СОЕДИНИТЕЛИ ТРУБОПРОВОДОВ ДЛЯ СИСТЕМ ПОДАЧИ ВОССТАНОВИТЕЛЯ

Область техники

Настоящее изобретение в целом относится к системам подачи восстановителя для двигателей внутреннего сгорания и, в частности, но не исключительно, к соединителям трубопроводов для систем подачи восстановителя, которые улучшают соединение трубопроводов с компонентами системы подачи восстановителя.

Уровень техники

Системы селективного каталитического восстановления («SCR») с последующей обработкой выхлопных газов играют важную роль в снижении концентрации выбросов NOx из двигателей внутреннего сгорания, например дизельных двигателей. Системы SCR в целом содержат источник восстановителя, такого как раствор мочевины, насосный агрегат для нагнетания раствора мочевины, дозирующий агрегат для подачи регулируемого количества или на регулируемой скорости раствора мочевины на катализатор SCR и впрыскиватель, подающий раствор мочевины в область разложения мочевины в пути потока выхлопных газов, расположенный выше по потоку от катализатора SCR. Во многих системах SCR также используется газ под давлением, который способствует подаче потока раствора мочевины во впрыскиватель.

Несмотря на существенное снижение концентрации выбросов NOx, системы SCR имеют ряд недостатков и проблем. Восстановитель в баке для хранения может интенсивно нагреваться, и линии подачи от бака для хранения восстановителя к другим компонентам также могут нагреваться, например, посредством электронагрева. Однако участки соединения линий подачи с компонентами системы подачи восстановителя, такими как впускная камера впрыскивателя или дозирующий блок, могут и не получать достаточное количество тепла для предотвращения замерзания или для быстрого оттаивания замерзшего восстановителя после пуска двигателя при низкой температуре окружающей среды. Время задержки для оттаивания восстановителя во время прогрева двигателя может влиять на уровень выбросов системы. В связи с этим существует необходимость в дополнительных усовершенствованиях этой технологии.

Сущность изобретения

Один вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой специальный соединитель трубопроводов для системы подачи восстановителя в системе последующей обработки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Другие варианты осуществления изобретения предусматривают приспособления, системы, устройства, комплектующее оборудование, способы и сочетания компонентов системы подачи восстановителя и соединителей трубопроводов, поставляемых с ними, для соединения трубопроводов восстановителя с компонентами системы подачи восстановителя. Другие варианты осуществления, формы, признаки, аспекты, благоприятные эффекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из описания и чертежей, представленных в настоящем документе.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показано схематическое представление двигателя внутреннего сгорания с вариантом осуществления системы последующей обработки выхлопных газов согласно настоящему изобретению.

На Фиг.2 показан вид в разрезе сбоку варианта осуществления соединителя трубопроводов и компонента системы подачи восстановителя системы последующей обработки согласно Фиг.1.

На Фиг.3 показан вид в перспективе поперечного сечения одного варианта осуществления соединителя трубопроводов согласно Фиг.2.

Подробное описание изобретения

Для предложения и раскрытия идей настоящего изобретения далее с использованием характерной терминологии будут описаны варианты осуществления изобретения, показанные на чертежах. Тем не менее, следует понимать, что они не ограничивают объем настоящего изобретения. Любые изменения и дополнительные модификации, которые могут быть внесены в описанные варианты осуществления, и любые дополнительные применения основных идей настоящего изобретения, описанные в настоящем документе, будут очевидны специалисту в области техники, к которой относится настоящее изобретение.

На Фиг.1 показана приведенная в качестве примера принципиальная схема системы 100 двигателя внутреннего сгорания, которая содержит двигатель 102 внутреннего сгорания, соединенный с выхлопной системой 103. Выхлопная система 103 содержит поток выхлопных газов или путь 104 потока и систему 106 последующей обработки, содержащую, например, катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), гидравлически соединенный с потоком 104 выхлопных газов. Система 100 двигателя также содержит систему 200 подачи восстановителя, соединенную с выхлопной системой 103 и выполняющую подачу требуемого количества восстановителя для обработки загрязняющих веществ в выхлопных газах посредством системы 106 последующей обработки. Система 100 подачи восстановителя содержит бак 202 для хранения восстановителя, дозирующий блок 204 восстановителя, по меньшей мере одну линию 206 подачи, соединяющую бак 202 для хранения с дозирующим блоком 204, и по меньшей мере одну линию 208 впрыска, соединяющую дозирующий блок 204 с выхлопной системой 103 выше по потоку от системы 106 последующей обработки. Система 100 двигателя может быть установлена на транспортном средстве с приводом от двигателя 102, при этом двигатель 102 может быть дизельным двигателем или двигателем внутреннего сгорания любого другого типа с системой 200 подачи восстановителя для обработки выхлопных газов. Систему 100 двигателя также можно применять в других вариантах применения, например в системах генерирования электроэнергии или в насосных системах.

На Фиг.2 показана часть системы 200 подачи восстановителя с частичным видом сбоку в поперечном сечении дозирующего блока 204 и линии 206 подачи. Дозирующий блок 204 содержит камеру 232, расположенную ниже по потоку от впускного отверстия 234. Соединитель 236 трубопроводов соединен с дозирующим блоком 204 и линией 206 подачи. Согласно некоторым вариантам осуществления соединитель 236 трубопроводов представляет собой соответствующий стандарту SAE J2044 соединитель трубопроводов, однако, настоящее изобретение предусматривает любой соединитель трубопроводов или переходник. Дозирующий блок 204 гидравлически соединен с восстановителем, и он в него поступает из бака 202 для хранения восстановителя (Фиг.1). Дозирующий блок 204 может содержать насос (не показан) для забора раствора мочевины из бака 202 восстановителя в камеру 232. Альтернативно восстановитель может подаваться в камеру 232 самотеком.

Дозирующий блок 204 дополнительно или альтернативно может содержать дозирующие клапаны (не показаны), смесительную камеру 238, фильтры, обратные клапаны, пути потока и другие устройства и приспособления, участвующие в подаче требуемого количества восстановителя в поток 104 выхлопных газов с соответствующими интервалами времени для эффективной обработки загрязняющих веществ в выхлопных газах. Дозирующий клапан (не показан) предназначен для подачи восстановителя в смесительную камеру 238 на регулируемой скорости. Также в смесительную камеру 238 может поступать поток сжатого воздуха из источника воздуха (не показан), а комбинированный поток сжатого воздуха восстановителя выходит в линию 208 впрыска. Источник воздуха может быть встроен в транспортное средство, встроен в двигатель или может представлять собой источник воздуха, предназначенный для системы 100 двигателя. Необходимо понимать, что в дополнительных вариантах осуществления могут применяться сжатые газы, отличные от воздуха, например сочетания одного или нескольких инертных газов. В других вариантах осуществления не применяется воздух или смесь воздуха с восстановителем.

Примером восстановителя является жидкость, такая как раствор мочевины, аммиак или жидкость для систем выхлопа дизельных двигателей. Согласно одному характерному варианту осуществления раствор мочевины может содержать, например, 32,5% раствора мочевины высокой степени очистки и 67,5% деминерализованной воды, однако, можно применять любые другие концентрации мочевины в растворе. Согласно некоторым вариантам осуществления бак 202 восстановителя и восстановитель в нем интенсивно нагреваются, например, кроме прочего, посредством теплового контакта с охлаждающей жидкостью двигателя и/или специального электрического нагревателя. Согласно некоторым вариантам осуществления линия 206 подачи также может интенсивно нагреваться посредством, например, теплового контакта с резистивным электрическим нагревателем.

При выключении двигателя при низкой температуре окружающей среды дозирующий блок 204 подвержен промерзанию, и неподвижный восстановитель, находящийся в дозирующем блоке 204, может замерзать. Неподвижным восстановителем может быть восстановитель, оставшийся после отключения, или остаток после операции продувки (например, воздухом из источника воздуха). Несмотря на то, что нагрев восстановителя в баке 202 для хранения и/или линии 206 подачи может обеспечивать перенос некоторого количества тепла в камеру 232, перенос тепла протекает медленно, и в случае замерзшего восстановителя восстановитель может сохранять это состояние в течение значительного интервала времени после запуска системы 100 двигателя. Кроме того, начальный поток восстановителя в камеру 232 после промерзания всей системы 200 подачи восстановителя также может обуславливать замерзание восстановителя, который почти замерз, в камере 232 при начальном запуске.

На Фиг.1 и 2 и дополнительно на Фиг.3 соединитель 236 трубопроводов входит с сопряжением во впускное отверстие 234 дозирующего блока 204 и в линию 206 подачи, проходящую из бака 202 для хранения восстановителя. Соединитель 236 трубопроводов может, например, содержать корпус 242 с наружной резьбой 210, вставляемый в проем 212, содержащий соответствующую резьбу, во впускном отверстии 234, ведущий в камеру 232. Альтернативно соединитель 236 трубопроводов можно присоединить к дозирующему блоку 204 посредством фрикционной посадки, одного или нескольких хомутов, одного или нескольких фиксаторов, устройства крепления посредством приклеивания, расплавления или другим способом, устройств крепления, вещества, способа и их сочетаний. Соединитель 236 трубопроводов содержит первый конец 220, который может быть дополнительно оснащен фланцем 214, упирающимся в шланг для жидкости, трубку или другой элемент, образующий линию 206 подачи. Линию подачи с первым концом 220 можно соединять посредством хомута, фиксатора, клеевого соединения, фрикционной посадки или другого подходящего соединения. Вокруг корпуса 242 или в канавке корпуса 242 на втором конце 240 соединителя 236 трубопроводов или возле него может быть предоставлено одно или несколько уплотнений или сальников 216, обеспечивающих герметичное зацепление соединителя 236 трубопроводов с дозирующим блоком 204 и предотвращающих утечки восстановителя из камеры 232.

Соединитель 236 трубопроводов дополнительно содержит вставку 218, проходящую из первого конца 220 и через второй конец 240 в пространство внутри камеры 232. Согласно показанному варианту осуществления вставка 218 проходит вдоль большей части длины камеры 232. Согласно характерному варианту осуществления вставка 218 представляет собой металлическую трубку и проходит практически по всей длине камеры 232 и заканчивается сразу перед соединением смесительной камеры 238 и камеры 232. Восстановитель в камере 232 окружает вставку 218, при этом вставка 218 содержит канал 219, проходящий между противолежащими концами вставки 218 и открытый на этих концах, так что восстановитель протекает через вставку 218 в камеру 232.

Соединитель 236 трубопроводов может содержать корпус 242, проходящий между каждым из первого конца 220 и второго конца 240. Корпус 242 содержит центральное утолщение 244 с фланцем 246, который упирается в направленный к нему конец впускного отверстия 234 при зацеплении соединителя 236 трубопроводов с дозирующим блоком 204. Корпус 242 выполнен из первого материала, такого как пластик, характеризующегося низкой стоимостью и низкой теплопроводностью. Пластиковый корпус 242 соединителя 236 трубопроводов позволяет снизить затраты на соединитель 236 трубопроводов и уменьшает теплопроводность между соединителем 236 трубопроводов и окружающей средой. И наоборот, вставка 218 предпочтительно выполнена из материала, характеризующегося более высокой теплопроводностью, чем пластик, такого как металл. Вставка 218 может быть выполнена из нержавеющей стали, однако, также можно применять и другие металлы. Вставка 218 обеспечивает повышенную теплопроводность между восстановителем в трубопроводе 206, который может представлять собой интенсивно нагреваемый восстановитель, и внутренней частью дозирующего блока 204, содержащего всасывающую камеру 232. Наружный пластиковый корпус 242 и вставка 218 могут быть сопряжены вместе любым известным способом, таким как, например, формование пластика поверх вставки 218. Вставка 218 также обеспечивает повышение прочности на изгиб соединителя 236 трубопроводов и особенно прочности на изгиб удлиненной части на первом конце 220, по которой присоединена линия 206 подачи. Вставка 218 может проходить в соединитель 236 трубопроводов вплоть до самого дальнего края на первом конце 220 и смежно с ним для увеличения передачи тепла от тепла восстановителя в линии 206 подачи к восстановителю в камере 232.

Одним объектом настоящего изобретения является система, содержащая двигатель внутреннего сгорания, вырабатывающий поток выхлопных газов, проходящий через систему последующей обработки выхлопных газов, соединенную с двигателем. Система последующей обработки выхлопных газов соединена с системой подачи восстановителя, которая содержит дозирующий блок восстановителя с впускным отверстием и по меньшей мере одну линию подачи восстановителя, соединенную с дозирующим блоком восстановителя на впускном отверстии посредством соединителя трубопроводов. Дозирующий блок восстановителя содержит камеру, расположенную ниже по потоку от впускного отверстия, и соединитель трубопроводов содержит корпус, выполненный из первого материала. Корпус проходит между линией подачи восстановителя и впускным отверстием дозирующего блока восстановителя и соединяет их. Соединитель трубопроводов дополнительно содержит вставку, выполненную из второго материала, обеспечивающего теплопроводную способность, превышающую теплопроводную способность первого материала. Вставка проходит наружу из корпуса и в камеру для обеспечения нагрева восстановителя в камере.

Согласно одному варианту осуществления изобретения дозирующий блок восстановителя содержит насос, расположенный ниже по потоку от камеры. Согласно одному усовершенствованному варианту осуществления изобретения дозирующий блок восстановителя соединен с потоком выхлопных газов выше по потоку от катализатора для селективного каталитического восстановления системы последующей обработки выхлопных газов. Согласно другому варианту осуществления первым материалом является пластик, при этом корпус соединителя трубопроводов содержит первый конец, соединенный с трубопроводом, и противолежащий второй конец, находящийся в резьбовом зацеплении с впускным отверстием дозирующего блока. Согласно усовершенствованному варианту осуществления вставка представляет собой металлическую трубку, выступающую наружу из второго конца в камеру, при этом металлическая трубка проходит дальше через корпус от второго конца к первому концу. Согласно другому усовершенствованному варианту металлическая трубка является трубкой из нержавеющей стали. Согласно другому варианту осуществления вставка образует канал потока, проходящий через корпус соединителя трубопроводов.

Другим объектом настоящего изобретения является устройство, содержащее дозирующий блок восстановителя, содержащий всасывающую камеру, гидравлически соединенную с баком для хранения восстановителя. Устройство также содержит линию подачи, проходящую из бака для хранения восстановителя для подачи восстановителя из бака для хранения в камеру. Устройство дополнительно содержит соединитель трубопроводов, соединяющий линию подачи с впускным отверстием дозирующего блока, при этом впускное отверстие расположено выше по потоку от всасывающей камеры. Металлическая вставка проходит через соединитель трубопроводов и во всасывающую камеру. Вставка находится в контакте с восстановителем в соединителе трубопроводов и во всасывающей камере.

Один вариант осуществления этого устройства предусматривает трубчатую вставку, образующую канал потока для восстановителя через соединитель трубопроводов во всасывающую камеру. Согласно одному усовершенствованному варианту соединитель трубопроводов содержит пластиковый корпус, первый конец которого соединен с линией подачи, а второй конец соединен с впускным отверстием. Согласно другому усовершенствованному варианту второй конец соединителя трубопроводов содержит наружную резьбу, находящуюся в резьбовом зацеплении с внутренней резьбой вдоль впускного отверстия дозирующего блока.

Другим объектом настоящего изобретения является устройство, содержащее дозирующий блок восстановителя с камерой для получения восстановителя из линии подачи. Линия подачи содержит соединитель трубопроводов, проходящий между первым концом и противолежащим вторым концом, и при этом второй конец вставлен в дозирующий блок восстановителя. Соединитель трубопроводов состоит из первого материала. Устройство также содержит вставку, проходящую вдоль канала соединителя трубопроводов в контакте с восстановителем. Вставка выступает наружу из второго конца соединителя трубопроводов в камеру. Вставка состоит из второго материала, который проводит тепло более эффективно, чем первый материал.

Согласно одному варианту осуществления этого устройства первый конец соединителя трубопроводов соединен с линией подачи. Согласно одному усовершенствованному варианту вставка представляет собой металлическую трубку. Согласно другому усовершенствованному варианту металлическая трубка образует канал через соединитель трубопроводов, при этом металлическая трубка проходит наружу от второго конца соединителя трубопроводов к торцу металлической трубки, расположенному в камере, так что металлическая трубка проходит практически по всей длине камеры, и восстановитель находится в камере вокруг металлической трубки. Согласно другому усовершенствованному варианту дозирующий блок восстановителя содержит смесительную камеру, расположенную ниже по потоку от камеры и торца металлической трубки.

Еще одним объектом настоящего изобретения является способ, предусматривающий управление дозирующим блоком восстановителя, содержащим камеру, гидравлически соединенную с линией подачи восстановителя и восстановителем в камере и линии подачи, при этом линия подачи восстановителя соединена с дозирующим блоком, содержащим соединитель трубопроводов; нагрев восстановителя в линии подачи; и передачу тепла от восстановителя в линии подачи к восстановителю в камере через вставку, находящуюся в контакте с восстановителем в линии подачи и проходящую через соединитель трубопроводов в камеру, так что восстановитель в камере окружает вставку.

Согласно одному варианту осуществления способа вставка выполнена из металла, и соединитель трубопроводов выполнен из пластика, при этом вставка расположена в соединителе трубопроводов. Согласно другому варианту осуществления способ предусматривает протекание восстановителя через вставку из линии подачи в камеру. Согласно другому варианту осуществления линия подачи соединяет дозирующий блок с баком восстановителя, а дозирующий блок соединен с выхлопной системой, содержащей впрыскиватель.

Настоящее изобретение было подробно показано и описано на чертежах и в приведенном выше описании исключительно в качестве примера без ограничительного характера, также следует понимать, что были описаны и показаны только некоторые варианты осуществления, и что все изменения и модификации также подпадают под объем правовой охраны настоящего изобретения. Использование в формуле изобретения форм единственного числа, а также выражений «по меньшей мере один» или «по меньшей мере один участок» не ограничивает объем формулы изобретения только одним объектом, если другое явно не указано в формуле изобретения. Использование выражения «по меньшей мере участок» и/или «участок» означает, что элемент может содержать часть и/или весь элемент, если явно не указано другое.

Если не указано или ограничено другим образом, термины «вставленный», «соединенный», «расположенный» и «присоединенный» и их варианты используются в широком смысле и охватывают как прямо, так и косвенно, установки, соединения, опоры и сочленения. Кроме того, выражения «соединенный» и «присоединенный» не ограничены физическими или механическими соединениями или присоединениями.