CN103097681A - 喷射和计量分配装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷射和计量分配装置（1）、尤其用于将流体喷入内燃机的排气线路中，该喷射和计量分配装置具有：压力和喷射室（14），其设计用于容纳待喷射的流体并且具有至少一个喷射孔（22）；可运动的压力元件（4），其设计成使得压力和喷射室（14）中的流体压力能够通过压力元件（4）在抽吸位置和喷射位置之间的运动而改变，其中，在抽吸位置中压力和喷射室（14）中的压力是最小的，在喷射位置中压力和喷射室（14）中的压力是最大的；以及封闭元件（10），其能够在封闭位置和打开位置之间运动，其中，在封闭位置中封闭元件封闭喷射孔（22），在打开位置中封闭元件释放所述喷射孔（22）。压力元件（4）和封闭元件（10）通过至少两个相互独立的作用机构耦合并且每个独立的作用机构适合于引起，压力元件（4）从抽吸位置到压力位置的运动导致封闭元件（10）从封闭位置到打开位置的运动。

Description

喷射和计量分配装置
技术领域
本发明涉及一种喷射和计量分配装置，尤其是一种用于将液体喷射到排气线路中的喷射和计量分配装置。
背景技术
对于内燃机、尤其是用于驱动汽车的内燃机的废气品质的要求在近几年中不断地增加。尤其在柴油发动机中NOx排放是一问题，其借助于所谓的SCR催化器被抑制。在SCR催化器中对环境有害的NOx借助于通常以含水的尿素溶液的形式向催化器输送的NH3转换成N2和H2O。
为了输送尿素溶液需要计量分配系统，其以常见的方式包括电动的计量分配泵，该计量分配泵产生了所希望的喷射压力，还包括计量分配阀，所述计量分配阀分配所需的喷射量。电动的泵和电控的计量分配阀的结合在制造、安装和维护上耗费且昂贵。通过在这种结合中所需的、在计量分配泵和计量分配阀之间的压力管道可能将通过计量分配泵的运行和/或阀的关闭产生的压力波在计量分配泵和计量分配阀之间传递、相互叠加并且导致喷嘴针的未定义的打开行为。
DE102007016004A1示出了一种计量分配装置，用于将废气后处理剂计量分配地喷入内燃机的排气设施中。该计量分配装置具有计量分配泵，其在其压力侧无阀门地与喷射喷嘴连接。
EP1878920A1公开了一种流体泵，具有入口、出口和泵室，该泵室设计成容纳来自入口的液体。致动器可在第一位置和第二位置之间运动并且设计成将液体从泵室泵入出口。如果致动器位于第一位置，入口和泵室处于与供应通道的连接中。供应通道围绕致动器延伸，用以实现将热从致动器传递到液体上。
根据US2007/0295003A1的一种用于将还原剂输入液体-排气计量分配系统的高压计量分配泵具有用于驱动活塞的电磁铁，该活塞位于设计在泵的阀壳体内的孔中。该孔具有带入口止回阀和出口止回阀的压力室。活塞的运动引起，还原剂在高压下到达设置在一个位置上的喷射喷嘴，用以引起排气中的不希望的有害物质的最大还原。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种成本低廉的喷射和计量分配装置，其实现了流体的可靠的计量分配的喷射。
该任务通过按照独立权利要求1所述的根据本发明的喷射和计量分配装置以及按照独立权利要求9所述的用于喷射流体的方法解决。从属权利要求描述了根据本发明的喷射和计量分配装置和根据本发明的方法的有利的改进方案。
根据本发明的喷射和计量分配装置，尤其设计用于将流体计量分配地喷射到内燃机的排气线路中，该喷射和计量分配装置具有：压力和喷射室，其设计用于容纳待喷入的流体并且具有至少一个喷射孔；可运动的压力元件，该压力元件设计成使得在压力和喷射室中的压力可通过压力元件在抽吸位置和压力位置之间的运动改变，其中，在抽吸位置中喷射室中的压力是最小的，在压力位置中在压力和喷射室中的压力是最大的；以及封闭元件，其可在封闭位置和打开位置之间运动，其中，在封闭位置中该封闭元件封闭喷射孔，在打开位置中该封闭元件释放喷射孔。在此，压力元件和封闭元件通过至少两个相互独立的作用机构相互联接。每个作用机构适合于引起压力元件从抽吸位置到压力位置的运动，以及引起封闭元件从封闭位置至打开位置的运动。
通过将压力元件和封闭元件整合到或者说综合到唯一一个装置中，且尤其是将其中产生提高的流体压力的压力室（泵室）与喷射室（喷嘴室）合并，喷嘴同时用作泵的压力侧的阀。可以节省用于将泵与喷射喷嘴连接起来的、泵的额外的压力侧的阀和具有连接元件的压力管道。因此能够成本低廉地实现具有根据本发明的喷射和计量分配装置的计量分配系统。
通过弃用泵和喷射喷嘴之间的压力管道防止了压力波的形成，该压力波会对喷嘴的打开行为产生不利的影响。此外，通过压力室与喷射室的空间上的合并使得可能的会反射压力波的反射位置的数量最小化。通过减小的压力波影响将喷射过程尤其是关于喷射量和喷雾准备的可复现性在可能的喷射频率的大的范围上最优化。
通过将压力元件和封闭元件通过两个相互独立的作用机构相互耦合，确保喷射孔在所有运行状态下可靠的打开。
在一种实施方式中，压力元件在第一作用机构中通过喷射室中的流体对封闭元件起作用。尤其是封闭元件通过喷射室中的流体压力的增大可运动到一个打开的位置中。这样一种作用机构实现了通过压力元件的运动引起封闭元件的无磨损的以及低噪音的操作。
在一种实施方式中，压力元件通过独立于第一作用机构以及喷射室中的流体的第二作用机构对封闭元件产生作用。通过这种独立的第二作用机构确保了，即使当通过流体（第一作用机构）的作用受干扰且不足以使封闭元件运动到打开位置时，也可以可靠地打开封闭元件。所述通过第一作用机构的作用可能会受干扰，比如由于流体中的可压缩的气泡而无法在喷射室中建立足以用于打开封闭元件的压力。
在一种实施方式中，压力元件通过机械接触对封闭元件产生作用。尤其是压力元件在一个端部位置中接触封闭元件，在该端部位置中压力和喷射室中的压力是最大的。通过机械接触确保了压力元件可靠地对封闭元件产生作用。
在一种实施方式中，封闭元件具有耦合元件并且压力元件通过与耦合元件的机械接触对封闭元件产生作用。尤其是压力元件在一个端部位置中接触耦合元件并且耦合元件将压力元件的运动传递到封闭元件上，在该端部位置中在压力和喷射室中的压力是最大的。
耦合元件实现了可靠地传递压力元件对封闭元件的作用。尤其是可以将耦合元件如此构造，使得通过与压力元件的接触产生的磨损以及在接触中产生的噪音被最小化。耦合元件可以与封闭元件一体地构造或构造成单独的元件，该元件在运行中与封闭元件连接。
在一种实施方式中，压力元件与衔铁连接并且设置有电线圈。衔铁和电线圈以如下方式构造，即衔铁和与衔铁连接的压力元件可通过对线圈通电而运动。通过这种设置使得压力元件能够简单地以及可靠地运动。
在一种实施方式中，设置弹性的衔铁弹簧元件，该衔铁弹簧元件的构造，使得它将衔铁和/或压力元件压入一个抽吸位置中。
在一种实施方式中，设置弹性的阀弹簧元件，该阀弹簧元件的构造，使得它将封闭元件压入一个封闭位置中。
通过这种弹簧元件简单地以及可靠地确保了，如果没有电流流经线圈，那么衔铁、压力元件和/或封闭元件在静止状态中可靠地位于所希望的静止位置中。
本发明还包括一种用于喷射流体的方法，尤其是将流体计量分配地喷射到内燃机的排气线路中。在此，该方法包括压力元件从抽吸位置运动到压力位置中的步骤，用以提高流体的压力。压力元件的运动通过至少两个相互独立的作用机构中的至少一个对封闭元件产生作用。此外，每个作用机构适合于当压力元件从抽吸位置运动到压力位置中时起到使封闭元件从封闭位置运动到打开位置中的作用，其中，在封闭位置中封闭元件封闭喷射孔，在打开位置中封闭元件释放喷射孔。通过使压力元件设计成通过两个相互独立的作用机构对封闭元件产生作用，使得在所有运行状态中确保封闭元件的可靠打开且因此确保流体的喷射。
在该方法的一种实施形式中，压力元件在第一作用机构中通过待被喷射的流体以及在第二作用机构中独立于待喷射的流体对封闭元件产生作用。通过待喷射的流体对封闭元件产生作用的这种方法实现了对封闭元件的磨损特别小以及噪音特别低的作用，用以使其运动。独立于待喷射的流体对封闭元件产生作用的作用机构尤其是在以下运行状态中确保了喷射孔的可靠的打开，在这些运行状态中根据第一作用机构通过流体的作用有故障。
附图说明
下面参照附图详细阐述本发明。其中：
附图示出了根据本发明的喷射和计量分配装置1的一部分的示意性截面视图。
具体实施方式
在下面的描述中如“上”和“下”的说明用于更好地阐述在附图中所示的本发明的实施例的示意图，不能将本发明限制到所示的实施例或某种取向或者说安装位置上。
喷射和计量分配装置1具有基本上旋转对称地围绕纵轴A设计的保持体6，该保持体具有下部的保持体区域6a和上部的保持体区域6b。下部的保持体区域6a在垂直于纵轴A设置的平面中具有比上部的保持体区域6b更小的横截面。
在保持体6中，比如旋转对称地围绕纵轴A设计有压力和喷射室14，其具有上部区域14b和下部区域14a。设计在上部的保持体区域6b中的、压力和喷射室14的上部区域14b在垂直于纵轴A设置的平面中具有比设计在下部的保持体区域6a中的下部区域14a更大的直径。
在附图中在下方示出的、下部的保持体区域6a的端面6c中，围绕纵轴A设计有喷射孔22，该喷射孔被阀座7包围，其中，端面6c在下方限定压力和喷射室14的下部区域14a。
穿过喷射孔22和压力和喷射室14的下部区域14a平行于纵轴A延伸有一个喷嘴针10，在喷嘴针的下端部处在压力和喷射室14之外设置有球形设计的封闭元件10a，如果喷嘴针10位于上部的封闭位置中，则封闭元件10a从下方、即从保持体6之外贴靠到围绕喷射孔22设计的阀座7上并且基本上流体密封地封闭喷射孔22。
在压力和喷射室14的下部区域14a内以与喷射孔22一定距离地围绕喷嘴针10的周边设置一个支撑环10b，该支撑环固定地与喷嘴针10连接。一个弹性的阀弹簧元件（喷嘴针弹簧元件）20围绕喷嘴针10的沿纵轴A在支撑环10b与压力和喷射室14的下部区域14a的下端面6c之间延伸的区域设置并且将喷嘴针10弹性地支撑在下部的保持体区域6a的端面6c上，使得喷嘴针10可朝平行于纵轴A的方向运动。
通过弹性的阀弹簧元件20将喷嘴针10在静止状态中压入上部的封闭位置中，在该封闭位置中球形的封闭元件10a的面向保持体6的上部区域贴靠在围绕喷射孔22设计的阀座7上并且将喷射孔22基本上流体密封地封闭，从而使得没有流体能够从压力和喷射室14中穿过喷射孔22流出。
喷嘴针10的在支撑环10b上方设置在背离封闭元件10a的端部处的区域被设计成耦合元件12，该耦合元件沿纵轴A穿过压力和喷射室14的下部区域14a延伸到压力和喷射室14的上部区域14b中。在喷嘴针10的背离封闭元件10a的上端部处，在耦合元件12上设计一个冲头形式的耦合区域12a。该耦合区域12a在垂直于纵轴A设置的平面中具有比喷嘴针10以及比耦合元件12更大的横截面。
压力和喷射室14的背离封闭元件10a的上端部通过弹性的薄膜4构成边界，该薄膜沿其圆周固定在在附图中不可见的保持装置上。压力和喷射室14的容积可通过弹性的薄膜4的运动改变。
在弹性的薄膜4上方在基本上平行于薄膜4撑开的平面中设置有一个衔铁2。在衔铁2上在中部区域中围绕纵轴A设计有一个朝薄膜4的方向突起的接触区域2a。该接触区域2a与弹性的薄膜4的中部区域连接和/或整合到该中部区域中，使得接触区域2a实现薄膜4和衔铁2之间的机械连接。
衔铁2可平行于纵轴A运动。在衔铁2平行于纵轴A的运动中通过衔铁2和薄膜4之间的连接也使薄膜4运动，从而使得压力和喷射室4的容积可通过衔铁2的运动改变。
在保持体6的上部区域6b内围绕薄膜4的圆周设置有线圈体8。该线圈体8可以尤其是设计成或设计有用于薄膜4的保持装置。
衔铁2通过至少一个设置在衔铁2和线圈体8之间的弹性的衔铁弹簧元件24弹性地支撑在线圈体8上。在此，如果没有电流流经线圈8，则衔铁弹簧元件24在静止状态中将衔铁2压入（上部的）抽吸位置中，在该抽吸位置中通过与衔铁2连接的薄膜4限定的、压力和喷射室14的容积是最大的。
流体入流机构18从侧部通向压力和喷射室14的下部区域14a中，其中，喷射和计量分配装置1在运行中可通过该流体入流机构将流体从液罐中输入。在流体入流机构18进入压力和喷射室14的入口处设置有单向阀16，其使得流体可以从流体入流机构18流入压力和喷射室14中并且阻止了流体从压力和喷射室14回流到流体入流机构18中。
如果衔铁2位于之前描述的抽吸位置中，则流体从流体入流机构18经过打开的单向阀16流入压力和喷射室14中。
为了触发喷射过程，通过在附图中不可见的电接头使电流经过线圈8传导，该线圈8可额外地设计有在附图中不可见的金属芯和/或铁氧体芯。经过线圈8的电流产生了磁场，其将设置在线圈8上方的衔铁2朝压力和喷射室14的方向吸引到一个产生压力的喷射位置中。
通过衔铁2到喷射位置中的这种运动使得弹性的薄膜4的中部区域朝压力和喷射室14的方向运动并且薄膜4减小了压力和喷射室14的容积。
单向阀16封闭且防止了流体从压力和喷射室14回流到流体入流机构18中，从而使得所述的衔铁2和薄膜4的运动导致了压力和喷射室14中的压力升高。
如果压力和喷射室14中升高的压力超过了预设的极限值，则阀弹簧元件20不再能够将喷嘴针10克服压力和喷射室14中的流体的压力保持在封闭位置中并且喷嘴针10运动到一个打开的位置中，其中，封闭元件10a从阀座7上脱开且释放喷射孔22，从而流体可以从压力和喷射室14穿过喷射孔22流出（喷射过程）。
在正常运行中，如前所述，通过压力和喷射室14中的升高的压力将喷嘴针10运动到打开的位置中。由于喷嘴针10在这种情况下被液压地运动，因此磨损和产生的噪音都很小。
如果为打开喷嘴针10所需的、压力和喷射室14中的流体压力不够，比如因为可压缩的气体、尤其是空气位于压力和喷射室14中，则固定在衔铁2的接触区域2a上的、薄膜4的中部区域在衔铁2的最大行程（下止点）快要到达前碰撞到耦合元件12的耦合区域12a上并且将耦合元件12朝喷射孔22的方向压。
耦合元件12的运动传递到喷嘴针10上。喷嘴针10和球形的封闭元件10a从封闭位置运动到打开位置中，在打开位置中封闭元件10a释放喷射孔22。
如果没有达到为喷嘴针10的液压运动所需的压力和喷射室14中的流体压力，则通过该作用机构也打开了喷射孔22。流体和气体可以通过喷射孔22从压力和喷射室14中泄出。确保的是，比如吸入到压力和喷射室14中的空气或通过流体的化学分解在压力和喷射室14中产生的气体可以通过喷射孔22泻出并且喷射和计量分配装置1保持良好的工作状态。
接触区域2a和薄膜4之间的连接还可以设计成，接触区域2a延伸穿过薄膜4并且在衔铁2快要到达下止点之前接触耦合元件12的耦合区域12a。
由于喷嘴针10的行程通常仅为泵行程、即衔铁2的行程的一小部分，因此薄膜4或者说衔铁的接触区域2a在快要到达衔铁行程2的下止点之前才接触耦合元件12的耦合区域12a就已足够使喷嘴针10运动到打开的位置中。
在正常运行中，如果在压力和喷射室14中不存在可压缩的气体，则优选在薄膜4和冲头元件12a之间不发生接触。因此在正常运行中可以避免通过薄膜4或者说衔铁2在耦合元件12的耦合区域12a上的撞击引起的磨损和噪音形成。
本发明提出了一种喷射和计量分配装置，其可靠地实现了计量分配地喷射流体并且可以在正常运行中低噪音地以及低磨损地运行。

Claims (10)

1.一种喷射和计量分配装置（1）、尤其用于将流体喷入内燃机的排气线路中，所述喷射和计量分配装置具有：压力和喷射室（14），该压力和喷射室被设计用于容纳待喷射的流体并且具有至少一个喷射孔（22）；可运动的压力元件（4），该压力元件设计成使得压力和喷射室（14）中的流体压力能够通过压力元件（4）在一个抽吸位置和一个喷射位置之间的运动而改变，其中，在所述抽吸位置中压力和喷射室（14）中的压力是最小的，在所述喷射位置中压力和喷射室（14）中的压力是最大的；以及封闭元件（10），该封闭元件能够在一个封闭位置和一个打开位置之间运动，其中，在所述封闭位置中所述封闭元件封闭喷射孔（22），在所述打开位置中所述封闭元件释放所述喷射孔（22），
其中，所述压力元件（4）和所述封闭元件（10）通过至少两个相互独立的作用机构耦合并且每个独立的作用机构适合于引起压力元件（4）从抽吸位置到压力位置的运动导致封闭元件（10）从封闭位置到打开位置的运动。
2.根据权利要求1所述的喷射和计量分配装置，其设计成，所述压力元件（4）在运行中通过位于压力和喷射室（14）中的流体对封闭元件（10）产生作用。
3.根据权利要求1或2所述的喷射和计量分配装置，其设计成，所述压力元件（4）在运行中通过独立于压力和喷射室（14）中的流体的作用机构对封闭元件（10）产生作用。
4.根据权利要求3所述的喷射和计量分配装置，其设计成，所述压力元件（4）通过机械接触对封闭元件（10）产生作用。
5.根据权利要求4所述的喷射和计量分配装置，其设计成，所述封闭元件（10）具有耦合元件（12）并且所述压力元件通过与耦合元件（12）的机械接触对封闭元件（10）产生作用。
6.根据前述权利要求中任一项所述的喷射和计量分配装置，具有线圈（8）和衔铁（2），其中，所述压力元件（4）机械地与衔铁（2）连接，并且所述衔铁（2）和所述线圈（8）的设计使得所述衔铁（2）和所述压力元件（4）能够通过对线圈（8）通电而运动。
7.根据权利要求6所述的喷射和计量分配装置，其中，设置至少一个衔铁弹簧元件（24），所述衔铁弹簧元件的构造以及设置，使得所述衔铁弹簧元件将衔铁（2）和/或压力元件（4）压入抽吸位置中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的喷射和计量分配装置，其中，设置至少一个阀弹簧元件（20），它的构造及设置，使得该阀弹簧元件将封闭元件（10）压入封闭位置中。
9.一种用于喷射流体的方法，尤其是用于将流体计量分配地喷射到内燃机的排气线路中，其中，所述方法包括通过压力元件（4）的运动提高流体的压力的步骤，其中，所述压力元件（4）的运动通过至少两个相互独立的作用机构中的至少一个对封闭元件（10）产生作用并且每个独立的作用机构适合于引起，使封闭元件（10）从个封闭位置运动到一个打开位置中，在所述封闭位置中所述封闭元件封闭一个喷射孔（22），在所述打开位置中所述封闭元件释放所述喷射孔（22）。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述压力元件（4）在第一作用机构中通过待被喷射的流体对封闭元件产生作用以及在第二作用机构中独立于待被喷射的流体对封闭元件（10）产生作用。
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