(57)【要約】  本発明は、少なくとも、液状添加剤をタンク（２）から取り出すための吸入部（１７）と、前記吸入部（１７）から供給ユニット（３）まで延在するバルブレス輸送流路（６）と、前記タンク（２）から前記吸入部（１７）を介して前記輸送流路（６）上にて液状添加剤を前記供給ユニット（３）へ輸送するように構成されたバルブレス容積移送式ポンプ（４）とを備えた液状添加剤供給装置（１）の動作方法に関する。前記容積移送式ポンプ（４）は、前記輸送流路（６）上にて液状添加剤を輸送するために変位可能である、当該輸送流路（６）の少なくとも１つの密閉部（１９）を有する。前記動作方法では、ステップａ）において前記装置（１）の運転停止を判定し、ステップｂ）において前記容積移送式ポンプ（４）における前記密閉部（１９）の位置（４５）を特定し、ステップｃ）において、前記密閉部の位置（４５）が所定の停止位置（４４）と一致しない場合、当該密閉部（１９）の位置（４５）を変位させる。
2016513207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク（２）から液状添加剤を取り出すための少なくとも１つの吸入部（１７）と、
前記吸入部（１７）から供給ユニット（３）まで延在するバルブレスの輸送流路（６）と、
前記液状添加剤を前記タンク（２）から前記吸入部（１７）を介して前記輸送流路（６）上にて前記供給ユニット（３）まで輸送するように構成された、バルブレスの容積移送式ポンプ（４）と
を備えた、液状添加剤を供給するための装置（１）の動作方法であって、
前記容積移送式ポンプ（４）は、前記輸送流路（６）の少なくとも１つの密閉部（１９）を有し、
前記密閉部（１９）は、前記輸送流路（６）上にて前記液状添加剤を輸送するために変位可能であり、
前記動作方法は、少なくとも、
ａ）前記装置（１）の運転停止を判定するステップと、
ｂ）前記容積移送式ポンプ（４）における前記密閉部（１９）の位置（４５）を特定するステップと、
ｃ）前記密閉部の位置（４５）が所定の停止位置（４４）に一致しない場合、当該密閉部（１９）の位置（４５）を変位させるステップと
を有することを特徴とする動作方法。
【請求項２】
前記容積移送式ポンプ（４）は、回転駆動装置（８）と、可動のポンプエレメント（９）とを有し、
前記可動のポンプエレメント（９）は、回転運動（３２）で動くことによって輸送を行う、
請求項１記載の動作方法。
【請求項３】
前記可動のポンプエレメント（９）を輸送方向（５）とは逆方向に回転運動（３２）で動かしたときに係止することができる逆止爪（４０）が、当該可動のポンプエレメント（９）に設けられており、
前記逆止爪（４０）は、前記ステップｃ）を行った後、前記停止位置（４４）において固定される、
請求項２記載の動作方法。
【請求項４】
前記容積移送式ポンプ（４）は、前記少なくとも１つの密閉部（１９）を形成するために、当該容積移送式ポンプ（４）の少なくとも１つのポンプ容積（１８）内の圧力が前記装置（１）の動作圧を上回るときに当該容積移送式ポンプ（４）の当該少なくとも１つのポンプ容積（１８）を拡大するのに適した少なくとも１つのフレキシブルな密閉性部材（４６）を有する、
請求項１から３までのいずれか１項記載の動作方法。
【請求項５】
前記所定の停止位置（４４）において、前記容積移送式ポンプ（４）の入口（２５）は前記少なくとも１つの密閉部（１９）によって密閉される、
請求項１から４までのいずれか１項記載の動作方法。
【請求項６】
前記所定の停止位置（４４）において、前記容積移送式ポンプ（４）の出口（２６）は前記少なくとも１つの密閉部（１９）によって密閉される、
請求項１から５までのいずれか１項記載の動作方法。
【請求項７】
前記所定の停止位置（４４）において、前記容積移送式ポンプ（４）の入口（２５）および出口（２６）は開放される、
請求項１から４までのいずれか１項記載の動作方法。
【請求項８】
前記容積移送式ポンプ（４）のポンプ総容積（４７）は固定であり、前記容積移送式ポンプ（４）内の圧力が前記装置（１）の動作圧を上回っても、当該ポンプ総容積（４７）は変化せず、
前記所定の停止位置（４４）では、前記入口（２５）および前記出口（２６）の双方とも、少なくとも１つの密閉部（１９）によって密閉される、
請求項１から７までのいずれか１項記載の動作方法。
【請求項９】
内燃機関（１３）と、
前記内燃機関（１３）の排ガスを浄化するための排ガス処理装置（１４）と、
前記排ガス処理装置（１４）へ液状添加剤を供給するための装置（１）と
を備えた自動車（１２）であって、
前記液状添加剤を供給するための装置（１）は、請求項１から８までのいずれか１項記載の動作方法によって動作可能な装置である
ことを特徴とする自動車（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状添加剤の供給装置の動作方法に関する。このような形式の装置は、とりわけ自動車分野において、排ガス処理装置へ液状添加剤（燃料、水、アンモニア等）を供給するために用いられる。特にディーゼル内燃機関の排ガスを浄化するためには、排ガス中に含まれる窒素酸化化合物を無害物質（窒素、二酸化炭素および水）に変換するために還元剤を用いる排ガス処理装置が用いられる（当業者に公知の選択触媒反応法（ＳＣＲ））。この還元剤は、たとえば液状添加剤として、排ガス処理装置へ供給することができる。ここで液状添加剤としては、尿素水溶液が用いられることが多い。３２．５％の尿素水溶液が排ガス処理用の添加剤として、アドブルー（AdBlue、登録商標）の商品名で入手可能となっている。
【０００２】
自動車用の液状添加剤の供給装置は、可能な限り低コストであり、かつ、部品の種類が可能な限り少ない構成となるようにしなければならない。
【０００３】
典型的な液状添加剤の欠点は、低温になると凍結してしまうことである。アドブルー（登録商標）は、たとえば−１１℃で凍結する。このように低い温度は、自動車では特に、冬期の比較的長時間の静止期間中に生じ得る。添加水溶液は凍結すると体積膨張を起こす。この体積膨張は、液状添加剤の供給装置を損傷させることがある。これは特に、液状添加剤を吐出する構成要素（たとえばポンプ）において問題となる。
【０００４】
液状添加剤が凍結しても損傷しないように液状添加剤供給装置を構成することはできるが、その構成は通常、比較的高コストである。他に、静止期間中に液状添加剤供給装置内において液状添加剤が凍結しないように、内燃機関の運転停止後に液状添加剤供給装置を空にするという別の手段もある。しかし、その構成は、運転停止後に更に行動をとる必要があり、この行動は場合によっては、騒音とエネルギー蓄積器の負荷増大とを伴うものである。
【０００５】
上記のことを前提として、本発明の課題は、上述の技術的問題を解消するか、ないしは少なくとも軽減することである。特に、凍結した液状添加剤から液状添加剤供給装置を特に良好に保護できる、液状添加剤（特に尿素水溶液）の供給装置の動作方法を実現しなければならない。
【０００６】
前記課題は、請求項１に記載の特徴を備えた方法によって解決される。本方法の他の有利な実施形態は、従属形式の請求項に記載されている。請求項に記載された各特徴は、技術的に有利な任意の組み合わせとすることが可能であり、また、本発明の他の実施態様を記載した明細書の詳細な記載事項を追加することも可能である。
【０００７】
本発明は、少なくとも以下の構成要素を備えた液状添加剤供給装置の動作方法に関する：
・液状添加剤をタンクから取り出すための吸入部
・前記吸入部から供給ユニットまで延在するバルブレス輸送流路
・前記タンクから前記吸入部を介して前記輸送流路上にて液状添加剤を前記供給ユニットへ輸送するように構成されたバルブレス容積移送式ポンプ。当該容積移送式ポンプは、前記輸送流路上にて液状添加剤を輸送するために変位可能である、当該輸送流路の少なくとも１つの密閉部を有する。
ここで、前記方法は少なくとも以下のステップを含む：
ａ）前記装置の運転停止を判定するステップ
ｂ）前記容積移送式ポンプにおける前記密閉部の位置を特定するステップ
ｃ）前記密閉部の位置が所定の停止位置と一致しない場合、当該密閉部の位置を変位させるステップ。
【０００８】
吸入部とは特に、液状添加剤を前記タンク内に輸送するための輸送流路が合流する開口部を指す。前記液状添加剤供給装置のポンプが液状添加剤を吐出すると、液状添加剤は吸入部によってタンク内から前記輸送流路内に吸入される。前記吸入部は有利には、当該吸入部を介してタンクを可能な限り完全に空にできるように、当該タンクの下部分（特にタンク底部）に配置される。
【０００９】
バルブレス輸送流路とは、換言すると、液状添加剤が吸入部から当該輸送流路を通って供給ユニットへ通流する途中でバルブを通過しないことも意味する。とりわけ、圧送ユニット内に配置されているポンプにおいて、通過すべきバルブが無いことも意味する。このバルブレス輸送流路とは、場合によっては、供給ユニットに設けられる（調量）バルブのみを除外することがある。供給ユニットにバルブを設けることも可能ではあるが、バルブレス輸送流路の方は、上述のようにして実現される。前記輸送流路は有利には、たとえば前記圧送ユニットのブロック内ないしは台板内に配置されたホースおよび／または溝から成る。このようにブロック内に設けられる溝は、たとえば穿孔部として形成することができる。
【００１０】
供給ユニットは有利には、液状添加剤（とりわけ尿素水溶液）を排ガス処理装置へ供給するためのインジェクタである。供給ユニットは、液状添加剤を排ガス処理装置内にて細かく分散させるのを保証するノズルを含むことができる。これに代えて択一的に、またはこれと併用して、供給ユニットは、液状添加剤を分配し、または必要に応じて液状添加剤を調量するための調量手段（たとえば調量弁）を有することができる。調量弁による調量は、通常は調量弁の開弁時間を介して行われる。調量弁を開弁する持続時間は、調量される液状添加剤の量と、典型的には比例関係にある。この関係により、精確な調量を行うことができる。
【００１１】
ここで使用される容量移送式ポンプは、少なくとも１つの閉じられた容積を用いて液状添加剤を吐出するポンプである。液状添加剤の逆流は、この閉じられた容積によって防止される。容量移送式ポンプは、たとえばプロペラおよび／または攪拌機構を用いて液体を吐出するターボポンプとは区別すべきものである。容量移送式ポンプでは、停止時（ポンプが作動停止した場合）には通常、液状添加剤の逆流が生じることはないが、それに対してターボポンプでは、プロペラないしは攪拌機構が動かなくなった場合、逆流が生じ得る。
【００１２】
ターボポンプでは、吐出量は通常、ポンプが生成する圧力差に依存する。というのも、この吐出流と同時に並行して逆流も生じ、この逆流は、当該ポンプによって生成される圧力差に依存するからである。この逆流と吐出流とが重畳し合って、吐出量となる。この関係は、容量移送式ポンプでは典型的には生じない。少なくとも、圧力差の規定領域においては、生成される圧力差に吐出量が依存することはない。とりわけ吐出速度が低速である場合、容量移送式ポンプによって一定の昇圧を行うことができるが、それに対してターボポンプでは、昇圧の可否は常に、液体の吐出量に大きく依存する。
【００１３】
バルブレス容量移送式ポンプとは、液状添加剤がポンプ容積に流出入する際に（別個の）バルブを通流しない容量移送式ポンプである。このようなバルブレス容量移送式ポンプの場合、有利には、輸送流路の少なくとも１つの密閉部が存在する。この密閉部により、容量移送式ポンプ内において少なくとも１つの閉じたポンプ容積が形成され、輸送流路上にて輸送方向に液状添加剤を圧送するためにこの密閉部を変位させることができる。このことにより、液状添加剤が充填されたポンプ体積も変位して、液状添加剤は圧送される。
【００１４】
有利には、前記容量移送式ポンプは、輸送方向が反転可能である容量移送式ポンプである。容量移送式ポンプの輸送方向が反転可能であるとは、特に、容量移送式ポンプを２つの異なる／逆の流れ方向で動作させることが可能であることを意味する。有利には、駆動方向を切り替えることが可能な駆動装置が設けられている。前記駆動装置の動作方向を反転させることにより、容量移送式ポンプの輸送方向も反転する。容量移送式ポンプの輸送方向の反転により、通常の輸送方向とは逆方向に前記装置の輸送流路を空にすることができる。輸送流路内に存在する液状添加剤は、吸入部を介して当該輸送流路内からタンク内に輸送されて戻される。
【００１５】
液状添加剤供給装置に上述のような容量移送式ポンプを設けることにより、異なる種類の多数の追加的な構成要素を必要とすることなく、輸送流路を空にすることが可能となる。空にするためには、容量移送式ポンプの輸送方向を反転させることにより、供給ユニットからタンクに向かう方向に容量移送式ポンプを空にすることができる。
【００１６】
ステップａ）における前記装置の運転停止は、たとえば、当該装置を組み込んだ自動車の作動停止と共に行われる。運転停止すると、前記装置も共に作動停止し、低い外気温にさらされて、当該装置内に含まれる液状添加剤が凍結し、損傷を引き起こすおそれがある。このことを回避するため、作動停止手順の中で以下のステップを（追加的に）更に行う。
【００１７】
ステップｂ）において、容積移送式ポンプにおける密閉部の位置を特定する。前記少なくとも１つの密閉部は、容積移送式ポンプによる吐出中、有利には当該容積移送式ポンプによって移動される。運転停止時の密閉部の位置は、当該密閉部の位置を検出するセンサを用いて、および／または計算により求めることができる。このセンサを容積移送式ポンプの駆動装置に配置して、当該センサが当該駆動装置の位置を監視することも可能である。有利には、容積移送式ポンプの駆動装置の位置によって密閉部の位置が分かるように、当該駆動装置を密閉部に（固定的に）結合する。
【００１８】
密閉部の規定の停止位置は、装置の静止期間中に、容積移送式ポンプにおいて前記少なくとも１つの密閉部を配置しなければならない位置である。とりわけ、運転停止時に現在位置に依存せずに密閉部を停止位置に移動させるため、容積移送式ポンプに対しては（１つの）停止位置が規定されている。停止位置は、とりわけコントロールユニットに記憶され、呼び出し可能となっている。前記少なくとも１つの密閉部がこの停止位置にあるとき、液状添加剤の凍結による装置の損傷のおそれは特に小さくなるか、ないしは最小になる。
【００１９】
運転停止を行うごとに、ないしは、周辺温度がクリティカルな温度になったときの運転停止時に、容積移送式ポンプにおいて上述のように密閉部の位置を能動的に監視して調整することにより、安全運転を行うことができ、これにより、精確な吐出／調量を長期間にわたって行うことも可能になる。
【００２０】
上記方法ではさらに、容積移送式ポンプが回転駆動装置と可動ポンプエレメントを有し、吐出に際しては当該可動ポンプエレメントが回転運動するようにした構成が有利である。
【００２１】
駆動装置を回転駆動装置とした場合、当該駆動装置の監視対象となる位置は、たとえば、回転駆動装置が接触する角度とすることができる。たとえば、回転方向を極性によって反転させることができる電動機を用いて、回転駆動装置を特に低コストで実現することができる。可動ポンプエレメントは、基本的な向きは維持しながら回転運動により変位する偏心回転振動を行うか、または回転を行うかのいずれかを択一的に行う。可動ポンプエレメントの上述のいわゆる偏心回転振動は、回転駆動装置により駆動される回転偏心部材を用いて生じさせることができる。回転駆動装置と、これに対応して運動するポンプエレメントとにより、容積移送式ポンプの駆動の仕方のエネルギー効率を特に高くすることができる。
【００２２】
また上記方法は、可動ポンプエレメントが輸送方向とは逆の回転方向で運動したときに係止する逆止爪を、当該可動ポンプエレメントに設けることによっても有利となる。この逆止爪は、ステップｃ）の後、停止位置において固定される。
【００２３】
この構想は、本発明の装置のための他のポンプにも転用することが可能である。特に、可動ポンプエレメントが輸送方向と逆方向に僅かに（たとえば数°の角度だけ）移動したときに少なくとも１つのポンプ容積の特に良好な密閉を実現するための部品を、当該可動ポンプエレメントに設けることが可能である。この部品はたとえば一種の逆止爪として形成することができ、特に、釣針状の逆止爪の形態で形成することができる。逆止爪は、可動ポンプエレメントが輸送方向とは反対方向に僅かに移動したときにポンプ容積の表面に押しつけられることにより、当該ポンプ容積の表面において流体密に密閉する。この逆止爪は有利には、可動ポンプエレメントを輸送方向に更に動かしたときに、当該逆止爪がポンプ容積の表面から離れるように形成されている。逆止爪は、離れるときに、これをたとえば折り返すかまたは捲ることができる。このようにして、ポンプを空にするときの輸送方向とは逆方向に、可動ポンプエレメントが自由に運動することができる。逆止爪によってポンプを流体密に再度密閉するためには、まず最初に、可動ポンプエレメントを輸送方向に再び動かすことにより、逆止爪が再び初期位置に達するようにしなければならない。このようにしてから、輸送方向とは逆方向に（僅かに）動かすことにより、ポンプ容積を再度密閉することができる。逆止爪によるこのような密閉部は、ポンプ容積の通常の密閉より向上しており、動作圧を上回る圧力でも液状添加剤を透過させることがないという利点を奏する。このように向上した密閉部はたとえば、液状添加剤が液状添加剤供給装置において凍結したときに当該液状添加剤供給装置の構成要素の氷圧が生じるのを防止するためにも十分となることができる。容積移送式ポンプの筐体には、前記逆止爪の係止を容易にする鉤状構造部を設けることができる。逆止爪が停止位置に係止することにより、凍結した液状添加剤の体積膨張により圧力が大きく昇圧したとき、液状添加剤は停止位置の密閉部自体を透過し得ないようにすることができる。
【００２４】
前記方法は、容積移送式ポンプが前記少なくとも１つの密閉部を形成するために、当該容積移送式ポンプの少なくとも１つのポンプ容積内の圧力が前記装置の動作圧を上回るときに当該容積移送式ポンプの当該少なくとも１つのポンプ容積を拡大するのに適した少なくとも１つのフレキシブルな密閉性部材を有することによっても有利となる。
【００２５】
前記フレキシブルな密閉性部材はたとえば、膜、ホース、インペラおよび／または圧縮性円板とすることができる。前記フレキシブルな密閉性部材は、容積移送式ポンプの動作中に変形することにより、前記少なくとも１つの密閉部を変位させる。前記フレキシブルな密閉性部材は有利には、ポンプ容積の壁の少なくとも一部分も成す。以下、前記少なくとも１つの密閉部を形成するためにフレキシブルな密閉性部材を有する種々の種類の容積移送式ポンプを更に提示する。
【００２６】
フレキシブルな密閉性部材の、前記少なくとも１つのポンプ容積を向いた表面積は、非常に大きくすることができ、当該フレキシブルな密閉性部材は特に、当該ポンプ容積の壁の大部分を成す（たとえば５０％を上回る部分、または７０％を上回る部分も成し得る）。さらに、前記密閉性部材は、変位可能な密閉部を形成するためにフレキシブルである。したがって、フレキシブルな密閉性部材を備えたポンプは、凍結時、凍結状態の液状添加剤の体積膨張を補償するために非常に大きな補償体積を生成することができる。
【００２７】
さらに、前記方法は、容積移送式ポンプの入口が前記所定の停止位置において前記少なくとも１つの密閉部によって密閉されることによっても有利となる。
【００２８】
容積移送式ポンプは有利には、液状添加剤を当該容積移送式ポンプ内に吸入するための入口と、当該容積移送式ポンプから液状添加剤を吐出するための出口とを有する。容積移送式ポンプは有利には、前記装置を通る１つの前記輸送流路の一部分を成し、前記入口と出口との間の輸送流路の前記一部分（または、当該一部分のうち一部）は、容積移送式ポンプの前記少なくとも１つのポンプ容積を成す。容積移送式ポンプの入口を密閉すると、輸送方向で見て、輸送流路の当該入口より上流の部分から液状添加剤が当該容積移送式ポンプの少なくとも１つのポンプ容積内へ流入し得ないことが保証される。その際に有利なのは、（入口を密閉すると同時に）出口に密閉部が存在しないようにして、容積移送式ポンプの当該出口が自由となるようにすることである。このようにして、液状添加剤が凍結してその体積が膨張した場合には、容積移送式ポンプの前記少なくとも１つのポンプ容積と、輸送流路の、流れ方向で見て前記出口より下流の部分との間の体積を補償することができる。
【００２９】
また、前記方法は、容積移送式ポンプの出口が前記所定の停止位置において前記少なくとも１つの密閉部によって密閉されることによっても有利となる。
【００３０】
容積移送式ポンプの出口を密閉すると、輸送方向で見て、輸送流路の当該出口より下流の部分から液状添加剤が当該容積移送式ポンプの少なくとも１つのポンプ容積内へ流入し得ないことが保証される。その際に有利なのは、（出口を密閉すると同時に）入口に密閉部が存在しないようにして、容積移送式ポンプの当該入口が自由となるようにすることである。このようにして、液状添加剤が凍結してその体積が膨張した場合には、容積移送式ポンプの前記少なくとも１つのポンプ容積と、輸送流路の、流れ方向で見て前記入口より上流の部分との間の体積を補償することができる。
【００３１】
また前記方法は、容積移送式ポンプの入口および出口を所定の停止位置において開放することも有利である。
【００３２】
このようにして、液状添加剤が凍結してその体積が膨張した場合には、容積移送式ポンプの前記少なくとも１つのポンプ容積と、輸送流路の、流れ方向で見て前記入口より上流の部分との体積補償を行うことができ、かつ、当該少なくとも１つのポンプ容積と、輸送流路の、流れ方向で見て前記出口より下流の部分との体積補償を行うこともできる。
【００３３】
また前記方法は、前記容積移送式ポンプのポンプ総容積が固定であり、前記容積移送式ポンプ内の圧力が前記装置の動作圧を上回っても変化せず、かつ、前記所定の停止位置では入口も出口も前記少なくとも１つの密閉部によって密閉されることによっても有利となる。
【００３４】
総容積が固定である容積移送式ポンプは、とりわけ、剛性の外部筐体を有するポンプであって、かつ、当該外部筐体内部に前記少なくとも１つのポンプ容積が存在するポンプである。このような剛性の筐体は通常、凍結時に相当程度圧縮することにより容積を追加できる構成要素を含まない。このような剛性のポンプ総容積を有する容積移送式ポンプは、凍結時に液状添加剤の変位が大きくなった場合、および／または、凍結した添加剤が容積移送式ポンプ内に移動した場合に破壊するおそれがある。それゆえこのようなポンプでは、前記装置の運転停止時に入口および出口の双方を密閉すると有利である。このようにして、凍結時に容積移送式ポンプにおいて前記少なくとも１つのポンプ容積内への変位が生じるのを防止することができる。
【００３５】
上述の方法に特に有利な容積移送式ポンプは、内側に設けられたステータと、当該ステータを外部から包囲するように配置された可動のポンプエレメントとを備えた容積移送式ポンプである。
【００３６】
第１のコンセプトでは、前記可動ポンプエレメントは、非可動の筐体により包囲されている。可動ポンプエレメントは、この非可動の筐体内で運動する。第２のコンセプトでは、可動ポンプエレメントは内部ステータを囲むように配置されている。可動ポンプエレメントはステータの周囲で運動する。容積移送式ポンプによる液状添加剤の流入先であるポンプ容積は、前記第１のコンセプトでは前記筐体と可動ポンプエレメントとの間に配置され、前記第２のコンセプトでは可動ポンプエレメントとステータとの間に配置される。その際には、前記フレキシブルな密閉性部材を外部ステータにより構成するか、または内部に設けられた可動ポンプエレメントにより構成することができる。
【００３７】
さらに、前記容積移送式ポンプを蠕動ポンプとすることも有利である。蠕動ポンプとは、輸送流路上において当該蠕動ポンプによって狭窄部または密閉部が輸送方向に前進するポンプである。狭窄部または密閉部により、場合によっては輸送流路上に複数の閉じたポンプ容積が生成される。この狭窄部または密閉部によって、液状添加剤（とりわけ尿素水溶液）は輸送流路上にて蠕動ポンプにより変位する。典型的には、前記狭窄部または密閉部は、蠕動ポンプ内における輸送路の上流方向端部において形成され、当該蠕動ポンプ内における輸送流路の下流方向端部に向かって連続移動する。その後、狭窄部または密閉部は下流方向端部において拡開される。蠕動ポンプによって、液状添加剤を特に安全かつ精確に吐出することができ、このように吐出することにより、液状添加剤に生じる張力および摩擦が特に小さくなる。このようにして、輸送ポンプにおける液状添加剤の構成成分の結晶化を回避することができる。
【００３８】
また、装置は、前記容積移送式ポンプを一種のホースポンプとした場合にも、有利であると考えられる。ホースポンプとは、１つのホースを複数の位置にて押し潰すことにより、当該ホースから成る輸送路において容積移送式ポンプによって複数の狭窄部または密閉部が形成されるポンプである。前記１つのホースの複数の押し潰された位置を変位させることにより、当該ホースを貫通する輸送路上にて液状添加剤が輸送されるようにする。このようなホースポンプは、蠕動ポンプの特に簡単な態様であり、よって特に低コストの態様であるから、液状添加剤供給装置にはこのようなホースポンプが特に有利である。蠕動ポンプの場合、前記フレキシブルな密閉性部材は通常、上述のようなホースによって構成される。
【００３９】
さらに、前記容積移送式ポンプをインペラポンプとすると、前記装置は有利である。インペラポンプとは、可動ポンプエレメントが、筐体内で回転することができるインペラであるポンプである。その筐体は、液状添加剤を当該筐体内に流入させるための入口と、液状添加剤を当該筐体内から流出させるための出口とを有する。インペラはインペラアームを有し、このインペラアームは、密閉部によって密閉するように筐体の外側部分に接触することにより、当該筐体内にて複数の分離したポンプ容積を形成するものである。インペラの回転運動により、インペラアームによって形成されたポンプ容積は変位し、この変位によって、液状添加剤は入口から出口に向かって流れることができる。出口と入口との間の領域では、インペラのインペラアームは筐体の陥入部によって押し潰されるかまたは押しつけられる。このことにより、インペラアーム間のポンプ容積は大きく縮小する。よって、出口から入口へ輸送される液状添加剤の量は、入口から出口へ輸送される量よりも格段に少なくなる。
【００４０】
前記インペラは、当該インペラの回転方向を反転も可能であるように構成されている。このようにして、ポンプの輸送方向も反転する。このようにすると、入口は出口として機能し、出口は入口として機能することとなる。回転方向の反転を可能にするためには、インペラのインペラアームの構成を特殊な構成とする必要がある。回転方向の反転時には、インペラアームは筐体内において絡まったり、回転を妨げてはならない。
【００４１】
また、使用していた輸送方向とは逆方向にインペラを僅かに（たとえば数°の角度だけ）動かしたときに、当該インペラのインペラアームが筐体に挟まったり、または筐体内にて少なくとも部分的に締結されるように、当該インペラを構成することも可能である。このように構成することにより、ポンプ容積の密閉を特に良好に行うことができ、これにより、容積移送式ポンプによって液状添加剤が逆流し得なくすることができる。このような密閉はたとえば、装置の作動停止時に容積移送式ポンプをしっかり密閉して、生じる氷圧によって当該容積移送式ポンプが開放しないようにするのに有利である。インペラポンプは典型的には、ポンプ総容積が固定的であるポンプである。インペラポンプは典型的には、場合によっては当該インペラポンプ内部における液状添加剤の体積膨張によって破壊する可能性がある筐体を備えており、当該筐体内にインペラが配置される。したがってインペラポンプの場合には、停止時に入口および出口の双方を密閉部によって密閉すると特に有利である。
【００４２】
前記容積移送式ポンプは、筐体内において液状添加剤のタンクに配置することができ、当該容積移送式ポンプと供給ユニットとの間の輸送流路の長さは、少なくとも１ｍとすることができる。
【００４３】
好適には、前記容積移送式ポンプは、タンクの下側のタンク底部に配置される筐体内に収容される。こうするために、タンク底部はたとえば、タンクの内部スペースから隔絶されたチャンバを備えることができ、当該チャンバ内に容積移送式ポンプが配置される。このチャンバは、前記タンクの底部の開口部に挿入可能な筐体として構成することも可能である。有利には、タンク内部スペースに液状添加剤が充填されたとき、前記筐体には液状添加剤は存在しない。タンク内から液状添加剤を取り出すための吸入部は有利には、この筐体の外側に直接取り付けられることにより、タンクの内部スペースに合流するようにされている。
【００４４】
本発明は特に、内燃機関と、当該内燃機関の排ガスを浄化するための排ガス処理装置と、当該排ガス処理装置に液状添加剤を供給するための装置とを備えた自動車にて使用することができ、当該装置は、上記方法により動作可能な装置である。これは特に、上述のようなＳＣＲ触媒へ尿素水溶液を輸送するための輸送システムである。
【００４５】
以下、本発明とその技術的環境について、図面を参照して詳細に説明する。図面には、特に有利な実施形態を示しているが、本発明は当該実施形態に限定されることはない。特に、図面と、特に同図面中に示したサイズ比率は、単に概略的に示したに過ぎないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の装置の第１の実施態様を示す図である。
【図２】本発明の装置の第２の実施態様を示す図である。
【図３】本発明の装置の第３の実施態様を示す図である。
【図４】典型的な容積移送式ポンプによる吐出の仕方を記述したグラフである。
【図５】本発明の方法のためのポンプの第１の実施態様を示す図である。
【図６】本発明の方法のためのポンプの第２の実施態様を示す図である。
【図７】本発明の方法のためのポンプの第３の実施態様を示す図である。
【図８】本発明の方法のための装置を備えた自動車を示す図である。
【図９】本発明の方法のためのポンプの第４の実施態様を示す図である。
【図１０】本発明の方法のためのポンプの第５の実施態様を示す図である。
【００４７】
図面中、同一の構成部分には常に同一の符号を付している。以下、まず最初に、図１から図３までの内容に共通した点に限り、これらの図についてまとめて説明する。図１から図３はそれぞれ、装置１の異なる実施態様を示す。装置１は、本発明の方法を実施するために適した／構成されたものであり、液状添加剤を調量して排ガス処理装置に添加するためのものである。
【００４８】
図１から図３までに示す装置１はそれぞれ、タンク２内の吸入部１７から供給ユニット３まで延在する輸送流路６を有する。液状添加剤（とりわけ尿素水溶液）は、タンク２内に貯蔵しておくことが可能である。前記吸入部１７はタンク２の内部スペース３６に設けられており、この吸入部１７において、液状添加剤をタンク２から輸送流路６内に流入することができる。輸送流路６内には容積移送式ポンプ４が設けられている。これは、液状添加剤を輸送流路６上に輸送方向５で吐出するためのものである。容積移送式ポンプ４は回転駆動装置８を有する。この回転駆動装置８は、制御装置７を介して制御することができる。また、輸送方向５で見て、輸送流路６の、容積移送式ポンプ４より下流の場所において、圧力センサ１０も配置されている。この圧力センサ１０は、容積移送式ポンプ４によって輸送流路６内に生じた圧力を監視するためのものである。各タンク２内には、レベル品質センサ１６が設けられている。これは、当該タンク２内の液状添加剤の液面レベルと、場合によっては当該液状添加剤の品質も監視することが可能なものである。レベル品質センサ１６はたとえば、超音波を送波する超音波センサとして構成されている。この超音波センサにより送波された超音波は、タンク２内にて液面により反射されて、レベル品質センサ１６に戻って入射することにより、伝搬時間測定を行うことによってタンク２内の充填レベルの液位を求めることができる。液状添加剤中の参照面までの超音波の伝搬時間を測定することにより、この測定した伝搬時間を品質測定に用いることも可能である。前記参照面は、図中には示していない。
【００４９】
図１では、供給ユニット３は受動弁２８を用いて構成されている。容積移送式ポンプ４より下流の、輸送流路６内における輸送方向５の圧力が、所定の限界値を超えると、この受動弁２８は直ちに自動的に開弁して、液状添加剤を吐出する。このような供給ユニット３の構成は、特に簡単なものとなっている。供給ユニット３はさらに、受動弁が汚染するのを防止するフィルタ２７を有することができる。
【００５０】
図２では、より複雑な構成の供給ユニット３が設けられており、当該供給ユニット３は制御装置７によって、圧力センサ１０により測定された圧力に依存して能動的に制御することができる。こうするためには、供給ユニット３は、能動的に駆動制御されるインジェクタバルブ２９を有する。このような構成の供給ユニット３により、調量を行うときの圧力を能動的に設定することが可能になる。このように圧力を能動設定できることにより、供給ユニット３の噴霧作用および／または噴霧分布プロフィールを調整するために圧力を変化させることが可能となる。
【００５１】
図３は、図２の実施態様と同じ供給ユニット３の実施態様を示している。さらに装置１は、タンク２の底部に設けられた筐体１１内に配置されている。筐体１１内にはレベル品質センサ１６も設けられており、筐体１１外部には吸入部１７も設けられている。このような構成により、装置１の構成を特に簡単かつ低コストにすることができる。好適には、供給ユニット３と容積移送式ポンプ４との間の輸送流路６の流路長３０は１ｍを超え、有利には５ｍ未満である。
【００５２】
図４は、本発明の方法の典型的な容積移送式ポンプ４である蠕動ポンプの構成を示す概略図である。同図から、輸送方向５は輸送流路６に沿って延在していることが分かる。輸送流路６は密閉部１９によって、複数の別個のポンプ容積１８に分かれている。密閉部１９は、輸送流路６内を輸送方向５に移動する。このようにして、液状添加剤は輸送方向５に圧送される。密閉部１９は、輸送流路６（自体）の狭窄および／または密閉によって形成され、その狭窄および／または密閉は、輸送方向５で見て容積移送式ポンプ４内の輸送流路６の上流側端部３７で形成され、当該容積移送式ポンプ４内における当該輸送流路６の下流側端部３８で開放される。
【００５３】
図５は、偏心部材２１として形成された可動のポンプエレメント９が回転運動により可動である、容積移送式ポンプ４の一実施態様を示している。この可動のポンプエレメント９は突起３１を有する。輸送流路６は容積移送式ポンプ４内において、ホース２０により形成されている。可動のポンプエレメント９が回転すると、突起３１によってホース２０は変形して密閉部１９を形成し、輸送流路６内において相互に分離された複数のポンプ容積１８が生じる。可動のポンプエレメント９が回転運動すると、密閉部１９およびポンプ容積１８は変位し、これにより、液状添加剤は輸送流路６内にて輸送方向５に移動する。前記密閉部１９を形成するフレキシブルな密閉性部材４６は、図５の容積移送式ポンプ４ではホース２０によって形成されている。図中には、２つの密閉部１９の現在位置４５と、所望の停止位置４４とを示している。密閉部１９が停止位置４４に来るようにすると、入口２５および出口２６の双方が開放して出入り可能となり、これにより、凍結時には容積移送式ポンプ４によって容積補償を行うことができる。図５の容積移送式ポンプ４の場合、入口２５および出口２６は、偏心部材２１がホース２０に作用し始める領域である。
【００５４】
図６には、インペラ２２として構成された可動のポンプエレメント９を備えた、容積移送式ポンプ４の実施形態を示している。このインペラ２２はインペラ室２３内において回転運動３２により可動である。インペラ２２はインペラアーム３９を有する。このインペラアーム３９はインペラ室２３の内壁に接触して、当該インペラ室２３の内壁と共に密閉部１９を形成する。このようにして、インペラアーム３９間において、相互に分離された複数のポンプ容積１８が形成される。液状添加剤は入口２５を通ってインペラ室２３内に流入し、出口２６を通ってインペラ室２３内から流出していく。インペラ室２３の大部分は筒形に形成されており、インペラ２２はインペラ室２３内において軸対称的に配置されている。しかしインペラ室２３は、インペラ２２の各インペラアーム３９間のポンプ容積１８を押し潰すための陥入部２４を有し、これにより、インペラ２２が予め規定された通りに回転運動３２すると、液状添加剤は入口２５から出口２６に向かう方向にのみ流れ、出口２６から入口２５に向かう方向に流れることはない。このような構成のポンプ全体のポンプ総容積４７は固定となり、凍結時に容積変化を起こすことはない。したがって、運転停止時には入口２５および出口２６が封鎖されるように、密閉部１９を形成するための停止位置４４はここでは入口２５と出口２６とに設けられる。こうするためには、密閉部１９の位置４５が停止位置４４に合わせて適合調整される。
【００５５】
図７は、本発明の容積移送式ポンプ４の他の１つの実施態様を示している。容積移送式ポンプ４は可動のポンプエレメント９を有し、このポンプエレメント９は、偏心部材２１によって可動領域３３内において回転運動３２で運動する。この回転運動３２は、図７では左下の座標系によって示されている。このような回転運動３２により、可動のポンプエレメント９は偏心振子運動を行う。可動のポンプエレメント９自体は回転しないが、当該可動のポンプエレメント９の各区画３４は、回転運動３２により運動する。この運動はベクトル矢印３５によって示している。このベクトル矢印３５は、座標系における回転運動３２から開始して区画３４に向かって延在しており、可動のポンプエレメント９の偏心振子運動が行われている間は、可動のポンプエレメント９のどの区画３４についても、ベクトル矢印３５が変化することはない。可動のポンプエレメント９は筐体１１内において、少なくとも１つのポンプ容積１８を区切る少なくとも１つの密閉部１９を成す。密閉部１９は、筐体１１内において回転運動３２により移動する。この移動によって、液状添加剤の吐出が行われる。液状添加剤は容積移送式ポンプ４によって、当該容積移送式ポンプ４の入口２５から当該容積移送式ポンプ４の出口２６に向かって輸送方向５に圧送される。このような構成のポンプには、密閉部の位置と所望の停止位置とについての上述の記載事項を準用することができ、その際には、停止時にどこで体積補償が可能であるようにすべきかに応じて適宜、密閉部１９が適切な（予め定めた）停止位置に来るようにすることができる。
【００５６】
図８に、内燃機関１３と、当該内燃機関１３の排ガスを浄化するための排ガス処理装置１４とを備えた自動車１２を示す。排ガス処理装置１４にはＳＣＲ触媒１５が設けられており、このＳＣＲ触媒１５により、内燃機関１３の排ガスを浄化するための選択触媒還元を行うことができる。排ガス処理装置１４には、供給ユニット３を用いて、選択触媒還元方法を実施するための液状添加剤が供給されるように構成されている。供給ユニット３には、装置１によってタンク２から液状添加剤が供給される。こうするために、供給ユニット３は輸送流路６を用いて、前記装置１ないしはタンク２に連通されている。
【００５７】
図９は、容量移送式ポンプ４の一実施形態を示す。この容量移送式ポンプ４では、可動のポンプエレメント９が、静止状態におかれるステータ４１を囲むように、当該ステータ４１の外部に設けられている。容量移送式ポンプ４によって液状添加剤を輸送方向５で圧送するためのポンプ容積１８は、前記可動のポンプエレメント９と静止ステータ４１との間に配置されている。可動のポンプエレメント９は、フレキシブルな密閉性部材４６である。ステータ４１には、液状添加剤をポンプ体積１８に流出入させるための入口２５と出口２６とが設けられている。ポンプ体積１８は密閉部１９によって相互に封止されている。可動のポンプエレメント１８は楕円形状であり、ステータ４１は丸形である。有利には、前記可動のポンプエレメントの楕円形状の短軸１８が、当該可動のポンプエレメントの径長１８に相当する。このことにより、有利には常に少なくとも２つの密閉部１９が存在することとなる。この密閉部１９においてステータ４１と可動ポンプエレメント９とが接触する。可動ポンプエレメント９は、回転運動３２で運動させることができる。この回転運動３２は、基本的に２方向で行うことができる。回転運動３２の一方向は、容量移送式ポンプ４による液状添加剤の輸送方向５に相当する。回転運動３２によって密閉部１９が移動し、ポンプ容積１８は入口２５から出口２６に向かって変位する。ステータは、出口２６と入口２５との間に張出し部４２を有する。この張出し部４２の機能は、図６に示した実施態様の容量移送式ポンプの陥入部２４の機能に相当する。張出し部４２によって、出口２６は入口２５から流体密に封止される。こうするために有利なのは、前記可動ポンプエレメント９を弾性とすることである。これにより、可動ポンプエレメント９は張出し部４２において変形し、この変形によって、張出し部４２があっても、ポンプエレメント９はステータ４１を中心として完全に回転移動３２することができる。一例として図９では、密閉部１９の位置４５が、入口２５によっても出口２６によってもポンプ容積１８による体積補償を実現できる停止位置４４にあるのが示されている。
【００５８】
図１０に、容積移送式ポンプ４の更に他の１つの実施態様を示す。本実施形態でも、可動ポンプエレメント９は回転運動３２で動くことができる。この回転運動３２は、２方向で行うことができる。回転運動３２の一方向は、容量移送式ポンプ４による液状添加剤の輸送方向５に相当する。可動ポンプエレメント９は筐体１１内に配置されており、フレキシブルな密閉性部材４６である。筐体１１は入口２５および出口２６を有する。可動ポンプエレメント９は突起３１を有し、この突起３１は筐体１１に接触することにより密閉部１９を成す。密閉部１９と筐体１１と可動ポンプエレメント９との間には閉じたポンプ容積１８が存在し、可動ポンプエレメント９が回転運動３２すると、このポンプ容積１８によって液状添加剤が圧送される。筐体は入口２５と出口２６との間に陥入部２４を有し、この陥入部２４によって、液状添加剤が輸送方向５とは逆方向に出口２６から入口２５へ逆流するのが防止される。回転運動３２によって可動ポンプエレメント９の突起３１が陥入部２４を通過するとき、当該突起３１は押し潰される。突起３１には逆止爪４０が設けられており、可動ポンプエレメント９が輸送方向５と逆方向に動いたとき、前記逆止爪４０は筐体１１に係止することができる。このような逆止爪４０の係止により、密閉部１９の密閉性を向上させることができる。逆止爪４０が突起３１に係止しやすくするための鉤状構造部４３を、筐体１１に設けることができる。
【００５９】
図面中、種々の装置の上記の具体的な構成を示しているが、１つの実施態様の各細部の技術的構成を別個に実施したり、または、他の実施態様／上記説明の各細部の構成と組み合わせることも可能であることは明らかである。したがって、開示した各技術的構成の組合せは、上記にて明示的に裏付けがなされているか、または、当該組合せが無いと本装置ないしは本方法の機能が保証できなくなる場合にのみ「必須」であるとみなすべきものであることを述べておく。
【００６０】
本発明の液状添加剤供給装置は特に低コストであり、また、液状添加剤の凍結によって当該液状添加剤供給装置に損傷が生じないように、当該液状添加剤供給装置を空にすることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１    液状添加剤供給装置
２    タンク
３    供給ユニット
４    容積移送式ポンプ
５    輸送方向
６    輸送流路
７    制御装置
８    回転駆動装置
９    可動ポンプエレメント
１０  圧力センサ
１１  筐体
１２  自動車
１３  内燃機関
１４  排ガス処理装置
１５  ＳＣＲ触媒
１６  レベル品質センサ
１７  吸入部
１８  ポンプ容積
１９  密閉部
２０  ホース
２１  偏心部材
２２  インペラ
２３  インペラ室
２４  陥入部
２５  入口
２６  出口
２７  フィルタ
２８  受動弁
２９  インジェクタバルブ
３０  流路長
３１  突起
３２  回転運動
３３  可動領域
３４  区画
３５  ベクトル矢印
３６  内部スペース
３７  上流側端部
３８  下流側端部
３９  インペラアーム
４０  逆止爪
４１  ステータ
４２  張出し部
４３  鉤状構造部
４４  停止位置
４５  位置
４６  フレキシブル密閉性部材
４７  ポンプ総容積
【図１】
2016513207.tif 000003
【図２】
2016513207.tif 000004
【図３】
2016513207.tif 000005
【図４】
2016513207.tif 000006
【図５】
2016513207.tif 000007
【図６】
2016513207.tif 000008
【図７】
2016513207.tif 000009
【図８】
2016513207.tif 000010
【図９】
2016513207.tif 000011
【図１０】
2016513207.tif 000012
【国際調査報告】
2016513207.tif 000013
2016513207.tif 000014
2016513207.tif 000015
2016513207.tif 000016