用還原試劑加熱的汽車選擇性催化還原的還原劑輸送單元的制作方法
【專利摘要】一種用于車輛的選擇性催化還原（SCR）后處理的還原劑輸送單元包括與在SCR催化轉換器的上游的排氣流動路徑關聯的螺線管操作流體注射器。所述流體注射器具有流體入口和流體出口。所述流體入口接收還原試劑的源并且所述流體出口與所述排氣流動路徑連通使得所述流體注射器控制尿素溶液注入到所述排氣流動路徑中。所述流體注射器具有用于引導在所述流體入口和所述流體出口之間的還原試劑的入口管。護罩相對于所述流體注射器被固定并包圍所述流體注射器的至少部分。線圈加熱器與所述流體注射器成一體并且被構造為并被布置為在通電時感應地加熱所述入口管以由此加熱在所述入口管之內的還原試劑。
【專利說明】用還原試劑加熱的汽車選擇性催化還原的還原劑輸送單元
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種向發動機排氣系統提供還原試劑的還原劑輸送單元(RDU)，并且更具體地涉及一種正好在注射之前直接加熱還原試劑的RDU。
【背景技術】
[0002]歐洲和北美出現新一輪的嚴格的排放法規正促使實現新的排氣后處理(after-treatment)系統,尤其針對貧乏燃燒技術，比如在貧乏和超貧乏的條件下操作的壓縮點火(柴油)發動機和分層進氣火花點火發動機(通常利用直接注入)。貧乏燃燒發動機表現出難以在貧乏燃燒的富氧排氣環境特征下處理的高水平的氮氧化物(NOx )排放。在這些條件下處理NOx的排氣后處理技術目前正在被開發。這些技術中的一個包括催化劑，其促進氨(NH3)與排出的氮氧化物(NOx)反應以產生氮氣(N2)和水(H2O)。該技術被稱為選擇性催化還原(SCR)。
[0003]氨在汽車環境下難以以其純凈形式處理。因此，這些系統習慣使用液體尿素水溶液，典型地按照尿素溶液(CO(NH2)2)的32%的濃度。所述溶液被稱為AUS-32，并且在其商業名稱AdBlue下也是眾所周知的。尿素溶液被輸送至熱排氣流并在經歷熱解或熱分解之后被轉化為排氣中的氨，被轉化為氨和異氰酸(HNC0)。異氰酸然后利用存在于排氣中的水進行水解并被轉化為氨和二氧化碳(C02)。由熱解和水解產生的氨然后如之前描述的那樣經歷與氮氧化物的催化反應。
[0004]在今天的生產系統中，RDU典型地被安裝在車輛的本體下方，在排氣管路上的下游位置。這導致在SCR催化劑處的溫度相對較低，點火時間較長，以及NOx的轉換效率較低。更低的排氣溫度(更低的焓)也抑制尿酸熱解反應的熱分解，或在熱解HNCO副產品的情況下，較低的溫度也抑制水解反應。結果是存在在SCR催化劑處的過量尿素和/或HNCO并且不足量的氨參與NOx還原反應。這種情況的良好示例在SAE 2007-01-1582 “Laboratoryand Engine Study of Urea-related Deposits in Diesel Urea-SCR After-TreatmentSystems”中被給出。發動機測功器數據顯示在300°C以下的排氣溫度下，可測量比例的所注入的尿素保持不被轉化為或者HNCO或者NH3。
[0005]在檢查替代還原試劑的潛力的行業中也存在活動。這些試劑(例如，甲酸胍(guanidinium formate))中的一些表現出比尿素的分解溫度更高的分解溫度。為了使這些替代方案是可行的，它們需要預加熱，典型地在位于遠離主要排氣的旁通流動通道中的專用重整器中。一個這樣的途徑的描述在SAE 2012-01-1078 “Development of a 3rdGenerat1n SCR NH3-Direct Dosing System for Highly Efficient DeNOx”中被提供。在啟動階段期間，這些重整器的概念典型地依賴于電加熱旁通氣體流并使用熱解反應催化劑來確保載體轉化為氨的適當條件。
[0006]因此，需要正好在注入之前直接加熱在RDU之內的還原試劑以允許在發動機起動之后更早開始注入，由此進一步減少NOx排放。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是實現上面提到的需要。根據本發明的原理，該目的通過提供一種用于車輛的選擇性催化還原(SCR)后處理的還原劑輸送單元來獲得。所述還原劑輸送單元包括螺線管操作流體注射器，其被構造為并被布置為與在SCR催化轉換器的上游的排氣流動路徑關聯。所述流體注射器具有流體入口和流體出口。所述流體入口被構造為并被布置為接收還原試劑的源并且所述流體出口被構造為并被布置為與所述排氣流動路徑連通使得所述流體注射器控制還原試劑注入到所述排氣流動路徑中。所述流體注射器具有用于引導在所述流體入口和所述流體出口之間的還原試劑的入口管。護罩相對于所述流體注射器被固定并包圍所述流體注射器的至少部分(port1ns)。線圈加熱器與所述流體注射器成一體并且被構造為并被布置為在通電時感應地加熱所述入口管以由此加熱在所述入口管之內的還原試劑。
[0008]根據所公開的實施例的另一個方面，一種將還原試劑輸送至車輛的排氣流動路徑用于選擇性催化還原(SCR)后處理的方法使螺線管操作流體注射器與在SCR催化轉換器的上游的排氣流動路徑關聯。所述流體注射器具有流體入口和流體出口。所述流體入口接收還原試劑的源。所述流體出口與所述排氣流動路徑連通。所述流體注射器具有用于引導在所述流體入口和所述流體出口之間的還原試劑的入口管。還原試劑在所述入口管之內的同時被加熱。所述流體注射器然后被操作以將所加熱的還原試劑注入到所述排氣流動路徑中。
[0009]本發明的其他目的、特征和特點以及操作的方法和結構的相關元件的功能、制造的零件和經濟學的組合在參照附圖考慮下列詳細描述和所附權利要求之后將變得更加顯而易見，其全部形成該說明書的一部分。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]本發明將從結合附圖的其優選實施例的以下詳細描述中最佳地被理解，其中，類似附圖標記表示類似元件，在附圖中:
圖1是根據實施例提供的RDU的透視圖。
[0011]圖2是圖1的RDU的截面視圖。
[0012]圖3是圖2的RDU的入口端部的放大視圖。
[0013]圖4是圖2的RDU的出口端部的放大視圖。
【具體實施方式】
[0014]參照圖1和圖2，根據本發明的實施例，RDU被示出，RDU總體用10指示。RDU 10可以被用在美國專利申請公開案N0.2008/0236147 Al中所公開的類型的系統中，該申請的內容由此通過參考而引入該說明書。
[0015]RDU 10包括螺線管流體注射器12，在配料應用中其提供流體的計量功能并提供流體的噴霧制劑到車輛的排氣流動路徑11中。因此，所述流體注射器12被構造為并被布置為與在SCR催化轉換器13的上游的排氣流動路徑11關聯。所述流體注射器12優選是汽油、電動操作的螺線管燃料注射器，比如在美國專利N0.6，685，112中所公開的類型，該專利的內容由此通過參考而引入該說明書中。因此，第一電磁線圈15 (圖2)當經由電連接器17 (圖1)通電時以常規的方式操作所述流體注射器12。
[0016]所述流體注射器12被布置在內部載架14的內偵彳。入口杯結構(總體用16指示)包括入口杯18和與所述入口杯18成一體或耦合至所述入口杯18的入口連接器20。所述入口連接器20限定所述注射器12的入口 22。所述入口連接器20與還原試劑21 (比如經由入口管23供給至注射器12以從所述注射器12的出口 24射出的尿素溶液)的源連通。因此，所述入口管23引導在所述流體入口 22和所述流體出口 24之間的尿素溶液。
[0017]注射器護罩26耦合至所述注射器載架14以使得所述護罩26相對于所述注射器12被固定。所述護罩26包圍所述注射器12的至少一部分并使其與環境因素(比如所噴射的砂礫、高壓水射流、潑濺等)隔離。所述護罩26也提供對RDU 10的結構支持。開口 27通過所述護罩26設置以空氣冷卻所述流體注射器12。
[0018]尿素溶液通過所述入口 22供給并在壓力下輸送至所述螺線管流體注射器12。所述尿素溶液被計量并在出口 24處以常規的方式退出所述注射器12，這是由于螺線管操作的閥門28相對于座30 (圖3)移動造成的。RDU 10利用法蘭32，優選利用螺栓(未被示出)安裝到排氣系統上。當然，其他安裝方法可以被使用，比如夾緊或其他機械接合技術。
[0019]根據實施例，為了在需要時并在注射之前加熱尿素溶液，感應線圈加熱器34被設置在所述螺線管注射器12中。所述感應線圈加熱器34經由被施加至電連接器17的電力而電動操作。因此，當通電時，所述線圈加熱器34提供電磁場以感應地加熱注射器入口管23并因此加熱其中的尿素溶液。正好在注射之前的這種尿素溶液加熱允許在發動機起動之后更早開始注射，由此進一步減少NOx排放。
[0020]為了將所述注射器12維持在固定位置，注射器底部止動件40 (圖3)和可壓縮上部止動件42(圖4)被設置。所述底部止動件40相對于所述注射器的靠近所述流體出口 24的端部被構造并被布置以使得在操作所述RDU 10期間，正流體壓力對所述注射器12起作用以保持其抵靠在非金屬底部止動件40上。圖3的實施例解決了與注射器12的制造有關的問題，其在所述入口管23朝向注射器尖端的一側上產生焊珠，由此使下部O型環密封壓蓋44直接坐落抵靠薄壁外殼46變得不切實際。然而要認識到的是，解決允許省去底部止動件的該問題的其他實施例在本發明的范圍之內。
[0021]順從的(compliant)、優選是彈性體的上部止動件42旨在在組裝期間，或在振動誘發足以抬升所述注射器12使其遠離所述底部止動件40的情況下，保護免于在所述注射器入口管23的法蘭48和所述入口杯18之間的金屬對金屬接觸。所述上部止動件42的次要功能是為工作流體提供第一密封屏障。
[0022]所述流體加熱器34的操作是根據需要的，如通過發動機操作條件所確定的，典型地經由在中央控制單元(未被示出)中編碼的算法。所述RDU 10在注入點處的直接加熱導致更有效的熱傳遞和所期望的還原劑的生產。
[0023]雖然尿素溶液已經被公開為還原試劑21，但是可以了解的是，可使用其他還原試齊U，例如甲酸胍，因為試劑21現在在注射時被加熱。
[0024]前文的優選實施例已經出于說明本發明的結構和功能原理以及說明采用優選實施例的方法的目的被示出并被描述，并且在不背離這樣的原理的情況下進行改變。因此，本發明包括涵蓋在下列權利要求的精神之內的所有修改。
【權利要求】
1.一種用于車輛的選擇性催化還原(SCR)后處理的還原劑輸送單元，所述還原劑輸送單元包括: 螺線管操作的流體注射器，其被構造為并被布置為與在SCR催化轉換器上游的排氣流動路徑關聯，所述流體注射器具有流體入口和流體出口，所述流體入口被構造為并被布置為接收還原試劑的源，并且所述流體出口被構造為并被布置為與所述排氣流動路徑連通以使得所述流體注射器控制還原試劑注入到所述排氣流動路徑中，所述流體注射器具有用于在所述流體入口和所述流體出口之間引導還原試劑的入口管； 護罩，其相對于所述流體注射器被固定，并包圍所述流體注射器的至少部分；以及 線圈加熱器，其與所述流體注射器成一體并且被構造為并被布置為在通電時感應地加熱所述入口管以由此加熱在所述入口管之內的還原試劑。
2.如權利要求1所述的輸送單元，其中，所述流體注射器包括入口杯和管連接器，所述管連接器限定所述流體入口。
3.如權利要求2所述的輸送單元，還包括可壓縮止動件，所述可壓縮止動件在所述入口杯的一部分和所述入口管的一部分之間，以防止在所述入口杯的一部分和所述入口管的一部分之間的接觸。
4.如權利要求3所述的輸送單元，還包括第二止動件，所述第二止動件相對于靠近所述流體出口的所述注射器的端部被構造并被布置以使得在操作期間，正流體壓力作用在所述注射器上以保持其抵靠所述第二止動件。
5.如權利要求3所述的輸送單元，其中，所述可壓縮止動件被構造為并被布置為為還原試劑提供密封屏障。
6.如權利要求1所述的輸送單元，其中，所述護罩包括多個貫穿其中的開口，用于空氣冷卻所述流體注射器。
7.如權利要求1所述的輸送單元，還包括被構造為并被布置為將輸送單元安裝到所述排氣流動路徑的法蘭。
8.如權利要求1所述的輸送單元，與供給到所述流體入口的還原試劑的源組合。
9.如權利要求8所述的輸送單元，其中，所述還原試劑是尿素溶液。
10.如權利要求8所述的輸送單元，其中，所述還原試劑是甲酸胍。
11.一種將還原試劑輸送至車輛的排氣流動路徑以用于選擇性催化還原(SCR)后處理的方法，所述方法包括步驟: 使螺線管操作的流體注射器與在SCR催化轉換器上游的排氣流動路徑關聯，所述流體注射器具有流體入口和流體出口，所述流體入口接收還原試劑的源，所述流體出口與所述排氣流動路徑連通，所述流體注射器具有用于在所述流體入口和所述流體出口之間引導還原試劑的入口管； 在所述入口管之內同時加熱還原試劑；以及 操作所述流體注射器以將所加熱的還原試劑注入到所述排氣流動路徑中。
12.如權利要求11所述的方法，其中，所述流體注射器包括入口杯和管連接器，所述管連接器限定接收還原試劑的源的所述流體入口。
13.如權利要求12所述的方法，還包括步驟: 設置可壓縮止動件，所述可壓縮止動件在所述入口杯的一部分和所述入口管的一部分之間，以防止在所述入口杯的一部分和所述入口管的一部分之間的接觸。
14.如權利要求13所述的方法，還包括步驟: 設置第二止動件，所述第二止動件與靠近所述流體出口的所述注射器的端部關聯以使得在操作期間，正流體壓力作用在所述注射器上以保持其抵靠所述第二止動件。
15.如權利要求13所述的方法，還包括步驟: 確保所述可壓縮止動件為還原試劑提供密封。
16.如權利要求11所述的方法，還包括步驟: 繞所述流體注射器的至少一部分設置護罩。
17.如權利要求16所述的方法，還包括: 確保所述護罩允許空氣冷卻所述注射器。
18.如權利要求11所述的方法，其中，關聯的步驟包括使用法蘭來將所述注射器安裝到所述排氣流動路徑上。
19.如權利要求11所述的方法，其中，所述還原試劑是尿素溶液。
20.如權利要求11所述的方法，其中，所述還原試劑是甲酸胍。
【文檔編號】F01N3/20GK104131868SQ201410154415
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2013年4月17日
【發明者】S.C.巴戈斯, W.N.范伍倫, M.J.霍恩比, P.齊默克, K.肖 申請人:大陸汽車系統公司