用于将尿素溶液引入到内燃机排气管道中的喷射装置

摘要

本发明涉及一种喷射装置(1)，它尤其是被构造用于将流体喷射到内燃机的排气管路中，所述喷射装置具有：一个阀针(14)；一个具有至少一个喷射口(44)的喷射室(12)和一个控制室(20)。所述喷射装置(1)被这样地构成，即，所述喷射室(12)和控制室(20)之间的压差引起所述阀针(14)在打开位置和关闭位置之间运动，在所述打开位置中所述阀针释放来自喷射室(12)的通过喷射口(44)的流体流，在所述关闭位置中所述阀针封闭所述喷射口(44)。所述喷射室(12)和控制室(20)如此以液压形式与一个进口(40，42；9)接通，即，在所述进口(40，42；9)中的压力升高导致在所述喷射室(12)中的压力升高和相对于所述喷射室(12)中的压力升高在时间上滞后的在所述控制室(20)中的压力升高，并且该压差引起阀针(14)从关闭位置运动到打开位置中。

说明书

背景技术

对内燃机废气质量，尤其是对用于驱动机动车的内燃机的废气质量的 要求近年来持续提高。对于柴油机来说，NO_x的排放是主要问题，借助于 所谓的SCR催化器能克服该问题。在SCR催化器中，对环境有害的NO_x将借助于通常以水状尿素溶液的形式输入到催化器中的NH₃转化成N₂和 H₂O。

为了将尿素溶液输入到内燃机废气中，需要有通常包括电动泵和电操 纵的配量阀的配量系统。这种配量系统在制造、安装和维护方面复杂且昂 贵。

EP 1 878 920 A1公开了一种带有入口、出口、用于容纳液体的泵腔和 致动器(该致动器可在第一位置和第二位置之间运动及设立)的液体泵， 以便将液体由泵腔中泵到出口中。当致动器在第一位置中时，入口和出口 与供给通道流体连通。供给通道绕致动器伸延，以便使将热量由致动器传 递到液体成为可能。

US 2007/0295003 A1说明了一种高压配量泵，该高压配量泵被设置用 于为减排系统提供还原剂。高压配量泵含有电磁铁以便驱动活塞，该活塞 可运动地布置在泵的阀壳体的内孔中。内孔具有带有入口-单向阀和出口- 单向阀的压力腔。活塞的运动引起还原剂在高压下输送到喷射嘴处。喷射 嘴布置在这样的位置上，即，该位置能够最大限度地减少不期望的废气中 的有害物质。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改进的配量系统，该配量系统能有效地 喷射流体且可价格上有利地制造、安装和维护。

该目的通过根据本发明的、根据独立权利要求1所述的用于配量系统 的喷射装置1而完成。从属权利要求说明了根据本发明的喷射装置的有利 的设计方案。

根据本发明的、尤其为了将流体喷射到内燃机排气管路中而构造的喷 射装置具有一个阀针、一个带有至少一个喷射口的喷射室和一个控制室。 喷射装置被这样地构成，即，在喷射室和控制室之间的压差引起阀针在打 开位置(在该打开位置中其释放流体通过喷射口流出喷射室)和关闭位置 (在封闭位置中其封闭喷射口)之间运动。喷射室和控制室如此以液压形 式与流体进口接通，即，在流体进口中的压力升高导致在喷射室中的压力 升高和相对于喷射室在时间上滞后的在控制室中的压力升高。由此暂时在 喷射室和控制室之间产生压差，该压差导致阀针由关闭位置运动到打开位 置中。

这种喷射装置可以简单且价格上有利的方式构建成且运行可靠。由于 喷嘴针的打开和关闭以液压形式通过在喷射室和控制室之间的压差实现， 因此这种喷射装置不含主动的、直接作用到喷嘴针上的致动器(其出于喷 射压力较高的原因而较复杂、昂贵且不抗干扰)。

在一种实施形式中，控制室通过控制室-进口节流装置以液压形式与进 口接通。通过这种进口节流装置可调整通到控制室中的流体进口。尤其的 是，在控制室中的压力升高可通过被节流的流体进口而延迟且喷嘴针的打 开和关闭特性通过控制室-进口节流装置得到调整。

在一种实施形式中，控制室通过控制室-出口节流装置以液压形式与出 口接通，流体可通过该出口由控制室中排出。通过这种出口节流装置可针 对性地调整由控制室流出的流体流。喷嘴针的打开和关闭特性可尤其通过 控制室-出口节流装置的尺寸得到调整。

在一种实施形式中，喷射室-出口通道(旁通通道)设有喷射室-出口节 流装置(旁通节流装置)且流体可通过喷射室-出口通道和喷射室-出口节流 装置由喷射室中排出。通过这种喷射室-出口通道，在喷射室中，在喷嘴针 下方的流体压力可迅速降低，从而可实现较高的关闭速度。

在一种实施形式中，进口通过单向阀以液压形式与压力室接通。压力 室被构造用于提高流体压力。单向阀防止流体由压力室回流到进口中。这 种回流可能妨碍或者甚至阻止压力室中压力的提高。

在一种实施形式中，压力室的容积可通过压力元件的运动而变化。由 此，喷射压力可超过在流体输送通道中的流体压力而进一步变大。尤其的 是，流体不须以较高的(喷射)压力输送到喷射装置，且可取消外部的高 压泵和复杂昂贵且不抗干扰的高压管路。

在一种实施形式中，喷射室-出口通道以液压形式与压力室接通。因此， 尤其当压力室的容积在吸入过程期间变大时，由喷射室出来的流体可通过 喷射室-出口通道由喷射室排出到压力室中，以便提高关闭过程的速度。

在一种实施形式中，在喷射室-出口通道中设有单向阀。单向阀防止流 体由压力室通过喷射室-出口通道流动到喷射室中。这种流体流动可能不可 控地影响喷嘴针的打开和关闭特性。

在一种实施形式中，压力元件构造为膜片，该膜片形成压力室的边界。 膜片提供一种可行且可较好地操控的压力元件。膜片可由包含塑料和/或金 属的材料制成。由塑料制成的膜片质量较小且可借助较小的力快速运动。 含有金属的膜片特别抗在喷射装置中的流体的高压和高温。

在一种实施形式中，喷射室-出口通道以液压形式与出口接通。这种与 出口接通的喷射室-出口通道使得特别有效且快速地将流体由喷射室排出 成为可能。

在一种实施形式中，在喷射室-出口通道中构造有可控制的转换阀。通 过在喷射室-出口通道中的可控制转换阀可针对性地打开和关闭喷射室-出 口通道。这使得通过打开和关闭转换阀有效且简单地操控喷嘴针成为可能。

在一种实施形式中，控制室也通过可控制的转换阀以液压形式与出口 接通。这使得通过打开和关闭转换阀更加有效地操控喷嘴针成为可能。

附图说明

接下来借助于附上的视图进一步阐述本发明。

图1示出了根据本发明的喷射装置的第一实施例的截面图。

图2示出了根据本发明的喷射装置的第二实施例的截面图。

在接下来的附图说明中，如“上”和“下”这种说明用于更好地阐述 本发明实施例在各个附图中所示的示意性图示，而不是将本发明限制于所 示的实施例或确定的方位或者说装配位置。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的喷射装置1的第一实施例的截面图。

根据本发明的喷射装置1具有例如以圆柱形式绕纵轴线A构造的喷嘴 体7，沿着该喷嘴体7的纵轴线A构造有喷射室12。喷射室12具有在图1 下方所示的第一圆柱形区域12a和布置在其上方的第二圆柱形区域12c。

在相对于纵轴线A垂直取向的平面中，第一圆柱形区域12a的横截面 小于第二圆柱形区域12c。在第一和第二圆柱形区域12a，12c之间构造有 截顶圆锥体形状的区域12b，其横截面沿着纵轴线A由第一圆柱形区域12a 扩大成第二圆柱形区域12c。

在喷射室12的第一圆柱形区域12a的在图1下方所示的端侧端部处构 造有喷射口44，在喷射过程期间流体通过该喷射口44由喷射室12中流出。

在喷射室12中布置有基本构造成圆柱形的喷嘴针14，其纵轴线沿着喷 嘴体7的纵轴线A取向。喷嘴针14构造有下方的圆柱形区域14a和上方的 圆柱形区域14b，其中，喷嘴针14的上方的圆柱形区域14b在相对于喷嘴 针14的纵轴线A垂直布置的平面中具有大于下方圆柱形区域14a的横截 面。在下方圆柱形区域14a和上方的圆柱形区域14b之间构造有截顶圆锥 体形状的过渡区域14c，其横截面在其走向上平行于纵轴线A由喷嘴针的 下方圆柱形区域14a的横截面增大到上方圆柱形区域14b的横截面。

喷嘴针14可沿着纵轴线A在下方的封闭位置和上方的打开位置之间运 动。如果喷嘴针14位于下方封闭位置中，则喷嘴针14的下方圆柱形区域 14a置于在喷嘴体7上的构造在喷射口44上方的阀座46上，且基本以不透 流体的形式封闭阀座46，从而流体不能通过喷射口44由喷射室12中流出。

喷嘴针14的上端部14d被圆柱形控制室套18包围。在控制室套18内 部，在喷嘴针14的上端部14d上方构造有控制室20，其容积可通过喷嘴针 14沿着纵轴线A的运动而变化。反过来，喷嘴针14可通过在控制室20和 喷射室12之间的压差的变化而运动。

在喷嘴针14的上方圆柱形区域14b的圆周上在控制室套18下方构造 有支撑环15。在支撑环15和控制室套18之间绕喷嘴针14的圆周构造有 圆柱形的喷嘴针弹簧元件16，其借助其端面一方面支撑在控制室套18上且 另一方面支撑在支撑环15上，且朝着下方封闭位置的方向弹性挤压喷嘴针 14。

在其上方的背离喷嘴针14的侧面上，控制室20通过节流板6限界。 在节流板6内部构造有很多流体通道22、24、26、30。

在节流板6上方布置有阀板5。在阀板5中构造有三个单向阀32、34、 36，其中，单向阀32、34、36中的每一个与构造在节流板6中的流体通道 22、24、26、30中的至少一个处于液压接通下。单向阀32、34、36可例如 被构造为止回阀。

在阀板5上方布置有控制板4，在该控制板4中构造有压力室50和三 个流体通道36、40和42。三个流体通道36、40和42中的每一个将压力 室50分别与构造在阀板5中的单向阀32、34、36中的一个以液压形式接 通。

尤其的是，压力室50通过进水通道42和进水阀36以液压形式与流体 进口9相连通，流体可通过该流体进口9由外部流体源输送到喷射装置1。 进口阀36这样构造为单向阀，即，其使得流体由流体进口9流动到压力室 50中成为可能且防止流体由压力室50回流到流体进口9中。

压力室50通过构造在阀板4中的压力通道40、构造在阀板5中的压力 阀34和构造在节流板6中的控制室通道24(在其中设置有控制室节流装置 25)与控制室20以液压形式接通。构造在节流板4中的喷射室通道22附 加地以液压形式接通压力阀34与喷射室12。压力阀34如此构造为单向阀， 即，其允许流体由压力室50流动到控制室20和喷射室12中且防止流体由 控制室20和/或由喷射室12流动到压力室50中。

喷射室12附加地通过构造在节流板6中的喷射室-出口通道(旁通通 道)30(其具有喷射室-出口节流装置(旁通节流装置)31)和构造在阀板 5中的喷射室-出口阀(旁通阀)32以液压形式与压力室50接通。喷射室- 出口阀32如此构造为单向阀，即，其使得流体流由喷射室12流动到压力 室50中成为可能且防止相反方向的流体流，即，由压力室50流动到喷射 室12中。

压力室50的背离控制板4的侧通过弹性膜片2限制。弹性膜片2在阀 板5上方在基本垂直于纵轴线A的平面中张紧。膜片2的绕纵轴线A构造 成的中间区域2a与衔铁10相连接，该衔铁10布置在膜片2的背离控制板 4的侧上。

围绕衔铁10的背离膜片2的上方区域布置有电磁铁11，其通过朝向平 行于纵轴线A的方向的间隔垫片3与弹性膜片2间隔开。衔铁10可通过电 磁铁11的激活或禁用在平行于纵轴线A的方向上运动。通过衔铁10的这 种运动，弹性膜片2如此运动，即，压力室50的容积可变。

电磁铁11、间隔垫片3、衔铁10和膜片2在圆周方向上且在远离喷嘴 针14的侧上被杯形的喷嘴固定螺母8围住，该喷嘴固定螺母8朝下开口。 喷嘴体7如此插入到喷嘴固定螺母8的开放侧中且与喷嘴固定螺母8旋紧， 即，喷射装置1以不透流体的形式被封闭。

为了将流体吸入到压力室50中，电磁铁11被禁用。在电磁铁11激活 时已变形的弹性膜片2由于其自身的弹性而运动到其初始和吸入位置中。 流体由流体进口9(其与构造在阀板5中的进口阀36以液压形式接通)通 过进口阀36(其为了流体流沿该方向流动而打开)和构造在控制板4中的 进口通道42流动到压力室50中。

只要在压力室50中的压力不大于在喷射室12或在控制室20中的压力， 喷射室-出口阀32和压力阀34就关闭。喷射室-出口阀32和压力阀34由此 防止了流体由喷射室12和/或由控制室20流动到压力室50中。

为了才触发喷射过程，电磁铁11被激活(通电)，从而衔铁10和弹性 膜片2的中间区域2a借助由电磁铁11产生的磁力一起“朝下”朝控制板4 的方向运动。弹性膜片2减少了压力室50的容积并提高了在压力室50中 的压力。

通过提高压力室50中的压力打开压力阀34，且流体由压力室50通过 打开的压力阀34和构造在节流板6中的进口通道22流动到喷射室12中。

同时，流体由压力室50通过打开的压力阀34和构造在节流板6中的 控制室通道24流动到控制室20中。

在控制室通道24中构造有控制室节流装置25，由此，流体流由压力室 50以被节流的方式流动到控制室20中，且由流体流引起的在控制室20中 的压力升高与通过该流体流由压力室50流动到喷射室12中引起的在喷射 室12中的压力升高相比在时间上滞后。

通过在喷射室12中比在控制室20中升高得更快的流体压力，有朝上 指向的力作用到喷嘴针14上，该力逆着喷嘴针弹簧16的力和在控制室20 中的由于控制室节流装置25的存在而升高得不那么多的压力使喷嘴针14 由封闭位置运动到打开位置中。喷嘴针14的下方区域14a从阀座上升离且 流体通过喷射口44由喷射室12中逸出(喷射过程)。

由于喷嘴针14的打开运动而由控制室20中挤出的流体通过构造在节 流板6中的出口通道26逸出，在该出口通道26中设置有出口节流装置28 和在图1中不可见的由控制室20出去的出口。

处于已提高压力下的流体通过打开的喷射口44由喷射室12流出直至 在喷射室12中的流体压力由于从喷射室12中逸出的流体而降低至这样的 程度时，即，液压不再够抵抗在控制室20中的流体压力和喷嘴针弹簧元件 16的力之和而将喷嘴针14保持在打开位置中。喷嘴针14被在控制室20 中的流体压力和喷嘴针弹簧元件16的力再次压到下方封闭位置中，在该封 闭位置中，喷嘴针14的下方区域14a置于阀座46上且封闭喷射口44。

电磁铁11被禁用且膜片2再次运动到其初始和吸入位置中。压力室50 的容积增大且在压力室50中的压力减小，从而在喷射室12中的压力可通 过由喷射室12通过喷射室-出口通道30流进压力室50中的附加液体流更 快地降低，以便提高喷嘴针14的关闭过程的速度。

为了加快关闭过程，可选择喷射室-出口通道30、喷射室-出口节流装 置31和喷射室-出口阀32。喷嘴针14的打开和关闭特性和尤其打开及关闭 速度可通过控制室节流装置25、出口节流装置28和必要时喷射室-出口节 流装置31的尺寸而有针对性地进行调整。

图2示出了根据本发明的喷射装置51的第二实施例。

第二实施例的喷嘴体7与喷射室12和喷嘴针14以及节流板6以与在 图1所示的第一实施例中一样的方式构造成，因此不再详细说明。

第二实施例的喷射装置51的起产生压力的作用的部分(其产生所期望 的喷射压力)在图2所示的截面中未示出。

为了触发喷射过程，处于喷射压力下的流体被引导到构造在阀板5中 的进口9(在本实施例中，在该进口9中不设有单向阀)中。流体如在第一 实施例中那样通过构造在节流板6中的进口通道22流动到喷射室12中且 通过控制室通道24和控制室节流装置25流动到控制室20中。

控制室20通过控制室-出口通道26(在该控制室-出口通道26中设置 有控制室-出口节流装置28)与构造在阀板5中的转换阀52的阀室相连接。 喷射室12通过喷射室-出口通道30(在该喷射室-出口通道30中构造有喷 射室-出口节流装置31)与转换阀52的阀室以液压形式接通。转换阀52在 出口侧注入到未示出的、为了将流体由喷射装置51中引走而构造的出口中。

转换阀52具有可运动的关闭体54，该关闭体54通过包围关闭体54 的转换阀弹簧元件56在静止状态下被压到上方的封闭位置中，在该封闭位 置中，其防止流体流由阀室流动到出口中。

与第一实施例的阀件32、34、36相反，转换阀52不是由液流或者说 流体压差操控的被动单向阀。倒不如说转换阀52的关闭体54是以机械形 式与布置在阀板5上方的致动器58(其例如构造为电磁式致动器或构造为 压电式致动器)相连接。通过激活致动器58，关闭体54可抵抗转换阀弹簧 元件56的力运动到打开位置中，在该位置中，其使得流体流通过转换阀52 成为可能。在转换阀52打开的情况下，流体可通过出口通道26和出口节 流装置28由控制室20以及通过喷射室-出口通道30和喷射室-出口节流装 置31由喷射室12中流出到布置在转换阀52下游的、未在图2中示出的出 口。

为了触发喷射过程，处于喷射压力下的流体在转换阀52关闭的情况下 输送到喷射装置51的进口25。如在第一实施例中那样，构造在控制室通道 24中的控制室节流装置25引起所输送的流体流动到喷射室12中快于流动 到控制室20中，且在喷射室12中的压力升高得比在控制室20中快。只要 在喷射室12和控制室20之间的压差超出预设的临界值，喷嘴针14由封闭 位置运动到打开位置中且开启喷射口44，从而流体由喷射室12通过喷射口 44流出(喷射过程)。

为了结束喷射过程，这样操控致动器58，即其打开转换阀52且流体由 喷射室12通过喷射室-出口通道30和喷射室-出口节流装置31以及由控制 室20通过控制室-出口通道26和控制室-出口节流装置28流走。喷射室- 出口节流装置31和控制室-出口节流装置28在此这样确定尺寸，即，在喷 射室12中的压力降低得比在控制室20中更快。在控制室20中的压力由此 暂时高于在喷射室12中的压力。通过在控制室20和喷射室12之间的这个 压差，喷嘴针14与喷嘴针弹簧元件16一起被压到封闭位置中，在该封闭 位置中，喷嘴针14封闭喷射口44且喷射过程结束。

根据本发明的喷射装置1、51的构件和尤其膜片2和阀32、34、36、 52可以价格上有利且减少重量的方式由塑料制成。在对抗压性和耐温性要 求提高时也可使用金属件。尤其可使用金属阀(如由共轨燃料喷射器中已 知的金属阀)作为阀。