用於液體的供給系統的製作方法

2023-05-15 21:49:11 2

用於液體的供給系統的製作方法
【專利摘要】一種用於液體的供給系統包括液體儲箱(2)和液體供給管線(14)，該液體供給管線(14)形成用於從儲箱到供給系統的出口的流體通道，其特徵在於，該供給管線配備有至少一個部件(16)，該至少一個部件(16)被設計為形成至少一個氣窩，該至少一個氣窩與所述通道相連通以便佔據在凍結情況下液體體積的變化。本發明還涉及這種系統在選擇性催化還原系統(SCR)中的應用。
【專利說明】用於液體的供給系統
[0001]本發明涉及一種用於供給在霜凍情況下易凝固的液體的系統，該液體特別地用於車輛，比如是內燃機排氣還原劑。
[0002]為了滿足車輛特別是重型貨車的排放要求，必須減小排放到大氣中的氮氧化物NOx的量。通常建議的方法是採用SCR(選擇性催化還原)法，該方法允許通過把還原劑(通常是氨)注入排氣系統中而將氮氧化物還原。該氨可來源於氨前驅體溶液的熱分解，該氨前驅體溶液的濃度可以是低共熔濃度。這種氨前驅體通常是尿素溶液。
[0003]為此目的，車輛通常配備有:容納尿素溶液的儲箱、用於計量被注入排氣管線中的尿素的量的裝置以及用於向該用於計量被注入的尿素的量的裝置供給尿素溶液的裝置。一般而言，該供給裝置包括供給管線、泵和過濾器。
[0004]該供給管線通常在該管線的一端將溶液提供給注入裝置，而其相對端則伸入儲箱當中。泵位於儲箱的內部或外部，並且預計將使用壓力調節以調節提供給注入裝置的還原劑的壓力。
[0005]為了防止供給系統的部件特別是上述部件隨著處於凍結狀態下的尿素水溶液(通常是尿素比重為32.5%、於-111:凍結的低共熔溶液)的凝固而受到損壞，有利地定期地清洗供給管線以及位於該供給管線上的部件。
[0006]現有技術提供了用於進行這種清洗的多種系統。
[0007]例如以本 申請人:名義的申請W02006/064028和W02009/007405中所描述的，通
過使用壓縮空氣或經由注入裝置吸入排氣或空氣，或者通過使用二位四通閥(4/2-wayvalve)或反轉泵的旋轉方向,可以執行該清洗。
[0008]同樣優選的是為供給系統配備止回裝置(優選為鐘形裝置/虹吸裝置的組合)，該裝置在一旦泵停止運行時防止液體(還原劑)進入被清洗的元件，同時在泵在供給模式下運行/啟動時允許將液體提供至供給管線。
[0009]另一方面，EP1664713和EP1339956提出:通過與佔據在凍結情況下還原劑體積變化的可壓縮體積接界的附加的風箱(bellows) (EP1664713)，或者通過在位於管線中的還原劑凍結的情況下可以在該管線中進行補償性移動以增大其體積的閥體(EP1339956)，來僅保護這種系統的某一特定部件，即壓力傳感器。
[0010]從前面的描述可知，有必要做出顯著的修改以保護供給系統或其部件不受霜凍的影響，並且可以將這種保護限制在某一特定部件。
[0011]本發明的目的在於通過提供一種以簡單、有效且可靠的方式受到保護從而完全不受霜凍影響的供給系統來解決以上問題。
[0012]為此目的，本發明提出一種用於液體的供給系統，包括液體儲箱和液體供給管線，該液體供給管線形成從該儲箱到該供給系統的出口的液體通道，其特徵在於，該供給管線配備有至少一個部件，該至少一個部件被設計為形成至少一個氣窩(air pocket),該至少一個氣窩與所述通道相連通以佔據在凍結情況下液體體積的變化。
[0013]由於以上設定，在完全無需清洗供給管線的情況下利用非常簡單且易於實施的裝置(對供給管線的改動)就能夠保護供給管線和位於此管線上的部件不受霜凍的影響，並且不造成任何可靠性的問題。
[0014]並且，在排氣還原系統的情況下，通過在注入期間衰減壓力脈衝和減小壓力範圍，這種氣窩(優選為空氣窩)還提供了改善的壓力調節。
[0015]另外，這種系統不要求為保護該裝置(實際上是氣窩)不受霜凍影響而針對其位置提出的特定條件。
[0016]所謂「氣窩」表示儲存氣體(優選為空氣)的凹進空間，其體積將考慮處於凍結狀態的液體的膨脹體積來限定/確定，以避免/限制供給管線中的壓強和位於此管線上的部件上的壓強。氣窩可以像氣泡一樣小(在這種情況下通常存在多個氣窩)，並且可以採用多種形式，下文將更詳細地對此進行描述。
[0017]在該系統被用於車輛的特定情況下，可以將形成氣窩的部件安裝在車輛中的不同位置，比如SCR儲箱的頂部上、燃料儲箱的頂部上、車輪區域中、燃料或SCR的加注管上等。多於一個的限定氣窩的部件可被連接到供給管線或者包含在供給管線中。
[0018]根據一個特定特徵，至少一部分氣窩被包含在供給管線的(或者從供給管線延伸出的)大致豎直部中，以便利用液體的重力的作用。所謂「大致豎直」表示豎直或者足夠傾斜(例如具有至少45°、優選地至少60°的角度)，從而能夠利用重力作用。
[0019]特別地，該大致豎直部可以是供給管線的局部的直徑增大部。
[0020]可替代地，限定氣窩的部件在採用波紋的情況下可限定多個氣窩。另一替代方式是採用至少兩個同軸的連通導管，即容納液體的第一導管以及容納空氣或任何其它流體的另一導管，所述空氣或任何其它流體可被壓縮以吸收由於體積增大所產生的壓強。下面將對這些替代方式進行描述。
[0021]於是，該系統可包括兩個同軸導管，其中的內導管具有與外導管的內部相連通的開口端。
[0022]由於這些配置，在第二導管中容納的液體發生凍結並在凍結時膨脹的情況下，液體/固體區域的前側向前移動(因為液體是不可壓縮的)，並推動(壓縮)第一導管中容納的氣體的體積。
[0023]根據第一子實施例，該內導管包括封閉端，氣窩存在於所述內導管中，並且主供給管線形成外導管。
[0024]由於這些設定，在外導管體積增大的情況下，液體/固體的前側在內管線內移動並推動氣體，從而壓縮該氣體。因此，內導管中容納的氣體被壓縮並吸收可能會損壞外導管和供給系統其它部件的壓力。
[0025]根據第二子實施例，外導管包括封閉端，氣窩存在於所述外導管中。
[0026]與前一實施例相比，在這裡主供給管線和氣窩的作用被互換。
[0027]根據另一實施例，形成氣窩的部件是管線、附件或支管，這些管線、附件或支管伸入所述通道，並且優選地整體在與至少一部分供給管線相同的方向上延伸，並且它們的軸線不重合。這種「死端」附件的直徑可以大於供給/進料管線自身的直徑。
[0028]根據本發明的又一實施例，供給管線包括波紋狀部件，該波紋狀部件的波紋形成多個氣窩。
[0029]此方案的一個優點在於:在其中管線大致水平(即水平或略傾斜:參見上文)的全部區域中，空氣泡將被困在波紋的各個上部中。在凍結的情況下這些空氣泡將被壓縮。[0030]該系統還可包括氣體捕獲裝置，該氣體捕獲裝置位於限定至少一個氣窩的所述至少一個部件和供給管線的其餘部分當中或者這兩者之間，用於困住所述氣體。
[0031]當該供給系統位於包括排氣系統的移動車輛內時，這種配置將防止進料管線中容納的氣體在車輛位於上坡時從氣窩中逸出或者由於受到抽吸而流向排氣系統。
[0032]根據本實施例的一個特定特徵，氣體捕獲裝置是以虹吸管的形式存在的，特別地採用U形彎曲或倒U形彎曲的形狀。當然，可以採用其它等效形狀(N形彎曲、迷宮形狀等)。可替代地，氣體捕獲裝置可由具有連接到供給管線的進口和出口的密封盒(其內部具有彎曲形狀、迷宮形狀等)構成，從而形成一個附加的元件。
[0033]在不存在單獨的(附加的)捕獲裝置的情況下，應限定形成氣窩的部件的尺寸和/或朝向，以便應對上述問題(抽吸和車輛傾斜)，並且自身起到氣體捕獲裝置的作用。
[0034]因此，根據本發明的一個實施例，形成氣窩的所述至少一個部件可由供給管線的增大的大致豎直部構成，該增大的大致豎直部在兩個橫向的上部和下部之間延伸，並被配置成使得液體能夠降落到下部的底部，同時在此豎直部的各端之間形成氣窩。可替代地，該增大部可由具有連接到供給管線的進口和出口的密封盒(具有柱塞等)構成。
[0035]由於適當地限定增大部的尺寸並考慮了供給管線中容納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，可以保持氣窩，繼而在液體凍結的情況下可以對其進行壓縮。
[0036]根據本發明的一個特定特徵，該系統可包括位於儲箱內部或外部的泵。可替代地，也可採用為該系統的出口提供液體的其它方案(重力、由於排氣的吸入等)。
[0037]優選地，該泵是優選地由磁耦合馬達驅動的旋轉泵(例如齒輪泵)，或者是由彈簧和磁線圈致動的活塞泵。
[0038]當這種泵在用於車輛排氣系統的供給系統中運行時，通常將供給管線中的壓強調節到約I巴至約5巴(I巴=1.1O5帕)的範圍內，最經常調節到約5巴。
[0039]氣窩因此被壓縮，並且在泵停止運行之後必須減小/釋放供給管線中的壓強。
[0040]為了在泵停止運轉(發動機停車)之後儘可能快地(優選在幾分鐘(實際上5至10分鐘)以內)減小供給管線中的壓強，以便在壓強作用下被壓縮的氣窩回復到其初始體積(或者幾乎回復到其初始體積)，從而能夠在凍結情況下被再次壓縮，根據本發明的某些具體特徵，還提出了:
[0041]-在泵的結構中(例如在其止回閥中)形成至少一個特定的洩漏，以便使供給管線中的液體返回到儲箱中(當今的泵中的洩漏是非常有限的，並且在大部分情況下在泵停止運行後可能不足以有效地減小壓強)；或者
[0042]-增加將供給管線連接至儲箱的旁路，該旁路配備有閥(優選為電子閥)，該閥在打開時能夠使供給管線中的加壓液體返回到儲箱。
[0043]換言之，有利地，該供給系統更一般而言包括用於減小供給管線中的壓強的裝置，以及優選地包括用於使存在於供給管線中的液體返回到儲箱的裝置。
[0044]液體的供給以及返回到儲箱可以由以下控制單元來控制:發動機控制單元(ECU);結合到車輛中的其它一些控制單元(例如燃料系統控制單元，FCSU);或者從ECU、FCSU或結合到車輛中的其它一些控制單元接收指令/信息的專用控制單元。
[0045]優選地還提供旨在保護泵不受雜質影響的過濾器，該過濾器有利地在一個緊湊模塊中與泵相結合，如以本 申請人:名義的國際申請W02009/007405中所述。
[0046] 根據本發明的另一特定特徵，該系統可包括壓力調節器，其優選地被結合到泵中或者連接到儲箱。
[0047]特別地，該壓力調節器可以是基於球和彈簧或者板和彈簧機制的機械壓力調節器。該壓力調節器也可由與電子調節器相結合的壓力傳感器構成。
[0048]可替代地，就活塞泵而言，可通過致動活塞的刻度彈簧(calibrated spring)來獲得壓力調節。在這種情況下，彈簧和活塞將液體推動到泵的出口。
[0049]為了防止液體結冰，該系統可包括圍繞供給管線的加熱帶或者圍繞該管線的電阻絲。
[0050]可替代地，該加熱帶或電阻絲位於供給管線的內部或者該管線壁厚度的內部。
[0051 ] 為了簡單起見，氣窩中的氣體是空氣。
[0052]本發明還涉及一種適用於根據本發明的供給系統的供給管線，該供給管線包括兩個同軸導管或者如上所述的從該供給管線伸出的附件。
[0053]此外，本發明還涉及一種用於內燃機的淨化系統，該淨化系統包括用於將排氣淨化溶液注入內燃機排氣通道中的如上所述的供給系統。
[0054]這裡氣窩也用作壓力脈衝的阻尼器。
[0055]有利地，氣體淨化溶液是能夠減少存在於發動機排氣中的NOx的還原劑，比如氨前驅體的水溶液，優選為尿素水溶液。
[0056]因此，根據所述淨化系統的一個特定特徵，該排氣淨化溶液可以是低共熔的水/尿素溶液。尿素含量介於31.8?丨％至33.2wt%之間和氨的含量為18?丨％的AdBIuew的溶
液尤為有效。本發明也可適用於尿素/甲酸銨混合物的水溶液，該溶液以商標Denoxiumi
銷售並且氨的含量約為13wt%。相對於在低於-1re時凍結的其它溶液，該尿素/甲酸銨混合物的水溶液具有在低於_35°C時凍結的優點。
[0057]優選地，儲箱由化學上耐受所使用的添加劑的材料製成。這樣的材料一般是金屬或塑料。在尿素的情況下，聚醯胺或聚烯烴樹脂(尤其是聚乙烯，更尤其是HDPE即高密度聚乙烯)較為優選。
[0058]此外，限定氣窩的尺寸時考慮了處於凍結狀態的尿素的膨脹體積，以限制供給管線中的壓強。
[0059]本發明還涉及根據本發明的系統在優選地使用尿素水溶液的選擇性催化還原系統(SCR)中的應用。
[0060]在這種特定情況下，需限定氣窩的尺寸，以便在尿素處於凍結狀態時不僅避免/限制進料管線中的壓強，還有注入裝置、泵、快速連接器等部件上的壓強。
[0061]更一般而言，根據本發明的供給系統可被用於其中採用在凍結時膨脹的液體的任何其它情形。
[0062]同軸管線或波紋狀導管優選地是由熱塑性材料比如PA(聚醯胺)製成的。內管線也可以由PE (聚乙烯)或I3U(聚氨酯)製成。
[0063]就同軸管線而言，良好的尺寸設計包括:內管線的內直徑介於約2mm至約5mm之間，以及外管線的內直徑介於約4mm至約IOmm之間。優選地這些管線的厚度介於約0.5mm至約2mm之間。
[0064]圖1至圖6以非限制性方式圖示了本發明可能的實施例。
[0065]-圖1是根據本發明的系統的第一實施例的示意性剖視圖；
[0066]-圖2是根據本發明的系統的第二實施例的示意性剖視圖；
[0067]-圖3是根據本發明的系統的第三實施例的示意性剖視圖；
[0068]-圖4A是根據本發明的系統的第四實施例的示意性剖視圖；
[0069]-圖4B示意性圖示了圖4A的增大部的一個變型；
[0070]-圖5是根據本發明第五實施例的供給導管的示意性剖視圖；
[0071]-圖6示意性圖示了圖1至圖5的氣體捕獲裝置的一個變型。
[0072]在這些附圖中，相同的附圖標記表示相同或相似的部件。
[0073]圖1中所示實施例的系統I包括SCR儲箱2，該SCR儲箱2裝有液體4 (在圖示實施例中是低共熔的水/尿素組合物)並經由泵8與供給迴路6相連通。泵8用於將液體4提供至迴路中，且在本實施例中位於儲箱當中。在一個緊湊模塊中泵8與過濾器(附圖中未不出)相結合。
[0074]供給迴路6包括離開儲箱的連接管10，在此附圖所示的特定實施例中該連接管10與連接到位於儲箱內部的壓力調節器12的支管相連通。
[0075]在此實施例中，壓力調節器是基於球和彈簧或者板和彈簧機制的機械壓力調節器。可替代地，壓力調節器可由與電子調節器相結合的壓力傳感器構成。
[0076]可替代地，就活塞泵而言，也可通過致動活塞的刻度彈簧來獲得壓力調節。在這種情況下，彈簧和活塞將液體推動到泵的出口。
[0077]當離開儲箱2時，泵連接到同軸管線，該同軸管線包括圍繞著內導管即內管線16的外導管即外進料管線14，該內導管即內管線16形成空氣窩。在本實施例中，同軸管線包括在兩個大致水平部分之間的大致豎直部分(也可以採用其它朝向)。
[0078]內管線和外管線都是由熱塑性材料製成的，該熱塑性材料比如是內直徑和厚度均包括在上文所限定範圍內的PA。
[0079]另外，圍繞著外導管14布置了加熱帶或電阻絲17，以便在必要時防止外導管14中容納的液體結冰。
[0080]內導管16具有與外導管14的出口相連通的開口端18，以及位於外導管14的端部附近和連接管10附近的相對的封閉端20。因此，在外進料管線中容納的液體發生凍結和膨脹的情況下，因為液體是不可壓縮的，所以液體/固體區域的前側在內管線16中向前移動，從而壓縮內管線中容納的氣體體積。該氣體壓縮因此使得進料管線14中的壓強和供給系統的部件上的壓強減小。
[0081]開口端18的位置可變化。在本實施例中，開口端18位於管線通向的注入裝置24的附近，該注入裝置24適於將液體4注入配備了供給系統I的車輛的排氣系統中。
[0082]空氣窩的存在還在注入期間衰減壓力脈衝和減小壓力範圍。因此，壓力調節從總體上得到了改善。
[0083]在本實施例中是同軸管線的倒U形部分的可選的空氣捕獲裝置22位於開口端18的下遊及其附近。該捕獲裝置防止內管線16中容納的氣體從中逸出。
[0084]取決於形成氣窩的部件的體積，該捕獲裝置可以位於管線上的其它位置。[0085]圖1的實施例還包括可選的旁路24，該旁路24將進料管線14連接到儲箱2並且裝備有電子閥28，用於在一旦泵8停止運行時使存在於進料管線14中的加壓液體返回到儲箱2。
[0086]因此，內導管16中的在泵8運行期間受到壓縮的空氣窩可恢復到其初始狀態，以便在液體再次凍結的情況下能夠被再次壓縮。
[0087]現在參照圖2，其示出了本發明的另一實施例，其中外管線14和內管線16的作用被互換，內管線16變為容納液體的進料管線，而外管線14變為形成氣窩的部件。
[0088]現在參照圖3，其示出了本發明的又一實施例，該實施例包括提供具有形成氣窩的支管32或附件的進料管線30。該支管32可位於注入裝置和氣體儲箱2之間的任意位置，在本實施例中支管32沿進料管線30的豎直中間部的一部分延伸、然後沿進料管線30靠近儲箱2的水平部的一部分延伸。由這些設定得到了一個非常緊湊的布局，但死端附件也可以採用其它形狀和朝向。在本實施例中，供給管線30和附件32也圍繞有加熱帶或電阻絲17。
[0089]死端附件32的內直徑可以大於進料管線30的內直徑:約2mm至20mm對照於約2mm至IOmm,其厚度約介於0.5mm至2mm之間。
[0090]關於前述實施例，在由於凍結造成進料管線30中容納的液體發生膨脹的情況下，液體/固體區域的前側在支管32中向前移動，從而推動支管32中容納的氣體。
[0091]現在參照圖4，其示出了本發明的另一實施例，該實施例包括進料管線30的增大部34，該增大部34沿著進料管線30的豎直部分。由於適當地限定增大部34的尺寸並考慮了進料管線30中容納的混合物的粘度及其低流量(使用尿素時實際上是每小時0.01升至5升)，此增大部起滴流器的作用。因此可以保持氣窩，繼而在液體凍結的情況下可以對其進行壓縮。
[0092]在本實施例中，增大部34的內直徑約為3mm至30mm，然而進料管線30的其餘部分的內直徑約為2mm至IOmm,厚度約為0.5mm至2mm。
[0093]如圖4B中所示，增大部34也可由具有進口 38和出口 40的密封盒36構成，進口38和出口 40用於將盒36連接到進料管線30。盒36還包括插入管42，該插入管42連接到進口 38並且一直下行至由盒36形成的氣窩空間的底部附近，以便從進料管線30中流通的液體中分離出氣體。
[0094]儘管參照圖1描述的實施例中的空氣捕獲裝置22和/或具有電子閥28的旁路26在圖2至圖4A、4B中未示出，但這些裝置優選地也存在於這些實施例中。
[0095]圖5是導管44的示意性剖視圖，該導管44可代替圖1至圖4的實施例中的供給/進料管線的同軸導管、死端附件或者增大部中的任何一個。
[0096]導管44是具有多個波紋46的波紋狀導管，波紋46的上部中可以困住空氣泡，以便佔據在霜凍情況下液體(例如尿素)體積的變化。
[0097]圖6示出了氣體捕獲裝置22的另一實施例。該捕獲裝置22被實現為包括內壁50的密封盒48的形式，該內壁50形成了 U形通道。
[0098]此盒48還包括進口 52和出口 54，用於將盒48作為附加元件連接到上述進料管線14,16,30中的任一個。
[0099]當然，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對前述示例性實施例做出許多修改。
【權利要求】
1.一種用於液體的供給系統，包括液體儲箱(2)和液體供給管線(14 ；16 ；30 ;44)，所述液體供給管線形成從所述儲箱(2)到所述供給系統的出口的流體通道，其特徵在於，所述供給管線(14 ；16 ；30 ；44)配備有至少一個部件(14 ；16 ；32 ；34 ;46)，所述至少一個部件被設計為形成至少一個氣窩，所述至少一個氣窩與所述通道相連通以便佔據在凍結情況下所述液體的體積的變化。
2.如權利要求1所述的供給系統，其中，至少一部分所述氣窩被包括在所述供給管線的(或者從所述供給管線延伸出的)大致豎直部中。
3.如權利要求1或2所述的供給系統，包括兩個同軸導管(14; 16)，其中的內導管(16)具有與外導管(14)的內部相連通的開口端。
4.如權利要求3所述的供給系統，其中，所述內導管(16)包括封閉端。
5.如權利要求3所述的供給系統，其中，所述外導管(14)包括封閉端。
6.如權利要求1或2所述的供給系統，其中，形成所述氣窩的所述部件是伸入所述通道中的附件(32)。
7.如權利要求1或2所述的供給系統，其中，所述供給管線包括波紋狀部件(44)，所述波紋狀部件(44)的波紋(46)形成多個氣窩。
8.如權利要求1或2所述的供給系統，其中，形成所述氣窩的所述至少一個部件是由所述供給管線的增大的大致豎直部(34)形成的，所述增大的大致豎直部(34)在兩個橫向的上部和下部之間延伸，並被配置成使得所述液體能夠降落到所述下部的底部，同時在所述增大的大致豎直部的各端之間形成所述氣窩。
9.如權利要求8所述的供給系統，其中，所述增大部是由具有進口(38)和出口(40)的密封盒(36)形成的，所述密封盒(36)的進口(38)和出口(40)用於將該密封盒連接到所述供給管線。
10.如權利要求9所述的供給系統，其中，所述密封盒包括插入管(42)，所述插入管(42)被連接到所述密封盒的進口並且向著所述增大部的底部延伸，以便從所述液體流中分尚出氣體。
11.如權利要求1至10中任一項所述的供給系統，包括用於減小所述供給管線中的壓強的裝置以及優選地用於使存在於所述供給管線中的液體返回到所述儲箱的裝置。
12.如權利要求11所述的供給系統，其中，所述用於使存在於所述供給管線中的液體返回到所述儲箱的裝置包括在泵或旁路(24)的結構中形成的至少一個洩漏，所述洩漏將所述供給管線連接到所述儲箱並且配備有閥，該閥優選為電子閥(28)。
13.如權利要求1至12中任一項所述的供給系統，包括氣體捕獲裝置(22)，所述氣體捕獲裝置(22)位於形成至少一個氣窩的所述部件和所述供給管線的其餘部分中或者位於這兩者之間，以便將所述氣體困在該延伸部分中。
14.如權利要求13所述的供給系統，其中，所述捕獲裝置採用虹吸管的形狀，特別是U形彎曲和倒U形彎曲的形狀。
15.如權利要求13或14所述的供給系統，其中，所述捕獲裝置被形成於具有連接到所述供給管線的進口(52)和出口(54)的密封盒(48)之中。
【文檔編號】F01N3/20GK103917754SQ201280053117
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年8月8日 優先權日:2011年8月29日
【發明者】皮埃裡克·貝斯納德 申請人:英瑞傑汽車系統研究公司