(57)【要約】  試薬を注入する注入器は、ハウジング内に配置された軸方向平行移動バルブ部材を含む。電磁石は、ハウジング内に配置され、通電するとオリフィスに対して前記バルブ部材をシート位置と非シート位置との間で移動させるように作動する前記バルブ部材に近接配置されたワイヤコイルを含む。毛細管は、液体試薬を常圧蒸気に転換し、それを前記オリフィスに供給するように設けられている。
2015533996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気装置内に液体炭化水素を注入する注入器であって、
出口オリフィスを規定し、試薬供給源から液体炭化水素を受けるように用いられる入口管と、前記試薬供給源に炭化水素を戻すように用いられる戻り管とを有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された軸方向平行移動バルブ部材と、
前記ハウジング内に配置され、前記バルブ部材に近接配置されたワイヤコイルを含み、通電すると前記オリフィスに対して前記バルブ部材をシート位置と非シート位置との間で移動させる電磁石と、
前記入口管と前記オリフィスとの間に設けられた毛細管と、
を有することを特徴とする注入器。
【請求項２】
前記毛細管が加熱エレメントを含むことを特徴とする請求項１記載の注入器。
【請求項３】
前記毛細管が前記ハウジングの内側に配置されていることを特徴とする請求項２記載の注入器。
【請求項４】
前記液体炭化水素がディーゼル燃料であることを特徴とする請求項３記載の注入器。
【請求項５】
前記液体炭化水素を常圧蒸気に変換することを特徴とする請求項４記載の注入器。
【請求項６】
前記バルブ部材が前記シート位置にあるときに、前記入口管を通る第１の方向と前記戻り管を通る逆向きの第２の方向とに前記液体炭化水素が同時に流れることを特徴とする請求項１記載の注入器。
【請求項７】
前記ハウジング内に配置され、前記入口管に連通する複数の毛細管を含む下部本体をさらに有することを特徴とする請求項６記載の注入器。
【請求項８】
前記複数の毛細管のうちの少なくとも１つがヒータを有することを特徴とする請求項７記載の注入器。
【請求項９】
排気システム内に液状試薬を注入する注入器であって、
出力オリフィスを規定するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された軸方向平行移動バルブ部材と、
前記ハウジング内に配置され、通電すると前記オリフィスに対して前記バルブ部材をシート位置と非シート位置との間で移動させる電磁石と、
試薬供給源から加圧された試薬を受けるのに適合する入口管と、
前記試薬供給源に試薬を戻すのに適合する戻り管と、
前記ハウジング内に配置され、前記ハウジングとの間に試薬が通流する流路を少なくとも一部に規定する内部本体と、
前記入口管に流体が通流するように接続された毛細管と、を具備し、
前記試薬は、前記入口管から流入し、前記バルブ部材が前記シート位置にあるときに前記戻り管への前記流路を通流し、前記バルブ部材が前記非シート位置にあるときに前記出力オリフィスの外へ出ていくことを特徴とする注入器。
【請求項１０】
前記毛細管は、前記毛細管内の流体が前記試薬である場合には、前記試薬の温度を上昇させ、大気圧で前記試薬が前記毛細管から離れていくときに前記液体試薬を霧状化することを特徴とする請求項９記載の注入器。
【請求項１１】
前記ハウジングは、前記入口管から前記オリフィスに前記試薬を選択的に導くために複数の加熱された毛細管を含むことを特徴とする請求項９記載の注入器。
【請求項１２】
前記液状試薬は、大気圧に暴露され、かつ前記バルブ部材が非シート位置にあるときに、霧状化されることを特徴とする請求項１１記載の注入器。
【請求項１３】
前記試薬は、前記入口管から前記流路を通って流れ、続いて前記バルブの部分を冷却する前記戻り管に入ることを特徴とする請求項９記載の注入器。
【請求項１４】
前記ハウジング内に配置され、前記毛細管、前記軸方向平行移動バルブ部材および前記戻り管に連通するマニホールドをさらに規定することを特徴とする請求項９記載の注入器。
【請求項１５】
排気装置内に液状試薬を注入する注入器であって、
入口管、戻り管および出口オリフィスを規定するハウジングと、
前記ハウジング内に配置された軸方向平行移動バルブ部材と、
前記ハウジング内に配置され、試薬が流れる流路の少なくとも一部を規定し、戻り流路および毛細管を含み、前記バルブ部材がシート位置にあるときに、前記試薬は前記入口管から前記流路を通って流れ、前記戻り管への流路に戻され、前記バルブ部材が非シート位置にあるときに、前記試薬は前記入口管から前記毛細管を通って流れ、前記オリフィスから出ていくように構成された本体と、
を有することを特徴とする注入器。
【請求項１６】
前記毛細管は、液相中に前記試薬を保持することを特徴とする請求項１５記載の注入器。
【請求項１７】
前記毛細管を離れるときに前記試薬が霧状化されることを特徴とする請求項１６記載の注入器。
【請求項１８】
前記毛細管は加熱されることを特徴とする請求項１５記載の注入器。
【請求項１９】
前記毛細管の温度はパルス幅変調制御器を用いて維持されることを特徴とする請求項１５記載の注入器。
【請求項２０】
各々が第１端で前記入口管に接続され、かつ第２端で前記オリフィスに連通する複数の加熱された毛細管をさらに有することを特徴とする請求項１５記載の注入器。
【請求項２１】
前記試薬はディーゼル燃料を有し、前記バルブ部材が前記シート位置にある間に前記毛細管内の前記試薬が５℃と９５℃の間の温度に保持されることを特徴とする請求項１５記載の注入器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の開示は注入装置に係り、とくにディーゼルエンジン排気から出てくる窒素酸化物（NOx）を低減するために排気ガス流中に液体ディーゼル燃料や尿素水溶液のような試薬を注入する注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本欄は従来技術に必ずしも必要とされない本願の開示に関連する背景技術情報を提供する。リーン燃焼（希薄燃焼）は、有効な燃料の完全燃焼のために必要とされる量よりも多い酸素の量、すなわち酸素過剰を伴う操作により燃料効率の改善を提供するものである。そのようなエンジンは「リーン」又は「リーン混合」で運転される。しかしながら、このリーン燃焼は、燃料経済を改善または増加させるものではあるが、非リーン燃焼とは反対に、望ましくない汚染排出物の放出、とくに窒素酸化物（NOx）の放出によりその価値が半減される。
【０００３】
内燃機関から大気中に放出されるNOxを低減するために用いられる方法の１つとして選択接触還元法（SCR）が公知である。SCRは、例えばディーゼルエンジンから放出されるNOxを低減するために用いられる場合に、排気ガス温度、エンジン燃料流により測定されるエンジン回転数またはエンジン負荷、ターボブースト圧力、または排気NOx質量流量などのような１つ又はそれ以上の選択されたエンジン運転パラメータに関係するエンジンの排気流中に霧状の試薬を注入することを含む。試薬/排気ガスの混合物は、試薬の存在下でNOx濃度を低減しうる触媒、例えば活性炭または白金、バナジウム、またはタングステンのような金属触媒を有する反応器に通過される。
【０００４】
ディーゼルエンジン用のSCR装置に効果的な試薬として尿素水溶液が公知である。しかし、尿素水溶液の使用は種々の不利益がある。尿素は、高い腐食性を有し、SCR装置の機械部品を攻撃して損傷を与えるものである。また、尿素は、ディーゼル排気システムのような高温に長時間曝されていると凝固する傾向もある。凝固した尿素は、注入器内に通常みられる狭い流路および出口オリフィス開口に堆積し、注入器の部品の作動不良を引き起こし、またあらゆる開口または尿素通路を詰まらせ、注入器を使用できなくしてしまう。
【０００５】
いくつかの試薬注入装置では、遠く離れたところに収容された水性尿素の凝固および熱移動を最小とするために連続的にポンプ送りするように、ポンプ、供給ライン、および戻りラインを含むように構成されている。一般的に、注入器は、供給ラインに接続された入口と、戻りラインに連結され間隔をあけて離れた出口とを備えている。このように構成された注入器は、これまで十分に機能していたが、設備および１つ以上の試薬通流ラインの適用に関してパッケージングおよびコストの問題が生じるかもしれない。他の考慮点としては、取付けの容易さ、試薬の流れの均一性、および熱源から遠く離れた試薬入口を移動させることに関して見込まれる利益がある。また、液体燃料または尿素を排気中に注入する注入器を含む改良装置を提供することが望ましい。それは液体燃料を気化することの利点であってもよい。そのようなものとして、一体化した毛細管エアロゾル発生器を含む注入器を提供することができる。
【発明の概要】
【０００６】
本欄は開示の一般的な要旨を提供するものであり、その全範囲又はその特徴の包括的な開示ではない。
【０００７】
排気装置内に液体炭化水素を注入するための弁ノズルを持つ注入器を開示する。注入器はハウジング内に配置された軸方向平行移動バルブ部材を含んでいる。電磁石は、ハウジング内に配置され、通電するとオリフィスに対して前記バルブ部材をシート位置と非シート位置との間で移動させるように作動する前記バルブ部材に近接配置されたワイヤコイルを含む。入口管は供給源から加圧液体炭化水素を受けるように構成されている。毛細管は、霧状化した液体炭化水素を弁ノズル内に選択的に供給するために入口管と弁ノズルとの間に配置されている。
【０００８】
排気装置内に試薬を注入する注入器を開示する。注入器はハウジング内に配置された軸方向平行移動バルブ部材を含む。電磁石は、通電するとオリフィスに対して前記バルブ部材をシート位置と非シート位置との間で移動させるようにハウジング内に配置されている。入口管は、供給源から加圧試薬を受け、それをフィード毛細管に供給するように構成されている。フィード毛細管は、注入ノズルに加熱試薬を供給するように構成されている。内側本体は、該内側本体とハウジングとの間に試薬を通流させる流路（通流パス）を少なくとも部分的に規定するハウジング内に配置されている。試薬は、入口管から入り、注入器を冷却するためにバルブ部材がシート位置にあるとき、通流路およびバイパス通路を通って戻り管に戻るように流れる。試薬の一部は、入口管からフィード毛細管に通流し、バルブ部材が非シート位置にあるとき、オリフィスの外へ出ていく。
【０００９】
本願開示の適応性の更なる広がりはここに提供した記載から明らかになるはずである。このサマリー概要の記載と具体的な例は、図示の目的のためのみに示されたものであり、本願の開示の範囲を何ら限定するものではない。
【００１０】
ここに記載した図面は、選択した実施の形態のみを目的として図示するためのものであり、本願開示の範囲を何ら限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本願開示の教示に従って構成された電磁制御された試薬注入器を含む模範的な排気処理装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、試薬注入器の斜視図である。
【図３】図３は、図２に示した注入器を示す縦断面図である。
【図４】図４は、図２と図３に示した試薬注入器の分解斜視図である。
【図５】図５は、図２〜図４に示した注入器の拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
対応する参照符号は図中の多様な視野を通して相当部品を示すものである。
【００１３】
本願は、ディーゼルエンジン及びNOx放出の低減に関連することが記載され、またこれらのみに限定されないがディーゼル、ガソリン、タービン、燃料電池、ジェット又は放出流を出力するいずれか他の動力源から排出される多くの排気流のうちのいずれか１つに用いることができる点について教示するものであると理解される。また、本願は、多くの望ましくない排気物のうちのいずれか１つを低減するのに用いられることを教示するものである。例えば、ディーゼル排気微粒子フィルタ用の炭化水素の注入は、本願の開示の範囲内に入るものである。追加的な記載として、「アトマイズ流体注入方法及び装置」の名称で2011年11月1日に発行された米国特許番号8,047,452号公報に教示されていることに注意を喚起し、それを参照することにより本願にそれが包含されるものである。
【００１４】
図を参照すると、内燃機関21の排気からNOx放出を低減するための汚染制御装置8が設けられている。図１において、装置要素の相互間に引いた実線は試薬の流路を示し、破線は電気的接続を示す。本願装置は、試薬を保持するための燃料又は試薬タンク10およびタンク10から試薬を送るための送液モジュール12を含む。試薬は、例えばディーゼル燃料、アルキルエステル、アルコール、有機化合物、または尿素水溶液のような炭化水素である。また、試薬は、これらの試薬のうちの２つ以上を混合するか又は組合せたものとすることができる。
【００１５】
任意に、部分酸化炭化水素分子（ディーゼル又はエタノール）は、NOx除去のためのSCRと一緒に用いられるときに還元剤として作用しうるものである。また、尿素溶液は、反応に寄与する還元剤として用いられ、排気ガスからNOx成分を取り除くことができる。１つ又はそれ以上の試薬は、排気装置内において有用であり、単体または２つ以上を組み合わせて用いられ得るものである。タンク10および送液モジュール12は、一体化した試薬タンク/送液モジュールとして形成してもよい。また、装置8の一部として電子注入コントローラ14が提供される。排気装置18は、少なくとも１つの触媒床17に排気ガス流を付与する排気導管16を含んでいる。試薬がディーゼル燃料またはエタノールのような炭化水素であるときに、排気流中のエンジン後に試薬を注入すると、炭化水素の酸化と発熱の形成が引き起こされる。この発熱は、集めた煤がディーゼル排気微粒子フィルタから焼き払われるという作用を可能とする。また、発熱は、低い排気温度レベルにおいて、触媒床17、またはディーゼル用酸化触媒（DOC）、選択接触還元（SCR）、リーンNOx触媒（LNC）あるいはリーンNOxトラップ（LNT）のようなコンポーネントを昇温させるという作用を可能とする。
【００１６】
送液モジュール12は、供給ライン9を介してタンク10から試薬または燃料を供給するポンプを有することができる。タンク10は、ポリプロピレン、エポキシ被覆炭素鋼、ＰＶＣまたはステンレス鋼を材料とし、その用途（例えば車両サイズ、対象とする車両の用途など）に応じた大きさとすることができる。圧力調整器（図示せず）は、所定の圧力設定点（例えば、およそ60〜80 psiの相対的に低い圧力、またはいくつかの実施の形態における60〜150 psiの圧力）で試薬注入器16に供給した試薬の圧力を維持するように設けられている。この圧力調整器は、試薬注入器16からタンク10への戻りライン35のなかに配置するようにしてもよい。圧力センサを試薬注入器16に導かれる供給ライン9に設けるようにしてもよい。
【００１７】
装置は、凍結した試薬を溶かすため又は試薬を凍結から防ぐために種々の凍結防止方策を含むことができる。装置の運転中において、注入器が排気流中に試薬を注入しているか否かに拘わらず、試薬注入器16を冷却するため、および試薬注入器16内での試薬の滞留時間を最小にするために、タンク10と試薬注入器16との間で試薬を連続的に循環させることができ、これにより試薬が冷たいままの状態におかれる。エンジン排気装置内で経験される300℃〜650℃に上昇した温度に曝されると凝固する尿素水溶液のように温度に敏感な温度感受性試薬のために試薬を連続的に循環させることが必要である。
【００１８】
さらにまた、試薬混合物を140℃より低い温度に維持することが望ましく、また試薬の凝固を確実に防ぐのを保証するためには試薬混合物を5℃〜95℃の低い運転温度範囲に維持することが好ましい。仮に試薬が凝固した場合に、凝固した試薬は、注入器の可動部分、連通するフィード毛細管および開口に詰りを生じさせる。
【００１９】
注入すべき試薬の量は、負荷、排気ガス温度、排気ガス流、エンジン燃料噴射タイミング、所望NOx削減、気圧、相対湿度、EGR（排気ガス再循環）流量およびエンジン冷媒温度により種々変わり得る。NOxセンサ又はメーター25が触媒床17よりも下流に配置されている。NOxセンサ25は、エンジン制御ユニット27に排気中NOx量を表示する信号を出力するように操作されうるものである。エンジン運転パラメータの全部またはいくつかがエンジン/車両データバスを介してエンジン制御ユニット27から試薬電子注入コントローラ14に送られる。エンジン制御ユニット27の一部として試薬電子注入コントローラ14を含ませることもできる。排気ガス温度、排気ガス流および排気背圧、およびこれら以外の他の車両運転パラメータがそれぞれのセンサによりそれぞれ測定されるようになっている。注入コントローラ14は、下記するようにピントル156と毛細管ヒータ256の作動を制御するための機能をもつ注入器コントローラを提供する。
【００２０】
図２〜図５を参照すれば、試薬注入器16は、カートリッジ本体アッセンブリ50、外部電磁石アッセンブリ52、取付板54、入口アッセンブリ56、および外部アッセンブリ58を含む。カートリッジ本体アッセンブリ50は、管状の内部本体62に固定した管状の外部本体60を含む。外部本体60は、第１端64および対向する第２端66を含む。
【００２１】
外部本体60は、縮径部75を持つ実質的に円筒状のボア76を規定する内面72を含む。また、外部本体60は拡径部74も含む。内部本体62は、そこを貫通して規定されたボア78を持つ実質的な中空管チューブである。ボア78は第１の縮径部80および第２の拡径部82を含む。
【００２２】
内部本体62は、レーザーまたはろう付けプロセスを用いて外部本体60に固定されている。外部本体60に対する内部本体62の固定は下部チャンバ90を規定している。下部チャンバ90の一部は、後述するように、毛細管試薬供給を取り囲むとともに保護する毛細管供給通路86を規定している。
【００２３】
カートリッジアッセンブリ50は、下部ガイド96およびスロット孔オリフィス板100を含むこともできる。下部ガイド96は、外部本体60の縮径部75のなかにぴったりと収まるサイズの実質的に円筒形状の外周面を含む。ボア104は、冷却流体を通流させるために下部ガイド96を貫通して延びている。
【００２４】
オリフィス板100は、円錐弁座142と同軸に配置されたオリフィス140を含む。使用時において、旋回スロット132の円筒部136はオリフィス140と円錐弁座142とが同軸に隣接するサークル流路を規定する。オリフィス板100は、内部本体62の縮径部79にぴったりと合うサイズである外筒表面148を含む。オリフィス板100は、上述のように所定の位置に溶接されている。
【００２５】
ピントル156は、ボア78の拡径部82のなかにスライド可能に配置されている。ピントル156は、円錐状の第１の端158およびこれに対向する第２の端160を含む。第１の端158は、シート状態にあるときに、ピントル156のシート位置および近接位置を規定するためにオリフィス板100の弁座142に選択的に係合される。第２の端160は、延び出したピントル156に規定されたセントラルボア184に連結する開口246を規定する。ピントル156が弁座142から間隔をあけて離れているときに、非シート状態での開放位置が存在する。示されるように、弁座142は、オリフィス140を通過する試薬の流れを制限するためにピントル156の円錐状の第１の端158を補完するように円錐形または円錐形状とすることができる。用途と運転環境に応じて、ピントル156及びオリフィス板100は、金属、セラミック、または炭化物材料からつくることができ、所望の性能特性を提供でき、かつ、より簡易でコスト効果のある製造を提供できる。また、オリフィス板100は、代わりの材料として析出硬化材料、例えばCPM S90Vまたは440Cステンレス鋼から構成されるようにしてもよい。
【００２６】
ピントルヘッド162は、ボア78内にスライド可能に配置され、周囲にスペースを空けて離れた複数の第１の開口170および複数の第２の開口171を含むピントル156に連結されている。ピントルヘッド162は、バルブの用途上そこを流体が通って流れるように開口173を規定することができる。ピントル156と内面70との間に適合するランニングクラス・スリップは、注入軸155に沿う平行移動のためにピントルバルブ156のために上部ガイドを提供するものである。
【００２７】
電磁石アッセンブリ52は、ボビン202の周囲に巻き付けられたワイヤコイル200を含む。ピントルヘッド162は、コイル200への通電によりピントルヘッド162および接続されたピントル156を弁座142から引き離す第１の方向に付勢する磁場を生成する４３０ステンレス鋼のような磁石材料で構成されている。コイル200に通電すると、ピントル156の第１端158が弁座142から離れ、試薬がオリフィス140を通過して流れるようになる。
【００２８】
例えば、電子注入コントローラ14からの信号に応じて、外面被覆されたハウジング208のレセプタクル206に対するアクセスを介してコイル200に電力を供給することができる。外面被覆ハウジング208は、内側本体62に規定されたスロット209を通して内側本体62に連結することができる。
【００２９】
フラックスフレーム210は、ボビン202及びコイル200の周囲をとりかこむチューブ212を含む。エンドキャップ214は、チューブ212から外部本体60の外面まで延び出ている。カートリッジアッセンブリ50は、取付板54と同様に電磁石アッセンブリ52を通って延び出ている。外部本体60は、近接配置されたピントルヘッド162と同様に取付板54の取付面222に近接する取付板54にレーザー溶接されている。レーザー溶接は、取付板54と外部本体60との間にシールを形成するために３６０度途切れずに連続して延びている。追加のエラストマーシールが要求されることはない。
【００３０】
入口アッセンブリ56は、300系ステンレス鋼からなる入口管236と入口フィルタ232を含む。入口管236は、全体被覆されたハウジング208内に形成されたポケット242のなかに受け容れられるべき大きさの第１の端240を含む。入口管236は、出口アッセンブリ58と取付板54との間に電磁石アッセンブリ52を保持するために内部本体62にレーザー溶接されている。入口管236は、細長く伸びたピントル156のセントラルボア184に連通している。
【００３１】
図３〜図５に最もよく示されるように、試薬はバルブアッセンブリに入ると直ぐに２つに区分けされた流路に分かれて流れる。第１の流路または冷却流路には、車両の定常運転中に試薬を冷やすためにバルブを通して試薬が循環されるようになっている。これに関連して、排気装置内で試薬を必要としないとき、ピントル156はシート位置にあり、バルブ部品を保護するために冷却している液体試薬をバルブを通して循環させる。第２の試薬流路は、スプリッティングマニホールド260および１つ又はそれ以上の毛細管252を通るものである。毛細管252は、バルブが閉じているときに、該バルブ内に見られる温度と圧力で試薬を液相に維持する機能を有するものである。さらに、毛細管252は、バルブが開いた状態にあるときに、試薬を液相から気相に変換するものである。液体試薬は、毛細管252を通ってポンプ送りされ、毛細管252を離れた途端に蒸気に変わる。蒸気試薬は弁座142を通過して移送され、排気装置18内に蒸気または霧状の試薬として供給される。
【００３２】
第１の流路274において、試薬注入器16のピントル156が閉位置にあるとき、閉ループ試薬流路が提供される。試薬は、タンク10から送液モジュール12を介して入口管230に供給される。冷却ループまたは回路254において、試薬は、入口フィルタ232、入口流路234およびマニホールド260を通ってセントラルボア184に流入する。試薬は、孔170を通って連続して流れ、内部本体62の戻り孔またはボア244に流入するときに、熱が取り除かれる。加圧試薬は、温度が適当なレベルに達するか又はピントル156が開放されるまで、ピントル156の孔170および細長ピントル156のセントラルボア184を通って連続して流れる。絞り部186は、試薬の戻り流量を制御できる孔244を含む。出口管235は、孔244に連結され、タンク10に戻る試薬を受け取る。試薬が排気装置内に注入されないとき、試薬、例えばタンク10内に貯留された試薬は、下部チャンバ90を通流するように連続的にポンプ送液され、オリフィス板100から熱を伝えられ、オリフィス板100に熱を伝える。
【００３３】
電磁石アッセンブリ52に通電すると、ピントル156が弁座142から移動する。それにより加圧試薬がマニホールド260およびキャピラリーカップリング部材270に通流する。キャピラリーカップリング部材270から、試薬は、液体が毛細管252を通るように第２流路276のなかを通流する。毛細管252を出るときに、液体試薬は液相から気相に変わり、オリフィス板100の循環部136に入るために旋回スロット132の各々に流れる。オリフィス140と旋回スロット132との差圧に基づいて、旋回スロット132の接線関係(tangential relationship)と同様に、試薬の迅速な旋回移動が引き起こされる。オリフィス140での低い圧力は、毛細管内で移動している加圧試薬と相まって、オリフィス140から出ていく微細に霧化した噴霧スプレイを発生させる。バルブを閉じると、試薬は、出口オリフィス140ではなく第２流路のほうに流れ、再循環が続行される。ピントル156を通流する試薬は、部材73により制限することができ、ピントル156がオリフィス140に非係合のときに毛細管252のみを通流する。
【００３４】
任意に、車両のスタートアップ中に試薬を加熱できる加熱エレメント256を毛細管252に含ませることができる。そのようにすることで、液体試薬が毛細管252を離れるときに大気圧蒸気に変換される。加熱エレメント256は、所望の温度に毛細管252を維持するためにパルス幅変調を用いる電源制御装置を有する。閉止ループ制御は、温度測定としてキャピラリー加熱エレメント256の瞬間抵抗値を用いる。それには数百ヘルツ以下のパルス幅変調の周波数が想定されている。毛細管吸い上げのための運転圧力は、約300℃から約400℃までの運転温度で約50〜80 psiの間とすることができる。
【００３５】
炭化水素の酸化が必要な場合に、毛細管252は、毛細管252内では試薬は流体であり、その流体が大気圧で毛細管を離れるときに霧化するような温度まで試薬の温度を上昇させる。この加熱は、試薬が毛細管252に目詰まりするのを防止する。一旦、試薬が液体から気体に相変化してしまうと、気化した試薬は毛細管252から任意の旋回スロット132及びオリフィス140を通り抜けて出て行く。液体試薬は、弁座142に到達するまで毛細管252に沿って迅速に移動する。任意に、ピントルの動きは、マニホールド260から速い第１の毛細管252まで導管258に沿って流れる液体試薬を制限することができる。そのようにすることで、バルブは、液体試薬が冷却回路254に流れるようにし、かつ毛細管252から出ていくようにする。ピントルの動きに応じて、試薬が通流しうるようにバルブ部材154が開いた状態にあれば、毛細管252に対して試薬を選択的に供給することができる。
【００３６】
部分酸化された炭化水素が必要な場合は、排気装置の周囲の環境条件が低いとき、例えば排気コントロール装置により更に加熱が要求されるときに、試薬が毛細管252に出会うように開放した状態にバルブピントルヘッド162を切り替える。車両のスタートアップ時や、より多くの試薬を排気装置に投入するときのように、排気コントロール装置の周囲の環境温度が低い温度である場合に、試薬を両方の毛細管252に通流させることができる。毛細管252を通過する試薬の流れの流動抵抗を減少させるようにすると、試薬が蒸気に変わりうるように試薬の圧力が減少する。
【００３７】
排気装置環境条件が高温である場合は、電磁弁154を閉じ、全ての試薬を冷却回路254を通るように向わせ、任意に毛細管252にバイパスさせる。毛細管252は毛細管内で試薬の圧力が増加する妨げとなるので、気相に相変化する試薬の傾向が減少する。
【００３８】
排気装置18の環境条件が低温である場合は、試薬を毛細管252を通るように向わせ、排気装置18のなかで通流させる。毛細管252のアウトプットは排気装置18の入口264に近接配置されている。毛細管252を離れると、試薬は排気装置18に入る前に膨張して気化する。試薬は１つの実施形態としてディーゼル燃料を用いることができる。毛細管内のディーゼル燃料は、シート位置にあるときの値で５℃と９５℃の間の運転温度範囲に維持される。
【００３９】
毛細管252から出てくる試薬は、排気装置18に入る前に膨張することが好ましい。試薬は、排気装置18内で一旦出合い、前述したように触媒床17で加熱される。毛細管252から出てくる試薬は、膨張し、排気装置18の入口に直接パイプ送液される。ピントルバルブを閉じた場合は、試薬は毛細管252をバイパスし、冷却回路254を通って循環される。
【００４０】
図５に示すように、蒸気注入装置は、２つ又は３つの運転モードのうちのいずれかで運転される。第１に、排気環境条件が低い場合、例えば汚染管理のためにより少ない加熱が要求される場合は、試薬が毛細管252と出合えるように電磁弁154を開の状態に切り替えることができる。試薬が毛細管252のなかに入るのを可能にするとき、試薬は弁座オリフィス140に達する前に流体入口266を通って毛細管252に流れ、かつカップリング270に流れる。試薬が毛細管252を通流し、かつ毛細管252を離れるのを可能にすることにより、圧力が減少し、かつより大きい体積の試薬が排気装置に到達する。ピントル156の非係合は、低チャンバ90内の圧力を減少させ、試薬が毛細管252を通流することを可能にする。毛細管252から出てくると、試薬は、気相に変わり、オリフィス板100を通過し、排気装置18のなかに入る。その際に、大気圧で霧状化した気相に変換される点まで試薬を加熱することができる。その際に、注入器およびキャピラリーにはエンジン運転中に途切れることなく連続して給電される。キャピラリー加熱エレメント256への給電は、前述のパルス幅変調加熱制御体制を対象とすることができた。
【００４１】
第２に、排気装置環境条件が高温である場合、例えば排気装置によりレス加熱（少ない加熱）が要求される場合に、オリフィス140を離れることから試薬を制限するために、電磁弁154を閉じた状態に切り替えることができる。任意に、ピントルヘッド162がシート位置にあるときに、冷却回路254に優先して毛細管252を通る試薬の流れを遮るか又は制限するところに開口173を配置できる。毛細管252を通流することから試薬を制限することにより、試薬が液相を維持しながら試薬の圧力が増加する。従って、電磁弁154を開の状態と閉の状態との間で制御することは、屋外の環境条件が激しく変化したとしても、それに適合できる性能を有する蒸気注入装置を提供する。
【００４２】
第３に、排気装置のなかで発熱が形成される用途のために、加熱されたキャピラリー制御が低い排気温度レベルで独立ではあるが同時に行われることである。排気装置の温度が約４００℃に達したときに、キャピラリー加熱エレメント256への給電を停止することができる。このポイントで、任意にピントル156をノーマル注入器として機能させることができ、毛細管252を通る試薬が気化することなく放出液体が霧状化される。排気装置内に注入された試薬は、放出および霧状化後に排気ガス通過中に加熱されて気化する。任意に、ピントル156の第１端158の近傍に流体を流すことができ、毛細管252のなかを通るのと同様にオリフィス板100の弁座142を通過させることができる。
【００４３】
実施例は、この開示を当業者に対して徹底的に詳しく、かつ本発明の範囲を全て伝えることに供されるものである。参照符号の詳細は、本願開示の実施の形態の深い理解を提供するために、特定の部品、装置、および方法の例として説明するものである。明細書の詳細な説明が必ずしも採用されるものではないこと、実施例が多くの異なる形態を具現化したものにすぎず、開示の範囲を限定するために解釈されるべきものでもないことは、当業者において明らかである。いくつかの実施例では、周知のプロセス、周知の装置構造、および周知の技術を詳細には記載していない。
【００４４】
ここに用いた用語は、とくに実施例を記載する目的のためだけのものであり、限定することを意図したものではない。ここに用いたように、単数形の“ a ”、“ an ”および“ the ”は、文脈上はっきりとその意図が示されている場合を除いて、複数の形態を含むことを意図するものであってもよい。用語“comprises,”、“comprising,” 、“including,”および “having,”は、すべてを含む包括的な概念をもつものであり、それゆえに規定された特徴、整数（integers）、ステップ、オペレーション、エレメント、及び／又はコンポーネントの存在を特定するが、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、オペレーション、エレメント、コンポーネント、及び／又はそれらのグループを排除するものではない。ここに記載した方法ステップ、プロセス、およびオペレーションは、実施のオーダーとして特に認められる場合を除いて、特別なオーダーのディスカスまたはイラストにおいてそれらの実施を要求するものとして必ずしも解釈されるべきものではない。またそれは追加ステップまたは変更ステップを用いてもよいことと理解されることでもある。
【００４５】
エレメントまたはレイヤーが、他のエレメントまたはレイヤーに“ on, ”、“ engaged to,”、“ connected to,”または“ coupled to ”のように言及される場合は、他のエレメントまたはレイヤーの上に直に載置されるか、係合されるか、結合されるか、連結されるか、あるいは介在するエレメントまたはレイヤーが存在していてもよい。これに対して、エレメントが、他のエレメントまたはレイヤーに“ directly on, ”、“ directly engaged to,”、“ directly connected to,”または“ directly coupled to ”のように言及される場合は、介在するエレメントまたはレイヤーがまったく存在しない。エレメント間の関係を記載するために用いられる他の用語も同様に解釈すべきである。例えば“ between ”に対する“ directly between ”の解釈、および“ adjacent ”に対する“ directly adjacent ”の解釈などについても同様に解釈すべきである。ここに用いたように、用語「及び／又は」は、関連記載項目の１つ以上のうちのいくつかの組合せ及び全ての組合せを含む。
【００４６】
第１、第２、第３などの用語は、種々のエレメント、コンポーネント、リージョン、レイヤー及び／又はセクションを記載するためにここに用いられてもよいが、これらエレメント、コンポーネント、リージョン、レイヤー及び／又はセクションはこれら第１、第２、第３などの用語によって限定されるべきではない。これら第１、第２、第３などの用語は、一方のエレメント、コンポーネント、リージョン、レイヤーまたはセクションを他方のリージョン、レイヤーまたはセクションから区別するためにのみ用い得るものである。「第１」、「第２」及びその他の数値タームのような用語は、前後の文章により明示されていない限り、順番または序列の意味やニュアンスを含むものではない。従って、以下に論じられる第１のエレメント、コンポーネント、リージョン、レイヤーまたはセクションは、実施例の教示から逸脱することなく、以下の論述において第２のエレメント、コンポーネント、リージョン、レイヤーまたはセクションという名称を付与することができる。
【００４７】
「内部の」(inner)、「外部の」(outer)、「真下に」(beneath)、「下方に」(below)、「下の」(lower)、「上方の」(above)、「上の」(upper)及びその類のような空間関連用語は、図中に示されたように他方のエレメントまたは特徴に対する一方のエレメントまたは特徴の関係を記載する記述説明しやすさのためにここに用いることができる。空間関連用語は、図中に描き出された向きに加えて稼動または運転において装置の異なる向きを包含することを意図するものであってもよい。例えば、仮に図中の装置が反転するとした場合に、他のエレメントや特徴に対して「下方に」または「真下に」のように記載されたエレメントは当該他のエレメントや特徴に対して「上方の」向きになる。従って、実施例の用語「下方に」は、上方および下方の両方向を含むことができる。装置は、別の違った方向、９０度回転した方向または他の方向としてもよく、ここに用いた空間関係記載はそれに応じて解釈される。
【００４８】
前述した実施の形態の記載は、説明図および記述説明の目的のために提供されたものである。それは、開示を完全に網羅するものではなく、あるいは開示を制限するためのものでもない。特定の実施形態の個々のエレメントまたは特徴は、適用可能ではあるが、置換可能なものであり、たとえ具体的にはっきりと示されまたは記載されていないとしても、選択された実施の形態では採用することができる。また、同じものが多くの手段に種々変更されてもよい。そのような変更は、開示から逸脱するものとしてはみなされない。そのような全ての変形変更は、開示の範囲内に含まれるべきということが意図されている。
【符号の説明】
【００４９】
10…試薬タンク、12…ポンプ、16…試薬注入器、17…選択接触還元触媒床(SCR触媒床)、18…排気装置、19…排気管、21…エンジン、25…NOxメーター、27…エンジン制御ユニット(ECU)、
50…カートリッジ本体アッセンブリ、52…外部電磁石アッセンブリ、54…取付板、56…内部アッセンブリ、58…外部アッセンブリ、60…管状外部本体、62…内部本体、64…第１端、66…第２端、70,72…内面、74…拡径部、75…縮径部、76…円筒ボア、80…第１縮径部、82…第２縮径部、86…毛細管供給流路、90…下部チャンバ、96…下部ガイド、
100…オリフィス板、132…旋回スロット、136…円筒部、140…オリフィス、142…弁座、148…外周面、
155…注入軸、156…ピントル（ピントルバルブ）、158…第１端、160…第２端、162…ピントルヘッド、170…第１孔、171…第２孔、184…中心ボア、
200…ワイヤコイル、202…ボビン、206…容器、208…ハウジング、209…スロット、210…フラックスフレーム、212…チューブ、214…エンドキャップ、232…毛細管（入口フィルタ）、234…入口流路、236…入口管、240…第１端、242…ポケット、244…孔、252…毛細管、254…冷却ループまたは冷却回路、256…毛細管ヒータ、258…導管、260…マニホールド、270…キャピラリーカップリング部材、276…第２流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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