CN102066709A - 用于液态介质、尤其尿素水溶液的计量系统 - Google Patents
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Abstract
提出一种用于液态还原剂的计量系统，它允许将还原剂精确地计量到内燃机的排气系统中。这尤其通过压力操作的计量阀(13)的快速及可靠的关闭来实现。同时，根据本发明的计量系统还能耗散由于计量阀(13)的关闭运动而产生的压力冲击。
Description
现有技术
在机动车中对于其重量超过一定极限的氧化氮的排放极限值需要废气再处理装置，它承担包含在内燃机的原始排放物中的氧化氮的选择性催化还原(SCR)。该所谓的废气净化的SCR方法已由现有技术公知，由此可省略对该方法中所进行的化学过程的详细解释。
已由DE 10 2006 012 855A1公知了这种废气再处理装置的一个例子。那里将尿素的水溶液存储在一个容器中及由一个计量泵及借助一个计量阀根据需要喷射到内燃机的废气管中。该由DE 10 2006 012 855A1公知的计量阀由压力加载。这意味着，一旦在计量阀的输入端上超过了一个预给定的打开压力，它便打开。一旦低于该打开压力，计量阀又关闭。
压力操作的计量阀是一个“被动的”构件，它不需要自己的控制。并且也不需要由控制装置到计量阀的信号导线或控制导线。
发明内容
本发明的任务在于：对开始部分所述类型的计量系统作出如下的改进，即改进其使用性能，尤其是改进使还原剂喷射到废气管中的精确度。此外使内燃机工作期间及停机后计量阀的密封性提高。
该任务将在用于液态介质、尤其液态还原剂如尿素水溶液的计量系统上来解决，该计量系统设有一个容器，一个计量泵及一个计量阀，其中计量泵的压力侧与计量阀通过第一管路相互连接及其中容器与计量泵的抽吸侧通过第二管路相互连接，其解决方案在于：在第一管路中设有一个第一止回阀。
第一止回阀将防止在计量阀的两次操作之间第一管路排空。该排空将会导致：在计量泵的随后紧接着的操作中不是喷射由发动机控制装置预给定的尿素水溶液的量。
在本发明的另一有利的构型中提出：计量泵的行程运动至少部分地传递到第一止回阀的阀件上。
这意味着，由计量泵的静止状态起计量泵首先执行输送行程及将液态还原剂输送到第一管路中。在输送行程时一旦计量泵中的压力大于第一止回阀的打开压力，则开始向计量阀输送还原剂。
通过根据本发明的计量泵的行程运动向阀件的传递就可保证：第一止回阀在抽吸行程期间与压力状况无关地保持打开。因此尿素水溶液的一个预给定的量由第一管路吸回到计量泵中，以致在第一管路及计量阀中发生可控的及快速的压力下降。由此计量阀快速地关闭及密封，以致以高的精确度进行还原剂的计量。
在计量泵达到其原点及计量泵的行程等于零前的短暂时刻，计量泵与阀件的行程运动脱耦，以致第一止回阀可满足由现有技术公知的其功能及使第一管路与计量泵在液压上隔开。
最后通过阀件与计量泵行程的联系使计量系统的排气变得容易。当在计量泵的输送室中具有空气或蒸气时，可通过第一止回阀的强制打开来保证：在计量泵的输送室中具有的空气或蒸气排出到第一管路中及由此进行计量泵的排气。一旦在计量泵中仅还存在液态还原剂时，该还原剂完全地并也使抽吸管路中存有的气泡或空气泡随时间的推移通过计量阀由计量系统排出。
为了达到可靠的关闭及更好的工作特性还提出：第一止回阀被弹簧加载。
在本发明的另一有利的构型中还提出，第一止回阀被构成双重作用的止回阀；及第一止回阀的第二输出端通过连接管路与容器形成液压连接。由此在计量泵关闭后可防止计量阀的无意打开或重新打开。
当通过计量泵输送液态还原剂时第一止回阀打开及还原剂由计量泵到达第一管路。在还原剂输送及通过计量阀喷射到废气装置中后第一止回阀又关闭。通过计量阀的关闭在第一管路中形成一个压力冲击，该压力冲击在作用简单的止回阀上反射及又流向计量阀。在那里该压力冲击可引起计量阀的短时打开。其结果是还原剂的一个不可忽略的量被无意地喷射到废气管中。该效应随着计量阀关闭速度的增大而增强。
当现在第一止回阀被构成双重作用的止回阀时，在计量泵输送期间止回阀关闭第一管路与计量系统的容器之间的连接管路。就此而言该计量系统的性能与根据本发明的具有简单结构的止回阀的计量系统没有区别。
但当计量泵的输送行程结束时，双重作用的止回阀的阀件又压到阀座上及中断计量泵与计量阀之间的液压连接。同时地通过连接管路形成第一管路与无压力的容器之间的连接，以致来自计量阀的压力冲击不在第一止回阀上反射，而是流向容器及在那里耗散。由此可避免上述由于计量系统内的压力冲击的无意的再喷射。
在本发明的另一有利的构型中提出，在连接管路中设有一个压力保持阀，尤其一个可调节的压力保持阀。该压力保持阀的打开压力被这样地选择，即它低于计量阀的打开压力，因为只有这样才可防止压力冲击的反射。但通过压力保持阀的保持压力可抑制第一管路或计量系统内气泡的形成并由此使还原剂喷射及计量的功能及精确度进一步地改善。
本发明的其它优点及有利的构型可由以下的附图、说明部分及权利要求书中得知。所有在附图、说明部分及权利要求书中公开的特征既可单一地也可相互任意组合地作为本发明的实质。
附图说明
图1：根据本发明的一个计量系统的概要结构图，及
图2，3：根据本发明的计量系统的实施例。
具体实施方式
图1中非常简化地及概要地表示具有废气再处理装置3的一个内燃机1。废气再处理装置3包括一个废气管5，一个氧化催化器7及一个SCR催化器11。废气通过废气管5的流动方向通过箭头来表示(无标号)。为了对SCR催化器11供给还原剂，在SCR催化器11的上游在废气管5上设有一个用于还原剂的计量阀13。该计量阀13在需要时在SCR催化器11的上游将还原剂喷射到废气管5中。
根据本发明的计量系统包括计量阀13，计量泵15及一个存储容器17。在图1中计量泵15仅被表示为“黑框”。以下将借助图2及3来对它详细地说明。
在计量泵15与计量阀13之间设有第一管路19。在容器17与计量泵15之间设有第二管路21。
为完整起见，还应指出在废气装置中设有的传感器，即NOX传感器25及温度传感器23及27。这些传感器23，25，27通过信号导线(无标号)与内燃机的控制装置29连接。该控制装置29控制内燃机1及此外还控制计量泵15。在控制之中29与计量泵15之间的导线连接在图1中由一个虚线的箭头(无标号)表示。
借助图2来解释及说明根据本发明的计量系统的第一实施例。相同的构件设有相同的标号并相应于对于图1所述的。计量阀13被概要地表示为弹簧加载的阀。
计量泵15被构成具有一个膜片31的膜片泵。计量泵15的膜片31由一个包括线圈33及一个衔铁35的电磁铁操作。当线圈被通电时，衔铁35运动及膜片31与它一起在图2中向上运动并导致一个输送行程。该行程H被表示在图2中。图2中所示的膜片31及衔铁的静止位置相应于行程H＝0。
在计量泵15的输送室37与第一管路19之间设有一个第一止回阀39。该第一止回阀39在图2中被表示为包括一个阀件41及一个阀座43的颤动阀。在该颤动阀上阀件41被构成由塑料、例如EPDM或金属构成的弹性膜片。一个弹簧44在第一止回阀39的关闭方向上对阀件41作用一个力。
膜片31的升降运动通过一个推杆45部分地传递到阀件41上。这是如此实现的，即在膜片31的静止位置中及当第一止回阀39关闭时推杆45不接触在膜片31上。
在推杆45的向着膜片31的端部与膜片31之间在此状态下具有一个距离HMIN。一旦行程H大于HMIN，则膜片借助推杆45使阀件41从阀座43上抬起。阀件41与计量泵的膜片31的行程H的该联系将导致：第一止回阀39与第一管路19中及输送室37中的压力状况无关地在抽吸行程期间仍保持长时间的打开。因此通过膜片31的抽吸运动使位于第一管路19中的一部分还原剂又吸回到输送室37中。由此在管路19中发生压力下降及计量阀13快速地关闭并密封。
在输送室37与第二管路21之间设有第二止回阀46，它可防止在计量泵15的输送行程期间还原剂可由输送室37流回到第二管路21及容器17中。该第二止回阀46在通常不由弹簧加载。它通常也可被构成颤动阀，尽管在图2及3中被象征地表示为球阀。
图3中表示根据本发明的计量系统的另一实施例。在该实施例中第一止回阀39被构成双重作用的止回阀及象征性地表示为球阀，尽管在这里它通常也可涉及颤动阀或自动放气阀。第一止回阀39不仅具有第一阀座43，而且还具有第二阀座47，后者的输出端通过连接管路49及第二管路21与容器17形成液压连接。一旦计量泵15开始输送还原剂，输送室37中的压力上升到超过第一管路19中具有的压力。因此阀件41从第一阀座43上抬起及使连接管路49关闭，因为它被密封地压在第二阀座47上。同时由此释放输送室37与第一管路19之间的液压连接及开始向第一管路19输送还原剂。在第二实施例中的该输送行程与借助根据图1的实施例所说明的输送相同地进行。
当现在结束输送及膜片31又返回到其原始位置时，第一止回阀39中的压力状况用于使：阀件41再压到第一阀座43上及由此中断输送室37与第一管路19之间的液压连接。同时使第一管路19、连接管路49、第二管路21及容器17之间的液压连接打开，以致使可能来自计量阀13的压力冲击进入容器17中及耗散在那里。
可选择地，在连接管路49中设置一个压力保持阀51。该压力保持阀用于在第一管路19中维持一个可调节的最小压力，以使得管路19中的还原剂的沸点提高并抑制气泡的形成。压力保持阀51的打开压力有利地低于计量阀13的打开压力，以致通过压力保持阀51不能阻止计量阀13的关闭运动及密封。此外其幅值大于压力保持阀51的打开压力的压力冲击能几乎无阻碍地导入容器17中及在那里耗散。
在本发明的一个特别有利的构型中，压力保持阀51的保持压力可以调节，以致它可根据所具有的工作条件来调节。由此可作到，例如在内燃机停机后改变该保持压力，以使得第一管路19完全去压及由此使计量阀13也在较长的时间区段上完全密封。当在内燃机工作期间出现气泡形成的危险时，压力保持阀51的保持压力可相应地增高。
图3b中表示根据图3a的实施例的框图。它附加地表示出各个压力传感器53.1，53.2及53.3，它们各根据需要来设立并与控制装置29连接。
Claims (10)
1.用于液态介质、尤其液态还原剂如尿素水溶液(HWL)的计量系统，设有一个容器(17)、一个计量泵(15)及一个计量阀(13)，其中所述计量泵(15)的压力侧与所述计量阀(13)通过第一管路(19)相互连接及其中所述容器(17)与所述计量泵(15)的抽吸侧通过第二管路(21)相互连接，其特征在于：在所述第一管路(19)中设有一个第一止回阀(39)。
2.根据权利要求1的计量系统，其特征在于：所述计量泵(15)的行程运动至少部分地传递到所述第一止回阀(39)的阀件(41)上。
3.根据权利要求2的计量系统，其特征在于：所述计量泵包括一个膜片(31)，所述膜片(31)的行程运动(H)至少部分地传递到所述第一止回阀(39)的阀件(41)上。
4.根据权利要求3的计量系统，其特征在于：一旦所述计量泵(15)的行程运动超过一个最小行程(Hmin)，所述第一止回阀(39)的阀件(41)由第一阀座(43)上抬起。
5.根据以上权利要求中任一项的计量系统，其特征在于：所述第一止回阀(39)被弹簧加载。
6.根据以上权利要求中任一项的计量系统，其特征在于：所述第一止回阀(39)被构成双重作用的止回阀，所述第一止回阀(39)的第二阀座(47)与所述容器(17)或所述计量泵(15)的抽吸侧通过连接管路(49)形成液压连接。
7.根据权利要求5的计量系统，其特征在于：在所述连接管路(49)中设有一个压力保持阀，尤其一个可调节的压力保持阀(51)。
8.根据以上权利要求中任一项的计量系统，其特征在于：在所述第二管路(21)中设有一个第二止回阀(46)。
9.根据以上权利要求中任一项的计量系统，其特征在于：所述计量阀(13)通过压力操作。
10.根据以上权利要求中任一项的计量系统，其特征在于：所述膜片泵(15)由一个致动器的调节部件、尤其由一个电磁铁(33)的衔铁(35)来操作。
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