СИСТЕМА ХРАНЕНИЯ ПРИСАДКИ К ВЫХЛОПНЫМ ГАЗАМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F01N3/20 

Настоящее изобретение относится к системе хранения присадки к выхлопным газам двигателя внутреннего сгорания.

Законодательство, относящееся к выбросам транспортных средств и тяжелых грузовиков, устанавливает, помимо прочего, требование к снижению количества оксидов азота, выбрасываемых в атмосферу. Одним известным способом выполнения этого требования является применение селективного каталитического восстановления (СКВ), которое позволяет восстанавливать оксид азота путем впрыска восстанавливающего агента, обычно аммиака, в выхлопную систему. Источником такого аммиака может служить тепловое разложение раствора предшественника аммиака, концентрация которого может быть эвтектической концентрацией. Таким предшественником аммиака обычно является раствор мочевины.

Используя способ СКВ, образующиеся в двигателе внутреннего сгорания при сгорании при оптимизированном КПД высокие уровни NO_X после выхода из двигателя подвергаются обработке в каталитическом нейтрализаторе. Такая обработка требует использования высококачественного восстанавливающего агента в точной концентрации. Поэтому раствор точно дозируют и впрыскивают в поток выхлопных газов, в котором он подвергается гидролизу, прежде чем преобразовать оксид азота (NO_X) в азот (N₂) и воду (H₂O).

Для этого необходимо оборудовать транспортные средства баком, содержащим раствор присадки (по существу, водный раствор мочевины), и устройством для дозирования и впрыска требуемого количества присадки в выхлопную систему.

Чтобы иметь возможность правильно дозировать раствор присадки для впрыска в выхлопные газы, известен способ, при котором в бак с присадкой встраивают такие элементы, как измеритель уровня, датчик температуры, датчик качества, резистивный нагревательный элемент и т.п.

В публикации WO 2007/141312 описан такой бак, содержащий "погруженный" фланец, вставленный через отверстие в нижней стенке бака, который предпочтительно является баком, полученным способом пневмоформования из полиэтилена высокой плотности, при этом фланец содержит по меньшей мере одно отверстие, сквозь которое можно пропустить систему для впрыска этой присадки в выхлопные газы, а также содержит по меньшей мере один другой активный компонент системы хранения и/или системы впрыска. В предпочтительном варианте этот фланец содержит интегрированную с ним ловушку, из которой насос откачивает жидкую присадку. В заявке на патент ЕР 091807263, опубликованной под номером US 2011/0155742, дополнительно описано, как нагреватель (в форме резистивного нагревательного провода) может быть преимущественно интегрирован с таким фланцем.

Хотя на практике оказалось, что такие системы работают очень хорошо и относительно легко монтируются, они подразумевают, что опорой нагревателя является фланец, а это ограничивает пространство, которое нагреватель может занимать в баке, и, следовательно, объем присадки, который можно нагревать. Кроме того, такая система требует этапа, на котором фланец устанавливается на отверстие в баке.

Идея, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в том, чтобы найти такую геометрию бака, которая позволяла бы легко вставлять нагреватель, протяженность которого в баке была бы существенно увеличена и/или позволяла бы (если необходимо) не использовать погружной фланец, а реализовать непосредственное соединение модуля насоса сквозь отверстие в баке.

Эта проблема решается за счет выполнения бака в форме двух половин, которые изготавливаются как отдельные детали, которые собираются, только когда по меньшей мере один внутренний компонент (и предпочтительно все эти компоненты) вставлены (позиционированы) в по меньшей мере одну из половин.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание системы для хранения жидкой присадки к выхлопным газам двигателя внутреннего сгорания и содержащей бак для хранения присадки, при этом бак выполнен в форме двух половин, которые изготовлены как отдельные детали, которые собираются друг с другом, при этом по меньшей мере одна из этих половин содержит закрепленный в ней активный компонент.

В предпочтительном варианте нижняя и/или верхняя половина интегрирована с нагревателем, для которого эта половина бака является существенной деталью, которая обеспечивает либо поддержку этого нагревателя, либо сам нагрев за счет проводимости (для генерирования теплоты за счет пропускания тока через, по меньшей мере часть, стенки бака, которая выполнена из проводящего материала), или даже комбинацию обеих функций.

Такая интеграция может осуществляться изнутри и/или снаружи бака.

Термин "нижняя половина" в контексте настоящего изобретения означает нижнюю половину бака (при эксплуатации), и аналогично термин "верхняя половина" означает верхнюю половину бака.

Присадка, к которой относится настоящее изобретение, является присадкой, которая остается жидкой в нормальных условиях эксплуатации. Она предпочтительно является восстанавливающим агентом, способным восстанавливать NO_X, имеющийся в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, и более предпочтительно мочевиной. Термин "мочевина" означает любой, по существу, водный раствор мочевины. Изобретение дает хорошие результаты при эвтектическом растворе мочевины в воде, для которого имеется стандарт качества, например стандарт DIN 70070, в случае раствора AdBlue® (коммерческий раствор мочевины), в котором содержание мочевины составляет от 31,8% до 33,2% (по весу) (т.е. 32,5±0,7% по весу), что дает доступное количество аммиака от 18,0% до 18,8%. Изобретение также может применяться к смесям формата мочевина/аммиак, также в водном растворе, которые продаются под торговым наименованием Denoxium^TM, и где один из составов (Denoxium-30) содержит количество аммиака, эквивалентное раствору AdBlue^®. Последний имеет преимущество, заключающееся в том, что его температура замерзания составляет -30°С (по сравнению с -11°С), но его недостатком является проблема с коррозией, связанная с возможным высвобождением муравьиной кислоты. Настоящее изобретение является особенно полезным в контексте с эвтектическими водными растворами мочевины.

Настоящее изобретение может применяться для любых двигателей внутреннего сгорания, которые могут генерировать NO_X в своих выхлопных газах. Это может быть двигатель с линий возврата топлива (т.е. с линией, по которой избыток топлива, не используемый двигателем, возвращается в топливный бак) или без нее. Настоящее изобретение полезно для дизельных двигателей и, в частности, для дизельных двигателей транспортных средств.

Согласно настоящему изобретению бак изготовлен из двух половин. Предпочтительно по меньшей мере одна из этих половин выполнена из пластика способом литья под давлением и еще более предпочтительно таким способом изготовлены обе половины.

В предпочтительном варианте нижняя половина выполнена способом литья под давлением и с ней интегрирована (отливаемая заодно с ней) ловушка для жидкости.

Ловушка для жидкости (либо отлитая заодно с нижней половиной бака, либо закрепленная на проходящем сквозь нее отверстии) является, в частности, хорошей опорой для принадлежностей, которые проходят сквозь стенку пустотелого корпуса и/или расположены внутри него. Она имеет замкнутый периметр, который может иметь любую форму. Обычно ее периметр имеет круглую форму. Предпочтительно дно этой ловушки для жидкости содержит по меньшей мере одно отверстие, сквозь которое может быть пропущена система впрыска этой присадки в выхлопные газы. Подача присадки может осуществляться просто под действием силы тяжести через линию впрыска, проходящую сквозь это отверстие. Альтернативно и предпочтительно система запитывается насосом. Вышеуказанное отверстие может быть выполнено непосредственно в стенке бака, когда ловушка выполнена интегрально с нижней половиной бака, либо оно может проходить сквозь погружной фланец, как описано выше.

Предпочтительно нижняя половина бака по настоящему изобретению (и еще более предпочтительно ловушка для жидкости, прикрепленная к нему или выполненная заодно с ним) содержит несколько компонентов, которые задействованы в хранении и/или дозировании, и еще более предпочтительно она содержит/поддерживает большинство активных компонентов, входящих или выходящих из бака для присадки, которые должны находитья в контакте с расположенной внутри жидкой присадкой.

Предпочтительно компонент выбран из группы, содержащей насос, фильтр, датчик уровня, нагреватель, датчик температуры, датчик качества, датчик давления, регулятор давления, трубку Вентури.

Что касается нагревателя, он может содержать теплообменник заданной производительности или резистивный нагревательный элемент. Этот нагреватель может быть, например, гибким нагревателем, имеющим многослойную структуру, состоящую из резистивного элемента, изолированного между двумя слоями эластомера (например, силикона). Использование гибкого нагревателя позволяет его адаптировать к различным фланцам. В частности, если фланец содержит ниппели, нагреватель снабжают язычками, которые можно вставлять в ниппели фланца, предотвращая возникновение пробок при низких температурах, когда раствор предшественника замерзает. Такие нагреватели и их применение в системах СКВ более подробно описаны в заявке WO 2008/138960, содержание которой включено в настоящее описание путем отсылки.

Согласно предпочтительному варианту нагреватель содержит резистивную проволоку, как описано в вышеупомянутой патентной заявке US 20110155742, содержание которой включено в настоящее описание путем отсылки. В предпочтительном варианте резистивная проволока установлена на опоре, предпочтительно на гибкой сетке, которая, в свою очередь, установлена на детали, выполненной интегрально с одной из половин бака. Предпочтительно эта опора установлена в/на вышеупомянутой ловушке для жидкости, описанной в указанной заявке на патент США.

Предпочтительный вариант настоящего изобретения содержит проволочный нагреватель, расположенный внутри по меньшей мере одной половины бака, проволочный нагреватель, расположенный снаружи по меньшей мере одной половины бака, или комбинацию обоих вариантов.

Варианты, в которых проволока установлена по меньшей мере в одной из половин бака, считаются более привлекательными, поскольку в этом случае имеется непосредственный контакт между нагревателем и предшественником NH₃.

Настоящее изобретение также относится к способу изготовления системы, описанной выше. В частности, оно относится к способу изготовления бака для хранения, являющегося частью этой системы, и этот способ включает этапы, на которых:

- изготавливают методом литья под давлением две пластиковые половины;

- крепят по меньшей мере один активный компонент в по меньшей мере одной из половин;

- собирают обе половины друг с другом, предпочтительно сваривая из кромки.

Пластиком может быть полиэтилен высокой плотности. Альтернативно пластиком может быть полиацетат и, в частности, полиоксиметилен; полифталамид (например, смола AMODEL®) или полиамид (например, нейлон-6,6). В частности, можно использовать армированные сорта (например, пластик, армированный стекловолокном).

В предпочтительном варианте, по меньшей мере, нижняя половина бака оборудована средством для крепления к ней проволочного нагревателя. Это средство может быть, например, вертикальными пальцами, предпочтительно содержащими пазы, канавки, поддерживающие перегородки и т.п., к которым можно легко прикрепить проволоку (например, роботом) перед сборкой половин друг с другом. Предпочтительно эти пальцы сформованы заодно с половиной бака (предпочтительно методом литья под давлением).

Далее следует более подробное описание неограничивающего примера настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, иллюстрирующие несколько предпочтительных вариантов изобретения.

Фиг.1 - два частичных вида нижней половины бака, оснащенного резистивным проволочным нагревателем.

Фиг.2 - фрагмент варианта крепежного средства для проволочного нагревателя.

Фиг.3 - схематическое вертикальное сечение бака, оборудованного резистивным проволочным нагревателем в данной конфигурации.

Фиг.4 - вариант, в котором проволочный нагреватель расположен снаружи бака (вариант, который также представляет интерес независимо от изобретения, заявленного в настоящей заявке); и

Фиг.5 - вариант с другим крепежным средством по сравнению с показанным на фиг.1 и 2.

На фиг.1 показано как проволочный нагреватель (1) закреплен внутри нижней половины (2) бака с помощью вертикальных пальцев (3), имеющих несколько вырезов (3') (см. фрагмент на фиг.2) так, что проволочный нагреватель можно намотать вокруг них несколько раз, что увеличивает объем оттаиваемой жидкости. На левом виде показана ловушка (4) для жидкости, сформованная заодно с нижней половиной (2) бака и в которой закреплен насос (5). На правом виде показан вид половины бака сбоку.

Конфигурация, показанная на этих видах, позволяет покрыть большую часть бака (типично по меньшей мере 10%, более предпочтительно по меньшей мере 50% и идеально вплоть до 100% нижней половины бака) так, чтобы можно было оттаивать большую часть раствора AdBlue^®. Варианты, показанные на фиг.2 и 3, могут содержать по меньшей мере один из следующих признаков:

- проволочный нагреватель может быть закреплен внутри половины бака одним слоем или множеством слоев;

- удерживающее средство может допускать крепление роботом;

- удерживающее средство может быть выполнено интегрально с половиной бака (предпочтительно литьем под давлением);

- могут иметься защитные перегородки во избежание повреждений, вызываемые перемещением льда или жидкости;

- проволока может образовывать одну или множество электрически независимых цепей; участок, расположенный рядом с всасывающим насосом, может активироваться первым, после чего периферия проволоки (проволок) может создавать эффект РТС;

- проволока (проволоки) может иметь защитный слой, стойкий к воздействию предшественника NH₃ (AdBlue^® или другого);

- проволока (проволоки) может быть расположена в основном у дна бака, но части, расположенные наверху (поз. 6 на фиг.3), обеспечивают разрезание блоков льда (поз. 7 на фиг.3) до вершины бака, чтобы они могли опускаться вниз (см. стрелки) и таять;

- проволока (проволоки) могут крепиться к небольшой трубке или прокладываться вдоль нее, быстрое оттаивание в которой позволяет быстро запитать насос/выхлопную систему;

- проволока (проволоки) может быть полностью или частично закреплена на промежуточной сетке, что позволяет быстро устанавливать ее на половину бака;

проволока (проволоки) может быть прикреплена только к нижней или только к верхней половине бака.

В рамках настоящего изобретения бак состоит из половин (выполненных литьем под давлением (предпочтительно)), но в баке может использоваться предварительно собранная сетка, которая является единой деталью (выполненной, например, пневмоформованием), и эта предварительно собранная сетка вставляется в бак и крепится к нему. Ее можно вставлять и в бак, выполненный из единой трубчатой заготовки (но это потребует вставлять ее через выполненное в нем отверстие), но это легче делать, когда и если бак изготовлен из двух половин, например, по процессу, именуемому TSBM или пневмоформованием из двух листов (Twin Sheet Blow Moulding), разработанному заявителем (см., например, патенты ЕР 1728669 и ЕР 1261473 и заявку на патент WO 2007/088200, содержание которых включено в настоящее описание путем отсылки).

В варианте по фиг.4 проволока расположена снаружи бака и, хотя ее можно использовать в рамках настоящего изобретения (с баком, состоящим из двух половин), ее можно использовать и с баком, сформованным как единая деталь.

Показанный вариант может содержать по меньшей мере один из следующих признаков:

- внешнее удерживающее средство, позволяющее крепить проволоку роботом;

- проволока, внедренная в проводящий материал для обеспечения хорошего теплового контакта с кожухом бака;

- проволока проложена в форме одной цепи или множества электрически независимых цепей;

- проволока (проволоки) с эффектом РТС;

- проволока с защитным слоем/материалом (8), стойким к воздействию окружающей среды; факультативно этот материал может иметь хорошую теплопроводность;

- проволока (1) расположена в основном на дне бака, но с участками, идущими вверх внутри перегородок и обеспечивающими разрезание блоков льда до вершины бака;

- проволока частично или полностью установлена на промежуточной сетке, что позволяет ее быстро крепить к кожуху бака;

- проволока прикреплена только к верхней или нижней половине бака (но верхняя половина менее интересна в этом отношении).

Кожух бака может быть выполнен из половин (литьем под давлением (предпочтительно)) или как единый элемент (пневмоформованием).

На фиг.5 показан вариант с другими крепежными средствами, чем показаны на фиг.1 и 2, с небольшими перегородками (3") вместо вертикальных пальцев (3), и такие перегородки (3") имеют углубления (3'''), которые могут быть, например, отверстиями (вид снизу слева) или углублениями (вид снизу справа) для крепления проволоки.

Изобретение относится к обработке выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Бак для хранения жидкой присадки к выхлопным газам выполнен из двух частей, нижней и верхней, изготовленных как две отдельные детали. Части собираются вместе, лишь когда по меньшей мере один внутренний компонент вставлен/установлен на по меньшей мере одной из этих двух отдельных деталей. Внутренним компонентом, закрепленным внутри по меньшей мере одной из половин, является нагреватель. Использование изобретения позволяет упростить размещение протяженного нагревателя и реализовать непосредственное соединение модуля насоса сквозь отверстие в баке. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система для хранения жидкой присадки к выхлопным газам двигателя внутреннего сгорания, содержащая бак для хранения присадки, выполненный из двух половин, нижней и верхней, изготовленных как две отдельные детали и собранных, лишь когда по меньшей мере один внутренний компонент вставлен/установлен на по меньшей мере одной из этих двух отдельных деталей, причем по меньшей мере одним внутренним компонентом, закрепленным внутри по меньшей мере одной из половин, является нагреватель.

2. Система по п. 1, в которой нагреватель интегрирован в нижнюю и/или в верхнюю половину и для него половина бака является существенной частью, обеспечивающей либо поддержку нагревателя, либо сам нагрев за счет проводимости, либо выполняющей обе эти функции.

3. Система по п. 1 или 2, в которой по меньшей мере одна из половин выполнена из пластика способом литья под давлением.

4. Система по п. 1 или 2, в которой нижняя половина бака выполнена способом литья под давлением и содержит интегрированную (отлитую заодно) ловушку для жидкости.

5. Система по п. 1, в которой нагреватель является гибким нагревателем.

6. Система по п. 1, в которой нагреватель является резистивным проволочным нагревателем.

7. Система по п. 6, в которой резистивный проволочный нагреватель расположен внутри по меньшей мере одной из половин бака и/или снаружи по меньшей мере одной из половин бака.

8. Система по п. 6 или 7, в которой резистивный проволочный нагреватель установлен на опоре, предпочтительно гибкой сетке, которая, в свою очередь, установлена на части, выполненной интегрально с одной из половин бака.

9. Система по п. 8, в которой опора резистивного проволочного нагревателя смонтирована в/на ловушке для жидкости, интегрированной с одной из половин бака.

10. Способ изготовления системы хранения по любому из пп. 1-9, согласно которому:
- изготавливают две пластиковые половины бака методом литья под давлением;
- закрепляют по меньшей мере один внутренний компонент, который является нагревателем, в по меньшей мере одной из половин; и
- собирают обе половины друг с другом.

11. Способ по п. 10, согласно которому, по меньшей мере, нижнюю половину бака оснащают вертикальными пальцами и/или перегородками для крепления проволочного нагревателя.

12. Способ по п. 11, согласно которому пальцы/перегородки формуют заодно с половиной бака, предпочтительно литьем под давлением.

13. Способ по любому из пп. 10-12, согласно которому резистивный проволочный нагреватель крепят на опору, предпочтительно гибкую сетку, которую, в свою очередь, крепят к детали, выполненной интегрально с одной из половин бака.

14. Способ по п. 13, согласно которому опору резистивного проволочного нагревателя крепят в/на ловушку для жидкости, интегрированную с одной из половин бака.