专利名称：发动机排气添加剂存储系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种发动机排气添加剂存储系统。
背景技术：
关于车辆和重型货车排放物的立法规定了，除其他事项外，减少在
大气中排放的氮氧化物NOx的量。 一种已知的达到这个要求的方法是使用SCR (选择性催化还原)，这种方法通过将一种还原剂(通常是氨)注入排气系统来减少氮氧化物。这种氨可来源于一种氨前体溶液的热分解，该氨前体溶液的浓度可能是共晶浓度。像这样的一种氨前体通常是一种尿素溶液。
采用SCR方法，发动机在最佳效率的燃烧过程中产生的高水平的NOx当它们离开发动才几时在一个4崔^b转化器中进4亍处理。这个处理要求以 一种精确浓度以及极端的品质来使用还原剂。因此，该溶液被精确计量并且注入到排气流中，其中它在将氮氧化物(NCy转化为氮气(N。和水(H20)之前被水解。
为此，有必要为车辆安装容纳添加剂(通常是尿素)溶液的罐，以及用于对所要求量的添加剂进行计量并将其注入该排气系统的装置。
在先有技术中已经提供了存储和补给还原添加剂的不同系统，并且这些可以大致分为两类 一类是直接抽取所要求量的添加剂(因此不会重复循环该添加剂溶液)以及一类是确实再循环该添加剂溶液。在第一种情况中，该计量装置(这可能是一个泵或一个计量岡)可以通过起始于该4诸存罐底部的 一才艮管线简单地在重力作用下补舌会添加
剂。美国专利5,628,186描述了诸如此类的一个系统。
在第二种情况中，其中向外和返回流动通常用一个调压器来控制，该添加剂在压力下进4亍计量并且通常必须依赖 一个泵来产生这个压力。美国专利6,063,350描述了诸如此类的 一个系统。
为了能准确地计量进入排出气体的添加剂溶液，已知的做法是在添加剂罐中结合一些元件，比如一个水准4义， 一个温度传感器， 一个品质传感器， 一个电阻加热元件，等等。上述美国专利6,063,350 "^是出将这些不同的部件集中到位于罐的顶壁上的泵的基板上。这种方法使之比较容易将该系统结合到车辆中(因为全部的连接被集中到同一个地方)并且使之有可能减少在罐壁上开口的数量。
然而，该基4反位于罐的顶壁这一事实有i午多缺点
-在补给和回流管道中有4艮多高点，其中存在该添加剂可能分解而产生的气体可能累积的风险；
-这就必须提供一个收集器来防止泵干涸并且失去它的灌注；
-由于在其使用期限中该罐端壁变形^吏得测量变得有些不准确；
-这些部件经受长时间暴露于添加剂蒸汽，即使这些蒸汽通常是腐蚀性的(在尿素的情况下存在氨)；
-在发生凝固的情况下， 一些部件可能会^L损害，因为漂浮在表面的固体添加剂块在它们来回移动时可能撞击所述部件。
发明内容
本申请的目的在于提供一种发动机排气添加剂存储系统，该系统使之有可能减少乃至完全避免上述缺点。
为此，本发明涉及一种用于存储一种内燃机排气液体添加剂的系统，所述系统包括一个用于存储该添加剂的罐以及通过在该罐的底壁制成的一个开口的定位的一个"浸没"的基板，所述基板包括至少一个孔口 ，通过该孔口将所述添加剂注入该排出气体的 一个系统可以得到补给，以及还结合了该存储系统和/或该注入系统的至少 一个其j也的主动部<牛。
在本发明的背景下，术语"底壁，，事实上是旨在表示罐的下半部(无论它是整体模制的还是由两个薄板或半型坯模制的)。作为一种优选，该基板是位于罐的下三分之一中，并且作为一种特别优选，在下四分之一中，或乃至实际上是在该罐的底部。它可以部分地位于该底部侧壁上，而在这样情况下 一旦它装在车辆中它将处于 一个轻微的角度。该基板的^立置和/或方向具体i也耳又决于罐在车辆内部的4立置，以及其周围的空间(考虑到需要结合到其中的这些部件)。
本发明涉及的添加剂是在通常4吏用条件下为液体的 一种添加剂。它
优选是能够还原内燃机排出气体中存在的氮氧化物(NOx)的一种还原剂。它有利J4是一种前体的溶'液，该前体在该4非出气体里原卩立产生氨(实际的还原剂)。本发明用尿素特别是用尿素的水溶液作为前体得到了优良结果。共晶溶液(包含32.5wt。/。的尿素)是非常合适的。然而，必须指出这些在-ll。C左右凝固，因此，为该系统安装一个加热器防止冻结是有利的，根据本发明这个加热器有利地结合在该基板中(见下文)。
本发明可被应用于任何可能在其排出气体中产生NOx的内燃机上。这可以是有或者没有一种燃料回流管线(也就是说将发动机未使用的任4可残余燃津十返回燃料箱的管线)的一种发动才几。它有利地应用于柴油发动才几并且，具体是车辆的柴油发动才几以及，作为一个特别优选，应用到重型货车的柴油发动机。根据本发明的系统包括至少一个旨在存储该添加剂的罐。该罐可以是由任何材料制成，优选对该添加剂有耐化学腐蚀性的材料。这通常是一种金属或一种塑料。在尿素的情况下，优选的材料是聚烯烃树脂类，
特别是聚乙烯(以及更特别地，HDPE或高密度聚乙烯)。
根据本发明，该罐配备有一个基板或安装板，它是一个扁平的部件(也就是说一个部件的厚度小于它的长度或直径)，旨在封闭底壁的一个开口。应该注意到这个部分可能是空的并且限定一定空间，这个空间通过一个孑L与该罐才目通，添力口剂通过i玄孑L可以;克动。
尤其是该基板非常适合于支持多个附件，这些附件穿过该空心体的壁和/或位于后者内部。它具有任何形状的本身闭合的周边。通常，其周边是圆形。
根据本发明，这个基板包括至少一个孔口，通过这个孔口一种用于将所述添加剂注入排出气体的系统可以得到补给。这个补给可以简单地在重力作用下通过经由所述孔穿过该基4反的一个注入管线来完成。可替^地并且优选地，该系统由 一个泵补给。
该基板还结合了至少一个部件，它在存4诸和/或注入中是主动的。这就意p未着该部件,皮固定在该基4反上或与该基才反形成为一体。这个部件可结合到罐的内部，或在外面，如果必要的话，有穿过它的一个连接。
作为一种优选，根据本发明的基板结合了几个部件，它们在存储和/或计量中是主动的，并且作为一种特别的优选，它结合了所有的主动部件，这些部件需要在添加剂离开或进入该添加剂罐时与之保持接触。
作为一种优选，该部件是选自以下组 一个泵； 一个过滤器； 一个水准仪； 一个加热器； 一个温度传感器； 一个品质传感器； 一个压力传感器； 一个调压器； 一个文氏管。这些元件全部在该体系中起到一种主动的作用，用于存储和/或注入该添加剂，并且将它们结合到一个"浸没，，的安装板上这一事实(也就是说^假如该罐不空的话，将板安装成总是在
该添加剂中)显示了特有的优点
-对于该泵氨前体溶液可用于冷却该泵；在发生冷冻的情况下， 由该泵散发的热量有助于回到液体状态；
-对于水准^l:更好地限定了最低点，并因此测量结果更少受该罐 变形的影响；
-对于该加热器在发生冷冻的情况下，通过与该加热系统相关联 的安装板的设计形成的一个间隔抢允许操作减少污染体系所需的添加剂 溶液的体积在发动;fe/L制造者要求的时间框架内进行输送(例如三分钟 内100ml);
-对于该温度传感器、品质传感器或4全测该添加剂其他特性的传感 器就补给注入系统而言，这些可以很容易地被置于该关键区域内；
-乂于于该文氏管在4氐温情况下，当前体正在解冻时它净皮加热，确 保这个部件保持它的功能性。
才艮据本发明可以结合到该基板中的水准4义可以是任意类型。优选 地，它是一个没有活动部件的测量仪，例如电容类型的。
至于加热，它可以包4舌具有给定容量的一个热交4奐器，或一个加热 元件，优选净皮一定空间围绕或环绕一定空间(来创造上述的间隔抢)。 作为优选，这个空间与该基板是一个整体(适当的话作为一个整体模制)。 还作为优选，该加热器包括一个柔性部件，显示出在两层弹性体(例如 硅树脂)之间绝缘的一个电阻元件组成的多层结构。使用一个柔性加热 器使它适合于适应很多种的基板。特别地，如果该基板包括多个凸嘴， 那么该加热器就配备了多个接片，这些接片可以插入基板的凸嘴内部， 因此避免在j氐温时如果该前体溶液冻结而形成多个栓塞。该温度和品质传感器也可以是任何已知的类型。用于测量添加剂特 性(纯度、浓度，等等)的任何其他传感器也适合用于本发明。
本发明还涉及用于将一种液体添加剂补给到一台内燃才几的排出气 体中的给料系统，所述系统包括在上文所描述的 一个存储系统以及将所 述添力卩剂注入到该发动才几4非气中的 一个注入系统。这个注入系统包4舌至 少一才艮注入管线和一个注入器(也就是i兌一个用于将该液体添加剂分散/ 喷雾到排出气体的装置)。这个注入器可以是受控制进行添加剂的原位 计量的一个主动注入器，或一种^皮动的注入器，它的角色^C限制于雾化 由一个位于上游的合适的装置(通常是一个计量泵或阀)所计量的添加 剂。
才艮据本发明的给料系统可包4舌或不包括用于将该添加剂/人添加剂 罐运送到注入器的一个泵。作为一种优选，它包括一个泵(为了能够产 生稳定的注入压力)以及一种优选的变体中，这个泵被固定到基板上。 这个泵可以位于添加剂罐内(优点是它们共同组成一个紧凑的一体化模 块)或，在腐蚀环境的情况下，可以位于添加剂罐之外。其制作材料优 先选自可以抗腐蚀的金属(特別是某些等级的不锈钢和铝)。求助于铜， 即使用于接头也是不可取的。该泵从添加剂罐内的一个叫做流出点处汲 取液体添加剂。这个点通过一个^皮称为泵送管线与该泵连通。这个点优 选位于接近或乃至在该基板上。
由泵输送并且没有被注入器消耗的一定量的添加剂(取决于该控制 单元的控制)，如果有的话，是有利地通过被称为回流管的一条管线返 回添加剂罐。这条管线通常装备有一个调压器和/或一个压力传感器。它 或者连4娄该注入器，或者连4妄该泵下游到添加剂罐的注入管线上的 一些 其它点上。在这个变体里，有利地，该调压器和/或传感器也优选结合在
该J4反中，也就是il-故固定到后者上，伊C选在罐的内部。
才艮据本发明的给料系统还优选地包括一个过滤器，作为 一个特别优 选，该过滤器也被结合到该基板之中/固定在该基板之上。这个过滤器可以^立于该泵的上游或下游。当〗立于该泵的上游时，该过滤器〗呆护该泵。 作为 一种优选，它位于该泵的下游以便避免压力降和成穴现象。
该基斧反还可以包4舌用于将该尿素前体溶液运送到注入器的至少一 个凸嘴。如果提供了一个返回罐的管线，可以提供一个第二个凸嘴。
取决于为这些管线釆用的清洗系统和与之连接的部件，可以为该基 板安装防止液体从罐返回到输送管线的石宛/虹吸管，或执行一样功能的 任何其他装置。的确，虽然通常泵使得输送管线处于一定压力下，这样 通常防止此类回流，某些情况下，罐里的液面高度可能足以克服这个压 力并且尽管这一切仍会引起一'J、股液体流到该输送管线。为该罐和输送
有可能避免这个现象。
为了应对罐的几何约束，尤其是由车辆环境所强加的约束，该基板 可以安装一个收集器，该收集器产生一个液体储备，该储备液体根据该 车辆的取向可以被引出。如果有需要，该基板可以结合一个装置(例如 文氏管类型，它可连接在该回流管内凸嘴之后)，允许该收集器从该罐 里的 一个流出点-彈到补l^。
通常，根据本发明的给#+系统包括一个控制单元，它或者直接连接 到该注入器(在主动注入器的情况下)，或连接到一个分离的计量装置 (在被动注入器的情况下)，并且允许所要求量的添加剂被注入排出气
体(该量具体取决于如下参数NOx的排放和转化水平；温度和压力； 发动机转速和负荷；等等)。根据本发明，有利地，该基板和/或结合到后 者中的部件包括与该控制单元的 一个连4妄。
包含在这个变体中的控制单元可以是发动机控制单元(ECU)或结 合到车辆中的某种其他控制单元，例如燃料系统控制单元(FSCU )。它 同才羊可以是一个/人ECU、从FSCU或/人结合到车辆中的某种其4也4空制单 元接收指令和信息的 一个专用控制单元。本发明还涉及制造以上所述系统的一种方法。特别地，它涉及制造 这个系统的存储罐的 一种方法。
这个罐可以用任何已知的空心体加工方法来生产。特别在该罐是由
塑料制成时，以及特別当它是由HDPE制成时， 一种优选的方法是挤出/
吹气模制法。在这种方法中，通过才齐出获得一个(一部分或多部分的) 型坯，然后这个型坯在一个一莫具里通过吹气才莫制定型。/人一个单个的型 坯作为 一个整体模制该罐获得优良的结果。
这个罐的被浸没的基板也可以通过任何已知的方法获得，但是作为 一种优选，它是通过注塑模制法获得，这个方法使之有可能获得优良的 尺寸精度。
作为一种优选，该基板是基于能够抵抗氨前体水溶液的一种材料，
比如聚缩醛以及，特别是POM(聚曱醛)；聚邻苯二甲酰胺类(例如 AMODEI^树脂)；或者聚酰胺类(例如尼龙-6,6)以及，特别是强化等 级(例如玻璃-纤维-增强塑料)。
作为一种优选，该基板配备有用于它所结合的主动部件的安装系 统。这些系统可以与该基;f反作为一个整体来4莫制或者为此目的所需要的 嵌入物可以在模制过程中(例如使用包覆模制)或在模制过程之后(使 用焊接)加入。当加热器包括一个柔性膜时，这使用夹子进行连接(例 如被注入尼龙-6，6中)，这些夹子被嵌入安装板的孔内以及该加热器中 与前面这些孑Uf于应的孑L内。
该罐底壁的开口可以通过任何合适的手段来制造，例如通过对模制 的罐进行4几加工。作为一种优选，它的外周有一个凸起(例如带有螺紋 的突起)，使其更容易连接在基板上，并且它与罐同时模制。
该基才反还可以通过任何已知的手,爻与该罐内的开口 一起组装，特别 是使用 一种拧紧到该罐侧面的一个螺紋上的一个环形螺母体系，这个螺 紋优选是在罐的吹气模制过程中制造(通过一个适当形状的模具)或使用 一种卡口型的关闭系统。 一个垫片(例如优选由弹性体、NBR或EPDM 制成)优选地提供了该罐的开口边缘与基板之间的密封件。作为一种优 选，该垫片放在该基玲反外围形成的一个槽上并且优选地-故压缩在罐开口 外围和基板之间。
本发明由图l到3非限制性地展示，这些图展示了它的多个优选的 变体。
图1示出一个基板1，它固定到一个添加剂罐(未绘出)的底部表 面上并包括一个支撑件10，它允许装配一个泵3 , —个预加载的阀7和 一个过滤器8。在这个实例中，该泵是一个齿4仑泵6并且由包括一个》兹 铁4和一个线圏5的一台电动机带动。该基板1还包括连接到一根管上 的一个凸嘴9，该管连接到一个注入器或喷嘴(未绘出)，它们用于将 添加剂(例如氨前体比如尿素的溶液)喷洒到排气系统中(未绘出)。 该组件覆盖有一个加热元件11,它允许该系统在低温下4喿作(解冻氨前 体)。
这个组件具有至少两种运行模式一种注入模式和一种清洗模式。
在注入才莫式中，任务是将该氨前体溶液喷洒到车辆的排气系统之 中。为此，泵3被激活以便使它通过孔2吸取容纳在罐中的溶液。然后 流体流经该滤器8并且通过凸嘴9 ^皮运送到与一个注入器或一个喷管相 连的管子。为了获得优质的喷洒所需的提高的压力是通过预加载的阀7 来控制。
在清洗模式下，任务是将注入器、输送管线、过滤器以及泵的齿轮 系统所处的容积排干。
位于相连到凸嘴9的管上的注入器或一个净化岡是打开的。然后该 泵3 ^^皮激活，其方式是从注入器或喷嘴吸取液体并将其经由孔2输送回 罐中。碗13与虹吸管12类型的一种装置防止当该泵停止时液体返回到 清洗过的容积中。
12在图2中展示的变体中，电动机4、 5被结合在该基板1下面，位 于罐外。与前面的实例相比，电气接线(供电软线14)可能更容易。
在图3中展示的变体中，除了图l和2中展示的部件和功能之外， 该基^反1结合了 一个液面监测器15和一个温度纟果头16。
在一个基板安装板l的实例中，在这个安装板上组装了一个过滤器 8，由一个无刷电动机带动的一个齿轮泵6和一个调压器。该安装板1 有一个绐4牛凸嘴9和连"l妄到能4矣一个净化阀的注入器回流管的 一个凸 嘴。该安装板l配备有一个加热元件ll,它是由一个多层结构的柔性薄 片组成并且通过一系列夹子固定到该安装板上。该加热元件11有多个扩 展部分，它们位于罐的底部，允许额外体积的氨前体被解冻。液体通过 在该安装板1上制成的开口从该罐返回到基板。该柔性加热器11设计有 力口热4妄片，它们被插入进这两个凸嘴内用于防止如果该前体溶液在这些 凸嘴内部冻结时形成一个固体栓。
权利要求
1. 用于存储一种内燃机排气液体添加剂的系统，所述系统包括一个用于存储该添加剂的罐以及通过在该罐的底壁制成的一个开口的定位的一个“浸没”的基板，所述基板包括至少一个孔口，通过该孔口将所述添加剂注入该排出气体的一个系统可以得到补给，以及还结合了该存储系统和/或该注入系统的至少一个其他的主动部件。
2. 根据以上权利要求所述的存储系统，其特征在于该基板结合了一个水准仪。
3. 才艮据以上4又利要求中4壬意一项所述的存4诸系统，其特征在于该基 才反结合了 一个添加剂加热器。
4. 才艮据以上权利要求中任意一项所述的存储系统，其特征在于该基 板结合了用于测量该添加剂的一种特性的 一个传感器。
5. 用于将一种液体添加剂补给到一台内燃片几的排出气体中的给料系 统，所述系统包4舌根据以上权利要求中任意一项所述的 一个存储 系统以及包括至少 一才艮注入管线和一个注入器的 一个注入系统。
6. ^f艮据以上4又利要求所述的给^l"系统，其特征在于它包括固定到该 基板上的一个泵。
7. 根据以上权利要求所述的给料系统，其特征在于由该泵输送并且没 有被该注入器消耗的一定量的添加剂通过被称为回流管的一条管 线返回该添加剂罐，该管线装备有结合在该基板上的一个调压器和 /或一个压力传感器。
8. 根据权利要求5到7中任意一项所述的给料系统，其特征在于它包 括结合到该基板之中/固定在该基板之上的 一个过滤器。
9. 根据权利要求5到8中任意一项所述的给料系统，其特征在于该 基;fel结合了用于将该液体添加剂运送到该注入器的一个凸嘴和/或 用于将未使用的液体添加剂返回该罐的一个凸嘴。
10. 根据权利要求5到9中任意一项所述的给料系统，其特征在于所述 系统包括用于清洗该注入管线的一个装置，并且其特征在于该基才反 包4舌当该注入管线已经:坡清洗时用于防止液体乂人该罐返回该注入 管线的一个装置。
11. 根据权利要求5到10中任意一项所述的给料系统，其特征在于该 基板包括一个收集器和一个文氏管类型的装置，该装置允许该收 集器从该罐里的一个流出点得到补给。
12. 才艮据权利要求5到11中任意一项所述的给料系统，其特征在于它 包括一个控制单元并且其特4正在于该基4反和/或结合到后者中的部 件包括与该控制单元的一个连接。
13. 用于生产4艮据4又利要求1到4中任意一项所述的一种存储系统或才艮 据权利要求5到12中任意一项所述的一种给料系统的方法，其特 征在于该存储罐是通过挤出/吹气模制塑料而获得并且其特征在于 该基板是由注塑模制塑料而制造。
全文摘要
用于存储一种内燃机排气液体添加剂的系统，所述系统包括一个用于存储该添加剂的罐以及通过在该罐底壁制成的开口定位的一个“浸没”的基板，所述基板包括至少一个孔口，通过这个孔口将所述添加剂注入排出气体的一个系统可以得到补给，并且还结合了该存储系统和/或该注入系统的至少一个其他的主动部件。
文档编号F01N3/02GK101460715SQ200780020619
公开日2009年6月17日 申请日期2007年6月7日 优先权日2006年6月8日
发明者乔尔·奥德贝克, 弗朗索瓦·杜尼尔 申请人:因勒纪汽车系统研究公司