(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凍結防止選択的触媒還元溶液を備える還元剤デリバリユニットにおいて、
尿素、水および気泡を含む溶液のミストが排気システムからの排ガスと混合される選択的触媒還元部分を有する排気システムと、
尿素、水および気泡の溶液を含む選択的に加圧される溶液供給ラインであって、前記溶液は、前記選択的に加圧される溶液供給ラインにおいて加圧状態および減圧状態で存在し、前記溶液が前記加圧状態にあるときは、前記気泡はより小さくかつより小さい体積を有し、前記溶液が前記減圧状態にあるときは、溶解した前記気泡はより大きくかつより大きな体積を有し、これにより、前記溶液が減圧されたときに凍結空間を形成している、選択的に加圧される溶液供給ラインと、
前記ミストを導入するために前記選択的触媒還元部分に接続された噴射ヘッドであって、該噴射ヘッドは、前記溶液供給ラインに接続可能でありかつ前記溶液供給ラインから前記溶液を受け取り、前記選択的に加圧される溶液は、前記噴射ヘッドに存在し、かつ前記噴射ヘッドの流路構成部材にブロッキング力を加える氷のポテンシャルを制限する気泡を有し、前記噴射ヘッドは、入口および出口を備える流路と、車両の排気流路と連通した金属ボスに取り付けられたインジェクタフランジを有する噴射ヘッドの本体を貫通する流体流路と、前記インジェクタフランジと排気ボスにおける取付け面との間に挟まれたガスケットとを有し、該ガスケットは、貫通孔を規定した表面領域を有し、該表面領域は、前記貫通孔および排気ボスと連通しており、これにより、前記溶液を前記出口から前記排気流路まで通過させ、前記選択的に加圧された溶液は、前記噴射ヘッドの前記本体部分内に含まれた前記溶液の凍結を防止する気泡を含む、噴射ヘッドと、
を備えることを特徴とする、還元剤デリバリユニット。
【請求項２】
前記溶液は、材料の３１％（ｍ／ｍ）質量分率よりも大きい、材料の３１％質量分率から材料の３４％（ｍ／ｍ）質量分率までの範囲、および材料の３２．５％（ｍ／ｍ）質量分率、から成るグループから選択された１つの尿素含有量を有する、請求項１記載の還元剤デリバリユニット。
【請求項３】
前記気泡は、１絶対ｂａｒの圧力において、前記溶液の体積の７％よりも大きい、前記溶液の体積の７％〜９％、および前記溶液の体積の８％、から成るグループから選択された１つである量で、前記溶液に存在する、請求項１または２記載の還元剤デリバリユニット。
【請求項４】
前記気泡は、前記溶液が２６２Ｋの温度において少なくとも３ｂａｒの圧力に加圧されたときに、前記溶液の体積の少なくとも２．６７％である量で前記溶液に存在する、請求項１から３までのいずれか１項記載の還元剤デリバリユニット。
【請求項５】
前記気泡は、前記溶液が２６２Ｋの温度において１０ｂａｒ以下の圧力に加圧されたときに、前記溶液の体積の０．８０％よりも大きい量で前記溶液に存在する、請求項４記載の還元剤デリバリユニット。
【請求項６】
前記気泡は、前記溶液が６ｂａｒ〜７．５ｂａｒの範囲の圧力に加圧されたときに、前記溶液の体積の１．３３％〜１．０７％の範囲で前記溶液に存在する、請求項４記載の還元剤デリバリユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結保護された選択的触媒還元溶液、および還元剤デリバリユニットに関連したその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州および北米における近年の法制は、車両に対するより厳しい排出エミッション要求を課してきた。特に、圧縮点火（ディーゼル）エンジン、および希薄および超希薄条件下で作動しなければならない直噴エンジンのための希薄燃焼技術に対する新たな義務が存在している。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、希薄燃焼の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（Ｎ）及び水（Ｈ2Ｏ）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。
【０００３】
しかしながら、障害のうちの１つは、アンモニア（ＮＨ3）を自動車環境において純粋な状態で取り扱うのが困難であるということである。したがって、通常、３２％の尿素（ＣＯ（ＮＨ2）2）の濃度で液体水性尿素溶液を使用するシステムが開発されてきた。溶液は、ＡＵＳ−３２と呼ばれ、AdBlue(R)という商品名でも知られている。尿素溶液は、車両の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、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（ＣＯ2）とに変換される。加熱分解および加水分解の結果として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】
尿素溶液を使用することに関する障害のうちの１つは、ＡＵＳ−３２のための現在のガイドラインが、尿素と水との混合を含み、これは、溶液が、典型的にはマイナス１１℃で凍結を生じることを意味するということである。これは、ＳＣＲ技術に関する１つの障害を防止する。なぜならば、尿素溶液を排気システムへ排出する還元剤デリバリユニット（ＲＤＵ）の膨張およびブロッキングを生じる可能性がある溶液の凍結に関する実質的な懸念があるからである。溶液がＲＤＵ内で凍結すると、ＲＤＵ全体は、詰まるか、または凍結した溶液の膨張によりホース、噴射ヘッド、タンク、ポンプなどの構成部材およびその他の構成部材の破損を生じる可能性がある。
【０００５】
凍結の懸念を解決するために、複数の異なるタイプのパージシステムが開発されてきた。このようなパージシステムにおいては、ＲＤＵの溶液供給ラインおよび噴射ヘッドは、車両エンジンの作動停止時にパージされ、これにより、構成部材の内部には、あるとしても極めて僅かな溶液が存在し、これによって、溶液の凍結による損傷または詰まりの可能性を排除することを助ける。加えて、他の開発がなされてきた。この開発においては、ヒータが溶液供給タンク内に配置され、溶液供給ラインに沿ってヒートテープが使用され、これにより、溶液供給ラインが温められた状態に保たれ、溶液を凍結させないことを保証している。しかしながら、これらの解決手段は、エンジンが停止した状態に車両が置かれているときに構成部材を加熱するために、ＲＤＵシステムの構成部材に電力を供給することに依存する。車両が低温の気候において長期間保管されると、このようなシステムは、車両のバッテリの望ましくない消耗を生じるかまたは別個の電源を必要とする可能性がある。したがって、ＲＤＵの構成部材を保護するためにＳＣＲシステム用のより実用的な凍結保護を開発することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、溶液に含有された尿素、水および気泡を有する選択的触媒還元（ＳＣＲ）溶液に関する。特に、溶液は、溶液が約１絶対ｂａｒの圧力であるときに、材料の３１％（ｍ／ｍ）の質量分率よりも大きな量で存在する尿素含有量と、溶液の体積の約７％〜約９％の量の溶液中の気泡とを有する。選択的触媒還元溶液が６ｂａｒ〜７．５ｂａｒの範囲に加圧されると、気泡は、溶液が加圧されたときの溶液の約１．３３％〜約１．０７％の範囲にある。選択的触媒還元溶液中の気泡の存在は、ＲＤＵの構成部材の凍結を防止することを助ける。なぜならば、気泡は、溶液が加圧されたときには溶液の小さな体積を占めているが、車両が作動停止させられたとき、還元デリバリユニットは減圧され、気泡は、還元デリバリユニット内に含まれた溶液のより大きな体積を占めるようになるからである。気泡の存在は、低温によりＳＣＲ溶液が凍結し始めると、尿素溶液のための膨張体積を提供する。したがって、ＲＤＵの構成部材と、ＲＤＵへの供給ライン、供給タンクおよびポンプを含むその他のシステム構成部材とは全て、ＳＣＲ溶液自体における気泡により凍結から保護され、これにより、ＲＤＵシステムをパージするまたは加熱する必要性を排除する。
【０００７】
本発明の別の適用可能な分野は、以下に提供される詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の実施例は、本発明の好適な実施の形態を示しているが、例示の目的で示されているだけであって、発明の範囲を限定しようとするものではない。
【０００８】
本発明は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】車両排気システム用の還元剤デリバリユニットの概略図である。
【図２Ａ】車両排気システムの一部に接続された還元剤デリバリユニット用の噴射ヘッドおよび供給ホースの部分的な断面図である。
【図２Ｂ】還元剤デリバリユニット用の噴射ヘッドおよび供給ホースの一部の断面側面図である。
【図３】溶液が加圧されているときの噴射ヘッドの一部を拡大した断面側面図である。
【図４】溶液が減圧されているときの噴射ヘッドの一部を拡大した断面側面図である。
【図５】減圧された溶液が凍結したときの噴射ヘッドの一部および供給ホースの一部を拡大した断面側面図である。
【図６】ポンプを備える溶液供給タンクと、気泡を尿素溶液に導入する方法との概略図である。
【図７】ポンプを備える溶液供給タンクと、気泡を尿素溶液に導入する択一的な方法との概略図である。
【図８】ポンプを備える溶液供給タンクと、気泡を尿素溶液に導入する択一的な方法との概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
好適な実施の形態の以下の説明は、本質的に単に例示であり、本発明、その適用、または使用を限定しようとするものではない。
【００１１】
以下の例では、任意の温度および圧力におけるＳＣＲ溶液中の気泡の体積は、等式ＰＶ＝ｎＲＴの理想気体法則を使用して計算される。ここで、Ｐは圧力、Ｖは体積、ｎはモル数、Ｒは気体定数、Ｔは温度である。気体の加圧された状態と減圧された状態との間の気体の体積を求めるときは、モル数と気体定数とは排除される。加圧された状態における気泡の体積の算出は、等式（Ｐ１）（Ｖ１）／Ｔ１＝（Ｐ２）（Ｖ２）／Ｔ２を使用して行われる。ここで、Ｐ１は、加圧されたＳＣＲ溶液の圧力である。Ｔ１は変化するが、最も極端な状況は、作動モードにおけるインジェクタ内の最大の許容可能な流体温度であり、現在では１３０℃（４０３Ｋ）である。Ｐ２は、減圧後の圧力であり、１絶対ｂａｒである。Ｖ２は、減圧後の気泡の所望の体積に依存して変化するが、約７％〜約１０％の範囲、ほぼ約７％〜約９％の範囲、理想的には８％は、全て特定の用途に依存する所望の体積である。Ｔ２は、ＳＣＲ溶液の凝固点であり、AdBlue(R)の場合、マイナス１１℃（２６２Ｋ）である。加圧されているときのＳＣＲ溶液における気泡の体積（すなわちＶ１）の算出は、式Ｖ１＝（Ｐ２）（Ｖ２）（Ｔ１）／（Ｐ１）（Ｔ２）によって行われる。上記式を用いて、以下の実施例に示すように、以下の試料が形成された。
【実施例】
【００１２】
主成分としての尿素、水および気泡を有する選択的触媒還元（ＳＣＲ）溶液の複数の異なる試料を作製する。別段の定めがない限り、本明細書において使用される単位ｍ／ｍは、材料の質量分率をいう。以下の表は、溶液中に存在し、本明細書においては集合的に「付加的な元素および化合物」と呼ぶ複数の様々な元素および化合物を含む、ＳＣＲ溶液の一般的特性を示している。
【表１】
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【００１３】
上の表に示され、かつ以下の試料にも含まれるように、本発明に従って準備される典型的なＳＣＲ溶液は、ＮＨ3（０％ｍ／ｍ〜０．２％ｍ／ｍ）、ビウレット（０％ｍ／ｍ〜０．２％ｍ／ｍ）、アルデヒド（約５ｍｇ／ｋｇ以下）、不溶物（約２０ｍｇ／ｋｇ以下）、リン酸エステル（約０．５ｍｇ／ｋｇ以下）、カルシウム（約０．５ｍｇ／ｋｇ以下）、鉄（約０．５ｍｇ／ｋｇ以下）、銅（約０．２ｍｇ／ｋｇ以下）、亜鉛（約０．２ｍｇ／ｋｇ以下）、クロム（約０．２ｍｇ／ｋｇ以下）、ニッケル（約０．２ｍｇ／ｋｇ以下）、アルミニウム（約０．５ｍｇ／ｋｇ以下）、マグネシウム（約０．５ｍｇ／ｋｇ以下）、ナトリウム（約０．５ｍｇ／ｋｇ以下）およびカリウム（約０．５ｍｇ／ｋｇ以下）などの、幾つかの付加的な元素および化合物を少量で含有する。
【００１４】
以下の実施例では、溶液とも呼ばれるＳＣＲ溶液が、まず溶液を調合することによって準備され、次いで、注入されたＳＣＲ溶液を形成するために気泡がそれぞれの溶液試料に加えられる。気泡は、空気または二酸化炭素の加圧ガスキャニスタを含む複数のソースによって、または、空気源に接続されたポンプによって溶液に通気し、ポンプを通過する溶液と気泡が混合されることによって、または、撹拌によって、準備されかつ導入される。この撹拌においては、撹拌された溶液を加圧しながら移動させるためのポンプと組み合わせて、溶液が撹拌され、これにより、気泡を溶液に混合させる。
【００１５】
実施例１
注入されたＳＣＲ溶液試料の第１のグループは、約６９％以下の水を含む、概ね約３１％よりも大きい尿素含有量を有する溶液と、そのグループの試料の残りを構成する上述の付加的な元素および化合物とを混合することによって準備される。２６２ケルビン（Ｋ）の温度および約１絶対ｂａｒの圧力で準備された注入された選択的触媒還元（ＳＣＲ）溶液を形成するために、気泡または溶解されたガスがそれぞれの溶液試料に導入される。１つの試料における１絶対ｂａｒの圧力における溶液と気泡との混合物の体積は、溶液および気泡を含む溶液の合計体積の約７％よりも大きい気泡を含む。第１のグループの別の試料は、約１絶対ｂａｒの圧力において、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約７％から（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約９％までの気泡を導入することによって準備される。全て約１絶対ｂａｒの圧力および約２６２Ｋの温度において、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約７．２５％、約７．５％、約７．７５％、約８％、約８．２５％、約８．５％および約８．７５％であるそれぞれの試料における気泡を含んだ、付加的な注入されたＳＣＲ溶液試料が準備される。全て約１絶対ｂａｒの圧力および約２６２Ｋの温度において、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約９％よりも大きい、約９．２５％、約９．５％、約９．７５％および約１０％であるそれぞれの試料の気泡を含んだ、付加的な注入されたＳＣＲ溶液試料が準備される。
【００１６】
別の試料が準備され、この場合、注入されたＳＣＲ溶液試料は、少なくとも約６ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度の下で準備され、２６２Ｋの温度と少なくとも約６ｂａｒの圧力において（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．３３％であるそれぞれの試料の気泡を生じる。別の試料は、少なくとも約６ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約２．０５％以下の注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００１７】
別の注入されたＳＣＲ溶液試料は、少なくとも約７ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．１４％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約７ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．７６％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。別の試料は、少なくとも約７．５ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．０７％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約７．５ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．６４％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００１８】
別の試料は、少なくとも約８ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．００％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約８ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．５４％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。別の試料は、少なくとも約３ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約２．６７％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約３ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約４．１０％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００１９】
別の試料は、少なくとも約１０ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約０．０８０％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約１０ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．２３％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００２０】
別の試料も準備され、この場合、溶液と気泡（ＳＣＲ溶液）は、約４０３Ｋ以下の温度で約３ｂａｒ〜約１０ｂａｒの範囲の多数の増分における圧力下で混合され、それぞれの試料の気泡は、ＳＣＲ溶液の合計体積の約４．１０％以下から、（圧力下で溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．２３％以上までである。
【００２１】
実施例２
注入されたＳＣＲ溶液試料の第２のグループは、約３１％ｍ／ｍ〜約３４％ｍ／ｍの尿素含有量範囲および約６９％ｍ／ｍ〜約６６％ｍ／ｍの水含有量範囲、約３１％ｍ／ｍ〜約３３％ｍ／ｍの尿素および約６９％ｍ／ｍ〜約６７％ｍ／ｍの水含有量範囲、約３１％ｍ／ｍ〜約３２％ｍｍの尿素および約６９％ｍ／ｍ〜約６８％ｍ／ｍの水含有量範囲、約３２％ｍ／ｍ〜約３４％ｍ／ｍの尿素および約６８％ｍ／ｍ〜約６６％ｍ／ｍの水含有量範囲、約３３％ｍ／ｍ〜約３４％ｍ／ｍの尿素および約６７％ｍ／ｍ〜約６６％ｍ／ｍの水含有量範囲、約３１％ｍ／ｍ〜約３３％ｍ／ｍの尿素および約６９％ｍ／ｍ〜約６７％ｍ／ｍの水含有量範囲、約３２％ｍ／ｍ〜約３３％ｍ／ｍの尿素および約６８％ｍ／ｍ〜約６７％ｍ／ｍの水含有量範囲、約３１％ｍ／ｍ〜約３２％ｍ／ｍの尿素および約６９％ｍ／ｍ〜約６８％ｍ／ｍの水含有量範囲と、そのグループの試料の残りの含有量を構成する上述の付加的な元素および成分とを有する、溶液試料をまず混合することによって準備される。
【００２２】
２６２ケルビン（Ｋ）の温度および約１絶対ｂａｒの圧力で準備された注入された選択的触媒還元（ＳＣＲ）溶液を形成するために、気泡または溶解されたガスが、それぞれの溶液試料に導入される。１つの試料における１絶対ｂａｒの圧力での溶液と気泡との混合物の体積は、溶液および気泡を含む溶液の合計体積の約７％よりも大きい気泡を含む。第１のグループの別の試料は、約１絶対ｂａｒの圧力において、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約７％から（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約９％までの気泡を導入することによって準備される。全て約１絶対ｂａｒの圧力および約２６２Ｋの温度において、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約７．２５％、約７．５％、約７．７５％、約８％、約８．２５％、約８．５％および約８．７５％であるそれぞれの試料内に気泡を含んだ、付加的な注入されたＳＣＲ溶液試料が準備される。全て約１絶対ｂａｒの圧力および約２６２Ｋの温度における、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約９％よりも大きい、約９．２５％、約９．５％、約９．７５％および約１０％であるそれぞれの試料の気泡を含んだ、付加的な注入されたＳＣＲ溶液試料が準備される。
【００２３】
別の試料が準備され、この場合、注入されたＳＣＲ溶液試料は、少なくとも約６ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度の下で準備され、２６２Ｋの温度と少なくとも約６ｂａｒの圧力において（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．３３％であるそれぞれの試料の気泡を生じた。別の試料は、少なくとも約６ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約２．０５％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００２４】
別の注入されたＳＣＲ溶液試料は、少なくとも約７ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．１４％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約７ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．７６％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。別の試料は、少なくとも約７．５ｂａｒと、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．０７％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約７．５ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．６４％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００２５】
別の試料は、少なくとも約８ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．００％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約８ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．５４％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。別の試料は、少なくとも約３ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約２．６７％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約３ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約４．１０％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００２６】
別の試料は、少なくとも約１０ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約０．０８０％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約１０ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．２３％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００２７】
別の試料も準備され、この場合、溶液と気泡（ＳＣＲ溶液）は、約４０３Ｋ以下の温度で約３ｂａｒ〜約１０ｂａｒの範囲の多数の増分における圧力下で混合され、それぞれの試料の気泡は、ＳＣＲ溶液の合計体積の約４．１０％以下から、（圧力下で溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．２３％以上までである。
【００２８】
実施例３
ＳＣＲ溶液試料の第３のグループは、概ね約３２．５％ｍ／ｍの尿素含有量および約６７．５％ｍ／ｍの水と、そのグループの試料の残りを構成する上述の付加的な元素および化合物とを有する溶液試料をまず混合することによって準備される。
【００２９】
２６２ケルビン（Ｋ）の温度および約１絶対ｂａｒの圧力で準備された注入された選択的触媒還元（ＳＣＲ）溶液を形成するために、気泡または溶解されたガスがそれぞれの溶液試料に導入される。１つの試料における１絶対ｂａｒの圧力での溶液と気泡との混合物の体積は、溶液および気泡を含む溶液の合計体積の約７％よりも大きい気泡を含む。第１のグループの別の試料は、約１絶対ｂａｒの圧力において、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約７％から（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約９％までの気泡を導入することによって準備される。全て約１絶対ｂａｒの圧力および約２６２Ｋの温度において、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約７．２５％、約７．５％、約７．７５％、約８％、約８．２５％、約８．５％および約８．７５％であるそれぞれの試料内に気泡を含んだ、付加的な注入されたＳＣＲ溶液試料が準備される。全て約１絶対ｂａｒの圧力および約２６２Ｋの温度における、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約９％よりも大きい、約９．２５％、約９．５％、約９．７５％および約１０％であるそれぞれの試料の気泡を含んだ、付加的な注入されたＳＣＲ溶液試料が準備される。
【００３０】
別の試料が準備され、この場合、注入されたＳＣＲ溶液試料は、少なくとも約６ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度の下で準備され、２６２Ｋの温度と少なくとも約６ｂａｒの圧力において（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．３３％であるそれぞれの試料の気泡を生じる。他の試料は、少なくとも約６ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約２．０５％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じる。
【００３１】
別の注入されたＳＣＲ溶液試料は、少なくとも約７ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．１４％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約７ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．７６％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。別の試料は、少なくとも約７．５ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．０７％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約７．５ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．６４％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００３２】
別の試料は、少なくとも約８ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．００％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約８ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．５４％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。別の試料は、少なくとも約３ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約２．６７％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約３ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約４．１０％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００３３】
別の試料は、少なくとも約１０ｂａｒの圧力と、２６２Ｋの温度で準備され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約０．０８０％である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生ぜしめ、第２のグループは、約１０ｂａｒの圧力と、４０３Ｋ以下の温度で混合され、（溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．２３％以下である注入されたＳＣＲ溶液における気泡を生じた。
【００３４】
別の試料も準備され、この場合、溶液と気泡（ＳＣＲ溶液）は、約４０３Ｋ以下の温度で約３ｂａｒ〜約１０ｂａｒの範囲の多数の増分における圧力下で混合され、それぞれの試料の気泡は、ＳＣＲ溶液の合計体積の約４．１０％以下から（圧力下で溶液および気泡を含む）注入されたＳＣＲ溶液の合計体積の約１．２３％以上までである。
【００３５】
上記実施例に示された、準備された注入されたＳＣＲ溶液試料は、次いで、車両の選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムにおいて使用される。ここで図１を参照すると、車両１２において使用するためのＳＣＲシステム１０の概略図が示されている。ＳＣＲシステム１０は、気泡を導入する前に上記の実施例において示された溶液を保持するための、または、上記の実施例１、実施例２および実施例３に従って準備された、注入されたＳＣＲ溶液１６を保持するための、供給タンク１４を有する。
【００３６】
供給タンク１４には、ＳＣＲ溶液１５または注入されたＳＣＲ溶液１６に浸漬されたポンプ１８，１８’が配置されている。ポンプ１８，１８’は、溶液入口２０と、この溶液入口２０において吸引力を生ぜしめるポンプエレメント２４とを有し、従って、注入されたＳＣＲ溶液１６またはＳＣＲ溶液１５をポンプ出口２２へ送る。ポンプエレメント２４は、溶液１５または注入されたＳＣＲ溶液１６を移動させることができるあらゆるタイプの適切な構成部材であり、ベーンポンプエレメント、インペラポンプエレメント、ピストンポンプエレメントおよびダイヤフラムエレメントを含むことができるが、これらに限定されない。
【００３７】
ポンプ１８の出口２２はホース２６に接続されている。ホース２６は、供給タンク１４から還元剤デリバリユニット２８まで延びている。ＳＣＲ溶液１５または注入されたＳＣＲ溶液１６は出口２２からホース２６へ出る。注入されたＳＣＲ溶液１６がホース２６を通って送られるところでは、ホース２６はポリプロピレンまたはその他のより高価でない材料から形成されている。なぜならば、気泡を含んだ注入されたＳＣＲ溶液１６の使用は、凍結のためのスペースを提供し、ホース２６のき裂を防止するからである。
【００３８】
図２Ａおよび図２Ｂも参照すると、コネクタ３２に接続されたホース２６の端部３０を示している。コネクタ３２は、還元剤デリバリユニット２８に接続されている。図３〜図５も参照すると、還元剤デリバリユニット２８は、入口３６を備える本体３４を有する。入口３６は、コネクタ３２を通じてホース２６から、注入されたＳＣＲ溶液１６を受け取る。コネクタ３２と、ＲＤＵ２８の本体３４との間のシールされた接続は、上側シール３８および中間シール４１によって提供されている。上側シール３８は、フランジ片３７と、本体３４の上端部とによって形成された上側溝３９に位置決めされている。中間シール４１は、本体３４の減径部によって形成された中間溝４３に位置決めされている。上側シール３８および中間シール４１は、ＲＤＵ２８の本体３４の一部の周囲に配置されており、コネクタ３２と本体３４との間に２つの封止箇所を形成しており、これにより、本体３４とコネクタ３２との間の領域からの、注入されたＳＣＲ溶液１６の漏れを防止している。上側シール３８および中間シール４１が示されかつ説明されているが、より多数または少数のシールが提供されることも本発明の範囲である。
【００３９】
ＲＤＵ２８の本体３４は、取付け領域４０を有する。取付け領域４０は、分解チューブ４２に形成された開口４４に係合するように滑り込む。分解チューブ４２は、排気管４７の排気流路４６に接続されている。発明の１つの実施の形態では、排気流路４６は、触媒コンバータ４９の上流において車両排気システム４３に接続されている。触媒コンバータ４９は、図１に示された車両排気システム４２において排気管４７に接続されている。
【００４０】
ＲＤＵ２８の本体３４は、分解チューブ４２内へ延びた出口５４を有する。ＲＤＵ２８の本体３４は、入口３６と出口５４との間に延びる流体通路５６を有し、この流体通路５６において、注入されたＳＣＲ溶液１６がＲＤＵ２８を通って流れる。車両１２の運転中、ＳＣＲシステム１０が作動させられ、ポンプ１８が、溶液１５または注入されたＳＣＲ溶液１６を供給タンク１４から引き込み、注入されたＳＣＲ溶液１６をホース２６内へ送る。ホース２６およびＲＤＵ２８内に含まれた、注入されたＳＣＲ溶液１６は、ポンプ１８によって加圧される。加圧された、注入されたＳＣＲ溶液１６がＲＤＵ２８に進入すると、溶液は流体通路５６に流入し、流体通路５６には、ばね付勢されたピストン弁５８と、ボール弁６０とが流体通路５６内に位置決めされており、注入されたＳＣＲ溶液１６が加圧されると、注入されたＳＣＲ溶液１６は、選択的に流体通路５６を通過し、ばね付勢されたピストン弁５８およびボール弁６０を通過し、これにより、出口５４を通じて溶液を噴霧する。車両１２が作動停止されると、ＳＣＲシステム１０のポンプ１８も作動停止され、ＳＣＲシステム１０は減圧される。これにより、ばね付勢されたピストン弁５８およびボール弁６０は閉鎖位置へ移動し、注入されたＳＣＲ溶液１６が出口５４から漏れるのを防止する。ＲＤＵ２８およびホース２６内の注入されたＳＣＲ溶液１６の圧力は減じられ、注入されたＳＣＲ溶液１６の凍結防止性能を以下に説明する。
【００４１】
ここで図３〜図５を参照すると、注入されたＳＣＲ溶液１６内の気泡の加圧および減圧の効果が示されている。本発明によれば、図３は、加圧された状態の、注入されたＳＣＲ溶液１６を示している。加圧された状態では、気泡６２は、ポンプ１８によって生ぜしめられた圧力上昇により生じた、注入されたＳＣＲ溶液１６の圧力により、収縮されている。加圧された気泡６２は、加圧されているときの注入されたＳＣＲ溶液１６の約１％〜約２％を占めている。しかしながら、体積は、システムにおける温度および圧力に依存して変化する。上記の実施例に記載した式を用いて、実際の体積を計算することができる。
【００４２】
車両１２が作動停止され、ＳＣＲシステム１０が、約１絶対ｂａｒの圧力に減圧されると、図４および図５に示したように、圧縮された気泡６２が、膨張した気泡６４となる。膨張した気泡６４は、大幅に大きくなり、注入されたＳＣＲ溶液１６の約６％よりも大きな空間体積を生じる。図５は、注入されたＳＣＲ溶液１６が凍結し始めるときのＲＤＵユニット２８を示しており、これは、通常約マイナス１１℃において生じる。膨張した気泡６４は拡張し、注入されたＳＣＲ溶液１６の液体部分の凍結する液体を受け入れる。注入されたＳＣＲ溶液１６における減圧された気泡６４が存在するときも、図５に示したようにホース２６において同様の結果が見られる。
【００４３】
図６〜図８は、本発明による注入されたＳＣＲ溶液１６を形成するために溶液１５の試料に気泡を導入するための３つの異なる択一的な実施の形態を示している。ここで図６を参照すると、供給タンク１４は、溶液１５を含んでおり、ポンプエレメント２４を備える。ポンプエレメント２４は、溶液を受け取る液体入口６８と、溶液１５の流体レベルの上方に配置された供給タンク１４の上部空間まで延びたスノーケル７２に接続された空気入口７０とを有する。スノーケル７２は、空気入口７０を通じて上部空間７４からポンプ１４のポンプエレメント２４へ空気を引き込む。上部空間７４からの空気は、ボール弁７６を流過することによって空気入口７０に進入し、そこで、空気は溶液１５と混合され、気泡を生じ、本発明に従ってポンプ出口を通過する注入されたＳＣＲ溶液１６を形成する。
【００４４】
ここで図７を参照すると、発明の第２の実施の形態が示されており、この場合、供給タンク１４は、溶液１５と、溶液１５内に配置された、浸漬されたポンプ１８とを有する。ポンプ１８は、図６におけるポンプと同様に、液体入口６８および空気入口７０を有する。しかしながら、空気入口７０はガスホース７８に接続されている。ガスホース７８は、二酸化炭素、空気または酸素などの加圧されたガスを含む圧縮ガスキャニスタ８０まで延びている。制御装置８２は、圧縮ガスキャニスタ８０からガスホース７８へ流入するガス量を制御するために圧縮ガスキャニスタに接続されている。圧縮ガスは、ボール弁７６を流過し、空気入口７０を通じてポンプ１８に進入する。ポンプ１８のポンプエレメント２４は、空気入口７０を通って進入するガスを、適切な量で液体入口６８を通って進入する溶液１５と混合し、本発明による注入されたＳＣＲ溶液１６を形成する。
【００４５】
ここで図８を参照すると、発明の第３の実施の形態が示されており、この場合、供給タンク１４は、供給タンク１４内で形成された、注入されたＳＣＲ溶液１６を有する。発明のこの実施の形態では、ファンまたは可動なポンプ部材として示された攪拌器８４が、供給タンク１４内の注入されたＳＣＲ溶液１６を混合しかつ乱流にし、これにより、供給タンク１４の上部空間７４からの空気は、注入されたＳＣＲ溶液１６内に混合され、注入されたＳＣＲ溶液１６に気泡を形成する。発明のこの実施の形態は、注入されたＳＣＲ溶液１６を引き込む１つの液体入口６８’を備えるポンプ１８’を有する。
【００４６】
本発明の説明は本質的に単に例示的であり、ひいては、本発明の要旨から逸脱しない変更は、本発明の範囲に含まれるものとする。このような変更は、本発明の思想および範囲からの逸脱であると見なされるものではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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