定量配給模塊的製作方法

2023-07-08 20:25:07 3

本發明涉及一種定量配給模塊。更具體地，本發明涉及一種在減排系統(emissionabatementsystem)中使用的定量配給模塊。本發明還涉及一種操作定量配給(dosing)模塊的方法。

背景技術：

為了減小從發動機排放的潛在的有害物質而導致的大氣汙染，美國(usa)和歐盟(eu)已立法來逐步降低對於包括氮氧化物(nox)的某些排放的法律約束性限制。

根據美國法律(已知為「tier4final」標準)以及歐盟第四階段法律，功率輸出在56至560kw的範圍的發動機，nox的排放限於0.40g/kwh。

已知多種用於減少柴油發電機的nox輸出的減排技術，包括廢氣再循環(egr)系統技術(其通過降低燃燒溫度來抑制nox產生)、nox捕集技術(lnt)或nox吸附催化劑技術(nac)(用於『保持』nox)以及選擇性催化還原技術(scr)(其將no和no2轉變為氮和水)。

scr結合了如釩、鎢、銅沸石(cu-zeolite)或鐵沸石(fe-zeolite)等催化劑與如無水氨、氨水或更通常地尿素等還原劑，以將no和no2轉變為氮和水。尿素通常用作還原劑，但必須注入scr催化劑的排放上遊，以此在其進入scr催化劑的點處熱分解為氨。尿素優於氨，因為其大體儲存和運輸更安全。在美國，市場上與scr一起使用的尿素被稱為柴油機尾氣處理液(dieselexhaustfluid，def)，而在歐洲，其被稱為adbluertm。為了使scr在溫度譜的下端處有效作用，雖然已發現銅沸石催化劑提升了在幾乎沒有no2可用時溫度低於300℃時的性能，目前仍需要將no和no2以50：50的比例分開。scr的優點在於，其對於特定燃油消耗的影響最小。缺點包括需要定期再次補充還原劑，並需要在車輛上提供封裝還原劑的容器的空間。通常，還原劑使用是使用的柴油消耗的1-7％。

使用定量配給模塊(還已知為def或adbluertm注射器，或者定量配給閥)將尿素溶液注入排氣通路中。尿素在定量配給模塊內形成晶體會對尿素供應到排氣通路產生不利影響，例如在定量配給模塊尖部形成尿素晶體(孔口結晶)可以阻止將尿素注射出定量配給模塊，而在定量配給模塊本體內形成尿素晶體(閥內結晶)可以阻止閥的移動且因而阻止尿素的供應。

用於疏通定量配給模塊的已知方法是使用廢氣升高定量配給模塊的溫度並熔化尿素晶體。這需要使定量配給模塊的溫度被加熱到超過100℃。這是難以實現的，因為只有定量配給模塊的尖部定位在廢氣附近，而定量配給模塊的本體被冷卻劑套管圍繞。而且，在低佔空比的情況下，廢氣溫度不夠高而將定量配給模塊的溫度升高到足以熔化尿素晶體。

已經開發出多種升高廢氣溫度的系統，以充分加熱定量配給模塊而熔化尿素晶體；但是，這些系統也具有上述缺點，即只有定量配給模塊的尖部暴露於廢氣中，並且位於定量配給模塊周圍的冷卻套管使足以熔化尿素晶體的高溫的熱量難以從定量配給模塊尖部傳遞到定量配給模塊本體。

技術實現要素：

根據本發明的第一方案，提供了一種用於減排系統的定量配給模塊，該定量配給模塊包括電樞、用於移動電樞的裝置以及具有出口的閥體；定量配給模塊具有疏通狀態，在疏通狀態下電樞可在第一位置與第二位置之間移動，其中在第一位置時出口被電樞閉合，而在第二位置時電樞與出口間隔，以及其中，在使用時，將電力以第一能級應用到用於移動電樞的裝置引起電樞從第一位置移動到第二位置；該定量配給模塊還具有阻塞狀態，在阻塞狀態下阻止液體流經出口，其中，在使用時，將電流以第二能級應用到用於移動電樞的裝置引起定量配給模塊變為疏通狀態。

當定量配給模塊處於阻塞狀態時，可以阻止電樞的移動。

第二能級可大於第一能級。

第一能級能量可由第一功率、優選地第一電流限定，和/或第二能級可由第二功率、優選地第二電流限定。

第二電流可以至少為400毫安，優選地至少為500毫安。

定量配給模塊可以具有第一溫度，將電流以第二能級應用到用於移動電樞的裝置引起定量配給模塊的溫度升高到第二溫度。

第二溫度可以至少為100℃。

定量配給模塊還可以包括彈簧，以在第一位置使電樞向出口偏壓。用於移動電樞的裝置可以是線圈裝置(coildevice)。線圈裝置可以包括線圈。

電力以第一能級應用到線圈可引起電樞從第一位置移動到第二位置。

電力以第二能級應用到線圈可引起定量配給模塊變為疏通狀態。

線圈可以是第一線圈，線圈裝置還可以包括第二線圈。

電力以第一能級應用到第一線圈可引起電樞從第一位置移動到第二位置，和/或電力以第二能級應用到第二線圈可引起定量配給模塊變為疏通狀態。

當電樞在第二位置時，液體可以流經出口。液體可以包括還原劑。液體可以包括尿素。液體可以包括柴油機尾氣處理液或adbluertm。

當定量配給模塊處於阻塞狀態時，液體的晶體可以阻止液體流經出口。

定量配給模塊還可以包括冷卻裝置，例如冷卻套管或散熱片。

定量配給模塊可以是發動機後處理定量配給模塊。

根據本發明的第二方案，提供了一種包括發動機和排氣系統的車輛，排氣系統包括減排系統，該減排系統具有根據本發明的第一方案的定量配給模塊。車輛可以是工作機，例如裝載機(loadall)或反鏟機或鏟載車或挖掘機。

根據本發明的第三方案，提供一種操作用於減排系統的定量配給模塊的方法，該方法包括以下步驟：

(a)確定定量配給模塊處於阻塞狀態；

(b)通過將電力應用到定量配給模塊來升高定量配給模塊的溫度；以及

(c)加熱定量配給模塊，直到定量配給模塊處於疏通狀態，在疏通狀態中液體可以流經定量配給模塊。

該方法還可以包括以下步驟：

(d)操作定量配給模塊，以使液體經過定量配給模塊。

確定定量配給模塊處於阻塞狀態的步驟可以包括確定液體經定量配給模塊的流動被阻止。

確定定量配給模塊處於阻塞狀態的步驟可以包括：

(i)在致動定量配給模塊之前確定由定量配給模塊供應的液體的第一壓力；

(ii)在致動定量配給模塊期間確定由定量配給模塊供應的液體的第二壓力；以及

(iii)比較第一壓力與第二壓力。

第二壓力可以大於第一壓力。

將電力應用到定量配給模塊來升高定量配給模塊的溫度的步驟可以包括將溫度升高到至少100℃。

將電力應用到定量配給模塊來升高定量配給模塊的溫度的步驟可以包括使升高的溫度保持不多於400秒，優選地不多於200秒。

將電力應用到定量配給模塊來升高定量配給模塊的溫度的步驟可以包括將電流應用於定量配給模塊。電流可以至少為400毫安，優選地至少為500毫安。

液體可以包括還原劑。液體可以包括尿素。液體可以包括柴油機尾氣處理液或adbluertm。

當定量配給模塊處於阻塞狀態時，液體的晶體可以阻止液體流經出口。

附圖說明

現在將參考附圖描述本發明的實施例，在附圖中：

圖1是用於工作機的排氣系統的示意圖；

圖2是根據第一實施例的定量配給模塊在閉合位置的剖視圖；

圖3是圖2的定量配給模塊在打開位置的剖視圖；

圖4是示出根據本發明的定量配給模塊的操作的流程圖；以及

圖5是根據替換性實施例的定量配給模塊在閉合位置的剖視圖。

具體實施方式

現在參考圖1，圖1示出了一種排氣系統10。排氣系統10連接到內燃機12、供應模塊14和定量配給控制單元16。供應模塊14連接到箱18，箱18中包含有尿素20的溶液。

排氣系統10包括排氣混合器22、定量配給模塊24和選擇性催化還原器26。

內燃機12通過通道28連接到排氣混合器22，排氣混合器22通過通道30連接到選擇性催化還原器26。通過這種方式，廢氣可以從內燃機12行進到選擇性催化還原器26。

箱18通過通道32連接到供應模塊14，供應模塊通過通道34連接到定量配給模塊。通過這種方式，尿素溶液20可以從尿素箱18經供應模塊14行進到定量配給模塊24。

定量配給模塊24通過通道35連接到排氣混合器22。通過這種方式，尿素溶液20可以在需要時從定量配給模塊24轉移到排氣混合器22。

定量配給控制單元16通過連接部36連接到定量配給模塊24，定量配給控制單元16通過連接部38連接到供應模塊14。通過這種方式，定量配給控制單元16能夠檢測定量配給模塊24的狀態，並且保證在需要時將尿素溶液20由供應模塊14供應到定量配給模塊和/或由定量配給模塊24供應到排氣混合器22。

排氣系統10還包括排氣部40，經處理的廢氣通過排氣部40釋放到大氣中。

現在將具體參考圖2和圖3來描述定量配給模塊24。

定量配給模塊24包括殼體或本體42、注射器44、電樞46、彈簧48、螺線管線圈50和冷卻劑套管54。

殼體或本體42包括電連接器52和中心通道60，中心通道60具有第一端或入口62和第二端64。

注射器44是具有中心孔66的大體空心圓柱體。注射器44具有第一端69和第二端或出口71。

電樞46是具有第一端68和第二端70的大體圓柱體。電樞46具有鄰近第一端68的t形部72。t形部72具有肩部73。電樞46在第二端70包括喇叭部74。

彈簧48具有第一端76和第二端78。

冷卻劑套管54包括入口56和冷卻劑通路58，冷卻劑通過冷卻劑通路58供應到殼體42並圍繞殼體42循環。

按照如下方式構造定量配給模塊24。

螺線管線圈50插入殼體42的第二端64。注射器44插入殼體42的中心通道60，從而使注射器44的中心孔66在定量配給模塊24的長度上從殼體42的第一端62延伸到注射器44的出口71。

彈簧48的第一端76安裝到電樞46的t形部72的肩部73，彈簧48的第二端78安裝成鄰近殼體42的第二端64。

電樞46和彈簧48安裝在注射器44的中心孔66中，由此，彈簧48使電樞的第二端70向注射器44的出口71偏壓(如圖2所示)。注射器44的出口71由電樞46的喇叭部74閉合。

殼體42的第一端62通過通道34連接到供應模塊14，注射器44的出口71通過通道35連接到排氣混合器22。

對於如圖2所示構型的定量配給模塊24，尿素溶液20不能從殼體42的入口62行進到注射器44的出口71，因而尿素溶液20不會被供應到排氣混合器22。

現在將描述定量配給模塊24將尿素溶液20供應到排氣混合器22的操作。

如圖2所示，注射器44的出口71被電樞46的喇叭端74閉合。

經由電連接器52向定量配給模塊24供電使螺線管線圈50充電且使電樞46抵抗彈簧48的偏壓而移向殼體42的第一端62。這導致電樞46的喇叭端74移離注射器44的出口71並使定量配給模塊在打開位置(如圖3所示)。

對於在圖3所示位置的定量配給模塊24，尿素溶液20能夠從殼體42的第一端62流到注射器44的出口71，因此尿素溶液20可以供應到排氣混合器22。

如上所述，已知定量配給模塊內形成尿素的晶體對尿素供應到排氣混合器有不利影響，例如通過在致動定量配給模塊時阻塞尿素溶液經過的通路和/或通過防止電樞在定量配給模塊內的移動而帶來不利影響。

現在將具體參考圖4來描述本發明的定量配給模塊24的操作。

當安裝了定量配給模塊24的工作機(未示出)的發動機(未示出)啟動80時，定量配給模塊控制單元16運行定量配給模塊診斷檢查82以確定尿素溶液20是否能夠經過定量配給模塊24到達排氣混合器22，例如通過確定尿素溶液20在殼體42的入口62處的壓力，並比較該確定的壓力與定量配給模塊24呈現每個圖2和圖3所示構型(即，在打開位置和閉合位置)時尿素溶液20在殼體42的入口62處的預定壓力。

在定量配給模塊24通過定量配給模塊診斷檢查82的情況下，正常操作繼續84，如上所述。

在定量配給模塊24沒有通過定量配給模塊診斷檢查82的情況下，定量配給模塊24被檢測為被阻塞86。檢測到定量配給模塊阻塞86引起定量配給模塊控制單元16觸發加熱模式88。對於定量配給模塊24處於加熱模式88，比正常狀態下用來操作定量配給模塊更大功率的電力被供應到螺線管線圈50，例如使用至少400毫安的電流。這使定量配給模塊24的溫度升高，例如升高至100℃。將該溫度保持一段時間90，例如360秒。

定量配給模塊控制單元16執行診斷檢查92以確定尿素的晶體是否已熔化，及因此定量配給模塊24是否疏通。

在確定定量配給模塊24疏通的情況下，正常操作繼續84，如上所述。

在確定定量配給模塊24仍然阻塞的情況下，定量配給模塊控制單元16重複加熱模式88。如上所述，對於加熱模式88的定量配給模塊24，電力供應到螺管線圈50，其功率大於操作處於正常狀態的定量配給模塊所使用的功率，例如使用至少400毫安的電流。這使定量配給模塊24的溫度升高，例如升高至100℃。將該溫度保持一段時間90，例如360秒。

定量配給控制單元16執行故障檢查92以確定尿素的晶體是否已熔化和因此定量配給模塊24是否疏通。

在確定定量配給模塊24疏通的情況下，正常操作繼續84，如上所述。

在確定定量配給模塊24仍然阻塞的情況下，定量配給模塊控制單元16觸發定量配給模塊24具有故障96的警報。

有利地，即使存在圍繞在定量配給模塊24的外部的冷卻套管的情況下，本發明使定量配給模塊24被加熱到能夠使定量配給模塊24內的尿素晶體熔化的溫度。

現在參考圖5，圖5示出了根據本發明的第二實施例的定量配給模塊124。

定量配給模塊124包括第一殼體或本體142、注射器144、電樞146、彈簧148、第一螺線管線圈150以及第二殼體143，第二殼體中包含第二螺線管線圈(未示出)。

第一殼體142包括第一電連接器152以及具有第一端或入口162和第二端164的中心通道160。

注射器144是具有中心孔166的大體空心圓柱體。注射器144具有第一端169和第二端或出口171。

電樞146是具有第一端168和第二端170的大體圓柱體。電樞146具有鄰近第一端168的t形部172。t形部172具有肩部173。電樞146在第二端170包括喇叭部174。

彈簧148具有第一端176和第二端178。

第二殼體143包括第二電連接器155和中心通道163。

按照如下方式構造定量配給模塊124。

螺線管線圈150插入第二殼體143的中心通道163。注射器144插入殼體142的中心通道160和第二殼體143的中心通道163，從而使注射器144的中心孔166在定量配給模塊124的長度上從殼體142的第一端162延伸到注射器144的出口171。

彈簧148的第一端176安裝到電樞146的t形部172的肩部173，彈簧148的第二端178安裝成鄰近第二殼體143的開口167。

電樞146和彈簧148安裝在注射器144的中心孔166中，由此，彈簧148使電樞146的第二端170向注射器144的出口171偏壓(如圖5所示)。注射器144的出口171被電樞146的喇叭部174閉合。

第一殼體142的第一端162通過通道34連接到供應模塊14，注射器144的出口171通過通道35連接到排氣混合器22。

對於如圖5所示構型的定量配給模塊24，尿素溶液20不能從第一殼體142的入口162行進到注射器144的出口171，因而尿素溶液20不會被供應到排氣混合器22。

以上關聯本發明的第一實施例描述了定量配給模塊124的操作，除了以下情況：從第一電連接器152向定量配給模塊124供電引起螺線管線圈150充電並使電樞146抵抗彈簧148的偏壓而移向第一殼體142的第一端162。這導致電樞146的喇叭端174移離注射器144的出口171以及使定量配給模塊在打開位置(如關於本發明的第一實施例的圖3所示)。

在定量配給模塊124沒有通過定量配給模塊診斷檢查82的情況下，檢測到定量配給模塊阻塞86引起定量配給模塊控制單元16觸發加熱模式88。對於加熱模式88下的定量配給模塊24，比正常狀態下用來操作定量配給模塊124更大功率的電力從第二電連接器155供應到第二螺線管線圈(未示出)，例如使用至少400毫安的電流。這使定量配給模塊24的溫度升高，例如升高至100℃。將該溫度保持一段時間90，例如360秒。

如關於本發明的第一實施例所述的，定量配給模塊24包括冷卻套管54。應該理解的是，定量配給模塊24可以包括可選裝置以冷卻定量配給模塊，例如散熱片。

如圖5所示，定量配給模塊124不包括冷卻套管。應該理解的是，定量配給模塊124可以包括冷卻套管(例如圖2和圖3所示)或散熱片。

如關於本發明的第二實施例所述的，第一電連接器向第一螺線管線圈供電以移動電樞，而第二電連接器向第二螺線管線圈供電以加熱定量配給模塊並熔化尿素晶體。應該理解的是，第一電連接器和第二電連接器的任一個或兩個均可以向第一螺線管線圈供電以移動電樞，和/或第一電連接器和第二電連接器的任意一個或兩個均可以向第二螺線管線圈供電以加熱定量配給模塊並熔化尿素晶體。

在上述實施例中，通過供應比操作正常狀態下用來操作定量配給模塊更大功率的電力來升高定量配給模塊24、124的溫度。應該理解的是，在可選實施例中，可以通過供應與操作正常狀態下用來操作定量配給模塊相同的功率但持續較長的時間來升高定量配給模塊的溫度。