CN103649482A - 计量系统和用于计量系统的3/2换向阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于计量还原剂，尤其是水状尿素溶液到机动车废气管中的计量系统，其包括计量阀（1）、还原剂储存箱（2）和输送模块（3），以及回流管线（5），其中，所述输送模块用于将所述还原剂经由输入管线（4）从所述储存箱（2）输送到所述计量阀（1），所述回流管线在所述输送模块（3）的下游从所述输入管线（4）分支出并且连接到所述储存箱（2），其中，所述计量系统还具有实现回吸功能的阀装置（6）。根据本发明，阀装置（6）具有第一2/2换向阀（7），其在所述输送模块（3）上游布置在输入管线（4）中；和还具有第二2/2换向阀（9），其布置在旁通管线（8）中，或者阀装置设计为3/2换向阀（10）。本发明还涉及一种用于所述类型的计量系统的3/2换向阀。

Description

计量系统和用于计量系统的3/2换向阀
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的计量系统，用于将还原剂，尤其是水状尿素溶液计量到内燃机废气管中。本发明还涉及一种用于这种计量系统的3/2换向阀。
背景技术
由于对内燃机废气排出值的法定要求日益严格，废气必须被后处理以满足预定的限值。为了还原氮氧排出物，特别是在柴油机情形下，必须使用能够明显降低氮氧排放物（NOX）的还原催化器。在废气到达催化器之前，还原剂被输送到废气中，所述还原剂例如是水状尿素溶液，水状尿素溶液在催化器中生成氨，氨又在下游的催化器中与氧化氮反应以生成无害的氧气和水。所述水状的尿素溶液通过计量系统供给，所述计量系统通常包括储存箱，用于储存还原剂；计量阀以及供给设备，所述供给设备用于将在储存箱中储存的还原剂输送到所述计量阀。这种计量系统通常是调压的液压系统。
这种计量系统例如在DE102004054238A1中进行了说明。为了阻止水状尿素溶液在外部温度低时结冰和进而也许损坏所述计量系统，在这份文献中提出，位于计量源和储存箱之间的至少一个施加有液体的区域在与正常运行的液体供给方向相反的方向上被排空，为此，所述计量系统优选具有一个带有旋转方向可逆的供给泵。备选地，通过安装适当的阀，例如4/2换向阀实现供给方向的反转。4/2换向阀依赖于各个阀位置而可在一个供给方向上或在其它供给方向上导通。
为了在供给方向不反转的情形下能够排空所述计量系统，成本高昂的、方向可反转的供给泵和/或昂贵的专用阀不是必须安装的，在DE102007044403B4中提出一种计量系统，其具有在回流管线中布置的密封装置和在吸取管线中布置的通风装置。通过在供给装置的下游从输入管线分支的回流管线，输出装置与储存容器相连接。与此相反，所述吸取管线在所述供给模块的上游从所述输入管线分支，并且同样连接到所述储存容器上。优选地，密封装置和通风装置被构造为阀，进一步优选被构造为2/2换向阀。在正常运行中，两个阀关闭。为了进行排空运行，两个阀被打开。从现在开始，通过所述吸取管线从所述储存容器吸取气体。气体体积被供给到所述输出装置，并且在那里排除位于输入管线中的还原剂。通过所述回流管线和打开的密封装置，所述还原剂回流到所述储存容器中。只要所述密封装置或者通风装置被打开，在所述泵的供给运行中也实现循环泵或者输入管线的冲洗。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明的任务是说明一种计量系统的备选构思，它不需要使用成本高的供给模块，也不需要使用昂贵的专用阀，但能够反流冲洗所述系统。本发明以这种方式可提供一种简单且成本低地制造的计量系统。
为了解决这个任务，本发明提出一种具有权利要求1的特征的计量系统。本发明的优选改进方案在从属权利要求中说明。为了解决这个任务，本发明还提出一种具有权利要求5的特征的、用于这种计量系统的3/2换向阀。
本发明提出的计量系统用于将还原剂，尤其是水状尿素溶液计量到机动车的废气管中，其包括计量阀，还原剂储存箱和供给模块以及回流管线，其中，所述供给模块用于将还原剂经过输入管线从所述储存箱供给到所述计量阀，所述回流管线在所述供给模块的下游从所述输入管线分支并且连接到所述储存箱上。所述计量系统还包括用于实现回吸功能的阀装置。根据本发明的阀装置具有第一2/2换向阀和第二2/2换向阀或被实施为3/2换向阀，其中，所述第一2/2换向阀在所述供给模块的上游布置在所述输入管线中，所述第二2/2换向阀布置在旁通管线中。通过使用两个2/2换向阀可以以简单的方式实现回吸功能。备选地，如果不是使用两个2/2换向阀，而是使用一个3/2换向阀，则所述系统可更简单，因为例如可省去所述旁通管线。通过所述旁通管线，所述供给模块的压力侧可与吸取侧相连接。
优选地，所述供给模块通过吸取阀和压力阀连接到所述输入管线上，其中，所述吸取阀和压力阀优选实施为止回阀。即所述吸取阀和压力阀被实施为简单的被动阀，由此所述系统被进一步简化。
进一步优选地，所述回流管道包括节流阀和/或压力阀，其中，所述压力阀优选也构造为止回阀。通过使太多被供给的还原剂经过所述回流管线又输送到所述储存箱，所述节流阀和/或压力阀以简单的方式保证所述供给模块的压力侧上不变的压力。此外，这能够构成回吸运行，在此过程中，所述还原剂同样通过所述回流管线回流到所述储存箱中。
优选地，所述供给模块是活塞泵。所述系统由此可更简单并且低成本地构成。在所述活塞泵的吸取行程中，优选被构造为止回阀的吸取阀自动打开，从而，还原剂从所述储存箱经过所述输入管线到达所述泵工作腔室中。在所述泵的供给行程中，所述还原剂被压缩并且经过同样被构造为止回阀和进而自动打开的压力阀，通过所述输入管线输送到所述计量阀。
为完成所述任务，根据本发明的计量系统的3/2换向阀包括壳体和连接元件，其中，三个接头构造在所述壳体上，所述连接元件在两个阀座之间可往复运动以切换所述接头，并且所述连接元件可用电或磁力操纵且在朝向阀座的方向上还通过弹簧元件的弹簧力加载。所述3/2换向阀可代替前面与根据本发明的计量系统相关联地描述的两个2/2换向阀。此外，使用根据本发明的3/2换向阀同样省去了前述旁通管线。由此能够缩短所述管线路径和更紧凑地构成所述系统。
通过三个接头，所述3/2换向阀可与所述储存箱和供给模块连接，以使在第一接通位置中，所述连接元件贴靠在第二阀座上，从而所述第一阀座被打开，所述储存箱与所述供给模块的吸取侧形成连接。这个接通位置相应地使所述计量系统正常运行，其中，还原剂经过所述供给模块从所述储存箱吸取并且输送给计量阀。在第二接通位置中，所述连接元件贴靠在第一阀座上并且所述第二阀座被打开。在这个接通位置中，所述供给模块的压力侧可与所述吸取侧连接，但连接到所述储存容器的连接被中断。所述供给模块相应从所述压力侧输入管线吸取还原剂，从而在所述计量阀同时打开时，空气到达所述系统中，而所述还原剂经过所述回流管线回流到所述储存箱中。所述第二接通位置相应地用于实现回吸功能。
根据本发明的一个优选实施例，所述连接元件构造为板形的，并且设有至少一个密封件，所述密封件与阀座密封地相互作用。所述密封件应阻止泄漏到各阀座区域中，以阻止尤其在静止状态时不希望地再次填充所述系统。因为所述供给模块的阀通常在运行模式以外是渗漏的，因此存在由于空气泄漏和储存在储存箱中的还原剂的静液压压力而再次填充所述系统的风险。卧式结构的所述系统尤其存在这种风险，即所述系统布置在所述储存箱的液面以下。结果，所述系统不再适用于冰压。为了克服这种风险，在板形连接元件上设置密封件。优选地，所述密封件布置在所述板形连接元件上，以使它与所述第一阀座密封地相互作用。所述密封件能够例如通过薄的橡胶层实现，所述薄的橡胶层被硫化到所述板形连接元件上。备选地或补充地，至少一个阀座，优选所述第一阀座也可设有硫化的橡胶层。
所述阀座优选以相对置的方式布置。为了打开和关闭所述阀座，所述连接元件只必需往复运动。为此使用致动器，优选电磁铁进行。在所述致动器不通电状态下，所述连接元件经过弹簧元件的弹簧力保持与阀座贴靠，而在所述致动器通电状态下，所述连接元件克服所述弹簧元件的弹簧力在朝向各不相同的阀座的方向上运动。为了使3/2换向阀保持持久耐用，所述连接元件利用所述弹簧元件的弹簧力优选在朝向第二阀座的方向上被加载。因此，在所述系统的正常运行中，所述第一阀座在所述致动器不通电时被打开，所述供给模块经过所述第一阀座而与所述储存箱连接。所述系统不产生不需要的废热，因为所述电磁铁只在实现回吸功能才通电。由此能够延长所述阀的使用寿命。已经证明，使用所述弹簧元件的弹簧力在朝向第一阀座的方向上对所述连接元件加载也是有利的。在正常运行中，为了打开所述第一阀座，所述电磁铁才通电。在事故情形下，如果所述电磁铁中断通电，则所述系统可能通过所述弹簧元件关闭，因为所述弹簧元件的弹簧力使所述连接元件复位到所述第一阀座中。
附图说明
下面将参考附图，详细说明本发明的优选实施例，其中：
图1示出根据本发明的计量系统在正常运行（所述模块处于吸取模式中）时的示意图；
图2示出图1的系统在正常运行（所述供给模块处于供给模式中）时的示意图；
图3示出图1的系统在回吸运行（所述供给模块处于吸取模式中）时的示意图；
图4示出图1的系统在回吸运行（所述供给模块处于供给模式中）时的示意图；
图5示出根据本发明的第一3/2换向阀的示意图；
图6示出图1的系统在静止状态时的示意图；和
图7示出根据本发明的第二3/2换向阀的示意图。
具体实施方式
下面首先参考图1至4和6说明根据本发明的计量系统的结构和功能原理。
图1至4和6中示出的根据本发明的计量系统包括计量阀1和储存箱2，还原剂，优选水状尿素溶液储存在储存箱2中。所述计量系统还包括供给模块3，当前为活塞泵，在正常运行中，供给模块3将所述还原剂从储存箱2经过输入管线4输送到计量阀1。回流管线5在供给模块3的压力侧上从输入管线4分支，节流阀13和压力阀14布置在回流管线5中，节流阀13和压力阀14的形式都是简单的止回阀。节流阀13和压力阀14保证太多被供给的还原剂经过供给模块3不被输送到计量阀1，而是输送到储存箱2。所述系统还包括阀装置6，阀装置6包括第一和第二2/2换向阀7、9或者被构造为3/2换向阀10。
在具有第一和第二2/2换向阀7、9的实施例中，第一2/2换向阀7在供给模块3的吸取侧上布置在输入管线4中，第二2/2换向阀9布置在旁通管线8中。如果阀装置6实施为3/2换向阀10，旁通管线8能够被省去。
供给模块3连接到阀装置6上，以使所述系统在第一接通位置中可正常运行和在第二接通位置中可回吸运行。
图1和图2示出所述系统处于正常运行，其中，供给模块3在图1中执行吸取行程（参见箭头S）和在图2中执行供给行程（参见箭头F）。在正常运行中，输入管线4中的阀7被打开并且旁通管线8中的阀9被关闭。如果阀装置6被构造为3/2换向阀10，阀7、9被阀座19、20代替。即在正常运行中，第一阀座19被打开和第二阀座20被关闭。如图5所示，在这个接通位置中，接头16和18以液压方式连接，其中，接头16是箱接头和接头18是供给模块3的吸取侧上的接头。另一接头17使供给模块3的压力侧与所述吸取侧相连接，在这个接通位置中，由位于第二阀座20上的连接元件21关闭。连接元件21在这里通过弹簧元件22的弹簧力保持与第二阀座20相贴靠。所述3/2换向阀在图1至4和6用虚线轮廓线表示。
如图1所示，在正常运行中，还原剂经过供给模块3从储存箱2输送到计量阀1。如果输入管线4中的压力超过某确定的限定值，布置在回流管线5中且被构造为止回阀的压力阀14被打开，并且多余的还原剂被导送回箱2中。在正常运行中，供给模块3的吸取阀11在吸取行程过程中被打开，然而压力阀12被关闭（参见图1）。所述还原剂因而到达泵工作腔室中。在供给模块3的供给行程中，吸取阀11关闭并且还原剂在所述泵工作腔室中被压缩，直到又达到确定的限制压力并且压力阀12打开（参见图2）。
在图3和4中现在示出所述系统处于回吸运行。在回吸运行中，阀7或第一阀座19被关闭和阀9或第二阀座20打开（参见图7）。供给模块3的吸取侧从现在起与所述压力侧相连接。在所述吸取过程（参见图3中箭头S）中，供给模块3相应地从输入管线4的压力侧部分吸取还原剂，由此形成低压并且计量阀1被打开，计量阀1优选被构造为向内打开的阀。空气通过计量阀1到达输入管线4中（参见图3）。通过供给模块3从输入管线4吸取的还原剂在所述供给行程（参见图4中箭头F）中在泵工作腔室中被压缩，并且通过压力阀12又被输送到输入管线4。在那里，所述还原剂通过以及被吸取的空气排除，并且通过回流管线5和打开的压力阀14导送回储存箱2中（参见图4）。
因为使用3/2换向阀10，所述系统能够被紧凑地构造，这个实施例是优选的。下面参考图5和7更详细地说明根据本发明的3/2换向阀的优选实施例。
根据本发明的3/2换向阀10具有壳体15，壳体15当前被实施为两件式的并且共包括接头16、17、18。接头16和17相对置地布置并且分别构成一个阀座19、20，板形连接元件21可往复运动地安置在它们之间。根据本发明的3/2换向阀10还设有弹簧元件22和电磁铁23，其中，弹簧元件22在朝向阀座19、20的方向上向连接元件21施加弹簧力，电磁铁23用作操纵装置。电磁铁23被布置成，在电磁铁23通电时，连接元件21克服弹簧元件22的弹簧力在朝向各另外的阀座20、19的方向上运动。在图5的实施例中，弹簧元件22使连接元件21与第二阀座20相贴靠。它的优点是在所述系统的正常运行中，电磁铁23不再必须通电。由此避免附加的废热和提高所述阀的使用寿命。在图7的实施例中，连接元件21由弹簧元件22的弹簧力保持与第一阀座19相贴靠。于是，在所述系统的正常运行中，电磁铁23通电，这可能首先作为缺点示出。然而，在这个设计方案中，通过在电磁铁23错误通电时，弹簧元件22的弹簧力使连接元件21复位到阀座19中，所述3/2换向阀能够使所述系统被应急切断。
此外，图7的实施例与图5的实施例的不同之处是连接元件21优选是磁性特种钢制成的钢板，设有密封件25。所述密封件能够例如用薄橡胶层构成，所述薄橡胶层被硫化到板形连接元件21的一侧或两侧上。在图7的实施例中，连接元件21的与第二阀座20相互作用的密封面设有相应的密封件。
壳体15在两个实施例中都实施为两件式的，优选用塑料制成。壳体15的两个半部分通过密封件24相互密封。电磁线圈，磁轭和电磁铁23的其余导磁部分优选喷射到壳体15的塑料中，从而防止受到侵蚀性还原剂的侵蚀。塑料罩在工作空气间隙的区域中应被选择为厚度不超过0.5mm。
从约2mm的阀座直径出发，所述系统可利用约10bar的系统压力和弹簧元件22的约5N的弹簧力以及电磁铁23的磁力安全地运行。这种小的力导致阀装置6小的紧凑结构。

Claims (6)

1.一种计量系统，用于将还原剂，尤其是水状尿素溶液计量到机动车的废气管中，包括计量阀（1）、还原剂储存箱（2）和供给模块（3）以及回流管线（5），其中，所述供给模块（3）用于将还原剂经输入管线（4）从所述储存箱（2）供给到所述计量阀（1），所述回流管线（5）在所述供给模块（3）的下游从所述输入管线（4）分支出并且连接到所述储存箱（2）上，其中，所述计量系统还包括用于实现回吸功能的阀装置（6），其特征在于，
所述阀装置（6）具有第一2/2换向阀（7）和第二2/2换向阀（9）或者被构造为3/2换向阀（10），其中，所述第一2/2换向阀（7）在所述供给模块（3）上游布置在所述输入管线（4）中，所述第二2/2换向阀（9）布置在旁通管线（8）中。
2.根据权利要求1所述的计量系统，其特征在于，所述供给模块（3）经由吸取阀（11）和压力阀（12）连接到所述输入管线（4）上，其中，所述吸取阀（11）和压力阀（12）优选被构造为止回阀。
3.根据权利要求1或2所述的计量系统，其特征在于，所述回流管线（5）包括节流阀（13）和/或压力阀（14），其中，所述压力阀（14）优选被构造为止回阀。
4.根据前述权利要求中任一项所述的计量系统，其特征在于，所述供给模块是活塞泵。
5.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的计量系统的3/2换向阀，包括壳体（15）和连接元件（21），其中三个接头（16、17、18）构造在所述壳体（15）上，并且所述连接元件（21）为切换所述接头（16、17、18）而在两个阀座（19、20）之间往复运动，所述连接元件（21）可以以电或电磁方式被操纵且在朝向阀座（19、20）的方向上还通过弹簧元件（22）的弹簧力加载。
6.根据权利要求5所述的3/2换向阀，其特征在于，所述连接元件（21）构造为板形的，并且设有密封件（25），所述密封件（25）与阀座（19、20）密封地相互作用。
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