KR20070086264A - 계량 펌프 어셈블리 - Google Patents

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한스 헨릭 요슘센
닐스 슈투바거 키머
카림 린드베르그
닐스 토르프 마드센
톰 요한센
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그런포스 매니지먼트 에이/에스
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Abstract

본 발명은 배기가스 흐름 내로 액체 환원제를 혼합시키기 위한 계량 펌프로서, 혼합 영역(18)에서, 공급된 환원제가 압축 가스와 혼합되는 예비혼합(premixing) 장치(39)를 포함하고, 제 1 리턴 밸브(20)가 환원제용 공급 도관(15) 내의 예비 혼합 요소(39) 내에, 흐름 방향으로 혼합 영역(18)의 정면에 배치되는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리에 관한 것이다.
계량 펌프

Description

계량 펌프 어셈블리{DOSING PUMP ASSEMBLY}
본 발명은 배기가스 흐름 내에서 액체 환원제를 혼합하기 위한 계량 펌프 어셈블리에 관한 것이다.
자동-점화 내부 연소 엔진으로, 대부분의 작동 조건에서는, 과량의 산소를 동반한 작동에서, 및 대표적으로 디젤 모터의 경우와 같이, 특히 주요 연소 공간 내로의 직접 주입으로 산화질소가 발생한다. 이들 산화 질소 방출을 감소시키기 위해, 배기 가스 흐름에 환원 촉매를 공급하는 것이 공지되어 있다. 통상, 촉매 내로의 유입 이전에, 미세하게 분산되는 방식으로, 환원제로서 수성 우레아 용액을 배기 가스 내로 공급한다. 이에 의해, 공급된 우레아 양은, 촉매 내 가능한 한 완전한 환원을 보장하기 위해, 또한 과도한 우레아를 회피하기 위해, 연소 공정에 가능한 한 정확하게 매칭되어야 한다.
배기가스 흐름에 대해 환원제를 계량하여 공급하기 위한 특수 계량 펌프가 EP 1 435 458 A1에 공지되어 있다. 이 계량 펌프를 이용하여, 공급된 환원제는 배기가스 흐름에 대해 공급되기 이전에 계량 펌프 어셈블리 내에서 압축 공기와 혼합되거나 압축 공기로 처리된다. 우레아는 공기와 조합시 결정화하는 경향이 있기 때문에, 설치 중지 이전에, 공기 및 우레아와, 공기와 접촉하는 전체 영역을 청소하 여, 이 영역에 우레아가 전혀 남아있지 않게 하는 것이 중요하다. 이를 위해, 3/2-웨이 밸브를 EP 1 435 458 A1에 따른 계량 펌프 내에 제공하는데, 이 밸브는 제 1 위치에서, 우레아를 압축 공기와 접촉시키기 위한 압축 공기 도관에 접속되는 도관 부분 내로 우레아를 인도한다. 제 2 위치에서, 3/2-웨이 밸브는, 어떠한 우레아가 상기한 도관 부분 내로 들어가지 않으면서도, 압축 공기가 3/2-웨이 밸브의 제 2 입구를 통해 공급되도록 스위치되어, 우레아가 압축 공기로 처리되는 도관 부분이, 압축 공기로 청소된다. 이런 식으로, 도관 부분 내의 우레아의 결정화를 방지할 수 있다.
EP 1 435 458 A1에 따른 계량 펌프 어셈블리의 구성은 플러싱에 필요한 밸브로 인해 상당히 복잡하다. 또한, 계량 펌프 어셈블리의 작동은 더욱 복잡해지는데, 공기 및 우레아와 접촉하는 설치 부분의 플러싱을 스위치 오프시 매번 확인해야만 하기 때문이다. 그렇지만, 비용 및 작동 신뢰성의 이유로, 계량 펌프 어셈블리의 구성 및 작동을 단순화하는 것이 요망된다.
따라서, 본발명의 목적은 간편하고 덜 비싼 방식으로 구성되고, 더욱 간편한 작동을 허용하는, 배기가스 흐름 내로 액체 환원제를 혼합시키기 위한 향상된 계량 펌프 어셈블리를 제공하는 것이다.
청구범위 제 1항에 특정된 특징을 갖는 계량 펌프 어셈블리는 이 목적을 달성한다. 도면과 함께 관련된 종속항, 아래의 설명으로부터 바람직한 구체예를 유추할 수 있다.
배기가스 흐름 내로 액체 환원제(예를 들면 우레아)를 혼합시키기 위해 제공 되는, 본발명에 따른 계량 펌프 어셈블리는, 혼합 영역에서, 계량 펌프에 의해 운반된, 공급된 환원제가 압축 가스와 혼합되는 예비혼합(premixing) 장치를 포함한다. 계량 펌프는 탱크로부터 환원제를 운반하고, 여기서 계량 펌프는 모터 내의 순간 연소 공정에 맞는 제어가능한 환원제 양을 운반한다. 예를 들면, 계량 펌프는 막- 또는 피스톤 펌프로서 설계될 수 있고, 여기서 운반된 환원제 양은 펌프 스트로크 수 및/또는 스트로크 속도에 의해 설정될 수 있다. 예비혼합 요소는, 환원제에 대한 공급물에서, 제 1 리턴 밸브는 실제 혼합 영역 정면에 흐름 방향으로 정렬하도록 설계된다. 이 리턴 밸브는, 자신을 통해 혼합 영역으로 환원제가 운반되는 압축 도관 내로, 압축 가스, 특히 압축 공기가 통과하지 못하도록 저지한다. 따라서, 흐름 방향에서 혼합 영역 정면에 위치한 환원제 도관이 압축 가스 또는 압축 공기 없이 유지되도록 보정하여, 이 영역에서, 환원제, 특히 우레아의 결정화를 강력히 저지할 수 있다. 환원제는 흐름 방향에서 리턴 밸브 이후에서, 즉, 혼합 영역 내에서 및 이로부터 하류쪽으로, 압축 가스/환원제 혼합물을 배기가스 흐름 내로 주입하기 위한 주입 노즐 쪽으로 압축 가스와 접촉할 뿐이다. 압축 가스는 어떤 경우에도 혼합 영역에 공급되기 때문에, 환원제가 압축 가스와 접촉할 수 있는 이 영역은 환원제의 공급을 중단하자마자 압축 가스에 의해 항상 자동적으로 청소될 수 있어서, 결정화할 수 있는 환원제의 어떠한 잔류량도 이 영역 내에 잔존하지 않을 수 있다.
그리하여, 혼합 영역의 정면에서 환원제 도관 내의 리턴 밸브의 발명적 배치는 계량 펌프 어셈블리를 스위치 오프함에 따라 부가적인 플러싱 절차를 불필요하 게 한다. 또한, 그러한 플러싱 절차를 개시시키기 위해, 계량 펌프 어셈블리에서 어떠한 부가적인 밸브도 필요하지 않다. 따라서, 계량 펌프 어셈블리의 작동뿐만 아니라 구성도 상당히 단순화되고, 큰 작동신뢰성을 달성한다.
본발명에 있어서 압축 가스 및 환원제의 혼합은, 환원제가 압축 가스 내에 미세하게 분산되는 균질 혼합으로서만 이해되어서는 안된다. 오히려, 각각의 경우, 다량의 환원제가 압축 가스에 의해 운반되고, 즉, 예를 들면, 환원제가 점적하고, 압축 가스는 도관 내에서 교대로 운반되고, 최종 균일 혼합은 배기가스 흐름 내로 주입시까지 수행되지 않는 식으로도 이 혼합을 수행시킬 수 있다.
제 1 리턴 밸브는, 환원제가 압축 가스와 혼합되는 혼합 영역에 바로 인접하여 배치되는 것이 특히 바람직하다. 이는, 공급된 압축 가스가 흐름 방향에서 리턴 밸브 이후의 완전한 영역을 통해 바람직하게는 흘러서, 환원제의 공급을 스위치 오프하자마자, 이 영역이 압축 가스에 의해 완전히 청소되고, 이 영역 내에 어떠한 환원제도 잔존하지 않음을 의미한다. 이를 위해, 혼합 영역에 대한 압축 가스의 공급은, 압축 가스가 리턴 밸브의 출구 쪽으로 및 걸쳐 바로 흘러, 리턴 밸브를 폐쇄함으로써, 압축 가스가 환원제 공급물 내로 관통하는 것을 방지할 수 있도록, 바람직하게는 설계된다.
특히 바람직하게는, 제 1 리턴 밸브는 혼합 영역을 제한하는 혼합 체임버의 일체적 구성요소이다. 이에 의해, 리턴 밸브는 바람직하게는 혼합 체임버의 벽 부분을 형성하여, 그 내부로, 압축 가스가 환원제와의 혼합을 위해 도입된다. 그리하여 리턴 밸브는 혼합 체임버를 한정하는 구성요소 내로 일체화되어, 혼합 영역에 바로 인접할 수 있다.
이를 위해, 혼합 체임버는 제 1 리턴 밸브에 의해 폐쇄되는, 환원제에 대한 입구 개구를 바람직하게는 포함한다. 그리하여, 리턴 밸브의 폐쇄 요소는 혼합 체임버의 내벽 부분을 바람직하게는 동시에 형성한다. 혼합 체임버 내로 도입된 압축 가스는 따라서 리턴 밸브의 출구쪽에 걸쳐 흐를 수 있는데, 배기가스 흐름 내로 주입 노즐을 통해 계량 펌프 어셈블리로부터, 압축 가스 흐름으로, 거기에 위치한 환원제를 청소할 수 있도록 하기 위해서이다.
혼합 영역에 대한 환원제 및 압축 가스의 공급 도관은 바람직하게는 서로 동심원적으로 배치되는 것이 특히 바람직하다. 예를 들면, 환원제는 중앙의 공급 도관을 통해 공급될 수 있고, 압축 가스는 중앙의 공급 도관을 둘러싸는 환상 채널을 통해, 혼합 체임버 내로 흐른다. 그러한 배치에 의해, 균일한 혼합을 달성할 뿐만 아니라, 압축 가스가 리턴 밸브 주위로 동심원적으로 혼합 체임버 내로 인도될 때, 혼합 체임버 내에 환원제가 완전히 없도록 할 수 있다. 바람직하게는, 압축 가스는 혼합 체임버의 전체 내벽에 걸쳐 흘러, 거기에 부착하는 환원제 잔류물이 청소될 수 있다.
환원제의 입구 개구는 혼합 체임버의 말단측에서 중앙에 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들면, 혼합 체임버는 실런더 형식으로 설계되고, 환원제에 대한 입구 개구는 혼합 체임버의 말단측에 의해 형성되거나, 말단측 내에 배치될 수 있다. 혼합 체임버의 실린더 설계는, 압축 가스 및 환원제의 동심원적 공급에 특히 바람직한데, 압축 가스는 혼합 체임버의 내벽을 따라 인도될 수 있기 때문이다.
혼합 체임버는 바람직하게는 압축 가스에 대한 입구 개구가 형성되어 있는 주변 벽, 특히 실린더형 주변 벽을 포함한다. 이에 의해, 입구 개구는 바람직하게는 전체 주변에 걸쳐 배치되고 분배되고, 바람직하게는 균일하게 배치되고 분배되어, 혼합 체임버의 모든 영역 내로 압축 가스가 균일하게 공급되는 것을 보장한다. 이런 식으로, 환원제 공급을 스위칭 오프하자마자 환원제 잔류물이 없는 완전한 혼합 체임버에 성공한다.
예를 들면, 바람직하게는 실린더형인 혼합 체임버의 말단측이 퍼넬-형으로 설계되고, 여기서, 제 1 리턴 밸브의 플레이트-형 폐쇄 요소가 퍼넬 내에 배치되는 식으로 설계되도록, 리턴 밸브는 설계될 수 있다. 혼합 체임버의 벽을 따라 혼합 체임버 내로 환원제의 환상의 내부흐름은 이 구조에 의해 달성되어, 공급된 압축 가스와의 균일한 혼합을 보장할 수 있다. 또한, 폐쇄된 조건에서 주변 벽과의 폐쇄 요소는 크게 부드러운 내벽을 형성하고, 이 위로, 내부로 흐르는 압축 가스가, 환원제 잔류물을 청소하기 위해, 균일하게 흐를 수 있다.
환원제 공급 도관 내의 제 1 리턴 밸브는 바람직하게는 폐쇄된 위치에서 리턴 밸브를 보유하는 스프링 요소를 포함하고, 여기서 리턴 밸브는 스프링 요소의 힘에 대항하여 환원제의 액체 압력에 의해 개방 위치 내로 이동할 수 있다. 제 1 리턴 밸브의 스프링 바이어싱에 의해, 환원제 도관 또는 환원제 공급 도관 내로의 압축 가스의 통과를 저지하기 위해, 환원제가 혼합 체임버 내로 펌핑되지 않을 때는 계량 펌프에 의해 리턴 밸브는 항상 폐쇄된 채로 유지되는 것을 보장한다. 따라서, 최소한 리턴 밸브의 폐쇄는 압축 가스의 압력에 의해서만 수행되는 것은 아니 고, 리턴 밸브를 폐쇄 위치 내로 바이어스하는 스프링 요소에 의해 수행된다. 또한, 이 배치를 통해, 환원제 공급 도관 내에서 미리 정해진 액체 압력에서만 리턴 밸브가 개방하도록 유발할 수 있고, 이는, 혼합 체임버에 대한 환원제의 한정된 공급을 보장함을 의미한다. 스프링 요소에서의 바이어싱은 다른 적절한 탄성 요소에 의해서도 또한 달성될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 예비혼합 장치는 압축 가스에 대한 공급도관에서의 제 2 리턴 밸브를 포함한다. 이 리턴 밸브는 압축 공기의 공급을 스위치 오프하거나, 또는 압축 가스 공급 도관에서의 압력의 감소에 따라 압축 공기 공급 도관내로 환원제가 들어가는 것을 방지한다. 바람직하게는, 이 제 2 리턴 밸브는 환원제 및 압축 가스의 혼합이 수행되는 혼합 체임버 또는 혼합 영역의 바로 위에 배치될 수도 있다. 이에 의해, 제 2 리턴 밸브는 또한 예비혼합 장치 또는 혼합 영역을 한정하는 혼합 체임버의 일체적 구성요소일 수도 있다. 또한, 제 2 리턴 밸브는 아이들 위치에서 폐쇄된 채 유지되도록 바이어스될 수도 있다. 이는 스프링 요소 또는 기타 탄성 요소에 의해 수행될 수 있다.
바람직하게는, 제 2 리턴 밸브는 압축 가스용 공급 도관의 벽을 밀봉적으로 처리하기 위해 사용될 수 있는 탄성 밀봉 요소에 의해 형성된다. 폐쇄 위치에서, 탄성 밀봉 요소는 벽을 지지하여, 어떠한 환원제 또는 환원제/압축 가스 혼합물이 압축 가스 공급도관 내로 다시 흘러가지 않는다. 개방 위치에서는, 밀봉 요소는 벽으로부터 떨어져서 압축 가스에 대한 흐름 통로를 해제시킨다.
이에 의해, 밀봉 요소는 공급도관의 벽상에, 바람직하게는 바이어싱에 의해, 밀봉적으로 고정되고, 혼합 영역 쪽으로 흐름 방향으로 작용하는 압축 가스의 압력에 의해, 벽으로부터 떨어진 개방 위치로 이동될 수 있다. 이 배치에 의해, 아이들 위치인 제 2 리턴 밸브의 밀봉 부재가 항상 폐쇄 조건에 있어서, 어떠한 환원제도 압축 가스 도관으로 통과할 수 없다. 단지 밀봉 요소의 바이어싱 힘을 초과하는 압축 가스의 압력이 밸브에 도달하였을 경우에만, 밀봉 요소는 개방하고, 압축 가스는 혼합 체임버의 혼합 영역 내로 흘러 들어가고, 여기서 이후 가스 흐름 자체에 의해, 어떠한 환원제도 압축 가스 도관 내로 다시 흘러가지 않는 것을 보장한다.
더욱 바람직하게는, 압축 가스 공급도관의 벽은 바람직하게는 혼합 영역 및 제 1 리턴 밸브를 함유하는 구성요소의 실린더형 외벽이다. 이 구성요소는 혼합 체임버를 형성한다. 제 2 리턴 밸브의 밀봉 요소는 이에 의해, 예를 들면 외벽의 쇼울더 또는 한정된 지지 영역인, 외벽을 지지하게 되는 환상의 구성요소로서 형성될 수 있다. 개방된 제 2 리턴 밸브의 경우, 압축 가스는 이후 이 구성요소 또는 혼합 체임버의 외벽에 걸쳐 흘러서, 압축 가스가 환상 흐름으로 혼합 체임버에 공급될 수 있다. 압축 가스 및 환원제를 혼합 체임버에 동심원상으로 공급하는 것은 이런 식으로 수행될 수 있다.
제 2 리턴 밸브의 밀봉 요소는 압축 가스의 흐름 방향으로, 벽쪽으로 기울어져서 연장하는 환상 슬리브(sleeve)로서 더욱 바람직하게는 설계된다. 이에 의해, 이 슬리브는 탄성 재료로 형성되고, 탄성 재료의 바이어싱이 벽 상에서 지지하는 슬리브를 보유하도록 바람직하게는 설계된다. 흐름 방향으로, 충분히 높은 압력이 주어진 압축 가스는 벽으로부터 슬리브를 들어올릴 수 있고, 여기서 이 슬리브는 약간 팽창하고, 압축 가스는 벽을 따라서 혼합 영역 내로 흘러갈 수 있다. 그렇지만, 반대 방향으로, 슬리브의 기울어진 기하학은, 슬리브가 압력에 의해 벽에 대해 압축되고, 따라서 리턴 밸브가 페쇄되는 효과를 가져서, 어떠한 환원제 또는 압축 가스/환원제 혼합물이 압축 가스 도관 내로 다시 들어가지 않는다.
본발명은 이하에서 실시예 및 첨부된 도면에 의해 기술된다. 여기서:
도 1은 본발명에 따른 계량 펌프 어셈블리의 수압 요소의 회로도이고,
도 2는 도 1에 따른 계량 펌프 어셈블리의 예비혼합 장치의 절단된 단면도이고,
도 3은 폐쇄된 리턴 밸브를 갖는 도 2에 따른 예비혼합 장치의 별도의 단면도이고,
도 4는 압축 가스 공급용의 개방된 리턴 밸브를 갖는, 도 3에 따른 예비혼합 장치이고,
도 5는 환원제 공급용의 개방된 리턴 밸브, 및 압축 가스 공급용의 개방된 리턴 밸브를 갖는 도 3 및 4에 따른 예비혼합 장치이다.
* 참조부호 목록
2 계량 펌프
4 환원제 탱크
5 흡입 도관
6 리턴 밸브
8 브랜칭 포인트
10 리턴 도관
12 셧-오프 밸브
14 압력 센서
16 압력 도관
18 혼합 영역
20 리턴 밸브
22 도관
24 압축 공기 공급물
26 자석 밸브
28 압축 공기 도관
30 대기
32 압력 레귤레이터
34 스로틀
36 리턴 밸브
38 실행 도관
39 예비혼합 장치
40 중앙판
42 말단판
44 케이징
46 외벽
48 네킹
50 말단측
52 리세스
54 피스톤
55 피스톤 로드
56 O-링
58 말단측
60 압축 스프링
62 가이드 스프링
64 스프링 링
66 세로 그루브
68 O-링
70 슬리브
72 칼라
74 갭
46 리세스
D 계량 펌프 어셈블리의 경계
일단, 본발명에 따른 계량 펌프 어셈블리의 한 실시예의 기본 기능이 도 1에 있는 회로도에 의해 기술된다.
계량 펌프 어셈블리의 주요 부품은, 관련 드라이브와 함께, 막 펌프로서 설계된 계량 펌프(2)이다. 계량 펌프(2)에 의해 운반된 환원제의 양은, 모터 내에서 현재 진행하는 연소 공정으로 인한 수요에 정확하게 환원제의 양을 맞출 수 있기 위하여, 펌프를 제어함으로써, 특히 펌프 스트로크의 수를 제어함으로써 설정될 수 있다. 환원제로서, 바람직하게는 수성 우레아 용액이 사용된다. 환원제는 환원제 탱크(4) 내에 준비시켜 유지시키고, 이로부터 계량 펌프(2)에 의해 흡입 도관(5)를 통해 환원제를 흡입시킨다. 공지의 방법으로, 각 경우, 리턴 밸브(6)는 개시된 실시예에서 계량 펌프(2)의 정면에 및 후면에 배치되고, 이들 밸브는 막 펌프의 필수적 구성요소이다. 따라서, 흐름 방향으로 펌프 정면에 위치한 리턴 밸브(6)는, 펌프 스트로크가 주어지면, 환원제 탱크(4) 내로 환원제가 다시 운반되지 않는 것을 보장한다. 흐름 방향으로 계량 펌프(2)의 하류에 위치한 리턴 밸브(6)는 반대로, 흡입으로, 단지 환원제가 환원제 탱크(4)로부터 흡입되고, 압력 도관로부터는 흡입되지 않는 것을 보장한다.
리턴 도관(10)은 계량 펌프(2) 및 제 2 리턴 밸브(6)의 하류쪽인 브랜칭 포인트(8)에서 갈라지고, 환원제 탱크(4)로 다시 인도하고, 계량 펌프(2)의 개시 작동에 의해 시스템을 흘리는 역할을 한다.
차단- 또는 셧-오프 밸브(12)는, 리턴 도관(10)내에 배치되는데, 이에 의해 리턴 도관(10)이 폐쇄될 수 있어서, 어떠한 환원제가 리턴 도관(10)를 통해 환원제 탱크(4) 내로 다시 흘러 들어가지 않는다. 도시된 아이들 조건에서, 셧-오프 밸브(12)는 개방 조건에 위치하고, 여기서 리턴 도관(10)은 방출된다. 셧-오프 밸브(12) 정면에서, 및 그리하여 압력 도관(16) 내 계량 펌프(2)의 하류쪽에서 액체 압력을 검출하는 압력 센서(14)는 셧-오프 밸브(12)의 상류쪽이면서, 브랜칭 포인트(8)의 하류쪽인 리턴 도관(10) 내에 배치된다.
압력 도관(16)은 브랜칭 포인트(8)를 통해 계량 펌프(2)로부터 혼합 영역 또는 혼합 체임버(18)로, 압축 가스, 이 경우 압축 공기와 접촉하거나 혼합되는 환원제가 있는 장치 수단으로 인도한다. 바이어싱, 예를 들면 스프링에 의해 폐쇄 위치에서 개시된 아이들 위치에 있고, 환원제의 리턴 흐름 및 특히 혼합 영역(18)으로부터 압축 가스의 압력 도관(16) 내로의 리턴 흐름을 방지하는 리턴 밸브(20)는, 압력 도관(16) 내의 혼합 영역(18) 바로 정면에, 즉, 압력 도관(16)의 말단에 배치된다. 자동차의 배기가스 시스템 내의 주입 노즐로 인도하는 도관(22)은 흐름 방향으로 혼합 영역(18)의 하류로 접속한다.
이 실시예에서 압축 가스로서 사용되는 압축 공기는 자동차의 압축 공기 공급물(24)에 의해 제조된다. 그러한 압축 공기 공급 시스템은 통상 트럭 내에, 특히 브레이크를 실행시키기 위해 존재한다. 도시된 계량 펌프 어셈블리는 이 중앙 압축가스 공급물(24)에 접속되고, 여기서 입구 쪽에 있는 계량 펌프 어셈블리는, 혼합 영역(18)으로 인도하는 압축 공기 도관(28)을 압축 공기 공급물(24)로 선택적으로 접속시키거나, 대기(30)로 개방시키는 솔레노이드 또는 자석 밸브(26)를 포함한다. 전기적으로 실행된 자석 밸브(26)는, 도시된 위치에서 아이들 조건에 있고, 여기서 압축 공기 도관(28)은 대기(30)쪽으로 개방되도록 바이어스된다.
압축 공기 도관(28)에서, 압축 레귤레이터(32)는 흐름 방향으로 자석 밸브(26)의 하류쪽에 배치되고, 스로틀(34)이 이 압축 레귤레이터의 하류 쪽에 배치된다.
혼합 체임버 또는 혼합 영역(18)에 있는 압축 공기 도관은 리턴 밸브(36)로 끝나고, 도시된 아이들 조건에서 폐쇄되도록 바이어스되고, 압축 공기 도관(28)에서 작용하는 압력에 의한 바이어싱에 대항하여 개방될 수 있다. 따라서, 어떠한 압축 공기가 압축 공기 도관(28)으로부터 혼합 체임버(18) 내로 흐르지 않을 때에는 항상 폐쇄되는 것을 보장하여, 혼합 영역(18)으로부터 어떠한 환원제도 압축 공기 도관(18) 내로 통과하지 않을 수 있다.
리턴 도관(10) 내의 셧-오프 밸브(12)는 압축 공기에 의해 실행되고, 실행 도관(38)을 통해 압축 공기 도관(18)으로 접속되고, 여기서 실행 도관(38)은 압력 레귤레이터(32) 및 스로틀(34) 사이의 압축 공기 도관(28)과 접속된다. 실행 도관(38)은, 자석 밸브(26)가 스위치-오버되어, 압축 공기 도관(28)이 압축 공기 공급물(24)과 접속할 때, 실행 도관(38)이 또한 압력 하에 놓이도록 보장한다. 실행 도관(38)에서 우세한 공기 압력은 이후 바이어싱에 대항하여 셧-오프 밸브(12)의 스위치-오버를 실행하여, 리턴 도관(10)이 폐쇄된다.
점선 D에 의해 도 1에 나타낸 경계선 내에 위치한 상기에서 기술된 요소들, 특히 계량 펌프(20), 셧-오프 밸브(12), 자석 밸브(26), 혼합 포인트(18), 리턴 밸브 및 이들 요소들을 접속시키는 도관들은 모두 계량 펌프 어셈블리 내에 일체화되어, 전기적 연결부와 별도로, 계량 펌프 어셈블리는 외측에 대해 단지 네 개의 액체 연결부들, 상세하게는 압축 공기 공급물(24)에 대한 연결부, 주입 노즐로 인도하는 도관(22)의 연결부, 환원제 탱크(4)로 인도하는 흡입 도관(5)의 연결부, 및 환원제 탱크(4)에 대한 리턴 도관(10)의 연결부를 갖는다.
시스템의 개시 동작에 의해, 자석 밸브(26)는 폐쇄된, 아이들 조건(개시된 위치)에 일단 남아 있고, 여기서 압축 공기 도관(28)은 압축 공기 공급물(24)로부터 분리되어 있다. 일단, 계량 펌프(2)는 작동으로 설정되고, 흡입 도관(5)을 통해 환원제 탱크(4)로부터 환원제를 흡입한다. 개시된, 폐쇄 위치에서 리턴 밸브(20)의 바이어싱은, 개방 리턴 도관(10)의 경우, 압력 도관(16) 내의 압력은 바이어싱에 대항하여 리턴 밸브를 개방할 만큼 충분하지 않도록 선택된다.
어떠한 압력도 처음에는 압축 공기 도관(28) 내에 우세하지 않기 때문에, 실행 도관(38)은 또한 처음에는 압력이 없어서, 셧-오프 밸브(12)는 개방된, 아이들 위치로 남아 있고, 리턴 도관(10)은 개방된다. 이런 식으로, 계량 펌프(2)는 일단 환원제 탱크(4)로부터, 브랜칭 포인트(8)를 거쳐 리턴 도관(10)을 통해 다시 환원제 탱크(4) 내로 환원제를 운반한다. 이는 개시 작동에 의해 시스템을 흘리는 역할을 하여, 즉, 처음에, 압력 도관(15)이 환원제로 완전히 충전되는 것을 보장한다.
압력 도관(16) 및 리턴 도관(10)이 환원제로 완전히 충전될 때, 압력 도관(16) 내 및 리턴 도관(10) 내 액체 압력은 특정 한계치에 도달하고, 이는 압력 센서(14)에 의해 검출된다. 이 한계치가 압력 센서(14)에 의해 검출될 때, 제어부가 자석 밸브(26)를 스위치 오버하여, 압력 공기 도관(28)은, 트럭의 압력 공기 공급물(24)을 통해 압축 공기가 공급된다. 실행 도관(28)은 또한 이런 식으로, 압력이 미치고, 이는 셧-오프 밸브(12)가 스프링 바이어싱에 대항하여 스위치 오버되고, 리턴 도관(10)은 이런 식으로 폐쇄됨을 의미한다. 압력 도관(16)은 리턴 도관(10)을 통해 환원제 탱크(4)에 대해 더 이상 개방되지 않기 때문에, 계량 펌프(2)의 추가적 작동에 의해 액체 압력은 압력 도관(16) 내에서, 그 압력이 스프링 바이어싱에 대해 리턴 밸브(20)을 개방하기에 충분할 정도까지 증가하여, 환원제가 혼합 영역(18) 내로 흘러갈 수 있고, 압축 공기 도관(28)으로부터의 압축 공기와 부딪힌다. 압축 공기 및 환원제는 이후 함께 도관(22)을 통해 트럭의 배기 가스 도관 내의 주입 노즐로 흘러간다.
공급된 환원제의 양은 계량 펌프의 펌프 스트로크 수를 통해, 작동에 의해 설정될 수 있다. 압축 공기 도관을 통한 혼합 영역(18) 내로의 압축 공기의 흐름은 그러므로 일정하다.
만약 설치가, 특히 차량을 껐을 때, 작동 없이 행해지면, 일단 계량 펌프(2)는 스위치 오프되어, 환원제는 환원제 탱크(4)로부터 더 이상 운반되지 않는다. 이런 식으로, 압력 도관(16) 내의 압력은 리턴 밸브(20)가 바이어싱으로 인해 폐쇄할 만큼 감소하고, 더 이상 환원제가 혼합 영역(18) 내로 통과하는 것을 저지한다. 처음에 자석 밸브(26)는 계속 개방되기 때문에, 압축 공기는 리턴 밸브(36)를 통해 혼합 영역(18) 내로 계속 흐르고, 여기서 도관(22)을 거쳐, 여전히 거기에 존재하는 환원제 잔류물을 청소한다.
흐름 공급을 스위치 오프함으로써 자석 밸브(26)를 폐쇄할 때, 압축 공기는 압축 공기 도관(28)을 통해 흐르고 리턴 밸브(36)도 또한 절단되어, 전체 시스템은 작동 중지된다. 이 조건에서, 셧-오프 밸브(12)는 다시 아이들 조건으로 스위치한다, 즉 리턴 도관(10)이 개방된다.
리턴 밸브(20)의 배치를 통해, 혼합 체임버 또는 혼합 영역(18)으로부터 어떠한 공기도 압력 도관(16) 내로 통과할 수 없는 것을 보장한다. 따라서, 압력 도관(16) 내의 환원제의 결정화를 방지할 수 있다. 또한, 혼합 영역(18)은 계랑 펌프(2)를 스위치 오프한 후의 일정한 압력 공기 흐름으로 인해 자동적으로 청소되기 때문에, 혼합 영역(18) 내 및 이에 접속하는 도관(22) 내의 환원제의 결정화도 또한 방지할 수 있다.
압력 도관(16)의 완전한 흐름을 검출하는 것과는 별도로, 전기적 신호를 바람직하게는 방출하는 압력 센서(14)는, 또한 바람직하지 못한 작동 조건을 인식하는 역할도 한다. 따라서, 특히 개방된 셧-오프 밸브(12)의 경우, 개방된 리턴 도관(10)에서 정상적으로는 발생하지 않는 미리 정의된 한계치를 압력이 초과할 때, 차단된 리턴 도관(10)을 압력 센서(14)에 의해 인식할 수 있다. 따라서, 압력 센서(14)는 차량의 배기가스 도관 내의 주입 노즐이 차단된 것도 검출할 수 있다. 이후, 특히, 개방된 자석 밸브(26)의 경우, 압력 도관(16) 내의 압력은 유사하게 미리 정의된 한계치보다 증가하는데, 이는 주입 노즐이 올바르게 작동할 때는 정상적으로는 일어나지 않을 수 있다. 또한, 압력 센서(14)를 통해, 환원제 탱크(4)가 비어 있는 것도 검출할 수 있다. 이후, 특히 작동에 의해, 압력 도관(16) 내의 압력은, 폐쇄된 리턴 도관(10)의 경우 정상적인 작동에서는 정상적으로 일어나지 않는 미리 정의된 한계치 아래로 감소한다.
이하에서, 혼합 영역(18) 및 리턴 밸브(20 및 36)로 필수적으로 구성된 예비혼합 장치의 예시적 구성을 도 2 내지 5를 통해 기술한다.
도 2는 펌프 헤드 내에 설치된 조건에서 예비혼합 장치(39)의 단면도를 나타낸다. 펌프 헤드는 중앙판(40) 및 이를 지지하는 말단판(42)에 의해 본질적으로 형성되고, 여기서 흐름 채널이 형성되고, 예비혼합 장치(39)는 판(40 및 42) 사이에 배치된다.
말단판(42) 내의 도관(22)은 연결부로서 설계되고, 여기에 차량의 배기가스 시스템 내의 주입 노즐로 인도하는 액체 도관이 접속될 수 있다. 압력 도관(16)은, 표면 내의 채널 및 거기에 접속하는 관통-홀의 형태인 압축 공기 도관(28)과 더불어, 중앙판(40) 내에 형성된다.
또한, 중앙 요소로서, 예비혼합 장치는 실리더형 외벽(46)을 갖는 실린더형 케이징(44)을 포함한다. 케이징(44)의 내부에는, 네킹(necking, 48)이 형성되고, 이 네킹은 케이징(44)의 내부 공간을 두 개의 부분으로 나눈다. 내부 공간의 제 1 부분은, 네킹(48)으로부터 진행하여, 케이징(44)의 제 1 말단측(50)을 향해 퍼넬-형 방식으로 확장된다. 이 영역은 예비혼합 장치(39)의 실제 혼합 영역(18) 또는 혼합 체임버(18)이다. 리세스 또는 개구(52)가 주변에 걸쳐 균일하게 분포한 혼합 영역(18)의 주변벽 내에 형성되고, 이들은 압축 공기에 대한 입구 개구로서 작용한다. 케이징(44)의 내부에서, 네킹(48)에 의해 둘러싸인 개구는 혼합 영역(18)으로의 환원제에 대한 입구 개구로서 작용한다. 이 영역은 주변 그루브 내로 적용되는 O-링(56)을 갖는 피스톤(54)에 의해 폐쇄된다. 이에 의해, O-링(56)은, 도 3 및 4에 나타낸 바와 같이, 밀봉 방식으로, 케이징(44)의 내부에서 이 혼합 영역(19)의 퍼넬-형 내벽 상에서 지지할 수 있게 된다.
피스톤(54)은 피스톤 로드(55)와 함께, 네킹(48)을 통해 케이징(44)의 내부 내의 제 2 영역 내로, 제 1 말단측(50)으로부터 떨어져 있는 제 2 말단측(58)으로 연장한다. 네킹(46) 상의 제 1 말단으로 지지되는 압축 스프링은 케이징(44)의 내부 공간의 제 2 부분 내에 배치된다. 나선형 스프링으로서 설계된 압축 스프링(60)의 반대편 말단은 네킹(48)에 접한 숄더 상에서, 피스톤 로드(55)를 둘러싸는 가이드 케이징(62) 상에서 지지된다. 가이드 케이징(62)은 피스톤 로드 및 그리하여, 케이징(44)의 내부에 있는 피스톤(54)을 안내하여, 케이징(44)의 내벽 상에서 지지된다. 가이드 케이징(62)은 피스톤(54)으로부터 떨어져 있는 피스톤 로드(55)의 세로 말단 상에서 스프링 링(64)을 통하여 지지된다. 그리하여, 압축 스프링(60)은, 케이징(40)의 제 2 말단측(58)의 방향으로 피스톤 로드(55)를 압축하여, O-링(56)을 갖는 피스톤(54)이 혼합 영역(18)의 퍼넬-형 또는 원뿔형 내벽에 대하여 압축된다. 이런 식으로, 도 1에서 리턴 밸브(30)를 형성하는 피스톤(54)은, 도 3 및 4에 나타낸 바와 같이, 폐쇄 조건에서 아이들 위치에 있다.
외부 주변 상의 가이드 케이징은 세로 그루브(66)(도 3 내지 5에 도시되지 않음)를 포함하고, 이에 의해 환원제는 압력 도관(16)을 통하여 케이징(44)의 내부로, 네킹(48)쪽으로 흐를 수 있다. 외부에서 케이징(44)를 둘러싸는 O-링(58)에 의해, 외부에서 케이징(44)을 지나 환원제가 흐를 수 있는 것을 방지할 수 있다. 삽입된 조건에서, O-링(68)은 케이징944)의 외벽을, 리세스의 내벽 쪽으로 밀봉하고, 여기서 케이징(44)은 중앙판(40) 내에 배치된다.
케이징(44) 내부에서의 압력 도관(16) 내 액체 압력은 피스톤 로드(55)의 세로축 방향으로 피스톤(54) 상에 작용한다. 압력 도관(16) 내의 충분히 높은 액체 압력으로, 압력으로 인해 피스톤(54)에 작용하는 힘은 압축 스프링(60)의 스프링 힘을 초과하여, 피스톤 로드(55)를 갖는 피스톤(54)은 케이징(44)의 제 1 말단측(50)의 방향으로 제거되고, O-링(56)을 갖는 피스톤(54)은 도 2 및 5에 나타낸 바와 같이 혼합 영역(18)의 원뿔형 내벽으로부터 떨어진다. 따라서, 피스톤(54) 또는 O-링(56) 및 케이징(44) 또는 혼합 영역(18)의 주변 내벽 사이의 환상 갭이 발생하고, 이를 통해 환원제가 혼합 영역(18) 내로 흐를 수 있다.
예비혼합 장치(39)의 제 2 리턴 밸브(36)는 중앙판(40) 및 말단판(42) 사이에서 클램프되는 환상 탄성 칼라(collar, 70)에 의해 형성된다. 이에 의해, 특히 칼라(70)의 외부 주변 상에 두꺼운 영역이 말단판(42)과 더불어 중앙판(40)을 지지하게 되어, 압축 공기 도관(40)으로부터의 압축 공기는 슬리브(70)의 외부 주변을 지나 흐르지 않을 수 있다.
내부 주변 상의 슬리브(70)는 케이징(44)의 말단측(50)쪽으로 축 방향으로 케이징 식으로 확장되어, 칼라(72)가 형성된다. 이 칼라(72)는 약간 원뿔형으로 기울어진 방식으로 케이징(44)의 외벽(46)쪽으로 연장하고, 그 자유 말단을 가지면서 이를 지지하게 된다. 이에 의해, 슬리브(70) 또는 칼라(72)는 탄성 방식으로 형성되어, 아이들 위치에서 칼라는 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이 케이징(44)의 외벽(46) 상에 밀봉적으로 놓인다.
압축 공기가 압축 공기 도관(28) 내로 도입되면, 외부 주변(46)에서 중앙판(40) 내 압축 공기는 일단 완전 케이징(44) 주위로 흐르는데, 중앙판(40)에서 케이징(44)을 수용하는 리세스가 압력 도관(16)으로부터 떨어진 영역 내에, 케이징(44)의 외부 직경보다 더 크게 형성된다. 이후 압축 공기는 슬리브(70)의 칼라(72), 및 케이징(44)의 외벽(46) 사이의 영역 내로 흐르고, 여기서 칼라는 공기 압력에 의해 케이징(46)의 외벽으로부터 먼쪽으로 압축되어, 환상 갭(74)이 외벽(46) 및 슬리브(70) 또는 칼라(72)의 내부 주변 사이에서 발생하고, 이를 통해 압축 공기는 말단판(42) 내에 케이징(44)이 배치되어 있는 리세스(76) 내로 흐를 수 있다. 이후 압축 공기는 리세스 또는 개구(52)를 통해 리세스(46)로부터 혼합 영역(18) 내로 흐르고, 거기서부터, 공급된 환원제와 함께, 도관 또는 연결부(22)를 통해 배기가스 시스템 내 주입 노즐 쪽으로 더욱 흐른다.
압축 가스 도관(28) 내 압축 가스의 공급은 스위치-오프되고, 탄성으로 인해 칼라(72)를 갖는 슬리브(70)는 슬리브(44)의 외벽(46) 상에서 다시 밀봉적으로 지지된다. 리세스(76) 내로 돌출하는 슬리브(70)의 칼라(72)로 인해, 리세스(76) 내에 더 큰 압력이, 외벽(46)에 대항하여 더욱 강하게 케이징-형 연장 또는 슬리브(70)의 칼라(72)를 압축하고, 따라서 리턴 밸브(36)를 강하게 폐쇄하는 것을 달성한다.
리세스 또는 개구(52)는, 케이징(44)의 세로 방향으로, 피스톤(54)의 외부측까지 연장하도록 설계된다. 또한, 리세스(52)는, 케이징(44)의 내부 쪽으로, 즉, 혼합영역(18)쪽으로 확장하도록 성형된다. 이에 의해, 혼합 영역(18) 내로 리세스(52)를 통해 흐르는 압축 공기가, 그 내벽에서 전체 혼합 영역(18)에 걸쳐 및 특히 또한 피스톤(54)의 외측에서 흐르도록 하는 것을 달성하여, 환원제 잔류물이 혼합 영역(18)으로부터 완전히 청소될 수 있다.

Claims (14)

  1. 배기가스 흐름 내로 액체 환원제를 혼합시키기 위한 계량 펌프로서, 혼합 영역(18)에서, 공급된 환원제가 압축 가스와 혼합되는 예비혼합(premixing) 장치(39)를 포함하고,
    제 1 리턴 밸브(20)가 환원제용 공급 도관(15) 내의 예비 혼합 요소(39) 내에, 흐름 방향으로 혼합 영역(18)의 정면에 배치되는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  2. 제 1항에 있어서, 리턴 밸브(20)가, 환원제가 압축가스와 혼합되는 혼합 영역(18)에 바로 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 제 1 리턴 밸브(20)가, 혼합 영역(18)을 한정하는 혼합 체임버의 일체성 요소인 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  4. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 체임버는 환원제용 입구 개구(48)를 포함하고, 이 개구는 제 1 리턴 밸브(20, 54)에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  5. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 영역(18)으로의 환원제 및 압 축가스의 공급 도관(16, 28)이 서로 동심원적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  6. 제 5항에 있어서, 환원제용 입구 개구(48)가 혼합 체임버(18)의 말단측 내에 중앙에 형성되는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  7. 제 3 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 체임버(18)가, 압축가스용 입구 개구(52)가 형성되어 있는 주변 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  8. 제 3 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합 체임버(18)의 말단측은 퍼넬-형 방식으로 설계되고, 여기서, 제 1 리턴 밸브(20)의 판-형 폐쇄 요소(54)가 퍼넬 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  9. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 리턴 밸브(20)가 스프링 요소(60)에 의해 폐쇄 위치에 있고, 스프링 요소(60)의 힘에 대항하여 환원제의 액체 압력에 의해 개방 위치로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  10. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 예비혼합 장치(39)가 압축가스용 공급 도관(28) 내에 제 2 리턴 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈 블리.
  11. 제 10항에 있어서, 제 2 리턴 밸브(36)가 탄성 밀봉 요소(70, 72)에 의해 형성되고, 이 탄성 밀봉 요소는 공급 도관의 벽(46)을 밀봉적으로 처리하기 위해 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  12. 제 11항에 있어서, 밀봉 요소(70, 72)가 바이어싱에 의해 공급 도관의 벽(46) 상에서 밀봉적으로 지지되고, 바이어싱에 대항하여 혼합 영역(18) 쪽으로 흐름 방향으로 작용하는 압축 가스의 압력에 의해, 벽(45)으로부터 떨어진 개방 위치로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  13. 제 11항 또는 12항에 있어서, 벽은 바람직하게는 혼합 영역(18) 및 제 1 리턴 밸브(20)를 함유하는 성분(44)의 실린더형 외벽(46)인 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
  14. 제 13항에 있어서, 제 2 리턴 밸브의 밀봉 요소가, 벽(46)쪽으로 기울어져서 압축 가스의 흐름 방향으로 연장하는 환상 슬리브(70, 72)로서 설계되는 것을 특징으로 하는 계량 펌프 어셈블리.
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