CN101069001A - 用于将还原剂定量喷射到内燃机排气管路中的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将还原剂定量喷射到内燃机的排气管路(2)中的装置。喷射与输送量无关地以普遍高的且均匀的雾化质量进行。为此使用了一种泵(1)，尤其是活塞泵(18)或膜片泵(29)，其用于将还原剂脉动输送到通入排气管路(2)中的喷嘴(5)中。喷嘴(5)构造有以泵(1)的输送脉冲的节拍自动打开和关闭通流连接的阀门元件(33)，该阀门元件不允许在低压区域中喷射还原剂，从而雾化只在高压区域进行。

Description

用于将还原剂定量喷射到内燃机排气管路中的装置
现已知，通过选择性的催化还原使内燃机尤其是柴油内燃机的废气中的氮氧化物减少。为此，将还原剂、一种尿素水溶液经过精细雾化定量喷射进排气管路中。为了输送还原剂通常使用一种泵，它将还原剂输入通入排气管路中的喷嘴。
由US 2004/0093856 A1公开了一种使用活塞泵的还原剂配量装置。所述泵具有一个吸入接头和一个压力接头，吸入接头与用于还原剂的存储容器相连接，压力接头与一个雾化机构相连接。雾化机构在氮氧化物催化器的区域中通入内燃机的排气管路中。为了控制输送量，频率和脉冲宽度是变化的。为此使用一种控制装置，该控制装置根据发动机的工作情况以适宜的方式改变泵的驱动电流。喷嘴的构造没有详细示出。但通常来说，喷嘴具有一个或多个常开的开口。在输送量变化时借助于这种喷嘴不能在整个工作范围上实现均匀地雾化。
在EP 1 380 733 A2中使用了一种活塞泵用于定量供给尿素水溶液，其活塞可以通过一种压电元件来操纵。这种压电元件可以以0到几百赫兹的频率无级致动。用于将还原剂喷射到内燃机的排气管路中的喷嘴显然构造有常开的光圈状狭窄处。在输送量变化时使用这种喷嘴不能在整个工作区域上都实现均匀地雾化。
在DE 101 39 139 A1中公开了另一种用于将还原剂定量配送到内燃机排气管路中的装置。泵用于输送还原剂。控制器通过电致动泵驱动机构来调节输送的还原剂量。这种控制器还控制集成在计量装置中的定量阀的功能。另外，也可以使用一种简单的泵接合一种压力调节阀来代替配量泵用于输送量调节。在这种变型方案中，喷射进排气管路中的剂量的分配显然也是通过一种定量阀来完成。这种装置看起来很昂贵，因为输送和分配剂量是由不同的构件来完成，它们需要分别致动。
DE 22 49 291展示了一种用于无空气的喷涂的方法。但这种方法从本发明的发明高度来看并不重要，因为它不属于相关领域。这种方法使用一种脉动输送的膜片泵，它将输送的介质输送给喷雾器喷嘴，该喷雾器喷嘴按照过压阀的形式构造为截止阀。这种截止阀周期性地自动打开和关闭，更确切地说在压力周期期间，相应地中断在低压区域中的介质输送，这样，雾化仅仅在高压区域中进行。由此仅仅使用压力峰值进行雾化，它能按比例地进行最好地雾化。
在权利要求1中说明的本发明的任务是使用一种简单的成本低的设备与输送量无关地以普遍的高雾化质量将还原剂喷射到内燃机的排气管路中。该任务通过权利要求1中列出的特征以如下方式解决，即喷嘴拥有以泵的输送脉冲的节拍周期性地自动打开和关闭通流连接的阀门元件，该阀门元件只允许在高压区域中喷射还原剂。这种设备简单且成本低，因为还原剂的定量分配和输送只需通过泵就能完成，而喷嘴的以输送节拍打开和关闭的阀门元件只负责最优化地进行雾化。
喷嘴的阀门元件优选可移动地在外壳中导向，它朝着它的截止位置的方向朝着密封座密封地弹簧加载，并且在相反的方向上通过施加在压力加载的表面上的压力打开。
另外雾化质量也通过以下方法改善，即与泵的高压出口相连的高压管路通过包含卸压机构的卸压管路与泵工作腔相连。这样当泵工作腔中的压力降低到预先规定的值以下，尤其是降低到高压管路中的压力以下时，压力能突然降低。突然的意思是，压力曲线在下降分支中比没有卸压机构时下降得更陡。这样的好处是，在关闭时阀门元件上不稳定的力平衡区域迅速地被通过，由此就在很大程度上防止了还原剂意外的滴下。
附图中示出了本发明的实施例，以下加以详细地描述。其中：
图1是按本发明的用于尿素定量供给的装置的构件示意图；
图2是由泵输送的还原剂在从泵通向喷嘴的高压管路中的压力曲线图；
图3是活塞泵的横截面图；
图4是膜片泵的横截面图；
图5是喷嘴的横截面图；
图6是包含卸压机构的卸压管路的横截面图，卸压管路与泵的泵工作腔和高压管路相连；
图7是构造为止回阀的卸压机构的横截面图；
图8是构造有膜片的卸压机构的横截面图。
图1是用于定量喷射还原剂的装置的示意图。泵1从存储容器8中提取还原剂并通过高压管路4和喷嘴5将还原剂输送到未示出的内燃机的被废气3流过的排气管路2中。泵1是活塞泵18，如图3所示，或是薄片泵29，如图4所示。泵1同时是输送和配量单元。在图5中更详细示出的喷嘴5没有配量功能，更确切地说用于确定进行喷射的压力水平。泵1由控制器6进行致动，控制器根据废气值和/或发动机运行参数改变泵1的工作频率，并由此改变在横定冲程下的输送量。此外以相应的电流脉冲对与电枢28共同作用的线圈19进行加荷。利用温度传感器7在控制器6中来观测还原剂的温度。
图2中的图表用三个压力脉冲展示了压力曲线9，它出现在高压管路4中喷嘴5前面。在时刻10，泵1的抽吸过程开始，也就是说，泵1的活塞27或膜片30开始运动，高压管路4里的压力升高。在时刻11，喷嘴5的阀门元件33打开，喷射过程开始。在时刻12，喷嘴5的阀门元件关闭。在时刻13，泵1的吸入阀关闭。在压力曲线9的下降分支上，卸压系统起作用，这种卸压系统在图6至图8中更详细地示出。从图表中从附图标记14还看出喷嘴打开持续时间，从附图标记15看出活塞运动或者说膜片运动的持续时间。点划线16示出的是喷嘴5打开或者说关闭的压力水平。虚线17示出的是泵1的吸入阀23关闭或者说压力阀25打开的压力水平。在压力处于点划线以上时进行喷射，而在压力处于该压力水平以下时，不进行喷射。由此就保证雾化在高压时进行，并且是最优且优良的，这是氮氧化物进行最佳的化学转化的前提。
图3和4示出的是传统结构形式的活塞泵18或者说膜片泵29。这种简单的定量泵不用进一步地改造就能在按本发明的配量系统中使用。泵由电致动，并且此外还具有一个电枢28和一个通电的绕组19。复位弹簧20用于将电枢28在初始位置中进行定位。在绕组19通电时，活塞27或者说膜片30移动使泵工作腔26缩小。这样通过吸入接头21和止回阀23吸入的还原剂的压力升高。通过高压接头24和止回阀25将还原剂排到高压管路4中。外壳22用于导向和形成所需的压力腔。工作方式的细节在这里没有示出，因为这种泵早已为人熟知。
在本发明的配量系统中使用的喷嘴5在图5中示出。它包括一个在外壳32中导向的阀门元件33。阀门元件33构造有盘状的边缘，该边缘与外壳32共同构成密封座34。支撑在外壳32和阀门元件33上的闭锁弹簧35将阀门元件33保持在关闭位置中。当作用在阀门元件33的表面上的压力产生的力大于闭锁弹簧35的力时，阀门元件33就从密封座34上抬起，并且还原剂被喷射进内燃机的排气管路2中。喷嘴5关于由压力加载的表面和闭锁弹簧35进行调整，使得只有在预先规定的最小压力以上才进行喷射。配量泵是间歇性地工作的。由于这种设计，不仅在小的输送量时，而且在大的输送量时都保证了相同的雾化条件。
图6示出的是一种卸压机构42，它设置在卸压管路41中。卸压管路41与高压管路4和泵工作腔26相连接。卸压机构42如图7所示可以是止回阀44，或如图8所示是膜片45，它在容量移动时能占据两个相反地拱起的位置。止回阀44有一个阀门机件，它移动释放朝泵工作腔26的方向的通流。通过卸压机构42容量自动地从高压管路4朝着泵工作腔26的方向移动，并由此在喷嘴5关闭后在高压管路4中实现突然的压力下降。当泵工作腔26里的压力降到高压管路4中的压力以下时，就发生这种压力下降。当泵1的泵运动结束，并且抽吸运动开始时，也是这种情况。于是高压管路4里的压力大于泵工作腔26里的压力，止回阀44打开或者说膜片45占据一个与示出的拱形相反的位置。高压管路4里的压力于是就一直降到剩余压力，在这个剩余压力下在止回阀44的情况下弹簧力比合成的压力大，由此阀门关闭。剩余压力取决于压力加载的表面的布置和弹簧刚度。在泵运动结束后卸压机构42引起陡峭下降的压力曲线并由此使高压管路4突然减压，这样有一个好处，喷嘴5的阀门元件33由于相对于没有卸压的系统缩短了经过力平衡阶段的过程而快速占据稳定的关闭状态，这样就在很大程度上防止了还原剂滴入排气管路2中。尤其是至少防止大液滴的形成。总的说来，这样就在整个工作区域上实现了不受输送量影响地优良的雾化。因为就雾化质量来说，不利的压力区域在喷射时被排除了，或者至少迅速地通过了不利的压力区域。

Claims (9)

1.用于将还原剂尤其是尿素水溶液定量喷射到内燃机尤其是柴油内燃机的排气管路(2)的装置，该装置具有用于脉动输送还原剂的泵(1)，尤其是活塞泵(18)或膜片泵(29)，还具有通入排气管路(2)中的喷嘴(5)，其特征在于，所述喷嘴(5)构造有以泵(1)的输送脉冲的节拍根据所施加的压力周期性地自动打开和关闭通流连接的阀门元件(33)，该阀门元件不允许在低压区域中喷射还原剂，从而雾化只在高压区域中进行。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述泵(1)是定量泵，并且为了定量分配还原剂，冲程频率可以根据发动机运行参数或废气成分通过泵驱动机构的电致动改变。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述喷嘴(5)的阀门元件(33)在外壳(32)中可移动地导向，并朝着它的截止位置的方向朝着密封座(34)密封地进行弹簧加载，而在相反的方向上通过施加在压力加载的表面上的压力打开。
4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，所述阀门元件(33)沿着流动方向打开，并且所述密封座(34)是环形的，并且处于外壳(32)和阀门元件(33)的盘状边缘之间。
5.按权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述泵(1)具有泵工作腔(26)，该泵工作腔一方面通过止回阀(23)和吸入管路(43)与存储容器(8)相连，另一方面通过止回阀(25)和高压管路(41)与喷嘴(5)相连。
6.按权利要求5所述的装置，其特征在于，所述高压管路(4)在止回阀(25)和喷嘴(5)之间通过包含卸压机构(42)的卸压管路(41)与泵工作腔(26)相连，并且所述卸压机构(42)在泵(1)的抽吸冲程中使容量自动从高压管路(4)朝泵工作腔(26)的方向移动，并由此在高压管路(4)和相连接的喷嘴(5)中产生快速的压力下降。
7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述泵工作腔(26)中的压力降到高压管路(4)中的压力以下时产生压力下降。
8.按权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述卸压机构(42)是朝泵工作腔(26)的方向打开的止回阀(44)。
9.按权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述卸压机构(42)构造有膜片(45)，该膜片在容量移动的情况下根据施加在膜片上的压差占据两个相反地拱起的位置。
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