试剂定剂量系统及试剂定剂量方法

专利名称：试剂定剂量系统及试剂定剂量方法
技术领域：
本发明涉及用于将试剂定剂量到内燃机的排气流中的试剂定剂量
系统(dosing system )以及将试剂定剂量到内燃机的排气流中的方法。
背景技术：
公知内燃机的排气流中会产生有害化学物质。因此，期望将这样 的污染物消除或至少减少至不足以对人类健康产生不利影响的水平。 由于在燃烧事件期间达到的高温，由碳氢燃料的氧化作用产生多种化 学物质，包括氮的氧化物(NO和N02,统称为NOx)。由于这些氧化 物对人类健康的影响，全世界的许多国家都立法以求限制汽车和静态 污染源的NOx排放，并且已开发出多种技术来实现这一目的。这当中， 人们发现催化技术的应用最为有效且经济可行；然而，应当指出，与 化学当量燃烧排气流的情况相比，处理来自所谓的"稀薄"燃烧的富 氧排气流时需要不同方法。稀薄燃烧NOx源的实施例包括压缩点火发 动机或者说柴油机以及直喷式稀燃火花点火发动机或者说汽油机。
稀燃发动机不能利用同类火花点火发动机所普遍采用的发展良好 且有效的三效催化系统。因此，稀燃发动机的NOx补救(remediation) 需要连同合适的催化剂一起添加还原剂。NOx的还原需要近实时的定 剂量控制，因为NOx的产生紧随发动机负载，但通过已储存在催化剂 上的氨量而慢化。因此，催化剂定剂量方案是一种高动态性活动。
在稳态运转状态下，利用升温的发动机/催化系统，相对容易使催 化剂定剂量速率与发动机的NOx产生率相匹配，从而获得非常高的转 化率，约98%。然而，在瞬态运转状态下，由于催化剂温度变化及NH3 存储效应，实现该匹配更具挑战性，从而更典型的是获得85~90%的 转化率。因此，定剂量过程中的定量精确性和对负载变化的响应性是 对这种系统的关键要求。
用于补救富氧排气流中的NOx的 一种非常有效的技术是被广泛称 为选择性催化还原(以下称为SCR)的才支术。在该方法中，以与排气 流中的瞬时NOx含量密切相关的速率将含氨试剂(或者说还原剂)喷射到该排气流中，其中氨(NH3)连同钒基或类似催化剂与NOx反应， 使得污染物转化成尾气中的无害氮气(N2)和水。选择性催化还原及 选择性非催化还原(SNCR)都已广泛应用于工业行业中，并且近来SCR 系统在汽车排放源中已得以发展。
尽管如以上所述，但现有的SCR定剂量系统仍具有多种缺陷。 在现有技术的系统中，加压泵位于箱模块中或位于箱模块附近， 从而以固定的已知压力向SCR催化转化器附近的远程喷射器喷嘴供应 还原剂。该系统根据所谓的压力/时间计量原理操作，从而通过使控制 孔暴露于受控压力持续已知时间而实现试剂计量。为了在这种系统中 实现压力控制的必要稳定性，需要复杂而精密的控制，因此成本高。 而且，计量精确性取决于雾化喷嘴流动面积的稳定性，而雾化喷嘴流 动面积由于位于热排气环境中，因而容易因结晶尿素沉积的积聚而变 化。
许多7>知系统利用回流方案，从而^(又为了冷却目的而向喷嘴供应 高于并超过SCR定剂量所需的过剩试剂，据此使过剩试剂通过单独的 管道返回到储存箱。此外，这样的系统可能会需要净化特征，其在发 动机关闭时起作用，从而最小化由于盐因从热的排气热回放而沉淀至 喷嘴组件中而阻塞喷嘴的倾向。在这种情况下，需要单独的净化泵， 并且由于在发动机切断之后进行净化，因而净化泵会引起车辆电池的 不期望消耗。
在WO 2006/050547 ( "Pankl Emission Control Systems")和WO 2008/006840 ( "Inergy Automotive Systems Research")中描述了具有这 些特征的现有定剂量系统的实施例。
现有技术中公知用于试剂定剂量的正排量泵，例如在WO 2005/024232 (Hydraulic Ring )、 WO 2007/071263 ( Grundfos )和WO 2008/031421 (Thomas-Magnete)中。然而，这种泵被设计用于在不期 望的低压下操作，并且由于泵送柱塞通过柔性隔膜与试剂分开，试剂
体积量计量精确性也大大低于柱塞泵可实现的精度。
本发明的目的是提供一种SCR定剂量系统，其基本上克服或减轻 了上述问题。本发明的进一步目的是提供一种操作SCR定剂量系统的 有利方法。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种将还原剂定剂量到具有SCR催 化转化器的内燃机排气流中的方法，该方法包括
根据第 一 定剂量方案，利用试剂喷射器将来自试剂箱的试剂在所 述SCR催化转化器上游的位置处喷射到排气流中，以补救排气流中的 预定比例的NOx,所述第一定剂量方案与发动机运转状态的第一范围 相关联；
根据第二定剂量方案，利用试剂喷射器将来自所述试剂箱的试剂 在所述SCR催化转化器上游的位置处喷射到排气流中，从而能在所述 试剂喷射器与所述喷射的试剂之间传递热量，所述第二定剂量方案与 发动机运转状态的第二范围相关联；
取决于发动机运转状态是位于发动机运转状态的所述第一范围还 是所述第二范围内而根据所述第一定剂量方案或所述第二定剂量方案 进行定剂量；
其中通过利用所述第二定剂量方案的定剂量所补救的排气流中的 NOx的比例小于所述预定比例。
优选的是，发动机运转状态的所述第二范围以比发动机运转状态 的所述第 一 范围更高的发动机负载和/或速度为特征。
所述喷射器通常包括雾化分配器以及正排量计量泵，该方法还包 括通过所述正排量计量泵从所述试剂箱抽取试剂并将其输送到所述分 配器。
所述喷射器通常还包括绝热装置，以确保在所述第一定剂量方案 期间，所述喷射器与所喷射的试剂之间的热量传递足以使得不需要用 于冷却目的的附加定剂量。
在优选实施方式中，该方法还包括感测所述试剂箱中的试剂水平； 以及当感测到的试剂水平低于预定水平时中断所述第 一定剂量方案。
根据本发明的第二方面，提供一种试剂定剂量系统，其用于将试 剂定剂量到内燃机的排气流中，该系统包括
用于储存试剂供应的试剂箱；
喷射器模块，该喷射器模块包括雾化分配器和正排量计量泵，该
正排量计量泵从所述试剂箱抽取试剂并将其输送到所述分配器； 使所述试剂箱与所述喷射器模块相连的供应线路；定剂量控制单元，该定剂量控制单元可操作以控制所述喷射器模 块，从而将试剂喷射到排气流中；以及
附加灌注泵，该附加灌注泵布置成在使用中沿着所述供应线路朝 所述喷射器模块促动试剂。
优选的是，在本发明的上述任一方面中，所述分配器紧密连接至 所述计量泵，并且更优选的是，与所迷计量泵集成在同一单元内。
所述灌注泵优选布置成在使用中在起动模式或起动模式期间沿所 述供应线路朝所述喷射器模块促动试剂，并且/或者在所述内燃机的运 行期间连续或间歇地沿所述供应线路朝所述喷射器模块促动试剂。
压力传感器可位于所述供应线路内，并且在一个实施方式中，所 述灌注泵可响应于来自所述压力传感器的压力信号操作。
优选的是，所述系统包括可安装在所述试剂箱内的箱模块，所述
箱模块包括
容器，该容器包括具有第一敞开端和笫二封闭端的管状件，该笫 二端中具有开口以使试剂能从所述试剂箱流入；
封闭件，该封闭件用于封闭所述管状件的所述第 一 端以防止试剂 从其流出；以及
试剂拾取管，该试剂拾取管具有布置在所述容器内的第一端以及 与所述供应线路流体连通的第二端；
其中所述灌注泵布置在所述箱模块内。
方便地，所述定剂量控制单元可操作以向发动机控制单元传输数 据并从其接收数据，该发动机控制单元可搡作以控制安装有所述定剂 量系统的内燃机。优选的是，所述定剂量控制单元可操作以经由CAN 链路向所述发动机控制单元传输数据并从其接收数据。
可选的是，所述定剂量控制单元可与发动机控制单元物理地集成， 该发动机控制单元可操作以控制安装有所述定剂量系统的内燃机。
根据本发明的另一方面，提供一种用于内燃机的排气系统，该排 气系统包括
放的排^流的^一端i及;成第二分支和;二i支的第丄端，该公共 排气部分包括颗粒过滤器，并且所述第一分支和所述第二分支分别包 括第一 SCR催化转化器和第二 SCR催化转化器；以及SCR定剂量器(SCRdoser),该SCR定剂量器用于在布置在所述 颗粒过滤器与所述公共排气部分的所述第二端之间的位置处将试剂喷 射到排气流中。
根据本发明的另一方面，提供一种用于内燃机的排气系统，该排 气系统包括
公共排气部分，该公共排气部分具有与内燃机相连以接收从其排 放的排气流的第一端以及分成第一分支和第二分支的第二端，该公共 排气部分包括颗粒过滤器，并且所述第一分支和所述第二分支分别包 括第一 SCR催化转化器和第二 SCR催化转化器；
第一 SCR定剂量器，该第一 SCR定剂量器用于在布置在所述第一 SCR催化转化器上游的位置处将试剂喷射到所述第一分支中；以及
第二 SCR定剂量器，该第二 SCR定剂量器用于在布置在所述第二 SCR催化转化器上游的位置处将试剂喷射到所述第二分支中。
根据本发明的另一方面，提供一种用于内燃机的排气系统，该排 气系统包括
放的排^流的;一端以及;成第丄分支和;二分支的第二端: 、
所述第一分支包括第一颗粒过滤器、第一 SCR催化转化器和第一 SCR定剂量器，该第一 SCR定剂量器用于在布置在所述第一颗粒过滤 器与所述第一 SCR催化转化器之间的位置处将试剂喷射到所述第一分 支中；并且
所述第二分支包括第二颗粒过滤器、第二 SCR催化转化器和第二 SCR定剂量器，该第二 SCR定剂量器用于在布置在所述第二颗粒过滤 器与所述第二 SCR催化转化器之间的位置处将试剂喷射到所述笫二分 支中。
根据本发明的另一方面，提供一种用于内燃机的排气系统，该排 气系统包括
公共排气部分，该公共排气部分包括颗粒过滤器，并具有与内燃 机相连以接收从其排放的排气流的第一端以及分成第一分支和第二分 支的第二端；
其中所述第一分支包括SCR催化转化器和SCR定剂量器，该SCR 定剂量器用于在布置在所述SCR催化转化器上游的位置处将试剂喷射到所述笫一分支中；并且
所述第二分支包括稀薄NOx捕集器以及碳氢化合物定剂量器，该 碳氢化合物定剂量器用于在布置在所述稀薄NOx捕集器上游的位置处 将碳氢化合物喷射到所述笫二分支中。
根据本发明的另一方面，提供一种用于内燃机的排气系统，该排 气系统包括
放的排气流的;一端以及分成第丄分支和^二分支的第二端'； 、
其中所述第一分支包括第一颗粒过滤器、SCR催化转化器和SCR 定剂量器，该SCR定剂量器用于在布置在所述第一颗粒过滤器与所述 SCR催化转化器之间的位置处将试剂喷射到所述第一分支中；并且
所述第二分支包括第二颗粒过滤器、稀薄NOx捕集器和碳氢化合 物定剂量器，该碳氢化合物定剂量器用于在布置在所述第二颗粒过滤 器与所述稀薄NOx捕集器之间的位置处将碳氢化合物喷射到所述第二 分支中。
优选的是，所述排气系统包括布置在所述公共排气部分的所述第 二端处的三通阀，所述阀可操作以沿所述第一分支和/或所述第二分支 引导所述排气流。
根据本发明的另一方面，提供一种用于内燃机的排气系统，该排 气系统包括
公共排气部分，该公共排气部分具有与内燃机相连以接收从其排 放的排气流的第一端以及分成第一分支和第二分支的第二端；
布置在所述公共排气部分的所述第二端处的三通阀，所述阀可操 作以沿所述第一分支和/或所述第二分支引导所述排气流；
其中，所述第 一分支包括用于将碳氢化合物喷射到所述第 一分支 中的碳氢化合物定剂量器以及布置在所述碳氢化合物定剂量器下游的 稀薄NOx捕集器；
所述第二分支包括用于将试剂喷射到所述第二分支的SCR定剂量 器以及布置在所述SCR定剂量器下游的SCR催化转化器；并且
所述第一分支的下游端在布置在所述SCR定剂量器上游的位置处 连接至所述第二分支，从而使排气能在其间流动。
根据本发明的另一方面，提供一种将试剂定剂量到具有SCR催化转化器的内燃机的排气流中的方法，该方法包括
利用包括正排量计量泵和雾化分配器的喷射器模块将具有喷雾动 量的试剂喷雾喷射到排气流中；
根据取决于排气流空间速度的控制参数对正排量计量泵进行控 制，使得所述喷雾动量提供所喷射的试剂与所述SCR催化转化器上游 的排气流的最佳混合。
优选的是，所述控制参数为驱动电流水平。所述正排量泵和所述 雾化分配器优选集成在同一单元内，使得它们可紧密连接。
应当理解，本发明的任一方面的优选和/或任选特征可单独结合， 或者也可适当组合在本发明的任何其他方面中。


以下将参照附图仅以实施例方式描述本发明的实施方式，在附图
中
图1表示可用于实施本发明方法的SCR定剂量系统； 图2是图1的SCR定剂量系统的可选图示； 图3是图1和图2的系统的喷射器模块的剖视图； 图4是根据本发明的SCR定剂量系统的实施方式，其包括灌注泵； 图5表示图4的SCR定剂量系统的变型，其包括独立的定剂量控 制单元；
图6表示图4的SCR定剂量系统的变型，其包括集成发动机/定剂 量控制单元；
图7表示图6的SCR定剂量系统的变型，其包括碳氩化合物定剂 量控制；
图8表示包括根据本发明的SCR定剂量系统的第一排气系统； 图9表示包括根据本发明的SCR定剂量系统的第二排气系统； 图IO表示包括根据本发明的SCR定剂量系统的第三排气系统； 图11表示包括根据本发明的SCR定剂量系统的第四排气系统； 图12表示图11中所示的排气系统中所用的三通阀； 图13表示包括根据本发明的SCR定剂量系统的第五排气系统； 图14表示包括根据本发明的SCR定剂量系统的第六排气系统； 图15是发动机负载对发动机速度的曲线图，并且示出了热管理区；以及
图16是用于本发明的SCR定剂量系统的喷射器模块的逻辑脉冲、 驱动电流和柱塞动作。
具体实施例方式
参照图1和图2,SCR定剂量系统1可操作以向内燃机3排放的排 气流中喷射一定量的试剂(或者说还原剂)。内燃机3为压燃式柴油机。
内燃机3由发动机控制单元(ECU) 5控制。排气系统7联接至内 燃机3,以从其输送排气排放物。
排气系统7包括第一部分8、第二部分IO、第三部分12和第四部 分14。排气系统7还包括布置在第一排气部分8和第二排气部分10之 间的柴油机氧化催化转化器9、布置在第二排气部分IO和第三排气部 分12之间的柴油机颗粒过滤器(DPF) 11、以及布置在第三排气部分 12和第四排气部分14之间的选择性催化还原(SCR)催化转化器13。
在内燃机3操作期间，来自发动机的排气排放物进入第一排气部 分8,穿过氧化催化转化器9、 DPF 11以及SCR催化转化器13,之后 经由第四排气部分14离开。
SCR定剂量系统1大体包括箱模块20、喷射器模块40和定剂量控 制单元(DCU) 70,以下更详细地对各个部件进行描述。
箱模块20安装在试剂箱21内，试剂箱21储存合适的试剂(或者 说还原剂)供应，例如含水尿素。含水尿素也被称为"ADBLUE" ( RTM ) 以及"柴油机排放物流体"，并且在当前实施方式中，试剂为含水尿素 的低共溶物(水中尿素的重量为32.5%)。试剂箱21可由合适的塑性聚 合物形成，例如高密度聚乙烯(HDPE)。
箱模块20包括深拉拔不锈钢杯或容器30以及聚合物闭合件或帽 32。杯或容器30可以另选地由合适的聚合物或塑性材料制成。
箱模块20还包括试剂加热器22、试剂过滤器23、试剂水平传感 器24、试剂温度传感器25、试剂质量传感器26和试剂拾取管27的全 部或一部分，这些均可与帽32成一体。试剂温度传感器25可例如为 热敏电阻器。用于试剂加热器22以及试剂水平传感器24、试剂温度传 感器25和试剂质量传感器26的电连接件穿过帽32。
穿透容器30的底部形成一孔，该孔允许试剂箱21中的试剂流入箱模块20中。该孔可装配有单向阀，其允许试剂流入箱模块20中， 但阻止其回流到试剂箱21中。
容器30的功能是为试剂过滤器23、试剂加热器22和试剂水平传 感器24提供结构稳定的壳体，并提供可在冷浸启动之后将熔化的试剂 保持在其中的容器。这对于满足即使在试剂有可能冻结的状态下(在 含水尿素的情况下低于-ll。C),定剂量系统1也应当在从发动机起动开 始的指定时间间隔内充分起作用的这样的要求来说是必需的。
箱模块20可安装在允许定期维护可接近性的任意方便位置。试剂 箱21可集成到车辆燃料(碳氢化合物)箱中，从而浸没在协同定位的 燃料等中，或者可为独立模块。试剂箱21可以例如由发动机进气增压 空气压力加压。
随着试剂箱21消耗，理想的是在其完全耗尽之前，必须补给内容 物。这可借助任何合适的补给策略实现。例如，试剂箱21自身可具有 离散填充口 ，或者可与诸如美国专利No.6,554,031(福特全球科技公司) 的组合车辆燃料/试剂的加混合燃料系统(cofuelling system )关联。其
充填盒筒和非正式填充。
试剂拾取管27的第一端布置在试剂过滤器23附近，使得容器30 中的试剂在进入拾取管27时经过试剂过滤器23。试剂拾取管27的第 二端终止于试剂箱21的壁处。
喷射器模块40借助于供应线路35连接至试剂箱21。供应线路35 的第一端通过任何合适的连接装置附连至试剂拾取管27的第二端。供 应线路35的笫二端连接至喷射器模块40以向其输送试剂。
供应线路35设有供应线路加热器37,以在外界温度低于-11摄氏 度时使供应线路35内的试剂升温。供应线路加热器37可为嵌在供应 线路35内的电阻元件。另选的是，该元件可巻绕在供应线路35的外 表面上。本领域技术人员应当理解，可采用任何合适的加热装置来加 热供应线^各35。
尽管在图2中，示出试剂拾取管27伸出容器30的底部外，但是 另选的是，试剂拾取管27可穿过帽32, —端延伸到容器30中而另一 端连接至供应线路35。另选的是，试剂拾取管可穿过容器30的侧壁。
喷射器模块通常包括电致动的变频固定沖程的正排量柱塞泵，该泵向紧密连接的雾化喷嘴输送定量的试剂份儿。
参照图3,喷射器模块40包括计量泵41和分配器(或雾化器)42, 它们集成在同一单元内并由连接管43连接在一起。计量泵41和雾化 器42紧密连接并形成一体式单元。喷射器模块40安装至排气系统7 的第三排气部分12,位于SCR催化转化器13的上游。分配器42设置 在排气系统7的排气流内，并布置在其喷雾与排气流协作而使气体与 试剂之间最佳混合的高度。计量泵41设置在排气系统7.外侧，从而可 由于暴露于外界的冷却空气而获益。
连接管42包括导管44,导管44具有可供试剂穿过的孔45。导管 44能够在高压下容纳试剂。导管44接收在用于连接管43的管套46内， 在导管44和管套46之间限定了隔室47。将隔室47抽空，以限制笫三 排气部分12内的热排气的热量传递给导管44的孔45中的试剂，从而 防止^式剂过热。
计量泵41包括入口通道48和过滤器腔49,过滤器腔49布置在入 口通道48的下游并与其流体连通。过滤器腔49容纳试剂过滤器50。
计量泵41还包括致动器装置，该致动器装置包括杆件51、线圈架 52和电磁线圏53。杆件51包括大致筒状的内杆件54、朝向外的凸缘 55以及位于凸缘55下游的中央管状台或凸起56。杆件51包括轴向孔 57。柱塞58可滑动地容纳在孔57内。线圈架52绕杆件51的内杆件 54设置，在线圈架52与内杆件54之间限定供应通道59。
线圏53通过供电线缆60与电源(未示出)电连接。电源能够向 线圈53供应可变电流，从而在线圏53周围感生可变磁场。
盘状电枢61附连至柱塞58的上游端。在柱塞58的下游设有输送 阀62。柱塞58的下游端与输送阀62之间限定泵送腔63。
使用时，试剂从入口通道48流过试剂过滤器50，试剂过滤器50 用于从试剂流中过滤出沉淀物之类的固体颗粒。之后，试剂可流过电 枢61，经由供应通道59进入泵送腔63。为了分配试剂，使电流经过 线圈53以激励线圏104， 乂人而在线圏53周围感生》兹场。所产生的；兹场 在电枢61上施力，该力又驱动柱塞58产生泵送沖程。由于柱塞58的 移动，泵送腔63的容积减小，从而使泵送腔63中的试剂的压力增大。 当泵送腔63中的压力到达阈值时，试剂通过输送阀62排出，借此增 大连接管43的导管44中的试剂的压力。岡形式的喷嘴阀64。喷嘴阀 64包括借助弹簧朝非喷射位置偏压的阀元件65。当导管中的试剂的压 力超过阈值时，阀元件被迫进入喷射位置，试剂从分配器排出。
当泵41的柱塞58达到其泵送沖程终点时，喷射器模块40内的压 力发生变化，使得喷嘴阀64和输送阀62关闭，从而试剂通过分配器 42的排出停止。当流过线圏53的电流#:切断时，线圈53周围的磁场 减小。通过电枢61作用在柱塞58上的磁力减小，并且回复弹簧66沿 向上游方向偏压柱塞58。随着泵送腔62的容积的增大，试剂可流入泵 送腔63内，为下一泵送冲程做好准备。
在申请人的共同未决欧洲专利公报No. 1878920中更详细地描述了 喷射器模块40，通过引用将其内容结合于此。
上述计量泵41采用与压力/时间计量方法相反的正排量计量原理。 更具体地说，通过驱动已知直径的柱塞58经过固定的已知冲程，排出 离散的已知且不变(固定)体积的试剂。这产生高度可重复且一致的 试剂体积量计量。
由于SCR定剂量系统1的目的在于消除SCR催化转化器13下游 的排气中的NOx,因此试剂定剂量需要高级别的体积精度，这是因为 定剂量速率太低会使NOx漏过，太高会使氨滑过催化转化器。这两种 结果都是非常不希望的。本发明所采用的正排量计量原理以简单而有 效的方式满足定剂量精度的要求。对于定剂量精度来说，还优选的是 在计量泵41和雾化分配器42之间具有液压"刚性，，系统，在上述实 施方式中这通过使这两个单元在一体式单元内相对紧密地连接，使得 内部死体积專交小，并因而使系统柔量(system compliance ) 4交4氐。
相对于现有技术来说，上迷喷射器模块的优点在于借助正排量计 量原理，不需要位于箱模块中或其附近的单独加压泵。这是因为计量 泵41的动作从试剂箱21沿着供应线路抽取试剂。此外，计量泵41在 分配器42的喷嘴阀64处产生的高压，例如约为50巴，足以使喷嘴阀 64不会有结晶的尿素，从而排除在发动机关闭之后对净化系统的需要。 而且，通过使喷嘴阀64保持干净，可使柱塞58的每个泵送冲程输送 的试剂量保持恒定。
上述喷射器模块40的另 一优点在于计量泵41不需要泵送柱塞58 和试剂之间的中间隔膜。因此，与传统正排量泵相比，本发明的正排量计量泵41可产生较高压力，并且以更高精度输送期望体积量的试剂。 可通过改变单位时间内的泵冲程重复率(泵送频率)而改变试剂 流速，以与NOx(或其他污染物)的产生率相匹配。例如，若计量泵
每沖程排量为4mm3,则5Hz的泵操作频率将排出1.2ml/min的试剂(4 x 5 x 60/1000),并且这与频率成线性比例，从而在100Hz时，排量为 24ml/min。输送对泵送频率的这一高度线性响应对于简化控制逻辑也是 有利的。
上述喷射器模块40的另 一优点在于可获得定剂量流的瞬态响应或 速率变化。更具体地说，计量泵41可以以OHz (零流动)的重复率或 频率被驱动，接着立刻达到最大重复率(例如，150Hz),然后回到OHz。 尽管某些压力/时间计量定剂量系统也可展现这一功能，特别是当定剂 量(计量)阀靠近喷嘴时，但是本发明的频率受控计量泵41可附加地 以"突发，，模式驱动，其中该泵可被过驱(over-driven)至例如175Hz, 以满足短期瞬态要求。
液压刚性正排量计量思想的再一优点是能够产生高喷射压力从而 赋予雾化试剂高动量的能力。高喷射压力对于实现试剂细雾化是有益 的，试剂细雾化对于在排气流中的混合以及从喷嘴驱逐结晶试剂来说 是期望的，否则喷嘴会堵塞或者扰乱喷雾型式。因而，通过该构造， 避免了对净化回^各的需求。
正排量思想的又 一 优点在于，若在存储器中存储有效执行的泵沖 程的运转记录，则可随着时间推移对试剂流进行精确求和。该信息可 用于排除对试剂箱21中的试剂水平传感器24的需求，或者用于对来 自低成本低分辨率水平传感器的信息进行补充，或者用于向OBD (车 载诊断)模块提供支持信息。
如先前所述，分配器42的目的是尽可能精细且均匀地雾化试剂， 并以使试剂能够与排气流混合并在排气流中蒸发的喷雾型式射出试 剂，使得不管排气流速如何，都会在+嘴64和SCR催化转化器13之 间的距离内发生从试剂至氨的转化，并使得所述氨均匀地经过SCR催 化转化器13的表面而提供给SCR催化转化器13。这要求喷雾型式与 SCR催化转化器13紧上游的具体排气系统的几何尺寸相匹配并与其协 作。
非常期望实现这些目的，因为这允许缩短喷嘴至催化转化器的距离，也允许催化转化器尺寸小于不良雾化喷嘴情况下的催化转化器尺 寸。在某些情况下，所述雾化喷嘴与排气管中的位于催化转化器之前 的"混合器"装置一起使用，该"混合器"装置通过将气体层流转化
成紊流而促进试剂与排气流混合；在其他情况下，可在SCR催化转化 器13的紧前方采用"水解"催化转化器，以辅助将尿素还原为氨。
本发明的计量泵-喷射器模块可与上述混合辅助装置一起使用，或 者不与上述混合辅助装置一起使用。
液压刚性正排量计量系统的再 一 优点在于其可将非常少量的试剂 直接输送至发动机的燃烧区，从而可利用SNCR的优点。这在申请人 的美国专利No.6,679,200中做了更详细地描述。在SNCR中，不借助 于催化转化器而是仅通过在紧随燃烧事件之后发生的相对较窄的温度 窗发生NOx还原。然而，这会在所有条件下发生，即使发动机变冷并 且SCR系统还未起作用时也会发生。因此，存在这样的可能性，能有 利地结合两种N Ox还原技术以实现高于任意 一 种方法独自的整体转化 率。因此，利用上述类型的喷射器模块40可采用SCR技术和SNCR 技术，并且有利的是，多个喷射器模块可由同一DCU控制。
上述系统的又一优点在于，其具有单个流体构造，其中仅分配含 水尿素(或其他类型的试剂)。这消除了对第二流体(例如加压空气) 的需求，现有技术系统中使用第二流体来辅助含水尿素雾化至载有NOx 的排气流中；并且这还有助于阻止会阻塞或者扰乱系统操作的结晶盐 形成。
DCU70控制试剂定剂量策略，并且可包括处理装置，例如微处理 器，和用于存储所需的软件控制策略的存储装置。DCU70从安装在发 动机和车辆的各种传感器接收信号，并利用这些输入来计算对计量泵
41的适当输出。此外，DCU 70控制箱模块试剂加热器22和供应线路 加热器37。
DCU 70接收来自试剂水平传感器24、试剂温度传感器25和试剂 质量传感器26的输入。此外，SCR定剂量系统1包括NOx传感器72、 SCR催化转化器温度传感器74和氨(NH3)传感器76。 NOx传感器72 布置在第二排气部分10中，位于氧化催化转化器9和DPF ll之间。 SCR催化转化器温度传感器74和NH3传感器76布置在SCR催化转化 器13附近。在当前实施方式中，DCU 70和ECU 5经由CAN链路77或能够使 数据在其间传输的其他合适连接而链接。DCU70还具有天线78,用于 向外部源发送数据并从外部源接收信息。
根据具体的系统方案和硬件功能，DCU70可构造成执行以下一种 或多种。
a) 发动机排气的N0X估算才莫型。例如，DCU 70可经由CAN链 路77从ECU 5接收与发动机运转状态相关的数据，并将接收 到的数据与预存储的数据进行对比，以估算发动机NOx的量 产(mass production )。
b) NOx传感器从(催化转化器的)上游和/或下游进行监测。例 如，N(X传感器72可输出指示排气流中的NOx浓度的信号。 可在第四排气部分14布置附加的NOx传感器，以检测滑到 SCR催化转化器13下游的NOx。
c) NH3 (氨)传感器从催化转化器的中点或下游进行监测。NH3 传感器76可用于检测何时发生试剂过定剂量。
d) 监测系统温度，所述系统温度包括试剂温度、排气温度、催 化转化器温度、外界温度。这可通过试剂温度传感器25、 SCR 催化转化器温度传感器74以及其他适当布置的温度传感器 实现。
e) 监测发动机进气湿度。
f) 监测发动机进气和/或排气的02(氧气)含量，以评估排气再 循环(EGR)水平。
g) 根据试剂水平传感器24的输出监测箱模块中的试剂水平。
h) 利用试剂质量传感器26监测试剂溶液质量。
i) 经由毛刺检测(glitch detection )来监测泵沖程完成。
j) 根据累积有效泵冲程计数来估算箱模块中的试剂水平。由于 每一有效泵沖程分配固定量的试剂，因此若试剂箱21中的初 始试剂量已知，则可根据执行的有效泵冲程总数推导出剩余 量。
k)控制泵致动器驱动能量水平以实现有效沖程。
1) 通过喷射器致动频率控制单位时间内的试剂输送量。
m) 控制箱模块的试剂加热器以及至喷射器的加热线路。例如，在试剂温度传感器25检测到的温度低于阈值时可接通试剂
加热器22和/或供应线路加热器37。 n) 执行传感器线性化。 o) 执行系统诊断调查。
p)执行车载诊断(OBD)汇报功能。可向用户汇报定剂量系统
中的故障或异常。 q) 维护系统故障数据库。
r) 例如通过CAN链路77或其他合适连接与车辆/发动机控制才莫 块通讯。
s)例如通过天线78与非车载试剂分配装置通讯。
t) 对SNCR与SCR之间的试剂输送进行比例控制。在采用选择 性非催化还原和选择性催化还原二者的情况下，DCU 70可操 作以相应地调节试剂输送。
本发明的SCR定剂量系统具有前述系统的所有属性。
参照图4,示出了本发明的SCR定剂量系统1,其中与图1中相同 的附图标记用于表示相似部件。重要的是，图4中的SCR定剂量系统 除了喷射器模块40的正排量计量泵41之外还包括灌注泵80。灌注泵 80布置在试剂箱21附近，并且可操作以从试剂箱21沿着供应线路35 朝喷射器模块40促动试剂。
图4中所示的布置在以下情况下尤其有益，其中试剂箱21与喷射 器模块40隔开较远或者试剂箱21在喷射器模块40上方布置得不够高， 不足以使试剂能仅在重力作用下沿着供应线路35流动。在这些情况下， 由计量泵41提供的抽吸效果可能不足以足够快地从试剂箱21抽取试 剂以确保在发动机起动后尽快起动排气流中的N0X的选择性催化还 原，从而符合法规。
灌注泵80仅需为低压泵(即，显著低于6巴，更有可能仅为0.5 巴)。这是因为，在本发明的SCR定剂量系统1的情况下，供应线路 35中的试剂不必要加压至与喷射器模块喷嘴阀64处的压力一样高。因 此，可使灌注泵80的成本较低。
灌注泵80可在发动机起动时或紧随发动机起动后(即，在发动机 的起动模式期间)操作，以向供应线路35灌注试剂。另选地，或者附 加地，灌注泵80可根据需要在发动机运转期间持续操作，或者在发动机运转期间间歇操作，以确保足够量的试剂被供应给喷射器模块40，
从而确保维持所需的定剂量方案。还可在供应线路35中设置压力传感 器，灌注泵80可响应于来自该传感器的、指示供应线路35中的试剂 压力的信号操作。
如以上参照图1和图2所述，DCU 70可包括与其中安装有SCR 定剂量系统1的车辆的ECU 5不同的处理装置和存储装置。在这种情 况下，DCU 70和ECU5之间的CAN链路77使得能在二者之间传送数 据。因此，通过该构造，DCU70可从服务于ECU 5的现有传感器接收 输入信号。
参照图5,在本发明的另选实施方式中，DCU70可为独立单元， 其不链接至车辆ECU5。在这种情况下，DCU70可设有其自有的安装 于发动机的输入传感器排列，这些传感器不同于服务于ECU 5的传感 器。来自安装于发动机的输入传感器的输入在图5中由附图标记79表示。
图5中的实施方式对于其中SCR定剂量系统1改装到车辆上的售 后应用尤其有用。在这种情况下，由于无需设置至车辆ECU5的CAN 链路77，从而避免了任何与ECU5兼容的问题，因而SCR定剂量系统 1的安装得以筒化。因此，通过图5的独立DCU, DCU70的性能或权 限可扩展至完全负责还原剂定剂量的所有方面，包括基于发动机模式 和/或传感器估算NOx。
参照图6，在本发明的另一实施方式中，DCU70可物理地集成到 现有发动机或车辆控制单元(ECU) 5中。在这种情况下，DCU70可 具有减小的权限水平，从而由DCU 70和ECU 5分享权限。
参照图7，可设置附加的喷射器模块90以执行碳氢化合物(HC) 定剂量，用于DPF 11的再生。HC喷射器模块90具有与前述SCR试 剂喷射器模块40相同的构造。因而，HC喷射器模块90和SCR喷射 器模块40都可由DCU 70控制。
HC喷射器模块90安装在排气系统7的第一排气部分8中。HC喷 射器才莫块90与HC供应92 (例如，从车辆燃料箱供应的燃料)相连。 从HC喷射器模块90定剂量的HC在排气氧化催化转化器9中产生放 热反应，并且排气流温度的升高致使DPF 11再生，其中捕集在DPFll 内的含碳颗粒被氧化。通过该构造，可避免与传统的晚期喷射后缸内定剂量相关的问题。 更具体地说，当在燃烧事件发生后在缸内执行HC定剂量时，燃料有可 能会粘到发动机缸壁上，这会不利地影响发动机的排放性能和耐用性。
图7的构造不会产生上述问题，并且尽管该构造需要单独的HC喷 射器模块，但是由于单个DCU70可控制多个喷射器模块，其中例如一 个模块定剂量用于NOx补救的还原剂，另一模块定剂量用于DPF再生 的碳氢化合物(HC),因此系统得以简化。
而且，单个DCU可操作以控制多个喷射器模块，例如在其中多气 缸组发动机具有两个独立的排气系统，每个排气系统均具有SCR催化 转化器的情况下，这将在以下详细描述。
在以下描述中，将用于将还原剂喷射到排气流中以实现NOx补救 目的的喷射器模块称为"SCR定剂量器"。而且，将用于将HC喷射到 排气流中以实现DPF再生目的的喷射器模块称为"HC定剂量器"。
参照图8,具有"直六"构造的发动机200具有包括公共排气部分 202、第一分支204和第二分支206的排气系统。公共排气部分202包 括颗粒过滤器208和布置在颗粒过滤器208下游的SCR定剂量器210。 在SCR定剂量器210的下游，公共排气部分202分成第一分支204和 第二分支206。第一分支204和第二分支206分别包括第一 SCR催化 转化器212和第二 SCR催化转化器214。
通过上述布置，可采用单个SCR定剂量器210为两个单独SCR催 化转化器212、 214提供试剂。
参照图9，除了在笫一分支204和第二分支206中分别设置第一 SCR定剂量器215和第二定剂量器216来取代单个SCR定剂量器210 之外，该排气系统与图6中所示的排气系统相同。第一SCR定剂量器 215布置在第一 SCR催化转化器上游；同样，第二定剂量器216布置 在第二 SCR催化转化器214上游。
参照图10,除了在第一分支204和第二分支206中设置笫一颗粒 过滤器217和第二颗粒过滤器218来代替公共排气部分202中的单个 颗粒过滤器208之外，该排气系统与图9中所示的排气系统相同。第 一颗粒过滤器217布置在第一 SCR定剂量器215上游；同样第二颗粒 过滤器218布置在第二 SCR定剂量器216上游。
参照图11,除了第二分支206包括HC定剂量器219和NOx吸收器或稀薄NOx捕集器(LNT) 220而不是第二 SCR定剂量器216和第 二SCR催化转化器214之外，该排气系统与图9中所示的排气系统相 同。HC定剂量器219布置在LNT220上游，以将HC喷射到在第二分 支206中流动的排气流中，从而使LNT220再生。
如先前所述，由于HC定剂量器219可以是与SCR定剂量器215 构造相同的喷射器模块，因而单个DCU可配置成控制SCR催化转化 器212的试剂定剂量和LNT 220的再生。
如图12中更详细所示，排气系统还包括布置在公共排气部分202、 第一分支204和第二分支206之间的汇合处，即在图12中标有"A" 的区域处的瓣阀240。瓣阀240包括可绕枢轴244运动的阀瓣242。阀 瓣242的尺寸设定为使得可根据阀瓣242绕枢轴244的旋转阻塞第一 分支204或第二分支206的口部。
阀瓣242的运动由致动器(未示出)控制，并且阀瓣的位置决定 排气流是沿第一分支204、第二分支206还是同时沿第一分支204和第 二分支206流动。
因此，当阀瓣242定位成阻塞第一分支214的口部(如图13中所 示)时，沿着第二分支206引导排气流，使得可通过LNT 220去除排 气流中的NOx。相反,当阀瓣242定位成阻塞第二分支206的口部时， 沿着第一分支204引导排气流，使得可通过SCR催化转化器212去除 排气流中的N0X。
通过上述构造，可选择去除排气流中的N0X的最适当的方法。例 如，当试剂箱21为空时，可沿着第二分支206引导排气流，从而利用 LNT 220去除NOx。另选的是，在LNT 220再生期间，可沿着第一分 支204引导排气流，从而利用SCR催化转化器212去除NOx。
瓣阀240可以是双极阀，使得阀瓣242始终阻塞第一分支204和 第二分支206的其中之一。另选的是，瓣阀240可操作成使得阀瓣242 可位于这些位置的中途，从而沿着第一分支204和第二分支206引导 排气流。在这种情况下，由于SCR催化转化器212和LNT220可都操 作以去除排气流中的NOx,因此这些部件均可构造成与其他情况下所 需的相比较小的尺寸。在另一实施方式中，可调整瓣阀240的位置以 调节沿第 一通路或第二通路行进的排气的比例。
参照图13,除了第二分支206包括HC定剂量器221和NOx吸收200910147027.2
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器或稀薄NOx捕集器(LNT) 222而不是第二 SCR定剂量器216和第 二SCR催化转化器214之外，该排气系统与图10中所示的排气系统相 同。HC定剂量器221布置在LNT 222上游，以将HC喷射到在第二分 支206中流动的排气流中，从而使LNT 220再生。因此，该排气系统 可设有图12中所示类型的瓣阀240,并且可以与图11中所示的实施方 式相同的方式操作。
参照图14,该排气系统包括公共排气部分230，其分成第一分支 231和第二分支232。在公共排气部分、第一分支与第二分支之间的交 叉处设置参照图12所述类型的三通阀240。第 一分支231包括HC定剂量器233和布置在HC定剂量器233下 游的LNT234。第二分支232包括SCR定剂量器235和布置在SCR定 剂量器235下游的SCR催化转化器236。第一分支231的下游端在SCR 定剂量器235的上游且在阀240的下游处与第二分支232相交，使得 第一分支231中的排气流可流入第二分支232中。
阀240可操作以将在公共排气部分230中流动的排气流引导至第 一分支231或第二分支232的上游端，或者任选地引导至第一分支231 和第二分支232中。
在阀240将排气流仅引导至第 一 分支2 31的情况下，排气流过LN T 234流入第二分支232并流过SCR催化转化器236。通过该构造，可增 强较低操作温度下，例如发动机起动后，排气流中的NOx的补救。更 具体地说，LNT234可操作以在SCR催化转化器236达到其约为200°C 的正常操作温度之前捕集排气流中的NOx。因此，在例如150°C的温 度下，通过LNT234去除排气流中的NOx,从而使得与仅利用SCR催 化转化器236所实现的相比来自排气系统的NOx排放物更少。
另一优点在于LNT 234可用于生成NH3。因此，由LNT 234生成 的NH3可补充由SCR定剂量器235喷射的试剂，以补救SCR催化转 化器236中的NOx。因而，可减少需由SCR定剂量器235喷射的试剂 的量。在申请人的共同未决美国专利申请US-2007-0065354和 US-2007-0271908中可找到氨生成技术的进一步细节。
在阀240将排气流仅引导到第二分支232中的情况下，排气仅流 过SCR催化转化器236。通过该构造，当SCR催化转化器升温到其正 常操作温度时，可不需要LNT 234,并且排气可仅被引导通过SCR催化转化器236。另选的是，在HC定剂量器正在喷射时的LNT 234再生 期间，可能需要仅沿第二分支232引导排气流。
参照图15,为了符合法规，必须在指定的驱动/排放物测试循环或 排放物区300控制NOx排放物。排放物区300覆盖一定范围的发动机 负载和发动机速度。因此，SCR定剂量系统1必须是可在整个排放物 区300操作的。当在高负载状态下，在超过测试循环覆盖区以外操作 时，不是绝对需要试剂定剂量，并且为了使试剂消耗最少，尽管发动 机正在产生NOx并释放到大气中，车辆标定器也可选择停止定剂量。 上述SCR喷射器模块40在其进入排气系统7之处釆用热管理装置，该 热管理装置包括用于分配器42的绝缘套筒。这一有益的绝缘布置足以 确保不需要在整个排放物区进行用于冷却目的的附加定剂量。然而， 当在高负载下操作时，排气温度可超过500。C,并且在该状态下的延长 时间会挫败用于分配器42的绝热措施，致使含水尿素变干而以沉积盐 阻塞分配器42。
在本发明的实施方式中，DCU 70控制喷射器模块40在高负载状 态下间歇喷射或不定时喷射试剂，尽管标定并不特别需要这种定剂量。 因此，可通过间歇的试剂流使计量泵41和分配器42之间的绝缘连接 管43保持干净和冷却。电磁操作的正排量泵的特定特征在于喷射压力 显著高于公知定剂量系统的喷射压力。因此，在本发明的情况下，计 量泵41能够迫使新鲜试剂穿过沉积盐，从而在会使现有技术系统失效 的状况下可维持定剂量性能。
在本发明的一个方面中，热管理区310为位于排放物循环300的 覆盖区以外且负载高于排放物循环300的覆盖区的速度/负载区，并且 在该热管理区310中，正常标定可能不需要试剂定剂量方案或者需要 严格限制的试剂定剂量方案，当在这样的热管理区310中操作时，采
用其中基于在试剂雾化器附近测量或估算的排气温度而不是基于正常 NOx还原策略的定剂量方案的流动管理体制。因此，分配器42附近的 排气温度越高，计量泵致动重复率越高，且该重复率在进展期间由喷 射器才莫块40的能力确定，从而一旦负载返回至排放物循环体制就立刻 维持正确功能。在该流动管理体制期间，由于目标是防止变干和雾化 器的阻塞而不是将NOx排放物保持在合法水平内，因此定剂量速率显 著低于排放物循环体制期间的定剂量速率。典型的是，在排放物循环300期间，定剂量频率在0至100Hz之 间，通常约为100Hz,并且由SCR催化转化器温度和NH3加载决定。 最佳定剂量速率由发动机的NOx生成决定，而NOx生成又与发动机负 载相关。在热管理区310中，定剂量频率通常在0至20Hz之间，并基 本由排气温度决定。因此，在这些相对4交高频率(通常是20至100Hz) 下，定剂量是相当连续的，但是具有取决于发动机负载(在低负载下 频率较低，在高负载下频率较高)以及发动机是在排放物循环300中 运行还是在热管理区310中运行的可变频率。应当理解，即使在热管 理区310中定剂量时，也会对横过SCR催化转化器的NOx还原具有一 些影响，但是影响程度大大低于正常排放物循环300期间。
此外，上述流动管理体制可方便地与毛刺检测策略相结合，其中 毛刺检测用于区别有效泵送冲程和无效泵送沖程。更具体地说，参照 图16，可监测泵送事件的"时间坡度，，而不是如以上所述将排气温度 作为输入。因此，当分配器42开始阻塞时，由于难以排放试剂弹，因 而从激励到毛刺检测的时间间隔增大。当接近预定时间限制时，控制 算法增大重复率以保持管道自由流动。
立法部门(例如，美国环境保护机构)有可能规定试剂箱耗尽之 后允许发动机重启的最大次数，例如< 20次发动才几重启。在这些环境 下，在空箱的情况下可能不能实施上述策略。因此，必要时，可在箱 耗尽之前停止规则的定剂量，从而可将箱的剩余内容物用于上述热管 理策略。
此外，热管理策略可与DPF再生事件相关，DPF再生事件还在喷 射器模块上游产生非常高的排气温度。例如，当DCU确定正在发生 DPF再生时，基于稍后在温度较高时的事件中必须过定剂量，可使试 剂欠定剂量，同时始终尽力避免氨滑过SCR催化转化器。
试剂定剂量系统1为其一部分的整个SCR系统的目的在于尽可能 有效地使NOx转化成无害气体的程度最大，尤其是在瞬态排放物行驶 循环中。由于催化剂限制，该转化仅可在大约180°C至450°C的载体 温度范围内发生，但是这些状况就温度和负载而言覆盖发动机的大部 分操作范围。然而，在覆盖这些范围中，在进入排气系统7的试剂进 入点处排气的空间速度具有宽范围变化。分配器42的目的在于使试剂 尽可能均质地与排气流混合，从而其尽可能快地水解，并且所产生的NH3尽可能均匀地横过SCR催化转化器13的表面沉积。若能实现这一 目的，则与其他现有情况相比可缩短必要的混合长度，并且由于更有 效的利用，SCR催化转化器13也可更小。两种结果都是非常期望的。 然而，喷雾特性(就液滴大小和动量而言)例如已针对中等排气 温度和空间速度优化的分配器会穿透不足并且太容易挠曲而不能在可 提供高空间速度的其他发动机状态下实现均匀混合，反之亦然。因此， 期望获得喷雾特性与发动机的整个运转范围内的排气流状态之间的良 好匹配。
在本发明的实施方式中，通过使用"智能"致动器驱动电路实现 上述目的。如先前所述，可利用驱动电路毛刺检测在开始激励与完成 柱塞58的完整有效的泵冲程之间建立时间间隔。^假设在正常液压状态 下，即通过供应线路35自由流动的试剂不冻结或阻塞，那么实现有效 沖程的时间在很大程度上取决于致动器在泵送事件期间消耗的能量。 同样，在由致动器输送至计量泵41的能量与喷嘴阀64处产生的试剂 喷射压力之间存在关系，这又在喷射压力和液滴大小与施加给喷雾的 动量之间存在关系。因此，通过增大或减小驱动电流波形，能够以有 限程度影响喷雾动量，因而在试剂喷雾特性与主导的排气空间速度的 匹配方面提供柔性。
因此，在使用中，提出根据排气空间速度改变驱动电流水平，在 高空间速度时提供高驱动电流，反之亦然，排气空间速度值从发动机 速度/负载映射图或者从发动机模式导出。可利用电压斩波驱动实现驱 动电流的变化，电压斩波频率借此控制作为结果得到的电流水平；低 斩波频率导致高驱动电流，反之亦然。然而，改变致动器驱动电流水 平也会改变致动器激励与有效冲程电流毛刺检测之间的时间间隔；低 驱动电流会导致用于完成有效冲程的长经历时间，反之亦然。这意味 着"有效冲程窗"也需要与电流水平一起变化。在申请人的共同未决 美国专利申请NO. 10/879,210中可找到该毛刺检测技术的进一步细节。
电磁操作泵思想的其中 一 个潜在问题是由电枢61在其沖程的两端 撞击提升挡块而产生的噪声问题。另一方面，智能驱动盒也可用于改 善该问题。通过采用毛刺检测特征，可使用自适应算法估算毛刺事件 的正时，然后恰好在冲程终点之前切断驱动电流，从而能实现有效的 完整冲程，但是电枢61软着陆。同样，在弹簧偏压的返回冲程，可通过经过定时以抑制电枢着陆速度的短持续驱动脉冲来安排软着陆。
本发明尤其适用于具有压燃(柴油)发动机的轻型车辆。然而， 本领域技术人员应理解，本发明同样可应用于以各种燃料(例如汽油) 操作的其他稀燃发动机，因为它们也可利用SCR技术。
本领域技术人员应理解，存在不止一种NOx还原催化剂/试剂组合。 尽管当前尿素SCR因其有利的转化率对催化剂温度性能而在汽车应用 中受欢迎，但是根据本发明的SCR定剂量系统同样可执行其他组合， 例如HC (碳氬化合物)SCR。
权利要求
1.一种将试剂定剂量到具有SCR催化转化器的内燃机(3)的排气流中的方法，该方法包括根据第一定剂量方案，利用试剂喷射器(40)将来自试剂箱(20)的试剂在所述SCR催化转化器上游的位置处喷射到所述排气流中，以补救排气流中的预定比例的NOx，所述第一定剂量方案与发动机运转状态的第一范围相关联；根据第二定剂量方案，利用试剂喷射器(40)将来自所述试剂箱(20)的试剂在所述SCR催化转化器上游的位置处喷射到排气流中，从而能在所述试剂喷射器(40)与喷射的所述试剂之间传递热量，所述第二定剂量方案与发动机运转状态的第二范围相关联；取决于发动机运转状态位于发动机运转状态的所述第一范围还是所述第二范围内而根据所述第一定剂量方案或所述第二定剂量方案进行定剂量；其中通过利用所述第二定剂量方案的定剂量所补救的排气流中的NOx的比例小于所述预定比例。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中发动机运转状态的所迷第二 范围以比发动机运转状态的所述第 一范围更高的发动机负载和/或速度 为特征。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，该方法还包括 感测所述试剂箱(20)中的试剂水平；以及 当感测到的试剂水平低于预定水平时中断所述第一定剂量方案。
4. 根据上述任一权利要求所迷的方法，其中所述喷射器(40)包 括雾化分配器(42)以及正排量计量泵(41)，该方法还包括通过所述 正排量计量泵从所述试剂箱(21)抽取试剂并将其输送到所述分配器。
5. —种试剂定剂量系统，其用于将试剂定剂量到内燃机(3)的 排气流中，该系统包括用于储存试剂供应的试剂箱(21);喷射器模块(40),该喷射器模块包括雾化分配器(42)和正排量 计量泵(41),该正排量计量泵从所述试剂箱(21)抽取试剂并将其输 送到所述分配器(42);将所述试剂箱(21 )与所述喷射器模块(40 )相连的供应线路(35 );定剂量控制单元(70),该定剂量控制单元可操作以控制所述喷射器模块(40),从而将试剂喷射到所述排气流中；以及附加的灌注泵(80)，该灌注泵布置成在使用中在选定状态下沿着 所述供应线路(35)朝所述喷射器模块(40)促动试剂。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中所述分配器(42)和所述计 量泵(41)集成在同一单元内。
7. 根据权利要求5或6所述的系统，其中所述灌注泵可在起动模 式或起动模式期间操作，并且/或者在所述内燃机(3)的运行期间连续 或间歇操作。
8. 根据权利要求5至7中任一项所述的系统，该系统包括可安装 在所述试剂箱(21)中的箱模块(20)，所述箱模块(20)包括容器(30),该容器包括具有第一敞开端和第二封闭端的管状件， 该第二端中具有开口以使试剂能从所述试剂箱(21)流入；封闭件(32),该封闭件用于封闭所述管状件的所述第一端以防止 试剂从其流出；以及试剂拾取管(27),该试剂拾取管具有布置在所述容器内的第一端 以及与所述供应线路(35)流体连通的第二端；其中所述灌注泵(80)布置在所述箱模块(20)内。
9. 一种将试剂定剂量到具有SCR催化转化器的内燃机(3)的排 气流中的方法，该方法包括利用包括正排量计量泵(41)和雾化分配器(42)的喷射器模块 (40 )将具有喷雾动量的试剂喷雾喷射到排气流中；根据取决于排气流空间速度的控制参数对所述正排量计量泵(41 ) 进行控制，使得所述喷雾动量提供所喷射的试剂与所述SCR催化转化 器上游的排气流的最佳混合。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述控制参数为驱动电流水平。
11. 一种用于内燃机(200 )的排气系统，该排气系统包括 公共排气部分(202),该公共排气部分具有与所述内燃机(200 )相连以接收从其排放的排气流的第一端以及分成第一分支(204 )和第 二分支(206 )的第二端，该公共排气部分(202 )包括颗粒过滤器(208 )， 并且所述第一分支(204 )和所述第二分支(206 )分别包括第一 SCR催化转化器(212)和第二SCR催化转化器(214);以及SCR定剂量器(210),该SCR定剂量器用于在布置在所述颗粒过 滤器与所述公共排气部分(202 )的所述第二端之间的位置处将试剂喷 射到所述排气流中。
12. —种用于内燃机(200)的排气系统，该排气系统包括 公共排气部分(202 ),该公共排气部分具有与所迷内燃机(200 )相连以接收从其排放的排气流的第一端以及分成第一分支(204 )和第 二分支(206 )的第二端，该公共排气部分(202 )包括颗粒过滤器(208 )， 并且所述第一分支(204 )和所述第二分支(206 )分别包括第一 SCR 催化转化器(212)和第二SCR催化转化器(214);第一SCR定剂量器(215)，该第一 SCR定剂量器用于在布置在所 述第一 SCR催化转化器(212 )上游的位置处将试剂喷射到所述第一分 支(204 )中；以及第二 SCR定剂量器(216 ),该第二 SCR定剂量器用于在布置在所 述第二 SCR催化转化器(214)上游的位置处将试剂喷射到所述第二分 支(206 )中。
13. —种用于内燃机(200)的排气系统，该排气系统包括 公共排气部分(202 ),该公共排气部分具有与所述内燃机(200)相连以接收从其排放的排气流的第一端以及分成第一分支(204 )和第 二分支(206 )的第二端；所迷第一分支(204 )包括第一颗粒过滤器(217)、第一 SCR催化 转化器(212)和第一 SCR定剂量器(215),该第一 SCR定剂量器用 于在布置在所述第一颗粒过滤器(217)与所述第一 SCR催化转化器(212)之间的位置处将试剂喷射到所述第一分支(204 )中；并且所述第二分支(206)包括第二颗粒过滤器(218)、第二 SCR催化 转化器(214)和第二 SCR定剂量器(216),该第二 SCR定剂量器用 于在布置在所述第二颗粒过滤器(218)与所述第二 SCR催化转化器(214)之间的位置处将试剂喷射到所述第二分支(206 )中。
14. 一种用于内燃机(200)的排气系统，该排气系统包括 公共排气部分(202 ),该公共排气部分包括颗粒过滤器(208 )并具有与所述内燃机(200 )相连以接收从其排放的排气流的第一端以及 分成第一分支(204)和第二分支(206)的第二端；其中所述第一分支(204 )包括SCR催化转化器(212)和SCR定 剂量器(215)，该SCR定剂量器用于在布置在所述SCR催化转化器 (212)上游的位置处将试剂喷射到所述第一分支(204 )中；并且所述笫二分支(206)包括稀薄NOx捕集器(220)以及碳氢化合 物定剂量器(215)，该碳氢化合物定剂量器用于在布置在所述稀薄NOx 捕集器(220 )上游的位置处将碳氢化合物喷射到所述第二分支(206 ) 中。
15. —种用于内燃机(200 )的排气系统，该排气系统包括 公共排气部分(202 ),该公共排气部分具有与所述内燃机(200 )相连以接收从其排放的排气流的第一端以及分成第一分支(204 )和第 二分支(206)的第二端；其中所述第一分支(204 )包括第一颗粒过滤器(217)、 SCR催化 转化器(212)和SCR定剂量器(215)，该SCR定剂量器用于在布置 在所述第一颗粒过滤器(217)与所述SCR催化转化器(212)之间的 位置处将试剂喷射到所述第一分支(204 )中；并且所述第二分支(206)包括第二颗粒过滤器(218)、稀薄NOx捕集 器(222)和碳氢化合物定剂量器(221),该碳氢化合物定剂量器用于 在布置在所述笫二颗粒过滤器(218)与所述稀薄NOx捕集器(220 ) 之间的位置处将碳氢化合物喷射到所述第二分支(206)中。
16. 根据权利要求14或15所述的排气系统，包括布置在所述公共 排气部分(202 )的所述第二端处的三通阀(240 ),所述阀(240 )可 操作以沿所述第一分支(204)和/或所述第二分支(206)引导所述排 气流。
17. —种用于内燃机(200)的排气系统，该排气系统包括 公共排气部分(230 ),该公共排气部分具有与所述内燃机(200 )相连以接收从其排放的排气流的第一端以及分成第一分支(231)和第 二分支(232 )的第二端；布置在所述公共排气部分(230 )的所述笫二端处的三通阀(240), 所述阀(240 )可操作以沿所述第一分支(231 )和/或所迷第二分支(232 ) 引导所述排气流；其中，所述第一分支(231)包括用于将碳氢化合物喷射到所述第 一分支(231)中的碳氬化合物定剂量器(233 )以及布置在所述碳氢化合物定剂量器(233 )下游的稀薄NOx捕集器(234 );所述第二分支(232 )包括用于将试剂喷射到所述第二分支(232 ) 的SCR定剂量器(235 )以及布置在所述SCR定剂量器(235 )下游的 SCR催化转化器(236 );并且所述第一分支(231 )的下游端在布置在所述SCR定剂量器(235 ) 上游的位置处连接至所述第二分支(232 ),从而使排气能在其间流动。
全文摘要
本发明涉及试剂定剂量系统及试剂定剂量方法。一种将试剂定剂量到具有SCR催化转化器的内燃机(3)的排气流中的方法，包括根据与发动机运转状态的第一范围关联的第一定剂量方案，用试剂喷射器(40)将试剂箱(20)的试剂在SCR催化转化器上游的位置喷射到排气流中，补救排气流中预定比例的NO_x；根据与发动机运转状态的第二范围关联的第二定剂量方案，用试剂喷射器(40)将试剂箱(20)的试剂在SCR催化转化器上游的位置喷射到排气流中。根据发动机运转状态位于第一或第二范围而根据第一或第二定剂量方案定剂量，第二定剂量方案定剂量补救的排气流中的NO_x比例小于预定比例。还提供一种试剂定剂量系统，用于将试剂定剂量到内燃机(3)的排气流中。
文档编号F01N13/08GK101598057SQ20091014702
公开日2009年12月9日 申请日期2009年6月8日 优先权日2008年6月6日
发明者M·P·哈迪, P·J·丁格尔, R·S·齐尔希 申请人:德尔菲技术公司