CN106687670A - 用于内燃机的废气后处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于带有内燃机的车辆的借助SCR还原氮氧化物的废气后处理系统，该废气后处理系统包括至少两个废气线路(21)，废气线路分别包含SCR催化器(24)并且在所述SCR催化器的上游处分别具有添加剂喷射室(22)，并且该废气后处理系统包括供给这些喷射室(22)的添加剂罐(1)，其中，在每个所述废气线路(21)处均有一个配属的添加剂计量单元(11)和一个配属的添加剂输送单元(10)，其中所述输送单元(10)分别通过进料管线(2+2.1,2+2.2)与添加剂罐(1)连接，并且其中通向所述输送单元(10)的各个进料管线(2+2.1,2+2.2)基本上具有相同的管线长度。

Description

用于内燃机的废气后处理系统
本发明涉及一种用于带有内燃机的车辆的借助SCR(selektive katalytischeReduktion，选择性催化还原)还原氮氧化物的废气后处理系统。废气后处理系统包括至少两个废气线路，每个废气线路均包含SCR催化器，并且在SCR催化器的上游处分别具有添加剂喷射室，并且该废气后处理系统包括供给这些喷射室的添加剂罐。本发明还涉及一种具有这种废气后处理系统的车辆。
作为用于SCR工艺的添加剂已被证明的是尿素水溶液，例如以商品名AdBlue销售的尿素水溶液。在该工艺中由尿素-水溶液形成的氨与SCR催化器的组合导致废气中的氮氧化物的还原。通常，在该方法中使用形成氨的另一种添加剂也是可能的。从EP 2255078A1中已知一种废气后处理系统，其中在两个废气线路中从一个罐供给两个喷射室。这种系统的问题在于，只能非常昂贵或者必要时不可靠地负责两个废气线路中的添加剂的均匀计量和进而有效减排。
本发明要解决的技术问题在于，开发一种紧凑和更可靠的废气后处理系统，其提供了有效的减排。
该技术问题按照本发明的废气后处理系统如下解决：在每个所述废气线路处均有一个配属的添加剂计量单元和一个配属的添加剂输送单元，所述输送单元在升高的压力水平下为计量单元提供添加剂，并且这些输送单元各自通过进料管线与添加剂罐连接，其中通向输送单元的各个进料管线基本上具有相同的管线长度。该装置的优点在于，在相同的管线长度的情况下在输送单元之间不会存在不同的抽吸压力，因为压力损失基本上相同。因此，输送单元可以用相同方式将具有升高压力的添加剂进料给配属的计量单元，配属的计量单元将其经由喷射喷嘴在喷射室中与相应的废气线路的废气混合。因为对这些输送单元的前提条件根据系统不同而总是可比较的，所以能够实现适配于废气线路中的相应要求的可靠计量。
各从属权利要求中记载了额外地改善该系统的可靠性或紧凑性的根据本发明的实施方式。
有利地，通向各输送单元的进料管线具有一个共同的进料主管线并且分别具有一个用于每个输送单元的进料分支管线。优选地，进料主管线的长度相对于进料管线的总管线长度(从添加剂罐直到输送单元)为至少50％，特别优选地至少70％。由此一方面可以实现简单装配，另一方面使不同的分支管线对输送单元处的抽吸压力的影响最小化，由此减少了输送特性和计量特性的差异。
在另一有利实施方式中，输送单元分别通过返回管线与添加剂罐相连，其中通向输送单元的各返回管线基本上具有相同的管线长度。由于过量的添加剂通过返回管线返回到罐，可以确保计量单元的总是充足的供应。这实现的方式也可以是，这些返回管线具有相同的长度并且因此展示出相同的压力损失。
还对返回管线具有积极影响的情况是，这些返回管线具有一共同的返回主管线并且分别具有一个用于每个输送单元(10)返回分支管线，并且在优选实施方式中，返回主管线是从输送模块到罐的返回管线的整个长度的管线长度的至少50％，特别优选地至少70％。
为了能够在低环境温度下容易装配和提高可靠性，在另一个实施例中，进料管线的至少一个区段和返回管线的至少一个区段与至少一个加热介质管线一起在一个或多个前后布置的软管或管件中集束地延伸。由于所述管道捆扎在软管或管件中，它们能够更容易铺设并且同时确保加热管线沿着添加剂管线延伸。此外也增加了该布置方式的稳固性，因为这些管线不容易损坏。集束的长度优选为总进料管线长度的至少50％，特别优选至少70％。
在特别有利的实施方式中，不但进料主管线和返回主管线而且进料分支管线之一和返回分支管线之一都以一个区段在这些软管或管道之一中集束地延伸。由此获得甚至更少的必须铺设的管线束。
因此，通过铺设具有集束的管线的这些软管或管件，可以在罐和输送单元之间相当紧凑地安装这些管线，并且如果需要还可以可靠地加热这些管线。
为了以成本廉价的方式实施该装置，有利的情形是对于这些SCR催化器使用相同的壳体，特别地，可以使用在两侧具有用于传感器的安装可能性的壳体。因此，在这两个废气线路中尽管具有相同的壳体，但是必需的NOx或温度传感器可以分别安装在受保护的内侧上。处于外部的安装点被简单封闭。
该系统提供特别的优点，特别是在具有较大发动机的有轨车辆的情况下。通过在各种废气线路中的可靠计量，可以将多个较小的SCR催化器用于较大的发动机，正如它们在具有较小发动机的车辆的单流式废气设备中，例如在载货车辆中使用的那样。这总的来说比用于整个废气流的一个大的SCR催化器使用起来更有利。
冷环境温度下的可靠性可以提高的方式是，存在至少一个沿着进料主管线和返回主管线延伸的加热介质管线，其中，加热介质管线优选地是电加热管线或马达冷却介质管线。此外，进料分支管线和返回分支管线以及输送单元和计量单元可以设计成可加热的。通过两种措施均可加热整个供给系统。
此外，添加剂罐和现有的罐管线可以设计为可加热的。由此能够可靠地进行对于在低温下操作的储存和填料。
尤其对于有轨车辆有利的情形是，添加剂罐可以从车辆两侧填充。为此可以设计两个罐管线，优选地这两个罐管线通过一个分配器通入到共同的罐管线中，该共同的罐管线通向添加剂罐。
优选地，输送单元和计量单元由存在于废气后处理系统中的控制单元调节。该控制单元考虑来自存在于废气线路或SCR催化器中的来自NOx传感器和必要时还来自温度传感器的信号。同样，该控制单元可以被设计为使得它可以检测和配属该系统中的各种单元的失效或故障。
压缩空气供应对于输送单元的功能是重要的。在另一个有利的实施方式中，其又使得系统更紧凑并且更容易装配，该压缩空气供应通过共同的压缩空气主管线进行，该主管线分岔成分支管线并且由此供给相应的输送单元。
对于包括具有至少两个气缸组的内燃机的车辆，其中每个气缸组均分配有废气线路，所述技术问题根据本发明通过提供如上所述的根据本发明的废气后处理系统来解决。
此外，为了提高该系统的紧凑性和稳固性，有利的情形是，至少主要部分的进料主管线和返回主管线在支承结构内，特别是在车辆的支承框架内延伸，例如在车辆的支承梁的横截面中延伸。优选地，该部分的进料主管线和返回主管线与至少一个加热介质管线一起集束在一个或多个前后布置的软管或管件中。因此，管线束可以更容易地装配和在操作期间可靠地加热。
参照附图借助实施例阐述本发明的其他有利实施方式。所提及的特征可以不仅以所示的组合方式有利地转换，而且还可以各自组合。附图详细示出：
图1：内燃机上的根据本发明的废气后处理系统的示意图；
图2：用于展示管道布线的示意图的局部。
接下来详细描述附图。图1中示意性示出了具有两个气缸组的内燃机20，例如V-马达，具有双流道式废气导引件和与之配属的用于还原氮氧化物的废气后处理系统。图中省去了可能存在的用于废气清洁的其他元件，例如颗粒过滤器。在添加剂罐1中提供了尿素水溶液，例如所谓的AdBlue。经由通入到共同的罐管线8中的第一罐管线6或第二罐管线7可从车辆的两侧填充添加剂罐1。
每个气缸组均有一个废气线路21。废气线路21分别具有一个喷射室22，在喷射室22中通过一个或多个喷嘴将添加剂以精细分散的方式引入废气流中。在相继的混合器23中，废气与添加剂充分混合并且进料给SCR催化器24。可选地，该废气可以事先还穿过未示出的水解催化器。从SCR-催化器24中将废气进一步引导经过废气出口25，例如导向排放设备。
对于每个废气线路21均存在输送单元10和用于添加剂的计量单元11。输送单元10将添加剂从罐1抽吸出并且在升高的压力下将添加剂(通常最大4巴)输送给计量单元11。计量单元11将所需的添加剂用量进料给喷射室22中的喷嘴。输送单元10另外还通过压缩空气主管线30供给所需的压缩空气，所述压缩空气主管线30从一个接口出来分岔成通向两个输送单元10的两个分支管线。虽然用于两个废气线路21的分开的输送和计量单元，所需的介质分别通过共同的供应装置提供。这简化了整个系统。
输送单元10和计量单元11由未示出的控制单元调节。对于所述调节，使用混合器上的温度传感器26和SCR-催化器24上的温度传感器27和NOx-传感器28。通过适合的调节算法，输送和计量可以与操作条件相匹配。控制单元设计成，使得该控制单元还可以监控各种单元的功能，以及可以检测和配属各个单元的功能故障或失效。
输送单元10通过进料管线和经由返回管线与罐1相连。通过进料管线抽吸添加剂，通过返回管线将过量的添加剂泵回罐1。以此方式能够实现输送单元的稳定运行。进料管线具有一个共同的进料主管线2和进料分支管线，进料主管线2从罐1伸展到分配器5，进料分支管线从分配器5伸展到各个输送单元10。输送单元10的进料部的相应的总管线长度(由主管线和分支管线组成)对于这两个输送单元都是相同的。由此，对于这些输送单元存在相同的抽吸条件，这简化了调节并且使功能稳定。共同的返回主管线3从罐1延伸到分配器4。各返回分支管线从该分配器4通向这两个输送单元10。
在所示的实施方式中，内燃机20的冷却介质用作添加剂管线的加热介质。冷却介质被引导通过加热介质-进料部13和加热介质-返回部14并且通过电磁阀12控制用量。与所示出的变形不同地，其中电磁阀12设置在加热介质-进料部13中，作为补充或备选，电磁阀也可以设置在加热介质-返回部14中。加热介质-进料部13和加热介质-返回部14沿着添加剂主管线并且沿着分支管线2.1,2.2,3.1,3.2(这在示意图中为了清楚起见而未示出)导引。
在优选实施方式中，至少一部分的添加剂进料管线2,2.1,2.2和一部分的添加剂返回管线3,3.1,3.2以及加热介质-进料部13和返回部14至少在区段中集束并且铺设在软管或管件中。必要时，该软管或管件也可由多个彼此相继的部分组成或被断裂成多个彼此相继的部分。用于添加剂2,2.1,2.2,3,3.1,3.2和用于加热介质13,14的各管线通常具有5至10mm的外径。然后，软管或管件具有30至50mm的外径。
因此，管线束可以由四个管线(添加剂进料部和-返回部以及加热介质-进料部和-返回部)形成或管线束由六个管线形成，方式是，进料和返回主管线以及一对分支管线(例如用于输送单元10的至少一个的进料和返回分支管线)都容纳在所述管线束中。通过在软管或管件中的集束，这些管线在装配时能够更简单地铺设。由此，这些管线整体上还更稳固，这也提供了阻燃方面的优点。优选地，将添加剂管线2和3的至少一部分，特别优选主要部分(即，大于50％)铺设在支承结构的内部，特别地车辆的支承框架的内部。由此，这些管线或该管线束再次得以更好地保护。
图2再次用示意性示出了废气后处理系统的管线导引的细节图。同样的部分设有同样的附图标记。特别示出了添加剂管线的分支管线。从分配器5起，这两个进料分支管线2.1和2.2长度相同。而且在该实施方式中这两个返回分支管线3.1和3.2直到分配器4都长度相同。由此，确保了在这两个这里未示出的输送单元处相同的压力比。
附图标记单
1 添加剂罐
2 进料主管线
2.1 第一进料分支管线
2.2 第二进料分支管线
3 返回主管线
3.1 第一返回分支管线
3.2 第二返回分支管线
4 分配器返回部
5 分配器进料部
6 第一罐管线
7 第二罐管线
8 共同罐管线
10 输送单元
11 计量单元
12 电磁阀
13 加热介质-进料部
14 加热介质-返回部
20 内燃机
21 废气线路
22 喷射室
23 混合器
24 SCR-催化器
25 废气出口
26,27 温度传感器
28 NOx-传感器
30 压缩空气管线

Claims (15)

1.一种用于带有内燃机的车辆的借助SCR还原氮氧化物的废气后处理系统，所述废气后处理系统包括至少两个废气线路(21)，所述至少两个废气线路分别包含SCR催化器(24)并且在所述SCR催化器的上游处分别具有添加剂喷射室(22)，并且所述废气后处理系统包括供给这些喷射室(22)的添加剂罐(1)，其特征在于，在每个所述废气线路(21)处均有一个配属的添加剂计量单元(11)和一个配属的添加剂输送单元(10)，所述添加剂输送单元(10)在升高的压力水平下为所述计量单元(11)提供添加剂，并且所述输送单元(10)各自通过进料管线(2+2.1,2+2.2)与添加剂罐(1)连接，其中通向所述输送单元(10)的各个进料管线(2+2.1,2+2.2)基本上具有相同的管线长度。
2.根据权利要求1所述的废气后处理系统，其特征在于，所述进料管线(2+2.1,2+2.2)具有一个共同的进料主管线(2)并且分别具有一个用于每个输送单元(10)的进料分支管线(2.1,2.2)。
3.根据权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，所述输送单元(10)分别通过返回管线(3+3.1,3+3.2)与添加剂罐(1)相连，其中通向所述输送单元(10)的各返回管线(3+3.1,3+3.2)基本上具有相同的管线长度。
4.根据前述权利要求之一所述的废气后处理系统，其特征在于，所述返回管线(3+3.1,3+3.2)具有一共同的返回主管线(3)和分别具有一个用于每个输送单元(10)的返回分支管线(3.1,3.2)。
5.根据前述权利要求之一所述的废气后处理系统，其特征在于，进料管线(2,2.1,2.2)的至少一个区段和返回管线(3,3.1,3.2)的至少一个区段与至少一个加热介质管线(13,14)一起在一个或多个前后布置的软管或管件中集束地延伸，其中集束的长度优选为总进料管线长度(2+2.1+2.2)的至少50％，特别优选至少70％。
6.根据权利要求5所述的废气后处理系统，其特征在于，不但进料主管线(2)和返回主管线(3)而且进料分支管线(2.1,2.2)之一和返回分支管线(3.1,3.2)之一都以一个区段在所述软管或管道之一中集束地延伸。
7.根据前述权利要求之一所述的废气后处理系统，其特征在于，所述SCR催化器(24)分别具有相同的壳体。
8.根据前述权利要求之一所述的废气后处理系统，其特征在于，存在至少一个沿着进料主管线(2)和返回主管线(3)延伸的加热介质管线，其中，加热介质管线优选地是电加热管线或马达冷却介质管线。
9.根据前述权利要求之一所述的废气后处理系统，其特征在于，进料分支管线(2.1,2.2)和返回分支管线(3.1,3.2)以及输送单元(10)和计量单元(11)设计成可加热的。
10.根据前述权利要求之一所述的废气后处理系统，其特征在于，添加剂罐(1)和现有的罐管线(6,7,8)设计为可加热的。
11.根据前述权利要求之一所述的废气后处理系统，其特征在于，设有两个罐管线(6,7)，所述两个罐管线(6,7)布置成，使得能够实现从车辆两侧填充添加剂罐(1)，尤其地这两个罐管线(6,7)经由一个分配器通入到共同的罐管线(8)中，所述共同的罐管线通向添加剂罐(1)。
12.根据前述权利要求之一所述的废气后处理系统，其特征在于，设有控制单元，其中，所述控制单元调节输送单元(10)和计量单元(11)，其中考虑分别存在于SCR催化器(24)上的NOx传感器(28)的信号。
13.根据前述权利要求之一所述的废气后处理系统，其特征在于，为输送单元(10)的压缩空气供应而设置一个共同的压缩空气主管线(30)，所述压缩空气主管线分岔成分支管线并且通过所述分支管线供给输送单元(10)。
14.一种车辆，包括具有至少两个气缸组的内燃机，其中，每个气缸组配属有一个废气线路，并且包括根据前述权利要求之一所述的废气后处理系统。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中，至少主要部分的进料管线(2,2.1,2.2)和返回管线(3,3.1,3.2)在支承结构内部，特别是在车辆的支承框架内延伸，并且优选地，该部分的进料管线和返回管线与至少一个加热介质管线(13,14)一起在一个或多个前后布置的软管或管件中集束地延伸。
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