JP5495678B2 - 尿素噴射装置および電磁ポンプ - Google Patents
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Description
本発明は、尿素噴射装置（Ｕｒｅａ Ｄｏｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）およびそれに使用する電磁ポンプに関する。
例えば、自動車用ディーゼルエンジンの選択還元型ＮＯｘ触媒システムに利用して有効なものに関する。
例えば、自動車用ディーゼルエンジンの選択還元型ＮＯｘ触媒システムに利用して有効なものに関する。
自動車用ディーゼルエンジンの排出ガス対策により、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ
Ｍａｔｔｅｒ）低減のために燃焼の最適化が図られ、この燃焼の最適化に伴って排出レベルが高まるＮＯｘ（窒素酸化物）を選択還元型ＮＯｘ触媒（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：ＳＣＲ）により後処理するＳＣＲシステムが、提案されている。
ＳＣＲシステムは酸化触媒部およびＳＣＲ部がエンジンの排気管に直列に配置されており、ＳＣＲ部には尿素噴射装置が設けられている。ＳＣＲシステムは、ＳＣＲの上流に尿素（ＣＯ（ＮＨ2 ）2 ）水溶液と圧縮空気との混合気を噴射することにより、ＮＯｘを窒素に還元するシステムである。噴霧器からＳＣＲ部に噴霧された尿素水溶液は、アンモニア（ＮＨ3 ）と二酸化炭素（ＣＯ2 ）とに分解され、アンモニアがＮＯｘと化学反応して窒素（Ｎ2 ）と水（Ｈ2 Ｏ）とに変換される。ＳＣＲシステムにおいては、ＮＯｘ、ＣＯ（酸化炭素）、炭化水素（ＨＣ）が酸化触媒部によって酸化処理される。
尿素噴射装置は、尿素水溶液を貯留するタンクと、尿素水溶液を加圧するポンプと、尿素水溶液を噴霧する噴霧器と、を具備する。
Ｍａｔｔｅｒ）低減のために燃焼の最適化が図られ、この燃焼の最適化に伴って排出レベルが高まるＮＯｘ（窒素酸化物）を選択還元型ＮＯｘ触媒（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：ＳＣＲ）により後処理するＳＣＲシステムが、提案されている。
ＳＣＲシステムは酸化触媒部およびＳＣＲ部がエンジンの排気管に直列に配置されており、ＳＣＲ部には尿素噴射装置が設けられている。ＳＣＲシステムは、ＳＣＲの上流に尿素（ＣＯ（ＮＨ2 ）2 ）水溶液と圧縮空気との混合気を噴射することにより、ＮＯｘを窒素に還元するシステムである。噴霧器からＳＣＲ部に噴霧された尿素水溶液は、アンモニア（ＮＨ3 ）と二酸化炭素（ＣＯ2 ）とに分解され、アンモニアがＮＯｘと化学反応して窒素（Ｎ2 ）と水（Ｈ2 Ｏ）とに変換される。ＳＣＲシステムにおいては、ＮＯｘ、ＣＯ（酸化炭素）、炭化水素（ＨＣ）が酸化触媒部によって酸化処理される。
尿素噴射装置は、尿素水溶液を貯留するタンクと、尿素水溶液を加圧するポンプと、尿素水溶液を噴霧する噴霧器と、を具備する。
ところで、尿素水溶液は例えば−１１℃で凍結するという問題点がある。
そこで、尿素噴射装置のポンプを正逆回転可能に構成し、エンジン停止後に、ポンプを通常の尿素水溶液吐出状態（正回転駆動状態）とは異なる尿素水溶液吸い戻し状態（逆回転駆動状態）で運転することにより、尿素水溶液をタンクに回収するものが提案されている。例えば、特許文献１参照。
そこで、尿素噴射装置のポンプを正逆回転可能に構成し、エンジン停止後に、ポンプを通常の尿素水溶液吐出状態（正回転駆動状態）とは異なる尿素水溶液吸い戻し状態（逆回転駆動状態）で運転することにより、尿素水溶液をタンクに回収するものが提案されている。例えば、特許文献１参照。
しかしながら、前記した尿素噴射装置においては、ポンプを正逆回転可能な構成とする必要上、正回転と逆回転とを切り換え可能なモータを使用するか、または、正回転駆動用モータと逆回転駆動用モータとを併用する必要があるので、イニシャルコストおよびランニングコストが増大するという問題点があった。
本発明の目的は、イニシャルコストおよびランニングコストを抑制しつつ、尿素水溶液による凍結の障害を防止することができる尿素噴射装置およびそれに使用する電磁ポンプを提供することにある。
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）排気管の酸化触媒部の下流側に設けられるＳＣＲ部にタンク内の尿素水溶液を噴霧する噴霧器と、前記尿素水溶液の圧送作動と前記尿素水溶液の吸い込み作動とを切り換える電磁ポンプと、を備えている尿素噴射装置であって、
前記電磁ポンプは、前記タンクに接続されるタンク側ポートを有するタンク側組立体と、前記噴霧器に接続される噴霧器側ポートを有する噴霧器側組立体とが直列に連結されており、
前記タンク側組立体は、タンク側電磁石と、該タンク側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持されたタンク側パイプと、該タンク側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記タンク側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対のタンク側可動子と、該一対のタンク側可動子にそれぞれ設けられた一対のタンク側ダイアフラムと、該一対のタンク側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記タンク側パイプによって互いに連通された一対のタンク側容積変化室と、前記タンク側パイプの往復移動によって前記タンク側ポートを開閉するタンク側弁体と、を備えており、
前記噴霧器側組立体は、噴霧器側電磁石と、該噴霧器側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持された噴霧器側パイプと、該噴霧器側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記噴霧器側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対の噴霧器側可動子と、該一対の噴霧器側可動子にそれぞれ設けられた一対の噴霧器側ダイアフラムと、該一対の噴霧器側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記噴霧器側パイプによって互いに連通された一対の噴霧器側容積変化室と、前記噴霧器側パイプの往復移動によって前記噴霧器側ポートを開閉する噴霧器側弁体と、を備えており、
前記タンク側可動子には前記タンク側パイプと前記噴霧器側パイプとを連通および遮断する弁体または弁座が設けられており、
前記噴霧器側可動子には前記タンク側パイプと前記噴霧器側パイプとを連通および遮断する弁座または弁体が設けられている、
ことを特徴とする尿素噴射装置。
（２）タンクに接続されるタンク側ポートを有するタンク側組立体と、負荷に接続される負荷側ポートを有する負荷側組立体とが直列に連結されており、
前記タンク側組立体は、タンク側電磁石と、該タンク側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持されたタンク側パイプと、該タンク側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記タンク側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対のタンク側可動子と、該一対のタンク側可動子にそれぞれ設けられた一対のタンク側ダイアフラムと、該一対のタンク側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記タンク側パイプによって互いに連通された一対のタンク側容積変化室と、前記タンク側パイプの往復移動によって前記タンク側ポートを開閉するタンク側弁体と、を備えており、
前記負荷側組立体は、負荷側電磁石と、該負荷側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持された負荷側パイプと、該負荷側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記負荷側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対の負荷側可動子と、該一対の負荷側可動子にそれぞれ設けられた一対の負荷側ダイアフラムと、該一対の負荷側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記負荷側パイプによって互いに連通された一対の負荷側容積変化室と、前記負荷側パイプの往復移動によって前記負荷側ポートを開閉する負荷側弁体と、を備えており、
前記タンク側可動子には前記タンク側パイプと前記負荷側パイプとを連通および遮断する弁体または弁座が設けられており、
前記負荷側可動子には前記タンク側パイプと前記負荷側パイプとを連通および遮断する弁座または弁体が設けられている、
電磁ポンプ。
（１）排気管の酸化触媒部の下流側に設けられるＳＣＲ部にタンク内の尿素水溶液を噴霧する噴霧器と、前記尿素水溶液の圧送作動と前記尿素水溶液の吸い込み作動とを切り換える電磁ポンプと、を備えている尿素噴射装置であって、
前記電磁ポンプは、前記タンクに接続されるタンク側ポートを有するタンク側組立体と、前記噴霧器に接続される噴霧器側ポートを有する噴霧器側組立体とが直列に連結されており、
前記タンク側組立体は、タンク側電磁石と、該タンク側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持されたタンク側パイプと、該タンク側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記タンク側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対のタンク側可動子と、該一対のタンク側可動子にそれぞれ設けられた一対のタンク側ダイアフラムと、該一対のタンク側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記タンク側パイプによって互いに連通された一対のタンク側容積変化室と、前記タンク側パイプの往復移動によって前記タンク側ポートを開閉するタンク側弁体と、を備えており、
前記噴霧器側組立体は、噴霧器側電磁石と、該噴霧器側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持された噴霧器側パイプと、該噴霧器側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記噴霧器側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対の噴霧器側可動子と、該一対の噴霧器側可動子にそれぞれ設けられた一対の噴霧器側ダイアフラムと、該一対の噴霧器側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記噴霧器側パイプによって互いに連通された一対の噴霧器側容積変化室と、前記噴霧器側パイプの往復移動によって前記噴霧器側ポートを開閉する噴霧器側弁体と、を備えており、
前記タンク側可動子には前記タンク側パイプと前記噴霧器側パイプとを連通および遮断する弁体または弁座が設けられており、
前記噴霧器側可動子には前記タンク側パイプと前記噴霧器側パイプとを連通および遮断する弁座または弁体が設けられている、
ことを特徴とする尿素噴射装置。
（２）タンクに接続されるタンク側ポートを有するタンク側組立体と、負荷に接続される負荷側ポートを有する負荷側組立体とが直列に連結されており、
前記タンク側組立体は、タンク側電磁石と、該タンク側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持されたタンク側パイプと、該タンク側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記タンク側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対のタンク側可動子と、該一対のタンク側可動子にそれぞれ設けられた一対のタンク側ダイアフラムと、該一対のタンク側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記タンク側パイプによって互いに連通された一対のタンク側容積変化室と、前記タンク側パイプの往復移動によって前記タンク側ポートを開閉するタンク側弁体と、を備えており、
前記負荷側組立体は、負荷側電磁石と、該負荷側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持された負荷側パイプと、該負荷側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記負荷側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対の負荷側可動子と、該一対の負荷側可動子にそれぞれ設けられた一対の負荷側ダイアフラムと、該一対の負荷側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記負荷側パイプによって互いに連通された一対の負荷側容積変化室と、前記負荷側パイプの往復移動によって前記負荷側ポートを開閉する負荷側弁体と、を備えており、
前記タンク側可動子には前記タンク側パイプと前記負荷側パイプとを連通および遮断する弁体または弁座が設けられており、
前記負荷側可動子には前記タンク側パイプと前記負荷側パイプとを連通および遮断する弁座または弁体が設けられている、
電磁ポンプ。
この手段よれば、イニシャルコストおよびランニングコストを抑制しつつ、尿素水溶液による凍結の障害を防止することができる。
以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。
本実施形態において、本発明に係る尿素噴射装置は、図１に示されているように、自動車用ディーゼルエンジンのＳＣＲシステムに搭載されている。
すなわち、ＳＣＲシステムにおいては、ディーゼルエンジン（図示せず）の排気管１には酸化触媒部２およびＳＣＲ部３が直列に配置されており、ＳＣＲ部３には本実施形態に係る尿素噴射装置４が設けられている。
本実施形態に係る尿素噴射装置４は、尿素水溶液５を貯留するタンク６と、尿素水溶液５を加圧する電磁ポンプ７と、尿素水溶液５を噴霧する噴霧器８と、電磁ポンプ７と噴霧器８との間に介設されたフィルタ９と、を備えている。
尿素水溶液５は強アルカリ性であるので、尿素水溶液５を貯留するタンク６や流通路は耐アルカリ性の材料によって形成されている。
すなわち、ＳＣＲシステムにおいては、ディーゼルエンジン（図示せず）の排気管１には酸化触媒部２およびＳＣＲ部３が直列に配置されており、ＳＣＲ部３には本実施形態に係る尿素噴射装置４が設けられている。
本実施形態に係る尿素噴射装置４は、尿素水溶液５を貯留するタンク６と、尿素水溶液５を加圧する電磁ポンプ７と、尿素水溶液５を噴霧する噴霧器８と、電磁ポンプ７と噴霧器８との間に介設されたフィルタ９と、を備えている。
尿素水溶液５は強アルカリ性であるので、尿素水溶液５を貯留するタンク６や流通路は耐アルカリ性の材料によって形成されている。
本実施形態に係る尿素噴射装置４において、電磁ポンプ７としては、本発明の一実施形態である図２に示された電磁ポンプが使用されている。
本実施形態に係る電磁ポンプ７は、電磁石によって駆動され、通常の尿素水溶液圧送状態とは異なる尿素水溶液吸い戻し状態で運転することができるように構成されている。
図１および図２に示されているように、電磁ポンプ７は、タンク６側に接続される電磁ポンプ組立体（以下、タンク側組立体という）７Ａと、負荷としての噴霧器８の側に接続される電磁ポンプ組立体（以下、噴霧器側組立体という）７Ｂとを備えている。
タンク側組立体７Ａと噴霧器側組立体７Ｂとは同様の構成を有するので、図２において、その構成は共通の構成要素に同一の符号を使用して、タンク側組立体７Ａを代表に説明する。
本実施形態に係る電磁ポンプ７は、電磁石によって駆動され、通常の尿素水溶液圧送状態とは異なる尿素水溶液吸い戻し状態で運転することができるように構成されている。
図１および図２に示されているように、電磁ポンプ７は、タンク６側に接続される電磁ポンプ組立体（以下、タンク側組立体という）７Ａと、負荷としての噴霧器８の側に接続される電磁ポンプ組立体（以下、噴霧器側組立体という）７Ｂとを備えている。
タンク側組立体７Ａと噴霧器側組立体７Ｂとは同様の構成を有するので、図２において、その構成は共通の構成要素に同一の符号を使用して、タンク側組立体７Ａを代表に説明する。
図２に示されているように、タンク側組立体７Ａは電磁石１０を備えている。電磁石１０は円筒形状に形成されたコア１１を有している。コア１１の軸方向の両端には、径方向外側に向かう円形リング（ドーナツ）形状のフランジ１２がそれぞれ形成されている。コア１１の外周には、非磁性体としての樹脂によって形成されたボビン１３が嵌合されており、ボビン１３の外側には円筒形状のコイル１４が装着されている。コア１１の中空部内には円筒形状のパイプ１５が軸方向に摺動可能かつ往復移動可能に支持されている。パイプ１５の軸方向の長さはコア１１の長さよりも長く形成されている。
電磁石１０は外部電源による所定の周波数の電圧を図示しない端子を介してコイル１４に印加することで、電磁石１０の磁極の極性、詳しくはコア１１の一端に配置されたフランジ１２に形成される第一磁極１６と、コア１１の他端に配置されたフランジ１２に形成される第二磁極１７とのそれぞれの相互に異なる極性を周期的に切り換えることができるようになっている。
すなわち、コイル１４に所定周波数の電圧を印加することにより、例えば第一磁極１６の極性をＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極・・・の順に周期的に切り換えることができ、第二磁極１７の極性を第一磁極１６の極性の切り換えと同一のタイミングで、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・の順に周期的に切り換えることができるようになっている。
すなわち、コイル１４に所定周波数の電圧を印加することにより、例えば第一磁極１６の極性をＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極・・・の順に周期的に切り換えることができ、第二磁極１７の極性を第一磁極１６の極性の切り換えと同一のタイミングで、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・の順に周期的に切り換えることができるようになっている。
コイル１４の外周にはコイル１４の軸方向長さよりも充分に長い円筒形状に形成されたケース２０が嵌合されており、ケース２０は磁性体によって円筒形状に形成されることにより、コイル１４の外側を囲う囲繞ヨークを構成している。
ケース２０内には一対の内側ヨーク２１、２１が、ケース２０の両端開口からそれぞれ嵌入されており、一対の内側ヨーク２１、２１はボビン１３の一対の鍔部の軸方向外側端面にそれぞれ突き当てられている。内側ヨーク２１は磁性体によって円筒形状に形成されており、内側ヨーク２１の内周は小径部、中径部および大径部の３段に形成されている。一対の内側ヨーク２１、２１は小径部が内側にそれぞれ配置された状態で、対称形に、かつ、電磁石１０と同心円にそれぞれ配置されている。
ケース２０内における一対の内側ヨーク２１、２１の軸方向外側位置には、一対の外側ヨーク２２、２２がそれぞれ嵌入されており、一対の外側ヨーク２２、２２は一対の内側ヨーク２１、２１の外側端面にそれぞれ突き当てられている。外側ヨーク２２は磁性体によって円筒形状に形成されており、外側ヨーク２２の内周は小径部および大径部の２段に形成されている。一対の外側ヨーク２２、２２は大径部が内側に配置された状態で、対称形に、かつ、電磁石１０と同心円にそれぞれ配置されているとともに、これら大径部の内側端面が一対の内側ヨーク２１、２１の大径部の外側端面にそれぞれ突き当てられている。
内側ヨーク２１の内周空間（小径部、中径部および大径部の中空部内）と、外側ヨーク２２の内周空間（小径部および大径部の中空部内）とは、一対の可動子移動空間２３、２３をそれぞれ形成している。
内側ヨーク２１の内周空間（小径部、中径部および大径部の中空部内）と、外側ヨーク２２の内周空間（小径部および大径部の中空部内）とは、一対の可動子移動空間２３、２３をそれぞれ形成している。
パイプ１５は樹脂あるいはオーステナイト系ステンレス等の非磁性体によって形成されている。パイプ１５はコア１１の中空部内に軸方向に摺動可能に挿通されている。パイプ１５は軸方向に所定のストローク（例えば２ｍｍ程度）をもって往復移動（振動）可能に支持されている。パイプ１５の長さはコア１１の長さより長く形成されており、両端が常にコア１１の中空部から突出するように形成されている。つまり、パイプ１５はコア１１の中空部内に両端が中空部から突出するように移動可能に支持されている。
パイプ１５の両端部には一対の可動子２４、２４がそれぞれ固定されており、一対の可動子２４、２４は一対の可動子移動空間２３、２３内に、軸方向に移動可能にそれぞれ配置されている。一対の可動子２４、２４はマグネット（永久磁石）２５、可動コア２６および補助可動コア（以下、補助コアという）２７をそれぞれ備えている。
マグネット２５は円形リング形状に形成されており、軸方向に着磁されている。マグネット２５は可動コア２６に保持されているとともに、補助コア２７を固定している。
可動コア２６は磁性体によって略円形皿形状に形成されており、一対の可動コア２６、２６がパイプ１５の両端部にそれぞれ同心円に配置されて固定されている。一対の可動コア２６、２６は表側が内向きにそれぞれ配置された状態で、対称形に、かつ、パイプ１５と同心円にそれぞれ配置されている。一対の可動コア２６、２６の周辺部の内側端面には、一対のマグネット２５、２５がそれぞれ同心円に固定されている。
補助コア２７は磁性体によって円形リング形状に形成されており、一対の補助コア２７、２７が一対のマグネット２５、２５の内向き端面にそれぞれ同心円に配置されて固定されている。
可動コア２６は磁性体によって略円形皿形状に形成されており、一対の可動コア２６、２６がパイプ１５の両端部にそれぞれ同心円に配置されて固定されている。一対の可動コア２６、２６は表側が内向きにそれぞれ配置された状態で、対称形に、かつ、パイプ１５と同心円にそれぞれ配置されている。一対の可動コア２６、２６の周辺部の内側端面には、一対のマグネット２５、２５がそれぞれ同心円に固定されている。
補助コア２７は磁性体によって円形リング形状に形成されており、一対の補助コア２７、２７が一対のマグネット２５、２５の内向き端面にそれぞれ同心円に配置されて固定されている。
補助コア２７の内径はコア１１のフランジ１２の外径よりも若干大きく設定されており、補助コア２７内周長さ（厚さ）はパイプ１５のストローク（例えば２ｍｍ程度）よりも若干大きく設定されている。補助コア２７はフランジ１２に対して進退可能に嵌合されており、フランジ１２が補助コア２７に対して後退した状態において、補助コア２７の内周縁辺部とフランジ１２の外周縁辺部とが一致する（なお、多少のずれは許容される）。
ケース２０内の両端部には一対のエンドプレート３１、３１がそれぞれ嵌入されている。エンドプレート３１は非磁性体の一例である樹脂によって一体成形されており、一対のエンドプレート３１、３１はケース２０と同心円にそれぞれ配置されているとともに、一対の外側ヨーク２２、２２の外側端面にそれぞれ突き当てられている。
一対のエンドプレート３１、３１の内向き端面の中央部には一対のダイアフラム３２、３２がそれぞれ配置されている。ダイアフラム３２は非磁性体で弾性を有する材料の一例であるゴムによって、中央に取付孔を有する円形薄膜形状に形成されている。一対のダイアフラム３２、３２は外周縁部がエンドプレート３１に固定されているとともに、取付孔縁辺部が可動コア２６に固定されている。
一対のダイアフラム３２、３２は可動コア２６の進退に伴って振動（往復移動）するようになっている。一対のダイアフラム３２、３２は一対のエンドプレート３１、３１と共に、一対の容積変化室３３、３３をそれぞれ形成している。一対の容積変化室３３、３３はパイプ１５の中空部によって互いに連通されている。
一対のダイアフラム３２、３２は可動コア２６の進退に伴って振動（往復移動）するようになっている。一対のダイアフラム３２、３２は一対のエンドプレート３１、３１と共に、一対の容積変化室３３、３３をそれぞれ形成している。一対の容積変化室３３、３３はパイプ１５の中空部によって互いに連通されている。
パイプ１５の両端には一対の弁体３４、３４がそれぞれ固定されている。弁体３４は非磁性体の一例である樹脂によって鍔付きの円筒形状に形成されており、円筒形状部がパイプ１５の中空部端部に嵌入されることにより、パイプ１５に固定されている。弁体３４はダイアフラム３２の取付孔縁辺部を鍔部によって押さえることにより、ダイアフラム３２を可動コア２６に相対的に固定している。
エンドプレート３１には弁座３５を保持したホルダ３６が固定されており、ホルダ３６には弁路３７が開設されている。エンドプレート３１にはポート３８が開設されたキャップ３９が当接されており、キャップ３９はケース２０の端部に固定されている。弁路３７の両端はポート３８および容積変化室３３にそれぞれ連通されている。弁体３４はパイプ１５の進退移動に追従して弁座３５に離着座することにより、弁路３７を開閉するようになっている。
噴霧器側組立体７Ｂにおけるパイプ１５のタンク側端部には、弁座３５を保持したホルダ３６が固定されており、ホルダ３６には弁路３７が開設されている。弁路３７の両端はパイプ１５の中空部内および容積変化室３３にそれぞれ連通されている。噴霧器側組立体７Ｂの弁座３５とタンク側組立体７Ａの弁体３４とは、噴霧器側組立体７Ｂのパイプ１５または／およびタンク側組立体７Ａのパイプ１５の進退移動に追従して、相対的に離着座することにより、弁路３７を開閉するようになっている。
以上の構成に係る尿素噴射装置４の作用を、電磁ポンプ７の作用を中心に図３〜図６を使用して説明する。
なお、以下の説明において、タンク側組立体７Ａの構成要素と噴霧器側組立体７Ｂの構成要素とは、符号に「Ａ」「Ｂ」を付加して区別する。
図３および図４は電磁ポンプ７が尿素水溶液５を噴霧器８に圧送する場合を示しており、図５および図６は電磁ポンプ７が尿素水溶液５を噴霧器８から吸い戻す場合を示している。
なお、以下の説明において、タンク側組立体７Ａの構成要素と噴霧器側組立体７Ｂの構成要素とは、符号に「Ａ」「Ｂ」を付加して区別する。
図３および図４は電磁ポンプ７が尿素水溶液５を噴霧器８に圧送する場合を示しており、図５および図６は電磁ポンプ７が尿素水溶液５を噴霧器８から吸い戻す場合を示している。
図３（ａ）は待機（中立）状態を示している。
弁体３４Ａは閉じて、タンク側ポート３８Ａと容積変化室３３Ａとの連通を遮断しており、弁体３４Ｂは開いて、噴霧器側ポート３８Ｂと容積変化室３３Ｂとを連通させている。パイプ１５Ｂのタンク側端部に固定された弁体（以下、弁体３４Ｃという）は閉じており、パイプ１５Ａとパイプ１５Ｂとの連通を遮断している。
弁体３４Ａは閉じて、タンク側ポート３８Ａと容積変化室３３Ａとの連通を遮断しており、弁体３４Ｂは開いて、噴霧器側ポート３８Ｂと容積変化室３３Ｂとを連通させている。パイプ１５Ｂのタンク側端部に固定された弁体（以下、弁体３４Ｃという）は閉じており、パイプ１５Ａとパイプ１５Ｂとの連通を遮断している。
コイル１４Ａおよびコイル１４Ｂに通電すると、図３（ｂ）に示されているように、パイプ１５Ａおよびパイプ１５Ｂがタンク側ポート３８Ａ側（以下、右側とする）から噴霧器側ポート３８Ｂ（以下、左側とする）へ移動する。これにより、弁体３４Ａが開いてタンク側ポート３８Ａと容積変化室３３Ａとを連通させるとともに、容積変化室３３Ａの容積が増加するので、容積変化室３３Ａ内にタンク側ポート３８Ａの尿素水溶液５が吸い込まれる。このとき、弁体３４Ｃがパイプ１５Ａを閉じているので、容積変化室３３Ａはタンク側ポート３８Ａの尿素水溶液５を吸い込むことができる。
他方、弁体３４Ｂは噴霧器側ポート３８Ｂを閉じる。
他方、弁体３４Ｂは噴霧器側ポート３８Ｂを閉じる。
次いで、電磁石の磁極の極性が切り替わる（例えば、第一磁極１６がＮ極からＳ極へ、第二磁極１７がＳ極からＮ極へ切り替わる）ように、コイル１４Ａに電流が流されると、図３（ｃ）に示されているように、パイプ１５Ａが左側から右側に移動する。これにより、弁体３４Ｃが開いて容積変化室３３Ａと中間の容積変化室３３Ｃとが連通するとともに、容積変化室３３Ｃの容積が増加するので、容積変化室３３Ｃ内に容積変化室３３Ａの尿素水溶液５が吸い込まれる。このとき、弁体３４Ｂがパイプ１５Ｂを閉じているので、容積変化室３３Ｃは容積変化室３３Ａの尿素水溶液５を吸い込むことができる。
他方、弁体３４Ａは容積変化室３３Ａを閉じる。
他方、弁体３４Ａは容積変化室３３Ａを閉じる。
次いで、電磁石の磁極の極性が切り替わる（例えば、第一磁極１６がＮ極からＳ極へ、第二磁極１７がＳ極からＮ極へ切り替わる）ように、コイル１４Ｂに電流が流されると、図４（ｄ）に示されているように、パイプ１５Ｂが左側から右側に移動する。これにより、弁体３４Ｂが開いてパイプ１５Ｂと容積変化室３３Ｂとが連通するとともに、容積変化室３３Ｂの容積が増加するので、容積変化室３３Ｂ内に中間の容積変化室３３Ｃの尿素水溶液５が吸い込まれる。このとき、弁体３４Ｃがパイプ１５Ａを閉じているので、容積変化室３３Ｂは中間の容積変化室３３Ｃの尿素水溶液５を吸い込むことができる。
他方、弁体３４Ａは容積変化室３３Ａを閉じている。
他方、弁体３４Ａは容積変化室３３Ａを閉じている。
次いで、電磁石の磁極の極性が切り替わるように、コイル１４Ａおよびコイル１４Ｂに電流が流されると、図４（ｅ）に示されているように、パイプ１５Ａおよびパイプ１５Ｂが右側から左側に移動する。これにより、容積変化室３３Ｂの容積が減少するので、容積変化室３３Ｂ内の尿素水溶液５が噴霧器側ポート３８Ｂから吐き出される。このとき、弁体３４Ｃがパイプ１５Ｂを閉じているので、容積変化室３３Ｂは尿素水溶液５を吐き出すことができる。
他方、弁体３４Ａが開いてタンク側ポート３８Ａと容積変化室３３Ａとを連通させるとともに、容積変化室３３Ａの容積が増加するので、容積変化室３３Ａ内にタンク側ポート３８Ａの尿素水溶液５が吸い込まれる。このとき、弁体３４Ｃがパイプ１５Ａを閉じているので、容積変化室３３Ａはタンク側ポート３８Ａの尿素水溶液５を吸い込むことができる。
他方、弁体３４Ａが開いてタンク側ポート３８Ａと容積変化室３３Ａとを連通させるとともに、容積変化室３３Ａの容積が増加するので、容積変化室３３Ａ内にタンク側ポート３８Ａの尿素水溶液５が吸い込まれる。このとき、弁体３４Ｃがパイプ１５Ａを閉じているので、容積変化室３３Ａはタンク側ポート３８Ａの尿素水溶液５を吸い込むことができる。
以下、図３（ｃ）のステップから図４（ｅ）のステップが繰り返されることにより、タンク６の尿素水溶液５が噴霧器８に圧送される。
図１において、噴霧器８に圧送された尿素水溶液５は噴霧器８から排気管１のＳＣＲ部３に噴霧される。噴霧器８からＳＣＲ部３に噴霧された尿素水溶液５は、アンモニア（ＮＨ3 ）と二酸化炭素（ＣＯ2 ）とに分解される。アンモニアは酸化触媒部１２からのＮＯｘと化学反応して窒素（Ｎ2 ）と水（Ｈ2 Ｏ）とに変換されるため、ＮＯｘは除去されたことになる。
ところで、尿素水溶液は例えば−１１℃で凍結するので、本実施形態においては、エンジン停止後に、電磁ポンプ７によって尿素水溶液を噴霧器８から吸い戻すものとした。
次に、電磁ポンプの尿素水溶液の吸い戻し作用を図５および図６について説明する。
次に、電磁ポンプの尿素水溶液の吸い戻し作用を図５および図６について説明する。
図５（ａ）において、弁体３４Ａは開いて、タンク側ポート３８Ａと容積変化室３３Ａとを連通させており、弁体３４Ｂは閉じて、噴霧器側ポート３８Ｂと容積変化室３３Ｂとの連通を遮断している。弁体３４Ｃは閉じて、パイプ１５Ａとパイプ１５Ｂとの連通を遮断している。
コイル１４Ａおよびコイル１４Ｂに通電すると、図５（ｂ）に示されているように、パイプ１５Ａおよびパイプ１５Ｂが左側から右側へ移動する。これにより、弁体３４Ｂが開いて噴霧器側ポート３８Ｂと容積変化室３３Ｂとを連通させ、また、容積変化室３３Ｂの容積が増加するので、容積変化室３３Ｂ内に噴霧器側ポート３８Ｂの尿素水溶液５が吸い込まれる。このとき、弁体３４Ｃがパイプ１５Ｂを閉じているので、容積変化室３３Ｂは噴霧器側ポート３８Ｂの尿素水溶液５を吸い込むことができる。
他方、弁体３４Ａはタンク側ポート３８Ａを閉じる。
他方、弁体３４Ａはタンク側ポート３８Ａを閉じる。
次いで、電磁石の磁極の極性が切り替わる（例えば、第一磁極１６がＮ極からＳ極へ、第二磁極１７がＳ極からＮ極へ切り替わる）ように、コイル１４Ｂに電流が流されると、図５（ｃ）に示されているように、パイプ１５Ｂが右側から左側に移動する。これにより、弁体３４Ｃが開いて容積変化室３３Ｂと中間の容積変化室３３Ｃとが連通するとともに、容積変化室３３Ｃの容積が増加するので、容積変化室３３Ｃ内に容積変化室３３Ｂの尿素水溶液５が吸い込まれる。このとき、弁体３４Ｂがパイプ１５Ｂを閉じているので、容積変化室３３Ｃは容積変化室３３Ｂの尿素水溶液５を吸い込むことができる。
他方、弁体３４Ｂは容積変化室３３Ｂを閉じる。
他方、弁体３４Ｂは容積変化室３３Ｂを閉じる。
次いで、電磁石の磁極の極性が切り替わる（例えば、第一磁極１６がＮ極からＳ極へ、第二磁極１７がＳ極からＮ極へ切り替わる）ように、コイル１４Ａに電流が流されると、図６（ｄ）に示されているように、パイプ１５Ａが右側から左側に移動する。これにより、弁体３４Ａが開いてパイプ１５Ａと容積変化室３３Ａとが連通するとともに、容積変化室３３Ａの容積が増加するので、容積変化室３３Ａ内に中間の容積変化室３３Ｃの尿素水溶液５が吸い込まれる。このとき、弁体３４Ｃがパイプ１５Ｂを閉じているので、容積変化室３３Ａは中間の容積変化室３３Ｃの尿素水溶液５を吸い込むことができる。
他方、弁体３４Ｂは容積変化室３３Ｂを閉じている。
他方、弁体３４Ｂは容積変化室３３Ｂを閉じている。
次いで、電磁石の磁極の極性が切り替わるように、コイル１４Ａおよびコイル１４Ｂに電流が流されると、図６（ｅ）に示されているように、パイプ１５Ａおよびパイプ１５Ｂが左側から右側に移動する。これにより、容積変化室３３Ａの容積が減少するので、容積変化室３３Ａ内の尿素水溶液５がタンク側ポート３８Ａから吐き出される。このとき、弁体３４Ｃがパイプ１５Ａを閉じているので、容積変化室３３Ａは尿素水溶液５を吐き出すことができる。
他方、弁体３４Ｂが開いて噴霧器側ポート３８Ｂと容積変化室３３Ｂとを連通させるとともに、容積変化室３３Ｂの容積が増加するので、容積変化室３３Ｂ内に噴霧器側ポート３８Ｂの尿素水溶液５が吸い込まれる。このとき、弁体３４Ｃがパイプ１５Ｂを閉じているので、容積変化室３３Ｂは噴霧器側ポート３８Ｂの尿素水溶液５を吸い込むことができる。
他方、弁体３４Ｂが開いて噴霧器側ポート３８Ｂと容積変化室３３Ｂとを連通させるとともに、容積変化室３３Ｂの容積が増加するので、容積変化室３３Ｂ内に噴霧器側ポート３８Ｂの尿素水溶液５が吸い込まれる。このとき、弁体３４Ｃがパイプ１５Ｂを閉じているので、容積変化室３３Ｂは噴霧器側ポート３８Ｂの尿素水溶液５を吸い込むことができる。
以下、図５（ｃ）のステップから図６（ｅ）のステップが繰り返されることにより、尿素水溶液５が噴霧器８から吸い戻される。
なお、図１に示されているように、噴霧器８に呼吸弁４０を設けることにより、電磁ポンプ７による噴霧器８からの尿素水溶液５の吸い戻し作用を確保することができる。
なお、図１に示されているように、噴霧器８に呼吸弁４０を設けることにより、電磁ポンプ７による噴霧器８からの尿素水溶液５の吸い戻し作用を確保することができる。
本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）尿素水溶液を噴霧器に圧送するポンプを、尿素水溶液の圧送作動と尿素水溶液の吸い込み作動とを切り替える電磁ポンプによって構成することにより、尿素噴射装置の不使用時に、尿素水溶液を噴霧器から吸い戻すことができるので、尿素水溶液の凍結による障害を防止することができる。
（２）尿素水溶液を噴霧器に圧送するポンプを尿素水溶液の圧送作動と尿素水溶液の吸い込み作動とを切り替える電磁ポンプによって構成することにより、正逆回転可能なポンプによって構成する場合に比較して、イニシャルコストおよびランニングコストを低減することができる。
（３）尿素水溶液の圧送作動と尿素水溶液の吸い込み作動とを切り替えることができるので、尿素噴射装置の不使用時に、尿素水溶液を噴霧器から吸い戻すことができる。
（４）電磁石を２つ用いることによって、電磁ポンプ内部のチェック弁を廃止することができる。
（５）切換弁を用いることなく、２つの電磁石の制御のみで尿素水溶液（液体）の圧送作動と吸い込み作動とを切り替えることができる。
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、電磁ポンプは、水平に配置するに限らず、垂直に配置してもよい。
また、電磁ポンプは、タンク外に配置するに限らず、タンク内に配置してもよい。
ボビン、パイプ、エンドプレート、弁体およびキャップは、樹脂によって形成するに限らず、オーステナイト系ステンレス等の非磁性体によって形成してもよい。
ダイアフラムはゴムによって形成するに限らず、例えば、弾性を有する非磁性樹脂、オーステナイト系ステンレスのような非磁性金属等によって形成してもよい。
また、ダイアフラムの断面形状としては、設計コンセプト等の必要に応じて、波状などの従来公知の各種の形状から選択使用することができる。
また、ダイアフラムの断面形状としては、設計コンセプト等の必要に応じて、波状などの従来公知の各種の形状から選択使用することができる。
１…排気管、２…酸化触媒部、３…ＳＣＲ部、４…尿素噴射装置、５…尿素水溶液、６…タンク、７…電磁ポンプ、７Ａ…タンク側組立体、７Ｂ…噴霧器側（負荷側）組立体、８…噴霧器、９…フィルタ、
１０…電磁石、１１…コア、１２…フランジ、１３…ボビン、１４、１４Ａ、１４Ｂ…コイル、１５、１５Ａ、１５Ｂ…パイプ、１６…第一磁極、１７…第二磁極、
２０…ケース（囲繞ヨーク）、２１…内側ヨーク、２２…外側ヨーク、２３…可動子移動空間、２４…可動子、２５…マグネット（永久磁石）、２６…可動コア、２７…補助コア（補助可動コア）、
３１…エンドプレート、３２…ダイアフラム、３３、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ…容積変化室、３４、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ…弁体、３５…弁座、３６…ホルダ、３７…弁路、３８、３８Ａ、３８Ｂ…ポート、３９…キャップ、４０…呼吸弁。
１０…電磁石、１１…コア、１２…フランジ、１３…ボビン、１４、１４Ａ、１４Ｂ…コイル、１５、１５Ａ、１５Ｂ…パイプ、１６…第一磁極、１７…第二磁極、
２０…ケース（囲繞ヨーク）、２１…内側ヨーク、２２…外側ヨーク、２３…可動子移動空間、２４…可動子、２５…マグネット（永久磁石）、２６…可動コア、２７…補助コア（補助可動コア）、
３１…エンドプレート、３２…ダイアフラム、３３、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ…容積変化室、３４、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ…弁体、３５…弁座、３６…ホルダ、３７…弁路、３８、３８Ａ、３８Ｂ…ポート、３９…キャップ、４０…呼吸弁。
Claims (2)
- 排気管の酸化触媒部の下流側に設けられるＳＣＲ部にタンク内の尿素水溶液を噴霧する噴霧器と、前記尿素水溶液の圧送作動と前記尿素水溶液の吸い込み作動とを切り換える電磁ポンプと、を備えている尿素噴射装置であって、
前記電磁ポンプは、前記タンクに接続されるタンク側ポートを有するタンク側組立体と、前記噴霧器に接続される噴霧器側ポートを有する噴霧器側組立体とが直列に連結されており、
前記タンク側組立体は、タンク側電磁石と、該タンク側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持されたタンク側パイプと、該タンク側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記タンク側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対のタンク側可動子と、該一対のタンク側可動子にそれぞれ設けられた一対のタンク側ダイアフラムと、該一対のタンク側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記タンク側パイプによって互いに連通された一対のタンク側容積変化室と、前記タンク側パイプの往復移動によって前記タンク側ポートを開閉するタンク側弁体と、を備えており、
前記噴霧器側組立体は、噴霧器側電磁石と、該噴霧器側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持された噴霧器側パイプと、該噴霧器側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記噴霧器側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対の噴霧器側可動子と、該一対の噴霧器側可動子にそれぞれ設けられた一対の噴霧器側ダイアフラムと、該一対の噴霧器側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記噴霧器側パイプによって互いに連通された一対の噴霧器側容積変化室と、前記噴霧器側パイプの往復移動によって前記噴霧器側ポートを開閉する噴霧器側弁体と、を備えており、
前記タンク側可動子には前記タンク側パイプと前記噴霧器側パイプとを連通および遮断する弁体または弁座が設けられており、
前記噴霧器側可動子には前記タンク側パイプと前記噴霧器側パイプとを連通および遮断する弁座または弁体が設けられている、
ことを特徴とする尿素噴射装置。 - タンクに接続されるタンク側ポートを有するタンク側組立体と、負荷に接続される負荷側ポートを有する負荷側組立体とが直列に連結されており、
前記タンク側組立体は、タンク側電磁石と、該タンク側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持されたタンク側パイプと、該タンク側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記タンク側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対のタンク側可動子と、該一対のタンク側可動子にそれぞれ設けられた一対のタンク側ダイアフラムと、該一対のタンク側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記タンク側パイプによって互いに連通された一対のタンク側容積変化室と、前記タンク側パイプの往復移動によって前記タンク側ポートを開閉するタンク側弁体と、を備えており、
前記負荷側組立体は、負荷側電磁石と、該負荷側電磁石に軸方向に往復移動自在に支持された負荷側パイプと、該負荷側パイプの軸方向両端にそれぞれ固定され、前記負荷側電磁石の軸方向両端部に形成された可動子移動空間内にそれぞれ移動可能に配設された一対の負荷側可動子と、該一対の負荷側可動子にそれぞれ設けられた一対の負荷側ダイアフラムと、該一対の負荷側ダイアフラムの軸方向外側にそれぞれ形成され、前記負荷側パイプによって互いに連通された一対の負荷側容積変化室と、前記負荷側パイプの往復移動によって前記負荷側ポートを開閉する負荷側弁体と、を備えており、
前記タンク側可動子には前記タンク側パイプと前記負荷側パイプとを連通および遮断する弁体または弁座が設けられており、
前記負荷側可動子には前記タンク側パイプと前記負荷側パイプとを連通および遮断する弁座または弁体が設けられている、
電磁ポンプ。
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