СИСТЕМА ВПРЫСКА ЖИДКОГО ВОССТАНОВИТЕЛЯ

2420-192320RU/010
СИСТЕМА ВПРЫСКА ЖИДКОГО ВОССТАНОВИТЕЛЯ
ОПИСАНИЕ
Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к системе и способу для нагревания раствора восстановителя в резервуаре-хранилище системы очистки отработавших газов транспортного средства.
Уровень техники
Многие транспортные средства используют каталитические нейтрализаторы в системах выпуска для снижения выбросов (см. например, патент США 6,295,809, B01D 53/94, 02.10.2001). В условиях обедненных отработавших газов, таких как в отношении дизельных отработавших газов или других условиях обедненного горения, каталитический нейтрализатор может использовать восстановитель, отличный от отработанного топлива. Одним из таких устройств последующей очистки является система (SCR) избирательного каталитического восстановления, которая использует катализатор для превращения NOx в азот и воду. Основанный на мочевине каталитический нейтрализатор SCR может использовать газообразный аммиак в качестве активного вещества восстановления NOx, в каком случае, водный раствор мочевины может перевозиться на борту транспортного средства, и система впрыска может использоваться для подачи его в поток отработавших газов.
При температурах окружающей среды, меньших, чем -11°C, водный раствор мочевины (содержащий 32,5% мочевины и 67,5% воды) может замерзать в бортовом резервуаре-хранилище мочевины. Таким образом, заборная трубка системы впрыска может быть не способной подавать мочевину в форсунку для подачи в отработавшие газы и восстановления NOx. В одном из подходов, резервуар-хранилище мочевины включает в себя систему электрического нагрева для разогрева замерзшей мочевины. Кроме того, компоненты резервуара-хранилища мочевины и системы впрыска восстановителя могут иметь защищенную от замерзания конструкцию, чтобы обеспечивать функциональные возможности и живучесть системы впрыска на протяжении многочисленных циклов замерзания/оттаивания.
Сущность полезной модели
Авторы настоящей заявки осознали проблему у вышеприведенных решений. Во-первых, может быть повышенная стоимость, связанная с нагреванием защищенных от замерзания компонентов для резервуара-хранилища мочевины и системы впрыска восстановителя. Во-вторых, экономия топлива может снижаться при использовании энергии, вырабатываемой транспортным средством, для нагревания всего резервуара с мочевиной, и такое нагревание может занимать длительную продолжительность, уменьшая количество отработавших газов, которые могут каталитически очищаться восстановителем, и таким образом, повышая выделение продуктов сгорания с отработавшими газами в целом.
Соответственно, в одном из примеров, некоторые из вышеприведенных проблем могут быть решены посредством системы впрыска жидкого восстановителя, содержащей резервуар-хранилище, вмещающий раствор восстановителя, обратный трубопровод, продолжающийся в резервуар-хранилище и включающий в себя выпуск, расположенный в резервуаре-хранилище, и термосифон, содержащий испаритель, присоединенный к выпускному трубопроводу, и в сообщении по текучей среде с конденсатором, присоединенным к участку обратного трубопровода внутри резервуара-хранилища, при этом конденсатор расположен вертикально над испарителем.
Термосифон предпочтительно является термосифоном с замкнутым контуром, включающим в себя изолированный по текучей среде трубопровод в сообщении по текучей среде с конденсатором и испарителем.
Раствор восстановителя предпочтительно содержит мочевину, этиловый спирт и воду.
Система предпочтительно дополнительно содержит насос, включающий в себя заборную трубку, имеющую впускной проем в резервуар-хранилище, при этом насос находится в сообщении по текучей среде с обратным трубопроводом.
Впуск обратного трубопровода предпочтительно расположен ниже по потоку от насоса и выше по потоку от фильтра и форсунки восстановителя.
Насос предпочтительно выполнен с возможностью осуществления циркуляции раствора восстановителя через обратный трубопровод, когда температура раствора восстановителя падает ниже нижнего порогового значения.
Термосифон предпочтительно выполнен с возможностью переноса тепла из выпускного трубопровода в раствор восстановителя, когда температура раствора восстановителя падает ниже нижнего порогового значения.
Термосифон предпочтительно выполнен с возможностью прерывания переноса тепла из выпускного трубопровода в раствор восстановителя, когда температура раствора восстановителя превышает верхнее пороговое значение.
Рабочая текучая среда и размеры термосифона предпочтительно выбираются так, чтобы позволить термосифону переносить тепло из выпускного трубопровода в раствор восстановителя и прерывать перенос тепла из выпускного трубопровода в раствор восстановителя.
Рабочая текучая среда предпочтительно содержит по меньшей мере одно из воды, этилового спирта и ацетона.
Выпускной трубопровод предпочтительно расположен выше по потоку от устройства снижения токсичности выбросов.
Обратный трубопровод предпочтительно включает в себя ребристую трубу, расположенную выше по потоку от выпуска и ниже по потоку от местоположения, где конденсатор присоединен к обратному трубопроводу.
Ребристая труба предпочтительно расположена смежно нижней поверхности резервуара-хранилища.
Конденсатор предпочтительно погружен в раствор восстановителя.
Таким образом, потерянное тепло из системы выпуска может использоваться для пассивного нагрева раствора восстановителя в резервуаре-хранилище посредством термосифона. В некоторых примерах, термосифон является термосифоном с замкнутым контуром. Таким образом, в таком примере, термосифону не нужен внешний источник питания или контроллер для работы, хотя такие компоненты могли бы использоваться, если требуется. В результате, раствор восстановителя нагревается без снижения экономии топлива посредством использования энергии, вырабатываемой сгоранием, для нагревания резервуара-хранилища.
Дополнительно, в некоторых примерах, раствор восстановителя может включать в себя этиловый спирт. Посредством включения этилового спирта в раствор восстановителя, температура точки замерзания жидкого восстановителя может быть снижена. По существу, частота возникновения замерзания восстановителя может быть уменьшена, и/или может быть уменьшен размер и/или диапазон рабочих температур, при которых функционирует термосифон.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание полезной модели. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой примерную систему выпуска для приема и очистки отработавших газов двигателя, и включающую в себя систему жидкого восстановителя.
Фиг. 2 представляет собой еще одну примерную систему выпуска, включающую в себя систему жидкого восстановителя.
Фиг. 3 представляет собой поперечный разрез примерной заборной трубки системы впрыска жидкого восстановителя по фиг. 2.
Фиг. 4 представляет собой блок-схему последовательности операций примерного способа для приведения в действие системы впрыска восстановителя по фиг. 2.
Подробное описание полезной модели
Варианты осуществления системы выпуска и системы впрыска жидкого восстановителя для использования с водным раствором мочевины и этилового спирта описаны в материалах настоящей заявки. Такая система впрыска жидкого восстановителя может использоваться для очистки отработавших газов посредством восстановления NOx в различных температурных условиях окружающей среды. Более конкретно, система впрыска восстановителя может использоваться для очистки отработавших газов при температурах окружающей среды ниже нормальной температуры замерзания водного раствора мочевины, как подробнее описано в дальнейшем.
Фиг. 1 - включает в себя примерную систему выпуска для транспортного средства с двигателем, включающую в себя систему впрыска восстановителя. Фиг. 2 показывает еще один вариант осуществления системы выпуска. Фиг. 3 показывает поперечный разрез подогреваемой заборной трубки вдоль оси 3-3' по фиг. 1. Фиг. 4 - включает в себя блок-схему последовательности операций способа для приведения в действие системы впрыска восстановителя.
Более конкретно, фиг. 1 иллюстрирует систему 100 выпуска для транспортировки отработавших газов, вырабатываемых двигателем 150 внутреннего сгорания. В качестве одного из неограничивающих примеров, двигатель 150 включает в себя дизельный двигатель, который вырабатывает механическую мощность, сжигая смесь воздуха и дизельного топлива. В качестве альтернативы, двигатель 150 может включать в себя другие типы двигателей, такие как сжигающие бензин двигатели, среди прочих. Система 100 выпуска и двигатель 150 включены в транспортное средство 190.
Система 100 выпуска может включать в себя одно или более из следующего: выпускного коллектора 102 для приема отработавших газов, выработанных одним или более цилиндрами двигателя 150, зоны 104 смешивания, скомпонованной ниже по потоку от выпускного коллектора 102, для приема жидкого восстановителя, каталитического нейтрализатора 106 избирательного каталитического восстановления (SCR), скомпонованного ниже по потоку от зоны 104 смешивания, и устройства 108 подавления шумов, скомпонованного ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 106. Дополнительно, система 100 выпуска может включать в себя множество выпускных труб или каналов для соединения по текучей среде различных компонентов системы выпуска. Например, как проиллюстрировано фиг. 1, выпускной коллектор 102 может быть присоединен по текучей среде к зоне 104 смешивания одним или более выпускных каналов 110 и 112. Каталитический нейтрализатор 106 может быть присоединен по текучей среде к устройству 108 подавления шумов выпускным каналом 114. В заключение, отработавшим газам может быть дана возможность течь из устройства 108 подавления шумов в окружающую среду через выпускной канал 116. Следует отметить, что несмотря на то, что не проиллюстрировано фиг. 1, система 100 выпуска может включать в себя сажевый фильтр и/или окислительный нейтрализатор дизельного топлива, скомпонованный выше по потоку или ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 106. Более того, должно быть принято во внимание, что система 100 выпуска может включать в себя два или более каталитических нейтрализаторов.
В некоторых вариантах осуществления, зона 104 смешивания может заключать в себе большую площадь поперечного сечения или площадь потока, чем расположенный выше по потоку выпускной канал 112. Зона 104 смешивания может включать в себя первый участок 118 и второй участок 120. Первый участок 118 зоны 104 смешивания может включать в себя форсунку 132 для избирательного впрыска жидкости в систему 100 выпуска. Второй участок 120 зоны 104 смешивания может быть выполнен с возможностью изменения площади поперечного сечения или площади потока между первым участком 118 и каталитическим нейтрализатором 106. Следует отметить, что каталитический нейтрализатор 106 может включать в себя любой пригодный каталитический нейтрализатор для снижения NOx или других продуктов сгорания, являющихся результатом сжигания топлива двигателем 150.
Форсунка 132 является частью системы 130 впрыска жидкого восстановителя, включенной в систему 100 выпуска. В качестве неограничивающего примера, жидкость, впрыскиваемая форсункой 132, может включать в себя раствор 134 жидкого восстановителя, такой как раствор мочевины. В одном из специфичных примеров, раствор жидкого восстановителя содержит водный раствор мочевины и этилового спирта. Более конкретно, жидкий восстановитель может содержать водный раствор, который является 32,5% мочевины, 25% этилового спирта и 42,5% воды. В некоторых примерах, концентрация мочевины в растворе жидкого восстановителя может быть более высокой, чем 32,5%. В таком примере, содержание воды в растворе восстановителя может уменьшаться соответствующим образом. Увеличение концентрации мочевины может достигаться посредством подавления замерзания раствора посредством содержания этилового спирта в растворе. Однако, когда раствор жидкого восстановителя не содержит этиловый спирт, эвтектический раствор 32,5% создает самую низкую точку замерзания в -11°C. Увеличение концентрации мочевины может быть основано на необходимости добиваться предопределенной точки замерзания раствора, которая может поднимать себестоимость резервуара-хранилища. Более высокая концентрация раствора жидкого восстановителя может нуждаться в более высокой температуре для избегания осаждения мочевины.
По существу, в этом специфичном примере, точка замерзания жидкого восстановителя находится ниже -25°C. Мочевина в вышеупомянутом растворе полностью растворяется в водно-этаноловом растворе при или выше температур в диапазоне от 0°C до 10°C в зависимости от содержания мочевины; однако, когда охлаждена ниже температур в диапазоне от 0°C до -5°C, мочевина может по меньшей мере частично осаждаться из раствора в качестве осадка мочевины. В одном из примеров, осадок мочевины может располагаться на дне от нижней одной трети до нижней одной четверти резервуара-хранилища 138, вмещающего раствор 134 восстановителя. Примерный водный раствор мочевины и этилового спирта, описанный выше, имеет преимущество, что он не не замерзает при -11°C (нормальной температуре замерзания для раствора мочевины и воды), а взамен, замерзает при пониженной температуре приблизительных температур ниже -25°C.
Раствор 134 жидкого восстановителя может подаваться в форсунку 132 через трубопровод 136 из резервуара-хранилища 138 через насос 139. Насос 139 может быть выполнен с возможностью работы в обоих, прямом и обратном направлении. Однако, в альтернативном варианте осуществления, система 130 впрыска жидкого восстановителя может включать в себя второй насос, который перекачивает жидкий восстановитель в противоположном направлении насоса 139. Система 130 впрыска жидкого восстановителя может продуваться воздухом в обратном направлении при выключении двигателя посредством приведения в действие насоса 139 в обратном направлении. Насос 139 присоединен к трубопроводу 136 для транспортировки раствора 134 жидкого восстановителя в форсунку 132, где жидкий восстановитель впрыскивается в тракт потока отработавших газов (не показан) в качестве аэрозоля восстановителя.
Трубопровод 136 включает в себя фильтр 135, выполненный с возможностью удаления нежелательных частиц из раствора восстановителя, перемещающегося через трубопровод 136 к форсунке 132. Насос 139 включает в себя заборную трубку 140, тянущуюся по направлению к дну 143 резервуара-хранилища 138. Заборная трубка 140 включает в себя впуск 141, выполненный с возможностью приема раствора восстановителя из резервуара-хранилища 138. Заборная трубка 140 может нагреваться в некоторых примерах и подробнее описана в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 3.
Раствор 134 жидкого восстановителя может возвращаться в резервуар-хранилище 138 через обратный трубопровод 142 восстановителя. Обратный трубопровод 142 восстановителя включает в себя выпуск 145, открывающийся в резервуар-хранилище 138. Клапан 137 присоединен к обратному трубопроводу 142. Клапан 137 выполнен с возможностью регулирования потока раствора восстановителя через обратный трубопровод 142. В закрытом положении, клапан 137 выполнен с возможностью по существу запрещения потока раствора восстановителя через обратный трубопровод 142. С другой стороны, в открытом положении, клапан 137 выполнен с возможностью обеспечения протекания раствора восстановителя через обратный трубопровод 142. Участок 144 обратного трубопровода 142 расположен внутри резервуара-хранилища 138. Обратный трубопровод 142 включает в себя выпуск 145, расположенный в резервуаре-хранилище 138.
Система 130 впрыска жидкого восстановителя также может включать в себя перепускной трубопровод 146. Перепускной трубопровод 146 находится в сообщении по флюиду с обратным трубопроводом 142 восстановителя и трубопроводом 136. Клапан 148 присоединен к перепускному трубопроводу 146. Клапан 148 выполнен с возможностью регулирования потока раствора восстановителя через перепускной трубопровод 146. В закрытом положении, клапан 148 выполнен с возможностью по существу запрещения потока раствора восстановителя через перепускной трубопровод 146. В открытом положении, клапан 148 выполнен с возможностью обеспечения протекания раствора восстановителя через перепускной трубопровод 146. Таким образом, клапан 148 выполнен с возможностью регулирования потока восстановителя через перепускной трубопровод 146.
Термосифон 160 также включен в систему 130 впрыска жидкого восстановителя. Термосифон 160 выполнен с возможностью переноса тепла из системы 100 выпуска в раствор 134 восстановителя в резервуаре-хранилище 138. Термосифон 160 включает в себя испаритель 162, присоединенный к выпускному трубопроводу 112. Однако, в других примерах, испаритель 162 может быть присоединен к выпускному трубопроводу 114 ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 106 SCR. Следует понимать, что, когда испаритель 162 расположен выше по потоку от каталитического нейтрализатора 106 SCR, большее количество тепла может переноситься на испаритель 162.
Термосифон 160 дополнительно включает в себя конденсатор 164 в сообщении по текучей среде с испарителем 162 через изолированный по текучей среде трубопровод 166. Таким образом, термосифон 160 является термосифоном с замкнутым контуром. То есть, количество рабочей текучей среды в термосифоне 160, а более конкретно, изолированном по текучей среде трубопроводе 166, остается по существу постоянным во время работы термосифона. В термосифоне, жидкий восстановитель может возвращаться вдоль внутренних стенок трубопровода 166 с помощью силы тяжести. Однако, в других вариантах осуществления, термосифон может использовать изолированный по текучей среде контур. Изолированный по текучей среде контур может включать в себя отдельный трубопровод, который дает рабочей текучей среде из конденсатора 164 возможность возвращаться в испаритель 162 посредством силы тяжести через отдельный трубопровод. Кроме того еще в других вариантах осуществления, термосифон может включать в себя тепловую трубку, в которой сила тяжести вместе с капиллярным переносом используются для содействия осуществлению потока рабочей текучей среды из конденсатора обратно в испаритель. Конструкция термосифона и выбор рабочей текучей среды может управлять температурами запуска и останова переноса тепла. Изолированный по текучей среде трубопровод 166 может включать в себя гибкий участок 163, выполненный с возможностью увеличения и уменьшения длины изолированного по текучей среде трубопровода 166, чтобы приспосабливаться к перемещению выпускного трубопровода 112.
Конденсатор 164 присоединен к обратному трубопроводу 142 в местоположении внутри резервуара-хранилища 138. Более конкретно, в изображенном варианте осуществления, конденсатор 164 присоединен к участку обратного трубопровода 142 возле верха 165 резервуара-хранилища 138. Однако, в других вариантах осуществления, конденсатор 164 может быть отнесен в сторону от обратного трубопровода 142 и расположен в резервуаре-хранилище 138, так что по меньшей мере часть конденсатора погружена в раствор 134 восстановителя. В одном из примеров, конденсатор 164 может быть присоединен к корпусу резервуара-хранилища 138.
Конденсатор 164 выполнен с возможностью переноса тепла из рабочей текучей среды в термосифоне 160 в раствор восстановителя в обратном трубопроводе 142, а также в резервуаре-хранилище 138. Таким образом, температура раствора восстановителя может повышаться, тем самым, растворяя осажденную мочевину. Конденсатор 164 расположен вертикально над испарителем 162 относительно гравитационной оси 199. Следует понимать, что эта конфигурация дает рабочей текучей среде возможность нагреваться посредством испарителя 162, чтобы течь вверх через изолированный по текучей среде трубопровод 166 в конденсатор 164. Вертикальное положение испарителя 162 может выбираться на основании компоновочных ограничений в системе 100 выпуска. Таким образом, конденсатор 164 может быть расположен возле верха 165 резервуара-хранилища 138, чтобы обеспечить расположение конденсатора 164 над испарителем 162. Ребристая труба 167 включена в обратный трубопровод 142. Ребристая труба расположена выше по потоку от выпуска 145 и ниже по потоку от местоположения, где конденсатор присоединен к обратному трубопроводу. В изображенном варианте осуществления, выпуск 145 расположен возле верха 165 резервуара-хранилища 138, а более конкретно, над раствором жидкого восстановителя, чтобы вовлекать продувочный воздух при отключении двигателя, когда насос 139 является вращающимся в обратном направлении. Однако, в других вариантах осуществления, выпуск 145 может быть расположен в другом местоположении. Дополнительно, ребристая труба 167 расположена прилегающей к нижней поверхности резервуара-хранилища 138. Однако, предполагались другие положения. Ребристая труба 167 дает большему количеству тепла возможность переноситься из обратного трубопровода в раствор 134 восстановителя в резервуаре-хранилище 138.
Термосифон 160 может быть выполнен с возможностью переноса тепла из выпускного трубопровода 112 в раствор 134 восстановителя, когда температура раствора восстановителя падает ниже нижнего порогового значения. Нижнее пороговое значение может выбираться для предохранения осажденной мочевины от достижения впуска 141 заборной трубки. В одном из примеров, нижним пороговым значением является приблизительно 0° по Цельсию. Дополнительно, термосифон 160 может быть выполнен с возможностью прерывания переноса тепла с выпускного трубопровода 112 в раствор восстановителя, когда температура раствора восстановителя достигает и/или превосходит верхнее пороговое значение. Верхнее пороговое значение может выбираться для снижения вероятности перегрева раствора 134 восстановителя. Таким образом, может избегаться ухудшение характеристик раствора 134 восстановителя. В некоторых примерах, верхним пороговым значением является приблизительно 40° по Цельсию. Следует понимать, что размер (например, длина и/или диаметр) изолированного по текучей среде трубопровода 166 и рабочая текучая среда в термосифоне 160 могут выбираться, чтобы обеспечить перенос тепла термосифоном 160 тепло из выпускного трубопровода в раствор восстановителя, когда раствор 134 восстановителя достигает нижней пороговой температуры, и чтобы прерывать перенос тепла из выпускного трубопровода в раствор восстановителя, когда температура раствора восстановителя достигает верхнего порогового значения. Таким образом, термосифон 160 может пассивно приводиться в действие без внешнего источника питания или контроллера. Кроме того, в некоторых примерах, насос 139 и клапан 148 могут приводиться в действие для циркуляции раствора восстановителя через обратный трубопровод 142, когда температура раствора восстановителя достигает нижнего порогового значения. Следует понимать, что температура окружающей среды может соотноситься с температурой раствора восстановителя. Более того, нижнее и верхнее пороговые значения установлены заранее. Рабочая текучая среда в термосифоне 160 может быть водой, этиловым спиртом и/или ацетоном. Система 130 впрыска восстановителя дополнительно включает в себя датчик 180 давления, присоединенный к трубопроводу 136. В настоящем варианте осуществления, датчик давления расположен между насосом 139 и фильтром 135, ближе к месту крепления фильтра; однако, в альтернативных вариантах осуществления, датчик давления может находиться в другом местоположении, таком как местоположение между фильтром 135 и форсункой 132.
Система 130 впрыска восстановителя дополнительно включает в себя датчик 182 температуры, расположенный внутри резервуара-хранилища 138. Дополнительно, система 100 выпуска может включать в себя датчик 184 температуры окружающей среды.
Контроллер 195 также включен в систему 100 выпуска. Контроллер 195 может быть выполнен с возможностью управления некоторым количеством компонентов, таких как форсунка 132, насос 139, клапан 137, подогреваемая заборная трубка 140 и клапан 148. Таким образом, контроллер 195 может управлять открыванием и закрыванием клапанов (137 и 148) и форсункой 132, температурой подогреваемой заборной трубки 140 и производительностью насоса 139. Однако, в других вариантах осуществления, клапан 137 может приводиться в действие пассивно. Например, клапан 137 может быть запорным клапаном, выполненным с возможностью открывания, когда давление в форсунке 132 достигает порогового давления. Дополнительно, контроллер 195 может включать в себя модуль управления питанием, выполненный с возможностью подачи питания на форсунку 132, насос 139, клапан 137, заборную трубку 140 и клапан 148.
Фиг. 2 показывает еще один пример системы 100 выпуска и, в особенности, термосифона 160. Система 100 выпуска, показанная на фиг. 2, включает в себя многие из таких же частей, как выпускная система, показанная на фиг. 1. Поэтому, подобные части помечены соответствующим образом. Фиг. 2 показывает конденсатор 164, расположенный в нижней части резервуара-хранилища 138. Более конкретно, конденсатор 164 является прилегающим к дну 143 резервуара-хранилища 138. В некоторых вариантах осуществления, конденсатор 164 может быть присоединен к дну 143. Таким образом, конденсатор 164 погружен в раствор восстановителя, тем самым, обеспечивая перенос тепла конденсатором 164 возможность непосредственно в раствор восстановителя в резервуаре-хранилище 138, а также раствор восстановителя в обратном трубопроводе 142.
Следует отметить, что, со ссылкой на применения транспортных средств, система 100 выпуска, показанная на фиг. 1 и 2, может быть скомпонована на нижней стороне шасси транспортного средства. Дополнительно, должно быть отмечено, что выпускной канал может включать в себя один или более изгибов или кривых, чтобы обеспечивать конкретную компоновку транспортного средства. Кроме того еще, должно быть принято во внимание, что, в некоторых вариантах осуществления, система 100 выпуска может включать в себя дополнительные компоненты, не проиллюстрированные на фиг. 1 и 2, и/или может не включать в себя компоненты, описанные в материалах настоящей заявки.
Кроме того, система 130 впрыска жидкого восстановителя показывает фиг. 1 и 2 в качестве еще одного преимущества по той причине, что при температурах ниже порогового значения, таких как от 0°C до -5°C, система может предусматривать механизм для растворения осадка мочевины, которое не требует нагревания резервуара-хранилища. Для этой цели, как изображено на фиг. 1 и 2, насос 139 включает в себя заборную трубку 140. Заборная трубка 140 тянется к нижней от одной трети до одной четверти резервуара-хранилища 138. Осаждение мочевины может обнаруживаться, когда температура окружающей среды является меньшей, чем точка осаждения жидкого восстановителя. В настоящем варианте осуществления, заборная трубка 140 является подогреваемой заборной трубкой. Одна из примерных конфигураций для подогреваемой заборной трубки показана на фиг. 3. Однако, в других вариантах осуществления, заборная трубка 140 может не нагреваться.
Более конкретно, фиг. 3 показывает поперечный разрез одной из примерных конфигураций для подогреваемой заборной трубки вдоль оси 3-3' заборной трубки 140, изображенной на фиг. 1. В этом примере, заборная трубка 140 содержит внешнюю трубку 302, внутреннюю трубку 308 и внутреннее цилиндрическое пространство 310, которое является пространством в пределах внутренней трубки 308. Внутреннее цилиндрическое пространство 310 имеет конический проем 312 на конце 320 всасывания, при этом, раствор 134 жидкого восстановителя может проникать в цилиндрическое пространство 310 посредством всасывания/отрицательного давления, формируемого насосом 139. В альтернативном варианте осуществления, заборная трубка может быть цилиндрической на конце всасывания и включать в себя конический участок в качестве отдельной прикрепленной детали. Противоположный конец 322, противоположный от конца 320 всасывания, присоединен к насосу 139, как показано на фиг. 1 и 2.
С обращением к фиг. 3, воздушный зазор расположен между внешней трубкой 302 и внутренней трубкой 308, и слой 306 нагревательной ленты размещен на наружной поверхности внутренней трубки 308. Слой 306 нагревательной ленты может включать в себя электрический элемент, присоединенный к источнику питания транспортного средства, чтобы выдавать тепло в области внутренней трубки 308. Воздушный зазор 304 может снижать потери тепла посредством проводимости тепла из внешней трубки 302 в резервуар-хранилище и может предохранять жидкий восстановитель от вхождения в контакт со слоем 306 нагревательной ленты. Таким образом, в этом примере, воздушный зазор обеспечивает эффективное использование электричества при нагревании заборной трубки и защищает компоненты нагревательной ленты от ухудшения характеристик жидким восстановителем. В альтернативных вариантах осуществления, заборная трубка 140 может иметь иной или дополнительный нагревательный механизм, такой как нагреватель спирального типа.
Способ 400 для приведения в действие системы впрыска жидкого восстановителя показан на фиг. 4. Способ 400 может быть реализован посредством систем и компонентов, описанных выше со ссылкой на фиг. 1-3, или может быть реализован посредством других пригодных систем и компонентов.
На 402, способ включает в себя хранение раствора восстановителя на этиловом спирте, воде и мочевине в резервуаре-хранилище. На 404, определяется, находится ли раствор восстановителя ниже первого порогового значения. Температура раствора восстановителя может оцениваться с помощью датчика температуры, присоединенного к резервуару-хранилищу, вмещающему раствор восстановителя, или может оцениваться посредством другого датчика температуры, такого как датчик температуры окружающей среды. Более того, первое пороговое значение может определяться на основании точки замерзания раствора восстановителя.
Если определено, что раствор восстановителя не находится ниже первого порогового значения (Нет на 404), способ возвращается на 404. Однако, если определено, что раствор восстановителя находится ниже первого порогового значения (Да на 404), способ переходит на 406, где способ включает в себя перенос тепла из выпускного трубопровода в раствор восстановителя посредством термосифона, включающего в себя испаритель, присоединенный к выпускному трубопроводу, конденсатор, присоединенный по текучей среде к обратному трубопроводу, расположенному в резервуаре-хранилище, и изолированный по текучей среде трубопровод в сообщении по текучей среде с конденсатором и испарителем.
Перенос тепла из выпускного трубопровода в раствор восстановителя через термосифон включает в себя на 408 перенос тепла из выпускного трубопровода на испаритель в термосифоне. Перенос тепла из выпускного трубопровода в раствор восстановителя через термосифон дополнительно включает в себя на 410 осуществление потока рабочей текучей среды через изолированный по текучей среде трубопровод в термосифоне в сообщении по текучей среде с испарителем и конденсатором в термосифоне. Перенос тепла из выпускного трубопровода в раствор восстановителя через термосифон дополнительно включает в себя на 412 перенос тепла из конденсатора в термосифоне на участок обратного трубопровода, расположенный в резервуаре-хранилище, обратный трубопровод включает в себя выпуск в пределах резервуара-хранилища.
На 414, определяется, является ли раствор восстановителя большим, чем вторая пороговая температура. В некоторых примерах, первая и вторая пороговые температуры не равны. Более конкретно, в одном из примеров, первая пороговая температура имеет значение 0 градусов по Цельсию, а вторая пороговая температура имеет значение 40 градусов по Цельсию. Более того, вторая пороговая температура может выбираться для снижения вероятности перегрева раствора восстановителя в резервуаре-хранилище, который может повреждать систему.
Если определено, что температура раствора восстановителя не является большей, чем вторая пороговая температура (Нет на 414), способ возвращается на 414. Однако, если определено, что температура раствора восстановителя является большей, чем вторая пороговая температура (Да на 414), способ включает в себя, на 416, прекращение этапов переноса тепла из выпускного трубопровода, осуществления потока рабочей текучей среды через изолированный по текучей среде трубопровод и переноса тепла с конденсатора на участок обратного трубопровода. Затем, на 418, способ включает в себя повышение давления в форсунке, присоединенной по текучей среде к насосу, имеющему заборную трубку, расположенную в резервуаре-хранилище. Как обсуждено ранее со ссылкой на фиг. 1, рабочая текучая среда в термосифоне и геометрия термосифона могут выбираться, чтобы позволить реализовать способ 400 посредством термосифона. Таким образом, термосифон эксплуатируется пассивным образом. В результате, потребность во внешнем управлении или питании термосифона устранена, тем самым, снижая сложность и размер системы впрыска восстановителя.
Описанные выше система и способ обеспечивают защиту от осаждения и замерзания раствора жидкого восстановителя в резервуаре-хранилище. Более того, система впрыска жидкого восстановителя может включать в себя реверсивный насос или второй насос, который направляет восстановитель в противоположном направлении относительно направления накачки первого насоса, как описано выше. После того, как двигатель выключен, форсунка может закрываться, и система впрыска жидкого восстановителя подвергается накачке в обратном направлении. Дополнительно, клапан 137 может использоваться для продувки системы впрыска жидкого восстановителя. Например, клапан 137, показанный на фиг. 2, может открываться, и форсунка 132 восстановителя может закрываться, и насос 139 может запускаться в обратном направлении, чтобы вытягивать воздух из паровоздушного пространства в верхней части резервуара-хранилища 138. Форсунка 132 может продуваться посредством закрывания клапана 137, открывания форсунки 132 и запуска насоса 139 в обратном направлении, чтобы вытягивать воздух из выпускного трубопровода 112. Таким образом, жидкий восстановитель может удаляться из магистрали подачи и обратной магистрали, предотвращая осаждение и/или замерзание восстановителя, которые, в ином случае, вызывали бы засорение магистрали подачи и обратной магистрали, когда температура окружающей среды находится ниже точек осаждения или замерзания раствора жидкого восстановителя.
В дополнение к жидкому восстановителю, имеющему пониженную температуру точки замерзания, описанные выше система и способ могут иметь другие преимущества. Например, мощность, используемая системой впрыска восстановителя может снижаться вследствие использования пассивного нагрева восстановителя с помощью термосифона по сравнению с другими системами впрыска восстановителя, которые могут нагревать восстановитель посредством нагревателей с электрическим питанием. В еще одном примере, размер резервуара-хранилища может снижаться до в большей степени используемого объема вследствие использования меньшей изоляции у стенок резервуара-хранилища и уменьшения паровоздушного пространства, необходимого для обеспечения расширения восстановителя во время образования льда.
В еще одном другом примере, подавление температуры точки замерзания жидкого восстановителя может давать в результате значение концентрации мочевины, независимое от точки замерзания. Это может предоставлять возможность более высокого содержания химического восстановителя вследствие способности работать с повышенной концентрацией восстановителя для данного объема. В большей степени используемый объем может предусматривать увеличенное расстояние вождения между пополнениями мочевины, снижая стоимость технического обслуживания транспортного средства. В еще одном равноценном примере, в большей степени используемый объем и/или более высокая концентрация восстановителя могут предусматривать увеличение нагрузки восстановления NOx на систему последующей очистки отработавших газов, наряду с одновременным снижением нагрузки восстановления NOx, требуемого от системы сгорания двигателя. Это может уменьшать величину рециркуляции отработавших газов, дополнительно улучшая экономию топлива.
Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому, и другим типам двигателя. Предмет настоящей полезной модели включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.