CN104937226A

CN104937226A - 用于汽车选择性催化还原系统-主动冷却的还原剂输送单元

Info

Publication number: CN104937226A
Application number: CN201380056177.7A
Authority: CN
Inventors: S.C.布戈斯; M.霍恩比; W.N.范伍伦
Original assignee: TEMIC AUTOMOTIVE NA Inc
Current assignee: TEMIC AUTOMOTIVE NA Inc; Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-09-23
Also published as: US20140054394A1; WO2014035956A1; DE112013004205T5

Abstract

还原剂输送单元（RDU）将供应的还原剂（尿素水溶液）输送至发动机排出系统。所输送的还原剂被转换为氨，氨然后在催化环境中与排出的氮的氧化物反应以产生氮和H2O。所述还原剂必须计量以与排出物中存在的NOx的量协调，并且也必须使所输送的流体呈现出足够的喷雾质量以促进所述氨与所述排出气体的良好混合。RDU为液冷式，从而使所述RDU适用于极高温度环境的应用。

Description

用于汽车选择性催化还原系统-主动冷却的还原剂输送单元

技术领域

本发明大体上涉及为用于汽车选择性催化还原系统的还原剂输送单元提供主动冷却。

背景技术

欧洲和北美地区的新排放立法推动着尤其用于稀燃技术的新排出物后处理系统的实施，诸如压缩点火（柴油）发动机，和在稀薄和超稀条件下运行的分层充量火花点火发动机（通常是直接喷射）。稀燃发动机表现出高水平的氮氧化物排放物（NOx），这些氮氧化物排放物（NOx）在以稀薄燃烧为特征的富氧排出物环境中很难处理。当前正在开发在这些条件下处理NOx的排出物后处理技术。

这些技术中的其中一种包括促进氨（NH₃）与排出氮氧化物（NOx）反应产生氮（N₂）和水（H₂O）的催化剂。该技术称为选择性催化还原（SCR）。氨在其纯氨形式下在汽车环境中很难处理，因此这些系统常用的是使用液态尿素水溶液，尿素（CO(NH₂)₂）的浓度通常为32%。该溶液称为AUS-32，其商业名称又称AdBlue。尿素被输送至热排出流并且在进行热解之后转换为排出物中的氨，或者，在热分解之后转换为氨和异氰酸（HNCO）。然后，异氰酸与排出物中存在的水进行水解并且转换为氨和二氧化碳（CO₂），然后，通过热解和水解生成的氨如之前描述的与氮氧化物进行催化反应。

将AUS-32溶液输送至排出物中涉及流体的精确计量和流体的适当制备以方便稍后将氨混合在排出流中。先前的设计已经包括了这些排出物安装概念，这些概念是甚至更早期的远程安装方案的改进。

对于重型柴油发动机领域，当前系统的批量生产受到限制。一些SCR系统包括用于客车应用的喷射器的生产。其他SCR系统包括由安装在控制块中的喷射器实行的计量控制。计量的流体经由管材运送至排出物。在计量阀之后，流体也暴露于压缩空气以协助进行原子化，原子化确保了随后与排出气体的良好混合。然后将加压混合物注入到排出物中。

一些系统不使用压缩空气，这是因为不希望在SCR技术的多种未来应用上使用压缩空气，所以在无空气辅助的情况下输送AUS-32很重要。

不使用压缩空气的一些喷射单元旨在与排出线邻接安装，但却被被动冷却并且与热排出线脱离热联接。这些设计包括热隔离垫片布置，其通过安装凸台防止热传导至对尿素溶液进行计量的喷射器尖端。优选的传导通路通往外部空气暴露护罩，该护罩常常暴露于相当通风的环境以协助冷却。喷射器尖端自身也受益于工作流体（诸如，AUS-32）提供的冷却。

然而，在某些应用中，喷射器安装位置可以是通风最差的区域，例如，在发动机后面。在这种情况下，可能要求喷射器进行主动冷却，以防止喷射器尖端过热，因此防止AUS-32工作流体过热。

发明内容

本发明是具有主动冷却的还原剂输送单元。所述还原剂输送单元具有上护罩、连接至所述上护罩的下护罩、以及内套筒。所述内套筒的外表面连接至所述上护罩的内表面和所述下护罩的内表面。所述还原剂输送单元也包括具有螺线管部和阀部的喷射器，并且所述阀部具有下阀体。罩壳部分地围绕所述下阀体，并且所述罩壳是所述螺线管部的一部分。O形环与所述内套筒接触，并且所述O形环围绕所述罩壳，从而在所述罩壳与所述内套筒之间提供密封功能。所述下阀体在连接点处连接至下护罩的一部分。液体冷却腔由在所述内套筒与所述下护罩之间、在所述下阀体与所述下护罩之间、在所述O形环与所述内套筒之间、以及在所述O形环与所述罩壳之间的连接形成。

入口液压连接件连接至所述下护罩，并且出口液压连接件连接至所述下护罩。冷却剂从所述入口液压连接件流到所述液体冷却腔中以向所述喷射器提供冷却功能，并且所述冷却剂通过所述出口液压连接件离开所述液体冷却腔。

本发明的目的是经由主动冷却式还原剂输送单元（RDU）为在车辆上的SCR排出后处理系统中使用的发动机排出物提供AUS-32的输送。

本发明的另一目的是通过单独的液体电路为RDU提供主动冷却。虽然冷却液体源可以有所不同，但是在本发明的范围内，来自现有发动机冷却剂电路的发动机冷却剂与本发明的RDU一起使用。

本发明的另一目的是提供一种对由于极高温度安装位置而需要冷却的排出物安装喷射单元进行冷却的方案。

本发明的进一步适应性方面将通过在后文中提供的详细说明而变得显而易见。应该理解，详细说明和具体示例，虽然其表示本发明的优选实施例，但是其仅仅旨在图示之目的，而不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本发明将通过详细说明和对应附图而得以更加充分地理解，其中：

图1是根据本发明的实施例的具有主动冷却的还原剂输送单元的侧视图；

图2是根据本发明的实施例的具有主动冷却的还原剂输送单元的侧剖视图；

图3是根据本发明的第一替代实施例的具有主动冷却的还原剂输送单元的侧视图；

图4是根据本发明的第一替代实施例的具有主动冷却的还原剂输送单元的侧剖视图；

图5A是根据本发明的第二替代实施例的具有主动冷却的还原剂输送单元的第一透视图；

图5B是根据本发明的第二替代实施例的具有主动冷却的还原剂输送单元的俯视图；

图5C是根据本发明的第二替代实施例的具有主动冷却的还原剂输送单元的第二透视图；

图6A是根据本发明的第三替代实施例的具有主动冷却的还原剂输送单元的第一透视图；

图6B是根据本发明的第三替代实施例的具有主动冷却的还原剂输送单元的俯视图；以及

图6C是根据本发明的第三替代实施例的具有主动冷却的还原剂输送单元的第二透视图。

具体实施方式

以下优选实施例的说明本质上仅仅是示例性的，并且不以任何方式旨在限制本发明、其应用、或者使用。

参考图1和图2，具有主动冷却的用于汽车选择性催化还原（SCR）系统的还原剂输送单元的实施例一般表示为10。还原剂输送单元10包括外壳体或者罩壳，其一般表示为12，并且壳体12包括连接至上护罩16的保持盖14和连接至上护罩16的下护罩18。保持盖14和护罩16、18当连接在一起时形成腔，其一般表示为20，在该腔20中设置有多个部件。

盖14至少部分地围绕液压连接件22。液压连接件22具有入口管24和入口杯26，在本实施例中，入口管24和入口杯26一起一体形成，但是在本发明的范围内，入口管24和入口杯26也可以分开形成。入口管24包括孔28，该孔28延伸穿过管24并且与由入口杯26形成的内腔30流体连通，在图2中最佳可见。内腔30与一般表示为32的喷射器流体连通，该喷射器32设置在腔20内。

保持盖14通过上护罩16经由焊接将入口杯26维持就位。将上护罩16构造为使从热周围环境传至单元10和AUS-32流体通道的内部容积的热传递最小，尤其是在加热瞬间（例如，在拉着拖车爬山之后发动机降至空转）的过程中。在这样做时，上护罩16的热容量保护喷射器32的内部部件免遭短期加热。上护罩16也经由激光焊接（也可以通过钎焊）联接至下护罩18。

喷射器32包括上阀体34，该上阀体34为中空并且与内腔30流体连通。上阀体34的一部分由第一密封件围绕，该第一密封件在本实施例中是与内腔30的内壁38接触的上O形环36，用于在上阀体34与入口杯26之间提供密封连接，从而确保流过入口杯26的所有流体都进入到上阀体34中。

上阀体34由具有连接件42的外壳体40部分地围绕。连接件42与线圈44电连通，并且线圈44是一般表示为46的螺线管部的一部分。螺线管部46是喷射器32的一部分，并且控制一般表示为48的阀部的移动，阀部48也是喷射器32的一部分。除了线圈44之外，螺线管部46还包括由线圈44围绕的极片50和可移动的衔铁52。极片50和衔铁52基本上为中空，从而使复位弹簧54设置在由极片50和衔铁52形成的一般表示为56的腔中。当从图2看时，复位弹簧54向下偏压衔铁52，因此朝着闭合位置偏压阀部48。复位弹簧54位于衔铁52与止挡件58之间。

阀部48包括在第一端（一般表示为62）处连接至衔铁54的管60以及连接至第二端（一般表示为66）的球64。球64是阀的一部分，并且该阀也包括阀座68。阀座68安装在下阀体70的下端中，并且下阀体70连接至极片50，从而使得下阀体70由线圈44部分地围绕。球64的移动由导向件74控制。导向件74包括供球64移动通过的导向孔106，并且还包括供流体流过的侧孔76。阀座68包括锥形部78，当阀处于闭合位置时，球64停靠在该锥形部78上。阀座68还包括中心孔80，随着流体离开喷射器32，流体穿过中心孔80。

在喷射器32的操作期间，通过复位弹簧54偏压阀（更加具体地，管60和球64）以接触阀座68，因此将阀保持在闭合位置中。当线圈44通电时，朝着极片50拉动衔铁52。线圈44的通电生成足以使衔铁52克服复位弹簧54的力并且朝着极片50移动的力。因为管60连接至衔铁52并且球连接至管60，所以衔铁52朝着极片50的移动使球64移动远离阀座68，从而打开该阀。当阀处于打开位置时，流体从孔28流过内腔30、上阀体34、极片50、衔铁52、管60，并且流出形成管60的一部分的多个出口孔72。在流体流出出口孔72之后，流体穿过侧孔76并且从中心孔80穿出。

当线圈44不再通电时，复位弹簧54使衔铁52离开极片50，并且移动衔铁52、管60和球64使得球64抵靠阀座68的锥形部78，从而将阀放于闭合位置中。

螺线管部46也包括罩壳82，该罩壳82至少部分地围绕线圈44和下阀体70。罩壳82的围绕部分是第二密封件，该第二密封件在本实施例中是下O形环84，并且下O形环84由内套筒86围绕。内套筒86设置在腔20内，并且内套筒86的外表面88的一部分（通过使用焊接）连接至上护罩16的内表面90和下护罩18的内表面108两者。下护罩18的下端（一般表示为92）成形为使下端92与下阀体70接触并且在连接点94处焊接至下阀体70。在内套筒86与下护罩18之间的连接和在下护罩18与下阀体70之间的连接形成液体冷却腔（一般表示为96）。

通过经由激光焊接将喷射器32联接至下护罩18，然后通过下O形环84与内套筒86的协作，液体冷却腔96也被限定边界。

下护罩18具有各种轮廓和形状，其不仅仅形成用于与下阀体70连接的下端92，而且也形成液体冷却腔96的形状。也存在形成为固定安装有两个液压连接件的下护罩18的一部分的两个孔。更加具体地，存在安装在冷却剂入口孔（未示出）中的入口液压连接件98以及安装在冷却剂出口孔102中的出口液压连接件100。冷却剂出口孔102和冷却剂入口孔基本相似，因此仅仅示出了一个。

下护罩18经由激光焊接或者钎焊密封联接至内套筒86。内套筒86的外表面88和下护罩18的内表面18包括液体冷却腔96的主要边界表面。在配备有液压连接件98、100（也优选通过钎焊联接至下护罩18）的下护罩18中，经由入口孔和出口孔102将液体带至腔96中并且从中排空液体。

内套筒86设计为使在内套筒86的内侧与多个喷射器外模（overmold）表面之间的空间最小化。也要理解，该容积也可以填充有导电复合物以改进传至腔96中的液体冷却剂的热传递。

v形夹持凸缘104安装至下护罩18的外表面，该v形夹持凸缘104用于将还原剂输送单元10安装在沿着排出系统的某处。在一个实施例中，还原剂输送单元10可以安装至排出管，但是在本发明的范围内，还原剂输送单元10也可以安装至排出歧管或者其他排出系统部件。在单元10的操作期间，发动机冷却剂被泵送至入口液压连接件98，并且通过入口液压连接件98流入到液体冷却腔96中。然后，冷却剂循环通过液体冷却腔96并且通过出口液压连接件100离开液体冷却腔96。由于O形环84，防止了冷却剂与喷射器32的螺线管部46接触。冷却剂进入和流出液体冷却腔96的循环对还原剂输送单元10进行冷却，并且向还原剂输送单元10提供更一致的操作温度。

与排出线的接口此处示出为适用于v形夹持凸缘104的一个接口。其他安装配置也是可以的，包括具有螺栓的凸缘。v形夹持凸缘104（或者其他凸缘配置）也优选地通过钎焊联接至下护罩18。要理解，可以用一个操作同时完成多次钎焊操作。然后，凸缘104将会提供适当的用于实施密封垫片的表面和几何形状以防止排出气体通过凸缘/凸台接口泄漏。

提供具有液体冷却的还原剂输送单元10的另一优点在于，单元10然后能够维持尿素的由液体冷却电路限定的恒定流体温度。通过这种方式，可以极大地简化用于调节工作流体的密度和粘度变化的温度校正，甚或消除，这是因为通常所需（例如，线圈电路测量）的可以是任何温度反馈系统。

在使用时，尿素溶液通过入口管24供给，从而使尿素溶液通过内腔30并且进入喷射器32的上阀体34中。在本实施例中，入口管24描绘为基本上垂直于喷射器32，这为某些设施提供了一定的包装优势。然而，入口管24的径向导向和轴向导向可以有所变化。在本实施例中，入口管24和入口杯26整合为一件；然而，也可以是两件结构（入口管24和入口杯26），从构成的角度看这可以是有利的。

在图3和图4中示出了本发明的一个替代实施例，其中相同的附图标记指代相同的元件。然而，在本实施例中，液压连接件98、100相对于v形凸缘104和液压连接件22位于不同的位置处。更加具体地，相较于出口液压连接件100，入口液压连接件98设置为更靠近v形夹持凸缘104和下阀体70。这导致流入液体冷却腔96中的冷却剂以与在图1和图2中所描述的实施例相比不同的方式循环，因此提供了不同的冷却方式。此外，在图3和图4中示出的实施例中，入口管24和入口杯26形成为分开的部件，然后组装为液压连接件22。本实施例也不限于图3和图4所示，入口管24和入口杯24可以一起一体形成，如图1和图2所示。另外，入口管24可以定向为基本上与喷射器32平行，而不是垂直定向，如图3和图4所示。

在图5A至图6C中示出了本发明的其他实施例。在图5A至图5C中示出了本发明的一个实施例，其中相同的附图标记指代相同的元件。在图5A至图5C中，入口管24不仅仅定向为平行于喷射器32，入口管24也与喷射器32基本对准。

现在参考在图6A至图6C中图示的实施例，在这些附图中示出的单元10与先前的实施例相似，其中相同的附图标记指代相同的元件。然而，在图6A至图6C中图示的单元10是大容积单元10，并且相较于先前描述的实施例尺寸更大。在图6A至图6C中图示的单元10允许更大量的尿素溶液通过喷射器32以及更大量的冷却剂通过单元10。

本发明的说明本质上仅是示例性的，因此，不背离本发明的主旨的变型意在落在本发明的范围内。这类变型不应视为是对本发明的精神和范围的背离。

Claims

1.一种设备，其包括：

还原剂输送单元，其包括：

　　外壳体；

　　设置在所述外壳体内的液体冷却腔；以及

　　基本上由所述液体冷却腔围绕的喷射器；

　　其中，冷却剂循环到所述液体冷却腔中以及循环出所述液体冷却腔以控制所述喷射器的温度。

2.根据权利要求1所述的设备，所述外壳体进一步包括：

上护罩；以及

连接至所述上护罩的下护罩，所述下护罩形成所述液体冷却腔的一部分。

3.根据权利要求2所述的设备，其进一步包括内套筒，其中，所述内套筒的外表面的一部分连接至所述上护罩的内表面的一部分和所述下护罩的内表面的一部分，从而形成所述液体冷却腔的一部分。

4.根据权利要求3所述的设备，所述喷射器进一步包括：

螺线管部，其基本上由所述内套筒围绕，使得所述内套筒将所述螺线管部与所述液体冷却腔分开，从而防止所述液体冷却腔中的冷却剂接触所述螺线管部；以及

由所述螺线管部控制的阀部，所述阀部具有在连接点处连接至所述下护罩的一部分的下阀体，从而形成液体冷却腔的一部分。

5.根据权利要求4所述的设备，其进一步包括：

至少部分地围绕所述下阀体的罩壳；以及

O形环，其围绕所述罩壳，从而在所述O形环与所述罩壳之间提供密封功能，

其中，所述O形环与所述内套筒接触，从而在所述O形环与所述内套筒之间提供密封功能，并且所述液体冷却腔的一部分由在所述O形环与所述罩壳之间的所述密封功能和在所述O形环与所述内套筒之间的所述密封功能形成。

6.根据权利要求2所述的设备，其进一步包括：

连接至所述下护罩的入口液压连接件；以及

连接至所述下护罩的出口液压连接件；

其中，冷却剂通过所述入口液压连接件流到所述液体冷却腔中并且从所述液体冷却腔流出所述出口液压连接件。

7.根据权利要求6所述的具有主动冷却的还原剂输送单元，其中，相较于所述出口液压连接件，所述入口液压连接件相对于所述喷射器位于不同的位置处。

8.根据权利要求6所述的具有主动冷却的还原剂输送单元，其中，所述入口液压连接件是成角度的入口液压连接件。

9.根据权利要求6所述的具有主动冷却的还原剂输送单元，其中，所述出口液压连接件是成角度的出口液压连接件。

10.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括包围所述外壳体的v形夹持凸缘，所述还原剂输送单元安装为用作使用所述v形夹持凸缘的排出系统的一部分。

11.根据权利要求6所述的设备，其中，所述v形夹持凸缘用于将所述还原剂输送单元安装至排出歧管。

12.一种还原剂输送单元，其包括：

上护罩；

连接至所述上护罩的下护罩；

连接至所述上护罩和所述下护罩的内套筒；

用于接收和循环冷却剂的液体冷却腔，所述液体冷却腔的一部分由在所述内套筒与所述下护罩之间的连接限定；以及

喷射器，其至少部分地由所述内套筒围绕，从而防止所述液体冷却腔中的冷却剂接触所述喷射器；

其中，冷却剂流入所述液体冷却腔中以及流出所述液体冷却腔，并且冷却剂循环通过所述液体冷却腔。

13.根据权利要求12所述的还原剂输送单元，所述喷射器进一步包括：

螺线管部；

由所述螺线管部控制的阀部；以及

下阀体，所述下阀体是所述阀部的一部分；

其中，所述下护罩与所述下阀体接触并且连接至所述下阀体，从而形成所述液体冷却腔的一部分。

14.根据权利要求12所述的还原剂输送单元，其进一步包括：

至少部分地围绕所述下阀体的罩壳；以及

O形环，其围绕并且接触所述罩壳，从而在所述O形环与所述罩壳之间提供密封功能；

其中，所述内套筒的一部分基本上围绕所述O形环，从而在所述内套筒与所述O形环之间提供密封功能。

15.根据权利要求12所述的还原剂输送单元，其进一步包括：

连接至所述下护罩的入口液压连接件；以及

连接至所述下护罩的出口液压连接件；

16.根据权利要求15所述的具有主动冷却的还原剂输送单元，其中，相较于所述出口液压连接件，所述入口液压连接件相对于所述喷射器位于不同的位置处。

17.根据权利要求15所述的具有主动冷却的还原剂输送单元，其中，所述入口液压连接件是成角度的入口液压连接件。

18.根据权利要求8所述的具有主动冷却的还原剂输送单元，其中，所述出口液压连接件是成角度的出口液压连接件。

19.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括包围所述外壳体的v形夹持凸缘，所述还原剂输送单元安装为用作使用所述v形夹持凸缘的排出系统的一部分。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述v形夹持凸缘用于将所述还原剂输送单元安装至排出歧管，并且所述冷却剂循环通过所述液体冷却腔。

21.一种具有主动冷却的还原剂输送单元，其包括：

上护罩；

连接至所述上护罩的下护罩；

内套筒，所述内套筒的外表面连接至所述上护罩的内表面和所述下护罩的内表面；

具有螺线管部和阀部的喷射器；

下阀体，其在连接点处连接至所述下护罩的一部分，所述下阀体是所述阀部的一部分；

部分地围绕所述下阀体的罩壳，所述罩壳是所述螺线管部的一部分；

与所述内套筒接触的O形环，所述O形环基本上围绕所述罩壳，从而在所述罩壳与所述内套筒之间提供密封功能；

连接至所述下护罩的入口液压连接件；

连接至所述下护罩的出口液压连接件；以及

液体冷却腔，其由在所述内套筒与所述下护罩之间、在所述下阀体与所述下护罩之间、在所述O形环与所述内套筒之间、以及在所述O形环与所述罩壳之间的连接形成；

其中，冷却剂从所述入口液压连接件流到所述液体冷却腔中以向所述喷射器提供冷却功能，并且所述冷却剂通过所述出口液压连接件离开所述液体冷却腔。

22.根据权利要求21所述的具有主动冷却的还原剂输送单元，其进一步包括连接至所述下护罩的v形夹持凸缘，所述v形夹持凸缘将所述还原剂输送单元连接至排出系统。

23.根据权利要求21所述的具有主动冷却的还原剂输送单元，其中，所述入口液压连接件比所述出口液压连接件更靠近所述下阀体。

24.根据权利要求21所述的具有主动冷却的还原剂输送单元，其中，所述入口液压连接件是成角度的入口液压连接件。

25.根据权利要求21所述的具有主动冷却的还原剂输送单元，其中，所述出口液压连接件是成角度的出口液压连接件。