ДОЗИРОВОЧНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ ПРИСАДОК, ПОДВЕРЖЕННЫХ ЗАМЕРЗАНИЮ
METERING VALVE FOR ADDITIVES AT RISK OF FREEZING

Изобретение касается дозировочного клапана. Такого рода дозировочный клапан может применяться для дозирования жидкости из резервуара, находящегося под давлением.
2
Дозировочный клапан предназначен, в частности, для дозирования жидкой присадки, подверженной замерзанию. Такой подверженной замерзанию жидкой присадкой является, например, водный раствор мочевины. Водный раствор мочевины, как правило, применяется в автомобильной сфере для очистки отработавших газов в устройствах для обработки отработавших газов. В автомобилях в устройствах для обработки отработавших газов для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания в последнее время все чаще применяется способ селективной каталитической нейтрализации (англ. SCR, Selective Catalytic Reduction). При этом методе соединения окиси азота в отработавшем газе нейтрализуются с получением безвредных веществ. Для этого в устройство для обработки отработавших газов подается водный раствор мочевины в качестве предварительного нейтрализующего средства или, соответственно, аммиак в качестве нейтрализующего средства. Водный раствор мочевины методом термолиза (посредством высоких температур) и/или методом гидролиза (при помощи катализатора) преобразуется в аммиак. Соединения азота в отработавшем газе реагируют с аммиаком с получением безвредных веществ (в частности, с получением CO, воды и азота). Присадка представляет собой, например, водный раствор мочевины.
Для очистки отработавших газов распространен 32,5-процентный водный раствор мочевины, который имеется в продаже под торговым наименованием AdBlue. Этот водный раствор мочевины замерзает при -11°C. Такие низкие температуры могут возникать в автомобильной сфере, в частности во время долгих простоев.
Система дозирования SCR может быть выполнена так, чтобы в дозировочном клапане для дозирования жидкой присадки даже во время простоев имелась в наличии жидкая присадка. То есть система дозирования SCR в случае стоянки не опорожняется. Поэтому система дозирования SCR должна быть выполнена так, чтобы она не разрушалась из-за замерзания нейтрализующего средства. Однако одновременно все компоненты системы дозирования SCR, в частности дозировочный клапан, должны быть как можно более дешевыми.
Задачей настоящего изобретения является решить или, соответственно, по меньшей мере, уменьшить технические проблемы, изложенные в отношении уровня техники. Должен быть, в частности, представлен особенно предпочтительный дозировочный клапан, устойчивый к замерзанию.
Эти задачи решаются с помощью дозировочного клапана по независимому п.1 формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Признаки, приведенные в пунктах формулы изобретения по отдельности, могут комбинироваться друг другом любым технологически целесообразным образом и могут дополняться поясняющими положениями из описания; при этом выявляются другие варианты осуществления изобретения.
Предлагаемый изобретением дозировочный клапан имеет по меньшей мере один корпус клапана с каналом и телом клапана, которое является подвижным для открывания и закрывания дозировочного клапана, и пружину, которая действует с силой упругости на тело клапана и таким образом удерживает тело клапана в исходном положении, причем эта пружина опирается по меньшей мере на один калибровочный элемент, тело клапана, пружина и указанный по меньшей мере один калибровочный элемент расположены в канале и указанный по меньшей мере один калибровочный элемент опирается посредством опорного конструктивного элемента, который закреплен неразъемным соединением в корпусе клапана, при этом участок опорного конструктивного элемента выступает из корпуса клапана.
Дозировочный клапан имеет предпочтительно по меньшей мере один впуск, через который жидкая присадка может попадать в дозировочный клапан. Кроме того, дозировочный клапан предпочтительно имеет по меньшей мере один выпуск, через который жидкая присадка может дозированным образом выпускаться из дозировочного клапана. От впуска к выпуску через дозировочный клапан имеется предпочтительно путь течения, по которому может следовать жидкая присадка от впуска к выпуску и который может закрываться телом клапана. Этот путь течения при эксплуатации дозировочного клапана, по меньшей мере, частично наполнен жидкой присадкой. Когда путь течения от впуска к выпуску должен освобождаться, тело клапана движется, чтобы открыть дозировочный клапан. Тело клапана удерживается пружиной в исходном положении, при этом пружина действует на тело клапана с силой упругости. В исходном положении тело клапана предпочтительно предварительно прижато пружиной и силой упругости к упору. Пружина опирается по меньшей мере на один калибровочный элемент. При монтаже дозировочного клапана положение калибровочного элемента устанавливается индивидуально, чтобы точно регулировать силу упругости пружины, действующую на тело клапана.
Канал предпочтительно, по меньшей мере, на отдельных участках образует путь течения через дозировочный клапан (предпочтительно от указанного по меньшей мере одного впуска к указанному по меньшей мере одному выпуску). Корпус клапана предпочтительно выполнен в виде отливки, внутри которой отлит канал. Возможно также, чтобы канал был высверлен или отфрезерован внутри корпуса клапана. Корпус клапана выполнен предпочтительно из металла. Корпус клапана может также состоять из листовых деталей. Неразъемное соединение может представлять собой, например, паяное соединение или сварное соединение.
Материалы калибровочного элемента, опорного конструктивного элемента и материал дозировочного клапана или, соответственно, материал корпуса клапана в области неразъемного соединения предпочтительно металлические. Сварное соединение предпочтительно представляет собой металлическое сварное соединение, при котором металлический материал опорного конструктивного элемента и металлический материал корпуса клапана сплавлены друг с другом. Сварное соединение предпочтительно создается под воздействием защитного газа, чтобы во время процесса сварки удалять кислород от места сварки и обеспечить особенно высокое качество сварного соединения.
Замерзающая жидкая присадка в дозировочном клапане может создавать очень большие силы, действующие на компоненты дозировочного клапана, которые соприкасаются с жидкой присадкой. В частности, жидкие присадки на водной основе (такие как, например, водный раствор мочевины) при замерзании расширяются, вследствие чего могут возникать очень высокие давления. Выяснилось, что калибровочная втулка с помощью неразъемного соединения может крепиться на опорном конструктивном элементе в корпусе клапана так, чтобы с течением времени не возникало смещения или деформации калибровочной втулки вследствие возникающего давления льда. При этом также действующая со стороны пружины на тело клапана сила упругости с течением времени не изменяется.
Дозировочный клапан, кроме тела клапана, пружины и калибровочного элемента, может включать и другие конструктивные элементы, такие как, например, узел привода, уплотнения и т.д. Узел привода дозировочного клапана включает, как правило, электрический привод. Привод обычно способен действовать на тело клапана с силой, которая действует против силы упругости для открытия дозировочного клапана. Если сила, действующая со стороны привода на тело клапана, превышает силу упругости, тело клапана движется и дозировочный клапан открывается. Тогда тело клапана освобождает путь течения от указанного по меньшей мере одного впуска к указанному по меньшей мере одному выпуску дозировочного клапана. Сила, действующая со стороны привода на тело клапана, обычно представляет собой магнитную силу. Поэтому тело клапана имеет предпочтительно по меньшей мере один участок из металла, чтобы на тело клапана могла действовать магнитная сила привода.
Неразъемное соединение следует интегрировать в изготовление дозировочного клапана с относительно низкими техническими издержками, в частности, когда неразъемное соединение дополнительно к прессовому соединению выполняется между дозировочным клапаном и калибровочным элементом. Выяснилось, что значительно дороже было бы изготавливать более прочное прессовое соединение, потому что для этого весь корпус дозировочного клапана должен был бы быть выполнен значительно более прочным, чтобы он мог длительно воспринимать более высокие силы прессового соединения. Особенно предпочтительным оказалось использование на опорном конструктивном элементе для фиксации калибровочного элемента как прессового соединения, так и описанного неразъемного соединения, потому что тогда силы для удерживания калибровочного элемента (даже при давлении льда) распределяются на два разных соединения, и так даже без более прочного исполнения дозировочного клапана может обеспечиваться надежная установка калибровочного элемента.
Опорный конструктивный элемент предпочтительно непосредственно прилегает к калибровочному элементу. Опорный конструктивный элемент продолжает калибровочный элемент. Участок опорного конструктивного элемента предпочтительно выполнен так, что опорный конструктивный элемент опирается на крепление дозировочного клапана. Длина, которой этот участок выступает за корпус клапана, предпочтительно выбрана соответственно. Так может еще больше повышаться сила для удерживания калибровочного элемента. Крепление клапана представляет собой, например, гнездо для дозировочного клапана в устройстве подачи для добавления жидкой присадки в устройство для обработки отработавших газов. Удлинение опорного конструктивного элемента позволяет, в частности, реализовать там сплошное соединение с корпусом клапана, и/или уменьшить предшествующий объем втекания (полость), и/или предусмотреть направляющую/опору для опорного конструктивного элемента вне корпуса клапана.
Дозировочный клапан, кроме того, предпочтителен, когда калибровочный элемент имеет форму втулки и канал имеет участок канала, в котором может размещаться калибровочный элемент, чтобы таким образом регулировать силу упругости пружины, действующую на тело клапана. Опорный конструктивный элемент предпочтительно тоже имеет форму втулки и размещен в этом участке канала.
Канал предпочтительно на отдельных участках имеет цилиндрическую форму и имеет предпочтительно круглую поверхность поперечного сечения. Имеющий форму втулки калибровочный элемент адаптирован к цилиндрической форме канала предпочтительно таким образом, что калибровочный элемент прилегает к стенкам канала, так что жидкая присадка протекает не между калибровочным элементом и стенкой канала, а путь течения жидкой присадки проходит через имеющий форму втулки калибровочный элемент. Калибровочный элемент имеет предпочтительно (торцевой) опорный участок, на который опирается пружина. Сила упругости пружины, которая действует на тело клапана, предпочтительно на противолежащем телу клапана конце пружины действует на калибровочный элемент. Пружина зажата между телом клапана и калибровочным элементом. Участок канала, который предпочтительно выполнен в форме цилиндра для размещения в нем калибровочного элемента, предпочтительно выполнен несколько длиннее, чем калибровочный элемент, чтобы положение калибровочного элемента в участке канала могло варьироваться в некотором диапазоне для компенсации описанных выше допусков изготовления пружины.
Дозировочный клапан также предпочтителен, когда тело клапана в исходном положении прилегает к замыкающему седлу, дозировочный клапан в исходном положении закрыт, и тело клапана для открытия дозировочного клапана может против силы упругости отодвигаться от замыкающего седла. Замыкающее седло представляет собой предпочтительно место дозировочного клапана или, соответственно, корпуса клапана, к которому тело клапана прилегает в исходном положении. Тело клапана и замыкающее седло вместе прерывают предпочтительно путь течения через дозировочный клапан от впуска к выпуску, когда тело клапана прилегает к замыкающему седлу. В исходном положении дозировочный клапан предпочтительно закрыт.
Дозировочный клапан также предпочтителен, когда калибровочный элемент соединен с дозировочным клапаном посредством прессового соединения. Калибровочный элемент (как уже описано выше) предпочтительно размещен в участке канала в дозировочном клапане. Калибровочный элемент, который предпочтительно имеет форму втулки, предпочтительно обладает возможностью деформации в радиальном направлении. Так калибровочный элемент может сначала размещаться в участке канала, а затем расширяться в радиальном направлении, чтобы прижиматься к стенкам канала. Такая деформация предпочтительно не изменяет положение калибровочного элемента в осевом направлении (вдоль канала), которое влияет на силу упругости, действующую со стороны калибровочного элемента на пружину.
Также дозировочный клапан предпочтителен, когда дозировочный клапан имеет отверстие, через которое дозируемая текучая среда может попадать в дозировочный клапан, кроме того, калибровочный элемент и опорный конструктивный элемент проходят, начинаясь от пружины, до этого отверстия, и на наружной поверхности опорного конструктивного элемента и на отверстии выполнено неразъемное соединение. Опорный конструктивный элемент проходит не только до отверстия, но и участком еще за пределы отверстия.
Описанное отверстие предпочтительно представляет собой впуск для жидкой присадки в дозировочный клапан. Кроме того, отверстие предпочтительно одновременно представляет собой вход в канал через дозировочный клапан, в котором расположен участок канала, в котором может размещаться калибровочный элемент. Благодаря тому, что калибровочный элемент и опорный конструктивный элемент проходят от пружины до отверстия, обеспечивается возможность предусмотреть неразъемное соединение непосредственно на отверстии. Так положение неразъемного соединения является легко доступным, и неразъемное соединение может создаваться с низкими издержками.
Особенно предпочтительно, когда неразъемное соединение выполнено на наружной поверхности опорного конструктивного элемента, проходя по периметру. Наружная поверхность опорного конструктивного элемента очень хорошо доступна на участке опорного конструктивного элемента, который выступает из корпуса клапана, например для сварочного аппарата. Кроме того, наружная поверхность находится в непосредственном контакте с корпусом клапана. Поэтому предпочтительно создать там (сварное) соединение (проходящее по периметру).
В рамках изобретения предлагается также автомобиль, по меньшей мере, имеющий двигатель внутреннего сгорания, устройство для обработки отработавших газов для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и устройство подачи для подачи присадки в устройство для обработки отработавших газов с помощью дозировочного клапана.
Изобретение, а также технический контекст поясняются ниже с помощью фигур. На фигурах показаны особенно предпочтительные примеры осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. В частности, следует указать на то, что фигуры и, в частности, изображенные соотношения размеров являются только схематичными. Показано:
фиг.1: один из вариантов осуществления дозировочного клапана в закрытом состоянии;
фиг.2: деталь дозировочного клапана, и
фиг.3: автомобиль, имеющий дозировочный клапан.
На фиг.1 показан дозировочный клапан 1, имеющий корпус 6 клапана, через который проходит канал 7. В канале 7 расположено тело 2 клапана. Тело 2 клапана пружиной 3 зажато в дозировочном клапане 1, или, соответственно, в корпусе 6 клапана, или, соответственно, в канале 7. Для этого пружина 3 опирается на калибровочный элемент 4. Калибровочный элемент 4, пружина 3 и тело 2 клапана через отверстие 11 канала 7 вставлены в корпус 6 клапана. Калибровочный элемент 4 находится при этом в участке 8 канала 7. Пружина 3 действует на тело 2 клапана с определенной силой, которая прижимает тело 2 клапана к замыкающему седлу 9, и таким образом закрывает дозировочный клапан 1. Тело 2 клапана с помощью неизображенного привода может двигаться против силы упругости, создаваемой пружиной 3, чтобы отодвигать тело 2 клапана от замыкающего седла 9 и как освобождать путь 10 течения через дозировочный клапан 1 от впуска 21 к выпуску 22, так и открывать дозировочный клапан 1. Дозировочный клапан 1 или, соответственно, корпус 6 клапана дозировочного клапана 1 имеет предпочтительно на наружной поверхности уплотнения 23, с помощью которых дозировочный клапан 1 непроницаемо для текучих сред может вставляться в не изображенное устройство подачи, с помощью которого жидкая присадка может подаваться в устройство для обработки отработавших газов. В таком устройстве подачи дозировочный клапан 1 выполняет задачу регулирования количества жидкой присадки, подаваемой устройством подачи.
Калибровочный элемент 4 опирается на опорный конструктивный элемент 13. Опорный конструктивный элемент 13 опирает калибровочный элемент 4. Неразъемное соединение 5 выполнено на наружной поверхности 12 на опорном конструктивном элементе 13 в области участка 14 опорного конструктивного элемента 13, при этом участок 14 выступает из корпуса 6 клапана. Таким образом, неразъемное соединение 5 расположено вблизи отверстия 11. Поэтому инструмент для выполнения неразъемного соединения 5 не должен проникать в канал 7 очень глубоко, а может находиться вблизи отверстия 11.
На фиг.2 показана деталь дозировочного клапана. Видны часть опорного конструктивного элемента 13 и часть корпуса 6 клапана. Опорный конструктивный элемент 13 выполнен в форме втулки, и здесь изображено только сечение стенок опорного конструктивного элемента 13. Неразъемное соединение 5 на наружной поверхности 12 опорного конструктивного элемента 13 выполнено на участке 14, который проходит из корпуса 6 клапана за его пределы. Неразъемное соединение 5 может быть выполнено в форме линии, проходящей по периметру по всей наружной поверхности 12 опорного конструктивного элемента 13.
На фиг.3 показан автомобиль 15, имеющий двигатель 16 внутреннего сгорания и устройство 17 для обработки отработавших газов для очистки отработавших газов двигателя 16 внутреннего сгорания. Автомобиль 15 имеет также бак 19, в котором находится жидкая присадка (например, водный раствор мочевины). Жидкая присадка из бака 19 с помощью нагнетательного узла 20 (например, насоса) может нагнетаться в устройство 18 подачи. В устройстве 18 подачи предусмотрен дозировочный клапан 1, с помощью которого жидкая присадка может подаваться в устройство 17 для обработки отработавших газов.
Список ссылочных обозначений
1 Дозировочный клапан
2 Тело клапана
3 Пружина
4 Калибровочный элемент
5 Неразъемное соединение
6 Корпус клапана
7 Канал
8 Участок канала
9 Замыкающее седло
10 Путь течения
11 Отверстие
12 Наружная поверхность
13 Опорный конструктивный элемент
14 Участок
15 Автомобиль
16 Двигатель внутреннего сгорания
17 Устройство для обработки отработавших газов
18 Устройство подачи
19 Бак
20 Нагнетательный узел
21 Впуск
22 Выпуск
23 Уплотнение