JP4829250B2 - 計量ポンプユニット - Google Patents

Description

本発明は、排ガス流に液体還元剤を混合する計量ポンプユニットに関する。

自己着火型内燃機関は、多くの運転状態において過剰酸素下で運転され窒素酸化物を発生する。これは、特に、直接噴射する際に主燃焼室で生じるディーゼルエンジンに典型的な現象である。この窒素酸化物の排出を削減するために、排ガス流を還元触媒コンバータに供給する方法が公知である。この場合の還元剤としては、通常、尿素水溶液が用いられ、これを触媒コンバーターの入口前で、精密に計量して排ガスに供給する。この場合、添加される尿素量は、内燃機関のプロセスに対して可能な限り正確に適合させなければならない。これは、触媒コンバーター内で可能な限り完全な還元を得るためであり、そして、尿素添加が過剰になることを避けるためである。

還元剤を計量供給して排ガス流に添加するためには、欧州特許第１４３５４５８Ａ１号（EP1435458A1）に開示されているような特殊な計量ポンプユニットが公知である。この計量ポンプユニットは、供給する還元剤を、排ガス流に添加する前に圧縮空気と混合するか、又は圧縮空気と共に排ガス流に添加する。尿素は、空気と結合して結晶化する傾向にあるので、空気と尿素とが出会う領域全体を、装置の運転終了前に空気でパージし、この領域に尿素が残留しないようにすることが重要である。そのため、欧州特許第１４３５４５８Ａ１号の計量ポンプユニットには、３／２方向制御弁が設けられている。この弁は、第１位置にあるときには、尿素を、尿素に圧縮空気を加える圧縮空気管と連結された配管部分へ導く。また、この３／２方向制御弁は、第２位置にあるときには、次のようにスイッチされる。即ち、尿素を前記の配管部分に導かず、圧縮空気を３／２方向制御弁の第２入口から配管部分へ供給するようにスイッチされる。このため、尿素に圧縮空気を加える配管部分は、圧縮空気でパージされる。この方法により、配管部分における尿素の結晶化を防止する構成である。

しかし、欧州特許第１４３５４５８Ａ１号の計量ポンプユニットは、パージに必要なバルブが原因で、その構造が非常に複雑である。さらには、計量ポンプの運転も複雑である。これは、スイッチオフのたびに、空気と尿素とが接触する装置部分のパージを確実に実行する構成だからである。このため、計量ポンプの構造及び運転を単純化すれば、コスト上及び運転安全性上の面から望ましい。

従って、本発明の課題は、排ガス流に液体還元剤を添加する計量ポンプユニットを改良し、このポンプユニットを単純かつ安価なものにすること、及び運転を容易にすることである。

この課題は、請求項１に開示した特徴を有する計量ポンプユニットによって解決される。好ましい態様を、従属請求項、下記の説明、及び図面に開示する。

本発明に係る計量ポンプユニットは、排ガス流に液体還元剤（例えば、尿素）を添加するために設けられる。計量ポンプユニットは、予混合装置を含んで構成される。予混合装置の混合部では、計量ポンプから搬送されて混合部に供給される還元剤が圧縮ガスと混合される。計量ポンプは、タンクから還元剤を搬送する。その際、計量ポンプは、エンジン内の状態応じた燃焼プロセスに適合させるように、還元剤の搬送量を制御する。計量ポンプは、例えば、ダイヤフラムポンプやピストンポンプなどで形成することができる。この場合、ポンプストローク数及びストローク速度の少なくとも一方によって、還元剤の搬送量を調節することができる。また、予混合装置には、還元剤の供給管における流れ方向から見て、本来の混合部の上流側に、第１逆止弁が配置される。この逆止弁は、還元剤を混合部に搬送する圧力管に、圧縮ガス、特に、圧縮空気が侵入することを防止する。従って、流れ方向から見て混合部より上流側にある還元剤供給管は、圧縮ガス又は圧縮空気が入らないように保持されるので、混合部では、還元剤、特に、尿素の結晶化を確実に防止することができる。還元剤は、その流れ方向から見て逆止弁より下流側でのみ、即ち、混合部においてのみ、そして、混合部よりさらに下流側でのみ、圧縮ガスと接触する。ここで、「さらに下流側」とは、圧縮ガス／還元剤混合物を排ガス流に噴射するための噴射ノズルにつながる部分である。この混合部には、何れにせよ圧縮ガスが供給されるので、ここで還元剤は圧縮ガスと接触する。一方、還元剤の供給がスイッチオフにされると、混合部は、圧縮ガスにより自動的にパージされる。その結果、この領域には、還元剤の残滓が残留して結晶化することがなくなる。

還元剤配管の混合部の手前に逆止弁を配置するという本発明によって、計量ポンプユニットをスイッチオフする際に、追加でパージを行う必要がなくなる。また、そのようなパージ動作を開始するために、計量ポンプユニットに追加の弁を設ける必要もなくなる。従って、計量ポンプユニットは、構造も運転も非常に単純化され、より大きな運転安全性能が得られる。

本発明における圧縮ガスと還元剤との混合は、均一な混合を実行する際に、還元剤を圧縮ガスに精密に配分することだけを指すものではない。むしろ混合を次のようにして行うことができる。即ち、その都度、より多量の還元剤を圧縮ガスで搬送する。つまり、例えば、配管中を、還元剤、例えば、還元剤溶液と圧縮ガスとを交互に搬送し、最終的に均一な混合を排ガス流への噴射と同時に最後に行うことができる。

第１逆止弁は、還元剤を圧縮ガスと混合する混合部に直接隣接して配置されると好ましい。これは、供給される圧縮ガスが、好ましくは、流れ方向から見て逆止弁より下流側にある領域全体を貫流することを意味する。その結果、還元剤供給をスイッチオフするとき、この領域を圧縮ガスにより完全にパージすることができ、還元剤の残滓がこの領域に残留することを防止する。このため、好ましい混合部への圧縮ガスの供給は、次のように行う。即ち、圧縮ガスが、直接に逆止弁の出口側に達し又はそこを洗い流す際に、逆止弁を閉じることにより、還元剤供給管に侵入することを防止するようにする。

また、第１逆止弁は、混合部の境界となる混合チャンバに組み込まれた構成部分であると好ましい。この場合、逆止弁は、好ましくは、混合チャンバの壁部の一部を形成するので、圧縮ガスは、混合チャンバに導かれると、還元剤と混合される。このように、この逆止弁は、混合チャンバを規定する部品の１つに組み込まれてるので、混合部に直接隣接することができる。

このため、混合チャンバは、還元剤の入口開口部を含んで構成され、この開口部は、第１逆止弁によって閉じられると好ましい。従って、この閉鎖（密閉）要素である逆止弁は、好ましくは、混合チャンバ内壁の一部を同時に形成する。混合チャンバに導かれた圧縮ガスは、逆止弁の出口側を洗い流し、計量ポンプユニットから搬送された還元剤を、噴射ノズルへ導入して、排ガス流へパージすることができる。

混合部へ還元剤又は圧縮ガスを供給する各供給管は、それぞれ同心円状に配置されていると好ましい。例えば、還元剤は、中心の供給管によって搬送され、圧縮ガスは、中心の供給管を取り囲むリング状の流路（供給管）を通って混合チャンバに流入する。このような配置によって、均一な混合が得られるだけでなく、圧縮ガスが逆止弁の周囲を同心円状に混合チャンバに導かれることにより、混合チャンバをパージする際に、完全に還元剤を除去することができる。即ち、圧縮ガスが混合チャンバの全内壁に渡って流れることにより、混合チャンバに付着する還元剤の残滓をパージできるようになる。

還元剤の入口開口部は、混合チャンバにおける一方の正面中央に形成されるとよい。例えば、混合チャンバを円筒形状（円錐台形状）とし、還元剤の入口開口部を、混合チャンバの一方の正面に形成し、あるいは一方の正面内に形成することができる。このように、例えば、混合チャンバを円筒形状に形成すると、圧縮ガスと還元剤とを同心円状に供給する際に、特に有利である。即ち、圧縮ガスを、混合チャンバの内壁に沿わせて導入することができるからである。

混合チャンバは、円周壁、特に、円筒形状（円錐台形状）の円周壁を含んで構成され、この円周壁に圧縮ガスの入口開口部が形成されるとよい。この場合、入口開口部は、合目的な方法として、円周全体にわたって、好ましくは、均一に配分して配置される。その結果、混合チャンバの全領域に、圧縮ガスの均一な供給が提供されるようになる。これにより、還元剤の供給をスイッチオフする際に、流入する圧縮ガスによって、還元剤の残滓が混合チャンバ全体から除去されるようになる。

逆止弁は、例えば、次のように形成する。即ち、（好ましくは、円筒形状又は円錐台形状の）混合チャンバは、一方の正面から漏斗形状に形成され、この場合、漏斗形状内には第１逆止弁のプレート状の密閉要素が配置されると好ましい。この構造により、還元剤が、混合チャンバの壁部に沿って、混合チャンバへリング状に流入するようになる。その結果、還元剤は、供給される圧縮ガスと均一に混合される。さらに、密閉要素は、周囲の壁部が閉じた状態にあるとき、十分に平滑な内壁を形成するので、流入する圧縮ガスは、この内壁を均一に洗い流し、還元剤をパージすることができる。

還元剤供給管に対する第１逆止弁は、スプリング要素を含んで構成されると好ましい。このスプリング要素は、逆止弁を閉位置に保持する。この場合、第１逆止弁は、還元剤の流体圧力によりスプリング要素の力に抗って、開状態へ移動されることができる。第１逆止弁へのスプリングプリロードによって、次のことが可能となる。即ち、逆止弁は、計量ポンプが還元剤を混合チャンバへ搬送しないときはいつでも閉状態に保持され、圧縮ガスが還元剤配管又は還元剤供給管に侵入することを防止する。従って、逆止弁の閉動作は、圧縮ガスの圧力だけでは生じず、少なくとも圧縮ガスの圧力だけでなく、スプリング要素が加わって生じる。スプリング要素は、逆止弁にプリロードをかけ、閉位置にさせる。さらに、この構成によれば、逆止弁は、事前に設定された流体圧力が還元剤供給管内に生じてから開状態になる。これにより、混合チャンバへ供給する規定された還元剤の供給流量を確実に得ることができる。スプリング要素は、プリロードをかけられるのであれば、その他の適切な弾性要素に置換することができる。

さらに好ましい態様では、予混合装置は、圧縮ガスの供給管に対する第２逆止弁をさらに含んで構成される。この逆止弁は、圧縮ガスの供給がスイッチオフにされたときに、又は圧縮ガス供給管内の圧力が減少したときに、還元剤が圧縮ガスの供給管に流入することを防止する。好ましくは、第２逆止弁も、混合チャンバ又は還元剤と圧縮ガスとの混合が行われる混合部に、直接隣接して配置されるとよい。この場合、第２逆止弁は、予混合装置に組み込まれた構成部分又は混合部の境界となる混合チャンバに組み込まれた構成部分となる。さらに、第２逆止弁にも、プリロードがかけられ、その休止位置では閉状態となる。これは、スプリング要素以外の弾性要素に置換することができる。

第２逆止弁は、弾性体であるシール要素を含んで構成され、このシール要素は、圧縮ガスの供給管をシールするように壁部に密着するとよい。弾性体のシール要素は、閉位置にあるときは、壁部に密着する。従って、還元剤又は還元剤／圧縮ガス混合物は、圧縮ガスの供給管を逆流することができない。シール要素は、開位置にあるときは、壁部から離れて、圧縮ガスの流路を形成するように開放される。

この場合、シール要素は、プリロードによって、供給管をシールするように壁部に保持され、圧縮ガスの流れ方向から見て混合部へ向かって作用する圧縮ガスの圧力により、プリロードに抗って、壁部から間隔をもった開位置に移動されると好ましい。この配置によって、第２逆止弁のシール要素は、休止位置では、常に閉位置にあるので、還元剤が圧縮ガス配管に侵入できなくなる。シール要素は、圧縮ガスの圧力がシール要素のプリロード力を上回る値に達して初めて開状態になる。そして、圧縮ガスは、混合チャンバの混合部に流入する。この場合、還元剤が、圧縮ガス配管に流入することはない。ガス流自体が、これを防止するからである。

壁部は円筒形であり、混合部及び第１逆止弁を含む部品の（好ましくは円筒形の）外壁であると好ましい。この部品は、混合チャンバを形成する。この場合、第２逆止弁のシール要素を、リング状の部品とすることができる。この部品は、その外壁が、例えば、外壁の取付部又は規定された接触領域に密着する。第２逆止弁が開くと、圧縮ガスは、この部品又は混合チャンバの外壁に沿って流れるので、圧縮ガスをリング状の流れにして混合チャンバへ供給することができる。この方法によれば、混合チャンバに対して、圧縮ガス及び還元剤の上述した同心円状の供給を提供することができる。

第２逆止弁のシール要素は、圧縮ガスのリング状の流れ方向に対して傾斜しながら壁部に向かって延設されているパッキングとして形成されると好ましい。この場合、パッキングは、弾性材料から形成され、好ましくは、弾性材料のプリロードによって、壁部へ密着して保持する形状である。圧縮ガスが、その流れ方向に十分に高い圧力を持つと、パッキングを壁部から離間させる。この場合、パッキングは、僅かに開拡する。そして、圧縮ガスは、壁部に沿って混合部に流れ込む。一方、その反対方向においては、パッキングの傾斜した形状が、次のことをもたらす。即ち、パッキングは、圧力により壁部に向かって押し付けられ、従って、逆止弁が閉じられる。これにより、還元剤又は圧縮ガス／還元剤混合物は、圧縮ガス配管に逆流できなくなる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
まず、本発明に係る計量ポンプユニットの一実施形態について、その基本機能を、図１の回路図を用いて説明する。

この計量ポンプユニットの核心は計量ポンプ２である。このポンプは、ダイヤフラムポンプとして形成され、付属の駆動装置を備える。駆動装置を制御することによって、特に、ポンプストローク数を制御することによって、計量ポンプ２から輸送される還元剤の輸送量を調整することができる。これは、ある時点において、エンジンで進行している燃焼プロセスに基づき、還元剤の必要量を正確に適合させるためである。還元剤としては、尿素水溶液を用いるのが好ましい。この還元剤は、還元剤タンク４に貯留され、このタンクから吸い込み管５を経由して、計量ポンプ２に吸引される。ここに示す一例では、計量ポンプ２の前後に、ダイヤフラムポンプの重要な構成要素の１つである逆止弁６が、それぞれ１つずつ公知の方法により配置されている。還元剤の流れ方向から見て、ポンプより上流側に設けられた第１逆止弁６は、ポンプストロークの際に、還元剤が還元剤タンク４に逆流することを防止する。一方、還元剤の流れ方向から見て、計量ポンプ２より下流側に設けられた第２逆止弁６は、その反対に吸い込みの際に、還元剤タンク４から吸い込んだ還元剤が圧力管から戻らないようにする。

計量ポンプ２及び第２逆止弁６より下流側には、分岐点８が設けられており、この分岐点８から戻り管１０が分岐している。この戻り管は、分岐点８から還元剤タンク４へ接続され、計量ポンプ２の運転開始時に、システムの排気ダクトとして用いられる。

戻り管１０には、遮断弁１２が配置されている。この弁は、戻り管１０を閉じることができ、還元剤が戻り管１０を通って還元剤タンク４に還流できないようにする。遮断弁１２は、図示の休止状態にあるとき、戻り管１０を開放する開位置にある。戻り管１０には、還元剤の流れ方向から見て遮断弁１２より上流側で且つ分岐点８より下流側に、圧力センサ１４が配置されている。このセンサは、遮断弁１２より上流側の流体圧力、即ち、計量ポンプ２より下流側の圧力管１６における流体圧力を検出する。

圧力管１６は、計量ポンプ２から、分岐点８を経由して、予混合装置の混合部又は混合チャンバ１８に接続されている。予混合装置は、還元剤に圧縮ガス、本実施形態では還元剤に圧縮空気を加え、又は混合する。混合部１８より上流側では圧力管１６、即ち圧力管１６の末端に、逆止弁２０が配置されている。この逆止弁は、図示の休止位置では、プリロード、例えば、スプリングのプリロードによって、閉位置に保持されている。そして還元剤と、特に、圧縮ガスとが、混合部１８から圧力管１６へ逆流することを防止する。流れ方向から見て混合部１８より下流側には配管２２が接続されている。この配管は、自動車の排気系における噴射ノズルに接続されている。

図示の一例では、圧縮ガスとして圧縮空気を用いる。この圧縮空気は、自動車の圧縮空気供給装置２４から供給される。この種の圧縮空気供給システムは、貨物自動車には一般的に設けられているものであり、特に、ブレーキの作動に用いられる。この中央の圧縮空気供給装置２４に、図示の計量ポンプユニットが接続されている。この場合、計量ポンプユニットは、その入口側にソレノイドバルブ又は電磁弁２６を備える。この弁は、選択によって、混合部１８につながる圧縮空気配管２８を、圧縮空気供給装置２４へ接続したり、或いは大気３０に開放したりする。電気的に作動される電磁弁２６は、プリロードがかけられることによって、休止位置として図示の位置に保持される。この位置は、圧縮空気配管２８を大気３０に開放している。

圧縮空気配管２８には、流れ方向から見て電磁弁２６より下流側に圧力調整器３２が設置されており、この圧力調整器より下流側にバタフライ弁３４が配置されている。

混合チャンバ又は混合部１８に接する箇所に、圧縮空気配管の末端となる逆止弁３６が設置されている。この逆止弁は、プリロードがかけられることによって、図示の休止位置では閉であるが、圧縮配管２８内に働く圧力によって、そのプリロードに抗って開となる。このようにして、圧縮空気が圧縮空気配管２８から混合チャンバ１８に流れないときは、常に、逆止弁３６は閉じている。このため、還元剤は、混合部１８から圧縮空気配管２８に侵入できないようになっている。

戻り管１０の遮断弁１２は、作動管３８を介して圧縮空気配管２８に接続されており、圧縮空気で作動される。作動管３８は、圧縮空気配管２８において、圧力調整器３２とバタフライ弁３４との間に接続されている。作動管３８は、次のように機能する。まず、圧縮空気配管２８と圧縮空気供給装置２４とが接続するように電磁弁２６が切り替えられると、作動管３８にも圧力が作用する。すると、遮断弁１２が、作動管３８に加わる空気圧によって、プリロードに抗って切り替えられ、その結果、戻り管１０が閉じられるようになる。

上述した各構成要素、即ち、図１に点線Ｄで示した境界内にある各構成要素、特に、計量ポンプ２、遮断弁１２、電磁弁２６、混合点１８、複数の逆止弁、及びこれら構成要素を接続する配管は、全て計量ポンプユニットに組み込まれている。従って、この計量ポンプユニットは、電気的接続を別にすれば、外部に対する流体系の接続を４つ備える構成である。即ち、圧縮空気供給装置２４との接続、噴射ノズルに接続された配管２２との接続、還元剤タンク４に接続された吸い込み管５との接続、還元剤タンク４と戻り管１０との接続の４つである。

システムの運転を開始する際、電磁弁２６は、まず、閉状態の休止位置（図示の位置）にある。この位置は、圧縮空気配管２８が圧縮空気供給装置２４から分離している。最初に運転が開始されるのは、計量ポンプ２である。このポンプは、吸い込み管５を経由して還元剤タンク４から還元剤を吸い込む。図示の休止位置において、逆止弁２０には、次のようなプリロードがかけられる。即ち、戻り管１０が開放されているとき、圧力管１６の圧力だけでは逆止弁を開放できないようにプリロードがかけられる。

また、システムの運転を開始する際、圧縮空気配管２８には圧力がかかっていない。従って、作動管３８にも圧力はかかっていない。このため、遮断弁１２は、休止位置では開状態のままであり、戻り管１０は開放されている。このような状態で、計量ポンプ２は、まず、還元剤を、還元剤タンク４から搬送し、分岐点８を経由させて戻り管１０に導入させ、還元剤タンク４へ還流させる。これは、システムの運転開始時に、システムを排気するために行われる。即ち、還元剤を、圧力管１６に完全に充填するために行われる。

圧力管１６と戻り管１０とが、完全に還元剤で充填されると、圧力管１６及び戻り管１０の遮断弁１２より上流側の流体圧力が、所定の限界値に達する。この値は、圧力センサ１４によって検出される。限界値が圧力センサ１４によって検出されると、制御装置が電磁弁２６を切り替え、圧縮空気を、貨物自動車の圧力供給装置２４から圧縮空気配管２８へ供給する。これにより、作動管３８にも圧力が加えられ、遮断弁１２がスプリングプリロードに抗って切り替えられ、戻り管１０が閉じられる。ここで、圧力管１６は、戻り管１０を経由した還元剤タンク４に対する経路が開かれていないので、計量ポンプ２がさらに作動すると、圧力管１６内の流体圧力が上昇する。そして、この圧力は、逆止弁２０がスプリングプリロードに抗って開くために十分な圧力となる。その結果、還元剤が混合部１８に導入され、ここで、圧縮空気配管２８から導入される圧縮空気が加えられる。次に、圧縮空気と還元剤とが、配管２２を通り、貨物自動車の排気系の噴射ノズルへ導入される。

計量ポンプのポンプストローク数によって、還元剤の供給量を運転中に調節することができる。この場合、圧縮空気配管２８から混合部１８への圧縮空気流は、一定とする。

システムの運転を停止するとき、特に、自動車を停車するときは、まず、計量ポンプ２をスイッチオフにし、還元剤が還元剤タンク４から搬出されないようにする。これにより圧力管１６内の圧力が減少するので、逆止弁２０は、そのプリロードによって閉じられ、還元剤が混合部１８に導入することを防止する。そして、電磁弁２６が開放されることにより、圧縮空気が、逆止弁３６を通って、混合部１８に流入し、そこに未だ存在する残留還元剤を配管２２へパージする。

その後、電磁弁２６を電源供給のスイッチオフによって閉じると、圧縮空気配管２８及び逆止弁３６を通る圧縮空気の流れも止まり、システム全体の運転が停止する。また、この状態で、遮断弁１２は、再び休止位置に戻る。即ち、戻り管１０が開く。

逆止弁２０を配置することにより、いかなる空気も、混合チャンバ又は混合部１８から、圧力管１６に進入できないようにすることができる。これにより、圧力管１６における還元剤の結晶化を防止することができる。また、混合部は、計量ポンプ２をスイッチオフにした後、混合部１８内に導入される一定の圧縮空気流によって、自動的にパージされるので、混合部１８及び閉じている配管２２における還元剤の結晶化も防止することができる。

圧力センサ１４は、電気信号を出力する。このセンサは、圧力管１６が完全に排気されたことを検出するほか、その他の望ましくない運転状態を検知するために用いられる。従って、この圧力センサ１４によって、戻り管１０の詰まりをも検知することもできる。この場合、遮断弁１２が開いているにも関わらず、所定の限界値を超える圧力が検出される。この所定の限界値は、戻り管１０が開いている場合に、通常であれば、生じ得ない値とする。さらに、この圧力センサ１４は、自動車の排気系の噴射ノズルの詰まりも検出することができる。この場合、圧力管１６の圧力は、電磁弁２６が開いているときに、所定の限界値を超えて上昇する。この所定の限界値は、噴射ノズルが正常に動作する場合に、通常であれば、生じ得ない値とする。さらにまた、この圧力センサ１４によれば、還元剤タンク４が空であることも検出できる。即ち、この場合、運転中に圧力管１６の圧力が、所定の限界値以下に下降する。この所定の限界値は、正常運転時に戻り管１０を閉じた場合に、通常であれば生じ得ない値とする。

図２〜図５を参照して、予混合装置の一実施形態の構造を説明する。この予混合装置は、主として、混合部１８と、逆止弁２０及び逆止弁３６とを含んで構成される。

図２は、予混合装置３９をポンプヘッドに組み込んだ状態の断面図を示す。このポンプヘッドは、主として、セントラルプレート４０と、このセントラルプレートに密着するエンドプレート４２と、を含んで構成されている。セントラルプレート４０とエンドプレート４２との間には、複数の流路が形成されており、予混合装置３９が配設されている。

エンドプレート４２には、自動車の排気系の噴射ノズルにつながる流管を接続するための接続部として、配管２２が形成されている。セントラルプレート４０には、流路として、圧力管１６と圧縮空気配管２８とが設けられており、そして、これらの管につながる貫通口が形成されている。

この予混合装置は、中心部品として、円筒形の外壁４６を備える円筒形スリーブ４４を含んで構成される。スリーブ４４の内部には、くびれ部４８が形成されている。このくびれ部は、スリーブ４６の内部スペースを、２つの領域に区画する。内部スペースの第１領域は、くびれ部４８からスリーブ４４の第１正面５０に向かって漏斗形状に広がる。この領域は、予混合装置３９の本来の混合部１８又は混合チャンバ１８である。混合部１８の円周壁には、開口部又は貫通口５２が、円周上均一に形成されている。この開口部又は貫通口は、圧縮空気の入口開口部として用いられる。また、スリーブ４４の内部でくびれ部４８が設けられた付近の開口部は、還元剤を混合部１８に導入するための入口開口部として用いられる。この領域は、ピストン５４の円周溝に挿入されたＯリング５６で密閉されている。このＯリング５６は、図３及び図４に示すように、スリーブ４４の内部で、混合部１８の漏斗形状内壁をシールするために密着する。

ピストン５４は、そのピストンロッド５５がくびれ部４８を貫通し、スリーブ４４内部の第２領域に延びて、第１正面５０の反対側にある第２正面５８に達する。スリーブ４４の内部スペースにおける第２領域には、一方の端部がくびれ部４８に支持された圧縮スプリングが配置されている。圧縮スプリング６０は、コイルばねとして形成されており、一方の端部とは反対側の端部が、ピストンロッド５５を囲む案内スリーブ６２の取付部に密着している。この取付部は、くびれ部４８に対向している。案内スリーブ６２は、ピストンロッド及びピストン５４を、スリーブ４４の内部へ案内する。また、案内スリーブは、スリーブ４４の内壁に密着する。案内スリーブ６２は、ピストンロッド５５において、ピストン５４とは反対側の長手方向末端にスプリングワッシャ６４を介して支持されている。このように、圧縮スプリング６０は、ピストンロッド５５を、スリーブ４４の第２正面５８方向に向けて押圧する。その結果、ピストン５４は、Ｏリング５６と共に、混合部１８の漏斗形状又は円錐台形状の内壁に押し付けられる。このようにして、図１の逆止弁２０を形成するピストン５４は、休止位置の閉状態に保持される。この様子を図３及び図４に示す。

案内スリーブは、外周に長手溝６６を備える（図３〜図５では図示略）。圧力管１６を辿る還元剤は、この長手溝を通じてスリーブ４４の内部へ流れ込み、そして、くびれ部４８まで充填されることができる。この場合、スリーブ４４を外側から囲むＯリング６８は、還元剤がスリーブ４４の外側を通過することを防止する。Ｏリング６８は、挿入状態にあるときには、スリーブ４４の外壁を中空部の内壁に対してシールする。スリーブ４４は、セントラルプレート４０内の中空部に配置されている。

圧力管１６の流体圧力は、スリーブ４４の内部において、ピストン５４に対しピストンロッド５５の長手軸方向に働く。圧力管１６内の流体圧力が十分に高くなると、ピストン５４に働く力が、圧縮ばね６０のスプリング力を超える。その結果、ピストン５４は、ピストンロッド５５と共に、スリーブ４４の第１正面５０に向かってスライドされる。そしてピストン５４は、Ｏリング５６と共に、混合部１８の円錐台形状の内壁から持ち上げられる。この様子を図２〜図５に示す。このようして、ピストン５４又はＯリング５６と、これを取り囲むスリーブ４４又は混合部１８の内壁との間に、リング状の空隙が生じる。還元剤は、この空隙を通って混合部１８に流入する。

予混合装置３９の第２逆止弁３６は、リング状の弾性パッキング７０で形成される。このパッキングは、セントラルプレート４０とエンドプレート４２との間に、挟み込まれている。この場合、特に、パッキング７０の外周にある肉厚領域が、セントラルプレート４０にも、エンドプレート４２にも密着する。その結果、圧縮空気配管２８から導入される圧縮空気は、パッキング７０の外周を通過できず流れることができない。

パッキング７０は、その内周が、スリーブ４４の正面５０に向かって、軸方向にスリーブ状に延びたカラー７２を形成している。このカラー７２は、スリーブ４４の外壁４６に対して、僅かに円錐台形状に傾斜して延びている。また、カラーの伸縮可能な正面末端が、スリーブ外壁と密着する。この場合、パッキング７０又はカラー７２は、弾性体で形成されているので、パッキングは、その休止位置にあるときに、スリーブ４４の外壁４６をシールしながら保持される。その様子を図２及び図３に示す。

圧縮空気が圧縮空気配管２８に導かれるとき、その圧縮空気は、セントラルプレート４０内で、まず、外周４６に沿って、スリーブ４４の全周を流れる。これは、スリーブ４４を配設しているセントラルプレート４０内の中空部が、その圧力管１６から連続する領域において、スリーブ４４の外径よりも大きく形成されているからである。次に、圧縮空気は、パッキング７０のカラー７２とスリーブ４４の外壁４６との間の領域に流入する。この際、カラー７２は、空気圧によって、スリーブの外壁４６から押し離される。その結果、外壁４６とパッキング７０又はカラー７２の内周との間に、リング状の空隙７４が生じる。圧縮空気は、この空隙を通って、中空部７６に流入する。スリーブ４４は、エンドプレート４２内で、この中空部に配置されている。そして、圧縮空気が、中空部７６から開口部又は貫通口５２を通って混合部１８に流入し、供給された還元剤と共に、混合部から配管又は接続部２２を通って、自動車の排気系の噴射ノズルへ流れる。

圧縮空気配管２８への圧縮空気の供給がスイッチオフにされると、カラー７２を備えるパッキング７０は、弾性を備えるため、スリーブ４４の外壁４６をシールしながら密着する。パッキング７０のカラー７２が中空部７６の中に突出しているため、さらには中空部７６内の圧力が高くなることによって、パッキング７０のスリーブ状延設部又はカラー７２は、外壁４６に向かってさらに強く押し付けられる。これにより、逆止弁３６として、確実に閉じることになる。

開口部又は貫通口５２は、スリーブ４４の長手方向に、ピストン５４の外面まで延びる形状である。さらに、開口部５２は、スリーブ４４の内部に向かって、即ち、混合部１８に向かって次第に小さくなる形状である。これにより、開口部５２を通って混合部１８に流入する圧縮空気は、混合部１８全体をその内壁に沿って、そして、特に、ピストン５４の外壁をも、完全に洗い流すことが可能となる。その結果、還元剤の残滓を混合部１８から完全にパージすることが可能となる。
なお、還元剤が流れる流路は、還元剤が、圧縮ガスの流れる流路の外周に沿って流れて混合部１８に流入するように形成されていてもよい。

本発明の一実施形態に係る計量ポンプユニットの液圧コンポーネントの回路図 図１の計量ポンプユニットに係る予混合装置の断面図 逆止弁を閉じた際の図２の予混合装置の断面図 図３の予混合装置であり、圧縮ガス供給により逆止弁が開状態である予混合装置の断面図 図３及び図４の予混合装置であり、圧縮ガス供給により逆止弁が開状態であり、還元剤の供給により逆止弁が開状態である予混合装置の断面図

符号の説明

２ 計量ポンプ
４ 還元剤タンク
５ 吸い込み管
６ 逆止弁
８ 分岐点
１０ 戻り管
１２ 遮断弁
１４ 圧力センサ
１６ 圧力管
１８ 混合部
２０ 逆止弁
２２ 配管
２４ 圧縮空気供給装置
２６ 電磁弁
２８ 圧縮空気配管
３０ 大気
３２ 圧力調整器
３４ バタフライ弁
３６ 逆止弁
３８ 作動管
３９ 予混合装置
４０ セントラルプレート
４２ エンドプレート
４４ スリーブ
４６ 外壁
４８ くびれ部
５０ 正面
５２ 開口部
５４ ピストン
５５ ピストンロッド
５６ Ｏリング
５８ 正面
６０ 圧縮ばね
６２ 案内スリーブ
６４ スプリングリング
６６ 長手溝
６８ Ｏリング
７０ パッキング
７２ カラー
７４ 空隙
７６ 中空部
Ｄ 計量ポンプユニットの境界

Claims (13)

1. 排ガス流に液体還元剤を添加する計量ポンプユニットであって、
   予混合装置（３９）を含んで構成され、該予混合装置（３９）の混合部（１８）では、供給される還元剤が圧縮ガスと混合され、
   前記予混合装置（３９）には、還元剤の供給管（１６）における流れ方向から見て前記混合部（１８）より上流側に、かつ、前記混合部に直接隣接して、第１逆止弁（２０）が配置されることにより、前記圧縮ガスが、直接に前記第１逆止弁（２０）の出口側を洗い流すことを特徴とする計量ポンプユニット。
2. 前記第１逆止弁（２０）は、前記混合部（１８）の境界となる混合チャンバに組み込まれた構成部分である請求項１に記載の計量ポンプユニット。
3. 前記混合チャンバは、還元剤の入口開口部（４８）を含んで構成され、該開口部は、前記第１逆止弁（２０、５４）により閉じられる請求項１又は請求項２に記載の計量ポンプユニット。
4. 還元剤又は圧縮ガスが流れる流路は、還元剤及び圧縮ガスのうち一方が、他方の流れる流路の外周に沿って流れて前記混合部に流入するように形成された請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の計量ポンプユニット。
5. 還元剤の前記入口開口部（４８）は、前記混合チャンバ（１８）における一方の正面中央に形成される請求項４に記載の計量ポンプユニット。
6. 前記混合チャンバ（１８）は、円周壁を含んで構成され、該円周壁に圧縮ガスの入口開口部（５２）が形成される請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の計量ポンプユニット。
7. 前記混合チャンバ（１８）は、一方の正面から漏斗形状に形成されており、該漏斗形状内に、前記第１逆止弁（２０）のプレート状の密閉要素（５４）が配置される請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の計量ポンプユニット。
8. 前記第１逆止弁（２０）は、スプリング要素（６０）によって閉位置に保持され、還元剤の流体圧力により前記スプリング要素（６０）の力に抗って、開状態へ移動される請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の計量ポンプユニット。
9. 前記予混合装置（３９）は、圧縮ガスの供給管（２８）に対する第２逆止弁をさらに含んで構成される請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の計量ポンプユニット。
10. 前記第２逆止弁（３６）は、弾性体のシール要素（７０、７２）を含んで構成され、該シール要素は、壁部（４６）をシールするように前記壁部（４６）に密着する請求項９に記載の計量ポンプユニット。
11. 前記シール要素（７０、７２）は、プリロードによって、前記壁部（４６）をシールしながら前記壁部（４６）に密着し、そして、流れ方向から見て前記混合部（１８）へ向かって作用する圧縮ガスの圧力により、前記プリロードに抗って、前記壁部（４６）と間隔を設ける開位置に移動される請求項１０に記載の計量ポンプユニット。
12. 前記壁部は円筒形であり、前記混合部（１８）と前記第１逆止弁（２０）とを含む部品（４４）の外壁（４６）である請求項１０又は請求項１１に記載の計量ポンプユニット。
13. 前記第２逆止弁のシール要素は、リング状のパッキング（７０、７２）として形成され、該パッキングは、圧縮ガスの流れ方向に傾斜しながら、前記壁部（４６）に向かって延設される請求項１２に記載の計量ポンプユニット。

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