帶優(yōu)化流體加熱的汽車選擇性催化還原的還原劑輸送單元的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及還原劑輸送單元(RDU)，其供應還原劑到發(fā)動機排氣系統(tǒng)，并且尤其涉及剛好在噴射之前直接加熱還原劑的基本上全部體積的RDU。
【背景技術】
[0002]歐洲和北美洲新一輪嚴格的排放法規(guī)的出現正驅使實施新的排氣后處理系統(tǒng)，尤其針對稀燃技術，例如在稀的和極稀的條件下運行的壓縮點火(柴油)發(fā)動機以及分層充質火花點燃發(fā)動機(通常帶有直噴)。稀燃發(fā)動機呈現出高水平的氮氧化物(NOx)排放，其在稀燃燃燒的富氧排氣環(huán)境特征下難以處理。排氣后處理技術目前發(fā)展到將在這些條件下處理NOx。一種這樣的技術包括催化劑，其促進氨(NH3)和排氣的氮氧化物(NOx)的反應，從而產生氮(N2)和水(H20)。該技術被稱為選擇性催化還原(SCR)。
[0003]純氨難以在汽車環(huán)境中操作。因此，這些系統(tǒng)習慣使用液體的含水尿素溶液，典型為32%濃度的尿素溶液(C0(NH2)2)。這樣的溶液被稱為AUS-32，并且還以它的商業(yè)名AdBlue被人熟知。尿素溶液被輸送到熱的排氣流并且在排氣中經歷熱解作用之后被變成氨，或熱分解成氨和異氰酸(HNC0)。該異氰酸然后和存在于排氣中的水進行水解并且被變成氨和二氧化碳(C02)。由熱解和水解產生的氨然后與氮氧化物進行如前所述的催化反應。
[0004]在現今的生產系統(tǒng)中，RDU通常被安裝在車體下面，位于排氣管的下游位置。這引起SCR催化劑相對低的溫度、較長的點火時間以及NOx低轉換效率。較低的排氣溫度(較低的熱焓)還抑制了尿素熱解反應的熱分解，或在熱解HNC0副產物情況下，低溫也抑制水解反應。結果就是過多的尿素和/或HNC0存在于SCR催化劑中和數量不足的氨來參與NOx還原反應。該情形的一個好的例子呈現在SAE 2007-01-1582 柴油機尿素-SCR后處理系統(tǒng)中的涉及尿素的沉積物的實驗室和發(fā)動機研究”(Laboratory and Engine Study of Urea-Related Deposits in Diesel Urea-SCR After-Treatment Systems)中。來自這些研究的發(fā)動機測功器數據顯示在排氣溫度低于300°C時，噴射的尿素的可測量比例保持未被轉化為HNC0或NH3。
[0005]工業(yè)中也有活動調查還原劑的潛在替代。一些這樣的試劑(例如甲酸胍(guanidinium formate))呈現出比尿素高的分解溫度。為了使這些替代可行，典型地，它們需要在一個位于偏離主排氣管的旁通流動通道中的專用重整裝置(reformer)中預熱。一個這樣的方法說明被提供在SAE 2012-01-1078 用于高效率DeNOx的第三代SCR NH3直接配給系統(tǒng)的發(fā)展，，(Development of a 3rd Generat1n SCR NH3_Direct Dosing Systemfor Highly Efficient DeNOx)中。在起動階段期間，這些重整裝置方案通常依賴旁通氣流的電加熱和水解反應催化劑的使用從而確保用于進入氨的載體轉化的正確條件。
[0006]參見圖1，不出了傳統(tǒng)的RDU 10，大致用標記10表不，具有流體噴射器12。噴射器12用作輸送流體例如尿素溶液，并且使用感應線圈加熱器13，目的在于將熱從線圈加熱器13傳遞給噴射器10的入口管14以及流體。參見圖2，無論如何，由于端口燃料噴射器安裝到氣缸蓋或進氣歧管施加的限制，線圈加熱器13沒有完全向下延伸到噴射器12的尖端或出口 16。結果就是圖2中用箭頭A表示的磁通路徑，一定程度受限制并且其感應加熱終結在噴射器12的計量點或出口 16上面6-8_處。結果就是未受熱的流體體積V有213_3，其沒有受益于通向感應熱源(線圈13)的直接加熱路徑。該體積V需要在加熱的流體能夠以5.2mg/s的流速(排放實驗周期中車輛冷啟動期間典型的流速)被噴射之前被排空，理論上要求最少45秒來移除這些未受熱的流體。尿素噴射應用中需要冷啟動活動，該延遲降低了系統(tǒng)開始還原發(fā)動機之外的NOx排放的效率。
[0007]因此，需要更接近計量點直接加熱噴射器內的還原劑從而確保更高效的熱傳遞并且產生要求的還原劑溫度以便縮短移除未受熱的還原劑所需要的時間。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于滿足上述的需求。根據本發(fā)明的原理，該目的通過提供降低來自車輛的氮氧化物(NOx)排放的還原劑輸送單元來實現。還原劑輸送單元包括具有流體入口和流體出口的螺線管操作的流體噴射器。流體入口被構造并布置成接收還原劑源，并且流體出口被構造并布置成與車輛的排氣流路徑連通，從而流體噴射器控制還原劑到排氣流路徑內的噴射。流體噴射器具有用于在流體入口和流體出口之間引導還原劑的入口管。線圈加熱器與流體噴射器成整體，且被構造并布置成當被激勵時感應加熱入口管，由此加熱入口管內的還原劑。線圈加熱器殼體包圍線圈加熱器的一部分。包模結構對線圈加熱器殼體進行包模(或稱“包膠模”或“二次模制”，overmold) 0噴射器殼體覆蓋包模結構的至少一部分，并且被構造和布置成不用0形圈而與包模結構成密封關系，從而線圈加熱器的一端大致鄰近噴射器的流體出口布置。
[0009]根據公開的實施例的另一方面，一方法輸送還原劑以減少來自車輛的氮氧化物(NOx)排放。該方法將螺線管操作的流體噴射器與排氣流路徑關聯。流體噴射器具有流體入口和流體出口。流體入口接收還原劑源。流體出口與排氣流路徑連通。流體噴射器具有用于在流體入口和流體出口之間引導還原劑的入口管。在處于入口管內的同時，還原劑的至少一部分被加熱，使得鄰近流體出口的入口管內的還原劑的未受熱體積少于大約100mm3。操作流體噴射器將還原劑噴入排氣流路徑。
[0010]考慮下列的所有都構成本說明書的詳細說明和附加權利要求并參考所附附圖，本發(fā)明其它的目的、特征和特性以及操作方法和結構的相關元件的功能、部件組合和制造經濟性將變得更加明顯。
【附圖說明】
[0011]通過下列其優(yōu)選實施例的詳細說明并考慮相應附圖，本發(fā)明將會得到更好的理解，其中相同的附圖標記表示相同部件，其中:
[0012]圖1為傳統(tǒng)的包括流體噴射器的RDU的橫截面圖。
[0013]圖2為圖1中的傳統(tǒng)RDU的噴射器的下部分的視圖。
[0014]圖3為包括根據一個實施例提供的流體噴射器的RDU的橫截面圖。
[0015]圖4為圖3的RDU的噴射器的下部分的視圖。
[0016]圖5為根據另一實施例的RDU的下部分的視圖。
[0017]圖6為圖3中的RDU的下部分的視圖。
【具體實施方式】
[0018]參考圖3，示出了根據一實施例的大致用10’表示的RDU。RDU10’可以被用在美國專利申請公開N0.2008/0236147 A1中所公開類型的系統(tǒng)中，在此以參考方式將該專利申請公開的內容并入本說明書中。
[0019]RDU10’包括螺線管流體噴射器12’，在定量應用中，流體噴射器12’提供流體的計量功能，并且提供流體進入車輛排氣流路徑15中的流體噴霧準備，以降低來自車輛的氮氧化物(NOx)排放。因此，流體噴射器12’以傳統(tǒng)方式在SCR催化轉換器的上游被構造并布置成與排氣流路徑15相關聯。流體噴射器12’優(yōu)選為汽油、電操作的、螺線管燃料噴射器，例如美國專利N0.6,685, 112中公開的那種，因此作為參考，在此將該專利并入本說明書中。因此，當被激勵時，第一電磁線圈20以傳統(tǒng)方式操作流體噴射器12’。
[0020]流體噴射器12’被布置在噴射器架22內。入口杯結構，通常用24表示，包括入口杯26和與入口杯26 —體或聯接到入口杯26的入口連接器28。入口連接器28限定出噴射器12’的流體入口 30。入口連接器28通常與流體還原劑源32連通，流體還原劑源32例如是尿素溶液，其經由入口管14被供給到噴射器12’從而從計量點16或噴射器12的流體出口被噴射。因此，入口管14在流體入口 30和流體出口 16之間引導尿素溶液。入口管14還可以被認為是閥體。
[0021]噴射器護罩34聯接到噴射器架22，由此相對于噴射器12’固定護罩34。護罩34包圍至少噴射器12’的至少一部分并且將其從環(huán)境因素例如噴礫、高壓水射流、噴濺等中隔開。護罩34還提供RDU10’的結構支撐。提供多個貫穿護罩34的開口 36用于空氣冷卻流體噴射器12’。
[0022]通過入口 30供給尿素溶液32并且將其在一定壓力下輸送到螺線管流體噴射器12’。由于螺線管操作的閥38相對于座40的移動，尿素溶液以傳統(tǒng)方式被計量并且在計量點16處離開噴射器12’。利用優(yōu)選帶有V形夾(未示出)的凸緣18將RDU10’安裝到排氣系統(tǒng)41。當然，也可以采用其它的安裝方法例如采用螺釘或其它機械連接技術。