JP5455900B2 - 車両への液体供給システムおよび一体型ポンプ／フィルタモジュール - Google Patents

Description

本発明は、車両への液体供給システム、および同様に前記システムに好適な一体型ポンプ／フィルタモジュールに関する。

２００５年に施行される重量物運搬車からの排気物質に関するＥｕｒｏ ＩＶ標準に関して、ＮＯｘ（すなわち窒素酸化物）による汚染を制御する装置を導入する必要があった。

ほとんどの重量物運搬車製造業者においてＮＯｘ排出を必要値まで削減するために使用されたシステムは、尿素などの還元剤を用いて選択的な触媒反応（尿素分解により排気ガスにその場で(in situ)生じたアンモニアを使用する「Ｕｒｅａ ＳＣＲ」すなわち選択的な接触還元）を行うためにある。

これを実施するために、尿素溶液を入れるタンクと、排気ラインへの尿素注入量を計量するための装置と、尿素注入量を計量するための装置へ尿素溶液を供給するための装置と、を車両に装備させる必要がある。概して、供給装置は、供給ライン、ポンプおよびフィルタを備えており、それらは、一般的に、共通の取付板またはベースプレートに組み込まれていてもいなくてもよい別個の要素であり、その取付板またはベースプレートは、好ましくは水面下にある。凍結時には、供給ライン（およびまたポンプ、フィルタなど、およびこのラインより上に配置された構成要素全て）をパージして、氷が形成されることによって発生する損傷を回避することができることが有利である。

それゆえ、本出願人の名義の出願である特許文献１には、所与の温度未満における凍結時および／またはエンジンが停止するごとに供給ラインを完全にかつ１ステップでパージできるように設計された尿素供給システムが記載されている。しかしながら、ポンプが停止したときにパージを行うと、被パージ要素が再び液体で満たされないようにするために、タンクの吸込部位（分岐部）に逆流防止装置を設置することが好ましい。

これも本出願人の名義の出願である国際出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５５６１３号には、液体がタンクから被パージ要素に移動することを回避する複合型ベル／サイホンを前記分岐部に設置することによる、この問題に対する解決法が提案されている。しかしながら、この出願に記載されているシステムでは、フィルタ、ポンプおよびベル／サイホンは別個の要素であり、それらは確かに、タンクの水面下にある共通のベースプレートに組み込まれているが、そのサイズは大きい。

国際公開第２００６／０６４０２８号パンフレット

本発明は、液体を車両へ供給するためのラインに供給すること、および前記ラインをパージして被パージラインに液体のない状態を保つことの双方を可能とする小型のポンプ／フィルタモジュールを提供することによって、この問題を解決することを目的とする。

このために、本発明は、液体タンクと、供給ラインと、ポンプと、フィルタと、ライン、ポンプおよびフィルタをパージ可能とする装置とを備える液体供給システムであって、これらの要素がパージされたら、液体がこれらの要素に入り込まないようにする逆流防止装置を備える液体供給システムに関する。このシステムでは、ポンプ、フィルタおよび逆流防止装置が小型モジュールに組み合わせられ、フィルタは少なくとも部分的にポンプを取り囲み、かつ逆流防止装置は、フィルタおよびポンプの少なくとも一部を取り囲む共通ハウジングの一体部分である。

本発明が関係する液体は、好ましくは、通常の使用条件下において液体であり、かつ自動車、重量物運搬車などにおいて有効に働く化合物である。すなわち、この液体は、浄化、潤滑、制動、懸濁(suspension)、冷却または汚染の制御に使用し得る。特に適切な一実施形態では、本発明を車両の排ガスにおける汚染の制御に関して使用する。この場合、流体は、例えば、粒子フィルタ（ＰＦ）の再生に使用される添加剤であってもよいし、そのＮＯ_ｘ含量を削減するために排ガスに注入されてもよい。

ＰＦ添加剤の場合、これは一般的に、炭化水素ベースの溶媒の溶液中における、圧縮点火エンジンにおいて重質炭化水素の不完全燃焼によって生成された固形炭酸粒子の低温燃焼触媒用の組成物である。用語「重質炭化水素」は、周囲温度において液体またはペースト状であり、かつ分子が、１０個以上の炭素原子を含む燃料であることを意味すると理解されたい。そのような重質炭化水素の例としては、ディーゼルタイプのエンジンに使用され得るガスオイルとして公知のオイルカットが挙げられる。好適な液体添加剤の例としては、炭化水素ベースの溶液中の鉄塩およびセリウム塩が挙げられる。具体的には、商標ＥＯＬＹＳ（登録商標）で入手可能な溶液がＰＦにとりわけ好適である。

しかしながら、本発明は、車両のエンジンの排ガスに存在するＮＯ_ｘを還元可能な還元剤に特によく適用される。水溶液中のアンモニア前駆体が有利である。本発明は、尿素水溶液、具体的には、尿素と水との共晶溶液、例えば、尿素含量が３１．８〜３３．２ｗｔ％でありかつ約１８％のアンモニアを含有するＡｄＢｌｕｅ（登録商標）溶液などを用いることによって、良好な結果をもたらす。本発明はまた、商標Ｄｅｎｏｘｉｕｍ（登録商標）で販売されておりかつ約１３％のアンモニアを含有する、水溶液中の尿素／ギ酸アンモニウム混合物にも適用され得る。後者は尿素に関して、（−１１℃とは対照的に）−３５℃未満から凍結するという利点を有するが、ギ酸の放出に伴う腐食問題という欠点を有する。

本発明によるシステムは、添加剤を貯蔵するための少なくとも１つのタンクを備える。このタンクは、任意の材料から、好ましくは対象の添加剤に対して化学的耐性のあるものから作製し得る。概してこれは金属またはプラスチックである。尿素の場合、ポリオレフィン樹脂、具体的にはポリエチレン（さらに具体的にはＨＤＰＥすなわち高密度ポリエチレン）が好ましい材料を構成する。

好ましくは、上述のようにおよび（その内容が本願に参照により組み込まれる）上記の出願ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５５６１３号明細書に記載のように、タンクは、平坦にされた部分である（すなわちその部分の厚さはその長さまたは直径未満である）ベースプレートまたは取付板を備え、その下部壁部の開口部を閉塞するようにしている。この部分は中空であってもよく、かつ、添加剤が流れることができるオリフィスを介してタンクと連通する筐体を画定することに留意されたい。一般的に、それは、自己閉成する任意の形状の周辺部を有する。通常、その周辺部は円形形状である。

好ましくは、このベースプレートは本発明によるポンプ／フィルタ／逆流防止装置モジュールを組み込む。このモジュールはこのベースプレートに取り付けられるか、またはこのベースプレートを備える一個片から少なくとも部分的に作製されるかのいずれかを意味することを理解されたい。

好ましくは、ベースプレートは、いくつかの有効貯蔵および／または計量部品を組み込み、最も好ましくは、添加剤タンクに含まれる、そこから出る、またはそこに入る液体添加剤と接触する有効部品を全て組み込む。

最も好ましくは、ベースプレートは、（それを備える一個片から成形することによって、好ましくはプラスチックの射出成形によって）管も組み込み、その管は、本発明によるシステムの供給ラインを接続することを可能とする。好ましくは、この管および／またはラインは、当業者には周知の「スナップ嵌合」または「急速接続」タイプの迅速な接続によって迅速に組立てることを可能とする相補的なリリーフを備える。一般的に供給ラインもプラスチック製であり（例えば、ポリアミドＰＡ−６，６ベースの）、加熱素子（例えば、その表面に巻かれ、ゴムで被覆された加熱用フィラメント）を備え得る。

この変形形態（水面下にあるベースプレートに組み込まれたモジュール）では、前記モジュールを、（封止または未封止の）容積部内に配置することが有利であり、その内部には、好ましくは、加熱素子の少なくとも一部が取り付けられている。最も好ましくは、この容積部は封止されている、すなわち、流体用の捕捉部として作用する実質的に中実である側壁部によって境界が定められている（全使用条件下において最少量の液体を保証する）。用語「実質的に中実」は、この壁部がオリフィスを備え得るが、これらオリフィスはその上部にあるため、容積部がその下部において液体（尿素）を捕捉することができることを意味することを理解されたい。この変形形態では、捕捉部は、ベースプレートを備える一個片から作製されているかまたはこのベースプレートに取り付けられているかのいずれかであり、第１の手段が好ましい。最も好ましくは、加熱素子は、（その内容は本願に参照により組み込まれる）本出願人の名義である出願ＦＲ０７５５１１８号明細書に記載のように、（２枚の軟質フィルム間に抵抗トラックが挿入されているかまたは抵抗トラックが軟質フィルムに付着している）フレキシブルヒータである。

本発明に照らして、ポンプは好ましくは任意の公知のタイプの回転ポンプであり、好ましくは、磁気的に結合されたモータによって駆動され、かつその制御は好ましくは電子的である（ＥＣＭすなわち電子制御モジュールによって管理される）。

特に好適でありかつ本出願人の名義の同時係属出願の主題であるポンプは、機械的ポンプ要素および磁化ロータの双方に取り付けられた回転アクスルを備える回転ポンプからなり、このロータは少なくとも１つの凹部を備え、そこを通して、機械的ポンプ要素によって流体を吸い上げる。

好ましくは、ポンプ要素は少なくとも２つのギア（歯車）からなり、それが回転することによって、流体を汲み上げ、かつ流体の圧力を増大させることが可能となる。

また、好ましくは、ポンプによって吸い上げられた液体は全て、機械的要素および磁気ロータの作用にこの順序でまたは逆の順序で連続的にさらされる。好ましくは、流体はまず機械的要素によって吸い上げられ、次いでロータの凹部に追いやられ、その回転により、それに対して螺旋運動（軌道）を与えて、一定の加速を与える。この効果は、本出願に添付の図面に示す、凹部の適切なジオメトリによって得ることができる。

一般的に、１つ以上の磁気コイルを備えるステータによってそのようなポンプのロータに磁界が与えられる。（結合効率の点で）好ましい一変形形態では、ステータのコイルは、（適切な場合にはそのハウジングが介在して）ロータと直接接触している。

これらのコイルへの電力供給は、上述のように好ましくは電子的に制御される。従って、本発明のこの変形形態によるポンプもまた、好ましくは１つ以上のプリント基板（電子カード）を備える。

カードおよび／またはステータは、本発明による小型モジュールに組み込まれていてもいなくてもよく、それゆえ、共通ハウジングに含まれていてもいなくてもよい。好ましくは、含まれている。

本発明によれば、フィルタは部分的にポンプを取り囲む。好ましくは、ポンプは、このフィルタを通して吸い上げるため、不純物から保護されている。このフィルタは任意の公知のタイプのものとし得る。単純なアコーディオンプリーツ型のフィルタ紙が良好な結果をもたらす。好ましくは、上述の好ましい変形形態では、フィルタは少なくとも機械的ポンプ要素を取り囲む。

この変形形態では、フィルタおよび機械的要素は、ポンプの下部に配置され、かつロータの上に被さり、組立体全体が、本発明のこの変形形態による共通ハウジングでありかつステータおよび上部封止筐体によって取り囲まれる電子カードの上に被さるカバーで囲まれる。

しかしながら、好ましくは、本発明によるモジュールの共通ハウジングはカバーおよび下部を備え、
− 下部は、ロータ、ステータおよび電子カードを備えかつ上にフィルタが載置される封止筐体からなり；および
− カバーがフィルタおよび機械的要素を取り囲み、かつスクリューナット接続によって封止筐体に取り付けられている。

本発明によるシステムはまた、ライン、ポンプ、およびフィルタをパージ可能とする装置を備える。このパージは、上述の特許文献１に記載のように行われ得る。すなわち圧縮空気を使用すること、または四方弁を使用することによりもしくはポンプの回転方向を逆回転にすることによりインジェクタによって排ガスまたは空気を吸い込むことによって行われる。後者の変形形態が（システムに補助的な部品を必要としないため）好ましく、（ギアを有しかつ磁気駆動による）上述のタイプのポンプに特に好適である。

最後に、本発明によるシステムは、ポンプが停止したら液体が被パージ要素に入り込まないようにする逆流防止装置を備える。この装置は共通ハウジングに組み込まれる、すなわちこのハウジングに取り付けられるか、またはそれと同一の部品から成形されるおよび／またはそのジオメトリの一部である。逆流防止装置がハウジングと同一の部品から成形されるか、または換言すれば、ハウジングが、（少なくとも部分的に）逆流防止装置として作用するジオメトリを有する変形形態が好ましい。この装置を好ましくはタンクにおける液体を吸い上げる箇所に配置する。

当然ながら、この装置によって、液体を供給ラインに供給することが可能となる。すなわち、「供給」モードにおけるポンプの動作／始動時にタンクから被パージ要素へ液体を流入可能とするため、厳密には逆流防止装置ではない。従って、この装置が、サイホン部（最も好ましくは上述のように複合型のベル／サイホン）のジオメトリを有して、要素（ライン、ポンプおよびフィルタ）がパージされてガスで満たされたら、このサイホン部が、「供給」モードで（すなわちタンクの吸い込み点で真空をおよびその出口において圧力を生じるために）ポンプが始動するときに、タンクから要素への液体の流入のみを可能とするようにすることが特に有利である。

ポンプが、汲み上げられる液体の水面下にある場合には、上述のカバーが、（少なくとも完全には）タンクの底部まで延在せず、筐体および／またはフィルタに近くに配置されすぎないベル形状を有することを保証するのに十分である。最も好ましくは、ベルおよび筐体／フィルタを、流体用の経路を生じるように位置決めして、ポンプが（流体を供給するために）「前進」駆動するとき、ベルの内側面と筐体／フィルタの外側面との間の環状空洞部を介して流体がベルの下側で吸い上げられるようにし、最終的には機械的ポンプ要素によってこのフィルタを介して吸い上げられるようにする。

言い換えれば、ベルは好ましくはその下部に少なくとも１つの開口部を有する（好ましくはその下部周辺部全体を占有する環状開口部であり、つまり、ベルは事実上タンクの底部ではなくフィルタに載置されている）、かつ、その内側面と筐体／フィルタの外側面との間に、ベルの下部開口部を介してフィルタによって液体を吸い上げることができる環状空洞部を生じるように位置決めされている。

この変形形態では、ポンプが逆方向に回転し（すなわちパージモードで動作し）、次いで停止するとき、フィルタの周りに、ポンプが再始動するまでフィルタを乾燥した状態に保つエアポケットが形成され、エアポケットは、従って凍結した場合に、（氷によってフィルタが閉塞されることが絶対的に回避されたため）ポンプがより速やかに再始動する。

本発明はまた、ポンプと、少なくとも部分的にポンプを取り囲むフィルタと、フィルタおよびポンプの少なくとも一部を取り囲む共通ハウジングの一体部分である逆流防止装置とを備える上述のシステムに好適な小型モジュールに関する。

好ましくは、このモジュールは、上述のように液体タンクの水面下にあるベースプレートに組み込まれる。

従って、本発明はまた、上述のようなモジュールを組み込む、水面下にあるベースプレートを備える液体タンクに関し、そのモジュールの共通ハウジングがカバーおよび下部を備え、それらは以下の通りである。
− 下部は、ベースを備えかつベースプレートを備える一つの部分から成形されたほぼ円筒状の壁部と、この円筒状の壁部と封止式に組立てられ、上にフィルタが載置されかつ回転アクスルが封止式に差し込まれているカバーとを備える封止筐体からなる；および
− カバーがフィルタおよび機械的要素を取り囲み、スクリューナット接続を介して封止筐体に取り付けられている。

この変形形態では、ベースプレートは好ましくは、射出成形されたプラスチックをベースとする。純粋な（強化されていない）ポリアミドＰＡ−６，６をベースとする、射出成形されたベースプレートが良好な結果をもたらす。ベルも好ましくは射出成形されたプラスチックをベースとし、最も好ましくは、例えばＰＰＡ（ポリフタルアミド）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）などの、水吸着性の低い材料をベースとしている。

本発明を非限定的に図１および図２に示す。

本発明の有利な一変形形態によるかつディーゼル車の排ガスに尿素溶液を注入するためのポンプの回転アクスルに対して平行な面を通る断面図である。 図１に示す特定の要素（具体的にはロータ（６）およびその支持体（５））の詳細な図である。

これらの図において、同一の符号は同一の構成要素を指す。

図１に示すポンプは、フィルタ（３）に取り囲まれた歯車装置（２）を取り囲むベル形カバー（１）を備える。

また、ポンプは、カバーと、ベースを装備しかつ尿素タンク（図示せず）の水面下にあるベースプレート（１０）を備える一つの部分から成形されている円筒状の壁部と、で構成された下部封止筐体（４）を備える。また、このベースプレートは、尿素捕捉部（１１）であって当該尿素捕捉部を含む一つの部分から成形された尿素捕捉部（１１）と、管（１２）であって当該管を含む一つの部分から成形されかつエンジンの排ガスへ尿素を供給するためのラインに接続するための管（１２）とを備える（構成要素は図示せず）。

下部筐体（４）は、内部支持体（５）を装備しかつハウジング（８）に収容されている磁石（６）で構成された磁化ロータを備え、ハウジング（８）は、漏れがないように管（１２）に差し込まれている中空シャフトを備える。このハウジングを環状取付部（１３）によって筐体（４）のカバーに取り付け、環状取付部を磁気コイル（７）によって取り囲む。ポンプの動作を、同じく封止筐体（４）に収容された電子カード（９）を備えるコントローラによって管理する。

図２に、磁石（６）およびその支持体（５）のジオメトリを詳細に示す。図２は、別々に、まずこれらの２つの要素を組立てた状態で示し（上図）、次いで支持体（５）を単独で示す（下図）。支持体（５）は、キャップ（１４）と、側面がほぼ螺旋形であるフィン（１６）および回転アクスルを収容するための円筒状中空内側部（１５）と、を備える一種のストッパの形状をしていることが分かる。これらのフィンの縁部は、ほぼ螺旋形の凹部を備えた円筒状の外側壁部を画定する。このジオメトリにより、尿素を支持体（５）の内側に流し込み、一種のネジ形状により、その流し込みを加速することが可能となり、そのようにすることにより、ポンプの効率を高める。

Claims (12)

1. 液体タンクと、液体供給ラインと、ポンプと、フィルタと、前記液体供給ライン、前記ポンプ、および前記フィルタをパージ可能とする装置と、を備える液体供給システムであって、前記液体供給ライン、前記ポンプ、および前記フィルタがパージされたら、液体が前記フィルタ、前記ポンプ、および前記液体供給ラインに入り込まないようにする逆流防止装置を備える液体供給システムにおいて、
   前記ポンプ、前記フィルタおよび前記逆流防止装置が小型モジュールに組み合わされ、前記フィルタが少なくとも部分的に前記ポンプを取り囲み、かつ前記逆流防止装置が、前記フィルタおよび少なくとも前記ポンプの一部を取り囲む共通ハウジングの一体部分であり、前記共通ハウジングが逆流防止装置として作用するようなジオメトリを有しており、
   前記液体は、前記液体タンクから前記液体供給ラインへ、前記液体タンク、前記フィルタ、前記ポンプ、前記液体供給ラインの順に供給され、かつパージは、前記液体供給ライン、前記ポンプ、前記フィルタの順に行われ、
   前記液体タンクが、前記小型モジュールを組み込む、水面下にあるベースプレートを備え、
   前記共通ハウジングがカバーおよび下部を備えること、および
   前記共通ハウジングの下部が、ベースを装備しかつ前記ベースプレートを備える一つの部分から成形された円筒状の壁部と、前記円筒状の壁部に封止式に組立てられたカバーであって、上に前記フィルタが載置されかつ封止式に回転軸が差し込まれているカバーと、を備える封止筐体で構成されていること、および
   前記共通ハウジングのカバーが前記フィルタおよび前記ポンプの機械的ポンプ要素を取り囲み、かつスクリューナット接続によって前記封止筐体に取り付けられており、
   前記カバーが、その下部に少なくとも１つの開口部を有するベル形状を有すること、およびその内側面と前記封止筐体及びフィルタの外側面との間に、前記液体をその下部開口部によって吸い上げ可能である環状空洞部を形成するように位置決めされており、
   前記逆流防止装置がサイホン部のジオメトリを備え、前記液体供給ライン、前記ポンプおよび前記フィルタをパージしてガスで満たしたら、サイホン部が、前記ポンプが始動するときに前記液体タンクから前記液体供給ライン、前記ポンプ、および前記フィルタへの液体の流れ込みのみを可能とすることを特徴とする液体供給システム。
2. 前記ポンプが前記フィルタを通して吸い上げることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記逆流防止装置がサイホン部のジオメトリを備え、前記液体供給ライン、前記ポンプおよび前記フィルタをパージしてガスで満たしたら、サイホン部が、前記ポンプが始動するときに前記液体タンクから前記フィルタ、前記ポンプ、前記液体供給ラインへの液体の流れ込みのみを可能とするようにすることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記ポンプが、機械的ポンプ要素および磁化ロータの双方に取り付けられた回転軸を備える回転ポンプであり、このロータが少なくとも１つの凹部を備え、その凹部を通って前記機械的ポンプ要素による流体の吸い込みがなされること、および前記フィルタが少なくとも前記機械的ポンプ要素を取り囲んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記ポンプがステータおよび電子カードを備えること、前記共通ハウジングがカバーおよび下部を備えること、および
   前記下部が、前記ロータ、前記ステータおよび前記電子カードを備える封止筐体で構成され、その上に前記フィルタが載置されていること、および
   前記カバーが前記フィルタおよび前記機械的ポンプ要素を取り囲み、かつスクリューナット接続によって前記封止筐体に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 前記カバーが、その下部に少なくとも１つの開口部を有するベル形状を有すること、およびその内側面と前記封止筐体及び／又はフィルタの外側面との間に、前記液体をその下部開口部によって吸い上げ可能である環状空洞部を形成するように位置決めされていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記機械的ポンプ要素が少なくとも２つのギアを備えること、および前記ポンプの回転方向を逆転させることによって前記パージを行うことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステムに用いられるモジュールであって、かつポンプと、少なくとも部分的に前記ポンプを取り囲むフィルタと、前記フィルタおよび前記ポンプの少なくとも一部を取り囲む共通ハウジングの一体部分である逆流防止装置とを備えるモジュール。
9. 請求項８に記載のモジュールを組み込む、水面下にあるベースプレートを備える液体タンクにおいて、
   前記モジュールを組み込む、水面下にあるベースプレートを備える液体タンクが、前記液体タンクであり、
   前記共通ハウジングがカバーおよび下部を備えること、および
   前記下部が、ベースを装備しかつ前記ベースプレートを備える一つの部分から成形された円筒状の壁部と、この円筒状の壁部に封止式に組立てられたカバーであって、上に前記フィルタが載置されかつ封止式に回転軸が差し込まれているカバーと、を備える封止筐体で構成されていること、および
   前記共通ハウジングのカバーが前記フィルタおよび前記機械的ポンプ要素を取り囲み、かつスクリューナット接続によって前記封止筐体に取り付けられていることを特徴とする液体タンク。
10. 前記液体として、尿素と水との共晶溶液を使用する車両の排ガスにおけるＮＯ_ｘの選択接触還元用システムにおける請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステムの使用。
11. 前記液体として、尿素と水との共晶溶液を使用する車両の排ガスにおけるＮＯ_ｘの選択接触還元用システムにおける請求項８に記載のモジュールの使用。
12. 前記液体として、尿素と水との共晶溶液を使用する車両の排ガスにおけるＮＯ_ｘの選択接触還元用システムにおける請求項９に記載の液体タンクの使用。

Images