用于液体的供给系统的制作方法
【专利摘要】一种用于液体的供给系统包括液体储箱(2)和液体供给管线(14)，该液体供给管线(14)形成用于从储箱到供给系统的出口的流体通道，其特征在于，该供给管线配备有至少一个部件(16)，该至少一个部件(16)被设计为形成至少一个气窝，该至少一个气窝与所述通道相连通以便占据在冻结情况下液体体积的变化。本发明还涉及这种系统在选择性催化还原系统(SCR)中的应用。
【专利说明】用于液体的供给系统
[0001]本发明涉及一种用于供给在霜冻情况下易凝固的液体的系统，该液体特别地用于车辆，比如是内燃机排气还原剂。
[0002]为了满足车辆特别是重型货车的排放要求，必须减小排放到大气中的氮氧化物NOx的量。通常建议的方法是采用SCR(选择性催化还原)法，该方法允许通过把还原剂(通常是氨)注入排气系统中而将氮氧化物还原。该氨可来源于氨前驱体溶液的热分解，该氨前驱体溶液的浓度可以是低共熔浓度。这种氨前驱体通常是尿素溶液。
[0003]为此目的，车辆通常配备有:容纳尿素溶液的储箱、用于计量被注入排气管线中的尿素的量的装置以及用于向该用于计量被注入的尿素的量的装置供给尿素溶液的装置。一般而言，该供给装置包括供给管线、泵和过滤器。
[0004]该供给管线通常在该管线的一端将溶液提供给注入装置，而其相对端则伸入储箱当中。泵位于储箱的内部或外部，并且预计将使用压力调节以调节提供给注入装置的还原剂的压力。
[0005]为了防止供给系统的部件特别是上述部件随着处于冻结状态下的尿素水溶液(通常是尿素比重为32.5%、于-111:冻结的低共熔溶液)的凝固而受到损坏，有利地定期地清洗供给管线以及位于该供给管线上的部件。
[0006]现有技术提供了用于进行这种清洗的多种系统。
[0007]例如以本 申请人:名义的申请W02006/064028和W02009/007405中所描述的，通
过使用压缩空气或经由注入装置吸入排气或空气，或者通过使用二位四通阀(4/2-wayvalve)或反转泵的旋转方向,可以执行该清洗。
[0008]同样优选的是为供给系统配备止回装置(优选为钟形装置/虹吸装置的组合)，该装置在一旦泵停止运行时防止液体(还原剂)进入被清洗的元件，同时在泵在供给模式下运行/启动时允许将液体提供至供给管线。
[0009]另一方面，EP1664713和EP1339956提出:通过与占据在冻结情况下还原剂体积变化的可压缩体积接界的附加的风箱(bellows) (EP1664713)，或者通过在位于管线中的还原剂冻结的情况下可以在该管线中进行补偿性移动以增大其体积的阀体(EP1339956)，来仅保护这种系统的某一特定部件，即压力传感器。
[0010]从前面的描述可知，有必要做出显著的修改以保护供给系统或其部件不受霜冻的影响，并且可以将这种保护限制在某一特定部件。
[0011]本发明的目的在于通过提供一种以简单、有效且可靠的方式受到保护从而完全不受霜冻影响的供给系统来解决以上问题。
[0012]为此目的，本发明提出一种用于液体的供给系统，包括液体储箱和液体供给管线，该液体供给管线形成从该储箱到该供给系统的出口的液体通道，其特征在于，该供给管线配备有至少一个部件，该至少一个部件被设计为形成至少一个气窝(air pocket),该至少一个气窝与所述通道相连通以占据在冻结情况下液体体积的变化。
[0013]由于以上设定，在完全无需清洗供给管线的情况下利用非常简单且易于实施的装置(对供给管线的改动)就能够保护供给管线和位于此管线上的部件不受霜冻的影响，并且不造成任何可靠性的问题。
[0014]并且，在排气还原系统的情况下，通过在注入期间衰减压力脉冲和减小压力范围，这种气窝(优选为空气窝)还提供了改善的压力调节。
[0015]另外，这种系统不要求为保护该装置(实际上是气窝)不受霜冻影响而针对其位置提出的特定条件。
[0016]所谓“气窝”表示储存气体(优选为空气)的凹进空间，其体积将考虑处于冻结状态的液体的膨胀体积来限定/确定，以避免/限制供给管线中的压强和位于此管线上的部件上的压强。气窝可以像气泡一样小(在这种情况下通常存在多个气窝)，并且可以采用多种形式，下文将更详细地对此进行描述。
[0017]在该系统被用于车辆的特定情况下，可以将形成气窝的部件安装在车辆中的不同位置，比如SCR储箱的顶部上、燃料储箱的顶部上、车轮区域中、燃料或SCR的加注管上等。多于一个的限定气窝的部件可被连接到供给管线或者包含在供给管线中。
[0018]根据一个特定特征，至少一部分气窝被包含在供给管线的(或者从供给管线延伸出的)大致竖直部中，以便利用液体的重力的作用。所谓“大致竖直”表示竖直或者足够倾斜(例如具有至少45°、优选地至少60°的角度)，从而能够利用重力作用。
[0019]特别地，该大致竖直部可以是供给管线的局部的直径增大部。
[0020]可替代地，限定气窝的部件在采用波纹的情况下可限定多个气窝。另一替代方式是采用至少两个同轴的连通导管，即容纳液体的第一导管以及容纳空气或任何其它流体的另一导管，所述空气或任何其它流体可被压缩以吸收由于体积增大所产生的压强。下面将对这些替代方式进行描述。
[0021]于是，该系统可包括两个同轴导管，其中的内导管具有与外导管的内部相连通的开口端。
[0022]由于这些配置，在第二导管中容纳的液体发生冻结并在冻结时膨胀的情况下，液体/固体区域的前侧向前移动(因为液体是不可压缩的)，并推动(压缩)第一导管中容纳的气体的体积。
[0023]根据第一子实施例，该内导管包括封闭端，气窝存在于所述内导管中，并且主供给管线形成外导管。
[0024]由于这些设定，在外导管体积增大的情况下，液体/固体的前侧在内管线内移动并推动气体，从而压缩该气体。因此，内导管中容纳的气体被压缩并吸收可能会损坏外导管和供给系统其它部件的压力。
[0025]根据第二子实施例，外导管包括封闭端，气窝存在于所述外导管中。
[0026]与前一实施例相比，在这里主供给管线和气窝的作用被互换。
[0027]根据另一实施例，形成气窝的部件是管线、附件或支管，这些管线、附件或支管伸入所述通道，并且优选地整体在与至少一部分供给管线相同的方向上延伸，并且它们的轴线不重合。这种“死端”附件的直径可以大于供给/进料管线自身的直径。
[0028]根据本发明的又一实施例，供给管线包括波纹状部件，该波纹状部件的波纹形成多个气窝。
[0029]此方案的一个优点在于:在其中管线大致水平(即水平或略倾斜:参见上文)的全部区域中，空气泡将被困在波纹的各个上部中。在冻结的情况下这些空气泡将被压缩。[0030]该系统还可包括气体捕获装置，该气体捕获装置位于限定至少一个气窝的所述至少一个部件和供给管线的其余部分当中或者这两者之间，用于困住所述气体。
[0031]当该供给系统位于包括排气系统的移动车辆内时，这种配置将防止进料管线中容纳的气体在车辆位于上坡时从气窝中逸出或者由于受到抽吸而流向排气系统。
[0032]根据本实施例的一个特定特征，气体捕获装置是以虹吸管的形式存在的，特别地采用U形弯曲或倒U形弯曲的形状。当然，可以采用其它等效形状(N形弯曲、迷宫形状等)。可替代地，气体捕获装置可由具有连接到供给管线的进口和出口的密封盒(其内部具有弯曲形状、迷宫形状等)构成，从而形成一个附加的元件。
[0033]在不存在单独的(附加的)捕获装置的情况下，应限定形成气窝的部件的尺寸和/或朝向，以便应对上述问题(抽吸和车辆倾斜)，并且自身起到气体捕获装置的作用。
[0034]因此，根据本发明的一个实施例，形成气窝的所述至少一个部件可由供给管线的增大的大致竖直部构成，该增大的大致竖直部在两个横向的上部和下部之间延伸，并被配置成使得液体能够降落到下部的底部，同时在此竖直部的各端之间形成气窝。可替代地，该增大部可由具有连接到供给管线的进口和出口的密封盒(具有柱塞等)构成。
[0035]由于适当地限定增大部的尺寸并考虑了供给管线中容纳的混合物的粘度及其低流量，此增大部起滴流器的作用。因此，可以保持气窝，继而在液体冻结的情况下可以对其进行压缩。
[0036]根据本发明的一个特定特征，该系统可包括位于储箱内部或外部的泵。可替代地，也可采用为该系统的出口提供液体的其它方案(重力、由于排气的吸入等)。
[0037]优选地，该泵是优选地由磁耦合马达驱动的旋转泵(例如齿轮泵)，或者是由弹簧和磁线圈致动的活塞泵。
[0038]当这种泵在用于车辆排气系统的供给系统中运行时，通常将供给管线中的压强调节到约I巴至约5巴(I巴=1.1O5帕)的范围内，最经常调节到约5巴。
[0039]气窝因此被压缩，并且在泵停止运行之后必须减小/释放供给管线中的压强。
[0040]为了在泵停止运转(发动机停车)之后尽可能快地(优选在几分钟(实际上5至10分钟)以内)减小供给管线中的压强，以便在压强作用下被压缩的气窝回复到其初始体积(或者几乎回复到其初始体积)，从而能够在冻结情况下被再次压缩，根据本发明的某些具体特征，还提出了:
[0041]-在泵的结构中(例如在其止回阀中)形成至少一个特定的泄漏，以便使供给管线中的液体返回到储箱中(当今的泵中的泄漏是非常有限的，并且在大部分情况下在泵停止运行后可能不足以有效地减小压强)；或者
[0042]-增加将供给管线连接至储箱的旁路，该旁路配备有阀(优选为电子阀)，该阀在打开时能够使供给管线中的加压液体返回到储箱。
[0043]换言之，有利地，该供给系统更一般而言包括用于减小供给管线中的压强的装置，以及优选地包括用于使存在于供给管线中的液体返回到储箱的装置。
[0044]液体的供给以及返回到储箱可以由以下控制单元来控制:发动机控制单元(ECU);结合到车辆中的其它一些控制单元(例如燃料系统控制单元，FCSU);或者从ECU、FCSU或结合到车辆中的其它一些控制单元接收指令/信息的专用控制单元。
[0045]优选地还提供旨在保护泵不受杂质影响的过滤器，该过滤器有利地在一个紧凑模块中与泵相结合，如以本 申请人:名义的国际申请W02009/007405中所述。
[0046] 根据本发明的另一特定特征，该系统可包括压力调节器，其优选地被结合到泵中或者连接到储箱。
[0047]特别地，该压力调节器可以是基于球和弹簧或者板和弹簧机制的机械压力调节器。该压力调节器也可由与电子调节器相结合的压力传感器构成。
[0048]可替代地，就活塞泵而言，可通过致动活塞的刻度弹簧(calibrated spring)来获得压力调节。在这种情况下，弹簧和活塞将液体推动到泵的出口。
[0049]为了防止液体结冰，该系统可包括围绕供给管线的加热带或者围绕该管线的电阻丝。
[0050]可替代地，该加热带或电阻丝位于供给管线的内部或者该管线壁厚度的内部。
[0051 ] 为了简单起见，气窝中的气体是空气。
[0052]本发明还涉及一种适用于根据本发明的供给系统的供给管线，该供给管线包括两个同轴导管或者如上所述的从该供给管线伸出的附件。
[0053]此外，本发明还涉及一种用于内燃机的净化系统，该净化系统包括用于将排气净化溶液注入内燃机排气通道中的如上所述的供给系统。
[0054]这里气窝也用作压力脉冲的阻尼器。
[0055]有利地，气体净化溶液是能够减少存在于发动机排气中的NOx的还原剂，比如氨前驱体的水溶液，优选为尿素水溶液。
[0056]因此，根据所述净化系统的一个特定特征，该排气净化溶液可以是低共熔的水/尿素溶液。尿素含量介于31.8?丨％至33.2wt%之间和氨的含量为18?丨％的AdBIuew的溶
液尤为有效。本发明也可适用于尿素/甲酸铵混合物的水溶液，该溶液以商标Denoxiumi
销售并且氨的含量约为13wt%。相对于在低于-1re时冻结的其它溶液，该尿素/甲酸铵混合物的水溶液具有在低于_35°C时冻结的优点。
[0057]优选地，储箱由化学上耐受所使用的添加剂的材料制成。这样的材料一般是金属或塑料。在尿素的情况下，聚酰胺或聚烯烃树脂(尤其是聚乙烯，更尤其是HDPE即高密度聚乙烯)较为优选。
[0058]此外，限定气窝的尺寸时考虑了处于冻结状态的尿素的膨胀体积，以限制供给管线中的压强。
[0059]本发明还涉及根据本发明的系统在优选地使用尿素水溶液的选择性催化还原系统(SCR)中的应用。
[0060]在这种特定情况下，需限定气窝的尺寸，以便在尿素处于冻结状态时不仅避免/限制进料管线中的压强，还有注入装置、泵、快速连接器等部件上的压强。
[0061]更一般而言，根据本发明的供给系统可被用于其中采用在冻结时膨胀的液体的任何其它情形。
[0062]同轴管线或波纹状导管优选地是由热塑性材料比如PA(聚酰胺)制成的。内管线也可以由PE (聚乙烯)或I3U(聚氨酯)制成。
[0063]就同轴管线而言，良好的尺寸设计包括:内管线的内直径介于约2mm至约5mm之间，以及外管线的内直径介于约4mm至约IOmm之间。优选地这些管线的厚度介于约0.5mm至约2mm之间。
[0064]图1至图6以非限制性方式图示了本发明可能的实施例。
[0065]-图1是根据本发明的系统的第一实施例的示意性剖视图；
[0066]-图2是根据本发明的系统的第二实施例的示意性剖视图；
[0067]-图3是根据本发明的系统的第三实施例的示意性剖视图；
[0068]-图4A是根据本发明的系统的第四实施例的示意性剖视图；
[0069]-图4B示意性图示了图4A的增大部的一个变型；
[0070]-图5是根据本发明第五实施例的供给导管的示意性剖视图；
[0071]-图6示意性图示了图1至图5的气体捕获装置的一个变型。
[0072]在这些附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。
[0073]图1中所示实施例的系统I包括SCR储箱2，该SCR储箱2装有液体4 (在图示实施例中是低共熔的水/尿素组合物)并经由泵8与供给回路6相连通。泵8用于将液体4提供至回路中，且在本实施例中位于储箱当中。在一个紧凑模块中泵8与过滤器(附图中未不出)相结合。
[0074]供给回路6包括离开储箱的连接管10，在此附图所示的特定实施例中该连接管10与连接到位于储箱内部的压力调节器12的支管相连通。
[0075]在此实施例中，压力调节器是基于球和弹簧或者板和弹簧机制的机械压力调节器。可替代地，压力调节器可由与电子调节器相结合的压力传感器构成。
[0076]可替代地，就活塞泵而言，也可通过致动活塞的刻度弹簧来获得压力调节。在这种情况下，弹簧和活塞将液体推动到泵的出口。
[0077]当离开储箱2时，泵连接到同轴管线，该同轴管线包括围绕着内导管即内管线16的外导管即外进料管线14，该内导管即内管线16形成空气窝。在本实施例中，同轴管线包括在两个大致水平部分之间的大致竖直部分(也可以采用其它朝向)。
[0078]内管线和外管线都是由热塑性材料制成的，该热塑性材料比如是内直径和厚度均包括在上文所限定范围内的PA。
[0079]另外，围绕着外导管14布置了加热带或电阻丝17，以便在必要时防止外导管14中容纳的液体结冰。
[0080]内导管16具有与外导管14的出口相连通的开口端18，以及位于外导管14的端部附近和连接管10附近的相对的封闭端20。因此，在外进料管线中容纳的液体发生冻结和膨胀的情况下，因为液体是不可压缩的，所以液体/固体区域的前侧在内管线16中向前移动，从而压缩内管线中容纳的气体体积。该气体压缩因此使得进料管线14中的压强和供给系统的部件上的压强减小。
[0081]开口端18的位置可变化。在本实施例中，开口端18位于管线通向的注入装置24的附近，该注入装置24适于将液体4注入配备了供给系统I的车辆的排气系统中。
[0082]空气窝的存在还在注入期间衰减压力脉冲和减小压力范围。因此，压力调节从总体上得到了改善。
[0083]在本实施例中是同轴管线的倒U形部分的可选的空气捕获装置22位于开口端18的下游及其附近。该捕获装置防止内管线16中容纳的气体从中逸出。
[0084]取决于形成气窝的部件的体积，该捕获装置可以位于管线上的其它位置。[0085]图1的实施例还包括可选的旁路24，该旁路24将进料管线14连接到储箱2并且装备有电子阀28，用于在一旦泵8停止运行时使存在于进料管线14中的加压液体返回到储箱2。
[0086]因此，内导管16中的在泵8运行期间受到压缩的空气窝可恢复到其初始状态，以便在液体再次冻结的情况下能够被再次压缩。
[0087]现在参照图2，其示出了本发明的另一实施例，其中外管线14和内管线16的作用被互换，内管线16变为容纳液体的进料管线，而外管线14变为形成气窝的部件。
[0088]现在参照图3，其示出了本发明的又一实施例，该实施例包括提供具有形成气窝的支管32或附件的进料管线30。该支管32可位于注入装置和气体储箱2之间的任意位置，在本实施例中支管32沿进料管线30的竖直中间部的一部分延伸、然后沿进料管线30靠近储箱2的水平部的一部分延伸。由这些设定得到了一个非常紧凑的布局，但死端附件也可以采用其它形状和朝向。在本实施例中，供给管线30和附件32也围绕有加热带或电阻丝17。
[0089]死端附件32的内直径可以大于进料管线30的内直径:约2mm至20mm对照于约2mm至IOmm,其厚度约介于0.5mm至2mm之间。
[0090]关于前述实施例，在由于冻结造成进料管线30中容纳的液体发生膨胀的情况下，液体/固体区域的前侧在支管32中向前移动，从而推动支管32中容纳的气体。
[0091]现在参照图4，其示出了本发明的另一实施例，该实施例包括进料管线30的增大部34，该增大部34沿着进料管线30的竖直部分。由于适当地限定增大部34的尺寸并考虑了进料管线30中容纳的混合物的粘度及其低流量(使用尿素时实际上是每小时0.01升至5升)，此增大部起滴流器的作用。因此可以保持气窝，继而在液体冻结的情况下可以对其进行压缩。
[0092]在本实施例中，增大部34的内直径约为3mm至30mm，然而进料管线30的其余部分的内直径约为2mm至IOmm,厚度约为0.5mm至2mm。
[0093]如图4B中所示，增大部34也可由具有进口 38和出口 40的密封盒36构成，进口38和出口 40用于将盒36连接到进料管线30。盒36还包括插入管42，该插入管42连接到进口 38并且一直下行至由盒36形成的气窝空间的底部附近，以便从进料管线30中流通的液体中分离出气体。
[0094]尽管参照图1描述的实施例中的空气捕获装置22和/或具有电子阀28的旁路26在图2至图4A、4B中未示出，但这些装置优选地也存在于这些实施例中。
[0095]图5是导管44的示意性剖视图，该导管44可代替图1至图4的实施例中的供给/进料管线的同轴导管、死端附件或者增大部中的任何一个。
[0096]导管44是具有多个波纹46的波纹状导管，波纹46的上部中可以困住空气泡，以便占据在霜冻情况下液体(例如尿素)体积的变化。
[0097]图6示出了气体捕获装置22的另一实施例。该捕获装置22被实现为包括内壁50的密封盒48的形式，该内壁50形成了 U形通道。
[0098]此盒48还包括进口 52和出口 54，用于将盒48作为附加元件连接到上述进料管线14,16,30中的任一个。
[0099]当然，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对前述示例性实施例做出许多修改。
【权利要求】
1.一种用于液体的供给系统，包括液体储箱(2)和液体供给管线(14 ；16 ；30 ;44)，所述液体供给管线形成从所述储箱(2)到所述供给系统的出口的流体通道，其特征在于，所述供给管线(14 ；16 ；30 ；44)配备有至少一个部件(14 ；16 ；32 ；34 ;46)，所述至少一个部件被设计为形成至少一个气窝，所述至少一个气窝与所述通道相连通以便占据在冻结情况下所述液体的体积的变化。
2.如权利要求1所述的供给系统，其中，至少一部分所述气窝被包括在所述供给管线的(或者从所述供给管线延伸出的)大致竖直部中。
3.如权利要求1或2所述的供给系统，包括两个同轴导管(14; 16)，其中的内导管(16)具有与外导管(14)的内部相连通的开口端。
4.如权利要求3所述的供给系统，其中，所述内导管(16)包括封闭端。
5.如权利要求3所述的供给系统，其中，所述外导管(14)包括封闭端。
6.如权利要求1或2所述的供给系统，其中，形成所述气窝的所述部件是伸入所述通道中的附件(32)。
7.如权利要求1或2所述的供给系统，其中，所述供给管线包括波纹状部件(44)，所述波纹状部件(44)的波纹(46)形成多个气窝。
8.如权利要求1或2所述的供给系统，其中，形成所述气窝的所述至少一个部件是由所述供给管线的增大的大致竖直部(34)形成的，所述增大的大致竖直部(34)在两个横向的上部和下部之间延伸，并被配置成使得所述液体能够降落到所述下部的底部，同时在所述增大的大致竖直部的各端之间形成所述气窝。
9.如权利要求8所述的供给系统，其中，所述增大部是由具有进口(38)和出口(40)的密封盒(36)形成的，所述密封盒(36)的进口(38)和出口(40)用于将该密封盒连接到所述供给管线。
10.如权利要求9所述的供给系统，其中，所述密封盒包括插入管(42)，所述插入管(42)被连接到所述密封盒的进口并且向着所述增大部的底部延伸，以便从所述液体流中分尚出气体。
11.如权利要求1至10中任一项所述的供给系统，包括用于减小所述供给管线中的压强的装置以及优选地用于使存在于所述供给管线中的液体返回到所述储箱的装置。
12.如权利要求11所述的供给系统，其中，所述用于使存在于所述供给管线中的液体返回到所述储箱的装置包括在泵或旁路(24)的结构中形成的至少一个泄漏，所述泄漏将所述供给管线连接到所述储箱并且配备有阀，该阀优选为电子阀(28)。
13.如权利要求1至12中任一项所述的供给系统，包括气体捕获装置(22)，所述气体捕获装置(22)位于形成至少一个气窝的所述部件和所述供给管线的其余部分中或者位于这两者之间，以便将所述气体困在该延伸部分中。
14.如权利要求13所述的供给系统，其中，所述捕获装置采用虹吸管的形状，特别是U形弯曲和倒U形弯曲的形状。
15.如权利要求13或14所述的供给系统，其中，所述捕获装置被形成于具有连接到所述供给管线的进口(52)和出口(54)的密封盒(48)之中。
【文档编号】F01N3/20GK103917754SQ201280053117
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年8月8日 优先权日:2011年8月29日
【发明者】皮埃里克·贝斯纳德 申请人:英瑞杰汽车系统研究公司