JP2013209983A - 液体添加剤のための送達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体添加剤を内燃エンジンの排気ガス処理装置に送達するのに好適な供給装置の提供。
【解決手段】第１の吸気ポート３および第１の圧力ポート４を備える第１のポンプ１を有し、第２の吸気ポート７および第２の圧力ポート８を備える第２のポンプ２を有し、供給装置５を有する、液体添加剤のための送達装置６であって、供給装置５は第１のラインシステム９を介して第１の圧力ポート４に接続され、第１の吸気ポート３は第２のラインシステム１０を介して液体添加剤のためのタンク１３に接続され、さらに第２の圧力ポート８は第３のラインシステム１１を介してタンク１３に接続され、第２のラインシステム１０および第３のラインシステム１１は互いから分離される、送達装置６に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は液体添加剤のための送達装置に関する。この送達装置は特に、液体添加剤を内燃エンジンの排気ガス処理装置に送達するのに好適である。

特に自動車分野において、液体添加剤（酸化剤および／または還元剤）が供給される内燃エンジンの排気システムが広範に使用されている。排気ガス浄化法は一般に排気ガス処理装置で実施され、具体的には、ディーゼルエンジンの場合、排気ガス中の窒素酸化化合物が還元剤により還元される選択接触還元（ＳＣＲ）法である。ここでアンモニアが還元剤として使用される。アンモニアは好ましくはアンモニア自体ではなく、アンモニアを形成するために変換され得る還元剤前駆体溶液の形態で自動車に保存される。好適な還元剤前駆体溶液は、例えば３２．５％の尿素含有量を有する商標名ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）として利用可能である尿素水溶液である。前記還元剤前駆体溶液は、液体添加剤として自動車に保存され得、送達装置により排気ガス処理装置により供給され得る。

この目的のために必要とされる送達装置は、可能な限り安価で、信頼性があるべきである。特に、送達装置は、送達装置により供給される液体添加剤の量が可能な限り正確に決定され、投与され得るように設計されなければならない。

さらに、液体（特に水溶性）添加剤は低い温度で凍結し得る問題がある。記載した尿素水溶液ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）は例えば約−１１℃の温度で凍結する。したがって、送達装置は、液体添加剤が凍結することによる損傷を受けないように設計されなければならない。

さらに、特に送達装置の作動開始時に、送達装置に気泡が存在しないことを確実にしなければならない。なぜなら、送達装置内の気泡は、送達装置の正確な機能および／または投与に悪影響を及ぼし得るからである。

さらに、液体添加剤の確実かつ正確な供給は、送達装置の起動後（自動車の出発後／時）、可能な限り迅速でなければならない。

これらのことを出発点として考慮して、本発明の目的は従来技術に関して明らかとなった問題を少なくとも部分的に解決または少なくとも軽減することである。特に、液体添加剤のための特定の安価で正確かつ頑丈な送達装置および前記送達装置を作動するための方法を特定することを目的とする。

前記目的は請求項１の特徴に係る装置および請求項７の特徴に係る方法により達成される。本発明のさらなる有益な実施形態は従属請求項において特定される。請求項に個々に特定される特徴は、任意の所望の技術的に有意義な方法で互いに組み合わされてもよく、本発明のさらなる設計の変形例を特定する詳細な説明からの例示的な要因により補足されてもよい。

本発明は、第１の吸気ポートおよび第１の圧力ポートを備える第１のポンプを有し、第２の吸気ポートおよび第２の圧力ポートを備える第２のポンプを有し、供給装置を有する、液体添加剤のための送達装置であって、供給装置は第１のラインシステムを介して第１の圧力ポートに接続され、第１の吸気ポートは第２のラインシステムを介して液体添加剤のためのタンクに接続され、さらに第２の圧力ポートは第３のラインシステムを介してタンクに接続され、第２のラインシステムおよび第３のラインシステムは互いから分離される、送達装置に関する。

液体添加剤のための送達装置は特に、それが還元剤または還元剤前駆体および特に尿素水溶液の送達のために使用され得るように設計される。送達装置は特にまた、それが自動車において一体化され得るように設計される。

送達装置は、液体添加剤の正確な投与が第１のポンプの作動により簡単に行われ得るように設計されてもよい。送達装置はまた、第１のポンプが第１のラインシステムにおいて液体添加剤の規定の圧力を単に生じる機能をするように設計されてもよく、次いで液体添加剤の正確な投与は供給装置により行われ、その供給装置は例えば、電磁気的に制御される方法で作動される注入器を有し、液体添加剤の供給量は規定の注入器の開口時間により正確に決定され得る。

ポンプは好ましくは、パルス（拍動）状に作動するポンプであり、少なくとも１つの出口弁を有し、必要に応じて、さらに入口弁およびポンプチャンバを有する。ポンプにおけるまたはポンプを介する液体添加剤の送達は、ポンプチャンバにおける可動式ポンプ要素（ピストン、隔膜など）の運動により行われる。可動式ポンプ要素は、液体添加剤を出口弁を通して外側に押し出す。第１のポンプは好ましくは第１の電気駆動部を有する。第２のポンプは好ましくは第２の電気駆動部を有する。ポンプは好ましくはそれらのそれぞれの電気駆動部により駆動される。電気駆動部は回転駆動または線形駆動であってもよい。回転駆動により生じる回転運動は、伝達手段（例えば接続ロッドまたはカムディスク）によりポンプのピストンまたは隔膜に伝達され得る。電気駆動部は典型的に、電流が流れる場合、磁場を生成する少なくとも１つの電気コイルを有する。前記磁場は駆動部の電機子に力を与え、それにより、電機子は駆動運動を実施する。

第１のポンプは特に、液体添加剤の投与（計測）装置への「定期的な」送達のために機能し、したがって好ましくは、第２のポンプより長い耐用年数および／または高い送達能力を有する。第２のポンプは好ましくは単に、少なくとも部分的に種々のラインシステム（第１のラインシステム、第２のラインシステムおよび／または第３のラインシステム）を流し出し（ドレイン）および／または清浄（パージ）するため、ならびに特に、気泡をラインシステムの少なくとも１つから外部へ送るために、液体添加剤を第３のラインシステムを通して戻すように送達する機能をする。したがって、送達装置の作動の間、第２のポンプは通常、第１のポンプより少ない頻度で作動され、したがって、短い耐用年数および／または低い送達能力を有してもよい。

第１のポンプおよび第２のポンプは、各場合、それらの吸気ポートにおいて液体添加剤を吸引するが、液体添加剤は、それらの圧力ポートにおいて高圧で提供または排出される。種々のラインシステムが、例えばホースの形態および／またはダクトの形態で形成される。ダクトは例えば、送達装置のブロックにおける孔および／または閉じたキャビティにより、ならびに／あるいは管により形成されてもよい。ラインシステムは特に、尿素水溶液の送達に関して耐久性があり、（アクティブにおよび／または制御された方法で）少なくとも部分的に加熱されてもよい。

提案される送達装置は特に、第２のラインシステムにおいて特徴付けられ、第３のラインシステムは互いから分離される。特に、第２のラインシステムと第３のラインシステムとの間で液体添加剤が通過できる分離経路および／またはダクトは存在しない。このことはまた、言い換えれば、液体添加剤が、第１のラインシステムまたはタンクを介してのみ、第２のラインシステムから第３のラインシステム内に送達され得ることを意味する。第２のラインシステムに配置される液体添加剤は好ましくは、第１のポンプ、第１のラインシステムおよび第２のポンプを介してのみ、第３のラインシステム内に通過できる。第３のラインシステムに配置される液体添加剤は好ましくは、タンクを介してのみ第２のラインシステム内に通過できる。このような構成により、第２のラインシステム、第１のラインシステムおよび第３のラインシステム（この順序で）を介して液体添加剤の循環形態で、３つのラインシステムのうちの１つにおける気泡が確実に液体添加剤のためのタンク内に戻されるように送られることが確実にされ得る。これは特に、ポンプおよび／またはタンクにおける液体添加剤の「再循環」または「無誘導（ｕｎｇｕｉｄｅｄ）」運搬により達成される。

第２のラインシステムおよび第１のラインシステムは共に、タンクから供給装置までの液体添加剤のための（直接）送達ラインを形成する。第３のラインシステムは、戻りラインの種類を形成し、その戻りラインを介して、送達ライン（または第２のラインシステムおよび第１のラインシステム）が、部分的にまたはさらに完全に通気／排気され得る。この目的のために、第１のラインシステムは特に、第２のポンプに通じる分岐部を有する。したがって第１のラインシステムは好ましくは合計で３つの端部を有する。第１の端部は第１のポンプの第１の圧力ポートに接続される。第２の端部は第２のポンプの第２の吸気ポートに接続される。第３の端部は供給装置に接続される。

送達装置は、送達モジュールがタンク内に一体化されるように設計されてもよい。送達装置はまた、タンクの外側に配置される外部送達装置であってもよい。第２のラインシステムは次いで好ましくは、吸入ラインが吸気管を備えるように設計され、その吸気管を通して添加剤はタンクから抽出され得る。戻りラインの種類を構成する第３のラインシステムは、第２のラインシステムとは別にタンク内に通じる。

送達装置は好ましくは、第２のラインシステムがフィルタによりタンクから分離される。液体添加剤が第１のポンプにより第２のラインシステムを介してタンクから吸い出される場合、（再循環される）液体添加剤は好ましくは、所望のフィルタを通して（強制的に）吸い出される。フィルタは例えば、第２のラインシステム上の吸引点を囲む繊維および／または不織布の種類として形成されてもよい。特にまた、第３のラインシステムから第２のラインシステムまでの液体添加剤のための、前記フィルタを迂回する（バイパスする）流路は存在しない。ある観点から、フィルタは、第３のラインシステムと第２のラインシステムとの間の分離要素として考慮されてもよい。さらに、フィルタは同様に、添加剤に耐性があるように設計され、必要に応じてまた、（電気的に）加熱可能である。ここで、フィルタは、望ましくない粒子が吸引されるのを防ぐだけでなく、送達装置の機能に危険性をもたらす（再循環している）（比較的大きな）気泡の侵入も防ぐ。

送達装置は特に、第１のラインシステムにパルスダンパが設けられることが好ましい。このようなパルスダンパは、第１のポンプにより、または第１のポンプの可動式ポンプ要素の送達運動により第１のラインシステムにおいて生じる圧力変動を減少させるために機能し得る。パルスダンパは、第１のラインシステム上および／または内に設けられる可動式および／または圧縮要素として設計されてもよい。

送達装置はさらに、第１のポンプがバルブとして作用するように設計される場合、有益である。送達装置の作動の間、排気ガス処理装置のための液体添加剤が、（例えば第１のラインシステムにおける圧力アキュムレータの形態で）提供され、第２のポンプは次いで、正常に停止される。第２のポンプは特に、送達装置または送達装置のラインシステムを清浄する（のみ）の役割をする。第２のポンプはしたがって好ましくは、清浄動作が行われない場合、停止される。第３のラインシステムを通る液体添加剤の（漏れ）流れの結果としての送達能力の損失を回避するために、第１のラインシステムから第３のラインシステム内への経路はこの段階において第２のポンプにより閉鎖されるべきである。第２のポンプはしたがって、（シャットオフ）バルブとして作用する。したがって、このように設計される第２のポンプの結果として、第１のラインシステムから第３のラインシステムへ接続されるさらなるバルブは必要としない。

送達ラインはまた、ポンプが停止される場合、第２の吸気ポートから第２の圧力ポートまでの方向において第２のポンプが第１のラインシステムおよび第３のラインシステムを互いに分離する場合、有益であるとみなされる。セパレータまたはバルブとして作用する第２のポンプのための電気エネルギーが必要とされないことが好ましく、むしろポンプが停止される場合、第１のラインシステムから第３のラインシステムへの流路は液密形式で閉鎖される。

送達装置はさらに、第２のラインシステムおよび第３のラインシステムが各々、ホースラインを有し、そのホースラインがタンクに接続される場合、有益である。ホースラインは特に、送達装置がタンクの外側に取り付けられる場合、有益である。次いで第２のラインシステムの構成部分であるホースラインは好ましくはまた、液体添加剤のためのタンクのベースの近接で液体添加剤が抽出され得る吸引パイプの種類を形成する。したがって、タンク内に存在する液体添加剤が、送達装置により可能な限り完全にタンク外部に送達され得ることを確実にし得る。（フレキシブルな）ホースラインはさらにまた、そこに位置する凍結添加剤の体積膨張に少なくとも部分的に適合されてもよく、および／または加熱可能なように設計されてもよい。

さらなる態様によれば、本発明に係る本明細書に記載している送達装置を作動する方法が特定され、その方法は、少なくとも以下の工程：
ａ）第１のラインシステム、第２のラインシステムおよび第３のラインシステムを清浄するために第１のポンプおよび第２のポンプを同時に作動する工程と、
ｂ）清浄プロセスを終了するために第２のポンプを停止させる工程と、
ｃ）供給装置により液体添加剤を投与するために第１のポンプを作動する工程と、
を有する。

工程ａ）の間、液体添加剤のためのタンクに戻る３つのラインシステムを介する液体添加剤の循環が好ましくは行われる。特に、清浄は、気泡が３つのラインシステムから（タンク内）に運ばれ得る通気プロセスを構成する。前記工程ａ）は、例えば、送達装置の起動の開始時および／または特定の開始時に実施されてもよい。したがって、ラインシステムの少なくとも１つにおいて気泡の割合および／または分布を決定するためのプロセスが事前に実施され、気泡が検出される場合、工程ａ）が開始される。

工程ｂ）における第２のポンプの停止の結果として、第１のラインシステムは好ましくは第３のラインシステムから分離される。次いで第２のポンプはバルブとして作用する。その後液体添加剤の循環はもはや可能ではない。工程ｂ）は例えば工程ａ）の開始後、規定の時間後に開始されてもよい。ラインシステムの少なくとも１つにおける気泡の割合および／または分布を決定するためのプロセスが次いで、必要に応じて再び実施されてもよい。次いで望ましくない気泡がまだ検出される場合、工程ａ）がまた（複数回または適切に）反復されてもよい。そうでなければスイッチが「定期的に」作動され得る。

工程ｃ）において、液体添加剤は供給装置により投与される。供給装置は好ましくは注入器を備え、液体添加剤の供給量は好ましくは制御され、それにより、投与が注入器の開始時間により（好ましくは制御された方法で）行われ得る。液体添加剤の投与量は好ましくは、工程ｃ）の間に第１のポンプにより送達される液体添加剤の量に正確に対応する。ここで、第２のポンプは通常、停止したままである。

記載している方法は、工程ａ）の間、液体添加剤が供給装置により供給される場合、特に有益である。前記好ましい方法の変形例において、３つのラインシステムを通る清浄操作およびまた、例えば排気ラインへの液体添加剤の投与操作は工程ａ）において並行して行われる。これは、第１のポンプの送達速度および第２のポンプの送達速度が、それぞれの作動パラメータをモニターすることにより正確に決定され得るという事実により可能となる。次いで第１のポンプの送達速度と第２のポンプの送達速度との相違は、液体添加剤の投与される量を構成する。前記方法を実施することにより、清浄プロセスの間に妨げられずに、送達装置の投与作動が可能となる。このことはまた、工程ａ）が、液体添加剤のタンクおよび／または排気ラインへの制御されていない（不正確な）送達を行わずに「定期的な」作動の間に実施されることを可能にし、これは送達の有意な利点である。

記載している送達装置に関して強調されている特別な利点および設計の特徴は、記載されている方法に対応して適用され、移されてもよい。同様のことが、記載されている方法に関して特定された特定の利点および実施形態の特徴に適用され、記載されている送達装置に対応して適用され、移されてもよい。

本発明は特に、内燃エンジンを有し、内燃エンジンの排気ガスを浄化するための排気ガス処理装置を有する、自動車であって、排気ガス処理装置に供給装置が設けられ、本明細書に記載されている送達装置によって、供給装置を介して液体添加剤が排気ガス処理装置に投与され得る、自動車に使用される。自動車において記載した送達装置は特にまた、本明細書に記載した方法を使用して作動されるように設計され、設定される。この目的のために、自動車は好ましくは、対応するプログラムルーチンを保存している制御装置を有する。本発明は特に、自動車の排気ガス処理装置内への尿素水溶液の投与に関し、それにより、ＳＣＲ法がその装置において効果的に実施され得る。

本発明および技術分野は図面に基づいて以下により詳細に説明される。図面は特に好ましい例示的な実施形態を示すが、本発明はそれらに限定されない。特に、図面および特に例示した寸法の関係は単なる概略であることに留意されたい。

本発明に係る送達装置の例示的な実施形態を示す。 記載した送達装置を有する自動車を示す。

図１は、液体添加剤、特に尿素水溶液を送達するための送達装置６を概略的に示す。送達装置６は、第１のラインシステム９、第２のラインシステム１０および第３のラインシステム１１を有する。第２のラインシステム１０および第１のラインシステム９は第１のポンプ１を介して互いに接続される。第２のラインシステム１０は第１のポンプ１の第１の吸気ポート３に接続される。第１のラインシステム９は第１のポンプ１の第１の圧力ポート４に接続される。さらに、第１のラインシステム９および第３のラインシステム１１に接続される第２のポンプ２が存在する。第１のラインシステム９は第２の吸気ポート７を介して第２のポンプ２に接続される。第３のラインシステム１１は第２の圧力ポート８を介して第２のポンプ２に接続される。第１のポンプ１は第１の電気駆動部２２を有し、第２のポンプ２は第２の電気駆動部２３を有する。また、第１のラインシステム９は供給装置５に接続され、その供給装置５により、液体添加剤は排気ガス処理装置１２内に供給され得る。第２のラインシステム１０および第３のラインシステム１１は各々タンク１３に接続される。

さらに、第２のラインシステム１０および第３のラインシステム１１は流体セパレータ１６により互いから分離される。タンク１３の外側で、第２のラインシステム１０と第３のラインシステム１１との間に接続は存在しない。第２のラインシステム１０は好ましくはさらに、フィルタ１８によりタンク１３から分離される。タンク１３から第２のラインシステム１０内に吸引される液体添加剤はしたがって、フィルタ１８を通過しなければならない。また、第１のラインシステム９にパルスダンパ１７が設けられ、それにより、第１のポンプ１により第１のラインシステム９において生じる圧力変動が補償され得る。また、例として、圧力および／または温度を決定するためのセンサ２０が例示され、そのセンサは第１のラインシステム９に配置される。第１のポンプ１、第２のポンプ２およびセンサ２０は、送達装置６の作動を規定するように設定される制御装置１９に接続される。

図２は、内燃エンジン１５を有し、該内燃エンジン１５の排気ガスを浄化するための排気ガス処理装置１２を有する自動車１４を示す。液体添加剤は送達装置６により排気ガス処理装置１２内に供給され得る。送達装置は供給装置５を備え、それにより、液体添加剤は排気ガス処理装置に供給される。送達装置はタンク１３の外側へ液体添加剤を送達する。したがって特に、尿素水溶液を特に正確な用量で排気ガス処理装置１２内のＳＣＲ触媒コンバータ２１に供給できる。

１ 第１のポンプ
２ 第２のポンプ
３ 第１の吸気ポート
４ 第１の圧力ポート
５ 供給装置
６ 送達装置
７ 第２の吸気ポート
８ 第２の圧力ポート
９ 第１のラインシステム
１０ 第２のラインシステム
１１ 第３のラインシステム
１２ 排気ガス処理装置
１３ タンク
１４ 自動車
１５ 内燃エンジン
１６ 流体セパレータ
１７ パルスダンパ
１８ フィルタ
１９ 制御装置
２０ センサ
２１ ＳＣＲ触媒コンバータ
２２ 第１の電気駆動部
２３ 第２の電気駆動部

Claims (9)

1. 第１の吸気ポート（３）および第１の圧力ポート（４）を備える第１のポンプ（１）を有し、第２の吸気ポート（７）および第２の圧力ポート（８）を備える第２のポンプ（２）を有し、供給装置（５）を有する、液体添加剤のための送達装置（６）であって、前記供給装置（５）は第１のラインシステム（９）を介して前記第１の圧力ポート（４）に接続され、前記第１の吸気ポート（３）は第２のラインシステム（１０）を介して前記液体添加剤のためのタンク（１３）に接続され、さらに前記第２の圧力ポート（８）は第３のラインシステム（１１）を介して前記タンク（１３）に接続され、前記第２のラインシステム（１０）および前記第３のラインシステム（１１）は互いから分離される、送達装置（６）。
2. 前記第２のラインシステム（１０）がフィルタ（１８）により前記タンク（１３）から分離されている、請求項１に記載の送達装置（６）。
3. 少なくとも前記第１のラインシステム（９）にパルスダンパ（１７）が設けられる、請求項１または２に記載の送達装置（６）。
4. 前記第２のポンプ（２）がバルブとして作動するように設計される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の送達装置（６）。
5. 前記第２のポンプ（２）が停止する場合、前記第２の吸気ポート（７）から前記第２の圧力ポート（８）までの方向において、前記第２のポンプ（２）が前記第１のラインシステム（９）および前記第３のラインシステム（１１）を互いから分離する、請求項４に記載の送達装置（６）。
6. 前記第２のラインシステム（１０）および前記第３のラインシステム（１１）が各々、ホースラインを有し、前記ホースラインがタンク（１３）に接続される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の送達装置（６）。
7. 少なくとも以下の工程：
   ａ）前記第１のラインシステム（９）、前記第２のラインシステム（１０）および前記第３のラインシステム（１１）を清浄するために前記第１のポンプ（１）および前記第２のポンプ（２）を同時に作動する工程と、
   ｂ）前記清浄プロセスを終了するために前記第２のポンプ（２）を停止させる工程と、
   ｃ）前記供給装置（５）により液体添加剤を投与するために前記第１のポンプ（１）を作動する工程と、
   を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の送達装置（６）を作動するための方法。
8. 工程ａ）の間、液体添加剤が前記供給装置（５）により投与される、請求項７に記載の方法。
9. 内燃エンジン（１５）を有し、前記内燃エンジン（１５）の排気ガスを浄化するための排気ガス処理装置（１２）を有する、自動車（１４）であって、前記排気ガス処理装置（１２）上に、供給装置（５）が設けられ、請求項１〜６のいずれか一項に記載の送達装置（６）によって、前記供給装置（５）を介して液体添加剤が前記排気ガス処理装置（１２）内に投与され得る、自動車（１４）。

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