УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ВОССТАНОВИТЕЛЯ С КОМПЕНСАЦИОННЫМ ЭЛЕМЕНТОМ Российский патент 2014 года по МПК F01N3/20 B01D53/90 

Настоящее изобретение относится к устройству подачи для подачи жидкого восстановителя из бака для восстановителя в систему нейтрализации отработанных газов (ОГ), при этом устройство подачи содержит специальный компенсационный элемент.

С учетом действующих и в ближайшем будущем еще более строгих предельно допустимых норм выбросов для ОГ двигателей внутреннего сгорания в безрельсовых транспортных средствах и автомобилях для нейтрализации ОГ в усиленной мере применяются системы селективного каталитического восстановления. При этом восстановитель применяется в разном выполнении, прежде всего в виде предшественников восстановителя, которые имеются в виде водосодержащего раствора (Denoxium, AdBlue). AdBlue - это торговое наименование имеющегося в распоряжении водного раствора мочевины с долей мочевины около 32,5 весовых процента. При применении технологии селективного каталитического восстановления необходимо учитывать то, что при низких температурах окружающей среды или же в результате эффектов охлаждения вследствие конвекции является возможным замерзание восстановителя. Обычно водный раствор мочевины замерзает при температурах ниже -11°С. В результате увеличения объема вследствие фазового перехода восстановителя из жидкого состояния в твердое компоненты системы селективного каталитического восстановления, например фильтр, трубопроводы для восстановителя или клапаны устройства подачи, могут быть повреждены.

В качестве решения этой известной проблемы было предложено предусматривать гибкие трубопроводы для восстановителя или трубопроводы для восстановителя с элементами компенсации объема для компенсации расширения, которые вследствие давления льда замерзшего восстановителя или же предшественника восстановителя увеличивают объем трубопроводов для восстановителя. Однако это пока еще не удалось разработать до технологичной, экономичной и надежной защиты.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать более усовершенствованное по сравнению с уровнем техники устройство подачи восстановителя с компенсационным элементом, в котором компенсационный элемент еще больше уменьшает возникающие за счет замерзания опасности для устройства подачи. Кроме того, должен быть предложен целенаправленный способ компенсации расширения и сжатия жидкого восстановителя, которым заполнен суммарный объем такого устройства подачи.

Эти задачи решены в устройстве подачи согласно признакам пункта 1 формулы изобретения и в способе согласно признакам пункта 12 формулы изобретения. Дополнительные благоприятные варианты устройства указаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Отдельно приведенные в формуле изобретения признаки являются комбинируемыми между собой любым технологически рациональным образом и могут быть дополнены поясняющими обстоятельствами из описания, при этом появляются дополнительные варианты осуществления изобретения.

Устройство согласно изобретению является устройством для подачи жидкого восстановителя, имеющим по меньшей мере один первый компенсационный элемент, при этом устройство подачи для подачи, транспортировки и инжекции восстановителя содержит по меньшей мере один бак для восстановителя, нагнетательное устройство, а также трубопровод для восстановителя и инжекционное устройство, которые вместе имеют заполняемый восстановителем суммарный объем, при этом по меньшей мере один первый компенсационный элемент пригоден для того, чтобы при пониженном давлении в устройстве подачи уменьшать суммарный объем, а при повышенном давлении в устройстве подачи суммарный объем первым компенсационным элементом по существу не увеличивается.

Под пониженным давлением в смысле настоящего изобретения понимается давление, пониженное по сравнению с давлением окружающей среды, или разрежение. Точно так же под повышенным давлением подразумевается повышенное давление по сравнению с давлением окружающей среды.

В основе настоящего изобретения лежит понимание того, что перед замерзанием восстановителя в устройстве подачи всегда происходит охлаждение восстановителя, и при этом охлаждении происходит уменьшение объема восстановителя. Замеры на водном растворе мочевины показали, что при охлаждении восстановителя с 20°С до 0°С уже происходит значительное уменьшение объема. В известных из уровня техники устройствах подачи из-за этого уменьшения объема в устройстве подачи образуется пониженное давление, которое через клапаны нагнетательного устройства для восстановителя подает дополнительный восстановитель из бака для восстановителя в устройство подачи. За счет этого степень заполнения устройства подачи при охлаждении повышается. Если охлажденный до такой степени восстановитель охлаждается далее, при температурах около -11°С он начинает замерзать. При этом происходит увеличение объема, которое больше, чем происходящее ранее при охлаждении уменьшение объема. Это увеличение объема приводит к повышенному давлению в устройстве подачи. Это повышение давления тем больше, чем больше дополнительного восстановителя во время уменьшения объема при охлаждении было всосано нагнетательным устройством дополнительно в устройство подачи. За счет компенсационного элемента согласно изобретению количество дополнительного восстановителя в устройстве подачи может быть уменьшено или даже полностью предотвращено, так что в устройстве подачи согласно изобретению необходимо предпринимать меньше мер для того, чтобы устройство подачи выдерживало давление льда.

При этом является особо благоприятным, если устройство подачи свой объем не уменьшает, пока в устройстве подачи пониженное давление отсутствует, и первый компенсационный элемент при наличии пониженного давления очень быстро и очень легко делает возможным уменьшение объема. Таким образом может быть обеспечено, что устройство подачи в рабочем диапазоне, то есть при давлениях выше 0 бар, ведет себя по существу несжимаемым образом. За счет этого может быть достигнута высокая равномерность создаваемого устройством подачи давления восстановителя. В то же время на упругое удлинение устройства подачи вследствие повышения давления при эксплуатации не расходуется никакая ненужная энергия.

Кроме того, особо полезным устройство подачи согласно изобретению является, если по меньшей мере один первый компенсационный элемент выполнен по типу мембраны, для которой предусмотрена поверхность прилегания, которая выполнена так, что мембрана при повышенном давлении в устройстве подачи по существу неподвижно прилегает к этой поверхности прилегания, и мембрана выполнена с возможностью перемещения в суммарный объем при пониженном давлении в устройстве подачи.

Поверхность прилегания может быть, например, участком внутренней стенки трубопровода устройства подачи.

В поверхности прилегания за мембраной, например, может быть предусмотрено отверстие, через которое при пониженном давлении в устройстве подачи в пространство между мембраной и поверхностью прилегания легко попадает воздух или тому подобное. Так, воздух, который отделен мембраной от суммарного объема устройства подачи, заполняет часть суммарного объема в устройстве подачи. Предпочтительно мембрана является очень легко деформируемой при пониженном давлении, так как большая площадь относительно тонкой мембраны может легко изгибаться. При повышенном давлении мембрана прижимается к поверхности прилегания. Тогда перемещение мембраны возможно, например, только в области описанного отверстия в поверхности прилегания. Однако это отверстие по сравнению с поверхностью прилегания, к которой прилегает мембрана, очень мало. При рассмотрении за пределами очень малой площади отверстия мембрана является относительно жесткой, хотя там она имеет такую же толщину, как в остальных областях. По этой причине мембрана не может существенно расширяться в отверстие, так что при повышенных давлениях в системе не происходит никакого существенного увеличения суммарного объема.

В качестве альтернативы отверстию за мембраной могла бы быть также предусмотрена решетка. И в этом случае является возможным легкое расширение мембраны внутрь суммарного объема, в то время когда мембрана при повышенном давлении в системе прилегает к решетке и происходит расширение мембраны в отдельные отверстия решетки в несущественной мере.

Также было бы возможно выполнить мембрану частично с разными толщинами. Область мембраны, которая прилегает над отверстием или решеткой, могла бы быть выполнена толще для того, чтобы прилегающая мембрана не деформировалась. Соседние области могли бы быть выполнены тонкими и гибкими, при определенных условиях даже с волнистостью для того, чтобы здесь обеспечивалась легкая подвижность мембраны, когда она при пониженном давлении вдвигается внутрь суммарного объема устройства подачи. Возможно, подвижные области мембраны также могли бы быть выполнены с волнистостью или тому подобным для того, чтобы здесь обеспечить еще более повышенную гибкость.

Также является возможным изготавливать мембрану из разных материалов. Или в отдельных областях мембраны может быть применен более жесткий материал с более высоким модулем упругости и/или большей толщиной, и/или мембране на отдельных участках может быть придана жесткость за счет дополнительного слоя и/или придающей жесткость структуры.

Особо преимущественным устройство подачи согласно изобретению является, если по меньшей мере один первый компенсационный элемент обеспечивает возможность уменьшения суммарного объема на величину до максимально 5%.

Экспериментально было установлено, что при замерзании водного восстановителя, исходя из обычных эксплуатационных температур, которые типично могут составлять 20°С или же до 80°С, могут иметь место уменьшения объема величиной до 5%. Однако предпочтительно, чтобы первый компенсационный элемент обеспечивал возможность уменьшения объема по меньшей мере на 2% суммарного объема.

Кроме того, устройство подачи согласно изобретению является особо преимущественным, если по меньшей мере один первый компенсационный элемент обеспечивает возможность уменьшения суммарного объема на величину до 5% при пониженном давлении на менее чем 500 мбар (миллибар). В данном случае особо предпочтительно, чтобы было возможным уменьшение объема на величину до 2% при пониженном давлении на менее чем 500 мбар (миллибар), предпочтительно на менее чем 200 мбар (миллибар) и прежде всего предпочтительно на менее чем 100 мбар (миллибар).

В основе этого варианта осуществления устройства подачи согласно изобретению лежит исходная установка, что пониженное давление в устройстве подачи не должно становиться очень большим для того, чтобы не засасывать дополнительный восстановитель из бака для восстановителя в устройство подачи. При незначительных пониженных давлениях в системе является менее вероятным, что это произойдет, или же не нужно предпринимать никаких мер или предпринимать меньше мер, чтобы предотвратить засос восстановителя из бака для восстановителя. Во всасывающем трубопроводе для засасывания восстановителя из бака для восстановителя также может быть предусмотрено препятствие потоку, которое обеспечивает, что восстановитель из бака для восстановителя не поступает в устройство подачи, когда происходит охлаждение устройства подачи. Такое препятствие потоку должно лишь обеспечивать, что необходимое для уменьшения объема с помощью первого компенсационного элемента пониженное давление является меньшим, чем пониженное давление, при котором дополнительный восстановитель засасывается из бака для восстановителя.

Устройство подачи согласно изобретению также является особо преимущественным, если существует по меньшей мере один второй компенсационный элемент, который пригоден для того, чтобы при достижении порогового повышенного давления в устройстве подачи увеличивать суммарный объем, при этом по меньшей мере один второй компенсационный элемент не позволяет по существу никакого увеличения суммарного объема при давлении ниже порогового повышенного давления.

Таким образом, подобный второй компенсационный элемент (расширительный элемент) увеличивает объем устройства подачи, начиная с определенного порогового повышенного давления. Ранее существенного увеличения суммарного объема предпочтительно не происходит. Причиной этого является то, что в диапазоне давлений подачи, при которых эксплуатируется устройство подачи согласно изобретению, устройство подачи должно вести себя по возможности жестко для того, чтобы сделать возможной энергосберегающую и надежную подачу восстановителя. Если восстановитель в устройстве подачи полностью охлажден и в связи с замерзанием происходит расширение восстановителя, возникают давления, которые существенно превышают обычные давления подачи. Второй компенсационный элемент при таких давлениях позволяет осуществлять контролируемое увеличение суммарного объема, так что давление льда в устройстве подачи не приводит к повреждениям.

Устройство подачи согласно изобретению является особо полезным, если пороговое повышенное давление составляет по меньшей мере 5 бар. Здесь пороговое повышенное давление в каждом случае указано как давление выше давления окружающей среды, то есть относительно давления окружающей среды. Обычно давления подачи в устройствах подачи составляют менее 5 бар. Однако также является возможным, что применяются более высокие давления подачи, например максимально до 10 бар или даже максимально до 15 бар. Например, было бы рациональным установить пороговое повышенное давление так, чтобы оно было минимально на 1 бар выше максимального давления подачи устройства подачи.

Устройство подачи согласно изобретению является особо полезным, если по меньшей мере один второй компенсационный элемент может увеличивать суммарный объем на величину до 15%. Предпочтительно, что второй компенсационный элемент может увеличить суммарный объем максимально на 2-15%, прежде всего максимально на 3-10%. Экспериментально было установлено, что такие увеличения объема могут регулярно иметь место при замерзании восстановителя. Является предпочтительным, что предусмотрен ровно один второй компенсационный элемент, который справляется с этим.

Кроме того, устройство подачи согласно изобретению является особо полезным, если по меньшей мере один второй компенсационный элемент при достижении порогового повышенного давления увеличивает суммарный объем по существу резко. В результате такого резкого (внезапного, мгновенного) увеличения возникающие в устройстве подачи давления льда во время замерзания становятся не больше, чем пороговое повышенное давление. Также является возможным, что второй компенсационный элемент выполнен так, что при достижении повышенного давления одновременно для резкого увеличения суммарного объема происходит резкое уменьшение давления в устройстве подачи. При таком втором компенсационном элементе при достижении порогового повышенного давления наступает стабильное равновесное положение, так что несмотря на внезапное падение давления суммарный объем снова не уменьшается.

Дополнительно или же альтернативно, выше порогового повышенного давления при дальнейшем росте давления может происходить непрерывное увеличение суммарного объема. Однако при таком варианте давление в устройстве подачи выше порогового повышенного давления поднималось бы еще дальше.

Устройство подачи согласно изобретению также является особо преимущественным, если по меньшей мере один второй компенсационный элемент выполнен по типу находящейся с предварительным смещением делительной поверхности, при этом делительная поверхность при повышенном давлении выше порогового повышенного давления выполнена с возможностью перемещения против предварительного смещения, так что суммарный объем увеличивается. Обычно находящаяся с предварительным смещением делительная поверхность ведет себя как кликер. Когда она против предварительного смещения нагружается определенной силой или определенным действующим на делительную поверхность давлением, она резко переворачивается, так что происходит резкое увеличение объема. Как правило, является рациональным, что делительная поверхность при внезапном переворачивании движется против ограничителя и прилегает к нему, не достигая другого стабильного положения. Из другого стабильного положения делительная поверхность могла бы попасть обратно в первоначальное предварительно смещенное положение только под действием соответствующего противодавления или соответствующей противодействующей силы. За счет ограничителя (упора) может быть воспрепятствовано, что делительная поверхность достигает другого стабильного положения, так что делительная поверхность снова резко переворачивается обратно в предварительно смещенное положение, если давление падает ниже порогового повышенного давления.

Устройство подачи согласно изобретению также является особо преимущественным, если по меньшей мере один первый компенсационный элемент и по меньшей мере один второй компенсационный элемент выполнены совместно в виде комбинированного компенсационного элемента. Например, является возможным, что большая и находящаяся с предварительным смещением делительная поверхность предусмотрена в качестве второго компенсационного элемента и на этой делительной поверхности непосредственно предусмотрен первый компенсационный элемент в виде мембраны. Тогда находящаяся с предварительным смещением делительная поверхность имеет соответствующее отверстие для того, чтобы в пространство между мембраной и делительной поверхностью мог попадать воздух. Также является возможным, что первый компенсационный элемент и второй компенсационный элемент выполнены в виде комбинированного компенсационного элемента отдельно, в компактно интегрированной конструктивной детали.

Кроме того, устройство подачи согласно изобретению является преимущественным, если по меньшей мере один первый компенсационный элемент расположен между нагнетательным устройством и инжекционным устройством. Как правило, между нагнетательным устройством и инжекционным устройством находится область высокого давления устройства подачи, так как давление в устройстве подачи создается нагнетательным устройством, а инжекционным устройством, которое подводит восстановитель в систему выпуска ОГ двигателя внутреннего сгорания, понижается. Инжекционное устройство является, например, инжектором. Нагнетательное устройство является, например, насосом. Как правило, в этой области высокого давления расположен находящийся под давлением восстановитель, который не может расширяться в большой объем, например бак. Является особо предпочтительным то, что первый компенсационный элемент выполнен вблизи (прежде всего непосредственно граничащим) с нагнетательным устройством. Тогда замерзание может происходить, начинаясь от инжекционного устройства в направлении первого компенсационного элемента, так что в устройстве подачи не образуется ледяной пробки, которая отделяет все еще жидкий объем восстановителя от первого компенсационного элемента, так что первый компенсационный элемент не может развернуть свое компенсирующее действие. Здесь также можно рассматривать как особо благоприятный тот случай, когда второй компенсационный элемент, если таковой имеется, также предусмотрен расположенным между нагнетательным устройством и инжекционным устройством по возможности вблизи с нагнетательным устройством.

Кроме того, объектом изобретения является способ компенсации расширения и сжатия восстановителя, которым заполнен суммарный объем устройства подачи, при охлаждении и замерзании.

Предлагаемый в изобретении способ компенсации расширения и сжатия жидкого восстановителя характеризуется тем, что используют:

- первый компенсационный элемент, уменьшающий суммарный объем при охлаждении восстановителя в устройстве подачи, и

- второй компенсационный элемент, увеличивающий суммарный объем при замерзании восстановителя в устройстве подачи.

В частности, суммарный объем устройства подачи при охлаждении восстановителя уменьшают так, чтобы восстановитель дополнительно не поступал в устройство подачи. Кроме того, при замерзании восстановителя увеличение объема, как правило, больше, чем уменьшение объема при охлаждении восстановителя.

Прежде всего такой способ может быть реализован предпочтительно с помощью устройства подачи согласно изобретению. Особо благоприятным в способе согласно изобретению является то, что изменения объема устройства подачи всегда реализуются определенным образом на соответствующих компенсационных элементах, так что в устройстве подачи не может возникать никаких недопустимых расширений и напряжений.

Также согласно изобретению предлагается автомобиль, содержащий двигатель внутреннего сгорания и систему выпуска ОГ, которая предназначена для осуществления селективного каталитического восстановления, и устройство подачи согласно изобретению для подачи восстановителя из бака для восстановителя в систему выпуска ОГ.

Описанные для устройства подачи согласно изобретению технические варианты конструкции и преимущества аналогичным образом относятся к способу согласно изобретению и автомобилю согласно изобретению и являются переносимыми на них. То же самое относится и к описанным в связи с автомобилем согласно изобретению и способом согласно изобретению преимуществам и особым техническим вариантам осуществления, которые являются применимыми к устройству согласно изобретению и являются переносимыми на него.

Далее изобретение, а также технический контекст поясняются более детально на фигурах. На фигурах показаны особо предпочтительные примеры осуществления, которыми, однако, изобретение не ограничено. Прежде всего следует указать на то, что фигуры и прежде всего представленные пропорции являются лишь схематическими. Показано на:

Фиг.1: автомобиль, имеющий первый конструктивный вариант устройства подачи согласно изобретению,

Фиг.2: диаграмма, которая показывает поведение устройства подачи при замерзании,

Фиг.3: один конструктивный вариант первого компенсационного элемента,

Фиг.4: характеристика давление/объем одного конструктивного варианта первого компенсационного элемента,

Фиг.5: один конструктивный вариант второго компенсационного элемента,

Фиг.6: характеристика давление/объем одного конструктивного варианта второго компенсационного элемента,

Фиг.7: один конструктивный вариант комбинированного компенсационного элемента,

Фиг.8: характеристика давление/объем одного конструктивного варианта комбинированного компенсационного элемента,

Фиг.9: еще один вариант первого компенсационного элемента, и

Фиг.10: еще один вариант первого компенсационного элемента.

На фиг.1 показан автомобиль 14, имеющий двигатель 15 внутреннего сгорания с системой 3 выпуска отработанных газов (ОГ). Система 3 выпуска ОГ имеет инжекционное устройство 8 для введения восстановителя (водный раствор мочевины) в систему 3 выпуска ОГ. Инжекционное устройство 8 получает восстановитель посредством устройства 1 подачи из бака 2 для восстановителя. Из бака 2 для восстановителя восстановитель по трубопроводу 7 для восстановителя попадает в инжекционное устройство 8. От бака 2 для восстановителя до инжекционного устройства 8 вдоль трубопровода 7 для восстановителя присутствуют препятствие 24 потоку, фильтр 5, нагнетательное устройство 6, первый компенсационный элемент 4 и датчик 27 давления. Последовательность компонентов может частично отличаться от описанной здесь последовательности. Факультативно, в области первого компенсационного элемента 4 может дополнительно иметься и второй компенсационный элемент 25 или комбинированный компенсационный элемент 37. Все компоненты устройства 1 подачи, за исключением бака 2 для восстановителя, вместе имеют суммарный объем 9. Также является возможным, что суммарный объем 9 относится только к компонентам устройства 1 подачи, которые расположены между инжекционным устройством 8 и нагнетательным устройством 6. Первый компенсационный элемент 4 пригоден для того, чтобы уменьшать объем 9 устройства 1 подачи, когда в устройстве 1 подачи имеется пониженное давление. Первый компенсационный элемент 4 взаимодействует с препятствием 24 потоку в том отношении, что при пониженном давлении суммарный объем 9 устройства 1 подачи может быть легче уменьшен посредством первого компенсационного элемента 4, когда из-за препятствия 24 потоку из бака 2 для восстановителя в устройство 1 подачи может засасываться дополнительный восстановитель.

На фиг.2 показана диаграмма в упрощенном представлении, как ведет себя давление в устройстве подачи для восстановителя согласно изобретению по сравнению с давлением в известном из уровня техники устройстве подачи для восстановителя при замерзании и при оттаивании содержимого восстановителя. На оси 16 давления нанесено соответственно имеющееся в системе давление восстановителя. Это давление нанесено по оси 17 времени. Над осью 17 времени имеется повышенное давление 28, под осью 17 времени имеется пониженное давление 29. Первая кривая 22 отображает давление в известном из уровня техники устройстве подачи. Вторая кривая 23 отображает давление в устройстве подачи согласно изобретению. Сначала показан период 20 замерзания. При охлаждении восстановителя в связи с уменьшением объема восстановителя возникает пониженное давление 29. В известном из уровня техники устройстве подачи согласно первой кривой 22 здесь из бака для восстановителя в устройство подачи всасывается дополнительный восстановитель. В устройстве подачи согласно изобретению согласно кривой 23 это уменьшение объема компенсируется первым компенсационным элементом, так что дополнительный восстановитель в устройство подачи не попадает. При замерзании давление явно повышается, как в известном из уровня техники устройстве, так и в устройстве подачи согласно изобретению. Однако в известном из уровня техники устройстве подачи давление повышается сильнее, так как в этом устройстве подачи имеется дополнительный восстановитель, который был ранее засосан в результате пониженного давления при замерзании. В период 21 оттаивания в обоих устройствах подачи давление сначала существенно падает. Однако в известном из уровня техники устройстве подачи пониженное давление 29 больше не достигается или же достигается менее сильно, чем в устройстве подачи согласно изобретению, так как здесь в устройство подачи был засосан дополнительный объем, который теперь не может выйти, так как клапаны нагнетательного устройства делают возможным лишь проход восстановителя из бака для восстановителя в устройство подачи, но не в обратном направлении. Это объясняется тем, что в случае с насосом, как правило, речь идет о насосе с пассивно действующими клапанами, при котором направлении подачи задано конструкцией клапанов. Таким образом, при замерзании и последующем оттаивании восстановителя в известном из уровня техники устройстве подачи возникает повышение 26 давления после оттаивания по сравнению с имеющимся перед замерзанием давлением или же по сравнению с давлением в устройстве подачи согласно изобретению.

При толковании фиг.2 следует иметь в виду, что фиг.2 является лишь упрощенным изображением отличий между известным из уровня техники устройством подачи и устройством подачи согласно изобретению. В диаграмме на фиг.2 было учтено только влияние первого компенсационного элемента на всасываемый при охлаждении в устройство объем восстановителя и влияние этого объема на давление в устройстве подачи. Реально, первый компенсационный элемент также и непосредственно сам влияет на давление в устройстве подачи. Например, давление при охлаждении может падать не так сильно, как в известных из уровня техники устройствах подачи, так как это падение давления предотвращается уже посредством первого компенсационного элемента.

На фиг.3 показан первый компенсационный элемент 4 согласно изобретению, который выполнен с мембраной 10. При повышенном давлении мембрана 10 прилегает к поверхности 11 прилегания. При пониженном давлении мембрана 10 отклоняется в отклоненное положение 30, при этом тогда между мембраной 10 и поверхностью 11 прилегания имеется воздух, и этот воздух засасывается через отверстие 31, а позже может также снова выходить.

На фиг.4 показана кривая 32 давление/объем первого компенсационного элемента согласно фиг.3. На этой диаграмме видна ось 16 давления и ось 18 объема. При положительных давлениях объем согласно кривой 32 давление/объем повышается лишь незначительно. Это объясняется тем, что мембрана прилегает к поверхности прилегания и может деформироваться лишь очень незначительно. При отрицательных давлениях или же пониженных давлениях объем согласно кривой 32 давление/объем сильно уменьшается. Это объясняется тем, что мембрана является очень легко подвижной в отклоненное положение.

На фиг.5 показан второй компенсационный элемент 25. При втором компенсационном элементе 25 существует находящаяся с предварительным смещением делительная поверхность 13, которая при нормальной работе в силу своего предварительного смещения удерживается в предварительно смещенном положении 33. Если же давление в устройстве подачи повышается, предварительно смещенная делительная поверхность 13, начиная с определенного давления, резко переходит в отклоненное положение 30. Предпочтительно, если делительная поверхность и в отклоненном положении 30 не может выгибаться полностью, а прилегает к ограничителю 19. Таким образом обеспечивается то, что частичная поверхность 13 не доходит до стабильного равновесного положения 18, которое отличается от предварительно смещенного положения 33, и делительная поверхность 13 могла бы двигаться обратно только под соответствующей силой противодействия.

На фиг.6 показана кривая 32 давление/объем второго компенсационного элемента. Объем нанесен на оси 18 объема относительно показанного на оси 16 давления давления. При отрицательных давлениях объем уменьшается лишь незначительно, так как относительно жесткая делительная поверхность в связи с действующими силами расширяется лишь незначительно. При положительных давлениях делительная поверхность остается в своем предварительно смещенном положении, так что по существу расширения объема не происходит. При давлениях выше порогового повышенного давления 12 мембрана резко переходит в отклоненное положение, так что происходит резкое увеличение 39 объема. При давлениях выше порогового повышенного давления 12 никакого существенного дальнейшего увеличения объема не происходит, так как делительная поверхность прилегает к ограничителю и дальше деформироваться не может.

На фиг.7 показан комбинированный компенсационный элемент 37, состоящий из одного первого компенсационного элемента 4 с мембраной 10, поверхностью 11 прилегания и отверстием 31, при этом мембрана может переходить в отклоненное положение 30. Второй компенсационный элемент 25 на фиг.7 точно так же состоит из делительной поверхности 13 и ограничителя 19, при этом делительная поверхность 13 находится в предварительно смещенном положении 33 и является переводимой в отклоненное положение 30.

На фиг.8 показана кривая 32 давления/объем комбинированного компенсационного элемента согласно фиг.7. Объем нанесен на оси 18 объема относительно давления на оси 16 давления. Кривая 32 давление/объем на фиг.8 получается по существу из наложения кривых давление/объем из фиг.4 и фиг.6. Кривая 32 давление/объем показывает сильное уменьшение объема при пониженных давлениях и по существу постоянный объем при давлениях между нейтральным давлением и пороговым повышенным давлением. При пороговом повышенном давлении 12 происходит резкое увеличение 39 объема. В этом диапазоне и рабочий диапазон устройства подачи согласно изобретению таков, что устройство подачи согласно изобретению с комбинированным компенсационным элементом в рабочем диапазоне ведет себя по существу жестко. При пороговом повышенном давлении 12 происходит резкое увеличение объема. Кривая давление/объем согласно фиг.8 получается всегда, когда в устройстве подачи согласно изобретению имеются первый компенсационный элемент и второй компенсационный элемент. Для этого не требуется, чтобы оба были выполнены как комбинированный компенсационный элемент.

На фиг.9 показана альтернативная форма первого компенсационного элемента 4. Также и здесь мембрана 10 при имеющемся в устройстве подачи согласно изобретению повышенном давлении прилегает к поверхности 11 прилегания. Вместо отверстия 31 здесь выполнена решетка 35, которая, например, может быть образована с множеством отверстий 31. Дополнительно мембрана 10 снабжена структурой 34 придания жесткости, так что мембрана 10 при имеющемся в устройстве подачи пониженном давлении является подвижной в отклоненное положение 30, однако деформация мембраны 10 в направлении решетки 35 дополнительно затрудняется.

При выполнении первого компенсационного элемента 4 согласно фиг.10 также существует мембрана 10 с поверхностью 11 прилегания и отверстием 31 в поверхности 11 прилегания, при этом мембрана 10 выполнена с возможностью перемещения в отклоненное положение 36. Для того чтобы повысить подвижность мембраны 10, здесь на мембране 10 предусмотрена волнистость 36, благодаря которой мембрана 10 при пониженном давлении в устройстве подачи согласно изобретению является более легко подвижной в устройство подачи согласно изобретению или же суммарный объем в отклоненное положение 30.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 Устройство подачи 2 Бак для восстановителя 3 Система выпуска ОГ 4 Первый компенсационный элемент 5 Фильтр 6 Нагнетательное устройство 7 Трубопровод для восстановителя 8 Инжекционное устройство 9 Суммарный объем 10 Мембрана 11 Поверхность прилегания 12 Пороговое повышенное давление 13 Делительная поверхность 14 Автомобиль 15 Двигатель внутреннего сгорания 16 Ось давления 17 Ось времени 18 Ось объема 19 Ограничитель 20 Период замерзания 21 Период оттаивания 22 Первая кривая 23 Вторая кривая 24 Препятствие потоку 25 Второй компенсационный элемент 26 Повышение давления 27 Датчик давления 28 Повышенное давление 29 Пониженное давление 30 Отклоненное положение 31 Отверстие 32 Кривая давление/объем 33 Предварительно смещенное положение 34 Структура придания жесткости 35 Решетка 36 Волнистость 37 Комбинированный компенсационный элемент 38 Стабильное равновесное положение 39 Резкое увеличение объема

Изобретение относится к устройству для подачи жидкого восстановителя в систему нейтрализации отработавших газов. Сущность изобретения: устройство (1) подачи жидкого восстановителя содержит по меньшей мере один бак (2) для восстановителя, нагнетательное устройство (6), трубопровод (7) для восстановителя и инжекционное устройство (8), которые вместе имеют заполняемый восстановителем суммарный объем (9), а также содержит по меньшей мере один первый компенсационный элемент (4), выполненный с возможностью уменьшения суммарного объема (9) при пониженном давлении в устройстве (1) подачи, причем при повышенном давлении в устройстве (1) подачи суммарный объем (9) первым компенсационным элементом (4) по существу не увеличивается. Техническим результатом изобретения является увеличение надежности устройства. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство (1) подачи жидкого восстановителя, содержащее по меньшей мере один бак (2) для восстановителя, нагнетательное устройство (6), трубопровод (7) для восстановителя и инжекционное устройство (8), которые вместе имеют заполняемый восстановителем суммарный объем (9), а также содержащее по меньшей мере один первый компенсационный элемент (4), выполненный с возможностью уменьшения суммарного объема (9) при пониженном давлении в устройстве (1) подачи, причем при повышенном давлении в устройстве (1) подачи суммарный объем (9) первым компенсационным элементом (4) по существу не увеличивается.

2. Устройство (1) подачи по п.1, в котором по меньшей мере один первый компенсационный элемент (4) выполнен по типу мембраны (10), для которой предусмотрена поверхность (11) прилегания, которая выполнена таким образом, что при повышенном давлении в устройстве (1) подачи мембрана (10) по существу неподвижно прилегает к этой поверхности (11) прилегания, и мембрана (10) выполнена с возможностью перемещения в суммарный объем (9) при пониженном давлении в устройстве (1) подачи.

3. Устройство (1) подачи по п.1 или 2, в котором по меньшей мере один первый компенсационный элемент (4) позволяет уменьшение суммарного объема (9) на величину до 5%.

4. Устройство (1) подачи по п.1 или 2, в котором по меньшей мере один первый компенсационный элемент (4) позволяет уменьшение суммарного объема (9) на величину до 5% при пониженном давлении на менее чем 500 мбар.

5. Устройство (1) подачи по п.1 или 2, в котором существует по меньшей мере один второй компенсационный элемент (25), который пригоден для того, чтобы увеличивать суммарный объем (9) при достижении порогового повышенного давления (12) в устройстве подачи, при этом по меньшей мере один второй компенсационный элемент (25) не позволяет по существу никакого увеличения суммарного объема (9) при давлении ниже порогового повышенного давления (12).

6. Устройство (1) подачи по п.5, в котором пороговое повышенное давление (12) составляет по меньшей мере 5 бар.

7. Устройство (1) подачи по п.5, в котором по меньшей мере один второй компенсационный элемент (25) может увеличивать суммарный объем (9) на величину до 15%.

8. Устройство (1) подачи по п.5, в котором по меньшей мере один второй компенсационный элемент (25) по существу резко увеличивает суммарный объем (9) при достижении порогового повышенного давления (12).

9. Устройство (1) подачи по п.5, в котором по меньшей мере один второй компенсационный элемент (25) выполнен по типу находящейся с предварительным смещением делительной поверхности (13), при этом делительная поверхность (13) выполнена с возможностью перемещения против предварительного смещения при повышенном давлении выше порогового повышенного давления (12), так что суммарный объем (9) увеличивается.

10. Устройство (1) подачи по п.5, в котором по меньшей мере один первый компенсационный элемент (4) и по меньшей мере один второй компенсационный элемент (25) выполнены совместно в виде комбинированного компенсационного элемента.

11. Устройство (1) подачи по п.1 или 2, в котором по меньшей мере один первый компенсационный элемент (4) расположен между нагнетательным устройством (6) и инжекционным устройством (8).

12. Способ компенсации расширения и сжатия жидкого восстановителя, которым заполнен суммарный объем (9) устройства (1) подачи, при охлаждении и замерзании, характеризующийся тем, что используют первый компенсационный элемент (4), уменьшающий суммарный объем (9) при охлаждении восстановителя в устройстве (1) подачи, и второй компенсационный элемент (25), увеличивающий суммарный объем (9) при замерзании восстановителя в устройстве (1) подачи.

13. Автомобиль (14), содержащий двигатель (15) внутреннего сгорания и систему (3) выпуска отработанных газов (ОГ), которая предназначена для осуществления селективного каталитического восстановления, и устройство (1) подачи восстановителя из бака (2) для восстановителя в систему (3) выпуска ОГ по одному из пп.1-11.