CN101384801A - 定量装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于向内燃机的排气系统中定量地分配第一介质的定量装置，该装置包括可供第一介质(HWL)和第二介质输入的调节装置(2)，和与调节装置(2)相连接的分配装置(3)，经由该分配装置可将第一介质(HWL)和/或第二介质导入到排气系统中，其中通过第二介质能够为调节装置(2)和/或分配装置(3)清除第一介质(HWL)的组分。根据本发明，可向调节装置(2)输送第三介质，其中能够由第三介质为调节装置(2)和/或分配装置(3)清除第一介质(HWL)的组分，以及其中第三介质与第二介质在物理性质和/或化学成分方面不同。

Description

定量装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种用于向内燃机的排气系统中定量地分配第一介质的定量装置/配料装置(Dosiervorrichtung)，该装置包括可供第一介质和第二介质输入的调节装置，和与调节装置相连接的分配装置，经由该分配装置可将第一介质和/或第二介质导入到排气系统，其中通过第二介质能够为调节装置和/或分配装置清除第一介质的组分。本发明还涉及用于操作定量装置的方法。
背景技术
由DE 102 23 766 A1已知一种方法，其中根据需要经由喷嘴将用于排气后处理的尿素溶液引入到机动车柴油发动机的排气流中。在定量尿素后立刻使清洁液通过喷嘴以清洁喷嘴。
由DE 101 50 518 C1已知一种用于内燃机中的排气后处理的方法，其中，根据需要经由还原剂管道和定量阀将液体还原剂从储存容器输送到混合室并且在该混合室中与气流混合。经由混合物管道将混合物引入到排气管道中。为了防止由于还原剂的凝固而损坏装置，在内燃机停机以后中断还原剂的输送，而仅将气体输送到混合室。通过适当地切换阀使混合室、混合物管道、定量阀和还原剂管道充满气体，从而防止了还原剂凝固时(造成)的损坏。
由DE 102 54 981 A1已知一种用于排气后处理的装置，其中还原剂存储在储存容器中。可经由还原剂管道将还原剂输送到排气管道。在还原剂管道中设置有可切换的阀元件，经由该阀元件可将压缩空气引入到还原剂管道中。在此，可切换的阀元件使得压缩空气能够可选地朝向排气管道的方向或朝向储存容器的方向通流过还原剂管道。由此能够通过吹出而从还原剂管道中除去还原剂。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种开头所述形式的定量装置，在该装置中能够实现简单有效的清洁。本发明的另一目的是，提出一种用于操作这种定量装置的方法，通过该方法可实现良好的清洁效果。
所述目的由具有权利要求1的特征的定量装置以及具有权利要求5的特征的方法实现。
根据本发明的定量装置的特征是，可向调节装置输送第三介质，其中通过第三介质能够为调节装置和/或分配装置清除第一介质的组分，以及其中第三介质与第二介质在物理性质和/或化学成分方面不同。在此，第一介质优选用作工作介质，通过该工作介质可以在排气流中实现所期望的物理和/或化学效果，例如排气流的温度控制、直接与排气的组分的化学反应或用于排气后处理的催化作用。以第二介质和第三介质提供了两种不同的介质，从而为调节装置和/或分配装置清除至少是第一介质的组分。在此，借助于第二介质、第三介质或第一、第二和/或第三介质的任意组合实现装置的清洁。此外规定:在调节装置中由第一介质和另一介质形成混合物。根据本发明的定量装置特别是能够分别使用介质或混合物来清洁调节装置和/或分配装置，从而可在给定的运行条件下实现尽可能好的效果。
在本发明的一种实施形式中，提供气体——特别是空气——作为第二介质，提供至少可以溶解第一介质的组分的溶剂作为第三介质。由此提供了两种介质用以清洁调节装置和/或分配装置，所述介质的清洁作用分别基于不同的工作机理。气体的输送特别是实现了，以简单的方式通过从装置中吹出第一介质而除去所述第一介质。第一介质的不能通过吹出而除去的可能残留物(例如淀积物或结晶物)能够通过溶剂的输送而被溶解和清除。也可以提供第一介质作为溶剂。
在本发明的另一种实施形式中，在调节装置的管道中设置有定量元件，向该定量元件的上游输送第三介质。借助于定量元件能够影响通流过管道的介质或混合物的流动量，例如通过量/流量(Durchsatz)或流速。定量元件特别是可以设计成阀、隔膜阀、喷嘴、扩散器、文丘里喷嘴。定量元件特别易于被第一介质污染。根据需要使第三介质通流过定量元件能够有效地除去污物，特别是形式为淀积物和结晶物的污物。
在本发明的另一种实施形式中，在调节装置的管道中设置有用于被测量/可测量的量
Figure A200780005785D00061
的传感器装置，在被测量偏离参考值时或在达到一阈值时起动第三介质的输送。优选能够推断定量装置的污染程度的量(例如通过量或压差)作为被测量。优选被测量在运行条件相同并且通流不受干扰的情况下的相应值作为参考值。参考值优选限定成根据内燃机或定量装置的工况(Betriebspunkt)而变化。以这种方式实现了:当内燃机或定量装置的运行状态偏离参考状态时，根据需要输送第三介质。
根据本发明的用于操作具有调节装置和分配装置的定量装置的方法的特征是，按照时间(zeitweise)地向调节装置输送第三介质。因此，提供了不同的介质或混合物，从而为调节装置和/或分配装置清除第一介质的组分。
在本发明的一种实施形式中，向设置于调节装置的管道中的定量元件的上游输入第三介质。以这种方式实现了:在需要时借助于第三介质清洁定量元件。
在本发明的另一种实施形式中，监测在分配装置和/或调节装置的管道中的被测量，在相对于参考值改变了预定的量时或在达到一预定的阈值时输送第三介质。通过对被测量监测以及与参考值的比较可确定特别是由污染引起的干扰，由此可以根据需要输送第三介质。
在本发明的另种一实施形式中，在给定的时间段内交替地进行第二介质的输送和第三介质的输送。该方法的这种实施形式特别是适用于，在大规模地形成污染之前，预防性地清洁调节装置和/或分配装置。例如可以在低负荷条件下或在内燃机停机以后进行这种预防性清洁。通过交替地输送第二介质和第三介质可以实现最优的清洁效果。
在本发明的另一种实施形式中，在输送第二介质和/或第三介质期间减少第一介质的输送。特别是完全中断第一介质的输送。在减少第一介质的输送的情况下，能够特别有效地除去由第一介质造成的污染。
由权利要求、说明书和附图可得到其它特征和特征组合。本发明的一个具体实施例在附图中示出并将在下文中进行说明。
附图说明
为此唯一的附图以框图示出根据本发明的定量装置的一有利的实施例。
具体实施方式
附图所示的定量装置1用于向内燃机排气系统(未详细示出)中分配尿素水溶液HWL。在此，优选向所谓的SCR催化器的上游分配尿素水溶液以还原氮氧化物。然而，定量装置1不限于这种应用，而是可用于向排气系统中分配任意其它的液体或气体的介质。
定量装置1配设有调节装置2，该调节装置2包括用于第一介质的第一输入管道4、用于第二介质的第二输入管道6和用于第三介质的第三输入管道8。在此，提供尿素水溶液HWL作为第一介质，提供空气作为第二介质，提供其中可以溶解特别是尿素或尿素化合物的溶剂作为第三介质。
优选将尿素水溶液HWL存储在一储存容器(附图中未示出)中。可以借助于输送单元将尿素水溶液从储存容器中取出并且通过第一输入管道4输送到调节装置中。在此，优选在压力下输送尿素水溶液。第一输入管道4在其出口侧与中心管道10(将在下文中进行说明)相连接。在第一输入管道4中设置有可调节尿素水溶液HWL的通过量的第一定量元件5。在此有利地，第一定量元件5也能够切断第一输入管道14。此外，在第一输入管道4中设置有弹性加载的第一止回阀17，该第一止回阀17降低了介质从中心管道10回流到第一输入管道4中的危险。在一修改了的实施例中也可以省去第一输入管道4中的止回阀17。这种实施形式使得能够在需要时有针对性地将介质空气或溶剂(将在下文中详细说明)或这些介质的混合物从中心管道导入到第一输入管道4中。由此能够清洁第一输入管道4的在尿素水溶液HWL的储存容器与中心管道10之间的管道部分中的尿素水溶液HWL的组分。
通过进气装置(在附图中未示出)能够从环境抽吸空气，并将所述空气，优选在压力下，输送到调节装置2。在进气装置上连接有第二输入管道6，其中可在入口侧设置用于清洁环境空气中可能存在的污物的空气过滤器。第二输入管道6在其出口侧的端部与中心管道10相连接。在第二输入管道6中设置有可调节空气通过量的第二定量元件7。在此，优选地，第二定量元件7也能够切断第二输入管道6。与第一输入管道4类似地，在第二输入管道6中设置有弹性加载的第二止回阀18，通过该第二止回阀18降低了介质从中心管道10回流到第二输入管道6中的危险。在一个修改的实施例中，设置有供待输送到调节装置2的空气存储的加压空气储存器来代替进气装置。这种实施形式优点在于，可向调节装置2输送已调节(特别是净化)的空气。
溶剂优选存储在溶剂储存容器15中。例如，可设置水(必要时配有表面活性剂(Tensiden))或水-酒精混合物作为溶剂。可通过形式为泵16的输送单元将溶剂从溶剂储存容器15中取出并且经由第三输入管道8输送到调节装置2。在此优选在压力下输送溶剂。第三输入管道8在其出口侧的端部与中心管道10相连接。在第三输入管道8中设置有可调节溶剂通过量的第三定量元件9。在此优选地，通过第三定量元件9也能够切断第三输入管道8。另外，在第三输入管道8中还设置有弹性加载的第三止回阀19，通过该第三止回阀19降了介质从中心管道10回流到第三输入管道8中的危险。
经过中心管道10使第一输入管道4、第二输入管道6和第三输入管道8与分配装置3(将在下文中进行说明)相连接。在中心管道10中在第一输入管道4的入口位置/交汇位置13的上游设置形式为文丘里喷嘴12的第四定量元件。在介质(特别是空气)通流时，该文丘里喷嘴12在其最窄的横截面处使(该介质的)流速提高。文丘里喷嘴12保证了，在将尿素水溶液HWL导入到供空气通流的中心管道10中时，在文丘里喷嘴12上游的管道部分在很大程度上没有尿素水溶液HWL的组分。
在文丘里喷嘴12的旁边设置有形式为压力传感器20的传感器装置。借助于该压力传感器20可测量文丘里喷嘴12的入口端与出口端之间的压差。贯穿文丘里喷嘴12的压差相对于参考值增加可表示喷嘴被污染或堵塞。压力传感器20设计成具有第一室21和第二室22的气缸(参见附图)。第一室21通过第一连接管23在文丘里喷嘴12的上游与中心管道10连接。第二室22通过第二连接管24在文丘里喷嘴12的下游与中心管道10连接。由此，在第一室21中存在有在文丘里喷嘴12上游的中心管道10中的静态压力，而第二室22中存在有在文丘里喷嘴12下游的中心管道10中的静态压力。第一室21和第二室22通过弹性加载的柱塞25或隔膜相互分开，因此在两个室之间的压差使柱塞25或隔膜偏移。该偏移能够通过信号发生器(未详细示出)转换成优选为电信号，该电信号可作为输入量经由控制线路26传输到控制单元11(将在下文中进行说明)。在一修改的实施例中，代替压力传感器20或附加于压力传感器20，设有用于监测另一被测量的另一传感器装置。所述另一传感器装置可以设置在调节装置的任意输入管道或者中心管道中。优选监测可有助于确定定量装置1的污染或堵塞的量，例如连续地检测流量。
配设于定量装置1的分配装置3包括分配管道30和喷嘴31。通过分配管道30可将在调节装置2中制备的介质输送到喷嘴31。喷嘴31设置在排气管道(未详细示出)内，并能够将制备的介质分配到内燃机的排气流中。
通过控制单元11可以控制第一定量元件5、第二定量元件7和第三定量元件9。优选提供来自压力传感器20的信号以及来自发动机控制单元的其它特征量(例如内燃机的运行时间、负荷状态或温度)作为控制单元11的输入量。借助于控制单元11可根据内燃机、排气系统和/或定量装置的运行状态，调节向调节装置2的尿素水溶液HWL、空气和溶剂的输送。
在通常的运行条件下，优选将尿素水溶液HWL作为气溶胶状的混合物引入到内燃机的排气系统中。为了产生这种混合物，打开第一定量阀5和第二定量阀7以将尿素水溶液HWL和空气连续地输送到调节装置2。在第一输入管道4的通向中心管道10的入口位置13处将尿素水溶液HWL引入到空气流中，从而产生了空气和尿素水溶液HWL的、精细分布的气溶胶。借助于文丘里喷嘴12保证了，在文丘里喷嘴12的上游的中心管道10中保持在很大程度上没有尿素水溶液HWL的组分。另外，由文丘里喷嘴12引起的紊流使在下游导入的尿素水溶液HWL更精细地雾化。在分配管道30中将气溶胶继续导引到喷嘴31，并在该喷嘴处喷射到排气系统中。
在定量尿素水溶液时，存在着尿素结晶以及相应地在通流的管道的壁部上形成淀积的危险。尿素淀积导致通流横截面减小，从而导致流动阻力增大。在此，由于文丘里喷嘴处出现有涡流以及流动中的静压低，所以文丘里喷嘴12是特别危险的。在极端的情况下，文丘里喷嘴12会被尿素淀积物完全堵塞，结果导致中心管道10中的空气流动停止。
因此在用于操作定量装置1的方法中，根据需要为调节装置2输送可溶解尿素的溶剂。为此在第一方法步骤中，借助于压力传感器20连续地监测在中心管道10中、在文丘里喷嘴12的入口端与出口端之间的压差。测得的值经由控制线路26传递到控制单元11，在控制单元11中将所述值与可选地根据运行状态变化的参考值相比较。压差的参考值可存储在控制单元11中，例如可以以特征曲线的形式存储。测得的值与参考值的偏差大于一预定的量则表示文丘里喷嘴12被尿素淀积物污染。在这种情况下，在接下来的方法步骤中，中断经由第一定量元件5和第二定量元件7的尿素水溶液HWL和空气的输送，打开第三定量元件9。尿素淀积物溶解在溶剂中并随溶剂流而被清除。优选在另一个接下来的方法步骤中，在预定的时间间隔之后优选再中断溶剂的输送，起动尿素水溶液HWL和空气的输送。如果压力传感器20仍然确定贯穿文丘里喷嘴12的压差增大，可以重复本方法。
在一修改的操作方法中，利用第二止回阀18作为传感器装置以监测通过第二输入管道6的空气流量。在第二输入管道6中或中心管道10中的尿素淀积物致使流动阻力增大，由此使空气流量减小。因此也使弹性加载的第二止回阀18的阀体的偏移改变。通过信号发生器(未示出)将阀体的偏移转换成优选电信号，该电信号经由另一控制线路27被传递到控制单元11。在控制单元11中将所述信号与通常运行条件下的参考值进行比较。如果偏差大于一预定值或达到一给定的阈值，则起动溶剂的输送。
在另一修改的操作方法中，另外可以以类似的方式利用第一止回阀17作为传感器装置，以监测通过第一输入管道4的尿素水溶液的流量。
在另一修改的操作方法中，另外借助于空气、溶剂或这两种介质的组合清除第一输入管道4中的尿素水溶液HWL。这种操作方法尤其适用于使介质能够从中心管道10回流到第一输入管道4中的定量装置。在一方法步骤中，中断尿素水溶液HWL的输送，例如通过将输送单元切换成无流(状态)来进行中断。在接下来的方法步骤中打开第一定量元件5，以使第一输入管道4与中心管道10之间压力平衡。然后在接下来的方法步骤中，打开第三定量元件9以向中心管道10中输送溶剂。将溶剂从中心管道10导入到第一输入管道4中，由此清除第一输入管道4中的尿素水溶液HWL的组分。在借助于溶剂清洁第一输入管道4之后，再中断经由第三定量元件9的溶剂输送。可选地，然后打开第二定量元件并将空气导入到中心管道中，再导入到第一输入管道4中。这种方法特别是使得能够在内燃机停机之后清洁第一输入管道4并可选地使该第一输入管道4充满空气，由此例如防止在低温时尿素水溶液HWL在第一输入管道4中凝固。
在另一修改的操作方法中，根据内燃机的运行状态(例如在内燃机停机后或在较长的低负荷状态中)输送溶剂。为此，在第一方法步骤中，中断经由第一定量元件5的尿素水溶液HWL的输送。在接下来的方法步骤中打开第二定量元件7，并将空气导入到调节装置2中。通过空气的输送将尿素水溶液HWL从中心管道10和分配管道31中吹出去。在一固定时间间隔(例如30秒)之后，中断经由第二定量元件7的空气输送。在另一方法步骤中，打开第三定量元件9，并将溶剂导入到调节装置2中。在通常运行中可能形成于供气溶胶通流的管道部分的内部的尿素淀积物被溶剂溶解，并被清除出定量装置1。在另一时间间隔(例如15秒)之后中断经由第三定量元件9的溶剂输送。为了优化清洁效果，有利地多次重复所述的方法步骤。在管道中形成较大的尿素淀积物之前，可以特别有利地以预防的方式使用所述方法。
如果根据本发明的定量装置1应用于机动车的内燃机中，则也可以使用来自车窗洗刷系统或前照灯洗刷系统的清洁剂作为溶剂。对此有利的是，将第三定量元件9设计成如图所示的三位三通阀9。在三位三通阀的第一工作位置，可经由第三输入管道8将溶剂从溶剂储存容器15输送到中心管道10。在第二工作位置，禁止向调节装置的溶剂输送。在第三工作位置，可将溶剂从溶剂储存容器15导入到清洁管道40中，该清洁管道40又与车窗洗刷系统或前照灯洗刷系统(未详细示出)相连接。通过由控制单元11对三位三通阀进行相应地控制，可根据需要将清洁剂输送到车窗洗刷系统和/或定量装置。在不背离本发明的范围的情况下，也可设置第三定量元件9的其它工作位置，在这些位置中，例如可将溶剂同时导入到清洁管道40和第三输入管道8中。同样也可设置在所述工作位置之间的中间位置。此外可以设置另一使第三输入管道8与通向环境的排出管道(附图中未示出)相连接的工作位置。特别地，该工作位置使得可能存在于第三输入管道8中的过压能够被卸压。
在所述的实施例中，在调节装置2中将待定量的介质制备成气溶胶，经由分配装置3将该介质输送到排气系统中。然而，同样可以设想，以纯净的形式将待定量的介质输送到排气系统，即不使该介质与其它介质在调节装置中混合。同样可以在调节装置2中形成第二和第三介质的混合物。

Claims (9)

1.一种用于将第一介质定量地分配到内燃机排气系统的定量装置，该装置包括:
- 可供第一介质(HWL)和第二介质输入的调节装置(2)，和
- 与调节装置(2)相连接的分配装置(3)，经由该分配装置可将第一介质(HWL)和/或第二介质导入到排气系统中，其中
- 通过第二介质能够为调节装置(2)和/或分配装置(3)清除第一介质(HWL)的组分，
其特征在于，
- 可向调节装置(2)输送第三介质，其中
- 通过第三介质能够为调节装置(2)和/或分配装置(3)清除第一介质的组分，以及其中
- 第三介质与第二介质在物理性质和/或化学成分方面不同。
2.根据权利要求1所述的定量装置，其特征在于，提供气体——特别是空气——作为第二介质，提供至少可以溶解第一介质(HWL)的组分的溶剂作为第三介质。
3.根据权利要求1或2所述的定量装置，其特征在于，在调节装置(2)的管道(10)中设置有定量元件(12)，以及向该定量元件(12)的上游输送第三介质。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的定量装置，其特征在于，在调节装置(2)的管道(10)中设置有用于被测量的传感器装置(20)，以及在被测量偏离参考值时或在达到一阈值时起动第三介质的输送。
5.一种用于操作定量装置——特别是根据权利要求1至4中任一项所述的定量装置——的方法，该定量装置包括可供第一介质(HWL)和第二介质输入的调节装置(2)，并包括将调节装置(2)连接到排气系统的分配装置(3)，其特征在于，按照时间地向调节装置(2)输送第三介质。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，向设置于调节装置(2)的管道(10)中的定量元件(12)的上游输送第三介质。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，监测在分配装置(3)和/或调节装置(2)的管道(10)中的被测量，在相对于参考值改变了预定的量时或在达到一预定的阈值时输送第三介质。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，在给定的时间段内交替地进行第二介质的输送和第三介质的输送。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于，在输送第二介质和/或第三介质期间减少第一介质(HWL)的输送。
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