尿素喷射系统冲洗循环的制作方法
【专利摘要】本发明描述了一种尿素喷射系统冲洗循环方法和系统。一个示意性的冲洗循环包括对尿素喷射系统进行操作以向混合室的第一入口提供尿素溶液，向所述混合室的第二入口提供气体，且从所述混合室输出增压气体和尿素溶液的混合流。对位于所述第一入口和所述第二入口下游处的混合流的压力进行监控。基于被监控的压力实行冲洗循环，其中切断增压气流且向所述混合室提供尿素溶液。一个示意性的系统包括控制器，该控制器配置为控制尿素喷射系统按照所述示意性的方法实行冲洗循环。
【专利说明】尿素喷射系统冲洗循环
[0001]优先权
[0002]当前申请要求2011年8月22日提交的美国临时专利申请第61/526，102号的优先权和权益，其在此通过引用而全部并入。
【背景技术】
[0003]选择性催化还原(SCR)排气后处理系统是用于降低来自如柴油机那样的内燃机的NOx排放的重要技术。SCR系统一般包括:尿素溶液源、用于对尿素溶液进行增压的泵单元、用于向SCR催化器提供尿素溶液的受控制的数量或速率的计量单元、向位于SCR催化器的上游的排气流径的尿素分解区域提供尿素溶液的喷射器。许多SCR系统也应用增压气体来辅助尿素溶液流向喷射器。在能显著降低NOx排放的同时，SCR系统也存在着一些缺点和问题。在SCR系统中使用尿素溶液可能会导致在系统的多个组件上产生尿素晶体或沉积物，这可能会扰乱它们的运行。喷嘴可能会因为当尿素溶液暴露在较高温度下形成了尿素沉积物而被堵塞。暴露在高温下的话，也可能会在位于排气流径或其他位置的SCR催化器或其他组件上形成这种沉积物。泄漏到周边环境中的尿素也会损伤或损坏其他系统组件。促进减少与应用尿素溶液的SCR系统相关的这些或其他缺点是一个长期以来未能满足的需求。
【发明内容】
[0004]在某个的示例性的实施方式中，包括一个冲洗循环方法，该方法包括以下步骤:对尿素喷射系统进行操作以向混合室的第一入口提供尿素溶液；向混合室的第二入口提供增压气体；以及从所述混合室输出增压气体和尿素溶液的混合流。对所述第一入口和所述第二入口的下游位置的混合流的压力进行监控。基于监控的压力实行冲洗循环，在循环中切断增压气体流且向所述混合室提供尿素溶液。一个示例性的系统包括控制器，该控制器配置为控制尿素喷射系统按照所述示例性的方法来实行冲洗循环。通过在此提供的具体说明和附图，能显现出本申请更多的方面、实施方式、形态、特征、长处、目的、优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1是示例性地示出空气辅助尿素喷射系统的示意图。
[0006]图2是示例性地示出空气辅助尿素喷射系统的一部分的剖视图。
[0007]图3是图2中的某个组件的分解立体剖视图。
[0008]图4A-4D是在阀关闭事件的过程中的不同时间点处的图2和图3中示出的某个组件的剖视图。
[0009]图5-8是尿素喷射系统控制过程的流程图。
[0010]图9是示例性地示出尿素喷射系统的泵单元的侧视图。
[0011]图10是示例性地示出SCR后处理系统的排气流径的侧视图。
[0012]图11是示例性地示出SCR后处理系统的混合器的立体图。
[0013]图12是示出由带有和不带有混合器的多个SCR后处理系统所得的NOx转化百分 比的图表。
【具体实施方式】
[0014]为了更好地理解本发明的本质，以专用语言参照并描述附图中示出的实施方式。然而，可以理解的是，这些并非是对本发明的范围的限定，任何替代方式和对示出的实施方式的进一步修改以及对在此所述的本发明的本质的进一步的应用对于本领域的技术人员来说都是可预见的。
[0015]参照图1，不例性地不出了一个系统100,该系统用于将尿素溶液喷射到SCR排气后处理系统。可在以柴油机那样的发动机为动力的车辆上提供系统100，或者也可以是应用了其他方式的发动机为动力的车辆，其他方式例如是电力或泵系统。系统100包括泵134，泵134经过滤网138和止回阀136从罐140抽出尿素溶液。一种优选的尿素溶液是包含32.5%的高纯尿素和67.5%的去离子水的车用尿素(DEF)。然而，可知也可应用其他尿素溶液。泵134优选为隔膜泵，然而可知也可应用其他类型的泵。泵134输出的预定压力的增压尿素溶液流过止回阀130、脉动阻尼器122、及过滤器124向计量阀118提供增压尿素溶液。系统100进一步包括了旁通阀128，例如在清洗操作中，可操作旁通阀128来打开和关闭以允许或阻止尿素溶液流过旁通线132，流向网138的下游的可能流回罐140的位置。
[0016]可操作计量阀118来向混合室112提供速率可控的尿素溶液。混合室112也从气源102接收增压气流且在出口 116排放增压空气和尿素溶液的混合流。气源102可与车辆一体形成，也可与发动机一体形成，或者也可以是系统100专用的气源。可以理解的是，另外的实施方式中也可以应用空气之外的增压气体，例如一种或多种惰性气体的混合物。
[0017]气源102向空气调节器104提供增压空气。增压空气从空气调节器104进入空气切断阀106，空气切断阀106可选择为打开一允许增压空气流向止回阀110或关闭以阻碍增压空气的流动。止回阀110当其入口处的空气的压力高于阈值压力时打开，当空气的压力低于阈值时关闭。增压气流从止回阀110流向混合室112。带有增压空气的尿素水溶液的混合流离开混合室的出口 116以提供给喷嘴113，喷嘴113配置为将混合流喷射入排气后处理系统，排气后处理系统例如是通向SCR催化器的尿素分解管或排气流道。
[0018]控制器101功能可靠地配置为在存储器中存储指令且与该指令相关联，该指令可被控制器101读取和执行，用于对隔膜泵134、空气切断阀106、计量阀108、及旁通阀128进行控制。控制器101也功能可靠地从压力传感器114、压力传感器120和温度传感器126接收信号且和它们相关联。可操作压力传感器114以提供表明混合室112内位于尿素入口和增压空气入口的下游位置的压力的信号。此处的压力可以是增压空气和尿素的混合流的压力，可以只是空气的压力，可以只是尿素的压力，或者依照计量阀118和空气切断阀106的操作状态可以是没有尿素和压缩空气的压力。可操作温度传感器126以向控制器101提供表明位于隔膜泵134和计量阀118之间的位置的尿素溶液的温度的信号。可操作压力传感器120以向控制器101提供表明位于计量阀118的上游位置的尿素溶液的压力的信号。参照图2，示例性地示出了一个混合设备200，可操作混合设备200以输出尿素溶液和增压空气的混合流。混合设备200包括计量阀202，计量阀202具有出口 203，从出口 203向混合室204提供尿素溶液。可用控制器101对计量阀进行控制以提供受控制数量的受控制速率的尿素溶液。混合室204也从气道205接收增压气流，气道205从出口 206延伸至阀座表面208。对通过气道205的增压气流进行控制来得到有效提供气幕的速度和流特性，气幕阻止了结晶的形成和迁移。在上述实施形式中，混合室204实质上是圆柱形通道且配置为接收自计量阀202的尿素带有接收自气道205的压缩空气，而且向连接于喷射器的出口构件230提供压缩空气和尿素溶液的混合流，喷射器配置为向排气后处理系统提供混合流。可操作压力传感器207以感受位于尿素出口 203和空气出口 206的下游位置的混合流的压力。
[0019]由止回阀209和上游空气切断阀来对去向气道205的增压气流进行控制。止回阀209具有关闭构件210，关闭构件210在从柔性隔膜223朝向阀座表面208的方向上延伸。在图2中，关闭构件210示出为位于关闭位置以与阀座表面208接触来形成密封，从而防止了从气源通道212去向气源通道205的流。倾斜构件214向柱塞212施加锻造，柱塞212向关闭构件210施力以将止回阀209维持在关闭位置。倾斜构件214示出为弹簧的形式，但也可以是可操作为在朝着阀座表面208的方向上向关闭构件210提供力的各种其他倾斜构件。阀盖216与倾斜构件214接触且将其保持在与柱塞212相对应的位置。阀盖216也与隔膜223接触且将其紧固在混合设备200的下层结构上。
[0020]下表面隔膜223与气源通道222接触，气源通道222从空气入口 220接收增压空气。气源通道222中的增压空气紧贴隔膜223的下表面和与气源通道222接触的关闭构件210的部分提供力。此力与由柱塞212和倾斜构件214向关闭构件210施加的力是相反的。当气源通道222中的增压空气提供的力大于倾斜构件214提供的力时，止回阀209打开，增压空气从气源通道222经过止回阀209流向气道205。由倾斜构件214的预压量来确立打开/关闭阈值压力。倾斜构件214的预压量优选为在正好是或接近阈值压力时提供止回阀209的快速打开。优选为将阈值压力选择为正好是或接近于正常工作气压，例如是正常工作气压的90%或更高。由此，只有当存在足够的用于喷射的压力，才允许止回阀209打开。
[0021]优选为也将阈值气压选择为止回阀209只在正好是或大于阈值气压时才打开，阈值气压提供了气流特性，该气流特性能有效抑制在气源通道205中产生尿素结晶和尿素结晶朝关闭构件210迁移。对于如上所述的实施方式，本发明的发明人们将气源通道205中的气流速度定为至少是47米/秒，从而有效地抑制了在气源通道205中产生尿素结晶。可将阈值气压选择为提供最小气流率的误差幅度，例如可将压力选择为在气源通道205中提供至少是50-55米/秒的气流速度。然而可知阈值气压不应超过一个数量级，否则会提供不想要的气流特性。
[0022]可知依照气源通道205、止回阀209、及混合室204的特性，有效抑制尿素结晶产生的阈值气压和相关的气流速度的数量级会有很大差异。在上述实施方式中气道205在大约6毫米的长度上延伸且具有实质大约I毫米的等径。对于该配置，压力定为表压是3.45巴+/-0.4巴或更高以提供想要的有效抑制尿素结晶产生的气流特性。另外的实施方式中包括了有不同特性的气源通道，具有有效抑制尿素结晶产生的不同的阈值气压值和相关的气流速度。
[0023]参照图3，示出了图2中示出的某个组件的分解立体剖视图。柔性隔膜223包括皱折225，皱折225对挠性进行调节来移动关闭构件210且为柱塞212提供了对齐特征。柔性隔膜进一步包括外围脊部224，外围脊部224接触罩壳以将隔膜223固定在适当的位置且相对于隔膜223为罩壳226提供了对齐特征。固定夹226与柱塞214上的凹槽227啮合以相对于罩壳216将柱塞和倾斜构件固定在适当的位置。可以理解的是另外的实施方式中包括了多种其他配置、形式、形状的关闭构件。
[0024]参照图4A-4D，示出了关闭构件210相对于阀座表面208的多个位置的详细视图，图中示出了在对阀209进行关闭的过程中关闭构件210的运动和形变。图4A示出了关闭构件210相对于阀座表面208位于打开位置。在打开位置准许增压空气在阀关闭构件210和阀座表面208之间流动且从气源通道222流向气道205。图4B示出了在阀关闭事件的过程中阀关闭构件210在位置228第一次接触到阀座表面208时间点处的阀关闭构件210。图4C示出了在阀关闭事件中较晚时间点处的阀关闭构件210。在该时间点阀关闭构件210已穿过阀座表面208，有效地擦过阀座表面上的区域229。在阀关闭的过程中关闭构件210滑过阀座表面208且依照阀座表面208的形状发生弹性形变。图4D示出了位于完全关闭处的阀关闭构件210。阀关闭构件210已滑过且擦过阀座表面208上的额外区230。
[0025]关闭构件210和阀座表面208之间的互动为止回阀209提供了自清洗的能力。关闭构件210滑过且擦过阀座表面208的动作优选为有效地从阀座表面208去除和擦除尿素结晶。关闭构件210接触到阀座表面208的那部分优选为具有50-70的A型肖氏硬度，从而提供了足够的从表面208去除和擦除尿素结晶的硬度且允许发生足够的弹性形变。可知在其他实施方式中包括了具有不同的也能以足够从阀座表面去除和擦除尿素结晶的力来实现对阀座表面进行滑动和擦除的材料特性的关闭构件。
[0026]参照图5，示出了用于尿素喷射系统的冲洗循环过程240的流程图。过程240从操作241开始，在操作241对用于SCR排气后处理系统的尿素喷射系统的控制例程进行初始化。过程240从操作241前进至操作242，在操作242对发动机点火事件进行解析。对发动机点火事件进行解析的操作可另外或可替代地包括对通信或其他表明在关闭或者不包括完整的关闭的特别长度的停滞的时间段之后重新开始流体喷射器的操作的参数进行解析。如果发动机点火事件解析为“真”，过程240前进至操作243。如果发动机点火事件解析为“假”，重复进行操作241。
[0027]在操作243对尿素发送请求进行解析。对尿素发送请求进行解析的操作包括对要求或请求用于排气后处理的尿素喷射或者对即将实际使用流体喷射器进行确定。在某个实施方式中，流体喷射器的喷射尿素的命令作为尿素发送请求。如果确定尿素发送请求大于零，过程240前进至操作244。如果无法确定尿素发送请求大于零，重复进行操作243。
[0028]在操作244中命令空气切断阀关闭。切断阀例如可以是与图1相关的如上所述和所示出的阀106。过程240从操作244前进至计时评估245。计时评估245配置为对是否已经经过第一预定时间进行评估。第一预定时间选择为确保气流通道被密封以防尿素溶液流过该密封区。在某个实施方式中计时245配置为计算与图1-4相关的位于空气切断阀下游处的止回阀如上所述进行关闭所需的时间。如果计时评估245确定还没有经过第一预定时间，过程240前进至操作246，在操作246对计时进行自增后返回操作245。
[0029]如果计时评估245确定已经经过第一预定时间，过程240前进至操作247，在操作247向系统要冲洗的部分提供尿素溶液。在某个实施方式中向混合室提供尿素，混合室例如是与图2相关的如上所述和所示出的混合室204。在某个实施方式中所提供的尿素的速率能有效填充混合室的至少一部分以溶解或分离形成在那里的尿素结晶。在某个实施方式中所提供的尿素的速率能有效填充与混合室流通的气源通道的至少一部分以溶解或分离形成在那里的尿素结晶，气源通道例如是与图2相关的如上所述和所示出的气源通道205。在某个实施方式中提供尿素溶液以实质上填充混合室和气源通道。
[0030]过程240从操作247前进至计时评估248，在计时评估248对是否已经经过第二预定时间进行评估。第二预定时间优选为允许从系统中被提供尿素溶液的部分溶解或分离尿素结晶的时间。可以通过用测试流体喷射器进行数据采样凭经验来确定第二预定时间。在某个实施方式中，预定时间可以是清洗过程中的尿素流率、所提供的尿素的温度、流体喷射器的温度(例如来自环境温度或其他估计值)的函数，和/或，具有给定剖面的混合通道的流体喷射器中的尿素流的流速或雷诺数的函数。
[0031]如果计时评估248确定还没有经过第二预定时间，过程240前进至操作249，在操作249对计时进行自增后返回操作247。如果计时评估248确定已经经过第二预定时间，过程240前进至操作250，在操作250结束冲洗循环。在一些实施方式中，可以在循环的一次点火期间只重复进行一次过程240。在一些实施方式中，可以周期性地或者在经过一个预定时间之后重复进行过程240。在另外的实施方式中，可以当检测到系统妨碍条件时重复进行过程240。
[0032]在此所述的某种操作包括对一个或更多的参数的解析。在此所用的解析包括用现有已知的方法得到数值，至少包括从数据链路或网络通信得到数值、得到表示数值的电信号(例如电压、频率、电流、或PWM信号)、得到表示数值的软件参数、从计算机可读介质的存储器处读取数值、用现有已知的任何手段得到作为运行期参数的数值，和/或，通过得到能从其计算出被解析参数的数值，和/或，通过参照解析为参数值的默认值。
[0033]参照图6，进一步示意性地示出了用于尿素喷射系统的冲洗循环过程260的流程图。过程260从操作261开始，在操作261对一个或更多的初始化条件进行评估。在某个实施方式中初始化条件包括对点火值是否为“真”、尿素提供请求是否为“真”、以及尿素泵压力注入检测是否为“真”进行评估。在操作261如果确定初始化条件不为“真”，则重复对一个或更多的初始化条件进行评估。在操作261如果确定初始化条件为“真”，则前进至操作 262。
[0034]在操作262中命令空气切断阀关闭。切断阀例如可以是与图1相关的如上所述和所示出的阀106。过程260从操作262前进至条件263。条件263对压力信息Pl是否小于阈值压力THPl进行评估。在示例性的实施方式中用与图2相关的如上所述和所示出的压力传感器207提供压力信息Pl。在其他实施方式中用一个或更多的位于混合室的空气入口和尿素入口下游的其他位置处的压力传感器来提供压力信息P1。阈值THPl是鉴别泵关闭以防止增压空气流过气源通道去向混合室的阈值。在示例性的实施方式中阈值THPl选择为表明止回阀209基于预期压力值关闭，预期压力值例如是大气压或用于计算喷射系统的出口的压力的高于大气压的值，例如130千帕。如果条件263为“假”重复进行估算。如果条件263为“真”则前进至操作264。
[0035]在操作264实行尿素溶液进行混合室的冲洗喷射且空气切断阀关闭。在某个实施方式中向混合室提供尿素，混合室例如是与图2相关的如上所述和所示出的混合室204。在某个实施方式中所提供的尿素的速率能有效填充混合室的至少一部分以溶解或分离可能形成在那里的尿素结晶。在某个实施方式中所提供的尿素的速率能有效填充与混合室流通的气源通道的至少一部分以溶解或分离形成在那里的尿素结晶，气源通道例如是与图2相关的如上所述和所示出的气源通道205。在某个实施方式中提供尿素溶液以实质上填充混合室和气源通道。
[0036]过程260从操作264前进至条件265，条件265是对经过时间tl是否大于时间阈值THtl进行测试的计时。时间阈值THtl选择为允许从系统中被提供尿素溶液的部分溶解或分离尿素结晶的时间。可以通过用测试流体喷射器进行数据采样凭经验来确定时间阈值THtl0在某个实施方式中，时间阈值THtl可以是清洗过程中的尿素流率、所提供的尿素的温度、流体喷射器的温度(例如来自环境温度或其他估计值)的函数，和/或，具有给定剖面的混合通道的流体喷射器中的尿素流的流速或雷诺数的函数。如果条件265为“假”则重复进行估算。如果条件265为“真”则前进至操作266。
[0037]在操作266打开空气切断阀且对控制例程返回对尿素投配的控制，该控制例程提供SCR催化器所需速率的尿素溶液以降低发动机产生的NOx，这被称为正常尿素投配操作。过程260从操作266前进至条件267。在某个实施方式中条件267对压力P2是否小于压力阈值THP2进行测试。在某个实施方式中用与图2相关的如上所述和所示出的压力传感器207对压力P2进行压力感应，压力阈值THP2是表明在压力传感器207上游的堵塞的域值，该堵塞例如可通过混合室204内尿素结晶的累积或增长而发生。在某个实施方式中条件267也是对时间t2是否大于时间阈值THt2进行测试的计时，时间阈值THt2表明连续冲洗循环中的最小延迟。在某个实施方式中条件267对压力P2是否小于压力阈值THP2进行评估，或者对时间t2是否大于时间阈值THt2进行评估。在某个实施方式中条件267对压力P2是否小于压力阈值THP2进行评估，而且也对时间t2是否大于时间阈值THt2进行评估。如果条件267为“假”则重复进行估算。如果条件267为“真”则前进至操作262。
[0038]参照图7A和7B，示意性地示出了用于尿素喷射系统的冲洗循环处理270的流程图，该尿素喷射系统例如可以是与图1-4相关的如上所述和所示出的系统或者其他系统。处理270从条件271开始，在条件271对初始化条件是否为“真”进行评估。在所示出的实施方式中初始化条件包括对点火条件是否为“真”以及尿素泵注入完成条件是否为“真”进行评估，对点火条件是否为“真”表明操作者已对车辆点火，尿素泵注入完成条件是否为“真”表明尿素溶液泵已成功注入以提供压力大于操作阈值的尿素溶液，例如压力大于420千帕的尿素溶液。如果初始化条件不为“真”，则重复进行条件271。如果初始化条件为“真”，则处理270前进至条件272。
[0039]在条件272对SCR系统是否准备好进行评估。可应用许多评判标准来对SCR系统是否准备好进行评估。在某个实施方式中在条件272对SCR催化器入口温度是否在预定的温度范围内进行评估，该范围例如是200°C和600°C之间，也对SCR催化床温度是否在预定的温度范围内进行评估，该范围例如是180°C和600°C之间，也对排气质量流量是否大于预定值进行评估，该预定值例如是30克每秒。这些评估有效地对与喷嘴相关的温度和排气流量条件进行了评估，该喷嘴在避免喷嘴堵塞的范围内向SCR系统的排气流路提供尿素溶液，该堵塞时由于温度过低、温度过高、或排气流量过小而造成的。在另外的实施方式中应用了其他评判标准来对SCR系统是否准备好进行评估，这些评判标准例如包括:可选温度范围、可选流率、在例如位于或接近喷嘴或喷嘴所在的导管那样的可选位置的温度测量、排气温度测量、以虚拟传感器代替物理传感器或另外使用虚拟传感器进行的测量，以及其他与SCR对催化条件、发动机操作、以及发动机的排气输出相关的评判标准。在某个实施方式中基于收到尿素投配命令来对SCR系统是否准备好进行评估，只在单独的例程确定SCR系统准备好且能发生投配时才生成该尿素投配命令。
[0040]如果在条件272确认SCR系统没有准备好则重复进行条件272。如果在条件272确认SCR系统准备好了，则处理270前进至操作273。在操作273实行与图8相关的所述和所示出的冲洗循环。在操作273也可实行其他的例如与图5和6相关的所述的冲洗循环。处理270从操作273前进至操作274，在操作274开始智能冲洗计时且对尿素投配系统进行初始化以提供SCR催化器所需速率的尿素溶液以降低发动机产生的NOx，这被称为正常尿素投配操作。
[0041]处理270从操作274前进至条件275。在条件275对增压气体和尿素的混合流的压力在预定的时间内是否低于冲洗循环阈值进行评估，例如在10秒内少于310千帕。如果条件275确认混合流的压力不小于冲洗循环阈值，则重复进行条件275。如果条件275确认混合流的压力在预定的时间内低于冲洗循环阈值，则处理270前进至条件276。可选地，在某个实施方式中如果条件275确认混合流的压力在预定的时间内低于冲洗循环阈值，处理270对SCR催化器是否低于例如400°C那样的阈值进行评估。如果温度正好是或者低于阈值，则处理270前进至条件276。如果温度高于阈值，则处理270前进至条件281。
[0042]在条件276对智能计时是否达到预定时限进行评估。预定时间选择为确保不会太过频繁地实行冲洗循环，太过频繁的话会对NOx转化带来负面影响使转化程度降低到不想要或不可接受，或者造成不想要的或不能接受的效果:提高由尿素沉积物造成喷嘴堵塞的风险。如果条件276确认未达到时限，则重复进行条件276。如果条件276确认达到时限，则处理270前进至条件281。
[0043]在条件281对压缩气体和尿素的混合流的压力在预定的时间内是否小于车载诊断(OBD)阈值进行评估，例如在10秒内低于310千帕。如果条件281确认混合流的压力在预定的时间内不低于诊断阈值，则处理270返回至条件275。如果条件281确认混合流的压力在预定的时间内高于诊断阈值，则处理270前进至条件282。
[0044]在条件282例如使用与条件272相关的如上所述的评判标准或其他表明SCR催化器的表现或操作的评判标准对SCR系统是否准备好进行评估。如果条件282确认SCR系统没有准备好进行操作，则处理270返回至条件275。如果过程282确认SCR系统已经准备好进行操作，则处理270前进至操作283，在操作283设置表明多种错误模式中的任意一个的低压错误代码，多种错误模式包括:由于泄漏或压缩机故障造成气源罐内的压力过低、空气切断阀发生故障使阀无法打开、气源线堵塞或泄漏、尿素结晶阻塞或气流或其他泄漏、与气源系统相关的阻塞或组件错误。在某个实施方式中省略条件282，从条件281前进至操作283。
[0045]如果条件276确定智能冲洗计时达到预定时间阈值，则处理270前进至操作277，在操作277以例如与条件272相关的如上所述的方式对SCR系统是否准备好进行操作进行评估，或者对评判标准是否表明SCR后处理系统已经准备好进行操作进行评估。如果条件277确定SCR系统已经准备好进行操作，则处理270前进至操作278。
[0046]在操作278实行与图8相关的所述和所示出的冲洗循环。在操作278也可实行其他的例如与图5和6相关的所述的冲洗循环。处理270从操作278前进至操作279，在操作279继续进行尿素喷射系统的正常投配操作。处理270从操作279前进至条件280，在条件280对尿素溶液和压缩气体的混合流的压力在预定的时间内是否低于冲洗循环阈值进行评估，例如在20秒内少于310千帕，在20秒内少于310千帕，或者是其他预定时间或压力值。如果条件280确认混合流的压力在预定的时间内不低于冲洗循环阈值，则处理270前进至操作274，如果条件280确认混合流的压力在预定的时间内低于冲洗循环阈值，则处理270前进至条件276。
[0047]参照图8，示意性地示出了冲洗循环273的流程图。冲洗循环273从操作291开始，在操作291关闭空气切断阀且中止正常投配操作以阻止提供尿素溶液。冲洗循环273从操作291前进至条件292。在条件292对压缩气流的平均压力是否小于预定压力进行评估，例如130千帕或其他预定压力，且对计时是否小于预定时间进行评估，例如6秒或其他预定时间。如果条件292确定混合流的压力低于预定阈值且计时低于时间阈值，则冲洗循环273前进至操作292，在操作292在预定时间内以预定速率向例如混合室那样的投配系统组件提供尿素溶液，例如在3秒内以0.8毫升每秒的速率，在4秒内以0.6毫升每秒的速率，或者能从混合室或尿素溶液喷射系统的其他部分有效溶解或分离尿素结晶的其他时间内的其他速率。
[0048]如果条件292确认混合流的压力不低于预定压力或者计时不少于预定时间或者两者都不满足，冲洗循环278前进至操作294，在操作294设置表明被阻塞的喷嘴的错误代码。在某个实施方式中，如果条件292确认混合流的压力不低于预定压力或者计时不少于预定时间或者两者都不满足，冲洗循环273等待预定时间，例如6秒，之后前进至对压缩气流的平均压力是否小于第二预定压力阈值进行评估的条件，第二预定压力阈值可以与条件292中的预定压力相同或不同，例如130千帕、150千帕、或其他预定压力。如果确认压力正好是或低于第二阈值，则冲洗循环273前进至操作292，如果确认压力高于第二阈值，则冲洗循环278前进至操作294。
[0049]在某个实施方式中在操作292向混合室提供尿素，混合室例如是与图2相关的如上所述和所示出的混合室204。在某个实施方式中以能有效填充混合室的至少一部分的速率提供尿素以溶解或分离可能形成在那里的尿素结晶。在某个实施方式中以能有效填充与混合室流通的气源通道的至少一部分的速率提供尿素以溶解或分离可能形成在那里的尿素结晶，气源通道例如是与图2相关的如上所述和所示出的气源通道205。在某个实施方式中提供尿素溶液以实质上填充混合室和气源通道。
[0050]在某个实施方式中冲洗循环273也可在操作292中实行计量阀堵塞诊断。在操作292中对尿素计量阀上游的尿素压力进行监控。如果无法观察到预定的压降，设置用于表明计量阀堵塞的错误代码。否则冲洗循环273前进至如上所述的步骤。可以在每个冲洗循环中都实行计量阀堵塞诊断，也可以只在点火事件之后开始的第一次冲洗循环中实行。
[0051]参照图9，示意性地示出了用于排气后处理尿素喷射系统的泵300。泵300包括与螺纹紧固件308相接的泵体302、泵盖304、及泵头306。在隔膜310的外围区域在泵盖304和泵体302之间夹有柔性隔膜。隔膜310的表面限定了压缩室314的边界且面朝该压缩室314。当隔膜310夹在泵盖304和泵体302之间时在周边区域形成了密封。位于隔膜310的周边区域的隔膜珠316有助于形成密封。环状收集室318环绕在泵盖304和泵体302夹着隔膜310所形成的密封处。以密封构件320密封收集室318以从周围环境隔离，在所示出的实施方式中密封构件是位于且被夹于泵盖304和泵体302之间的环绕收集室318的0型环。促动器312与隔膜310相接且可操作为移动隔膜310以使压缩室314的容积发生变化。
[0052]在泵300的操作过程中促动器312驱动隔膜310交替地扩大缩小压缩室314的容积。该操作在泵入口产生了吸力，从而从尿素供给源在箭头331、332和334所表示的方向上通过入口流路330抽取尿素溶液。通过止回阀333抽取尿素溶液，止回阀333允许从流路330流向腔室314但是阻止反方向上的流动。虽然没有图示，但是可以理解的是泵300也包括与腔室314流通的出口流路和第二止回阀，第二止回阀允许增压尿素溶液从腔室314流向出口流路但是阻止反方向上的流动。在泵300的操作过程中向泵出口提供增压尿素溶液。
[0053]在压缩冲程中促动器312移动隔膜310以减小腔室314的容积。在压缩冲程中腔室314内的尿素溶液的压力可以足够大到导致泵盖304和泵体302夹着隔膜310所形成的密封发生泄漏。从密封所泄漏的溶液被收集室316所捕获。泵300的操作所产生的吸力对尿素溶液进行抽取，该尿素溶液通过返回通道322泄漏进收集室318且在返回腔室314的A 口时泄漏进入口通道330。在泵300的操作过程中，腔室314和返回通道322实质上处于不间断的吸力之下。因此，即便密封构件所形成的密封被损坏，泵300的操作所提供的吸力仍然从周围环境向泵入口抽取空气且防止尿素溶液泄漏到周围环境中去。
[0054]参照图10，示意性地示出了用于SCR排气后处理系统的排气流路700。排气流路700包括排气源702，排气源702例如可以是柴油发动机。排气源702通过导管730提供排气流。混合器720设于导管730。喷嘴710设于混合器720的下游处，位于或大约位于流路730的中心线。喷雾712 —般均匀分布在流路730的中央区域，但是不会均匀分布在流路730的周边区域。混合器720对流过导管730的周边区域的排气施加旋流，从而一般允许其流过导管730的中心部。如此一来，通过提供最小的指令只在需要的地点获取排气旋流来使排气背压最小化。尿素溶液的喷雾712被引入导管730且沿着导管730的长度在喷嘴的下游处进行分解以形成氨。从出口 742向催化单元740的SCR催化器750提供氨，起到了降低排气中的NOx排放的作用。
[0055]参照图11，示出了混合器720的详细的立体图。混合器720包括基部729和多个弯折叶片720-728，基部729可连接于导管730的内表面。混合器的中央区域打开以允许流过混合器而不碰到施加旋流的叶片。可以对金属薄片进行切割、弯折、和轧制成适当的直径来形成混合器720，从而提供了适用于多个排气导管直径的可伸缩性。通过改变旋流叶片的数量和它们的几何尺寸，混合器740所提供的旋流对于给定的排气导管直径来说也是增大减小的，从而根据想要的NOx的减少量减少或增大与添加混合器740有关的8压力。
[0056]参照图12，示出了在不同的发动机操作条件下带有和不带有混合器的两种不同的尿素投配器及常规系统基准的NOx转化百分比的图表。图12中的数据示出了当包括混合器时在每个操作点观察到了 NOx转化率的逐步改善。从图12中的数据能进一步看出对于测试所应用的后处理系统，空速值高的地方能观察到更大的改善。
[0057]现在将进一步描述多个示例性的实施方式。在某个示例性的实施方式中包括了一种用于排气后处理系统的尿素投配的系统。该示例性的系统包括:具有尿素入口、气体入口、及出口的混合室；配置为向所述尿素入口提供尿素溶液的尿素阀；从所述气体入口延伸的气流通道；配置为对流向所述气流通道和所述气体入口的增压气体进行控制的气阀；配置为对所述气体入口和所述尿素入口的下游处进行压力感应的压力传感器；以及与所述压力传感器、所述尿素阀、及所述气阀可靠通信的控制器。所述控制器配置为:促动所述尿素阀和所述气阀以在所述混合室的出口提供尿素溶液和空气的混合流；对来自所述压力传感器的的压力信息进行评估，该压力信息表示所述混合流的压力；基于对所述压力信息和压力阈值的比较关闭所述气阀；当所述压力信息低于第二阈值时促动所述尿素泵，以尿素溶液填充所述混合室的至少一部分；以及打开所述气阀以从所述混合室排出尿素溶液。在某种方式中，混合室呈圆柱状，所述尿素入口位于所述混合室的第一端，所述出口位于所述混合室的第二端，所述气体入口位于所述混合室的侧面。在某种方式中，所述混合室具有从所述第一端向所述第二端延伸的轴，所述气体入口在与所述轴垂直的方向上延伸。在某种方式中，进一步包括止回阀，该止回阀位于所述气阀和所述气体入口之间且配置为当该止回阀上游处的气体压力低于预定气压时关闭向所述气道的开口。在某种方式中，所述控制器配置为基于评估和比较的联合来关闭所述气阀，该评估是对经过时间的评估，该比较是对所述压力信息和压力阈值的比较。在某种方式中，所述控制器配置为当所述压力信息低于所述第二阈值时促动所述尿素泵，从而有效地以尿素溶液填充所述混合室和所述气道的至少一部分。在某种方式中，所述控制器配置为当所述压力信息低于所述第二阈值时促动所述尿素泵，以在预定持续时间内提供尿素溶液。在某种方式中，凭经验来确定所述预定持续时间以从所述混合室和所述气道移除尿素结晶。在某种方式中，所述控制器配置为当所述压力信息低于所述第二阈值时促动所述尿素泵，以提供预定量的尿素溶液。在某种方式中，凭经验来确定所述预定量以从所述混合室和所述气道移除尿素结晶。
[0058]某个示例性的实施方式是一种方法，包括以下步骤:提供系统，该系统配置为可选地向混合室的第一入口提供尿素溶液且可选地向所述混合室的第二入口提供增压气体；对该系统进行操作以向所述第一入口提供尿素溶液，向所述第二入口提供气体，且从所述混合室输出增压气体和尿素溶液的混合流；对位于所述第一入口和所述第二入口下游处的混合流的压力进行监控；当被监控的压力低于第一值时切断气流；当被监控的压力低于第二值时保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液，以尿素溶液有效填充所述混合室的至少一部分；以及接通气流以从所述混合室排出尿素溶液。在某种方式中，当被监控的压力低于第一值时切断气流包括命令控制阀关闭，从而有效地关闭所述控制阀下游处的止回阀。在某种方式中，所述第二值选择为确保所述止回阀关闭。在某种方式中，保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液校准为有效地从所述混合室的表面溶解或分离尿素结晶。在某种方式中，进一步基于已经过的预定时间来切断气流。在某种方式中，保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液有效地以尿素溶液填充了与所述混合室流通的气流通道的至少一部分。在某种方式中，保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液校准为有效地从所述气流通道溶解或分离尿素结晶。在某种方式中，还包括以下步骤:在对该系统进行操作之前，首先，保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液；第二，接通气流以从所述混合室排出尿素溶液。在某种方式中，进一步基于预定持续时间来切断气流。在某种方式中，基于表明在所述混合室内有阻塞的压力来选择所述第一值。
[0059]某个示例性的实施方式是一种方法，包括以下步骤:提供SCR尿素喷射系统，该SCR尿素喷射系统配置为向混合室的第一入口提供尿素溶液且向所述混合室的第二入口提供增压气体；对该系统进行操作以向所述第一入口提供尿素溶液，向所述第二入口提供气体，且从所述混合室向SCR催化器提供增压气体和尿素溶液的混合流；基于混合流的压力达到预定压力评判标准且计时达到预定时间评判标准开始冲洗循环，该冲洗循环包括保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液和接通气流以从所述混合室排出尿素溶液的步骤；以及继续对该系统进行操作以向所述第一入口提供尿素溶液，向所述第二入口提供气体，且从所述混合室向SCR催化器提供增压气体和尿素溶液的混合流。在某种方式中，所述冲洗循环还包括以下步骤:关闭空气切断阀；对所述第一入口和所述第二入口的下游处进行压力感应；如果在预定时间内没有感应到预定压力条件则设置出错代码；以及如果在预定时间内感应到预定压力条件则保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液。在某种方式中，所述预定压力条件是超过压力阈值，该压力阈值表明喷嘴堵塞。在某种方式中，还包括以下步骤:在对系统进行操作之前基于初始化条件开始冲洗循环，该冲洗循环包括保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液和接通气流以从所述混合室排出尿素溶液的步骤。在某种方式中，所述初始化条件包括点火条件、系统注入条件、及SCR准备条件。在某种方式中，所述压力评判标准是压力阈值，该压力阈值表明在喷嘴的上游处累积有尿素结晶。在某种方式中，还包括以下步骤:基于满足所述压力评判标准且不满足所述预定时间评判标准来设置错误代码。
[0060]在说明书的上述部分和附图详细示出和描述的发明应被认为是示例性的，而不是对特征的限制，可以理解的是，虽然只示出和描述了某些示意性的实施方式，但是在本发明的精神之内的所有改变和改动也被要求保护。可以理解的是，在说明书中“优选”那样的用词如上所述表明了所描述的特征是更为优选的，然而并不是必须的，缺少该特征的实施方式仍然被视为在本发明的范围之内，该范围由所附的权利要求所限定。在阅读权利要求时，除非在权利要求中特别指出是相反的情况，否则例如“一个”、“至少一个”、或“至少一部分”那样的用词并不是意味着要将权利要求限定为只有一个部件。除非特别指出是相反的情况，否则“至少一部分”和/或“一部分”那样的用语意味着部件可包括一部分和/或整个部件。
【权利要求】
1.一种用于排气后处理系统的尿素投配的系统，包括: 具有尿素入口、气体入口、及出口的混合室； 配置为向所述尿素入口提供尿素溶液的尿素阀； 从所述气体入口延伸的气流通道； 配置为对流向所述气流通道和所述气体入口的增压气体进行控制的气阀； 配置为对所述气体入口和所述尿素入口的下游处进行压力感应的压力传感器；以及 与所述压力传感器、所述尿素阀、及所述气阀可靠通信的控制器， 该系统的特征在于， 所述控制器配置为: 促动所述尿素阀和所述气阀以在所述混合室的出口提供尿素溶液和空气的混合流； 对来自所述压力传感器的的压力信息进行评估，该压力信息表示所述混合流的压力； 基于对所述压力信息和压力阈值的比较关闭所述气阀； 当所述压力信息低于第二阈值时促动所述尿素泵，以尿素溶液填充所述混合室的至少一部分；以及 打开所述气阀以从所述 混合室排出尿素溶液。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 混合室呈圆柱状，所述尿素入口位于所述混合室的第一端，所述出口位于所述混合室的第二端，所述气体入口位于所述混合室的侧面。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述混合室具有从所述第一端向所述第二端延伸的轴，所述气体入口在与所述轴垂直的方向上延伸。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 进一步包括止回阀，该止回阀位于所述气阀和所述气体入口之间且配置为当该止回阀上游处的气体压力低于预定气压时关闭向所述气道的开口。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述控制器配置为基于评估和比较的联合来关闭所述气阀，该评估是对经过时间的评估，该比较是对所述压力信息和压力阈值的比较。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述控制器配置为当所述压力信息低于所述第二阈值时促动所述尿素泵，从而有效地以尿素溶液填充所述混合室和所述气道的至少一部分。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述控制器配置为当所述压力信息低于所述第二阈值时促动所述尿素泵，以在预定持续时间内提供尿素溶液。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于， 凭经验来确定所述预定持续时间以从所述混合室和所述气道移除尿素结晶。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述控制器配置为当所述压力信息低于所述第二阈值时促动所述尿素泵，以提供预定量的尿素溶液。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，凭经验来确定所述预定量以从所述混合室和所述气道移除尿素结晶。
11.一种方法，其特征在于，包括以下步骤: 提供系统，该系统配置为可选地向混合室的第一入口提供尿素溶液且可选地向所述混合室的第二入口提供增压气体； 对该系统进行操作以向所述第一入口提供尿素溶液，向所述第二入口提供气体，且从所述混合室输出增压气体和尿素溶液的混合流； 对位于所述第一入口和所述第二入口下游处的混合流的压力进行监控； 当被监控的压力低于第一值时切断气流； 当被监控的压力低于第二值时保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液，以尿素溶液有效填充所述混合室的至少一部分；以及接通气流以从所述混合室排出尿素溶液。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于， 当被监控的压力低于第一值时切断气流包括命令控制阀关闭，从而有效地关闭所述控制阀下游处的止回阀。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于， 所述第二值选择为确保所述止回阀关闭。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于， 保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液校准为有效地从所述混合室的表面溶解或分离尿素结晶。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于， 进一步基于已经过的预定时间来切断气流。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于， 保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液有效地以尿素溶液填充了与所述混合室流通的气流通道的至少一部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于， 保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液校准为有效地从所述气流通道溶解或分离尿素结晶。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤: 在对该系统进行操作之前， 首先，保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液； 第二，接通气流以从所述混合室排出尿素溶液。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于， 进一步基于预定持续时间来切断气流。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于， 基于表明在所述混合室内有阻塞的压力来选择所述第一值。
21.一种方法，其特征在于，包括以下步骤: 提供SCR尿素喷射系统，该SCR尿素喷射系统配置为向混合室的第一入口提供尿素溶液且向所述混合室的第二入口提供增压气体； 对该系统进行操作以向所述第一入口提供尿素溶液，向所述第二入口提供气体，且从所述混合室向SCR催化器提供增压气体和尿素溶液的混合流； 基于混合流的压力达到预定压力评判标准且计时达到预定时间评判标准开始冲洗循环，该冲洗循环包括保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液和接通气流以从所述混合室排出尿素溶液的步骤；以及 继续对该系统进行操作以向所述第一入口提供尿素溶液，向所述第二入口提供气体，且从所述混合室向SCR催化器提供增压气体和尿素溶液的混合流。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述冲洗循环还包括以下步骤: 关闭空气切断阀； 对所述第一入口和所述第二入口的下游处进行压力感应； 如果在预定时间内没有感应到预定压力条件则设置出错代码；以及如果在预定时间内感应到预定压力条件则保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于， 所述预定压力条件是超过压力阈值，该压力阈值表明喷嘴堵塞。
24.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤: 在对系统进行操作之前基于初始化条件开始冲洗循环， 该冲洗循环包括保持气流被切断向所述第一入口提供尿素溶液和接通气流以从所述混合室排出尿素溶液的步骤。
25.根据权利要求21所述的方法，其特征在于， 所述初始化条件包括点火条件、系统注入条件、及SCR准备条件。
26.根据权利要求21所述的方法，其特征在于， 所述压力评判标准是压力阈值，该压力阈值表明在喷嘴的上游处累积有尿素结晶。
27.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤: 基于满足所述压力评判标准且不满足所述预定时间评判标准来设置错误代码。
【文档编号】F01N9/00GK103814195SQ201280041026
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年8月22日 优先权日:2011年8月22日
【发明者】黄威, 柴永全, A·迈尔, J·F·伯克, J·查克拉巴蒂, M·奈克, J·安西斯, J·海彻尔贝赫, G·施雷斯塔 申请人:康明斯排放处理公司