(57)【要約】本発明は、還元剤、特に尿素もしくは尿素・水溶液を調量する装置であって、排ガス特にディーゼル機関の排ガスから窒素酸化物を除去するための触媒コンバータ（３０）に、還元剤を供給するための手段（４，７，１１）が、ケーシングブロックに固定されている形式のものに関する。このような形式の装置において、本発明では前記手段が、ケーシングブロック内における切欠きによって形成された、還元剤を搬送するための管路（１２；８０，８１，８２，８３）を介して、接続されており、しかも管路の壁がケーシングブロックによって形成されているようにした。このように構成された本発明による装置は、最小数のシール箇所しか有していない大量生産に有利で単純な、還元剤のための導管系を保証する。
2004509277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤、特に尿素もしくは尿素・水溶液を調量する装置であって、排ガス特にディーゼル機関の排ガスから窒素酸化物を除去するための触媒コンバータ（３０）に、還元剤を供給するための手段（４，７，１１）が、ケーシングブロックに固定されている形式のものにおいて、前記手段が、ケーシングブロック（４００）内における切欠きによって形成された、還元剤を搬送するための管路（１２；８０，８１，８２，８３）を介して、接続されており、しかも管路（１２）の壁がケーシングブロックによって形成されていることを特徴とする、還元剤を調量する装置。
【請求項２】
少なくとも１つの切欠き（８０）が、ケーシングブロック（４００）全体を直線的に横切っている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
少なくとも１つの切欠きのために、加熱エレメントがケーシングブロックに固定されているか又はケーシングブロック内に埋め込まれている、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
切欠きが孔として形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
ケーシングブロックが射出成形によって形成されている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
ケーシングブロックがプラスチックから成っている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
プラスチックが小さな弾性率、特に約１０００Ｎ／ｍｍ２〜約７０００Ｎ／ｍｍ２の範囲における弾性率を有している、請求項６記載の装置。
【請求項８】
管路（１２）のすべての端部が、前記手段（４，７，１１）もしくは別の機能構成成分（１，１４，５０，１１０）と接続されており、その結果別体の閉鎖エレメントが不要である、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
管路（１２）の１つの端部が、ばね弾性的なフランジ（１１０）として形成された補償エレメントによって閉鎖されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記手段もしくは別の機能構成成分が少なくとも部分的に、弾性的なエレメント（６１，５１）を用いてケーシングに固定されかつ管路（１２）と接続されていて、当該手段又は当該機能構成成分が、管路における氷形成時に補償運動を実施可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記手段がポンプ（４）を有しており、該ポンプを固定する弾性的なエレメントが、ケーシングブロックに固定された弾性的な金属薄板アングル（６１）として形成されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
機能構成成分が圧力センサ（５０）を有しており、該圧力センサがばね弾性的にケーシングに固定されかつ密に摺動可能に管路（１２）をを閉鎖している、請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
前記手段が、氷形成時に圧力補償作用を有するダイヤフラムを備えた圧力調整装置（１１）を有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
管路内に少なくとも１つの容積弾性的な部材、特に空気を充填されたエレメント（６３）が配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載された、還元剤を調量する装置、特に触媒コンバータによる排ガス後処理の領域における、尿素もしくは尿素・水溶液を調量する装置に関する。
【０００２】
排ガス中におけるＮＯＸ成分の減少を達成するために、特にディーゼル機関のためには還元型触媒コンバータが開発されており、この還元型触媒コンバータは通常、いわゆるＳＣＲ触媒コンバータ（英語「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｋｔｉｏｎ」）とアキュムレータ触媒コンバータ（Ｓｐｅｉｃｈｅｒ−Ｋａｔａｌｙｓａｔｏｒｅｎ）とに分けられる。いわゆるＳＣＲ触媒コンバータは、尿素及び／又はアンモニア還元剤供給によって再生され、これに対していわゆるアキュムレータ触媒コンバータは、いわゆる排ガスリッチ相（Ａｂｇａｓｆｅｔｔｐｈａｓｅｎ）において連行される内燃機関燃料の炭化水素によって再生される。
【０００３】
調量系の種々様々な構成部材をホース管路を介して互いに接続することが公知である。ドイツ連邦共和国特許出願第１９９４６９００．８号明細書に開示された装置は、例えばディーゼル機関からの排ガス中における窒素酸化物を除去するために、尿素を還元剤として調量添加する。そのために設けられた手段は、部分的に、プラスチック又は金属材料から成るブロックに固定されているかもしくは該ブロック内に組み込まれている。このような調量系は比較的大型であり、製造に手間が掛かり、高コストである。それというのはこの場合、調量系は相前後して配置された複数の構成成分から成っているからである。
【０００４】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による調量装置には、公知のものに比べて次のような利点がある。すなわち本発明による調量装置では、最少数のシール箇所しか有していない単純かつ頑丈な管路系が設けられており、そしてこの管路系は安価に大量生産可能である。僅かな数のシール箇所しか存在しないことは、非シール性のおそれが僅かであること、ひいては故障の危険が僅かであることを意味する。ホース管路及び別体の管路ねじ結合部もしくは螺合部を省くことができる。必要な構成部材の数が少ないこと及び構造寸法が小さいことによって、組立ての手間及びコストが低減し、全体に構造容積が小さくなり、ひては製造コスト及び系コストが安価になる。構造ユニットは前組立てされて例えばシール性に関して検査可能であり、このことは、系の最終検査時に初めてエラーが認識される形態に比べて、スクラップコストを節減することができる。切欠きは種々様々な形式で、例えば孔の形で配置することが可能であり、この場合付加的な孔によって、別の構成部材を増設することにより調量装置の基本機能を拡大することができる。ケーシングブロックに切欠きを設けることは、ケーシングブロックにおける調量手段及びその他の機能構成成分の取付けを可能にし、還元剤を満たされる管路の長さはこれによって短く保たれ、その結果液体を氷形成後に素早く再び融かすことができる。短い管路系はまた素早く満たされ、かつ運転のために必要な圧力を迅速に形成することができる。
【０００５】
請求項１記載の調量装置の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。例えば、すべての手段を、ケーシングブロック全体を横切っている少なくとも１つの直線的な供給管路を介して互いに接続すると、特に有利である。このような管路は簡単に製造可能であり、互いに接続すべき複数の構成成分の有利な配置形式を可能にする。このような管路はさらにまた例えば、種々様々な系構成成分を受容するプラスチックブロック内に射出成形された孔として、簡単に形成可能である。
【０００６】
開放した管路端部は機能構成成分によって有利に閉鎖することができ、これによって例えば閉鎖ねじのような別体の閉鎖エレメントが不要になる。
【０００７】
特に切欠きに対して平行に設けられた加熱エレメント、例えば電気抵抗として形成された電気式の加熱ロッドは、中央の管路を有利な形式で迅速に加熱することができ、これによって凍結した液体を素早く溶かすこと及び装置の凍結を防止することができる。電気式の加熱ロッドと組み合わせて又は択一的に、ケーシングブロックは導電性の材料から、特に導電性プラスチックから製造することができ、しかもこの場合ケーシングブロックは、ドイツ連邦共和国特許出願第１９９４６９００．８号明細書記載のように、電圧を印加可能な電極を備えており、このようになっていると、ケーシングブロックを介して装置全体を加熱するための電流を得ることができる。
【０００８】
有利な構成ではケーシングブロックの材料は次のように、すなわち材料の小さな弾性率に基づいて該材料が管路内の氷形成時における容積補償のために働くことができるように、選択される。
【０００９】
さらに別の有利な構成では、補償作用のあるもしくはばね弾性的なエレメントが装置に組み込まれており、その結果凍結に対して抵抗力のある調量系を準備することができ、このような調量系は凍結・融解サイクルの後でもシール性を保ち、組み込まれた構成部材を氷形成に基づく破壊から守ることができる。この場合個々の構成成分それ自体は、完全に耐凍結性に構成されている必要はない。さらにまた、耐高圧性の材料を特にケーシングブロックのために使用することができる。それというのは、凍結のような極端な状況における極めて高い圧力の形成は、回避されるからである。
【００１０】
図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１１】
図１は、調量装置の働きを概略的に示す図である。
【００１２】
図２は、切欠きを備えたケーシングブロック内に組み込まれた、調量装置の構成成分を示す断面図である。
【００１３】
図３は、本発明の別の実施態様を示す図である。
【００１４】
図４は、本発明のさらに別の実施態様を示す図である。
【００１５】
実施例の記載
図１には符号１で調量装置の入口が示されており、この入口１を介して装置には尿素・水溶液が供給される。調量ポンプ４は液体を吸い込む。ポンプ４はステップモータ４ａを介して回転数制御される。圧力調整装置１１は、過度に搬送された液体量を圧力調整装置１１の出口１１ａを介して、調量装置の入口に戻すか又は、図示されていない尿素タンクに戻し、この尿素タンクから調量ポンプ４に入口を介して供給が行われる。入口１とポンプ４と圧力調整装置１１とを接続する管路１２は、搬送される液体をさらに調量弁７に導く。調量弁７の前には、管路１２における圧力を測定する圧力センサ５０が設けられている。調量弁は電気制御可能であり、液体を電気制御に相応して、出口１４に接続された構成成分に送る。このような構成成分は例えば、ドイツ連邦共和国特許出願第１９９４６９００．８号明細書に記載された混合室であり、この混合室には圧力空気容器から圧力空気が供給可能であり、これによって尿素・水溶液からエーロゾルを形成することができ、このエーロゾルは次いで、自動車・排ガス触媒コンバータの入口領域に噴射可能である。
【００１６】
調量ポンプ４は使用される還元法に相応して、尿素水溶液の必要量を調量する。そのために図示されていない制御装置が、上位の機関制御装置によってＣＡＮデータラインを介して受信される機関運転状態に関するデータや、圧力センサ、温度センサもしくはレベルセンサを介してもたらされる様々な信号を得る。
【００１７】
制御装置はセンサ情報と機関からの情報とに基づいて、尿素調量量を算出し、調量弁を相応に制御する。
【００１８】
択一的な構成では、還元剤を噴射弁７から直接的に触媒コンバータの入口領域に噴射すること、つまり圧力空気の助成なしに、もしくは混合室なしに行うことも可能である。
【００１９】
図２に横断面図で示されている本発明による調量装置は、特に導電性プラスチックから成っていて約１０００Ｎ／ｍｍ２と約７０００Ｎ／ｍｍ２との間における弾性率を有するケーシングブロック４００を有している。このケーシングブロックは孔８０，８１，８２，８３の形の切欠きを有しており、これらの孔は図１に示された還元剤管路１２を形成している。孔８０はブロック全体を完全に横切っている。調量ポンプ４のポンプ管路６０はＯシールリングを介して孔８０；８２の端部に接続されており、この場合ポンプは弾性的な金属薄板アングル６１を介してケーシングブロックの表面に固定されている。氷形成（Ｅｉｓｂｉｌｄｕｎｇ）時に圧力バランス作用を有するダイヤフラム（図示せず）を有する圧力調整装置１１が、ケーシングブロックの表面にフランジ結合されており、この場合２つのＯシールリングが、ケーシングブロックに突入する圧力調整装置のヘッドをシールしている。同様に調量弁７もケーシングブロックに固定されている。ケーシングブロックの、調量ポンプ４とは反対側に位置している端部において、孔８０は大きな横断面を有する領域に移行しており、この領域には圧力センサ５０が設けられている。この圧力センサ５０はケーシングブロックの表面において可撓性で弾性的なフランジ５１を介して固定されている。ここにおいてもＯリングは、液体を充填可能な孔のシールを保証している。
【００２０】
調量弁７は孔８１を介して、調量装置のフランジ結合された出口１４と接続されている。この出口の隣りにフランジ結合された入口１は、孔８３，８２と接続されていて、貯え容器から調量ポンプ４への還元剤供給のために働く。孔８０内には圧力調整装置１１と調量弁７との間に、空気を充填された弾性的なホース６３が設けられており、このホース６３は孔壁に例えば接着剤を用いて固定されている。調量ポンプの上には電気式のポンプモータが配置されており、このポンプモータも同様にケーシングブロック４００に固定されている。図示されていない制御装置は電気的に図示されていない形式で、調量弁及び圧力センサ、並びに図示されていない別のセンサ、例えば尿素タンクのレベルセンサに接続されており、かつ機関制御装置から機関の運転状態に関するデータを得、この機関の排ガスは、調量装置を用いて排ガス経路において化学的に還元されることが望まれている。
【００２１】
ケーシングブロック４００は、還元剤供給のための種々様々な手段を、もしくは圧力センサ５０、調量弁７、圧力調整装置１１及び調量ポンプ４のような別の昨日成分を受容及び固定するために働く。直線的な孔８０はケーシングブロックを一方の端部から他方の端部に貫通しており、かつ製造に適して、例えばプラスチックブロックでは円錐形に又は段付けされて構成され、金属製のケーシングブロックでは切削加工のために円筒形に構成されることができる。さらに別の孔８１〜８３が設けられており、これらの孔は、連続した孔８０に対して部分的に平行にかつ部分的に垂直に延びていて、還元剤貯え容器及び触媒コンバータへの装置の接続もしくは圧力調整装置１１による圧力補償を保証する。圧力調整装置１１及び調量弁７は、図示されていない管路接続部で、孔８０に突入しており、その結果圧力調整装置１１及び調量弁７はそれぞれ孔と接続されており、つまり圧力調整装置１１及び調量弁７は同時に孔を外部に対して閉鎖している。装置は、寒い天気における還元剤の凍結もしくは溶融に基づく容積変動を補償するための構造的な特徴を複数有している。ケーシングブロック４００における弾性的な金属薄板アングル６１を用いた調量ポンプ４の固定は、還元剤の相転移に基づく強い圧力変動時にも補償可能性を保証しており、つまりこの場合ポンプ管路６０は調量ポンプ４と一緒に孔８０，８２に対して相対運動し、これによって還元剤を有する管路系における容積を自動的に適合させることができる。さもないとケーシングブロックは破損したり、又は調量弁や圧力センサのような構成部材が損傷してしまう。そしてＯリングパッキンは管路を引き続き密な閉鎖状態に保つ。圧力センサ５０は同様に、可撓性で弾性的なフランジ５１を介してケーシングブロックに軸方向において撓みやすく固定されていて、氷形成時における容積膨張によって外方に向かって押圧される。氷が再び溶けると、圧力センサ及び調量ポンプは再び可逆的に出発位置へと戻る。自体公知で市販の圧力調整装置１１には、周囲空気に対して放圧される弾性的なダイヤフラムが組み込まれている。このようなダイヤフラムは氷形成時に弾性的に撓み、そして氷形成時における容積増大を同様に補償すべく働く。さらにケーシングブロックはその低い弾性率に基づいて、ある程度の部分に対しては、氷による圧力を膨張によって吸収することができる。さらに空気を充填された弾性的なホース６３は、孔壁における周囲応力（Ｕｍｆａｓｓｕｎｇｓｓｐａｎｎｕｎｇ）を回避するために働き、この場合ホース６３は例えば尿素・水溶液の凍結時に圧縮され、そして形成される管路圧の一部を吸収することができる。
【００２２】
択一的な構成では、圧力空気搬送兼調量のために働く構成成分を互いに接続する別の孔が設けられていてもよく、このようになっていると、触媒コンバータへの噴射前にエーロゾルを、圧力空気の助成によって形成する場合に、コンパクトで一体に組み込まれた装置を準備することができる。この場合には調量弁７の代わりに、調量弁が混合室と一緒にケーシングブロックに固定されており、この混合室内に調量弁が調量し、混合室に圧力空気を供給することができる。出口１４０はこの場合混合室の出口を形成している。還元剤管路及び圧力空気供給のための孔は、特にプラスチックの使用時には射出成形によって製造することができる。
【００２３】
空気を充填された弾性的なホース６３の代わりに、例えばガスを充填されたプラスチック製のマイクロバルーン、両端部を閉鎖されていてガスを充填された中空ファイバ、又は圧縮ばねのように螺旋状に巻成されていてガスを充填されたホースのような、容積弾性的な別のエレメントを使用することも可能である。
【００２４】
図３に横断面図で一部が示された択一的な調量装置では、空洞１００内に開口している孔が設けられている。この孔は例えば、孔８０と角隅接続部を介して接続された孔である。空洞は、外方に向かって円錐形の孔として形成されていて、フランジ１１０によって閉鎖されており、この場合Ｏリングパッキンは、フランジのポジション変化時においてもシールを保証する。そしてフランジは圧縮ばね１１１とねじ１１２とを介して軸方向可動に支承されている。
【００２５】
凍結時に管路、つまり空洞１００に開口する孔を含めた孔内における液体は膨張し、ケーシングブロックを押圧する。制限された値において孔壁は、既に上で述べたように撓む。圧力がさらに上昇すると、ケーシングは破裂するおそれがある。そこで、ばね弾性的なエレメントとして形成されたフランジ１１０の支承装置は次のように、すなわち破裂のおそれが生じる前の適正な時期にフランジ１１０が軸方向で外方に向かって移動して氷による圧力を回避すべく撓み、ひいては氷形成時における孔内の圧力を制限するように、寸法設定されている。この場合孔の円錐形の構成は、氷による圧力の軸方向における作用方向を増大させ、氷による圧力をばね弾性的なフランジへと逃がす。構成部材の寸法設定を適切に行えば、前記動作を周期的に任意にしばしば繰り返すことができる。
【００２６】
空洞１００は円筒体として形成されていても、もしくは複数回段付けされた内径を有する円筒体として形成されていてもよく、つまり孔自体の縁部領域によって形成されても、又は、孔との比較において異なった、特に大きな直径を有する円筒形の中空室によって形成されてもよい。空洞はまたその他の形成可能なジオメトリを有することも可能である。
【００２７】
図４には圧力センサ５０の、択一的な軸方向可動な固定形式が示されている。圧力センサ５０は圧縮ばね１２０によって、センサ孔１３０の孔段部１３１に押し付けられている。圧縮ばね１２０はこの場合ねじ山付リング１２１に支持されており、このねじ山付リング１２１はケーシングブロック４００に固定されている。また圧力センサの半径方向凹設部内に設けられたＯリングパッキン１４０は、孔８０とセンサ孔１３０とによって形成された液体容積のシールを保証している。
【００２８】
尿素・水溶液の凍結時に、容積増大に基づいて孔８０及び直径を拡大されたセンサ孔１３０における圧力は、圧縮ばね１２０のばね力に達するまで、増大する。その後で圧力センサ５０はばね力に抗してシフトし、センサ孔１３０内における容積を増大させる。この変化態様によって、圧力センサ５０とブロック４００とを氷による圧力に基づく極めて大きな負荷に対して保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
調量装置の働きを概略的に示す図である。
【図２】
切欠きを備えたケーシングブロック内に組み込まれた、調量装置の構成成分を示す断面図である。
【図３】
本発明の別の実施態様を示す図である。
【図４】
本発明のさらに別の実施態様を示す図である。
【国際公開パンフレット】
2004509277.tif 000003
2004509277.tif 000004
2004509277.tif 000005
2004509277.tif 000006
2004509277.tif 000007
2004509277.tif 000008
2004509277.tif 000009
2004509277.tif 000010
2004509277.tif 000011
2004509277.tif 000012
2004509277.tif 000013
2004509277.tif 000014
2004509277.tif 000015
2004509277.tif 000016
2004509277.tif 000017
2004509277.tif 000018
2004509277.tif 000019
2004509277.tif 000020
2004509277.tif 000021
2004509277.tif 000022
【国際調査報告】
2004509277.tif 000023
2004509277.tif 000024
2004509277.tif 000025
2004509277.tif 000026
2004509277.tif 000027
2004509277.tif 000028