误填充防止系统的制作方法
【专利摘要】一种还原剂递送和供应系统（106）包括储存箱（130）、泵（132）、剂量模块（134）和误填充防止系统。储存箱（130）储存流体（136）。泵（132）通过递送线联接到储存箱（130）。剂量模块（134）通过供应线（135）联接到泵（132）。误填充防止系统包括可膨胀插塞（148）。可膨胀插塞（148）被构造成接触流体（136）。此外，可膨胀插塞（148）被构造成在接触碳氢化合物时膨胀。
【专利说明】误填充防止系统【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发动机的排气后处理系统，更具体地涉及一种还原剂递送和供应系统。
【背景技术】
[0002]有关排放物控制的环保规定已经导致多种技术的开发，例如选择性催化还原(SCR)系统。SCR系统可以包括在动力系统的发动机后处理系统中，以移除或减少来自于发动机的排气中存在的氮氧化物(NOx或NO)排放物。动力系统还可包括还原剂递送和供应系统，以便将例如尿素的液体还原剂引入SCR系统。
[0003]美国专利号7861516 (‘516专利)公开一种SCR系统以减少发动机排气中存在的NOx和NO。‘516专利还公开一种还原剂递送和供应系统以便基于SCR系统入口处的排气的温度来控制还原剂在SCR系统上游供应到排气。
[0004]但是，基于碳氢化合物的燃料意外引入还原剂递送和供应系统和/或SCR系统中会导致SCR系统损坏。
【发明内容】
[0005]在一个方面，本发明提供一种还原剂递送和供应系统，其包括储存箱、泵、剂量模块和误填充防止系统。储存箱能够储存流体。泵通过递送线联接到储存箱。剂量模块通过供应线联接到泵。另外，误填充防止系统包括被构造成接触流体的可膨胀插塞。可膨胀插塞能够在接触碳氢化合物时膨胀。
[0006]在另一方面，本发明提供一种防止还原剂递送和供应系统中误填充的方法。该方法包括提供被构造成接触流体的可膨胀插塞。另外，该方法包括在接触碳氢化合物时膨胀可膨胀插塞。`
[0007]本发明的其他特征和方面将从以下说明书和附图中得以清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是根据本发明的一个方面的还原剂递送和供应系统的递送线中的可膨胀插塞的布置的示意图；
[0009]图2是相对于图1所示的布置处于膨胀状态的可膨胀插塞的示意图；
[0010]图3是根据本发明的另一方面的还原剂递送和供应系统的供应线中的可膨胀插
塞的另一布置；
[0011]图4是相对于图3的另一布置处于膨胀状态的可膨胀插塞的示意图；以及
[0012]图5是用于防止还原剂递送和供应系统的误填充的过程流程图。
【具体实施方式】
[0013]图1-4示出本发明的多种实施方式，其具有包括发动机102、后处理系统104和还原剂递送和供应系统106的动力系统100。发动机102可包括未示出的其他特征，例如燃料系统、空气系统、隔离系统、驱动系部件、涡轮增压器、外设等。发动机102可以是任何类型的发动机(内燃、气体、柴油、气体燃料、天然气、丙烷等)，可以具有任何尺寸，具有任何数量的气缸，并且处于任何构型(“V”、直列、径向等)。发动机102可用来为任何机器或其他装置供能，包括公路卡车或车辆、越野卡车或机器、运土设备、发电机、航天应用、机车应用、海洋应用、泵、固定设备或其他发动机供能的应用。
[0014]后处理系统104用来处理在排气出口 110处离开发动机102并进入后处理系统104的排气导管112的排气流108。在一种实施方式中，排气流108可经由与发动机102联接的排气歧管(未不出)离开发动机102。排气流108通常含有可以包括NOx、未燃烧碳氢化合物和颗粒物质的排放物。后处理系统104通常被设计成在排气流108在尾管114处离开动力系统100之前减少NOx、未燃烧碳氢化合物、颗粒物质或排放物的其他成分的含量。
[0015]另外，发动机释放NOx传感器116可如所示位于排气流出口 110附近。发动机释放NOx传感器116可经由通信线为控制器(未示出)提供有关经过排气导管112的排气流108中的NOx浓度的信息。此外，控制器可从多个其他传感器接收信息，例如传感器可包括联接在排气导管112中的NOx、02和多种其他传感器。也可包括例如压力和温度传感器的其他传感器，而没有限制。控制器可接收来自多个传感器的信息、处理所接收的信息并经由通信线相应地触发一个或多个致动器。致动器可包括燃料喷射器、还原剂喷射器、还原剂线加热器等。在一种实施方式中，控制器可以是微型计算机，其包括微型处理器单元、输入和输出端口、用于可执行程序和校正数值的电子储存介质、随机访问存储器、数据总线等。控制器也可包括用于控制和/或诊断后处理系统104的一个或多个部件的程序。
[0016]在一种实施方式中，后处理系统104可包括通常为柴油颗粒过滤器(DPF) 118的过滤器以及选择性催化还原(SCR)模块120。DPFl 18可以涂覆适当催化剂，以促进排气流108中的可以截留在DPF118中的任何颗粒物质的氧化。SCR模块120可包括有助于NOx排放物随着其经过SCR模块120而进行反应、还原或从排气流108移除的催化剂。SCR模块120可具有由适当材料制成或涂覆适当材料的蜂窝或其他结构。该材料可以是涂覆在例如二氧化钛的适当衬底上的氧化物，例如氧化钒或氧化钨。此外，后处理系统104可包括分别邻近DPF118和SCR模块120的入口和出口定位的温度传感器122和124。温度传感器122和124可以经由通信线将排气温度通信到控制器。
[0017]本领域普通技术人员将理解到后处理系统104可以相对于排气导管112以多种顺序和/或组合布置。例如，后处理系统104还可包括柴油氧化催化器(D0C)。在这种示例性实施方式中，DOC的下游可以是SCR模块120。替代地，后处理系统104可省略DPF118，并只包括SCR模块120。在又一示例性实施方式中，可以使用组合的DPF/SCR催化器(未示出)。图1-4所示的后处理系统104只是示例性的。后处理系统104中所包括的位置和部件的所述变化也是可以的，而不偏离本发明的范围，并且多种其他的未描述的构型也可以在本发明的范围内。
[0018]如图1-4所示，还原剂递送和供应系统106还可包括储存箱130、泵132和用于在后处理系统104中供应流体136的剂量模块134。流体136可以是液体还原剂，例如包括尿素的柴油排气流体(DEF)。替代的液体还原剂可包括氨或任何其他还原制剂。储存箱130被构造成储存流体136。此外，为了在储存箱130中填充流体136，储存箱130可设置填充颈部138。填充颈部138可包含填充线140。填充线140可经由外部喷嘴接收流体136的供应。在一种实施方式中，填充颈部138也可与填充帽142配合，以防止流体136蒸发。在一种示例性实施方式中，储存箱130可以放置在动力系统10中的燃料箱附近，以便为操作者提供方便的重新填充位置。在一种实施方式中，储存箱130可以通过任何适当手段热隔离，从而将流体136保持在阈值温度。与储存箱130相关的其他参数(例如所使用的尺寸、形状、位置和材料)可以在本发明的范围内变化。
[0019]储存箱130可以通过递送线144流体联接到泵132。泵132可用来加压和递送流体136，由此形成经过递送线144的流体流146。为了便于流体136流动，递送和供应系统106还可包括其他部件。例如，加热器可设置在递送线144中，以便随着流体136朝着泵132流动加热流体136，从而保持流体136的最佳粘度。加热器的尺寸、阻力和长度随着递送线144的位置、宽度和长度而变化。
[0020]在流体流146下游，泵132经由供应线135流体联接到剂量模块134。在一种实施方式中，递送线144和/或供应线135可以是形成在分别使得储存箱130连接到泵132或使得泵132连接到剂量模块134的块体中的通道。在另一实施方式中，递送线144和/或供应线135可包括由塑料、橡胶等制成的软管。本领域普通技术人员将理解到可以使用主要形成用于还原剂递送和供应系统106中的流体流146的通道的递送线144和/或供应线135的任何其他构造。在不同实施方式中，例如递送线144和/或供应线135的长度、宽度和位置的参数可以变化。
[0021]剂量模块134可包括将流体136喷射到进入SCR模块120的排气流108中的喷射器。如图1-4所示，剂量模块134可相对于SCR模块120定位在上游。如上所述，剂量模块134可接收来自于控制器的信号，以控制流体136喷射到排气流108的正时和量。在一种实施方式中，混合管可设置在剂量模块134的下游，以促进流体136在进入SCR模块120之前与排气流108混合。
[0022]根据本发明的一个方面，可膨胀插塞148可被构造成接触流体136。在一种实施方式中，可膨胀插塞148可包括三元乙丙橡胶。可膨胀插塞148可被成形为使其具有接触流体136的至少一个表面150。可膨胀插塞148的形状、尺寸和大小可以变化，而不偏离本发明的范围。此外，在一种实施方式中，可膨胀插塞148可被放置在形成在递送线144和与螺栓154配合的出口线152之间的T结合部处。螺栓154可设置外螺纹，以便与设置在出口线152上的内螺纹配合，并刚性地保持可膨胀插塞148暴露于流体流146。
[0023]在流体136流过递送线144时，可膨胀插塞148的表面150接触流体流146，并且插塞膨胀不受到流体流动的影响，即可膨胀插塞148不膨胀，也不收缩。但是，造成的失误会导致储存箱130的误填充。例如，储存箱130可以被例如柴油燃料的碳氢化合物(而不是还原剂)误填充。
[0024]如图2所示，在误填充事件的情况下，被污染流156朝着泵132经过递送线144。被污染流156可以是还原剂和碳氢化合物的组合或单纯碳氢化合物。如图2所示，在可膨胀插塞148的表面150接触被污染流156中存在的碳氢化合物时，可膨胀插塞148膨胀，并阻断递送线144，由此防止被污染流156进入泵132。
[0025]在一种实施方式中，其中递送线144是软管的形式，被污染流156可以被收集在递送线144中。在一种实施方式中，软管可从T结合部拆卸以便清洁和净化递送线144。替代地，可使用适当手段将被污染流156抽吸离开递送线144。可以使用螺栓154将膨胀的可膨胀插塞148经由出口线152移除，并且可以用新的一个置换。所述技术只是示例性的。应该注意到可以具有其他方法来使膨胀的可膨胀插塞148脱位或移除递送线144中的被污染流 156。
[0026]图3和4示出替代布置，其中可膨胀插塞148被放置在供应线135中。如图3所示，可膨胀插塞148的表面150随着流体从泵132朝着剂量模块134流动而接触流体136。图4类似于与图2相结合提供的描述，其中可膨胀插塞148在接触碳氢化合物时膨胀，由此阻断被污染流156进入剂量模块134。
[0027]本领域普通技术人员可以理解到图1和3所示的两种布置可单独使用，或彼此组合地使用。此外，在一种实施方式中，可膨胀插塞148可被放置在填充颈部138或填充帽142中，以防止储存箱130的误填充。在储存箱130被碳氢化合物误填充的情况下，可膨胀插塞148可膨胀并防止碳氢化合物进入储存箱130和后处理系统104。
[0028]图5示出用于防止还原剂递送和供应系统106中的误填充的方法500。通过泵132造成的流体流146来源于储存箱130。在还原剂递送和供应系统106中，流体流146朝着泵132经过递送线144。流体流146也经过将泵132连接到剂量模块134的供应线135。
[0029]在步骤502中，可膨胀插塞148被构造成接触流体136。如上所述，可膨胀插塞148的表面150随着流体136流过递送线144和/或供应线135而接触流体136。在一种实施方式中，可膨胀插塞148可被放置在递送线144中，如图1所示。此外，可膨胀插塞148也可被放置在供应线135中，如图3所示。在另一实施方式中，可膨胀插塞也可被放置在储存箱130的填充颈部138或填充帽142中。根据需要，一个或多个可膨胀插塞148可以每种所述布置被组合或单独放置。
[0030]在步骤504中，在任何被碳氢化合物污染的情况下，被构造成接触流体136的可膨胀插塞148膨胀并增大尺寸。膨胀的可膨胀插塞148阻断递送线144和/或供应线135，因此防止还原剂递送和供应系统106中的被污染流156分别进入泵132和剂量模块134。在一种实施方式中，被污染流156的阻断可保护后处理系统104的SCR模块120，而不被碳氢化合物损坏。
[0031]工业实用性
[0032]在动力系统100的操作过程中，储存在储存箱130中的流体136可以在处理排气流108中利用。因此，储存箱130会在动力系统100的操作过程中随着流体136被使用而需要从外部源周期性重新填充。流体储存箱130的这种填充手动完成。由于意外失误，储存箱130会不正确地填充柴油燃料或任何其他碳氢化合物。如果引入后处理系统104，特别是柴油燃料会造成动力系统100的SCR模块120的不能挽回的损害。柴油燃料或任何其他杂质的存在会使还原剂的质量降低，不利地影响后处理系统104的性能。在极端情况下，柴油燃料引入SCR模块120会导致放热反应。此外，污染还会导致后处理系统104中的部件的退化，降低其整体性并由此造成泄露和溢出。
[0033]包括被构造成接触流体136的可膨胀插塞148的根据本发明的误填充防止系统可有效地防止碳氢化合物或柴油燃料引入而进入后处理系统104的SCR模块120。在一种实施方式中，可膨胀插塞148可包括三元乙丙橡胶，进一步证明是成本有效的方案。
[0034]可膨胀插塞148放置在还原剂递送和供应系统106中可根据被保护的动力系统100的部件来变化。如图1所示，可膨胀插塞148放置在递送线144中造成后处理系统104的有效保护。在被碳氢化合物污染的情况下，基本上防止碳氢化合物朝着泵132流动。可膨胀插塞148可具有大约0.5-2秒的响应时间，由此通过污染的早期检测，安全地防护后处理系统104。但是，可膨胀插塞148的响应时间可根据可膨胀插塞148的尺寸和/或组分来变化。
[0035]此外，通过将可膨胀插塞148放置在供应线135中，SCR模块120可被保护，而不被碳氢化合物损坏和污染。可膨胀插塞148也可放置在储存箱130的填充颈部138或填充帽142中，以便防止碳氢化合物在动力系统100中循环。
[0036]虽然已经参考以上实施方式特别表示和描述了本发明的多方面，本领域普通技术人员将理解到多种附加的实施方式可以通过所公开的机器、系统和方法的调整来考虑，而不偏离所公开的精神和范围。这种实施方式应该理解为落入根据权利要求和其任何等同确定的本发明的范围。
【权利要求】
1.一种还原剂递送和供应系统(106)，包括: 储存箱(103)，其能够储存流体(136)； 泵(132)，其通过递送线联接到储存箱(130)； 剂量模块(134)，其通过供应线(135)联接到泵(132);以及 误填充防止系统，其包括: 可膨胀插塞(148)，其能够接触流体(136)，其中可膨胀插塞(148)能够在接触碳氢化合物时膨胀。
2.根据权利要求1所述的还原剂递送和供应系统(106)，其中，流体(136)包括柴油排气流体(136)。
3.根据权利要求1所述的还原剂递送和供应系统(106)，其中，碳氢化合物包括柴油燃料。
4.根据权利要求1所述的还原剂递送和供应系统(106)，其中，可膨胀插塞(148)包括三元乙丙橡胶。
5.根据权利要求1所述的还原剂递送和供应系统(106)，其中，可膨胀插塞(148)位于递送线中。
6.根据权利要求1所述的还原剂递送和供应系统(106)，其中，可膨胀插塞(148)位于供应线(135)中。
7.根据权利要求1所述的还原剂递送和供应系统(106)，其中，储存箱(130)包括填充颈部(138)，填充颈部(138)流体联接到储存箱(130)，并且可膨胀插塞(148)位于填充颈部(138)中。
8.一种防止还原剂递送和供应系统(106)中误填充的方法，所述方法包括: 提供能够接触流体(136)的可膨胀插塞(148);以及 在与碳氢化合物接触时膨胀可膨胀插塞(148)。
9.根据权利要求16所述的防止还原剂递送和供应系统(106)中误填充的方法，还包括: 在储存箱(130)中储存流体(136)； 使用通过递送线联接到储存箱(130)的泵(132)产生流体(136)流；并且 通过供应线(135)使得流体(136)流供应到联接到泵(132)的剂量模块(134)。
10.根据权利要求17所述的防止还原剂递送和供应系统(106)中误填充的方法，其中，提供能够接触流体(136)的可膨胀插塞(148)包括在递送线中设置可膨胀插塞(148)。
11.根据权利要求17所述的防止还原剂递送和供应系统(106)中误填充的方法，其中，提供能够接触流体(136)的可膨胀插塞(148)包括在供应线中设置可膨胀插塞(148)。
12.根据权利要求17所述的防止还原剂递送和供应系统(106)中误填充的方法，其中，提供能够接触流体(136)的可膨胀插塞(148)包括在流体连接到储存箱(130)的填充颈部(138)中设置可膨胀插塞(148)。
【文档编号】F01N3/20GK103827457SQ201280046799
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月13日 优先权日:2011年9月27日
【发明者】J·A·麦钱特, R·L·马奎斯 申请人:卡特彼勒公司