CN104968938A - 用于提供液体添加剂的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提供液体添加剂的设备(1)，该设备包括至少一个用于输送液体添加剂的第一泵室(3)和旋转驱动装置(4)，其中，所述第一泵室(3)围绕旋转驱动装置(4)的驱动轴(5)布置。在第一泵室(3)内，形成至少一个密封部(6)，该密封部可以通过旋转驱动装置(4)绕驱动轴(5)移动。所述设备(1)具有至少一个第二泵室(7)，其沿所述驱动轴线(5)布置成靠近所述第一泵室(3)。

Description

用于提供液体添加剂的设备

技术领域

本发明涉及一种用于提供液体添加剂的设备。所述类型的设备用于例如在汽车工业中向内燃发动机的排气处理设备供给液体添加剂。

背景技术

例如，排气处理设备被广泛应用，在这种排气处理设备中，内燃发动机的排气中的氮氧化合物借助于还原剂而减少。对应的排气净化方法称为SCR[Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原]方法。还原剂通常使用氨。氨在排气处理设备中的SCR催化转化器上与氮氧化合物发生反应。

氨通常不直接供给到排气处理设备而是以能储存并作为液体添加剂供给的前体溶液的形式。所述前体溶液在排气中转化成氨。特别广泛使用的前体溶液是尿素水溶液，例如可以在商品名下获得尿素含量为32.5％的尿素水溶液。

为了液体添加剂的供给，用于提供液体添加剂的设备典型地具有一个泵。所述类型的泵一方面应尽可能便宜，另一方面允许设备具有可靠性尽可能高的操作。所述设备的操作对泵提出各种要求。首先，泵的输送率/输送量在操作过程中应可以适应排气处理设备的不同的运行条件。此外，由泵产生的输送压力也有必要尽可能精确地对应预定的压力范围。

同时，用于供给液体添加剂的设备必须在即使存在冻结的添加剂时也能快速地再次使用。尿素水溶液在例如温度低于-11℃时冻结。在这种情况下，会发生能损坏用于供给液体添加剂的设备中的管路的体积膨胀。在机动车中，这样低的温度特别是在长时间静置过程中发生。用于提供液体添加剂的设备因此应设计和/或设定成使得它不被液体添加剂在冻结过程中的体积膨胀损坏。这可以例如借助于在设备停止操作时被排空来实现。所述设备还可以设计成补偿所述体积膨胀。

发明内容

以这些不同的要求为出发点，本发明的一个目的是解决或至少减轻现有技术中突出的技术问题。尤其是，本发明旨在提出一种特别有利的用于供给液体添加剂的设备。

所述目的借助于具有权利要求1所述的特征的设备实现。从属权利要求中说明了所述设备的进一步有利的细节。权利要求中单独说明的特征可以以任何需要的在技术上有意义的方式相互结合，并且可以通过来自说明书中的解释性事实，以及所呈现的本发明的更多设计变型来补充。

本发明涉及一种用于供给液体添加剂的设备，该设备具有至少一个用于供给液体添加剂的第一泵室，并具有旋转驱动装置，其中，所述第一泵室围绕旋转驱动装置的驱动轴布置，在第一泵室内，形成至少一个密封部，该密封部可以通过旋转驱动装置绕驱动轴移动，其中，所述设备具有至少一个第二泵室，该第二泵室沿所述驱动轴布置成靠近所述第一泵室。

所述用于供给液体添加剂的设备优选插入用于液体添加剂的储箱的箱底。该设备优选具有安装在储箱中、形成储箱的箱底的一部分的壳体。在该设备的壳体上，优选设置有吸入点，液体添加剂可以在该吸入点从储箱取出。此外，该设备优选具有排放点，设备在该排放点供应液体添加剂并且用于液体添加剂的(外部)管路可以连接到该排放点。

所述设备优选设定成用于供应输送率需求不同的液体添加剂。所需输送率/输送量例如由机动车的控制单元的对应需求来确定。所需输送率是例如用于在机动车的排气处理设备中(在当前时间和/或当前负载下)有效净化排气所需的液体添加剂的流率/流量。该设备可以例如通过调节旋转驱动装置的功率来改变液体添加剂的流率，从而使通过所述设备输送的液体添加剂的流率对应于所需的流率。该设备还可以包括附加的部件，所述部件允许或改进输送率的调节。例如，所述设备可以具有专用的控制单元，该控制单元将来自机动车的控制单元关于所需输送率的外部请求转化成用于适当激活所述设备的旋转驱动装置的适当的电信号。

液体添加剂优选是前述尿素水溶液。输送管道(或者至少一个输送管道)从吸入点到排放点穿过所述设备延伸，液体添加剂通过该输送管道输送。泵室形成了所述输送管道的一部分。液体添加剂的输送发生在泵室。这特别意味着用于输送作用所需的机械能在泵室中给予液体添加剂。该设备的旋转驱动装置优选设置成可以产生旋转运动的电动马达的形式。旋转驱动装置与泵室一起被称为所述设备的泵。

旋转驱动装置的驱动轴是(假想的)轴线，该轴线沿旋转驱动装置的旋转轴线延伸。第一泵室优选不是直接地绕旋转驱动装置布置，而是绕从旋转驱动装置伸出的驱动轴的延长部上的驱动轴布置。

泵室中形成有至少一个密封部。通过密封部在泵室内形成至少一个封闭的输送体积。由于密封部在泵室内的移动，所述封闭的输送体积(空间上)被移动。这导致了液体添加剂的输送。在泵的驱动轴上优选形成有传动装置，其将驱动轴的运动传送到密封部。所述传动装置可以是例如齿廓盘/齿廓盘和/或凸轮盘。

第二泵室优选布置成靠近第一泵室，沿着驱动轴与第一泵室有间隔。该间隔可以是例如在1cm[厘米]到10cm之间。

所述设备的这种构型尤其是具有这样的效果：可以通过(单个)旋转驱动装置(暂时地)共同运行多个泵室(所述泵室并联和/或分开地通过流动接触)。因此，呈现了所述设备在技术上更简单和更紧凑的结构。此外，这种情况特别用于所谓的计量泵(输送恒定的输送量)，这使得输送率能显著增加，如下文更详细地说明的。

该设备尤其有利的是，第二泵室以第一泵室的方式构造。

第二泵室因此优选还具有至少一个密封部，该密封部在第二泵室内形成至少一个封闭的输送体积。此外，优选也在该情况下，第一泵室和第二泵室的所有其它特征以及特别是本文列出的特征是对应的。

所述设备更有利的是，所述第二泵室可以与所述第一泵室并联连接以便于增加设备的输送率。

在第二泵室与第一泵室并联连接的情况下，则液体添加剂的第一部分可以流经第一泵室并且液体添加剂的第二部分流经第二泵室。第一泵室和第二泵室形成输送管道的从吸入点到排放点并联工作的两个分支。如果所述设备的优选设计变型通过相同结构的第一泵室和第二泵送室实现，第一泵室和第二泵室的并联连接的效果是使所述设备的输送率大致翻倍。

优选的是，所述并联连接是永久形式，或可以仅通过定位工具的附加操作而(暂时)被解除。如果仅使用第一泵室来进行输送，输送操作所需的能量被减少，因为第二泵室不需要操作。这允许所述设备在所需输送率较低时进行特别节约能量的操作。

此外，所述设备有利的是，在所述第一泵室和所述第二泵室之间设置有可分离的联接器，借助于该联接器，第二泵室可以从驱动轴脱开。

所述类型的可分离的联接器可以是例如爪式联接器形式、摩擦接合的联接器形式和/或电磁联接器的形式。所述联接器可以例如通过电磁致动器来操作。第二泵室借助于所述类型的可分离的联接器的分离允许第二泵室的驱动装置特别有效的断电从而允许当所述设备的所需输送率较低时所述设备特别节能地操作。

在设备的优选设计变型中，所述设备具有专用控制单元，其设定成用于根据需求致动可分离的联接器。如果所需输送率较高并且设备的控制单元收到对应的请求，可分离的联接器被关闭以使得第一泵室和第二泵室并列运行。如果所需输送率较低并且设备的控制单元收到对应的请求，可分离的联接器被打开以使得仅第一泵室运行，第二泵室脱开。优选的情况是，机动车的控制单元中不储存任何有关可分离的联接器的程序代码单元。可分离的联接器的致动可以完全通过所述设备的控制单元来执行。

所述设备更有利的是，第二泵室可以与所述第一泵室串联连接，以便增加所述设备的输送压力。

在这种串联连接的情况下，(全部的)液体添加剂沿着输送管道流过所述设备，首先流过第一泵室，然后流过第二泵室。在第一泵室和第二泵室串联连接时所述设备的操作过程中，液体添加剂的压力在第一泵室中初始上升，然后在第二泵室中进一步上升。需要设备的极大上升的输送压力以便例如实现供给设备处的特定的喷洒方式以用于向排气处理设备供给液体添加剂。所述类型的供给设备具有例如喷嘴。液体添加剂在供给设备中的压力越高，在供给设备的喷嘴处产生的喷洒则更精细。

还可能的是，在第一泵室和第二泵室串联连接的情况下，提供可分离的联接器，第二泵室可以通过该联接器从驱动轴脱开。所述可分离的联接器可具有上文进一步描述的全部特征。

还有可能的是，所述设备被设计成使得第一泵室和第二泵室可串联或并联地交替连接。在这种情况下，选择性地可以实现输送率的增加(通过泵室并联连接)或输送压力的增加(通过泵室串联连接)。

所述设备还有利的是，第一泵室由形成至少一个密封部的可变形的膜片/隔膜至少部分地界定，其中，为了移动所述密封部，所述膜片可以通过连接到旋转驱动装置的偏心驱动装置发生变形。

所述膜片优选地由可在偏心驱动装置的作用下变形的(足够厚的)弹性材料制成。该膜片的厚度优选介于2mm[毫米]和20毫米之间。该膜片优选为管状并以环形方式插入壳体。所述膜片优选具有大致圆形的横截面，长度为5mm至30mm，壁厚为2mm至20mm，内径为30mm至200mm。这种情况下，壁厚对应于上述的所述膜片的厚度。偏心驱动装置连接到所述旋转驱动装置并且能够使所述膜片变形以使得所述膜片的各部分被推入圆形壳体以便形成密封部。偏心驱动装置优选作用在环形或管状的膜片上、所述膜片的内侧，以便使所述膜片变形。

在偏心驱动装置的旋转运动期间，密封部被移动。密封部的这种移动引起(一个或多个)泵室中的封闭输送体积被移动。因此，液体添加剂的输送借助于旋转驱动装置的运动或借助于偏心驱动装置的运动来实现。泵室优选具有用于液体添加剂的入口和出口。在出口和入口之间，如在旋转驱动装置的旋转方向上可以观察到，优选形成有静态密封元件，其可以是例如壳体的突出的凸起部。所述凸起部确保了在出口和入口之间始终形成有密封点，使得液体添加剂不能从所述泵室的出口直接流向该泵室的入口。为了形成所述密封，所述膜片通过所述凸起部变形。

这样形成的泵室特别可靠并且在操作中特别节能。此外，多个这样的泵室可以特别有利地布置成沿旋转驱动装置的驱动轴相互靠近。因此，这种设计允许设备的特别有利的构型，其具有多个泵室来用于供应液体添加剂。

所述设备还有利的是，第一泵室至少部分地由软管形成，其中，所述至少一个密封部通过所述软管局部地被连接到所述旋转驱动装置的夹紧盘/压紧盘压缩而形成，其中，为了移动所述密封部，软管可通过夹紧盘变形。

在泵室为这种构型的情况下，泵室的密封部借助于软管的夹紧部位沿着输送方向从泵室的入口向泵室的出口连续移动。夹紧部位在泵室的入口附近形成。然后夹紧部位沿泵室移动，随后在泵室的出口又被消除。封闭的输送体积分别形成在各个夹紧部位之间或各个密封部之间。

这种用于供应液体添加剂的设备的泵室的设计可以特别容易和便宜地实现。此外，在这样的泵室设计中，特别有利地可以使多个泵室布置成沿着设备的旋转驱动装置的驱动轴相互靠近。例如，软管可被引导绕设备的旋转驱动装置的驱动轴多次卷绕以形成该设备的多个邻近的泵室。

通常，例如还可以借助于共同的旋转驱动装置操作3，4，5个或更多个(并联和/或串联)的泵室。

所述设备还有利的是，第一泵室和第二泵室以各自至少250°[角度]的圆弧段的方式环绕驱动轴。

特别有利的是，旋转驱动装置的驱动轴的外周几乎完全用于泵室，以便于允许旋转驱动装置到泵室的最佳驱动动力传输。泵室通常不可能延伸到完全包绕驱动轴，因为必须为泵室的入口和出口提供空间。因此，已经发现，在250°和320°之间的圆弧段有利于形成第一泵室和第二泵室。

所述设备还有利的是，该设备具有至少一个阀，第一泵室和第二泵室之间的至少一个连接管路可以通过该阀开闭/切换/打开或关断。

借助于所述类型的阀，用于并联连接和/或串联连接的各个泵室之间的连接管路线可以选择性地开通和关闭。

在此，将要描述一种特殊阀，该特殊阀具有三个不同的位置、两个输入管路和两个输出管路：

-在第一位置，第一输入管路连接到第一输出管路，而第二输入管路和第二输出管路各自关闭。

-在第二位置，第一输入管路连接到第二输出管路。同时，第二输入管路连接到第一输出管路。

-在第三位置，第一输入管路和第二输入管路两者都连接到第一输出管路。第二输出管路同时关闭。

通过该特殊阀，可以选择性地仅通过第一泵室实施操作(第一位置)，泵室的串联操作(第二位置)，或泵室的并联操作(第三位置)。所述特殊阀也可以通过多个常规类型的阀(两通阀和/或三通阀)的特定互连来实现。

但是，还有可能的是，第一泵室和第二泵腔室的并联连接可以不需要设备中任何的阀而实现。这在泵室内的密封部确保防止液体添加剂与从入口点到排放点的输送方向反向地经泵室返流时是尤其可能的。为此，则必须确保泵室内的密封部不会通过入口和出口之间出现的压差而移动。这通常通过旋转驱动装置的内部摩擦和泵室中的内部摩擦实现。

还可以将又一泵室布置成沿着驱动轴靠近第一泵室和第二泵室。例如，可以设置有第三泵室或甚至第三泵室以及第四泵室。

通过这样的构型，所述设备的输送率和/或输送压力可以进一步改变，使得输送率可以更精确地适于液体添加剂的需求。

在此还提出具有内燃发动机并具有用于净化内燃发动机排气的排气处理设备的机动车，其中，在此描述的设备设置成用于向排气处理设备供给液体添加剂。

在排气处理设备中优选设置有SCR催化转化器，内燃发动机排气中的氮氧化合物在该SCR催化转化器中借助于还原剂被减少。还原剂以液体添加剂的形式通过供给设备供给到排气处理设备。液体添加剂从储罐通过本发明所述设备供应到供给设备。供给设备和本发明所述设备可以通过机动车的控制单元进行控制。供给设备可以包括用于精细雾化计量液体添加剂到排气处理设备中的喷嘴，和/或用于控制液体添加剂的剂量的喷射器。

附图说明

本发明和技术领域将在下面基于附图更详细的说明。附图示出特别优选的实施例，而本发明并不限于这些实施例。尤其是，应注意的是，附图和特别是所示出的部分仅仅是示意性的。在附图中：

图1示出了所述用于供应液体添加剂的设备，

图2是穿过用于所述设备的泵的第一设计变型的垂直于驱动轴的剖视图，

图3是穿过用于所述设备的泵的第二设计变型的垂直于驱动轴的剖视图，

图4是用于所述设备的泵的第一设计变型的示意图，

图5是用于所述设备的泵的第二设计变型的示意图，

图6是用于所述设备的泵的第三设计变型的示意图，

图7是用于所述设备的泵的第四设计变型的示意图，和

图8示出了具有所述设备的机动车。

具体实施方式

图1示出了用于供应液体添加剂的设备1，该设备被插入储箱的箱底16(此处仅部分示出)。设备1具有壳体15，该壳体抵靠箱底16密封。在设备1上设置有吸入点17，设备1可以在该吸入点处从储箱提取液体添加剂并将所述液体添加剂输送到排放点18。为此，设备1具有泵2。输送管道13从吸入点17到排放点18延伸穿过设备1。

在图2的用于所述设备的泵2的第一设计变型的剖视图中，可以看到软管29形式的第一泵室3。所述软管29形成输送管道13。软管29通过夹紧盘31变形成多个部段，使得泵室3内形成密封部6。在密封部6之间，软管通常形成封闭的输送体积34。夹紧盘31相应地与泵2的旋转驱动装置(此处未示出)的驱动轴5对齐。夹紧盘31绕驱动轴5的旋转导致(恒定的)输送体积34移动并进而在从入口26到出口27的输送方向14上通过第一泵室3或软管29输送液体添加剂。

在图3的用于所述设备的泵2的第二设计变型中，泵室3或输送管道13通过泵壳体35以及通过布置在泵壳体35内的膜片28形成。膜片28通过偏心驱动装置30变形以使得在泵壳体35和膜片28之间形成至少一个密封部6。所述密封部6用于在泵室3内形成封闭的输送体积34。偏心驱动装置30与驱动轴5对齐。偏心驱动装置30绕驱动轴5的旋转导致膜片28变形以及密封部6移动，使得封闭的输送体积34被移动以及液体添加剂通过泵室3或沿着输送管道13在从入口26到出口27的输送方向14上被输送。在泵室3的出口27和入口26之间设置有凸起部32形式的密封部，该密封部避免液体添加剂与输送方向14反向地从出口27向入口26返流的可能性。为此，所述凸起部32的形式为压入膜片28并且无论偏心驱动装置30的旋转角度如何都与膜片28之间产生流体紧密连接的元件。

在图4的用于本发明所述设备的泵2的设计变型中，旋转驱动装置4经由驱动轴5连接到第一泵室3和第二泵室7。第二泵室7可通过联接器8从驱动轴5脱开。第一泵室3和第二泵室7被连接到输送管道13并且可以通过连接管路33相互并联连接。为此，连接管路33可以借助于阀10开通和关闭。

在根据图5的泵2的设计变型中，第一泵室3和第二泵室7相似地通过驱动轴5连接到旋转驱动装置4。这种情况下，第二泵室7也可以通过联接器8从驱动轴5脱开。第一泵室3和第二泵室7连接到输送管道13。第一泵室3和第二泵室7可通过连接管路33串联连接。为此，提供特殊阀10，通过该特殊阀，第二泵室选择性地集成到或脱离输送管道13。

在根据图6的泵2的设计变型中，旋转驱动装置4相似地经由驱动轴5连接到第一泵室3和第二泵室7。在该情况下，第二泵室7也可以通过联接器8从驱动轴5脱开。输送管道13穿过泵室3。借助于两个阀10，连接管路33可以开通从而将第二泵室7连接到输送管道13。为此，具有不同的阀位置的阀使得第一泵室3和第二泵室7并联连接以及第一泵室3和第二泵室7串联连接两种情况都可以。为此，在进入第一泵室3的入口26处设置有阀10，该阀10使得第二泵室7从第一泵室3脱开以及第二泵室7连接至第一泵室3两种情况都可以。在泵2的出口27处布置有阀10，该阀具有三个不同的位置(第一阀位置36，第二阀位置37和第三阀位置38)，如上文已更详细地说明的。所述阀10也可以由多个常规双通阀和/或三通阀的组合来取代。

在根据图7的泵2的设计变型中，除了第一泵室3和第二泵室7，还设置有第三泵室25。此外，可选地也可以设置第四泵室(此处未示出)。总体而言，通过图7中示出的布置，可以设置任何期望数量的泵室以用于并联连接。第一泵室3、第二泵室7和第三泵室25借助于旋转驱动装置4的驱动轴5连接。在各个泵室之间分别设置联接器8，第二泵室7和第三泵室25可以借助于该联接器8从驱动轴5脱开。第一泵室连接到输送管道13。通过阀10，连接管路33可以开通到第二泵室7和第三泵室25，以选择性地允许第一泵室3、第二泵室7和第三泵室25并联操作。根据泵2的输送需求，该泵可以选择性地通过一个泵室、通过两个泵室或通过三个泵室操作。

图8示出了具有内燃发动机22并具有用于净化该内燃发动机22的排气的排气处理设备12的机动车11。在排气处理设备中设置有SCR催化转化器24，通过该SCR催化转化器可以减少内燃发动机排气中的氮氧化合物。为此，可以由设备1经由管路21通过供给设备20向排气处理设备供给液体添加剂。机动车11还具有控制单元23，设备1和供给设备20可以通过所述控制单元进行控制。

本文所描述的发明提供了一种特别有利的用于供应液体添加剂的设备，其中所述设备的输送作用以特别有效的方式适合于排气处理设备的操作要求。

附图标记列表

1   设备

2   泵

3   第一泵室

4   旋转驱动装置

5   驱动轴

6   密封部

7   第二泵室

8   联接器

9   圆弧段

10  阀

11  机动车

12  排气处理设备

13  输送管道

14  输送方向

15  壳体

16  箱底

17  吸入点

18  排放点

19  储箱

20  供给设备

21  管路

22  内燃发动机

23  控制单元

24  SCR催化转化器

25  第三泵室

26  入口

27  出口

28  膜片

29  软管

30  偏心驱动装置

31  夹紧盘

32  凸起部

33  连接管路

34  输送体积

35  泵壳体

36  第一阀位置

37  第二阀位置

38  第三阀位置

Claims (10)

1.一种用于供应液体添加剂的设备(1)，该设备具有至少一个用于输送液体添加剂的第一泵室(3)并且具有旋转驱动装置(4)，其中，所述第一泵室(3)围绕所述旋转驱动装置(4)的驱动轴(5)布置，并且在所述第一泵室(3)内形成有至少一个密封部(6)，所述密封部能借助于旋转驱动装置(4)绕驱动轴(5)移位，其中，所述设备(1)具有至少一个第二泵室(7)，该第二泵室沿所述驱动轴(5)布置成靠近所述第一泵室(3)。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述第二泵室(7)以所述第一泵室(3)的方式构造。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述第二泵室(7)可与所述第一泵室(3)并联连接以增加所述设备(1)的输送量。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，在所述第一泵室(3)和所述第二泵室(7)之间设置有可分离的联接器(8)，所述第二泵室(7)能借助于该联接器从驱动轴(5)脱开。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述第二泵室(7)能与第一泵室(3)串联连接以增加所述设备(1)的输送压力。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(1)，其中，至少所述第一泵室(3)通过可变形的膜片(28)至少部分地界定，所述膜片形成至少一个密封部(6)，其中，为了所述密封部(6)的移位，所述膜片(28)能借助于连接到所述旋转驱动装置(4)的偏心驱动装置(30)发生变形。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(1)，其中，至少所述第一泵室(3)至少部分地由软管(29)形成，其中，所述至少一个密封部(6)通过所述软管(29)局部地被连接到所述旋转驱动装置(4)的夹紧盘(31)压缩而形成，其中，为了所述密封部(6)的移位，软管(29)能借助于夹紧盘(31)发生变形。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述第一泵室(3)和所述第二泵室(7)以各自至少250度的角度的圆弧段(9)的方式围绕所述驱动轴(5)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备具有至少一个阀(10)，位于所述第一泵室(3)和所述第二泵室(7)之间的至少一个连接管路(33)能通过所述阀开闭。

10.一种机动车(11)，所述机动车(11)具有内燃发动机(22)，具有用于净化所述内燃发动机(22)的排气的排气处理设备(12)，并且具有根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)以向所述排气处理设备(12)供给液体添加剂。