УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ЖИДКОГО ВОССТАНОВИТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК F01N3/20 

Изобретение относится к устройству для подачи, по меньшей мере, частично жидкого восстановителя. В последнее время в автомобилях все больше и больше используются устройства для очистки отработавшего газа (ОГ), в которых для очистки ОГ двигателя внутреннего сгорания (ДВС) используется жидкий и/или частично испаренный восстановитель.

Способом очистки ОГ, который особенно часто реализуется в таких устройствах для очистки ОГ, является способ селективного каталитического восстановления (СКВ), в котором соединения оксидов азота в ОГ восстанавливаются с помощью восстановителя. Как правило, в качестве восстановителя используется аммиак. Обычно аммиак запасается в автомобиле не в чистом виде, а в виде раствора предшественника восстановителя, который может быть превращен в аммиак в ОГ или в дополнительном реакторе, расположенном вне ОГ и/или в ОГ. Раствор предшественника восстановителя, который применяется особенно часто, является водным раствором мочевины, который можно быть приобретен, например, под торговым наименованием AdBlue^®, который имеет содержание мочевины 32,5%. Ниже понятия «восстановитель» и «раствор предшественника восстановителя» употребляются как синонимы.

Одна проблема восстановителя заключается в том, что он может замерзать при низких температурах. Например, восстановитель AdBlue^® замерзает при -11°C. Такие низкие температуры могут иметь место при эксплуатации автомобиля, например, во время длительных стационарных фаз. Другая проблема состоит в том, что восстановитель представляет собой дополнительную к топливу рабочую жидкость в автомобиле и должен пополняться пользователем автомобиля. Это влечет за собой дополнительные усилия во время эксплуатации автомобиля. Поэтому желательно, чтобы в таком баке можно было хранить как можно больший объем восстановителя. В то же время бак с восстановителем с нагнетательным устройством представляют собой дополнительный вес в автомобиле. Чтобы минимизировать этот дополнительный вес, в свою очередь, должно быть возможным осуществлять подачу как можно большего количества восстановителя, хранимого в баке для восстановителя, оставляя как можно меньше в баке. Также следует учитывать то, что сам автомобиль во время эксплуатации находится в движении, и постоянно возникают новые условия для бака и/или нагнетательного устройства, например, наклонное положение бака и/или нагнетательного устройства, колебательные движения восстановителя и т.д. Даже при этих меняющихся условиях работа должна быть как можно более точной. Более того, должно быть возможным изготавливать устройство для подачи жидкого восстановителя как можно более экономично, и оно должно быть простым в техобслуживании. Еще одним фактором, который следует учитывать, является то, что восстановитель, поступающий из бака, должен очищаться, и процесс очистки должен быть также адаптирован к подаче в меняющихся условиях эксплуатации.

Исходя из вышеизложенного, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить или, по меньшей мере, смягчить технические проблемы, описанные в связи с уровнем техники. Прежде всего, намерение заключается в том, чтобы раскрыть особенно недорогое устройство для подачи восстановителя, в котором восстановитель, который присутствует в баке, может быть использован наиболее полно.

Эти цели достигнуты устройством в соответствии с признаками п. 1 формулы изобретения. Другие благоприятные варианты осуществления устройства указаны в сформулированных как зависимые пунктах формулы. Признаки, указанные в формуле отдельно, могут быть комбинированы любым технологически целесообразным образом и могут быть дополнены пояснительным материалом из описания, обусловливая дополнительные варианты осуществления изобретения.

Изобретение относится к устройству для подачи жидкого восстановителя в устройство для очистки ОГ, имеющему, по меньшей мере:

- бак с внутренним пространством, в котором может храниться восстановитель,

- впуск во внутреннее пространство,

- нагнетательное устройство, которое расположено в отдельной камере в днище бака бака,

- трубопровод от нагнетательного устройства к устройству для очистки ОГ, причем трубопровод проходит через днище бака в области отдельной камеры, и

- очищающий слой, который покрывает впуск,

причем между впуском и очищающим слоем выполнено промежуточное пространство, в котором предусмотрен по меньшей мере один губчатый элемент, который может поглощать восстановитель и из которого нагнетательное устройство может извлекать восстановитель через впуск.

Как правило, бак имеет (непрерывную) стенку бака, которая окружает внутреннее пространство. Впуск может быть, прежде всего, отверстием в стенке бака, к которому подсоединен трубопровод, ведущий к нагнетательному устройству. Нагнетательное устройство типично имеет функциональные компоненты, которые выполняют и/или контролируют подачу восстановителя. Функциональным компонентом, прежде всего, является насос, который засасывает восстановитель из впуска по указанному трубопроводу. Кроме того, прежде всего, могут быть предусмотрены следующие функциональные компоненты: по меньшей мере один датчик давления, с помощью которого может быть определено давление восстановителя в нагнетательном устройстве, по меньшей мере один датчик температуры, с помощью которого может быть определена температура восстановителя, и/или по меньшей мере один клапан, с помощью которого может контролироваться поток или подача восстановителя через нагнетательное устройство.

В свою очередь, нагнетательное устройство, предпочтительно, соединено другим трубопроводом с (внешним) инжектором, который примыкает к устройству для очистки ОГ, и через который восстановитель, поданный нагнетательным устройством, может быть введен в устройство для очистки ОГ. Вместо инжектора также возможно предусмотреть инжекционное устройство или распылительное устройство, которое само не является активно управляемым, но автоматически открывается при заданном давлении восстановителя, созданном нагнетательным устройством. Предпочтительно, трубопровод простирается через днище бака в области отдельной камеры. Таким образом, восстановитель извлекается из бака через днище бака. Единственным отверстием в стенке бака или проходом через стенку бака, за возможным исключением заливной горловины бака, предпочтительно, является отверстие в днище бака, через которое подается восстановитель.

Предпочтительно, очищающий слой представляет собой (одинарное или составное) покрытие, которое эффективно задерживает примеси в восстановителе, обеспечивая то, что они остаются внутри бака и не попадают в губчатый элемент и/или нагнетательное устройство. Таким образом, губчатый элемент содержит очищенный восстановитель. Очищающий слой имеет листовидную форму. Очищающий слой предпочтительно имеет площадь, по меньшей мере, 50 см² (квадратных сантиметров), прежде всего предпочтительно более чем 100 см². Предпочтительно, площадь не превышает 500 см². Очищающий слой также может быть гофрированным, чтобы получить особенно большую площадь. Очищающий слой, предпочтительно, имеет толщину менее 2 мм (миллиметров), предпочтительно менее 1 мм. Предпочтительно, толщина очищающего слоя составляет не менее чем 100 мкм (микрон).

По меньшей мере один губчатый элемент представляет собой, прежде всего, пористую структуру с открытыми порами, в которые может проникать восстановитель. Губчатый элемент может быть образован, например, пеной с открытыми ячейками. Предпочтительно, губчатый элемент является гибким и деформируемым. Предпочтительно, губчатый элемент расположен на особенно малом расстоянии от впуска, чтобы нагнетательное устройство могло извлекать восстановитель из губчатого элемента. Расстояние между впуском и губчатым элементом, предпочтительно, менее чем 2 см (сантиметра), прежде всего менее чем 1 см, и, прежде всего, отверстие впуска прямо и непосредственно примыкает к губчатому элементу (например, с взаимным контактом). Здесь понятие «расстояние» означает кратчайшее расстояние между впуском и губчатым элементом в собранном положении.

Устройство является особо преимущественным, если губчатый элемент (или все губчатые элементы вместе) заполняет по меньшей мере 75%, а предпочтительно по меньшей мере 85%, промежуточного пространства. Прежде всего, это выражает, так сказать, степень, в которой губчатый элемент, пропитанный восстановителем, заполняет промежуточное пространство, то есть не просто наполнение промежуточного пространства одним материалом губчатого элемента или стенками губчатого элемента. Здесь включен (пустой и полный) объем пор губчатого элемента.

По существу, предпочтение отдается выполнению только одного губчатого элемента. Если есть намерение использовать множество губчатых элементов, то все они должны иметь одинаковые свойства, форму и т.д., (особенно если имеется только один впуск). Это не влияет на возможность использования разных типов, размеров, форм и т.д. губчатого элемента вообще.

Устройство также является преимущественным, если губчатый элемент образует множество (прежде всего, большое количество) каналов от очищающего слоя к впуску. Предпочтительно, эти каналы имеют форму капилляров. Предпочтительно, каналы имеют средний диаметр менее чем 500 мкм (микрон).

Устройство является особо преимущественным, если впуск покрыт по меньшей мере одним фильтром и/или сеткой, а губчатый элемент расположен в промежуточном пространстве между фильтром/сеткой и впуском. Восстановитель в баке часто содержит примеси, которые, если это вообще возможно, не должны попадать в нагнетательное устройство, чтобы предотвратить повреждение функциональных компонентов нагнетательного устройства. С помощью фильтра и/или сетки перед впуском является возможным предотвратить попадание примесей в нагнетательное устройство. Если губчатый элемент расположен между впуском и фильтром или сеткой, то восстановитель, накопленный в губчатом элементе, уже очищен. Кроме того, фильтр или сетка обрамляет губчатый элемент и таким образом определяет положение губчатого элемента внутри бака. Внешняя поверхность губчатого элемента также может быть закреплена на стенке бака и/или на фильтре или сетке.

Благоприятным образом губчатый элемент выполнен так, что он засасывает восстановитель. Предпочтительно, губчатый элемент засасывает восстановитель из внутреннего пространства бака через очищающий слой за счет капиллярных сил. Капиллярные силы губчатого элемента обусловлены материалом губчатого элемента, размером отдельных пор/каналов в губчатом элементе и свойствами восстановителя. Здесь релевантными свойствами восстановителя, прежде всего, являются поверхностное натяжение и вязкость. Предпочтительно, губчатый элемент выполнен так, что он может засасывать жидкий восстановитель за счет капиллярной силы до перепада давления более чем 0,05 бар, предпочтительно более чем 0,1 бар, или на высоту более 50 см (сантиметров), предпочтительно более чем 100 см.

Обычно имеется сопротивление потоку из внутреннего пространства в промежуточное пространство через очищающий слой. Всасывающий эффект губчатого элемента предпочтительно рассчитан так, что он, по меньшей мере, частично компенсирует сопротивление потоку очищающего слоя при работе в нормальном режиме с нормальной интенсивностью подачи (от 1 литра в час до 10 литров в час). Губчатый элемент засасывает восстановитель через очищающий слой.

Кроме того, устройство является особо преимущественным, если губчатый элемент покрывает впуск. Предпочтительно, губчатый элемент расположен перед впуском в промежуточном пространстве таким образом, что траектория потока от любой точки внутри бака к впуску должна проходить через губчатый элемент. Это обеспечивает то, что когда бы почти весь восстановитель ни был уже подан из внутреннего пространства бака, или бак почти пуст, остаточное количество восстановителя присутствует/хранится в губчатом элементе и может продолжать извлекаться нагнетательным устройством через впуск.

Устройство также является преимущественным, если отдельная камера, по меньшей мере, частично простирается во внутреннее пространство бака от днища бака, причем впуск расположен на днище бака. Как пример, камера может быть реализована в виде изогнутой внутрь части днища бака, простираясь во внутреннее пространство бака. Также является возможным предусмотреть отверстие в днище бака, в которое вставляется отдельная камера. Изогнутая внутрь часть может быть закрыта снаружи с помощью крышки. Бак или стенка бака и днище бака, предпочтительно, изготавливаются из пластика. Отдельная камера также может быть изготовлена из пластика или иметь стенку, изготовленную из пластика. Однако также возможно изготавливать отдельную камеру из металла. Предпочтительно, отдельная камера имеет нагреватель, с помощью которого восстановитель в подающем устройстве и во внутреннем пространстве поблизости от камеры может быть расплавлен, если он находится в замороженном состоянии. Предпочтительно, нагреватель выполнен таким образом, что восстановитель, прежде всего восстановитель в губчатом элементе, может быть расплавлен (первым).

Кроме того, устройство является преимущественным, если очищающий слой имеет по меньшей мере один фильтр или сетку. Сетка или фильтр является эффективным средством достижения чистящего эффекта очищающего слоя. Также возможно комбинировать фильтр и сетку в очищающем слое. Является совершено особо предпочтительным, чтобы очищающий слой образовывал единственный фильтр или единственную сетку устройства, что развивает чистящий эффект в процессе эксплуатации. Таким образом, очищающий слой отделяет «чистую сторону» от «грязной стороны» потока восстановителя.

Предпочтение также отдается устройству, в котором очищающий слой окружает отдельную камеру по всей окружности в направлении вдоль окружности.

Устройство также является преимущественным, если очищающий слой и губчатый элемент окружают отдельную камеру по всей окружности в направлении вдоль окружности.

Таким образом, является возможным получить очищающий слой с очень большой поверхностью, через которую восстановитель может течь с малым сопротивлением потоку. В варианте осуществления с губчатым элементом между очищающим слоем (прежде всего, фильтром или сеткой), когда последний расположен по всей окружности, и отдельной камерой восстановитель, как правило, перемещается на поверхность очищающего слоя во время колебательных движений восстановителя в баке и таким образом проходит через очищающий слой в губчатый элемент. За счет этого является возможным обеспечивать, чтобы весь восстановитель внутри бака проходил в губчатый элемент, и поэтому восстановитель все еще имеется в непосредственной близости от впуска, когда почти весь восстановитель подан из внутреннего пространства бака нагнетательным устройством.

Здесь выражение «окруженный по всей окружности» означает, прежде всего, что губчатый элемент и очищающий слой образуют, по меньшей мере, кольцо вокруг отдельной камеры. Предпочтительно, губчатый элемент и очищающий слой даже образуют что-то типа цилиндра вокруг отдельной камеры. Цилиндрический очищающий слой, предпочтительно, имеет диаметр от 100 мм (миллиметров) до 150 мм и высоту от 30 мм до 80 мм. Конечно, с необходимыми поправками, это может относиться к модифицированным основным формам камеры, предпочтительно сохраняя по существу постоянное радиальное расстояние.

Устройство также является преимущественным, если впуск имеет множество впускных отверстий, а губчатый элемент охватывает все впускные отверстия.

Благодаря капиллярным силам восстановитель, как правило, относительно надежно удерживается в губчатом элементе. Для удаления восстановителя из губчатого элемента впускное отверстие, как правило, должно быть расположено в месте, относительно близком к положению губчатого элемента, в котором в данный момент находится восстановитель, подлежащий извлечению. Часто бывает трудно притянуть восстановитель к впускному отверстию через большие расстояния внутри губчатого элемента. По этой причине является преимущественным располагать множество впусков в губчатом элементе /на нем. Засосанный губчатым элементом восстановитель, как правило, равномерно распределен в губчатом элементе. Капиллярные силы могут равномерно распределять в губчатом элементе восстановитель, имеющийся в губчатом элементе. По этой причине обычно имеется равное количество восстановителя на множестве впускных отверстий, покрытых губчатым элементом, даже если количество восстановителя, накопленного в губчатом элементе, уже было значительно уменьшено.

В объем изобретения также включен автомобиль, имеющий двигатель внутреннего сгорания (ДВС), устройство для очистки отработавшего газа (ОГ) для нейтрализации ОГ из ДВС, и устройство согласно изобретению для подачи восстановителя в устройство для очистки ОГ. Устройство для подачи восстановителя подает восстановитель в устройство для очистки ОГ посредством по меньшей мере одного инжектора по меньшей мере одного инжекционного устройства или по меньшей мере одного распылительного устройства.

Изобретение и соответствующая технология поясняются более детально ниже со ссылками на фигуры. На фигурах показаны особо предпочтительные иллюстративные варианты осуществления, хотя изобретение ими не ограничено. Особое внимание обращается на тот факт, что фигуры и, особенно, показанные пропорции являются лишь схематическими. Показано на:

Фиг. 1: первый вариант устройства для подачи восстановителя,

Фиг. 2: второй вариант устройства для подачи восстановителя,

Фиг. 3: третий вариант устройства для подачи восстановителя,

Фиг. 4: автомобиль, имеющий устройство для подачи восстановителя.

На фиг. 1 показан вариант устройства 1, который имеет особо простую конструкцию. Устройство 1 содержит бак 2 с внутренним пространством 3 и нагнетательное устройство 5, которое расположено в отдельной камере 11 в днище 12 бака 2. Нагнетательное устройство 5 соединено с внутренним пространством 3 бака 2 впуском 4. Нагнетательное устройство 5 имеет насос 19, который засасывает восстановитель на впуске 4 и может нагнетать его по трубопроводу 20 в инжектор (здесь не показан) или распылительное устройство (здесь не показано) на устройстве для очистки ОГ. Трубопровод 20 проходит через днище 12 бака в области отдельной камеры 11. Губчатый элемент 7, который защищен от внутреннего пространства 3 очищающим слоем 8, предусмотрен во внутреннем пространстве 3 бака 2 в непосредственной близости от впуска 4. Губчатый элемент 7 может поглощать восстановитель, а нагнетательное устройство 5 может извлекать восстановитель из губчатого элемента 7 через впуск 4. Губчатый элемент 7 образует каналы 23 из очищающего слоя 8 к впуску 4.

На фиг. 2 и фиг. 3 показаны варианты осуществления устройства 1, которые сложнее, чем вариант на фиг. 1. На обеих фигурах устройство 1 имеет бак 2 с внутренним пространством 3. Бак 2 имеет стенку 17 бака, которая образует днище 12 бака в нижней области. В днище 12 бака вставлена камера 11, в которой расположено нагнетательное устройство 5. Камера 11 простирается во внутреннее пространство 3 от днища 12 бака. В качестве примера, камера 11 может иметь вращательно симметричный дизайн. На фиг. 2 в направлении 13 вдоль окружности вокруг камеры 11 выполнен фильтр 22 в качестве очищающего слоя 8, в то время как на фиг.3 вокруг нее в указанном направлении вдоль окружности расположена сетка 9. Фильтр 22 или сетка 9 окружает камеру по всей окружности. То есть фильтр 22 или сетка 9 охватывает все 360° окружности камеры 11. Между камерой 11 или впуском 4, выполненным на камере 11, и фильтром 22 или сеткой 9 имеется промежуточное пространство 10. Губчатый элемент 7 расположен в промежуточном пространстве 10. Губчатый элемент 7 заполняет промежуточное пространство 10 как можно более полно. Каждое из нагнетательных устройств 5, показанных на фигурах 2 и 3, также имеет насос 19. Кроме того, возврат 24 обратно в бак 2 может быть предусмотрен на стороне высокого давления ниже по потоку от насоса 19, чтобы трубопровод мог быть опорожнен и/или слит, например, (в случае отключения и/или замерзания).

Согласно особому варианту осуществления на фиг.3 впуск 4 имеет множество впускных отверстий 14, которые, предпочтительно, расположены с равномерным распределением на губчатом элементе 7 таким образом, что любая точка губчатого элемента 7 находится на расстоянии, предпочтительно, менее чем 2 см (сантиметра), особо предпочтительно менее чем 1 см от впускного отверстия 14. Идея выполнения множества впускных отверстий 14 для впуска также может быть использована независимо от других признаков, представленных на фиг. 3, причем оставаясь в рамках изобретения.

На фиг. 4 показан автомобиль 15, имеющий ДВС 16 и устройство 6 для очистки ОГ для нейтрализации ОГ ДВС 16. Устройство 6 для очистки ОГ содержит каталитический нейтрализатор 21 ОГ, в котором может быть реализован способ селективного каталитического восстановления. Для этой цели восстановитель может подаваться в устройство 6 для очистки ОГ посредством инжектора 18. Инжектор 18 получает восстановитель от устройства 1, которое соединено с инжектором 18 трубопроводом 20. В одном варианте осуществления изобретения инжектор 18 также может быть инжекционным соплом или каким-либо другим инжекционным устройством.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 1 Устройство 2 Бак 3 Внутреннее пространство 4 Впуск 5 Нагнетательное устройство 6 Устройство для очистки ОГ 7 Губчатый элемент 8 Очищающий слой 9 Сетка 10 Промежуточное пространство 11 Камера 12 Днище бака 13 Направление вдоль окружности 14 Впускное отверстие 15 Автомобиль 16 ДВС 17 Стенка бака 18 Инжектор 19 Насос 20 Трубопровод 21 Каталитический нейтрализатор СКВ 22 Фильтр 23 Канал 24 Возврат

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Устройство для подачи жидкого восстановителя в устройство для очистки отработавшего газа (ОГ) имеет бак с внутренним пространством, в котором может храниться восстановитель, также впуск во внутреннее пространство. Нагнетательное устройство, которое расположено в отдельной камере в днище бака. Трубопровод от нагнетательного устройства к устройству для очистки ОГ. Трубопровод проходит через днище бака в области отдельной камеры, а также очищающий слой, который покрывает впуск. Между впуском и очищающим слоем выполнено промежуточное пространство, в котором предусмотрен по меньшей мере один губчатый элемент, который может поглощать восстановитель и из которого нагнетательное устройство может извлекать восстановитель через впуск. Изобретение позволяет сделать процесс очистки восстановителя, поступающего из бака, адаптированным к подаче в меняющихся условиях эксплуатации, а также создать условия, при которых восстановитель из бака будет использован наиболее полно. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство (1) для подачи жидкого восстановителя в устройство (6) для очистки отработавшего газа (ОГ), имеющее, по меньшей мере:
- бак (2) с внутренним пространством (3), в котором может храниться восстановитель,
- впуск (4) во внутреннее пространство (3),
- нагнетательное устройство (5), которое расположено в отдельной камере (11) в днище (12) бака (2),
- трубопровод (20) от нагнетательного устройства (5) к устройству (6) для очистки ОГ, причем трубопровод проходит через днище (12) бака в области отдельной камеры (11), и
- очищающий слой (8), который покрывает впуск (4),
причем между впуском (4) и очищающим слоем (8) выполнено промежуточное пространство (10), в котором предусмотрен по меньшей мере один губчатый элемент (7), который может поглощать восстановитель и из которого нагнетательное устройство (5) может извлекать восстановитель через впуск (4).

2. Устройство (1) по п. 1, в котором губчатый элемент (7) образует множество каналов (23) от очищающего слоя (8) к впуску (4).

3. Устройство (1) по п. 1 или 2, в котором губчатый элемент (7) выполнен таким образом, что он засасывает восстановитель.

4. Устройство (1) по п. 1 или 2, в котором губчатый элемент (7) покрывает впуск (4).

5. Устройство (1) по п. 1 или 2, в котором отдельная камера (11), по меньшей мере, частично простирается во внутреннее пространство (3) от днища (12) бака, причем впуск (4) расположен на днище (12) бака.

6. Устройство (1) по п. 1 или 2, в котором очищающий слой (8) имеет по меньшей мере один фильтр (22) или сетку (9).

7. Устройство (1) по п. 1 или 2, в котором очищающий слой (8) и губчатый элемент (7) окружают отдельную камеру (11) по всей окружности в направлении (13) вдоль окружности.

8. Устройство (1) по п. 1 или 2, в котором впуск (4) имеет множество впускных отверстий (14), а губчатый элемент (7) охватывает все впускные отверстия (14).

9. Автомобиль (15), имеющий двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (16), устройство (6) для очистки отработавшего (ОГ) газа для нейтрализации ОГ из ДВС (16) и устройство (1) по одному из предшествующих пунктов для подачи восстановителя в устройство (6) для очистки ОГ.