CN103502593A - 发动机排气添加剂储存*** - Google Patents

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Abstract

一种用于储存内燃机排气液体添加剂的***，所述***包括用于储存所述添加剂的储箱，所述储箱被制作成两个半壳，所述两个半壳被制造为两个独立的部分并进行组装，所述壳中的至少一个包括固定在其内部的有源部件。

Description

发动机排气添加剂储存***
本申请涉及一种发动机排气添加剂储存***。
关于车辆和重型卡车排放的法规要求减少排放到大气中的氮氧化物NOx的量，此外还有其它要求。实现该要求的一种已知方式是使用SCR（选择性催化还原），该SCR设想通过将还原剂（一般是氨）注入排气***来减少氮氧化物。这种氨可源自对氨前驱体溶液的热分解，该溶液的浓度可以是低共熔浓度。这样的氨前驱体一般是尿素溶液。
使用SCR方法，发动机以最佳效率燃烧时产生的大量NOx在它们被排出发动机时在催化器中得到处理。这种处理要求使用浓度精确并且质量极高的还原剂。因此，要准确计量该溶液并将其注入尾气流中，在这里该溶液被水解，然后将氮氧化物（NOx）转化为氮（N2）和水（H2O）。
为此，需要为车辆配备装有添加剂溶液（通常是尿素水溶液）的储箱，以及计量出期望量的添加剂并将其注入排气***中的这样的装置。
为了能够正确地计量添加剂溶液到排气中，已知实践是在添加剂储箱中增加比如液位计、温度传感器、质量传感器、电阻加热元件等元件。
以本申请人名义的专利申请WO2007/141312公开了这样的一种储箱，该储箱包括通过在储箱的底壁中形成的开口而定位的“浸入”凸缘，该储箱优选地是用HDPE（高密度聚乙烯）制成的吹塑模制储箱，所述凸缘包括至少一个孔口，通过该孔口能够为用于将所述添加剂注入排气中的***提供补给，并且所述凸缘还包含该储存***和/或该注入***的至少一个其它的有源部件。在一个优选实施方式中，该凸缘集成了泵从中吸取液体添加剂的液阱（liquid trap）。另外，根据US2011/0155742公开的专利申请EP09180726.3描述了如何能够有利地将加热器（形如电阻加热导线）集成到这样的凸缘。
虽然在实践中证实了这些***运行得很好且组装起来也相对容易，但是它们隐含如下事实：加热器的支承件是凸缘，这限制了所述加热器在储箱中能够占用的空间的程度，从而限制了能够被加热的添加剂的体积。其还隐含将凸缘安装在储箱开口上的步骤。
本发明背后的思路是找到如下的储箱几何形状：该形状允许容易地***加热器（该加热器能够伸入储箱内部的部分多得多），和/或使得能够（在需要时）不使用浸入凸缘，而是通过储箱中的开口实现与泵模块的直接连接。
该问题通过将储箱设计成如下两个半壳来解决：所述两个半壳被制造为两个独立的部分，只在至少一个内部部件（优选地所有的内部部件）已被***/定位在至少一个半壳上时才对所述两个半壳进行组装。
因此，本发明的目的在于一种用于储存内燃机排气液体添加剂的***，其包括用于储存所述添加剂的储箱，所述储箱被制作成两个半壳，所述两个半壳被制造为两个独立的部分并进行组装，所述壳中的至少一个包括固定在其内部的有源部件。
在一个优选实施方式中，下壳和/或上壳集成了加热器，对所述加热器而言，所述储箱的壳是实现以下功能的关键部分：保证对所述加热器的支承、或者保证由于导电性而实现加热功能本身（用于通过使电流流过会由导电材料制成的储箱壁的至少一部分而产生热量）、甚至或者这两者的结合。
所述集成可以通过储箱的内部和/或通过储箱的外部来进行。
在本发明的背景下，术语“下壳”事实上旨在指示储箱的下半部（使用中时），类似地，术语“上壳”旨在指示储箱的上半部。
本发明所涉及的添加剂是在正常使用条件下为液体的添加剂。其优选地是能够对存在于内燃机排气中的NOx进行还原的还原剂；更优选地是尿素。术语“尿素”应理解为指任何含有尿素的溶液，通常是水溶液。采用低共熔的水/尿素溶液，本发明获得了良好效果；这种溶液具有如下的标准质量：例如，根据DIN70070标准，对于
Figure BDA0000371014910000031
溶液（市售尿素溶液），尿素含量介于31.8%到33.2%（比重）之间（即32.5+/－0.7wt%），因此，氨的可用量介于18.0%到18.8%之间。本发明还可被应用于以DenoxiumTM的商标名销售并同样以水溶液形式的尿素/甲酸铵混合物，其组成之一（Denoxium-30）的氨含量与溶液相当。后者的优势在于仅在-30℃以下凝固（相比于前者的-11℃），但其缺点在于与可能释放甲酸有关的腐蚀问题。在低共熔的水/尿素溶液的情况下，本发明尤为有利。
本发明可应用于任何在其排气中可能产生NOx的内燃机。这可以是带有或不带有燃料回流线路（即，使发动机未使用的任何剩余燃料回流到燃料储箱的线路）的发动机。其有利地被应用于柴油发动机，并且特别地应用于车辆的柴油发动机。
根据本发明，该储箱由两个壳组成。优选地，这些壳中的至少一个是通过对塑料进行注射模塑而制成的；甚至更优选地：两个壳均如此制成。
在一个优选实施方式中，下壳通过注射模塑而制成，并且其集成了（如与下壳模塑成一体）上述液阱。
特别地，该液阱（与下壳模塑成一体或固定在通过下壳的开口上）非常适合于支承如下附件：这些附件穿过空心主体的壁，和/或被定位在该空心主体的内部。该液阱的周长在自身上闭合，但形状任意。通常，其周长为圆形。优选地，该液阱的底部包括至少一个孔口，通过该至少一个孔口能够为用于将所述添加剂注入排气中的***提供补给。该供给可以在重力下经由穿过所述孔口的注射线路来简单地实现。除此以外且优选地，***由泵供给。当将所述液阱集成到储箱的下壳时，上述孔口可以直接在箱壁中形成，或它可以穿通如上所述的浸入凸缘。
优选地，根据本发明的储箱的下壳（甚至更优选地：固定或集成到该下壳的液阱）包含在储存和/或计量时是有源的这样的多个部件，甚至更优选地，其包含/支承在进出添加剂储箱时需要与内部的液体添加剂相接触的这样的有源部件中的大多数。
优选地，所述部件选自：泵；过滤器；液位计；加热器；温度传感器；质量传感器；压力传感器；压力调节器；文丘里管。
至于该加热器，其可包括电阻加热元件或给定容量的热交换器。所述加热器可以例如是呈现出包括隔绝在两层弹性体（例如硅酮）之间的电阻元件的这样的多层结构的柔性加热器。柔性加热器的使用使其能够适合于相当多的凸缘。特别地，在凸缘包括接头（nipples）的情况下，加热器装备有能够***凸缘接头的接片，从而避免在低温时在前驱体溶液凝固的情况下形成栓塞。在以本申请人名义的专利申请WO2008/138960中更详细地描述了这样的加热器及其在SCR***中的应用，该申请的内容通过引用合并于本申请中。
根据一个优选的实施方式，该加热器包括如在上述专利申请US20110155742中所描述的电阻导线，该申请的内容也通过引用合并于本申请中。在一个优选的子实施方式中，该电阻导线被安装在优选地是柔性网的支承件上，该支承件进而被安装在与储箱壳中的一个壳一体的部分上。优选地，该支承件被安装在上述液阱中/上，如所述US申请中所述。
本发明的优选实施方式包括：定位在储箱壳中的至少一个的内部的导线加热器，定位在储箱壳中的至少一个的外部的导线加热器，或这两者的结合。
其中导线位于储箱壳中的至少一个的内部的可选项被认为最具吸引力，因为在加热器与NH3前驱体之间存在直接接触。
本发明还涉及一种用于制造上述***的方法。特别地，其涉及一种用于制造该***的储箱的方法，所述方法包括下列步骤：
-注射模塑两个塑料壳；
-将至少一个有源部件固定在所述壳中的至少一个中；
-优选地通过将这两个壳的边缘焊接在一起来对它们进行组装。
所述塑料可以是HDPE；或者，它可以是聚缩醛，尤其是POM（聚甲醛）；聚邻苯二甲酰胺（例如
Figure BDA0000371014910000051
树脂）；或聚酰胺（例如尼龙-6,6）。特别地，可以使用增强等级（例如玻璃纤维增强塑料）。
在一个优选实施方式中，至少储箱下壳装备有用于将加热导线与其固定的装置。所述装置可以例如是支承挡板、优选地带有缝隙或沟槽的直立销等，在该装置处能够容易地在组装壳之前固定好导线（例如借助机器人）。优选地，这些销与储箱壳一体模制（优选地通过注射模塑）。
附图1至5较为详细地并以非限制方式图示了本发明，其示出本发明的多个优选变型。
图1示出装备有电阻加热导线的储箱下壳的2个局部视图；图2示出所述导线的固定装置的一种实施方式的细部；图3示出装备有以给定构造的电阻加热导线的储箱的示意性垂直剖图；图4示出其中加热导线位于储箱外部的一种实施方式（该实施方式独立于本申请中请求保护的发明，但同样值得关注）；以及图5示出具有与图1和图2中图示的不同的固定装置的一种实施方式。
图1示出如何通过垂直销（3）将加热导线（1）固定在储箱下壳（2）的内部，其中垂直销（3）具有多个起伏部分（3'，参见图2中的细部），使得加热导线能够绕着它们缠绕多圈，从而增加了能够解冻的液体的体积。左视图示出与下壳（2）模塑成一体的液阱（4），其中固定了泵（5）。右视图是该壳的侧视图。
这些视图中示出的构造允许覆盖储箱的大部分（就储箱下壳而言，典型地至少10%，更优选地至少50%，理想地高达100%），从而能够解冻大部分
Figure BDA0000371014910000061
溶液。在这些视图中以及在图2和图3中示出的实施方式可包括下列至少一项：
-导线可以一层或多层的形式固定在该壳内部
-保持装置可允许利用机器人进行导线附接
-所述保持装置可与储箱壳一体制成（优选地通过注射模塑）
-可提供挡板保护，以避免由冰或液体置换导致的损害
-导线可以在单回路或多回路中电气独立；靠近抽吸泵的部分可被先行激活，接着是周边
-导线可具有PTC效应
-导线可具有耐NH3前驱体（AdBlue或其它）的保护层
-导线可主要定位于储箱的底部，但具有向上布置的那些部分（参见图3中的6），这些部分确保直至储箱顶部的冰块（参见图3中的7）均被切割，使得冰块能够塌落（参见箭头）并融化
-导线可被附接或沿小管放置，其快速解冻允许保证泵/排气***的快速供给
-导线可部分或全部安装在中间网上，该中间网允许在储箱壳内快速地进行安装
-导线可只附接到下壳或只附接到上壳
在本发明的框架中，储箱由半壳制成（注塑的（优选）），但是也可以将预组装网的使用应用于单个部件的这样的储箱（例如吹塑模塑的），其中将***并固定预组装网。这对由单个管状型坯模制成的储箱而言是可行的（然而这将意味着***操作要穿过在型坯中形成的通孔），但是其在如下情况下可实现得更为容易：储箱由两个独立的片材模制而成，例如采用由本申请人研发的称作TSBM即双片材吹塑成型（Two Sheet Blow Moulding）的方法（例如参见以本申请人的名义的专利申请WO2007/088200、以及专利EP1261473和EP1728669，其内容通过引入合并在本申请中）。
在图4的实施方式中，导线在储箱的外部，这在本发明的框架内（其中储箱被模制为两个半壳）可以使用，但是这也一样适用于被模制为单个部件的储箱。
其中示出的实施方式可包括下列至少一项：
-外部保持装置，其允许利用机器人进行导线附接
-挡板保护，用来避免由外部条件导致的损害
-嵌在导电材料中以确保与储箱壳体的良好热接触的导线
-在单回路或多回路中电气独立的导线
-具有PTC效应的导线
-具有耐受环境的保护层/材料（8）的导线；可选地，该材料可以是热的良导体
-导线（1）主要定位在储箱的底部，但是具有在挡板内部向上移动的部分（6），这些部分确保直至储箱顶部的冰块均被切割
-导线部分或全部安装在中间网上，该中间网允许在储箱壳上快速地进行安装
-只附接到下壳或只附接到上壳（不过后者没那么优选）的导线。
储箱壳可以由半壳制成（注塑的（优选）），或制作成单个部件（吹塑模塑的）。
图5示出一种实施方式，其中的固定装置与图1和图2中示出的固定装置不同，即：用小档板（3"）取代了垂直销（3），所述挡板（3"）也具有用来固定导线的起伏部分（3"'），这些起伏部分可例如是洞（左底视图）或缺口（右底视图）。

Claims (14)

1.一种用于储存内燃机排气液体添加剂的***，所述***包括用于储存所述添加剂的储箱，所述储箱被制作成两个半壳（下壳和上壳），所述两个半壳被制造为两个独立的部分并进行组装，所述壳中的至少一个包括固定在其内部的有源部件。
2.根据前一权利要求所述的储存***，其中，所述下壳和/或所述上壳集成了加热器，对所述加热器而言，所述储箱的壳是实现以下功能的关键部分：保证对所述加热器的支承、或者保证由于导电性而实现加热功能本身、或者这两者的结合。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的储存***，其中，这些壳中的至少一个是通过对塑料进行注射模塑而制成的。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的储存***，其中，所述下壳是通过注射模塑而制成的，并集成了（如与所述下壳模塑成一体）液阱。
5.根据权利要求2所述的储存***，其中，所述加热器是柔性加热器。
6.根据权利要求2所述的储存***，其中，所述加热器是电阻导线。
7.根据前一权利要求所述的储存***，其中，所述电阻导线被定位在所述储箱的壳中的至少一个的内部和/或所述储箱的壳中的至少一个的外部。
8.根据权利要求6或7所述的储存***，其中，所述电阻导线被安装在优选地是柔性网的支承件上，所述支承件进而被安装在与所述储箱的一个半壳一体的部分上。
9.根据前一权利要求所述的储存***，其中，所述电阻导线的支承件被安装在集成在所述储箱的一个半壳中的液阱中，或该液阱上。
10.一种用于制造根据前述权利要求之一所述的储存***的方法，所述方法包括下列步骤：
-注射模塑两个塑料壳；
-将至少一个有源部件固定在所述壳中的至少一个中；
-对这两个壳进行组装。
11.根据前一权利要求所述的方法，其中，至少所述储箱的下壳装备有用于固定加热导线的直立销和/或挡板。
12.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述销/所述挡板与所述储箱的壳模塑成一体（优选地通过注射模塑）。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的方法，其中，所述电阻导线被安装在优选地是柔性网的支承件上，所述支承件进而被安装在与所述储箱的一个半壳一体的部分上。
14.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述电阻导线的支承件被安装在集成在所述储箱的一个半壳中的液阱中，或该液阱上。
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