JP5456724B2 - 流体投与用ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体を投与するためのポンプ及びこのようなポンプで使用するための構成要素に関する。

多くの技術的場面で流体を投与するためのポンプが必要とされている。これらの技術的場面のうちの特定の場面において、ポンプによる投与を非常に高い精度で制御でき、同じ設計の別のポンプと投与出力がほぼ同じポンプを提供するのが望ましい。このような技術的場面の一つが、選択的触媒還元（ＳＣＲ）触媒により窒素酸化物を還元できるように内燃エンジンの排気システムに尿素溶液を投与することである。この目的の投与システムは、ＥＰ１８７８９２０に記載されている。

ＥＰ１８７８９２０

実際には、非常に高レベルの投与制御を達成するとともに、同じ設計に従って製造された異なるポンプ間の投与性能を非常に高レベルで一貫したものにするのは困難である。製造プロセスにおける複雑さ及び費用を増大せずにこの困難に対処するのが望ましい。

従って、本発明は、圧送アッセンブリであって、ポンプボアを有し、ポンプボア内に第１端、第２端、及びスリーブボアを有するうスリーブが固定されたポンプ本体と、スリーブの第１端に進入し、スリーブボア内で往復動するプランジャーとを含み、スリーブは、スリーブの壁を通して流体を流すことができる少なくとも一つのポートを有し、少なくとも一つのポートは往復動方向に対して実質的に直交する方向に細長い、圧送アッセンブリを提供する。

このようなアッセンブリは、アーマチュアポンプ等の様々な種類のポンプについて、及び様々な目的について、様々な投与ポンプ構造で使用できる。この構成により、同じ設計に合わせて製造されたポンプが同様の投与特性を持つように、特に投与プロセスの開始が良好に制御されるように、投与特性を正確に決定できるポンプを効果的に製造できる。これにより、この種のポンプアッセンブリは、化学薬剤を内燃エンジンの排気管に投与するためのポンプ、例えば選択的触媒還元を行うための尿素等の還元剤を提供するのに使用されるポンプで使用するのに特に適したものとなる。

有利には、少なくとも一つのポートは、細長いスロットとして形成されている。好ましくは、スリーブボアに形成された細長いスロットの長縁部は、スリーブボアの軸線に対して実質的に直交する。これにより、投与プロセスの開始を特に正確に制御でき、及び従って、このようなポンプアッセンブリを含むポンプの投与特性を正確に制御できる。

有利には、圧送アッセンブリは、各々細長いスロットとして形成された二つ又はそれ以上のポートを含み、スリーブボアに形成された細長いスロットの長縁部は互いに実質的に平行である。このような構成では、二つ又はそれ以上のポートのうちの一つのポートが、二つ又はそれ以上のポートのうちの任意の他のポートの前縁よりもスリーブの第２端に近い前縁を有し、ポートの前縁が、スリーブの第２端に近い方のポートの長縁部であることが望ましい。このような場合には、投与プロセスの開始の制御を行う上で、この最も近い前縁だけが重要であり、他のポートは、同じ精度で形成されている必要がない。

ポンプ本体は、少なくとも一つのポートと共に流体通路を形成するように、スリーブの少なくとも一つのポートの周囲のギャラリを含んでいてもよい。これは、スリーブの周囲の力のバランスをとるという実際上の利点を提供する。

変形例では、少なくとも一つのポートは、スリーブの内面に形成された環状溝を含む。これにより、組み立て段階での製造上の自由度を追加でき、プランジャーの周囲を、より対称的であり、及びかくしてよりバランスがとれた構成にできる。

一つの好ましい実施例では、スリーブ及びプランジャーは、両方とも、ポンプ本体よりも硬質の材料で形成されている。硬質材料は、マルテンサイト鋼（高窒素鋼等）であってもよく、ポンプ本体はフェライト鋼で形成されている。これにより、正確な投与を行う上でその寸法が重要な構成要素だけを比較的硬質の材料で形成し、他の構成要素を、許容差の精度は低いものの、比較的容易に機械加工できる従来の材料から形成することができる。

別の特徴では、本発明は、上文中に説明した圧送アッセンブリのスリーブとして使用するのに適したスリーブを提供する。
更に別の特徴では、本発明は、圧送アッセンブリの製造方法において、ポンプ本体にポンプボアを形成する工程と、第１端、第２端、及びスリーブボアを有するスリーブを形成し、スリーブの壁を通して流体を流すことができる少なくとも一つのポートをスリーブに形成する工程と、スリーブをポンプボアに固定する工程と、スリーブの第１端に入り、スリーブボア内で往復動するようにプランジャーを取り付ける工程とを含み、少なくとも一つのポートは、往復動方向に対して実質的に直交する方向に細長い、方法を提供する。

好ましくは、スリーブ及びプランジャーは、ポンプ本体よりも硬質の材料で形成されている。有利には、少なくとも一つのポートは、スリーブボアに形成された細長いスロットの長縁部がスリーブボアの軸線に対して実質的に直交するようにスリーブに細長いスロットを研削することによって形成される。これにより、投与を正確に且つ再現性を以て行う上で特に重要な寸法を効果的に形成できる。

好ましくは、スリーブをポンプ本体に固定する工程は、スリーブをポンプ本体にプレス嵌めする工程を含む。
次に、本発明の実施例を、添付図面を参照して例として説明する。

本発明の一実施例によるポンプの構成要素を示す図である。 図１のスリーブの図である。 図１のスリーブの図である。 図１のスリーブの図である。 図１のスリーブの図である。 液体を内燃エンジンの排気システムに投与するための本発明の実施例によるポンプの使用を示す図である。 本発明の別の実施例によるポンプの構成要素を示す図である。 図４Ａのスリーブを上方から見た断面図である。

図１は、本発明の一実施例によるポンプの構成要素を示す。ポンプは、ポンプ本体１３のボア１３１内で往復動するようになったプランジャー１１を含む。ポンプ本体１３には、流体をボア１３１内に通すことができる流体供給ポート１５、１６が設けられている。流体供給ポート１５、１６を通る流体の通過は、プランジャー１１の前面１９がボア１３１内に十分に大きく前進したときに遮断される。本発明の実施例は、全体として、ポンプの全体構造及び作動原理に関わらず、これらのエレメントを持つポンプ用に提供される。図１は、プランジャー１１が例えばプレス嵌めによってアーマチュア１２に配置されたアーマチュアポンプ構造を示す。この構造は、尿素等の化学薬剤を内燃エンジンの排気システムに導入するための投与ポンプ等の投与ポンプについて適当である。ポンプのこの他のエレメントはここには図示していない。これは、これらのエレメントの設計が本発明の実施例の設計によって影響を受けるものでないためである。本明細書中に説明した本発明の一実施例を組み込むことによって容易に適合できるポンプの全体構造の一例が、ＥＰ１８７８９２０に記載されている。

ボア１３１の直径自体は、プランジャー１１の直径よりもかなり大きいが、プランジャー１１の前面１９は、追加のエレメント即ちスリーブ１４内で往復動する。かくして、圧送チャンバ１９１が部分的に、プランジャー１１の前面１９とスリーブ１４の内側壁との間に形成される。スリーブ１４は円筒形であり、例えばプレス嵌めでポンプ本体１３のボア１３１内に固定される。かくして、プランジャー１１及びアーマチュア１２は一つのサブアッセンブリを形成し、プランジャー本体１３及びスリーブ１４が別のサブアッセンブリを形成する。

スリーブ１４を図２Ａ乃至図２Ｄに更に詳細に示す。スリーブ１４は、スリーブの中央軸線とほぼ直交するように延びる少なくとも一つのスロット１７、１８を含む。これらのスロット１７、１８は直線状であり、少なくとも二つ又はそれ以上のスロットが設けられている場合、これらのスロットは互いに平行でなければならない。スリーブ１４は、図１及び図２に示すように二つのスロット１７、１８を有するが、設けられたスロットの数は、ポンプの全体構造、詳細には、必要とされる供給ポートの配置で決まる。この場合、スロット１７、１８は、各々、ポンプ本体１３の流体供給ポート１５、１６の一つと連通している。この構成では、流体供給ポート１５、１６は、単に、ポンプ本体１３に形成された環状流体供給チャンバ即ちギャラリの一部であってもよい。この場合、圧送チャンバの供給ポートは、スリーブ１４に形成されたスロット１７、１８によって効果的に形成される。

スロット１７、１８は互いに平行でなければならないが、一方のスロット１７が圧送チャンバ１９１内に他方のスロット１８よりも深く配置されていてもよい。このような構成では、前縁１７は、流体供給ポート１５、１６と圧送チャンバ１９１との間で流体が流れを開始する点を形成し、結果的に得られたポンプの投与性能を決定する上でその配置が特に重要である。この場合、ポンプが提供する投与の精度を制御するのに十分な精度でスロット１７の形成を制御するのが望ましいが、必ずしも他方のスロット１８の形成を同レベルの精度で制御する必要はない。これは、ポンプの性能に及ぼす効果が小さいためである。

スロット１７（又は必要である場合にはスロット１８）等のスロットの機械加工は、従来の機械加工プロセスで高い精度レベルで行ってもよく、これによって投与性能が非常に良好に制御されたポンプを製造できる。詳細には、スロット１７及び１８はドリル加工（ボアによって形成された流体ポートに必要とされる）でなく研削加工で形成されてもよい。これにより、ドリル加工によってポートを形成する場合よりも効果的にポート縁部のバリ取りを行うことができる。スリーブ１４がポンプ本体１３よりも硬質の材料で製造された場合、特に研削によって正確に製造でき、構成要素の重要な寸法について、０．００５ｍｍ単位の許容差を達成できる。適当な材料は、マルテンサイト鋼−ＸＤ１５ＮＷ又はＸＤ１５ＴＮ等の４４０Ｃ即ち高窒素鋼等のステンレス鋼−であり、これはプランジャー１１についても使用できる。硬質材料をこれらの構成要素に使用し、アーマチュア１２又はポンプ本体１３で使用しない（アーマチュア１２又はポンプ本体１３は従来のフェライト鋼で形成されていてもよい）ことにより、投与を行う上で重要な構成要素を要求許容差で製造でき、ポンプの比較的複雑なエレメントを比較的軟質の材料から比較的容易に製造できる。これにより、結果的に得られるポンプの有効性を損なうことなく、投与ポンプの製造プロセスを簡単にできる。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の別の実施例によるポンプの構成要素を示す。図４Ａ及び図４Ｂの実施例は、図１の実施例とほとんど同じであり、これらの二つの実施例で本質的に共通の構成要素について同じ参照番号が使用されている。プランジャーは図１のものと同様であり、図４Ａには示してない。

図４Ａ及び図４Ｂの実施例では、スリーブ１４ａには、細長いスロットの代わりに、スリーブ１４ａの内面の周囲に延びる環状溝４７が設けられている。この環状溝は、スリーブの内径全体に亘って延びる単一の細長いポートとして作用する。次いで、ポンプ本体１３の流体供給ポート１５、１６と連通した一つ又はそれ以上のボア４８によって、ポンプ本体を通る流体通路にこの溝４７を連結する。この場合、図示のように（図４Ｂの断面図で最もよくわかるように）、二つのボア４８が形成されており、一つのボアがスリーブ１４ａの頂部に設けられており且つ一つのボアがスリーブ１４ａの底部に設けられている。この方法には特定の利点がある。アッセンブリ全体の形成時点で調節についての更に大きな融通性を提供し、更に対称性が高く及び従ってバランスがとれたポート構成をプランジャーの周囲に提供する。

図３は、本発明の実施例を効果的に使用できる圧送システムの一例を示す。この図は、内燃エンジンから排気ガスエミッションを低減するための構造を示す。投与デバイスが尿素溶液等の還元剤を排気通路にスプレーできるように、投与デバイスを装着する。投与デバイスは、内燃エンジンの排気通路４の管状ポート１０内に取り付けられる。投与デバイスは、還元剤２の溶液が供給される噴射ボアを形成するノズル本体６を含む。管状ポート１０が排気通路４から突出しており、且つ、排気通路４内に部分的に延びている。作動中、投与デバイス１は、還元剤２のスプレーを排気通路４内に提供する。

投与デバイス１は、有利には、同じ設計で製造された様々な投与デバイス間で投与を信頼性を以て一貫して行うことができるように、本明細書中に説明した本発明の実施例に従って形成されていてもよい。本設計により、製造を信頼性を以て効果的に行うことができる。

上述のように、この方法は、本発明の他の実施例において、様々な目的に使用される同じ全体構造の他の種類のポンプに適用できる。本発明の実施例は、コモンレール式ディーゼル燃料噴射システム用のインジェクタに同様に使用でき、エンジン予熱器等の自動車の他の用途にも使用できる。この方法は、医療における投与（計量分配）及び医薬品の製造等の他の技術的分野において同様の効果的投与を行うのに使用できる。

１１ プランジャー
１２ アーマチュア
１３ ポンプ本体
１４ スリーブ
１５、１６ 流体供給ポート
１９ 前面
１３１ ボア
１９１ 圧送チャンバ

Claims (12)

1. 圧送アッセンブリであって、
   ポンプボアを有し、前記ポンプボア内に第１端、第２端、及びスリーブボアを有するスリーブが固定された、ポンプ本体と、
   前記スリーブの前記第１端に進入し、前記スリーブボア内で往復動するプランジャーとを含み、
   前記スリーブは、前記スリーブの壁を通して流体を流すことができる少なくとも一つのポートを有し、前記少なくとも一つのポートは往復動方向に対して実質的に直交する方向に細長く、
   前記スリーブ及び前記プランジャーは、前記ポンプ本体よりも硬質の材料で形成されている、圧送アッセンブリ。
2. 請求項１に記載の圧送アッセンブリにおいて、
   前記少なくとも一つのポートは、細長いスロットとして形成されている、圧送アッセンブリ。
3. 請求項２に記載の圧送アッセンブリにおいて、
   前記スリーブボアに形成された前記細長いスロットの長縁部は、前記スリーブボアの軸線に対して実質的に直交する、圧送アッセンブリ。
4. 請求項１、２、又は３に記載の圧送アッセンブリにおいて、
   前記圧送アッセンブリは、各々細長いスロットとして形成された二つ又はそれ以上のポートを含み、前記スリーブボアに形成された細長いスロットの長縁部は互いに実質的に平行である、圧送アッセンブリ。
5. 請求項４に記載の圧送アッセンブリにおいて、
   前記二つ又はそれ以上のポートのうちの一つが、前記二つ又はそれ以上のポートのうちの任意の他のポートの前縁よりも前記スリーブの前記第２端に近い前縁を有し、
   ポートの前記前縁は、前記スリーブの前記第２端に近い方の前記ポートの長縁部である、圧送アッセンブリ。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の圧送アッセンブリにおいて、
   前記ポンプ本体は、前記少なくとも一つのポートと共に流体通路を形成するように、前記スリーブの前記少なくとも一つのポートの周囲のギャラリを含む、圧送アッセンブリ。
7. 請求項１に記載の圧送アッセンブリにおいて、
   前記少なくとも一つのポートは、前記スリーブの内面に形成された環状溝を含む、圧送アッセンブリ。
8. 請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の圧送アッセンブリにおいて、
   前記硬質の材料は、マルテンサイト鋼であり、随意であるが高窒素鋼であり、前記ポンプ本体はフェライト鋼で形成されている、圧送アッセンブリ。
9. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の圧送アッセンブリにおいて、
   前記圧送アッセンブリは、アーマチュアポンプ内に設けられている、圧送アッセンブリ。
10. 請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の圧送アッセンブリにおいて、
    前記圧送アッセンブリは、内燃エンジンの排気管内に化学薬剤を投与するためのポンプ内に設けられる、圧送アッセンブリ。
11. 圧送アッセンブリの製造方法において、
    ポンプ本体にポンプボアを形成する工程と、
    第１端、第２端、及びスリーブボアを有するスリーブを形成し、前記スリーブの壁を通して流体を流すことができる少なくとも一つのポートを前記スリーブに形成する工程と、
    前記スリーブを前記ポンプボアに固定する工程と、
    前記スリーブの前記第１端に入り、前記スリーブボア内で往復動するようにプランジャーを取り付ける工程とを含み、このとき、前記少なくとも一つのポートは、往復動方向に対して実質的に直交する方向に細長く、
    前記スリーブ及び前記プランジャーは、前記ポンプ本体よりも硬質の材料で形成されている、方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、
    前記スリーブを前記ポンプ本体に固定する前記工程は、前記スリーブを前記ポンプ本体にプレス嵌めする工程を含む、方法。

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