CN114845897A - 允许可靠加注而没有喷溅的加注头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于存储系统(1)的加注头(13)，该加注头包括主体(15)，该主体根据被称为加注方向(F)的相对于重力方向(G)的预定角度(α)倾斜安装，该主体包括由盖部(19)封闭的主要部分(17)以形成其中接纳分离装置(21)的空腔(20)，加注头(13)被配置为在分离装置(21)的围绕加注方向(F)延伸的圆柱形壁(23)中接纳流体分配喷嘴，该喷嘴具有自动停止传感器(39a、39b)以防止加注头(13)的过度加注，分离装置(21)被布置成改进来自放气管线的流(V)和去往加注管线的流(F)的分隔。根据本发明，分离装置(21)还包括至少一个法兰(25)，该法兰从圆柱形壁(23)的外表面横向突出，并且当喷嘴被接纳在圆柱形壁(23)中并考虑加注方向(F)时安装在喷嘴的传感器(39a、39b)上游的空腔(20)中，以确保从喷嘴流出的存在于加注头(13)中的流体从加注头(13)往回喷溅的可能性有限，且不影响传感器(39a、39b)工作。

Description

允许可靠加注而没有喷溅的加注头
技术领域
本发明涉及一种加注头，该加注头允许用流体储箱例如汽车储箱的喷嘴(自动或非自动)可靠地再加注，且没有喷溅，即在再加注阶段期间没有任何流体从加注头往回喷溅。
背景技术
关于车辆和卡车排放的法规特别规定了要减少向大气中释放氮氧化物NOx。实现该目标的一种已知方式是使用“SCR”(术语“Selective Catalytic Reduction”即选择性催化还原的缩写)方法，该方法能够通过将还原剂(例如氨)注入排气管线来还原氮氧化物。通常，SCR系统包括用于储存含水添加剂例如尿素溶液的储箱、用于在进料管线中输送含水添加剂的泵以及用于计量所需量的含水添加剂并将其注入到排气管线中的装置。因此，含水添加剂被精确计量并注入到废气流中，在此含水添加剂在将氮氧化物(NOx)转化为氮气(N2)和水(H2O)之前先被水解。
有时称为
Figure BDA0003677309300000011
的尿素溶液的分配已知用于卡车多年。由于在卡车领域中储箱容积很重要，已研发与燃料输送分离的分配系统，其具有40l.min-1的加注率和大入口直径的尿素储箱。
关于乘用车，最初的市场需求是设计与用螺口瓶手动加注兼容的加注头。这种加注是利用重力通常以3l.min-1左右的慢速进行的。然而，由于更严格的防污染级别导致尿素溶液的消耗增加，因此定期加注尿素溶液储箱变得更为普遍。然而，消费者注意到他们可能已经获得用于卡车的分配装置，因此与预期的不同，他们不得不使用独特的输送率。
因此，汽车制造商现在要求设计与最初设计用于重型应用的自动加注技术以及手动加注都兼容的SCR系统。已知的加注头在文件WO 2019/149750、US 2013/306665和US2017/036533中公开。
另外，目前主要使用三种自动加注技术，具体取决于喷嘴中包含的传感器(ZVA喷嘴传感器、Horn喷嘴传感器或PIUSI喷嘴传感器)。每个传感器虽然不安装在喷嘴的尖端(如ZVA喷嘴)，但也可以安装在喷嘴的上游方向(如Horn和PIUSI喷嘴传感器)，距离尖端达16毫米。
因此，无论在喷嘴中使用哪种传感器，都必须满足许多相互矛盾的规范，比如现有螺口瓶的小直径与高达40l.min-1的高加注率。
发明内容
本发明旨在提供一种满足这些相互冲突的规范且在再加注阶段期间没有从加注头的任何喷溅的加注头。
因此，本发明涉及一种用于存储系统的加注头，该加注头包括主体，该主体将根据被称为加注方向的相对于重力方向的预定角度倾斜安装，并且包括主要部分，该主要部分由盖部封闭以形成其中接纳分离装置的空腔，加注头被配置成在分离装置的围绕加注方向延伸的圆柱形壁中接纳流体分配喷嘴，该喷嘴具有自动停止传感器以防止加注头的过度加注，该加注头被配置成连接到流体储箱的加注管线和放气管线(venting line)，并且该分离装置被布置成改进来自放气管线的流和去往加注管线的流的分隔，该分离装置还包括至少一个法兰，该法兰从圆柱形壁的外表面横向突出，并且在喷嘴被接纳在圆柱形壁当中并考虑加注方向时安装在喷嘴的传感器上游的空腔中，以确保存在于加注头中的从喷嘴流出的流体从加注头往回喷溅的可能性有限，且不影响传感器工作，其特征在于，分离装置的法兰安装在主体的后部部分和主体的前部部分之间，当考虑加注方向时该法兰位于与后部部分相反的方向上，以大致在存在于加注头中的流体的整个上表面上方形成屏障(shield)；以及，放气管线与加注头在主体的后部部分中相连，当考虑重力方向时圆柱形壁的下半部分(lowest half)在法兰的考虑加注方向时的下游在面向主体的前部部分的外表面上没有通槽(through recess)，以确保来自接纳在圆柱形壁中的喷嘴的流体的层流流向加注管线。
根据本发明，法兰在其与盖部的上部部分之间形成死容积，以便在可能通过的流体到达盖部的顶部部分之前先接纳该流体。换句话说，死容积形成了一个额外的容积，以可能储存因与法兰接触而减慢的流体，从而在喷嘴关闭之前和期间避免从加注头喷溅。因此，由于传感器能够更快地感应加注头中的流体压强，因此显著改进了喷嘴的关闭，且没有任何喷溅。法兰的这种配置也增加了流体到达死容积的难度。此外，由于重力和主体相对于重力方向的预定角度，从喷嘴流出的流体沿着圆柱形壁的内径流到加注管线，而不会遇到任何粗糙不平，例如任何凸起或凹陷，从而允许更好地将流体引导至加注管线。
本发明还可以包括单独或组合的一个或多个以下可选特征。
分离装置的法兰可以包括至少一个位于主体的前部部分和圆柱形壁之间的通孔，以允许存在于法兰上方的任何流体通过重力在主体的前部部分和圆柱形壁之间流动。换言之，由于重力并且由于主体相对于重力方向的预定角度，任何存在于死容积中的流体都能够在圆柱形壁和主体的前部部分之间的所述通孔中流动，以避免干扰传感器。
盖部可以包括突出引导元件，以将分配喷嘴引导至分离装置，从而允许对圆柱形壁进行更好的机械保护。优选地，当喷嘴未被接纳在分离装置中时，突出引导元件被盖子以密封的方式封闭。
加注头还可以包括与主体的主要部分一体的缓冲容积，以降低来自放气管线的流的速度。这种配置允许针对避免从加注头喷溅的目标的进一步改进。
分离装置优选地是可拆卸的，以便可以更换。分离装置因此可以用不同的几何形状替换，以适应其它种类或尺寸的喷嘴和/或储箱。
圆柱形壁优选地还包括至少一个孔，该孔允许来自放气管线的气流穿过圆柱形壁以便被排到加注头以外。这允许通过将储箱的空气排放到加注头以外来实现更可靠的加注，从而允许从喷嘴流出的流体更自由地通过加注管线流到储箱中。
根据第一示例，盖部可以通过焊接以密封方式紧固到主要部分。因此，在制造过程中使用了唯一的焊接，从而可以改进周期时间和相关成本。
根据第二示例，可以通过在盖部和主要部分之间卡扣装配密封环来以密封方式将盖部紧固到主要部分。因此，制造过程可以避免使用焊接步骤，从而使过程更容易。
本发明涉及一种存储系统，该存储系统包括连接到加注管线和放气管线的流体储箱，该加注管线被配置为将流体的重力流从加注头引导至储箱，该放气管线被配置为补偿储箱中的压强变化，其特征在于，该存储系统还包括根据前述实施例中任一个所述的加注头。
附图说明
本发明的其他特征和优点将在阅读以下详细描述时更加清楚，该描述是参考了作为非限制性描绘提供的附图做出的，附图中：
-图1是其中可以应用本发明的车辆的俯视示意图；
-图2是根据本发明的加注头的透视图；
-图3是沿图2的III-III平面的剖视图；
-图4和图5是根据本发明的分离装置的透视图。
具体实施方式
在各个附图中，相同或相似的元件具有相同的附图标记，可选地添加有索引。因此，并未系统地重复对其结构和功能的描述。
在下文中，取向是机动车辆的通常取向。特别地，术语“上”、“下”、“左”、“右”是相对于附图方向地置于上方和下方、向前和向后。
应当理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例允许在本文描述或图示之外的其他方向上的操作。
应当注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限于其后列出的装置；它不排除其他元件或步骤。因此，它应被解释为说明所提及的特征、整数、步骤或部件的存在，但不妨碍一个或多个其他特征、整数、步骤或部件或者其集合的存在或增加。因此，表述“包括装置A和B的设备”的范围不应限于仅由部件A和B组成的设备。它表示就本发明而言，唯一相关的设备部件是A和B。
术语“储箱”被理解为是指可在通用的多种环境和使用条件下储存流体的不可渗透的储箱。一个示例是用于向机动车辆提供燃料(汽油、柴油、氢气等)的燃料储箱。术语“储箱”也可应用于尿素储箱或水储箱。
表述“SCR系统”被理解为表示用于催化还原来自内燃机、优选地是车辆内燃机的废气的NOx的系统，其使用例如尿素水溶液作为液体添加剂。本发明有利地应用于柴油发动机，特别是乘用车或重型货车的柴油发动机。
此外，尿素分配喷嘴可以被引入燃料加注头中。因此，已经研发了用于分配喷嘴的由磁场激活的阀门。因此，当应用于尿素储箱时，加注头必须具有磁性元件来激活阀门以允许输送尿素。
在本文提供的说明中，阐述了许多具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他情况下，没有详细示出众所周知的方法、结构和技术，以免混淆对本说明书的理解。
如图1所示，本发明涉及车辆41，其配备有连接到净化系统45的动力系统43。更准确地说，净化系统45包括排气装置47和注入例如尿素溶液的添加剂到排气装置47中的添加剂注入装置49。
注入装置49包括存储系统1，该存储系统1包括用于存储含水添加剂的储箱3。注入装置49还可以包括或不包括多个浸入在含水添加剂中的传感器，比如液位传感器、温度传感器和/或质量传感器，传感器可以是电容效应类型、超声类型或机械类型。
注入装置49还包括与注入元件7相关联的泵5，它们由连接到车辆41的中央计算机的处理单元管理。该处理单元包含存储编码指令的存储器。当处理单元执行编码指令时，执行例如SCR方法的步骤。
储箱3必须定期重新加注含水添加剂，例如尿素溶液或氨溶液。存储系统1因此包括加注管线9、放气管线11(也称为返回管线)和加注头13。加注管线9配置为将流体的重力流从加注头13引导到储箱3。放气管线11配置为通过从加注头13排出容纳在储箱3中的受到来自加注管线9的流体到达的压缩的这样的流体(主要是气体，包括空气，可能还包括容纳在储箱3中的液体的蒸汽)，来补偿在再加注期间储箱3中的压强变化。
最后，加注头13配置为接收流体分配系统的喷嘴(未示出)，并优选以密封方式连接到加注管线9和放气管线11。因此加注头13在再加注期间允许从喷嘴流出的流体通过加注管线9流入储箱3，同时允许存在于储箱3中的液体上方的流体从储箱3通过放气管线9排放，以逸出到车辆41周围的环境空气(外部大气)中。
本发明旨在提供一种加注头13，无论在喷嘴中使用何种传感器，该加注头13都满足上述相互冲突的规范，比如现有螺口瓶的小直径与高达40l.min-1的高加注率，且在再加注阶段从加注头13没有任何喷溅。
因此，根据本发明的加注头13包括主体15，该主体15根据相对于重力方向G的预定角度α(阿尔法)倾斜安装，该相对于重力方向G的预定角度α在下文中被称为加注方向F(参见图3)。根据本发明，当考虑重力方向G时，预定角度α(阿尔法)可以介于0°和60°之间。这个角度范围允许借助重力良好地流动以及容易引入分配喷嘴(未显示)到加注头13中。
加注头13包括主要部分17，主要部分17被盖部19封闭以形成空腔20。根据第一示例，盖部19可以通过焊接以密封方式紧固到主要部分17。因此，在制造过程中只使用一次焊接，从而允许改善周期时间和相关成本。
根据第二示例，可以通过在盖部19和主要部分17之间卡扣装配密封环(未示出)来将盖部19以密封方式紧固到主要部分17。因此，制造过程可以避免使用焊接步骤，从而使过程更容易。
盖部19可包括突出引导元件18，以将分配喷嘴引导至分离装置21(如下所述)，从而允许对其圆柱形壁23进行更好的机械保护。优选地，当喷嘴未接纳在分离装置21中时，通过拧紧盖子(未示出)以密封方式封闭突出引导元件18。
如图3所示，盖部19可包括在突出引导元件18周向上的磁体16，以便在储箱3为尿素类型时通过磁场激活喷嘴的阀门，从而允许输送尿素。
主要部分17可以包括多个肋14，以便将分离装置21接纳为抵住每个肋14的上端。因此，分离装置21可以容易地从空腔20中拆除以进行更换。分离装置21因此可以用不同的几何形状来替换，以适应其它种类或尺寸的喷嘴和/或储箱3。
加注头13还可以包括与主体15的后部部分中的主要部分17一体的缓冲容积12，以降低来自放气管线11的流V的速度。这种配置允许针对避免从加注头的任何喷溅这一目标的进一步改进。根据传感器的类型，该缓冲容积12介于80ml和140ml之间，优选在90ml和130ml之间，并且更优选在94ml和129ml之间。更准确地说，喷嘴的传感器越靠上游(当考虑加注方向F时)，缓冲容积12就越大。
根据本发明，优选地悬挂在主体15的空腔20中的分离装置21配置为在其围绕加注方向F延伸的圆柱形壁23中接纳分配喷嘴。分离装置21被布置成改进来自放气管线11的流V和去往加注管线9的流F的分隔。因此，如图3所示，被安装在喷嘴的尖端处的传感器39a(平面I如ZVA喷嘴传感器)在加注头13中低于安装在喷嘴的上游方向上(当考虑加注方向F时)的39b(平面II如Horn和PIUSI喷嘴传感器)，该传感器39b可以一直引入到距尖端16mm处。
根据本发明的第一方面，分离装置21还包括至少一个法兰25，其从圆柱形壁23的外表面横向突出，并且在喷嘴被接纳在圆柱形壁23中并考虑加注方向F时安装在喷嘴的传感器39a或39b上游的空腔20中。法兰25的这种配置确保从存在于加注头13当中的喷嘴流出的流体具有有限的可能性从加注头13往回喷溅，而不影响传感器39a或39b工作。
根据本发明的第一方面，法兰25在法兰25和盖部19的上部部分之间的空腔20中形成死容积，以便在可能通过的流体到达盖部19的顶部部分之前接纳它们。换句话说，死容积形成一个额外的容积，以便在可能的情况下储存因与法兰25接触而减慢的流体，从而在喷嘴关闭之前和期间避免从加注头13喷溅。因此，由于传感器能够更快地感测加注头13中的流体压强而显著改进了喷嘴的关闭，而没有任何喷溅。
分离装置21的法兰25可以安装在主体15的后部部分B与主体15的前部部分P之间、位于与后部部分B相反的方向上(当考虑加注方向F时)。这种配置允许大致在存在于加注头13中的流体的整个上表面的上方形成屏障。换句话说，它增大了流体到达法兰25上方的死容积的难度。
在本发明的第二方面中，放气管线11在主体15的后部部分B中与加注头13连接。更准确地说，圆柱形壁23包括至少一个凹陷(recess)31，该凹陷31面向在主体15的后部部分B中的缓冲容积12的开口，并且圆柱形壁23沿主体15的前部部分P引导从喷嘴流出的任何流体，以确保从喷嘴流出的流体的层流F流向主体15的前部部分P中的加注管线9，以及通过主体的后部部分B中的圆柱形壁23直接排放来自放气管线11的流体V。因此，这种配置允许限制在再加注阶段期间的任何流体分配关闭/故障。
根据本发明的第二方面，缓冲容积12因此可以尽可能远离储箱3。有利地，还获得了来自放气管线11的流V的速度的更好的降低，以及气泡沿着缓冲容积12的壁更好的破裂，而不管储箱3的容积和/或再加注率如何。此外，在从主体15中的空腔20的前部部分P中的喷嘴流出的流体的流F与来自主体15中的空腔20的后部部分B中的放气管线11的流体的流V之间，流F、V有利地在分离装置21的帮助下在空腔20中更好地分隔，以避免分配喷嘴的停止功能的激活，直到储箱实际上装满为止。
分离装置21优选地还包括上下法兰27、29以及横向板33a、33b，每个法兰都面向法兰25的一侧安装，每个横向板都安装在法兰25和29与圆柱形壁23的外表面之间。横向板33a、33b允许在主体15的前部部分P和后部部分B之间更好的分隔。
优选地，圆柱形壁23的下半部分(当考虑重力方向G时)，即圆柱形壁23的弧形表面，其平行于加注方向F，并且在横向板33a、33b之间延伸过垂直于加注方向F的角度，并面向主体15的前部部分P，该下半部分在法兰25下游没有通槽。更一般地，当喷嘴完全接纳在圆柱形壁23中且考虑加注方向F时，即当喷嘴的尖端抵住从圆柱形壁23的内表面突出的肋24的上部部分(靠近平面I)时，圆柱形壁23的下半部分在平面I和II中没有凹陷。这种配置确保了来自接纳在圆柱形壁23中的喷嘴的流体的层流F流向加注管线9。换句话说，由于重力并且由于主体15相对于重力方向G的预定角度，从喷嘴流出的流体沿着圆柱形壁23的内径流到加注管线，而不会遇到任何粗糙不平，比如任何凸起或凹陷，从而允许更好地将流体引导到加注管线。
分离装置21的法兰25可以在主体15的前部部分P和圆柱形壁23的外表面之间包括至少一个通孔26，以便允许任何存在于法兰25上方即在死容积中的流体通过重力在主体15的前部部分P和圆柱形壁23之间流动。类似地，分离装置21的下法兰29也可以在主体15的前部部分P和圆柱形壁23的外表面之间包括至少一个通孔30b，以允许由于重力从通孔26流动的任何流体进一步在主体15的前部部分P与圆柱形壁23的下端之间流动。换言之，由于重力并且由于主体15相对于重力方向G的预定角度，存在于死容积中的任何流体都能够在圆柱形壁23和主体的前部部分P之间在所述通孔26、30b中流动，以避免对传感器39a或39b的干扰。
为了进一步改善来自放气管线11的流V和去往加注管线9的流F的分隔，圆柱形壁23可还包括在上法兰27和法兰25之间的至少一个通槽28。
最后，下法兰29还可以包括至少一个孔30a，当考虑加注方向F时，其位于与孔30b相反的方向上并且面向缓冲容积12在主体15的后部部分B中的开口，以改善来自放气管线11的流体通过主体的后部部分B中的圆柱形壁23的直接排放V，即防止流V在缓冲容积12和圆柱形壁23之间的任何偏离。
当然，本发明不限于所介绍的实施例和变型，而是可以经受各种其他实施例和/或变型，它们对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，尽管本文描述的一些实施例包括一些但并非其他实施例中包含的全部特征，但不同实施例的特征的组合落在本发明的范围内，并且形成不同的实施例，正如本领域技术人员会理解的。例如，在所附权利要求中，任何要求保护的实施方式都可以以任何组合使用。
特别地，可以根据具体应用、特别是根据储箱3的类型来修改形状和/或尺寸。

Claims (10)

1.一种用于存储系统(1)的加注头(13)，所述加注头包括主体(15)，所述主体(15)根据相对于重力方向(G)的预定角度(α)倾斜安装，所述相对于重力方向(G)的预定角度(α)被称为加注方向(F)，所述主体包括主要部分(17)，所述主要部分(17)由盖部(19)封闭以形成其中接纳分离装置(21)的空腔(20)，所述加注头(13)被配置为在所述分离装置(21)的围绕所述加注方向(F)延伸的圆柱形壁(23)中接纳流体分配喷嘴，所述喷嘴具有自动停止传感器(39a、39b)以防止所述加注头(13)的过度加注，所述加注头(13)被配置为连接到流体储箱(3)的加注管线(9)和放气管线(11)，所述分离装置(21)被布置为改进来自所述放气管线(11)的流(V)与去往所述加注管线(9)的流(F)的分隔，所述分离装置(21)还包括至少一个法兰(25)，所述法兰从所述圆柱形壁(23)的外表面横向突出，并且安装在所述传感器(39a、39b)的在所述喷嘴被接纳在所述圆柱形壁(23)当中并考虑所述加注方向(F)时的上游的所述空腔(20)中，以确保从所述喷嘴流出的存在于所述加注头(13)中的流体从所述加注头(13)往回喷溅的可能性有限，且不影响所述传感器(39a、39b)工作，其特征在于：所述分离装置(21)的法兰(25)被安装在所述主体(15)的后部部分(B)和所述主体(15)的前部部分(P)之间，在考虑所述加注方向(F)时所述法兰(25)位于与所述后部部分(B)相反的方向上，以大致在存在于所述加注头(13)中的流体的整个上表面上方形成屏障；以及，所述放气管线(11)与所述加注头(13)在所述主体(15)的后部部分(B)中相连，所述圆柱形壁(23)的在考虑所述重力方向(G)时的下半部分在所述法兰(25)的在考虑所述加注方向(F)时的下游在面向所述主体(15)的前部部分(P)的外表面上没有通槽，以确保来自接纳在所述圆柱形壁(23)中的所述喷嘴的流体的层流(F)流向所述加注管线(9)。
2.根据前一权利要求所述的加注头(13)，其中，所述分离装置(21)的法兰(25)包括位于所述主体(15)的前部部分(P)和所述圆柱形壁(23)之间的至少一个通孔(26、30b)，以便允许存在于所述法兰(25)上方的任何流体通过重力(G)在所述主体(15)的前部部分(P)和所述圆柱形壁(23)之间流动。
3.根据前述权利要求中任一项所述的加注头(13)，其中，所述盖部(19)包括突出引导元件(18)，以将所述分配喷嘴引导至所述分离装置(21)。
4.根据前一权利要求所述的加注头(13)，其中，当喷嘴未被接纳在所述分离装置(21)中时，所述突出引导元件(18)被盖子以密封的方式封闭。
5.根据前述权利要求中任一项所述的加注头(13)，其中，所述加注头(13)还包括与所述主体(15)的主要部分(17)一体的缓冲容积(12)，以降低来自所述放气管线(11)的流(V)的速度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的加注头(13)，其中，所述分离装置(21)是可拆卸的，以便可以更换。
7.根据前述权利要求中任一项所述的加注头(13)，其中，所述圆柱形壁(23)还包括至少一个孔(31)，所述孔(31)允许来自所述放气管线(11)的流体流(V)穿过所述圆柱形壁(23)，以被排到所述加注头(13)以外。
8.根据前述权利要求中任一项所述的加注头(13)，其中，所述盖部(19)通过焊接以密封方式紧固到所述主要部分(17)。
9.根据前述权利要求1至7中任一项所述的加注头(13)，其中，通过在所述盖部(19)与所述主要部分(17)之间卡扣装配密封环，来以密封方式将所述盖部(19)紧固到所述主要部分(17)。
10.一种存储系统(1)，包括连接到加注管线(9)和放气管线(11)的流体储箱(3)，所述加注管线(9)被配置为将流体的重力流从加注头(13)引导至所述储箱(3)，所述放气管线(11)被配置为补偿所述储箱(3)中的压强变化，其特征在于，所述存储系统(1)还包括根据前述权利要求中任一项所述的加注头(13)。
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