(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置（２）の排気ガス室（４）内に圧縮空気を用いることなく還元剤（Ｒ）を注入するための配量装置（１０）であって、
固形物を溶解した還元剤（Ｒ）を収容する貯蔵タンク（１８）を備え、
該貯蔵タンク（１８）は電気的に制御可能な弁（１２）に接続されており、
該弁（１２）の電気的に制御可能なしゃ断個所が、直接排気ガス室（４）内に配置された弁出口開口（１４）に存在することを特徴とする配量装置。
【請求項２】
弁出口開口（１４）の手前に置かれた還元剤（Ｒ）用貯蔵室（５４）が、還元剤（Ｒ）の循環回路（１６）に接続されていることを特徴とする請求項１記載の配量装置。
【請求項３】
弁（１２）が冷却材回路（２６）を介して冷却されることを特徴とする請求項１又は２記載の配量装置。
【請求項４】
弁（１２）が排気ガス室（４）に、弁（１２）の主軸（４２）が排気ガス室（４）内における排気ガス（Ａ）の主流れ方向（４４）と９０°より小さい角度（４３）を成すように配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の配量装置。
【請求項５】
排気ガス室（４）に注入される還元剤（Ｒ）の方向を変化させるデフレクタ（２８）が排気ガス室（４）内に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の配量装置。
【請求項６】
ディーゼルエンジンとして形成された燃焼装置（２）の排気ガス室（４）に還元剤（Ｒ）として尿素溶液（Ｈ）を注入するために利用することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の配量装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、燃焼装置の排気ガス室に適量の還元剤を注入するための配量装置に関する。
【０００２】
燃焼装置の排気ガスから有害物質を除去するために触媒浄化法が考えられる。この触媒浄化法において、第１反応物としての有害物質が、排気ガスに追加的に注入された第２反応物としての媒体と反応する。この触媒浄化法は、いわゆる還元剤使用式排気ガス浄化装置において利用される。
【０００３】
還元剤使用式排気ガス浄化装置において、排気ガス室に注入すべき媒体は、排気ガスの１つあるいは複数の有害物質を還元する還元剤である。排気ガス室に注入すべき還元剤の量は、その都度の有害物質の量に合わされる。有害物質の量は  時々刻々異なった大きさをしている。注入すべき還元剤の量は、その都度通常制御装置を介して電気的に設定される。
【０００４】
使用還元剤が溶解された固形物、特に尿素（ＮＨ2−ＣＯ−ＮＨ2）であるとき、還元剤が加熱されると蒸発しおよび／又は個々の溶液成分が薄片状に凝固してしまう。その結果、固形物が生じて残留する。排気ガスと接触する部品上で加熱されて生じた固形物は通常除去できない。従って、そのような残留物は還元剤の配管系に機能障害を生じさせてしまう。例えば一般に還元剤を排気ガス室に注入するために使用するノズルが機械的に閉塞してしまう恐れがある。更に、例えば６００℃にも達する温度の排気ガス室の熱により、例えば大気温度の還元剤が排気ガス室に注入される前に、加熱されないようにしなければならない。
【０００５】
還元剤の加熱を防止するため、通常還元剤は冷却圧縮空気で担持して燃焼装置の排気ガス室内に注入する。このためにヨーロッパ特許出願公告第０５５８４５２号明細書により、その注入をいわゆる二成分ノズルによって行うことおよびその際に必要な圧縮空気を冷却材として供給管を通して導くことが知られている。この場合、流れる圧縮空気は排気ガス室に開口するノズルも冷却する。あるいはまた、国際特許出願公表ＷＯ９６／３６７６７号明細書により、予混合室内で空気と還元剤との混合を行うことが知られている。予混合室は配管およびノズルを介して排気ガス室に、予混合室が高温ガスで加熱されないように接続されている。更に混合空気が還元剤の加熱を防止する。
【０００６】
燃焼装置の排気ガス室に適量の還元剤を注入する際にこれを圧縮空気で担持する場合、大きな技術的経費が必要とされる。またそのような燃焼装置の運転中、排気ガス室への還元剤の配量注入を制御する必要があるほか、技術的に高価な圧縮空気系を連続して監視する必要がある。
【０００７】
本発明の課題は、特に安価な技術的経費しか必要とせず、運転中の監視が特に僅かで済むような燃焼設備の排気ガス室に適量の還元剤を注入するための配量装置を提供することにある。
【０００８】
この課題は本発明によれば、冒頭に述べた形式の配量装置において、弁出口開口が排気ガス室に直接開口する電気的に制御可能な弁を設けることによって解決される。
【０００９】
本発明は、技術的に高価な圧縮空気系を無くすることにより、運転中の監視が特に僅かで済む配量装置を準備できるという考えから出発している。還元剤配管の電気的に制御可能なしゃ断個所と排気ガス室への還元剤の注入個所との間の圧縮空気で冷却すべき範囲を特に小さくすることによって、技術的に高価な圧縮空気系を省くことができる。そのために本発明に基づいて、電気的に制御可能な弁の出口開口が排気ガス室に直接開口している。
【００１０】
更に排気ガス室を通って貫流する排気ガスの熱により加熱される範囲内での還元剤の昇温を特に確実に防止するため、還元剤用の循環回路を設けるのがよい。その循環回路に、弁出口開口の直前に置かれた還元剤の貯蔵室を接続するのが目的に適っている。従ってその中に貯えられた還元剤は、排気ガス室の近くに存在するにもかかわらず、連続して循環されることにより一定して低い温度に保たれる。従って、還元剤が蒸発しおよび／又は薄片状に凝固する恐れはない。
【００１１】
弁は冷却材回路を介して冷却するのがよい。この冷却材回路は、燃焼装置の冷却系に一体に組み入れられる。その場合、弁は例えば冷却材で貫流されるアダプタ内に置く。このような配置構造において、冷却式弁および／又は循環回路により、還元剤の追加的な冷却が保証される。
【００１２】
還元剤と、燃焼装置の排気ガス室内を導かれる排気ガスとを特に良好に混合するために、弁を排気ガス室に、弁の主軸が排気ガス室内での排気ガスの主流れ方向と９０°より小さい角度を成すように配置することが有利である。この配置構造によって、還元剤はそれが排気ガス室に注入された際に排気ガスと共に特に簡単に運ばれ、これによってその混合が助長される。
【００１３】
配量装置が排気ガス室内に配置されたデフレクタを備えると有利である。このデフレクタは、それが排気ガス室に注入された還元剤の方向を変化させるように配置される。これに伴う排気ガス室内での還元剤の追加的な分散は、還元剤を排気ガスに含まれる多数の有害物質と特に完全に反応させるのに好都合である。
【００１４】
本発明に基づく配量装置は、ディーゼルエンジンの排気ガス室に尿素溶液を注入するために有効に利用される。既に明らかになっているように、正に尿素溶液は、例えば排気ガス室を通って貫流する排気ガスの熱による加熱に特に敏感である。即ちその加熱に伴ない尿素溶液の個々の成分が蒸発した際、固形物が生じて残留し、この固形物が配量装置の機能障害をひき起こしてしまう。
【００１５】
尿素溶液の注入は、特に選択触媒還元法（いわゆるＳＣＲ法）において、臭気が中和されていないアンモニア（ＮＨ3）の前段処理として行われる。このＳＣＲ法は通常窒素酸化物（ＮＯX）を、アンモニア（ＮＨ3）および触媒の助けを借りて窒素（Ｎ2）および水（Ｈ2Ｏ）に変換するために採用される。
【００１６】
本発明によって得られる利点は特に、技術的に高価な圧縮空気系が不要なことにより、配量装置が特に簡単に形成でき運転できることにある。弁出口開口が排気ガス室に直接開口する電気的に制御可能な弁を採用することによって、技術的に高価な圧縮空気系を無くすことができる。これにより、還元剤配管の電気的に制御可能なしゃ断個所が本質的に還元剤の注入個所と一致するので、技術的経費が非常に安価となる。弁として通常のガソリン噴射用に用意された弁も利用できる。
【００１７】
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。各図において同一部分には同一符号が付されている。
【００１８】
図１の燃焼装置２はディーゼルエンジンとして形成されている。ディーゼルエンジンで燃料燃焼中に生ずる排気ガスＡは有害物質を含み、排気ガス通路として形成された排気ガス室４を通って大気に達する。有害物質による大気汚染をできるだけ少なくするため、排気ガス室４に排気ガス浄化装置６が接続されている。
【００１９】
この排気ガス浄化装置６は排気ガス室４内に配置された触媒コンバータ８を有している。この触媒コンバータ８はいわゆるＤｅＮＯX（脱窒）・触媒コンバータとして形成され、公知の選択触媒還元法（ＳＣＲ法）に基づいて、窒素酸化物（ＮＯX）を排気ガス室４に追加的に注入される還元剤Ｒの助けに借りて窒素（Ｎ2）と水（Ｈ2Ｏ）に分解する。この実施例において還元剤Ｒとして尿素溶液Ｈが利用される。この尿素溶液Ｈは排気ガス室４内においてアンモニア（ＮＨ3）を発生し、このアンモニア（ＮＨ3）が直接窒素酸化物（ＮＯX）を還元する。
【００２０】
尿素溶液Ｈを排気ガス室４に注入するために、排気ガス浄化装置６は配量装置１０を有している。この配量装置１０は尿素溶液Ｈを注入するために電気的に制御可能な弁１２を有している。この弁１２はその出口開口１４が排気ガス室４に直接開口するように排気ガス室１４に接続されている。
【００２１】
弁１２は配量装置１０の一構成部品である尿素溶液Ｈの循環回路１６に接続されている。尿素溶液Ｈは、循環回路１６を通り、貯蔵タンク１８から配管系２０を介して電気的に制御可能な弁１２に達する。循環回路１６に挿入接続された圧力調整器２２は、循環回路１６内の尿素溶液Ｈの圧力を一定に保つ。尿素溶液Ｈを連続して循環するため、循環回路１６にポンプ２４が挿入接続されている。
【００２２】
更に電気的に制御可能な弁１２は冷却材回路２６を介して冷却される。冷却材回路２６は、ディーゼルエンジンとして形成された燃焼装置２にもともと存在する冷却材回路に接続されている。
【００２３】
配量装置１０は、更に排気ガス室４内に配置されたデフレクタ２８を有する。このデフレクタ２８は、排気ガス室４に注入された尿素溶液Ｈの方向を変更させる。このようにして燃焼装置２の排気ガス室４内において、尿素溶液Ｈが良好に均一に分散させられる。これによって、尿素溶液Ｈと排気ガスＡ内の窒素酸化物（ＮＯX）との特に完全な反応が保証される。
【００２４】
配量装置１０は、燃焼装置２の排気ガス室４の中において、尿素溶液Ｈを、窒素酸化物（ＮＯX）の質量流量に応じ電気的に制御して供給するように設計されている。このために電気的に制御可能な弁１２および排気ガス浄化装置６の制御装置３０は、電気接続端子３２を介して互いに接続されている。この実施例の場合、その接続端子３２は元々存在している制御装置３０の、他には割当られていない接点に接続されている。そのような制御装置３０の、他には割当られていない接点は乗用車のディーゼルエンジンに通常存在している。
【００２５】
制御装置３０は、窒素酸化物（ＮＯX）の質量流量を調整するために、排気ガス室４内に配置された測定装置３６および燃焼装置２に対する電気式燃料噴射装置４０に、それぞれ電気接続端子３４および電気接続端子３８を介して接続されている。燃焼装置２の僅かな負荷変動あるいは回転数変化でも窒素酸化物（ＮＯX）の質量流量は大きく変化するので、窒素酸化物（ＮＯX）の質量流量はそれが調整されない場合には激しく変動する。従って窒素酸化物（ＮＯX）の乱れた不規則な質量流量に対して用意される配量装置は、燃焼装置２の広い運転範囲において高動特性で精確に作動するように設計されねばならない。配量装置１０についてのこの要件は、質量流量が規則正しくなっている場合には不要である。
【００２６】
図２に詳細に示すように、電気的に制御可能な弁１２の出口開口１４は排気ガス室４に直接開口している。配量装置１０の接続端子３２を介して電気的に制御可能な弁１２は、この場合排気ガス室４に、弁１２の主軸４２が排気ガス室４内における排気ガスＡの主流れ方向４４と約４５°の角度を成すように設けられている。この配置構造により、排気ガス室４内に注入された尿素溶液Ｈは排気ガスＡの主流れ方向４４に沿って特に良好に運ばれ、従って尿素溶液Ｈと排気ガスＡが特に良好に混合される。
【００２７】
循環回路１６に挿入接続された電気的に制御可能な弁１２は、その一部が尿素溶液Ｈで洗流される。またこの弁１２は冷却材Ｋで貫流されるアダプタ４６を介して排気ガス室４に設置されている。このアダプタ４６は冷却材回路２６に挿入接続され、即ちこの冷却材回路２６に冷却材入口４８および冷却材出口５０を介して接続されている。従って弁１２はアダプタ４６を貫流する冷却材Ｋによって間接的に冷却され、また尿素溶液Ｈによって直接冷却される。排気ガス室４内に配量装置１０のデフレクタ２８が、このデフレクタ２８が排気ガス室４に注入された尿素溶液Ｈの方向を変化させるように配置されている。
【００２８】
図３は、電気的に制御可能な弁１２の考え得る実施例が縦断面図で示す。この電気的に制御可能な弁１２は還元剤Ｒとして利用される尿素溶液Ｈに対する横側供給管５２を介して循環回路１６に挿入接続されている。その供給管５２に尿素溶液Ｈに対して用意された貯蔵室５４が接続されている。この貯蔵室５４は電気的に制御可能な弁１２の出口開口１４の手前に置かれている。弁１２の出口開口１４の直前に、排気ガス室４に注入される尿素溶液Ｈを均一に分散する網５６が配置されている。
【００２９】
弁１２は電磁式に構成されている。そのために弁１２の電磁石コイル５８が電気接続端子３２を介して排気ガス浄化装置６の制御装置３０に接続されている。電磁石コイル５８を通って電流が流れると磁界が生じ、この磁界によって、シリンダ５９のシリンダ下部５９ａに結合された弁１２の弁棒６０が持ち上げられる。この弁棒６０の上昇により弁１２が開き、シリンダ５９とシリンダ下部５９ａとの接合面６１がほぼ閉鎖し、その結果、復帰ばね６２が圧縮される。電磁石コイル５８の電流がしゃ断されると、復帰ばね６２が弁棒６０を弁１２が閉鎖する休止位置まで押し戻す。
【００３０】
弁１２の他の部分についても図３に分かり易く示しているが、ここでは詳述しない。ここに示す電気的に制御可能な弁１２は、その弁１２の「脚」６４が尿素要素Ｈで洗流されるので、いわゆる脚側供給形弁である。一般に弁の出口部位を弁の「脚」と呼んでいる。あるいはまた、尿素溶液Ｈが「頭」から供給される頭部供給形弁も利用できる。これらの両様式の弁は慣習的な部品であり、一般に内燃機関においてガソリンを噴射注入するために用意されている。この実施例において弁１２の構成要素は、これが尿素溶液Ｈによる化学分解によって損傷することがないように設計されている。換言すれば、弁１２の構成要素は尿素溶液Ｈおよび／又はその分解生成物に対して耐久性を持たされている。
【００３１】
燃焼装置２の排気ガス浄化装置６は、窒素酸化物（ＮＯX）を、アンモニア（ＮＨ3）およびＤｅＮＯｘ触媒コンバータ８の助けを借りて、窒素（Ｎ2）および水（Ｈ2Ｏ）に還元する。悪臭（臭気非中性）アンモニア（ＮＨ3）の発生前段として、排気ガス浄化装置６の運転中に、配量装置１０により排気ガス室４に尿素溶液Ｈを注入する。その場合尿素溶液Ｈは調整された窒素酸化物（ＮＯX）の質量流量に関係して配量される。尿素溶液Ｈの注入は電磁式にパルス的に行われる。そのために電磁石コイル５８は磁界が生ずるように電気接続端子３２を介して電流が流される。その磁界によって弁棒６０が持ち上げられ、ばね６２が圧縮される。尿素溶液Ｈの循環回路１６内にかかる圧力により、弁１２から排気ガス室４に尿素溶液Ｈが噴出する。電気接続端子３２を通しての電磁石コイル５８の給電が中断されると、今まで生じていた磁界が消え、弁棒６０は復帰ばね６２によってその休止位置に押し戻され、これによって弁１２を閉鎖する。このようにして弁１２を電磁式にパルス的に開閉することができる。
【００３２】
配量装置１０は更に、排気ガス室４を貫流する排気ガスＡの熱によって加熱される範囲内の尿素溶液Ｈの加熱を特に確実に防止するように設計されている。このために尿素溶液Ｈは、一方で循環回路１６内を循環され、他方では電気的に制御可能な弁１２が冷却材回路２６によって冷却される。
【００３３】
これによって燃焼設備２は、運転中ただ排気ガス室４に配量して注入される尿素溶液Ｈの量を監視するだけでよい、特に安価な技術的経費で用意できる配量装置１０を有する。弁出口開口１４が排気ガス室４に直接開口している電気的に制御可能な弁１２を採用することにより、技術的経費のかかる圧縮空気系を無くすことができる。そのために配量装置１０は、弁１２の電気的に制御可能な閉鎖個所が還元剤Ｒの供給個所と全く一致するように形成されている。これによって、その閉鎖個所と供給個所との間における通常圧縮空気で冷却すべき範囲が無くなる。技術的に高価な圧縮空気系が無くても、尿素溶液Ｈが加熱される恐れ、それにより尿素溶液Ｈが蒸発する恐れおよび／又は個々の溶液成分が薄片状に凝固する恐れはほとんど無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  還元剤を配量して注入するための配量装置が接続された排気ガス室を備える燃焼装置の概略構成図。
【図２】  図１における配量装置の排気ガス室に直接取り付けられた電気的に制御可能な弁の断面図。
【図３】  図１における配量装置の電気的に制御可能な弁の縦断面図。
【符号の説明】
２    燃焼装置
４    排気ガス室
１０    配量装置
１２    弁
１４    出口開口
２６    冷却材回路
４２    弁の主軸
４３    弁の主軸と排気ガスの主流れ方向との成す角度
４４    排気ガスの主流れ方向
５４    還元剤の貯蔵室
Ａ      排気ガス
Ｈ      尿素溶液
Ｒ      還元剤
【図１】
0003917816.tif 000002
【図２】
0003917816.tif 000003
【図３】
0003917816.tif 000004