專(zhuān)利名稱:用于存儲(chǔ)一種添加劑并將它注入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及用于存儲(chǔ)添加劑并將它注入發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣體的一 種系纟克和方法。
背景技術(shù):
關(guān)于柴油車(chē)輛排放物的立法的變化特別規(guī)定了顯著的降低排
出氣體中氮氧化物的排放量。SCR (選擇性催化還原)方法(其中 氮氧化物(NOx)被氨還原)是用于實(shí)現(xiàn)這個(gè)污染控制目標(biāo)的首選 技術(shù)之一。于是一種氨前體溶液(通常是一種尿素溶液)被注入SCR 催化劑的排氣管道上游。這種催化劑的運(yùn)4于要求噴灑4青確計(jì)量的溶 液量。
在一種已知方式中,將泵送、計(jì)量和注入操作分開(kāi)導(dǎo)致了引入 在排氣管線中的氨前體溶液量的更好的精確度。
因此,專(zhuān)利US 6 041 594和US 6 273 120都描述了包括分離的 泵、計(jì)量閥和注入器的系統(tǒng),它們使得每一項(xiàng)功能得以進(jìn)行??焖?計(jì)量閥(即用一個(gè)可調(diào)節(jié)的開(kāi)》文頻率和持續(xù)時(shí)間來(lái)才乘作的一種閥) 與一個(gè)適合的泵出口壓力相結(jié)合(通過(guò)一種壓力調(diào)節(jié)裝置)能夠進(jìn) 行該氨前體溶液噴灑量的精確計(jì)量。然而,這些文件都推薦借助壓 縮空氣,在使用一個(gè)注入器注入到排出氣體之前將壓縮空氣與添加 劑在 一 個(gè)混合室中進(jìn)行混合。該壓縮空氣將特別防止注入器的堵
5塞,這種堵塞可能由添加劑的固體沉積和/或在排氣管附近由高溫造 成的它的降解產(chǎn)物所致。這些系統(tǒng)有一種緊湊、簡(jiǎn)單和可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)(例如,泵可以整合到罐中;計(jì)量閥可能靠近或遠(yuǎn)離注入器,這取決于車(chē)輛地板 之下可供使用的空間)。因此,泵和計(jì)量閥可偏離排氣管線,這防 止了它們過(guò)熱并且增加了計(jì)量閥的準(zhǔn)確度。jt匕外,注入器可以隨所 希望的微滴的尺寸和分布而進(jìn)行適配。最后,這些系統(tǒng)是具體地適 合于對(duì)4吏用中的車(chē)輛進(jìn)行改裝。然而,此類(lèi)系統(tǒng)要求提供一個(gè)壓縮空氣源,這在車(chē)輛上更不一 定總是可提供的并且它因此而不得不特意提供,這是昂貴的。此外, 稀釋該添加劑導(dǎo)致計(jì)量準(zhǔn)確度的降低。最后,借助于一個(gè)混合室增 加了這些系統(tǒng)的復(fù)雜性和費(fèi)用。發(fā)明內(nèi)容本申請(qǐng)的目標(biāo)是解決這些問(wèn)題,并且基于以下事實(shí),即借助壓 縮空氣在這些"分開(kāi)(操作)"的系統(tǒng)中實(shí)際上不是必需的。的確, 看起來(lái)上述固體沉積在溶液中很快地消失,并且在一次新注入的過(guò) 程中容易通過(guò)溶解而^皮去除。事實(shí)上,計(jì)量泵的適當(dāng)?shù)目刂?吏之有 可能防止該注入器的堵塞,并且也使之有可能防止在這個(gè)注入器排 出孔形成一個(gè)液滴。文件EP 1 656 986也才是出了一個(gè)沒(méi)有壓縮空氣的系統(tǒng),其中的 泵、計(jì)量閥和注入器是分離的裝置,但是這個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)壓力傳 感器和一個(gè)電磁閥用于調(diào)節(jié)回流(如果必要的話),這是相對(duì)復(fù)雜 和昂貴的。本申請(qǐng)的目標(biāo)是通過(guò)提供一種顯著簡(jiǎn)化、價(jià)格比較低廉和同樣有效的系統(tǒng)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。因此,本發(fā)明涉及用于存儲(chǔ)一種添加 劑溶液并將其注入內(nèi)燃機(jī)的排出氣體的 一種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括用
于存4諸該添加劑的一個(gè)罐以及一個(gè)凝:轉(zhuǎn)泵、 一個(gè)計(jì)量閥和一個(gè)注入 器,這個(gè)系統(tǒng)可以將添加劑溶液按照原樣計(jì)量并注入排出氣體中而 不用一種氣體(例如壓縮空氣)將其稀釋。特別是,根據(jù)本發(fā)明的 系統(tǒng)不包括一個(gè)混合室,也不包括用氣體(例如壓縮空氣)稀釋添 加劑的無(wú)論何種形式的任何裝置。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中,泵、計(jì) 量閥和注入器是分離的裝置,并且泵的出口壓力是通過(guò)調(diào)節(jié)該泵的 轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)。
與本發(fā)明相關(guān)的添加劑優(yōu)選是能夠還原存在于內(nèi)燃機(jī)排出氣 體中的NOx的一種還原劑。有利地,它是直4妾使用的氨(這伴隨有 安全和腐蝕的缺點(diǎn))或是由一種前體如尿素(這4吏上述缺點(diǎn)能夠祐L 避免)在排出氣體中原位產(chǎn)生的氨。本發(fā)明用尿素(特別是用尿素 的水溶液)產(chǎn)生了優(yōu)良的效果。低共熔的溶液(包括按重量計(jì)32.5%
的尿素)是很適合的。
本發(fā)明可能應(yīng)用于4壬何在排出氣體中可能產(chǎn)生NOx的內(nèi)燃才幾 上。它可以是有或沒(méi)有燃料回流管線的發(fā)動(dòng)機(jī)(即,將發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有 消耗的燃料返回燃料箱的一條管線)。它有利地應(yīng)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī), 并且特別是車(chē)輛的柴油發(fā)動(dòng)機(jī),并且特別優(yōu)選的是重型貨車(chē)的柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括至少一個(gè)旨在用于儲(chǔ)存該添加劑的罐。 這個(gè)罐可由任何材料制造,優(yōu)選對(duì)相關(guān)的添加劑有化學(xué)耐受性的材 料。通常,這是金屬或塑料。聚烯烴樹(shù)脂,特別是聚乙烯(更特別 地HDPE或高密度聚乙烯),構(gòu)成優(yōu)選的材料。
^^艮據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)總體上包括旨在用于將添加劑送到發(fā)動(dòng)機(jī) 排氣管的一個(gè)注入管線,為做到這一點(diǎn),該注入管線連接罐、泵、計(jì)量閥和注入器;該泵、計(jì)量閥和注入器是分離的裝置,被串聯(lián)地 從上游到下游放置(沿著該添加劑的流向,即從罐(上游)到注入 器(下游))。才艮據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的泵^皮用于使添加劑溶液達(dá)到用于對(duì)其進(jìn)行計(jì)量和噴霧所需要的壓力。不同種類(lèi)的泵可適合于該應(yīng)用齒輪 泵、活塞泵、隔膜泵等等。這個(gè)泵可位于添加劑罐內(nèi)(具有與該罐 形成一種緊湊并且一體化^^莫塊的優(yōu)勢(shì))或考慮到腐蝕性環(huán)境,可位 于該添加劑罐外部。其構(gòu)成材料將優(yōu)選地選自耐蝕金屬(尤其某些 等級(jí)的不銹鋼和鋁)。使用銅(甚至用于連接部件)是不可取的。根據(jù)本發(fā)明,該泵出口壓力是通過(guò)一個(gè)合適的裝置來(lái)調(diào)節(jié),該 裝置使之有可能直接調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)度。這樣的一個(gè)裝置在本申請(qǐng)人名 下的申請(qǐng)WO 2007/023142中描述,為此目的,其內(nèi)容通過(guò)引用被結(jié) 合到本申請(qǐng)中。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的變體,根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括一條 回流管線,該回流管線裝備有一個(gè)壓力限制裝置并且該泵排出過(guò)量 的添加劑(通過(guò)有意在一個(gè)過(guò)高的速度下轉(zhuǎn)動(dòng),即具有一個(gè)過(guò)高的 出口壓力),這個(gè)過(guò)量(該泵的流量與該注入器的流量之間的差) 通過(guò)該管線返回到罐中。 一個(gè)筒單的校準(zhǔn)彈簧閥或隔膜閥給出優(yōu)良 的效果。通過(guò)在該回流管上的 一種簡(jiǎn)單的限制器形成一個(gè)優(yōu)選的裝 置,優(yōu)選與一個(gè)止回閥相結(jié)合。這個(gè)變體的優(yōu)點(diǎn)在于允許以一種簡(jiǎn) 單的方法4吏該計(jì)量閥有承文冷卻。根據(jù)一個(gè)第一變體,該壓力調(diào)節(jié)裝置位于該計(jì)量閥的下游,處 于將沒(méi)有被這個(gè)閥消耗的添加劑返回該罐的一條管線中。才艮據(jù)一個(gè)第二變體,該壓力調(diào)節(jié)裝置位于該注入器的下游,處 于將沒(méi)有被這個(gè)注入器消耗的添加劑返回該罐的一條管線中。優(yōu)選該第二變體(在注入器處有過(guò)量的計(jì)量),因?yàn)樗锌赡鼙苊庾⑷肫鬟^(guò)熱。然而,在這種情況下有利的是提供一種旁路管線,該旁路管線在罐中添加劑的溫度超過(guò)一個(gè)臨界值(例如60。C)時(shí)使 添加劑返回到計(jì)量閥的上游(并且優(yōu)選到過(guò)濾器上游,那里是合適 的見(jiàn)下文)。這個(gè)變體還可以在這些導(dǎo)管中容易地整合一種清洗功能,尤其 避免在添加劑溶液凍結(jié)的情況下?lián)p壞這些導(dǎo)管。為此,在該注入管 線中的泵的上游提供一個(gè)帶有氣體(例如空氣)進(jìn)口的清洗閥就夠 了。于是,在一個(gè)合適的位置,這個(gè)閥可通過(guò)這些導(dǎo)管吸入空氣, 并迫〗吏它們包含的液體返回該罐。能夠使添加劑注入排出氣體的注入器通常位于注入管線的末 端。這個(gè)注入器可以是任何已知類(lèi)型。有利地它是一個(gè)噴嘴或一個(gè) 噴頭,它可以獲得直徑在5到100pm之間的液滴。這樣的一個(gè)噴嘴 有利地配備有直徑大約在150(^111- 250pm之間的一個(gè)孑L。這個(gè)孔由多 個(gè)狹窄通道(3-4)的一個(gè)系統(tǒng)來(lái)供應(yīng),該系統(tǒng)在該噴p觜上游的溶、液 中產(chǎn)生一種"漩渦"(渦流)效果。通過(guò)清洗來(lái)去除尿素最后的液 滴可以避免堵塞;因此,不存在由蒸發(fā)造成的結(jié)晶。優(yōu)選地,根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包括位于罐和泵之間的一個(gè)過(guò)濾 器,并且使之有可能截留存在于該溶液中的可能的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明,如以上已經(jīng)解釋?zhuān)?、閥和注入器是分離的裝置, 它們位于在該添加劑^f諸罐和發(fā)動(dòng)才幾的排氣管之間的注入管線中。沖艮 據(jù)一種特別有利的變體,并且如在本申請(qǐng)人名下的申^青FR 06/05082 中所描述(其內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合到本申請(qǐng)中),至少該泵被整合到 存在于在該罐底部的一個(gè)法蘭中。以一種特別優(yōu)選的方式,該泵、 該壓力限制裝置以及計(jì)量閥全部^皮整合到這個(gè)法蘭中,該法蘭經(jīng)由 一才艮注入管線連通到該注入器。因此,獲得一個(gè)特別緊湊的系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及用于存4諸一種添加劑溶液并將其注入內(nèi)燃才幾的 排氣管中的 一種方法,所述方法在于利用 一個(gè)旋轉(zhuǎn)泵和一個(gè)計(jì)量閥 將存儲(chǔ)在一個(gè)罐中的溶液運(yùn)送到一個(gè)注入器,其中注入器、泵和計(jì) 量閥是分離的裝置,并且在于將這種溶液按原樣注入該排氣管中, 而沒(méi)有用一種氣體(比如壓縮空氣)稀釋它。在#4居本發(fā)明的這個(gè)方法中,溶液的量是通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)量閥的開(kāi) 》文頻率和持續(xù)時(shí)間來(lái)計(jì)量的。這個(gè)閥可以是一個(gè)壓電閥或電》茲閥, 它的調(diào)節(jié)可以是電子的。因此,最經(jīng)常的是,根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包 括一 臺(tái)計(jì)算機(jī),它連接到計(jì)量閥上并且使之有可能運(yùn)送所要求量的添加劑(尤其作為以下特征的函數(shù)NOx的排放水平和轉(zhuǎn)化程度; 溫度和壓力;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷,等等)到該注入器能。這臺(tái)計(jì)算 機(jī)還可以作用于該泵的壓力調(diào)節(jié)。例如,對(duì)低流速增加壓力可能是 有利的。在一個(gè)第 一變體中,由該泵4非出并且沒(méi)有^皮計(jì)量閥消庫(kù)毛的該添 加劑的量(作為受計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)函數(shù))通過(guò)連接在該泵和計(jì)量 閥之間的一個(gè)回流管線返回到添加劑罐。在另一個(gè)變體中,該計(jì)量 閥將過(guò)量的添加劑運(yùn)送到注入器,該過(guò)量通過(guò)一個(gè)起始于該注入器 的回流管返回到該罐。在這兩個(gè)情況中, 一個(gè)壓力限制裝置位于該 回流管線中,該回流管線將過(guò)量的流量返回(由來(lái)自該泵和該噴霧 的流量的差引起的)到該罐具體實(shí)施方式
本發(fā)明以一個(gè)非限制方式通過(guò)圖l至3進(jìn)行展示,其中每張圖 涉及本發(fā)明的一種不同的變體。在這些圖中,同樣的凄t字代表同樣 的或類(lèi)似的部件。排出氣體的流向通過(guò)一個(gè)標(biāo)記"G"的箭頭來(lái)標(biāo) 明。
圖1表示一種簡(jiǎn)單的系統(tǒng),其中計(jì)量閥4準(zhǔn)確地將所需要量的 添加劑運(yùn)送到注入器8,由泵3產(chǎn)生的過(guò)量通過(guò)一個(gè)沖交準(zhǔn)閥6返回 到罐l。該罐1包含一種還原劑前體溶液,在這種情況下 一種 ADBLUE⑧的32.5 %尿素水溶液??赡艿碾s質(zhì)#1一個(gè)過(guò)濾器2截留。 泵3允許溶液從罐中抽出,并且該液體達(dá)到產(chǎn)生噴霧所要求的壓力 和用于冷卻計(jì)量岡所需的回流所要求的壓力。校準(zhǔn)閥6提供了在管 線部分3中噴霧壓力的控制。通過(guò)開(kāi)放計(jì)量閥4進(jìn)行還原劑前體的 量的計(jì)量,該計(jì)量閥是電控的,具有設(shè)定的開(kāi)》文頻率和持續(xù)時(shí)間。 該計(jì)量閥4通過(guò)管線7連接到注入器(噴嘴)8。該噴嘴8被設(shè)計(jì) 為以微滴的形式噴灑溶液,其微滴的尺寸分布總體上在5 jam到120 Hm之間。該過(guò)量的流量(由來(lái)自泵的流量和噴霧的流量的差引起) 通過(guò)管線5返回罐1。在圖l的一個(gè)變體中,在回流管5連接至罐 1的底部區(qū)i或的情況下,該校準(zhǔn)岡6纟皮與一個(gè)簡(jiǎn)單的止回閥結(jié)合的 一個(gè)限制器所替代。圖2展示了一個(gè)更復(fù)雜的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括冷卻該注入器(通 過(guò)添加劑的過(guò)量的計(jì)量)的一種功能以及一種清洗功能。這個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)清洗閥(電》茲閥)11,當(dāng)溶液^皮泵3吸取時(shí), 該閥處于打開(kāi)狀態(tài)乂人而將罐1連4妄到過(guò)濾器2。它還包括安裝在回流管5中一個(gè)旁^各閥(電/f茲閥)10,該回流 管這次起始于注入器8到它與一個(gè)旁路管線13的交叉點(diǎn)。這種返 回使之有可能避免該噴嘴過(guò)度過(guò)熱。當(dāng)罐l中測(cè)量的溶液的溫度超 過(guò)60。C時(shí),該電萬(wàn)茲閥10進(jìn)^亍切換并且液體4皮運(yùn)送到旁^各管線13 而不是返回罐l。該閥門(mén)ll是一種比例閥。它還可以是一種開(kāi)/關(guān) 閥或一個(gè)簡(jiǎn)單的雙金屬片。ii如圖所示,該系纟充還包4舌一種用于送沖+和回流管線的清洗功
能。為此目的,清洗閥11的進(jìn)氣口連4妄一個(gè)空氣入口 12。利用這 個(gè)閥11的一個(gè)合適的位置,空氣可以;故泵吸入,迫4吏包含在這些 導(dǎo)管中的液體回到該罐l。另外,所展示的管線配備有一個(gè)已知的 力口熱裝置。
該系統(tǒng)的全部功能都是電控的。
圖3展示了一個(gè)系統(tǒng),它完成與圖2相同的功能。然而這些部 件(過(guò)濾器2、泵3、計(jì)量閥4、清洗閥11、標(biāo)定閥6、旁if各閥lO) 已經(jīng)被整合到該罐1的內(nèi)部,結(jié)果形成一個(gè)特別緊湊的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1. 用于存儲(chǔ)一種添加劑溶液并且將它注入一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的排出氣體中的系統(tǒng),所述的系統(tǒng)包括一個(gè)用于存儲(chǔ)該添加劑的罐和一個(gè)旋轉(zhuǎn)泵、作為分離的裝置的一個(gè)計(jì)量閥和一個(gè)注入器,這個(gè)系統(tǒng)使之有可能按照原樣將該添加劑溶液計(jì)量和注入到排出氣體中而不用一種氣體將其稀釋?zhuān)涮卣髟谟?,該泵的出口壓力是通過(guò)調(diào)節(jié)該泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)。
2. 才艮據(jù)以上4又利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,該泵排出過(guò)量的 添加劑溶液(即高于該注入器的一個(gè)流量),并且該系統(tǒng)包括 裝有一個(gè)壓力限制裝置的 一個(gè)回流管線,它能夠使該過(guò)量的溶 液返回該罐。
3. 根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其中該壓力限制裝置是可以 與 一個(gè)止回閥結(jié)合的 一種限流器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其中該壓力限制裝置是一個(gè)校準(zhǔn) 的彈簧閥或隔膜閥。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3或4所述的系統(tǒng),其特征在于,該壓力限 制裝置位于該計(jì)量閥的下游,在^吏得沒(méi)有浮皮這個(gè)閥消一毛的添加 劑流量能夠返回該罐的一個(gè)管線中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3或4所述的系統(tǒng),其特征在于,該壓力限 制裝置位于該注入器下游,在使得沒(méi)有被這個(gè)注入器消耗的添 加劑流量能夠返回該罐的一個(gè)管線中。
7. 4艮據(jù)前一項(xiàng)4又利要求所述的系統(tǒng),其特4正在于,它包括一個(gè) 旁路管線,當(dāng)該罐內(nèi)的添加劑的溫度超過(guò)一個(gè)臨界值時(shí),該旁 路管線能夠使沒(méi)有被該注入器消耗的添加劑流量送回該計(jì)量 閥上游而不是到該罐。
8. 才艮據(jù)權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng),其特征在于,它包括一個(gè) 在該泵上游而且具有一個(gè)進(jìn)氣口的清洗閥。
9. 根據(jù)以上任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng),其特征在于,它包 ^括位于該罐和該泵之間的一個(gè)過(guò)濾器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2到8中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng),其特征在于, 該泵、該壓力限制裝置以及該計(jì)量閥一皮整合在一個(gè)法蘭中,該 法蘭通過(guò)一個(gè)注入管線連接到該注入器。
11. 用于存^f渚一種添加劑溶液并且將它注入內(nèi)燃4幾的一個(gè)排氣管 中的方法,該方法在于利用 一個(gè)旋轉(zhuǎn)泵和 一個(gè)計(jì)量閥將存儲(chǔ)在 一個(gè)罐中的溶液運(yùn)送到一個(gè)注入器,其中注入器、泵和計(jì)量閥是分離的裝置,并且在于將這種溶液按照原樣注入該排氣管中 而不用 一種氣體將其稀釋?zhuān)摫玫某隹趬毫κ峭ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速 來(lái)調(diào)節(jié)。
12. 根據(jù)以上權(quán)利要求所述的方法,其特征在于該泵排出過(guò)量的添 加劑溶液(即高于該注入器流量的一個(gè)流量),并且其特征在 于這個(gè)過(guò)量是經(jīng)由裝備有一個(gè)壓力限制裝置的 一個(gè)回流管線 返回該罐。
13.才艮據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法,其特4i在于該計(jì)量閥以一 種可調(diào)節(jié)的持續(xù)時(shí)間和頻率來(lái)開(kāi)放,并且其特征在于添加劑溶 液的量是通過(guò)電子調(diào)節(jié)這一持續(xù)時(shí)間和這一頻率來(lái)計(jì)量的。
全文摘要
用于存儲(chǔ)一種添加劑溶液并且將它注入內(nèi)燃機(jī)排氣的系統(tǒng),所述的系統(tǒng)包括一個(gè)用于存儲(chǔ)該添加劑的罐(1)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)泵(3)、作為分離的裝置的一個(gè)計(jì)量閥(4)以及一個(gè)注入器(8),這個(gè)系統(tǒng)使之有可能按照原樣將添加劑溶液計(jì)量和注入排出氣體而不用一種氣體將其稀釋。在這個(gè)系統(tǒng),泵的出口壓力是通過(guò)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)的。還有使用這樣一個(gè)系統(tǒng)的方法。
文檔編號(hào)F01N3/20GK101506482SQ200780030617
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2007年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者喬爾·奧德貝克, 尤勒斯-約瑟夫·范沙夫廷根, 弗朗索瓦·杜尼爾, 文森特·波鐵爾 申請(qǐng)人:因勒紀(jì)汽車(chē)系統(tǒng)研究公司