專利名稱：用于液體燃油添加劑的計量泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于液體添加劑(可能非常濃縮)的計量泵，這種添加劑或者添入車輛發(fā)動機中；或者添入所述發(fā)動機的廢氣中；或者在發(fā)動機使用重油(即具有多于9個碳原子的燃油；典型地是柴油)的情況下，直接添入所述燃油并且優(yōu)選地添入油箱中。
例如尿素、液態(tài)氨和氨基甲酸酯等添加劑的目的是減少發(fā)動機的污染物——例如NOx和CO——排放，同時一般使用金屬鹽類(例如溶于碳氫化合物溶劑中的鐵(Fe)鹽或鈰(Ce)鹽)，以便降低保留在重油發(fā)動機的排氣系統(tǒng)的過濾器上的顆粒的燃燒溫度。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有系統(tǒng)使用一種常規(guī)的活塞泵以將添加劑液體添加到必須注入的地方(主要在發(fā)動機、廢氣、油箱、所述發(fā)動機的進油管或回油管中；在本申請中將概括地稱之為“發(fā)動機回路”)。這種活塞泵是一種固定容量的泵，其中該泵在每一沖程添加恒定的預(yù)設(shè)容量(一般根據(jù)其中有活塞移動的缸體的容量)。
US 2003/0136355公開了一種借助于定量泵將燃油添加劑輸送到油箱中的系統(tǒng)，而該定量泵集成到吸油模塊中。該定量泵是一種正位移泵(活塞泵)，其在每個泵循環(huán)內(nèi)輸送恒定容量的添加劑。全部所需的劑量通過使該泵進行所需的循環(huán)數(shù)而輸送。其缺點在于任何與活塞容量相關(guān)的誤差歷經(jīng)多個沖程數(shù)而累積，而精確劑量對于最佳結(jié)果是需要的；可能劑量過多(由于缸體容量的不能輸送的部分)，考慮到添加劑的價格，這是昂貴的；以及用于致動的電磁閥通常產(chǎn)生噪音。
該新發(fā)明旨在至少解決其中一些缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要在于以一種可變?nèi)萘康谋谩匆环N能夠輸送不必預(yù)先設(shè)定容量的泵——取代上述固定容量的泵。
因此，本發(fā)明涉及一種用于車輛發(fā)動機回路的液體添加劑的計量泵，所述泵包括一個活塞、一個缸體以及一個用于在缸體內(nèi)軸向移動活塞的致動器，而該致動器是高精度的線性致動器(high resolution linear actuator)。
由于使用了上述致動器，根據(jù)本發(fā)明的泵是可變?nèi)萘康谋?，能夠輸送任何需要的容量并且可以自動充注?br> 根據(jù)本發(fā)明的泵除包括上述活塞、缸體(殼體)以及致動器之外，一般包括一個歧管，該歧管包括至少一個入口止回閥以及一個出口止回閥，用于分別吸入和排出添加劑。上述閥可以是任何類型；它們優(yōu)選地是被動的(即自動起作用的閥，即除了經(jīng)過閥的液體流之外不受任何其它裝置驅(qū)動)、單向閥(即它們僅允許液體沿一個方向流過)。
本發(fā)明的可變?nèi)萘康谋脙?yōu)選地是一種注射泵，即一種其中活塞在每個添加循環(huán)的末期接觸一個固體表面的泵(該固體表面可以是泵的缸膛端部或者歧管的內(nèi)表面)?！疤砑友h(huán)”是指在泵的兩個連續(xù)吸入過程之間的完整操作順序。所以在每個循環(huán)末期，注射器返回到一個止端，以確保高重復(fù)性。除此之外，每個循環(huán)之后留在泵體中的添加劑容量最小化，這又使可能在溫度改變的過程中發(fā)生的來自添加劑的氣體或蒸汽泄漏的潛在風(fēng)險最小。
根據(jù)本發(fā)明，“高精度的線性致動器”實際上是指可以高精度地控制線性位置的制動器?！案呔取币馕吨缺仨毿∮诨虻扔?mm，優(yōu)選地小于或等于0.1mm，更優(yōu)選地小于或等于50μm。本發(fā)明中使用的線性致動器優(yōu)選地包括一個電動步進馬達，該馬達以非常小的增量移動活塞，以在每一步中獲得極高的精確度，并且該馬達由一個控制器進行控制。當例如與電磁泵相比時，這種致動器的優(yōu)點是其尺寸小(緊湊)以及其能量消耗較低。
最優(yōu)選地，所述線性致動器由一個旋轉(zhuǎn)電動馬達通過齒輪減速裝置驅(qū)動。有利之處在于齒輪減速裝置提供了與添加劑的定容量添加的高精確度相對應(yīng)的線性位置的高精度，并且沒有噪音；當旋轉(zhuǎn)電動馬達不通電時，齒輪減速裝置對活塞行進提供了高阻力，因此確?；钊３至藢θ肟诤统隹诳椎拿芊?。
將致動器的線性位置控制到高精度的其它可能性在于(A)一個通過齒輪減速裝置驅(qū)動的曲柄，從而曲柄端(活塞)的線性位置可以控制到一個高精度水平(并且在循環(huán)中的任何點上反轉(zhuǎn))；以及(B)一個由例如壓電馬達等線性電動馬達驅(qū)動的線性致動器。
在是曲柄(實施例A)的情況下，可使用長曲柄使活塞主要作線性運動。
根據(jù)一個實施例，根據(jù)本發(fā)明的泵的容量等于所需的最大劑量(考慮到所涉及的燃油容量)，并且配給一個可達最大劑量的容量。這意味著僅通過泵的一個循環(huán)就輸送了所需的添加劑容量，這確實是一種非常靜的方案，但尺寸有些大。
根據(jù)另一優(yōu)選實施例，根據(jù)本發(fā)明的泵具有縮小的容量(即小于最大劑量)，以便安裝到車輛上的更多位置。該泵通過一次或多次注射(即通過一個或多個泵循環(huán))配給所需的添加劑容量。
在該實施例中，活塞精確地配合歧管，從而所有的添加劑可重復(fù)地擠出。這意味著泵僅需要在吸入時是精確的。
根據(jù)本發(fā)明的泵通常使用一個密封件，以確?；钊透左w之間的緊密度。該密封件可以是一種滑動密封件，沿徑向設(shè)置在活塞頭部上并且在缸體內(nèi)與活塞一起滑動。但優(yōu)選地，該密封件是一種低摩擦的盤形密封件(隔膜)，至少一部分附接到缸體上并與其一起移動。上述密封件的優(yōu)點在于當活塞在一個重要的不使用時期之后首先移動時，低得多的力施加給馬達，避免了馬達滑移并且保證了泵的精確度；注射器的內(nèi)表面上沒有留下一層添加劑來變干和剝落，避免了潛在電短路或者機構(gòu)的堵塞；并且不可能泄漏，因而保持了精確度。
隔膜密封件的另一優(yōu)點在于其可以調(diào)節(jié)徑向運動，使其與固定的曲柄線性致動器(如上述實施例A)相當協(xié)調(diào)。
在該方面，值得注意的是盡管本發(fā)明的主要目的是一種由高精度的線性致動器驅(qū)動的泵，在沒有上述致動器的泵的情況下，也存在上述隔膜密封件的所有優(yōu)點。雖然這種泵由US 4,874,299已知，但其中所描述的泵是一種往復(fù)泵，即一種固定容量的泵而非容量可變的泵。因此，本發(fā)明的另一方面是一種具有隔膜的可變?nèi)萘康谋?，它除了不存在線性致動器之外將與上面所描述的相同，盡管為了添加柴油添加劑而優(yōu)選地選擇具有線性致動器。
至于根據(jù)本發(fā)明的泵的制造材料，選擇耐受所添加的添加劑的材料。一般地，活塞和缸體是塑料的(例如PBT(聚丁烯))，并且密封件是合成橡膠的，更優(yōu)選地為氟化硅酮合成橡膠。在是盤形密封件的情況下，其形狀和材料對于當泵“吸入”時防止密封件的拉伸是非常重要的。密封件的輪廓優(yōu)選地設(shè)置成在吸入過程中力(由此，密封件的拉伸)最小化。其它方法可包括密封件的材料強化或者在密封件上涂上例如PTFE(聚四氟乙烯，通常稱為“特富龍”)的材料以防止拉伸(并且增加材料的相容性)。
在使用盤形密封件的計量泵中，所添加的容量與活塞的運動不成線性。然而，密封件的形狀適于使如下最小化終結(jié)剩余的非線性的現(xiàn)象被電移除(由驅(qū)動馬達的控制器)。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的計量泵是重油發(fā)動機的燃油系統(tǒng)的一部分。因此，根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種燃油系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝有一個上述計量泵。燃油系統(tǒng)意味著在燃油處理(對于柴油機指儲存、供應(yīng)和返回)中所使用的所有構(gòu)件/裝置。上述系統(tǒng)一般包括至少一個油箱、一個加注管、排放管道和燃油供應(yīng)/返回管道、以及在本發(fā)明框架中的一個添加劑貯存器。
根據(jù)該實施例，所述泵優(yōu)選地位于燃油系統(tǒng)中的以下位置之一a.在加注管區(qū)域中，尤其是如果添加劑貯存器位于如專利申請文獻FR03.13073中描述的那樣處在那里時；b.在添加劑貯存器和油箱之間；c.在油箱上，在其上方或下方(尤其是如果添加劑貯存器如專利申請文獻FR 04.00856中描述的那樣集成到油箱中時)；在該情況下，其優(yōu)選靠近固定在油箱上的吸油模塊；d.如上述美國專利中描述的那樣在吸油模塊內(nèi)；e.靠近或位于燃油返回管道(使熱燃油從發(fā)動機的注射軌道返回到油箱)上。
也就是說，通過使用如上所述的定制流體歧管，一個通用泵體設(shè)計可以結(jié)合到許多不同系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中。
根據(jù)該實施例，計量泵的控制器可以被告知待添加的添加劑量、或優(yōu)選地已加入的燃油量(從而處理器可以計算所需的劑量——僅控制器需要知道使用中的添加劑的濃度和類型)。
本發(fā)明通過

圖1到圖4以非限制性方式進行闡釋，這些附圖實際上描述了本發(fā)明的2個優(yōu)選實施例。圖1和圖2涉及一種具有滑動密封件的注射泵，而圖3和圖4涉及一種注射—隔膜泵。在這些附圖中，相同的數(shù)字指代相同/類似的部件。
具體實施例方式
對圖1和圖2的描述實施例1這些附圖示出了一種容積大約為8毫升并具有滑動密封件的注射泵。
通過活塞(3)，注射器通過活塞以計算的劑量僅執(zhí)行一個比例行程而從歧管(6)中的一個入孔(I)、密封件(5)和單向閥(2)吸入添加劑液體。
活塞(3)借助于步進馬達和齒輪減速裝置移動，而馬達和齒輪減速裝置是致動器(7)的一部分。在活塞(3)和缸體(1)之間存在一個滑動密封件(4)。
液體吸入之后，所述注射器通過活塞(3)將液體添加劑經(jīng)由支撐件(6)中的出孔(O)、密封件(5’)和單向閥(2’)推到柴油箱內(nèi)。
圖3和圖4的描述實施例2這些附圖表示了一個容量約為0.5毫升、具有盤形密封件的隔膜—注射泵。
圖3中示出其儲存/復(fù)位位置。活塞將密封件(4)向上推動而抵靠歧管(6)，即其止動端部。
密封件(4)周邊固定在缸體(1)和歧管(6)之間(形成附加的緊密封)，并且通過其平坦頂部(F)附裝到活塞(3)上。當活塞(3)移動時，密封件的頂部(F)隨之移動，并且在歧管(6)和密封件(4)之間產(chǎn)生空隙。
通過活塞(3)，注射器通過活塞完成多個沖程直至達到所計算的劑量而從歧管(6)中的入孔和單向閥(2)吸入添加劑液體。
活塞(3)借助于作為致動器(7)的一部分的步進馬達以及齒輪減速裝置移動，而該致動器在此情況下與缸體(1)制成一件。
以下順序確定了泵的一個循環(huán)馬達由控制器驅(qū)動，從而馬達轉(zhuǎn)過一組步數(shù)。該步數(shù)等于預(yù)定的線性行程。
隨著活塞(3)移動，進氣閥的開啟壓力被超過，而添加劑流入歧管(6)和密封件(4)之間產(chǎn)生的空隙內(nèi)。
當馬達轉(zhuǎn)過由控制器指令的步數(shù)時，活塞(3)停止。然后一旦其組合開啟壓力被超過，活塞改變方向并且打開出口止回閥(未示出)和柴油箱止回閥。添加劑從空隙中流出并且進入柴油箱內(nèi)直到活塞(3)開始回升而抵靠歧管(6)。
添加的添加劑容量取決于歧管(6)和密封件(4)之間形成的空隙的容量。該容量是由當活塞(3)移動時密封件(4)形成的回旋確定的。一個劑量包括一個或多個循環(huán)，在每個循環(huán)之間，馬達驅(qū)動所述線性致動器到其儲存/復(fù)位的位置。
泵的精度、尺寸和單步的精確度是步進馬達精度的函數(shù)，并且是恒定的，獨立于輸送的容量。
注射—隔膜泵在短時間內(nèi)輸送整個泵的容量。
實施例1(圖1和圖2)以及實施例2(圖3和圖4)的共同特征兩種泵允許對加入的柴油(5到120升之間)添加非常濃縮的添加劑液體(例如10％的金屬濃縮度)。
活塞(3)最小的線性步非常小，處于10到50μm范圍內(nèi)。
耗電量非常低(例如在12伏特下為5瓦特)。
使用了兩種簡單的被動閥，并且系統(tǒng)在大范圍的劑量水平內(nèi)是靈活的。
由于其使用被動閥而不是電磁閥，這個方案沒有噪音。
權(quán)利要求
1.一種用于重油發(fā)動機的燃油中的液體添加劑的計量泵，所述泵包括一個活塞(3)，一個缸體(1)以及一個在缸體(1)中軸向移動該活塞(3)的致動器(7)，其特征在于所述致動器(7)是一種高精度的線性致動器。
2.如上述權(quán)利要求所述的計量泵，其特征在于所述泵包括一個歧管(6)，該歧管(6)具有至少一個入口止回閥(2)以及一個出口止回閥(2’)，該入口止回閥以及出口止回閥是被動的單向閥。
3.如上述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵，其特征在于該計量泵是一種注射泵，其中活塞(3)在每個添加循環(huán)末期接觸一個固體表面。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵，其特征在于所述線性致動器(7)由一個旋轉(zhuǎn)電動馬達通過一個齒輪減速裝置進行驅(qū)動。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵，其特征在于該計量泵的容積等于所需的最大劑量，從而所需的添加劑容量總是僅通過泵的一個循環(huán)配給。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的計量泵，其特征在于該計量泵具有小于最大劑量的容積，從而所需的添加劑容量通過一個或多個泵循環(huán)配給。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的計量泵，其特征在于該計量泵包括一個密封件(4)，以確保所述活塞(3)和缸體(1)之間的緊密性。
8.如前一權(quán)利要求所述的計量泵，其特征在于所述密封件(4)是一個徑向設(shè)置于所述活塞(3)頭部上并且在所述缸體(1)內(nèi)與該活塞(3)一起滑動的滑動密封件，或者是一個低摩擦的盤形密封件，該盤形密封件具有至少一個連接到該活塞(3)并隨之一起移動的部分(F)。
9.一種燃油系統(tǒng)，包括一個如上述權(quán)利要求中任一項所述的液體燃油添加劑的計量泵。
全文摘要
一種用于重油發(fā)動機的燃油中的液體添加劑的計量泵，所述泵包括一個活塞(3)，一個缸體(1)以及一個在缸體(1)中軸向移動該活塞(3)的致動器(7)，所述致動器(7)是一種高精度的線性致動器。
文檔編號F04B13/00GK1846053SQ200480025298
公開日2006年10月11日 申請日期2004年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者納唐·詹姆斯·倫奇, 海倫·維多利亞·劉易斯, 西蒙·詹姆斯·內(nèi)勒, 查爾斯·道格拉斯·約翰斯通, 詹姆斯·比欽·尼夫 申請人:因勒紀汽車系統(tǒng)研究公司