(57)【要約】  本発明は、液体還元剤を排気の流れに混合させるのに適用される調量ポンプアセンブリ（９）に関する。この調量ポンプアセンブリは、電気駆動手段（１５）、変速手段（１６）、膜ポンプ（１７）、ならびに制御及び／又は調整電子装置を収容するアセンブリハウジング（１０）を含んで構成される。アセンブリハウジング（１０）は、液体還元剤が圧縮ガスの流れの作用を受ける予混合手段を更に含んで構成される。
2007515581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体還元剤を排気の流れ（２）に混合させる調量ポンプアセンブリであって、
電気駆動手段（１５）、変速手段（１６）、膜ポンプ（１７）、ならびに制御及び調整電子装置を収容するアセンブリハウジング（１０）を含んで構成され、
このアセンブリハウジング（１０）が、予混合手段（１９）の少なくとも一部を含んで構成され、
この予混合手段（１９）において、前記流体還元剤が圧縮ガスの流れに置かれる調量ポンプアセンブリ。
【請求項２】
前記流体還元剤及び前記圧縮ガスを導く導管部分（８）を吹き抜く手段（２０）が設けられた請求項１に記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項３】
前記アセンブリハウジング（１０）内に第１の弁（２０）が設けられ、この第１の弁は、第１の切換位置にある状態で、前記圧縮ガス、とりわけ圧縮空気を導く導管（２７）を排気の流れに続く導管に接続する一方、第２の切換位置にある状態で、前記膜ポンプ（１７）の吐出管（２４）を前記排気の流れ（２）に続く導管（８）に接続する請求項１又は２に記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項４】
前記流体還元剤を導く導管（２４）のフラッシング及び／又はブリーディングを行う手段（２１，２５）が設けられた請求項１〜３のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項５】
前記アセンブリハウジング（１０）内に第２の弁（２１）が前フラッシング弁として設けられ、この第２の弁を介し、前記膜ポンプ（１７）の吐出管（２４）が前記流体還元剤のタンク（２６）に続く導管（２５）、又は前記第１の弁（２０）若しくは排気の流れ（２）に続く導管（８）に対して選択的に接続される請求項１〜４のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項６】
前記アセンブリハウジング（１０）が相互に機能的に分割された複数の部分（１１，１２，１３）から形成され、１つに電子装置が内装され、他の１つに駆動モータ（１５）及び駆動メカニクス（１６）が内装され、更に別の１つが流体リーディング要素（１７，１８，２０，２１，２２）が内装された請求項１〜５のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項７】
前記弁（２０，２１，２２）が前記ポンプハウジング（１０）の流体リーディング部分（１３）に構成された請求項１〜６のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項８】
前記アセンブリハウジング（１０）に圧縮空気供給管（２７）のコネクタ（１８）が設けられた請求項１〜７のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項９】
前記アセンブリハウジング（１０）が、圧縮空気を導く導管（２７）に設置された遮断弁（２２）を収容する請求項１〜８のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項１０】
前記アセンブリハウジング（１０）が、圧縮空気を導く導管（２７）に設置された戻り弁を収容する請求項１〜９のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項１１】
前記アセンブリハウジング（１０）が、圧縮空気を導く導管（２７）、とりわけ流れの方向に関して前記流体還元剤が圧縮空気の流れに置かれる混合点（２８）の上流に形成された絞り部（２３）を含む請求項１〜１０のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項１２】
前記アセンブリハウジング（１０）に流体を流入させ、又はこれから流出させる各導管に対し、このハウジング（１０）に対応の接続導管に対する脱着可能な接続のための導管のコネクタ（１８）が設けられた請求項１〜１１のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項１３】
前記アセンブリハウジング（１０）内に還元プロセス及び弁制御のための制御及び／又は調整電子装置が設けられた請求項１〜１２のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項１４】
前記予混合手段（１９）の全体が前記アセンブリハウジング（１０）に構成された請求項１〜１３のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【請求項１５】
前記調整（クローズドループ制御）電子装置の一部が、取外可能に取り付けられたハウジングモジュール（１１ａ）として構成された請求項１〜１４のいずれかに記載の調量ポンプアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体還元剤を排気の流れに混合させるための、特許請求の範囲の請求項１に記載した前提部分により明らかにされる特徴による調量ポンプアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮自着火内燃機関では、運転条件の大半で行われる酸素過剰な状態での運転で窒素酸化物が発生するが、これは、たとえば、ディーゼル機関で典型的に行われるような主燃焼室に向けた直接噴射に関して見られる事象である。排気の流れを還元触媒に導入し、環境的に有害なエミッションであるＮＯｘを還元させることが知られている。この触媒への排気の流入前に、還元剤としての尿素水溶液が充分に分散させた状態で排気に添加される。同時に、触媒における可能な限り完全な還元が保証されるとともに、尿素の過剰供給が回避されるように、添加される尿素の量が燃焼プロセスに対して可能な限り正確に適合される。このため、燃焼及び還元プロセスの特徴を示す変数（触媒の上流及び下流の温度、燃焼プロセスに用いられる空気の体積、排気のＮＯｘ及びＯ２含有量）に依存して尿素の供給を制御する、独立した制御及び調整（クローズドループ制御）電子装置が要求される。
【０００３】
尿素水溶液を各時点で要求される量で供給するため、調整バルブを採用することが知られている（ＤＥ４４３６３９７  Ａ１）。同時に、尿素水溶液は、圧縮空気により供給タンクを加圧することにより搬送され、この圧縮空気は、尿素水溶液を排気の流れに乗せる際にも用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
噴射点の直前に配置された調量バルブとの組み合わせで尿素の供給コンテナを加圧下に置くことには、システムに固有の欠点がある。これに鑑みれば、調量ポンプを採用するのがより好ましい。この調量ポンプは、実質的に圧力のかからない供給コンテナから尿素水溶液を吸入し、これを圧縮ガス、とりわけ圧縮空気に目標とする態様で導入する。圧縮ガスは、ノズルを介し、触媒の直ぐ上流で充分に分散させた状態で排気の流れに導入される。このような構成は、自走車両における移動用途に関して特に好ましいものであり、たとえば、米国特許第５８４２３４１号に開示されている。
【０００５】
調量ポンプは、多くの技術分野に適用されるものであるが、静止状態に置かれるのが通常である。デンマーク国のＧｒｕｎｄｆｏｓ社により製造及び販売される調量ポンプが、ＤＭＥ及びＤＭＳとの型式表示のもとに知られている。これらの調量ポンプは、静止状態での使用を想定し、設計されたものであるため、ここで説明した使用目的による限られた範囲での採用に適するに過ぎない。
【０００６】
このような実情に鑑み、本発明は、流体還元剤を、特に自走車両の排気の流れに混合させるように設計された調量ポンプアセンブリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、特許請求の範囲の請求項１に明らかにした特徴により、この目的が達成される。本発明に係る有利な構成は、従属請求項、ならびに以下の説明及び図面により明らかにされる。
本発明の基本的な概念は、このような特別の適用目的のための、アセンブリハウジングに便利に内装することのできる要素を更に含む調量ポンプアセンブリを提供することである。同時に、設計仕様に応じ、予混合手段の一部のみ又はその全体が、これに必要とされる補助アセンブリを含め、アセンブリハウジング内に完全に配置される場合もある。これは、一方で環境による悪影響から保護されなければならないため、また、他方で振動を抑えた状態で設置されなければならず、最終的に他のアセンブリの搭載スペースを制限し、縮小させるため、個々の要素の組み立てが可能な限り回避されるべきである車両における適用に、特に有利である。
【０００８】
本発明に従い、少なくとも一部がアセンブリハウジング内に配置される予混合手段は、第１に、尿素水溶液（たとえば、３０％の溶液）であるのが一般的である液体還元剤を圧縮空気の流れに置き、この予め混合された質量の流れを、触媒の直ぐ上流で排気の流れのなかに設置されたノズルにより可能な限り均一に分散させる方法で排気の流れに導入する働きをなす。同時に、調量ポンプは、窒素酸化物の還元に必要とされる量の尿素水溶液が供給されるのを確実なものとする。
【０００９】
水溶液の状態で保持される尿素は、空気、とりわけ圧縮空気との接触下で少なくともその一部が析出し、導管システムにおける詰り、流路絞り及び障害を引き起こすので、本発明の他の形態では、流体還元剤及び圧縮ガスの流れに接触する導管部分、すなわち、少なくともこの２つの流れが合流する箇所よりも下流の導管部分を吹き抜く手段が提供される。
【００１０】
これを可能とするため、アセンブリハウジング内に第１の弁が設けられる。この第１の弁は、第１の切換位置にある状態で、圧縮空気を導く導管を、排気の流れに続く導管に対してこの導管を吹き抜く目的で接続させる一方、第２の切換位置にある状態で、ポンプの吐出管を前記排気の流れに続く導管に接続させて、通常の運転位置を形成する。このため、別に付帯装備を必要とすることなく、いかなる場合も取得可能な圧縮空気を利用して、この第１の弁の適宜の作動により対応の導管部分の吹き抜きを達成し、これらの導管部分を尿素デポジットから保護することができる。
【００１１】
他方、予混合手段の運転前において、導管システムは、混合される流体還元剤の量を調量ポンプにより送り出される量に対応させるため、とりわけポンプの吐出口から混合点までの箇所で流体還元剤により完全に満たされている必要がある。このため、本発明では、流体還元剤を導く導管に対し、特にアセンブリハウジング内で導管のフラッシング及び／又はブリーディングを行う手段が提供される。このため、第２の弁（以下「前フラッシング弁」という。）がアセンブリハウジング内に設けられ、これを介してポンプの吐出管が流体還元剤のタンクに続く導管、又は第１の弁若しくは排気の流れに続く導管に対して選択的に接続される。後者の位置が運転位置となる。予混合手段の始動運転に際し、前フラッシング弁が最初に言及した位置に制御されるとともに、調量ポンプが定速運転に切り換えられ、導管に液体還元剤が連続的に流し込まれ、この液体還元剤は、供給コンテナに戻される。これにより、流体還元剤をその導管に確実に充填させることができる。
【００１２】
アセンブリハウジングは、機能的に分割された幾つかの部分から形成され、特に１つのハウジング部分が電子装置のため、他のハウジング部分が駆動モータ及び駆動メカニクスのため、更に別のハウジング部分が導管、導管コネクタ、弁及び膜ポンプ等の流体リーディング要素のために設けられるのが便利である。同時に、駆動メカニクスが中間のハウジング部分に設けられ、この中間のハウジング部分に対し、電子装置が一側に、流体リーディング要素が他側に設けられるのが好ましい。このような構成は、アセンブリの運転信頼性を向上させるばかりでなく、たとえば、漏れ出た流体還元剤が機械又は電子要素に接触するのを回避し得るため、補修時における利点を生む。
【００１３】
ポンプハウジングの流体リーディング部分に、導管のコネクタ、好ましくは、アセンブリへの圧縮空気の供給のための圧縮空気管のコネクタとして弁を有利に設置し得ることが理解される。
圧縮空気管は、とりわけ車両に関しては、常に運転圧力下に置かれるのが通常であるから、アセンブリにおいて、圧縮空気の導管に遮断弁を設置し、要求に応じて圧縮空気の供給を遮断し得るようにするのが便利である。
【００１４】
流体還元剤が（たとえば、圧力降下時に）圧縮空気管に入り込み、尿素の析出により絞りが形成されるのを防止するため、圧縮空気の導管、とりわけ流れの方向に関して遮断弁の下流に戻り弁を設置するのが便利である。この戻り弁は、同様にアセンブリハウジング内、とりわけ流体リーディング部分のためのハウジング部分に設けられるのが便利である。
【００１５】
補修又は維持を目的とした迅速、かつ簡易な方法によるアセンブリ全体の交換を可能とするため、それぞれの場合で、アセンブリハウジングにおいて、流体を導く全ての導管に対する導管のコネクタを構成するのが便利である。このコネクタは、対応の接続導管に対する脱着可能な接続を形成するものとして構成される。これは、簡単には、フレキシブルチューブに押し込まれるコネクタスパウト（継ぎ手）に限らず、フレキシブルチューブ結合システムにより形成することができる。いずれも場合も、デジタル式の制御及び調整電子装置が調量ポンプアセンブリのアセンブリハウジング内に設けられるのが好ましいため、制御及び／又は調整電子装置がアセンブリハウジング内に構成されるのが便利であり、これらの電子装置は、還元プロセス及び弁制御に必要とされる。
【００１６】
本発明によれば、アセンブリハウジングに予混合手段の一部を内包させることもできる。このため、利点が得られるようであれば、流体還元剤の導管と圧縮空気の導管との間における実際の混合ステップをアセンブリハウジング外で行わせることができる。しかしながら、本発明の好ましい形態によれば、予混合手段の全体をアセンブリハウジング外に置くこともできる。これは、設計に関して有利であるばかりでなく、たとえば、自走車両の運転で通常起こり得るような低温等の極限的な運転条件に関して有利である。アセンブリハウジングの一部に関する対応により、車両の一部に関する更なる対応を必要とせずに予混合手段全体の運転信頼性を確保することができる。
【００１７】
還元プロセスのための制御及び／又は調整電子装置が実装され、デジタル式のモータエレクトロニクスによる弁制御が組み込まれた車両に限らず、そのような制御及び／又は調整電子装置が備えられていない車両における調量ポンプアセンブリの適用を可能とするため、調整（クローズドループ制御）電子装置、又は調整電子装置の少なくとも一部を、好ましくは取外可能に取り付けられるハウジングモジュールとして提供し、適用目的に応じ、調量ポンプアセンブリをそのようなモジュールを伴い、又はこれを伴わずに適用し得るのが便利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、図面に示された１つの実施例により本発明を更に詳細に説明する。
図１は、ディーゼル機関の排気管１を示しており、同図において、排気の流れの方向を符合２で示している。燃焼機関から排出された高温の排気は、排気管１を流れ、窒素酸化物の含有量及び酸素の含有量を検出するセンサ３を通過する。流れ２の方向に関し、センサ３の下流にノズルヘッド４が設置されており、これを介して圧縮空気、及び尿素水溶液の形態の流体還元剤から形成される流れが充分に分散させる方法で排気の流れ２に導入される。還元触媒５（排気は、これを通過した後、排気管の開放端６を介してこの排気管システムから放出される。）は、その直ぐ下流に接続されている。流れ２の方向に関し、触媒５の上流及び下流の各側に温度センサ７が設置されている。
【００１９】
ノズルヘッド４は、図２及び３に示されるように、導管８を介して調量ポンプアセンブリ９と接続されている。調量ポンプアセンブリ９は、実質的に３つの部分１１，１２及び１３に分割形成されたアセンブリハウジング１０を含んで構成される。ハウジング部分１１は、一方でハウジング１０の端面に結合され、調量ポンピング作用のための制御及び調整電子装置以外に、還元プロセスのための制御及び調整電子装置を含んで構成される。これらの制御及び調整電子装置は、ＣＡＮバスを介して機関電子装置に接続されており、温度センサ７、センサ３、及び燃焼制御に用いられる吸気の質量流量（図１に符合１４で示す。）の信号を検出する。
【００２０】
ハウジング部分１２は、電子装置のためのハウジング部分１１に結合されており、ステッパモータ１５の形態の駆動モータと、この駆動モータの回転をステップダウンして、これを実働の膜ポンプ１７を駆動する並進動作に変換する、ハウジング部分１３に設置された偏心ギア１６とを含んで構成される。ハウジング部分１３は、ハウジング部分１２に結合されており、このアセンブリに設けられた全ての流体リーディング要素を含んで構成される。ハウジング部分１３は、図示しない隔壁によりハウジング部分１２から隔てられており、補修の際に又は漏洩により流体が不意に漏れ出た場合に、これがハウジング部分１１及び１２に侵入するのが防止される。
【００２１】
ハウジング部分１１は、分割形成されており、ハウジング１０の残部と一体に形成され、駆動モータ１５のための制御及び調整電子装置が設けられた部分と、端面でこの部分と結合され、還元プロセスの制御及び調整に必要とされる電子装置を含んで構成される脱着可能なハウジング部分１１ａとを含んで構成される。この形態において、このアセンブリは、還元プロセスのためのこれらの制御及び調整電子装置を選択により設け、又は設けないで適用することができる。ハウジング部分１１ａは、モジュール式のものとして設計されており、プラグ−ソケット式の接続形態により他の電子装置と電気的に接続され、ハウジング部分１１に対し、機械的な方法により取外可能に結合されている。膜ポンプ１７は、これに関連して設けられた戻し弁とともに、ハウジング部分１３内に配置されている。また、ハウジング部分１２に４つのコネクタ１８が設けられており、これらに対し、導管が取外可能に接続され、図２に詳細に示されている。
【００２２】
膜ポンプ１７及び予混合手段１９は、ハウジング部分１３に設けられている。予混合手段１９は、第１の３／２方向弁２０、前フラッシング弁としての第２の３／２方向弁及び遮断弁２２、ならびに絞り部２３を含んで構成される。
動作、配管の接続、及び弁の結果は、以下の通りである。
このポンプアセンブリの運転開始前において、予混合手段１９に関し、膜ポンプ１７の吐出側における導管２４は、流体還元剤により満たされた状態にある。このため、前フラッシング弁２１は、このポンプ吐出側の導管２４が、流体還元剤を供給コンテナ２６に戻す戻し管２６に接続された状態で始動する。流体還元剤は、供給コンテナ２６から吸い込まれ、膜ポンプ１７に向けて輸送される。
【００２３】
フラッシングが済み、液体が導管２４を介して所要の状態で送り出されるようになると、前フラッシング弁２１が切り換えられ、これによりポンプ吐出側の導管２４が第１の３／２方向弁２０の吸込口に接続される。第１の３／２方向弁２０は、運転位置において、ノズルヘッド４に続く導管８への接続を形成する。流体還元剤は、このような導管リーディングを介して導管８に流入する。圧縮空気は、コネクタ１８及び導管２７を介して供給され、開放された遮断弁２２を通過して絞り部２３に至り、ここから混合点２８を介して導管８に流入する。膜ポンプ１７による適度な圧送、及び圧縮空気による導管２７の作用により、所望の混合流体が形成され、アセンブリハウジングを出て、（コネクタ１８によるものと同様な接続を介して）導管８内を導かれる。
【００２４】
流体還元剤の調量は、制御及び調整電子装置との協働のもと、それ自体知られた方法により行われる。運転の完了の際、たとえば、機関運転の停止の際は、第１の３／２方向弁２０が再度切り換えられ、圧縮空気を導入し、絞り部２３を迂回させてこれを流すように導管８に直接接続される。この状態において、第１の３／２方向弁２０の他側及び混合点２８の他側で流体還元剤の導管に圧縮空気が導入され、これにより導管内に残る残留還元剤がノズルヘッド４を介して吹き出され、析出した尿素が導管システムに蓄積するのが防止される。
【００２５】
ハウジング部分１３の４つのコネクタ１８は、膜ポンプ１７の吸入管２９、供給コンテナ２６の戻し管２５、ならびに導管２７及び導管８への圧縮空気供給管のためのものである。
電装系及びセンサの接続は、ハウジング部分１１に形成される。アセンブリハウジングは、コンパクトな形態に設計されるとともに、機関スペースのあらゆる箇所に設置することができるように、気密にシールが施されている。このアセンブリは、車両自体の電源から、たとえば、１２又は４２ボルトの電力を受け得るように、電気的な設計が施されている。流体還元剤の供給コンテナ２６は、加圧されておらず、車両のいかなる箇所に設置することもでき、加圧コンテナの場合に必要とされるような特別の装備が不要である。予混合手段の運転に必要とされる圧縮空気は、車両自体の圧縮空気供給源、又は別に設けられたコンプレッサから取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】補助アセンブリ付きの予混合手段、排気管システム及び還元触媒を示すブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る調量ポンプアセンブリの予混合手段を示すブロック図
【図３】同上実施形態に係る調量ポンプアセンブリの概略を示す部分破断斜視図
【符号の説明】
【００２７】
１…排気管、２…排気の流れ、３…センサ、４…ノズルヘッド、５…還元触媒、６…排気管の開放端、７…温度センサ、８…導管、９…調量ポンプアセンブリ、１０…アセンブリハウジング、１１…電子装置のハウジング、１１ａ…ハウジングの脱着部分、１２…機械要素のハウジング部分、１３…流体リーディング要素のハウジング部分、１４…機関の吸入空気、１５…駆動モータ、１６…偏心ギア、１７…膜ポンプ、１８…コネクタ、１９…予混合手段、２０…３／２方向弁（第１の弁）、２１…３／２方向弁（前フラッシング弁）、２２…遮断弁、２３…絞り部、２４…導管、２５…戻り管、２６…供給コンテナ、２７…圧縮空気管、２８…混合点、２９…吸入管。
【図１】
2007515581.tif 000003
【図２】
2007515581.tif 000004
【図３】
2007515581.tif 000005
【国際調査報告】
2007515581.tif 000006
2007515581.tif 000007
2007515581.tif 000008
2007515581.tif 000009
2007515581.tif 000010
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