專利名稱：用于貯存添加劑以及將其噴射到發(fā)動機(jī)的排氣中的方法和系統(tǒng)的制作方法
隨著即將來到的對重型貨車在廢氣排放上的歐洲IV標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制執(zhí)行，需要配備用于除去NOx(或氮的氧化物)污染的裝置。
為了將NOx排放降低到要求的值，大多數(shù)重型貨車制造商采用的系統(tǒng)通常包括利用還原劑如脲進(jìn)行選擇性催化反應(yīng)(利用通過分解脲，在排氣中原位產(chǎn)生的氨，用于選擇性催化反應(yīng)的脲“SCR”)。
為此，需要給車輛裝備裝有脲溶液的箱，以及裝備用于計量被噴射入排氣管道的脲量的裝置。鑒于通常用于這些目的的脲水溶液(在脲以重量計為32.5％時形成共晶(或低共熔))在-11℃時會凍結(jié)，所以必需提供加熱裝置以便液化溶液，從而在凍結(jié)溫度的冷起動條件下，其可以被噴射到排氣管道中。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為此目的已提供了若干系統(tǒng)。一般來說，這些系統(tǒng)包括相當(dāng)昂貴的加熱裝置，該裝置涉及專用加熱元件或在發(fā)動機(jī)冷卻回路上的旁通管。
美國申請2003/0101715提出用下述方法來解決此問題利用在某種發(fā)動機(jī)(直噴式柴油發(fā)動機(jī)、尤其是“共軌噴射”型)上存在的燃油回流管道來加熱添加劑。然而，當(dāng)外部溫度足夠高時，則不需要甚至有時不希望加熱脲溶液，因?yàn)檫@樣做可能會使其過早分解并且放出不希望的帶有氣味的蒸氣(在上述共晶點(diǎn)的情況下，在超過60℃時已經(jīng)發(fā)生了這種事情)。此外，在上述文獻(xiàn)中提出的系統(tǒng)在高溫的情況下不能有效地冷卻柴油的回流。
本申請的目的是通過提出用于貯存還原添加劑并將其噴射入發(fā)動機(jī)的排氣中的方法和系統(tǒng)來解決這些問題，該方法是有效的，而且沒有過多的氣味并且與環(huán)境溫度無關(guān)，并且其確實(shí)能夠?qū)θ加突亓鬟M(jìn)行有效冷卻(如果需要的話)。
為此，本發(fā)明涉及用于貯存添加劑并將其噴射入以燃油箱的燃油進(jìn)行供給的發(fā)動機(jī)的排氣中并借助于燃油回流管道使未使用的過量熱燃油回流到所述箱的方法，所述方法包括當(dāng)添加劑溫度低于或等于閾值T1時利用部分燃油回流管道加熱添加劑，以及當(dāng)添加劑溫度超過閾值T1時將加熱區(qū)段形成斷路。
術(shù)語“添加劑溫度”優(yōu)選地理解為在其貯存位置(添加劑箱)的添加劑的溫度。
閾值溫度T1可以是例如40℃，優(yōu)選30℃或甚至20℃。這是因?yàn)?，?0℃和40℃以上的溫度，許多添加劑易于釋放出侵蝕性和/或惡臭蒸氣，一種本發(fā)明能夠避免的現(xiàn)象。
因此，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，除了在加熱區(qū)段外，添加劑不與熱燃油回流進(jìn)行接觸。這意味著，僅加熱區(qū)段足夠地接近，并以可以影響添加劑溫度的方式加以排列，而燃油回流管道的剩余部分足夠地遠(yuǎn)離和/或絕熱，從而避免對添加劑的任何熱傳遞。
本發(fā)明還涉及用于實(shí)施上述方法的系統(tǒng)。尤其是涉及用于貯存添加劑和將其噴射入以燃油箱的燃油進(jìn)行供給的發(fā)動機(jī)的排氣中并借助于回流管道(包括至少一個與添加劑熱接觸的區(qū)段(或添加劑加熱區(qū)段))使未使用的過量熱燃油回流到所述箱的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括溫度傳感器和一種裝置，當(dāng)由該溫度傳感器測得的溫度超過預(yù)設(shè)值(閾值T1)時，上述裝置使加熱區(qū)段形成斷路。
換句話說，這樣的系統(tǒng)包括·添加劑加熱區(qū)段，其由回流管道的一部分構(gòu)成；·溫度傳感器；以及·當(dāng)由溫度傳感器測得的溫度超過閾值T1時使加熱區(qū)段形成斷路的裝置。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)有爭議的添加劑優(yōu)選為能夠還原存在于內(nèi)燃機(jī)排氣中的NOx的還原劑。有利的是，直接使用氨(其存在與安全性和腐蝕有關(guān)的缺點(diǎn))或在排氣中從前體如脲原位產(chǎn)生氨(可以避免上述缺點(diǎn))。本發(fā)明用脲產(chǎn)生良好的結(jié)果，尤其是用脲的水溶液。共晶溶液(包含以重量計32.5％的脲)是特別適宜的。
本發(fā)明可以應(yīng)用于包括燃油回流管道的任何內(nèi)燃機(jī)，即，使發(fā)動機(jī)未使用的過量燃油回流到燃油箱的管道。本發(fā)明可以有利地應(yīng)用于直噴式柴油發(fā)動機(jī)，尤其是應(yīng)用于重型貨車的柴油發(fā)動機(jī)。這是因?yàn)?，在這樣的發(fā)動機(jī)中，相當(dāng)普遍的是，燃油回流溫度在60和90℃之間，在該溫度下某些添加劑(尤其是脲溶液)會分解。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括至少一個用于貯存添加劑的箱以及至少一個用于將添加劑輸送到發(fā)動機(jī)的排氣管的供給管道。添加劑貯存箱一般位于回流管道附近，在發(fā)動機(jī)和燃油箱之間。有利地，其位于后者附近，尤其是為了保證更好地可達(dá)性加注。此外，有利的是，上述兩種箱遠(yuǎn)離溫度較高的排氣系統(tǒng)以及發(fā)動機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)通常還包括抽吸裝置(pick-up device)，該抽吸裝置用于將添加劑從添加劑箱輸送到噴射器。這種裝置通常是泵。鑒于腐蝕環(huán)境，這種裝置優(yōu)選位于添加劑箱的外部，其構(gòu)成材料優(yōu)選選自耐腐蝕金屬(尤其是一定等級的不銹鋼和鋁)。甚至對于連接器也不希望使用銅。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)通常還配備有用于將添加劑噴射入排氣中的噴射器。在重型貨車的情況下，這種噴射器有利地使用可在制動回路中獲得的壓縮空氣，以便分配和噴射添加劑。
大多數(shù)情況下，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包括計算機(jī)，該計算機(jī)連接于噴射器并使所需量的添加劑(尤其是按照以下參數(shù)排放水平和NOx的轉(zhuǎn)化；溫度和壓力；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等)噴射到排氣中。
根據(jù)本發(fā)明，使熱燃油從發(fā)動機(jī)回流到燃油箱的回流管道包括至少一個所謂的加熱區(qū)段，該加熱區(qū)段與添加劑熱接觸并且能夠在添加劑被噴射入發(fā)動機(jī)排氣中以前對其進(jìn)行加熱。為此，該區(qū)段實(shí)際上可以至少部分地鄰近添加劑供給管道(例如兩個管道可以是同軸的)和/或至少部分地在添加劑箱內(nèi)部。
特別有利的是，該加熱區(qū)段至少部分地位于添加劑箱內(nèi)部，以便能夠熔化儲存的添加劑(如果其凍結(jié)的話)使系統(tǒng)能夠快速起動。在這種情況下，優(yōu)選的是，該區(qū)段至少部分地具有盤管的形式(纏繞或Z型環(huán)路)。作為一種特別優(yōu)選的形式，這種盤管至少部分地圍繞添加劑抽吸點(diǎn)。這種盤管可以由直的不銹鋼管或波紋的塑料管(其更經(jīng)濟(jì)并且提供更大的熱交換面積，但缺點(diǎn)是降低的導(dǎo)熱率)形成。還可以以這樣的方式對其進(jìn)行設(shè)計，只有其“有效”部分(與其末端相比，實(shí)際的盤管段(coil bit)，)位于添加劑箱的底部，從而避免在表面加熱后者以及產(chǎn)生侵蝕性或惡臭蒸氣。
上述的結(jié)果是，作為相當(dāng)特別的優(yōu)選方式，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括用于從添加劑箱的一點(diǎn)抽取(drawing up)添加劑的裝置，位于添加劑箱中的加熱區(qū)段的一部分在抽吸點(diǎn)附近至少部分地具有盤管的形式，并且這種盤管和抽吸點(diǎn)是在添加劑箱的底部。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的基本特點(diǎn)在于具有溫度傳感器。優(yōu)選將這種傳感器放置在添加劑箱內(nèi)，并且作為相當(dāng)特別的優(yōu)選方式，將這種傳感器放置在靠近添加劑抽吸點(diǎn)的地方，以便確保當(dāng)觸發(fā)抽吸裝置時此處的添加劑處于液態(tài)(可噴射)。例如，可以預(yù)期，只有當(dāng)溫度高于閾值溫度T2(在該溫度下添加劑是液體)時，傳感器才激活所述抽吸裝置。這種溫度T2可以是，例如，-10℃，優(yōu)選-5℃或甚至0℃。
應(yīng)當(dāng)注意到，在該系統(tǒng)中這種傳感器還可以具有其它功能，尤其是可以用來與上述計算機(jī)通訊并提純所測添加劑的精度。
這種傳感器可以是任何已知的類型，優(yōu)選基于耐腐蝕材料。優(yōu)選的是，熱電偶涂布了精細(xì)材料層，該材料能夠?qū)μ砑觿┗瘜W(xué)耐受。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，傳感器必須探測的閾值溫度T1可以是例如40℃，優(yōu)選30℃或甚至20℃。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)高于和超過此溫度時，利用適當(dāng)?shù)难b置使添加劑加熱區(qū)段旁路。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的變化方案，溫度傳感器(直接或間接通過計算機(jī))控制一閥門，并且當(dāng)添加劑箱中的溫度超過預(yù)設(shè)閾值T1時，正是該閥門使所述區(qū)段能夠被形成斷路(旁路掉)。這個閥門引導(dǎo)熱燃油回流到燃油箱而沒有通過加熱區(qū)段，并且借助于稱作旁通管的構(gòu)件來這樣做，該旁通管終止于位于所述區(qū)段下游的燃油回流管道上的一點(diǎn)。
在上述變化方案中，有利的是，閥門是三通閥，該閥門使在燃油回流管道的加熱區(qū)段的上游處的一點(diǎn)能夠連接于所述加熱區(qū)段或連接于旁通管。還可能有利的是，此處(或，更確切地說，在旁通(或旁路)區(qū)段上靠近此處的位置)裝備有止回閥，以防止熱燃油流回到加熱區(qū)段(當(dāng)后者被形成斷路時)。
因?yàn)榧訜釁^(qū)段可以被旁路，所以根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以容易地使發(fā)動機(jī)未使用的熱燃油在其被供給到箱中以前被冷卻，并且這是與溫度條件無關(guān)的情況。為了實(shí)現(xiàn)此目的，所有需要的是，例如，上述旁通管裝備有熱交換器。具體地說，當(dāng)添加劑的溫度低于溫度傳感器閾值時，燃油將流過加熱區(qū)段，加熱添加劑并變得被冷卻；而當(dāng)添加劑溫度超過這個閾值溫度時，燃油將流過旁通管，其可以在旁通管中被熱交換器冷卻。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括用于調(diào)節(jié)熱量的裝置，其中熱量是由燃油回流管道中的、尤其是該管道的加熱區(qū)段中的燃油來傳遞。
在一特定的實(shí)施方式中，通過控制在加熱區(qū)段中流動的燃油溫度來進(jìn)行熱調(diào)節(jié)。
優(yōu)選地，通過位于加熱區(qū)段上游的熱交換器來控制燃油溫度。
在另一種實(shí)施方式中，通過控制在加熱區(qū)段中循環(huán)的燃油的流動來進(jìn)行熱調(diào)節(jié)。
優(yōu)選地，通過控制閥來控制流動。


圖1非限制性地說明了本發(fā)明。
此圖描述了根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的用于柴油機(jī)燃料箱1的變化方案，該柴油機(jī)燃料箱包括到柴油發(fā)動機(jī)(未示出)的供給管道2；以及回流管道3，該回流管道使發(fā)動機(jī)未使用的柴油(已在那里被加熱)回流到燃油箱1。
該系統(tǒng)包括裝有脲的水溶液的脲箱4，該脲的水溶液包含以重量計32.5％的脲(共晶)。該箱在其內(nèi)部設(shè)置有熱柴油回流管道3的區(qū)段5，其具有盤管的形式，其中盤管圍繞取出添加劑的區(qū)域(抽取管道10結(jié)束處)，溫度傳感器11也位于那里。可以利用三通閥6來斷路該區(qū)段，其作用是，借助于旁通管8將熱柴油直接引導(dǎo)到區(qū)段5下游的一點(diǎn)7。正好在接合點(diǎn)7之前，區(qū)段5裝備有止回閥9，以防止在旁通的情況下熱柴油經(jīng)過管道8進(jìn)入?yún)^(qū)段5。旁通管8與熱交換器12協(xié)作，以便在必要時可以冷卻在其中流動的柴油。
權(quán)利要求
1.一種用于貯存添加劑并將所述添加劑噴射入以燃油箱(1)的燃油供給的發(fā)動機(jī)的排氣中、并借助于回流管道(3)使未使用的過量熱燃油回流到所述箱(1)的方法，所述方法包括當(dāng)所述添加劑溫度低于或等于閾值T1時，利用所述回流管道(3)的區(qū)段(5)加熱所述添加劑，當(dāng)所述添加劑溫度超過所述閾值T1時，使所述加熱區(qū)段(5)形成斷路。
2.一種用于實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求所述方法的系統(tǒng)，包括·添加劑加熱區(qū)段(5)，所述區(qū)段由所述回流管道(3)的一部分構(gòu)成；·溫度傳感器(11)；以及·裝置(6，8)，當(dāng)由所述傳感器(11)測得的溫度超過所述閾值T1時，所述裝置使所述加熱區(qū)段(5)形成斷路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法或根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述添加劑是脲的水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法或根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機(jī)為直噴式柴油發(fā)動機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用來貯存所述添加劑的箱(4)，以及至少部分地位于所述箱(4)的內(nèi)部的所述添加劑加熱區(qū)段(5)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括利用抽吸管道(1O)從所述添加劑箱(4)的一點(diǎn)抽取所述添加劑的裝置，位于所述添加劑箱(4)中的所述區(qū)段(5)的一部分在所述抽吸點(diǎn)附近至少部分地具有盤管的形式，并且所述盤管和所述抽吸點(diǎn)是在所述添加劑箱(4)的底部。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度傳感器(11)也被設(shè)置在所述添加劑箱(4)內(nèi)，并在靠近所述抽吸點(diǎn)的地方，只有當(dāng)所述傳感器(11)測得的溫度高于給定溫度(閾值T2)時，所述溫度傳感器才能夠觸發(fā)所述添加劑抽吸裝置，其中在所述給定溫度下的所述添加劑是液體。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度傳感器控制三通閥(6)，所述三通閥使在所述加熱區(qū)段(5)上游的所述回流管道(3)上的一點(diǎn)能夠連接于所述區(qū)段(5)或連接于旁通管(8)，所述旁通管終止于位于所述區(qū)段(5)下游的所述回流管道(3)上的一點(diǎn)(7)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述接合點(diǎn)(7)之前，所述加熱區(qū)段(5)裝備有止回閥(9)，所述止回閥(9)在旁通的情況下防止所述熱的柴油機(jī)燃油通過所述管道(8)進(jìn)入所述區(qū)段(5)。
1O.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旁通管(8)裝備有熱交換器(12)，當(dāng)所述熱燃油回流通過所述熱交換器時，所述熱交換器能夠冷卻所述熱燃油回流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于貯存添加劑并將該添加劑噴射入以燃油箱(1)的燃油供給的發(fā)動機(jī)的排氣中、并借助于回流管道(3)使未使用的過量熱燃油回流到所述箱(1)的方法，所述方法包括當(dāng)添加劑溫度低于或等于閾值T1時利用所述回流管道(3)的區(qū)段(5)加熱所述添加劑，以及當(dāng)添加劑溫度超過閾值T1時將所述加熱區(qū)段(5)形成斷路；本發(fā)明還涉及用于實(shí)施上述方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括添加劑加熱區(qū)段(5)，其由回流管道(3)的一部分構(gòu)成；溫度傳感器(11)；以及一種裝置(6、8)，當(dāng)由傳感器(11)測得的溫度超過該閾值T1時該裝置使加熱區(qū)段(5)形成斷路。
文檔編號F02M55/00GK101076460SQ200580042805
公開日2007年11月21日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者斯特凡娜·萊奧納爾 申請人:因勒紀(jì)汽車系統(tǒng)研究公司