用于將還原劑施加到內(nèi)燃機的廢氣通道中的廢氣再處理系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于將還原劑(42)施加到內(nèi)燃機(5)的廢氣通道(20)中的廢氣再處理系統(tǒng)(10)和方法。該廢氣再處理系統(tǒng)(10)包括：一個儲備容器(40)，一個定量配給泵(55)，一個混合室(70)及一個壓力氣體供給裝置(30)。定量配給泵(55)將還原劑(42)由儲備容器(40)施加到混合室(70)中，其中壓力氣體供給裝置(30)將氣體(33)這樣地施加到混合室(70)中，以使得還原劑(42)霧化?；旌鲜?70)與定量配給泵(55)間隔開，其中定量配給泵(55)通過還原劑管路(60)對混合室(70)供給還原劑(42)?；旌鲜?70)直接地設置在廢氣通道(20)的引導廢氣的區(qū)域中。輸送給廢氣通道(20)的還原劑(42)的計量通過定量配給泵(55)來實現(xiàn)。
【專利說明】用于將還原劑施加到內(nèi)燃機的廢氣通道中的廢氣再處理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權(quán)利要求的前序部分的用于將還原劑施加到內(nèi)燃機的廢氣通道中的廢氣再處理系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于內(nèi)燃機的廢氣的再處理，尤其廢氣中氧化氮的再處理，已公知了廢氣再處理系統(tǒng)，在這些廢氣再處理系統(tǒng)中將一種還原劑、通常為尿素水溶液定劑量地配給到廢氣通道中，其中由尿素水溶液通過水解在廢氣通道中形成氨。借助選擇性催化還原氧化氮通過氨轉(zhuǎn)換成對環(huán)境無害的物質(zhì)如氮及水。由DE19856366公知了一種廢氣再處理系統(tǒng)，其中通過泵將尿素水溶液及壓縮空氣輸送給一個混合室，在混合室中借助壓縮空氣使尿素水溶液霧化及借助一個噴射閥將該霧化氣溶膠定量地噴射到廢氣通道中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]相比之下根據(jù)本發(fā)明的具有獨立權(quán)利要求的特征的用于將還原劑施加到內(nèi)燃機的廢氣通道中的廢氣再處理系統(tǒng)及方法具有其優(yōu)點，即所述泵被構(gòu)成道路配給泵，其中對混合室或廢氣通道的還原劑的輸送及符合需要的計量通過定量配給泵來實現(xiàn)。在此情況下根據(jù)本發(fā)明定量配給泵不具有閥地通過還原劑管路與內(nèi)燃機的廢氣通道連接。通過由一個定量配給泵來結(jié)合輸送功能及計量功能可降低廢氣再處理系統(tǒng)的復雜性并由此降低其成本，因為可取消一個附加的計量單元。通過定量配給泵與廢氣通道不具有閥地連接該系統(tǒng)可“耐冰壓”，這意味著，如果處于還原劑管路中的還原劑凍結(jié)，則可能作到:該還原劑膨脹，但不會損壞廢氣再處理系統(tǒng)的部件。這可通過彈性的還原劑管路及通過體積補償來實現(xiàn)，因為還原劑在一定情況下可超過還原劑管路的端部向著混合室或廢氣通道的方向膨脹。通過使混合室與定量配給泵在空間上的分開該定量配給泵不會遭受通過廢氣通道的高熱負荷，而混合室以有利的方式被廢氣通道加熱。通過混合室無距離地布置在廢氣通道上可取消一個使混合室與廢氣通道連接的附加的管路。此外混合室可通過廢氣通道來加熱，例如為了促使還原劑的稀釋或熔化混合室中還原劑的沉積。
[0004]通過在從屬權(quán)利要求中所述的措施可得到所給出的廢氣再處理系統(tǒng)及所給出的方法的有利的進一步構(gòu)型及改進。
[0005]一個有利的構(gòu)型在于:還原劑管路至少在通入混合室的一個區(qū)段中被作成毛細管。通過液態(tài)還原劑與毛細管壁之間的高粘著力可避免還原劑由還原劑管路不受控制地進入混合室。因此僅當毛細管中的還原劑附加地處于一個相對混合室中的壓力升高的壓力時，還原劑才進入混合室。此外還原劑的自由表面比與進入混合室的出口的交界面小，以致僅導致還原劑很少的汽化。
[0006]在此情況下特別有利的是，在還原劑管路中在定量配給泵與混合室之間設有一個節(jié)流器。通過節(jié)流器可阻尼還原劑管路中的壓力波動，以致不會產(chǎn)生向混合室不合意愿地配給還原劑。
[0007]另一有利的構(gòu)型在于:設有加熱裝置、尤其與廢氣通道中的廢氣加熱不同的加熱裝置，該加熱裝置將混合室加熱到還原劑的結(jié)晶體的熔化溫度以上的溫度。通過該加熱裝置、例如一個電阻加熱器也可在僅通過內(nèi)燃機廢氣輸入的熱量不能滿足的內(nèi)燃機工作點上將混合室加熱到還原劑的結(jié)晶體的熔化溫度以上的溫度。由此在內(nèi)燃機的所有工作點上可靠地防止了因混合室中形成結(jié)晶對廢氣再處理系統(tǒng)功能的干擾。
[0008]另一有利的構(gòu)型在于:設有一個輸送裝置，該輸送裝置尤對于內(nèi)燃機有關(guān)機要求時使還原劑由還原劑管路往回輸送到儲備容器中。通過該輸送裝置、尤其與定量配給泵不同的輸送裝置可使還原劑由還原劑管路往回輸送到儲備容器中，由此可取消系統(tǒng)的防冰凍的設計及可由劃算的材料、例如單一的聚合物材料來制造系統(tǒng)的部件。
[0009]另一有利的構(gòu)型在于:混合室通過一個噴射管與內(nèi)燃機的廢氣通道相連接。通過一個噴射管可將霧化的還原劑這樣地輸送給廢氣通道，以致排出的還原劑不會沉積在廢氣通道的壁上。此外通過噴射管有針對性的輸入還原劑可達到還原劑在廢氣通道的橫截面上良好的均勻分布，由此可改善后置的催化器中的轉(zhuǎn)換率。
[0010]此外有利地提出，在使壓力供給裝置與混合室連接的壓力氣體管路中設有一個閥，尤其一個單向止回閥。通過該閥可使向混合室的壓力氣體輸入中斷或根據(jù)需要地打開，由此與混合室的壓力氣體的連續(xù)供給相比減少了壓力氣體的需要量。在此情況下特別有利的是使用單向止回閥，由此可附加地阻止還原劑由混合室向壓力氣體供給裝置的回流。
[0011]在此情況下特別有利的是，壓力供給裝置中的閥及定量配給泵通過一個共同的控制裝置來控制，因為這樣可使輸入的壓力氣體量理想地適配于通過定量配給泵輸入的還原劑的量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]在附圖中表示出本發(fā)明的實施例及在以下的說明中對其詳細地描述。在圖1及2中相同的構(gòu)件或具有相同功能的構(gòu)件用相同的標號來指示。
[0013]圖1表示根據(jù)本發(fā)明的廢氣再處理系統(tǒng)的第一實施例，
[0014]圖2表示根據(jù)本發(fā)明的廢氣再處理系統(tǒng)的一個變換的實施例，
[0015]圖3表示根據(jù)本發(fā)明的廢氣再處理系統(tǒng)的另一變換的實施形式，
[0016]圖4表示根據(jù)本發(fā)明的廢氣再處理系統(tǒng)的另一變換的實施例。
[0017]具體實施形式
[0018]圖1中表示一個根據(jù)本發(fā)明的廢氣再處理系統(tǒng)10。一個用于還原劑42的儲備容器40通過管路43,45與一個輸送機組50連接。在管路43,45中設有一個過濾器44。輸送機組50包括一個定量配給泵55及一個預過濾器52。輸送機組50通過一個還原劑管路60與一個混合室70的第一輸入端71相連接。在此情況下輸送機組50在空間上與混合室70分開?；旌鲜?0具有第二輸入端72，一個壓力氣體供給裝置30通過該第二輸入端連接到混合室70上。壓力氣體供給裝置30包括一個壓力氣體源32，處于壓力下的氣體33可由該壓力氣體源通過輸入管路34，36輸入混合室70。在輸入管路34，36中設有一個閥35，借助該閥可使壓力氣體源32與混合室70分開。混合室70具有一個混合腔75，輸入管路34，36及還原劑管路60通入該混合腔。在混合室70的第一輸入端71與混合腔75之間在還原劑管路60中設有一個過濾器74及一個節(jié)流器73。一個噴射管77由混合室75導入一個內(nèi)燃機5的廢氣通道20內(nèi)，其中混合室70或混合腔75可直接地設置在廢氣通道20的一個引導廢氣的區(qū)域上。在廢氣通道20中在廢氣流動方向上噴射管77的下游設有一個用于廢氣再處理的裝置25。一個控制裝置80通過一個信號導線82與輸送機組50的定量配給泵55相連接?？刂蒲b置80通過另一信號導線84與閥35相連接。這里輸送機組50的定量配給泵55不具有閥地與廢氣通道20連接，這就是說在定量配給泵55的輸出端與廢氣通道之間未設置閥，但定量配給泵55本身可具有一個公知的壓力側(cè)的、用于關(guān)閉定量配給泵55中的一個壓縮室的閥。
[0019]內(nèi)燃機5的廢氣通過廢氣通道20流到用于廢氣再處理的裝置25。為了提高用于廢氣再處理的裝置25的效能，可通過噴射管77將還原劑42定量地噴射到廢氣通道20中。廢氣再處理系統(tǒng)10的控制通過控制裝置80來實現(xiàn)，通過該控制裝置將控制輸送機組50的定量配給泵55。在此情況下還原劑42由儲備容器40通過管路43輸送到第一過濾器44，在該過濾器中由還原劑過濾出顆粒及污物。還原劑42通過管路45繼續(xù)向輸送機組50輸送。還原劑42在輸送機組50中流過另一過濾器52，在此過濾器中再次地由還原劑42過濾出污物及顆粒，并到達定量配給泵55。定量配給泵55根據(jù)控制裝置80的信號對還原劑42的量進行計量并將該量值的還原劑42通過還原劑管路60輸送到混合室70的第一輸入端71。在還原劑進入混合室75之前，在混合室70中還原劑42流過另一過濾器74及一個節(jié)流器73。在混合室75中還原劑42借助氣體33來霧化，其中氣體33通過一個管路36進行輸入，該管路與混合室70的第二輸入端72相連接。在混合室70的第二輸入端72上連接著壓力氣體供給裝置30，其中氣體由壓力氣體源-例如一個壓縮空氣罐-通過管路34，36流到混合室70的混合腔75。這里氣體33-優(yōu)選為壓縮空氣-處于一個相對廢氣通道20中或混合室75中的壓力提高的壓力下，例如在一個在5與20巴之間的壓力下。為了使壓力源32與混合室70分離，管路34，36可通過一個受控制裝置80控制的閥35來閉合壓力源32與混合室70之間的連接。尤其可通過由控制裝置80對閥35及定量配給泵55的共同控制也使用于霧化還原劑42的氣體33的需要量適配于由定量配給泵55輸送到混合室70或混合腔75的還原劑42的量。霧化的還原劑42、尤其是還原劑42的氣溶膠(Aerosol)將由混合腔75通過噴射管77輸入到廢氣通道20中及在那里支持用于廢氣再處理的裝置25的廢氣再處理。作為還原劑42例如使用尿素水溶液或燃料、一起柴油燃料來還原氧化氮。閥35、例如一個電磁閥可通過電來進行控制，但也可通過機械、氣動或液壓來進行控制。定量配給泵55的控制也可優(yōu)選地通過電來進行，但它并不局限在電驅(qū)動源上。
[0020]在一個特別簡單的實施形式中可至少部分地取消過濾器44，52，74、尤其是過濾器52，74。也可將整個還原劑管路60或至少還原劑管路60通入混合腔75的部分構(gòu)成毛細管來代替還原劑管路60中的節(jié)流器73。在一個非常簡化的實施形式中也可完全取消節(jié)流器73。
[0021]圖2中公開了根據(jù)本發(fā)明的廢氣再處理系統(tǒng)10的另一實施例。一個直接設置再廢氣通道20上的混合室70具有2個輸入端71，72，其中混合室通過第一輸入端71經(jīng)由還原劑管路60與輸送機組50連接。附加地在該實施例中混合室70的第二輸入端72通過一個用于氣體33的第二管路34與輸送機組50連接。輸送機組50包括定量配給泵55，借助該定量配給泵可使還原劑42由儲備容器40輸入到混合室70中。此外輸送機組50具有一個帶有另一泵90的壓力氣體供給裝置30，其中該另一泵90通過一個管路92與外圍部分連接。在該另一泵90上設有一個驅(qū)動單元91，例如一個電動機。在管路92中設有一個空氣過濾器29。連接另一泵30與混合室70的混合腔75的管路34包括一個儲存容積37及另一過濾器38，以便從壓縮氣體33中過濾出污物。輸送機組50通過管路43，45與還原劑42的儲備容器40連接，其中由將輸送機組50的定量配給泵55與混合室70的混合腔75連接的還原劑管路60分支出一個回流管路57，59，為了使還原劑42回流到管路45中該回流管路通到定量配給泵55的前面。在回流管路57，59中設有一個優(yōu)選為可電開關(guān)的第一閥53及一個單向止回閥54。一個控制裝置80通過第一信號導線82與定量配給泵55連接及通過第二信號導線84與另一泵90或另一泵90的驅(qū)動單元91相連接。
[0022]為了定量配給還原劑42將通過控制裝置80來控制定量配給泵55，該定量配給泵將還原劑42輸送到混合室70的混合腔75中。該控制裝置80同時直接地或借助驅(qū)動單元91控制另一泵90，由此根據(jù)輸入的還原劑42的量將相應的氣體33的、尤其壓縮空氣的量輸送給混合腔75，借助該氣體在混合腔75中使還原劑42霧化。在該第一、以下稱為常規(guī)工作的工作狀態(tài)中閥53關(guān)閉，由此使回流管路57，59中斷及阻止了還原劑42通過回流管路57，59的回流。此外回流管路57，59還通過單向止回閥54來中斷，以便不形成定量配給泵55的旁路，以致無還原劑42可通過儲備容器40中的過壓在定量配給泵55的旁邊流到混合室70中。通過還原劑42及為還原劑42的霧化所需的氣體33的符合需要的輸入將避免多余的流體輸送，由此使廢氣再處理系統(tǒng)10在能量上特別高效。如果在廢氣再處理系統(tǒng)10的常規(guī)工作中對于內(nèi)燃機5存在關(guān)斷需求，則使廢氣再處理系統(tǒng)10的一部分、尤其混合室70及還原劑管路60排空。為此使閥53打開。通過另一泵90或儲存容積37對混合腔75輸入處于壓力下的氣體33，該氣體將混合室70及還原劑管路60中的還原劑42往回壓。通過該氣體33將還原劑42通過回流管路57，59及管路45，43往回輸送到儲備容器40中。在此情況下單向止回閥54通過氣體33的或回流還原劑42的壓力而打開，由此開放了通過回流管路57，59的連接。
[0023]圖3中表示根據(jù)本發(fā)明的廢氣再處理系統(tǒng)10的另一變換的實施例。其結(jié)構(gòu)在很大程度上相應于根據(jù)圖1的結(jié)構(gòu)，由此在下面僅詳細討論其區(qū)別。用于還原劑42的儲備容器40通過管路43，45與輸送機組50連接，輸送裝置本身通過還原劑管路60與混合室70的第一輸入端71相連接。混合室70具有一個混合腔75，該混合腔被設置在廢氣通道20的引導廢氣的一個區(qū)域內(nèi)。在混合室70中還原劑管路60的繼續(xù)輸送部分具有一個過濾器74及一個節(jié)流器73、優(yōu)選為一個超臨界的節(jié)流器，它們被設置在混合室70的第一輸入端71與混合腔75之間?；旌锨?5通過一個壓力供給裝置30來加載處于壓力下的氣體33，該壓力供給裝置連接在混合室70的第二輸入端72上，其中在第二輸入端72與混合腔之間設有一個過濾器38，一個節(jié)流器79及一個單向止回閥39。在混合腔75上設有一個電加熱電阻形式的加熱裝置78，借助該加熱裝置可對混合腔75附加地加熱。輸送機組50除定量配給泵55外還具有一個回流管路57，59，在該回流管路中設有一個回吸泵58?；亓鞴苈?7，59為相對定量配給泵55的一個旁路，其中還原劑42由還原劑管路60通過回吸泵58并經(jīng)過回流管路57，59及管路45，43與儲備容器40連通?？刂蒲b置80通過第一信號導線82與定量配給泵55連接。該控制裝置80通過第二信號導線84與管路34，36中的閥35連接，該管路使壓力源32與混合室70的混合腔75連接。第三信號導線86由控制裝置80導向回吸泵58。
[0024]還原劑42的定量配給類似于圖1及2的實施例。因為在使用包含可溶物質(zhì)的還原劑、如尿素水溶液的情況下可導致該物質(zhì)的結(jié)晶，在廢氣再處理系統(tǒng)的引導還原劑42的區(qū)域中，例如在混合室70、尤其在通入噴射管77的混合腔75中可形成沉積和/或結(jié)晶，它們將使橫截面減小或完全堵塞從儲備容器40到廢氣通道20的流體連接，這可導致功能的損失直至該廢氣再處理系統(tǒng)10的失效。通過將混合室70的混合腔75設置再廢氣通道20的引導廢氣的區(qū)域中在內(nèi)燃機的一定工作狀態(tài)中廢氣可將混合室70、尤其混合室70的混合腔75在這樣的程度上加熱，以致這些結(jié)晶被熔化及流體連接的原始橫截面重新被開放。該作用可通過附加的加熱裝置78如電阻加熱器來增強或根據(jù)內(nèi)燃機5的工作狀態(tài)來擴展，在這些工作狀態(tài)中僅通過內(nèi)燃機5的廢氣輸入的熱量不足以熔化結(jié)晶或分解沉積。相應地附加的加熱裝置也可依據(jù)圖3的實施形式組合在圖1，圖2及圖4的實施形式中。在一個簡單的實施形式中取消了附加的加熱裝置78而混合室70或混合腔75及噴射管77僅通過廢氣的熱量這樣來加熱，以致引起結(jié)晶的熔化或沉積的分解。
[0025]在常規(guī)工作中回流管路57，59通過回吸泵58來封閉，由此不可能形成定量配給泵55的旁路。在內(nèi)燃機5需要關(guān)機的情況下通過回吸泵58使還原劑42由還原劑管路60往回輸送到儲備容器40中。
[0026]變換地回吸泵58或回吸功能又可組合在定量配給泵55中，由此可取消回流管路57,59ο
[0027]圖4表示根據(jù)本發(fā)明的廢氣再處理系統(tǒng)的另一實施例。根據(jù)圖4的實施形式與根據(jù)圖2的實施形式的區(qū)別僅在于:另一泵90未組合在輸送機組50中，而另一泵90及與該另一泵90形成直接功能關(guān)系的空氣過濾器29和/或可選擇的儲存容積37以及另一過濾器38被設置在輸送機組以外，尤其在空間上與輸送機組分開。另一泵90由驅(qū)動單元91驅(qū)動，該驅(qū)動單元例如為一個電動機。其功能在很大程度上相應于圖2的實施例，但輸送機組50由于構(gòu)件數(shù)目少在制造及組裝上不復雜及另一泵90可設置在任意位置上，尤其可遠離廢氣通道20和/或還原劑42。
【權(quán)利要求】
1.用于將還原劑(42)施加到內(nèi)燃機(5)的廢氣通道(20)中的廢氣再處理系統(tǒng)(10)，包括:一個儲備容器(40)，一個定量配給泵(55)，一個混合室(70)及一個壓力氣體供給裝置(30)，其中定量配給泵(55)將還原劑(42)由儲備容器(40)施加到混合室(70)中，及其中壓力氣體供給裝置(30)將氣體(33)這樣地施加到混合室(70)中，以使得還原劑(42)霧化，其特征在于:混合室(70)與定量配給泵(55)間隔開，其中定量配給泵(55)通過還原劑管路出0)對混合室(70)供給還原劑(42)，混合室(70)直接地設置在廢氣通道(20)的引導廢氣的區(qū)域中，其中輸送給廢氣通道(20)的還原劑(42)的計量通過定量配給泵(55)來實現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的廢氣再處理系統(tǒng)(10)，其特征在于:定量配給泵(55)不具有閥地與內(nèi)燃機(5)的廢氣通道(20)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的廢氣再處理系統(tǒng)(10)，其特征在于:還原劑管路(60)至少在通入混合室(70)的一個區(qū)段中被作成毛細管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的廢氣再處理系統(tǒng)(10)，其特征在于:在還原劑管路(60)中在定量配給泵(55)與混合室(70)之間設有一個節(jié)流器(62)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的廢氣再處理系統(tǒng)(10)，其特征在于:設有加熱裝置(78)、尤其與廢氣通道(20)中的廢氣不同的加熱裝置(78)，這些加熱裝置將混合室(70)加熱到還原劑(42)的結(jié)晶體的熔化溫度以上的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的廢氣再處理系統(tǒng)(10)，其特征在于:設有一個輸送裝置(55，58)，尤其一個回吸泵(58)，該回吸泵尤其是在內(nèi)燃機有關(guān)機要求時使還原劑(42)由還原劑管路往回輸送到儲備容器(40)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項的廢氣再處理系統(tǒng)(10)，其特征在于:在混合室(70)上連接一個噴射管(77)，其中該噴射管及混合室(70)的至少混合腔(75)伸入到內(nèi)燃機(5)的廢氣通道(20)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項的廢氣再處理系統(tǒng)(10)，其特征在于:壓力氣體供給裝置(30)包括一個壓力氣體管路(34，36)，該壓力氣體管路使一個壓力源(32)與混合室(70)連接，其中在壓力氣體管路(34，36)中設有一個閥(35)，尤其一個單向止回閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的廢氣再處理系統(tǒng)(10)，其特征在于:閥(35)及定量配給泵(55)通過一個共同的控制裝置(80)來控制。
10.用于將還原劑(42)施加到內(nèi)燃機(5)的廢氣通道(20)中的方法，其中還原劑(42)從一個儲備容器(40)輸送到一個混合室(70)中，及其中還原劑(42)在混合室(70)中通過氣體(33)來霧化，其特征在于:通過還原劑管路(60)對與定量配給泵(55)間隔開的混合室(70)供給還原劑(42);混合室(70)直接地設置在廢氣通道(20)的引導廢氣的區(qū)域中，其中輸送給廢氣通道(20)的還原劑(42)通過定量配給泵(55)來計量。
【文檔編號】F01N3/20GK103946500SQ201280056397
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月29日
【發(fā)明者】R·甘澤爾, A·克斯特, U·邁因加斯特, G·嫩特維希 申請人:羅伯特·博世有限公司