用於將液體計量到內燃機的廢氣管中的裝置及方法

2023-05-08 12:23:26 2

專利名稱：用於將液體計量到內燃機的廢氣管中的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求I的類型的用於將液體計量到內燃機的廢氣管中的裝置及根據權利要求10的前序部分的方法。
背景技術：
由於變得愈來愈嚴格的廢氣排放立法當前已不可能僅藉助發動機內部的措施來達到關於內燃機廢氣中有害物質的限制值。因此在內燃機上，尤其在機動車的內燃機上設立了布置在內燃機的廢氣管中的廢氣再處理裝置、尤其催化器及過濾器。主要在自點火的內燃機上使用增強的廢氣再處理裝置，其中將用於支持廢氣再處理的液體計量地輸入到內燃機的廢氣管中。作為例子對此可列舉用於顆粒過濾的燃料計量輸入或用於選擇地減少氧化氮的催化器中的尿素水溶液的計量輸入。對於顆粒過濾器的熱再生則提高內燃機的廢氣溫度，以致可控地燃燒掉包含在顆粒過濾器中的碳黑，該廢氣溫度的提高通過發動機的措施是不可能的，需要一個附加的噴射器將燃料計量地輸入到廢氣中，該燃料在一個氧化催化器上催化地反應以釋放對提高溫度所需的熱量。由DE 10 2007 016 004公知了一種計量裝置，其中一個計量泵將廢氣再處理劑計量地輸入到內燃機的廢氣安裝中。由DE 10 2006 057 425公知了用於將一種液體計量地噴射到內燃機的廢氣管中的裝置，其中一個工作在顫動工作中噴射閥將導入的液體計量地噴射到內燃機的廢氣管中。

發明內容
相比之下具有權利要求I所述特徵的裝置具有其優點，即通過一個計量泵來控制或調節液體的計量，以致在一個位置上進行壓力的產生及液體的計量，其中噴射閥在顫動工作中將液體計量地輸入到廢氣管中，由此能使小量值的液體計量地輸入廢氣管並達到非常細的霧化。在此情況下該計量不受到或僅很微小地受到壓力波動的幹擾，例如由一個設置在計量泵前面的供給裝置、尤其一個燃料噴射系統的低壓迴路產生的壓力波動的幹擾。這導致了具有簡單液壓特性的簡化的系統設計，涉及計量量值的更寬的工作區間及更高的計量精確度。在此情況下例如通過取消了一個計量單元降低了成本及由於簡單的液壓特性使在內燃機上的應用成本減小，例如這裡在應用時不必考慮具有相應的複雜液壓特性的限制由兩個或多個壓力流引起的壓力波動的閥。通過從屬權利要求中所述的措施可得到權利要求I中給出的裝置及權利要求9中給出的方法的有利的進一步構型及改進。另一有利的進一步構型在於噴嘴裝置具有一個壓力控制的閥，該閥在達到或超過一個打開壓力(P6)時釋放液體向內燃機的廢氣管的計量輸入。該壓力控制的閥可不用電控制及由此可特別簡單且成本上有利地實施。在此情況下特別有利的是，閥的打開壓力(P 6)高於連接在計量泵前面的儲備容器中的壓力或高於連接在計量泵前面的低壓迴路、例如一個燃料噴射系統的低壓迴路中的壓力。由此僅當通過計量泵導致壓力相對儲備容器或低壓迴路中的壓力升高時，該閥才打開。另一有利的進一步構型在於計量泵在功能受幹擾的情況下、尤其在持續通電或電短路的情況下不輸送液體。通過該進一步的構型可避免在故障或功能受幹擾的情況下液體排到廢氣管中及由那裡排到周圍環境中。如果在功能受幹擾時不再由計量泵提供液體，噴射閥保持關閉，以致不會導致不期望的液體向廢氣管的計量輸入。以此方式也可簡單地體現該裝置的「故障安全(fail safe)」功能，以致當計量泵故障時不會有液體計量地輸入到內燃機的廢氣管中。為了提高計量精確度有利的是，由計量泵輸送的液體的量與廢氣管中的反壓力無關或液體的計量輸入的量僅與計量泵的控制接通相關。通過使用一個可調節的活塞泵作為計量泵能以有利的方式在一個單元中實現計量及計量輸入，其中計量輸入的液體的量則僅與計量泵的控制接通持續時間相關。一個有利的實施形式是，其中在計量泵與噴嘴裝置之間、尤其在計量泵與閥之間設有一個脈動阻尼器。通過一個燃料噴射系統的儲備容器或一個低壓迴路與計量泵之間的壓力振動的阻尼進一步地提高了計量泵的計量精確度。計量泵與閥之間的壓力振動的阻尼是特別有利的，因為因為閥的顫動工作可受到壓力波動的影響。在此情況下特別有利的是，計量泵使液體處於具有I至10赫茲頻率的壓力下和/或噴射閥以約1000Hz的頻率周期性地打開及關閉。在該頻率範圍中的計量泵的控制接通頻率用於使計量泵在恆定壓力下將典型地在廢氣再處理時所需的液體量輸送給噴射閥。當噴射閥以約1000Hz頻率顫動工作時通過計量泵提供的液體量將以細及小的份額計量地輸入到廢氣管中及由此可均勻地分布在廢氣流中，而不會導致噴射閥上或廢氣管中的沉積。


圖I表示根據本發明的一個用於內燃機的廢氣管中的液體計量輸入的裝置，圖2表示根據本發明的用於內燃機的廢氣管中的液體計量輸入的裝置的一個變換的實施形式，圖3表示一個坐標圖，其中描述由計量泵提供的液體量與廢氣反壓力的關係，圖4表示計量泵的輸出端的液體壓力與計量泵控制的關係的曲線，
圖5表示噴射閥在顫動工作中周期地打開及關閉的情況下噴射閥上的壓力與計量泵控制的關係的曲線。
具體實施例方式以下將藉助附圖中所示的實施例來詳細地描述本發明及根據其它權利要求的特徵的有利構型。在圖I及2中相同的構件或具有相同功能的構件用相同的標號來指示。圖I中表示根據本發明的裝置的第一實施例。用於儲備一種液體12的儲備容器10通過一個連接導管41與一個過濾器13連接。過濾器13通過一個第二連接導管45與一個計量泵20連接，其中在連接導管45上設有一個壓力傳感器24。另一連接導管46由計量泵20的一個輸出端21連接到一個噴嘴裝置30，例如一個噴射閥31，其中在連接導管46上設有一個脈動阻尼器22及一個壓力傳感器26。噴射閥31被設置在一個內燃機5的廢氣管8上。如果為了支持廢氣的再處理應將液體12計量地輸入到內燃機5的廢氣管8中，計量泵20通過連接導管41由儲備容器10抽吸液體12，其中液體12、例如尿素水溶液或燃料在過濾器13中被淨化及通過連接導管45流到計量泵20。計量泵20使液體12置於一個壓力⑵下，其中通過計量泵20在計量泵輸出端上產生的壓力隨時間⑴變化的曲線如圖4 中所示大致為「矩形」，這就是說，在計量泵20控制接通時產生一個陡峭的壓力上升直到計量泵20的一個峰值壓力水準(Pp)，其中該峰值壓力水準儘可能地保持到計量泵20的控制接通的結束，接著該壓力(P)又陡峭地下降。計量泵20除壓力產生外還具有一個功能，SP測定應計量地輸入廢氣管8中的液體12的量。該測定在計量泵20的控制接通持續時間中進行。通過在計量泵20中產生的峰值壓力水準(Pp)在噴射閥31上作用了一個液壓力，該液壓力大於作用在噴射閥31的閉合部件32上的閉合力。通過克服噴射閥31的閉合部件32的閉合力使噴射閥31達到一個打開壓力(P 6)，這時噴射閥31打開及承擔液體12的噴射及液體12的噴霧處理。通過噴射閥31的打開容易使噴射閥31上的壓力(P)短時地跌落到一個關閉壓力(Ps)上，由此噴射閥31的閉合部件32又關閉。通過閉合部件32的關閉使壓力(P)又上升，因此形成一個特徵，即噴射閥31周期性地打開及關閉，這被稱為「顫動工作」。這種與計量泵20的控制接通相關的顫動工作的壓力曲線在圖5中被表示為隨時間(t)的變化。通過噴射閥31的快速的周期性打開及關閉每次有一小量的液體12被計量地釋放到內燃機5的廢氣管8中。計量泵20的特徵還在於液體12的輸送量(Q』)如圖3所示地與廢氣管8中的反壓力(AP)無關。在此情況下計量泵20的量控制可藉助脈寬調製及頻率控制來進行。當計量泵20未控制接通時將不建立壓力，以致當計量泵20未控制接通時噴射閥31為關閉。在將計量泵20與噴射閥31連接的連接導管46上設有一個脈動阻尼器22，它可阻尼通過計量泵20中的壓力產生和/或通過由噴射閥31的液體12計量輸入形成的壓力振動。在此情況下噴射閥31被作成向外打開的、彈簧加載的碟形閥。在此情況下可取消閉合部件的機械導向，這時噴射閥31的閉合部件32通過一個閥彈簧來定位及通過液體12流過噴射閥31來對中。這裡噴射閥31的各個構件由金屬作成。因為噴射閥31的可靠的顫動工作僅在一個相對窄的壓力範圍中才可能，脈動阻尼器22將避免脫離該窄的壓力範圍。這裡該脈動阻尼器22被作成膜片阻尼器、氣動或液壓的容積。在此情況下脈動阻尼器可優選地設置在計量泵20的輸出端的緊附近。變換地該脈動阻尼器22也可組合在計量泵20中。此外導管45中的壓力(P)通過設置在導管45上的壓力傳感器24來測量及導管46中的壓力通過壓力傳感器26來測量。通過這兩個壓力傳感器24，26可監控計量泵20的功能及效能。通過壓力傳感器26可附加地檢測幹擾或噴射閥31的故障。噴射閥31可被作成空氣冷卻或水冷卻的。變換地在該裝置的一個簡單的實施形式中也可取消脈動阻尼器22及至少一個壓力傳感器24，26。尤其在取消脈動阻尼器22時有利的是，計量泵20與噴射閥31之間的導管46的導管長度可儘可能地短，以便使這裡的壓力波及與此相關的壓力振動保持儘可能地低。可對圖I中所示的實施例變換地也可取消計量泵20與儲備容器10之間的過濾器13，其中將由計量泵20通過導管45直接從儲備容器10抽吸液體12。計量泵20優選地被作成可調節的活塞泵，例如電磁鐵操作的振蕩活塞泵。但也可變換地使用其它的根據擠壓原理工作的泵，尤其是可表現出圖4中所示的壓力曲線的泵。變換地噴射閥31也可被作成向內打開的碟形閥或以其它的實施形式來實現。噴射閥31的各個部件也可由非金屬材料，尤其是適合的陶瓷、聚合材料或複合材料來製作。在一個特別簡單的實施形式中該裝置也可使用一個未經冷卻的噴射閥31。圖2表示根據本發明 的裝置的一個變換的實施例。一個燃料噴射系統的低壓迴路15包括一個用於儲備液體12的儲備容器10及一個輸送泵14。儲備容器通過一個連接導管41與一個過濾器13連接。另一連接導管42由過濾器13引導到燃料噴射系統的低壓迴路15的輸送泵14。輸送泵14通過一個導管43與一個分支點52連接。一個連接導管45由分支點52導向計量泵20，其中在連接導管45上設置了一個壓力傳感器24。一個連接導管44由分支點52導向燃料噴射系統的一個高壓區域18，其中該高壓區域18在公知的實施形式中包括一個高壓泵，一個壓力儲存器及至少一個燃料噴射器。高壓區域18通過一個回流導管49與儲備容器10連接。另一連接導管46由計量泵20的輸出端導向噴射閥31，其中在連接導管46上設有一個脈動阻尼器22及一個壓力傳感器26。噴射閥31被設置在內燃機5的廢氣管8中。液體12、尤其燃料通過輸送泵14由儲備容器10中抽吸出及通過連接導管41流到過濾器13中，在這裡將由液體12過濾掉顆粒及汙物。液體12從這裡通過連接導管42流到輸送泵14，液體在此處被壓縮及通過導管43輸送到分支點點52。液體的第一部分流通過連接導管44由分支點52流到燃料噴射系統的高壓區域18，而第二部分流通過連接導管45流到計量泵20。在連接導管45上設有一個壓力傳感器24，藉助它來測量連接導管45中的液體12的壓力。計量泵20的壓力產生與根據圖I的實施例類似地實現。也可變換地在低壓迴路15中在儲備容器10與過濾器13之間設置輸送泵14。同樣可變換地，輸送泵14尤其在抽吸側包括一個過濾器13。作為另一變換輸送泵14也可具有兩個輸出端，其中輸送泵14的一個輸出端通過連接導管45與計量泵20連接及輸送泵14的另一輸出端通過連接導管44與燃料噴射系統的高壓區域18、尤其與高壓泵連接。變換地連接導管45也可與一個屬於高壓區域18的高壓泵的低壓輸出端連接，其中這裡在連接導管45上可設有一個附加的脈動阻尼器，以便阻尼高壓泵的壓力振動。
權利要求
1.用於將液體(12)、尤其是用於支持廢氣再處理的液體(12)計量到內燃機(5)的廢氣管(8)中的裝置，其中，該液體(12)藉助噴嘴裝置(30)計量到該內燃機(5)的廢氣管(8)中，其中，該噴嘴裝置具有閥(31)，並且其中，通過計量泵(20)控制或調節至該噴嘴裝置(30)的液體(12)的計量，其特徵在於在該計量泵(20)被控制接通的情況下該閥(31)在顫動工作中周期性地打開及關閉。
2.根據權利要求I的裝置，其特徵在於所述噴嘴裝置(30)具有壓力控制的閥(31)，該閥在達到或超過打開壓力(Pd)時釋放液體(12)到所述內燃機(5)的所述廢氣管(8)中的計量。
3.根據權利要求2的裝置，其特徵在於所述閥(31)的所述打開壓力(P6)高於連接在所述計量泵(20)前面的儲備容器(10)中的壓力或高於連接在所述計量泵(20)前面的低壓迴路(15)、例如燃料噴射系統的低壓迴路中的壓力。
4.根據權利要求I至3中任一項的裝置，其特徵在於所述計量泵(20)在功能受幹擾的情況下、尤其在持續通電或電短路的情況下不輸送液體(12)。
5.根據權利要求I至4中任一項的裝置，其特徵在於由所述計量泵(20)輸送的液體(12)的量與所述廢氣管(8)中的反壓力無關或液體(12)的計量輸入的量僅與所述計量泵(20)的控制接通相關。
6.根據權利要求I至5中任一項的裝置，其特徵在於所述計量泵(20)的量控制藉助脈寬調製或頻率調製來實現。
7.根據權利要求I至6中任一項的裝置，其特徵在於在所述計量泵(20)與所述噴嘴裝置(30)之間設有脈動阻尼器(22)。
8.根據權利要求I至7中任一項的裝置，其特徵在於設有壓力傳感器(24)，尤其設有用於所述計量泵(20)的控制或調節的壓力傳感器(24)，該壓力傳感器用於計量泵的調節或診斷。
9.用於將液體(12)、尤其是用於支持廢氣再處理的液體(12)計量到內燃機(5)的廢氣管(8)中的方法，其中，該液體(12)藉助噴嘴裝置(30)被計量到該內燃機(5)的該廢氣管(8)中，其特徵在於通過計量泵(20)來控制或調節該液體(12)的計量。
全文摘要
本發明涉及用於將液體12、尤其是用於支持廢氣再處理的液體12計量到內燃機5的廢氣管8中的裝置，其中，該液體12藉助噴嘴裝置30計量到該內燃機5的廢氣管8中，其中，該噴嘴裝置具有閥31，並且其中，通過計量泵20控制或調節至該噴嘴裝置30的液體12的計量。在該計量泵20被控制接通的情況下該閥31在顫動工作中周期性地打開及關閉。
文檔編號F01N3/36GK102635425SQ20121002855
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月9日 優先權日2011年2月10日
發明者S·施泰因, V·羅伊辛 申請人:羅伯特·博世有限公司