(57)【要約】      （修正有）【課題】流体を、所与の流れの方向を有するガスの流れの中に導入するための流体投与装置を提供する。【解決手段】投与装置５７は、流体の供給源から流体を受け取るための入力手段６６と、流体をガスの流れの中に注入するためのノズル手段６２と、を備えており、ノズル手段は、ノズル手段を密閉する第１位置と、流体がガスの流れの中へ注入される第２開位置と、の間で動くように配置されている弁手段を備えており、流体投与装置は、流体を、ガスの流れの中に、ガスの流れの流れ方向に対して反対方向となる少なくとも１つの成分を有する方向で、注入するように配置されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を、所与の流れの方向を有するガスの流れの中に導入するための流体投与装置（５７）において、
流体の供給源から前記流体を受け取るための入力手段（６６）と、
前記流体を前記ガスの流れの中に注入するためのノズル手段（６２）であって、前記ノズル手段を密閉する第１位置と、前記流体が前記ガスの流れへ注入される第２開位置と、の間で動くように配置されている弁手段（１３２）を有しているノズル手段と、
を備えており、
前記流体投与装置は、前記流体を、前記ガスの流れの中に、前記ガスの流れの方向に対して反対向きとなる少なくとも１つの成分を有するような方向で、注入するように配置されている、流体投与装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体投与装置であって、
前記ノズル手段は、密閉表面（１４２）を備えており、
前記弁手段は、前記密閉表面と相補形の弁表面（１４０）を備えており、
前記弁表面は、前記第１位置では前記ノズル手段の前記密閉表面を閉じて、前記流体が前記ノズル手段から排出されないように働く、流体投与装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体投与装置であって、
前記弁手段は、該弁手段を前記第１位置に向けて付勢するように配置されている付勢手段（１５０）を備えている、流体投与装置。
【請求項４】
請求項３に記載の流体投与装置であって、
使用時に、前記流体投与装置内の流体は、前記付勢手段の付勢に対抗する力を提供し、前記流体投与装置内の流体の圧力が閾値圧を超えると、前記弁手段を前記第２位置に動かす、流体投与装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の流体投与装置であって、
前記弁手段（１３２）と前記ノズル手段（６２）とは、前記第２位置では、前記流体が前記ノズル手段から中空の円錐形となる噴射の形で注入されるように形成され、配置されている、流体投与装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の流体投与装置であって、
空気を、前記ノズル手段の領域における前記ガスの流れへ注入するように配置されている空気供給手段（８６、１０２、１０４）を更に備えている、流体投与装置。
【請求項７】
流体を、所与の流れの方向を有するガスの流れの中に導入するための流体投与装置（５７）において、
流体の供給源から前記流体を受け取るための入力手段と、
前記流体を前記ガスの流れの中に注入するためのノズル手段と、
空気（８８、１２０）を、前記ノズル手段の領域内における前記ガスの流れへ注入するように配置されている空気供給手段（８６、１０２、１０４、１０６、１１４、１１６、１１８）と、を備えており、
前記流体投与装置は、前記流体を、前記ガスの流れの中に、前記ガスの流れの流れ方向に対して反対向きとなる少なくとも１つの成分を有する方向で、注入するように配置されている、流体投与装置。
【請求項８】
請求項７に記載の流体投与装置であって、
前記流体投与装置は、相補形の取付部（７５、９６）の中に収められるように配置されており、
前記流体投与装置と前記取付部とは、前記流体投与装置の回りに空隙（１０２、１１４）を画定しており、
前記空隙は、空気の供給源と連通しており、前記空隙と前記空気の供給源とは、一体となって前記空気供給手段を形成しており、
前記空気供給手段は、空気を、前記空気の供給源から、前記ノズル手段の領域における前記ガスの流れへ注入できるように配置されている、流体投与装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載の流体投与装置であって、
前記流体投与装置は、前記流体を、前記ガスの流れの中に、該ガスの流れ方向に対して実質的に反対の方向へ注入するよう配置されている、流体投与装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載の流体投与装置であって、
前記ガスの流れは、排気管（５０）によって送られている、流体投与装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の流体投与装置であって、
前記流体投与装置は、直線状であり、前記排気管の壁（５４）に形成されている相補形の取付部（７５、９６）の中に収められている、流体投与装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の流体投与装置であって、
前記ノズル手段は、前記排気管の中心よりも前記排気管の壁の近くにある、流体投与装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の流体投与装置であって、
前記流体投与装置は、実質的にＣ字型であり、
前記ノズル手段は、実質的に前記排気管の中心にあるように配置されている、流体投与装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れかに記載の流体投与装置であって、
前記ガスの流れは、ＮＯｘを含んだ排気ガスを含んでいる、流体投与装置。
【請求項１５】
ガスの流れを所与の流れの方向に送るための排気管（５０）において、
前記排気管は、請求項１から１４の何れかに記載の相補形の流体投与装置を収めるための孔を画定している取付装置（７５、９６）を備えており、
前記取付装置は、前記流体投与装置が、前記流体を、前記排気管内に、前記ガスの流れ方向に対して反対向きとなる少なくとも１つの成分を有する方向で、注入するように配置されている、排気管。
【請求項１６】
請求項１５に記載の排気管であって、
前記排気管は、空気供給手段を更に備えており、
前記空気供給手段は、前記排気管の壁（５４）に形成され、前記流体投与装置の前記ノズル手段の上流に配置されている空気入口手段（８６）と、空気の供給源と、を備えており、
前記空気入口手段は、空気を、前記空気の供給源から前記排気管内に注入して、空気ポケットが、前記流体投与装置の前記ノズル手段の領域に形成されるように配置されている、排気管。
【請求項１７】
請求項１５に記載の排気管であって、
前記排気管は、空気供給手段を更に備えており、
前記空気供給手段は、前記流体投与装置の外側表面と前記取付装置の前記孔の内側表面との間に画定されている間隙（１０２、１１４）と、空気の供給源と、を備えており、
前記間隙は、前記ノズル手段の領域における前記排気管に対して開口し、前記空気の供給源と連通するように配置されており、
前記空気供給手段は、前記空気の供給源からの空気が、前記排気管に注入され、前記流体投与装置の前記ノズル手段の領域に空気のポケットが形成されるように配置されている、排気管。
【請求項１８】
触媒還元システムにおいて、
請求項１から１４の何れかに記載の流体投与装置と、
請求項１５から１７の何れかに記載の排気管と、
前記排気管の、前記流体投与装置の下流に配置されている、少なくとも１つの選択的触媒還元変換器（９）と、を備えている触媒還元システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の触媒還元システムであって、
前記触媒還元システムは、
還元剤を保持するための還元剤リザーバーと、
還元剤を前記還元剤リザーバーから前記流体投与装置へ送出するための還元剤ポンプと、を更に備えている、触媒還元システム。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の触媒還元システムを備えている車両。
【請求項２１】
流体を、所与の流れの方向を有するガスの流れの中に導入するための方法において、
流体の供給源から流体を受け取る段階と、
前記流体を前記ガスの流れの中に注入する段階と、から成り、
前記流体は、前記ガスの流れの中に、前記ガスの流れの前記流れ方向に対して反対向きとなる少なくとも１つの成分を有する方向で、注入される、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記流体は還元剤であり、
前記ガスの流れは、排気管内を送られ、ＮＯｘを含むガスを含んでいる、方法。
【請求項２３】
請求項２１又は２２に記載の方法を実施するための流体投与装置を構成するために配置された、コンピュータープログラムを備えている、データ担持体。
【請求項２４】
請求項２１又は２２に記載の方法を実施するための、請求項１から１４の何れかに記載の流体投与装置を構成するために配置された、車両用のエンジン管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの流れに流体を投与するための装置に関する。具体的には、本発明は、有害な排気ガスの排出を軽減するために、排気ガスの流れの中に試薬を最適に分散させ混合させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン排気中の酸化窒素（ＮＯｘ）化合物の排出は、長い間、世界中の医療従事者や監督官庁にとっての関心事となっている。多くの地域で、規則は、新しい設備での厳しいＮＯｘレベル低減を求めている。ＮＯｘの排出は、内燃機関、ガスタービンの排気、希薄燃焼エンジン、工業用ボイラー、処理加熱器、又は他の処理ストリームの様な様々なシステムで見られる。
【０００３】
ＮＯｘの排出を減少させるために、選択的触媒還元（ＳＣＲ）装置を使用して、排気流を処理し、酸化窒素（ＮＯｘ）の排出を大幅に減少させることが知られている。ＳＣＲシステムでは、尿素溶液の様な還元剤が、ＳＣＲ触媒の上流で排気ガスの流れに投与される。この還元剤は、次に、通常はＳＣＲ装置内の注入点の下流で、触媒が存在している中で反応する。次に、ＳＣＲ装置内で、ＮＯｘ化合物は窒素に還元される。ＷＯ２００４１１１４０１号は、その様な装置を開示している。
【０００４】
ＳＣＲ装置の一般的な作用を、図１と図２に示している。
図１では、ディーゼルエンジン１は、様々な排気ガス３を備えている排気流を作り出している。排気ガスは、全体を５で示す排気システムを通して送られるが、この排気システムは、酸化触媒装置７、選択的触媒還元装置（選択的触媒還元変換器）９、及びスリップ触媒１１を備えている。
【０００５】
酸化触媒装置７は、ハチの巣状の構造又は基板が中に含まれているキャニスターから成る、流れが通り過ぎる装置である。基板は、活性触媒層で被覆された大きな表面積を有している。この層には、良好に分散された少量のプラチナ又はパラジウムの様な貴金属が含まれている。排気ガスが触媒を通ると、一酸化炭素と、気体炭化水素及び液体炭化水素粒子（不燃焼燃料及びオイル）とが酸化されて、有害な排出物が減る。
【０００６】
ＳＣＲ装置９は、（尿素の供給源から導き出した）アンモニアを化学還元剤として使用し、酸化窒素（ＮＯｘ）の選択的触媒還元（ＳＣＲ）を実行する。ＳＣＲは、欧州のディーゼルエンジン搭載商用車に対するユーロIV及びユーロＶの排出要件を満たす重量車市場にとって、実績のある技術的及び経済的な解決法である。
【０００７】
スリップ触媒１１は、ＳＣＲ装置９の下流に配置され、残りの未反応アンモニアを浄化する。
ＳＣＲ装置９用の尿素は、排気システム５と流体連通しているタンク１３内に保存されている。ポンプ１５は、尿素をタンク１３から排気システム５へ送るために設けられている。尿素の供給は、エンジン制御ユニットの様な、エンジン１からエンジン速度及び他のエンジンパラメーターを受け取る制御ユニット１７によって制御されている。注入（噴射）装置１９（ここでは流体投与装置とも呼ばれる）は、尿素を排気流に注入するのに用いられる。
【０００８】
ＳＣＲ装置の作用を、図２に更に詳細に示している。例えばＮＯとＮＯ２を含んでいる排気ガス３は、尿素タンク１３からの尿素溶液２１と混ざる。尿素溶液２１と高温の排気ガス３が混ざると、加水分解と熱分解の過程によって、アンモニア２３（ＮＨ３）が作り出される。
【０００９】
アンモニア２３と排気ガス３は、次に、ＳＣＲ装置９に入り、酸化窒素が窒素に還元される。ＳＣＲ９の下流では、排気流には、２５で示している様に窒素と水の混合物が含まれている。
【００１０】
還元反応を最も効率的に行うには、還元剤を、広範囲な排気及び還元剤の流速及び状態に亘って、排気流全体に均一に分散させることが重要である。図１に示している様に、尿素注入点の上流に、排気流を平滑化させる傾向がある別の触媒を設けて、排気ストリーム内に軽度の乱流を起こさせるようにすることが多い。その様な、軽度の乱流環境では、排気ガスと還元剤の間の混合が不完全となる傾向がある。
【００１１】
ＤＥ１００６０８０８号は、排気ガスを流れの方向から逸らし、排気ガスストリーム内に異質性を作り出す働きをする回転式ブレードを備えた乱流生成機構について述べている。しかしながら、その様な装置は、排気システム内に、エンジン効率の損失に繋がる永久背圧を作り出す傾向がある。
【００１２】
ＤＥ１９８５６３６６号は、還元剤の噴射が排気流に垂直になっている別の配置を示している。その様な配置では、噴射が、排気管を比較的低い排気速度で満たすように最適化されている場合、排気速度がもっと高いレベルに上がったときに、噴射が偏向され、混合が不完全になる。
【００１３】
従って、本発明の目的は、上記問題を実質的に克服又は軽減する、流体をガスの流れに導入するための流体投与装置を提供することである。
【特許文献１】ＷＯ２００４１１１４０１号
【特許文献２】ＤＥ１００６０８０８号
【特許文献３】ＤＥ１９８５６３６６号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、流体を、所与の流れの方向を有するガスの流れの中に導入するための流体投与装置が提供されており、この流体投与装置は、流体を流体の供給源から受け取るための入力手段と、流体をガスの流れの中に注入するためのノズル手段とを備えており、ノズル手段は、ノズル手段を密閉する第１位置と、流体がガスの流れへ注入される第２開位置との間を動くように配置されている弁手段を備えており、流体投与装置は、流体を、ガスの流れの中に、ガスの流れ方向に対して反対向きとなる少なくとも１つの成分を有する方向に、注入するよう配置されている。
【００１５】
本発明の第１の態様は、流体を、ガスの流れの中に、流体注入方向の少なくとも１つの成分がガスの流れに対して反対向きになるように注入する流体投与装置を提供している。流体を、ガスの流れと反対向きに注入すると、ガスの流れの中で流体とガスが、先行技術の装置よりも、遙かに効率的に混合するようになる。
【００１６】
ノズル手段は、少なくとも部分的にはガスの流れに相対しているので、汚染物質又は物質の堆積物がノズル手段を介して流体投与装置に入る可能性は、先行技術のシステムに比べて高くなっている。これに対抗するため、ノズル手段には、弁手段（部材）が、ガスの流れからノズル手段を密閉する第１（閉）位置と、ガスの流れに注入できるようにする第２（開）位置との間を動くように配置されている。使用時の弁手段の開閉作用は、弁手段とノズル手段から、形成されているかもしれないあらゆる物質の堆積物を取り除くことに注目されたい。
【００１７】
好都合に、ノズル手段は、弁手段上の相補形の弁表面と相互作用する密閉表面を備えており、第１位置にあるノズル手段を密閉して、流体が流体投与装置から出ないように、且つガスの流れからのガスがノズル手段に入らないようにしている。
【００１８】
好都合に、弁手段は、ばねの様な適した付勢手段によって第１位置に向けて付勢されている。流体投与装置内の流体圧力は、付勢手段と反対向きの力を提供するように配置されているので、流体圧力が閾値圧を超えると、弁手段は、第２（開）位置に動くことができ、従って、流体が、ガスの流れに注入される。
【００１９】
弁手段とノズル手段とは、注入される流体が、中空の（又は窪んだ、落ち込んだ）円錐形の噴射の形となるような形状になっているのが望ましい。その様な噴射パターンであれば、先行技術で述べた個別の噴射よりも良く混合し易い。
【００２０】
物質の堆積物が流体投与装置のノズル上に形成されるのを防ぐ別の手段は、ノズル手段の回りにポケット即ち清浄な空気を形成することである。従って、流体投与装置には、好都合に、（清浄）な空気を、ノズル手段の領域内におけるガスの流れに注入する空気供給手段が設けられている。
【００２１】
空気供給手段は、ノズル手段上の物質堆積の問題に対する代替解決法を構成している（弁部材を設けることも、代替解決法である）。
従って、本発明の第２の態様によれば、流体を、所与の流れの方向を有するガスの流れの中に導入するための流体投与装置が提供されており、この流体投与装置は、流体の供給源から流体を受け取るための入力手段と、流体をガスの流れの中に注入するためのノズル手段と、空気を、ガスの流れの、ノズル手段の領域に注入するように配置されている空気供給手段と、を備えており、流体投与装置は、流体を、ガスの流れの中に、ガスの流れの流れ方向に対して反対向きとなる少なくとも１つの成分を有する方向で注入するように配置されている。
【００２２】
好都合に、流体投与装置は、相補形の取付部に収められている。取付部は、流体投与装置と取付部の間に空隙ができるように設計されているのが望ましい。空隙は、好都合に、空気の供給源に接続されており、ノズル手段の領域内でガスの流れに開いている。空隙と空気の供給源は、一体となって空気供給手段を形成しており、使用時に、ノズルの回りに空気のポケットを形成するため、空気を、空気供給源から空隙を通して、流体投与装置のノズル領域へ供給する。
【００２３】
好都合に、流体投与装置は、流体を、ガスの流れの中に、ガスの流れの方向に対し実質的に反対の方向に注入するよう配置されている。
好都合に、ガスの流れは、排気管によって送られる。流体投与装置は、直線状で、排気管の壁に形成されている相補形の取付部の中に収められている。
【００２４】
その様な直線状の流体投与装置では、ノズル手段は、排気管の中心よりも排気管の壁の近くにあるのが望ましい。
代わりに、流体投与装置は実質的にＣ字型で、当該流体投与装置のノズルを実質的に排気管の中心にあるように配置してもよい。
【００２５】
ガスの流れは、ＮＯｘを含んだ排気ガスであってもよい。
本発明の第３の態様によれば、ガスの流れを所与の流れの方向に送るための排気管が提供されており、この排気管は、本発明の第１又は第２の態様による相補形の流体投与装置を収めるための孔を画定している取付装置を備えており、取付装置は、流体投与装置が、流体を、排気管内に、ガスの流れの方向に対して反対向きとなる少なくとも１つの成分を有する方向に注入するように配置されている。
【００２６】
好都合に、排気管は、更に、排気管の壁の、流体投与装置の上流に形成され、空気源に接続されている空気入口を備えている。空気入口と空気供給源は、一体となって空気供給手段を形成しており、使用時には、空気が、空気の供給源から排気管に注入され、空気のポケットが、流体投与装置のノズル手段の領域に形成されるようになっている。
【００２７】
代わりに、流体投与装置とは分離して配置されている空気入口の替わりに、空気供給手段が、取付装置の内側表面と流体投与装置の外側表面の間の間隙（空隙）を備えていてもよい。間隙は、ノズル手段の領域内の排気管に対して開口していてもよく、更に、空気の供給源に接続されていてもよい。従って、清浄な空気のポケットは、空気供給源からの空気を、間隙を通して排気流に注入することによって、ノズル手段の領域に形成される。
【００２８】
本発明の第４の態様によれば、本発明の第１又は第２の態様による流体投与装置と、本発明の第３の態様による排気管と、少なくとも１つの選択的触媒還元変換器と、を備えた触媒還元システムが提供されており、前記選択的触媒還元変換器は、排気管の、流体投与装置の下流に配置されている。
【００２９】
触媒還元システムは、更に、還元剤（即ち、流体投与装置により注入される「流体」）を保持するための還元剤リザーバーと、還元剤をリザーバーから流体投与装置へ送出するための還元剤ポンプと、を備えている。
【００３０】
本発明の第５の態様によれば、流体を、所与の流れの方向を有するガスの流れに導入する方法が提供されており、本方法は、流体の供給源から流体を受け取る段階と、流体をガスの流れの中に注入する段階と、から成り、流体は、ガスの流れの中に、ガスの流れの流れ方向に対して反対向きとなる、少なくとも１つの成分を有する方向で、注入される。
【００３１】
本発明の第６の態様によれば、プロセッサー、コンピューター、又は他のコントローラーを制御して本発明の第４の態様の方法を実行するためのコンピューター読み取り可能コードを担持する担持媒体が提供されている。
【００３２】
本発明は、本発明の第１の態様による流体投与装置を備えている車両と、車両と共に使用するためのエンジン管理ユニットであって、本発明の第１又は第２の態様による流体投与装置を備えているユニットと、に拡張される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明をより容易に理解できるように、例として、添付図面を参照する。
図３は、還元剤を排気流に導入するための既知の噴射装置を示している。図３は、排気管３０の断面を示している。図面では注入装置（全体を３１で示している）と呼ばれ、還元剤を注入するための流体投与装置が提供されている。注入装置３１は、排気管３０の下方の壁を貫通しているノズル本体３２を備えており、略Ｃ字型の構造をしている。還元剤の噴射３４は、図示のように、注入装置３１のノズル３６から排気管３０の内側に入っている。ノズル３６は、排気管３０のほぼ中心にある。
【００３４】
排気流の方向は、矢印３８で示されている。注入装置３１は、還元剤を、排気ガスの流れ３８と同じ方向に導入していることに注目されたい。
図３では、排気流の速度が比較的遅く、噴射３４が管（ノズル本体）３２の直径４０に亘って広がるという事実が示しているように、噴射３４は、噴射３４と排気ガスの完全な混合を実現するように最適化されていることが分かる。
【００３５】
図４は、図３と同じ噴射装置を示しており、同じ参照番号は、同じ機構を示すのに用いられている。図４では、排気流の方向は、図３と同じである。しかしながら、排気流の速度は、大きい矢印４２で示している様に、図３の排気流の速度よりも高い。その結果、噴射３４が気化する点での噴射３４の直径４４が、排気管３０の直径４０よりも小さくなるという問題が生じている。従って、図３と図４の従来型の噴射装置では、速度が高い排気流内では、還元剤の混合は不完全になる。更に、この気体の形態では、還元剤は、排気ガスと完全に混ぜ合わせるのに、長い距離の排気管３０を必要とすることに注目されたい。車両の下側の様な限られた空間環境では、触媒装置の間に、完全な混合を実現できる排気管長さを提供できないことが多い。
【００３６】
図５は、還元剤を排気流に導入するための別の既知の装置を示している。図５では、略Ｃ字型の注入装置３１は、ここでも排気管３０の壁を貫通し、ノズル３６は、排気管３０のほぼ中心にある。排気ガスの流速の方向は、ここでも、矢印３８で示されている。排気ガス流の速度は、比較的遅い（矢印３８の大きさで示している）。
【００３７】
しかしながら、図５では、ノズル３６は、還元剤を、２つ又はそれ以上の別々の噴射４６、４８で導入するように配置されている。この場合、還元剤は、排気ガス流の方向に垂直に導入される。その様な装置は、ＤＥ１００６０８０８号に示されている。
【００３８】
図５では、噴射４６、４８が排気管３０の壁にまで広がっているので、注入装置３１は、還元剤を、この低い流速で導入し、最適化していることが分かる。
図６は、図５と同じ装置を示している。しかしながら、図６では、排気ガス流の速度は、大きい矢印４２で示されているように、高くなっている。還元剤の噴射４６、４８は、この高速の排気ガス流の中で偏向され、噴射３４が気化するまでに、噴射３４が排気ガスと完全に混合することは無い。
【００３９】
図７は、本発明の第１の態様による、還元剤を排気流に導入するための装置を示している。図７は、排気管５０の断面を示している。上方管壁５２と下方管壁５４が見える。
排気ガスは、矢印５６で示している様に、排気管５０を通って、略右から左方向に流れている。
【００４０】
本発明の或る実施形態による注入装置５７は、略管状のノズル本体５８を備えており、図示のように、排気管５０の下方壁５４を通って排気管５０に図示の向きに入っている。密閉装置６０は、注入装置５７を所定の位置に留めており、注入装置５７が排気管５０に入る点で、排気ガスが抜け出ないようにしている。
【００４１】
注入装置５７は、ノズル６２を備えており、ノズル６２は、還元剤６４を、排気管５０の中心に、排気管５０内の排気ガスの流れの方向５６と反対の方向に注入する。注入装置５７は、その長さに沿って実質的にＣ字型となるように形成されている。注入装置５７の端部６６は、図１の尿素タンク１３の様な還元剤の供給源（図示せず）と流体連通している。孔（図７には図示せず）が、ノズル本体５８を貫通して伸張し、流体連通経路が流体供給源／端部６６とノズル６２の間に存在するようになっている。
【００４２】
注入装置（５８、６２）によって排気管５０に導入された噴射６４は、実質的に排気管５０の全断面に届くように最適化される。
図７に示している注入装置５７のノズル６２は、弁装置を備えている。簡単に参照できて、部面を分かり易くするために、弁装置を、図７には示していないが、図８と図９に描いている。
【００４３】
図８は、注入装置５７の、ノズル６２の領域における断面を示している。ノズル本体５８／ノズル６２は、ノズル孔１３０を備えており、その中にノズル弁要素（全体を１３２で示す）が配置されている。
【００４４】
ノズル弁要素１３２は、ノズル孔１３０の端部に向かって配置されているピストン１３４と、ピストン１３４の、ノズル６２の先端とは別の側に配置されているシャフト１３６と、を備えている。ピストン１３４は、ノズル孔１３０内に概ね狭い隙間で嵌め込まれており、ノズル弁要素１３２がノズル孔１３０内で滑動できるようになっている。環状溝１３８が、ピストン１３４とノズル孔１３０の下流部分に設けられている。ノズル６２の先端に隣接するピストン１３４の端部は、外向きにフレア状になっており、ノズル孔１３０より大きい直径を有するピストン１３４の弁表面１４０を画定している。ノズル６２の先端に隣接するノズル孔１３０は、フレア状になっており、ピストン１３４の弁表面１４０の形状と相補的な密閉表面１４２を画定している。ノズルチャンバ１４４は、環状溝１３８とノズル孔１３０とによって画定されている。
【００４５】
ピストン１３４の、ノズル６２の先端から離れている端部は、弁ノズル要素１３２のシャフト１３６に取り付けられている。ブッシュ１４６は、ノズル孔１３０内に設けられており、シャフト１３６は、ブッシュ１４６内に隙間嵌めされている。シャフト１３６は、注入装置５７の孔の中に伸びている。保持カラー１４８は、ピストン１３４から遠い側のシャフト１３６の端部近くに外挿され、シャフト１３６に固定されている。圧縮ばねで構成されているノズルばね１５０は、保持カラー１４８とブッシュ１４８の間に配置され、ピストン１３４の弁表面１４０を、ノズル６２の密閉表面１４２に対して押し付けている。
【００４６】
螺旋状の溝１５２が、ピストン１３４の上流部に設けられ、ピストン１３４とノズル孔１３０の間に螺旋状の経路を画定している。還元剤の供給源は、従って、螺旋状の経路１５２と、シャフト１３６とブッシュの間の間隙１５４によって、ノズル６２の先端と連通している。
【００４７】
図８と図９に示すように、還元剤が、還元剤の供給源から注入装置５７のノズル孔１３０を通して押し出されると、ノズル６２のノズルチャンバ１４４内では還元剤の圧力が上がる。ノズルチャンバ１４４内の還元剤の圧力は、ピストン１３４の弁表面１４０に作用して、ノズルばね１５０の付勢力と反対向きに弁ノズル要素１３２に力を加える。試薬の圧力が閾値を超えると、還元剤の圧力により弁ノズル要素１３２に作用する力は、ノズルばね１５０の付勢力に打ち勝つだけの力になり、ピストン１３４の弁表面１４０とノズル６２の密閉表面１４２の間に間隙１５６を作り出す（図９）。
【００４８】
弁ノズル要素１３２が開位置（図９に関連して先に述べた位置）にあるとき、還元剤は、間隙１５６によってノズル６２から押し出される。間隙１５６の大きさと、密閉表面１４２及び弁表面１４０の形状は、還元剤を放出すると、還元剤が中空の円錐形の噴射を形成し、排気ガスストリーム内で還元剤が分散し混合するのを支援するようになっている。
【００４９】
先に述べたノズル弁要素１３２は、ノズル６２が注入を行っていないとき、還元剤が排気ガスに曝されないという利点を有している。これは、還元剤が分解してノズル６２を詰まらせる（又は何らかの排気汚染物質がノズル６２を詰まらせる）機会を減らす。ノズル６２が開いているときのノズル６２の運動は、自己洗浄する傾向があることに注目されたい。作り出される中空の円錐形の噴射も、先行技術の個別噴射よりも良く混ざり合わせ易い。
【００５０】
図８と図９に関連して述べたノズル弁要素１３２は、図７と図１０−１２に示している各注入装置のノズル６２内に配置されている。更に、本発明の第２の態様に関連して図１３から図１５に示している注入装置内に追加して配置してもよい。
【００５１】
図１０は、図７と同じ注入装置（５８、６２）を示している。しかしながら、この図では、排気ガスの流れは、図７より早い速度を有している。この速い速度の流れは、矢印６８で示されている。排気流の方向は、図の右から左のままであることに注目されたい。
【００５２】
図１０の高速の流れでは、注入装置５７のノズル６２から導入される還元剤の噴射６４は、（還元剤が注入される方向に対して）逆方向に曲げられ、噴射６４の方向が、排気流の方向に近付き始める（噴射６４の変更方向は、矢印７０で示されている）。
【００５３】
しかしながら、噴射６４が排気管５０の壁５２、５４に達するまでに移動する距離は実質的に変わらないので、噴射６４は、なお実質的に排気管５０の全断面を満たす。
図１０の注入装置の排気管５０の中心では、噴射６４と排気ガスの流れ６８の間には大きな速度差がある。しかしながら、排気管５０の壁５２、５４近くでは、噴射６４と排気ガスとの流れ６８の間の速度差は小さい。排気管５０に亘りこの様に変化する速度差は、注入装置５７のノズル６２の下流に渦７２を形成することになる。これらの渦７２は、還元剤６４を排気ガスと更に混合させるように作用する。これらの渦７２は、注入装置が還元剤を噴射している間だけ生成されるので、渦７２を作るのに必要なエネルギーは、（例えば、ＤＥ１００６０８０８号に示されているのと同様の装置を使って）排気ガスを直接偏向させることによって乱流が生成される場合より遙かに少ないことに注目して頂きたい。
【００５４】
最も均一な混合を実現するには、図７と図１０に示しているように、還元剤を、排気管５０の中心に注入するのが好都合である。しかしながら、これは、熱管理の理由で望ましくなく、排気ガスによって注入装置のノズル６２が加熱されると、尿素溶液が、尿素溶液から結晶が析出する温度（７０℃付近）を超えることになりかねないことに注目されたい。
【００５５】
ノズル６２と注入装置の加熱を抑えるため、排気管５０の壁５２、５４に近い所から還元剤を注入することが知られている。この注入装置の例が、ＤＥ１９８５６３６６号に示されている。
【００５６】
還元剤が、排気管５０の壁５２、５４のうち一方の壁５４に近い所から導入される本発明の或る実施形態を、図１１と図１２に示している。
図１１と図１２では、還元剤は、直線状の注入装置７４から排気管５０の中に導入される。この注入装置７４のノズル７６は、図示のように排気管５０の中心ではなく、排気管５０の下方壁５４の近くにある。注入装置７４の軸は、ノズル７６からの還元剤の噴射７８が、排気ガスの流れの方向５６と反対方向の実質的な成分を備えた注入方向８０を有するように、向けられている。注入装置７４の軸と排気管５０の軸の間の角度は、一般に、還元剤と排気ガスの良好な混合を保証できる１５−４５度の範囲内にある。
【００５７】
注入装置７４は、排気管５０の下方壁５４に形成されている相補形のポート７５内に取り付けられ、収容されている。
図１１は、中を流れる排気ガスが比較的低速度な排気管５０を示している。この図１１から、注入装置（７４、７６）は、排気管５０の全断面を実質的に満たす噴射７８を作るように最適化されていることが分かる。
【００５８】
図１２は、排気ガス流の速度が比較的速い（大きな矢印６８で示されている）こと以外は図１１と同じ装置を示している。
最初の注入方向８０は、図１１と同じであるが、高くなった排気ガス流速は、噴射７８の方向が（矢印８２で示している様に）変わって、実質的に排気ガスの流れと同じ方向に移動する成分を有するようになるまで、噴射７８を逆むきに湾曲させる。
【００５９】
しかしながら、最初の注入が実質的に排気ガスの流れに抗して行われるという事実は、噴射７８が排気管５０の断面をなお実質的に満たすことを意味していることに注目されたい。排気管５０の下部における噴射７８と排気ガスの間の速度差が比較的大きく（図１１と図１２に示している向きで示されている様に）、排気管５０の上部における噴射７８と排気ガスの間の速度差が比較的小さい（図１１と図１２に示している向きで示されている様に）ことが、渦８４を生成し、それによって、噴射７８と排気ガスを更に混合させ易くなる。
【００６０】
先に述べた様に、エンジンからの排気流には、汚染物質が含まれている。更に、還元剤が排気管５０に注入されると、還元剤から出た物質が堆積することもある。その様な汚染物質と物質が、注入装置のノズル７６上に堆積すると、還元剤の噴射を形成する注入装置の性能に悪影響を及ぼす。その様な問題は、還元剤が排出流れの方向と反対に注入される本発明の場合、特に当てはまる。
【００６１】
図１３から図１５は、物質が、本発明の第２の態様による注入装置のノズルの上に堆積する機会を減らすように設計された様々な注入装置の配置を示している。図１３−１５に示している装置は、図８と図９に関連して先に述べた弁装置を更に含んでいることに留意されたい。
【００６２】
図１３は、図１２に示しているのと概ね同じ第１の装置を示している（なお、図１２と図１３で、同じ参照番号は、同じ機構を示すのに用いられている）。しかしながら、図１３では、下方管壁５４は、注入装置７４から上流に配置された別の注入手段８６を画定している。
【００６３】
注入手段８６（空気入口８６）は、空気の流れ８８を、排気管５０に、実質的に排気流６８の方向に導入するように配置されている。この空気の流れ８８は、注入装置７４のノズル７６の回りに清浄な空気のポケット（エアポケット又は空気溜り）９０を形成して、物質の堆積がノズル７６の開口部上に形成される危険性を減らしている。
【００６４】
図１４は、図１３に示している注入装置７４の代替設計を示している。従って、図１４は、注入装置９４が、排気管５０の下方壁５４によって形成されている実質的に相補形のポート９６の中に取り付けられ、収容されている、注入機構９２を示している。注入装置７４は、排気管５０内にノズル９８を備えており、還元剤を、還元剤の供給源（図示せず）から排気管５０へ送る（還元剤の方向は、全体的に矢印１００で示されている）働きをする。
【００６５】
環状の間隙１０２は、注入装置９４の外側表面とソケット９６の内側表面によって画定され、注入装置９４を取り囲んでいる。
ポート９６は、更に、環状の間隙１０２を空気の供給源に接続する（空気の流れを矢印１０８で示している）空気供給孔１０６を有する空気入口１０４を備えている。
【００６６】
空気入口１０４、間隙１０２、及び空気の供給源は、一体となって、使用時に、空気を空気供給経路１０６と環状の経路１０２を通してノズル開口部９８へ流すことのできる空気供給手段を形成している。この空気の流れは、ここでも、注入装置９４とノズル９８の回りに比較的清浄な空気のポケット１１０を形成して、堆積物がノズル９８上に形成され、注入性能を損なう危険性を減らしている。
【００６７】
図１５は、図５と図６の注入装置の配置の変更例を示している（なお、同じ参照番号は、図５、６及び１５で同様の機構を示すのに用いられている）。
図１５では、注入装置５８は、スリーブ１１２によって取り囲まれている。スリーブ１１２は、密閉装置６０によって所定の位置に留められている。スリーブ１１２は、スリーブ１１２の内側表面と注入装置５８の外側表面との間に間隙１１４が画定されるように設計されている。
【００６８】
空気入口１１６は、空気供給孔１１８を備えており、間隙１１４を空気の供給源（図１５には示さず）に接続する働きをするスリーブ部材１１２によって画定されている。
空気の供給源と間隙１１４は、一体となって空気供給手段を形成しており、使用時に、空気の流れ１２０は、空気供給孔１１８と間隙１１４を通して、注入装置５８のノズル６２の領域へ送られる。この様にして、比較的清浄な空気のポケット１２２が、注入装置５８のノズル領域の回りに形成される。
【００６９】
なお、図１３−１５の空気のポケット１１０、１２２を形成するには、比較的低圧の空気が必要なので、エンジンの吸入経路内の、ターボ過給機のコンプレッサーホイールの下流の何れかの場所から流出させるのが便利である。
【００７０】
また、図１３−１５の実施形態では、空気は、ノズル（７６、９８、６２）の温度を下げる働きをして、更には、ノズル７６、９８、６２内の還元剤溶液内で結晶が形成される傾向を抑制する。
【００７１】
先に述べた本発明の実施形態は、排気管３０、５０が真っ直ぐで、両側が平行な区画に注入するように図示されている。しかしながら、当業者には理解頂けるように、排気管の湾曲部及び／又は断面が変わる管への注入にも同じ原理が当てはまる。必要であれば、排出速度を最適にして最高の噴射混合を実現するために、還元剤の注入点付近で、排気管の断面を故意に変えることもできる。例えば、過剰な背圧を生成することなく高速の排気流に注入するために、噴射を、ベンチュリ管の喉領域に導入してもよい。
【００７２】
先に述べた実施形態は、単なる代表例であって本発明を限定するものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲に定義されているものと理解されたい。更に、記載した実施形態は、個別に使用してもよいし、ここに記載している他の実施形態と組み合わせて使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】選択的触媒還元（ＳＣＲ）装置を備えた既知の排気システムの概略図である。
【図２】図１に示しているＳＣＲ装置の拡大図である。
【図３】還元剤を排気流に導入するための既知の流体投与装置を示している。
【図４】排気流速が高いときの図３の流体投与装置を示している。
【図５】還元剤を排気流に導入するための別の流体投与装置を示している。
【図６】排気流速が高いときの図５の流体投与装置を示している。
【図７】本発明の或る実施形態による流体投与装置を示している。
【図８】図７の流体投与装置のノズル領域の、第１位置にある、弁部材を示している。
【図９】図７の流体投与装置のノズル領域の、第２位置にある、弁部材を示している。
【図１０】排気流速が高いときの図７の流体投与装置を示している。
【図１１】本発明の或る実施形態による別の流体投与装置を示している。
【図１２】排気流速が高いときの図１１の流体投与装置を示している。
【図１３】本発明の或る実施形態による別の流体投与装置と、追加の空気供給経路とを含んでいる排気管を示している。
【図１４】本発明の或る実施形態による、空気供給手段を組み込んだ別の流体投与装置を示している。
【図１５】本発明の或る実施形態による、空気供給手段を組み込んだＣ字型の流体投与装置を示している。
【符号の説明】
【００７４】
９                選択的触媒還元変換器
５０              排気管
５４              排気管の壁
５７              流体投与装置
６２              ノズル手段
６６              入力手段
７５、９６        取付部
８６              空気入口手段
８６、１０２、１０４、１０６、１１４、１１６、１１８      空気供給手段
８８、１２０      空気
１０２、１１４    空隙
１３２            弁手段
１４０            弁表面
１４２            密閉表面
１５０            付勢手段
【図１】
2008031996.tif 000003
【図２】
2008031996.tif 000004
【図３】
2008031996.tif 000005
【図４】
2008031996.tif 000006
【図５】
2008031996.tif 000007
【図６】
2008031996.tif 000008
【図７】
2008031996.tif 000009
【図８】
2008031996.tif 000010
【図９】
2008031996.tif 000011
【図１０】
2008031996.tif 000012
【図１１】
2008031996.tif 000013
【図１２】
2008031996.tif 000014
【図１３】
2008031996.tif 000015
【図１４】
2008031996.tif 000016
【図１５】
2008031996.tif 000017
【外国語明細書】
2008031996000001.pdf