(57)【要約】【課題】ＮＯｘエミッションをさらに減じる。【解決手段】ソレノイドにより作動される流体インジェクタ１２であって、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流の排ガス流路と関連させられており、燃料インジェクタ１２は、流体入口２２と、流体出口２４とを有し、流体入口２２は、還元剤の供給源から受け取り、流体出口２４は、流体インジェクタ１２が排ガス流炉内への還元剤の噴射を制御するように排ガス流路と連通しており、流体インジェクタ１２は、還元剤を流体入口２２と流体出口２４との間に方向付けるための入口管２３を有する、流体インジェクタ１２と、流体インジェクタ１２に対して固定されかつ該流体インジェクタの少なくとも部分を包囲するシールド２６と、流体インジェクタ１２と一体であり、通電されたときに入口管２３を誘導加熱しこれにより入口管２３内の還元剤を加熱するコイルヒータ３４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のための選択触媒還元（ＳＣＲ）後処理のための還元剤デリバリユニットにおいて、該還元剤デリバリユニットは、
ソレノイドにより作動される流体インジェクタであって、ＳＣＲ触媒コンバータの上流の排ガス流路と関連させられるように構成及び配置されており、前記流体インジェクタは、流体入口と、流体出口とを有し、前記流体入口は、還元剤の供給源から受け取るように構成及び配置されており、前記流体出口は、前記流体インジェクタが前記排ガス流路内への前記還元剤の噴射を制御するように前記排ガス流路と連通するように構成及び配置されており、前記流体インジェクタは、前記還元剤を前記流体入口と前記流体出口との間で方向付けるための入口管を有する、流体インジェクタと、
該流体インジェクタに対して固定されかつ該流体インジェクタの少なくとも部分を包囲するシールドと、
前記流体インジェクタと一体であり、通電されたときに前記入口管を誘導加熱しこれにより該入口管内の還元剤を加熱するように構成及び配置されたコイルヒータと、を備えることを特徴とする、車両のための選択触媒還元（ＳＣＲ）後処理のための還元剤デリバリユニット。
【請求項２】
前記流体インジェクタは、入口カップと、管コネクタとを有し、該管コネクタは前記流体入口を形成している、請求項１記載のデリバリユニット。
【請求項３】
前記入口カップの一部分と前記入口管の一部分との接触を防止するために、前記入口カップの前記一部分と前記入口管の前記一部分との間に圧縮可能なストップをさらに備える、請求項２記載のデリバリユニット。
【請求項４】
前記流体出口の近くの前記インジェクタの端部に対して構成及び配置された第２のストップをさらに備え、作動中に、前記インジェクタを前記第２のストップに対して保持するように前記インジェクタに流体正圧が作用する、請求項３記載のデリバリユニット。
【請求項５】
還元剤のための封止バリヤを提供するように前記圧縮可能なストップが構成及び配置されている、請求項３記載のデリバリユニット。
【請求項６】
前記シールドは、前記流体インジェクタの空冷のための、前記シールドを貫通した複数の開口を有する、請求項１記載のデリバリユニット。
【請求項７】
前記デリバリユニットを前記排ガス流路に取り付けるように構成及び配置されたフランジをさらに備える、請求項１記載のデリバリユニット。
【請求項８】
前記流体入口に供給する還元剤の供給源と組み合わされた、請求項１記載のデリバリユニット。
【請求項９】
前記還元剤は尿素溶液である、請求項８記載のデリバリユニット。
【請求項１０】
前記還元剤は、ギ酸グアニジニウムである、請求項８記載のデリバリユニット。
【請求項１１】
選択触媒還元（ＳＣＲ）後処理のために車両の排ガス流路に還元剤を供給する方法であって、該方法は、
ソレノイドにより作動される流体インジェクタをＳＣＲ触媒コンバータの上流の排ガス流路に関連させるステップであって、前記流体インジェクタは、流体入口と、流体出口とを有し、前記流体入口は還元剤の供給源から受け取るようになっており、前記流体出口は前記排ガス流路と連通しており、前記流体インジェクタは、前記還元剤を前記流体入口と前記流体出口との間で方向付けるための入口管を有する、ステップと、
前記入口管内にある間に前記還元剤を加熱するステップと、
前記流体インジェクタを作動させて加熱された前記還元剤を前記排ガス流路内へ噴射するステップと、を含むことを特徴とする、選択触媒還元（ＳＣＲ）後処理のために車両の排ガス流路に還元剤を供給する方法。
【請求項１２】
前記流体インジェクタは、入口カップと、管コネクタとを有し、該管コネクタは、還元剤の供給源から受け取る前記流体入口を形成している、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記入口カップの一部分と前記入口管の一部分との接触を防止するために、前記入口カップの前記一部分と前記入口管の前記一部分との間に圧縮可能なストップを提供するステップをさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記流体出口の近くの前記インジェクタの端部に関連した第２のストップを提供するステップをさらに含み、作動中に、前記インジェクタを前記第２のストップに対して保持するために前記インジェクタに流体正圧が作用する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記圧縮可能なストップが前記還元剤のためのシールを提供することを保証するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記流体インジェクタの少なくとも一部分の周囲にシールドを提供するステップをさらに含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１７】
前記シールドが前記インジェクタの空冷を可能にすることを保証することをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
関連させるステップが、前記インジェクタを前記排ガス流路に取り付けるためにフランジを使用することを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記還元剤は尿素溶液である、請求項１１記載の方法。
【請求項２０】
前記還元剤は、ギ酸グアニジニウムである、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン排気系統へ還元剤を供給する還元剤デリバリユニット（ＲＤＵ）、特に、噴射の直前に還元剤を直接に加熱するＲＤＵに関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州及び北米における厳しいエミッション法制の新ラウンドの到来は、特に圧縮点火（ディーゼル）エンジンや、希薄条件及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（ＮＯｘ）エミッションを発生し、このＮＯｘエミッションは、希薄燃焼に特徴的な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ＮＯｘ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（ＮＯｘ）とのアンモニア（ＮＨ3）の反応を促進して、窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）を発生させる触媒を含む。この技術は、選択触媒還元（ＳＣＲ）と呼ばれる。
【０００３】
自動車環境においてアンモニアを純粋な状態で取り扱うのは困難である。したがって、これらのシステムにおいて、通常、３２％濃度の尿素溶液（ＣＯ（ＮＨ2）2）で、液体水性尿素溶液を使用するのが一般的である。溶液は、ＡＵＳ−３２と呼ばれ、AdBlueという商品名でも知られている。尿素溶液は、高温排気流へ排出され、加熱分解を受けた後に排気においてアンモニアに変換されるか、又は熱分解を受けた後に、アンモニア及びイソシアン酸（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により加水分解を受け、アンモニアと二酸化炭素（ＣＯ2）とに変換される。加熱分解及び加水分解から生じたアンモニアは、前述のように、二酸化窒素との触媒反応を受ける。
【０００４】
今日の製造システムにおいて、ＲＤＵは通常、車体の下に、排気ラインの下流位置において取り付けられる。これは、ＳＣＲ触媒における比較的低い温度と、より長い着火時間と、ＮＯｘの低い変換効率とを生じる。より低い排気温度（より低いエンタルピ）は、尿素加熱分解反応の熱分解をも妨害するか、又は熱分解ＨＮＣＯ副産物の場合、低温が加水分解反応をも妨害する。その結果、ＳＣＲ触媒における過剰な尿素及び／又はＨＮＣＯの存在、及びＮＯｘ還元反応に関与するための不十分な量のアンモニアを生じる。この状況のよい例は、ＳＡＥ２００７−０１−１５８２：“Laboratory and Engine Study of Urea-Related Deposits in Diesel Urea-SCR After-Treatment Systems”に示されていた。エンジンダイナモメータデータは、３００℃未満の排気温度において、噴射された尿素の測定可能な割合が、ＨＮＣＯ又はＮＨ3に変換されないままであることを示している。
【０００５】
産業界においては、代替還元剤の可能性を探る動きもある。これらの還元剤のうちのいくつか（例えばギ酸グアニジニウム）は、尿素の分解温度よりも高い分解温度を有する。これらの代替還元剤を可能にするために、これらの代替還元剤は、通常は主排気からのバイパス流通路に配置された専用のリフォーマにおいて、予熱を必要とする。１つのこのようなアプローチの説明は、ＳＡＥ−２０１２−０１−１０７８、“Development of a 3rd Generation SCR NH3-Direct Dosing System for Highly Efficient DeNOx”に提供されている。スタートアップ段階の間、これらのリフォーマ概念は、一般に、バイパスガス流の電気的な加熱と、アンモニアへのキャリヤの変換のための適切な条件を保証するための加水分解反応触媒の使用とに依存する。
【０００６】
つまり、エンジンスタートアップの後により早期の噴射開始を許容するために噴射の直前にＲＤＵ内で還元剤を直接に加熱し、これにより、ＮＯｘエミッションをさらに減じることが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、ＮＯｘエミッションをさらに減じることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の課題は、上述の必要性を満たすことである。本発明の原理によれば、この課題は、車両用の選択触媒還元（ＳＣＲ）後処理用の還元剤デリバリユニットを提供することによって解決される。 還元剤デリバリユニットは、ＳＣＲ触媒コンバータの上流の排ガス流路に関連させられるように構成及び配置されたソレノイド作動式の流体インジェクタを有する。流体インジェクタは、流体入口と、流体出口とを有する。流体入口は、還元剤の供給源から受け取るように構成及び配置されており、流体出口は、排ガス流路と連通するように構成及び配置されており、これにより、流体インジェクタが、排ガス流路内への還元剤の噴射を制御する。流体インジェクタは、流体入口と流体出口との間に還元剤を方向付けるための入口管を有する。シールドが、流体インジェクタに対して固定されており、流体インジェクタの少なくとも部分を包囲している。コイルヒータが流体インジェクタと一体であり、通電されると、入口管を誘導加熱し、これにより入口管内の還元剤を加熱するように構成及び配置されている。
【０００９】
開示された実施の形態の別の態様によれば、選択触媒還元（ＳＣＲ）後処理のための、車両の排ガス流路に還元剤を排出する方法は、ソレノイド作動式の流体インジェクタを、ＳＣＲ触媒コンバータの上流の排ガス流路と関連させる。流体インジェクタは、流体入口と、流体出口とを有する。流体入口は、還元剤の供給源から受け取る。流体出口は、排ガス流路と連通している。流体インジェクタは、流体入口と流体出口との間に還元剤を方向付けるための入口管を有する。還元剤は、入口管内にある間に加熱される。次いで、流体インジェクタが作動させられ、加熱された還元剤を排ガス流路内へ噴射する。
【００１０】
本発明のその他の課題、特徴及び特質、並びに作動方法及び構造の関連したエレメントの機能、部材の組合せ及び製造の経済性は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明及び添付の請求項を考慮することにより、さらに明らかとなるであろう。全ての図面は本明細書の一部を構成している。
【００１１】
本発明は、添付の図面に関連した、本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な説明からさらによく理解されるであろう。図面中、同じ参照符号は同じ部材を指している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】１つの実施の形態により提供されたＲＤＵの斜視図である。
【図２】図１のＲＤＵの断面図である。
【図３】図２のＲＤＵの入口端部の拡大図である。
【図４】図２のＲＤＵの出口端部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１及び図２を参照すると、本発明の実施の形態によるＲＤＵが示されており、概して符号１０で示されている。ＲＤＵ１０は、米国特許出願公開第２００８／０２３６１４７号明細書に開示されたタイプのシステムにおいて使用することができ、前記明細書の内容は引用したことにより本明細書に組み込まれる。
【００１４】
ＲＤＵ１０は、ソレノイド流体インジェクタ１２を有し、ソレノイド流体インジェクタ１２は、流体の調量機能を提供し、計量供給用途において車両の排ガス流路１１内へ噴霧状態の流体を提供する。つまり、流体インジェクタ１２は、ＳＣＲ触媒コンバータ１３の上流の排ガス流路１１に関連させられるように構成及び配置されている。流体インジェクタ１２は、好適には、米国特許第６６８５１１２号明細書に開示されたタイプのような、ガソリン用の、電気作動式の、ソレノイド燃料インジェクタであり、前記明細書の内容は引用したことにより本明細書に組み込まれる。つまり、第１の電磁コイル１５（図２）は、電気コネクタ１７（図１）を介して通電されたときに慣用の形式で流体インジェクタ１２を作動させる。
【００１５】
流体インジェクタ１２は、内部キャリヤ１４の内側に配置されている。概して符号１６で示された入口カップ構造は、入口カップ１８と、入口カップ１８と一体の又は入口カップ１８に結合された入口コネクタ２０とを有する。入口コネクタ２０は、インジェクタ１２の入口２２を形成している。入口コネクタ２０は、入口管２３を介してインジェクタ１２に供給されて、インジェクタ１２の出口２４から噴射される尿素溶液などの還元剤の供給源２１と連通している。すなわち、入口管２３は、尿素溶液を流体入口２２と流体出口２４との間で方向付ける。
【００１６】
インジェクタシールド２６がインジェクタキャリヤ１４に結合されており、シールド２６はインジェクタ１２に対して固定されるようになっている。シールド２６は、インジェクタ１２の少なくとも一部を包囲し、飛散された砂利、高圧水ジェット、水はねなどの環境的要因からインジェクタの少なくとも一部を隔離している。シールド２６は、ＲＤＵ１０に構造的支持も提供している。流体インジェクタ１２の空冷のために、シールド２６を貫通して開口２７が設けられている。
【００１７】
尿素溶液は入口２２を通じて供給され、圧力下でソレノイド流体インジェクタ１２へ送られる。尿素溶液は調量され、座部３０（図３）に対するソレノイド作動式弁２８の移動により、慣用の形式で出口２４においてインジェクタ１２から出る。ＲＤＵ１０は、フランジ３２で、好適にはボルト（図示せず）によって排気システムに取り付けられている。もちろん、クランピング又はその他の機械的接合技術などのその他の取付け方法を用いることができる。
【００１８】
この実施の形態によれば、噴射の前に必要に応じて尿素溶液を加熱するために、ソレノイドインジェクタ１２に誘導コイルヒータ３４が設けられている。誘導コイルヒータ３４は、電気コネクタ１７に提供される電力を利用して電気的に作動させられる。つまり、通電されると、コイルヒータ３４は、電磁界を提供し、これにより、インジェクタ入口管２３を誘導加熱し、ひいてはその中の尿素溶液を加熱する。噴射前の尿素溶液のこのような加熱は、エンジンスタートアップ後のより早期の噴射開始を許容し、これにより、ＮＯｘエミッションをさらに減じる。
【００１９】
インジェクタ１２を定位置に維持するために、インジェクタボトムストップ４０（図３）及び圧縮可能なアッパストップ４２（図４）が設けられている。ボトムストップ４０は、ＲＤＵの作動中にインジェクタ１２に流体正圧が作用しこれによりインジェクタ１２を非金属ボトムストップ４０に対して保持するように、流体出口２４の近くでインジェクタの端部に対して構成及び配置されている。図３の実施の形態は、インジェクタ１２の製造に関する問題を解決する。この問題は、インジェクタ先端部に近い方の入口管２３の側に溶接ビードを生じ、これにより、下側のＯリンググランド４４を薄い壁部のハウジング４６に対して着座させることを非実用的にする。しかしながら、この問題を解決し、ボトムストップの排除を可能にするその他の実施の形態が本発明の範囲に含まれることが理解される。
【００２０】
柔軟な、好適にはエラストマのアッパストップ４２は、組立て中、又はインジェクタ１２をボトムストップ４０から持ち上げるのに振動誘導（vibrational solicitations）が十分であるような場合に、インジェクタ入口管２３のフランジ４８と入口カップ１８との間の金属対金属の接触から保護する。アッパストップ４２の二次的な機能は、作動流体のための第１の封止バリヤを提供することである。
【００２１】
流体ヒータ３４の作動は、エンジン作動条件によって、通常は中央制御装置（図示せず）にコード化されたアルゴリズムを介して決定されるとおりに、必要に応じて行われる。噴射箇所におけるＲＤＵ１０の直接加熱は、より効率的な伝熱と、所望の還元剤の製造とを生じる。
【００２２】
還元剤２１として尿素溶液が開示されているが、還元剤２１は今や噴射時に加熱されるので、ギ酸グアニジニウムなどのその他の還元剤を使用することができることを理解することができる。
【００２３】
前記の好適な実施の形態は、本発明の構造的及び機能的原理を例示するために、また好適な実施の形態を適用する方法を例示するために、示されかつ説明されており、このような原理から逸脱することなく変更がなされてよい。したがって、本発明は、以下の請求項の思想に包含される全ての変更を含む。
【符号の説明】
【００２４】
１０  ＲＤＵ、  １１  排ガス流路、  １２  ソレノイド流体インジェクタ、  １３  ＳＣＲ触媒コンバータ、  １４  内部キャリヤ、  １５  電磁コイル、  １６  入口カップ構造、  １７  電気コネクタ、  １８  入口カップ、  ２０  入口コネクタ、  ２１  還元剤、  ２２  入口、  ２３  入口管、  ２４  出口、  ２６  インジェクタシールド、  ２７  開口、  ３２  フランジ、  ３４  誘導コイルヒータ、  ４０  インジェクタボトムストップ、  ４２  アッパストップ、  ４４  Ｏリンググランド、  ４６  ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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