CN103748327A - 用于供给液态还原剂的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为废气处理装置(6)供给液体还原剂的设备(1)，至少具有：带有内腔(3)的箱体(2)，其中能存储还原剂，设于内腔(3)中的引入口(4)，输送装置(5)，其位于箱体(2)的箱底(12)内的独立腔(11)中，从输送装置(5)到废气处理装置(6)的管线(20)，所述管线在独立腔(11)处穿过箱底(12)，以及清洁层(8)，其覆盖了引入口(4)，其中，在引入口(4)和清洁层(8)之间形成中间空间(10)，在中间空间(10)中提供至少一个海绵元件(7)，海绵元件(7)能吸收还原剂，且输送装置(5)能通过引入口(4)从海绵元件(7)中抽取还原剂。

Description

用于供给液态还原剂的设备
技术领域
本发明涉及一种用于至少部分地供给液态还原剂的设备。
背景技术
近来，在汽车行业中已经越来越多地使用废气处理装置，其中采用液体和/或部分汽化的还原剂来清洁来自内燃机的废气。
特别是经常在这种废气处理装置中实施的废气清洁方法为选择性催化还原（SCR），其中依靠还原剂来减少废气中的氮氧化合物。通常，氨被用作还原剂。氨在正常情况下不能以纯的形式、但是可以还原剂前体溶液的形式存储在机动车辆中，还原剂前体溶液能在废气中或在位于废气之外和/或废气之中的额外的反应器中转换为氨。特别是，经常使用的还原剂前体溶液是尿素水溶液，例如可以品牌名
Figure BDA0000464240030000011
获得的尿素水溶液，其具有32.5%的尿素含量。下文中的用语“还原剂”和“还原剂前体溶液”可同义地使用。
还原剂的一个问题是它会在低温下凝固。例如，还原剂
Figure BDA0000464240030000012
会在-11℃下凝固。在机动车辆的操作期间，例如在长期停车的期间，会发生这样低的温度。另一个问题是，还原剂代表了在机动车辆中的燃料以外的额外的工作液体，且不得不由机动车辆的使用者来添加。在机动车辆的操作期间，这需要额外的投入。因此，在这样的箱体中希望能存储尽可能大的体积的还原剂。同时，在机动车辆中，带有输送装置的还原剂箱体表现出了额外的重量。为了减小这种额外的重量，应该可以依次地尽可能多地输送存储在还原剂箱体中的还原剂，而在箱体中留下尽可能少的还原剂。同样应该考虑的是，在操作期间机动车辆本身处在运转中，对于箱体和/或输送装置来说会有新的情况连续不断地发生，例如，箱体和/或输送单元的倾斜位置、还原剂的晃动，等等。即使在这些变化的情况下，操作也应该是尽可能精准的。此外，应该可以尽可能经济地生产用于供给液体还原剂的设备，且维护服务应是简单的。另一个应该考虑的因素是，来自箱体的还原剂应该是清洁的，清洁过程应该同样地适用于在不同操作条件中的输送。
发明内容
以此为出发点，本发明的目的是解决或至少缓解针对现有技术所描述的技术问题。特别是，本发明的目的是公开一种用于供给还原剂的非常便宜的设备，其中在箱体中现有的还原剂可以尽可能完全地被使用。
通过依照具有权利要求1的特征的设备来实现这些目标。在从属权利要求中显示了该设备的更优选的实施方案。在权利要求中单独地提供的特征能以任何技术上有意义的方式结合，并能通过说明书中的说明性材料来增补，且预示了本发明的额外的不同实施例。
本发明涉及一种用于为废气处理装置供给液体还原剂的设备，其至少具有：
具有内腔的箱体，其中存储有还原剂，
设于内腔中的引入口，
输送装置，其位于箱体的箱底内的独立腔中，
从输送装置到废气处理装置的管线，所述管线在独立腔处穿过所述箱底，以及
清洁层，其覆盖了引入口，
其中，在引入口和清洁层之间形成中间空间，在该中间空间中提供了至少一个海绵元件，该海绵元件能吸收还原剂，且输送装置能通过引入口从海绵元件中抽取还原剂。
通常，箱体具有（连续的）包围内腔的箱壁。引入口尤其可以是与通向输送装置的管线相连的箱壁中的开口。典型地，输送装置具有可执行和/或控制还原剂输送的功能性部件。特别是，该功能性部件为通过所提及的管线从引入口抽吸还原剂的泵。此外，功能性部件尤其可以提供为：至少一个压力传感器，依靠其可确定输送装置中的还原剂的压力；至少一个温度传感器，依靠其可确定还原剂的温度；和/或至少一个阀，依靠其可控制通过输送装置的还原剂的流动或输送。
优选地，输送装置又通过另一管线与（外部的）注射器相连，注射器邻接废气处理装置，通过它能将输送装置所输送的还原剂供给到废气处理装置。可以提供注射装置或喷射装置来代替注射器，后者本身不是可主动控制的，但是可在通过输送装置所积聚的预定的还原剂压力下自动地打开。优选地，管线延伸穿过独立腔的区域中的箱底。因此，可通过箱壁从箱体中抽取还原剂。仅设在箱壁中的开口或穿过箱壁的通道（除箱体过滤器颈部之外）优选地位于箱底中，通过其来输送还原剂。
优选地，清洁层是可以有效的方式保持还原剂中的杂质的（一层或多层）层片，确保了杂质会保持在箱体的内腔而不会进入海绵元件和/或输送装置。因此，海绵元件包含有清洁的还原剂。清洁层为片状设计。优选地，清洁层具有至少50cm2（平方厘米）的面积，特别优选地大于100cm2。优选地，该面积不超过500cm2。为了获得特别大的面积，清洁层也能为波浪状。优选地，清洁层具有小于2mm（毫米）的厚度，优选地小于1mm。优选地，清洁层至少具有100μm（微米）的厚度。
特别地，该至少一个海绵元件为具有敞开孔的多孔结构，还原剂能渗透到其中。例如，通过开孔泡沫来形成海绵元件。优选地，海绵元件是柔韧的且可变性的。优选地，海绵元件设置在距离引入口很小的距离处，以使得输送装置能从海绵元件中抽吸还原剂。优选地，引入口和海绵元件之间的距离小于2cm（厘米），特别是小于1cm，并且特别地，引入口的开口直接邻接于海绵元件（例如相互接触）。这里，用语“距离”是指在安装位置中引入口和海绵元件之间的最短距离。
如果海绵元件（或所有海绵元件一起）填充了中间空间的至少75%，优选地至少85%，则该设备是特别有利的。特别是，此表示了被还原剂浸渍的海绵元件填充中间空间的程度，即，优选地并不仅仅通过海绵元件的材料或通过海绵元件的壁而填充了中间空间。此处包括了（空的或满的）海绵元件的小孔体积。
基本上来说，优选的是仅设置一个海绵元件。如果打算使用多个海绵元件，则这些海绵元件都应该具有相同的性能、形状，等等（尤其是如果这里仅仅有引入口）。然而通常来说，这并没有限制使用不同类型、尺寸、形状等的海绵元件的可能性。
如果海绵元件形成了多个（特别是许多的）从清洁层到引入口的通道，则此设备也是有利的。优选地，这些通道为毛细管形式。优选地，通道具有小于500μm（微米）的平均直径。
如果引入口被至少一个过滤器和/或筛网所覆盖，并且海绵元件位于滤波器/筛网和引入口之间的中间空间内，则此设备是特别有利的。箱体中的还原剂常常包括杂质，如果可能的话，为了避免损坏输送装置的功能性部件，杂质不应该进入输送装置。依靠设在引入口前面的过滤器和/或筛网，可以阻止这些杂质进入输送装置。如果海绵元件设置在引入口和过滤器或筛网之间，那么存储在海绵元件中的还原剂已经得到了清洁。此外，过滤器或筛网框住了海绵元件，并因此在箱体的内腔中限定了海绵元件的位置。海绵元件的外表面也可固定在箱体的壁上和/或过滤器或筛网上。
海绵元件有利地设计成使其能够抽吸还原剂。优选地，海绵元件依靠毛细作用力通过清洁层来从箱体的内腔中抽吸还原剂。海绵元件的毛细作用力源于海绵元件的材料、海绵元件中的各个孔/通道的尺寸和还原剂的特性。特别地，在这里还原剂的相关特性为表面张力和粘度。海绵元件优选地设计为能通过毛细作用力抽吸液体还原剂的压差达到超过0.05bar，更优选地超过0.1bar，或达到多于50cm（厘米）的高度，更优选地高于100cm。
典型地，经过清洁层从内腔到中间空间中存在有流动阻力。海绵元件的吸力效应优选地设计为可在正常操作中的正常输送速率（每小时1升到每小时10升）下至少部分地弥补清洁层的流动阻力。海绵元件通过清洁层来抽吸还原剂。
此外，如果海绵元件覆盖了引入口，则此设备是特别有利的。海绵元件优选地设置在中间空间中的引入口的前面，使得从箱体内腔的任何点到引入口的流道必须通过海绵元件。这种设置确保了无论何时当几乎所有的还原剂已经从箱体的内腔输送出来或者当箱体几乎是空的时，还原剂的残留量是存在/存储在海绵元件中，并能继续依靠输送装置通过引入口抽吸。
如果独立腔从箱底至少部分地延伸进内腔中，且引入口位于箱底，则该设备也是有利的。例如，腔能构造为箱底中的延伸到箱体内腔中的向内弯曲的部分。也可以在箱底内提供开口，独立腔嵌入到其中。可依靠盖子来从外面关闭该向内弯曲的部分。优选地，箱体或箱壁和箱底可由塑料制造。同样地，独立腔能由塑料制造，或具有由塑料制造的壁。然而，独立腔也可以由金属制造。优选地，独立腔可具有加热器，通过其可在还原剂为凝固状态时融化处在输送装置中的还原剂和处于内腔中的接近独立腔的还原剂。加热器优选地设计成能使还原剂、尤其是海绵元件中的还原剂（首先）融化。
如果清洁层具有至少一个过滤器或筛网，则该设备也是有利的。筛网或过滤器是实现清洁层的清洁效果的有效部件。也可以在清洁层中结合过滤器和筛网。特别优选地，该清洁层应形成设备的单独的过滤器或单独的筛网，其在操作中发挥清洁效果。这样，清洁层将还原剂流的“清洁侧”和“脏侧”分开。
在该设备中同样优选的是，清洁层在周向方向上的整个圆周上包围了独立腔。
如果清洁层和海绵元件在周向方向上的整个圆周上包围了独立腔，则此设备也是有利的。
因此，可以实现具有比较大的面积的清洁层，还原剂能以较低的流动阻力通过该清洁层。在围绕整个周向设置的清洁层（特别是过滤器或筛网）和独立腔之间具有海绵元件的实施例中，在箱体中的还原剂的晃动期间，还原剂通常会移动到清洁层的表面上，并因此穿过清洁层而进入海绵元件中。这样，可以确保箱体内腔中的所有还原剂都进入到海绵元件中，从而，当几乎所有的还原剂通过输送装置已经从箱体内腔中输送出来的时候，在引入口的附近依然有还原剂。
特别地，这里的用语“在整个圆周上包围”是指海绵元件和清洁层形成了至少一个围绕着独立腔的环。优选地，甚至海绵元件和清洁层形成了一种围绕独立腔的圆筒。优选地，圆筒状清洁层具有100mm（毫米）到150mm的直径，以及30mm到80mm的高度。当然，在保持径向间距基本不变的情况下，这也能通过细节上的修改而适用于腔的改进的基本形状。
如果引入口具有多个引入开口，且海绵元件跨过所有的引入开口，则此设备也是有利的。
由于毛细作用力，还原剂通常相对牢固地保持在海绵元件中。为了从海绵元件中移除还原剂，引入开口通常应该设置在相对靠近海绵元件中的实际存在有要抽取的还原剂的位置的地方。穿过海绵元件的内部长距离地抽吸还原剂到引入开口处常常是困难的。为此，在海绵元件中/处设置多个引入口是有利的。通过海绵元件抽吸的还原剂通常均匀地分布在海绵元件中。毛细作用力能将存在于海绵元件的还原剂均匀地分布在海绵元件中。为此，通常在由海绵元件覆盖的多个引入开口处有相同量的还原剂，即使存储在海绵元件中的还原剂的量已经大幅减少了。
本发明的范围还包括一种机动车辆，其具有内燃机、用于清洁来自内燃机的废气的废气处理单元，以及根据本发明的用于为废气处理装置提供还原剂的设备。用于提供还原剂的设备依靠至少一个注射器、至少一个注射装置或至少一个喷射装置来为废气处理单元供给还原剂。
附图说明
下面参照附图来对本发明和相关技术做更详尽的解释。附图显示了优选实施方案，但本发明并不限于此。特别要注意的是，附图、尤其是所示的比例只是示意性的。在图中：
图1显示了用于供给还原剂的设备的第一变体实施例；
图2显示了用于供给还原剂的设备的第二变体实施例；
图3显示了用于供给还原剂的设备的第三变体实施例；和
图4显示了具有用于供给还原剂的设备的机动车辆。
具体实施方式
图1显示了具有特别简单的结构的设备1的一种变体。设备1包括具有内腔3的箱体2和输送装置5，该输送装置5设置在位于箱体2的箱底12内的独立腔11中。输送装置5通过引入口4与箱体2的内腔3连接。输送装置5具有泵19，其在引入口4处抽取还原剂，并通过管线20输送还原剂到废气处理装置的注射器（此处未示出）或喷雾装置（此处未示出）中。管线20穿过处在独立腔11的区域内的箱底12。在紧邻于引入口4处的箱体2的内腔3中提供了海绵元件7，其通过清洁层8与内腔3隔离开。海绵元件7能吸收还原剂，并且输送装置5通过引入口4能从海绵元件7中抽取还原剂。海绵元件7形成了从清洁层8到引入口4的通道23。
图2和图3均显示了比图1中更复杂的设备1的不同实施例。在这两个图中，设备1具有带有内腔3的箱体2。箱体2具有在下段区域形成箱底12的箱壁17。腔11嵌入到箱底12中，输送装置5位于该腔中。腔11从箱底12延伸进内腔3中。作为一个例子，腔11为旋转对称式设计。根据图2，在围绕腔11的周向方向13上形成有过滤器22以作为清洁层8，然而根据图3，在围绕腔11的所述周向方向上设置有筛网9。过滤器22或筛网9在整个周向上包围了腔11。也就是说，过滤器22或筛网9环绕着腔11的整个360度的圆周。在腔11或在腔11上形成的引入口4和过滤器22或筛网9之间设有中间空间10。海绵元件7位于中间空间10中。海绵元件7尽可能完全地填充了中间空间10。图2和图3中所示的各个输送装置5也都具有泵19。此外，在泵19的下游的高压侧上提供了返回到箱体2中的回路24，以便例如使管线能排空和/或排出（在关闭和/或凝固状态下）。
根据图3中的该特别的变体实施例，引入口4具有多个引入开口14，它们优选地以均匀分布方式设置在海绵元件7上，使得从引入开口14到海绵元件7的任何点的距离优选地小于2cm（厘米），特别优选地小于1cm。提供多个用于引入口4的引入开口14的想法也能被独立地应用到在图3中阐述的其它特征，且依然在本发明的范围之内。
图4显示了机动车辆15，其具有内燃机16和用于清洁内燃机16的废气的废气处理装置6。废气处理装置6包括SCR催化转换器21，其中能实施选择性催化还原的方法。为此，依靠注射器18来为废气处理装置6供给还原剂。注射器18通过管线20从与注射器18相连的设备1中接收还原剂。在本发明的一个变体实施例中，注射器18也能是注射喷嘴或一些其他注射装置。
附图标记
1 设备
2 箱体
3 内腔
4 引入口
5 输送装置
6 废气处理装置
7 海绵元件
8 清洁层
9 筛网
10 中间空间
11 腔
12 箱底
13 周向方向
14 引入开口
15 机动车辆
16 内燃机
17 箱壁
18 注射器
19 泵
20 管线
21 SCR催化转换器
22 过滤器
23 通道
24 回路

Claims (9)

1.一种用于为废气处理装置(6)供给液体还原剂的设备(1)，至少具有：
带有内腔(3)的箱体(2)，其中能存储还原剂，
设于所述内腔(3)中的引入口(4)，
输送装置(5)，其位于所述箱体(2)的箱底(12)内的独立腔(11)中，
从所述输送装置(5)到所述废气处理装置(6)的管线(20)，所述管线在所述独立腔(11)处穿过所述箱底(12)，以及
清洁层(8)，其覆盖了所述引入口(4)，
其中，在所述引入口(4)和所述清洁层(8)之间形成了中间空间(10)，在所述中间空间(10)中提供至少一个海绵元件(7)，所述海绵元件(7)能吸收还原剂，且所述输送装置(5)能通过所述引入口(4)从所述海绵元件(7)中抽取还原剂。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述海绵元件(7)形成了多个从所述清洁层(8)到所述引入口(4)的通道(23)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述海绵元件(7)以能抽取还原剂的方式设计。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述海绵元件(7)覆盖了所述引入口(4)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述独立腔(11)至少部分地从所述箱底(12)延伸到所述内腔(3)中，所述引入口(4)位于所述箱底(12)处。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述清洁层(8)具有至少一个过滤器(22)或筛网(9)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述清洁层(8)和所述海绵元件(7)在周向方向(13)的整个圆周上包围了所述独立腔(11)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中，所述引入口(4)具有多个引入开口(14)，且所述海绵元件(7)横跨过所有的所述引入开口(14)。
9.一种机动车辆(15)，具有内燃机(16)、用于清洁来自所述内燃机(16)的废气的废气处理装置(6)，以及根据上述权利要求中任一项所述的用于为所述废气处理装置(6)供给还原剂的所述设备(1)。
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