专利名称：用于将尿素溶液喷入到内燃机的废气流内的计量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将尿素溶液喷入到内燃机的废气流内以用于选择性催化还原的计量系统，其中计量系统可以与尿素溶液箱连接，从该尿素溶液箱内可以取出尿素溶液，并且计量系统可以与压缩空气供给装置连接，其中计量系统具有至少一个喷嘴，通过该喷嘴借助于压缩空气可以将尿素溶液喷入到废气流内。此外，本发明涉及一种用于控制借助于压缩空气将尿素溶液喷入到内燃机的废气流内以用于选择性催化还原的方法。
背景技术：
使用SCR催化器以便降低柴油机的氮氧化物排放量。为此用一种计量装置将还原剂喷入到废气系统内。氨用作为还原剂。
因为氨带来汽车的安全问题，使用带有通常32.5%的尿素成分的水溶液的尿素。在废气中尿素在温度高于150摄氏度时分解成气态的氨和co2。尿素分解的参数基本上是时间(蒸发和反应时间)、温度和喷入的尿素溶液的液滴大小。在所述的SCR催化器中通过选择性催化还原(SCR)降低大约90 %的氮氧化物排放。
各种不同的用于喷入尿素的系统是已知的。可以通过压缩空气促进尿素的喷入。压缩空气用作为能量供应者。这对于实现小液滴是有利的。
在高于大约200摄氏度的高温时尿素可以分解，并且形成难于溶解的沉积物。所述沉积物可能堵塞喷嘴。因此压缩空气可以用于在高温时附加地冷却尿素喷嘴。尿素溶液借助于计量系统计量，射入到废气流内并且在SCR催化器内用于希望的化学反应。在此氮氧化物转化成氮和水蒸汽。
如今在汽车中使用的系统中压缩空气和尿素在一个混合腔内汇集，并且通过简单的孔式喷嘴喷入到废气内。空气质量流在此调节到一个恒定值，以便避免在混合腔前尿素回流到空气流内。因此在导引尿素的区域与无尿素的区域之间给出确定的界限，并且避免尿素在混合系统内结晶。在计量系统内必须避免尿素仅仅暂时进入的区域，因为在此存在下述危险，含水的尿素溶液变干，尿素结晶和堵塞空气通道或尿素通道。
在已知的系统中缺点是由于尿素的结晶易堵塞。这种结晶借助于液态的尿素能被重新溶解。然而不能避免至少暂时堵塞系统。
商用车一般具有用于制动装置以及几个附加消耗器的压缩空气系
统。系统的空气压力大多数大于10巴。在已知的系统中，商用车的压缩
空气系统的压缩空气同样用于雾化或借助于已知的计量系统喷入尿素。
然而在此缺点是，由于计量系统的持续的空气消耗带来的后果是发动机更高的燃料消耗。同样的缺点是，空气供给必须适配到以尿素计量系统的形式的附加消耗器上。在此特别的缺点是，必需多倍地用带有提
高的功率的压缩^L。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种通过压缩空气促进雾化的计量系统，其中将压缩空气的消耗最小化。
所述目的按本发明通过一种按权利要求1的计量系统解决，以及通过一种按权利要求14的用于控制喷入尿素溶液的方法解决。本发明的有利的进一步拓展在相应的从属权利要求中给出。
在用于将尿素溶液喷入到内燃机的废气流内以用于选择性催化还原的计量系统中，其中计量系统可以与尿素溶液箱连接，从该尿素溶液箱内可以取出尿素溶液，并且计量系统可以与压缩空气供给装置连接，其中计量系统具有至少一个喷嘴，通过该喷嘴借助于压缩空气可以将尿素溶液喷入到废气流内，特别有利的是，计量系统具有空气阀，借助于该空气阀可以调节压缩空气供给装置的压力和/或空气量和/或的阀门开启时间，并且在空气阀与喷嘴之间设置用于测量在压缩空气供给装置内的压力和/或空气量的传感器。因此在按本发明的用于将尿素溶液射入或喷入到废气流内的计量系 统中监控压缩空气供给装置的空气压力，并且从而按要求调节。
在用于控制借助于压缩空气将尿素溶液喷入到内燃机的废气流内以 用于选择性催化还原的方法中特别有利的是，在每个运行点上取决于运 行参数废气温度和废气质量流控制为了雾化尿素溶液而输入的压缩空气 量，并且将其降低到相应必需的最小空气量，以便喷入的尿素溶液的液 滴质量足够用于催化器的作用。
因此在按本发明的计量系统和按本发明的用于控制尿素溶液的喷入 的方法中通过一个相应的调节阀调节地输入压缩空气。在每个运行点上 降低输入的空气量，使得液滴质量正好足够用于催化器的作用。这通过 在发动机的每个运行点上取决于运行参数适配计量空气量来实现。在此 尤其是获得废气温度和/或废气质量流作为运行参数，并且用于调节空气 量，也就是取决于实时的发动机运行点相应跟踪空气量。
减少喷嘴内的空气量意味着恶化液滴质量，也就是较大的液滴直径。 最低必需的液滴质量取决于在相应运行点要求的催化器作用程度。压缩 空气量根据相应的要求降低到必需的最小量上。因此在汽车中明显降低 发动机的消耗。
在计量系统的一种特别优选的实施方式中对于空气阀涉及一种比例 调节阀。通过使用比例调节阀能精确调节压缩空气供给装置的空气量， 也就是用于将尿素溶液喷入到废气流内的空气量。
优选对于设置在空气阀与喷嘴之间的传感器涉及一种压力传感器， 借助于该压力传感器监控在空气阀后面压缩空气系统内的压力。
在一种特别优选的实施方式中计量系统从发动机控制装置获得废气 质量流的信号。废气质量流由发动机控制器由吸入的空气质量流和燃料 质量流计算出来，并且作为废气质量流的信号提供。可选地，计量系统 具有用于测量废气质量流的传感器。取而代之或附加地，优选计量系统 具有用于测量废气温度的传感器。
从废气质量流信号和/或废气温度能获得并且通过计量系统的相应 的电子控制装置能分析取决于相应发动机运行点存在的运行参数废气温度和/或废气质量流，并且取决于测量到的运行参数调节压缩空气供给装置的压力和/或空气量和/或阀门开启时间。
计量空气量的适配的影响参数尤其是废气温度、废气质量流、尿素质量流、必需的催化器作用程度、催化器大小、尿素计量装置与催化器之间的准备路程。
因此用按本发明的计量系统能在每个单独的运行点上取决于相应的边界条件优化空气量。
在特别优选的实施方式中，压缩空气供给装置具有节流阀。通过设置节流阀能在输入到喷嘴前相应降低在空气压力系统内的空气压力。
在一种特别优选的实施方式中，计量系统具有用于输送尿素溶液的计量泵。对于一种这样的计量泵可以尤其涉及一种在被输送的尿素溶液的质量流方面可控制的计量泵，以便尿素溶液的输送量可以通过相应控制计量泵适配到相应的运行点上。
优选在尿素罐与压缩空气供给装置的管路之间设置一根连接管，其中连接管具有止回阀。
为了在计量间歇时完全中断空气输入，必需的是，从热的区域内去除尿素，以便避免形成沉积物。否则尿素在高温时分解，并且引起沉积物并且从而导致堵塞。通过设置压缩空气管也就是尿素管与压缩空气供给装置的管路之间的连接管可以防止这种沉积物，其中在计量间歇时借助于压缩空气将尿素化合物吹除。止回阀装入到该连接管内，该止回阀的开启压力高于在计量时调节的在空气阀后面的空气压力。
在计量运行时所述止回阀关闭，因为在压缩空气管内的压力低于止回阀的开启压力。为了用压缩空气将尿素管吹干净，停止通过计量泵的尿素输送，并且暂时打开空气阀，使得压力超过止回阀的开启压力。由于在压缩空气管内的节流阀在计量管内产生压降，并且压缩空气将尿素推到废气系统内。因此吹千净管路。在暂时的空气沖击后从计量喷嘴内吹出尿素，并且可以完全关掉空气输入。
优选计量系统具有空气压缩机，如果在计量系统的安装环境内不存在或者存在不充分的压缩空气供给时，借助于一种这样的空气压缩机能提供要求用于计量系统的压缩空气。
优选计量系统具有控制器，借助于该控制器可以取决于由传感器获得的测量值控制空气阀和/或节流阀和/或计量泵和/或空气压缩机。
通过设置一种这样的控制器优化计量系统的运行，也就是可以以特别有利的方式实现空气优化，该控制器取决于传感器测量值也就是取决于实时的运行参数控制计量系统的 一个或多个部件。因此借助于 一种这样的控制器能以优化的方式将尿素输送量和空气输送量适配到内燃机和用于选择性催化还原的催化器的实时的运行参数上，并且从而进行调节。
优选计量系统具有尿素溶液箱。通过计量系统本身具有尿素溶液箱，能在相应的环境中补充装备计量系统，在所述环境中尿素溶液箱不是已经存在的。
在一种优选的实施方式中计量系统具有双料喷嘴。特别优选地，对于双料喷嘴涉及一种外混合的喷嘴。
因此优选方法设计成，使在时间上在结束或中断压缩空气输送前结束或中断输送尿素溶液，并且压缩空气在中断或结束输送尿素溶液后用于借助于压缩空气清扫导引尿素溶液的零件。因此尤其从计量系统的热的区域内去除尿素。否则尿素在高温时分解并且形成沉积物并且可能导致堵塞。
为了用压缩空气将尿素管吹干净，停止通过计量泵的尿素输送，并且暂时打开空气调节阀，使得压力超过在尿素管与压缩空气管之间的连接管内的止回阀的开启压力。由此在计量管内产生压降，以便压缩空气将尿素推入到废气系统内，并且从而吹干净导引尿素的管路。在暂时的空气沖击后从计量喷嘴内吹出尿素，并且同样可以完全关掉空气输入。因此中断或结束喷入尿素溶液可以通过关掉计量泵实现。在重新接通计量装置前有意义的是，首先将压缩空气调节到大于正常的计量空气输入的值，以便在尿素进入到该喷嘴前冷却喷嘴。当关掉整个系统时，从管路内吹出尿素同样是有利的。尿素在低于
-ll摄氏度时结冰。在此尿素水溶液大约膨胀10%。这导致冰冻压力，
通过该水冻压力可能破坏部件。因此必需的是，在完全关掉系统前从喷 嘴内吹出尿素。
这尤其可以通过如下方式实现，在结束尿素输送后借助于压缩空气 清扫整个系统，也就是借助于压缩空气从系统内吹出尿素。
优选在按本发明的用于控制喷入或射入尿素溶液的方法中取决于运 行参数废气温度和废气质量流控制至少 一 个计量泵和/或至少 一 个空气 压缩机和/或至少一个空气调节阀。为此借助于相应的控制器分析不同的 获得的运行参数，以便可以精确控制部件。
在附图中示出并且如下解释按本发明的用于将尿素溶液喷入到内燃
机的废气流内的计量系统的两个实施例。其中
图1 计量系统的第一实施方式的设备示意图； 图2 计量系统的第二实施方式的设备示意图。
具体实施例方式
在附图中用相同的附图标记示出相同的构件和组件。图l示出尿素 计量系统的第一实施方式的示意图。
尿素从箱体1经由吸入管2由计量泵3吸入。计量泵3例如是一个 隔膜泵或活塞泵，该泵用每个沖程输送一定量的尿素溶液，并且从而同 样地计量。通过压力管4将尿素传送到双料喷嘴5上。双料喷嘴5优选 是外混合的喷嘴，其中空气射流将尿素雾化。
压缩空气从压缩空气容器6被传送到比例空气阀7上。比例空气阀7 将压力流调节到一个由电子装置12预先确定的值上。用于借助于电子控 制单元12计算所述值的输入参数是发动机数据如废气质量流，所述发动 机数据由发动机电子装置给出。此外是废气温度以及在双料喷嘴5前的 压缩空气的压力。在双料喷嘴5前面的压力是用于流过的空气体积流的尺度。空气通过压缩空气管和止回阀8被传送到双料喷嘴5上。尿素在双料喷嘴5内被压缩空气雾化并且输入到废气流9内。
为了获得运行参数废气质量流、空气压力和废气温度，设置一个用于获得废气质量流的传感器11、 一个用于获得在双料喷嘴5前的压缩空气压力的压力传感器16以及一个用于获得在废气流9内的废气温度的温度传感器17。在一种未示出的可选方案中由发动机控制装置提供废气质量流信号。
传感器ll、 16、 17的测量值输入到控制单元12内。在控制单元12内分析获得的传感器数据和发动机数据，并且从而取决于瞬时的运行数据控制比例空气阀7和计量泵3。双料喷嘴5的喷嘴尖设置在废气流9内。尿素通过废气管被传送到SCR催化器10内。在此大部分液滴汽化。尿素转换成氨。在催化器10本身内用氨降低发动机的氮氧化物排放量。
在比例空气阀7与双料喷嘴5之间的压力管内的止回阀8防止在可能发生的喷嘴5堵塞时能将尿素压到压缩空气管内。
图2示出按本发明的计量系统的第二实施方式，其中在没有附加的主动操作的构件的情况下能用压缩空气从压力管和喷嘴内排出尿素，以便在计量间歇时从热的区域内去除尿素，从而防止尿素在高温时分解和形成沉积物。
在此压缩空气管在比例空气阀7后面与尿素溶液管4通过受弹簧负载的止回阀14利用管路13连接。此外在比例空气阀7和管路13的分支点后面的压缩空气管内装入一个节流阀15。
在最简单的情况下管路自己能承担节流阀15的功能，此时该管路有足够的长度。在计量运行期间在节流阀15的管路内的压力低于受弹簧负载的止回阀14的开启压力。压缩空气流过喷嘴5。在此计量的尿素被雾化。当在关掉计量泵3时在比例空气阀7后面的压力被提高到高于止回阀14的开启压力的一个值时，空气流入尿素的压力管4内。排出在管路4和喷嘴5内的尿素。因此在关掉发动机后喷嘴5的区域是没有尿素的，并且从而是耐冻的。在发动机运行时在高的废气温度时在不计量的情况下不会形成沉积物。
权利要求
1. 用于将尿素溶液喷入到内燃机的废气流(9)内以用于选择性催化还原的计量系统，其中计量系统能与尿素溶液箱(1)连接，从该尿素溶液箱内能取出尿素溶液，并且计量系统能与压缩空气供给装置(6)连接，其中计量系统具有至少一个喷嘴(5)，通过该喷嘴借助于压缩空气能将尿素溶液喷入到废气流(9)内，其特征在于计量系统具有空气阀(7)，借助于该空气阀能调节压缩空气供给装置(6)的压力和/或空气量和/或阀门开启时间，并且在空气阀(7)与喷嘴(5)之间设置用于测量在压缩空气供给装置(6)内的压力和/或空气量的传感器。
2. 根据权利要求l所述的计量系统，其特征在于空气阀(7)涉及比例调节阀。
3. 根据权利要求1或2所述的计量系统，其特征在于传感器涉及压力传感器(16)。
4. 根据上述任何一项权利要求所述的计量系统，其特征在于计量系统具有用于计算废气质量流的器件或者具有用于测量废气质量流的传感器(11)。
5. 根据上述任何一项权利要求所述的计量系统，其特征在于计量系统具有用于测量废气温度的传感器(17)。
6. 根据上述任何一项权利要求所述的计量系统，其特征在于压缩空气供给装置(6)具有节流阀(15)。
7. 根据上述任何一项权利要求所述的计量系统，其特征在于计量系统具有用于输送尿素溶液的计量泵(3)。
8. 根据上述任何一项权利要求所述的计量系统，其特征在于在尿素溶液管(4)与压缩空气供给装置的管路之间设置连接管(13)，该连接管(13)具有止回阀(14)。
9. 根据上述任何一项权利要求所述的计量系统，其特征在于计量系统具有空气压缩机。
10. 根据上述任何一项权利要求所述的计量系统，其特征在于计量系统具有控制器(12)，借助于该控制器取决于由传感器(11、 16、 17)获得的测量值能控制空气阀(7)和/或节流阀(15)和/或计量泵(3)和/或空气压缩机。
11. 根据上述任何一项权利要求所述的计量系统，其特征在于计量系统具有尿素溶液箱(1)。
12. 根据上述任何一项权利要求所述的计量系统，其特征在于计量系统具有双料喷嘴(5)。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于双料喷嘴(5)是外混合的喷嘴。
14. 用于控制借助于压缩空气将尿素溶液喷入到内燃机的废气流(9 )内以用于选择性催化还原的方法，其特征在于在每个运行点上取决于运行参数废气温度和废气质量流控制为了雾化尿素溶液而输入的压缩空气量，并且将压缩空气量降低到相应必需的最小空气量，以便喷入的尿素溶液的液滴质量足够用于催化器的作用。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于在中断或结束喷入尿素溶液时借助于压缩空气清除导引尿素溶液的管路内的尿素溶液。
16. 根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于通过关掉计量泵(3)中断或结束尿素溶液的喷入。
17. 根据权利要求14至16之一所述的方法，其特征在于取决于运行参数废气温度和废气质量流控制至少一个计量泵(3)和/或至少一个空气压缩机和/或至少一个空气调节阀(7)。
全文摘要
本发明涉及一种用于将尿素溶液喷入到内燃机的废气流(9)内以用于选择性催化还原的计量系统及其控制方法，其中计量系统可以与尿素溶液箱(1)连接，从该尿素溶液箱内可以取出尿素溶液，并且计量系统可以与压缩空气供给装置(6)连接，其中计量系统具有至少一个喷嘴(5)，通过该喷嘴借助于压缩空气可以将尿素溶液喷入到废气流(9)内。计量系统具有空气阀(7)，借助于该空气阀可以调节压缩空气供给装置(6)的压力和/或空气量和/或阀门开启时间，并且在空气阀(7)与喷嘴(5)之间设置用于测量在压缩空气供给装置(6)内的压力和/或空气量的传感器。
文档编号F01N3/08GK101457683SQ200910001359
公开日2009年6月17日 申请日期2009年1月7日 优先权日2008年3月12日
发明者G·许特沃尔 申请人:阿尔博耐尔有限公司