JP2010514973A - 調量装置用の供給モジュール - Google Patents

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Abstract

本発明は、内燃機関の排気ガス通路内への還元剤の導入のための調量装置用の供給モジュール(50)に関する。供給モジュール(50)はケーシング(52)を備えており、該ケーシング内に複数の構成要素(70,80,82,84,86)を収納してある。射出成形部分として形成されたケーシング(52)内の中央の近傍に、加熱装置(82)を組み込んであり、ケーシングは別の構成要素(70,80,86,90)の収容のための少なくとも1つの室(64,66,68)を含んでいる。

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス通路内への還元剤の導入のための調量装置用の供給モジュール若しくは選択的接触還元のための供給モジュールであって、該供給モジュールは1つのケーシングを備えており、該ケーシング内に複数の構成要素を収納してある形式のものに関する。
内燃機関を備えた自動車においては、近い将来に見込まれる厳しい排ガス規制法に対応して、内燃機関から排出される排ガスに含まれる有害物質であるNOxは減少されねばならない。このために今日用いられている方法は、SCR法(選択的接触還元)であり、該方法では有害物質であるNOxは液状の還元剤の添加に基づきN2若しくはH2Oに変換されるようになっている。この場合に、一般的に液状の形で用いられる還元剤はタンク内に収容されていて、供給モジュールによって管路を介してタンクから、排ガス内への還元剤の噴射若しくは噴霧のための調量モジュールに輸送されるようになっている。この場合に調量装置はその構成要素若しくは構成部分であるタンク用供給モジュール導管、及び調量モジュール等を含めて自動車の乗員室の外側に位置決めされるようになっており、それというのは還元剤として用いられる尿素溶液は、高い温度でアンモニア(NH3 )を形成するからである。還元剤の供給案内のための調量装置全体を自動車の乗員室の外側に配置することにより、調量装置のシール不良の場合に若しくは事故の際に乗員室内におけるNH3 発生を確実に避けることができるようになっている。複数の構成要素、例えば圧力センサー、ポンプ、噴霧弁、フィルター、構成要素のための加熱装置、並びに構成要素の接続部を含む供給モジュールには、飛沫若しくは走行時の水しぶき等に対する防水並びに特に耐腐食性に対する高い要求が課せられる。調量装置の還元剤供給のための構成要素を乗員室の外側に配置してあるので、これらの構成要素は、これらの構成要素を乗員室内に配置した場合とは逆に、温度変化、跳ねかけ水又は飛沫やまき塩若しくは凍結防止剤等に著しくさらされることになる。
飛沫若しくは走行時の水しぶき等に対する防水並びに耐腐食性に対する要求は、従来用いられている装置においては、前記構成要素、つまりタンク用供給モジュール、導管若しくは管路並びに調量モジュールを別個の1つのケーシング内に収容することによって達成しようとするものである。内部に設けられたケーブル束によって個別の各構成要素を、ケーシングに配置された1つの中央コネクター(集合コネクター)に電気的に接続するようになっており、該中央コネクターを介してケーシング内の構成要素はケーシングの外側の構成部分と電気的に接続され、つまり電気接続されるようになっている。ケーシング内の構成要素は、液体用の加熱可能なホース(若しくは導管)によって互いに液力的に接続され、つまり液体接続されており、すなわち液体は1つの構成要素からホースを経て別の構成要素内に流れるようになっている。ホースは、共有のケーシングに設けられた流入接続管片及び戻り接続管片に接続され、ひいてケーシングの外側に設けられたホース接続部に通じている。構成要素の組み付けの後に、ケーシングは別個のカバーを用いて外部に対して密閉されるようになっている。従来の別の解決手段では、還元剤を案内する装置のための供給モジュールのすべての構成要素をそれぞれ個別に個別構成要素として防水式に形成してある。該個別構成要素は1つのプレート又は1つの支持ブロック若しくは類似のものの上に組み付けられて、該個別構成要素とプレート若しくは支持ブロック等との間の接触箇所若しくはインターフェースをシール部材によって密閉されるようになっている。構成要素の液体接続は、プレート内若しくは支持ブロック内で行われている。防水式に形成された各構成要素は、それぞれ固有の電気的な接続部を有している。さらに加熱装置をプレートと結合してある。
最初に述べた解決手段は比較的大きなスペースで形成され、それというのは個別の複数の構成要素は共有の1つのケーシング内に収容されているからである。最初に述べた解決手段の共有のケーシングは、個別の構成要素をホースによって互いに液体接続すること並びに個別の各構成要素を1つのケーブル束によって1つの中央コネクターに電気接続することに基づき極めて高いコスト及び構成スペースを必要としている。共有のケーシング内に収容された構成要素に加えて設けられねばならない液体用の複数の管路及び各加熱装置は、コスト及びスペースにとって不都合に作用し、つまり高いコスト及び大きな構成スペースを必要とし、かつ自動車メーカーにとって個々のケースでそれぞれ特別な仕様を要求するものである。別の解決手段においては各個別構成要素は、車両乗員室若しくは車両内室の外側に配置される構成要素に対する要求、つまり防水性若しくは耐腐食性を単独に満たさなければならない。このことは極めて煩雑な構成並びに高いコスト若しくは手間を必要とし、それというのはSCR法において一部の構成要素、例えばポンプ用の切換弁若しくは偏心式駆動装置はレバーを介して作動マグネット(作動用電磁石)若しくは電動式駆動装置によって作動(操作)されるようになっているからである。この場合に各構成要素は、回転対称的に形成されていて互いに独立して作動するコンパクトな構成要素ではなく、むしろ種々の形式で互いに係合された、つまり相互に接続若しくは連結された構成要素である。したがって、前記別の解決手段において必要とされる構成要素固有のシールは、極めて困難である。さらにSCR装置の、外側で共有の1つの支持ブロックに受容して設けられる構成要素の加熱装置は、極めて煩雑な構造で形成されており、このことは特に、1つの加熱源から共有の1つの支持ブロック上の各構成要素への熱伝達に当てはまる。
本発明では、内燃機関の排気ガス通路内への還元剤の導入のための調量装置用の供給モジュールのための1つの構成要素を主構成要素(メインエレメント)として形成し、該選ばれた主構成要素内に別の構成要素を挿入式若しくはモジュール式に組み込み可能にして、これによって全体的にコンパクトな構造の1つの構成ユニットを得るようにすることである。実際に、例えば4ポート2位置弁であってよい切換弁を主構成要素として選び、該主構成要素のケーシング内に、調量装置用の例えば供給モジュールの、内燃機関の排気ガス内への還元剤の噴霧(噴射)のためのほかの構成要素のための押し込み室若しくは仕切り室(仕切り棚若しくは挿入室)を画定(画成)してある。本発明の実施態様では、選ばれた主構成要素のケーシングは複数の押し込み室若しくは仕切り室を備えている。ケーシングは、プラスチック射出成形若しくはアルミニウムダイカスト成形による射出成形部分として形成されている。主構成要素のケーシングはプラスチック射出成形によって安価にかつ構造的に高い自由度を成形されるので、押し込み室のための必要なスペースはプラスチックによって簡単に画成される。主構成要素のケーシングの各押し込み室内には、ほかの構成要素、例えば圧力センサーや圧力側の少なくとも1つのフィルターが簡単に挿入される。ほかの所定の構成要素を主構成要素のケーシングの各室(押し込み室)内に組み込んだ後に、該各室は別個のプラスチックカバーによって閉じられるようになっていてよい。別個のプラスチックカバーによる各室の閉鎖は、各室(押し込み室)に各カバーをクリップ留め、若しくはねじ結合、若しくは素材結合、例えばプラスチック摩擦溶接によって固定することに基づき行われるようになっている。
各室内に収容されている構成要素に依存して各室の必要なシール度若しくは密閉度に応じて、室とカバーとの間のシールとしてエラストマシールを用いることができる。エラストマシールは、主構成要素のケーシングの室(押し込み室)の開口部(挿入口若しくはアクセス開口部)の全周に沿ってケーシングとカバーとを素材結合する、例えば溶接結合する場合には省略されてよいものである。主構成要素のケーシングの所定の室内に収容された構成要素の電気的な接続及び電気制御は、射出成形被覆によってカバー内に取り付けられ若しくは埋め込まれたコネクター接続部を介して行われるようになっている。コネクターへの電気的に接続すべき構成要素の電気的な接続は、該構成要素とコネクターと間で該構成要素に差し込み可能なリッツ線端子を介して行われるようになっている。カバー上に射出成形されたコネクターケーシングは、必要に応じて開口部を備えている。電気的に接続すべき各構成要素が差し込み端子(差し込み片)を有している場合には、
コネクターは、構成要素及びカバーを組み付ける際に、コネクターケーシングの開口部を経て内側の接触領域に突入して、供給モジュール側のコネクターケーと接触させられるようになっている。
主構成要素のケーシング内に加熱装置を組み込む場合に、ケーシングは、加熱装置を熱伝達若しくは熱放射にとって適した位置で、例えばケーシングの中央近傍(中央領域)で包囲するように該加熱装置の周囲に射出成形されており、換言すれば加熱装置は、ケーシングの射出成形に際して該ケーシングによって取り囲まれるようになっており、若しくは加熱装置はケーシングの中央近傍に配置して収容されている。ケーシングは、有利な実施態様では、内燃機関の排気ガス通路内への還元剤の投入のための流入通路並びに少なくとも1つの戻り通路を有している。
従来技術の供給モジュールの1つの構成の断面図である。 従来技術の供給モジュールの別の構成の側面図である。 本発明に基づく供給モジュールの断面図である。
図1に従来技術の供給モジュールを示してあり、この場合に調量装置の供給モジュールの複数の構成要素は、外部に対して密閉された共有の1つのケーシング内に組み込まれている。
図1に示してあるように、中央ケーシング10内には、調量装置内における還元剤の供給のための供給モジュールの複数の構成要素26,28,30を配置してある。第1の構成要素26、第2の構成要素28及び第3の構成要素30は、中央ケーシング10の底部に取り付けられている。中央ケーシング10はカバー12によって閉じられており、該カバーは環状のシール部材16を用いてシールされている。カバー12に1つの中央コネクターを組み込んであり、該中央コネクター(集合コネクター)はケーブル装置14を備えていて、該ケーブル装置を介して中央ケーシング10内の個別の構成要素26,28,30を電気的に接続するようになっている。流入通路18は、中央ケーシング10の底部を経て中央ケーシング10の内部へ延びており、還元剤は戻り通路20を通って中央ケーシング10から離れるようになっている。流入通路18も戻り通路20もそれぞれ接続片32を備えている。中央ケーシング10内に配置されている各構成要素26,28,30は、液体用管22を介して互いに接続されており、この場合に流入通路18内を流れる還元剤は、液体用管22を経て第1の構成要素26内に達し、次いでそこから再び液体用管22を経て第2の構成要素28内に流入するようになっており、第2の構成要素28には接続片32を介して戻り通路20を接続してある。液体用管22は、螺線状に巻かれた各加熱コイル24によって取り囲まれており、加熱コイル24は、高い熱出力を生ぜしめるようになっている。図1に示す従来の装置は比較的に大きなスペースで構成されており、それというのは構成要素26,28,30は、一緒に中央ケーシング10内に収納されるようになっているからである。従来の装置は、構成要素26,28,30を液体用管22によって接続すること、及びカバー12に設けられたケーブル装置14を用いて構成要素を電気的に制御することに基づき、極めて高いコスト及び構成スペースを必要としている。液体用管22及び各構成要素26,28,30は、それぞれ加熱装置を必要としており、該加熱装置は液体用管22に依存して加熱コイル24によって形成されるようになっている。各構成要素26,28,30にとってそれぞれ個別の加熱要素を必要としている。
図2に示す構成では、各構成要素は1つの支持ブロック若しくは支持部材に受容されている。図2に示してあるように、支持ブロック40は還元剤の流入通路18及び戻り通路20のための各接続片32を有している。支持ブロック40の第1の側42には、還元剤の供給モジュール用の第1の構成要素26及び第2の構成要素28を受容してあるのに対して、支持ブロック40の第2の側44には、第3の構成要素30を配置(受容)してある。支持ブロック40の両方の側42,44に配置された各構成要素26,28,30は防水形若しくは防まつ形及び耐食性であり、一般的に外観要求と称されるこれらの要求を満たすようになっている。さらに図2に示す構成要素26,28,30は電気的な接続部46を介して自動車の給電装置若しくはバッテリー回路に接続されるようになっている。
図2に示す構成では、使用される構成要素26,28,30はそれ自体外観要求を満たすものである。この場合にも実際には問題があり、それというのはSCR法のための調量装置においては、構成要素は部分的にレバー(例えば、ポンプ若しくは偏心体のための切換弁)を介して作動マグネット若しくは電動モータによって作動されるようになっている。これは、単独に作動する回転対称的なコンパクトな各構成要素ではなく、互いに接続された構成要素26,28,30である。さらに構成要素自体を防水密閉することは極めて困難で、かつコストを増大させることになる。さらに個別の構成要素の加熱は極めて困難であり、それというのは熱伝達が支持ブロック40から、支持ブロックの各側(側面)に配置されたそれぞれの構成要素26,28,30に行われ、したがって多くの熱が必然的に周囲に放出されて失われるからである。
図3には、本発明に基づく供給モジュールを示してあり、該供給モジュールにおいて構成要素は複数の部屋又は仕切り空間(画成空間)若しくは室内に組み込まれ、つまり収容されている。図3から明らかなように、供給モジュールの主構成要素50はケーシング52を含んでいる。主構成要素のケーシング52は、一般的に射出成形構成部分として形成されていて、例えばアルミニウムダイカスト法によって若しくはプラスチック射出成形法によって成形されていてよく、これによってケーシング52を個別の室若しくは部屋に仕切る、つまり画成すること並びにケーシング52の幾何学形状に関する高い構成自由度が得られるようになっている。図3に断面で示してあるケーシング52は、プラスチック射出成形されたケーシング、つまりプラスチックケーシングであり、ケーシング外側壁54、少なくとも1つの内側壁(中間壁若しくは仕切り壁)56、ケーシング52から取り外し可能なカバー、並びに底部壁(底面壁)60を含んでいる。
図3に示してある供給モジュール50は、内燃機関の排ガス通路内への還元剤の投入のための調量装置の主構成要素(主要構成部分)である。ここに例として示してある4ポート2位置弁、つまり4/2弁は、切換弁70として用いられており、該切換弁のケーシング52内には次に述べる構成要素をモジュール式に組み込んである。切換弁70を収容するケーシング52は、供給モジュールのほかの構成要素のためのケーシングをも成している。供給モジュール50は、ほかの構成要素として、例えば少なくとも1つの圧力センサー、並びに還元剤のろ過のために圧力側に配置されたフィルターを含んでいる。圧力側に配置されたフィルターは、内燃機関の排気ガス通路若しくは排気ガス管路内への粒子の含まれない還元剤の供給を保証するものである。
供給モジュール50は、調量装置の1つの構成要素を成しており、調量装置は供給モジュール50のほかに、調量モジュールを含んでおり、調量モジュール内には図示省略の調量弁を設けてある。
図3に示してあるように、主構成要素である供給モジュール50の底部壁60は、シール部材62を有しており、該シール部材を介して、底部壁60上に装着されたケーシング外側壁54をシール若しくは密閉してある。
主構成要素としての供給モジュール50のケーシング52内には、第1の室64を画成してある。さらに、有利にはプラスチックにより射出成形されたケーシング52内には、第2の室66を画定してあり、該室は加熱装置82の受容のために用いられている。さらに図3に示してあるように、第3の室68を内側壁56によって第1の室62から仕切ってある。押入れ若しくは仕切り室又は隔室とも称される室64,66,68は、主構成要素としての供給モジュール50のケーシング52内に設けられたほかの構成要素のための個別の受容空間(受容スペース)を成している。この場合にほかの構成要素は、例えば駆動装置80(一般的に電動式の駆動装置)、加熱装置82、作動マグネット86並びにポンプ90である。
さらに供給モジュール50内には、図3には図示省略の構成要素、例えば圧力センサー及び圧力側のフィルターも含まれる。これらの構成要素は、すでに述べた構成要素である駆動装置80若しくは電動駆動装置、加熱装置82、作動マグネット86並びにポンプ90と類似して、供給モジュール50のケーシング52の個別の室内に収容されていてよい。
図3に縦断面を示してあり実施例でプラスチック射出成形されたケーシング52において、加熱装置82は、該ケーシング52内に個別に画定(画成)された第2の室66内に収容されるか、若しくは該ケーシング52の射出成形時に該ケーシング内に鋳包まれるようになっており、つまりケーシングは加熱装置を包囲するように加熱装置の周囲に射出成形されている。図3に示してあるように、加熱装置82を収容スペース(中空室)のほぼ中央に配置してあることに基づき、加熱装置82によって形成された熱は、熱伝導若しくは対流により、ケーシング内の個別の室内に収容された各構成要素、つまり駆動装置80、作動マグネット86及びポンプ90に均一に伝達されるようになっており、個別の通路は不要になっている。本発明に基づく手段により利点として、加熱装置82の適切な配置及び構成に基づき、かつ切換弁70若しくは内側壁56への加熱装置82の接触に基づきケーシング52の均一で極めて効果的な加熱を達成できるようになっている。図3に示してあるように加熱装置82では一方において熱伝達は、加熱装置82の脚部と切換弁70のケーシングとの間の熱移動並びに、加熱装置82の90°曲げられた脚部と内側壁56、ひいては第3の室68内の作動マグネット86との間の熱移動に基づき行われるのに対して、他方において熱伝達は加熱装置の90°曲げられた脚部の表面とポンプ90、若しくは第1の室64内の行動装置80との間の対流に基づき行われるようになっている。
図3に示してある室64,66,68は例えばカバー部材によって閉鎖されるようになっていてよい。カバー部材は、各構成要素80,90,86,70をケーシング52の各室64,66,68内に収容した後に素材結合、例えば溶接又は溶着若しくは接着等によりケーシング52に結合され、これによって各室64,66,68内の構成要素は環境の影響、例えば飛沫、塩分及び汚れ等から保護されており、つまり外部保護要求(環境からの保護要求)は全体的に良好に満たされるようになっている。室64,66,68を閉じるカバーの固定は、別の実施例としてクリップ結合若しくはねじ結合等によって行われてよい。外部の環境若しくは周囲に対する室64,66,68の要求されるシール性に応じて、エラストマシール(符号62、参照)を用いることも可能である。例えば作動マグネット86若しくは駆動装置80の電気的な制御は、それぞれの室64若しくは室68を閉じるカバーを通して形成されたコネクター接点を介して、例えば図3に示してある差込式のコネクターの差込端子を介して行われるようになっており、コネクターの差込端子は、底部60若しくはケーシング外側壁54の開口部72を貫通している。例えば駆動装置80、加熱装置82若しくは作動マグネット86の差込端子(コネクター端子)は、有利な実施例では底部壁60若しくはケーシング外側壁54の開口部72を貫通した後にコネクターモジュール内に達するようになっており、該コネクターモジュールを介して電気的な各構成要素80,82,86は電気的に接続される。電気的に接続すべき構成要素80,82,90の差込端子は、図示の実施例ではケーシング52の内側から、ケーシング外側壁74若しくは底部壁60のケーシング開口部72を貫通して、主構成要素として設けられかつ4ポート2位置弁として形成された切換弁70のケーシング52を装着すべきコネクター接点内へ延びている。
付言すると、4ポート2位置弁として形成された切換弁70のケーシング52は、第1の室64、第2の室66及び第3の室68を備えていて、構成要素80,82,86,90のための受容室を形成している。作動マグネット86は同じく、ケーシング壁74のケーシング開口部72を経て延びる差込端子(差込片)を介して電気的に接続されるようになっていて、作動用のロッド92を有している。リンクとしてのロッド92は、レバー84に旋回可能に結合されており、該レバーを介して、例えば4ポート2位置弁として形成されていてよい切換弁70は作動(操作)されるようになっている。
本発明に基づく構成は、ケーシング52が別の構成要素80,82,86,90の室64,66,68のためのケーシングとして形成されている供給モジュール50の主構成要素の選択に応じて利点を有しており、互いに組み合わされる構成要素、例えば作動マグネット86及び切換弁70も外部環境に対する要求を満たしており、それというのは該構成要素は外部の影響、例えば前述のパラメータ、つまり飛沫及び走行路上の水、並びに塩分若しくは腐食に対して十分に密閉若しくはシールされ、つまりカプセル化されて保護されているからである。図2に示してある構成では、外部環境に対する要求にとって極めて高い費用を必要としており、それというのは支持ブロック40の上側及び下側の面に受容された構成要素26,28,30は周囲の環境に対して保護されることなくさらされているからである。
10 中央ケーシング、 12 カバー、 14 ケーブル装置、 16 シール部材、 18 流入通路、 20 戻り通路、 22 液体用管、 24 加熱コイル、 26,28,30 構成要素、 32 接続片、 50 主構成要素、 52 ケーシング、 54 ケーシング外側壁、 56 内側壁、 58 カバー58、 60 底部壁、 62 シール部材、 66,68,70 切換弁、 72 開口部、 80 駆動装置、 82 加熱装置、 86 作動マグネット、 90 ポンプ、 92 ロッド

Claims (10)

  1. 内燃機関の排気ガス通路内への還元剤の導入のための調量装置用の供給モジュールであって、ケーシング(52)を備えており、該ケーシング内に複数の構成要素(70,80,82,84,86)を収納してある形式のものにおいて、加熱装置(82)は、射出成形部分として形成されたケーシング(52)内に組み込まれており、該ケーシングは別の構成要素(70,80,86,90)の収容のための少なくとも1つの室(64,66,68)を含んでいることを特徴とする、調量装置用の供給モジュール。
  2. ケーシング(52)は、プラスチック射出成形若しくはアルミニウムダイカスト成形による射出成形部分として形成されている請求項1に記載の供給モジュール。
  3. ケーシング(52)は、加熱装置(8)を熱伝達若しくは熱放射にとって適した位置で包囲するように該加熱装置の周囲に射出成形されており、若しくは加熱装置(8)はケーシング(52)の中央近傍に配置して収容されている請求項1に記載の供給モジュール。
  4. ケーシング(52)は、駆動装置(80)及びポンプ(90)の収容のための第1の室(64)、加熱装置(82)の収容のための第2の室(66)、並びに作動マグネット(66)の収容のための第3の少なくとも1つの室(68)を含んでいる請求項1に記載の供給モジュール。
  5. 電気的に接続すべき構成要素(80,82,86)は、ケーシング(52)の所定の室(64,66,68)内への収容に際してコネクターの差込端子でもってケーシング開口部(72)内を貫通するようになっている請求項1に記載の供給モジュール。
  6. 作動機構(86)は、ケーシング(52)内に収容された切換弁(70)と少なくとも1つの室(68)内に収容された少なくとも作動機構(86)との間の少なくとも1つの作動装置(92,84)は、外部に対してケーシング(52)によって密閉されている請求項1に記載の供給モジュール。
  7. ケーシング(52)は内部に、少なくとも2つの室(64,66,68)を互いに仕切っていて熱伝導による熱伝達に適した少なくとも1つの内側壁(56)を備えている請求項1に記載の供給モジュール。
  8. ケーシング(52)の内部に画定された少なくとも1つの室(64,66,68)はカバー部材によって閉鎖されるようになっており、該カバー部材は前記室(64,66,68)へのアクセス開口部にクリップ留めされ、若しくはねじ結合され、若しくは素材結合により固定されるようになっている請求項1に記載の供給モジュール。
  9. ケーシング(52)は、内燃機関の排気ガス通路内への還元剤の投入のための流入通路(18)並びに少なくとも1つの戻り通路(20)を有している請求項1に記載の供給モジュール。
  10. ケーシング(52)は、4ポート2位置弁として形成された切換弁(70)を第1の室(64)内に受容し、電気的な駆動装置(80)及びポンプ(90)並びに加熱装置(82)を第2の室(66)内に受容し、前記切換弁(70)の作動のための作動マグネット(86)を第3の室(68)内に受容しており、電気的に接続すべき構成要素(80,82,86)は、前記ケーシング(52)のケーシング外側壁(54)、カバー(58)若しくは底部壁(60)に設けられた電気的な接点(74,76,78)を介して接続されるようになっている請求項1に記載の供給モジュール。
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