[发明专利]带优化流体加热的汽车选择性催化还原的还原剂输送单元

说明书

本发明公开了带优化流体加热的汽车选择性催化还原的还原剂输送单元。该还原剂输送单元减少来自车辆的氮氧化物(NOx)排放。输送单元包括具有流体入口和流体出口的螺线管操作的流体喷射器。入口接收还原剂源，并且出口与车辆的排气流路径连通，从而流体喷射器控制还原剂到排气流路径内的喷射。流体喷射器具有用于在入口和出口之间引导还原剂的入口管。线圈加热器与流体喷射器成整体，且被构造并布置成当被激励时感应加热入口管，由此加热还原剂的至少一部分，使得邻近流体出口的入口管内的还原剂的未受热体积少于大约100mm³。

技术领域

本发明涉及还原剂输送单元(RDU)，其供应还原剂到发动机排气系统，并且尤其涉及刚好在喷射之前直接加热还原剂的基本上全部体积的RDU。

背景技术

欧洲和北美洲新一轮严格的排放法规的出现正驱使实施新的排气后处理系统，尤其针对稀燃技术，例如在稀的和极稀的条件下运行的压缩点火(柴油)发动机以及分层充质火花点燃发动机(通常带有直喷)。稀燃发动机呈现出高水平的氮氧化物(NOx)排放，其在稀燃燃烧的富氧排气环境特征下难以处理。排气后处理技术目前发展到将在这些条件下处理NOx。一种这样的技术包括催化剂，其促进氨(NH₃)和排气的氮氧化物(NOx)的反应，从而产生氮(N₂)和水(H₂O)。该技术被称为选择性催化还原(SCR)。

纯氨难以在汽车环境中操作。因此，这些系统习惯使用液体的含水尿素溶液，典型为32％浓度的尿素溶液(CO(NH₂)₂)。这样的溶液被称为AUS-32，并且还以它的商业名AdBlue被人熟知。尿素溶液被输送到热的排气流并且在排气中经历热解作用之后被变成氨，或热分解成氨和异氰酸(HNCO)。该异氰酸然后和存在于排气中的水进行水解并且被变成氨和二氧化碳(CO₂)。由热解和水解产生的氨然后与氮氧化物进行如前所述的催化反应。

在现今的生产系统中，RDU通常被安装在车体下面，位于排气管的下游位置。这引起SCR催化剂相对低的温度、较长的点火时间以及NOx低转换效率。较低的排气温度(较低的热焓)还抑制了尿素热解反应的热分解，或在热解HNCO副产物情况下，低温也抑制水解反应。结果就是过多的尿素和/或HNCO存在于SCR催化剂中和数量不足的氨来参与NOx还原反应。该情形的一个好的例子呈现在SAE 2007-01-1582：“柴油机尿素-SCR后处理系统中的涉及尿素的沉积物的实验室和发动机研究”(Laboratory and Engine Study of U rea-Related Deposits in Diesel Urea-SCR After-Treatment Systems)中。来自这些研究的发动机测功器数据显示在排气温度低于300℃时，喷射的尿素的可测量比例保持未被转化为HNCO或NH3。

工业中也有活动调查还原剂的潜在替代。一些这样的试剂(例如甲酸胍(guanidinium formate))呈现出比尿素高的分解温度。为了使这些替代可行，典型地，它们需要在一个位于偏离主排气管的旁通流动通道中的专用重整装置(reformer)中预热。一个这样的方法说明被提供在SAE 2012-01-1078：“用于高效率DeNOx的第三代SCR NH3直接配给系统的发展”(Development of a 3rd Generation SCR NH3-Direct Dosing Systemfor Highly Efficient DeNOx)中。在起动阶段期间，这些重整装置方案通常依赖旁通气流的电加热和水解反应催化剂的使用从而确保用于进入氨的载体转化的正确条件。