JP6106347B2 - Ｓｃｒ排気ガス後処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ＳＣＲ排気ガス後処理装置に関する。
特許文献１からＳＣＲ排気ガス後処理装置が既に公知となっている。このＳＣＲ排気ガス後処理装置では、本発明と同じく、尿素―水―溶液が排気ガス流内に注入される。このために必要な圧力をつくりだす目的で、ポンプユニットには圧力フィルタが設けられている。この場合圧力フィルタは、ポンプユニットの内部空間の領域に存在している。同様に、ポンプユニットには圧縮可能な調整要素が設けられている。ただし、この圧縮可能な調整要素は圧力フィルタの領域には存在していない。
以下、尿素―水―溶液はＨＷＬと呼ぶ。
さらに、特許文献２および特許文献３からは、ＨＷＬ用のフィルタが公知になっている。このフィルタは、ＨＷＬが凍結する際に膨張するように構造設計されている。
特許文献４は、エラストマー素材から成る延長部に関する。この延長部は、凍結するＨＷＬが膨張するとたわむようになっている。
本発明の課題は、ＳＣＲ排気ガス後処理装置の内部に設けられているＨＷＬを含む部材を、極めて長期間にわたり多数回の凍結サイクルにおける凍結による損傷から保護することである。
この目的のために、凍結補償フォーム（発泡部材）が設けられる。この凍結補償フォームの表面は、エラストマー膜によってＨＷＬが侵入してこないようになっている。鋭角的な端部を有する尿素結晶が複数の凍結サイクル後に薄いフォーム壁を破ってしまうおそれがあるので、長期的にみるとＨＷＬそれ自体が閉気孔のフォームを損なう可能性があるということが分かっている。その場合、ＨＷＬは、こうしたフォームの内部空間に侵入し、凍結の際に膨張するので、凍結サイクルが多数回におよぶと次第にフォームが破壊される。しかし、本発明に係るエラストマー膜は十分に厚く設計されているので、尿素結晶がこの膜を破ることはできない。これによって、ＨＷＬがフォーム内に侵入することもない。
本発明によると、凍結補償フォームに関して比較的大きな構造形成上の自由が達成されるので特に有利である。たとえば、他の構造的、コスト的あるいは製造技法上の要件に従って設計され得る開気孔のフォームを使用することもできる。たとえば、加工性がこうした要件のひとつである。ただし、特に長期間にわたって弾性を保持する材料が選択され得る。また、フォームは、極めて攻撃的（aggressiv）でクリープ移動性を有する（kriechfaehig）ＨＷＬに対する耐性を有していなくてもよい。
本発明の一形態においては、エラストマー膜は凍結補償フォームとともに硬質を有するよう設計されるので特に有利であり、それによって、１０バールまでの圧力で１０％以上の容積減少が防止される。
換気部材を設けることができることは特に有利である。この換気部材によって、長期の運転時間にわたって生じる空気洩れが補償される。この換気部材は、周囲の大気圧と空気透過的かつ蒸気透過的に連通されているので、特に有利である。これに対して、換気部材は透液性を有していない。
請求項６は、特に有利な構成を示す。この構成では、保護すべき部材はフィルタ部材である。このフィルタ部材のデッドスペースには栓が充填されているので、凍結するＨＷＬの容積とそれによる容積増加とが小さく抑えられる。
本発明のさらなる利点は、その他の請求項、明細書および図面から明らかになる。
図１は、排気ガス後処理装置の概略図である。この排気ガス後処理装置によって、ＨＷＬがディーゼルエンジン２の排気ガス流１内に注入される。ここで、排気ガス後処理装置は、ポンプユニット３を有する。このポンプユニットは、上記ＨＷＬを吸引して加圧し、加圧した状態でＨＷＬを調量ユニット４に更に搬送する。この調量ユニットは、ＨＷＬの一部を熱い排気ガス流１内に注入する。さらに、調量ユニット４は、ポンプユニット３と調量ユニット４との間の循環路を周回するＨＷＬを冷却する。
ポンプユニット３は、ポンプ５と、圧力フィルタ６と、制御ユニット７とを有する。
ポンプ５は、膜ポンプとして実施されており、クランクギアと類似の動作を行う偏心ギア９を備えるブラシレス電気モータ８を有する。この偏心ギア９は、膜１０の中央領域を往復移動させる。この膜１０の外周部は、ハウジング１１に張設されている。さらにこのハウジング１１には、２つの逆止弁１２、１３が挿入されている。一方の逆止弁１２は一方方向に向かって開放し、それにより、膜１０によって加圧可能な圧力空間１４が加圧されたＨＷＬを排出することができるようになる。他方の逆止弁１３は、上記とは反対の方向に開放し、それにより、圧力空間１４がＨＷＬを吸引することができるようになる。各逆止弁１２、１３からは、ハウジング１１内に連通可能なチャネルがそれぞれ延出している。ＨＷＬを吸引する逆止弁１３は、吸引チャネル１５を介してＨＷＬ吸引接続部１６からＨＷＬを吸引する。
ＨＷＬは、圧力空間１４から出ると、膜１０によって、他方の逆止弁１２とさらにこの逆止弁から延出している圧力チャネル１８とを介して圧力フィルタ６まで導かれる。
図示されていないが、圧力チャネル１８からは孔がハウジング１１に延出している。この孔には、圧力制御弁が押入されている。この圧力制御弁は、限界圧力の場合に開放され、ＨＷＬを排液チャネルへと導く。この排液チャネルはＨＷＬを再び吸引チャネル１５内へ注入する。強力なクリープ移動性を有するＨＷＬが周囲環境に及ぶことを確実に防ぐために、まず、圧力制御弁に封止リングが設けられている。また、ハウジング１１に対する追加の封止手段を備える追加のカバーによって、圧力制御弁用の孔を閉止する。
ＨＷＬは、圧力フィルタ６からＨＷＬ圧力接続部１７に導かれる。この圧力フィルタ６によって、調量ユニット４は塵埃粒子から保護されるので、調量ユニットに詰まりが生じないよう保護されている。圧力フィルタ６に続くＨＷＬ圧力接続部１７は、ＨＷＬ管３７と接続されている。この外部のＨＷＬ管３７を介して、ＨＷＬ圧力接続部１７が調量ユニット４に接続されている。ＨＷＬ管１９を介して、ポンプユニット３のＨＷＬ吸引接続部１６は、ＨＷＬのタンク２１に接続されている。
さらなるＨＷＬ管２２を介して調量ユニト４はタンク２１に接続されているので、戻り止め２３を介して調量ユニット４へ流れる循環路が形成される。
ポンプユニット３は、２つの冷却水接続部２４、２５を備える。これらの冷却水接続部２４、２５は、ハウジング１１内に加工形成されている冷却チャネルの両端部につながる。また、これら２つの冷却水接続部２４、２５はディーゼルエンジン２の冷却水循環路２６につながっているので、ポンプユニット３は、冷却水循環路２６からの暖まった冷却水によって解凍されるか、または、運転可能な温度に保たれることができる。
調量ユニット４は、電磁式調量弁２７を備える。この電磁式調量弁２７は、電機子２９を備える電磁石２８を有する。この電磁石は、圧縮コイルばね３０をスプリング力に抗って圧縮することができるので、ＨＷＬ圧力によってニードル３１が開放位置に移動することができる。接続部３２を介して電磁石２８に通電されない場合、圧縮コイルばね３０は、再びニードル３１を弁座３３に対して閉止位置におく。ここで、ニードル３１は、比較的長尺の形状を有して冷却チャネル３４内に設けられている。この冷却チャネルは、２つの調量ユニット接続部３５、３６の間で閉じた循環路を形成している。このために、これらの調量ユニット接続部３５、３６は、ＨＷＬ管２２、３７に接続されている。電磁石２８が通電されている状態でＨＷＬが中央開口部によって弁座３３内を通過する場合、ＨＷＬは噴射ノズルによって導かれる。この噴射ノズルは、ノズル盤を備えるスピンノズルとして実施されている。このような形状を付与することによって、噴出されるＨＷＬが高速回転スピンを受けるので、ノズルから出る際にＨＷＬが噴霧される。
ＨＷＬは、触媒３８の前方に存在する排気ガス流１の領域に噴霧注入される。
ＨＷＬ管３７の領域において、排気ガス後処理装置の圧力および温度を、詳細には示していない圧力・温度センサによって測定することができる。
調量ユニット４は、調量ユニット接続部３６の領域において、戻り止め２３を備えている。この戻り止め２３を介して、調量ユニット４がＨＷＬによって常時貫流されることが保証される。こうすることで、まず、調量ユニット４の温度が低く保たれる。さらに、通電が停止されている場合に、排気ガス後処理装置内の圧力がタンク圧力まで上昇させられるが、その際に弁を開放するためのエネルギーが必要なくなる。
排気ガス後処理装置のすべての部材は、圧力が付与されていないＨＷＬの凍結によって損傷がひきおこされることがないように構成されている。
図２は、供給ユニットとも呼ばれるポンプユニット３の設置領域内の、圧力フィルタ６を示している。この圧力フィルタ６は、ポンプ接続ハウジング３９と、押し込みねじ４０として実施されている栓と、フィルタ部材４１と、エラストマー膜４２と、凍結補償フォーム４３と、フィルタハウジング４４と、排気膜４５とを備えている。
ポンプ接続ハウジング３９は、アルミニウムから製造されている。このハウジングは、スリーブ状領域４６を有する収容部２０を備える。このスリーブ状領域４６には、雄ねじ４７が切られている。この雄ねじ４７においてフィルタハウジング４４がねじ止めされている。このために、フィルタハウジング４４は鐘形状である。フィルタハウジング４４がねじ止めされる領域の内側には、雄ねじ４７内にねじ止めされる雌ねじ４８が切られている。ここで、鐘形状のフィルタハウジング４４は、環状の封止部材４９をポンプハウジング３９に対して押圧する。これによって、フィルタハウジング４４の内部空間５０自体が緊密に封止される。ただしその際、換気部材５１内に設けられている排気膜４５との間の空気の交換が行われる。ここで、換気部材５１は、フィルタハウジング４４の鐘型床５３の漏斗型開口部５２内に係止する。
フィルタハウジング４４に、凍結補償フォーム４３が挿入されている。凍結補償フォーム４３は、同様の対応の鐘形状を有する。この凍結補償フォーム４３内部に、鍋形状のエラストマー膜４２が挿入されている。このエラストマー膜４２の上縁部には、ビード５３が設けられている。このビード５３は、スリーブ状領域４６の周回する環状の係止突起５４によって押し付けられて、その背後に存在する環状溝５５内に挿入される。ビード５３は、スリーブ状領域４６によって、径方向の圧力を受けてフィルタケーシング４４に対して張設される。スリーブ形状の領域４６とエラストマー膜４２との内部に形成されている内部空間５６に、フィルタ部材４１が挿入されている。このフィルタ部材４１は、中央切り欠き部５７を有する。この切り欠き部５７内部に押し込みねじ４０が延伸している。この押し込みねじ４０の一端部が、ポンプ接続ハウジング３９内に押し込まれる。
フィルタ部材４１は、紙フィルタ５８を備える。この紙フィルタは、カバー５９によって底部分が閉止されている。さらに、フィルタ部材４１は、閉止リング６０を備える。この閉止リングは、紙フィルタ５８を、カバー５９とは反対の側で閉止する。ここで、押し込みねじ４０が、閉止リング６０の中央切り欠き部６１を貫通して、ポンプ接続ハウジング３９の止まり穴６２まで突出している。このポンプ接続ハウジング３９内には、押し込みねじ４０が押し込まれている。閉止リング６０の、ポンプ接続ハウジング３９とは反対側には、封止スリーブ６３が設けられている。この封止スリーブ６３は、閉止リング６０の薄板状領域６４と一体状に実施されている。閉止リング６０の、ポンプ接続ハウジング３９の側を向いている端部には、周に沿って形成されている環状溝６５が設けられている。この環状溝内には、Ｏリング６６が挿入されている。封止スリーブ６３は、ポンプ接続ハウジング３９の切り欠き部６７に挿入されているので、Ｏリング６６は、この切り欠き部６７の内壁６８に対して密着している。
ここで、ＨＷＬは、圧力チャネル１８と中央切り欠き部６１とを経て、紙フィルタ５８の内部空間５７内に導かれる。そこから、ＨＷＬは、ポンプ５の１０バールまでの運転圧力を受けて紙フィルタ５８に対して押圧される。これによって、ＨＷＬは環状空間６９に到達する。この環状空間は、紙フィルタ５８によって径方向内側に、また、スリーブ状領域４６およびエラストマー膜４２によって径方向外側に画定される。この環状空間６９を出ると、ＨＷＬは、図１に符合７０で示されている、ポンプ接続ハウジング３９のチャネルを通り抜けるように導かれる。
ディーゼルエンジン２の電源が切られた後で、また、場合によっては非常停止または停電時には、ＨＷＬは環状空間６９に留まる。ここで、ＨＷＬは、外部気温がＨＷＬの氷点以下になると凍結する。液状の凝固状態から固体状の凝固状態への移行にともなって、膨張が生じ、非常に高い圧力がかかる。
吸引チャネル１５、圧力チャネル１８、およびチャネル７０は配管の断面積が小さいため内部空間５０よりも早期に凍結し始めるので、場合によっては内部空間５０に更なる圧力が生じる場合がある。
この高い圧力は、比較的厚膜のエラストマー膜４２を押圧する。このエラストマー膜は、ＨＷＬの代わりに誤ってディーゼル燃料が供給された場合に損害を可能な限り小さく抑えるためにＨＮＢＲから構成されている。したがって比較的簡単に弾性変形可能なエラストマー膜４２は、凍結補償フォーム４３に圧力を伝達する。圧力が１０バールの限界値を超えると、凍結補償フォーム４３は圧縮される。その際、換気部材５１そのものからは、まだガスがまったく排出されないか、もしくはほとんど排出されない。というのも凍結補償フォーム４３は閉気孔のフォームであるため、フォームの内部の圧力だけが上昇する。しかし、基これによって基本的にフォームが寿命に達するので、結果としてフォームの壁からガスが抜け出ることになる。換気部材５１自体はガス透過性を有している。しかし、エラストマー膜４２自体も、ガスの分子の大きさ次第で、非常にわずかながらガス透過性を有している。ところが、換気部材５１によって、大気が凍結補償フォーム４３を通り抜けることができるので、場合によっては数年にわたってエラストマー膜４２によって引き起こされるガス洩れは補償される。
ポンプ接続ハウジングは、必ずしもアルミニウムから製造されていなくてもよい。ステンレススチールまたはＨＷＬ耐性のあるプラスチックから構成してもよい。
フィルタハウジングは、ＨＷＬと接触していないので、フィルタハウジングの材料の形状設計上の自由度は特に幅広い。とりわけプラスチックが可能である。
フィルタ部材は、紙フィルタとして実施されていなくてもよい。調量ユニットの感度に応じて、他の材料も可能である。
上記の実施形態は、単に例示的な構成である。様々な実施形態のために記述した特徴を組み合わせることも可能である。特に記載されていないさらなる本発明に属する装置部分は、図面に示した装置部分の形状および配置から理解することができる。
１ 排気ガス流
２ ディーゼルエンジン
３ ポンプユニット
４ 調量ユニット
５ ポンプ
６ 圧力フィルタ
７ 制御ユニット
８ 電気モータ
９ 偏心ギア
１０ 膜
１１ ハウジング
１２ 逆止弁
１３ 逆止弁
１４ 圧力空間
１５ 吸引チャネル
１６ 吸引接続部
１７ ＨＷＬ圧力接続部
１８ 圧力チャネル
１９ ＨＷＬ管
２０ 収容部
２１ タンク
２２ ＨＷＬ管
２３ 戻り止め
２４ 冷水接続部
２５ 冷水接続部
２６ 冷水循環路
２７ 調量弁
２８ 電磁石
２９ 電機子
３０ 圧縮コイルばね
３１ ニードル
３２ 接続部
３３ 弁座
３４ 冷却剤チャネル
３５ 調量ユニット接続部
３６ 調量ユニット接続部
３７ ＨＷＬ管
３８ 触媒
３９ ポンプ接続ハウジング
４０ 押し込みねじ
４１ フィルタユニット
４２ エラストマー膜
４３ 凍結補償フォーム
４４ フィルタハウジング
４５ 排気膜
４６ スリーブ状領域
４７ 雄ねじ
４８ 雌ねじ
４９ 封止部材
５０ 内部空間
５１ 換気部材
５２ 開口部
５３ ビード
５４ 係止突起
５５ 環状溝
５６ 内部空間
５７ 切り欠き部
５８ ろ紙
５９ カバー
６０ 閉止リング
６１ 切り欠き部
６２ 止まり穴
６３ 封止スリーブ
６４ 薄板状領域
６５ 環状溝
６６ Ｏリング
６７ 切り欠き部
６８ 内壁
６９ 環状空間
２ ディーゼルエンジン
３ ポンプユニット
４ 調量ユニット
５ ポンプ
６ 圧力フィルタ
７ 制御ユニット
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９ 偏心ギア
１０ 膜
１１ ハウジング
１２ 逆止弁
１３ 逆止弁
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１５ 吸引チャネル
１６ 吸引接続部
１７ ＨＷＬ圧力接続部
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２０ 収容部
２１ タンク
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２５ 冷水接続部
２６ 冷水循環路
２７ 調量弁
２８ 電磁石
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５７ 切り欠き部
５８ ろ紙
５９ カバー
６０ 閉止リング
６１ 切り欠き部
６２ 止まり穴
６３ 封止スリーブ
６４ 薄板状領域
６５ 環状溝
６６ Ｏリング
６７ 切り欠き部
６８ 内壁
６９ 環状空間
Claims (5)
- 尿素―水―溶液が排気ガス流（１）内に注入されるＳＣＲ排気ガス後処理装置のポンプユニットであって、
前記ポンプユニットのフィルタハウジング（４４）の内部空間（５０）に位置するフィルタ部材と、
前記フィルタハウジング（４４）の凍結補償フォーム（４３）内に埋設されるエラストマー膜（４２）と
からなり、
前記エラストマー膜（４２）と前記凍結補償フォーム（４３）は、前記内部空間（５０）に収容された前記フィルタ部材の少なくともその一部を囲むよう構成された
ＳＣＲ排気ガス後処理装置のポンプユニット。 - 前記エラストマー膜（４２）は前記凍結補償フォーム（４３）とともに、１０バールまでの圧力において１０％以上の容積減が防止されるに十分な硬質を有するよう構成される、ことを特徴とする、
請求項１に記載のＳＣＲ排気ガス後処理装置のポンプユニット。 - 換気部材（５１）が設けられており、当該換気部材は、前記凍結補償フォーム（４３）の容積が変化する際に圧力補償を可能にすることを特徴とする、
請求項１または２に記載のＳＣＲ排気ガス後処理装置のポンプユニット。 - 前記換気部材（５１）は、ガス透過性かつ透水性の分離要素を有することを特徴とする、
請求項３に記載のＳＣＲ排気ガス後処理装置のポンプユニット。 - 前記フィルタ部材内部に栓が備えられていることを特徴とする、
請求項１に記載のＳＣＲ排気ガス後処理装置のポンプユニット。
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