专利名称：内燃发动机的废气净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过将尿素溶液添加到内燃发动机的排气管中而净化废气的系统。
背景技术：
近年来，已经开发了尿素SCR(选择性催化还原)系统作为以高净化率净化应用于 汽车等的内燃发动机(特别是柴油发动机)中的废气中的NOx(氮氧化物)的废气净化系统。所述系统具有泵送存储在存储罐中的尿素溶液(尿素水溶液)的泵、与所述泵的 排出侧连接的排出管、以及将所泵送的尿素溶液通过排出管添加到内燃发动机的排气管中 的添加阀。通过将尿素溶液从添加阀添加到排气管中，尿素溶液与废气一起被供给到SCR 催化器。因此，废气通过SCR催化器上的NOx的还原反应被净化。在NOx的还原中，氨(NH3) 通过由于废气热量引起的水解作用而产生。所述氨被添加给选择性地被吸附到SCR催化器 中的废气中的NOx。NOx通过基于氨的还原反应在SCR催化器上被还原和净化。尿素溶液具有在尿素溶液冻结时导致体积膨胀的这种性质。例如，浓度为30%的 尿素溶液在11摄氏度冻结并且膨胀大约10%。因此，如果在内燃发动机运行结束之后，尿 素溶液保留为尿素溶液保持在例如为排出管P2的各个管道中的状态下，则可以预料的是 残余尿素溶液冻结并且膨胀，由此损坏管道。作为一种解决措施，图9(a)中所示的一种传统技术在内燃发动机运行结束之后 执行泵的逆向旋转操作，由此执行如通过图9(a)中的箭头标记所示的用于将保留在排出 管P2中的残余尿素溶液返回到存储罐12的返回操作。然而，返回操作在添加阀20的喷射 孔25b打开的状态下执行，从而排出管P2的内部不变为负压。因此，排气管10中的废气成 分(例如硫和碳烟)被吸入到添加阀20或排出管P2中，由此例如导致以下各种问题。艮口， 碳烟蓄积在添加阀20的滑动部份上并且导致滑动性故障。排出管P2被硫和水之间的反应 产生的硫酸腐蚀。作为一种解决措施，引用的参考文献1 (PCT国际专利申请日语翻译 No. 2008-519932)的技术提供了一种如图9 (b)所示的添加阀20上游的外部空气引入阀 50。在返回操作期间，外部空气引入阀50被操作以接收外部空气并且添加阀20的喷射孔 25b关闭。因此，避免废气成分流入排出管P2的返回操作得以实现。然而，本发明的发明人发现，甚至在专利文献1的技术的情况下也有以下问题出 现。经由外部空气引入阀50被引入的外部空气(大气)的蒸气压大致低于饱和蒸气 压。如果这种外部空气(干的外部空气)以低蒸气压被引入排出管P2中，则尿素溶液中的 水成分蒸发并且尿素成分沉淀。如果在例如为泵13的致动部件中发生这种沉淀，则会发生 致动部件(泵13)的致动故障。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种内燃发动机的废气净化系统，所述系统旨在当执行 用于将残余尿素溶液返回到存储罐的返回操作时抑制尿素成分的沉淀，同时避免废气成分 流入到管道中。根据本发明的第一实例方面，一种内燃发动机的废气净化系统具有泵送存储在存 储罐中的尿素溶液的泵、与所述泵的排出侧连接的排出管、将通过所述排出管泵送的尿素 溶液添加到内燃发动机的排气管中的添加阀、在用于通过使所述泵执行常规旋转操作而将 尿素溶液供给到添加阀的常规操作与通过使泵执行逆向旋转操作而将排出管中的尿素溶 液返回到存储罐的返回操作之间切换的控制装置、以及将存储罐和排出管连接的连通管。 所述废气净化系统被构成为使得存储罐中的蒸气通过返回操作期间执行逆向旋转操作的 泵的抽吸力经由所述连通管被抽吸到排出管中。因此，存储罐中的蒸气在返回操作期间被迫使流入排出管中。因此，可以实现返回 操作以使得排出管P2的内部不变为负压，同时防止废气和外部空气流入。存储罐中的蒸气 的蒸气压高于外部空气的蒸气压。也就是说，存储罐中的蒸气是湿蒸气。因此，尿素溶液中 的水成分的蒸发可以被减少，并且尿素成分的沉淀可以被减少。因此，当执行用于将残余尿 素溶液返回到存储罐的返回操作时，尿素成分的沉淀可以被抑制，同时避免废气成分流入 管道的内部。根据本发明的第二实例方面，废气净化系统还具有开闭阀，所述开闭阀设置到所 述连通管上，并且运行以在返回操作期间打开所述连通管而在常规操作期间阻塞所述连通管。如果与本发明的以上方面相反，没有提供开闭阀，则在常规操作期间从泵泵送的 尿素溶液的一部分不被供给到添加阀而是通过连通管返回存储罐。在这种情况下，在泵驱 动力上浪费增大。根据考虑到这一点作出的本发明的以上所述方面，在常规操作期间连通 管由开闭阀阻塞，由此消除了以上所述的浪费。根据本发明的第三实例方面，废气净化系统还具有与连通管连接以用于流通尿素 溶液以使得尿素溶液绕过所述开闭阀的旁通管、以及设置到旁通管上以用于将尿素溶液的 流量限制到预定量或预定量以下的限制区段(例如孔口(节流孔))。根据本发明的以上所述方面，在常规操作期间，连通管由开闭阀阻塞，而被限制区 段限制到预定量或预定量以下的尿素溶液(少量尿素溶液)通过所述连通管返回存储罐。 因此，在常规操作期间少量尿素溶液通过连通管不变地溢流。因此，排出管中引起的尿素溶 液的压力脉动可以被阻止。因此，在常规操作期间排出管中的尿素溶液压力可以以高精度 被控制。最后，来自添加阀的尿素溶液的添加量可以以高精度被控制。特别地，当柱塞泵被用作泵时，排出管中的压力脉动显著地出现。因此，通过本发 明的以上所述方面实现的压力脉动阻止的效果特别合适地运用在这种情况下。根据本发明的第四实例方面，在废气净化系统中，所述控制装置在返回操作结束 之后执行排出操作以用于使所述泵在添加阀的喷射孔打开的状态下执行常规旋转操作达 预定时间。在返回操作期间，存储罐中的蒸气不能被迫使流入排出管的下游部分(由图1中 的P2a表示)中，所述下游部分从与连通管连接的点延伸到添加阀和延伸到添加阀的内部通道。因此，仅通过执行返回操作难以排出排出管的下游部分P2a和添加阀内部通道中的 残余尿素溶液。特别地，如果残余尿素溶液在添加阀内部通道中冻结，则会发生问题，例如 为内部通道中的致动部件不能运行的问题。考虑到这一点，根据本发明的以上所述方面，用于使所述泵在添加阀的喷射孔打 开的状态下执行常规旋转操作达预定时间的排出操作在返回操作结束之后执行。因此，添 加阀内部通道和下游部分P2a中的残余尿素溶液可以通过排出管中的蒸气被推出并且从 喷射孔被排出。根据本发明的第五实例方面，废气净化系统提供了一种在返回操作期间的蒸气的 循环路线。循环路线至少包括存储罐、连通管、排出管、添加阀和泵。循环路线是气密的以 防止气体从外部流入。在传统的普通存储罐中，有一种具有通气孔的存储罐，所述通气孔用于阻止内部 蒸气压的增大并且用于减小存储罐所需的耐压能力。然而，如果通气孔形成于使存储罐中 的蒸气在返回操作期间流入排出管中的本发明的系统中，则干的外部空气在返回操作期间 经由所述通气孔流入循环路线中。结果，例如为尿素成分的沉淀的还原的效果不能完全地 发挥出来。考虑到这一点，根据本发明的以上所述方面，在返回操作期间的蒸气的循环路线 处于气密状态以防止气体从外部流入。不设置以上所述的通气孔。因此，可以避免干的外 部空气在返回操作期间流入所述循环路线。结果，例如为尿素成分的沉淀的还原的效果可 以被完全地发挥出来。
通过研究均构成本申请一部分的以下详细说明、所附权利要求书、以及附图，实施 方式的特征和优点、以及有关部件的操作方法和功能都将可得以理解。在附图中图1是示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的废气净化系统的结构图，其 中部分(a)示出了常规操作而部分(b)示出了返回操作；图2是示出了根据第一实施方式的添加阀的横截面视图；图3是示出了根据第一实施方式的常规操作的控制内容的流程图；图4是示出了根据第一实施方式的返回操作的控制内容的流程图；图5是示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的废气净化系统的结构图，其 中部分(a)示出了常规操作而部分(b)示出了返回操作；图6是示意性地示出了根据本发明的第三实施方式的废气净化系统的结构图；图7是示意性地示出了根据第三实施方式的变化实例的废气净化系统的结构图；图8是示意性地示出了根据本发明的第四实施方式的废气净化系统的结构图；以 及图9是示出了传统的废气净化系统的结构图。
具体实施例方式下面，将参考附图描述本发明的实施方式。在以下各自实施方式的描述中，附图中 相同的标记用于相同的或等同的部分。
(第一实施方式)在下文中，将参考图1至4描述根据本发明的第一实施方式的废气净化系统。根 据本实施方式的废气净化系统净化从车辆内的柴油发动机(内燃发动机)的燃烧室排出并 且通过排气管10的排气道10a流动的废气。用于促进NOx的还原反应(废气净化反应)的催化器装置11设置在排气管10中。 用于将尿素溶液(尿素水溶液)添加到排气道10a中的废气中的添加阀20设置在排气管 10中催化器装置11的上游。在具有以上结构的废气净化系统中，尿素溶液通过添加阀20被添加到废气中，并 且尿素溶液利用废气的流动(废气流)与废气一起被供给到下游的催化器装置11。因此， 废气通过催化器上引起的NOx的还原反应被净化。在NOx的还原中，氨(NH3)通过由于废气 热量引起的水解作用而产生。所述氨被添加给选择性地被吸附到催化器中的废气中的NOx。 NOx通过基于氨的还原反应在催化器上被还原和净化。用于存储尿素溶液的存储罐12安装于车辆中。存储在存储罐12中的尿素溶液通 过泵装置13被抽取并且被泵送和供给到添加阀20。抽吸管P1与泵单元13的抽吸侧连接， 过滤器14设置在抽吸管P1中。用于将被排出的尿素溶液引导至添加阀20的排出管P2与 泵单元13的排出侧连接。泵单元13具有用于抽吸、泵送和排出尿素溶液的泵13a、用于驱动泵13a的电动 机13b、用于感测出口压力的压力传感器13c等。柱塞泵被用作本实施方式的泵13a。EOT 15 (控制装置)执行电动机13b的驱动的电子控制(例如占空控制(duty control))。EOT 15基于压力传感器13c的感测值执行反馈控制以使排出管P2中尿素溶液的压力符合期望 的压力。在本实施方式中，提供了连接存储罐12和排出管P2的连通管P3。连通管P3用于 将存储罐12中的蒸气(气态的尿素溶液)引导至排出管P2。因此，连通管P3的开口端被 布置在存储罐12内部的上部中(接近存储罐12的上部盖12b)，以使得存储罐12中的液态 尿素溶液不被引入连通管P3中。设置在连通管P3中的止回阀16 (开闭阀)防止从泵13a被排出的尿素溶液通过 连通管P3返回存储罐12。止回阀16具有如以下所说明的公知的结构。止回阀16具有阀 部件16a和沿阀关闭方向偏压所述阀部件16a的弹性部件16b。止回阀16具有这样的机械 结构，即如果跨过止回阀16的压力差超过设定压力，则止回阀16抵抗弹性部件16b的弹力 打开。用于加热尿素溶液的电加热器17(加热装置)是被固定到抽吸管P1、排出管P2和 存储罐12内部上。EOT 15控制到电加热器17的通电。特别地，加热器17在内燃发动机起 动之后立即被通电，由此产生热量。因此，在抽吸管P1、排出管P2和存储罐12内部冻结的 尿素溶液解冻。接下来，将参考图2说明添加阀20的结构。添加阀20具有壳体21。入口部件22 被固定到壳体21的端部上。排出管P2与形成于入口部件22中的供给口 22a连接。从泵 13a被排出和从供给口 22a被供给的尿素溶液经由过滤器23流到壳体21的内周侧。在壳体21的另一端设置了呈圆筒形的喷嘴保持件24。呈圆筒形的喷嘴体25容纳 在喷嘴保持件24中。喷嘴体25具有锥形的内壁表面，其内径朝向喷嘴体25的末端减小。喷嘴体25在锥形的内壁表面中具有阀座区段25a。用于喷射尿素溶液的多重喷射孔25b形 成于喷嘴体25的端面中。供给到供给口 22a的尿素溶液按此顺序流动通过入口部件22的 内部、壳体21的内部、喷嘴保持件24的内部和喷嘴体25的内部然后从喷射孔25b被喷射 到排气道10a。阀针26(阀部件)容纳在形成于壳体21、喷嘴保持件24和喷嘴体25内部的容纳 室中，以使得阀针26可以沿轴向往复运动。阀针26大致与喷嘴体25同轴地设置。在阀针 26的外周表面和喷嘴体25的内周表面之间的间隔起环形通道27的作用，尿素溶液流动通 过所述环形通道27。能够接触喷嘴体25的阀座区段25a的密封区段26a形成于阀针26的端部。添加阀20具有用于驱动阀针26的驱动区段40。驱动区段40具有线圈41、固定 芯体42、可动芯体43等。可动芯体43布置在壳体21中以使得可动芯体43可以沿轴向往 复运动。阀针26的端部通过压配合、焊接等与可动芯体43连接。阀针26和可动芯体43 沿轴向整体地移动。可动芯体43被弹簧48的弹力朝向阀座区段25a推动。因此，与可动 芯体43相连接的阀针26沿使密封区段26a落座在阀座区段25a上的方向被推动。EOT 15控制线圈41的通电状态以控制尿素溶液从喷射孔25b喷射的执行和停止。 更特别地，如果线圈41被断电，则可动芯体43和阀针26被朝向阀座区段25a推动，并且密 封区段26a落座在阀座区段25a上。因此，环形通道27被阻塞，并且来自喷射孔25b的尿 素溶液喷射停止。如果线圈42通电，则可动芯体43被固定芯体42吸引，并且阀针26与阀 座区段25a分开。因此，环形通道27被打开，并且尿素溶液从喷射孔25b喷射。用于感测废气中的NOx量的NOx传感器11a设置在催化器装置11下游。EOT 15 基于NOx传感器11a的感测值控制添加阀20的运行以防止来自添加阀20的尿素溶液的添 加量的过多和不足。泵单元13被构造为能够在用于将尿素溶液排出到排出管P2的常规操作与用于将 尿素溶液排出到抽吸管P1的返回操作之间切换。更特别地，使用能够在常规旋转驱动(常 规旋转操作)和逆向旋转驱动(逆向旋转操作)之间切换的电动机13b。ECU 15控制电动 机13b的旋转方向。在内燃发动机运行期间，常规操作被执行以使得电动机13b执行常规旋转操作， 由此使尿素溶液能够从添加阀20添加。在常规操作中，如通过图1(a)中的点划线所示，存 储罐12中的尿素溶液被抽吸到泵13a中并且从泵13a被排出到排出管P2。之后，尿素溶液 被供给到添加阀20。在常规操作期间，止回阀16被设为阻塞状态。因此，从泵13a被排出 到排出管P2的尿素溶液不通过连通管P3返回存储罐12。在内燃发动机运行刚刚停止之后，返回操作被执行以使得电动机13b执行逆向旋 转操作，并且添加阀20的喷射孔25b的阀关闭操作被执行。因此，如通过图1(b)中的点划 线所示，排出管P2中的尿素溶液被抽吸到泵13a中并且从泵13a通过抽吸管P1返回存储 罐12。因此，在尿素溶液在排出管P2、泵13a和抽吸管P1中冻结和膨胀时引起的对各个部 分损害可以被防止。在返回操作期间，由于泵13a的抽吸力(即负压)，止回阀16被设为阀打开状态。 因此，存储罐12中的蒸气通过连通管P3被抽吸到排出管P2，保留在排出管P2中的液态尿 素溶液被泵13a抽吸并且返回存储罐12。
也就是说，在返回操作期间循环路线形成以使得存储罐12中的蒸气流动按顺序 通过连通管P3、排出管P2、泵13a和抽吸管P1并且返回存储罐12。循环路线处于气密状态 以防止气体从外部流入。更特别地，通过关闭添加阀20的喷射孔25b并且因此通过形成所 述气密状态，排气道10a中的废气成分的流入被防止。设置到存储罐12上的清洗阀(purge valve) 12a执行阀关闭操作以形成气密状态以防止外部空气流入到存储罐12中。在常规操作期间，止回阀16被设为阻塞状态，并且因此不形成循环路线。因此，清 洗阀12a被设置到存储罐12上以防止存储罐12内部由于泵13a的运行变为负压。清洗阀 12a具有这样的机械结构，即当存储罐12中的压力变为低于一设定值时清洗阀12a执行阀 打开操作。由于以上所述的循环路线在返回操作期间形成，因此存储罐12中的压力不会变 为低于设定值的负压，并且因此清洗阀12a的阀关闭状态被保持。接下来，将参考图3和4的流程图说明在内燃发动机运行期间由ECU15执行的废 气净化系统的控制内容。图3和4中示出的过程由ECU 15的微型计算机以预定周期重复 地执行。首先，将参考图3说明关于常规操作的控制内容。首先在S10(S意为“步骤”)中，确定内燃发动机的点火开关的接通操作是否已经 由驾驶员执行。如果接通操作已经执行(S10:是)，则在接下来的S11中电加热器17的通 电被接通，由此加热抽吸管P1、排出管P2和存储罐12的内部。在接下来的S12中，确定管 道PI、P2和存储罐12的内部的解冻是否已经完成。例如，可以确定当电加热器17的通电 接通之后预定时间经过时解冻已经完成。备选地，可以确定当在泵13a运行的状态下压力 传感器13c的感测值等于或高于一预定值时解冻已经完成。如果没有确定解冻已经完成(S12 否)，则过程返回S10。如果确定解冻已经完成 (S12 是)，则过程进行到S13，在其中确定废气净化系统是否正常。例如，确定例如为断路 或短路的异常情况是否在泵单元13、添加阀20和电加热器17的电力系统中发生。如果确定异常情况存在于系统中(S13 否)，则在接下来的S14中输出诊断信号并 且执行故障保险过程。例如，内燃发动机的工作状态被限制以使得流入到催化器装置11中 的NOx量变为等于或小于预定量，并且异常情况的发生被通知驾驶员。如果确定系统正常 (S13 是)，则在接下来的S15中，排出管P2中的压力、即压力传感器13c的感测值被获得。在接下来的S 16中，泵13a的控制量(电动机13b的占空比)基于所获得的排出 管P2中的压力被计算。在本实施方式中，电动机13b的反馈控制通过基于压力传感器13c 的感测值距离目标压力的偏差校正占空比而执行。在接下来的S17(常规操作控制部分) 中，电动机13b被驱动和控制以按S16中计算的控制量执行常规旋转操作。然后，在S18中，将从添加阀20添加的尿素溶液的要求量基于NOx传感器11a的 感测值被计算。更特别地，所述要求添加量被校正为随着感测的NOx量增大而增大。在接 下来的S19中，添加阀20的线圈41的通电时间(即喷射孔25b的阀打开时间)基于在S18 中计算的要求添加量而被计算。在接下来的S20中，控制信号基于在S19中计算的通电时 间被输出到添加阀20的线圈41。如果在接下来的S21中确定点火开关的接通状态被保持 (S21 是)，则过程返回S13。如果确定断开操作已经执行(S21 否)，则图3的一系列过程 结束。接下来，将参考图4说明关于返回操作的控制内容。
首先在S30中，确定内燃发动机的点火开关的断开操作是否已经由驾驶员执行。 如果断开操作已经执行(S30 是)，则在接下来的S31中停止计时器(stoppage timer)执 行增量操作。也就是说，在S31中，在断开操作执行之后(即，在内燃发动机的运行停止时 刻之后)的经过时间被测量。如果点火开关处于接通状态(S30 否)，则被用于S31中的计 时器在S41中被复位为零。在接下来的S32中，基于在S31中执行的计时器测量值，确定在内燃发动机的运行 停止时刻之后是否已经经过了被预先设定的第一预定时间T1。在尿素溶液通过返回操作 从排出管P2、泵13a和抽吸管P1被排出之后，需要花费一定时间以用尿素溶液重新装满排 出管P2、泵13a和抽吸管P1。因此，在所述时刻，尿素溶液不能立即从添加阀20喷射。S32 是考虑到这一点而进行的过程。也就是说，S32是用于检查驾驶员不会在短时间内重新起 动内燃发动机的过程。当确定第一预定时间T1尚未经过(S32 否)时，过程返回S30。在这种情况下，计 时器通过接下来的S31的过程而执行增量操作。当确定第一预定时间T1已经经过(S32 是)时，确定重新起动并不在发动机停止之后立即进行。在这种情况下，以上提及的返回操 作在接下来的S33(返回操作控制部分)中开始。也就是说，泵单元13的逆向旋转操作被 执行。在图3的S17中的常规操作中，电动机13b的驱动(通过反馈控制)被控制以使管 内压力与目标值一致。在S33中的返回操作中，为了在短时间内排出尿素溶液，电动机13b 的驱动(通过开放式控制)被控制以使得泵13a实施最大排出量。在接下来的S34中，确定点火开关的断开状态是否继续。如果在返回操作执行期 间执行接通操作(S34:否)，则确定驾驶员打算重新起动发动机。在这种情况下，泵13a的 逆向旋转操作停止(S42)。如果断开状态继续(S34:是)，则确定在接下来的S35中泵13a 的逆向旋转操作是否已经继续达被预先设定的第二预定时间T2。第二预定时间T2被设定 为通过返回操作排出保留在排出管P2、泵13a和抽吸管P1中的尿素溶液所必需的时间。如果点火开关的断开状态继续(S34 是)并且第二预定时间T2尚未经过(S35 否)，则返回操作继续。之后，当确定第二预定时间T2已经经过(S35 是)时，在添加阀20 的喷射孔25b在接下来的S36 (排出操作控制部分)中打开的状态下，泵13a的常规旋转操 作(排出操作)执行达第三预定时间T3。在接下来的S37中，添加阀20的线圈41通电以 使得阀针26执行阀打开操作。排出管P2的从与连通管P3相连接的点(图1中的Q)延伸到添加阀20的下游部 分(参见图1中的P2a)以及添加阀20的内部通道(例如为阀座区段25a和密封区段26a 和环形通道27之间的间隔(位于中间的间隔))不包括在形成于返回操作期间的循环路线 内。因此，在返回操作期间不可能使存储罐12中的蒸气流入下游部分P2a和添加阀内部通 道中。因此，仅通过执行返回操作不能排出下游部分P2a和添加阀内部通道中的残余尿素 溶液。特别地，如果冻结发生在阀座区段25a和密封区段26a之间，即使所述冻结略微地发 生，喷射孔25b也不能打开并且尿素溶液不能被添加。S36中的排出操作考虑到这一点而执行。也就是说，在返回操作刚刚完成之后，泵 13a的常规旋转操作在添加阀20的喷射孔25b打开的状态下被执行达预定时间。因此，添 加阀内部通道和下游部分P2a中的残余尿素溶液可以通过排出管P2中的蒸气被推出并且从喷射孔25b被排出。在排出操作期间，止回阀16被设为阻塞状态。在排出操作中，为了在短时间内排 出尿素溶液，电动机13b的驱动(通过开放式控制)被控制以使得泵13a实施最大排出量。如果排出操作执行，则担心存储罐12中的尿素溶液流入抽吸管P1中并到达泵 13a,因此尿素溶液在泵13a内部冻结，并且泵13a在下一次发动机起动中不运行。还担心 需要花费长时间利用电加热器17解冻冻结在泵13a内部的尿素溶液。因此，在本实施方式中，抽吸管P1被设定为比下游部分P2a和添加阀内部通道的 路径长度长。利用这样的结构，可以防止当第三预定时间T3经过和排出操作完成时存储罐 12中的尿素溶液到达泵13a。在接下来的S38中，确定点火开关的断开状态是否继续。如果在排出操作执行期 间执行接通操作(S38:否)，则确定驾驶员打算重新起动发动机。在这种情况下，泵13a的 常规旋转操作(排出操作)停止并且添加阀20的通电停止以关闭喷射孔25b (S43)。如果断开状态继续(S38 是)，则确定在接下来的S39中泵13a的排出操作是否已 经继续达被预先设定的第三预定时间T3。第三预定时间T3被设定为通过排出操作排出在 添加阀内部通道和下游部分P2a中的残余尿素溶液所必需的时间。如果点火开关的断开状态继续(S38 是)并且第三预定时间T3尚未经过(S39 否)，则排出操作继续。之后，当确定第三预定时间T3已经经过(S39:是)时，在接下来的 S40中，泵13a的常规旋转操作(排出操作)停止并且添加阀20的通电停止以关闭喷射孔 25b。因此，根据本实施方式，存储罐12中的蒸气在返回操作期间被迫使流入排出管P2 中。这样，可以实现返回操作以使得排出管P2的内部不变为负压，同时防止废气和外部空 气流入。由于存储罐12中的蒸气处于饱和蒸气压下，因此存储罐12中的蒸气压高于外部 空气的蒸气压。因此，尿素溶液中的水成分的蒸发可以被减少，并且在排出管P2、泵13a和 抽吸管P1内部的尿素成分的沉淀可以被抑制。因此，当执行用于将残余尿素溶液返回到存 储罐12的返回操作时，尿素成分的沉淀可以被抑制，同时避免废气成分流入管道的内部。连通管P3在常规操作期间利用止回阀16被阻塞。因此，可以避免泵驱动力的浪 费，如果从泵13a泵送的尿素溶液的一部分不被供给到添加阀20而是通过连通管P3返回 存储罐12，则可能导致所述浪费。在返回操作刚刚结束之后，泵13a的常规旋转操作10 (排出操作)在喷射孔25b 打开的状态下被执行达第三预定时间。因此，添加阀内部通道和下游部分P2a中的残余尿 素溶液可以被推出并且从喷射孔25b被排出。由于清洗阀12a关闭和喷射孔25b关闭，因此在返回操作期间形成的循环路线处 于气密状态。因此，可以避免干的空气在返回操作期间流入所述循环路线。因此，例如为尿 素成分的沉淀的还原的效果可以被完全地发挥出来。循环路线在返回操作期间形成。因此，与如图9 (a)所示的进行从喷射孔25b抽吸 的情况相比，压力损失可以减小并且泵13a的排出量可以增加。因此，返回操作可以在短时 间内完成，并且用于泵驱动的能量消耗可以减小。(第二实施方式)接下来，将描述本发明的第二实施方式。在图5中所示出的本实施方式中，用于通过绕过止回阀16而流通尿素溶液的旁通管P4与连通管P3连接。孔口 18(限制器)被固 定到旁通管P4上，以作为用于将尿素溶液的流量限制到预定量或预定量以下的限制区段。 旁通管P4和孔口 18之外的其它结构与如图1中所示的以上所述的第一实施方式相同。并 且本实施方式的控制内容也与图3和4中所示的控制内容相同。由于本实施方式中提供了旁通管P4，因此从泵13a被排出的尿素溶液在常规操作 期间如图5(a)中的点划线所示而流动。即，从泵13a被排出的尿素溶液中的大部分被供给 到添加阀20，而少量尿素溶液通过旁通管P4返回存储罐12。因此，从泵13a被排出的尿素 溶液的一部分通过连通管P3不变地溢流。在返回操作中的阀打开状态下，孔口 18的开度被设定为小于止回阀16的开度。在 常规操作中的阀打开状态下，孔口 18的开度被设定为小于阀座区段25a和密封区段26a之 间的开度或喷射孔25b的开度。在返回操作期间，止回阀16通过泵13a的抽吸力(负压)被设为阀打开状态。因 此，如通过图5(b)中的点划线所示，存储罐12中的蒸气通过连通管P3被抽吸到排出管P2 中，保留在排出管P2中的液态尿素溶液通过泵13a被抽吸并且返回到存储罐12中。也就 是说，在返回操作期间循环路线形成以使得存储罐12中的蒸气流动按顺序通过连通管P3、 排出管P2、泵13a和抽吸管P1并且返回存储罐12。由于在本实施方式中柱塞泵被用作泵13a，因此在常规操作期间在排出管P2中压 力脉动增大。如果压力脉动大，则即使添加阀20的阀打开时间相同，来自喷射孔25b的喷 射量也会变化，由此防碍添加量的精确控制。结果，当电动机13b的驱动的反馈控制执行时 可控性降下。对于这一点，根据本实施方式，从泵13a被排出的尿素溶液的一部分在常规操作 期间通过连通管P3不变地溢流。因此，排出管P2、添加阀内部通道等中引起的尿素溶液的 压力脉动可以被阻止。因此，来自添加阀20的尿素溶液的添加量可以以高精度被控制。(第三实施方式)接下来，将描述本发明的第三实施方式。在以上所述的第一实施方式中，止回阀16 被用作开闭阀设置到连通管P3上。在图6中示出的第三实施方式中，电磁阀160用于代替 止回阀16。电磁阀160通过EOT 15被控制以使得电磁阀160在常规操作和排出操作期间 关闭，并且使得电磁阀160在返回操作期间打开。其它结构与如图1中所示的以上所述第一实施方式相同。并且本实施方式的控制 内容也与图3和4中所示的控制内容相同。利用本实施方式也可以实现与第一实施方式的 效果类似的效果。根据第二实施方式的旁通管P4和孔口 18可以与本实施方式结合以提供如图7所 示的、作为本实施方式的变化实例的结构。(第四实施方式)接下来，将描述本发明的第四实施方式。在第四实施方式中，如图8所示，本发明 被运用到具有用于冷却添加阀20的冷却装置19的废气净化系统。图8中示出的冷却装置 19具有将发动机冷却剂引入到内部和出口孔19b的入口孔19a。冷却装置19被构造为通 过在经由入口孔19a引入的发动机冷却剂和添加阀20之间进行热交换而冷却添加阀20。电磁阀160 (开闭阀)被设置在冷却装置19中。因此，开闭阀的可安装性提高。止回阀16可以用作本实施方式的开闭阀。根据第二实施方式的旁通管P4和孔口 18可以与 本实施方式结合。在这种情况下，孔口 18可以被设置在冷却装置19中以提高孔口 18的可 安装性。(其他实施方式)本发明不限于以上所述的实施方式，而是可以例如作出如下的变化和实施。此外， 各自的实施方式的特征结构可以任意结合。在以上所述实施方式中，本发明运用于泵单元13在其中被布置在存储罐12外部 的路线内的类型。备选地，本发明可以运用于泵单元13在其中被布置在存储罐12内部的 罐内类型。在以上所述实施方式中，执行电动机13b的占空控制。备选地，可以如以下所说明 的那样执行开关控制。即，当压力传感器13c的感测值(实际压力)变为高出目标压力至 少一预定量时，电动机13b的通电被断开。当实际压力变为低于目标压力至少一预定量时， 电动机13b的通电被接通。在以上所述实施方式中，柱塞泵被用作泵13a。备选地，可以使用例如为叶轮泵的 其它泵。在以上所述的实施方式的泵单元13中，电动机13b被用作泵13a的驱动源。驱动 源不限于电动机13b。备选地，例如，泵13a可以利用内燃发动机的驱动力而被驱动。如所附权利要求书所限定的那样，本发明不应局限于所公开的实施方式，而是可 以在不脱离本发明的范围的情况下以许多其它方式实施。
权利要求
一种内燃发动机的废气净化系统，其特征在于，所述废气净化系统包括泵送存储在存储罐(12)中的尿素溶液的泵(13a)；与所述泵(13a)的排出侧连接的排出管(P2)；将通过所述排出管(P2)泵送的所述尿素溶液添加到所述内燃发动机的排气管(10)中的添加阀(20)；在通过使所述泵(13a)执行常规旋转操作而将尿素溶液供给到添加阀(20)的常规操作与通过使所述泵(13a)执行逆向旋转操作而将所述排出管(P2)中的尿素溶液返回到所述存储罐(12)的返回操作之间切换的控制装置(15)；以及使所述存储罐(12)与所述排出管(P2)连接的连通管(P3)，其中所述废气净化系统被构成为使得所述存储罐(12)中的蒸气在返回操作期间通过执行所述逆向旋转操作的所述泵(13a)的抽吸力经由所述连通管(P3)被抽吸到所述排出管(P2)中。
2.根据权利要求1所述的废气净化系统，其特征在于，所述废气净化系统还包括 开闭阀(16、160)，所述开闭阀(16、160)被设置到所述连通管(P3)上，并且运行以在所述返回操作期间打开所述连通管(P3)而在所述常规操作期间阻塞所述连通管(P3)。
3.根据权利要求2所述的废气净化系统，其特征在于，所述废气净化系统还包括 旁通管(P4)，所述旁通管(P4)与所述连通管(P3)连接以用于流通所述尿素溶液以使得所述尿素溶液绕过所述开闭阀(16、160)；以及被设置到所述旁通管(P4)上以用于将所述尿素溶液的流量限制到预定量或预定量以 下的限制区段(18)。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的废气净化系统，其特征在于，所述控制装置(15)在返回操作结束之后执行排出操作，以用于使所述泵(13a)在所述 添加阀(20)的喷射孔(25b)打开的状态下执行所述常规旋转操作达一预定时间。
5.根据权利要求1到3中任一项所述的废气净化系统，其特征在于， 所述废气净化系统在所述返回操作期间提供所述蒸气的循环路线，所述循环路线至少包括所述存储罐(12)、所述连通管(P3)、所述排出管(P2)、所述添 加阀(20)和所述泵(13a)，以及所述循环路线是气密的以防止气体从外部流入。
6.根据权利要求5所述的废气净化系统，其特征在于，所述控制装置(15)在返回操作结束之后执行排出操作，以用于使所述泵(13a)在所述 添加阀(20)的喷射孔(25b)打开的状态下执行所述常规旋转操作达一预定时间。全文摘要
本发明涉及一种内燃发动机的废气净化系统，所述废气净化系统具有泵送存储在存储罐(12)中的尿素溶液的泵、与所述泵(13a)的排出侧连接的排出管(P2)、将通过所述排出管(P2)泵送的尿素溶液添加到内燃发动机的排气管(10)中的添加阀(20)、在用于通过所述泵(13a)的常规旋转操作将尿素溶液供给到添加阀(20)的常规操作与通过所述泵(13a)的逆向旋转操作而将排出管(P2)中的尿素溶液返回到存储罐(12)的返回操作之间切换的控制装置(15)、以及将存储罐(12)与排出管(P2)连接的连通管(P3)。所述存储罐(12)中的蒸气通过在返回操作期间执行逆向旋转操作的所述泵(13a)的抽吸力经由所述连通管(P3)被抽吸到所述排出管(P2)中。
文档编号B01D53/86GK101876265SQ201010168950
公开日2010年11月3日 申请日期2010年4月27日 优先权日2009年4月28日
发明者大岛圭司, 西岛义明 申请人:株式会社电装