專利名稱：流體傳送系統(tǒng)和方法
流^M專送系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將流體從儲存器傳送到典型地為噴嘴的傳送設(shè)備的流體 傳送系統(tǒng)和方法。本發(fā)明尤其涉及尿素以高精度的計量量從儲存器到噴嘴的傳 送，該噴嘴布置在內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，將尿素從內(nèi)燃機引入到排氣氣流和催化系統(tǒng)可以大大提高催化
元件轉(zhuǎn)化NOx氣體的效率。由于尿素自身對環(huán)境相對無害，因此引入到燃燒
系統(tǒng)中的尿素量可以過量，尿素的這種浪費通常是不受歡迎的，因為該技術(shù)通 常用于移動車輛，而這樣的浪費導(dǎo)致所需的存儲容量比在尿素正確定量時實際 所需的更大。
因此提出了只將需要量的尿素引入排氣氣體中的要求。而且，尿素以液滴 噴灑的方式最有效地引入到排氣氣體中，這要求尿素被加壓并供應(yīng)到噴嘴中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供流體傳送系統(tǒng)和方法，以提供從儲存器到噴嘴有效 可控的流體傳送。
這樣，本發(fā)明的第一方面優(yōu)選地涉及將流體從儲存器傳送到優(yōu)選為噴嘴的 接收設(shè)備的流體傳送系統(tǒng)，該流體傳送系統(tǒng)包括
通流設(shè)備，該通流設(shè)備用于接收來自儲存器的流體并將流體傳送通過系統(tǒng) 和/或測量從儲存器傳送到接收設(shè)備的流體量，
可控截止閥，該截止閥布置在接收設(shè)備的上游并優(yōu)選地在通流設(shè)備的下
游，
至少控制截止閥的狀態(tài)的控制單元， 其中該控制單元用于控制截止閥的狀態(tài)， 從而供給到接收設(shè)備的流體的壓力在第一預(yù)選壓力限度(pmin)之上，和/
或
從而傳送量對應(yīng)于需求量。
該通流設(shè)備可以優(yōu)選地包括定量泵、泵、測量單元、測量泵或它們的結(jié)合。
在本文的上下文中使用了許多術(shù)語。盡管它們用于其普通含義，還是對部 分術(shù)語給出了進一步的典型的解釋。
傳送量的動態(tài)誤差動態(tài)誤差發(fā)生在傳送的流體的需求隨著時間改變時， 并由傳送量和應(yīng)當傳送量之間的延遲引起。該延遲典型地歸因于流體傳送系統(tǒng) 中的彈性、控制的執(zhí)行和/或傳感信號的延遲等。動態(tài)誤差可以定義為在預(yù)定 時間內(nèi)設(shè)定量和實際傳送量之間差異的最大值。該動態(tài)誤差不累積。
傳送量的累積誤差傳送量的累積誤差典型地定義為不隨時間平衡的誤差。
定量泵在來自控制單元的電信號的控制下傳送精確數(shù)量的流體的單元， 其能夠定量，從而防止高壓。
泵(p泵)針對高壓傳送不可控的流體流的單元或能夠維持高壓的單元。
測量單元在不影響流動或壓力的情況下給出關(guān)于流體流動的信息(最常 見為電信號)的單元。
測量泵泵和測量單元的結(jié)合。
通流設(shè)備用于從儲存器接收流體并傳送流體和/或測量從儲存器傳送到接 收設(shè)備的流體量的設(shè)備。
需求將要傳送的量。需求可以是即時需求，表達為例如升每小時[l/h]或 一段間隔內(nèi)的累積需求，表達為例如升[h]。
傳送將要傳送的量。傳送可以是即時傳送，表達為例如升每小時[l/h]或 一段間隔內(nèi)的累積傳送，表達為例如升[h]。
本發(fā)明優(yōu)選地涉及至少兩種定量流體的方法(更多的方法在后面說明)。 第一種方法可以總結(jié)為下面的方式
1、釆用定量泵在這樣的實施例中，定量泵非常精確地提供需求量并相 應(yīng)地控制用以4是供對應(yīng)于需求的傳送。流體的加壓優(yōu)選地通過布置在定量泵下 游的流體緩沖部和布置在緩沖部下游的截止閥的結(jié)合獲得。
第二種方法基于采用測量單元。在這樣的實施例中，流體以某些方式加壓；
典型地，流體加壓地存儲在儲存器中或由泵加壓。需求典型地表達為規(guī)則的間 隔，給定間隔內(nèi)將要傳送的總量典型地估計為與間隔開始處的需求(1/h)乘以 間隔的長度(以小時表示)得到的值相等。采用定量單元可以總結(jié)為下面的方
式
2a:流體傳送量可以通過每小時的傳送量乘以截止閥打開時間給出的函數(shù) 關(guān)系進行估計。從這樣的關(guān)系，在給定間隔的時間內(nèi)，該閥必須是打開的，以 滿足需求。在傳送過程中，實際傳送量通過測量單元測量，如果估計傳送量和 實際傳送量之間發(fā)現(xiàn)差異，反饋進入到?jīng)Q定截止閥打開時間的算法以考慮該差 異。
2b:實際傳送量在傳送過程中測量。 一旦在給定間隔內(nèi)的需求得以滿足， 該截止閥關(guān)閉。
值得注意的是，所述總結(jié)只是示例性的，可以有這兩種方法的變形，因此 它們不限于狹窄的方法里。然而，它們相信為本發(fā)明纟是供了框架上的指示。例 如，在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，測量單元和加壓單元互相集成在一起。
如同將在下面展現(xiàn)的，在一些實施例中，泵將加壓從儲液罐中接收的流體。 然而在其他一些實施例中，該系統(tǒng)接收來自儲液罐的加壓流體，在這樣的實施
例中，泵可以不要。
本發(fā)明在第二方面優(yōu)選地涉及將流體從儲存器傳送到優(yōu)選為噴嘴的接收 設(shè)備的方法，流體傳送系統(tǒng)包括
通流設(shè)備，該通流設(shè)備用于接收來自儲存器的流體并將流體傳送通過系統(tǒng) 和/或測量從儲存器傳送到接收設(shè)備的流體量，
可控截止閥，該截止閥布置在接收設(shè)備的上游并優(yōu)選地在通流設(shè)備的下
游，
至少控制截止閥的狀態(tài)的控制單元， 該方法包括控制截止閥的狀態(tài)，
從而供給到接收設(shè)備的流體的壓力在第一預(yù)選壓力限度(Pmin)之上，和/
或
從而傳送量對應(yīng)于需求量。
在本連接中，該通流設(shè)備還可以優(yōu)選地包括定量泵、泵、測量單元、測量
泵或它們的結(jié)合。
滿足給定需求的截止閥的控制優(yōu)選地基于截止閥的直接控制而進行，該直 接控制基于用于獲得最小動態(tài)誤差的系統(tǒng)特性和來自測量單元以調(diào)整控制閥 的算法的正確信號，從而避免累積誤差。


現(xiàn)在將參考附圖詳細說明本發(fā)明，尤其是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中 圖1示意性地表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的燃燒系統(tǒng)，
圖2示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的流體傳送系統(tǒng)單元的第一實施例，
圖3示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的流體傳送系統(tǒng)可得到的三種不同流況，
圖4以概念方式表示本發(fā)明的第二實施例，
圖5表示圖4所示系統(tǒng)的變形，其中加壓和測量功能結(jié)合在一起， 圖6示意性地表示對應(yīng)于圖4的根據(jù)本發(fā)明的流體傳送系統(tǒng)的實施例， 圖7示意性地表示對應(yīng)于圖5的根據(jù)本發(fā)明的流體傳送系統(tǒng)的實施例， 圖8示意性地表示對應(yīng)于圖5的根據(jù)本發(fā)明的流體傳送系統(tǒng)的另外一個實 施例,
圖9示意性地表示對應(yīng)于圖5的根據(jù)本發(fā)明的流體傳送系統(tǒng)的第三實施
例，
圖12和13每個都示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的測量單元的優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
圖l表示燃燒系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)包括典型地為柴油機的內(nèi)燃機1、容納尿 素(也以傳統(tǒng)名字AdBlue為人所知)液態(tài)溶液的儲液罐2和催化系統(tǒng)3。發(fā) 動機1的排氣通過排氣管4連接到該催化系統(tǒng)3。該燃燒系統(tǒng)還包括連接到流 體傳送單元6 (廣泛地稱為"通流設(shè)備")的噴嘴5，該流體傳送單元連接到儲 液罐2。該流體傳送單元6接收尿素液態(tài)溶液，并將在至少一定程度上滿足催 化系統(tǒng)所需的尿素量提供到噴嘴5。
圖2示意性地表示用于將尿素引入到內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)的流體傳送單元 (圖1中的6)的結(jié)構(gòu)。圖1中用于指示元件的數(shù)字在圖2中用于指示相似的元件。如圖2所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括入口連接到儲液罐2并用于泵出和定量配送 尿素到緩沖部8的定量泵7，該緩沖部8通過截止閥9連接到噴嘴5。
根據(jù)圖2的實施例中的定量泵2是將流體加壓并產(chǎn)生可控可變的流速進而 可控的傳送的泵。這意味著實際流速可以控制得十分精確。當傳送量大于滿刻 度傳送量的10%時，由定量泵7傳送的流速的精度典型地小于滿刻度傳送量 的+/-1%。低于那個量時，該精度低于作為定量泵7設(shè)定的提供量的讀出值的 +/-10%。該定量泵由馬達控制單元ll控制，該馬達控制單元接收代表實際需 要尿素的輸入值并設(shè)置定量泵以泵出該實際需要量。
為了更明顯地呈現(xiàn)圖2所示系統(tǒng)的不同功能，該馬達控制單元11和截止 閥控制單元10表示為不同的系統(tǒng)元件。然而，這兩個單元可以組裝在一個單 元中?；旧希@兩個單元提供下面兩個目的
馬達控制單元11,其在例如負載和rpm等定義發(fā)動機狀態(tài)的參數(shù)的基礎(chǔ)上 限定實際的尿素需求并發(fā)送需求信號給定量泵7。該定量泵7可以是普通的定 量泵，用于測量滿足實際需要的尿素量，并將計量了的尿素加壓到足夠噴嘴提 供尿素噴霧。
截止閥控制單元IO，其控制截止閥的狀態(tài)，也即在測量緩沖部8中流體壓 力的基礎(chǔ)上從打開到關(guān)閉或相反地改變截止閥的狀態(tài)，并在同時提供截止閥為 打開的想要的周期分布。
系統(tǒng)的所有部分可以集成在一個單元中。然而，儲液罐和噴嘴典型地不作 為系統(tǒng)的集成部件，其中該系統(tǒng)可以放置在合適的地方，例如卡車中。
該噴嘴5是這樣的噴嘴，當供給到噴嘴5的流體的壓力高于門限壓力P隨 時，該噴嘴提供噴霧狀液體。在門限壓力之上時，霧化的流體量與由定量泵7 提供的流體量相等。然而，在門限壓力之下，噴嘴5不能將所有流體霧化，因 為流向噴嘴的流體量太小，從而不能建立高于門限壓力的壓力。當這種情況發(fā) 生時，截止閥9以下面公開的方式控制是否將流體供給到噴嘴5。在典型的應(yīng) 用中，將要霧化的流體量的范圍從例如將要霧化的最大流體量的0.1 %到100 % ，超過這個區(qū)間的連續(xù)流體的霧化典型地被認為是不可行的。
該截止閥9是這樣的閥，當泵送給它的流體的壓力大于最大壓力限度Pmax (圖3)時，該閥打開，當壓力低于最小壓力限度Pmin時，該閥關(guān)閉。P薩典
型地比Pmin大5 % ,其中P曲是能夠確保供給到噴嘴5的流體被噴嘴霧化的值。 在該壓力之下，噴嘴可能霧化，但是通常不確定，因為霧化要求噴嘴兩邊的壓 差在一定值上。這樣，當來自定量泵7的流速太小而不能提供大于Pmin的壓力 時，該截止閥關(guān)閉并保持閉合，直至定量泵7已經(jīng)泵送足夠的流體以建立大于 Pmax的壓力。 一旦該壓力超過Pmax，該截止閥9打開，流體流過噴嘴5。在流 過的過程中，霧化的量大于定量泵7泵送的量，從而壓力下降，直至Pmin,閥 關(guān)閉，并再次開始建立壓力。通過這個過程，及時霧化的流體量平均等于由定 量泵7傳送的流體量。
參考圖3，該圖表示三種不同的霧化狀況大流(圖3a)、中流(圖3b) 和小流(圖3c)。如圖3a所示，在截止閥9入口處測量的流體即時壓力不久
就不變地在P纖和Pmin的限度之上。如果需求量下降，定量泵7泵送的流量將 下降，并導(dǎo)致壓力下降。在壓力從大于Pmax的值下降時，壓力可以一直下降至 Pmin，并不變地保持在大于Pmin的值上。如果需求量十分大或者例如噴嘴5阻 塞了，壓力可以升高，直至安全限度Phigh,在該安全限度，定量泵7停止泵送 流體，但是該截止閥9保持打開。
當對霧化流體的需求量在中流位置時，噴霧進入如圖3b所示意性公開的
狀況。在該狀況下，在截止閥9入口處測量的壓力一度小于P咖x，截止閥9相 應(yīng)地關(guān)閉著；這里假設(shè)截止閥沒有打開，也即從截止閥已經(jīng)關(guān)閉的程度到達的 狀態(tài)。由于截止閥9關(guān)閉著而定量泵7還在泵送，流體就累積在緩沖部8中， 且由于該緩沖部8是彈性件，其中將容納流體，導(dǎo)致截止閥9入口處的壓力上 升。只要定量泵7在泵送且截止閥9保持關(guān)閉，這個壓力上升將持續(xù)下去。一
旦該壓力達到Pmax，截止閥9將打開。該截止閥9的打開將導(dǎo)致流體流向噴嘴
5。該流向截止閥9的流體是由定量泵7泵送的流體和由援沖部8體積變換引 起的流體的混合。減小的緩沖部體積的效果在圖3b中如標注為"沒有流入時的 壓降"的虛線所示。在圖3b所示的狀況下，由定量泵7泵送的流量不足以將壓 力保持在Pmin之上，且一旦下降到Pmin,該截止閥9關(guān)閉，在緩沖部8中流體 累積又一次開始后，帶來壓力的上升。只要對流體的需求沒有改變，該循環(huán)將 持續(xù)下去。如其所表現(xiàn)出來的，在本狀況下，通過噴嘴5的流動將是脈動的， 而每個脈沖的時間長度為從截止閥在Pmax打開至截止閥在Pmin關(guān)閉的時間。
小流狀況示意性地表示在圖3c中。如圖3c所示，壓力不到達截止閥打開
以使流體流向噴嘴5的壓力P^x限度。為了霧化流體，該截止閥間隔地、典型 地規(guī)則間隔地被迫打開。截止閥9關(guān)閉著的時間在圖3C中通過"設(shè)置時間間隔" 指出，其中的時間長度預(yù)先選擇為沒有傳送的最長允許時間。在該小流狀況下 的循環(huán)包括兩個階，敬。第一階段開始于(例如)壓力在Pmin且截止閥9關(guān)閉著 時。由于定量泵7持續(xù)泵送，壓力上升，如同上面在中流狀況下時所公開的。 當設(shè)定的時間間隔已經(jīng)過去，該截止閥9被迫打開，且由于流體流向并流出噴 嘴5,壓力下降，直至壓力到達Pmi。。通過使用該被迫的截止閥打開，兩個脈 沖之間的時間間隔可以保持在低于等待壓力建立到P謹所需的間隔，并且由于 兩個脈沖之間的時間間隔可以保持在低位，甚至能夠在排氣氣體流中提供例如 尿素的傳送。兩個脈沖之間的時間間隔的長度典型地預(yù)先選擇，并且典型地通 過進行實驗找到。
不同的流動狀況，高、中和小，是通過結(jié)合選擇"設(shè)定時間間隔"長度選擇 Pm狀和Pmin進行限定的。這些參數(shù)的確切值根據(jù)確切的噴嘴構(gòu)造而選擇。在典
型的實施例中，P隨選為8.4bar, P油選為8.1bar,"設(shè)定時間間隔"選為一秒鐘 或幾秒鐘。在這樣的實施例中，供給到噴嘴5的最小流量大約為0.0101/h,緩 沖部8的柔度為160mm3/bar。
截止閥9的打開和關(guān)閉由來自圖2所示的閥控制單元IO通過連接12而電 磁控制。該連接12將電信號傳送到截止閥9。
該緩沖部8可以提供這樣的作用，使得與沒有結(jié)合緩沖部8的系統(tǒng)相比， 截止閥9運行的頻率下降。
當截止閥9關(guān)閉著而定量泵7泵送流體時，在流體傳送系統(tǒng)中的壓力上升。 該流體被認為是不可壓縮的，如果沒有結(jié)合緩沖部8且定量泵7不泵送， 一旦 截止閥9打開，流體傳送系統(tǒng)中的壓力將幾乎瞬間下降到噴嘴5外面的水平。 然而，該緩沖部8是彈性件，緩沖部8體積的收縮將使流體傳送系統(tǒng)中的壓力 在更長的時期內(nèi)維持在大于Pmin的值，這樣，截止閥9兩個連續(xù)打開直接的時 間可以足夠長，以確保截止閥9充足的壽命。除了提高閥的壽命的期望外，該 緩沖部使更慢(且這樣更便宜)的閥的使用成為可能。如果該緩沖部太大，可 能引起不可接受的動態(tài)誤差。
壓力傳感器13測量緩沖部8中的壓力。該測量的壓力用于控制截止閥9 的狀態(tài)(打開或關(guān)閉)，且該測量的壓力被用為如同該壓力是在閥的入口處測 得的。該測量的壓力通過連接14將信號傳送到控制單元10。
從截止閥9到噴嘴5的連接15足夠剛性，以確保一旦截止閥9打開時， 連接15中的壓力上升基本不會導(dǎo)致連接15的任何變形。如果相反，該連接不 是基本剛性的，截止閥9的打開將引起連接15的膨脹，從而導(dǎo)致從截止閥9 出口流出的尿素量基本不能瞬時等同于從噴嘴5流出的量，這通常被認為是進 入流體傳送系統(tǒng)中的引入誤差。為了提供合適的剛度，該連接15典型地是由 不銹鋼制成的線路。該連接15的剛度還有助于減少噴嘴出口處液滴的形成， 如果做得足夠牢固(fast),截止閥的關(guān)閉不會導(dǎo)致任何流體從噴嘴流出。如果 相反，該連接15不是足夠剛性的， 一旦截止閥關(guān)閉，該連接將收縮，從而導(dǎo) 致流體從噴嘴擠出和液滴在噴嘴的出口處形成。這樣的液滴可能結(jié)晶并導(dǎo)致噴 嘴的阻塞。值得注意的是，這樣的剛性連接可以應(yīng)用于本發(fā)明的所有實施例。
圖4以概念方式表示本發(fā)明第二實施例。對比于第一實施例中定量泵的傳 送基本等于實際所需要的和加壓通過緩沖部和閥中累積的流體的結(jié)合實現(xiàn)，圖 4的系統(tǒng)提供來自泵17或可選地加壓儲液罐18的恒壓(在與流動無關(guān)的限度 內(nèi))的液體。提供關(guān)于傳送量的信息的測量單元19測量實際的傳送量。馬達/ 閥控制單元20典型地操作截止閥9,并優(yōu)選地根據(jù)實際尿素需要以PWM (脈 寬調(diào)制)模式脈動，該實際尿素需要涉及系統(tǒng)專門參數(shù)，比如噴嘴常數(shù)、閥的 特性、噴嘴前面的壓力等等。在這種模式下，馬達條件所需要的流動改變將十 分快速地通過噴嘴5提供，這樣只產(chǎn)生非常小的動態(tài)誤差。通過連接21來自 測量單元19的信號將提供信息用于改變截止閥9的PWM,以使累積誤差最 小化。
圖5表示圖4的系統(tǒng)的變形，其中測量單元和泵結(jié)合在單一單元22中。 在下面的圖(6、 7、 8和9)中表示了對應(yīng)于圖4和圖5的泵送和測量功
能的不同實施例。在具有其他潛能外，所有實施例都具有提供快速反應(yīng)(小的
動態(tài)誤差)和高精度(小的累積誤差)的潛能。
圖6表示對應(yīng)于圖4的系統(tǒng)的實施例。在該實施例中，傳送系統(tǒng)包括含有
壓縮流體的儲液罐18。可選地，儲液罐2可以含有在周圍壓力下的流體，泵
17可以提供壓力。在儲液罐18或泵17的出口處提供有閥23,該閥的出口連 接到測量單元。該測量單元包括接觸并作用于膜25上的活塞24。如圖6所指 出的，活塞24且膜25的運動被相對于其所接觸的外殼限制?；钊?4有彈簧 26偏壓向膜25。在測量單元的出口提供有截止閥9，該閥如同上面關(guān)于圖4 的解釋那樣在定量條件下動作。在非定量條件下(當活塞24往后運動且液體 流入測量單元)，該截止閥9必須關(guān)閉。閥9和23都是電;茲閥。 一旦截止閥9 關(guān)閉而閥23打開，來自流過閥23并作用于膜的流體的力大于作用于活塞24 上的來自彈簧26的力，該彈簧26將被壓縮，活塞24將被移動，直到被外殼 的貼面阻止。這個端部位置由傳感器27檢測到，該傳感器將通過連接21將信 號傳送到控制單元，該控制單元依次關(guān)閉閥23并開始操作截止閥9。在該操 作過程中，來自彈簧26的偏壓力將在相反方向上移動活塞24,從而將累積在 測量單元中的流體壓向截止閥9。
圖6所示的流體傳送系統(tǒng)以如下方式使用。最初，截止閥9關(guān)閉著而閥23 打開著。 一旦閥23打開，膜25和活塞24對著來自彈簧26的偏壓力運動。閥 23保持打開狀態(tài)，直至位移傳感器27檢測到活塞24已經(jīng)到達其底部位置， 在該位置彈簧26不再能夠被壓縮。 一旦活塞已經(jīng)到達其底部位置，該傳感器 發(fā)送信號到控制單元20。然后，閥23關(guān)閉，截止閥9打開并在PWM模式下 運行，直到活塞已經(jīng)到底其頂部位置。傳感器27將該信號傳送到控制單元20。 由于活塞24的位移對應(yīng)于尿素傳送量，該傳送量可以通過記錄代表活塞24 上或下極限位置的信號而檢測。 一旦活塞24到達其上極限位置，截止閥9關(guān) 閉，閥23打開，重復(fù)該循環(huán)。
如同結(jié)合上述實施例所公開的，本實施例還可以組裝到一個單元里。 圖7表示對應(yīng)于圖5的系統(tǒng)的實施例。在該實施例中，結(jié)合在一起的泵/ 測量單元執(zhí)行流體加壓和提供關(guān)于傳送量的信息給控制單元20的任務(wù)。再次， 該傳送系統(tǒng)包括經(jīng)由閥23連接到泵/測量單元22的儲液罐2。然而，在本實施 例中，閥23是單向閥，且還有一個單向閥28布置在泵/測量單元的出口處。 本實施例中的本還包括活塞24、膜25和彈簧26?；钊?4、膜25和彈簧26 的組合可滑動地接觸到底活塞29上。該底活塞29通過連接桿30連接到曲柄 31上，導(dǎo)致底活塞29的往復(fù)移動?；钊?4趨向于跟隨底活塞29的該往復(fù)移
動。然而，由于活塞24可滑動地布置在底活塞29中并由彈簧26偏壓，該活 塞24的移動將不同于底活塞29的移動。
還在本實施例中，該傳送系統(tǒng)配備有傳感器27，該傳感器用于感測活塞 24和底活塞29之間相對運動中的端部位置。還有一個傳感器32布置用于傳 感曲軸31的上死位置。
當?shù)谆钊?9移向它的下位置時，如果彈簧26完全膨脹著，活塞24將跟 隨該移動。這將導(dǎo)致作用于膜25上的壓力下降，引起閥23的打開和閥28的 關(guān)閉，從而流體將從儲液罐中抽出并進入泵/測量單元。當?shù)谆钊?9此后移向 它的上位置時，閥23關(guān)閉。在底活塞29的這個移動過程中，彈簧將被壓縮， 因為在該運動過程中截止閥9是關(guān)閉著的，來自壓力的作用于膜25上的力大 于彈簧26提供的作用于活塞24上的力。當彈簧26已經(jīng)被最大地壓縮且曲柄 31停在上死點(由傳感器32將信號傳送到控制單元20 )時，噴嘴可以在PWM 模式下如同先前所述那樣霧化尿素，且彈簧26將開始膨脹。彈簧26的這種膨 脹將導(dǎo)致流體仍然可以被加壓并傳送，即使曲柄31不旋轉(zhuǎn)。事實上，截止閥 9僅在曲柄進而底活塞不運動時才運行，這對系統(tǒng)的功能可能是必須的。
圖8表示對應(yīng)于圖5的系統(tǒng)的另外一個實施例。該實施例與圖7所示的實 施例具有需要相似性，且相同的數(shù)字用于表示相同的元件。如圖8所示，活塞 24進而膜25的運動相對限制于外殼而不相對限制于底活塞29,從而能夠提高 精度和簡化端部位置的檢測。如圖8所示，底活塞29通過預(yù)壓彈簧33與活塞 24結(jié)合。在上死點位置，在彈簧33和底活塞29之間具有間隙，而在下死點 位置，彈簧33可以被輕微地進一步壓縮。這意味著曲柄機構(gòu)的運動對于精度 不是重要的。除了這個，其功能如同結(jié)合圖7所描述的那樣。
圖9表示對應(yīng)于圖5的系統(tǒng)的另外一個實施例。該實施例包括泵/測量單元， 在其入口處通過單向閥23連接到儲液罐，在其出口處布置有單向閥28。這兩 個單向閥23和28與普通泵中的兩個單向閥扮演相同的角色。該泵/測量單元 包括活塞24和膜25,類似于上面討論過的實施例中的活塞和膜。本實施例中 的活塞24通過連接桿30直接連接到曲柄31 。
泵典型地控制用于在截止閥中維持基本恒定的壓力。該截止閥9在實際尿 素需要的基礎(chǔ)上典型地以脈動(PWM)模式打開和關(guān)閉。由于高度限定的幾何形狀，曲柄的每次旋轉(zhuǎn)代表傳送一次很好限定的和已知的容量，傳感器32
可以通過在每個旋轉(zhuǎn)或已知的旋轉(zhuǎn)片段中提取信號而檢測泵送的量。該檢測是
不重要的，因為誤差不進行累積。該信號將通過連接34提供信息，用于改變 截止閥9的PWM,以減小累積誤差。
該截止閥9可以以先前描述的模式(PWM)在沒有中斷下運行。
值得注意的是，該泵可以具有兩個運行在相反相中的膜， 一個膜具有吸入 沖程，而另外一個在泵送中。
以上公開了許多不同實施例，每個實施例涉及將液態(tài)尿素傳送到排氣系統(tǒng) 中。不同實施例共同的特征在于在噴嘴前設(shè)置截止閥9。盡管截止閥可以免除， 但是最好使用，以控制尿素到噴嘴的流動；在一些實施例中，該截止閥結(jié)合有 緩沖部，用于獲得充分的流體壓力，而在其他實施例中，截止閥用于控制傳送 到噴嘴的流體量。在其中進行結(jié)合當然也是可能的。
如同指出了的，根據(jù)本發(fā)明的尿素的傳送主要可以以四種方式進行
I、 開環(huán)運行通過系統(tǒng)參數(shù)(比如噴嘴常數(shù)、噴嘴前的流體壓力、流體的 溫度和粘度、截止閥的特性等)的知識，根據(jù)來自馬達控制單元的所需需求(需 求)，尿素到噴嘴的傳送由執(zhí)行算法控制，該執(zhí)行算法決定閥打開和關(guān)閉的周 期。閥只在系統(tǒng)參數(shù)的基礎(chǔ)上(例如在溫度和壓力測量的基礎(chǔ)上)運行，而沒 有任何來自實際傳送容量的反饋。典型地，這樣的運行導(dǎo)致高的系統(tǒng)成本。
II、 采用圖2和3所示的定量泵。該定量泵提供高精度的流速，并通過緩 沖部和執(zhí)行閥的結(jié)合提供加壓；在圖2中，該執(zhí)行閥稱為截止閥。
III、 采用維持大致恒定壓力的測量泵，該壓力足以確保霧化。該測量泵給 流體加壓并傳送信號給馬達控制單元，該馬達控制單元很好地限定發(fā)送的尿素 量。這在圖5中指出，其中，測量泵用22表示。
IV、 采用如圖4所示的測量單元。采用測量單元在需要在幾個位置添加尿 素和/或在提供有簡單的加壓通路(例如壓縮空氣)的情況下尤其有利。測量 單元的不同實施例在圖12和13中描述。執(zhí)行閥的運行可以以與采用測量泵時 相類似的方式進行(圖10)。
該策略基于PWM (脈寬調(diào)制)。盡管PWM和PIM (脈沖間隔調(diào)制)都可以結(jié)
合本發(fā)明使用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于傳送的大的動態(tài)范圍(每個時間單位最大和最
小傳送量之間的因子大于100)， PIM因為它的固定脈寬看起來不太好用，因 為為了傳送小的流量，脈寬必須小，而沒有非常大的脈沖間隔將導(dǎo)致在更大的 傳送時截止閥許多次的觸發(fā)，這將導(dǎo)致閥更短的壽命。
PWM提供了在考慮催化系統(tǒng)動態(tài)(典型地為緩沖作用)的同時選擇合適 的脈沖間隔的可能性。
圖IO所示的策略基于在特定時間點上(當測量泵或測量單元將傳送量的 信息發(fā)送到馬達/閥控制單元時)累積傳送和累積需求的比較?？刂泼}寬的算 法基于該信息而改變，以維持好的精度。
在圖10中，C0、 Cl、 C2、 C3、 C4和C5代表累積傳送和累積需求作比 較的時間點。即時需求(ml/s,在圖10中標為需求)由控制單元規(guī)定，該控 制單元典型地為馬達控制單元。累積需求(ml)、傳送量(ml/s,標為傳送(脈 沖))和累積傳送(ml)在圖10中指出。累積值可以優(yōu)選地通過積分決定。例 如，累積曲線如同連續(xù)曲線那樣表示，但是在實際中控制單元將在間隔(Cl、 C2.,.等)處比較數(shù)值，并計算出單一的偏差值用于下一個間隔(如同將在圖 11中看到的)。
決定截止閥激活(脈寬)的執(zhí)行算法可以包括多個元素，例如累積傳送和 累積需求之間的偏差、兩個反饋時間之間累積傳送量誤差、這種誤差改變的改 變速率等。
參考圖10,如果需求是恒定的，傳送在每個間隔內(nèi)恒定脈沖下進行。在 Cl處，累積傳送與累積需求比較，發(fā)現(xiàn)該傳送太高。隨后，在C1處的脈寬下 降并在從C1到C2保持恒定。在C2處，累積需求再次與累積傳送比較，發(fā)現(xiàn) 該累積傳送還是比累積需求高，盡管累積傳送在靠近累積需求。隨后，脈寬進 一步下降。
在C2和C3之間，傳送需求增加，由于在C3處累積需求高于累積傳送， 脈寬隨后增加以增加傳送。在C4處發(fā)現(xiàn)該增加不足以滿足需求，在C4處脈 寬再次增加。
在間隔中改變需求進而改變脈寬的更加實際的情況如圖11所示。這里示 出了單一間隔Cn-Cn+1，線的標注同圖10。脈寬由馬達/閥控制單元決定，
該控制單元作為系統(tǒng)參數(shù)(噴嘴常數(shù)、截止閥處的流體壓力、流體的粘度、閥 的特性等)、脈沖開始處所需的傳送流量和脈沖之間的時間距離的函數(shù)。該值
大致為Fdemand/Fmax*Tp,其中Fdemand表示在脈沖開始處所需的傳送流量， Fmax代表截止閥打開下的流量，Tp是兩個連續(xù)脈沖之間的時間。當容量V(控 制)從測量泵傳送時(在時間Cn+1處)，正確信號傳送到馬達/閥控制單元， 累積需求與V(控制)比較。差值(V(控制)-V(Cn-l - Cn))和已知的在Cn( ACn ) 處的累積誤差絕對了在時間Cn+1處的累積誤差。
顯然存在大量的策略去修改用于下面間隔中的脈寬的算法。簡單的 一個旨 在通過使脈寬函數(shù)乘以一個因子(ACn - ACn+l )/V(控制)而為下一個間隔(這 意味著ACn+l = ACn+2)傳送累積需求容量。當然這不可能絕對正確，因為 需求在改變，但是由于該改變是連續(xù)的而間隔又相當短，因此可以給出有用的 近似。另外一個策略旨在獲得零累積誤差(^01 + 2 = 0)。
可以結(jié)合上述策略有利地使用的實施例如圖12和13所示。圖12表示成 形為階梯形活塞設(shè)備的測量單元19。然而，圖12和13的實施例可以結(jié)合其 他策略使用
該測量單元19包括氣缸39,階梯形活塞38可滑動地設(shè)置在該氣缸中。 該階梯形活塞38由活塞部38c提供，其中如圖所示，區(qū)域38a大于區(qū)域38b。 該測量單元19通過閥36接收流體。該流體加壓到壓力P并接收自加壓儲存器 或泵。閥36的出口連接到氣缸39的較大工作容積40a，并經(jīng)由閥37連接到 較小工作容積40b。閥37和較小工作容積40b之間的連接還包括圖12所示結(jié) 構(gòu)中的排放部41。
在活塞部38c端部上對著連接到活塞38的端部處具有工作容積42。該工 作容積42接收與供給到閥36的流體具有相同或基本相同的壓力的流體。在優(yōu) 選實施例中，供給到閥36和工作容積42的流體來自相同的源。
圖12表示測量設(shè)備的兩種模式。在圖12的上面部分，閥36打開閥37 關(guān)閉，從而在壓力P下的流體流向較大工作容積40a。由于活塞部38c的頂部 區(qū)域小于區(qū)域38a且工作容積40a和42中的壓力相同，參考圖12，活塞38 將向右移動。該向右移動導(dǎo)致工作容積40b中的流體通過排放部41壓出。該 動作持續(xù)進行，直至活塞38到達其最右位置，在該位置，閥36關(guān)閉閥37打
開；這種情況在圖12的下方部分公開。
當閥36關(guān)閉閥37打開，參考圖12，工作容積42中的壓力將向左推動活 塞38。工作容積40a中的流體將通過閥37流出并進入工作容積40b和通過排 放部41排出。該向左動作持續(xù)進行，直至活塞38到達其最左位置，在該位置， 閥36和37的狀態(tài)都改變，該循環(huán)重復(fù)進行。
除了其他優(yōu)點之外，圖12的實施例還具有下面的優(yōu)點，除了在活塞的最 左和最右位置，都具有傳送，且傳送到排放部41的流體的壓力很好地限定。 而且，在通過排;改部41傳送的液體和活塞部38c的運動之間具有強的幾何關(guān) 系。
區(qū)域38a和38b的大小可以選擇，使得傳送相同的量到排放部與活塞38 移動的路徑無關(guān)。這在區(qū)域38a的大小是區(qū)域38b的兩倍時可以實現(xiàn)。而且， 工作容積的大小具有如下的比率2:1:1 ( 40a:40b:42 )。如圖12所示的實施例還 具有的優(yōu)點是，活塞38的方向改變可以非?？斓剡M行，從而在流體傳送中只 有小的中斷(該方向的改變典型地由閥改變其狀態(tài)的速度決定)。在其他實施 例中，吸入沖程中的中斷相對較大。
通過如圖12指出的那樣布置閥36和37，就不需要換向閥了，而可以采 用相對簡單的截止閥。
圖13表示的實施例類似于圖12中的。圖13所示的實施例中與圖12中相 似的特征采用相同的標注。類似地，圖12的上面部分表示活塞38向右運動的 情形，而下面部分表示活塞向左運動的情形。
在圖13的實施例中，在活塞38和工作容積40a之間及在活塞部38c和工 作容積42之間提供有密封膜43a和43b。密封膜43a和43b的存在提供了密 封，以阻撓流體在容積40a和40b之間通過活塞38的邊緣流動。
盡管本說明集中在不同實施例上，每個實施例具有獨特的特征，需要強調(diào) 的是，結(jié)合一個實施例所公開的特征適合于結(jié)合到另外一個實施例中。
權(quán)利要求
1.用于將流體從儲存器(2)傳送到優(yōu)選為噴嘴(5)的接收設(shè)備的流體傳送系統(tǒng)，該流體傳送系統(tǒng)包括通流設(shè)備(6)，該通流設(shè)備用于接收來自儲存器(2)的流體并將流體傳送通過系統(tǒng)和/或測量從儲存器傳送到接收設(shè)備的流體量，可控截止閥(9)，該截止閥布置在接收設(shè)備的上游并優(yōu)選地在通流設(shè)備(6)的下游，至少控制截止閥(9)的狀態(tài)的控制單元，其中該控制單元用于控制截止閥的狀態(tài)，從而供給到接收設(shè)備的流體的壓力在第一預(yù)選壓力限度(Pmin)之上，和/或從而傳送量對應(yīng)于需求量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體傳送系統(tǒng)，其特征為所述通流設(shè)備包括 定量泵、泵、測量單元、測量泵或它們的結(jié)合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征為所述控制單元在截止閥 (9)上游壓力大于第二預(yù)選壓力限度(Pmax)時將截止閥(9)轉(zhuǎn)換到打開狀態(tài)。
4. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征為所述控制單元在截止 閥(9)上游壓力下降到第一預(yù)選壓力限度(Pmin)時將截止閥(9)轉(zhuǎn)換到關(guān) 閉狀態(tài)。
5. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征為所述截止岡(9)為電 磁閥。
6. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征為還包括設(shè)置用于測量 截止閥(9)上游位置處的流體壓力的壓力傳感器(13)。
7. 根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征為所述通流設(shè)備包括定 量泵、膜泵和/或活塞泵。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征為所述傳送系統(tǒng)包括布置在截 止閥上游和定量泵下游的流體緩沖部(8)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的系統(tǒng)，其特征為還包括布置在通流設(shè)備上 游的閥(23)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征為所述通流設(shè)備包括活塞(24) 和膜(25)，所述活塞與膜(25)鄰接，例如接合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征為還包括感測活塞(24)位 移的位移傳感器(27、 32)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11中任一項所述的系統(tǒng)，其特征為還包括設(shè)置 用于將活塞(24)偏壓向膜(25)的彈簧(26)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項所述的系統(tǒng)，其特征為所述活塞(24) 可滑動地與底活塞(29)接合，且該底活塞(29)通過連接桿(30)連接到曲 柄(31 )。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征為還包括布置在截止閥(9) 上游的單向閥(28),從而只允許流體流向截止閥(9)，并且其中布置在通流 設(shè)備上游的閥(23)是單向閥，從而只允許流體流向通流設(shè)備。
15. 根據(jù)在前權(quán)利要求9-11中任一項所述的系統(tǒng)，其特征為所述活塞 (24)通過連接桿(30)連接到曲柄(31)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征為還包括布置在通流設(shè)備和 截止閥(9)之間的單向閥(28)，該單向閥(28)設(shè)置用于只允許流體流向截 止閥(9)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征為所述通流設(shè)備包括測量單元 (19),該系統(tǒng)包括氣缸(39),在該氣缸中可滑動地布置有階梯形活塞(38),從而提供兩個不同大小的工作容積(40a、 40b)，還包括第二閥(37),其中布 置在通流設(shè)備上游的閥(36)的入口連接到或可連接到流體源，且所述閥(36) 的出口連接到較大工作容積及第二閥(37)的入口，該第二閥(37)的出口連 接到較小工作容積及排放部。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征為所述氣缸(39)還包括提 供在形成活塞(38) —部分的活塞部(38c)之上的另一個工作容積(42),該 工作容積(42)連接到或可連接到流體源，優(yōu)選地該流體源為閥(36)入口連 接到或可連接到的相同的流體源。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的系統(tǒng)，其特征為所述兩個工作容積 (40a、 40b)通過膜(43a)互相密封，且當依賴于權(quán)利要求18時，所述較小工作容積(40b)通過膜(43b)與所述另一個工作容積(42)密封。
20. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征為還包括從截止閥(9) 伸展到接收設(shè)備的流體連接(15)，該連接是剛性的，從而避免該連接U5) 的膨脹，該膨脹在截止閥(9)關(guān)閉時將由于該連接(15)的收縮而引起通過 該連4妄的流體的不可4空流動。
21. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征為還包括儲存器(2)。
22. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征為所述傳送設(shè)備為噴嘴(5) 。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征為所述噴嘴(5)布置在排氣 系統(tǒng)中，從而將流體噴射進排氣系統(tǒng)。
24. 包括根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的流體傳送系統(tǒng)的排氣系統(tǒng)。
25. 用于將流體從儲存器(2)傳送到優(yōu)選為噴嘴(5)的接收設(shè)備的方 法，流體傳送系統(tǒng)包括「通流設(shè)備(6)，該通流設(shè)備用于接收來自儲存器(2)的流體并將流體傳 送通過系統(tǒng)和/或測量從儲存器傳送到接收設(shè)備的流體量，可控截止閥(9)，該截止閥布置在接收設(shè)備的上游并優(yōu)選地在通流設(shè)備(6) 的下游，至少控制截止閥(9)的狀態(tài)的控制單元， 該方法包括控制截止閥的狀態(tài)，從而供給到接收設(shè)備的流體的壓力在第一預(yù)選壓力限度(Pmin)之上，和/或從而傳送量對應(yīng)于需求量。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征為所述通流設(shè)備包括定量泵、 測量單元、測量泵或它們的結(jié)合。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的方法，其特征為所述截止閥的狀態(tài)的 控制包括在截止閥(9)上游壓力大于第二預(yù)選壓力限度(P隱)時將截止閥(9)轉(zhuǎn)換到打開狀態(tài)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25-27中任一項所述的方法，其特征為所述截止閥 的狀態(tài)的控制包括在截止閥(9)上游壓力下降到第一預(yù)選壓力限度(Pmin)時 將截止閥(9 )轉(zhuǎn)換到關(guān)閉狀態(tài)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26 - 28中任一項所述的方法，其特征為還包括測量 截止閥(9)上游和泵(7)下游位置處的流體壓力。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25-29中任一項所述的方法，其特征為包括對通過 通流設(shè)備的流通量的測量。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征為還包括如果通過通流設(shè)備 的測量量超過需求時將閥的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)閉狀態(tài)。
32. 根據(jù)在前權(quán)利要求25-31中任一項所述的方法，其特征為所述通 流設(shè)備包括定量泵，其中該定量泵運行用于提供與即時需求基本相等的即時傳 送。
33. 根據(jù)權(quán)利要求25-31中任一項所述的方法，其特征為所述通流設(shè) 備包括測量單元，其中對截止閥進而對對應(yīng)于需求的傳送量的控制包括以 PWM模式(脈寬調(diào)制模式)運行該截止閥。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征為還包括決定給定間隔內(nèi)的 累積需求、通過測量單元在間隔的至少部分時間內(nèi)累積傳送量和在所述間隔內(nèi) 采用 一個或多個脈沖的寬度，從而使得在所述間隔內(nèi)的累積傳送等于累積需 求。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征為所述截止閥的控制包括在 所述間隔內(nèi) 一旦該累積傳送達到累積需求就關(guān)閉該截止閥。
36. 根據(jù)權(quán)利要求33 - 35中任一項所述的方法，其特征為所述通流設(shè) 備包括測量單元，該方法包括A) 以在時間間隔內(nèi)具有一個或多個脈沖寬度的PWM模式運行該截止 閥，B) 在所述時間間隔的末尾比較累積傳送和累積需求，C) 在所述時間間隔的末尾，響應(yīng)于該比較和截止閥的運行，以隨后間 隔里的改變了的脈沖寬度為隨后的時間間隔設(shè)置PWM模式的脈沖 寬度， D) 重復(fù)步驟B)和C)。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征為還包括在所述間隔內(nèi)在傳 送時設(shè)置脈沖寬度。
38. 根據(jù)權(quán)利要求33 -37所述的方法，其特征為所述脈沖寬度的設(shè)置 包括調(diào)整執(zhí)行算法。
39. 根據(jù)權(quán)利要求36- 38所述的方法，其特征為所述脈沖寬度在時間 間隔內(nèi)變動。
40. 根據(jù)權(quán)利要求36 -38所述的方法，其特征為所述脈沖寬度在時間 間隔內(nèi)相等。
41. 根據(jù)權(quán)利要求36-40中任一項所述的方法，其特征為所述累積傳 送為從選定的時間點開始的傳送量，而所述累積需求為從選定的時間點開始的 需求量。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征為所述選定的時間點是在累 積需求和累積傳送重置的瞬間，例如當傳送被初始化時。
43. 才艮據(jù)在前^又利要求41或42中任一項所述的方法，其特征為所述選 定的時間點是在最后選定時間周期的末尾，從而方法以可循環(huán)的的方式進行。
44. 根據(jù)在前權(quán)利要求25 -43中任一項所述的方法，其特征為該流體 是尿素或尿素衍生物。
45. 根據(jù)在前權(quán)利要求25-44中任一項所述的方法，其特征為所述儲 存器(2)儲存處在預(yù)定水平的加壓流體或包括例如將流體加壓到預(yù)定水平的 泵。
46. 根據(jù)在前權(quán)利要求25 -45中任一項所述的方法，其特征為所述方 法在根據(jù)權(quán)利要求1-24中任一項所述的系統(tǒng)中實施。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于將流體從儲存器(2)傳送到典型地為(一個)噴嘴的(一個)傳送設(shè)備的流體傳送系統(tǒng)和方法。本發(fā)明尤其涉及尿素以高精度的計量量從儲存器(2)到噴嘴(5)的傳送，該噴嘴布置在一個或多個內(nèi)燃機(1)的排氣系統(tǒng)(4)中。
文檔編號F01N9/00GK101356345SQ200680048190
公開日2009年1月28日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者克里斯蒂安·博, 安諾斯·E·延森, 尼爾斯托爾普·馬森, 漢斯亨里克·約胡姆森 申請人:格蘭富Nonox公司