Резервуар для хранения присадки для отработавших газов двигателя

Резервуар для хранения присадки для отработавших газов двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к резервуару для хранения присадки для отработавших газов двигателя.

Законодательные нормы, касающиеся выбросов вредных веществ транспортными средствами, предусматривают, кроме всего прочего, уменьшение выброса в атмосферу оксидов азота NO_x. Одним из известных способов достижения этой цели является использование процесса SCR (селективной каталитической нейтрализации), который позволяет восстанавливать оксиды азота путем введения восстанавливающего агента, как правило аммиака, в выхлопную систему. Аммоний может быть получен путем пиролиза раствора предшественника аммиака, имеющего эвтектическую концентрацию. Предшественником аммиака обычно является раствор мочевины.

При использовании процесса SCR высокие уровни содержания оксидов азота, производимых в двигателе во время процесса горения с оптимальной эффективностью, уменьшаются путем обработки в каталитическом конвертере на выходе двигателя. Для этой обработки требуется использовать восстанавливающий агент с точной концентрацией и высокого качества. Раствор поэтому точно дозируется и вводится в поток отработавших газов, где он подвергается гидролизу перед преобразованием оксида азота (NO_x) в азот (N₂) и воду (H₂O).

Для обеспечения этого необходимо оборудовать транспортные средства резервуаром, содержащим раствор присадки (как правило, мочевины), а также устройством для дозирования требуемого количества присадки и введения ее в выхлопную систему.

Для обеспечения возможности правильного дозирования раствора присадки в отработавшие газы обычно резервуар для хранения присадки включает в себя электрические компоненты, такие как датчик уровня, датчик температуры, датчик качества, резистивный нагревательный элемент и т.д. Для этих компонентов требуется обеспечить электрические линии к одному (или более) жгуту (жгутам) проводов или одному (или более) другому компоненту (компонентам) транспортного средства или системы SCR, расположенным снаружи относительно резервуара для хранения присадки, в результате чего возникают несколько проблем. Во-первых, растворы присадок обычно являются коррозионно-активными, а обычные проводящие материалы не обладают стойкостью к коррозии или имеют низкую стойкость к коррозии. Далее необходимо поддерживать герметичность в тех местах, где эти линии выходят из резервуара, что также может вызывать проблемы, особенно в долгосрочной перспективе.

В публикации WO 2008138757 предлагаются различные решения для соединения линии в крышке нагреваемого котла резервуара для мочевины, в которых линия проходит через указанную крышку и оснащена уплотнением, выполненным в виде упругой пробки, которая вставляется герметичным образом в корпус указанной крышки.

Во всех описанных в этом документе решениях герметичность обеспечивается за счет использования одного или более уплотнений (30 на чертежах в этом документе) за счет непосредственной вулканизации уплотнения на кабеле или элемента для зажима уплотнения вокруг кабеля (38 на чертежах) и за счет держателя (34 на чертежах), который присоединяется болтами к крышке. Поэтому этот узел является относительно сложным и дорогим.

Согласно одному варианту (фиг.5 этого документа) два кабеля, каждый из которых оснащен кольцевым уплотнением (30), монтируются в промежуточной части (39), которая смонтирована в крышке с помощью уплотнения (43). Это решение не рассчитано на постоянное погружение в раствор присадки, например водный раствор мочевины. Действительно, участок между кольцевым уплотнением (43) и внутренним пространством резервуара не является герметичным. В случае цикла замораживания/размораживания расширение присадки между промежуточной частью и корпусом может привести к потере герметичности узла и/или повреждению узла. Кроме того, два уплотнения (30) вокруг кабелей нагревательного устройства не изолированы от внешней среды промежуточной частью. Наоборот, они открыты для воздействия окружающей среды, и они только поддерживаются в центре промежуточной части (39). Эта конфигурация может также привести к потере герметичности, в частности в случае погружения в раствор. Кроме того, так как два кабеля выходят из резервуара, проходя через указанные уплотнения, монтаж резервуара на транспортное средство предполагает очень аккуратное осуществление электрического соединения этих двух кабелей с источником напряжения.

В публикации EP 2029865 предлагается несущая плита, включающая в себя котел, которая погружена в раствор, т.е. смонтирована на отверстии в нижней стенке резервуара. Для нагрева мочевины, содержащейся в резервуаре и, в частности, в котле, несущая плита предпочтительно также включает в себя нагревательный элемент подобный тому, который описан в WO 2008138757, и предпочтительно гибкий нагреватель подобный описанному в WO 2008138960, содержание которых включено в настоящую заявку путем ссылки.

Согласно этому решению электрические соединения (не только нагревательного элемента, но также других электрических устройств, таких как описанные выше) должны осуществляться через отверстие в погруженной в раствор несущей плите, которая изготовлена из пластика, предпочтительно путем инжекционного формования.

Идея настоящего изобретения заключается в том, чтобы сделать системы крепления, описанные в заявке WO 2008138757, совместимыми с решениями, использующими погружение в раствор, и в то же время упростить их. Эта цель достигается обеспечением того, что ни уплотнения, ни провода не выходят из резервуара за счет использования кожуха, в котором предварительно собранный соединительный узел может быть смонтирован легко и герметичным образом с помощью простого быстросоединяемого соединения.

Настоящее изобретение предлагает резервуар для хранения жидкой присадки для отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, указанный резервуар содержит стенку, образующую внутренний объем, электрический компонент, расположенный во внутреннем объеме, и по меньшей мере один электрический кабель, обеспечивающий возможность соединения указанного компонента с источником напряжения снаружи от резервуара, по меньшей мере одна часть электрического кабеля вставлена в промежуточную часть, присоединенную к несущей плите, смонтированной на отверстии в стенке резервуара. Согласно изобретению несущая плита включает в себя кожух, смонтированный герметичным образом вокруг отверстия в несущей плите, в котором закрепляется промежуточная часть с помощью быстросоединяемого соединения и который также содержит электрический соединитель, к которому электрический кабель присоединяется герметичным образом с помощью уплотнения и который выходит из отверстия в несущей плите наружу от резервуара.

В настоящем изобретении присадка предпочтительно представляет собой восстанавливающий агент, способный обеспечить уменьшение содержания NO_x в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания. Предпочтительно это предшественник аммиака в водном растворе. Изобретение дает хорошие результаты при использовании водных растворов мочевины и, в частности, эвтектических растворов вода/мочевина, таких как растворы AdBlue®, содержание мочевины в которых составляет в диапазоне между 31,8% вес. и 33,2% вес. и которые содержат около 18% аммиака. Изобретение также может использоваться для смеси формиат аммиака/мочевина, также в водном растворе, предлагаемой на рынке под торговой маркой Denoxium®, которая содержит около 13% аммиака. Последняя имеет преимущество в том, что температура ее замерзания начинается с -35°C, тогда как для мочевины она составляет -11°C, но также имеет недостатки, заключающиеся в проблеме коррозии, связанной с выделением муравьиной кислоты.

Настоящее изобретение может использоваться для любых двигателей внутреннего сгорания, которые могут генерировать NO_x в своих отработавших газах. Это может быть двигатель с трубопроводом возврата топлива или без него (то есть трубопроводом, возвращающим в топливный бак избыточное топливо, не использованное двигателем). Предпочтительно настоящее изобретение используется для дизельных двигателей, в частности для дизельных двигателей транспортных средств и более предпочтительно для дизельных двигателей грузовых автомобилей.

Резервуар согласно изобретению содержит стенку, которая может быть изготовлена из любого материала, предпочтительно химически устойчивого к действию присадки. Обычно этим материалом является металл или пластик. Для мочевины предпочтительными материалами являются полиолефиновые смолы, в частности полиэтилен (и более предпочтительно полиэтилен высокой плотности (ПЭВП)), полиамиды (ПА), а также полиацетали, в частности полиоксиметилен (ПОМ). Те же материалы также могут использоваться для изготовления герметичного кожуха резервуара согласно изобретению, а также для несущей плиты и/или промежуточной части. Отметим, что для этих частей особенно подходят полиамиды (ПА), в частности ПА-6.6.

Согласно изобретению стенка резервуара содержит по меньшей мере одно отверстие, на котором устанавливается несущая плита, содержащая отверстие, вокруг которого монтируется герметичным образом кожух.

Под термином «несущая плита» понимается часть, содержащая монтажную плиту или пластинчатую часть (т.е. часть, толщина которой значительно меньше (например, по меньшей мере в 5 раз или даже в 10 раз), чем другие ее размеры, и которая является по существу плоской), предназначенную закрывать отверстие в стенке резервуара, предпочтительно в верхней или нижней его части (соответственно называемые верхняя стенка и нижняя стенка). Отметим, что в последнем варианте, являющемся предпочтительным, несущая плита может продолжаться внутрь резервуара через камеру или полую часть, которая сообщается с резервуаром через по меньшей мере одно отверстие, через которое может циркулировать присадка, и которая может действовать как котел. Предпочтительно кожух согласно изобретению образуется за одно целое вместе с несущей плитой и предпочтительно путем инжекционного формования. При этом он может быть закрыт крышкой, смонтированной отдельно.

Под термином «нижняя стенка» на практике понимается нижняя половина резервуара, когда он смонтирован на транспортном средстве (независимо от того, изготовлен ли он путем формования за одно целое или из двух листовых заготовок или штампованных элементов).

Несущая плита согласно этому варианту, в частности, хорошо подходит для поддержки вспомогательных устройств, которые проходят через стенку резервуара и/или располагаются внутри него. Она имеет замкнутый контур любой формы. Обычно она имеет контур круглой формы.

Предпочтительно электрический компонент, по меньшей мере одна часть которого располагается в резервуара согласно изобретению, выбирается из следующих компонентов: датчик уровня, датчик температуры, регулятор давления, нагревательный элемент. Эти элементы могут быть размещены в котле резервуара. Изобретение особенно полезно, когда вспомогательные устройства содержат два электрических кабеля, что, например, является обычным в случае нагревательного элемента. Изобретение успешно используется для гибкого нагревателя, описанного выше.

Электрический кабель этого компонента должен быть стойким к коррозионному воздействию присадки и/или должен содержать покрытие, которое придает узлу эту стойкость. Хорошие результаты были получены для кабелей с силиконовым покрытием. Также хорошие результаты были получены для металлических кабелей (предпочтительно из нержавеющей стали) в оболочке из фторполимера (например, из перфторалкоксила) и предпочтительно имеющих покрытие (например, силиконовое).

Промежуточная часть согласно изобретению представляет собой полую часть, т.е. содержит по меньшей мере один корпус для кабеля и его уплотнения, если требуется. Обычно она имеет цилиндрическую форму.

Согласно изобретению электрический кабель (кабели) должны обеспечивать возможность соединения электрического компонента с источником напряжения, и эти кабели присоединяются к электрическому соединителю, по меньшей мере одна часть которого также располагается в герметичном кожухе, так что соединение с источником напряжения может быть сделано более легким образом, с помощью соединителя, комплементарного указанному, по меньшей мере частично размещенному в герметичном кожухе соединителю.

Соединитель согласно изобретению предпочтительно также изготовлен из ПА-6.6, предпочтительно армированного, например, стеклянными волокнами, что обеспечивает хорошие результаты на практике.

Кабель (кабели) предпочтительно опрессовывается на контактах, которые прикреплены к электрическому соединителю. Соединитель предпочтительно почти полностью размещается в герметичном кожухе, так что из резервуара выходит только его часть для соединения с соответствующим комплементарным соединителем.

Соединение с источником напряжения может быть осуществлено с помощью электронного блока, включающего в себя комплементарный соединитель и предпочтительно электронное устройство управления для электрического компонента.

Уплотнение, обеспечивающее герметичность между соединителем и кабелем, может быть вставлено между промежуточной частью и соединителем и/или в корпус промежуточной части. Предпочтительно оно вставлено или между промежуточной частью и соединителем, или в корпус промежуточной части. Последний вариант предпочтительно включает в себя использование дополнительного уплотнения для соединения герметичным образом промежуточной части с кожухом. Это предпочтительно тем, что фактически получают двойное уплотнение. Независимо от варианта уплотнение или уплотнения предпочтительно изготовлены из упругого материала, такого как этиленпропиленовый каучук (СКЭПТ) или силикон, последний более предпочтителен.

Уплотнения, предлагаемые на рынке под торговым наименованием «уплотнение для одиночного провода» («single wire seal») компанией Tyco, обеспечивают хорошие результаты и, в частности, в варианте, в котором промежуточная часть содержит два корпуса для двух кабелей, каждый имеющий уплотнение. Эти уплотнения содержат профилированный (кольцеообразно) участок, обеспечивающий возможность некоторого перемещения/осевую гибкость, а также прямой участок для крепления с усилием на рельефном элементе. В этом варианте может быть предпочтительно (для получения пространства по высоте и уменьшения размера частей) исключить из указанных уплотнений участок, используемый для крепления с усилием, который не является необходимым в контексте настоящего изобретения.

Согласно изобретению несущая плита включает в себя кожух. Здесь под термином «включает в себя» понимается, что кожух или прикреплен к периметру отверстия (с помощью сварки, приклеивания, механического крепления и т.д.), или он образуется путем формования за одно целое с несущей плитой. Последний вариант является предпочтительным, в частности, если несущая плита изготовлена из пластика.

Кожух согласно изобретению по существу представляет собой полую часть, выполненную с возможностью приема, среди прочего, промежуточной части, и выполнен с возможностью прикрепления к нему промежуточной части посредством быстросоединяемого соединения. Под термином «быстросоединяемое соединение» понимается соединение с усилием одной части с другой, которое не обязательно требует вспомогательной части для удержания узла скрепленным. Примерами соединения этого типа, известными на рынке, являются соединение «елочного типа» и «быстросоединяемое» соединение, а также рельефные элементы, подходящие для простого крепления зацеплением.

Для этого промежуточная часть предпочтительно имеет рельефный элемент для быстрого крепления, комплементарный соответствующему рельефному элементу в кожухе. Канавка на наружной поверхности промежуточной части и комплементарный желобок на внутренней поверхности кожуха позволяют обеспечить эффективное крепление зацеплением.

Настоящее изобретение также относится к описанной выше несущей плите для резервуара, включающей в себя кожух, смонтированный герметичным образом вокруг отверстия в несущей плите и выполненный с возможностью прикрепления к нему промежуточной части с помощью быстросоединяемого соединения и с возможностью приема электрического соединителя.

Изобретение также относится к способу соединения электрического компонента резервуара для хранения жидкой присадки для отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с источником напряжения снаружи от резервуара с помощью электрического кабеля и через отверстие в стенке резервуара, включающему в себя этапы, на которых:

вводят по меньшей мере одну часть электрического кабеля в промежуточную часть;

присоединяют герметичным образом электрический кабель к электрическому соединителю с помощью уплотнения;

устанавливают указанный узел в кожух и прикрепляют к нему промежуточную часть с помощью быстросоединяемого соединения, так что соединитель выходит из отверстия в несущей плите наружу резервуара.

Согласно этому способу узел электрический кабель/промежуточная часть/соединитель может быть присоединен к электрическому компоненту до установки компонента в резервуаре, что делает крепление и соединение узла особенно легким для изготовителя резервуара.

Настоящее изобретение иллюстрируется, в качестве неограничивающего примера, на прилагаемых чертежах, на которых

фиг.1 представляет вид в разрезе в вертикальной средней плоскости через несущую плиту резервуара согласно одному варианту воплощения изобретения;

фиг.2 - вид в разрезе в вертикальной средней плоскости через герметичный кожух согласно одному варианту воплощения несущей плиты на фиг.1;

фиг.3 - вид в разрезе в вертикальной средней плоскости через герметичный кожух согласно другому варианту воплощения несущей плиты на фиг.1;

фиг.4 - пространственный вид спереди в увеличенном масштабе промежуточной части, размещенной в герметичном кожухе на фиг.3;

фиг.5 - вид сверху той же промежуточной части; и

фиг.6 иллюстрирует модификацию системы на фиг.3-5 для уменьшения необходимого пространства по вертикали.

На этих чертежах размеры приведены в качестве примера, и идентичные ссылочные позиции обозначают идентичные части, а именно: 1 - погруженная в раствор несущая плита для резервуара для водного раствора мочевины; 2 - герметичный кожух; 3 - гибкий нагреватель; 4 - электрические кабели, питающие нагреватель; 5 - накладка, закрывающая место сварного соединения кабелей с нагревателем; 6 - промежуточная часть; 7 - гибкое уплотнение; 7' - уплотнения типа «уплотнение для одиночного провода»; 8 - корпусы для уплотнений и кабелей; 9 - уплотнительное кольцо; 10 - канавка для крепления зацеплением; 11 - электрический соединитель.

На фиг.1 показан нагреватель (3) гибкого типа (т.е. содержащий по меньшей мере одну резистивную дорожку, размещенную между двумя гибкими пленками или прикрепленную к гибкой пленке, предпочтительно изготовленной из силикона), который смонтирован на несущей плите (1), которая погружена в раствор в резервуаре для мочевины, т.е. закрывает отверстие в нижней стенке этого резервуара (не показано). Питание нагревателя (3) осуществляется двумя электрическими кабелями (4), два конца которых присоединяются путем сварки к концам резистивной дорожки нагревателя, причем место сварного соединения закрывается накладкой (5), предпочтительно также изготовленной из силикона. Противоположные концы этих кабелей присоединяются к электрическому соединителю (не показано на этом чертеже), размещенному в герметичном кожухе (2), который образован путем формования за одно целое с несущей плитой.

На фиг.2 (разрез в вертикальной средней плоскости через кожух (2) согласно одному варианту воплощения) показано, что одна часть кабелей (4) нагревателя (3) вставлена в промежуточную часть (6), закрепленную путем соединения зацеплением в указанном кожухе (2) с помощью канавки (10), которая взаимодействует с комплементарным желобком в кожухе (2), обеспечивая быстросоединяемое соединение, причем герметичность этого соединения обеспечивается уплотнением (7), смонтированным с усилием в указанном кожухе (2), и которое в то же время обеспечивает герметичность соединения кабелей (4) с электрическим соединителем (11).

На фиг.3 (разрез в вертикальной средней плоскости через кожух (2) согласно другому варианту воплощения) показано, что промежуточная часть (6), здесь имеющая корпусы (8) для двух уплотнений (7') типа «уплотнение для одиночного провода», прикрепляется зацеплением к указанному кожуху (2) с помощью канавки (10), которая взаимодействует с комплементарным желобком в кожухе (2), обеспечивая быстросоединяемое соединение, причем герметичность указанного соединения обеспечивается уплотнительным кольцом (9), размещенным в канавке промежуточной части (6).

Геометрия промежуточной части (6) иллюстрируется на фиг.4 (вид спереди) и фиг.5 (вид сверху). На фиг.5 (вид, немного смещенный относительно центра) можно увидеть отверстия в уплотнениях (7') для прохождения через них кабелей.

На фиг.6 показано, каким образом путем исключения участка уплотнений, который предназначен для крепления с усилием уплотнений (7) для некоторых областей применения (на левом виде обозначены 7'') и который является избыточным для этой области применения, может быть обеспечена более компактная (короткая) конструкция, иллюстрируемая на виде справа.

1. Резервуар для хранения жидкой присадки для отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий стенку, образующую внутренний объем, электрический компонент, расположенный во внутреннем объеме, и по меньшей мере один электрический кабель, обеспечивающий возможность соединения указанного компонента с источником напряжения снаружи резервуара, причем по меньшей мере одна часть электрического кабеля введена в промежуточную часть, присоединенную к несущей плите, смонтированной на отверстии в стенке резервуара, при этом несущая плита включает в себя кожух, смонтированный герметичным образом вокруг отверстия в несущей плите, причем промежуточная часть прикрепляется с помощью быстросоединяемого соединения, при этом также имеется электрический соединитель, к которому герметичным образом присоединяется электрический кабель с помощью уплотнения и который выходит из отверстия в несущей плите наружу из резервуара, причем уплотнение установлено между промежуточной частью и соединителем и/или в корпус промежуточной части.

2. Резервуар по п.1, в котором отверстие, закрываемое несущей плитой, расположено в нижней стенке резервуара, а несущая плита проходит внутрь резервуара через камеру или полую часть, которая сообщается с резервуаром через по меньшей мере одно отверстие, через которое может циркулировать присадка, и которая действует как котел.

3. Резервуар по п.2, в котором кожух отформован за одно целое с несущей плитой.

4. Резервуар по п.3, в котором электрический компонент представляет собой гибкий нагреватель.

5. Резервуар по п.4, содержащий вспомогательное уплотнение для соединения герметичным образом промежуточной части и кожуха.

6. Резервуар по п.1, в котором кожух отформован за одно целое с несущей плитой.

7. Резервуар по п.6, в котором электрический компонент представляет собой гибкий нагреватель.

8. Резервуар по п.7, содержащий вспомогательное уплотнение для соединения герметичным образом промежуточной части и кожуха.

9. Резервуар по п.1, в котором электрический компонент представляет собой гибкий нагреватель.

10. Резервуар по п.9, содержащий вспомогательное уплотнение для соединения герметичным образом промежуточной части и кожуха.

11. Резервуар по п.1, содержащий вспомогательное уплотнение для соединения герметичным образом промежуточной части и кожуха.

12. Резервуар по любому из пп.1-11, в котором кабель представляет собой кабель из нержавеющей стали, размещенный в оболочке из фторполимера и имеющий покрытие из силиконовой смолы.

13. Резервуар по любому из пп.1-11, в котором соединение с источником напряжения осуществлено с помощью соединителя, комплементарного указанному, по меньшей мере частично размещенному в герметичном кожухе соединителю.

14. Резервуар по любому из пп.1-11, в котором кабель опрессован на электрическом контакте соединителя.

15. Резервуар по любому из пп.5, 8, 10 или 11, в котором промежуточная часть содержит два корпуса для двух кабелей, каждый из которых имеет уплотнение, содержащее профилированный (кольцеообразно) участок.

16. Резервуар по любому из пп.1-11, в котором быстросоединяемое соединение представляет собой крепление зацеплением, использующее канавку на наружной поверхности промежуточной части и комплементарный желобок на внутренней поверхности кожуха.

17. Несущая плита для резервуара по любому из пп.1-16, которая включает в себя кожух, смонтированный герметичным образом вокруг отверстия в несущей плите и имеющий такие размеры и форму, чтобы промежуточная часть могла быть прикреплена к нему с помощью быстросоединяемого соединения и чтобы имелась возможность размещения электрического соединителя.

18. Способ изготовления резервуара по любому из пп.1-11, при котором:вводят по меньшей мере одну часть электрического кабеля в промежуточную часть;присоединяют герметичным образом электрический кабель к электрическому соединителю с помощью уплотнения;устанавливают указанный узел в кожух и прикрепляют к нему промежуточную часть с помощью быстросоединяемого соединения, так что соединитель выходит из отверстия в несущей плите наружу резервуара.

19. Способ по п.18, при котором узел электрический кабель/промежуточная часть/соединитель присоединяют к электрическому компоненту до установки компонента в резервуаре.