ITUB20153630A1

ITUB20153630A1 - Unita' dosatrice di riducente liquido raffreddato

Info

Publication number: ITUB20153630A1
Application number: ITUB2015A003630A
Authority: IT
Inventors: Robert Wayne Mcfarland; Keith Aaron Shaw; Michael J Hornby; James A Wynn; Josh Lee Hatfield; Christopher Caulkins; Stephen C Bugos
Original assignee: Continental automotive systems inc
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2017-03-16
Also published as: JP6099714B2; US20160084129A1; US9617884B2; KR101741242B1; CN105443208A; DE102015216563B4; DE102015216563A1; CN105443208B; JP2016061297A; KR20160033619A

Description

CAMPO TECNICO

La presente domanda di brevetto si riferisce generalmente a sistemi di gas di scarico e, più specificamente, al raffreddamento dei sistemi di gas di scarico.

SFONDO DELL'INVENZIONE

Stringenti standard attinenti alle emissioni in Europa e nel Nord America impongono ai fabbricanti di automobili di ridurre le emissioni prodotte dai veicoli. Varie tecnologie sono state sviluppare allo scopo di ridurre queste emissioni.

Ad esempio, alcuni motori diesel presentano alti livelli di emissioni di ossido di azoto (NOx) Sono stati usati approcci di riduzione catalitica selettiva (SCR) allo scopo di convertire gli ossidi di azoto a azoto, N2e acqua, H2O.

In approcci di SCR, una unità di erogazione di riduzione (reduction delivery unit, RDU) è usata allo scopo di iniettare un riducente denominato Diesel Exhaust Fluid (DEF) nella corrente di gas di scarico di un motore. Ad esempio, per mezzo della RDU viene aggiunta urea alla corrente di gas di scarico, e vengono formati vari sottoprodotti, come biossido di carbonio e acqua. L'ammoniaca è un sottoprodotto desiderato, e in combinazione con un catalizzatore, essa converte l'ossido di azoto (NOx) a acqua e azoto, inoffensivi.

L'RDU è dotata di un iniettore di DEF, che, in alcuni casi, è raffreddato con liquido, per mezzo di una camicia del liquido. Una condizione di sosta a caldo (hot soak) si presenta quando il motore sta marciando, ma successivamente viene arrestato e attraverso la camicia non sta fluendo fluido di raffreddamento liquido. Durante le condizioni di sosta a caldo, il calore del sistema di scarico viene condotto nella RDU. Quando il veicolo viene fatto marciare in condizioni di alto carico e successivamente viene arrestato, questa sosta a caldo può provocare l'ebollizione del liquido di raffreddamento, generando temperature incontrollate nella RDU e il successivo surriscaldamento del DEF nell'iniettore. Quando il DEF è surriscaldato, esso forma sottoprodotti insolubili duri che influiscono negativamente sulla prestazione dell'iniettore del DEF.

Inoltre, il DEF congela a una temperatura superiore rispetto al liquido di raffreddamento. In tali circostanze, una urea riscaldata potrebbe essere congelata nel corso del suo flusso attraverso un iniettore di DEF, quando esiste un intimo contatto tra la camicia e il corpo della valvola, e in cui la temperatura del liquido di raffreddamento è al di sotto del punto di congelamento del DEF.

Nella misura in cui questi problemi sono stati affrontati, i problemi menzionati sopra sono stati affrontati in modo inadeguato per mezzo degli approcci della tecnica precedente. Conseguentemente, è stata creata una certa insoddisfazione negli utilizzatori

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una comprensione più completa della descrizione, si dovrà fare riferimento alla seguente descrizione dettagliata a ai disegni acclusi, in cui:

La figura 1 comprende uno schema a blocchi di una RDU per SCR (unità di erogazione di riduzione per riduzione catalitica selettiva) montata su un tubo di trasporto di gas di scarico secondo varie forme di realizzazione della presente invenzione;

la figura 2 comprende una vista isometrica di una RDU raffreddata con liquido di raffreddamento secondo varie forme di realizzazione della presente invenzione;

La figura 3 comprende una vista ravvicinata di una interfaccia camicia di raffreddamento / iniettore di DEF, che mostra uno spazio d'aria tra la superficie interna della camicia del liquido di raffreddamento e il corpo della valvola dell'iniettore del DEF secondo varie forme di realizzazione della presente invenzione;

La figura 4 comprende uno schema a blocchi di una RDU per SCR raffreddata con liquido e le caratteristiche di trasferimento di calore presenti nel dispositivo secondo varie forme di realizzazione della presente invenzione.

I tecnici esperti comprenderanno che gli elementi nelle figure sono illustrati per finalità di semplicità e di chiarezza. Si comprenderà ulteriormente che certe azioni e/o certi stadi, o passi, possono essere descritti o illustrati in un particolare ordine di presentazione, mentre i tecnici esperti nel ramo comprenderanno che tale specificità con riferimento alla sequenza non è in effetti richiesta. Si comprenderà anche che i termini e le espressioni usati nella presente hanno il loro significato ordinario, con il quale tali termini ed espressioni sono intesi con riferimento alle loro rispettive aree di interrogazione e di studio, tranne quando significati specifici sono stati stabiliti altrimenti nella presente.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Il presente approccio aumenta la capacità di un iniettore di una RDU raffreddata con liquido di resistere alla ebollizione e al congelamento del Diesel Exhaust Fuel (DEF), isolando l'iniettore del DEF dalla camicia del liquido di raffreddamento. Il presente approccio usa il contatto non intimo (ad esempio, come provveduto per mezzo di uno spazio d'aria, o traferro) tra l'iniettore e la camicia del liquido di raffreddamento per consentire all'iniettore di rimanere isolato dalla camicia del liquido di raffreddamento durante escursioni di temperatura.

In un esempio e nel corso di condizioni di sosta a caldo, il DEF nell'iniettore con viene surriscaldato. In altre circostanze, quando la temperatura è sufficientemente fredda affinché la temperatura del liquido di raffreddamento sia al di sotto del punto di congelamento del DEF entro la camicia del liquido di raffreddamento, il contatto non intimo impedisce il congelamento del DEF allorché esso passa attraverso la valvola del DEF.

In molte di queste forme di realizzazione, una unità di riduzione raffreddata con liquido include una valvola di iniezione di Diesel Exhaust Fluid (DEF). La valvola include una carcassa che forma una camera allungata nel suo interno. La valvola è configurata per ricevere un DEF e forzare il DEF a fluire attraverso la camera e a uscire dalla camera, e il DEF viene successivamente diretto in, e applicato a, una corrente di gas di scarico di un motore di un veicolo.

Una camicia del liquido di raffreddamento è riempita selettivamente con un liquido di raffreddamento e ha un lato esterno e un lato interno. Il lato interno della camicia fronteggia un tratto del corpo della valvola ed è separato dal tratto del corpo della valvola da uno spazio d'aria.

In alcuni aspetti, una entrata del liquido di raffreddamento eroga liquido di raffreddamento alla camicia del liquido di raffreddamento. Una uscita del liquido di raffreddamento può essere usata allo scopo di fare uscire il liquido di raffreddamento dalla camicia.

In altri esempi, una entrata del DEF alimenta DEF nella valvola del DEF. Il DEF può essere un agente riducente.

In alcuni altri esempi, lo spazio d'aria è efficace al fine di impedire che il liquido di raffreddamento bolla nelle condizioni di sosta a caldo. In altri aspetti, lo spazio d'aria è efficace al fine di impedire il congelamento del DEF attraverso il corpo della valvola.

In altre di queste forme di realizzazione, un sistema di emissione in un veicolo include un motore che crea una corrente di gas di scarico. È provveduta una unità di riduzione (RDU) raffreddata con liquido, e l'unità include una valvola di iniezione di Diesel Exhaust Fluid (DEF). La valvola ha una carcassa della valvola che forma una camera allungata nel proprio interno, e la valvola è configurata per ricevere un DEF e forzare il DEF a fluire attraverso la camera per uscire dalla camera. Il DEF viene successivamente diretto verso, e applicato a, la corrente di gas di scarico di un motore di un veicolo.

Una camicia del liquido di raffreddamento è riempita selettivamente con un liquido di raffreddamento, e la camicia del liquido di raffreddamento ha un lato esterno e un lato interno. Il lato interno della camicia fronteggia un tratto del corpo della valvola ed è separato dal tratto del corpo della valvola da uno spazio d'aria.

Un tubo di scarico riceve la corrente di gas di scarico dopo che il DEF è stato iniettato nella corrente. L'iniezione del DEF nella corrente forma una corrente di gas di scarico modificata che soddisfa almeno una normativa governativa sulle emissioni.

Facendo ora riferimento alla figura 1, alla figura 2 e alla figura 3, è descritto un esempio di una RDU 100 per SCR raffreddata con fluido di raffreddamento liquido. La RDU 100 include una valvola, o iniettore 102 di DEF. La funzione della valvola o iniettore 102 del DEF è iniettare agente riducente (ad esempio, DEF) nella corrente di gas di scarico del motore. La valvola 102 ha un corpo 104 della valvola. Una entrata 106 del DEF alimenta DEF alla valvola 102. Una camicia 108 del liquido di raffreddamento circonda il corpo 104 della valvola.

La camicia 108 del liquido di raffreddamento comprende un lato interno 110 e un lato esterno 112. Una entrata 114 del liquido di raffreddamento consente al liquido di raffreddamento 119 di fluire nella camicia 108 del liquido di raffreddamento. Un connettore 118 di alimentazione dell'iniettore del DEF è usato allo scopo di alimentare energia all'unità. Un sistema 120 di flangia, risalto di montaggio ed elementi di serraggio dell'RDU accoppia l'RDU ad un tubo di scarico 122. Il tubo di scarico fa capo ad un motore 124. Tra il lato interno 110 della camicia 108 del liquido di raffreddamento, e il corpo della valvola 104 esiste uno spazio d'aria 130. In un esempio, l'ampiezza dello spazio d'aria è di circa 0,3 mm. Sono possibili altri esempi di distanze di separazione. Una entrata 126 del liquido di raffreddamento consente al liquido di raffreddamento 109 di entrare nella camicia 108, mentre una uscita 128 del liquido di raffreddamento consente al liquido di raffreddamento di uscire.

Lo spazio d'aria 130 disaccoppia efficacemente la valvola 102 dalla camicia 108 del liquido di raffreddamento e si traduce in una connessione non intima (connessione senza contatto) tra questi due elementi. Vantaggiosamente, questa configurazione aumenta la capacità di un iniettore di resistere alla ebollizione e al congelamento del Diesel Exhaust Fuel (DEF), isolando l'iniettore del DEF dalla camicia del liquido di raffreddamento.

In un esempio del funzionamento del sistema delle figure 1 – 3, la camicia 108 del liquido di raffreddamento è riempita selettivamente con un liquido di raffreddamento. Il lato interno 110 della camicia 108 fronteggia un tratto del corpo 104 della valvola ed è separato dal tratto del corpo 104 della valvola da uno spazio d'aria 130. Durante il normale funzionamento della RDU 100 raffreddata con liquido di raffreddamento, l'iniettore 102 del DEF è isolato dall'ambiente circostante dalla camicia 108 (alla quale viene alimentato liquido di raffreddamento del motore). L'isolamento fornito dallo spazio d'aria 130 è usato allo scopo di mantenere il DEF in un intervallo di temperatura al di sotto del suo punto di ebollizione alla pressione atmosferica e di decomposizione termica mentre si trova in un ambiente ad una temperatura molto al di sopra del punto di ebollizione alla pressione atmosferica del DEF.

Più specificamente, e durante la permanenza in condizioni di sosta a caldo, il DEF che passa attraverso la valvola 102 non è surriscaldato. In altre circostanze, quando la temperatura è sufficientemente fredda affinché la temperatura del liquido di raffreddamento sia al di sotto del punto di congelamento del DEF entro la camicia 108 del liquido di raffreddamento, il contatto non intimo fornito dallo spazio d'aria 130 impedisce il congelamento del DEF allorché esso passa attraverso la valvola 102 del DEF. Questi vantaggi, come provveduti dai presenti approcci, sono ulteriormente discussi più avanti nella presente.

Come menzionato, una condizione di sosta a caldo potrebbe presentarsi quando il veicolo viene arrestato e attraverso la camicia 108 non sta fluendo liquido di raffreddamento. Durante la sosta a caldo, se i presenti approcci non vengono applicati, il calore del sistema di scarico viene condotto nella RDA 100. Se non venissero intraprese azioni, nel corso di condizioni che si verificano quando il veicolo viene fatto marciare in condizioni di alto carico e successivamente viene arrestato, questa sosta a caldo potrebbe provocare l'ebollizione del liquido di raffreddamento, generando temperature incontrollate nella RDU 100 e il successivo surriscaldamento del DEF nell'iniettore. Quando il DEF è surriscaldato, esso formerà sottoprodotti insolubili duri che influiscono negativamente sulla prestazione dell'iniettore del DEF.

Si comprenderà che i presenti approcci usano il contatto non intimo tra l'iniettore e la camicia del liquido di raffreddamento nella forma dello spazio d'aria 130 allo scopo di consentire all'iniettore 102 di essere isolato dalla camicia 108 del liquido di raffreddamento nel corso di queste escursioni di temperatura. Questo spazio d'aria 130 tra la superficie interna della camicia dell'acqua e la superficie esterna del corpo 104 della valvola dell'iniettore del DEF riduce significativamente gli aumenti di temperatura dell'iniettore durante le soste a caldo, in confronto alle configurazioni convenzionali che prevedono lo stretto contatto. Dato che, invece di un qualche materiale, si usa uno spazio d'aria, o traferro, i costi e la complessità dei presenti approcci sono ridotti in confronto ad altri approcci noti dalla tecnica precedente.

In alternativa, se la temperatura è sufficientemente fredda da fare si tale che la temperatura del liquido di raffreddamento sia al di sotto del punto di congelamento del DEF nella camicia 108 del liquido di raffreddamento, il contatto non intimo tra l'RDU 100 e l'iniettore 102 del DEF è vantaggioso. Il DEF congela a una temperatura superiore al liquido di raffreddamento, in tal modo creando una situazione nella quale l'urea riscaldata potrebbe essere congelata nel corso del suo viaggio attraverso un iniettore 102 del DEF se esistesse il contatto intimo tra il corpo della valvola e l'interno della camicia 108 del liquido di raffreddamento e il liquido di raffreddamento fosse a una temperatura inferiore al punto di congelamento del DEF.

Facendo ora riferimento alla figura 4, sono descritti esempi delle caratteristiche di trasferimento del calore del sistema. Una camicia 408 del liquido di raffreddamento si estende intorno a una valvola 412, tuttavia è separata dal corpo della valvola da uno spazio d'aria 430.

La dimensione delle frecce riflette la quantità di trasferimento di calore. Si può vedere che dal resto del veicolo al sistema di figura 4 si estendono frecce 402 relativamente grandi. Le frecce 402 rappresentano una quantità relativamente grande di trasferimento di calore dal veicolo e possono avere origine, ad esempio, dal motore del veicolo o dal funzionamento di qualsiasi dei componenti del veicolo, per menzionare pochi esempi.

Frecce di dimensioni medie 404 si estendono dall'esterno attraverso la camicia 408 del liquido di raffreddamento. La camicia del liquido di raffreddamento e il suo contenuto assorbono parte dell'energia termica rappresentata dalle frecce 402. Si può vedere anche che frecce molto piccole 406, o nessuna freccia, attraversano lo spazio d'aria 430. La freccia piccola (o l'assenza di frecce) rappresentano l'effetto che lo spazio d'aria fa nelle presenti disposizioni. Più specificamente, lo spazio d'aria 430 impedisce (o riduce in misura significativa) il trasferimento dell'energia termica dalla camicia 408 alla valvola 412.

Nella presente sono descritte forme preferite di realizzazione della presente invenzione, incluso il modo migliore noto agli inventori per eseguire l'inven zione. Si deve comprendere che le forme illustrate di realizzazione sono soltanto esemplificative, e non dovranno essere intese come essere limitative dell'ambito dell'invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Una unità di riduzione raffreddata con liquido di raffreddamento, l'unità comprendendo: - una valvola di iniezione di Diesel Exhaust Fluid (DEF), la valvola con una carcassa della valvola che forma una camera allungata nel proprio interno, la valvola configurata per ricevere un DEF e forzare il DEF a fluire attraverso la camera per uscire dalla camera, il DEF successivamente essendo diretto verso e applicato a una corrente di gas di scarico di un motore di un veicolo; - una camicia del liquido di raffreddamento riempita selettivamente con un liquido di raffreddamento, la camicia del liquido di raffreddamento avendo un lato esterno e un lato interno, il lato interno della camicia del liquido di raffreddamento fronteggiando un tratto del corpo della valvola ed essendo separato dal tratto del corpo della valvola di uno spazio d'aria.
2. L'unità della Rivendicazione 1, ulteriormente comprendente una entrata del liquido di raffreddamento per erogare liquido di raffreddamento alla camicia del liquido di raffreddamento.
3. L'unità della Rivendicazione 2, ulteriormente comprendente una uscita del liquido di raffreddamento per consentire al liquido di raffreddamento di uscire dalla camicia del liquido di raffreddamento.
4. L'unità della Rivendicazione 1, ulteriormente comprende una entrata del DEF, che alimenta DEF nella valvola del DEF.
5. L'unità della Rivendicazione 1, in cui il DEF è un agente riducente.
6. L'unità della Rivendicazione 1, in cui lo spazio d'aria è efficace al fine di impedire che il liquido di raffreddamento bolla nelle condizioni di sosta a caldo.
7. L'unità della Rivendicazione 1, in cui lo spazio d'aria è efficace al fine di impedire il congelamento del DEF attraverso il corpo della valvola.
8. Un sistema di emissione in un veicolo: un motore che crea una corrente di gas di scarico; una unità di riduzione (RDU) raffreddata con liquido di raffreddamento, l'unità comprendendo: - una valvola di iniezione di Diesel Exhaust Fluid (DEF), la valvola con una carcassa della valvola che forma una camera allungata nel proprio interno, la valvola configurata per ricevere un DEF e forzare il DEF a fluire attraverso la camera per uscire dalla camera, il DEF successivamente essendo diretto verso, e applicato a, la corrente di gas di scarico di un motore di un veicolo; - una camicia del liquido di raffreddamento riempita selettivamente con un liquido di raffreddamento, la camicia del liquido di raffreddamento avendo un lato esterno e un lato interno, il lato interno della camicia fronteggiando un tratto del corpo della valvola ed essendo separato dal tratto del corpo della valvola di uno spazio d'aria; - un tubo di scarico che riceve la corrente di gas di scarico dopo che il DEF è stato iniettato nella corrente, l'iniezione del DEF nella corrente formando una corrente di gas di scarico modificata che soddisfa almeno una normativa governativa attinente alle emissioni.
9. Il sistema di emissione della Rivendicazione 8, ulteriormente comprendente una entrata del liquido di raffreddamento per erogare liquido di raffreddamento alla camicia del liquido di raffreddamento.
10. Il sistema di emissione della Rivendicazione 9, ulteriormente comprendente una uscita del liquido di raffreddamento per consentire al liquido di raffreddamento di uscire dalla camicia del liquido di raffreddamento.
11. Il sistema di emissione della Rivendicazione 8, ulteriormente comprende una entrata del DEF, che alimenta DEF nella valvola del DEF.
12. Il sistema di emissione della Rivendicazione 8, in cui il DEF è un agente riducente.
13. Il sistema di emissione della Rivendicazione 8, in cui lo spazio d'aria è efficace al fine di impedire che il liquido di raffreddamento bolla nelle condizioni di sosta a caldo.
14. Il sistema di emissione della Rivendicazione 8, in cui lo spazio d'aria è efficace al fine di impedire il congelamento del DEF attraverso il corpo della valvola.