JP2017072143A - エンジン排出ガス添加剤貯蔵システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃エンジン排出ガス液体添加剤を貯蔵するためのシステムを提供する。
【解決手段】内燃エンジン排出ガス液体添加剤を貯蔵するためのシステムであって、本貯蔵システムは、添加剤を貯蔵するためのタンクを備え、前記タンクは、組み立てられる２つの別個のパーツとして製造される、２つのハーフシェルとして形成され、前記シェルの少なくとも一方は、その中に固定される能動型構成要素を含む、貯蔵システム。
【選択図】図１

Description

本出願は、エンジン排出ガス添加剤貯蔵システムに関する。

車両および大型トラックからの排出物に関する法律は、とりわけ、大気中に放出される窒素酸化物ＮＯ_Ｘの量の低減を要求する。この要求を達成するための１つの既知の方法は、還元剤すなわち一般にはアンモニアを排出システムに注入することにより窒素酸化物の低減を可能にするＳＣＲ（選択接触還元）を使用することである。このアンモニアは、濃度が共融物の濃度である可能性があるアンモニア前駆物質の溶液の熱分解から生じる可能性がある。このようなアンモニア前駆物質は、一般には尿素溶液である。

ＳＣＲ法を使用すると、最適化された効率で燃焼中にエンジン内に生成される高レベルのＮＯ_Ｘは、それらがエンジンを出るとき、触媒コンバータ内で処理される。この処理には、正確な濃度および最高品質の還元剤の使用が必要である。したがって、溶液は、正確に計量され、排出ガス流に注入され、それを加水分解した後に、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を窒素（Ｎ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）に変換する。

これを行うために、車両は、添加剤の溶液（一般には尿素水溶液）を含むタンクと、所望の量の添加剤を計量し、それを排出システムに注入するための装置とを備えることが必要である。

排出ガス中への添加剤の溶液を正確に計量することができるようにするために、液面計、温度センサ、品質センサ、抵抗性加熱要素などを添加剤タンク要素に取り込むことが既知の実施方法である。

本出願人名義の特許出願ＷＯ２００７／１４１３１２は、タンクの底面壁内に形成された開口部を通して配置された「浸漬された」フランジを含むこのようなタンクを開示し、このタンクは、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）から形成されたブロー成形タンクであることが好ましく、前記フランジは、前記添加剤を排出ガスに注入するためのシステムに供給することができる少なくとも１つのオリフィスを含み、貯蔵システムおよび／または注入システムの少なくとも１つの他の能動型構成要素をさらに含んでいる。好ましい実施形態では、このフランジは、ポンプが液体添加剤を吸引する液体トラップを一体化する。米国特許出願第２０１１／０１５５７４２号の下公開された特許出願ＥＰ０９１８０７２６．３は、有利にも、（抵抗性加熱ワイヤとして形成された）ヒータをそうしたフランジとどのように一体化することができるかをさらに説明している。

そうしたシステムは、実際には極めて十分に機能し、比較的簡単に組み立てられることが分かったが、ヒータ用の支持部はフランジであり、これは、前記ヒータがタンク内の空間を占有することができる範囲を制限し、したがって、加熱され得る添加剤の容量を制限するという意味を含む。これは、タンク開口部にフランジを取り付けるステップも意味する。

本発明の背景にあるアイディアは、タンク内部にはるかにより広範に広がることができるヒータを簡単に挿入することを可能にし、および／または（必要に応じて）浸漬されたフランジを使用することなく、代わりにタンク内の開口部を通してポンプモジュールの直接接続を実現することを可能にするタンク形状を見出すことである。

この問題は、少なくとも１つの内部構成要素（好ましくは内部構成要素のすべて）が、２つの別個のパーツの少なくとも一方の上に挿入／配置されたときだけ組み立てられる２つの別個のパーツとして製造される、２つのハーフシェルとしてタンクを考案することにより解決される。

国際公開第２００７／１４１３１２号 米国特許出願公開第２０１１／０１５５７４２号明細書 国際公開第２００８／１３８９６０号 欧州特許第１７２８６６９号明細書 欧州特許第１２６１４７３号明細書 国際公開第２００７／０８８２００号

したがって、本発明の目的は、内燃エンジン排出ガス液体添加剤を貯蔵するためのシステムであり、このシステムは、添加剤を貯蔵するためのタンクを備え、前記タンクは、組み立てられる２つの別個のパーツとして製造される、２つのハーフシェルとして形成され、前記シェルの少なくとも一方は、その中に固定される能動型構成要素を含む。

好ましい実施形態では、下部シェルおよび／または上部シェルは、ヒータ用の前記タンクシェルが前記ヒータの支持、もしくは導電性によるヒータ自体の加熱（導電材料から形成されるタンク壁の少なくとも一部分を通して電流を通過させることにより熱生成する）のいずれか、またはさらにその両方の組合せを確実にする必須のパーツであり、ヒータと一体化する。

前記一体化は、タンクの内側および／または外側を通して行うことができる。

用語「下部シェル」は、実際に、本発明の文脈では、（使用する際）タンクの下半分を示すものとし、同様に、用語「上部シェル」は、タンクの上半分を示すものとする。

本発明が関連する添加剤は、通常の使用条件下で液体である添加剤である。添加剤は、内燃エンジンの排出ガス中に存在するＮＯ_Ｘを還元することができる還元剤であることが好ましく、尿素であることがより好ましい。用語「尿素」は、一般に、尿素を含む任意の水溶液を意味するものとして理解される。本発明は、規格ＤＩＮ７００７０により、ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）溶液（市販の尿素溶液）の場合に、尿素含有率が（重量で）３１．８％から３３．２％の間（すなわち３２．５＋／−０．７重量％）であり、したがってアンモニアの使用可能な量が１８．０％から１８．８％の間である溶液などの、標準的な品質の共融物水／尿素溶液では良好な結果を与える。本発明は、さらに商標名Ｄｅｎｏｘｉｕｍ（商標）で販売される水溶液中の尿素／アンモニウムギ酸塩混合物にも適用することができ、Ｄｅｎｏｘｉｕｍ（商標）の組成物の１つ（Ｄｅｎｏｘｉｕｍ−３０）は、ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）溶液と等しいアンモニア量を含む。ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）溶液は、−３０℃（−１１℃ではなく）を超えてからしか凍結しない利点を有するが、ギ酸の遊離の可能性に関連する腐食問題の弱点を有する。本発明は、特に、共融物水／尿素溶液の文脈で有利である。

本発明は、排出ガス中にＮＯ_Ｘを生成する可能性がある任意の内燃エンジンに適用することができる。このエンジンは、燃料戻りライン（すなわち、エンジンにより使用されないいかなる余剰燃料も燃料タンクに戻すライン）を含むか、または含まないエンジンとすることができる。このエンジンは、有利にも、ディーゼルエンジン、具体的には車両のディーゼルエンジンに適用される。

本発明によれば、タンクは、２つのシェルから形成される。これらのシェルの少なくとも１つが、プラスチックの射出成形により形成されるのが好ましく、これらのシェルのどちらも同様に形成されるのがさらに好ましい。

好ましい実施形態では、下部シェルは、射出成形により形成され、上述の液体トラップと一体化する（それと一体で成形される）。

（下部シェルと一体で成形されるか、またはそれを通る開口部に固定される）液体トラップは、特に、中空体の壁を通過し、および／または中空体内に配置される付属品を支持するのに極めて適している。液体トラップは、任意の形状のそれ自体で閉鎖する外周部を有する。通常、その外周部は、円形である。この液体トラップの底部は、前記添加剤を排出ガスに注入するためのシステムに供給することができる少なくとも１つのオリフィスを含むのが好ましい。この供給は、前記オリフィスを通過する注入ラインを介して単純に重力により達成することができる。あるいは好ましくは、システムはポンプにより供給される。上述のオリフィスは、前記トラップがその下部シェルと一体化するとき、タンク壁内に直接形成されるか、上述の浸漬されたフランジを貫通することができる。

好ましくは、本発明によるタンクの下部シェル（さらに好ましくは、それに固定されるか、またはそれと一体化した液体トラップ）は、貯蔵および／または計量に有効であるいくつかの構成要素を含んでおり、さらに好ましくは、下部シェルは、添加剤タンクを出るか、またはそれに入る、内部の液体添加剤と接触する必要がある能動型構成要素のほとんどを含んでいる／支持する。

好ましくは、この構成要素は、以下の群、すなわち、ポンプ、フィルタ、液面計、ヒータ、温度センサ、品質センサ、圧力センサ、圧力調整器、ベンチュリ管から選択される。

ヒータに関しては、ヒータは、所与の容量の熱交換器または抵抗性加熱要素を含むことができる。前記ヒータは、例えば、２層のエラストマー（例えばシリコーン）の間で絶縁された抵抗性要素からなる多層構造を示す可撓性のあるヒータとすることができる。可撓性のあるヒータの使用により、このヒータは極めて多くのフランジに適するようになされていることが可能になる。特に、フランジがニップルを含む場合、ヒータは、フランジのニップル内に挿入することができるタブが備えられ、したがって、前駆物質の溶液が凍結した場合、低温で塞栓が形成されるのを防止する。そうしたヒータおよびＳＣＲシステムにおけるその使用は、内容が参照により本出願に組み込まれている、本出願人名義の特許出願ＷＯ２００８／１３８９６０により詳細に説明されている。

好ましい実施形態によれば、ヒータは、内容が参照により本出願にも組み込まれている、上述の米国特許出願第２０１１０１５５７４２号に説明されているような抵抗性ワイヤを含む。好ましい副実施形態（ｓｕｂ−ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）では、抵抗性ワイヤは、支持部、好ましくは、可撓性のあるネットに取り付けられ、この可撓性のあるネットは、続いてタンクシェルの一方と一体化した部分に取り付けられる。前記支持部は、前記米国出願に説明されたような上述の液体トラップ内／上に取り付けられるのが好ましい。

本発明の好ましい実施形態は、タンクシェルの少なくとも１つの内部に配置されるワイヤヒータ、タンクシェルの少なくとも１つの外部に配置されるワイヤヒータ、またはその両方の組合せからなる。

ワイヤがタンクシェルの少なくとも一方の内部にある選択肢は、ヒータとＮＨ３前駆物質との間で直接接触するとき、最も注目されるものとして考えられる。

本発明は、以上に説明したようなシステムを製造するための方法にも関する。特に、本発明は、本システムの貯蔵タンクを製造するための方法に関し、前記方法は、以下のステップ、
−２つのプラスチックシェルを射出成形するステップと、
−シェルの少なくとも一方の内部に少なくとも１つの能動型構成要素を固定するステップと、
−好ましくは両シェルの端部を互いに溶接することにより、両シェルを組み立てるステップと
を含む。

プラスチックは、ＨＤＰＥとすることができ、あるいはポリアセタール、具体的にはＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ポリフタルアミド（例えば、ＡＭＯＤＥＬ（登録商標）樹脂）、またはポリアミド（例えば、ナイロン６，６）とすることができる。特に、強化されたグレード（例えば、グラスファイバ強化プラスチック）を使用することができる。

好ましい実施形態では、タンクの少なくとも下部シェルは、加熱ワイヤを下部シェルに固定するための手段が備えられる。前記手段は、例えば、直立ピン、好ましくは、ベアリング溝（ｂｅａｒｉｎｇ ｓｌｏｔ）、溝部、支持バッフルなどとすることができ、シェルを組み立てる前に（例えば、ロボットにより）ワイヤを簡単に固定することができる。これらのピンは、（好ましくは射出成形により）タンクシェルと一体で成形されるのが好ましい。

本発明は、そのいくつかの好ましい変形形態を図示する、添付された図１〜図５により、より詳細かつ非限定的に示される。

抵抗性加熱ワイヤを備えた下部タンクシェルの２つの部分図である。 前記ワイヤの固定手段の一実施形態の詳細を示す図である。 所与の構成の抵抗性加熱ワイヤを備えたタンクを垂直に切断した概略図である。 加熱ワイヤがタンクの外部にある一実施形態（本出願で特許請求する本発明とは独立にさらに注目される実施形態）を示す図である。 図１および図２に示す固定手段と異なる固定手段を有する一実施形態を示す図である。

図１は、加熱ワイヤ（１）が、いくつかの肉抜き部分（３’、図２の詳細参照）を支える垂直ピン（３）によりタンクの下部シェル（２）内にどのように固定されるかを示し、したがって、加熱ワイヤは、垂直ピン（３）の周りに数回巻かれ、融解させることができる液体の容量を増加させることができる。左図は、ポンプ（５）が固定される下部シェル（２）と一体で成形される液体トラップ（４）を示す。右図は、シェルの側面図である。

これらの図に示す構成により、タンクの大部分（下部タンクシェルの、典型的には少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも５０％、理想的には１００％まで）をカバーすることが可能になり、したがって、ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）溶液のほとんどを融解させることができる。図１、図２、および図３に示す実施形態は、以下の選択肢の少なくとも１つを含むことができる。
−ワイヤは１つまたは複数の層のシェル内に固定することができる
−保持手段はロボットによるワイヤ取付けを可能にすることができる− 前記保持手段（好ましくは射出成形により）タンクシェルと一体で形成することができる
−氷または液体の移動に起因する損傷を防止するために存在するバッフル保護材料（ｂａｆｆｌｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）が存在し得る
−ワイヤは電気的に独立な単一または複数の回路内に存在する可能性があり、吸引ポンプの近くの部分を最初に有効にし、周辺部が続く可能性がある
−ワイヤ（複数可）はＰＴＣ効果を有する可能性がある
−ワイヤ（複数可）はＮＨ３前駆物質（ＡｄＢｌｕｅまたはその他）に耐性がある保護層を有する可能性がある
−ワイヤ（複数可）は主にタンクの底部に配置されるが、一部分は上方に配置され（図３の６参照）、氷の塊（図３の７参照）が落下し（矢印参照）融解し得るように、氷の塊をタンクの上部で確実に分割する
−ワイヤ（複数可）は高速融解によりポンプ／排出システムの高速送出を確実にすることができる小さい管に沿って取り付けるか、または配置することができる
−ワイヤ（複数可）は中間メッシュに部分的または全体的に取り付けられ、タンクシェル内への高速取付けを可能にすることができる
−ワイヤ（複数可）は下部シェルまたは上部シェルのみに取り付けることができる

本発明の骨組みでは、タンクは、（（好ましくは）射出された）ハーフシェルから形成されるが、組立済メッシュの使用は、（例えば、ブロー成形された）単一の要素であるタンクにも適用され、組立済メッシュを挿入および固定することができる。これは、単一のチューブラパリソン（それを貫通する孔を通した挿入を意味するが）から成形されるタンクに対して行うことができるが、これは、例えば、出願人により開発されたＴＳＢＭすなわちツインシートブロー成形と呼ばれるプロセス（例えば、その内容が参照により本出願に組み込まれている、本出願人名義の特許ＥＰ１７２８６６９およびＥＰ１２６１４７３ならびに特許出願ＷＯ２００７／０８８２００参照）を使用して、２つの別個のシートからタンクが成形されるとき、およびその間、より容易に行うことができる。

図４の実施形態では、ワイヤは、タンクの外側にあり、（タンクが２つのハーフシェルとして成形された）本発明の枠組みに使用することができるが、ワイヤは、一体に成形されたタンクにも適用される。

本明細書に示す実施形態は、以下の選択肢の少なくとも１つを含むことができる。
−ロボットによるワイヤ取付けを可能にするための外部保持手段
−外部状態に起因する損傷を防止するためのバッフル保護材料
−タンクシェルとの良好な熱接触を確実にするための導電材料に埋め込まれたワイヤ
−電気的に独立な単一または複数の回路内のワイヤ
−ＰＴＣ効果を有するワイヤ（複数可）
−環境に耐性がある保護層／保護材料（８）を有するワイヤ、任意選択でこの材料は良好な熱伝導体でありうる
−主にタンクの底部に配置されるが、一部分（６）はバッフル内の上方に動き、氷の塊がタンクの上部で確実に分割されるワイヤ（１）
−タンクシェル上への高速取付けを可能にする中間メッシュに部分的または全体的に取り付けられるワイヤ
−下部シェルまたは上部シェルのみに取り付けられる（しかし上部シェルへの取付けは利益がより小さい）ワイヤ

タンクシェルは、（（好ましくは）射出された）ハーフシェルから、または（ブロー成形された）単一の要素として形成することができる。

図５は、図１および図２に示す固定手段と異なる固定手段、すなわち垂直ピン（３）の代わりに小さいバッフル（３’’）を有する一実施形態を示し、前記バッフル（３’’）は、ワイヤを固定するために、例えば孔（左下図）または凹部（右下図）とすることができる肉抜き部分（３’’’）も有する。

１ 加熱ワイヤ
２ 下部シェル
３ 垂直ピン
３’ 垂直ピンの肉抜き部分
３’’ バッフル
３’’’ バッフルの肉抜き部分
４ 液体トラップ
５ ポンプ
６ ワイヤの一部分
７ 氷の塊
８ 保護層／保護材料

Claims (14)

1. 内燃エンジン排出ガス液体添加剤を貯蔵するためのシステムであって、
   前記添加剤を貯蔵するためのタンクを備え、
   前記タンクは、下部ハーフシェルおよび上部ハーフシェルを含み、
   前記下部ハーフシェルおよび前記上部ハーフシェルは２つの別個のパーツとして製造され、
   少なくとも一つの能動型構成要素が前記２つの別個のパーツの少なくとも一方上に、挿入され又は位置するときに組み立てられて、
   前記少なくとも一つの能動型構成要素が加熱ワイヤであり、
   前記タンクの少なくとも前記下部ハーフシェルが前記加熱ワイヤを固定するために直立ピンおよび／またはバッフルを備える貯蔵システム。
2. 前記下部ハーフシェルおよび／または前記上部ハーフシェルは、前記加熱ワイヤの支持、もしくは導電性による前記加熱ワイヤ自体の加熱のいずれか、またはその両方の組合せを確実にする、請求項１に記載の貯蔵システム。
3. 前記ピン／バッフルは、該前記ピン／バッフルを備えている前記ハーフシェルと一体で成形される、請求項１に記載の貯蔵システム。
4. 前記下部ハーフシェルおよび前記上部ハーフシェルの少なくとも一方は、プラスチックの射出成形により形成される、請求項１から３の何れか一項に記載の貯蔵システム。
5. 前記下部ハーフシェルは、射出成形により形成され、液体トラップと一体化する（それと一体で成形される）、請求項４に記載の貯蔵システム。
6. 前記加熱ワイヤは、可撓性を有する、請求項１に記載の貯蔵システム。
7. 前記加熱ワイヤは、抵抗性ワイヤである、請求項１に記載の貯蔵システム。
8. 前記抵抗性ワイヤは、前記下部ハーフシェルおよび前記上部ハーフシェルの少なくとも１つの内部および／または前記下部ハーフシェルおよび前記上部ハーフシェルの少なくとも１つの外部に配置される、請求項７に記載の貯蔵システム。
9. 前記抵抗性ワイヤは支持部に取り付けられ、
   前記支持部は可撓性のあるネットであることができ、前記下部ハーフシェルおよび前記上部ハーフシェルの少なくとも一方と一体化した部分に取り付けられる、請求項７または８に記載の貯蔵システム。
10. 前記抵抗性ワイヤの前記支持部は、前記下部ハーフシェルおよび前記上部ハーフシェルの少なくとも一方と一体化した液体トラップ内／上に取り付けられる、請求項９に記載の貯蔵システム。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の貯蔵システムを製造するための方法であって、以下のステップ、
    下部ハーフシェルおよび上部ハーフシェルである２つのプラスチックシェルを射出成形するステップと、
    少なくとも前記下部ハーフシェルに取り付けられているピン／バッフルを用いて少なくとも前記下部ハーフシェルの内部に加熱ワイヤである少なくとも１つの能動型構成要素を固定するステップと、
    両シェルを組み立てるステップと
    を含む、方法。
12. 前記ピン／バッフルは、該ピン／バッフルを備える前記ハーフシェルと一体で成形される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記加熱ワイヤは抵抗性ワイヤであり、
    前記抵抗性ワイヤが支持部に取り付けられ、
    前記支持部は、可撓性のあることができ、前記下部ハーフシェルおよび前記上部ハーフシェルの少なくとも一方と一体化した部分に取り付けられている、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記抵抗性ワイヤの前記支持部を前記下部ハーフシェルおよび前記上部ハーフシェルの少なくとも一方と一体化した液体トラップ内／上に取り付けるステップを更に備える、請求項１３に記載の方法。