專利名稱：計量泵設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
根據(jù)權(quán)利要求1前敘部分所述的特征，本發(fā)明涉及一種用于將液體還原劑混合進(jìn)廢氣氣流中的計量泵設(shè)備(metering pump assembly)。
背景技術(shù)：
對于自動點火的內(nèi)燃引擎，在大多數(shù)的工作條件下，是在氧氣過量的情況下運行，會產(chǎn)生氮的氧化物，并且特別是對于直接注入主燃燒室的情況，柴油馬達(dá)就是典型的例子。已知的是將該廢氣氣流導(dǎo)入還原催化凈化器(catalyser)，以減少這些有害環(huán)境的NOx的排放。在進(jìn)入催化凈化器之前，尿素水溶液作為還原劑以一種分散均勻的方式輸入該廢氣。同時，尿素的量應(yīng)當(dāng)盡可能精確地與燃燒過程相匹配，以確保在催化凈化器中的還原反應(yīng)盡可能的充分，另一方面避免尿素的過量。為此，需要單獨的控制和調(diào)整(閉環(huán)控制)電子器件(electronics)，根據(jù)作為燃燒和還原過程特征(催化凈化器上游和下游的溫度，輸入燃燒過程的空氣量，廢氣中NOx和O2的含量)的變量來控制尿素的供應(yīng)。
已知利用一個計量閥(DE4436397A1)來根據(jù)各自時期所需要的量供應(yīng)尿素水溶液。同時，尿素溶液的輸送是通過用壓縮空氣給供應(yīng)容器施加壓力來實現(xiàn)的，該壓縮空氣接下來還可以將尿素溶液運送到廢氣氣流中。
將尿素供應(yīng)容器置于壓力下，加上計量閥直接位于噴射位置的前面的設(shè)置具有缺陷，所述缺陷是系統(tǒng)固有的。有鑒于此，計量泵的如下應(yīng)用是更為有益該計量泵從基本上沒有壓力的供應(yīng)容器中吸入尿素水溶液并且以一種理想的方式將其輸入到壓縮氣體中，特別是輸入到一種壓縮氣流中，該壓縮氣流隨后通過噴嘴以一種分散均勻的方式輸入到緊鄰著催化凈化器的上游的廢氣氣流中。這樣的配置特別適合于機(jī)動車輛中的可移動應(yīng)用，并且可從例如美國專利5842341中得知。
計量泵可以應(yīng)用在多個技術(shù)領(lǐng)域，但是經(jīng)常是固定的。由丹麥的格蘭富(Grundfos)公司制造和銷售的這種計量泵在DME和DMS的類型描述中是已知的。這些泵被設(shè)計和構(gòu)思為固定式的應(yīng)用，并且因此只在有限的程度上適合于此處所討論的應(yīng)用目的。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的這種狀況，本發(fā)明的目的是提供一種計量泵設(shè)備，其是特別為機(jī)動車輛中將液體還原劑混合進(jìn)廢氣氣流中而設(shè)計的。
根據(jù)本發(fā)明，權(quán)利要求1所述的技術(shù)特征達(dá)到了此目的。本發(fā)明的有益的設(shè)計描述于從屬權(quán)利要求、下面的說明書和附圖中。
本發(fā)明的基本原理是給計量泵設(shè)備提供用于特定應(yīng)用的其他元件，所述元件通常設(shè)置于設(shè)備殼體內(nèi)。同時，隨設(shè)計而定，只有部分預(yù)混裝置或者包括為此所需的附屬設(shè)備可以被完全安裝在設(shè)備殼體內(nèi)。這對于在車輛中的應(yīng)用特別有利，在車輛中盡可能地避免單個元件的安裝，因為一方面這些元件應(yīng)當(dāng)被封裝，免受外界惡劣的環(huán)境的影響，另一方面，應(yīng)當(dāng)以低震動安裝，并且最終為其它設(shè)備限制或者縮小安裝空間。
根據(jù)本發(fā)明，至少部分安裝在設(shè)備殼體內(nèi)的預(yù)混裝置首先用于提供液體還原劑，因此，通常將含水尿素溶液(例如30％的尿素水溶液)依序加入到壓縮空氣，然后，以一種盡可能分散均勻的方式，通過安裝在緊鄰催化凈化器上游的在廢氣氣流中的噴嘴、將這種預(yù)混合物質(zhì)流供應(yīng)到廢氣氣流中。同時，計量泵確保只供應(yīng)還原氮的氧化物所需要的尿素溶液的量。
因為尿素以水溶液形式來供應(yīng)，與空氣接觸，例如特別是與壓縮空氣接觸，可能會至少部分結(jié)晶，這些結(jié)晶會導(dǎo)致在管道系統(tǒng)中的粘著、限制、阻塞，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的構(gòu)造提供了一種對與液體還原劑和壓縮空氣接觸的管道部分進(jìn)行噴吹的裝置，例如至少對位于兩種流體相遇位置的下游的管道部分提供所述的噴吹的裝置。
為了使之變?yōu)榭赡?，在設(shè)備殼體內(nèi)安裝第一閥，該第一閥在第一切換位置時，將輸送壓縮空氣氣流的管連接到輸送廢氣氣流的管，以達(dá)到噴吹該管的目的，并且在第二切換位置時，將泵的出口管與輸送廢氣氣流的管連接，由此形成正常操作位置。這樣無需進(jìn)一步的工藝附件及使用在任何情況下都可以獲得的壓縮空氣，通過適當(dāng)?shù)貑釉摰谝婚y，即可以獲得對相應(yīng)的管道部分的噴吹，以在很大程度上保護(hù)這些管道部分不被尿素沉積。
另一方面，在預(yù)混裝置運行之前，要確保管道系統(tǒng)、特別是從泵的出口向上到混合位置的管道系統(tǒng)，完全充滿液體還原劑，因為只有這樣，已混合的還原劑的量才能與計量泵輸送的量相對應(yīng)。為此，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種對輸送還原劑的管道進(jìn)行沖洗和/或噴吹的裝置，特別是設(shè)置于設(shè)備殼體內(nèi)。為此，將第二閥(以下叫做預(yù)沖洗閥)安裝在該設(shè)備殼體內(nèi)，并且通過該第二閥可以使泵的出口管選擇性地與通向還原劑容器的管連接，或者與通向第一閥、或者廢氣氣流的管連接。后邊的位置是工作位置。為了開始預(yù)混裝置的操作，預(yù)沖洗閥被控制在最先描述的位置，并且計量泵轉(zhuǎn)為恒定的操作，以使管道被液體還原劑連續(xù)的沖洗，該液體還原劑隨后又流回到供應(yīng)容器當(dāng)中。這樣，可以確保輸送液體還原劑的管道被液體還原劑所完全充滿。
設(shè)備殼體由功能上獨立的幾個部分組成，特別是一種諸如下面的方式一個殼體部分用于電子器件，另一個殼體部分用于驅(qū)動馬達(dá)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)，此外的一個殼體部分用于輸送液體的元件，諸如管道、管道連接件、閥和膜式泵。同時優(yōu)選是將驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝在中間的殼體部分，并且電子器件在一側(cè)，輸送液體的元件在這個中間的殼體部分的另一側(cè)。這樣的設(shè)置不僅增強(qiáng)裝置的操作可靠性，而且便于修理，因為，例如排出的還原劑不與機(jī)械元件或者電子元件接觸。
應(yīng)當(dāng)理解的是閥通常被安裝在泵殼體的液體輸送部分，就象所述的管道連接件那樣，因此還優(yōu)選的是象為該設(shè)備供應(yīng)壓縮空氣的壓縮空氣供應(yīng)管的連接件那樣。
鑒于壓縮空氣管道，特別是對于車輛來說，經(jīng)常處于工作壓力下，有用的是在裝置的一側(cè)為輸送壓縮空氣的管道提供截止閥，以在需要時關(guān)閉壓縮空氣的供應(yīng)。
為了阻止液體還原劑滲入到壓縮空氣管道，例如在壓力降低的情況下，因為尿素的結(jié)晶可能是限制性的，在輸送壓縮空氣的管道中提供了回流閥，特別是沿著氣流通過的方向在截止閥的下游位置。通常該回流閥同樣位于設(shè)備殼體中，特別是在用于液體輸送部分的殼體部分中。
為了能夠以快捷和簡單的方式更換整個裝置，來進(jìn)行修理或者維護(hù)，有用的是在每一情況下用于所有液體輸送管道的設(shè)備殼體上，提供管道連接件，所說的連接件被構(gòu)思為與相應(yīng)的連接管道的可拆卸的連接件。簡單形式的可以是由軟管從上面插入連接管口(活接頭)構(gòu)成，但是也可以由軟管連接系統(tǒng)。在各種情況下，在計量泵設(shè)備的設(shè)備殼體內(nèi)都有數(shù)字的控制和調(diào)整電子器件，這些電子器件對于還原過程和閥控制來說是必要的。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)備殼體也可以包括部分的預(yù)混裝置。這樣，在輸送還原劑的管和輸送壓縮空氣的管之間的實際混合過程，如果有益的話，可以在設(shè)備殼體的外部進(jìn)行。然而，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，設(shè)備殼體不包括整個預(yù)混裝置。這樣不但有益于設(shè)計，而且有益于極端的工作條件，如在機(jī)動車輛中經(jīng)常出現(xiàn)的低溫的情況。一種確保整個預(yù)混裝置的工作可靠的方法是在設(shè)備殼體的部分上設(shè)置，不用在車輛的部分上增加進(jìn)一步設(shè)置。
為了能夠在車輛中應(yīng)用該計量泵設(shè)備，該車輛利用數(shù)字的馬達(dá)電子器件實現(xiàn)了用于還原過程和閥控制的控制和/或調(diào)整電子器件，以及在沒有這樣的控制和/或調(diào)整電子器件的那些車輛中應(yīng)用該計量泵設(shè)備，有用的是提供該調(diào)整(閉環(huán)控制)電子器件或者優(yōu)選是至少部分的該調(diào)整電子器件為可拆卸地連接殼體模塊，以便根據(jù)應(yīng)用情況，在應(yīng)用該計量泵設(shè)備時帶有或者不帶有這樣的模塊。
本發(fā)明通過一個如附圖所示的實施例在下面進(jìn)行詳細(xì)的說明。


圖1在示意圖中，包括預(yù)混裝置及其附屬裝置、廢氣管系統(tǒng)和還原催化凈化器方框圖。
圖2根據(jù)本發(fā)明的計量泵設(shè)備的預(yù)混裝置的方框圖。
圖3簡化的根據(jù)本發(fā)明的計量泵設(shè)備的局部剖視立體圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下1-廢氣管；2-廢氣氣流；3-傳感器；4-噴嘴頭；5-還原催化凈化器；6-廢氣管的自由端；7-溫度傳感器；8-管；9-計量泵設(shè)備；10-殼體；11-電子器件的殼體；11a-可拆卸的殼體部分；12-機(jī)械部分的殼體部分；13-液體輸送元件的殼體部分；14-供應(yīng)給馬達(dá)的空氣；15-馬達(dá)；16-偏心齒輪；17-膜式泵；18-連接件；
19-預(yù)混裝置；20-3/2通閥(第一閥)；21-3/2通閥(預(yù)沖洗閥)；22-截止閥；23-節(jié)流閥部；24-管；25-回流管。26-供應(yīng)容器；27-壓縮空氣管；28-混合位置；29-吸入管。
具體實施例方式
如圖1中顯示了柴油馬達(dá)的廢氣管1，其氣流通過的方向用2表示。來自于燃燒引擎的暖的廢氣通過管1先流經(jīng)測量氮的氧化物的含量和氧氣的含量的傳感器3。沿著氣流通過的方向，一個噴嘴頭4位于其下游，通過該噴嘴頭4，包括壓縮氣體和含水尿素形式的液體還原劑的氣流以一種分散均勻的方式輸入到廢氣氣流2中。緊鄰其下游的是還原催化凈化器5，經(jīng)過還原催化凈化器5的出口后，廢氣通過管的自由端6離開系統(tǒng)。沿著氣流方向在催化凈化器5的上游和下游均設(shè)有溫度傳感器7。
如圖2和圖3所示，噴嘴頭4由來自計量泵設(shè)備9的管8供應(yīng)。計量泵設(shè)備9包括設(shè)備殼體10，該設(shè)備殼體10基本上被分為三個部分11，12，和13。從一側(cè)連接至設(shè)備殼體10的端面的殼體部分11包括計量泵的控制和調(diào)整電子器件，并且進(jìn)一步還有還原反應(yīng)的控制和調(diào)整電子器件。這些控制和調(diào)整電子器件可以通過CAN-總線與馬達(dá)的電子器件連接，并且還可以檢測溫度傳感器7的信號、傳感器3的信號，以及如圖1中箭頭14所示的引入燃燒過程的空氣質(zhì)量。
殼體部分12連接至容納電子器件的殼體部分11，并且該殼體部分12包括步進(jìn)馬達(dá)15形式的驅(qū)動馬達(dá)，以及偏心齒輪16，其逐漸降低馬達(dá)15的轉(zhuǎn)動并將其轉(zhuǎn)化為平移運動，該平移運動驅(qū)動實際上位于密封在殼體部分13中的膜式泵17，殼體部分13與殼體部分12相連并且包括所有該裝置的液體輸送部分。殼體13用一個中間壁(未示出)與殼體部分12隔開，如在修理或者有泄漏時液體不利地漏出的情況下，可以確保液體不能滲入到殼體11和殼體12中。
殼體部分11被設(shè)計為一種分開的形式，并且包括與剩下的殼體10一體形成的部分，該部分包括馬達(dá)5的控制和調(diào)整電子器件；以及一個可移動的部分11a，其在端面與上述部分的端面相連，并包括用于控制和調(diào)整還原過程所需要的電子器件。采用這種方式，該裝置在應(yīng)用時可以選擇有或者沒有這些還原過程的控制和調(diào)整電子器件。殼體部分11a為模塊化設(shè)計，并通過插頭和插座方式與其它電子器件進(jìn)行電連接，并且還以可拆卸的機(jī)械方式與殼體部分11連接。實際上相連有回流閥膜式泵17位于殼體部分13內(nèi)。而且，在殼體12的上面有四個連接件18，管以可拆卸的方式與殼體12連接，如圖2所示。
膜式泵17以及預(yù)混裝置19安裝在殼體部分13中。膜式泵17包括第一3/2通閥20，作為預(yù)沖洗閥的第二3/2通閥，和截止閥22以及節(jié)流閥部23。
功能和管道連接和閥說明如下。
在開始運行泵裝置之前，對于預(yù)混裝置19，其必須確保在泵出口一側(cè)的管24充滿了液體還原劑。為此，預(yù)沖洗閥21被啟動使得在該泵出口一側(cè)的管24連接著一個將液體還原劑輸送回供應(yīng)容器26的回流管25。還原劑從供應(yīng)容器26中吸出并向泵17傳送。
在進(jìn)行沖洗后，并且因此確保管24以完全充滿的方式輸送該液體，沖洗閥21換向，通過這種方式，在該泵出口一側(cè)的管24與閥20的進(jìn)口相連接，該閥20在工作位置時是相連的，使得形成與供應(yīng)噴嘴4的管8的管道連接。通過這個管道導(dǎo)向，還原劑進(jìn)入管8。通過連接件18和管27的壓縮空氣經(jīng)由開放的截止閥22到達(dá)節(jié)流閥部23，并且從這里經(jīng)過混合位置28進(jìn)入管8，在泵17的適當(dāng)?shù)妮斔秃凸?7中壓縮空氣的影響下，所需要的預(yù)先混合就完成了，并且通過管8(如同通過連接件18)導(dǎo)出該設(shè)備殼體。
在控制和調(diào)整電子器件的幫助下，根據(jù)以本身公知的操作方式測量還原劑。在完成操作后，例如當(dāng)內(nèi)燃引擎關(guān)閉后，閥20被重新設(shè)置，使得輸送壓縮空氣的管27繞過節(jié)流閥部23直接與管8連接。在這種方式下，將壓縮空氣供應(yīng)給位于閥20另一側(cè)的輸送還原劑的管道的部分、以及位于混合位置28的另外一側(cè)的部分，通過這種方式，將仍留在管中的殘余的還原劑用噴嘴4吹出，并且因此管道系統(tǒng)本身不會被尿素結(jié)晶污染。
殼體部分13的四個連接件18是用于泵17的吸入管29的、到供應(yīng)容器26的回流管25的、供應(yīng)壓縮空氣到管27以及管8的連接件。
在殼體部分11中設(shè)置有電氣的和傳感器的連接件。設(shè)備殼體以一種緊湊的方式進(jìn)行設(shè)計，并且密封使得可以在馬達(dá)中的任何部位進(jìn)行安裝。該裝置的電力供應(yīng)設(shè)計是由設(shè)備本身的電力供應(yīng)獲得，例如12伏或者42伏。還原劑的供應(yīng)容器26沒有被施壓并可以因此安裝于車輛中的任何位置，并且不需要如壓力容器那樣的特別要求。預(yù)混裝置工作所需要得壓縮空氣可以從車輛本身的壓縮空氣的供應(yīng)中獲取，或者可以通過一個單獨的壓縮機(jī)供應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種用于將液體還原劑混合進(jìn)廢氣氣流(2)中的計量泵設(shè)備，其帶有設(shè)備殼體(10)，該設(shè)備殼體容納電驅(qū)動器(15)、傳動裝置(16)、膜式泵(17)、以及控制和調(diào)整電子器件，其特征在于，該設(shè)備殼體(10)包括至少部分的預(yù)混裝置(19)，在該預(yù)混裝置(19)中給液體還原劑加壓縮氣流。
2.如權(quán)利要求1所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有用于噴吹管部分(8)的裝置(20)，該管(8)輸送液體還原劑和壓縮氣流。
3.如權(quán)利要求1或2所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，在設(shè)備殼體(10)中設(shè)置有第一閥(20)，所述第一閥在第一個切換位置，將輸送壓縮氣流、特別是壓縮空氣氣流的管(27)與輸送廢氣氣流的管相連，并且在第二個切換位置，將該泵(17)的出口管(24)與輸送廢氣氣流(2)的管(8)相連。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有對輸送還原劑的管(24)進(jìn)行沖洗和/或排放的裝置(21，25)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，在該設(shè)備殼體(10)中設(shè)置有第二閥(21)(預(yù)沖洗閥)，通過該第二閥(21)，泵(17)的出口管(24)選擇性地與通向還原劑的容器(26)的管(25)連接，或者與通向第一閥(20)或者廢氣氣流(2)的管(8)連接。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備殼體(10)包括功能上互相獨立的幾個部分(11，12，13)，其中一個部分包含電子器件，另一個部分包含驅(qū)動馬達(dá)(15)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)(16)，并且此外一個部分包含輸送液體的元件(17，18，20，21，22)。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，閥(20，21，22)安裝在泵殼體(10)的液體輸送的部分(13)中。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備殼體(10)包括用于壓縮空氣供應(yīng)管(27)的連接件(18)。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備殼體(10)中容納有位于輸送壓縮空氣的管(27)中的截止閥(22)。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備殼體(10)中容納有位于輸送壓縮空氣的管(27)中的回流閥。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備殼體(10)中容納有節(jié)流閥部(23)，該節(jié)流閥部(23)位于輸送壓縮空氣的管(27)中，并且特別是在沿著氣流穿過的方向、給液體還原劑加壓縮空氣的位置(28)的上游。
12.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，為了每一液體輸送管進(jìn)/出殼體(10)，該設(shè)備殼體(10)包括管道連接件(18)，用于可拆卸地連接到相應(yīng)的連接管。
13.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，在該設(shè)備殼體(10)中還安裝有用于還原過程和閥控制的控制和/或調(diào)整電子器件。
14.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，該預(yù)混裝置(19)完全包含于設(shè)備殼體(10)內(nèi)。
15.如前述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵設(shè)備，其特征在于，優(yōu)選將調(diào)整(閉環(huán)控制)電子器件的部分設(shè)置為可拆卸連接的殼體模塊(11a)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將液體還原劑混合進(jìn)廢氣氣流中的計量泵設(shè)備(9)。該計量泵設(shè)備包括容納電驅(qū)動器(15)、傳動裝置(16)、計量泵(17)和控制和/或調(diào)整電子器件的設(shè)備殼體(12)。該設(shè)備殼體(10)還包括預(yù)混裝置，在該預(yù)混裝置中給液態(tài)還原劑施加壓縮氣流。
文檔編號B01D53/94GK1738970SQ200380108853
公開日2006年2月22日 申請日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
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