旋转

申请号 CN201080013848.8 申请日 2010-03-24 公开(公告)号 CN102365460A 公开(公告)日 2012-02-29
申请人 因勒纪汽车系统研究公司; 发明人 弗朗索瓦·弗兰奇尼;
摘要 旋转 泵 ,该泵是旨在将车辆上的一个系统中的 流体 进行泵送并且包括一个 定子 、附接到一个机械泵送元件和一个 磁性 转子 二者上的一个旋 转轴 、以及多个电连接件。根据本 发明 ,该转子、该定子以及这些电连接件是用一种塑料以密封的方式包覆模制的。
权利要求

1.旋转,该泵是旨在将车辆上的一个系统中的流体进行泵送并且包括一个定子、附接到一个机械泵送元件和一个磁性转子二者上的一个旋转轴、以及多个电连接件,其特征在于该转子、该定子以及这些电连接件是用一种塑料以密封的方式包覆模制的。
2.根据前一项权利要求所述的泵,其特征在于该机械泵送元件包括至少两个齿轮
3.根据前一项权利要求所述的泵,其特征在于这些齿轮是基于烧结的金属或者是基于一种耐腐蚀的塑料材料。
4.根据以上权利要求中的任意一项所述的泵,其特征在于该机械泵送元件是一个齿轮转子。
5.根据以上权利要求中的任意一项所述的泵,其特征在于该旋转轴包括两个端部,每个端部由一个轴承引导。
6.根据以上权利要求中的任意一项所述的泵,其特征在于该磁性转子包括至少一个凹陷,由该机械泵送元件抽吸上来的流体被迫经过该凹陷。
7.根据以上权利要求中的任意一项所述的泵,其特征在于该泵送元件、该转子以及该定子被结合到(安装在)用于限制由该泵送元件产生的压的同一个室之中,并且其特征在于在该转子与该定子之间没有中间壁。
8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的泵,其特征在于该泵送元件和该转子被安装到一个室中,该室包括一个盖件以及一个下部部件,该盖件和下部部件借助于该定子和一个密封的机械紧固系统以密封的方式被组装到彼此上,并且其特征在于在该转子与该定子之间没有中间壁。
9.根据权利要求1至6中的任意一项所述的泵,其特征在于该泵送元件和该转子被安装到一个密封的连续的室中,该定子被紧固到该室上。
10.根据权利要求7至9中的任意一项所述的泵,其特征在于该室包括一个金属缸筒,该缸筒在其两端处被缝接到由塑料制成的多个盖件上。
11.用于生产根据以上权利要求中的任意一项所述的泵的方法,并且该方法包括以下步骤:
1.将一个金属缸筒的一端缝接到一个塑料盖件上,以便得到一个一端打开的管;
2.将该泵送元件和该转子插入到该管之中;
3.插入一个上部盖件;并且
4.将该缸筒的另一端缝接到该上部盖件上,以便得到一个承受该泵的运行压力的室,所述过程还包括将该定子插入到该室之中该转子周围的步骤、或者包括将该定子紧固到该室的外表面上的步骤。
12.尿素储存箱,其中浸没了根据权利要求1至10中的任意一项所述的泵或者通过根据权利要求11所述的方法而得到的泵。
13.根据前一项权利要求所述的尿素储存箱,其中该泵是竖直安装的,即当该储存箱被安装到车辆上时其旋转轴是基本上竖直的。
14.根据权利要求12或13所述的尿素储存箱,其中该泵是用一个凸缘从顶部安装的。
15.根据权利要求12或13所述的尿素储存箱,其中该泵被安装在该储存箱的底部上、在一个被加热的被浸没的凸缘(储存容器)之中。

说明书全文

旋转

[0001] 本发明涉及一种用于腐蚀流体如用来清洁车辆排气的尿素的旋转泵。
[0002] 随着对车辆特别是重型货车的废气排放的日益严格的标准生效,已经必须将用于NOx(或氮化物)污染控制的装置付诸实施。
[0003] 由多数制造商使用的、用于将NOx排放减少至所要求的数值的系统在于进行与还原剂如尿素(“Urea SCR”或使用通过尿素的分解作用在排气中原位生成的进行的选择性催化还原)的一种选择性的催化反应。
[0004] 为了做到这一点,必要的是为车辆装备包含一种尿素溶液的储存箱、一个用于对有待注入排气管线中的尿素的量进行计量的装置、以及一个用于对这个用于计量有待注入的尿素的量的装置以尿素溶液进行供给的装置。总体上,该供给装置包括由电动机驱动的一个旋转泵。
[0005] 对于尿素泵的一个共同的特征在于以下事实,即:为了最佳的效率(就压和速度两方面而言)它们理想地应具有的一个有限的尺寸。这些泵总体上是由任何类型的电动机来驱动的旋转泵,优选地是一台磁性耦合的电动机,以便避免使用动态密封。特别优选的是,这些泵被整合到(安装到)尿素储存箱之中,这通常可以通过两种方式实现:
[0006] 或者利用一个常规的基板(在多数现有商业化系统中是这种情况)通过顶部来安装泵;在这种情况下方便的是有一个这样的泵,其中流体由储存箱底部的入口吸入并且在位于该泵顶部的出口流出,这样使得可以通过管子或管道直接完成到顶部基板(凸缘)上的连接。
[0007] 或者通过底部将泵安装到一个被浸没的基板上;在这种情况下方便的是有一个这样泵,该泵的入口和出口是朝向底部的(同心地或轴向侧地定位),这样使得流体从底部储存箱流动到底部出液管。
[0008] 后一个变体就压降而言具有某种优点,但要求将整个泵都制成可浸没的,而前一个变体在某些情况下允许该泵(至少部分地)处于液体之外。
[0009] 因此,在本申请人名下的申请FR 2918718对一种旋转泵进行了说明,该泵是旨在将车辆上的一个系统中的尿素进行泵送并且包括一个定子、附接到一个机械泵送元件和一个磁性转子二者上的一个旋转轴,这个转子包括至少一个凹陷,由该机械泵送元件抽吸上来的流体被迫经过该凹陷。该机械泵送元件包括至少两个齿轮,其中一个齿轮被紧固到该转子的轴上,并且通过上述一个齿轮的转动而受到驱动的另一个齿轮被紧固到由两个轴承支撑的一个第二轴上。在这个泵中,该磁性转子被包含在一个壳体之中,该壳体以密封的方式被连接到该泵的一个出口(排出)管上。这个泵还包括一个密封室,该室由一个盖件和一个圆柱形的壁构成,该壁装备有一个基部并且是与一个被浸没的基板一起从一个部件模制出来,该泵的定子(由磁线圈构成)以及泵控制器的多个电子板位于该室之中。这种几何结构是相对庞大的并且涉及使用相对大数量的密封固件。其生产成本也很高。
[0010] 本发明的目的是提供一种能够完全浸没在一种腐蚀性液体如尿素之中的泵,该泵不占据很大空间,涉及使用少量密封紧固件并且该泵的生产成本较低。
[0011] 为此目的,本发明涉及一种旋转泵,该泵是旨在将车辆上的一个系统中的流体进行泵送并且包括一个定子、附接到一个机械泵送元件和一个磁性转子二者上的一个旋转轴、以及多个电连接件。根据本发明,该转子、该定子以及这些电连接件是由一种塑料以密封的方式包覆模制的。以此方式所述泵就可以被完全浸没在一种腐蚀性液体如尿素之中,而无需包括一个将所述液体密封在外的室(该室使得有可能将那些对腐蚀敏感的部件(电气和电磁元件)从该液体隔离)。
[0012] 根据本发明的泵是由一个磁性耦合的电动机驱动的、任何已知类型的旋转泵,其控制优选地是电子的(由一个ECM或电子控制模来管理的)。本发明通过一个三相BLDC电动机(或无刷直流电动机)产生了良好的结果。
[0013] 这种泵所针对的液体优选是能够还原车辆发动机的排气中存在的NOX的一种还原剂。这种还原剂有利地是在性溶液中的一种氨前体。本发明使用尿素的水性溶液并且具体是低共熔的水/尿素溶液(如 溶液)产生了良好的结果,其尿素含量是在31.8wt%与33.2wt%之间并且它包含大约18%的氨。本发明还可以适用于同样在水性溶液中的尿素/甲酸铵混合物,它是在商品名 下销售的并且包含大约13%的氨。
相对于尿素,后者具有的优点是仅从-35℃(与-11℃不同)起才冻结,但是具有的缺点是与甲酸的释放相关的腐蚀问题。
[0014] 在根据本发明的泵中,泵送作用(抽吸/排出)本质上是使用附接到一个旋转轴上的一个机械泵送元件来实现的。这应理解为是指一个元件,其几何形状使得其旋转产生一种泵送效果。优选地,该泵送元件包括至少两个齿轮(有齿的轮),这些齿轮使之有可能通过旋转来泵送流体并且增加流体的压力。与传统的旋转涡轮泵(即装配有多个桨叶或叶片的一种旋转部件)相比,这种变体具有的优点是无论旋转方向如何、使用一种气体或一种液体都具有良好的效率。
[0015] 这种泵的齿轮优选地是基于烧结的金属并且更具体地是基于一种耐腐蚀的金属如316L不锈。可替代地,它们可以是处于一种耐腐蚀的塑料材料像PEEK(聚醚醚)或PPS(聚苯硫醚)的形式。
[0016] 根据本发明的一个特别有利的变体,该泵送元件是一个齿轮转子(gerotor)(术语“GEnerated ROTOR”的缩写),即由两个一体的齿轮构成的一个组件,其中一个齿轮是在外围并且另一个齿轮是在中央。这种泵送元件是特别有利的,在于它比具有多个外部齿轮的元件占据实质上更少的空间,在于它使得有可能省略一个旋转轴,并且在于它涉及一种轴向对称性,这种对称性使得有可能提高该泵的结构刚度,因此节约了材料。
[0017] 可替代地,这些齿轮可以是在彼此之外,一个齿轮由该转子带动并且另一个齿轮由前一个齿轮(即由被该转子移动的齿轮)带动。
[0018] 根据本发明,该泵送元件的旋转轴被附接到一个磁性转子上,该磁性转子可以通过施加一个磁场来启动(转动)。表述“磁性转子”应理解为是指,该转子优选包括至少一个磁体。这个磁体可以是一个单一的磁体并且该旋转轴可以穿过这个磁体。可替代地,它可以是围绕该轴定位(优选以一种对称方式)的若干磁体。非常特别优选地,该转子的轴包括两个端部,每个端部由一个轴承引导,从而避免偏离中心并且使得有可能进一步提高该泵的结构刚度。
[0019] 在该泵送元件是一个齿轮转子的情况下,该旋转轴通常被附接到该齿轮转子的内齿轮上。
[0020] 根据本发明的泵还包括用于将一个磁场施加到上述转子上的一个定子,该定子包括一个或多个磁线圈。
[0021] 这些线圈的电力供应优选地是如以上所解释地受一个控制器电子控制的,该泵通过上述“电”连接件中包括的一种连接件(为简单起见称为“连接件”)被连接到该控制器上。
[0022] 根据本发明,该转子和该定子是由一种塑料以密封的方式包覆模制的。这应理解为是指,将这个或这些磁体和线圈以熔化的塑料涂覆并等待该塑料凝固。优选地,这是一种耐腐蚀并且耐分子(如尿素)扩散(渗透性)的塑料。聚缩类的、并且特别是聚甲醛(POM)类的树脂产生了良好的结果。在实践中产生良好结果的一个变体中,这些电连接件是通过涂覆该定子而包覆模制的。
[0023] 根据在上述法国申请中说明的、本发明的一个优选的变体(其内容为此目的通过引用结合在本申请中),该磁性转子包括至少一个凹陷,由该机械泵送元件(优选地是一些齿轮)抽吸上来的流体被迫经过该凹陷。优选地,基本上所有抽吸上来的流体都依次受到机械元件以及磁性转子的作用(以这个顺序或者以相反的顺序)。优选地,该流体首先被该机械元件抽吸上来然后被迫经过该转子的凹陷,该转子的旋转给予该流体一种螺旋运动(轨道),该运动与一定的加速相结合。特别优选地,为了促进该运动,该转子中的凹陷设有优化的离隙(relief)。
[0024] 替代性地或者除了这个流体的“中央”通道(穿过该转子)之外,通常还在该转子与该定子之间设有一个空隙(一个总体上环形的空间)作为流体的一个通道。
[0025] 根据一个第一变体,该泵送元件、该转子以及该定子被结合在(安装在)用于限制由该泵送元件产生的压力的同一个室之中,而在该转子与该定子之间没有中间壁。这种组件是特别紧凑的并且使得有可能减小转子/定子气隙,这使得有可能提高该泵的效率(降低其电力消耗),但它涉及使电连接件经过这个加压的室。因此可以建议的是,在包覆模制这些连接件时要格外小心。
[0026] 根据一个第二变体,该泵送元件和该转子被安装到一个室中,该室包括一个盖件以及一个下部部件,它们借助于该定子和一个密封的机械紧固系统以密封的方式被组装到彼此上,该系统包括例如一个密封件(优选地是由一种有化学耐受性的材料如氟弹性体或氟氧烷制成)以及一个卡口。这个变体使得有可能不对该泵的电效率造成太大不利影响(只是稍微增大气隙)但对密封而言是相对棘手的,特别是从长期来讲(考虑到内部压力)。
[0027] 从这一观点看来更可靠的一个第三变体在于提供了一个密封的连续的室,该泵送元件和该转子被安装到该室之中并且该定子(以明显不那么关键的方式)被紧固到该室上。然而,它涉及更显著的效率损失以及稍微更高的重量和成本。
[0028] 优选地,上述多个变体中所指的室包括一个金属缸筒(优选地是由不锈钢制成)。优选地,这个缸筒在其两端处通过盖件关闭,这些盖件是由塑料(优选地是基于一种如聚醚醚酮(PEEK)或PPS(聚苯硫醚)的聚合物)、或任何具有足够的化学惰性和刚度的其他聚合物)制成的。非常特别优选地,该金属缸筒通过制罐(制造罐体)领域中任何已知的方式在其端部处被缝接到这些塑料盖件上。这些盖件总体上对应地一方面包括一个用于有待泵送的流体的入口并且另一方面包括一个出口。
[0029] 在这个变体中,该泵送元件(优选地是如以上所解释的齿轮转子)通常被结合在一个壳体之中,该壳体优选地也是由塑料制成的并且该壳体优选地包括经过该旋转轴的一个旋转轴引导件,所述轴停靠在下部盖件上(例如附接到这个下部盖件上的一个停止件上)并且通过上述引导件并且还通过附接到上部盖件上的一个引导件二者而被引导。应当理解,术语“下部”和“上部”是指在组装该泵的过程中这些盖件的位置,这绝不是界定在运行过程中该泵的位置。
[0030] 优选地,包含这些齿轮(在适当的情况下是外部齿轮或齿轮转子)的壳体被整合到这个下部盖件之中。
[0031] 本发明还涉及一种用于制造以上所述的泵的方法,该方法包括以下步骤:
[0032] 1.将一个金属缸筒的一端缝接到一个塑料盖件上,以便得到一个一端打开的管;
[0033] 2.将泵送元件和转子插入到该管之中;
[0034] 3.插入一个上部盖件;并且
[0035] 4.将该缸筒的另一端缝接到这个上部盖件上,以便得到一个承受该泵的运行压力的室,
[0036] 所述过程还包括将定子插入到该室之中该转子周围的步骤、或者包括将定子紧固到该室的外表面上的步骤。
[0037] 最后,本发明还涉及一种尿素储存箱,一种上述的泵被浸没在该箱之中。术语“浸没”应理解为是指,当该储存箱盛满液体(注液到其最高填注液位)时,至少该转子、该定子以及这些电连接件是与尿素相接触的。
[0038] 优选地,该泵是竖直安装的,即当该储存箱被安装到车辆上时该旋转轴是基本上竖直的。
[0039] 如以上所解释的,该泵可以是从顶部安装的,其优点是所述泵自然地使液体从底部流动到顶部。
[0040] 可替代地,该泵可以被安装到该储存箱的底部上,在这种情况下优选地是在一个被加热的、浸没的凸缘(储存容器)之中。
[0041] 附图1至附图5以非限定的方式展示了本发明。在这些附图中,相同的数字表示相似的或甚至相同的部件,即:
[0042] 1:定子=用POM包覆模制的线圈
[0043] 2:定子=用POM包覆模制的磁体
[0044] 3:转子的旋转轴
[0045] 4:齿轮转子,包括一个内齿轮4’和一个外齿轮4”、或外部齿轮4”’[0046] 5:缝接的金属管
[0047] 6:具有引导件6’和停止件6”的下部盖件
[0048] 7:具有引导件7’和包覆模制的连接件7”的上部盖件
[0049] 8:内管
[0050] 图1至图3各自示意性地展示了本发明的一个不同的变体。
[0051] -图1展示了一个变体,其中该定子被整合到该泵的加压的室之中;
[0052] -图2展示了一个变体,其中该定子以密封的方式将该室的一个下部部分与一个盖件连接起来,从而使该定子位于这个室的外侧上;
[0053] -图3展示了一个变体,其中该定子被紧固到该室的侧向表面上;
[0054] 并且图4展示了在以上附图中示意性地示出的齿轮转子。
[0055] 图5示出了图1至图3的等效视图(对应地为图5.1、图5.2和图5.3),它们具有多个外部齿轮而不是一个齿轮转子。
[0056] 在图1中展示的泵对应于一个上述变体,根据该变体定子1位于由该泵加压的室中、转子2的周围,并且根据该变体这些电连接件7”是通过盖件7以密封的方式包覆模制的,因此经过这个加压的室。液体的流动用箭头表示。这是一个示意性的附图,尤其在于未展示出该转子的紧固件/支撑件(但它可以通过本领域的技术人员熟知的任何习惯的方式而实现)并且在于这个缝接的管5是用一条在拐处断开的线表示的,在实践中很明显不是这样的(根据制罐技术,该缸筒的边缘被折叠并缝接到这些盖件上)。该转子2包括一个具有两个端部的、竖直的轴3,其中一端由下部盖件6的引导件6’引导并且另一端由上部盖件7的引导件7’引导。
[0057] 在图2中展示的泵对应于一个上述变体,根据该变体定子1以密封的方式将这些盖件6、7连接起来以便形成该泵的加压的室。在这个变体中,这些电连接件7”是通过这个定子1的塑料包覆模制而以密封的方式包覆模制的,因此不再经过这个加压的室。流体的流动仍用箭头表示,并且定子1被密封紧固到该室上的区域用虚线绘出。
[0058] 在图3中展示的泵对应于一个上述变体,根据该变体定子1被紧固到由该泵加压的室上。液体的流动仍用箭头表示。在这个变体中,一个中间管8被插入到这些盖件6、7之间,并且盖件6/齿轮转子4/转子2/管8/盖件7的组件通过管5而缝接以便形成一个密封的室,定子1被紧固到该室上,其中这些电连接件7”再次是通过定子1的塑料包覆模制而以密封的方式包覆模制的。
[0059] 图4是由以上附图中展示的齿轮转子的一个示意图构成的,并且因此该齿轮转子包括一个被附接到旋转轴3上的内齿轮4’,该内齿轮包括6个齿并且该内齿轮驱动了设有7个凹陷的一个外齿轮4”。这些齿轮的旋转方向以及液体的流动方向用箭头表示。这些齿轮被结合在一个壳体中,该壳体被整合到下部盖件6之中(与下部盖件一起从一个部件制造出来)。
QQ群二维码
意见反馈