JP2014522944A - 液体還元剤の供給装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、排ガス処理装置６に向けて液体還元剤を供給する装置１であって、少なくとも、還元剤が貯蔵されることのできる内部３を有するタンク２、内部３の取り入れ口４、タンク２のタンク底部１２における別のチャンバ１１内に位置する送給装置５、送給装置５から別のチャンバ１１でタンク底部１２を通過して排ガス処理装置６に至るライン２０、および、取り入れ口４をカバーするクリーニング層８、を有し、取り入れ口４とクリーニング層８との間に中間スペース１０が形成され、中間スペース１０内には少なくとも１つのスポンジ要素７が設けられ、スポンジ要素７は、還元剤を吸収することができ、送給装置５は、スポンジ要素７から取り入れ口４を介して還元剤を抽出することができる、装置１に関する。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも部分的に液体の還元剤を供給するための装置に関する。近年、自動車分野では、内燃機関からの排ガスをきれいにするために液体のおよび／または部分的に蒸発する還元剤を用いる排ガス処理装置の使用の増加が見られる。

この種の排ガス処理装置において特にしばしば実施される排ガスクリーニング法は、選択接触還元（ＳＣＲ）のそれであり、排ガス中の酸化窒素化合物は、還元剤によって還元される。概して、アンモニアは、還元剤として用いられる。アンモニアは、通常、純粋な形で自動車両に貯蔵されるのではなく、還元剤前駆体溶液の形で貯蔵される。そしてそれは、排ガス中で、または、排ガスの外側および／または排ガス中に置かれる追加の反応器中で、アンモニアに変換されることができる。特にしばしば用いられる還元剤前駆体溶液は、水性尿素溶液である。そしてそれは、例えば、商品名Ａｄ−Ｂｌｕｅ（登録商標）の下で得られることができる。そしてそれは、３２．５％の尿素量を有する。用語「還元剤」および「還元剤前駆体溶液」は、以下では同義的に使われる。

還元剤に関する１つの課題は、低温で凍結しうるということである。例えば、還元剤ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）は、−１１℃で凍結する。この種の低温は、自動車両のオペレーション中（例えば長い停止期間中）に発生することがありえる。別の課題は、還元剤が自動車両の燃料に添加されるサービス流体を表して、自動車両のユーザによって補充されなければならないということである。これは、自動車両のオペレーション中に追加的な努力を伴う。したがって、できるだけ大量の還元剤がこの種のタンクに貯蔵されうることは、望ましい。同時に、送給装置を有する還元剤タンクは、自動車両における追加的な重量を表す。この追加的な重量を最小化するために、タンクにできるだけ少ない量を残して、還元剤タンクに貯蔵される還元剤のできるだけ多くの量を送給することができなければならない。自動車両自体がオペレーション中に動くことも、そして、タンクおよび／または送給装置に新しい条件が連続的に起こること（例えば、タンクのおよび／または送給装置の傾斜した位置、還元剤のバチャバチャする動き（ｓｌｏｓｈｉｎｇ ｍｏｖｅｍｅｎｔ）、等）も、考慮されなければならない。これらの変動する条件の下でさえ、オペレーションは、できるだけ正確でなければならない。さらに、液体還元剤の供給装置をできるだけ経済的に生産することができなければならず、そして、使用中の保全が簡単でなければならない。考慮されなければならない他の要因は、タンクから来る還元剤がきれいにされなければならないということである。そして、クリーニング処理は、さまざまな操作条件における送給に同様に適していなければならない。

上記を出発点として、先行技術に関連して記載される技術的課題を解決するかまたは少なくとも緩和することは、本発明の目的である。特に、目的は、タンク内に存在する還元剤ができるだけ完全に使われることのできる、還元剤の特に安価な供給装置を開示することである。

これらの目的は、請求項１の特徴による装置を用いて達成される。装置のさらに有利な実施形態は、独立して言い表される請求項において示される。請求項において個々に表される特徴は、いかなる技術的に意味のある方法にも組み合わされることができ、そして、本発明の付加的な変形実施形態を引き起こす、記載からの説明的な材料によって補充されることができる。

本発明は、排ガス処理装置（６）に向けて液体還元剤を供給する装置（１）であって、少なくとも、
−還元剤が貯蔵されることのできる内部を有するタンク、
−内部の取り入れ口、
−タンクのタンク底部における別のチャンバ内に位置する送給装置、
−送給装置から別のチャンバでタンク底部を通過して排ガス処理装置に至るライン、および、
−取り入れ口をカバーするクリーニング層、を有し、
取り入れ口とクリーニング層との間に中間スペースが形成され、中間スペース内には少なくとも１つのスポンジ要素が設けられ、スポンジ要素は、還元剤を吸収することができ、送給装置は、スポンジ要素から取り入れ口を介して還元剤を抽出することができる、装置（１）に関する。

概して、タンクは、内部を囲む（連続的な）タンク壁を有する。取り入れ口は、特に、送給装置につながるラインが接続されるタンク壁にできた開口でありえる。送給装置は、概して、還元剤の送給を実行しておよび／または制御する機能的構成要素を有する。機能的構成要素は、特に、記載のラインを介して取り入れ口から還元剤を引き込むポンプである。以下の機能的構成要素は、特に、さらに設けられることができる。それによって送給装置内の還元剤の圧力を決定することができる少なくとも１つの圧力センサ、それによって還元剤の温度を決定することができる少なくとも１つの温度センサ、および／または、それによって送給装置を通る還元剤の流れまたは送給を制御することができる少なくとも１つのバルブ。

送給装置は、別のラインによって（外部の）インジェクタに好ましくは接続される。そしてそれは、排ガス処理装置に隣接して、それを介して、送給装置によって送給される還元剤は、排ガス処理装置に供給されることができる。インジェクタの代わりに、インジェクション装置またはスプレー装置を設けることもできる。そしてそれは、それ自身では能動的に制御可能ではなく、送給装置によって確立される予め定められた還元剤の圧力で自動的に開く。ラインは、別のチャンバの領域においてタンク底部を通って好ましくは延びる。還元剤は、したがって、タンク底部を通ってタンクから抽出される。タンク補給孔の可能性のある例外とともに、タンク壁の唯一の開口または通路は、好ましくは、それを通って還元剤が送給されるタンク底部のそれである。

クリーニング層は、好ましくは、還元剤中の不純物を有効な方法で留めて、それらがタンクの内部に残って、スポンジ要素および／または送給装置に入らないことを確実にする（単一のまたは複数の）層である。スポンジ要素は、したがって、クリーニングされた還元剤を含む。クリーニング層は、シート状の設計である。クリーニング層は、少なくとも５０ｃｍ^２［平方センチメートル］、特に好ましくは１００ｃｍ^２以上の面積を好ましくは有する。面積は、好ましくは５００ｃｍ^２を超えない。クリーニング層は、特に大きい面積を得るために、波形にされることもできる。クリーニング層は、２ｍｍ［ミリメートル］未満の、好ましくは１ｍｍ未満の厚みを好ましくは有する。クリーニング層は、好ましくは少なくとも１００μｍ［マイクロメートル］の厚みである。

少なくとも１つのスポンジ要素は、特に、還元剤が貫通することのできる開気孔を有するポーラス構造である。例えば、スポンジ要素は、連続気泡フォームによって形成されることができる。スポンジ要素は、好ましくは可撓性でありそして変形可能である。送給装置がスポンジ要素から還元剤を抽出することを可能にするために、スポンジ要素は、取り入れ口から特に短い距離に好ましくは配置される。取り入れ口とスポンジ要素との間の距離は、好ましくは２ｃｍ［センチメートル］未満、そして特に１ｃｍ未満であり、そして特に、取り入れ口の開口は、スポンジ要素に直接かつ直に隣接する（例えば相互接触する）。ここで、用語「距離」は、組み付け位置における取り入れ口とスポンジ要素との間の最も短い距離を意味する。

スポンジ要素が（またはすべてのスポンジ要素が一緒に）中間スペースの少なくとも７５％、そして好ましくは少なくとも８５％を満たす場合、装置は、特に有利である。特に、これは、還元剤をしみ込ませたスポンジ要素が中間スペースを満たす程度、すなわち、スポンジ要素の材料によって、またはスポンジ要素の壁だけによって中間スペースを好ましくはちょうど満たすのではない程度を表現する。スポンジ要素の（空のそして完全な）細孔容積は、ここに含まれる。

基本的に、ちょうど１つのスポンジ要素を設ける選択がある。複数のスポンジ要素を使用することを意図する場合、これらの全ては、同じ特性、形状など（特にちょうど取り入れ口がある場合）を有しなければならない。これには、異なるタイプ、寸法、形状などの一般のスポンジ要素を使用する可能性との関係がない。

スポンジ要素がクリーニング層から取り入れ口まで複数（特に多数）のチャネルを形成する場合、装置はまた、有利である。これらのチャネルは、好ましくは毛細管の形である。チャネルは、５００μｍ未満［マイクロメートル］の平均直径を好ましくは有する。

取り入れ口が少なくとも１つのフィルタおよび／またはスクリーンによってカバーされ、そしてスポンジ要素がフィルタ／スクリーンと取り入れ口との間の中間スペースに位置する場合、装置は、特に有利である。タンク内の還元剤は、不純物をしばしば含む。そしてそれは、送給装置の機能的構成要素に損害を与えることを回避するために、できるだけ送給装置に入ってはならない。取り入れ口の手前のフィルタおよび／またはスクリーンによって、これらの不純物が送給装置に入ることを防止することが可能である。取り入れ口とフィルタまたはスクリーンとの間にスポンジ要素が配置される場合、その後、スポンジ要素内に保存される還元剤は、すでにクリーニングされている。さらに、フィルタまたはスクリーンは、スポンジ要素を組み立てて、したがって、タンクの内部におけるスポンジ要素の位置を定める。スポンジ要素の外面は、タンク壁上におよび／またはフィルタまたはスクリーン上に固定されることもできる。

スポンジ要素は、それが還元剤を引き込むというような方法で都合よく設計される。スポンジ要素は、毛管力によって、タンクの内部からクリーニング層を通って還元剤を好ましくは引き込む。スポンジ要素の毛管力は、スポンジ要素の材料から、スポンジ要素の個々の孔／チャネルの寸法から、そして還元剤の特性から、結果として生じる。ここでの還元剤の関連した特性は、特に、表面張力および粘性である。スポンジ要素は、毛管力によって、それが０．０５バール以上の、好ましくは０．１バール以上の圧力差まで、または、５０ｃｍ［センチメートル］以上の、好ましくは１００ｃｍ以上の高さまで、液体還元剤を引き込むことができるというような方法で、好ましくは設計される。

内部からクリーニング層を通って中間スペースへの流れ抵抗は、概してある。スポンジ要素の吸引作用は、それが通常の送給率（毎時１リットル〜毎時１０リットル）での通常のオペレーションにおけるクリーニング層の流れ抵抗を少なくとも部分的に補償するというような方法で、好ましくは設計される。スポンジ要素は、クリーニング層を通って還元剤を引き込む。

スポンジ要素が取り入れ口をカバーする場合、装置は、特にさらに有利である。スポンジ要素は、タンクの内部のいかなる地点から取り入れ口への流路もスポンジ要素を通過しなければならないというような方法で、中間スペースにおいて取り入れ口の手前に好ましくは配置される。ほとんどすべての還元剤がタンクの内部からすでに送給された、すなわちタンクがほぼ空のときはいつでも、還元剤の残っている残量は、スポンジ要素にあって／貯蔵されていて、取り入れ口を介して送給装置によって抽出され続けることができることを、これは、確実にする。

別のチャンバがタンク底部から内部へと少なくとも部分的に延び、取り入れ口がタンク底部に位置する場合、装置はまた、有利である。例として、チャンバは、タンク底部においてタンクの内部へと延びる内側へ曲がった部分として具体化されることができる。タンク底部に、別のチャンバが挿入される開口を設けることも可能である。この内側へ曲がった部分は、カバーによって外側から切り離されることができる。タンクまたはタンク壁およびタンク底部は、好ましくはプラスチックから製造される。別のチャンバは、同様にプラスチックから製造されることができ、またはプラスチック製の壁を有することができる。しかしながら、別のチャンバが金属から製造されることも可能である。別のチャンバは、ヒータを好ましくは有する。そしてそれによって、送給装置内のおよびチャンバに近い内部の還元剤は、それが凍結した状態にある場合、溶解されることができる。ヒータは、還元剤（特にスポンジ要素内の還元剤）が（最初に）溶解されることができるというような方法で、好ましくは設計される。

クリーニング層が少なくとも１つのフィルタまたはスクリーンを有する場合、装置は、さらに有利である。スクリーンまたはフィルタは、クリーニング層のクリーニング作用を達成する有効な手段である。フィルタおよびスクリーンがクリーニング層に組み込まれることも、可能である。このクリーニング層が、オペレーション中のクリーニング作用を展開する装置の単一フィルタまたは単一スクリーンを形成しなければならないことは、特に非常に好ましい。クリーニング層は、したがって、還元剤フローの「汚れた側」から「きれいな側」を切り離す。

クリーニング層が円周方向において完全な周囲全体に別のチャンバを囲む選択も、装置に与えられる。

クリーニング層およびスポンジ要素が円周方向において完全な周囲全体に別のチャンバを囲む場合、装置はまた、有利である。

したがって、還元剤が低い流れ抵抗で通過することのできる非常に大きい面積を有するクリーニング層を達成することは、可能である。完全な周囲の周りに配置されるクリーニング層（特にフィルタまたはスクリーン）と、別のチャンバとの間にスポンジ要素を有する実施形態において、還元剤は、概して、タンク内の還元剤のバチャバチャする動きの間、クリーニング層の表面上を移動して、したがって、スポンジ要素へとクリーニング層を通過する。このようにして、タンクの内部のすべての還元剤がスポンジ要素へと通過し、したがって、ほとんどすべての還元剤が送給装置によってタンクの内部から送給されるときに、還元剤がまだ取り入れ口のすぐ近くにあることを、確実にすることができる。

ここで、「完全な周囲全体に囲む」という用語は、特に、スポンジ要素およびクリーニング層が別のチャンバの周りに少なくとも環を形成することを意味する。スポンジ要素およびクリーニング層は、別のチャンバの周りに一種の円筒さえ好ましくは形成する。円筒状のクリーニング層は、１００ｍｍ［ミリメートル］と１５０ｍｍとの間の直径、および３０ｍｍと８０ｍｍとの間の高さを有するのが好ましい。もちろん、これは、実質的に一定の半径方向間隔が好ましくは維持されるのとともに、チャンバの修正される基本形状に準用することができる。

取り入れ口が複数の取り入れ開口を有し、そして、スポンジ要素がすべての取り入れ開口をつなぐ場合、装置はまた、有利である。

毛管力のせいで、還元剤は、概して、スポンジ要素内に比較的確実に保たれる。スポンジ要素からの還元剤の除去のために、取り入れ開口は、概して、抽出される還元剤が実際に存在するスポンジ要素の位置に比較的近い位置に配置されなければならない。スポンジ要素の範囲内で長い距離に亘る取り入れ開口に還元剤を引き込むことは、しばしば困難である。このために、スポンジ要素に／内に複数の取り入れ口を配置することは、有利である。スポンジ要素によって引き込まれる還元剤は、概して、スポンジ要素内に一様に分配される。毛管力は、スポンジ要素内に存在する還元剤をスポンジ要素内に一様に分配することができる。このために、スポンジ要素内に保存される還元剤の量がすでに非常に減少した場合であっても、スポンジ要素によってカバーされる複数の取り入れ開口には、等量の還元剤が概して存在する。

本発明の範囲はまた、内燃機関、内燃機関からの排ガスをクリーニングするための排ガス処理装置、および本発明による排ガス処理装置に還元剤を供給するための装置を有する自動車両を含む。還元剤を供給するための装置は、少なくとも１つのインジェクタ、少なくとも１つのインジェクション装置または少なくとも１つのスプレー装置によって、排ガス処理装置に還元剤を供給する。

本発明および関連する技術は、図を参照して以下にさらに詳細に説明される。図はね特に好適な実施形態を示すが、本発明はそれに制限されない。図そして特に示されるプロポーションが概略的なだけであるという事実に、特定の注意は、ひかれる。

図１は、還元剤の供給装置の第１の変形実施形態を示す。 図２は、還元剤の供給装置の第２の変形実施形態を示す。 図３は、還元剤の供給装置の第３の変形実施形態を示す。 図４は、還元剤の供給装置を有する自動車両を示す。

図１は、特に単純な構造である装置１の変形を示す。装置１は、内部３を有するタンク２および送給装置５を備える。そしてそれは、タンク２のタンク底部１２において別のチャンバ１１内に配置される。送給装置５は、取り入れ口４によってタンク２の内部３に接続される。送給装置５は、ポンプ１９を備える。そしてそれは、取り入れ口４で還元剤を引き込み、ライン２０を介してそれを排ガス処理装置のインジェクタ（図示せず）にまたはスプレー装置（図示せず）に送給することができる。ライン２０は、別のチャンバ１１の領域においてタンク底部１２を通過する。クリーニング層８によって内部３から遮蔽されるスポンジ要素７は、取り入れ口４のすぐ近くでタンク２の内部３に設けられる。スポンジ要素７は、還元剤を吸収することができる。そして、送給装置５は、取り入れ口４を介してスポンジ要素７から還元剤を抽出することができる。スポンジ要素７は、クリーニング層８から取り入れ口４までチャネル２３を形成する。

図２、図３は、各々、図１の変形実施形態よりも複雑な装置１の変形実施形態を示す。両方の図において、装置１は、内部３を有するタンク２を備える。タンク２は、下方領域にタンク底部１２を形成するタンク壁１７を有する。タンク底部１２にはチャンバ１１が挿入され、チャンバ１１内には送給装置５が置かれる。チャンバ１１は、タンク底部１２から内部３へと延びる。例として、チャンバ１１は、回転対称の設計でありえる。図２によれば、フィルタ２２は、クリーニング層８としてチャンバ１１の周りに円周方向１３に形成される。一方、図３によれば、スクリーン９は、前記円周方向においてチャンバの周りに配置される。フィルタ２２またはスクリーン９は、完全な周囲全体にチャンバを囲む。すなわち、フィルタ２２またはスクリーン９は、チャンバ１１の円周の全３６０°を囲む。チャンバ１１またはチャンバ１１上に形成される取り入れ口４と、フィルタ２２またはスクリーン９との間には、中間スペース１０がある。スポンジ要素７は、中間スペース１０に位置する。スポンジ要素７は、できるだけ完全に中間スペース１０を満たす。図２、図３に示す送給装置５の各々も、ポンプ１９を有する。例えば、（シャットオフおよび／または凍結の場合に）ラインを空にしておよび／または抜き取ることを可能にするために、タンク２の中へと戻る戻り管２４は、ポンプ１９の下流の高圧側にさらに設けられることができる。

図３の特別な変形実施形態によれば、取り入れ口４は、複数の取り入れ開口１４を有する。そしてそれは、スポンジ要素７のいかなる地点も取り入れ開口１４から好ましくは２ｃｍ［センチメートル］未満、特に好ましくは１ｃｍ未満離れたところにあるというような方法で、スポンジ要素７上に一様に分配されて好ましくは配置される。複数の取り入れ開口１４を取り入れ口４に設けるというアイデアは、本発明の範囲内のままでありながら図３に示す他の特徴とは独立して用いることもできる。

図４は、内燃機関１６および内燃機関１６の排ガスをクリーニングするための排ガス処理装置６を有する自動車両１５を示す。排ガス処理装置６は、選択接触還元法が実施されることのできるＳＣＲ触媒コンバータ２１を含む。この目的のために、還元剤は、インジェクタ１８によって排ガス処理装置６に供給されることができる。インジェクタ１８は、ライン２０によってインジェクタ１８に接続している装置１から還元剤を受け取る。本発明の１つの変形実施形態において、インジェクタ１８は、噴射ノズルまたは若干の他のインジェクション装置であることもできる。

１…装置
２…タンク
３…内部
４…取り入れ口
５…送給装置
６…排ガス処理装置
７…スポンジ要素
８…クリーニング層
９…スクリーン
１０…中間スペース
１１…チャンバ
１２…タンク底部
１３…円周方向
１４…取り入れ開口
１５…自動車両
１６…内燃機関
１７…タンク壁
１８…インジェクタ
１９…ポンプ
２０…ライン
２１…ＳＣＲ触媒コンバータ
２２…フィルタ
２３…チャネル
２４…戻り管

Claims (9)

1. 排ガス処理装置（６）に向けて液体還元剤を供給する装置（１）であって、少なくとも、
   −還元剤が貯蔵されることのできる内部（３）を有するタンク（２）、
   −前記内部（３）の取り入れ口（４）、
   −前記タンク（２）のタンク底部（１２）における別のチャンバ（１１）内に位置する送給装置（５）、
   −前記送給装置（５）から前記別のチャンバ（１１）で前記タンク底部（１２）を通過して前記排ガス処理装置（６）に至るライン（２０）、および、
   −前記取り入れ口（４）をカバーするクリーニング層（８）、を有し、
   前記取り入れ口（４）と前記クリーニング層（８）との間に中間スペース（１０）が形成され、前記中間スペース（１０）内には少なくとも１つのスポンジ要素（７）が設けられ、前記スポンジ要素（７）は、還元剤を吸収することができ、前記送給装置（５）は、前記スポンジ要素（７）から前記取り入れ口（４）を介して還元剤を抽出することができる、装置（１）。
2. 前記スポンジ要素（７）は、前記クリーニング層（８）から前記取り入れ口（４）まで複数のチャンネル（２３）を形成する、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記スポンジ要素（７）は、それが還元剤を引き込むというような方法で設計される、請求項１または２に記載の装置（１）。
4. 前記スポンジ要素（７）は、前記取り入れ口（４）をカバーする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置（１）。
5. 前記別のチャンバ（１１）は、前記タンク底部（１２）から前記内部（３）へと少なくとも部分的に延び、前記取り入れ口（４）は、前記タンク底部（１２）に位置する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置（１）。
6. 前記クリーニング層（８）は、少なくとも１つのフィルタ（２２）またはスクリーン（９）を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置（１）。
7. 前記クリーニング層（８）および前記スポンジ要素（７）は、円周方向（１３）において完全な周囲全体に前記別のチャンバ（１１）を囲む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置（１）。
8. 前記取り入れ口（４）は、複数の取り入れ開口（１４）を有し、前記スポンジ要素（７）は、すべての前記取り入れ開口（１４）をつなぐ、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置（１）。
9. 内燃機関（１６）、前記内燃機関（１６）からの排ガスをクリーニングするための排ガス処理装置（６）、および前記排ガス処理装置（６）に還元剤を供給するための請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置（１）を有する自動車両（１５）。

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