專利名稱：用于凈化NOx中的排氣的SCR系統(tǒng)的制作方法
用干凈化NOx中的棑氣的SCR系統(tǒng)本申請要求于2008年3月28日提交的美國臨時申請61/040，215的優(yōu)先權(quán)并且 該申請通過引用結(jié)合在此。本發(fā)明涉及一種用于凈化NOx中的排氣的SCR系統(tǒng)。隨著當前車輛的廢氣排放標準的發(fā)展，用于NOx (或氮氧化物類)的污染控制的裝 置已經(jīng)必須付諸實施，尤其是卡車(重型貨車)上。由多數(shù)車輛制造商使用的用于將NOx排放減少至所要求的數(shù)值的系統(tǒng)總體上在于 進行與還原劑如尿素(“Urea SCR”或使用通過尿素的分解作用在排氣中原位生成的氨進 行的選擇性催化還原)的一種選擇性的催化反應(yīng)。為了做到這一點，有必要給這些車輛配備含有尿素溶液的一個儲箱、一種用于計 量有待注入排氣管線中的尿素量值的裝置、以及一種用于將尿素溶液從該儲箱提供到該注 入器的裝置。總的來說這種供給裝置包括一個泵。正如對于車輛上的其他流體注入系統(tǒng)(例如像燃料注入)的情況，優(yōu)選的是針對 離開該儲箱的添加劑中可能包含的顆粒來保護這個泵、并且保護計量裝置(如果計量不是 直接通過泵和/或注入器執(zhí)行的話)并且保護注入器免于被泵產(chǎn)生的磨損顆粒污染。第一個問題是經(jīng)典地通過在儲箱與泵之間放置一個過濾器來解決的。至于第二個 問題，US 6，125，826提出了在燃料注入系統(tǒng)的情況下通過在泵與計量裝置之間插入一個給 定幾何形狀的自清洗過濾器來將其解決。這個過濾器將一種過濾的燃料流提供給一種計量 裝置并且提供一種包含顆粒的燃料流，該燃料流通過一個旁路閥門被返回到該主過濾器上 游的一個位置。這樣一種系統(tǒng)僅對于以下注入系統(tǒng)可工作，這些系統(tǒng)包括返回管線并且其 中有待注入的流體始終在同一個方向上循環(huán)。然而，一般在SCR中使用的水性尿素溶液(具有按重量計32. 5%的尿素的低共熔 的水/尿素溶液)在-ire凍結(jié)，所以必要的是不僅提供一種加熱裝置(來液化該溶液以便 能夠在凍結(jié)的情況下注入)而且還提供了一種清洗系統(tǒng)以便能夠周期地清洗輸送尿素的 這些管線，以便清除它們的添加劑的液體沉積物，這些沉積物在冰凍的情況下易于凝固。在本申請人名下的專利申請WO 2006/064028中說明了進行這種清洗的一種有效 方法。它使用一種清洗裝置，該清洗裝置適合于迫使一種清洗氣體從注入器流動穿過整個 注入管線到該儲箱，該清洗裝置包括·或者一個壓縮空氣儲箱以及一條清洗管線，該清洗管線裝備有用于使該壓縮的 空氣通過該所述管線的一個閥門；·或者用于將泵6的流動倒轉(zhuǎn)的一個開關(guān)；·或者一個4/2式閥門14，該閥門使用合適的裝配件/管線產(chǎn)生同樣的作用。后兩個替代方案是優(yōu)選的，因為它們不包括一個額外的壓縮氣體儲箱。這些實施 方案的清洗氣體事實上包括由一種合適的裝置通過該排氣管線抽吸進入注入管線中的發(fā) 動機排氣和/或環(huán)境空氣。如果這個泵可以在兩個相反的方向上運轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生相反的流 動，這種裝置可以是一個簡單的開關(guān)，該開關(guān)具有使泵的流動倒轉(zhuǎn)的作用。對于標準的泵， 該清洗裝置可以是一個4/2式閥門，該閥門在常規(guī)模式中(添加劑注入)將泵下游的一個點連接到注入器上，并且在清洗模式中，將注入器連接到泵上游的一點上，這在某種程度上 具有同倒轉(zhuǎn)泵的流動相同的作用(上游點和下游點被這個閥門倒轉(zhuǎn))。當W0’ 028的系統(tǒng)是在清洗模式中工作時，在該第二過濾器上(即，總體上存在于 該注入器上(被整合到其上)的過濾器和/或如以上提及的在US ‘826中說明的額外的過 濾器)捕集的顆粒被拉回泵中并且被捕集在初級過濾器上。然后，當該泵再一次被置于送
料模式時，這些顆粒被再次拉回泵中直至它們到達第二過濾器，等等......從而引起該泵
的額外的磨損和損傷。本發(fā)明旨在通過提供一種SCR系統(tǒng)來解決該問題，該系統(tǒng)能夠被一種氣體(例如， 排氣和/或空氣)完全清洗(從該注入器到該儲箱)并且這無需對應(yīng)地在送料和清洗模式 中使顆粒循環(huán)穿過該泵，所述系統(tǒng)對于具有隱含著一種返回添加劑的系統(tǒng)以及具有無返回 的系統(tǒng)均是有效的。根據(jù)本發(fā)明，這個問題是通過將一個顆粒捕集器放置在該初級過濾器與該次級過 濾器之間的某處來解決的。因此，本發(fā)明涉及一種SCR系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于存儲一種添加劑的一個儲箱；一 個注入器；一個泵，該泵用于將該添加劑從該儲箱經(jīng)由一條注入管線輸送到該注入器；一 個初級過濾器，該初級過濾器位于該注入管線上在該儲箱與該泵之間；以及一個次級過濾 器，該次級過濾器同樣位于該注入管線上但在該泵與該注入器之間，所述系統(tǒng)進一步包括 位于兩個過濾器之間的一個顆粒捕集器。如以上說明的，顆粒捕集器的作用是捕集磨損的顆粒并且還有在其送料和清洗模 式的壽命過程中將以其他方式循環(huán)穿過該泵的內(nèi)置的雜物顆粒。在本發(fā)明的背景下所涉及的添加劑是一種還原劑，該還原劑適合于還原存在于內(nèi) 燃發(fā)動機的排氣中的NOx。有利的是，直接使用的氨(這伴具有相關(guān)聯(lián)的安全和腐蝕的缺 點)、或是在使用一種前體如尿素(由此避免上述缺點)的排氣中原位產(chǎn)生的氨。本發(fā)明通 過尿素(并且具體是通過尿素的水溶液)產(chǎn)生了良好的結(jié)果。低共熔的水性溶液(包括按 重量計32. 5%的尿素)是適合的。本發(fā)明可以應(yīng)用于任何在排氣中易于產(chǎn)生NOx的內(nèi)燃發(fā)動機。它可以是有或沒有 一條燃料返回管線(即，將未被發(fā)動機消耗的余量燃料返回到燃料儲箱的一條管線)的一 種發(fā)動機。有利的是將其應(yīng)用到柴油發(fā)動機以及，特別是車輛柴油發(fā)動機并且，以一種特別 優(yōu)選的方式應(yīng)用于卡車的柴油發(fā)動機。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括用于存儲添加劑的至少一個儲箱以及用于將添加劑輸送 到該發(fā)動機的一個排出管中的至少一個注入管線。該管線在其一端裝備有用于把添加劑注 入排氣中的一個注入器。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)進一步包括用于將該添加劑從添加劑儲箱運送到注入器的一 個泵。這個泵可被定位于添加劑儲箱內(nèi)(具有的優(yōu)勢是與該添加劑儲箱形成一種緊湊的并 且內(nèi)置的模塊)或考慮到腐蝕性環(huán)境，可以被定位于該添加劑儲箱的外部。其構(gòu)成材料優(yōu) 選地是選自耐腐蝕的金屬(具體是特定級別的不銹鋼以及陽極化的鋁)。使用銅(甚至用 于連接元件)是不可取的。這個泵總體上由一臺電動機驅(qū)動(該電動機優(yōu)選地對其是專用的，即，它僅用來 驅(qū)動該泵并且不發(fā)揮其他功能)。優(yōu)選地，該泵是一種齒輪泵。它總體上包括一個定子以及一個轉(zhuǎn)子。它優(yōu)選地能夠在兩個相反的旋轉(zhuǎn)方向上運轉(zhuǎn)，一個總體上對應(yīng)于給該注入管線 提供液體而另一個總體上對應(yīng)于清洗該注入管線。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的注入器可以或者是一個所謂的“主動的”注入器(也就是說 它包括計量功能)、或者它可以是一個“被動的”注入器，它僅僅注入(蒸發(fā))一定量的由另 一個裝置(像連接到一個壓力調(diào)節(jié)器上的泵本身的一個配料閥門)計量的添加劑。通常，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括一個控制單元，該控制單元被連接到該注入器和/ 或計量裝置上并且允許所要求量的添加劑被注入到該排氣中(該量值具體取決于以下參 數(shù)Ν0χ轉(zhuǎn)化的排放水平和程度；溫度和壓力；發(fā)動機速度和負荷，等，以及可任選地，該溶 液的質(zhì)量(老化的狀態(tài)))。在某些情況中，未將由該泵提供的整個添加劑流注入這些排氣中并且于是該未注 入的部分必須被再循環(huán)。這樣一種剩余的流動可以用于冷卻某些類型的“主動的”注入器 (例如，像在US 5，976，475中所說明的“主動的”注入器)。它對于精確的計量控制同樣可 能是必要的，如在本申請人名下的申請FR 06/06425中所說明的系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)包括使 用一個計量閥以及連接到一個被動注入器上的一個壓力調(diào)節(jié)器。本發(fā)明的系統(tǒng)包括位于該泵上游的一個初級過濾器以便保護所述泵免于離開儲 箱的添加劑中可能包含的顆粒并且這些顆?？赡芸赡苁蛊鋼p害或阻塞。任何類型的過濾器 都可以用作初級過濾器。優(yōu)選地，所述過濾器包括一種過濾器介質(zhì)，該介質(zhì)可以是扁平的、
圓柱形的......該介質(zhì)可以是紙、塑料纖維.......優(yōu)選地，該介質(zhì)是一種深度介質(zhì)(即，
具有給定密度/孔隙率的纖維材料的分級的安排)并且甚至更優(yōu)選地，一種梯度密度深度 介質(zhì)(即，增加密度的深度介質(zhì)，即，減少的密度)。一種高容量梯度密度深度的介質(zhì)類型可 以增強過濾元件的能力以便在向前的或清洗模式中保留污染物，并且因此是優(yōu)選的。此類 過濾器介質(zhì)在來自Kuss的品牌StrataPore HCGDKuss之下是可獲得的?？梢允褂镁哂袃?yōu) 選的微米范圍的常規(guī)的疊層的紙或紡織元件但是它們具有較低的內(nèi)在能力來(像深度介 質(zhì)那樣)保留污染物。該初級過濾器被定位于該儲箱與該泵“之間”，在本發(fā)明的框架內(nèi)它意味著包括 將所述過濾器整合到該儲箱或該泵上的情況。事實上，如本申請人名下的專利申請WO 2007/141312中所說明的，所述過濾器以及泵可以有利地被整合在被浸沒在該添加劑儲箱 中的一個凸緣上。在那種情況下，注入管線的一部分也被整合到所述凸緣中。本發(fā)明的系統(tǒng)還包括位于該注入器上游的一個次級過濾器(實際上在該泵和該 注入器“之間”，具有與以上相同的含義)以便保護所述注入器免于位于該初級過濾器與該 注入器之間的該部分注入管線(包括泵)可能產(chǎn)生的顆粒。這些可能是磨損顆?；騼?nèi)置雜 物顆粒，它們在該泵被首次灌注時松脫掉。大多數(shù)商用注入器事實上包括一個內(nèi)置的過濾器或粗濾器，這可以擔(dān)當根據(jù)本發(fā) 明的系統(tǒng)的次級過濾器。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的關(guān)鍵元件是在該初級過濾器與該次級過濾器“之間”(總是具 有相同的含義)存在一個顆粒捕集器。本發(fā)明的顆粒捕集器優(yōu)選是一種裝置，該裝置(至 少在它的一個部分上)具有一種合適的幾何形狀以便捕集顆粒，即，以便使它們與流過它 的液體添加劑相分離并且防止它們被拉回到液體流中(例如，如果所述流動被倒轉(zhuǎn))。優(yōu)選 地，該顆粒捕集器能夠捕集具有100 μ m或更大直徑的顆粒，甚至更優(yōu)選70 μ m或更大，甚至40 μ m或更大的顆粒(因為總體上，注入器粗濾器滿足了該規(guī)格，這樣如果捕集了比這更大 的顆粒，該注入器粗濾器將永遠不會被阻塞)。一種在捕集顆粒時產(chǎn)生良好結(jié)果的幾何形狀/形狀包括一個曲折路徑，該路徑使 得顆粒落到該流動路徑之外而液體仍能夠流動穿過所述路徑。根據(jù)該實施方案，這些顆粒 被捕集在一個特征或輪廓(profile)中，它將不允許它們在恢復(fù)正常的抽吸流動時再次進 入該流動通路。因此，此類捕集器僅在捕集一個流動方向上顆粒中是有效的。因為如以上所解釋的，本發(fā)明旨在解決的問題涉及在泵中循環(huán)的顆粒，即在清洗 模式中從次級過濾器中被拉回的顆粒，優(yōu)選的是所述捕集器以清洗模式被啟動，即捕集從 次級過濾器上被有效地拉回的這些顆粒。為了減少要組裝的部件的數(shù)量，該顆粒捕集器優(yōu)選地被整合到系統(tǒng)的另一個部件 上。因為該次級過濾器總體上是商用注入器的部件，進行部件整合的最容易的方式是將該 顆粒捕集器整合到該初級過濾器上(即，將顆粒過濾器安裝到過濾器的之內(nèi)或之上，或者 甚至將它至少部分地與該過濾器的一部分，例如像其外殼一起模制)。另外，因為這種初級 過濾器總體上配備有一個加熱元件以便在冰凍的情況下融解它，所以將該顆粒捕集器整合 到該過濾器上將允許所述捕集器同樣進行融解而無需依賴一個額外的加熱元件。并且最 后，因為該過濾器總體上可選擇作為一個維修物件來替換，因此被捕集在該顆粒捕集器中 的污染物可以同時被去除。如以上所說明的，本發(fā)明的系統(tǒng)對于SCR系統(tǒng)是特別有效的，其中一種氣體(像排 出氣體和/或空氣)在清洗模式中通過該注入器，這樣可以對整個注入管線進行清洗。根 據(jù)本發(fā)明，“整個注入管線”不僅是指實際管線而且還有位于其上并且被該注入流穿過的任 何元件/裝置，例如像泵。在其中存在一條添加劑返回管線的情況下，有利的是在本發(fā)明的背景下對其也進 行清洗。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)優(yōu)選地包括一種適合用于清洗它的裝置，該裝置有利的是·或者用于使泵的流動倒轉(zhuǎn)的一個開關(guān)；·或者一個4/2式閥門，該閥門使用適合的裝配件/管線產(chǎn)生同樣的效果。關(guān)于在冰凍情況下啟動系統(tǒng)，顯而易見可以發(fā)生的是該儲箱本身被凍結(jié)。為了改 正這種情況，根據(jù)一個有利變體，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括一種裝置，該裝置能夠融解添加劑 儲箱的至少一部分(如果必要的話)并且優(yōu)選地在啟動該發(fā)動機之后盡可能快地融解。這 樣一種裝置可以是一個加熱器(例如電阻器類型)、發(fā)動機冷卻回路的一個旁路、或熱燃料 回路的一個旁路(在直接注入式發(fā)動機的情況下)。優(yōu)選地，它是被整合到如以上說明的一 個被浸沒的凸緣上的加熱器并且甚至更優(yōu)選地被整合到一個儲液器上，該儲液器被整合到 所述凸緣上(它捕集了少量的液體并且泵實際上在其中吸入添加劑)。本發(fā)明通過

圖1和圖2以非限制的方式來進行說明。圖1示意示出了根據(jù)本發(fā)明 的一個優(yōu)選實施方案的一個SCR并且圖2是所述系統(tǒng)的一部分的詳細視圖。圖1中描繪的SCR系統(tǒng)包括一個尿素儲箱1，通過一條注入管線5、使用一個泵3 以及一個整合的初級過濾器2/顆粒捕集器2，單元可以把尿素從該儲箱送到一個注入器4。 送料和清洗方向是對應(yīng)地通過平行于注入管線5的上和下箭頭來表示的。這樣一個SCR系統(tǒng)可以包括作為一個任選部件(點線)的一條返回管線6，該系統(tǒng)的送料和清洗方向(它們是相同的)再次通過平行于所述管線6的箭頭畫出。在圖2中更詳細的示出整合的過濾器/捕集器單元2+2’的一部分。這個單元包括一個圓柱形過濾器介質(zhì)2，該介質(zhì)被插在一個殼體C中，僅有其中的 一部分被示出(即，模制端蓋，圓柱形外殼未被示出)。過濾器殼體C結(jié)合了顆粒捕集器2’ 的至少一部分，該過濾器殼體實際上是一個曲折的路徑，該路徑由模制具有殼體C的這些 端蓋的特征所界定。在這個圖中，通過實例給出了對于所述顆粒捕集器2’的兩種不同的幾 何形狀(一個在左邊并且另一個在右邊)。尿素在送料模式下環(huán)圓周地進入過濾器介質(zhì)2(從該圓筒外部到內(nèi)部)并且中心 地離開它(這由箭頭F指示)。在清洗模式中，它是正好相反尿素如箭頭P所示中心地進 入，并且通過圓柱形過濾器介質(zhì)2沿圓周流出。這種過濾器介質(zhì)2是這樣的，即僅有小于20 μ m的顆粒可以在任一方向上通過該 介質(zhì)。因此，當該清洗模式被啟動時，更大的顆粒保留在介質(zhì)2的內(nèi)表面上，這使它們在向 前的流動返回時可以向后穿過泵2。顆粒捕集器2’通過致使這些顆粒落到該流動路徑之外 并且離開該流動路徑被捕集(由箭頭所指示)而防止了這一點。
權(quán)利要求
SCR系統(tǒng)，包括用于存儲一種添加劑的一個儲箱；一個注入器；一個泵，該泵用于經(jīng)由一條注入管線將該添加劑從該儲箱輸送到該注入器；一個初級過濾器，該初級過濾器位于該注入管線上在該儲箱與該泵之間；以及一個次級過濾器，該初級過濾器同樣位于該注入管線上但在該泵與該注入器之間，所述系統(tǒng)進一步包括位于兩個過濾器之間的一個顆粒捕集器。
2.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的SCR系統(tǒng)，其中該泵是一種齒輪泵，它能夠在兩個相反的 旋轉(zhuǎn)方向上運行。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的SCR系統(tǒng)，其中該次級過濾器是被整合/內(nèi)置到 該注入器上的粗濾器。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的SCR系統(tǒng)，其中該顆粒捕集器是至少在它的一個 部分上具有一個曲折路徑的一種裝置，該路徑使得顆粒該流動路脫落徑而液體仍能夠流過 所述路徑。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的SCR系統(tǒng)，其中該顆粒捕集器僅捕集當該添加劑 的流動被反向，即，從該注入器流到該儲箱時從該次級過濾器被拉回的顆粒。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的SCR系統(tǒng)，其中該顆粒捕集器是被整合到該初級過濾器上ο
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的SCR系統(tǒng)，它包括一種適合于對其進行清洗的裝 置，該裝置或者是用于使該泵的流動反向的一個開關(guān)或者是一種4/2式閥門，該閥門使用 合適的裝配件/管線產(chǎn)生了同樣的效果。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的SCR系統(tǒng)，它包括同樣可以被清洗的一個添加劑 返回管線。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的SCR系統(tǒng)，它包括在冰凍的情況下能夠使該添加劑 儲箱的至少部分解凍的一種裝置。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的SCR系統(tǒng)，其中一個加熱器是整合到一個儲液 器上，該儲液器是被浸沒在該添加劑儲箱中的一個凸緣的一部分。
全文摘要
SCR系統(tǒng)包括用于存儲添加劑的一個儲箱(1)；一個注入器(4)；用于經(jīng)由注入管線(5)把添加劑從儲箱輸送到注入器(4)的一個泵(3)；一種清洗裝置，該清洗裝置能夠通過倒轉(zhuǎn)SCR系統(tǒng)從注入器朝向該儲箱的流動來清洗SCR系統(tǒng)；位于該注入管線上在該儲箱與該泵之間的一個初級過濾器(2)；以及同樣位于該注入管線上但在該泵以與該注入器之間的一個次級過濾器(未示出)，所述系統(tǒng)進一步包括位于兩個過濾器之間的一個顆粒捕集器(2’)。
文檔編號B01D53/94GK101981286SQ200980110441
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者拉里·蒂普頓 申請人:因勒紀汽車系統(tǒng)研究公司