CN102498271A - 用于液体还原剂的计量模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于液体还原剂的计量模块(15)，所述液体还原剂尤其是尿素水溶液，所述计量模块用于混合所述还原剂与气体，尤其是空气，以进一步导入到内燃机(1)的排气管(5)中。所述计量模块(15)包括具有导管(33)的计量阀(31)、压缩空气通道(49)和混合腔室(35)。用于还原剂的导管(33)的输出口在距离所述计量模块的中心轴线(36)一定距离处布置在所述混合腔室(35)中。

Description

用于液体还原剂的计量模块
技术领域
本发明涉及一种用于液体还原剂的计量模块，所述液体还原剂尤其是尿素水溶液，所述计量模块用于混合所述还原剂与气体，尤其是空气，以进一步导入到内燃机的排气管中。所述计量模块在这里包括具有导管的计量阀、压缩空气通道和混合腔室。
背景技术
立法者推动的氧化氮排放限值要求在机动车废气后处理时，选择性催化还原剂(SCR)干预在内燃机的未加工的排气中包括的氧化氮。这个所谓的用于废气净化的SCR方法在现有技术中是已知的。
从WO 02/07916已知这种废气后处理装置的一个实例。在那里，在利用引入到废气中的还原剂(尤其是尿素水溶液)的计量模块中，所述液体还原剂和附加的压缩空气经由计量阀被引入到混合腔室中。在所述混合腔室中形成还原剂-空气的混合物，它被引入到排气管中。
所述计量模块包括计量阀和混合腔室，其中，所述混合腔室一般布置在耐蚀钢制成的壳体中，在壳体中插入例如“萤石-硅树脂”的弹性体制成的仿形密封件。所述密封件用作止回阀，从而，所述压缩空气能够到达所述混合腔室中，但是尽量没有尿素水溶液能够到达压缩空气区域中。这个下限值是必需的，因为一方面，在尿素水溶液干燥时能够分离出尿素晶体，这能够导致压缩空气通道的阻塞，并且另一方面，所述尿素水溶液通过可能分解的氨气能够对空气系统中的零件产生强烈的腐蚀作用。
而且，在运行中，因喷洒尿素水溶液而在出口区域上的导管外侧上形成尿素晶体。这些尿素晶体能够通过尿素水溶液而再次溶解。如果这没有发生，所述尿素晶体在后续程序中沿着所述导管朝向仿形密封件冲洗，并且能够在所述时间期间填满补偿区域的主要部分。因此，所述流入空气的阻力升高，使得能够导致取消所述系统。
发明内容
本发明的目的在于，进一步发展开头所述类型的计量模块，在所述计量模块中阻止尿素在所述导管的外侧结晶。同时，提高所述计量模块的可靠性和使用寿命。
所述目的根据本发明解决，其中，用于还原剂的导管的输出口布置在所述混合腔室中距离所述计量模块的中心轴线一定距离处。因此，例如用于还原剂的输出口在所述混合腔室的内壁附近位于在混合腔室底部上方和/或位于所述混合腔室的内壁附近，由此，所述注射的尿素水溶液能够尽可能充分地润湿混合腔室上表面，混合腔室上表面的附着力能够起作用。本发明基于如下构思，即尿素晶体析晶的可能区域通过设备的适当几何形状连续的或者至少在短的时间间隔中保持用尿素水溶液润湿，从而，至少在所述导管的自由端上的输出口的关键区域中和空气输入口的关键区域中不可能发生析晶，并且或许产生的晶体迅速再次溶解。所述析晶只可能在所述尿素水溶液干燥后出现。此外，通过所述导管的适当构造以及所述计量模块的安装位置能够在所述混合腔室中尽可能大的区域持续，但至少在短的时间间隔中用尿素水溶液润湿。本发明因此成本适宜，并且保证所述计量模块的可靠运行，这是因为所述计量模块的基本功能保持未变。特别地，所述计量模块的使用寿命提高了，因为所述混合腔室的体积不再在所述时间期间因形成结晶而减小和/或所述仿形密封件的功能不再因形成结晶而受到影响。
在下面的描述和附图中还存在对本发明很重要的特征，其中，所述特征不仅单独而且在不同的组合中对本发明是重要的，因此分别详细阐明。在从属权利要求中是有利的改进方案。
如果所述导管至少在所述还原剂的输出区域中相对于所述计量模块的中心轴线弯曲，这是对本发明是有利的。因此，所述输出口定位在附近的所述混合腔室内壁上。由此，所述注射的尿素水溶液例如反射在所述混合腔室底部上，因此所述混合腔室的整个内表面被润湿。这仍然能够支持所述导管室用特氟龙或其他氟塑料制成，也由具有非常低的上表面应力的材料制成，并且所述导管到输出口构造成向锥形开口。通过扩大输出口能够利用尿素水溶液润湿所述混合腔室的更大区域。用于引导所述导管的衬套与所述导管一起用特氟龙或其他具有非常低的上表面应力的氟塑料制造，从而，通过蠕变过程有效地阻止所述尿素水溶液在空气入口区域中迁移。所述衬套的内表面和/或外表面也可以用特氟龙或其他氟塑料仅仅进行涂刷。
可能的替代是，所述导管在自由端是盆形封闭的，并且具有用于还原剂的侧向输出口。在这里，所述导管的至少一部分朝向所述混合腔室的内壁移动，并且所述布置的输出口显示朝向所述内壁。所述由计量模块注射的尿素水溶液在所述导管的盆形端部上偏转，并且经由所述侧向输出口散布在整个混合腔室上，所述混合腔室的上表面因此被充分润湿。
所述混合腔室直接通过引导到排气管中的计量管被构造成锥形的，由此有利地保证所述全部尿素水溶液总能够从所述混合腔室流入到所述计量管中。
为了阻止喷射的尿素水溶液自然积累，例如在所述计量模块的压缩空气通道中，所述压缩空气通道的直径小于所述导管的直径。所述导管应大于所述压缩空气通道的直径至少大约因子1.1。如果压缩空气通道附加地在中点逐渐变细，这在这里是有利的。所述压缩空气通道应实施为具有小的直径，使得一方面，对空气流的阻力不对所述计量模块的系统功能产生负面影响，另一方面，所述空气流在所述管道中很高，使得在空气通道中的可能的晶体或粘附的尿素水溶液能够被吹出。所述压缩空气通道的逐渐变细支持这种作用。如果所述空气通道是用特氟龙或其他氟塑料制造的，则通过尿素水溶液的蠕变过程阻止迁移到空气入口区域中。
在所述计量模块的另外一个实施方式中，如果所述压缩空气通道包括止回阀，特别是弹簧载荷的球阀，这是特别有利的。所述止回阀能够设置在所述计量模块的壳体中的侧向空气入口区域中，并且所述目的是阻止在所述系统的停止时在所述计量阀内部和压缩空气系统外部之间交换气体。所述空气入口在这里能够布置在所述计量模块的螺纹接头的直接上方，从而能够有利地放弃所述具有作为止回阀起作用的密封唇口的迄今为止的标准仿形密封件。此外，因为所述尿素/水-空气混合物也能够在所述导管的区域中形成，还能够放弃所述分立的混合腔室或者至少明显减小它。这显著地减小所述计量模块的结构长度，并且通过简单的生产而节省额外的制造成本。
如果在这个实施方式中，在所述衬套中引导所述导管，所述衬套实施成，使得直到螺纹接头，所述衬套都远离尿素水溶液，对所述计量模块的壳体，一般使用比现在更便宜的材料(例如，铝合金或塑料)，这是因为这相对于所述侵蚀性的尿素水溶液不必须是耐腐蚀的。这也减小所述制造成本。
如果在所述系统关闭时，所述混合腔室排气，进一步促进阻止尿素水溶液在所述计量模块中析晶。在所述系统关闭期间，所述计量阀和位于所述尿素水溶液与计量模块之间的导管中的排气阀打开足够长时间，以降低所述混合腔室的压力到环境压力。所述计量阀也能够布置在所述计量模块外部。在这里，在降低所述混合腔室压力时，所述计量管中剩余的尿素水溶液被挤压到所述导管中，并且经由所述计量阀从计量模块移除。这能够通过改变软件而实现控制所述计量模块。
附图说明
下面将根据附图以实例的方式阐明本发明的优选实施例。在附图中：
图1显示具有废气后处理装置的内燃机的示意图；
图2以纵截面的方式显示在第一实施方式中的根据本发明的计量模块；
图3以纵截面的方式显示在第二实施方式中的根据本发明的计量模块；
图4以纵截面的方式显示在第三实施方式中的根据本发明的计量模块。
具体实施方式
在图1中非常简单地示意性地显示具有废气后处理装置3的内燃机1。废气后处理装置3包括排气管5，氧化催化剂7和SCR催化剂11。微粒过滤器没有显示，它一般布置在氧化催化剂7的下游。废气通过排气管5的流动方向用箭头(没有附图标记)表示。
还原剂，例如尿素水溶液或者其他还原剂，供给到SCR催化剂11周围，SCR催化剂11的下游，在排气管5上布置用于尿素水溶液的喷射管13。喷射管13在需要时利用压缩空气将SCR催化剂11下游的尿素水溶液喷射到排气管5中。喷射管13经由计量管14连接计量模块15。为此，在计量模块15上设置压力管16以从压缩空气生产单元17或者压缩空气容器供应压缩空气。
除喷射管13，计量管14，计量模块15外，整个计量系统还包括计量泵18以及尿素水溶液的存储容器19。第一管道(还原剂供应管)20设置在计量泵18和剂量模块15之间。所述计量系统附加地包括排气阀21。排气阀21还能够集成到计量模块15中。第二管道22设置在存储容器19和计量泵18之间。
从第一管道20分叉出具有排气阀21的回流管23。多余的尿素水溶液经由回流管23返回到存储溶液19中。不言而喻地，回流管23也能够从计量模块15或计量泵18分叉。
为了完整起见，还显示在排气系统中布置的传感器上，即氧化氮传感器25以及温度传感器24和27。这些传感器24，25和27经由信号线路(没有附图标记)连接内燃机1的控制设备29。控制设备29控制内燃机1，并且发送数据和从计量系统的控制设备26接收数据。来往计量系统的控制设备26的信号连接在图1中用虚线表示。
图2以纵截面的形式显示第一根据本发明的实施方式中的计量模块15。根据本发明的计量模块15基本包括计量阀31，导管33和混合腔室35。计量阀31由控制设备26控制。当然也使用被动的压力操纵的计量阀(未显示)。计量阀31在图2中从上方进入计量模块15的壳体37中。导管33首先跟随计量阀31的中心轴线36，直到图2中的路线向左弯曲，从而导管33的自由端在混合腔室35的内壁附近结束。此时，导管33的直径首先突然增大，以便然后在流动方向上再次锥形地进一步打开。导管33是衬套39的一部分，并且用特氟龙或其他氟塑料制造。在汽车中装配计量模块15后，计量模块15应优选定位成，使得导管33的弯曲部分的中心轴线63基本在竖直方向上延伸。
导管33置于计量阀的出口41上。导管33或衬套39在壳体37中位于仿形密封件45的中心孔中，其中，导管33连同衬套39的一部分从仿形密封件45出来，伸入混合腔室35中。
在仿形密封件45的区域中设置用于空气-压力管16(见图1)的接口47。用于流入压缩空气的空气通道49布置在仿形密封件45和壳体37之间。仿形密封件45在图2中在下端部具有弹性密封唇口51，密封唇口51封闭空气通道49，也置于壳体37的内部上表面上。密封唇口51在这里构造成，使得密封唇口51背着压缩空气的流动方向具有尖角。由此，密封唇口51具有止回阀的功能。在密封唇口51后面，空气通道49继续引导，直到引导到混合腔室35中。空气通道49的这个区域在它的中点附加地逐渐变细。
壳体37在流动方向上用螺纹接头55封闭。密封环57负责连接位置的必需密封。螺纹接头55在中心具有孔59，孔59表示混合腔室35延长，并且在图2中在下端部上通到用于尿素水溶液的计量管61中。
在第一实施方式(根据图2)中的计量模块15功能如下：
所述尿素水溶液从存储容器19经由计量模块15的计量泵18供应。计量阀31将需要量的尿素水溶液计量入计量模块15中。尿素水溶液的喷射流量在图2中经由弯曲的导管33到达混合腔室35的左拐角中。因为所述尿素水溶液用1.5和5巴之间的压力喷射到导管33中，这些尿素水溶液反射到混合腔室35的底部上，并且因此润湿混合腔室35的所有内表面。因此，已有的尿素晶体或许在混合腔室35中再次溶解。
同时，压缩空气经由压力管16供给到计量模块15的接口47。所述压缩空气到达空气通道49中，并且在超过空气通道49和混合腔室35之间的限定压力差时打开密封唇口51。为此，所述压缩空气到达混合腔室35中。在那里，压缩空气与还原剂混合，并且到达计量管16中且从那儿到达排气管5中。
图3以纵截面的方式显示在第二实施方式中的计量模块15。在图3中并且适用于以后的附图，与图2的计量模块15的元件和区域功能等同的这种元件和区域用相同的附图标记表示，并且不再详细说明。导管33(尤其是具有用于尿素水溶液的输出口的导管33的部分)的构造和导向基本上不同于图2的计量模块15。校准到出口41的导管33的区域如图2那样理想地构造，并且如图2那样引导到衬套39中。在图3中，导管33的下部部分从图2进行变形，朝向凸缘在直径方面向左增大；但导管33在相同方向上继续延伸。它也在这个区域中(计量模块15的中心轴线36上的底部)形成导管33的下部部分的不对称布置。导管33在自由端通过盆形塞子65轴向封闭，但在盆形塞子65的侧向上部具有用于尿素水溶液的输出口67。盆形塞子65的出口构造成钩头69，它在这里在螺纹接头55内部置于混合腔室35的锥形注入的内壁上。
在第二实施方式(根据图3)中的计量模块15功能如下：
如图2中所述，所述尿素水溶液经由相同的路径到达导管33中。在这里，所述尿素水溶液首先流经导管33的狭窄部分，接着流到导管33的宽阔部分中，直到所述尿素水溶液到达导管33的自由端上的盆形塞子65。在那里，所述尿素水溶液偏转大约120°，并且随后通过输出口67流出到混合腔室35中。因所述尿素水溶液的偏转连同高速率而润湿混合腔室35的整个内表面。通过在汽车中计量模块15的优选倾斜的装配位置，保证盆形塞子65总是排泄到混合腔室35中(参看附图标记71)。如图2所述，所述尿素水溶液与压缩空气在这里混合。混合腔室35的内壁的倾斜构造附加地影响与压缩空气一起增加的尿素水溶液能够最终流入到计量管16中，到达排气管5。在这里，也润湿混合腔室35的大的区域。
两个实施例共有的是，混合腔室的大部分都被持久地或在短时间间隔中用液体还原剂润湿，从而消除晶体的形成并也许使已有的晶体溶解。
图4以纵截面的方式显示第三实施方式中的计量模块15。在这里显示的计量模块15中能够放弃仿形密封件45，因为空气通道49继续在计量管16的方向上，也朝向尿素水溶液的出口移出计量模块15。止回阀73布置在空气通道49中。通过放弃仿形密封件，计量模块15具有更小的结构长度。在其他方面，图4的实施方式与图3的实施方式相符。
在第三实施方式中的计量模块15(根据图4)功能如下：
所述尿素水溶液经由如图3所述的相同路径到达导管33中，其中，在图4，导管33的狭窄部分明显缩短。所述尿素水溶液随后到达导管33的自由端上的盆形塞子65。压缩空气经由压缩空气接口47到达空气通道49中；在空气通道49中布置的止回阀73在空气流入方向上打开。空气/尿素水溶液混合物现在能够形成在盆形塞子65的区域中，直到向外到达计量管61。所有其他过程与那些对图3所述的过程相同。止回阀73在这里的任务是阻止在系统停止时在计量阀15的内部和外部压缩空气系统(未显示)之间交换气体。在其他方面，止回阀73的作用如同密封唇口51在图2和图3的实施例中的作用。计量模块15内部的压缩比和计量模块15的计量流量也没有变化。

Claims (9)

1.一种用于液体还原剂的计量模块(15)，所述液体还原剂尤其是尿素水溶液，所述计量模块(15)用于混合所述还原剂与气体，以进一步导入内燃机(1)的排气管(15)中，所述气体尤其是空气，其中，所述计量模块(15)包括具有导管(33)的计量阀(31)、压缩空气通道(49)和混合腔室(35)，其特征在于，
所述导管(33)的用于还原剂的输出口以与所述计量模块的中心轴线(36)隔开的方式布置在所述混合腔室(35)中。
2.根据权利要求1所述的计量模块(15)，其特征在于，
所述导管(33)至少在所述还原剂的输出区域中相对于所述计量模块的中心轴线(36)弯曲。
3.根据权利要求1所述的计量模块(15)，其特征在于，
所述导管(33)在自由端盆形地封闭，并且具有用于还原剂的侧向输出口(67)。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的计量模块(15)，其特征在于，
所述布置的输出口(67)显示朝向所述混合腔室(35)的内壁。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的计量模块(15)，其特征在于，
所述压缩空气通道(49)的直径小于所述导管(33)的直径。
6.根据权利要求5所述的计量模块(15)，其特征在于，
所述导管(33)的直径比所述压缩空气通道(49)的直径大至少约因子1.1。
7.根据权利要求5或6所述的计量模块(15)，其特征在于，
所述压缩空气通道(49)在中点逐渐变细。
8.根据权利要求5至7中的任意一项所述的计量模块(15)，其特征在于，
所述压缩空气通道(49)包括止回阀(73)，尤其是弹簧加载的球阀。
9.根据前述权利要求中的任意一项所述的计量模块(15)，其特征在于，
在关闭所述系统时，所述混合腔室(33)排气。
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