CN1846053A - 用于液体燃油添加剂的计量泵 - Google Patents

Abstract

一种用于重油发动机的燃油中的液体添加剂的计量泵，所述泵包括：一个活塞(3)，一个缸体(1)以及一个在缸体(1)中轴向移动该活塞(3)的致动器(7)，所述致动器(7)是一种高精度的线性致动器。

Description

用于液体燃油添加剂的计量泵

技术领域

本发明涉及一种用于液体添加剂(可能非常浓缩)的计量泵，这种添加剂或者添入车辆发动机中；或者添入所述发动机的废气中；或者在发动机使用重油(即具有多于9个碳原子的燃油；典型地是柴油)的情况下，直接添入所述燃油并且优选地添入油箱中。

例如尿素、液态氨和氨基甲酸酯等添加剂的目的是减少发动机的污染物——例如NO_x和CO——排放，同时一般使用金属盐类(例如溶于碳氢化合物溶剂中的铁(Fe)盐或铈(Ce)盐)，以便降低保留在重油发动机的排气系统的过滤器上的颗粒的燃烧温度。

背景技术

现有系统使用一种常规的活塞泵以将添加剂液体添加到必须注入的地方(主要在发动机、废气、油箱、所述发动机的进油管或回油管中；在本申请中将概括地称之为“发动机回路”)。这种活塞泵是一种固定容量的泵，其中该泵在每一冲程添加恒定的预设容量(一般根据其中有活塞移动的缸体的容量)。

US 2003/0136355公开了一种借助于定量泵将燃油添加剂输送到油箱中的系统，而该定量泵集成到吸油模块中。该定量泵是一种正位移泵(活塞泵)，其在每个泵循环内输送恒定容量的添加剂。全部所需的剂量通过使该泵进行所需的循环数而输送。其缺点在于：

任何与活塞容量相关的误差历经多个冲程数而累积，而精确剂量对于最佳结果是需要的；

可能剂量过多(由于缸体容量的不能输送的部分)，考虑到添加剂的价格，这是昂贵的；以及

用于致动的电磁阀通常产生噪音。

该新发明旨在至少解决其中一些缺点。

发明内容

本发明主要在于以一种可变容量的泵——即一种能够输送不必预先设定容量的泵——取代上述固定容量的泵。

因此，本发明涉及一种用于车辆发动机回路的液体添加剂的计量泵，所述泵包括一个活塞、一个缸体以及一个用于在缸体内轴向移动活塞的致动器，而该致动器是高精度的线性致动器(high resolution linear actuator)。

由于使用了上述致动器，根据本发明的泵是可变容量的泵，能够输送任何需要的容量并且可以自动充注。

根据本发明的泵除包括上述活塞、缸体(壳体)以及致动器之外，一般包括一个歧管，该歧管包括至少一个入口止回阀以及一个出口止回阀，用于分别吸入和排出添加剂。上述阀可以是任何类型；它们优选地是被动的(即自动起作用的阀，即除了经过阀的液体流之外不受任何其它装置驱动)、单向阀(即它们仅允许液体沿一个方向流过)。

本发明的可变容量的泵优选地是一种注射泵，即一种其中活塞在每个添加循环的末期接触一个固体表面的泵(该固体表面可以是泵的缸膛端部或者歧管的内表面)。“添加循环”是指在泵的两个连续吸入过程之间的完整操作顺序。所以在每个循环末期，注射器返回到一个止端，以确保高重复性。除此之外，每个循环之后留在泵体中的添加剂容量最小化，这又使可能在温度改变的过程中发生的来自添加剂的气体或蒸汽泄漏的潜在风险最小。

根据本发明，“高精度的线性致动器”实际上是指可以高精度地控制线性位置的制动器。“高精度”意味着精度必须小于或等于1mm，优选地小于或等于0.1mm，更优选地小于或等于50μm。本发明中使用的线性致动器优选地包括一个电动步进马达，该马达以非常小的增量移动活塞，以在每一步中获得极高的精确度，并且该马达由一个控制器进行控制。当例如与电磁泵相比时，这种致动器的优点是其尺寸小(紧凑)以及其能量消耗较低。

最优选地，所述线性致动器由一个旋转电动马达通过齿轮减速装置驱动。有利之处在于：

齿轮减速装置提供了与添加剂的定容量添加的高精确度相对应的线性位置的高精度，并且没有噪音；

当旋转电动马达不通电时，齿轮减速装置对活塞行进提供了高阻力，因此确保活塞保持了对入口和出口孔的密封。

将致动器的线性位置控制到高精度的其它可能性在于：

(A)一个通过齿轮减速装置驱动的曲柄，从而曲柄端(活塞)的线性位置可以控制到一个高精度水平(并且在循环中的任何点上反转)；以及

(B)一个由例如压电马达等线性电动马达驱动的线性致动器。

在是曲柄(实施例A)的情况下，可使用长曲柄使活塞主要作线性运动。

根据一个实施例，根据本发明的泵的容量等于所需的最大剂量(考虑到所涉及的燃油容量)，并且配给一个可达最大剂量的容量。这意味着仅通过泵的一个循环就输送了所需的添加剂容量，这确实是一种非常静的方案，但尺寸有些大。

根据另一优选实施例，根据本发明的泵具有缩小的容量(即小于最大剂量)，以便安装到车辆上的更多位置。该泵通过一次或多次注射(即通过一个或多个泵循环)配给所需的添加剂容量。

在该实施例中，活塞精确地配合歧管，从而所有的添加剂可重复地挤出。这意味着泵仅需要在吸入时是精确的。

根据本发明的泵通常使用一个密封件，以确保活塞和缸体之间的紧密度。该密封件可以是一种滑动密封件，沿径向设置在活塞头部上并且在缸体内与活塞一起滑动。但优选地，该密封件是一种低摩擦的盘形密封件(隔膜)，至少一部分附接到缸体上并与其一起移动。上述密封件的优点在于：

当活塞在一个重要的不使用时期之后首先移动时，低得多的力施加给马达，避免了马达滑移并且保证了泵的精确度；

注射器的内表面上没有留下一层添加剂来变干和剥落，避免了潜在电短路或者机构的堵塞；并且

不可能泄漏，因而保持了精确度。

隔膜密封件的另一优点在于其可以调节径向运动，使其与固定的曲柄线性致动器(如上述实施例A)相当协调。

在该方面，值得注意的是尽管本发明的主要目的是一种由高精度的线性致动器驱动的泵，在没有上述致动器的泵的情况下，也存在上述隔膜密封件的所有优点。虽然这种泵由US 4,874,299已知，但其中所描述的泵是一种往复泵，即一种固定容量的泵而非容量可变的泵。因此，本发明的另一方面是一种具有隔膜的可变容量的泵，它除了不存在线性致动器之外将与上面所描述的相同，尽管为了添加柴油添加剂而优选地选择具有线性致动器。

至于根据本发明的泵的制造材料，选择耐受所添加的添加剂的材料。一般地，活塞和缸体是塑料的(例如PBT(聚丁烯))，并且密封件是合成橡胶的，更优选地为氟化硅酮合成橡胶。在是盘形密封件的情况下，其形状和材料对于当泵“吸入”时防止密封件的拉伸是非常重要的。密封件的轮廓优选地设置成在吸入过程中力(由此，密封件的拉伸)最小化。其它方法可包括密封件的材料强化或者在密封件上涂上例如PTFE(聚四氟乙烯，通常称为“特富龙”)的材料以防止拉伸(并且增加材料的相容性)。

在使用盘形密封件的计量泵中，所添加的容量与活塞的运动不成线性。然而，密封件的形状适于使如下最小化：终结剩余的非线性的现象被电移除(由驱动马达的控制器)。

优选地，根据本发明的计量泵是重油发动机的燃油系统的一部分。因此，根据另一方面，本发明涉及一种燃油系统，该系统安装有一个上述计量泵。燃油系统意味着在燃油处理(对于柴油机指储存、供应和返回)中所使用的所有构件/装置。上述系统一般包括至少一个油箱、一个加注管、排放管道和燃油供应/返回管道、以及在本发明框架中的一个添加剂贮存器。

根据该实施例，所述泵优选地位于燃油系统中的以下位置之一：

a.在加注管区域中，尤其是如果添加剂贮存器位于如专利申请文献FR03.13073中描述的那样处在那里时；

b.在添加剂贮存器和油箱之间；

c.在油箱上，在其上方或下方(尤其是如果添加剂贮存器如专利申请文献FR 04.00856中描述的那样集成到油箱中时)；在该情况下，其优选靠近固定在油箱上的吸油模块；

d.如上述美国专利中描述的那样在吸油模块内；

e.靠近或位于燃油返回管道(使热燃油从发动机的注射轨道返回到油箱)上。

也就是说，通过使用如上所述的定制流体歧管，一个通用泵体设计可以结合到许多不同系统的结构中。

根据该实施例，计量泵的控制器可以被告知待添加的添加剂量、或优选地已加入的燃油量(从而处理器可以计算所需的剂量——仅控制器需要知道使用中的添加剂的浓度和类型)。

本发明通过图1到图4以非限制性方式进行阐释，这些附图实际上描述了本发明的2个优选实施例。图1和图2涉及一种具有滑动密封件的注射泵，而图3和图4涉及一种注射—隔膜泵。在这些附图中，相同的数字指代相同/类似的部件。

具体实施方式

对图1和图2的描述：实施例1

这些附图示出了一种容积大约为8毫升并具有滑动密封件的注射泵。

通过活塞(3)，注射器通过活塞以计算的剂量仅执行一个比例行程而从歧管(6)中的一个入孔(I)、密封件(5)和单向阀(2)吸入添加剂液体。

活塞(3)借助于步进马达和齿轮减速装置移动，而马达和齿轮减速装置是致动器(7)的一部分。在活塞(3)和缸体(1)之间存在一个滑动密封件(4)。

液体吸入之后，所述注射器通过活塞(3)将液体添加剂经由支撑件(6)中的出孔(O)、密封件(5’)和单向阀(2’)推到柴油箱内。

图3和图4的描述：实施例2

这些附图表示了一个容量约为0.5毫升、具有盘形密封件的隔膜—注射泵。

图3中示出其储存/复位位置。活塞将密封件(4)向上推动而抵靠歧管(6)，即其止动端部。

密封件(4)周边固定在缸体(1)和歧管(6)之间(形成附加的紧密封)，并且通过其平坦顶部(F)附装到活塞(3)上。当活塞(3)移动时，密封件的顶部(F)随之移动，并且在歧管(6)和密封件(4)之间产生空隙。

通过活塞(3)，注射器通过活塞完成多个冲程直至达到所计算的剂量而从歧管(6)中的入孔和单向阀(2)吸入添加剂液体。

活塞(3)借助于作为致动器(7)的一部分的步进马达以及齿轮减速装置移动，而该致动器在此情况下与缸体(1)制成一件。

以下顺序确定了泵的一个循环：

马达由控制器驱动，从而马达转过一组步数。该步数等于预定的线性行程。

随着活塞(3)移动，进气阀的开启压力被超过，而添加剂流入歧管(6)和密封件(4)之间产生的空隙内。

当马达转过由控制器指令的步数时，活塞(3)停止。然后一旦其组合开启压力被超过，活塞改变方向并且打开出口止回阀(未示出)和柴油箱止回阀。添加剂从空隙中流出并且进入柴油箱内直到活塞

(3)开始回升而抵靠歧管(6)。

添加的添加剂容量取决于歧管(6)和密封件(4)之间形成的空隙的容量。该容量是由当活塞(3)移动时密封件(4)形成的回旋确定的。一个剂量包括一个或多个循环，在每个循环之间，马达驱动所述线性致动器到其储存/复位的位置。

泵的精度、尺寸和单步的精确度是步进马达精度的函数，并且是恒定的，独立于输送的容量。

注射—隔膜泵在短时间内输送整个泵的容量。

实施例1(图1和图2)以及实施例2(图3和图4)的共同特征：

两种泵允许对加入的柴油(5到120升之间)添加非常浓缩的添加剂液体(例如10％的金属浓缩度)。

活塞(3)最小的线性步非常小，处于10到50μm范围内。

耗电量非常低(例如在12伏特下为5瓦特)。

使用了两种简单的被动阀，并且系统在大范围的剂量水平内是灵活的。

由于其使用被动阀而不是电磁阀，这个方案没有噪音。

Claims (9)

1.一种用于重油发动机的燃油中的液体添加剂的计量泵，所述泵包括：一个活塞(3)，一个缸体(1)以及一个在缸体(1)中轴向移动该活塞(3)的致动器(7)，其特征在于所述致动器(7)是一种高精度的线性致动器。

2.如上述权利要求所述的计量泵，其特征在于所述泵包括一个歧管(6)，该歧管(6)具有至少一个入口止回阀(2)以及一个出口止回阀(2’)，该入口止回阀以及出口止回阀是被动的单向阀。

3.如上述权利要求中任一项所述的计量泵，其特征在于该计量泵是一种注射泵，其中活塞(3)在每个添加循环末期接触一个固体表面。

4.如上述权利要求中任一项所述的计量泵，其特征在于所述线性致动器(7)由一个旋转电动马达通过一个齿轮减速装置进行驱动。

5.如上述权利要求中任一项所述的计量泵，其特征在于该计量泵的容积等于所需的最大剂量，从而所需的添加剂容量总是仅通过泵的一个循环配给。

6.如权利要求1至4中任一项所述的计量泵，其特征在于该计量泵具有小于最大剂量的容积，从而所需的添加剂容量通过一个或多个泵循环配给。

7.如上述权利要求中任一项所述的计量泵，其特征在于该计量泵包括一个密封件(4)，以确保所述活塞(3)和缸体(1)之间的紧密性。

8.如前一权利要求所述的计量泵，其特征在于所述密封件(4)是一个径向设置于所述活塞(3)头部上并且在所述缸体(1)内与该活塞(3)一起滑动的滑动密封件，或者是一个低摩擦的盘形密封件，该盘形密封件具有至少一个连接到该活塞(3)并随之一起移动的部分(F)。

9.一种燃油系统，包括一个如上述权利要求中任一项所述的液体燃油添加剂的计量泵。

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