CN103180561B - 用于向内燃机的排气管路中定量加入介质的废气再处理系统和方法 - Google Patents

用于向内燃机的排气管路中定量加入介质的废气再处理系统和方法 Download PDF

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Abstract

用于向内燃机(100)的排气管路(90)中定量加入介质(11)、特别是液态尿素溶液或燃料的废气再处理系统。在此方面，存在用于接收介质(11)的第一罐(10)和与其连接的第二罐(20)，其中，设有压力输送装置(40)，该压力输送装置借助处于压力下的辅助流体(31)向第二罐(20)中的介质(11)加载压力。由此介质(11)从第二罐(20)定量加入排气管路(90)中。附加具有检测装置(50)，该检测装置检查第二罐(20)中的介质(11)是否低于预先给定的液位，具有加注装置(60)，该加注装置根据检测装置的检查结果从第一罐向第二罐(20)加注。

Description

用于向内燃机的排气管路中定量加入介质的废气再处理系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于向内燃机的排气管路中定量加入介质的废气再处理系统和方法。
背景技术
在内燃机内空气-燃料的混合气燃烧时，作为副产品产生有害的二氧化氮、碳烟颗粒物、一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物。推行越来越严格的排放标准，导致为遵守排放法律规定，除了减少排放的发动机内部的措施外，内燃机的废气再处理也获得了重要意义。在此方面，为进行废气再处理例如使用氧化不燃烧的碳氢化合物的催化器、碳烟颗粒物过滤器和降低二氧化氮的催化器。
为帮助废气再处理，将例如水状的尿素溶液或燃料这类介质定量加入内燃机的排气管路内。DE4436397B4公开了一种用于再处理废气的装置，其中从贮存容器向内燃机的排气管路定量加入还原剂，其中，还原剂的贮存容器通过压缩空气源置于压力下。贮存容器的压力水平在此方面既用于从贮存容器向排气管路内输送还原剂，也用于在向排气管路内定量加入时达到精细分配介质的目的。
发明内容
根据本发明，提出了一种废气再处理系统，用于向内燃机的排气管路中定量加入介质、特别是液态尿素溶液或燃料，该废气再处理系统具有用于接收介质的第一罐和与该第一罐连接的第二罐，其中，设有压力输送装置，该压力输送装置借助处于压力下的辅助流体向所述第二罐中的介质加载压力，从而介质从所述第二罐定量加入所述排气管路中，以及设有检测装置，该检测装置检查所述第二罐中的介质是否低于一个预先给定的液位，并设有加注装置，该加注装置根据所述检测装置的检查结果从所述第一罐对所述第二罐(20)加注。本发明提出，在所述第二罐上构造至少两个分开的室。
具有本发明所述特征的用于向内燃机的排气管路定量加入介质依据本发明的废气再处理系统以及依据本发明的方法相比之下提供的优点是，设有压力输送装置，该压力输送装置借助处于压力下的辅助流体向第二罐中的介质加载压力，从而介质从第二罐定量加入排气管路中，以及设有检测装置，该检测装置检查第二罐中的介质是否低于一个预先给定的液位，并设有加注装置，该加注装置根据检测装置的检查结果从第一罐对第二罐加注。在此方面具有优点的是，特别是第二罐与现有技术相比可以明显更小构成。在此方面，第一罐明显更加简单构成，因为该罐不必耐压构成。此外，在这种实施方式中获得定位方面进一步的自由度，从而第一罐例如可以特别好地接触和第二罐可以在靠近排气管路的有利位置上定位。检测装置设置在第二罐上和第二罐从第一罐加注对检测装置结果的依赖性在此方面可以使第二罐自动再加注。
通过其他可选实施例中所列举的措施，可以具有优点地进一步构成和改善本发明的用于向内燃机的排气管路内定量加入介质的废气再处理系统和方法。
具有优点的是一种实施方式，其中，在第二罐上构造至少两个分开的室。由此例如第二罐的一个室可以加注，而来自第二罐另一个室的介质则定量加入排气管路中。
在此方面特别有利的是，压力输送装置通过辅助流体将第二罐的分开的室中的至少两个彼此无关地置于压力下。由此第二罐的两个室内可以调整不同的压力水平。这样在第二罐的第一室内可以调整低于第一罐内压力的压力水平，从而介质由于压力降而从第一罐流动到第二罐内和第二室加压，利用该压力将介质定量加入内燃机的排气管路内。
本发明的一种进一步构型的优点是，在第二罐的每个室上各设置一个用于辅助流体的压力输送阀、一个用于介质的输入阀和一个用于介质的输出阀。通过第二罐每个室各一个输入阀和输出阀以及各自一个压力输送阀，可以单独控制或调节介质和辅助流体的供流以及介质从第二罐单个室的排流。例如，第二罐的室内也可以调整两种不同的压力水平，用于将介质定量加入排气管路内。
废气再处理系统的一种具有优点的进一步构型在于，第一罐划分成第一部分和第二部分，其中，在第一部分与第二部分之间设置阀、特别是止回阀，该止回阀阻止介质从第二部分向第一部分内流动。在此方面具有优点的是，第一罐这样构成，使第二部分借助重力从第一部分加注。通过第一罐的划分，例如介质在罐内的摇晃可以最小化，由此可以将从第一罐向第二罐的供给条件尽可能保持相同。
一种特别具有优点的进一步构型在于，第一罐的第二部分上设置压力供给阀，第一罐的第二部分可以利用该压力供给阀被置于压力下。因此可以向第一罐的第二部分施加小的过压，将介质从第二部分输送到第二罐的一个室内。第二罐加注之后断开过压和第二部分可以由第一罐的第一部分加注。
废气再处理系统的另一种具有优点的进一步构型在于，在压力输送装置中断向第二罐输送辅助流体时，介质从第一罐流入第二罐内。如果中断向第二罐的一个室输送辅助流体，那么相应的室无压力和介质可以从第一罐流动到第二罐的相应室内。在此方面，在向第一罐或第一罐的一部分施加轻微过压的情况下，为输送介质可以取消附加的输送装置。
废气再处理系统的另一种具有优点的进一步构型的特征在于，在第一运行状态下，介质从第二罐的第一室的定量加入借助处于压力下的辅助流体进行，而第二罐的第二室被从第一罐加注介质，在第二运行状态下，介质从第二罐的第二室的定量加入借助处于压力下的辅助流体进行，而第二罐的第一室被从第一罐加注介质。这种构成提供的优点是，第二罐无压力的室从第一罐加注和介质从第二罐的另一室向排气管路内的定量加入可以同时进行。因此防止第二罐的空运行。
特别有利的是废气再处理系统的一种实施方式，其中在第二罐与排气管路之间设置用于混合介质和辅助流体的混合室。在此方面，介质可以沿第二罐顺流与辅助流体混合，其中，辅助流体帮助介质雾化。按照这种方式，可以将最小量的介质定量加入排气管路内。
附图说明
图1示出依据本发明的废气再处理系统的示意图；
图2示出依据本发明的废气再处理系统另一实施例的示意图；
图3示出依据本发明的废气再处理系统一种可选择实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示出依据本发明的废气再处理系统的示意图。在此方面，废气再处理系统包括可以加注介质11的第一罐10，该罐通过管道81与第二罐20连接，其中，管道81的靠近第二罐20的端部与第二罐20之间设置第二罐20的输入阀23。与第二罐20连接压力输送装置40，该装置包括供给管道71、加注辅助流体31的贮存容器30和压力供给阀21。在此方面，第二罐20通过供给管道71与加注辅助流体31的贮存容器30连接。供给管道71的靠近第二罐20的端部与第二罐20之间设置压力供给阀21。通过设置在第二罐20上的输出阀25和管道84，第二罐20与混合室55的输入端56连接。附加在混合室55上构成另一输入端57，其中，另一输入端57上连接与贮存容器30连接的供给管道78。混合室55具有输出端58，管道88从该输出端通入内燃机100的排气管道90内。附加在第二罐20上设置可以测定第二罐20内介质液位的检测装置50。检测装置50控制加注装置60，该加注装置在该实施例中包括可以使第二罐20从第一罐10加注的管道81和输入阀23。为此第二罐20上设置排气阀32，通过该排气阀可以削减第二罐20内的压力，以便可以使第二罐20从第一罐10加注。
第二罐20在原始状态下通过加注装置60从第一罐10加注介质11。在此方面，介质11通过管道81和输入阀23向第二罐20内流动。如果从这种原始状态出发，第二罐20通过压力输送装置40加载压力，那么输入阀23关闭并在第二罐20内构成压力。如果第二罐20内的压力达到或超过阈值，那么输出阀25打开并释放介质11流入混合室55内。在混合室55内，通过管道84和输入端56输送的介质11和通过供给管道78和另一输入端57输送的辅助流体31相混合。通过输出端58和管道88，与辅助流体31混合的介质11定量加入内燃机100的排气管路90内。在将介质11定量加入内燃机100的排气管路90内结束后，第二罐20内的压力可以通过排气阀32削减，直至第二罐20无压力。因此第二罐20可以重新通过加注装置60从第一罐10加注介质11。
作为选择，在一种特别简单的实施方式中，混合室55以及连接管道78也可以取消，其中，介质11直接从第二罐20通过输出阀25和管道84、88定量加入内燃机100的排气管路90内。
图2示出依据本发明的废气再处理系统的另一实施例。在此方面，第一罐10分成第一部分12和第二部分14，其中，第一部分12与第二部分14之间设置止回阀16。第二部分14上设置排气阀34，通过该排气阀第二部分14经由排气管道35与第一罐10的第一部分12连接。第一罐10的第二部分14通过包括第一与第二罐之间的管道81、82、83的管道系统80与第二罐20连接。第二罐20包括第一室27和第二室28。在此方面，管道81从第一罐10的第二部分14通到通过管道82与第二罐的第一室27连接的分接点96，其中，管道82的靠近第一室27的端部与第一室27之间设置输入阀23。管道83从分接点96通向第二罐20的第二室28，其中，管道83的靠近第二室28的端部与第二室28之间设置输入阀23。
第二罐20可以通过压力输送装置40加载压力，其中，压力输送装置40包括供给管道系统70、调压装置41以及加注辅助流体31的贮存容器30。调压装置41包括调压阀42、44、46、48以及向第二罐20的第一室27和第二室28的压力输送阀21、22。附加在第二罐20的第一室27上设置排气阀32并在第二罐20的第二室28上设置排气阀33。通过排气阀32、33，第二罐20的各自室27、28可以在加载压力之后重新置于无压力的原始状态下。
贮存容器30通过第一供给管道71与调压阀44连接。调压阀44通过第二供给管道73与设置在第一罐10第二部分14上的压力供给阀18连接，因此第一罐10的第二部分14可以通过辅助流体31置于压力下。
贮存容器30此外通过从管道71分接的第三管道72与调压阀42连接。作为选择，贮存容器30也可以直接通过管道72与调压阀42连接。划分的第四供给管道74从调压阀42通向另外两个调压阀46、48。在此方面，调压阀46通过连接管道75和压力供给阀21与第二罐20的第一室27连接。调压阀48通过连接管道76和另一压力输送阀22与第二罐20的第二室28连接。两个室27、28的每一个上设置用于检测第二罐20的各自室27、28内介质11液位的装置29。
通过设置在第二罐20第一室27上的输出阀25或设置在第二罐20第二室28上的输出阀26和管道84，第二罐20与过滤器66连接，其中，过滤器66上设置用于测量介质11的温度和压力的温度传感器67和压力传感器68。但作为选择，也可以是既没有温度传感器67，也没有压力传感器68或仅具有温度传感器67或压力传感器68的实施方式。过滤器66通过管道85与喷射阀65连接。管道86从喷射阀65通向混合室55的输入端56。附加在混合室55上构成另一输入端57，该输入端通过供给管道79与调压阀49连接。在此方面，调压阀49调节辅助流体31通过供给管道78从贮存容器30向混合室55的流动。混合室55上此外设置阻止从混合室55向供给管道79回流的止回阀59。通过输出端58，混合室55与管道88连接，在其靠近排气管路90的端部上设置计量管89，用于向排气管路90内定量加入介质11。在此方面，计量管89设置在内燃机100与废气再处理装置92之间的排气管路90内。
在原始状态下，第二罐20的两个室27、28无压力。第二罐20的第一室27通过打开的输入阀23从第一罐10的第二部分14加注介质11，方法是第二部分14通过管道71、73和压力输送阀18利用辅助流体31置于压力下，其中，止回阀16阻止介质11从第一罐的第二部分14向第一部分12内流动。辅助流体31优选是气体，例如压缩空气和介质11是液体，例如水状的尿素溶液或燃料。第二罐第二室28的加注类似通过输入阀24和连接管道81、83从第一罐10进行。
通过控制调压阀46提高供给管道75内辅助介质31的压力，由此打开第二罐20第一室27上的压力输送阀21。通过这种控制使第二罐20的第一室27加载压力，该压力大于第一罐第二部分14内的压力。在此方面，关闭第二罐20第一室27上的输入阀23，由此进一步提高第二罐20第一室27内的压力。如果第二罐20第一室27内的压力达到或超过阈值，那么第二罐第一室27上的输出阀25打开，其中，介质11经由管道84通过过滤器66和管道85向喷射阀65流动。过滤器66上设置测量介质11的温度和压力的温度传感器67和压力传感器68。
如果控制喷射阀65，那么介质11通过管道86和输入端56流动到混合室55内。在根据通过温度传感器67测量的温度和通过压力传感器68测量的压力情况下，辅助流体31通过输入端57向混合室55的输送可以经由调压阀49控制。在混合室55内，介质11和辅助流体31进行混合，其中，向管道79内的回流通过止回阀59被阻止。通过混合室55的输出端58，介质11和辅助流体的混合物通过管道88到达计量管89，在那里混合物在内燃机100与废气再处理装置92之间被定量加入内燃机的排气管路90内。
如果第二罐20的第一室27上用于检测液位的装置29发出第二罐20第一室27内的介质低于最小允许的确定液位的信号，那么第一室27无压力接通，方法是调压阀46节流辅助流体31的输送和关闭压力输送阀21。附加第一室27内的压力可以通过控制排气阀32削减。如果第一室27无压力，那么第二罐20第一室27的输入阀23打开和第一室27重新从第一罐10的第二部分14加注介质11。为可以在加注过程期间定量加入介质11，无压力接通第二罐20的第一室27后，第二罐20的第二室28通过调压阀48加载压力，从而介质11从第二罐20第二室28的定量加入类似于对第二罐20第一室27所介绍的过程进行。
如果通过调压阀44阻止或这种程度节流辅助介质11向第二部分的输送，使压力供给阀18关闭，那么第一罐10的第二部分14无压力。设置在第一罐10的第一部分12与第二部分之间的止回阀16打开和第一罐10的第二部分14可以借助重力从第一部分12加注介质11。作为选择，第二部分12从第一部分14的加注也可以通过输送装置，例如泵进行。
辅助流体31的贮存容器30特别是商用汽车例如具有12bar压力水平的未示出的压缩空气回路。为降低对第二罐20的压力，第二罐20各自室27、28的调压阀46、48与贮存容器之间设置调压阀42，该调压阀将贮存容器30例如12bar的压力水平降到例如3bar的减低的压力水平。作为对调压阀42的选择，这种功能也可以通过节流阀，特别是通过可调整的节流阀得到满足。在另一种可选择的实施方式中也可以取消调压阀42，例如在贮存容器30内辅助流体31的压力水平低或辅助流体31的压力通过调压阀46、48，特别是也在调压阀46、48的打开状态下相应降低的情况下。
在一种简化的实施方式中，过滤器66、温度传感器67和/或压力传感器68可以取消。在另一种实施方式中，温度传感器67和/或压力传感器68也可以设置在第二罐20的室27、28与喷射阀65之间的其他位置上，特别是室27、28上或喷射阀65上。取代包括辅助流体31的供给管道71-78的共用供给管道系统70，一个或多个调压阀42、44、46、48也可以通过单独的供给管道，特别是直接与贮存容器30连接。
作为对所示实施方式的选择，介质11从第二罐20的定量加入，特别是无压力的原始状态开始，也可以从第二罐20的第二室28开始，如果该第二室28首先通过辅助流体31加载压力和第二罐20的第一室27首先保持无压力的话。作为对此的选择，第二罐20的两个室27、28也可以加载压力，特别是在这样确定打开第二罐20的室27、28上的输出阀25、26的阈值，使例如2bar的轻微过压不足以打开输出阀25、26的情况下。通过这种构成，介质11的定量加入可以更高的压力进行，这样总体上使排气管路90内的介质11更细地雾化。
图3示出依据本发明的废气再处理系统另一种可选择的实施方式，其中第二罐20两个室27、28的压力调节通过所谓的两位三通换向阀36进行。在此方面，贮存容器30通过供给管道71和72与调压阀42连接。调压阀42通过供给管道74与两位三通换向阀36连接，该两位三通换向阀利用一个输出端37通过供给管道75和压力输送阀21与第二罐20的第一室27连接，并利用另一输出端38通过供给管道76和压力输送阀22与第二罐20的第二室28连接。
供给管道74内辅助流体31的压力通过调压阀42调整。通过两位三通换向阀36，利用该压力可以要么通过管道75和压力输送阀21向第二罐20的第一室27加载压力，要么通过管道76和压力输送阀22向第二罐20的第二室28加载压力，其中，各自其他的室不利用辅助流体31加载压力。
在原始状态下，两位三通换向阀这样接通，使辅助流体31通过管道75向第二罐20的第一室27流动和该第一室27加载压力。由此介质11以所介绍的形式通过输出阀25定量加入内燃机100的排气管路90内。如果第一室27内的介质11通过用于检测液位的装置29测定的液位低于最小允许的确定液位，那么两位三通换向阀接通辅助流体31向第二罐20的第二室2输送，而现在无压力的第一室27则以所介绍的方式从第一罐10加注介质11。如果第二罐20的第二室28上用于检测液位的装置29发出第二罐20第二室28内的介质11低于最小允许的确定液位的信号，那么两位三通换向阀36接通辅助流体31重新向第二罐20第一室27的输送。为无压力接通第二罐20的两个室27、28，可以中断辅助介质31向第二罐20的输送，其中，调压阀42优选在调压阀42的无流动状态下中断辅助介质31向第二罐20两个室27、28的输送。通过辅助介质31向第二罐20压力输送的中断提供的优点是，第二罐20在中断液流供给的情况下，特别是在内燃机100停止运转时不处于压力下，由此受到辅助流体31的机械负荷降到第二罐20上。

Claims (11)

1.废气再处理系统，用于向内燃机(100)的排气管路(90)中定量加入介质(11)，该废气再处理系统具有用于接收介质(11)的第一罐(10)和与该第一罐连接的第二罐(20)，其中，设有压力输送装置(40)，该压力输送装置借助处于压力下的辅助流体(31)向所述第二罐(20)中的介质(11)加载压力，从而介质(11)从所述第二罐(20)定量加入所述排气管路(90)中，以及设有检测装置(50)，该检测装置检查所述第二罐(20)中的介质(11)是否低于一个预先给定的液位，并设有加注装置(60)，该加注装置根据所述检测装置(50)的检查结果从所述第一罐(10)对所述第二罐(20)加注，其特征在于，在所述第二罐(20)上构造至少两个分开的室(27、28)。
2.按权利要求1所述的废气再处理系统，其特征在于，所述压力输送装置(40)通过辅助流体(31)将所述第二罐(20)的所述分开的室(27、28)中的至少两个彼此无关地置于压力下。
3.按权利要求1或2所述的废气再处理系统，其特征在于，在所述第二罐的每个室(27、28)上各设置一个用于辅助流体(31)的压力输送阀(21、22)、一个用于所述介质(11)的输入阀(23、24)和一个用于所述介质的输出阀(25、26)。
4.按权利要求1或2所述的废气再处理系统，其特征在于，所述第一罐(10)划分成第一部分(12)和第二部分(14)，其中，在所述第一部分(12)与所述第二部分(14)之间设置阀(15)，该阀阻止所述介质(11)从所述第二部分(14)流向所述第一部分(12)中。
5.按权利要求4所述的废气再处理系统，其特征在于，在所述第一罐(10)的第二部分(14)上设置压力供给阀(18)，所述第一罐(10)的第二部分(14)利用该压力供给阀被置于压力下。
6.按权利要求1或2所述的废气再处理系统，其特征在于，在所述压力输送装置(40)中断向所述第二罐(20)输送所述辅助流体(31)时，所述介质从所述第一罐(10)流入所述第二罐(20)中。
7.按权利要求1所述的废气再处理系统，其特征在于，在第一运行状态下，介质(11)从所述第二罐(20)的第一室(27)的定量加入借助处于压力下的所述辅助流体(31)进行，而所述第二罐(20)的第二室(28)被从所述第一罐(10)加注介质(11)，在第二运行状态下，介质(11)从所述第二罐(20)的第二室(28)的定量加入借助处于压力下的所述辅助流体(31)进行，而所述第二罐(20)的第一室(27)被从所述第一罐(10)加注介质(11)。
8.按权利要求1或2所述的废气再处理系统，其特征在于，在所述第二罐(20)与所述排气管路(90)之间设置用于混合介质(11)和辅助流体(31)的混合室(55)。
9.按权利要求1所述的废气再处理系统，其特征在于，所述介质是液态尿素溶液或燃料。
10.按权利要求4所述的废气再处理系统，其特征在于，所述阀是止回阀(16)。
11.用于向内燃机的排气管路(48)中定量加入介质(11)的方法，具有用于接收介质(11)的第一罐(10)和与该第一罐连接的第二罐(20)，其中，所述第二罐(20)中的介质(11)借助处于压力下的辅助流体(31)从所述第二罐(20)定量加入所述排气管路(48)中，所述第二罐(20)在低于预先给定的液位后被从第一罐(10)加注，其特征在于，在所述第二罐(20)上构造至少两个分开的室(27、28)，它们通过辅助流体(31)被置于压力下。
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