选择性催化还原系统及其吹扫方法
【专利摘要】本发明涉及选择性催化还原系统及其吹扫方法。具体提出了一种存储添加剂并将其喷射到内燃机排放气体中的系统，包括存储添加剂的容器（1）、喷射器（3）和将添加剂从容器（1）经由喷射通道（2）传输到所述喷射器（3）的泵（6），该系统还包括安装在泵（6）和喷射通道（2）之间的吹扫设备（5）。该吹扫设备包括室（52）和被可滑动地安装在该室中的带活塞的活动系统（53、54），吹扫设备被设计为使得：活动系统在一个滑动方向（S1）上的运动导致在所述室中打开添加剂通向喷射通道的通路；并且活动系统在另一个滑动方向（S2）上的运动在所述室中产生抽吸效应，其体现为包含在喷射通道中的添加剂至少一部分逆流到所述室中。
【专利说明】选择性催化还原系统及其吹扫方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及SCR (选择性催化还原)系统以及用于吹扫(purge)该系统的方法。
【背景技术】
[0002]关于车辆和载重车排放的法律尤其要求减少向大气排放氮氧化物NOx排放物。
[0003]为了达到该目的，已知SCR (选择性催化还原，英文为“Selective CatalyticReduction”)方法，该方法允许通过在排放管路中喷射还原剂(通常为氨)来还原氮氧化物。该氨可以来自于氨前体溶液的热分解，该氨前体溶液的浓度可以是共晶浓度。这种氨前体通常为尿素溶液。
[0004]通过SCR方法，当以优化的效率燃烧时发动机中产生的高水平的NOx排放物在离开发动机时在催化剂中被处理。该处理要求使用浓度精确和质量极高的还原剂。因此，对该溶液进行精确计量，并喷射到排放气体流中，在该排放气体流中，该溶液在将氮氧化物(NOx)转化成氮气(N2)和水(H2O)之前水解。
[0005]为此，需要为车辆配备包含添加剂溶液(通常为尿素)的容器，以及用于计量出期望量的添加剂并将其喷入排放管路的设备。
[0006]由于通常被用于这个目的的尿素水溶液(尿素重量浓度为32.5%的共晶溶液)在-1re发生冻结，因此需要布置加热装置，用于在冻结状态启动的情况下使该溶液液化，以便能够将该溶液喷射到排放管路中。
[0007]另外，为了方便系统在冻结情况下的运行、再次启动，并为了避免用于传输尿素的、通常为柔性的管道破裂，有利的是，在系统运行结束时吹扫通道。特别地，有利的是，吹扫将添加剂容器连接到喷射器的喷射管路(也称为“喷射通道”)。
[0008]为此，在现有技术中，已经提供了多种吹扫设备。
[0009]例如，已经提出一种SCR系统，在该系统中，管路吹扫通过借助于系统的泵抽吸排放气体穿过喷射器来实现，为此，所述泵或者反向转动，或者与允许使气流反转的阀门关联。这样，该类已知的吹扫设备要么需要双向泵(或者两个泵，每个泵与另一个泵方向相反地转动)，要么需要由计算器电动控制的4/2通路阀门。该类已知的设备特别地复杂和昂贵。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于通过提出一种非常简单的吹扫设备来解决该问题，所述吹扫设备允许有效地实现喷射通道和/或喷射器的吹扫。
[0011]因此，本发明涉及一种用于存储添加剂并将添加剂喷射到内燃机的排放气体中的系统，所述系统包括用于存储添加剂的容器、喷射器和用于将添加剂从所述容器经由喷射通道传输到所述喷射器的泵，所述系统还包括安装在所述泵和所述喷射通道之间的吹扫设备。所述吹扫设备被设计为包括限定至少一个室的外壳和被可滑动地安装在所述室中的带活塞的活动系统，所述吹扫设备被设计为使得:
[0012]所述活动系统在一个滑动方向上的运动导致在所述室中打开所述添加剂通向所述喷射通道的通路；并且
[0013]所述活动系统在另一个滑动方向上的运动在所述室中产生抽吸效应，所述抽吸效应体现为包含在所述喷射通道中的添加剂至少一部分逆流到所述室中
[0014]本发明范围涉及的添加剂优选地为能够还原内燃机排放气体存在中的NOx的还原剂。有利地，添加剂为直接使用(这具有相关的安全和腐蚀问题)或在排放气体中基于例如尿素的前体(这允许避免前述问题)原地产生的氨。本发明使用尿素时产生良好的结果，尤其是在使用尿素水溶液时。共晶溶液(在重量上包括32.5%的尿素)很合适。
[0015]本发明能够适用于任何会在其排放气体中产生NOx的内燃机。
[0016]符合本发明的系统包括至少一个用于存储添加剂的容器和至少一个用于将添加剂带向发动机排放管的喷射通道(或管路)。该通道在其端部处设有喷射器，该喷射器允许将添加剂喷射到排放气体中。
[0017]符合本发明的系统还包括用于将添加剂从添加剂容器带向喷射器的泵。该泵可以位于添加剂容器中(其优点在于泵与容器一起构成紧凑集成的模块)，或者考虑到腐蚀性的环境，位于添加剂容器外部。它的构成材料优选地在耐腐蚀的金属(尤其是某些牌号的不锈钢和铝)中选择。
[0018]通常，符合本发明的系统包括与喷射器连接的计算器，该计算器允许在排放气体中喷射所需的添加剂量(尤其是根据以下参数=NOx的排放和转换率；温度和压力；发动机的速度和荷载等)。
[0019]符合本发明的吹扫设备基于使用带活塞的活动系统，其中所述活塞可滑动地安装在室中。有利地，所述室包括与泵联通的入口和与喷射通道联通的出口。活动系统可以进行沿着第一滑动方向的去程和沿着第二滑动方向(与第一方向相反)的回程。在去程期间，活动系统使所述室的入口和出口联通。由此，由泵提供的添加剂可以向着喷射通道流通。在其回程期间，活动系统关闭所述室的入口和出口之间的联通，并在所述室中造成抽吸效应。这体现为包含在喷射通道中的添加剂逆流到所述室中。因此在活动系统在所述室中的移动的作用下实现了部分的吹扫。优选地，在吹扫期间，停止泵，并打开喷射器。泵的停止和喷射器的打开按顺序地进行。
[0020]优选地，停止泵，降低压力，然后打开喷射器。
[0021]对活动系统的移动的控制是自动的，并且完全是机械的。如下文所述，活动系统可以在由积累和释放能量的弹性元件施加的推力作用下沿着第二滑动方向移动。因此，本发明提出一种“无源(passif)”吹扫设备，即运行时没有任何供电或任何来自于计算器(或其他控制单元)的控制信号的吹扫设备。
[0022]在本发明中，在发动机停止时启动吹扫，更具体地在泵停止时启动吹扫。在本发明的一个有利配置中，当泵运行时，添加剂进入室中，并沿着第一滑动方向推动活动系统。当停止泵时，引发本发明活动系统沿着第二滑动方向(与第一方向相反)的移动。然后，打开喷射器，以让空气进入到喷射通道中并因此允许活动系统沿着第二滑动方向继续进行其行程(回程)。因此，对活动系统的移动的控制是简单自动的。实际上，活动系统的移动方向由泵的运行状态(运行/停止)和喷射器的运行状态(打开/关闭)来调节。停止泵的时刻和打开喷射器的时刻之间的时间长度优选地非常短。
[0023]根据一个特别有利的实施例，活动系统包括被可滑动地安装在室中、顶着至少一个弹簧的活塞。符合本发明的吹扫设备因此易于生产和安装。该设备的优点还在于具有小的体积。
[0024]活塞优选地是密封的。活塞被安装在室中，使得可以在室中限定第一容积和第二容积。活塞沿着一个滑动方向的移动同时导致室的第一容积的增大和室的第二容积的减小，并相反地在活塞沿着另一滑动方向移动时导致室的第一容积的减小和室的第二容积的增大。在一个特定的实施例中，弹簧包括连结在活塞至少一部分上的第一端部和连结在(限定室的)外壳的至少一部分上的第二端部。当泵运行时，添加剂进入到室的第一容积中，并沿着一个滑动方向推动活塞。活塞沿着一个滑动方向的移动导致弹簧被压缩(弹簧积累能量)。当停止泵时，弹簧就倾向于恢复其初始形状(弹簧释放积累的能量)。活塞因此被沿着另一滑动方向推动。在活塞沿着另一滑动方向移动的作用下，密封活塞像注射器那样工作，而包含在喷射通道中的添加剂则被吸入到室的第二容积中。然后，打开喷射器，以让空气进入到喷射通道中。经由喷射通道吸入的空气的体积大致等于活塞在室中移动过的第二容积。由此，喷射通道(和喷射器)的吹扫可以至少部分地并快速地实现。
[0025]有利地，由活塞和弹簧构成的整体的尺寸被设计为使得其抵消泵和/或喷射器可能会产生的搏动。由此，该活塞/弹簧组合用作液压缓冲器。
[0026]在一个有利的实施例中，系统包括添加剂返回线路，其允许包含在室中的添加剂在活动系统沿着另一滑动方向移动的时候返回到容器中。
[0027]如上所述，活动系统允许在室中限定第一容积和第二容积。在吹扫期间，即在活动系统沿着另一滑动方向(回程)移动时，室中的第二容积增大，而室中的第一容积减小。第二容积被来自于喷射通道的添加剂填充，而活动系统则将包含在第一室中的添加剂经由为此设置的返回线路推向容器。
[0028]在第一实施例中，泵具有预先确定的泄漏流量。因此，包含在室(的第一容积)中的添加剂可以经由泵本身返回到容器中。例如，该泄漏流量可以根据在喷射器打开后填充室的第二容积所提供的时间来确定。
[0029]在第二实施例中，添加剂返回线路包括旁通(英文为“bypass”)管路。因此，包含在室(的第一容积)中的添加剂可以经由该旁通管路回到容器中。该旁通管路因此允许绕过栗。
[0030]有利地，泵为单向泵，即泵运行产生在一个给定方向(供给添加剂的方向)上的流量。该类型的泵成本低，并且其控制简单。
[0031]本发明还涉及一种用于存储添加剂并将添加剂喷射到内燃机的排放管中的方法，所述方法主要在于:借助于泵并经由喷射通道将存储在容器中的添加剂向喷射器传输，并借助于所述喷射器将所述添加剂喷射到所述排放管中。所述方法还在于，通过被可滑动地安装在室中的带活塞的活动系统的移动来吹扫所述嗔射通道，所述活动系统在所述室中的移动能够在所述室中产生抽吸效应，所述抽吸效应体现为至少一部分包含在所述喷射通道中的添加剂逆流到所述室中。
[0032]该方法有利地用于添加剂为尿素水溶液的情况。
[0033]根据一个特定的实施例，所述吹扫按顺序依次包括以下步骤:
[0034]a)启动泵，以使活动系统沿着一个滑动方向移动；
[0035]b)停止泵，以允许活动系统自动沿着另一滑动方向移动；[0036]c)打开喷射器，以让空气进入到喷射通道中，使得活动系统继续沿着所述另一滑动方向移动。
[0037]有利地，包含在喷射通道中的添加剂在步骤b)和c)期间被吸入到所述室中。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]阅读以下示例性而非限制性地给出的说明和附图，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。在这些附图中:
[0039]图1示意地示出了包括符合本发明一个具体实施例的吹扫设备的SCR系统；
[0040]图2a至图2d示意地示出了图1的吹扫设备的第一实施例；
[0041]图3a至图3d示意地示出了图1的吹扫设备的第二实施例。
[0042]在这些附图中，相同的编号指示相同的元件。
【具体实施方式】
[0043]图1示出了 SCR系统的一个实施例。“SCR系统”指的是内燃机(优选地是车辆的内燃机)的排放气体的NOx的催化还原系统，该系统使用例如尿素作为液态氨前体。
[0044]在图1的示例中，SCR系统包括添加剂容器1、布置在容器I内部的泵6、与泵6连接的吹扫设备5，以及从吹扫设备5到位于排放管道4处的喷射器3的喷射通道(或喷射管路)2,其中所述容器中包含具有32.5% (重量)尿素的(共晶)尿素水溶液。有利地，泵6为单向泵。当然，在一个实施变型中，泵6可以是双向泵。
[0045]在正常运行模式(喷射添加剂)下，泵6造成添加剂从容器I经由吹扫设备5和喷射通道2流向喷射器3，然后该添加剂借助于喷射器3被喷射到排放气体中。由此，在正常运行模式下，吹扫设备5被配置为让泵6提供的添加剂通向喷射通道2。在吹扫期间，停止泵6，吹扫设备5抽吸包含在喷射器和喷射通道2中的添加剂。
[0046]现在参照图2a至图2d说明图1的吹扫设备5的第一实施例。
[0047]如图2a所示，吹扫设备5包括外壳51，该外壳限定室52，在该室中布置有带活塞的活动系统53、54。外壳51包括入口孔55和出口孔56。
[0048]活动系统53、54被可滑动地安装在室52中。室52经由入口孔55与泵6联通。室52经由出口孔56还与喷射通道2联通。
[0049]活动系统53、54可以实现沿着第一滑动方向(用编号为SI的箭头示出)的去程和沿着第二滑动方向(用编号为S2的箭头示出)的回程。
[0050]在图2a的示例中，活动系统包括被可滑动地安装在室中的、顶着弹簧53的活塞
54。弹簧53包括连结在活塞54上的一个端部和连结在外壳51上的另一端部。
[0051]优选地，活塞54是密封的。在图2a中，活塞54处于阻止入口孔55和出口孔56之间的流体联通的位置。
[0052]当泵6运行时，添加剂经由入口孔55进入到室52中，并沿着第一滑动方向(SI)推动活塞54。活塞54沿着第一滑动方向(SI)的移动导致弹簧53压缩(弹簧积累能量)。
[0053]如图2b所示，在正常运行模式(喷射添加剂)下，活塞54被移动到允许入口孔55和出口孔56之间的流体联通的位置。因此，添加剂可以经由室52向着喷射通道2流通。添加剂借用的通道因此由室52的一部分和出口孔56构成。该添加剂的流通在图2b中用箭头61示意地示出。如所示出地，弹簧53被压缩，并且活塞54在室52中限定第一容积Vl和第二容积V2。
[0054]在图2a至图2d示出的实施例中，假设泵6具有泄漏流量。例如，泵6可以具有在5巴下包括在0.10升/小时和0.80升/小时之间的泄漏流量。
[0055]为了启动吹扫，停止泵6。活塞54不再受到添加剂配送所施加的推力，弹簧53就倾向于恢复其初始形状(弹簧释放积累的能量)。活塞54因此(在弹簧的推力作用下)沿着第二滑动方向(S2)移动。该移动是由于泵6存在泄漏流量才可能的。实际上，此类泄漏流量允许包含在第一容积Vl中的添加剂回到容器中。该添加剂的返回因此穿过泵来实现。该添加剂的返回在图2c中用箭头62示意地示出。在活塞54沿着第二滑动方向(S2)移动期间，第二容积V2增大，而第一容积Vl减小。第二容积V2的增大在室中造成抽吸效应。由此，包含在喷射通道2中的添加剂在抽吸效应下逆流到第二容积V2中。
[0056]该添加剂的逆流在图2c中用箭头63示意地示出。
[0057]然后，打开喷射器。如图2d所示，活塞54因此继续其沿着第二滑动方向(S2)的移动，并且向室中的抽吸继续进行。由此，空气被抽吸到喷射器中和喷射通道2的一部分中。吸入的空气体积大致等于活塞54移动过的容积VI。空气吸入流量大致等于泵6的泄漏流量。
[0058]现在参照图3a至图3d说明图1的吹扫设备5的第二实施例。
[0059]如图3a所示，吹扫设备5包括设有入口孔75和出口孔76的外壳71。外壳71包括第一室72，其中布置有带活塞的活动系统73、74。
[0060]活动系统包括被可滑动地安装在第一室72中的、顶着弹簧73的活塞74。活塞74可以实现沿着第一滑动方向(由编号为Sii的箭头示出)的去程和沿着第二滑动方向(由编号为S12的箭头示出)的回程。第一室72经由入口孔75与泵6联通。外壳71还包括第二室77。第一室72的一部分在第二室77的内部延伸。第一室72经由开孔78与第二室77联通。第二室77经由出口孔76与喷射通道2联通。在一个实施变型中，第二室77还可以是喷射通道2的一部分。
[0061 ] 在图3a至图3d中示出的实施例中，假设SCR系统包括旁通管路79，其允许添加剂回到容器中。旁通管路79设有校准好的开孔(未示出)。
[0062]在该第二实施例中，泵6还可以具有泄漏流量。替代地，泵6也可以不具有泄漏流量。
[0063]优选地，活塞74是密封的。在图3a中，活塞74处于阻止第一室72和第二室77之间的流体联通的位置。
[0064]当泵6运行时，添加剂经由入口孔75进入第一室72，并沿着第一滑动方向(Sll)推动活塞74。活塞74沿着第一滑动方向(Sll)的移动导致弹簧73的压缩(弹簧积累能量)。
[0065]如图3b所示，在正常运行模式(喷射添加剂)下，(运行的)泵6配送容器的添加剂。活塞74受到由添加剂配送所施加的推力。活塞74因此沿着第一滑动方向(Sll)移动。活塞74移动到允许第一室72和第二室77之间流体联通的位置。因此，添加剂可以经由第一室72和第二室77向着喷射通道2流通。添加剂借用的通道因此由第一室72的一部分、开孔78、第二室77的一部分、以及出口孔76构成。
[0066]该添加剂的流通在图3b中用箭头81和82示意地示出。如所示出地，弹簧73被压缩。
[0067]为了启动吹扫，停止泵6。活塞74不再受到添加剂配送所施加的推力，弹簧73就倾向于恢复其初始形状(弹簧释放积累的能量)。活塞74因此(在弹簧的推力作用下)沿着第二滑动方向(S12)移动。该移动是由于存在旁通管路79才可能的。实际上，此类旁通管路79允许(在泵6没有泄漏流量的情况下)包含在第一室72中的添加剂回到容器中。该添加剂的返回在图3c中用箭头83示意地示出。
[0068]活塞74沿着第二滑动方向(S12)的移动在吹扫设备中造成抽吸效应。由此，包含在喷射通道2中的添加剂逆流到吹扫设备中。该添加剂的逆流在图3c中用箭头84和85示意地示出。
[0069]然后，打开喷射器。如在图3d中所示，活塞74因此继续其沿着第二滑动方向(S12)的移动，并且添加剂向吹扫设备中的抽吸继续进行。由此，有效并且自动(即无控制信号)地实现了喷射通道和喷射器的吹扫。
[0070]相对于此类系统的已知吹扫设备，本发明的吹扫设备使用非常简单、成本低并且可靠的机械装置。
【权利要求】
1.一种用于存储添加剂并将添加剂喷射到内燃机的排放气体中的系统，所述系统包括用于存储添加剂的容器(I)、喷射器(3 )和用于将添加剂从所述容器(I)经由喷射通道(2 )传输到所述喷射器(3 )的泵(6 )，所述系统还包括安装在所述泵(6 )和所述喷射通道(2 )之间的吹扫设备(5)，所述系统的特征在于，所述吹扫设备包括室(52 ;72)和可滑动地安装在所述室中的、带活塞的活动系统(53、54 ;73、74)，所述吹扫设备被设计为使得: 所述活动系统在一个滑动方向(SI)上的运动导致在所述室中打开所述添加剂通向所述喷射通道的通路；并且 所述活动系统在另一个滑动方向(S2)上的运动在所述室中产生抽吸效应，所述抽吸效应体现为至少一部分包含在所述喷射通道中的添加剂逆流到所述室中。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活动系统沿着所述另一个滑动方向的运动关闭所述通路。
3.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述活动系统沿着所述另一个滑动方向的运动首先被所述泵的停止所启动，然后被所述喷射器的打开所启动。
4.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述活动系统包括可滑动地安装在所述室中、顶着弹簧的活塞。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，由所述活塞和所述弹簧构成的整体的尺寸被设计为使得其抵消所述泵和/或所述喷射器可能产生的搏动。
6.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括添加剂返回线路，所述添加剂返回线路允许包含在所述室中的添加剂在所述活动系统沿着所述另一个滑动方向移动时返回到所述容器中。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述泵具有泄漏流量。
8.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述添加剂返回线路包括旁通(英文为“bypass”)管路。
9.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述泵为单向泵。
10.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述添加剂是尿素水溶液。
11.一种用于存储添加剂并将添加剂喷射到内燃机的排放管中的方法，所述方法允许借助于泵(6 )并经由喷射通道(2 )将存储在容器(I)中的添加剂向喷射器(3 )传输，并借助于所述喷射器(3)将所述添加剂喷射到所述排放管中，所述方法的特征在于，所述方法还允许通过被可滑动地安装在室(52 ;72)中的带活塞的活动系统(53、54 ;73、74)的移动来吹扫所述喷射通道(2)，所述活动系统在所述室中的移动能够在所述室中产生抽吸效应，所述抽吸效应体现为至少一部分包含在所述喷射通道(2)中的添加剂逆流到所述室中，所述活动系统在一个滑动方向(SI ;S11)上的运动导致在所述室中打开所述添加剂通向所述喷射通道的通路。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述吹扫按顺序依次包括以下步骤: a)启动所述泵，以使所述活动系统沿着一个滑动方向移动； b)停止所述泵，以允许所述活动系统沿着另一个滑动方向移动； c)打开所述喷射器，以让空气进入到所述喷射通道中，使得所述活动系统继续沿着所述另一个滑动方向移动；所述方法的特征还在于，一部分包含在所述喷射通道中的添加剂被吸入所述室中。
【文档编号】F01N3/28GK103850761SQ201310616726
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2012年11月28日
【发明者】弗雷德里克·让诺, 弗朗克·道希, 斯蒂芬·伦纳德 申请人:英瑞杰汽车系统研究公司