噴射器冷卻裝置及用于柴油機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型總體上涉及選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)采用稱為柴油機(jī)排放流體(DEF)的流體還原劑，將DEF噴射到催化轉(zhuǎn)換器的上游的排氣流中。更具體地說(shuō)，本實(shí)用新型涉及保護(hù)用于這種系統(tǒng)的噴射器尖端在“熱”停機(jī)狀態(tài)中免于過(guò)熱。
【背景技術(shù)】
[0002]用于發(fā)動(dòng)機(jī)、工廠和發(fā)電廠的動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生包含各種調(diào)節(jié)的排氣成分的排放物。這些調(diào)節(jié)的排氣成分可包括例如顆粒物質(zhì)(例如，炭煙)、氮氧化物(NOx)和硫化合物等。由于對(duì)環(huán)境的關(guān)注日益增加，因此發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的排放標(biāo)準(zhǔn)變得越來(lái)越嚴(yán)格。為了符合排放標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)制造商已經(jīng)開發(fā)并且實(shí)施了各種排氣后處理部件以在排放氣體釋放到大氣之前降低排放氣體中的污染物。排氣后處理部件可包括例如柴油機(jī)微粒過(guò)濾器(DPF)、一個(gè)或多個(gè)選擇性催化還原(SCR)設(shè)備、柴油機(jī)氧化催化劑、用于DPF再生的熱源、排放氣體再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)、消音器以及其他設(shè)備等。
[0003]例如，SCR系統(tǒng)是將氮氧化物NOx在催化劑的幫助下轉(zhuǎn)化為雙原子氮N2和水H2O的裝置。可將還原劑、典型地?zé)o水氨、氨水或尿素添加到DPF和SCR系統(tǒng)之間的排氣流以使還原劑被吸附在SCR系統(tǒng)的催化劑上。當(dāng)使用尿素作為還原劑時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化碳C02?？蓪鈶B(tài)還原劑或流體還原劑噴射到排氣流中。當(dāng)使用流體還原劑時(shí)，這種流體還原劑被稱為柴油機(jī)排放流體或DEF。因?yàn)槠湟子谫A藏和加工的流體形式，DEF的使用已經(jīng)變得非常流行，并且已發(fā)現(xiàn)使用DEF減少依賴于EGR以滿足現(xiàn)代排放要求的需要。
[0004]SCR系統(tǒng)通常包括DEF儲(chǔ)存器和連接到儲(chǔ)存器并且定位在SCR系統(tǒng)的上游的DEF噴射器。該DEF噴射器將DEF噴射到排氣流流過(guò)的分解空間或混合管。噴射到排放氣流中之后，噴射的DEF噴霧劑通過(guò)排放氣流被加熱以觸發(fā)DEF分解成氨。隨著DEF和排放氣體混合物流過(guò)分解管，在進(jìn)入SCR系統(tǒng)之前DEF還與排放氣體混合。理想的情況下，DEF被充分地分解并且在進(jìn)入SCR系統(tǒng)之前與排放氣體混合，以在SCR系統(tǒng)的入口面提供氨的足夠均勻的分布。
[0005]在這種系統(tǒng)中，DEF噴射器的尖端會(huì)對(duì)高溫非常敏感。特別是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間暴露于高溫(通常溫度超過(guò)約120°C)下時(shí)，噴射器的壽命會(huì)顯著地縮短。因此，DEF噴射器尖端可設(shè)有冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)被設(shè)置為在正常操作期間從冷卻劑源(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器)使冷卻流體流入并且圍繞噴射器尖端。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的系統(tǒng)可有效地防止噴射器尖端在正常操作以及正常停機(jī)操作期間長(zhǎng)時(shí)間暴露于不需要的高溫，正常停機(jī)操作期間包括“冷卻”期間和允許發(fā)動(dòng)機(jī)以及相關(guān)的泵在頻繁使用后繼續(xù)在低應(yīng)力條件下運(yùn)行一段時(shí)間的其他方案。然而，當(dāng)這種方案不能被跟蹤(無(wú)論是什么原因)的情況下當(dāng)停機(jī)發(fā)生時(shí)，特別是在劇烈使用(稱為“熱”停機(jī))之后，由于該噴射器尖端可承受高于所需的限值的30-40°C的溫度，從而潛在地縮短了噴射器尖端的壽命。
[0006]在這樣的情況下，一些冷卻DEF噴射器尖端的現(xiàn)有技術(shù)方法，包括在停機(jī)和/或添加散熱片至噴射器之后使DEF流體流過(guò)噴射器尖端以幫助噴射器尖端的空氣冷卻。例如，在2012年5月2日提交的并轉(zhuǎn)讓給Caterpillar, Inc.的美國(guó)公開號(hào)2013/0291523A1公開了一種通過(guò)使用防熱罩和輔助冷卻管道提供的空氣冷卻DEF噴射器尖端的裝置。然而，由于多種原因這些方法和設(shè)備有些缺點(diǎn)，包括但不限于，在噴射器尖端上形成沉積物、DEF流體浪費(fèi)以及冷卻不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的是提供一種將DEF噴射到催化轉(zhuǎn)換器的上游的排氣流中，采用稱為柴油機(jī)排放流體的流體還原劑(DEF)的選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，以保護(hù)用于這種系統(tǒng)的噴射器尖端在“熱”停機(jī)狀態(tài)中免于過(guò)熱。
[0008]一方面，本實(shí)用新型提供了一種用于冷卻SCR系統(tǒng)中的DEF噴射器尖端的系統(tǒng)，其中，通過(guò)冷卻系統(tǒng)中的現(xiàn)有散熱器蒸發(fā)的蒸發(fā)冷卻流體形成的頭部壓力在“熱”停機(jī)狀態(tài)中提供冷卻。
[0009]另一方面，本實(shí)用新型提供了一種使用發(fā)動(dòng)機(jī)中的現(xiàn)有散熱器以蒸發(fā)冷卻流體，從而使“回流”流體流通過(guò)冷卻系統(tǒng)將被動(dòng)冷卻提供給用于DEF噴射器系統(tǒng)中的噴射器尖端。
[0010]更具體地說(shuō)，一方面，本實(shí)用新型提供了一種噴射器冷卻裝置，具有流體冷卻回路，所述流體冷卻回路用于在正常操作期間以第一流動(dòng)方向和在熱停機(jī)期間以第二流動(dòng)方向?qū)⒗鋮s劑提供給噴射器系統(tǒng)；所述流體冷卻回路包括冷卻流體底座罐、泵、向噴射器系統(tǒng)提供冷卻流體流的供給管路、提供來(lái)自噴射器系統(tǒng)的冷卻流體流并且流體連接到相分離罐的返回管路以及流體連接在相分離罐和散熱器之間的出口管路；利用所述流體冷卻回路使得在正常操作中，泵產(chǎn)生冷卻流體流，所述冷卻流體流自底座罐，通過(guò)噴射器系統(tǒng)、相分離罐、散熱器，返回到底座罐；相反地，在熱停機(jī)狀態(tài)期間，將泵關(guān)閉，散熱器蒸發(fā)位于其附近的冷卻流體，從而迫使冷卻流體通過(guò)出口管路、相分離罐、返回管路回流到噴射器系統(tǒng)，從而冷卻所述的噴射器系統(tǒng)。
[0011]其中，所述噴射器系統(tǒng)為柴油機(jī)排放流體噴射器系統(tǒng)；所述散熱器為柴油機(jī)微粒過(guò)濾再生系統(tǒng)的頭部。
[0012]優(yōu)選的，所述泵包括用于允許冷卻流體通過(guò)其回流的離合器。
[0013]其中，所述相分離罐位于高于所述噴射器系統(tǒng)的重力勢(shì)處。
[0014]優(yōu)選的，所述返回管路的長(zhǎng)度小于12英寸，所述返回管路的內(nèi)徑的寬度大于1/4英寸。
[0015]另一方面，本實(shí)用新型提供了一種用于柴油機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，其包括:柴油機(jī)微粒過(guò)濾系統(tǒng)、選擇性催化還原系統(tǒng)、柴油機(jī)排放流體噴射器系統(tǒng)以及用于將冷卻劑提供給柴油機(jī)排放流體噴射器系統(tǒng)的流體冷卻回路；所述流體冷卻回路包括冷卻流體底座罐、泵、向柴油機(jī)排放流體噴射器系統(tǒng)提供冷卻流體流的供給管路、提供來(lái)自柴油機(jī)排放流體噴射器系統(tǒng)的冷卻流體流并且流體連接到相分離罐的返回管路以及流體連接在相分離罐和散熱器之間的出口管路；利用所述流體冷卻回路使得在正常操作中，泵產(chǎn)生冷卻流體流，所述冷卻流體流自底座罐，通過(guò)柴油機(jī)排放流體噴射器系統(tǒng)、相分離罐、散熱器，返回到底座罐；相反地，在熱停機(jī)狀態(tài)期間，將泵關(guān)閉，散熱器蒸發(fā)位于其附近的冷卻流體，從而迫使冷卻流體通過(guò)出口管路、相分離罐、返回管路回流到柴油機(jī)排放流體噴射器系統(tǒng)，從而冷卻所述柴油機(jī)排放流體噴射器系統(tǒng)。
[0016]上述技術(shù)方案保護(hù)用于這種系統(tǒng)中的噴射器尖端在“熱”停機(jī)狀態(tài)中免于過(guò)熱。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面的用于柴油機(jī)的排氣系統(tǒng)的示意圖；
[0018]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的各方面的與圖1所示的排氣系統(tǒng)相連接使用的冷卻回路的一部分的不意圖；
[0019]圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的各個(gè)方面的部分地示出使用類型的排氣后處理系統(tǒng)的用于柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的局部透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]現(xiàn)在參照附圖1-3，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖1是用于處理來(lái)自于示例性柴油機(jī)10的排放氣體7的排氣系統(tǒng)8的框圖。示例性排氣系統(tǒng)8可包括例如用于在排放到大氣之前處理排放氣體7的柴油機(jī)微粒過(guò)濾系統(tǒng)(DPF) 12和選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)14等。具體地，在所公開的實(shí)施例中，來(lái)自柴油機(jī)10的排放氣體7被排放到DPF系統(tǒng)12，在此過(guò)濾排放氣體7。然后將處理過(guò)的排放氣體16通入混合管20?；旌瞎?0可包括與其流體連通的DEF噴射器系統(tǒng)22，DEF噴射器系統(tǒng)22具有與之連接并用于將DEF供給噴射器尖端(未示出)的DEF供應(yīng)管路24，由DEF存儲(chǔ)器25供給，并可包括用于將冷卻劑提供給噴射器尖端的冷卻劑供應(yīng)管路26和冷卻劑返回管路28。在這樣的布置中，冷卻劑供給管路26可以從冷卻劑源(如單個(gè)的底座罐34)被供給。底座罐34可設(shè)有來(lái)自包括但不限于包括散熱器的現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路的任何來(lái)源的冷卻流體。
[0021]根據(jù)上述內(nèi)容，排氣系統(tǒng)8還可包括用于再生DPF 14中的過(guò)濾器的再生系統(tǒng)30。再生系統(tǒng)30可使用燃燒作為用于再生的裝置并且可包括需要冷卻的再生系統(tǒng)頭部32。用于排氣系統(tǒng)8的部件例如再生系統(tǒng)頭部32 (其在正常操作期間可達(dá)到高溫)和用于DEF噴射器系統(tǒng)22的噴射器尖端的冷卻流體可由底座罐34提供。冷卻系統(tǒng)可包括泵36，泵36機(jī)械地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)10，用于將流體從底座罐34供給DEF噴射器系統(tǒng)22的噴射器尖端并且供給至相分離罐38上。然后，相分離罐38可通過(guò)出口管路46流體連接到再生系統(tǒng)30的頭部32，從而完成流體冷卻回路40。
[0022]在正常操作期間，泵36將冷卻流體從底座罐34(其可通過(guò)如本領(lǐng)域已知的入口管路42和出口管路44連接到發(fā)動(dòng)機(jī)10的散熱器以提供一致的冷卻)，泵送到DEF噴射器系統(tǒng)22、相分離罐38，通過(guò)再生系統(tǒng)頭部32，并回到底座罐