JP2016507028A - 凍結の虞がある添加物のための調量弁 - Google Patents

Abstract

本発明は調量弁（１）に関する。この調量弁（１）は、少なくとも、調量弁（１）を開閉するために可動である弁体（２）及び通路（７）を備えている弁ケーシング（６）と、ばね力を弁体（２）に加え、弁体（２）を静止位置に保持するばね（３）とを有している。ばね（３）は、少なくとも一つの較正体（４）に支持されている。弁体（２）、ばね（３）及び少なくとも一つの較正体（４）は通路（７）内に配置されている。少なくとも一つの較正体（４）は、素材接続による結合部（５）によって弁ケーシング（６）に固定されている支持構成部材（１３）によって支持されている。支持構成部材（１３）の一部の区間（１４）は、弁ケーシング（６）から張り出している。

Description

本発明は調量弁に関する。その種の調量弁は、圧力が掛けられているアキュムレータから液体を調量するために使用することができる。

調量弁は凍結の虞がある液体の添加物を調量することに特に適している。そのような凍結の虞がある液体の添加物として、例えば尿素水溶液が挙げられる。尿素水溶液は、通常の場合、自動車分野の排ガス処理装置における排ガス浄化に使用される。近年、自動車の排ガス処理装置においては、内燃機関からの排ガスを浄化するためにＳＣＲ（選択触媒還元＝Selective Catalytic Reduction）法を採用する傾向が高まっている。この方式では、排ガス中の窒素酸化物化合物が無害な物質に還元される。このために、排ガス処理装置には、還元剤前駆体としての尿素水溶液、又は還元剤としてのアンモニアが供給される。尿素水溶液は、（高い温度による）熱分解によって、及び／又は、（触媒による支援下での）加水分解によってアンモニアに変換される。排ガス中の窒素酸化物化合物はアンモニアと反応して無害な物質（特に、ＣＯ₂、水及び窒素）になる。添加物は例えば尿素水溶液である。

排ガス浄化に関して、ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）の名称で市販されている尿素３２．５％の水溶液が広く知られている。この尿水素水溶液は−１１℃で凍結する。そのような低い温度は、自動車分野では特に停止期間が長期にわたると生じる可能性がある。

ＳＣＲ調量システムは、液体の添加物を調量するための調量弁に、上記の停止期間中にも液体の添加物が存在するように構成されている。即ち、ＳＣＲ調量システムは停止時においても空になることはない。従って、ＳＣＲ調量システムは、還元剤の凍結によって破壊されないように構成されなければならない。それにもかかわらず、ＳＣＲ調量システムのあらゆるコンポーネント、特に調量弁は、それと同時に可能な限り廉価であることが望ましい。

本発明の課題は、従来技術に関連させて説明した技術的な問題を解決するか、少なくとも緩和することである。凍結耐久性のある非常に有利な調量弁が提供されるべきである。

上記の課題は、独立請求項１に記載の調量弁によって解決される。本発明の更に有利な構成は、従属請求項に記載されている。特許請求の範囲に個別に記載されている特徴を、技術的に意味のある任意のやり方で相互に組み合わせることができ、また明細書に記載の事項によって補完することができ、それにより本発明の更なるヴァリエーションが示される。

本発明による調量弁は、少なくとも、調量弁を開閉するために可動である弁体及び通路を備えている弁ケーシングと、ばね力を弁体に加え、それによって弁体を静止位置に保持するばねとを有しており、ばねは、少なくとも一つの較正体に支持されており、弁体、ばね及び少なくとも一つの較正体が通路内に配置されており、また少なくとも一つの較正体は、素材接続による結合部によって弁ケーシングに固定されている支持構成部材によって支持されており、支持構成部材の一部の区間は、弁ケーシングから張り出している。

調量弁は、有利には、少なくとも一つの入口を有しており、この入口を介して、液体の添加物は調量弁内に到達することができる。更に調量弁は、有利には、少なくとも一つの出口を有しており、この出口を介して、液体の添加物を調量弁から調量して放出することができる。有利には、入口から出口まで調量弁を貫通する流路が存在しており、この流路に従って液体の添加物は入口から出口まで流れることができ、またこの流路を弁体によって閉鎖することができる。調量弁の動作時に、流路には少なくとも部分的に液体の添加物が充填されている。入口から出口まで延びる流路が解放されるべき場合には、調量弁を開放するために弁体が動かされる。ばねが弁体にばね力を加えることによって、弁体はばねにより静止位置に保持される。静止位置においては、弁体が有利にはばね及びばね力によってストッパに対して付勢されている。ばねは少なくとも一つの較正体に対して支持されている。調量弁の取り付け時には、弁体に作用するばねのばね力を正確に調整するために、較正体の位置が個別に決定される。

通路は有利には少なくとも部分的に、調量弁を通る（有利には少なくとも一つの入口から少なくとも一つの出口まで延びる）流路を形成する。弁ケーシングは有利には鋳造部材として形成されており、この鋳造部材内には鋳造時に通路が形成されている。また、弁ケーシングの穿孔又はフライス削りによって通路を形成することも可能である。弁ケーシングは有利には金属製である。弁ケーシングを金属薄板部材から形成することもできる。素材接続による結合部として、例えばはんだ結合部又は溶接結合部が考えられる。

素材接続による結合部の領域における弁ケーシングの材料又は調量弁の材料、支持構成部材の材料及び較正体の材料は有利には金属性である。溶接結合部は有利には金属性の溶接結合部であり、この溶接結合部において、支持構成部材の金属材料と弁ケーシングの金属材料とが相互に溶融している。溶接過程の間に酸素を溶接個所から遠ざけて、非常に高品質の溶接結合部を保証するために、溶接結合部は有利にはシールドガスの作用下で形成される。

調量弁内で凍結する液体の添加物は、その液体の添加物に接している調量弁のコンポーネントに対して非常に大きい力を加える可能性がある。特に、水ベースの液体添加物（例えば尿素水溶液）は、凍結時に膨張し、それによって非常に高い圧力が生じる可能性がある。較正スリーブは、素材接続による結合部によって、生じた凍結圧力に起因して較正スリーブが持続的に移動又は変形しないように弁ケーシング内の支持構成部材に固定できることが分かった。従って、ばねから弁体に加えられるばね力が持続的に変化することもなくなる。

調量弁は、弁体、ばね及び較正体の他に更に別の構成部材、例えば駆動ユニット、シール等も含むことができる。調量弁の駆動ユニットは、通常の場合、電気的な駆動部を含んでいる。駆動部は典型的には、調量弁を開放するためにばね力に抗して作用する力を弁体に加えることができる。駆動部から弁体に加えられる力がばね力を上回ると、弁体が移動して調量弁が開放される。弁体は、続いて、調量弁の少なくとも一つの入口から少なくとも一つの出口までの流路を解放する。通常の場合、駆動部から弁体に加えられる力は磁力である。従って、弁体は有利には、駆動部の磁力を弁体に作用させるために、少なくとも一つの金属製の区間を有している。

素材接続による結合部は、特に、調量弁と較正体との間のプレス結合部に付加的に形成する場合には、素材結合による結合部を比較的僅かな技術的な手間で調量弁の製作に組み入れることができる。より安定したプレス結合部を形成することは、そのために、プレス結合の比較的高い力を持続的に受け止めることができるように、調量弁ケーシング全体をより頑丈に形成しなければならないので、極めて大きな手間が掛かることが分かった。較正体を位置固定するために、プレス結合だけでなく、支持構成部材に上述の素材接続による結合も用いることが非常に有利であることが分かった。何故ならば、その場合には較正体を保持するための力が（凍結圧力が加えられる場合であっても）二つの異なる結合部に分散され、それによって、調量弁をより頑丈に形成しなくても、較正体のより確実な位置決めを保証できるからである。

支持構成部材は有利には直接的に較正体に当接している。支持構成部材は較正体を延長する。支持構成部材のその延長区分は、有利には、支持構成部材が調量弁のための弁保持部に支持されるように形成されている。弁ケーシングから張り出している区間の長さは有利には相応に選定されている。それによって、較正体を保持するための力を更に高めることができる。弁保持部は例えば、液体の添加物を排ガス処理装置に供給するための供給装置における調量弁の収容部である。支持構成部材の延長部分によって、特に、その延長部分において弁ケーシングとの素材接続による結合部を実現することができる、及び／又は、上流側の流入容積（中空部）を低減することができる、及び／又は、支持構成部材用のガイド／軸受を弁ケーシングの外側に設けることができる。

較正体がスリーブ状であり、且つ、通路が、弁体に作用するばねのばね力を調整するために、較正体を位置決めできる通路区分を有している場合には、調量弁は更に有利である。有利には、支持構成部材もスリーブ状であり、且つ、通路区分に位置決めされている。

有利には、通路は部分的に円筒状に成形されており、また好適には円形の横断面を有している。スリーブ状の較正体は、通路の円筒状の形状に有利には以下のように適合されている。つまり、較正体が通路の壁部に当接し、その結果、液体の添加物が較正体と通路の壁部との間を通過して流れるのではなく、液体の添加物用の流路がスリーブ状の較正体を貫通して延在するように適合されている。較正体は有利には、ばねが支持される（端面側の）支持区分を有している。弁体に作用するばねのばね力は、有利には、ばねの、弁体側とは反対側の端部において較正体に作用する。ばねは弁体と較正体との間に緊締されている。通路区分は、有利には較正体をその内部において位置決めすることができるように円筒状に成形されており、また有利には、通路区分における較正体の位置を所定の範囲内で変更できるようにして、上記において説明したようなばねの製造公差を補償できるようにするために、較正体よりも若干長く構成されている。

また、弁体が静止位置において閉鎖座に当接し、調量弁がその静止位置において閉鎖されており、且つ、調量弁を開放するために、弁体をばね力に抗して移動させて閉鎖座から離すことができる場合、調量弁は有利である。閉鎖座は有利には、弁体が静止位置において当接する、調量弁又は弁ケーシングの位置を形成する。弁体が閉鎖座に当接すると、有利には、弁体と閉鎖座が一緒になって、調量弁を貫通して入口から出口まで延在する流路を遮断する。静止位置においては、調量弁が有利には閉鎖されている。

また、較正体がプレス結合部を介して調量弁と結合されている場合、調量弁は有利である。較正体は（上記において既に述べたように）、有利には、調量弁内の通路の通路区分において位置決めされている。有利にはスリーブ状である較正体は、有利には半径方向において変形可能である。つまり較正体を、先ず通路区分において位置決めし、続いて通路の壁部に押し付けるために半径方向に膨張させることができる。有利には、その種の変形によっても、較正体からばねに加えられる弾力に影響を及ぼす、（通路に沿った）軸方向における較正体の位置は変化しない。

調量弁が開口部を有しており、この開口部を介して、調量すべき液体が調量弁に到達することができ、更に、較正体及び支持構成部材が、ばねから開口部まで延在しており、また素材接続による結合部が支持構成部材の外面及び開口部に形成されている場合、調量弁は更に有利である。支持構成部材は、開口部までしか延在していないのではなく、所定の区間だけ更に開口部から張り出している。

上述の開口部はそれと同時に、有利には、液体の添加物を調量弁に流入させるための入口を成している。更に有利には、開口部はそれと同時に、調量弁を貫通して延在している通路の入口を成しており、この通路には、較正体を位置決めすることができる通路区分が配置されている。較正体及び支持構成部材がばねから開口部まで延在していることによって、素材接続による結合部を開口部に直接的に設けることができる。つまり、素材接続による結合部の位置に容易に接近することができるので、素材接続による結合部を僅かな手間で形成することができる。

特に有利には、素材接続による結合部が環状に延びるように支持構成部材の外面に形成されている。支持構成部材の外面において、弁ケーシングから張り出している区間には、例えば、溶接器具が極めて良好に接近できる。更に、外面は弁ケーシングと直接的に接触している。従って有利には、そこでは（環状に延びる）素材接続による（溶接）結合部が形成される。

本発明においては、少なくとも、内燃機関と、内燃機関の排ガスを浄化するための排ガス処理装置と、本発明による調量弁を用いて排ガス処理装置に添加物を供給するための供給装置とを有している自動車も提案される。

本発明並びに技術環境を以下では図面に基づき詳細に説明する。図面には特に有利な実施例が示されているが、本発明はそれらの実施例に制限されるものではない。特に、図面、とりわけ図示されている縮尺は概略的でしかないことを言及しておく。

閉鎖された状態にある調量弁の実施の形態の一つのヴァリエーションを示す。 調量弁の詳細図を示す。 調量弁を有している自動車を示す。

図１には、弁ケーシング６を有している調量弁１が示されている。また弁ケーシング６を貫通するように通路７が延在している。通路７内には弁体２が配置されている。弁体２は、調量弁１内、又は弁ケーシング６内、又は通路７内において、ばね３によって付勢されている。このために、ばね３は較正体４に対して支持されている。較正体４、ばね３及び弁体２は通路７の開口部１１を通って弁ケーシング６内に挿入されている。較正体４は通路７の通路区分８内に設けられている。ばね３は弁体２に所定の力を加え、その力によって弁体２は閉鎖座９に対して押し付けられ、その結果、調量弁１が閉鎖される。弁体２を閉鎖座９から離して、調量弁１を貫通して入口２１から出口２２まで延在している流路１０を解放し、それによって調量弁１を開放するために、図示していない駆動部によって、弁体２を、ばね３から加えられるばね力に抗して移動させることができる。調量弁１、又は調量弁１の弁ケーシング６は、有利には、外面に複数のシール２３を有しており、それらのシール２３によって、調量弁１を図示していない供給装置に液密に挿入することができる。この供給装置を用いることによって、液体の添加物を排ガス処理装置に供給することができる。その種の供給装置においては、調量弁１が、供給装置から供給される液体添加物の量を調整するタスクを担う。

較正体４は支持構成部材１３に支持されている。支持構成部材１３は較正体４を支持している。素材接続による結合部５は、支持構成部材１３の外面１２において、支持構成部材１３の、弁ケーシング６から張り出している区間１４の領域に形成されている。これによって、素材接続による結合部５が開口部１１の近傍に配置されている。従って、素材接続による結合部５を形成するための工具を、通路７の非常に深い位置まで進入させる必要はなくなり、その代わりに開口部１１の近傍に留めることができる。

図２には、調量弁の詳細図が示されている。この図からは、支持構成部材１３の一部及び弁ケーシング６の一部が見て取れる。支持構成部材１３はスリーブ状に形成されており、またここでは、支持構成部材１３の壁部の一部の断面だけが示されている。素材接続による結合部５は、弁ケーシング６から外方へ延在している区分１４における支持構成部材１３の外面１２に形成されている。素材接続による結合部５を、支持構成部材１３の外面１２全体に沿って線状に周回するように形成することができる。

図３には、内燃機関１６と、その内燃機関１６の排ガスを浄化するための排ガス処理装置１７とを有している自動車１５が示されている。自動車１５は更にタンク１９を有しており、このタンク１９内に液体の添加物（例えば、尿素水溶液）が蓄積されている。液体の添加物を、圧送ユニット２０（例えばポンプ）を用いて、タンク１９から供給装置１８に圧送することができる。供給装置１８には調量弁１が設けられており、この調量弁１を用いて液体の添加物を排ガス処理装置１７に供給することができる。

１ 調量弁
２ 弁体
３ ばね
４ 較正体
５ 素材接続による結合部
６ 弁ケーシング
７ 通路
８ 通路区分
９ 閉鎖座
１０ 流路
１１ 開口部
１２ 外面
１３ 支持構成部材
１４ 区分
１５ 自動車
１６ 内燃機関
１７ 排ガス処理装置
１８ 供給装置
１９ タンク
２０ 圧送ユニット
２１ 入口
２２ 出口
２３ シール

Claims (5)

1. 調量弁（１）において、
   少なくとも、前記調量弁（１）を開閉するために可動である弁体（２）及び通路（７）を備えている弁ケーシング（６）と、ばね力を前記弁体（２）に加え、該弁体（２）を静止位置に保持するばね（３）とを有しており、
   前記ばね（３）は、少なくとも一つの較正体（４）に支持されており、
   前記弁体（２）、前記ばね（３）及び前記少なくとも一つの較正体（４）は前記通路（７）内に配置されており、
   前記少なくとも一つの較正体（４）は、素材接続による結合部（５）によって前記弁ケーシング（６）に固定されている支持構成部材（１３）によって支持されており、
   前記支持構成部材（１３）の一部の区間（１４）は、前記弁ケーシング（６）から張り出している、
   ことを特徴とする、調量弁（１）。
2. 前記較正体（４）はスリーブ状であり、
   前記通路（７）は、前記弁体（２）に作用する前記ばね（３）のばね力を調整するために、前記較正体（４）を位置決めできる通路区分（８）を有している、請求項１に記載の調量弁（１）。
3. 前記較正体（４）は、プレス結合部（１０）を介して前記調量弁（１）に結合されている、請求項１又は２に記載の調量弁（１）。
4. 前記調量弁（１）は開口部（１１）を有しており、該開口部（１１）を介して、調量すべき液体を前記調量弁（１）に到達させることができ、
   更に、前記較正体（４）及び前記支持構成部材（１３）は、前記ばね（３）から前記開口部（１１）まで延在しており、
   前記素材接続による結合部（５）は、前記支持構成部材（１３）の外面（１２）及び前記開口部（１１）に形成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の調量弁（１）。
5. 前記素材接続による結合部（５）は、前記支持構成部材（１３）の前記外面において環状に延びるように形成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の調量弁（１）。

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