載の入口ポート。
8. 前記外側スリーブ、前記内側スリーブ、前記入口管は全て、スタンピング加工および成形加工から成るグループから選択された１つを使用して形成される、請求項６または７記載の入口ポート。
9. 前記外側スリーブの一部として形成された上側壁をさらに備え、
   前記容積低減機構は、前記外側スリーブの前記上側壁の一部として形成されている、請求項６から８のいずれか１項記載の入口ポート。

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