CN104105853B - 带有冻结适应结构的选择性催化还原的还原剂输送单元 - Google Patents

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Abstract

带有防冻结适应结构的选择性催化还原（SCR）后处理的还原剂输送单元（10'）包括流体喷射器（12），流体喷射器具有流体进口（24）和流体出口（25），流体进口接收尿素溶液源，以通过流体出口发送。可移动进口杯结构（16'）与流体喷射器的进口连通。护套（18'）相对于流体喷射器固定且环绕流体喷射器和进口杯结构的至少部分。弹簧（26）在进口杯结构的一部分和护套之间接合。当尿素溶液在流体喷射器中冻结且在喷射器的流体进口附近膨胀时，进口杯结构朝向喷射器进口移动，以适应冻结尿素溶液，一旦冻结尿素溶液融化，弹簧使得进口杯结构返回初始位置。

Description

带有冻结适应结构的选择性催化还原的还原剂输送单元
技术领域
本发明涉及用于给发动机排气系统供应还原剂的还原剂输送单元（RDU），且更具体地涉及适应尿素冰在冻结后膨胀的RDU。
背景技术
新一轮严格的欧洲和北美洲排放法规的到来推进了新的排气后处理系统的实施，尤其是用于稀燃技术例如压缩点火（柴油机）发动机，以及在稀的以及超稀的条件下运行的分层充气火花点火发动机（通常具有直接喷射）。稀燃发动机展现在稀燃燃烧所表征的富氧排气环境中难以被处理的高氮氧化物（NOX）排放物水平。排气后处理技术目前发展到在这些条件下处理NOX。这些技术中的一种包括催化剂，其利于氨（NH3）与排气氮氧化物（NOX）反应从而产生氮（N2）和水（H2O）。这项技术被称为选择性催化还原（SCR）。
在机动车环境中氨难以以纯氨的形式被处理。因此，这些系统通常使用液态含水尿素溶液，一般是32%浓度的尿素溶液（CO(NH2)2）。该溶液被称作AUS-32，也以其商品名为AdBlue被公知。尿素溶液被输送到热的排气流并且在经历热解或热分解成为氨和异氰酸（HNCO）之后被转化为排气中的氨。然后，异氰酸与排气中存在的水发生水解反应并且被转化为氨和二氧化碳（CO2）。于是，由热解和水解反应产生的氨与氮氧化物发生催化反应，如前所述。
AUS-32或AdBlue的凝固点是-11C。在开发中的可选还原剂载体（商业上已知为Denoxium）具有-30C的凝固点。在这两种流体的情况下，预期系统冻结将在冷气候下发生。由于这些流体是含水的，在转换为固体状态（冰）之后发生体积膨胀。该膨胀的冰可能在任何封闭容积（例如喷射或流体供应管道）上施加显著大的力。在常规SCR系统中，在发动机关闭时流体从系统和RDU排空，以避免流体在喷射单元中的局部冻结。然而，在单元中可形成一些尿素溶液冰。例如，参考图1，总体上以10表示的RDU包括焊接到内部托架14上的流体喷射器12。进口杯结构16固定到护套18。这两个组件通过在托架14和护套18的架子特征上向下折叠凸缘20的柄脚而压接在一起。因而，整个组件在压接和护套-杯结构固定的强度约束内固定在一起。
在单元内形成尿素溶液冰的情况下，其往往将膨胀到喷射器12的进口外。冰于是在进口杯结构16上施加力。在内部喷射器部件上施加反作用力，例如喷射器12的过滤器和调节管。如果调节管由该力移动或者以其他方式损坏，喷射器将不再允许处于正确标定值的流体流，从而导致系统故障。可能发生其它内部损坏，例如喷射器12变形，从而导致电枢卡开，这也导致系统故障。
因而，还需要允许RDU适应尿素溶液冰在冻结后的膨胀。
发明内容
本发明的目的在于满足上面提到的需要。根据本发明的原理，该目的通过提供用于车辆选择性催化还原（SCR）后处理的还原剂输送单元来实现。该还原剂输送单元包括被构造和布置成与SCR催化转换器上游的排气流动路径相连的流体喷射器。流体喷射器具有流体进口和流体出口。所述流体进口被构造和布置成接收尿素溶液源，所述流体出口被构造和布置成与排气流动路径连通，从而控制进入排气流动路径的尿素溶液的喷射。可移动进口杯结构与流体喷射器的流体进口流体连通。护套相对于流体喷射器固定且环绕流体喷射器和进口杯结构的至少部分。弹簧在进口杯结构的一部分和护套之间接合。当尿素溶液在流体喷射器中冻结且在喷射器的流体进口附近膨胀时，进口杯结构被构造和布置成抵抗弹簧的偏压朝向喷射器进口移动，以适应冻结尿素溶液，一旦冻结尿素溶液融化，弹簧使得进口杯结构返回初始位置。
根据所公开实施例的另一方面，一种适应用于车辆选择性催化还原（SCR）后处理的还原剂输送单元中的冻结尿素溶液的方法提供还原剂输送单元，具有被构造和布置成与SCR催化转换器上游的排气流动路径相连的流体喷射器。流体喷射器具有流体进口和流体出口。所述流体进口被构造和布置成接收尿素溶液源，所述流体出口被构造和布置成与排气流动路径连通，从而控制进入排气流动路径的尿素溶液的喷射。所述单元还包括与流体喷射器的流体进口流体连通的进口杯结构。当尿素溶液在流体喷射器中冻结且在喷射器的流体进口附近膨胀时，进口杯结构被允许朝向喷射器的进口移动，以适应冻结尿素溶液。
根据下面的详细说明和所附权利要求并参考附图（全部构成说明书的一部分），本发明的其他目的、特点和特性，以及操作方法和相关结构元件的功能，部件的组合以及制造经济性将会变得更加明显。
附图说明
通过下面的优选实施例的详细说明并结合附图将更好地理解本发明，其中相同的附图标记表示相同部件，其中：
图1是常规RDU的视图。
图2是根据实施例提供的RDU的视图，显示带有冻结适应结构。
具体实施方式
参照图2，示出了根据本发明的实施例的总体上由10'标记的RDU。RDU 10'可用于在美国专利申请公开号2008/0236147 A1公开的类型的系统中，该美国专利申请的内容通过参考引入本说明书中。
RDU 10'包括螺线管式流体喷射器12，螺线管式流体喷射器12提供流体的计量功能并且在给料应用中将流体的喷雾制剂提供到车辆的排气路径中。因此，流体喷射器12被构造和布置为与SCR催化转换器上游的排气流动路径相连。流体喷射器12优选是汽油的、电气操作的螺线管式燃料喷射器，诸如美国专利No. 6,685,112公开的那种类型的，该美国专利的内容通过参考引入该说明书中。
流体喷射器12被焊接到内部托架14。总体上以16'表示的进口杯结构包括杯22和与杯22整体形成的进口管23。杯结构16'与喷射器12的进口22流体连通且被安装以便移动。进口管22与尿素溶液源（未示出）连通，该尿素溶液被馈送到喷射器12，以待从喷射器12的出口25喷射。喷射器护套18'通过在托架14和护套18'的架子特征上向下折叠凸缘20的柄脚而联接到喷射器托架14。因而，护套18'相对于喷射器12固定。
作为上文所述的常规RDU的吹扫流体的可选，流体可以在关闭时留在RDU10'中，从而消除吹扫操作的需要。为了防止在尿素溶液冻结后损坏RDU10'，根据实施例，弹簧26接合在杯22的外表面27和喷射器护套18'的内表面28之间。弹簧26优选为压缩圆锥形螺旋弹簧。护套18'环绕喷射器12的至少一部分和杯22，且将这些部件与车辆排气的过多热量隔离。护套18'包括凸缘部分29，所述凸缘部分29限定面向杯22的外表面27的内表面28。进口管23包括靠近杯22设置的增大管形式的整体式引导部分30。护套18'包括具有开口端部的中空圆柱形引导接收部分32。引导接收部分32环绕引导部分30的周边的一部分，从而引导接收部分32引导进口杯结构16'相对于护套18'的竖直移动，如下文更充分所述。因而，与图1的RDU10不同，该实施例的RDU10'去除了进口杯结构16'和护套18'之间的固定。
当尿素溶液冻结且在杯22上以箭头A的方向施加力时，杯22被允许朝向喷射器进口24移动且抵抗弹簧26的偏压，弹簧26被逐渐压缩。杯22的移动通过引导部分30在护套18'的引导接收部分32中滑动而被引导。杯22的向上移动的预期量因喷射器12中的流体体积而变。弹簧26定尺寸为适应该最大位移。于是，在该最大位移时弹簧26的力定尺寸为提供足够的力以克服喷射器O形环34和杯22接口提供的任何摩擦阻力。因而，当流体熔融且冰的力去除时，杯22通过弹簧26返回到初始位置。
可以理解的是，弹簧26和可移动进口杯结构16'适应RDU的喷射器12中的流体的任何冻结。
前述优选实施例已经被示出并描述以便阐述本发明的结构和功能原理以及阐述采用所述优选实施例的方法，并且在不脱离这种原理的情况下所述实施例可以作出改变。因此，本发明包括落入到所附权利要求书的精神内的所有修改。

Claims (18)

1.一种用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，所述还原剂输送单元包括：
被构造和布置成与选择性催化还原催化转换器上游的排气流动路径相连的流体喷射器，流体喷射器具有流体进口和流体出口，所述流体进口被构造和布置成接收尿素溶液源，所述流体出口被构造和布置成与排气流动路径连通，从而控制进入排气流动路径的尿素溶液的喷射；
与流体喷射器的流体进口流体连通的进口杯结构，所述进口杯结构被安装用于移动；
护套，所述护套相对于流体喷射器固定且环绕流体喷射器和进口杯结构的至少部分；
其特征在于，所述还原剂输送单元包括弹簧，所述弹簧在进口杯结构的一部分和护套之间接合，
其中，当尿素溶液在流体喷射器中冻结且在喷射器的流体进口附近膨胀时，进口杯结构被构造和布置成抵抗弹簧的偏压朝向喷射器进口移动，以适应冻结尿素溶液，一旦冻结尿素溶液融化，弹簧就使得进口杯结构返回初始位置。
2.根据权利要求1所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，所述进口杯结构包括杯和与所述杯整体形成的进口管，所述杯具有外表面，所述外表面限定进口杯结构的由弹簧接合的部分。
3.根据权利要求2所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，所述护套具有限定内表面的凸缘部分，所述内表面面向杯的外表面，所述内表面由弹簧接合。
4.根据权利要求2所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，还包括在杯和流体喷射器之间的O形环，弹簧被构造和布置成提供足以克服O形环和杯的接口之间的摩擦阻力的力，以便一旦冻结尿素溶液融化，就使得进口杯结构返回初始位置。
5.根据权利要求1所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，弹簧是压缩螺旋弹簧。
6.根据权利要求5所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，弹簧是圆锥形螺旋弹簧。
7.根据权利要求2所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，进口管包括靠近杯的引导部分，且护套包括环绕引导部分的一部分的引导接收部分，从而引导进口杯结构的移动。
8.根据权利要求7所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，引导接收部分是具有开口端部的中空圆柱体的形式，引导部分是被接收在中空圆柱体中以便移动的管的形式。
9.一种用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，所述还原剂输送单元包括：
被构造和布置成与选择性催化还原催化转换器上游的排气流动路径相连的流体喷射器，流体喷射器具有流体进口和流体出口，所述流体进口被构造和布置成接收尿素溶液源，所述流体出口被构造和布置成与排气流动路径连通，从而控制进入排气流动路径的尿素溶液的喷射；
与流体喷射器的流体进口流体连通的进口杯结构，所述进口杯结构被安装用于移动；
护套，所述护套相对于流体喷射器固定且环绕流体喷射器和进口杯结构的至少部分；
其特征在于，所述还原剂输送单元包括用于偏压进口杯结构的装置，
其中，当尿素溶液在流体喷射器中冻结且在喷射器的流体进口附近膨胀时，进口杯结构被构造和布置成抵抗偏压装置的偏压朝向喷射器进口移动，以适应冻结尿素溶液，一旦冻结尿素溶液融化，偏压装置就使得进口杯结构返回初始位置。
10.根据权利要求9所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，偏压装置是接合在进口杯结构的一部分和护套之间的压缩螺旋弹簧。
11.根据权利要求10所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，弹簧是圆锥形螺旋弹簧。
12.根据权利要求10所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，所述进口杯结构包括杯和与所述杯整体形成的进口管，所述杯具有外表面，所述外表面限定进口杯结构的由弹簧接合的部分，且其中，所述护套具有限定内表面的凸缘部分，所述内表面面向杯的外表面，所述内表面由弹簧接合。
13.根据权利要求12所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，还包括在杯和流体喷射器之间的O形环，弹簧被构造和布置成提供足以克服O形环和杯的接口之间的摩擦阻力的力，以便一旦冻结尿素溶液融化，就使得进口杯结构返回初始位置。
14.根据权利要求12所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，进口管包括靠近杯的引导部分，且护套包括环绕引导部分的一部分的引导接收部分，从而引导进口杯结构的移动。
15.根据权利要求14所述的用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元，其中，引导接收部分是具有开口端部的中空圆柱体的形式，引导部分是被接收在中空圆柱体中以便移动的管的形式。
16.一种适应用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元中的冻结尿素溶液的方法，所述方法包括：
提供还原剂输送单元，具有被构造和布置成与选择性催化还原催化转换器上游的排气流动路径相连的流体喷射器，流体喷射器具有流体进口和流体出口，所述流体进口被构造和布置成接收尿素溶液源，所述流体出口被构造和布置成与排气流动路径连通，从而控制进入排气流动路径的尿素溶液的喷射，所述还原剂输送单元还具有与流体喷射器的流体进口流体连通的进口杯结构；
其特征在于，所述方法包括：当尿素溶液在流体喷射器中冻结且在喷射器的流体进口附近膨胀时，允许进口杯结构朝向喷射器的进口移动，以适应冻结尿素溶液。
17.根据权利要求16所述的适应用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元中的冻结尿素溶液的方法，还配置成：一旦冻结尿素溶液融化，进口杯结构就返回初始位置。
18.根据权利要求16所述的适应用于车辆选择性催化还原后处理的还原剂输送单元中的冻结尿素溶液的方法，其中，提供弹簧以将进口杯结构朝向初始位置偏压。
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