CN104074576A - 还原系统的流体连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机后处理系统的还原系统。该还原系统包括至少一个还原剂进料管线和诸如计量模块的还原系统部件。该进料管线通过流体连接器连接至计量模块。该流体连接器包括由第一材料制成的本体和由第二材料制成的插入件，该第一材料具有低热传导率，该第二材料具有比第一材料的热传导率大的热传导率。该插入件从流体连接器的本体延伸入计量模块的存储室，并将来自进料管线中被加热的还原剂的热量传导至存储在存储室中的还原剂。

Description

还原系统的流体连接器

技术领域

本发明总体涉及内燃机的还原系统，且更具体地而非排他性地涉及还原系统的流体连接器，该流体连接器用于增强流体管线与还原系统的各部件之间的连接。

背景技术

对于降低来自诸如柴油机的内燃机的NOX排放，选择性催化还原（“SCR”）废气后处理系统是重要的技术。SCR系统一般包括：诸如尿素溶液的还原剂源；用于对尿湿溶液加压的泵单元；计量单元，用于将受控量或受控速率的尿素溶液供应至SCR催化转化器；以及喷射器，该喷射器将尿素溶液供应至废气流路径的位于SCR催化转换器上游的尿素分解区域。很多SCR系统还利用加压气体来辅助将尿素溶液流至喷射器。

在降低NOx排放的同时，SCR系统还存在着众多缺点和问题。存储罐中的还原剂可能被主动地加热，且从还原剂存储罐通向其它部件的进料管线也可能被加热，例如通过电加热。但是，在进料管线与各还原系统部件接合的区域（诸如喷射器或计量模块的入口室）处，可能不能接收足够的热来防止冰冻，或者不能在寒冷环境中，在发动机启动之后快速地解冻被冷冻的还原剂。在发动机热身期间解冻还原剂的时间延迟会对该系统的排放造成影响。因此，需要在该技术领域中提供进一步改进。

发明内容

本发明的一个实施例是用于内燃机废气后处理系统的还原系统的独特流体连接器。其它实施例包括用于各还原系统部件的设备、系统、装置、硬件、方法及其组合，以及将还原剂管线连接至各还原系统部件的流体连接器。本申请的其它实施例、形式、特征、方面、益处、以及优点将从这里提供的说明书和附图变得明显。

附图简要说明

图1是具有本发明的废气后处理系统的内燃机的示意图。

图2是图1的后处理系统的流体连接器和还原系统部件的实施例的侧剖视图。

图3是图2的流体连接器的一个实施例的剖视立体图。

具体实施方式

为促进对本发明原理的理解，现将参照附图中示出的实施例并使用特定语言来描述这些实施例。然而应理解，这不意在限制本发明的范围。所述实施例中的任何改变和进一步修改，以及如这里所述的本发明原理的任何其他应用被认为对本发明所涉及领域的技术人员来说是正常的。

参考图1，示出内燃机系统100的一个示意性示例，内燃机系统100包括连接至排气系统103的内燃机102。排气系统103包括废气流或废气流动路径104和后处理系统106，后处理系统106例如包括选择性催化还原（SCR）催化剂，该选择性催化还原（SCR）催化剂布置成与废气流104流体连通。内燃机系统100还包括还原系统200，该还原系统200连接至排气系统103并可操作以提供所需量的还原剂，用于通过后处理系统106处理废气中的污染物。还原系统包括还原剂存储罐202、还原剂计量模块204、用于将存储罐202连接至计量模块204的至少一个管线206，以及至少一个喷射管线208，该至少一个喷射管线208用于将计量模块204连接至后处理系统106上游的排气系统103。内燃机系统100可设置在由内燃机102提供动力的汽车上，且内燃机102可以是柴油机或采用还原系统200来处理废气的其它任何类型内燃机。内燃机系统100还可用于其它应用中，例如发电或泵应用。

参考图2，示出还原系统200的一部分，其包括部分剖切的计量模块204和进料管线206。计量模块204包括入口234下游的腔室232。流体连接器236连接至计量模块204和进料管线206。一些实施例中，流体连接器236是SAEJ2044兼容型流体连接器，但本文中也考虑任何其它流体连接器和适配器。计量模块204流体连通于并接纳来自还原剂存储罐202的还原剂（图1）。计量模块204可包括泵（图未示），用于将尿素溶液从还原剂罐202抽入腔室232。或者，可以通过重力作用将还原剂馈送入腔室232。

计量模块204还可包括或替代地包括计量阀（图未示）、混合室238、过滤器、止回阀、流动路径以及能够在适当的时机辅助将所需量的还原剂供应至排气系统104，来有效地处理废气中的污染物的其它装置和布置。计量阀（图未示）可操作以在可控速率下将还原剂供应至混合室238。混合室238还可接收来自气源（图未示）的加压气流并将加压气流和还原剂组合流排放至喷射管线208。气源可以集成到汽车，集成到发动机，或者可以是专用于内燃机系统100的气源。应理解，其它实施例可以利用除了空气之外的加压气体，例如一种或多种惰性气体组合。还有一些其它实施例不利用空气或空气与还原剂混合物。

一种示例性还原剂是诸如尿素溶液、氨水或柴油机排放流体的流体。一个特定实施例中，尿素溶液可以例如是32.5%高纯度尿素和67.5%去离子水，但溶液中也可利用任何浓度的尿素。一些实施例中，还原剂罐202和其中的还原剂被主动加热，例如而非限制性地，通过与发动机冷却剂热接触和/或通过专用的电热器。一些实施例中，进料管线206也可例如通过与电阻加热器热接触来主动加热。

在寒冷环境中，在发动机停止期间，计量模块204经受冷浸，滞留在计量模块204中的还原剂可能被冷冻。该滞留的还原剂可能是在关闭时剩余的还原剂，或者在清除操作（例如通过来自气源的空气）之后的剩余物。虽然加热存储罐202和/或进料管线206可将一些热量传递至腔室232，但该热传递是缓慢的，且如果还原剂被冷冻，则在内燃机系统100启动之后，在很长时间内，该还原剂将维持在该状态。另外，在整个还原系统200冷浸之后，在刚开始启动时，还原剂开始流入腔室232还可导致已经接近冷冻的还原剂在腔室232中冷冻。

继续参考图1和2并另外参考图3，流体连接器236匹配地安装至计量模块204的入口234和进料管线206，该进料管线206从还原剂存储罐202延伸。流体连接器236例如可以包括本体242，本体242包括外螺纹210，外螺纹与腔室232入口234处的相对应螺纹开口212配合。或者，流体连接器236可以经由摩擦配合、一个或多个夹具、一个或多个紧固件、粘接剂、溶合或其它合适的附连装置、物质、技术及其组合连接至计量模块204。流体连接器236包括第一端220，第一端220还可设有凸缘214，以邻靠流体软管、管道或形成进料管线206的其它结构。夹具、紧固件、粘接剂、摩擦配合或其它合适的连接件可将进料管线固定至第一端220。在本体242周围或在本体242的槽中在流体连接器236的第二端240处或附近可设置一个或多个密封件或密封圈216，以使得流体连接器236与计量模块204密封配合并防止还原剂从腔室232泄漏。

流体连接器236还包括插入件218，插入件218从第一端220延伸并穿过第二端240到达腔室232内位置。所示的实施例中，插入件218沿腔室232的大部分长度延伸。一具体实施例中，插入件218是金属管并沿腔室232的几乎整个长度延伸，并在快接近混合室238和腔室232的接合处之前终止。腔室232中的还原剂围绕插入件218，且插入件218包括通道219，通道219在插入件218的相反端之间延伸并在插入件218的相反端处开口，从而还原剂流过插入件218进入腔室232。

流体连接器236可包括本体242，本体242在第一端220与第二端240之间延伸。本体242包括具有凸缘246的中心毂244，当流体连接器236配合于计量模块204时，该凸缘246邻靠入口234的端面。本体242由第一材料制成，该第一材料诸如为低成本和低热传导率的塑料。流体连接器236的塑料本体242降低了流体连接器236的成本，并降低了流体连接器236与周围环境之间的热传导。相反，插入件218较佳地由具有比塑料高的热传导率的材料制成，诸如金属。插入件218可以由不锈钢制成，但是可利用其它金属。插入件218改善了流体管线206中还原剂与计量模块204的内部之间的热传导率，该流体管线206中的还原剂可包括主动加热还原剂，该计量模块204包括抽吸室232。外塑料本体242和插入件218可以通过已知的方式匹配在一起，例如在插入件218上模塑塑料外壳。插入件还提高了流体连接器236的弯曲强度，具体地提高了延伸部分在第一端220处的弯曲强度，进料管线206与该第一端220连接。插入件218可以在流体连接器236中延伸到在第一端220处的最末梢，从而最大化进料管线206中还原剂的热量到腔室232中还原剂的热传导。

本申请的一个方面是包含内燃机的系统，该内燃机可运行而产生废气流，该废气流穿过废气后处理系统，该废气后处理系统连接至该内燃机。该废气后处理系统连接至还原系统，该还原系统包括还原剂计量模块和至少一个还原剂进料管线，该还原剂计量模块具有入口，该至少一个还原剂进料管线通过流体连接器连接至还原剂计量模块的入口。还原剂计量模块包括入口下游的腔室，且流体连接器包括由第一材料制成的本体。本体在的入口之间延伸，并将还原剂进料管线连接至还原剂计量模块。流体连接器还包括插入件，该插入件由第二材料制成，该第二材料提供比第一材料更大的热传导性能。该插入件从本体向外延伸并延伸入腔室，从而为腔室中的还原剂提供加热。

根据一个实施例，该还原剂计量模块包括在腔室下游的泵。在一个改进中，还原剂计量模块连接至废气后处理系统的选择性催化还原催化剂上游的废气流。另一实施例中，第一材料是塑料的，且流体连接器的本体包括连接至流体管线的第一端和螺纹啮合于计量模块入口的相反的第二端。该实施例的改进中，插入件是金属管，该金属管从第二端向外突出并还从该第二端延伸穿过本体到第一端。另一改进中，该金属管是不锈钢管。又一实施例中，该插入件限定流动通道，该流动通道延伸穿过流体连接器的本体。

本发明的另一方面提供了一种设备，该设备包括还原剂计量模块，该还原剂计量模块包括与还原剂存储罐流体连通的抽吸室。该设备还包括从该还原剂存储罐延伸的进料管线，用于将来自存储罐的还原剂供应至该抽吸室。该设备还包括流体连接器，该流体连接器将进料管线连接至计量模块的入口，其中，该入口在抽吸室的上游。金属插入件延伸穿过该流体连接器并延伸入抽吸室。该插入件与流体连接器和抽吸室中的还原剂接触。

该方面的一个实施例包括管状插入件，该管状插入件限定一流动通道，该流动通道用于使得还原剂通过流体连接器进入抽吸室。一个改进中，流体连接器包括塑料本体，该塑料本体具有连接至进料管线的第一端和连接至入口的第二端。另一改进中，流体连接器的第二端包括外螺纹，该外螺纹与沿计量模块的入口的内螺纹螺接。

本发明的又一方面提供了一种设备，该设备包括还原剂计量模块，该还原剂计量模块具有腔室，该腔室用于接收来自进料管线的还原剂。该进料管线包括在第一端与相反的第二端之间延伸的流体连接器，且该第二端安装至还原剂计量模块。流体连接器由第一材料构成。该设备还包括插入件，该插入件沿流体连接器的通道延伸并与还原剂接触。该插入件从流体连接器的第二端向外突出进入该腔室。该插入件由第二材料构成，该第二材料比第一材料更有效地传导热量。

该方面的一个实施例中，流体连接器的第一端连接至进料管线。一个改进中，该插入件是金属管。另一改进中，该金属管限定穿过流体连接器的通道，且该金属管从流体连接器的第二端向外延伸到该金属管的位于腔室中的终端，从而该金属管沿所述腔室的几乎整个长度延伸，且还原剂存储在围绕该金属管的腔室中。又一改进中，还原剂计量模块包括在腔室和金属管终端下游的混合室。

本发明的另一方面是一种方法，该方法包括：运行还原剂计量模块，该还原剂计量模块包括与还原剂进料管线流体连通的腔室以及在该腔室和该进料管线中的还原剂，其中该还原剂进料管线通过流体连接器连接至计量模块；加热该进料管线中的还原剂；以及经由插入件将来自进料管线中的还原剂的热量传导至该腔室中的还原剂，该插入件与进料管线中的还原剂接触并延伸穿过该流体连接器进入该腔室，从而该腔室中的还原剂围绕该插入件。

该方法的一个实施例中，该插入件由金属制成且该流体连接器由塑料制成，而且该插入件容纳于该流体连接器中。另一实施例中，该方法包括将还原剂从进料管线穿过插入件流入该腔室。又一实施例中，该进料管线将计量模块与还原剂罐连接，且该计量模块通过喷射器连接至排气系统。

虽然已经在附图和前面的说明书中详细地示出和描述了本发明，但这应被认为是说明性而不是对特征的限制，应理解仅示出和描述一些实施例，在本发明的精神内得出的所有变化和修改都要求得到保护。关于权利要求书，当权利要求书中使用“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”不意在将权利要求限制到仅一个物件，除非在权利要求中特别指出相反。当使用语言至“少一部分”和/或“一部分”时，该物件可包括整个物件的一部分和/或整体，除非特别指出相反。

除非特别指出或限制，要不然术语“安装”、“连接”、“支承”和“联接”及其变型被广泛地使用并包含直接和间接的安装件、连接件、支承件和联接件。另外，“联接”和“联接”不限于物理或机械连接件或联接件。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

内燃机，所述内燃机可运行以产生废气流，所述废气流穿过废气后处理系统，所述废气后处理系统连接至所述内燃机；

其中，所述废气后处理系统连接至还原系统，所述还原系统包括还原剂计量模块和至少一个还原剂进料管线，所述还原剂计量模块具有入口，所述至少一个还原剂进料管线通过流体连接器连接至所述还原剂计量模块；

其中，所述还原剂计量模块包括在所述入口下游的腔室；以及

其中所述流体连接器包括由第一材料制成的本体，所述本体在所述还原剂进料管线与所述还原剂计量模块的所述入口之间延伸，并将所述还原剂进料管线连接至所述还原剂计量模块的所述入口，所述流体连接器还包括由第二材料制成的插入件，所述第二材料提供比所述第一材料更大的热传导率，所述插入件从所述本体向外延伸并进入所述腔室，以将来自所述进料管线中还原剂的热量供应至所述腔室中的还原剂。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述还原剂计量模块包括位于所述腔室下游的泵。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述还原剂计量模块连接至所述废气后处理系统的选择性催化还原催化剂上游的所述废气流。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一材料是塑料且所述流体连接器的所述本体包括连接至所述流体管线的第一端和相反的第二端，所述第二端螺纹啮合于所述计量模块的所述入口。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述插入件是金属管，所述金属管从所述第二端向外突出进入所述腔室，所述金属管还从所述第二端延伸穿过所述本体到所述第一端。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述金属管是不锈钢管。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述插入件限定流动通道，该流动通道延伸穿过所述流体连接器的所述本体。

8.一种设备，包括：

还原剂计量模块，所述还原剂计量模块包括与还原剂存储罐流体连通的腔室；

进料管线，所述进料管线从所述还原剂存储罐延伸，用于将还原剂从所述存储罐供应至所述腔室；

流体连接器，所述流体连接器将所述进料管线连接至所述计量模块的入口，其中所述入口位于所述腔室的上游；以及

金属插入件，所述金属插入件延伸穿过所述流体连接器并进入所述腔室，其中，所述插入件与所述流体连接器的还原剂和所述腔室中的还原剂接触。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述插入件为管状并限定流动通道，所述流动通道用于使所述还原剂通过所述流体连接器进入所述腔室。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述流体连接器包括塑料本体，所述塑料本体具有连接至所述进料管线的第一端和连接至所述入口的相反的第二端。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述第二端包括外螺纹，所述外螺纹与沿所述入口的内螺纹螺合。

12.一种设备，包括：

还原剂计量模块，所述还原剂计量模块包括腔室，所述腔室接收来自进料管线的还原剂；

其中，所述进料管线包括流体连接器，所述流体连接器在第一端与相反的第二端之间延伸，所述第二端安装至所述还原剂计量模块，所述流体连接器由第一材料构成；以及

插入件，所述插入件沿所述流体连接器的通道延伸并与所述还原剂接触，其中，所述插入件从所述流体连接器的所述第二端向外突出进入所述腔室，所述插入件由第二材料构成，所述第二材料比所述第一材料更有效地传导热量。

13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述流体连接器的所述第一端连接至所述进料管线。

14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述插入件是金属管。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述金属管限定穿过流体连接器的通道，且所述金属管从所述流体连接器的所述第二端向外延伸到所述金属管的位于所述腔室中的终端，从而所述金属管沿所述腔室的几乎整个长度延伸，且还原剂存储在围绕所述金属管的所述腔室中。

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述还原剂计量模块包括在所述腔室和所述金属管的所述终端下游的混合室。

17.一种方法，包括：

运行还原剂计量模块，所述还原剂计量模块包括与还原剂进料管线流体连通的腔室，其中还原剂在所述腔室和所述进料管线中，且其中所述还原剂进料管线通过流体连接器连接至所述计量模块；

加热所述进料管线中的所述还原剂；以及

经由插入件将来自所述进料管线中所述还原剂的热量传递至所述腔室中的所述还原剂，所述插入件与所述进料管线中的所述还原剂接触并延伸穿过所述流体连接器进入所述腔室，从而所述腔室中的所述还原剂围绕所述插入件。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述插入件由金属制成，而所述流体连接器由塑料制成，所述插入件容纳于所述流体连接器中。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括将还原剂从所述进料管线通过所述插入件流入所述腔室。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述进料管线将所述计量模块与还原剂罐连接，且所述计量模块通过注射器连接至排气系统。