CN107035475A - 定量配给模块 - Google Patents

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Abstract

一种用于减排***的定量配给模块，定量配给模块包括电枢、用于移动电枢的装置以及具有出口的阀体；定量配给模块具有疏通状态，在疏通状态下电枢可在第一位置与第二位置之间移动，其中在第一位置时出口被电枢闭合，而在第二位置时电枢与出口间隔，以及其中，在使用时，将电力以第一能级应用到用于移动电枢的装置引起电枢从第一位置移动到第二位置；定量配给模块还具有阻塞状态，在阻塞状态下阻止液体流经出口，其中，在使用时，将电力以第二能级应用到用于移动电枢的装置引起定量配给模块变为疏通状态。

Description

定量配给模块
技术领域
本发明涉及一种定量配给模块。更具体地，本发明涉及一种在减排***(emissionabatement system)中使用的定量配给模块。本发明还涉及一种操作定量配给(dosing)模块的方法。
背景技术
为了减小从发动机排放的潜在的有害物质而导致的大气污染，美国(USA)和欧盟(EU)已立法来逐步降低对于包括氮氧化物(NOx)的某些排放的法律约束性限制。
根据美国法律(已知为“Tier 4 Final”标准)以及欧盟第四阶段法律，功率输出在56至560kW的范围的发动机，NOx的排放限于0.40g/kWh。
已知多种用于减少柴油发电机的NOx输出的减排技术，包括废气再循环(EGR)***技术(其通过降低燃烧温度来抑制NOx产生)、NOx捕集技术(LNT)或NOx吸附催化剂技术(NAC)(用于‘保持’NOx)以及选择性催化还原技术(SCR)(其将NO和NO2转变为氮和水)。
SCR结合了如钒、钨、铜沸石(Cu-Zeolite)或铁沸石(Fe-Zeolite)等催化剂与如无水氨、氨水或更通常地尿素等还原剂，以将NO和NO2转变为氮和水。尿素通常用作还原剂，但必须注入SCR催化剂的排放上游，以此在其进入SCR催化剂的点处热分解为氨。尿素优于氨，因为其大体储存和运输更安全。在美国，市场上与SCR一起使用的尿素被称为柴油机尾气处理液(Diesel Exhaust Fluid，DEF)，而在欧洲，其被称为AdBlueRTM。为了使SCR在温度谱的下端处有效作用，虽然已发现铜沸石催化剂提升了在几乎没有NO2可用时温度低于300℃时的性能，目前仍需要将NO和NO2以50：50的比例分开。SCR的优点在于，其对于特定燃油消耗的影响最小。缺点包括需要定期再次补充还原剂，并需要在车辆上提供封装还原剂的容器的空间。通常，还原剂使用是使用的柴油消耗的1-7％。
使用定量配给模块(还已知为DEF或AdBlueRTM注射器，或者定量配给阀)将尿素溶液注入排气通路中。尿素在定量配给模块内形成晶体会对尿素供应到排气通路产生不利影响，例如在定量配给模块尖部形成尿素晶体(孔口结晶)可以阻止将尿素注射出定量配给模块，而在定量配给模块本体内形成尿素晶体(阀内结晶)可以阻止阀的移动且因而阻止尿素的供应。
用于疏通定量配给模块的已知方法是使用废气升高定量配给模块的温度并熔化尿素晶体。这需要使定量配给模块的温度被加热到超过100℃。这是难以实现的，因为只有定量配给模块的尖部定位在废气附近，而定量配给模块的本体被冷却剂套管围绕。而且，在低占空比的情况下，废气温度不够高而将定量配给模块的温度升高到足以熔化尿素晶体。
已经开发出多种升高废气温度的***，以充分加热定量配给模块而熔化尿素晶体；但是，这些***也具有上述缺点，即只有定量配给模块的尖部暴露于废气中，并且位于定量配给模块周围的冷却套管使足以熔化尿素晶体的高温的热量难以从定量配给模块尖部传递到定量配给模块本体。
发明内容
根据本发明的第一方案，提供了一种用于减排***的定量配给模块，该定量配给模块包括电枢、用于移动电枢的装置以及具有出口的阀体；定量配给模块具有疏通状态，在疏通状态下电枢可在第一位置与第二位置之间移动，其中在第一位置时出口被电枢闭合，而在第二位置时电枢与出口间隔，以及其中，在使用时，将电力以第一能级应用到用于移动电枢的装置引起电枢从第一位置移动到第二位置；该定量配给模块还具有阻塞状态，在阻塞状态下阻止液体流经出口，其中，在使用时，将电流以第二能级应用到用于移动电枢的装置引起定量配给模块变为疏通状态。
当定量配给模块处于阻塞状态时，可以阻止电枢的移动。
第二能级可大于第一能级。
第一能级能量可由第一功率、优选地第一电流限定，和/或第二能级可由第二功率、优选地第二电流限定。
第二电流可以至少为400毫安，优选地至少为500毫安。
定量配给模块可以具有第一温度，将电流以第二能级应用到用于移动电枢的装置引起定量配给模块的温度升高到第二温度。
第二温度可以至少为100℃。
定量配给模块还可以包括弹簧，以在第一位置使电枢向出口偏压。用于移动电枢的装置可以是线圈装置(coil device)。线圈装置可以包括线圈。
电力以第一能级应用到线圈可引起电枢从第一位置移动到第二位置。
电力以第二能级应用到线圈可引起定量配给模块变为疏通状态。
线圈可以是第一线圈，线圈装置还可以包括第二线圈。
电力以第一能级应用到第一线圈可引起电枢从第一位置移动到第二位置，和/或电力以第二能级应用到第二线圈可引起定量配给模块变为疏通状态。
当电枢在第二位置时，液体可以流经出口。液体可以包括还原剂。液体可以包括尿素。液体可以包括柴油机尾气处理液或AdBlueRTM。
当定量配给模块处于阻塞状态时，液体的晶体可以阻止液体流经出口。
定量配给模块还可以包括冷却装置，例如冷却套管或散热片。
定量配给模块可以是发动机后处理定量配给模块。
根据本发明的第二方案，提供了一种包括发动机和排气***的车辆，排气***包括减排***，该减排***具有根据本发明的第一方案的定量配给模块。车辆可以是工作机，例如装载机(loadall)或反铲机或铲载车或挖掘机。
根据本发明的第三方案，提供一种操作用于减排***的定量配给模块的方法，该方法包括以下步骤：
(a)确定定量配给模块处于阻塞状态；
(b)通过将电力应用到定量配给模块来升高定量配给模块的温度；以及
(c)加热定量配给模块，直到定量配给模块处于疏通状态，在疏通状态中液体可以流经定量配给模块。
该方法还可以包括以下步骤：
(d)操作定量配给模块，以使液体经过定量配给模块。
确定定量配给模块处于阻塞状态的步骤可以包括确定液体经定量配给模块的流动被阻止。
确定定量配给模块处于阻塞状态的步骤可以包括：
(i)在致动定量配给模块之前确定由定量配给模块供应的液体的第一压力；
(ii)在致动定量配给模块期间确定由定量配给模块供应的液体的第二压力；以及
(iii)比较第一压力与第二压力。
第二压力可以大于第一压力。
将电力应用到定量配给模块来升高定量配给模块的温度的步骤可以包括将温度升高到至少100℃。
将电力应用到定量配给模块来升高定量配给模块的温度的步骤可以包括使升高的温度保持不多于400秒，优选地不多于200秒。
将电力应用到定量配给模块来升高定量配给模块的温度的步骤可以包括将电流应用于定量配给模块。电流可以至少为400毫安，优选地至少为500毫安。
液体可以包括还原剂。液体可以包括尿素。液体可以包括柴油机尾气处理液或AdBlueRTM。
当定量配给模块处于阻塞状态时，液体的晶体可以阻止液体流经出口。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的实施例，在附图中：
图1是用于工作机的排气***的示意图；
图2是根据第一实施例的定量配给模块在闭合位置的剖视图；
图3是图2的定量配给模块在打开位置的剖视图；
图4是示出根据本发明的定量配给模块的操作的流程图；以及
图5是根据替换性实施例的定量配给模块在闭合位置的剖视图。
具体实施方式
现在参考图1，图1示出了一种排气***10。排气***10连接到内燃机12、供应模块14和定量配给控制单元16。供应模块14连接到箱18，箱18中包含有尿素20的溶液。
排气***10包括排气混合器22、定量配给模块24和选择性催化还原器26。
内燃机12通过通道28连接到排气混合器22，排气混合器22通过通道30连接到选择性催化还原器26。通过这种方式，废气可以从内燃机12行进到选择性催化还原器26。
箱18通过通道32连接到供应模块14，供应模块通过通道34连接到定量配给模块。通过这种方式，尿素溶液20可以从尿素箱18经供应模块14行进到定量配给模块24。
定量配给模块24通过通道35连接到排气混合器22。通过这种方式，尿素溶液20可以在需要时从定量配给模块24转移到排气混合器22。
定量配给控制单元16通过连接部36连接到定量配给模块24，定量配给控制单元16通过连接部38连接到供应模块14。通过这种方式，定量配给控制单元16能够检测定量配给模块24的状态，并且保证在需要时将尿素溶液20由供应模块14供应到定量配给模块和/或由定量配给模块24供应到排气混合器22。
排气***10还包括排气部40，经处理的废气通过排气部40释放到大气中。
现在将具体参考图2和图3来描述定量配给模块24。
定量配给模块24包括壳体或本体42、注射器44、电枢46、弹簧48、螺线管线圈50和冷却剂套管54。
壳体或本体42包括电连接器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的大体空心圆柱体。注射器44具有第一端69和第二端或出口71。
电枢46是具有第一端68和第二端70的大体圆柱体。电枢46具有邻近第一端68的T形部72。T形部72具有肩部73。电枢46在第二端70包括喇叭部74。
弹簧48具有第一端76和第二端78。
冷却剂套管54包括入口56和冷却剂通路58，冷却剂通过冷却剂通路58供应到壳体42并围绕壳体42循环。
按照如下方式构造定量配给模块24。
螺线管线圈50***壳体42的第二端64。注射器44***壳体42的中心通道60，从而使注射器44的中心孔66在定量配给模块24的长度上从壳体42的第一端62延伸到注射器44的出口71。
弹簧48的第一端76安装到电枢46的T形部72的肩部73，弹簧48的第二端78安装成邻近壳体42的第二端64。
电枢46和弹簧48安装在注射器44的中心孔66中，由此，弹簧48使电枢的第二端70向注射器44的出口71偏压(如图2所示)。注射器44的出口71由电枢46的喇叭部74闭合。
壳体42的第一端62通过通道34连接到供应模块14，注射器44的出口71通过通道35连接到排气混合器22。
对于如图2所示构型的定量配给模块24，尿素溶液20不能从壳体42的入口62行进到注射器44的出口71，因而尿素溶液20不会被供应到排气混合器22。
现在将描述定量配给模块24将尿素溶液20供应到排气混合器22的操作。
如图2所示，注射器44的出口71被电枢46的喇叭端74闭合。
经由电连接器52向定量配给模块24供电使螺线管线圈50充电且使电枢46抵抗弹簧48的偏压而移向壳体42的第一端62。这导致电枢46的喇叭端74移离注射器44的出口71并使定量配给模块在打开位置(如图3所示)。
对于在图3所示位置的定量配给模块24，尿素溶液20能够从壳体42的第一端62流到注射器44的出口71，因此尿素溶液20可以供应到排气混合器22。
如上所述，已知定量配给模块内形成尿素的晶体对尿素供应到排气混合器有不利影响，例如通过在致动定量配给模块时阻塞尿素溶液经过的通路和/或通过防止电枢在定量配给模块内的移动而带来不利影响。
现在将具体参考图4来描述本发明的定量配给模块24的操作。
当安装了定量配给模块24的工作机(未示出)的发动机(未示出)启动80时，定量配给模块控制单元16运行定量配给模块诊断检查82以确定尿素溶液20是否能够经过定量配给模块24到达排气混合器22，例如通过确定尿素溶液20在壳体42的入口62处的压力，并比较该确定的压力与定量配给模块24呈现每个图2和图3所示构型(即，在打开位置和闭合位置)时尿素溶液20在壳体42的入口62处的预定压力。
在定量配给模块24通过定量配给模块诊断检查82的情况下，正常操作继续84，如上所述。
在定量配给模块24没有通过定量配给模块诊断检查82的情况下，定量配给模块24被检测为被阻塞86。检测到定量配给模块阻塞86引起定量配给模块控制单元16触发加热模式88。对于定量配给模块24处于加热模式88，比正常状态下用来操作定量配给模块更大功率的电力被供应到螺线管线圈50，例如使用至少400毫安的电流。这使定量配给模块24的温度升高，例如升高至100℃。将该温度保持一段时间90，例如360秒。
定量配给模块控制单元16执行诊断检查92以确定尿素的晶体是否已熔化，及因此定量配给模块24是否疏通。
在确定定量配给模块24疏通的情况下，正常操作继续84，如上所述。
在确定定量配给模块24仍然阻塞的情况下，定量配给模块控制单元16重复加热模式88。如上所述，对于加热模式88的定量配给模块24，电力供应到螺管线圈50，其功率大于操作处于正常状态的定量配给模块所使用的功率，例如使用至少400毫安的电流。这使定量配给模块24的温度升高，例如升高至100℃。将该温度保持一段时间90，例如360秒。
定量配给控制单元16执行故障检查92以确定尿素的晶体是否已熔化和因此定量配给模块24是否疏通。
在确定定量配给模块24疏通的情况下，正常操作继续84，如上所述。
在确定定量配给模块24仍然阻塞的情况下，定量配给模块控制单元16触发定量配给模块24具有故障96的警报。
有利地，即使存在围绕在定量配给模块24的外部的冷却套管的情况下，本发明使定量配给模块24被加热到能够使定量配给模块24内的尿素晶体熔化的温度。
现在参考图5，图5示出了根据本发明的第二实施例的定量配给模块124。
定量配给模块124包括第一壳体或本体142、注射器144、电枢146、弹簧148、第一螺线管线圈150以及第二壳体143，第二壳体中包含第二螺线管线圈(未示出)。
第一壳体142包括第一电连接器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的大体空心圆柱体。注射器144具有第一端169和第二端或出口171。
电枢146是具有第一端168和第二端170的大体圆柱体。电枢146具有邻近第一端168的T形部172。T形部172具有肩部173。电枢146在第二端170包括喇叭部174。
弹簧148具有第一端176和第二端178。
第二壳体143包括第二电连接器155和中心通道163。
按照如下方式构造定量配给模块124。
螺线管线圈150***第二壳体143的中心通道163。注射器144***壳体142的中心通道160和第二壳体143的中心通道163，从而使注射器144的中心孔166在定量配给模块124的长度上从壳体142的第一端162延伸到注射器144的出口171。
弹簧148的第一端176安装到电枢146的T形部172的肩部173，弹簧148的第二端178安装成邻近第二壳体143的开口167。
电枢146和弹簧148安装在注射器144的中心孔166中，由此，弹簧148使电枢146的第二端170向注射器144的出口171偏压(如图5所示)。注射器144的出口171被电枢146的喇叭部174闭合。
第一壳体142的第一端162通过通道34连接到供应模块14，注射器144的出口171通过通道35连接到排气混合器22。
对于如图5所示构型的定量配给模块24，尿素溶液20不能从第一壳体142的入口162行进到注射器144的出口171，因而尿素溶液20不会被供应到排气混合器22。
以上关联本发明的第一实施例描述了定量配给模块124的操作，除了以下情况：从第一电连接器152向定量配给模块124供电引起螺线管线圈150充电并使电枢146抵抗弹簧148的偏压而移向第一壳体142的第一端162。这导致电枢146的喇叭端174移离注射器144的出口171以及使定量配给模块在打开位置(如关于本发明的第一实施例的图3所示)。
在定量配给模块124没有通过定量配给模块诊断检查82的情况下，检测到定量配给模块阻塞86引起定量配给模块控制单元16触发加热模式88。对于加热模式88下的定量配给模块24，比正常状态下用来操作定量配给模块124更大功率的电力从第二电连接器155供应到第二螺线管线圈(未示出)，例如使用至少400毫安的电流。这使定量配给模块24的温度升高，例如升高至100℃。将该温度保持一段时间90，例如360秒。
如关于本发明的第一实施例所述的，定量配给模块24包括冷却套管54。应该理解的是，定量配给模块24可以包括可选装置以冷却定量配给模块，例如散热片。
如图5所示，定量配给模块124不包括冷却套管。应该理解的是，定量配给模块124可以包括冷却套管(例如图2和图3所示)或散热片。
如关于本发明的第二实施例所述的，第一电连接器向第一螺线管线圈供电以移动电枢，而第二电连接器向第二螺线管线圈供电以加热定量配给模块并熔化尿素晶体。应该理解的是，第一电连接器和第二电连接器的任一个或两个均可以向第一螺线管线圈供电以移动电枢，和/或第一电连接器和第二电连接器的任意一个或两个均可以向第二螺线管线圈供电以加热定量配给模块并熔化尿素晶体。
在上述实施例中，通过供应比操作正常状态下用来操作定量配给模块更大功率的电力来升高定量配给模块24、124的温度。应该理解的是，在可选实施例中，可以通过供应与操作正常状态下用来操作定量配给模块相同的功率但持续较长的时间来升高定量配给模块的温度。

Claims (41)

1.一种用于减排***的定量配给模块，所述定量配给模块包括电枢、用于移动所述电枢的装置以及具有出口的阀体；所述定量配给模块具有疏通状态，在所述疏通状态下所述电枢能够在第一位置与第二位置之间移动，在所述第一位置时所述出口被所述电枢闭合，而在所述第二位置时所述电枢与所述出口间隔，以及其中，在使用时，将电力以第一级能应用到用于移动所述电枢的装置引起所述电枢从所述第一位置移动到所述第二位置；所述定量配给模块还具有阻塞状态，在所述阻塞状态下阻止液体流经所述出口，其中，在使用时，将电力以第二能级应用到用于移动所述电枢的装置引起所述定量配给模块变为所述疏通状态。
2.根据权利要求1所述的定量配给模块，其中，当所述定量配给模块处于所述阻塞状态时，阻止所述电枢的移动。
3.根据权利要求1或2所述的定量配给模块，其中所述第二能级大于所述第一能级。
4.根据权利要求1、2或3所述的定量配给模块，其中所述第一能级由第一功率、优选地由第一电流限定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的定量配给模块，其中所述第二能级由第二功率、优选地由第二电流限定。
6.根据权利要求5所述的定量配给模块，其中所述第二电流为至少400毫安。
7.根据权利要求6所述的定量配给模块，其中所述第二电流为至少500毫安。
8.根据前述权利要求中任一项所述的定量配给模块，其中所述定量配给模块具有第一温度，以及将电力以所述第二能级应用到用于移动所述电枢的装置引起所述定量配给模块的温度升高到第二温度。
9.根据权利要求8所述的定量配给模块，其中所述第二温度为至少100℃。
10.根据前述权利要求中任一项所述的定量配给模块，其中所述定量配给模块还包括弹簧，以在所述第一位置使所述电枢向所述出口偏压。
11.根据前述权利要求中任一项所述的定量配给模块，其中用于移动所述电枢的装置是线圈装置。
12.根据权利要求11所述的定量配给模块，其中所述线圈装置包括线圈。
13.根据权利要求12所述的定量配给模块，其中电力以所述第一能级应用到所述线圈引起所述电枢从所述第一位置移动到所述第二位置。
14.根据权利要求12或13所述的定量配给模块，其中电力以所述第二能级应用到所述线圈引起所述定量配给模块变为所述疏通状态。
15.根据权利要求12所述的定量配给模块，其中所述线圈是第一线圈，而所述线圈装置还包括第二线圈。
16.根据权利要求15所述的定量配给模块，其中电力以所述第一能级应用到所述第一线圈引起所述电枢从所述第一位置移动到所述第二位置。
17.根据权利要求15或16所述的定量配给模块，其中电力以所述第二能级应用到所述第二线圈引起所述定量配给模块变为所述疏通状态。
18.根据前述权利要求中任一项所述的定量配给模块，其中，当所述电枢在所述第二位置时，液体能够流经所述出口。
19.根据权利要求18所述的定量配给模块，其中所述液体包括还原剂。
20.根据权利要求18或19所述的定量配给模块，其中所述液体包括尿素。
21.根据权利要求18、19或20所述的定量配给模块，其中所述液体包括柴油机尾气处理液或AdBlue。
22.根据前述权利要求中任一项所述的定量配给模块，其中，当所述定量配给模块处于所述阻塞状态时，液体的晶体阻止所述液体流径所述出口。
23.根据前述权利要求中任一项所述的定量配给模块，其中所述定量配给模块还包括冷却套管。
24.根据前述权利要求中任一项所述的定量配给模块，其中所述定量配给模块是发动机后处理定量配给模块。
25.一种包括发动机和排气***的车辆，所述排气***包括具有根据前述权利要求中任一项所述的定量配给模块的减排***。
26.根据权利要求25所述的车辆，其中所述车辆是工作机，例如装载机或反铲机或铲装车或挖掘机。
27.一种操作用于减排***的定量配给模块的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)确定所述定量配给模块处于阻塞状态；
(b)通过将电力应用到所述定量配给模块来升高所述定量配给模块的温度；以及
(c)加热所述定量配给模块，直到所述定量配给模块处于疏通状态，在所述疏通状态下液体能流经所述定量配给模块。
28.根据权利要求27所述的操作定量配给模块的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
(d)操作所述定量配给模块，以使液体经过所述定量配给模块。
29.根据权利要求27或28所述的操作定量配给模块的方法，其中确定所述定量配给模块处于阻塞状态的步骤包括确定液体经所述定量配给模块的流动被阻止。
30.根据权利要求27、28或29所述的操作定量配给模块的方法，其中确定所述定量配给模块处于阻塞状态的步骤包括：
(i)在致动所述定量配给模块之前确定由所述定量配给模块供应的液体的第一压力；
(ii)在致动所述定量配给模块期间确定由所述定量配给模块供应的液体的第二压力；以及
(iii)比较所述第一压力与所述第二压力。
31.根据权利要求30所述的操作定量配给模块的方法，其中，在步骤(iii)中，所述第二压力大于所述第一压力。
32.根据权利要求27至31中任一项所述的操作定量配给模块的方法，其中将电力应用到所述定量配给模块来升高所述定量配给模块的温度的步骤包括将温度升高到至少100℃。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的操作定量配给模块的方法，其中将电力应用到所述定量配给模块来升高所述定量配给模块的温度的步骤包括使升高的温度保持小于400秒，优选地小于200秒。
34.根据权利要求27至33中任一项所述的操作定量配给模块的方法，其中将电力应用到所述定量配给模块来升高所述定量配给模块的温度的步骤包括向所述定量配给模块供应电流。
35.根据权利要求34所述的操作定量配给模块的方法，其中所述电流为至少400毫安，优选地为至少500毫安。
36.根据权利要求27至35中任一项所述的操作定量配给模块的方法，其中所述液体包括还原剂。
37.根据权利要求36所述的操作定量配给模块的方法，其中所述液体包括尿素。
38.根据权利要求36或37所述的操作定量配给模块的方法，其中所述液体包括柴油机尾气处理液或AdBlue。
39.根据权利要求27至38中任一项所述的操作定量配给模块的方法，其中，当所述定量配给模块处于阻塞状态时，液体的晶体阻止所述液体流经所述出口。
40.一种基本上如本文和/或参考附图所述的定量配给模块。
41.一种操作基本上如本文和/或参考附图所述的定量配给模块的方法。
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