JP6946827B2 - 尿素水噴射装置 - Google Patents
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Description
弁体(50)の開弁時に噴孔(21)と連通する弁内流路(23、24、25、26、27、40,41、51、54)を有し、開弁により内燃機関の排気管(100)内に尿素水を噴孔から噴射する噴射弁(20)と、
噴射弁に接続されて、尿素水タンク(140)内から噴射弁に向けて圧力源(150)によって圧送される尿素水を噴射弁内の弁内流路に供給する供給配管(70)と、
噴射弁に接続されて、圧力源によって尿素水タンク内から供給配管を通じて弁内流路に供給された尿素水を尿素水タンクに導く還流配管(80)と、
還流配管に設けられて、弁内流路に尿素水を充填する尿素水充填時に、尿素水タンクに向かう方向に還流配管を流れる空気を通過させるが、この方向に還流配管を流れる尿素水の通過を制限する流体通過制御機構(90、190、290)と、
を備える。
弁体(50)の開弁時に噴孔(21)と連通する弁内流路(23、24、25、26、27、40,41、51、54)を有し、開弁により内燃機関の排気管(100)内に尿素水を噴孔から噴射する噴射弁(20)と、
噴射弁に接続されて、尿素水タンク(140)内から当該噴射弁に向けて圧力源(150)によって圧送される尿素水を当該噴射弁内の弁内流路に供給する供給配管(70)と、
弁体の閉弁時であっても弁内流路と連通する空気室(390)であって、圧力源によって供給配管を通じて噴射弁に圧送された尿素水の流れ方向において弁内流路よりも下流に位置する空気室(390)を形成する空気室形成部(31、32、34)と、
を備え、
尿素水充填時に圧力源によって噴射弁に向けて圧送される尿素水の規定圧送圧力をKとし、供給配管の容積をVpipeとすると、空気室は、Vpipe・(0.1[MPa]/K[MPa])以上の容積を有する。
弁体の開弁時に噴孔と連通する弁内流路を有し、開弁により内燃機関の排気管内に尿素水を噴孔から噴射する噴射弁と、
噴射弁に接続されて、尿素水タンク内から噴射弁に向けて圧力源によって圧送される尿素水を弁内流路に供給する供給配管と、
噴射弁に接続されて、圧力源によって尿素水タンク内から供給配管を通じて弁内流路に供給された尿素水を当該尿素水タンクに導く還流配管と、
還流配管に設けられた電磁弁であって、閉弁状態のとき、還流配管を流れる空気及び尿素水の通過を阻止し、開弁状態のとき、還流配管を流れる空気及び尿素水を通過させる電磁弁と、
電磁弁の開弁及び閉弁を制御する制御装置であって、弁内流路に尿素水を充填する尿素水充填時に電磁弁を開弁させ、尿素水充填後に電磁弁を閉弁させる制御装置と、
を備える。
なお、上記括弧内の参照番号は、理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体
的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら技術的範囲を制限することを意
図したものではない。
第1実施形態の尿素水噴射装置10は、排気処理システム1を構成する。以下、排気処理システム1を先ず説明し、その後、尿素水噴射装置10を説明する。
排気処理システム1は、例えばディーゼル機関である内燃機関ENGから排出された排気を浄化するシステムであり、図1に示すように、尿素水噴射装置10に加えて、酸化触媒120と、DPF130と、SCR触媒160と、を備える。
本実施形態の尿素水噴射装置10は、噴射弁20及びECU170に加えて、図2に示すように、供給配管70と、還流配管80と、逆止弁90と、を備える。
尿素水噴射装置10の作動について説明する。前回内燃機関停止後の尿素水吸い戻し工程により、供給配管70、噴射弁20、及び還流配管80内の尿素水が尿素水タンク内に吸い戻された状況を初期状態とする。この状態において内燃機の始動操作が行われると、ECU170は、尿素水の充填工程を実施する。充填工程における尿素水噴射装置10の作動は、以下のとおりである。
本実施形態における尿素水ポンプ150が、圧力源に相当する。挿入パイプ流路23、第1弁内還流路24、第2弁内還流路25、第3弁内還流路26、蓋ボディ間空間27、第1弁体ボディ間流路40、第2弁体ボディ間流路41、弁体内空間51、及び先端側空間54が、弁内流路に相当する。逆止弁90が、流体通過制御機構に相当する。逆止弁90の栓球92が、逆止弁の弁体に相当する。
弁体50の開弁時に噴孔21と連通する弁内流路を有し、弁体50の開弁により内燃機関ENGの排気管100内に尿素水を噴孔21から噴射する噴射弁20と、
噴射弁20に接続されて、尿素水タンク140内から噴射弁20に向けて圧力源によって圧送される尿素水を弁内流路に供給する供給配管70と、
噴射弁20に接続されて、圧力源によって尿素水タンク140内から供給配管70を通じて噴射弁20に圧送された尿素水を尿素水タンク140に導く還流配管80と、
還流配管80に設けられて、弁内流路に尿素水を充填する尿素水充填時に、尿素水タンク140に向かう方向に還流配管80を流れる空気を通過させるが、この方向に還流配管80を流れる尿素水の通過を制限可能な流体通過制御機構と、
を備える。
流体通過制御機構として、常開式の逆止弁90を備え、
還流配管路81における逆止弁90の噴射弁側の流体圧力が、逆止弁90の反噴射弁側の流体圧力と比べて、所定の閉弁圧力よりも大きい場合に、逆止弁90は閉弁するように構成されている。
以下、第2実施形態の尿素水噴射装置11を、図5を参照して説明する。第1実施形態との相違点を中心に説明する。
第1実施形態では、流体通過制御機構として、常開式の逆止弁90を用いた。これに対して、第2実施形態の尿素水噴射装置11は、図5に示すように、逆止弁90に代えて、膨潤型止水体190を備える。
このような膨潤型止水体190を備える尿素水噴射装置11は、尿素水の充填工程において、以下のように作動する。
本実施形態の膨潤型止水体190が、流体通過制御機構に相当する。
流体通過制御機構として、尿素水により膨潤する、膨潤収縮可能は膨潤樹脂により形成された膨潤樹脂体192を有する膨潤型止水体190を備え、
膨潤型止水体190は、膨潤樹脂体192の非膨潤状態において還流配管80を流れる空気を通過させるが、膨潤樹脂体192の膨潤状態において尿素水の通過を制限するように構成されている。
以下、第3実施形態の尿素水噴射装置12を、図6を参照して説明する。説明は、第1実施形態との相違点を中心に行う。
第1実施形態では、流体通過制御機構として、常開式の逆止弁90を用いたが、第3実施形態では、図6に示すように、逆止弁90に代えて電磁弁290を用いる。
このような電磁弁290を備える尿素水噴射装置12は、ECU170の制御の下、尿素水の充填工程において、以下のように作動する。
本実施形態の電磁弁290が、流体通過制御機構に相当する。
以下、第4実施形態の尿素水噴射装置13を、図7を参照して説明する。第1実施形態との相違点を中心に記載する。
第1実施形態の尿素水噴射装置10は、還流配管80と、流体通過制御機構としての逆止弁90と、を備えていた。これに対して、第4実施形態の尿素水噴射装置13は、図7に示すように、還流配管80と逆止弁90とを備えず、所定容積Vth以上の容積を持つ空気室390を備える。本実施形態では、空気室390は、蓋部34の内壁面と、ボディ本体31の外壁面及び基端側ボディ32の外壁面と、の間に形成される。空気室390は、第3弁内還流路26との連通部分を除いて、密閉状態に形成される。
(数1)
Vth≧Vpipe・(0.1[MPa]/K[MPa])
ここで、Vpipeは、尿素水ポンプ150から噴射弁20に至る供給配管70の管内容積である。K[MPa]は、尿素水充填時における尿素水ポンプ150の規定圧送圧力である。0.1[MPa]は、標準大気圧である、
この所定容積Vthは、尿素水充填時に、噴射弁20を開弁させることなく尿素水を噴射弁20内に充填可能とする観点から定められたものである。詳細は、以下の通りである。
(数2)
K・Vth=P・(Vpipe+Vvalve+Vth)
上記のように、VpipeはVvalveよりも十分に大きいので、数式2は、次のように変形及び近似できる。
(数3)
Vth=P/(K−P)・Vpipe
ここで、KはPよりも大いので、数式3を以下のように近似する。
(数4)
Vthbe=P/K・Vpipe
大気圧としての0.1MPaを数式4に代入すれば、以下が得られる。
(数5)
Vth=Vpipe・(0.1[MPa]/K[MPa])
数式5は、空気圧縮後に空気室390を除く噴射弁20内に尿素水に満たされるための空気室390の容積下限値を表すので、空気室390の容積が数式1を満たせば、尿素固体物が形成され得る噴射弁20内の特定領域に尿素水が充填されることとなる。
このような空気室390を有する尿素水噴射装置12は、ECU170の制御の下、尿素水の充填工程において、以下のように作動する。
<作用効果>
上記実施形態におけるボディ本体31、基端側ボディ32、及び蓋部34が、空気室形成部に相当する。挿入パイプ流路23、第1弁内還流路24、第2弁内還流路25、第3弁内還流路26、第1弁体ボディ間流路40、第2弁体ボディ間流路41、弁体内空間51、及び先端側空間54が、弁内流路に相当する。
弁体50の開弁時に噴孔21と連通する弁内流路を有し、弁体50の開弁により内燃機関ENGの排気管100内に尿素水を噴孔21から噴射する噴射弁20と、
噴射弁20に接続されて、尿素水タンク140内から噴射弁20に向けて圧力源によって圧送される尿素水を噴射弁20内の弁内流路に供給する供給配管70と、
弁体の閉弁時であっても弁内流路と連通する空気室390であって、圧力源によって供給配管70を通じて噴射弁20に圧送された尿素水の流れ方向において弁内流路よりも下流に位置する空気室390を形成する空気室形成部と、
を備え、
尿素水充填時に圧力源によって噴射弁20に向けて圧送される尿素水の規定圧送圧力をKとし、供給配管70の容積をVpipeとすると、空気室は、Vpipe(0.1[MPa]/K[MPa])以上の容積を有する。
この構成によれば、尿素水充填時に、尿素水ポンプ150によって尿素水が噴射弁20に向けて規定圧送圧力で圧送されると、供給配管路71及び噴射弁20内の弁内流路の空気は、下流側に位置する空気室390に向けて移動しつつ圧縮される。この空気の移動及び圧縮に伴い、弁内流路に尿素水が流入する。この空気の圧縮と、尿素水の流入とは、圧縮された空気の圧力が規定圧送圧力に等しくなるまで続く。
以上の第1〜第4実施形態は、様々に変形できる。
第5実施形態は、第1実施形態を拡張した実施形態である。以下、第5実施形態を、第1実施形態に対する拡張点を中心に説明する。
第5実施形態では、尿素水ポンプ150は、電動ポンプであり、ECU170の制御の下、圧送圧力を可変に調整可能な機能を有する。圧送圧力の調整は、例えば、ポンプ回転数を調整することにより行うことができる。ポンプ回転数は、電動ポンプに供給する供給電流を制御することにより、可変にできる。さらに、噴射弁20を排気管100に設置するアダプタ(図示なし)の内部に、噴射弁冷却用流路(図示なし)が形成されている。この噴射弁冷却用流路にエンジン冷却水が、噴射弁20を冷却するための熱媒体として流れるように構成される。
第5実施形態におけるECU170が、制御装置に対応する。
制御装置は、噴射弁20の開弁及び閉弁、並びに圧力源の尿素水の圧送圧力の大きさを制御可能であり、
制御装置は、噴射弁を閉弁させつつ、圧力源の圧送圧力の大きさを逆止弁90が閉弁する圧力よりも小さい圧送圧力に制御することにより、尿素水タンク140内の尿素水を供給配管70、弁内流路、還流配管80、及び逆止弁90を通過させて尿素水タンク140に還流させて噴射弁20の冷却を実施する。
制御装置を、噴射弁20の開弁及び閉弁、並びに電磁弁290の開弁及び閉弁を制御可能に構成して、
制御装置は、噴射弁を閉弁させつつ電磁弁を開弁させることにより、圧力源により圧送された尿素水タンク内の尿素水を供給配管、弁内流路、還流配管、及び電磁弁を通過させて尿素水タンクに還流させて、噴射弁20の冷却を実施しもよい。この構成によれば、逆止弁90を用いた場合のように圧力源の圧送圧力を制御せずとも、尿素水還流を実現できる。
上記第5実施形態は、例えば、以下のように拡張できる。
第5実施形態では、噴射弁20と、供給配管70と、還流配管80と、逆止弁90又は電磁弁290と、制御装置としてのECU170と、を備え、還流による噴射弁冷却工程を実施する噴射装置として、尿素水噴射装置を例示した。しかし、このような噴射装置は、尿素水噴射装置に限らず、例えば、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える噴射装置に適用可能である。或いは、尿素水噴射弁や燃料噴射弁に限らず、高温環境下で使用され得る他の噴射弁の温度制御のための構成として適用可能である。例えば、排気を浄化するために還元剤を噴射する還元剤噴射弁を備えた還元剤噴射装置に適用してもよい。
開弁することにより、供給された流体を噴孔から噴射する噴射弁と、
噴射弁に接続されて、流体を貯蔵するタンク内から噴射弁に向けて圧力源によって圧送される流体を噴射弁に供給する供給配管と、
噴射弁に接続されて、圧力源によってタンク内から供給配管を通じて噴射弁に圧送された流体を該タンクに導く還流配管と、
還流配管に設けられて、還流配管を流れる流体の通過を制御する流体通過制御機構と、
噴射弁及び圧力源を制御する制御装置と、
を備え、
制御装置は、噴射弁を開弁させることなく、圧力源に流体を圧送させてタンク内の流体を供給配管、噴射弁、還流配管、及び流体通過制御機構を通過させてタンクに還流させることにより噴射弁を冷却する噴射弁冷却工程を実施するものである。
Claims (11)
- 弁体(50)の開弁時に噴孔(21)と連通する弁内流路(23、24、25、26、27、40,41、51、54)を有し、開弁により内燃機関の排気管(100)内に尿素水を前記噴孔から噴射する噴射弁(20)と、
前記噴射弁に接続されて、尿素水タンク(140)内から前記噴射弁に向けて圧力源(150)によって圧送される尿素水を前記弁内流路に供給する供給配管(70)と、
前記噴射弁に接続されて、前記圧力源によって前記尿素水タンク内から前記供給配管を通じて前記弁内流路に供給された尿素水を当該尿素水タンクに導く還流配管(80)と、
前記還流配管に設けられて、前記弁内流路に尿素水を充填する尿素水充填時に、前記尿素水タンクに向かう方向に前記還流配管を流れる空気を通過させるが、この方向に前記還流配管を流れる尿素水の通過を制限する流体通過制御機構(90、190、290)と、
を備える尿素水噴射装置。 - 請求項1の尿素水噴射装置において、
前記流体通過制御機構として、常開式の逆止弁(90)を備え、
前記還流配管における前記逆止弁の噴射弁側の流体圧力が、当該逆止弁(90)の反噴射弁側の圧力と比べて、所定の閉弁圧力よりも大きい場合に、当該逆止弁(90)は閉弁するように構成されている
尿素水噴射装置。 - 請求項2の尿素水噴射装置において、
前記噴射弁の開弁及び閉弁、並びに前記圧力源の尿素水の圧送圧力の大きさを制御する制御装置(170)をさらに備え、
前記制御装置は、前記噴射弁を閉弁させつつ、前記圧力源の圧送圧力の大きさを前記逆止弁が閉弁する圧力よりも小さい圧送圧力に制御することにより、前記尿素水タンク内の尿素水を前記供給配管、弁内流路、還流配管、及び逆止弁を通過させて前記尿素水タンクに還流させて前記噴射弁の冷却を実施する
尿素水噴射装置。 - 請求項3の尿素水噴射装置において、
前記圧力源は、前記制御装置の制御の下、前記尿素水の圧送圧力を可変な電動ポンプである
尿素水噴射装置。 - 弁体(50)の開弁時に噴孔(21)と連通する弁内流路(23、24、25、26、27、40,41、51、54)を有し、開弁により内燃機関の排気管(100)内に尿素水を前記噴孔から噴射する噴射弁(20)と、
前記噴射弁に接続されて、尿素水タンク(140)内から前記噴射弁に向けて圧力源(150)によって圧送される尿素水を前記弁内流路に供給する供給配管(70)と、
前記噴射弁に接続されて、前記圧力源によって前記尿素水タンク内から前記供給配管を通じて前記弁内流路に供給された尿素水を当該尿素水タンクに導く還流配管(80)と、
前記還流配管に設けられた電磁弁であって、閉弁状態のとき、前記還流配管を流れる空気及び尿素水の通過を阻止し、開弁状態のとき、前記還流配管を流れる空気及び尿素水を通過させる電磁弁(290)と、
前記電磁弁の開弁及び閉弁を制御する制御装置であって、前記弁内流路に尿素水を充填する尿素水充填時に前記電磁弁を開弁させ、前記尿素水充填後に前記電磁弁を閉弁させる制御装置(170)と、
を備える尿素水噴射装置。 - 請求項5の尿素水噴射装置において、
前記制御装置(170)は、前記噴射弁の開弁及び閉弁も制御するものであり、
前記制御装置は、前記噴射弁を閉弁させつつ前記電磁弁を開弁させることにより、前記圧力源により圧送された前記尿素水タンク内の尿素水を前記供給配管、弁内流路、還流配管、及び電磁弁を通過させて前記尿素水タンクに還流させて、前記噴射弁の冷却を実施する
尿素水噴射装置。 - 請求項3、4、6何れか一項の尿素水噴射装置において、
前記制御装置は、前記噴射弁の温度が前記内燃機関の停止後において閾値温度以上に達すると予測した場合、前記尿素水の還流による噴射弁の冷却を、前記内燃機関の停止後であって前記噴射弁の温度が閾値温度以上に達する前に実施する
尿素水噴射装置。 - 請求項3、4、6何れか一項の尿素水噴射装置において、
前記制御装置は、前記内燃機関の停止後における前記噴射弁の温度推移が、温度と時間とで規定される所定条件を満たすと予測した場合、前記尿素水の還流による噴射弁の冷却を、前記内燃機関の停止後であって前記所定条件が満たされる前に実施する
尿素水噴射装置。 - 請求項1ないし8何れか一項の尿素水噴射装置において、
一端が前記供給配管又は還流配管に接続され、他端が前記弁体内の弁体内空間(51)で開口する挿入パイプ(22)を、さらに備える
尿素水噴射装置。 - 請求項1の尿素水噴射装置において、
前記流体通過制御機構として、尿素水により膨潤する、膨潤収縮可能な膨潤樹脂により形成された膨潤樹脂体(192)を有する膨潤型止水体(190)を備え、
前記膨潤型止水体は、前記膨潤樹脂体の非膨潤状態において前記還流配管を流れる空気を通過させるが、前記膨潤樹脂体の膨潤状態において尿素水の通過を阻止するように構成されている
尿素水噴射装置。 - 弁体(50)の開弁時に噴孔(21)と連通する弁内流路(23、24、25、26、27、40,41、51、54)を有し、開弁により内燃機関の排気管(100)内に尿素水を前記噴孔から噴射する噴射弁(20)と、
前記噴射弁に接続されて、尿素水タンク(140)内から当該噴射弁に向けて圧力源(150)によって圧送される尿素水を当該噴射弁内の弁内流路に供給する供給配管(70)と、
前記弁体の閉弁時であっても前記弁内流路と連通する空気室(390)であって、前記圧力源によって前記尿素水タンクから前記供給配管を通じて前記噴射弁に圧送された尿素水の流れ方向において前記弁内流路よりも下流に位置する空気室を形成する空気室形成部(31、32、34)と、
を備え、
前記弁内流路に尿素水を充填する尿素水充填時に前記圧力源によって噴射弁に向けて圧送される尿素水の規定圧送圧力をKとし、前記供給配管の容積をVpipeとすると、前記空気室は、Vpipe・(0.1[MPa]/K[MPa])以上の容積を有する
尿素水噴射装置。
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