(57)【要約】  本発明は、内燃エンジンの排ガス流に還元剤を噴射して選択的に触媒による還元を行うための還元剤配量システムに関わる。配量システムは還元剤タンク（１）と連通可能または連通しており、前記還元剤タンクから還元剤を取り出して還元剤ポンプ（２）により搬送する。加圧空気供給部（３）と少なくとも１つのノズル（４）とが設けられ、該ノズルは前記還元剤ポンプ（２）の圧力管（１１）と連通し、前記ノズルを介して還元剤を排ガス流に挿入して加圧空気により噴霧する。前記還元剤ポンプ（２）の前記圧力管（１１）は入口（６）を介して弁（５）に開口し、該弁は、前記還元剤ポンプ（２）によって搬送される還元剤による圧力が作用した時に、前記入口（６）を前記弁（５）に対し開放させるとともに、前記弁の出口（７）に通じる搬送通路を、前記ノズル（４）に通じる配量管（１２）に対し開放させる。
2013536912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンの排ガス流に還元剤を噴射して選択的に触媒による還元を行うための還元剤配量システムであって、該配量システムが還元剤タンク（１）と連通可能または連通しており、前記還元剤タンクから還元剤を取り出して還元剤ポンプ（２）により搬送し、加圧空気供給部（３）と少なくとも１つのノズル（４）とが設けられ、該ノズルが前記還元剤ポンプ（２）の圧力管（１１）と連通し、前記ノズルを介して還元剤を排ガス流に挿入して加圧空気により噴霧するようにした前記還元剤配量システムにおいて、
前記還元剤ポンプ（２）の前記圧力管（１１）が入口（６）を介して弁（５）に開口し、該弁は、前記還元剤ポンプ（２）によって搬送される還元剤による圧力が作用した時に、前記入口（６）を前記弁（５）に対し開放させるとともに、前記弁の出口（７）に通じる搬送通路を、前記ノズル（４）に通じる配量管（１２）に対し開放させることを特徴とする還元剤配量システム。
【請求項２】
前記弁（５）の前記入口（６）と前記出口（７）とは、前記還元剤ポンプ（２）によって搬送される還元剤による圧力の作用がない場合、自動的に閉じることを特徴とする、請求項１に記載の還元剤配量システム。
【請求項３】
前記弁（５）がダイヤフラムを有し、該ダイヤフラムは、前記還元剤ポンプ（２）によって搬送される還元剤による圧力の作用で、前記弁（５）の前記入口（６）から前記出口（７）への前記搬送通路を開放させることを特徴とする、請求項１または２に記載の還元剤配量システム。
【請求項４】
前記弁の出口側が負圧のときに前記ダイヤフラムが前記弁（５）の出口（７）と前記弁（５）の前記搬送通路とを閉鎖することを特徴とする、請求項３に記載の還元剤配量システム。
【請求項５】
前記ダイヤフラムの、前記入口（６）および前記出口（７）とは逆の側の背面が、前記加圧空気供給部（３）の加圧空気により作用を受けており、その結果前記還元剤ポンプ（２）は、前記ダイヤフラムへの圧力作用によって所定の背圧に抗して搬送を行うことを特徴とする、請求項３または４に記載の還元剤配量システム。
【請求項６】
前記ダイヤフラムの前記背面への加圧空気の作用を切換え弁によりカットオフ可能であり、その結果加圧空気の作用をカットオフすることにより、前記還元剤ポンプ（２）が減少した背圧に抗して搬送を行い、これによってより容易に吸込みを行うことを特徴とする、請求項５に記載の還元剤配量システム。
【請求項７】
前記加圧空気供給部（３）が圧力調整弁（８）を有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の還元剤配量システム。
【請求項８】
前記還元剤ポンプ（２）がダイヤフラムポンプまたはピストンポンプであることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の還元剤配量システム。
【請求項９】
前記弁（５）が、前記圧力管（１１）内で、前記還元剤ポンプ（２）の圧力側排出弁を形成していることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の還元剤配量システム。
【請求項１０】
前記還元剤ポンプ（２）が排出弁を有し、該排出弁は、前記還元剤ポンプ（２）によって搬送される還元剤による圧力の作用時にポンプ排出部を開放し、前記還元剤ポンプ（２）によって搬送される還元剤による圧力の作用がないときに前記ポンプ排出部を自動的に閉鎖させ、特に前記還元剤ポンプ（２）の前記圧力側排出弁が前記圧力管（１１）内の前記弁（５）によって形成されていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の還元剤配量システム。
【請求項１１】
前記還元剤ポンプ（２）が、ダイヤフラムによって形成されている排出弁を有していることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つに記載の還元剤配量システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンの排ガス流に還元剤を噴射して選択的に触媒による還元を行うための還元剤配量システムであって、該配量システムが還元剤タンクと連通可能または連通しており、前記還元剤タンクから還元剤を取り出して還元剤ポンプにより搬送し、加圧空気供給部と少なくとも１つのノズルとが設けられ、該ノズルが前記還元剤ポンプの圧力管と連通し、前記ノズルを介して還元剤を排ガス流に挿入して加圧空気により噴霧するようにした前記還元剤配量システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
触媒により選択的に還元を行うための触媒器、いわゆるＳＣＲ（selective catalyic reduction）触媒器は、ディーゼルエンジン、燃焼設備、ごみ焼却施設、産業プラント等からの窒素酸化物の放出を低減させるために使用される。このため、噴射装置を用いて排ガスシステム内に還元剤が噴射される。還元剤としてはアンモニア、アンモニア溶液、或いは他の還元剤が用いられる。
【０００３】
アンモニアを車両に搭載するのは安全上問題であるので、尿素の水溶液を使用し、尿素の成分は通常ＤＩＮ７００７０によれば（いわゆるＡｄＢｌｕｅ）３２．５％である。尿素は排ガス中で摂氏１５０゜の温度以上でガス状アンモニアとＣＯ２に分解する。尿素を分解させるためのパラメータは主に、噴射される尿素水溶液の時間（蒸発時間および還元時間）、温度、粒度である。このＳＣＲ触媒器では、触媒による選択的還元により、窒素酸化物がほぼ９０％低減される。
【０００４】
この場合、還元剤を搬送するためにダイヤフラムポンプまたはヒストンポンプが用いられる。この場合の欠点は、使用されるこれらのポンプが搬送サイクル中にその行程容積を約５ｍｓｅｃの非常に短い時間でノズルの方向へ搬送することである。この時間内では、還元剤の流動速度を高速化させるような搬送パルスが発生する。ポンプ行程中またはポンプ行程後に、配量管内を流れる還元剤がポンプ弁を通じて更なる還元剤を引き込む。これにより、未知の、望ましくない付加的な配量量が排ガス流内にもたらされる。
【０００５】
他の欠点は、ダイヤフラムポンプまたはピストンポンプのポンプ脈動が噴霧ノズルを還元剤で不連続に荷重させることである。この作用はすでに少量の搬送量でノズルの過荷重を生じさせることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、冒頭で述べた種類の還元剤配量システムを、搬送される還元剤の望ましくない高い流動速度と、コントロール不能な還元剤の搬送とが回避され、従って使用する搬送ポンプの１回の搬送行程によるノズルの過荷重が阻止されるように改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の還元剤配量システムによって解決される。本発明の他の有利な構成はそれぞれの従属項に記載されている。
【０００８】
本明細書では、還元剤配量システムと配量システムという概念は同義で使用される。還元剤配量システムまたは配量システムという概念により、触媒による選択的な還元に適したいかなる還元剤も含まれており、好ましくはＤＩＮ７００７０による尿素溶液が使用される。しかし本発明はこれに限定されるものではない。
【０００９】
内燃エンジンの排ガス流に還元剤を噴射して選択的に触媒による還元を行うための還元剤配量システムにおいて、すなわち該配量システムが還元剤タンクと連通可能または連通しており、前記還元剤タンクから還元剤を取り出して還元剤ポンプにより搬送し、加圧空気供給部と少なくとも１つのノズルとが設けられ、該ノズルが前記還元剤ポンプの圧力管と連通し、前記ノズルを介して還元剤を排ガス流に挿入して加圧空気により噴霧するようにした前記還元剤配量システムにおいて、特に有利には、前記還元剤ポンプの前記圧力管が入口を介して弁に開口し、該弁は、前記還元剤ポンプによって搬送される還元剤による圧力が作用した時に、前記入口を前記弁に対し開放させるとともに、前記弁の出口に通じる搬送通路を、前記ノズルに通じる配量管に対し開放させる。
【００１０】
従って、本発明によれば、還元剤ポンプとノズルとの間に位置するように弁が圧力管内に配置され、該弁は、還元剤ポンプによって搬送される還元剤による圧力作用時に、該弁に通じる入口と、ノズルの方向で該弁の出口に通じる搬送通路とを開放する。
【００１１】
このようにして、前記弁を配置し適当に選定することにより、ポンプの作動に望ましい背圧をポンプ製造者のガイドラインに従って発生させることができる。従って本発明の特徴は、配量システムの圧力管内にアクティブな弁を配置することにある。
【００１２】
有利な実施態様では、弁の入口と出口とは、還元剤ポンプによって搬送される還元剤による圧力の作用がない場合、自動的に閉じる。
【００１３】
これにより、還元剤ポンプによって搬送される還元剤による圧力の作用が行われない場合、すなわちポンプ行程が終了した場合、弁の出口の自動的に閉鎖するので、弁制御式ポンプによる望ましくない過搬送が阻止される。
【００１４】
特に有利な実施態様では、弁はダイヤフラムを有し、該ダイヤフラムは、還元剤ポンプによって搬送される還元剤による圧力の作用で、弁の入口から出口への搬送通路を開放させる。
【００１５】
この種のフレキシブルなダイヤフラムは、適当な搬送圧が印加されたときに搬送通路を自動的に開放し、ポンプ行程の終了時に搬送圧が適宜降下した時に、リバーシブルに変位するダイヤフラムが出発位置に戻ることによって搬送通路を再び閉鎖させるために適している。
【００１６】
好ましくは、弁の出口側が負圧のときにダイヤフラムは弁の出口と弁の搬送通路とを閉鎖する。
【００１７】
これによって、何らかの望ましくない還元剤の過搬送が効果的に阻止される。
【００１８】
この場合、特に有利な実施態様では、ダイヤフラムの、入口および出口とは逆の側の背面は、加圧空気供給部の加圧空気により作用を受けている。
【００１９】
この処置により、所望のポンプ背圧（この背圧に抗して還元剤ポンプが搬送を行う）を所望の値に調整することができ、すなわち還元剤ポンプはダイヤフラムへの圧力作用によって所定の背圧に抗して搬送を行う。
【００２０】
好ましくは、ダイヤフラムの背面への加圧空気の作用をカットオフ可能にする切換え弁が設けられ、その結果ダイヤフラムへの加圧空気の作用をカットオフすることにより、還元剤ポンプは減少した背圧に抗して搬送を行い、これによってより容易に吸込みを行うことができ、よって脱気をより好適に行うことができる。
【００２１】
好ましくは、加圧空気供給部は圧力調整弁を有している。
【００２２】
これにより、加圧空気を、加圧空気によるダイヤフラム背面への作用および／または還元剤の噴霧に望ましい圧力レベルに調整することができる。加圧空気自体は、たとえば有用車両（その排ガストレインに配量システムが配置されている）の搭載加圧空気システムから取り出すことができる。この場合、加圧空気の圧力を所望の圧力に降下させることができるので、加圧空気システム内で予め支配的であったシステム圧が制限を加えることはない。
【００２３】
好ましくは、還元剤ポンプはダイヤフラムポンプまたはピストンポンプである。
【００２４】
配量システムの特に有利な実施態様では、弁は、圧力管内で、還元剤ポンプの圧力側排出弁を形成している。従って、この特に有利な実施形態では、制御が必要な付加的なポンプ排出弁を設けないで済む。
【００２５】
特に有利には、還元剤ポンプは排出弁を有し、該排出弁は、還元剤ポンプによって搬送される還元剤による圧力の作用時にポンプ排出部を開放し、還元剤ポンプによって搬送される還元剤による圧力の作用がないときにポンプ排出部を自動的に閉鎖させ、特に還元剤ポンプの圧力側排出弁が圧力管内の弁によって形成されている。この場合、還元剤ポンプの前記圧力側排出弁は特に圧力管内の弁によって形成されていてよい。
【００２６】
好ましくは、還元剤ポンプは、ダイヤフラムによって形成されている排出弁を有している。
【００２７】
従って、還元剤ポンプの圧力側排出弁は、可撓性のダイヤフラムによっても形成されていてよく、これによって搬送行程時の圧力側ポンプ排出部の自動的な開口が可能になるとともに、搬送行程終了時の該ポンプ排出部の自動的な閉鎖が可能になる。
【００２８】
ダイヤフラムによって形成されるこの種の排出弁は、前記弁に追加して配量システムの圧力管内に配置されていてよい。これとは択一的に、本発明に従って圧力管内に設けられる前記弁は、同時にポンプの圧力側排出弁をも形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明の１実施形態が図面に図示されている。
【図１】本発明による還元剤配量システムの１実施形態の作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、内燃エンジンの排ガス流に還元剤を噴射して選択的に触媒による還元を行うための本発明による還元剤配量システムの概略構成図である。この場合、たとえば尿素溶液のような還元剤は、特にＤＩＮ７００７０による還元剤は、タンク１から取り出されて、搬送ポンプ２を用いて搬送される。搬送ポンプ２は、図１に図示した実施形態ではピストンポンプである。
【００３１】
ピストンポンプ２の各行程で還元剤は吸込み管１０を介してタンク１から取り出され、その後圧力管１１を介してさらに噴霧ノズル４へ搬送される。
【００３２】
噴霧ノズル４は２物質ノズルであり、加圧空気を用いて還元剤が噴霧される。従って、ノズル本体の外側でエアゾールの形成が行われる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
噴霧に必要な加圧空気を供給するため、加圧空気システム３が設けられている。加圧空気システム３は、空気圧を最適なエアゾール形成に必要な圧力に調整するために圧力調整弁８を有している。
【００３４】
ピストンポンプ２の圧力管１１は入口部６を介して弁体５に開口している。
【００３５】
このように、本発明によれば、アクティブな弁５が配量システム内の搬送ポンプ２の加圧側に配置される。
【００３６】
弁５はダイヤフラムから形成され、該ダイヤフラムは入口部６を弁５に対し閉鎖させ、出口部７を配量管１２に対し閉鎖させる。すなわち、停止状態では、弁体５の入口穴６と出口穴７とはダイヤフラムによって閉鎖されている。
【００３７】
弁５の下流側の配量管１２を介して、搬送される還元剤がノズル４へ供給される。
【００３８】
ピストンポンプ２の１回の搬送行程の間に、ピストンポンプ２は還元剤を圧力管１１を介して入口穴６へ搬送する。これによってダイヤフラムは入口穴６から離間し、同時に出口穴７からも離間し、その結果弁体５内の搬送通路が開放される。この時点で入口穴６も出口穴７も、そしてこのとき形成される弁体５内の搬送通路もダイヤフラムによって解放されるので、還元剤は弁体５から配量管１２のほうへ流出することができる。
【００３９】
弁体５内のダイヤフラムの背面は加圧空気で付勢されている。このため、配量システム内に設けられた加圧空気システム３の加圧空気が使用される。加圧空気システム３はバス、トラック等の有用車両に搭載の加圧空気システムであるが、加圧空気コンプレッサおよび加圧空気容器または加圧空気蓄積器を設けてもよい。
【００４０】
加圧空気システム３からの加圧空気の圧力は、圧力調整弁８を用いて所望の空気圧に調整される。
【００４１】
ピストンポンプ２のポンプストローク後、弁体５内のダイヤフラムは、まだ配量管１２内を流れている還元剤の吸引力によって引き寄せられて、出口穴７を自動的に閉鎖させる。過配量は弁５のこのような機能によって自動的に阻止される。出口穴７の閉鎖は、弁体５内のダイヤフラムの他の側に印加される空気圧によっても支援される。この場合加圧空気の分岐が考慮され、その空気圧は圧力調整弁８を用いて、還元剤の噴霧に望ましい圧力に調整される。
【００４２】
さらに、ピストンポンプ２はポンプ弁の閉鎖挙動を改善させる背圧を蒙る。この閉鎖挙動は配量精度を改善させる。
【００４３】
ピストンポンプ２の吸引特性を改善するため、空気圧調整をカットオフしてよい。このようにすると、ポンプ２は弁体５のダイヤフラムによって背圧を蒙らないので、自由に配量または脱気を行うことができる。さらに、弁５を使用することによってポンプストロークは時間的に平均化され、搬送量がより連続的にノズル４へ誘導される。
【００４４】
搬送の瞬間に、すなわち弁のダイヤフラムが持ち上げられて入口穴６と出口穴７とが開放される瞬間には、配量管１２を介して噴霧ノズル４への還元剤の搬送が行われる。
【００４５】
噴霧ノズル４は２物質ノズルであり、空気圧管９を介して加圧空気を加圧空気システム３から供給してエアゾールの形成に使用され、配量管１２を介して供給された量の還元剤が加圧空気により噴霧される。
【００４６】
このため、所望の空気圧が圧力調整弁８を用いて調整される。
【００４７】
このように、本発明の特徴は、ポンプストロークの時間的平均化を生じさせるとともに、配量管１２内に排流される配量媒体の吸引力によって弁５の出口穴７を自動的に閉鎖させる可撓性ダイヤフラムを備えた弁５を配置することにある。これによって、弁制御式ポンプによって過搬送が減少する。
【００４８】
さらに、適当な背圧をもった好ましい作動点での弁制御式ポンプ２の作動が可能である。本発明による配置構成により、搬送量の繰り返し精度が向上する。
【００４９】
本発明の主要な利点は、配量精度が使用するノズル４およびタンク１の位置に関係なくなり、さらには配量管パラメータおよび諸構成要素の配置のような幾何学的デザインに関係なくなるということにある。還元剤を噴霧するためにノズル４に高い空気圧を設定することが可能であり、ノズル４が還元剤を自動的に吸い込むことはない。配量区間内に絞り或いは逆止弁を設けずに済む。この種の組み込み部材は場合によっては作動を不安定にさせるが、この欠点は本発明による配置構成により回避される。
【００５０】
このように空気補助型ノズル４の最適なスプレーイメージが生じ、ノズル４の最大噴霧パワーが達成される。
【図１】
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【国際調査報告】
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2013536912.tif 000005
2013536912.tif 000006
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