用于计量流体的喷射装置以及具有该喷射装置的机动车辆
阅读：444发布：2023-03-24
专利汇可以提供用于计量流体的喷射装置以及具有该喷射装置的机动车辆专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于计量 流体 的喷射装置（1），包括下述内容： 阀 （3），该阀（3）具有 阀针 （5）和 阀座 （9）； 喷嘴 轴（15），该喷嘴轴（15）环绕阀针（5）并且保持一定体积的流体；进口室（19），该进口室（19）在背离阀（3）的喷嘴轴（15）的一侧上与该喷嘴轴邻接并且具有与该喷嘴轴的流动连接；其中，该喷射装置（1）具有至少一个可压缩的体积补偿元件（33），该至少一个可压缩的体积补偿元件（33）填充有气体并且在喷射装置（1）内与流体 接触 。，下面是用于计量流体的喷射装置以及具有该喷射装置的机动车辆专利的具体信息内容。
1.一种用于计量流体的喷射装置（1），所述喷射装置（1）包括如下内容：
- 阀（3），所述阀（3）具有阀针（5）和阀座（9）；
- 喷嘴轴（15），所述喷嘴轴（15）环绕所述阀针（5）并且保持一定体积的流体；
- 进口室（19），所述进口室（19）在背离所述阀（3）的所述喷嘴轴（15）的一侧上与所述喷嘴轴邻接并且具有与所述喷嘴轴的流动连接；
其中，所述喷射装置（1）具有至少一个可压缩的体积补偿元件（33），所述至少一个可压缩的体积补偿元件（33）填充有气体并且在所述喷射装置（1）内与所述流体接触，并且具有由马氏体硬化钢构成的壁区域（35），
其中，所述阀针（5）由马氏体硬化钢形成并且在其内部内具有气体填充的腔体，以形成体积补偿元件。
2.根据前述权利要求所述的喷射装置（1），其中，所述至少一个体积补偿元件（33）具有由柔性多孔塑料构成的区域，其中，所述塑料的孔填充有气体。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的喷射装置（1），其中，所述至少一个体积补偿元件（33）被设计为嵌入物（43）并且被设置在所述喷射装置（1）的内部以使得其基本上完全由所述流体环绕。
4.根据前述权利要求1至2中的任一项所述的喷射装置（1），其中，所述至少一个体积补偿元件（33）被设计为所述喷嘴轴（15）和/或所述进口室（19）的壁的衬套。
5.根据权利要求1或2所述的喷射装置（1），其中，所述体积补偿元件（33）设置在所述喷射装置（1）的进口室（19）中。
6.根据权利要求1或2所述的喷射装置（1），其中，所述体积补偿元件（33）设置在所述喷射装置（1）的所述喷嘴轴（15）中。
7.根据权利要求1或2所述的喷射装置（1），所述喷射装置（1）被设计为用于废气后处理系统中的尿素溶液的喷射装置（1）。
8.一种机动车辆，所述机动车辆具有根据权利要求7所述的喷射装置（1）。
用于计量流体的喷射装置以及具有该喷射装置的机动车辆
技术领域
[0001] 本公开内容涉及一种用于计量流体的喷射装置。特别地，本公开内容涉及一种用于计量机动车辆的废气后处理系统中的尿素溶液的喷射装置。此外，本公开内容涉及一种具有该喷射装置的机动车辆。
背景技术
[0002] 例如，从DE 2008 041 544 A1中已知一种用于计量液体或者气体介质（特别是尿素溶液）的喷射装置。利用该喷射装置，存在如下问题：流体可能会结冰并且由于其体积的相关联的膨胀而破坏喷射装置。例如，尿素溶液在-7℃的温度下会结冰。
[0003] 迄今为止，该过程一直在于：例如，当关闭发动机时从喷射装置中喷射出所有液体，试图较大程度地从喷射装置中移除尿素溶液，以便防止在溶液结冰时由于体积膨胀而造成的对喷射装置的损坏。然而，并非在所有情况下都能够从喷射装置中喷射出所有液体并且这同样也未必是期望的。发明内容
[0005] 该目标由本发明的主题实现。有利的构造是优选实施例的主题。
[0006] 根据本发明的第一方面，具体说明了一种用于计量流体的喷射装置。根据另一方面，具体说明了一种具有所描述的喷射装置的机动车辆。
[0007] 喷射装置具有阀和喷嘴轴，该阀具有阀针和阀座，该喷嘴轴环绕阀针并且保持一定体积的流体。此外，喷射装置具有进口室，该进口室在背离阀的喷嘴轴的一侧上与喷嘴轴邻接并且具有与喷嘴轴的流动连接。喷射装置具有至少一个可压缩的体积补偿元件，该至少一个可压缩的体积补偿元件填充有气体并且在喷射装置内与流体接触。阀轴优选地由喷射装置的阀体和/或至少一个体积补偿元件形成。在一个实施例中，喷射装置是流体喷射阀。
[0008] 在此以及在下文中，与流体接触的体积补偿元件应被理解为意指流体能够在其上施加力的体积补偿元件。特别地，体积补偿元件被设计和设置为使得在流体结冰的情况下由于体积增加而在体积补偿元件上施加力。由于体积补偿元件是可压缩的，所以其能够补偿流体的体积的膨胀。特别地，该补偿通过气体的压缩而实现，气体的压缩使得体积补偿元件被填充。特别地，体积补偿元件被设计为使得当填充阀轴的尿素溶液结冰时，体积补偿元件的体积减小下述值：该值相当于阀轴的体积的3.5%或者更大，优选地减小5%或者更大，特别地在5%与9%之间（包括端点值）。在此，阀轴的体积应被理解为意指阀轴在用于喷射流体的喷射装置的操作期间所保持的流体体积。
[0009] 因此，损坏喷射装置的风险特别低。特别地，体积补偿元件以此方式被设计为当尿素溶液结冰时补偿所述溶液的体积的增加。例如，这约为7%。
[0010] 根据一个实施例，至少一个体积补偿元件具有由马氏体硬化钢构成的壁区域。在该示例中，该壁区域能够完全地或者部分地环绕填充气体。使用马氏体硬化钢来用于体积补偿元件具有如下优点：在该材料的情况下，弹性行为和塑性行为之间的过渡发生在非常高的力下，并且因此该材料具有高强度，同时具有高韧性。
[0011] 马氏体硬化钢也被称为“马氏体时效钢”（由“马氏体”和“时效”形成的混合词）。其通常具有非常低的碳含量并且与高比例的镍形成合金并且能够包含其它合金元素（诸如，钴、钼、铝、铜、铌和/或钛），给定合适的热处理，这会促进在铁中形成马氏体相。公认地，常规的马氏体时效钢具有相对高的镍含量，按重量计算，通常大于8%，在一些情况下大于12%。然而，也存在新的高性能钢，其同样被包括在马氏体时效钢中，并且按重量计算，具有仅2-
3%的镍含量以及9-12%的锰含量。这样的马氏体时效钢也适合用于体积补偿元件的壁区域。
3%的镍含量以及9-12%的锰含量。这样的马氏体时效钢也适合用于体积补偿元件的壁区域。
[0012] 在体积补偿元件的该实施例中，特别地能够设想将由马氏体硬化钢构成的带条或板焊接至喷嘴轴或者进口室的内壁，以便使得形成体积补偿元件的气体填充的袋状部形成在内壁与马氏体硬化钢的带条或板之间。在这种设计的情况下，在其结冰时膨胀流体作用在由马氏体硬化钢构成的壁区域上，而钢就其本身而言作用在被封闭在所述壁后面的气体上。因此，气体填充的袋状部被压缩。
[0013] 该实施例具有如下优点：体积补偿元件能够被选择性地设置在滞留流体对喷射装置造成损坏的风险特别高的位置。
[0014] 根据另一实施例，至少一个体积补偿元件具有由柔性多孔塑料构成的区域，其中，该塑料的孔填充有气体。在该实施例中，体积补偿元件同样地可用，该体积补偿元件能够按照柔性方式进行使用并且能够选择性地设置在预期膨胀流体将引起损坏的位置。此外，柔性多孔塑料的使用具有如下优点：体积补偿元件相对轻并且不会轻易地泄漏，泄漏可能会导致压缩性的损失。
[0015] 在一个实施例中，至少一个体积补偿元件被设计为嵌入物并且被设置在喷射装置的内部以便使得其基本上完全由流体环绕。
[0016] 在此以及在下文中，嵌入物应被理解为意指其本身已经形成体积补偿元件并且被设置在喷射装置的腔室中的单独元件。当嵌入物在其表面的大部分上由流体环绕时，其基本上完全由流体环绕。小的表面积（例如，25%或者更小，优选地为10%或者更小，特别地为5%或者更小）能够用于使嵌入物悬置或者固定在腔室中，例如，从而确保其不会与流体接触。
[0017] 该实施例具有如下优点：体积补偿元件的大的表面可用于由流体施加的力的作用。
[0018] 在替代实施例中，至少一个体积补偿元件被设计为喷嘴轴和/或进口室的壁的衬套。在该示例中，例如，体积补偿元件能够被设计为由柔性多孔塑料构成的壁衬套或者被设计为具有由马氏体硬化钢构成的壁区域的气体填充的袋状部。
[0019] 该实施例具有如下优点：将体积补偿元件固定在喷射装置内是一件相对简单的事情。
[0020] 特别地，体积补偿元件能够设置在喷射装置的进口室（或者进口管）中。作为替代方案或者此外，其也能够被设置在喷射装置的喷嘴轴中。
[0021] 一方面，在这些区域中安装空间是可用的，另一方面，这些区域也是在结冰的情况下流体滞留以及预期会有损坏的区域。
[0022] 根据一个实施例，阀针由马氏体硬化钢形成并且在其内部内具有气体填充的腔体。在该实施例中，阀针本身形成体积补偿元件或者体积补偿元件之一。经由其可变形壁和气体填充的腔体，阀针是可压缩的。
[0023] 该实施例具有如下优点：在不需要在喷射装置内创建额外的安装空间的情况下，使得相对大的体积补偿元件是可用的。
[0024] 特别地，喷射装置被设计为用于废气后处理系统中的尿素溶液的喷射装置，因为由于尿素溶液的结冰点为-7℃，所以必须恰当地防止尿素的体积的膨胀对喷射装置造成破坏。
[0025] 根据本发明的另一方面，还能够由马氏体硬化钢形成喷射装置的各部分，以便实现特定抗性。例如，特别地具有喷射装置的阀座和/或至少一个喷嘴的喷嘴板能够由马氏体硬化钢形成。作为替代方案或者此外，阀体能够由马氏体硬化钢形成（特别地至少在喷嘴轴的区域中）。在该实施例以及其它实施例中，喷嘴轴优选地设置在喷嘴板的上游，并且特别地能够与所述喷嘴板邻接。喷嘴轴和喷嘴板能够被制造成整体（也就是说，特别地由同一个工件制成），或者被单独地制造。这能够与所描述的体积补偿元件组合或者可以孤立地使用以便获得喷射装置的更佳强度。附图说明
[0026] 喷射装置的其它优点以及有利实施例和改进例将从参照附图更加详细地描述的以下示例性实施例中变得明显。
[0027] 图1概略地示出了通过根据本发明的第一示例性实施例的喷射装置的截面图；
[0028] 图2概略地示出了图1中所示的喷射装置的细节图；
[0029] 图3概略地示出了图1中所述的喷射装置的另外的细节；
[0030] 图4示出了图1中所示的喷射装置的体积补偿元件的实施例的细节图；
[0031] 图5概略地示出了通过根据本发明的第二示例性实施例的喷射装置的截面图；以及
[0032] 图6概略地示出了通过根据本发明的第三示例性实施例的喷射装置的截面图。
具体实施方式
[0033] 图1示出了根据本发明的第一示例性实施例的喷射装置1，该喷射装置1被设计为用于机动车辆中的废气后处理系统中的尿素溶液的喷射装置。
[0034] 喷射装置1具有阀3，该阀3具有阀针5、被设计为球体的末端7、以及阀座9。当关闭时，末端7通过弹簧30的力被按压到阀座9上并且因此关闭喷嘴11。阀座9和喷嘴11被包含在被设计为喷射阀的喷射装置1的喷嘴板中。阀壳体13环绕阀3和喷嘴轴15，喷嘴轴15被形成为在阀壳体13内的腔体并且在操作期间填充有尿素溶液。阀针5中的开口17（其具有中空设计）允许尿素溶液穿过喷嘴轴15。
[0035] 由进口管18形成并且与喷嘴轴15具有流动连接的进口室19在背离阀的喷嘴轴15的一侧上与喷嘴轴邻接。设置在进口室19中的是用于流体的过滤器29，借助于该过滤器29的定位能够对弹簧30的预载荷进行调整。
[0036] 在操作期间，进口室19和喷嘴轴15填充有待被喷射的流体（在所考虑的示例性实施例中为尿素溶液）。为了允许通过喷嘴11喷射尿素溶液，喷射装置1具有电磁致动装置。
[0037] 该电磁致动装置具有线圈21、电枢23、极片25、以及非磁性套筒27，该非磁性套筒27被按压配合到极片25的一端上。电枢23能够相对于阀体13在喷射装置1的纵向方向上移动并且沿着阀针5运行，其在远离阀座9的方向上移动时打开喷嘴11并且允许尿素溶液通过喷嘴11出来。
[0038] 喷射装置1具有气体填充的可压缩体积补偿元件33，该可压缩体积补偿元件33在结冰的情况下允许对尿素溶液的体积增加进行补偿并且因此防止对喷射装置1造成损坏。在所示的第一实施例中，第一体积补偿元件33设置在喷嘴轴15的区域中并且第二体积补偿元件33设置在进口室的区域中。在所示的实施例中，两个体积补偿元件33被设计为壁衬套。
[0039] 在图2和图3中详细地示出了根据该第一实施例的体积补偿元件33。为了简单起见，图2、图3、图5以及图6仅仅示出喷射装置1在对称轴线34上方的一半。
[0040] 体积补偿元件33的每一个具有壁35，壁35由马氏体硬化钢构成的薄片或者带条形成。壁35被焊接至阀壳体13或者进口管18以使得气体填充的腔体37形成在壁35与阀壳体13或者进口管18之间。特别地，气体填充的腔体填充有空气。因此，限定流体填充的腔体并且与流体接触的喷嘴轴15的表面由焊接至阀壳体13的体积补偿元件33的表面形成，并且在适用的情况下，由阀体13的内圆周表面的区域形成，这些区域未被体积补偿元件33覆盖。
[0041] 如果尿素溶液结冰并且存在体积的相关联增加，则尿素溶液在体积补偿元件33的壁35上施加力。由于该力，气体填充的腔体37中的空气被压缩并且壁35在该过程期间经受变形。在喷射装置1的其它部件上（例如，在阀壳体13或者进口管18上）没有施加额外的力，或者由于如下事实使得施加在其上的力极大地减小：体积补偿元件33补偿了尿素溶液的大部分体积增加或者甚至全部体积增加。因此，由于结冰流体引起的喷射装置1的负载极大地减小并且其使用寿命因此增加。
[0042] 图4示出了在图1至图3中示出的体积补偿元件33的不同实施例。尽管在图4中的上部图示中，壁35很大程度上平行于阀壳体13和进口管18的内壁，但在图4的下部图示中，壁35具有波状截面形状。这扩大了其表面积并且增加了其可变形性。
[0043] 图5示出了根据本发明的第二示例性实施例的用于液体尿素溶液的喷射装置1。其与在图1至图3中示出的喷射装置的不同在于体积补偿元件33由阀针5本身形成。在该实施例中，阀针5具有关闭式且内部中空的设计。由于其是关闭式的，所以在操作期间其没有填充尿素溶液。相反，其具有实心主体45和可压缩体47，例如，实心主体45能够由马氏体硬化钢构成，可压缩体47被设置在主体周围并且连接至主体并且形成体积补偿元件33。如已经结合其它实施例所描述的，可压缩体47能够由多孔塑料形成或者能够具有在其后面带有气体填充腔体39的壁35。
[0044] 在所示的实施例中，按重量计算，马氏体硬化钢具有8%的镍成分、1%的钼成分、13%的铬成分、最多0.5%的铍成分，其余部分为铁。该材料具有非常好的可变形性、良好的弹性、以及良好的耐蚀性。如已经发现的，由于这些性质其非常适于形成体积补偿元件33。
[0045] 在该实施例中，由于阀针5被密封并且未填充尿素溶液，所以在电枢23的区域中，在阀针5上方设置了用于使尿素溶液从进口室19进入喷嘴轴15中的开口41。
[0046] 图6示出了根据本发明的第三实施例的喷射装置1。其与其它实施例的不同在于体积补偿元件33由设置在进口室19内的嵌入物43形成。嵌入物43被设计为可压缩体，例如，被设计为由其中具有气体填充孔的柔性塑料构成的塑料体或者具有金属壁的主体，该金属壁环绕气体填充的腔体。例如，钢能够用作用于金属壁的材料。除了马氏体时效钢之外，不锈钢也是合适的。
[0047] 由于嵌入物43被居中设置在进口室19中，所以其基本上由尿素溶液环绕。在图6中示出的实施例中，其沿着喷射装置1的对称轴线34设置。嵌入物43在进口室19中被固定在该位置中，其在该位置中提供用于流体的大的表面。例如，能够通过夹持来实现紧固（未在图6中示出），也就是说，特别地借助于弹簧夹进行紧固。
[0048] 如果尿素溶液结冰，则力从各个侧上作用在嵌入物43上并且压缩该嵌入物43以便补偿尿素溶液的体积的增加，因而防止对喷射装置1造成损坏。
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