CN103821596B - 吹扫和密封-选择性催化还原系统的还原剂输送单元 - Google Patents

Abstract

密封装置用作还原剂输送单元（RDU）中的喷射器的一部分，其中，RDU是选择性催化还原（SCR）系统的一部分，用于将柴油排气流体（DEF）喷射到排气系统中，用于控制排气排放物。通过减少流体体积从喷射器排放，除了改进单元的密封性能之外，本发明改进RDU的吹扫效率，且提供附加密封屏障，以减少现有密封元件的密封负载。具有环形密封件和止挡元件（也称为“柱塞”）的附加密封装置被压入到喷射器的上部阀主体中，由于在吹扫开始时的减少初始容积，这导致在吹扫事件后留下的减少流体体积。

Description

吹扫和密封-选择性催化还原系统的还原剂输送单元

技术领域

本发明总体上涉及用作喷射器的一部分的密封特征，用于减少流体体积从喷射器排放且提供减少密封负载的密封屏障。

背景技术

欧洲和北美的新排放物规定驱使新排气后处理系统的实施，尤其是对于稀燃技术，例如压缩点火（柴油）发动机和分层充气火花点火发动机（通常与直接喷射一起），其在稀和超稀条件下操作。稀燃发动机展现高水平的氮氧化物排放物（NOx），其在稀燃燃烧的富含氧排气环境特性中难以处理。当前开发在这些条件下处理NOx的排气后处理技术。

这些技术中的一种包括催化剂，其利于氨（NH₃）与排气氮氧化物（NOx）反应以产生氮气（N₂）和水（H₂O）。该技术称为选择性催化还原（SCR）。在机动车环境中，氨难以以其纯的形式处理，因而这些系统通常使用液体含水尿素溶液，通常处于32％的尿素（CO(NH₂)₂）浓度。溶液称为AUS-32，且还在其商业名称AdBlue下已知。尿素通常通过使用喷射器输送给热排气流，且在进入催化剂之前转换为氨。更具体地，尿素输送给热排气流，且在经受热解或热分解为氨和异氰酸（HNCO）之后在排气中转换为氨。异氰酸然后与排气中存在的水经受水解，且转换为氨和二氧化碳（CO₂），热解和水解得到的氨然后经受与氮氧化物的催化反应，如前文所述。

AUS-32或AdBlue具有-11 C的冰点，且在冷气候下预期发生系统冰冻。由于这些流体是含水的，在冰冻后过渡至固体状态之后发生体积膨胀。该膨胀的冰可能在任何封闭容积（例如，喷射器或流体供应管）上施加显著的力。该膨胀可引起喷射单元的损坏，因而喷射系统通常在发动机关闭时吹扫喷射单元以去除其中容纳的流体。

在已知系统配置中，喷射器吹扫通过颠倒系统泵送方向且在系统上抽吸真空来完成。喷射器在该条件期间打开，且排气被抽吸通过喷射器，因而将流体往回移位到流体贮存器。已经发现，该方法的效率不是100％，即，一定量的流体剩留在喷射单元中。虽然剩留流体的量可能不总是足以有在冰冻后损坏喷射器的风险（膨胀容积可用于膨胀冰），但是在发动机热浸期间，仍然有剩留流体可能暴露于高温的风险。该高温暴露可导致AUS-32分解，这还将引起喷射单元的损坏。

在其它类型的设计中，已经发现，剩留流体往往收集在喷射器的上部部分中，在过滤器和入口管之间的容积中。许多类型的喷射器具有O形环，其与喷射器杯结合使用以提供密封功能，且防止剩留流体泄漏。然而，在一些喷射器中，存在AUS-32经过所安装O形环（与喷射器杯协作以提供密封功能）的潜在泄漏路径。虽然由O形环产生的该密封路径对于液体来说通常足够了，但是已经发现AUS-32溶液易于以蔓延尿素晶体的形式打破这种类型的密封。在流体边界层处，如果存在密封接头的微小旁路，流体蒸发且留下以其固体形式的尿素。这提供用于更多液体尿素溶液的芯吸路径，这建立另一边界层，蒸发且留下更多固体尿素。已经在AUS-32系统上观察到该蔓延机制。

因而，需要在喷射器被吹扫之后减少O形环所暴露的流体量的改进密封机构。

发明内容

本发明是用作喷射器的一部分的密封装置。所述喷射器可以用作还原剂输送单元（RDU）的一部分，其中，RDU是选择性催化还原（SCR）系统的一部分，用于将柴油排气流体（DEF）喷射到排气系统中，用于控制排气排放物。

所述RDU将还原剂载体（例如，含水尿素溶液）输送给发动机排气系统。所述溶液转换为氨，氨然后在催化剂环境中与排气氮氧化物反应以产生氮气和H₂O。一种类型的尿素，商业上称为AdBlue，具有-11℃的冰点。为了防止在冰冻条件期间部件损坏，AdBlue喷射系统通过吹扫从喷射器去除流体。除了改进单元的密封性能之外，本发明改进RDU的吹扫效率。

本发明的目的是减少流体体积从喷射器排放。本发明的另一目的是提供附加密封屏障，以减少现有密封元件的密封负载。特征包括附加密封装置，具有被压入到喷射器的上部阀主体中的止挡元件（也称为“柱塞”）和环形密封件。喷射器然后安装到喷射器杯中，从而确保密封装置的环形密封件在形成为喷射器的上部阀主体的一部分的凸缘部分和喷射器杯之间被压缩。

通过止挡元件和环形密封件的组合移位实现容积减少。环形密封件优选由柔顺弹性体材料形成，其抵抗暴露于AUS-32，例如三元乙丙橡胶（EPDM）。

由于在吹扫开始时减少的初始容积，容积减少导致在吹扫事件之后留下的减少流体体积。环形密封件提供蔓延尿素的附加屏障。因而，任何现有密封元件，例如O形环，仅仅需要防止被蔓延尿素打破，而不是加压流体。

在一个实施例中，本发明是具有密封装置的喷射器，其中，所述喷射器包括：具有凸缘部分的上部阀主体；以及O形环，所述O形环环绕上部阀主体的外表面且与上部阀主体的外表面接触。所述喷射器还包括帽，所述帽具有一起整体形成的大直径部分、小直径部分和周向凸缘，其中，所述帽的大直径部分基本上环绕O形环，使得所述帽的大直径部分的内表面与O形环接触，至少部分地压缩O形环，从而在O形环和帽的大直径部分之间以及在O形环和上部阀主体的外表面之间提供密封功能。

所述密封装置包括具有孔的止挡元件；第一肋和第二肋作为止挡元件的一部分形成。所述密封装置还包括具有周向部分的环形密封件。所述周向部分具有与上部阀主体的凸缘部分接触的下表面，且多个肋作为环形密封件的周向部分的一部分形成。所述多个肋中的每个与帽的周向凸缘的内表面接触，且孔作为周向部分的一部分形成。

所述喷射器还包括入口部，作为入口部的一部分形成的孔与止挡元件的孔和环形密封件的孔基本上对齐，从而流体被允许通过入口部、止挡元件和环形密封件以通过阀主体。减小直径部分也作为入口部的一部分形成，所述减小直径部分接收在帽的小直径部分中且由帽的小直径部分环绕。所述多个肋中的每个与周向凸缘的内表面接触，环形密封件的周向部分的下表面与凸缘部分接触，以提供密封功能，从而防止O形环在SCR操作期间暴露于流体。

本发明的进一步应用范围将从下文提供的详细描述显而易见。应当理解的是，详细描述和具体示例，虽然表示本发明的优选实施例，但是仅仅旨在用于说明目的，而不旨在限制本发明的范围。

附图说明

从详细描述和附图将更充分地理解本发明，其中：

图1是根据本发明实施例的用作喷射器的一部分的密封装置的透视图；

图2是根据本发明实施例的用作喷射器的一部分的密封装置的截面图；和

图3是根据本发明实施例的具有密封装置的喷射器的部分截面图。

具体实施方式

优选实施例的以下描述本质上仅仅是示例性的，且绝不旨在限制本发明、其应用或使用。

现在总体上参考附图，总体上以10示出了根据本发明的具有密封装置的喷射器的一部分。喷射器10包括壳体部分12，壳体部分12基本上环绕上部阀主体14。壳体部分12是中空的，且上部阀主体14具有凹口部16，凹口部16抵靠壳体部分12的内表面18放置且通过使用干涉配合将壳体部分12和阀主体14连接。

上部阀主体14也是中空的，且包括总体上以20示出的腔室和内表面22。上部阀主体14还包括作为上部阀主体14的一部分整体形成的上部凸缘24。总体上以26示出的密封装置部分地设置在腔室20内。密封装置26包括第一密封部分28和第二密封部分30。在该实施例中，第一密封部分28是止挡元件28，第二密封部分30是环形密封件30。在该实施例中，环形密封件30由柔顺弹性体材料形成，其抵抗暴露于AUS-32，例如三元乙丙橡胶（EPDM），但是在本发明的范围内还可以使用抵抗暴露于AUS-32的其它材料。

止挡元件28包括具有多个肋34的外表面32。更具体地，存在第一肋34A和第二肋34B。当止挡元件28连接到上部阀主体14时，肋34与上部阀主体14的内表面22接触，从而在止挡元件28和上部阀主体14之间形成干涉配合。

止挡元件28还包括凹槽36A和位于凹槽36A附近的脊部36B。孔38作为止挡元件28的一部分形成，柴油排气流体（DEF）可通过所述孔38。环形密封件30连接到止挡元件28。环形密封件30包括接收在凹槽36A中的唇缘部分40。环形密封件30还包括凹槽42，当环形密封件30连接到止挡元件38时，脊部36B设置在凹槽42中。孔44也作为环形密封件30的一部分形成；环形密封件30的孔44与孔38基本上同心，但是环形密封件30的孔44具有比止挡元件28的孔38更大的直径。

环形密封件30具有周向部分46，且多个肋48作为周向部分46的一部分形成。当环形密封件30连接到止挡元件28且密封装置26连接到上部阀主体14时，周向部分46的下表面50与上部凸缘24接触。此外，肋46与帽54的内表面52接触。帽54包括第一直径部分，在该实施例中，是具有外部凸缘58的大直径部分56。大直径部分56与周向凸缘60整体形成，其中，内表面52作为周向凸缘60的一部分形成。密封元件与大直径部分56的内表面62接触，在该实施例中，密封元件是O形环64，O形环64还与上部阀主体14的外表面66接触。当帽54被压到上部阀主体14上时，O形环64变形以在帽54、O形环64和上部阀主体14之间提供压配合连接。O形环64和上部阀主体14之间的接触提供密封功能，O形环64和大直径部分56之间的接触提供密封功能，如稍后所述。

第二直径部分也与周向凸缘60整体形成，在该实施例中是小直径部分68。入口部70至少部分地设置在小直径部分68中，入口部70具有孔72，柴油排气流体通过所述孔72。更具体地，入口部70包括减小直径部分74，减小直径部分74接收在入口部70中且通过干涉配合连接到入口部70。然而，在本发明的范围，可以使用其它类型的连接，例如焊接、压配合、粘合剂或其组合，取代干涉配合。

总体上以76示出的腔室从帽54、入口部70和O形环64之间的连接形成。更具体地，腔室76具有由入口部70和小直径部分68之间的连接形成的流体边界，且密封功能通过肋48抵靠内表面52接触实现。

操作中，当喷射器10用于将DEF输送给排气系统作为SCR操作的一部分时，DEF通过入口部70进入腔室76，然后流动通过环形密封件30的孔44和止挡元件28的孔38。流体然后流动通过上部阀主体14且通过喷射器10的其余部件。DEF流体在压力下流动，且密封装置26用于防止或至少最小化DEF泄漏和O形环64暴露于加压DEF。当喷射器10组装时，帽54被压到上部阀主体14上，如上所述，以便也施加压力到周向部分46上，使得压力通过周向凸缘60的内表面52施加到肋48，且压力通过上部阀主体14的上部凸缘24施加到周向部分46的下表面50。由肋48和内表面52之间的接触执行的密封功能和由下表面50和上部凸缘24之间的接触执行的密封功能限制了可能从腔室76在肋48周围通过的流体量，以限制O形环64暴露于DEF（更具体地，加压DEF）。当SCR操作完成时，喷射器10被吹扫以去除剩留在喷射器10中的任何流体。

当在喷射器10吹扫之后可能留下DEF时，限制O形环64暴露于DEF最小化O形环64周围且沿大直径部分56的内表面62的DEF积聚。这起作用以防止喷射器10由于暴露于DEF引起的损坏，通过防止O形环64、大直径部分56的内表面62和上部阀主体14的外表面66周围的尿素晶体的积聚。

本发明的描述本质上仅仅是示例性的，因而，不偏离本发明实质的变型旨在处于本发明范围内。这种变型不认为偏离本发明的精神和范围。

Claims (17)

1.一种用于还原剂输送单元的喷射器，所述喷射器包括：

阀主体；

环绕所述阀主体的密封元件；

定位在阀主体上的帽，使得帽的一部分与密封元件接触；和

设置在阀主体和帽之间的密封装置，用于提供帽和阀主体之间的密封功能，

所述密封装置还包括：

止挡元件，所述止挡元件接收在作为阀主体的一部分形成的腔室中，从而将止挡元件连接到阀主体；和

连接到止挡元件的环形密封件；

其中，所述环形密封件与帽和阀主体接触，从而提供帽和阀主体之间的密封功能。

2.根据权利要求1所述的用于还原剂输送单元的喷射器，所述止挡元件还包括：

第一肋，作为止挡元件的一部分形成；和

第二肋，作为止挡元件的一部分形成，且靠近第一肋；

其中，第一肋和第二肋与阀主体的内表面接触，从而将止挡元件连接到阀主体。

3.根据权利要求1所述的用于还原剂输送单元的喷射器，所述环形密封件还包括：

周向部分，所述周向部分具有与上部阀主体接触的下表面；和

作为周向部分的一部分形成的多个肋，所述多个肋中的每个都与帽的内表面接触；

其中，所述多个肋中的每个都提供帽和阀主体之间的密封功能。

4.根据权利要求3所述的用于还原剂输送单元的喷射器，所述阀主体还包括凸缘部分，其中，周向部分的下表面与凸缘部分接触。

5.根据权利要求1所述的用于还原剂输送单元的喷射器，还包括：

作为止挡元件的一部分形成的凹槽；

脊部，作为止挡元件的一部分形成，且靠近作为止挡元件的一部分形成的凹槽；

作为环形密封件的一部分形成的唇缘部分；和

作为环形密封件的一部分形成的凹槽，靠近作为环形密封件的一部分形成的唇缘部分；

其中，当止挡元件连接到环形密封件时，唇缘部分设置在作为止挡元件的一部分形成的凹槽中，所述脊部设置在作为环形密封件的一部分形成的凹槽中。

6.根据权利要求1所述的用于还原剂输送单元的喷射器，所述帽还包括：

大直径部分，环绕密封元件，使得大直径部分的内表面与密封元件接触；和

与大直径部分整体形成的周向凸缘，当帽定位在阀主体上时，密封装置的一部分与周向凸缘接触。

7.根据权利要求6所述的用于还原剂输送单元的喷射器，还包括：

与帽的周向凸缘整体形成的小直径部分，所述小直径部分是帽的一部分；和

连接到帽的小直径部分上的入口部，从而流体流动通过入口部且通过小直径部分。

8.根据权利要求7所述的用于还原剂输送单元的喷射器，所述入口部还包括：

作为入口部的一部分形成的孔，与作为密封装置的一部分形成的孔对齐，从而流体通过入口部、止挡元件和环形密封件以通过阀主体；和

作为入口部的一部分形成的减小直径部分，所述减小直径部分接收在帽的小直径部分中且由帽的小直径部分环绕。

9.根据权利要求1所述的用于还原剂输送单元的喷射器，其中，所述密封元件是O形环。

10.一种用于还原剂输送单元的具有密封装置的喷射器，包括：

具有凸缘部分的上部阀主体；

环绕所述上部阀主体的外表面的O形环；

定位在上部阀主体上的帽，使得帽的一部分与O形环接触，从而提供帽和上部阀主体之间的密封功能；

止挡元件，所述止挡元件部分地设置在作为上部阀主体的一部分形成的腔室中；和

连接到止挡元件的环形密封件；

其中，所述环形密封件至少部分地定位在凸缘部分和帽之间，从而提供凸缘部分和帽之间的密封功能。

11.根据权利要求10所述的具有密封装置的喷射器，所述止挡元件还包括：

第一肋，所述第一肋设置在腔室中且与上部阀主体的内表面接触；和

第二肋，所述第二肋设置在腔室中且与上部阀主体的内表面接触；

其中，力通过上部阀主体的内表面施加到第一肋和第二肋，从而将止挡元件紧固到上部阀主体。

12.根据权利要求10所述的具有密封装置的喷射器，所述环形密封件还包括：

周向部分，所述周向部分具有与上部阀主体的凸缘部分接触的下表面；和

作为周向部分的一部分形成的多个肋，所述多个肋中的每个都与帽的内表面接触；

其中，所述多个肋中的每个都提供帽和阀主体之间的密封功能。

13.根据权利要求10所述的具有密封装置的喷射器，所述帽还包括：

小直径部分；

与小直径部分整体形成的周向凸缘，当帽定位在阀主体上时，环形密封件的一部分与周向凸缘接触；和

与周向凸缘整体形成的大直径部分，所述大直径部分环绕O形环，使得大直径部分的内表面与O形环接触。

14.根据权利要求13所述的具有密封装置的喷射器，还包括：

连接到小直径部分上的入口部；

作为入口部的一部分形成的孔，与作为止挡元件的一部分形成的孔和作为环形密封件的一部分形成的孔对齐，从而允许流体通过入口部、止挡元件和环形密封件以通过阀主体；和

作为入口部的一部分形成的减小直径部分，所述减小直径部分接收在帽的小直径部分中且由帽的小直径部分环绕。

15.根据权利要求10所述的具有密封装置的喷射器，还包括：

作为止挡元件的一部分形成的凹槽；

脊部，作为止挡元件的一部分形成，且靠近作为止挡元件的一部分形成的凹槽；

作为环形密封件的一部分形成的唇缘部分；和

作为环形密封件的一部分形成的凹槽，靠近作为环形密封件的一部分形成的唇缘部分；

其中，当止挡元件连接到环形密封件时，唇缘部分设置在作为止挡元件的一部分形成的凹槽中，所述脊部设置在作为环形密封件的一部分形成的凹槽中。

16.一种用于还原剂输送单元的具有密封装置的喷射器，包括：

具有凸缘部分的上部阀主体；

环绕所述上部阀主体的外表面且与所述上部阀主体的外表面接触的O形环；

帽，所述帽具有一起整体形成的大直径部分、小直径部分和周向凸缘，帽的大直径部分环绕O形环，使得帽的大直径部分的内表面与O形环接触，至少部分地压缩O形环，从而提供O形环和帽的大直径部分之间以及O形环和上部阀主体的外表面之间的密封功能；

止挡元件，所述止挡元件具有孔；

第一肋，所述第一肋作为止挡元件的一部分形成；

第二肋，作为止挡元件的一部分形成，且靠近第一肋；

环形密封件；

作为环形密封件的一部分形成的周向部分，所述周向部分具有与上部阀主体的凸缘部分接触的下表面；

作为环形密封件的周向部分的一部分形成的多个肋，所述多个肋中的每个都与帽的周向凸缘的内表面接触；

作为周向部分的一部分形成的孔；

入口部；

作为入口部的一部分形成的孔，与止挡元件的孔和环形密封件的孔对齐，从而流体通过入口部、止挡元件和环形密封件以通过阀主体；和

作为入口部的一部分形成的减小直径部分，所述减小直径部分接收在帽的小直径部分中且由帽的小直径部分环绕；

其中，所述多个肋中的每个都与周向凸缘的内表面接触以及环形密封件的周向部分的下表面与凸缘部分接触提供密封功能。

17.根据权利要求16所述的具有密封装置的喷射器，还包括：

作为止挡元件的一部分形成的凹槽；

脊部，作为止挡元件的一部分形成，且靠近作为止挡元件的一部分形成的凹槽；

作为环形密封件的一部分形成的唇缘部分；和

作为环形密封件的一部分形成的凹槽，靠近作为环形密封件的一部分形成的唇缘部分；

其中，当止挡元件连接到环形密封件时，唇缘部分设置在作为止挡元件的一部分形成的凹槽中，所述脊部设置在作为环形密封件的一部分形成的凹槽中。