用于喷射器故障补救的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及用于喷射器故障补救的系统和方法。一种机器包括具有排气系统的发动机。柴油机排气处理液(DEF)喷射器提供计量的DEF并且包括适合响应于命令而选择性地打开的阀。与发动机和DEF喷射器相联的控制器监视DEF喷射器的操作以检测故障并且在已检测到故障时启动故障补救循环。该故障补救循环包括加热排气以加热DEF喷射器并使可能正导致故障的任何尿素晶体熔化，以及启动DEF喷射器的阀以从DEF喷射器内排出熔化的尿素。
【专利说明】用于喷射器故障补救的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及发动机系统，更具体地涉及排气后处理系统和方法。
【背景技术】
[0002]一种已知的用于除去某些柴油发动机排气成分的方法是使用排气后处理系统，该排气后处理系统利用了氮氧化物的选择性催化还原(SCR)。在典型的SCR系统中，尿素或基于尿素的水溶液与排气混合。在一些应用中，尿素溶液经专用的喷射器装置直接喷射到排气通路中。所喷射的尿素溶液与排气混合并且分解以在排气流中提供氨(NH3)。氨然后在催化剂处与排气中的氮氧化物(NOx)反应，以提供氮气(N2)和水(H2O)。
[0003]如可以理解的，SCR系统需要在发动机系统附近存在某种形式的尿素，以使得发动机在运转期间可被连续供给尿素。各种尿素或尿素溶液输送系统是已知的并且用于发动机应用中。在已知的尿素喷射系统中，可能出现与温度和/或压力有关的挑战，其会影响用于喷射尿素的电子和机械硬件。例如，考虑到尿素通常以水溶液形式直接喷射到发动机的排气系统中，由于热效应或压力效应而引起的溶液浓度的变化在系统操作期间以及在热的发动机停机后的热饱和之后都会妨碍喷射器的正常工作。此外，对于使用基于水的尿素溶液的系统，系统的减压和/或沸腾会引起尿素在喷射器处结晶，这可能堵塞喷射器。
【发明内容】
[0004]在一个方面，本文描述了一种机器。该机器包括发动机，该发动机具有与其相联的排气系统。柴油机排气处理液(DEF)喷射器配置成将计量的DEF提供到排气系统中。该DEF喷射器包括适合响应于将DEF喷射到排气系统中的命令而选择性地打开的阀。控制器与发动机和DEF喷射器相联。控制器配置成监视DEF喷射器的操作以检测故障、在检测到DEF喷射器中的故障时激活故障信号以及在故障信号有效时启动故障补救循环。该故障补救循环包括使排气系统中的排气的温度上升以加热DEF喷射器并使可能正引起故障的任何尿素晶体熔化，以及启动DEF喷射器的阀以从DEF喷射器内排出熔化的尿素。控制器还判定故障是否已被清除，并且在故障已被清除时重置故障信号。
[0005]在另一个方面，本文描述了一种用于具有发动机的机器中的柴油机排气处理液(DEF)喷射器的故障补救的方法，所述发动机包括排气系统。该方法包括产生排气以及使排气经过排气系统。利用DEF喷射器将预定量的包含尿素水溶液的柴油机排气处理液(DEF)选择性地喷射到排气中。该DEF喷射器对由控制器提供的命令信号作出响应。使用控制器监视DEF喷射器的操作以检测故障，并且在检测到DEF喷射器中的故障时在控制器中激活故障信号。在故障信号有效的状态下在控制器中启动故障补救循环。该故障补救循环包括使排气系统中的排气的温度上升以将DEF喷射器加热到高于通常操作温度，以使得可能正引起故障的任何尿素晶体熔化。然后启动DEF喷射器以从DEF喷射器内排出熔化的尿素。
[0006]在又一个方面，本文描述了一种用于补救DEF喷射器中的故障的方法。该方法包括判定DEF喷射器中存在故障，该故障可归因于在DEF喷射器内已发生尿素水溶液中的水的沸腾和蒸发之后喷射器内的晶体状的尿素的冷凝。当DEF喷射器中存在故障时激活故障信号。将DEF喷射器加热到高于通常操作温度的温度以使DEF喷射器内的任何晶体状的尿素熔化。启动DEF喷射器以从DEF喷射器内排出任何熔化的尿素，并且作出关于该故障是否已被补救的判定。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是根据本发明的机器的概略图。
[0008]图2是根据本发明的具有SCR系统的发动机的框图。
[0009]图3是根据本发明的排气处理模块的局部剖视概略图。
[0010]图4是根据本发明的用于柴油机排气处理液(DEF)的喷射器的概略图。
[0011]图5是根据本发明的防结晶和补救控制系统的框图。
[0012]图6是根据本发明的控制系统的一个替换实施例的框图。
[0013]图7是根据本发明的防结晶和补救的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]本发明涉及用于机器的动力管理系统，更具体地涉及防止和在必要时补救由于尿素结晶而引起的DEF喷射器堵塞的动力管理系统和方法。
[0015]图1中示出了机器100的侧视图，该机器在本示例中为自行式平地机101。术语“机器”一般用于描述具有至少一个驱动轮的任何机器，所述驱动轮由连接到该驱动轮的马达例如利用电力或液压静力直接驱动，或者替换地通过发动机经变速器由机械装置驱动。尽管图1中示出了自行式平地机，但设想执行与工业例如采矿、建筑、耕作、运输、船舶或本领域中已知的任何其它行业相关的某一类型操作的任何机器。例如，机器100可以是土方机器，例如轮式装载机、挖掘机、自卸卡车、反铲装载机、物料操作机、机车、铺路机等。除移动式机器外，机器100可以是固定式或便携式机器，例如发电机组、驱动气体压缩机或泵的发动机等。类似地，尽管示例性的铲刀被示为附装的机具，但可以包括替代机具。可针对包括例如装载、压实、举升、擦拭的各种作业利用和采用任何机具，所述机具包括例如铲斗、压实器、叉式举升装置、刷子、抓斗、切割器、剪刀、铲刀、破碎器/夯锤、螺旋钻和其它机具。
[0016]图1所示的自行式平地机101通常包括由发动机框架102和机具部分104组成的两件式框架。替换地，自行式平地机101可包括单个框架件。所示的实施例中的发动机框架102通过枢轴(未示出)连接到机具部分104。机具部分104包括操作员室106和与地面接触的两个惰轮108 (仅一个可见)。发动机框架102通过两个驱动轮118与地面接触，所述驱动轮通过在枢轴123处连接到发动机框架102的串梁(tandem beam) 120互相连接。铲或铲刀110沿机具部分104的中间部分悬挂。铲刀110可以在自行式平地机101操作时选择性地调节成以各种高度和角度与地面接触，以实现期望的坡度或轮廓。铲刀110的位置的调节通过图1中总体表示为112的致动器系统来实现，而用于由铲刀110在操作期间经受的负载的支承通过杆114来实现，所述杆114将机具部分104枢转地连接到铲刀110。
[0017]发动机框架102支承发动机(以下参照图2示出和描述)，发动机的元件由发动机盖116保护。发动机提供推进自行式平地机101以及操作自行式平地机101的各种致动器和系统所需的动力。如可以理解的，其它机器可具有不同构型和/或与其相联的各种其它机具。发动机盖116包括允许空气通过并冷却发动机构件的格栅和其它开口。
[0018]图2是与机器100的发动机202相联的排气后处理系统200的框图。系统200可如图示的实施例中所示被模块化地包装以在已有的发动机上改装或者替换地安装在新发动机上。在图示的实施例中，系统200包括与发动机202的排气管道206流体连接的第一模块204。在发动机运转期间，第一模块204配置成在内部接收来自排气管道206的发动机排气。第一模块204可包含各种排气处理装置，例如柴油机氧化催化剂(DOC) 208和柴油机颗粒过滤器(DPF) 210，但可使用其它装置。第一模块204和其中存在的构件是可选的并且对于不需要由第一模块204提供的排气处理功能的各种发动机应用而言可以省略。在图示的实施例中，由发动机202提供给第一模块204的排气在进入转移管道212之前可首先通过D0C208，然后通过DPF210。
[0019]转移管道212将第一模块204与第二模块214流体地互连，以使得来自发动机202的排气可在经连接到第二模块的烟道(stack) 220释放之前先后通过第一模块204和第二模块214。在图示的实施例中，第二模块214封装SCR催化剂216和氨氧化催化剂(AMOX) 218。SCR催化剂216和AM0X218操作成中存在氨的情况下处理来自发动机202的排气，所述氨在喷射到转移管道212中的排气中的含尿素溶液的降解之后提供。
[0020]更具体地，通常称为柴油机排气处理液(DEF) 221的含尿素的水溶液通过DEF喷射器222喷射到转移管道212中。DEF221容纳于储器228内并且通过泵226提供给DEF喷射器222。随着DEF221喷射到转移管道212中，它与通过其中的排气混合并且被载送至第二模块214。为了促进DEF与排气的混合，可沿转移管道212配置混合器224。
[0021]如可以理解的，DEF喷射器222在转移管道212上的位置可以使喷射器暴露于操作期间由于排气的加热而相对高的温度。在图示的示例性实施例中，通过喷射器提供发动机冷却剂流，但这种冷却剂流是可选的。
[0022]在操作期间可能出现的一个问题是DEF中的尿素尤其是在喷射器222上结晶。结晶可例如在DEF流体在发动机停机之后的系统清理(purge)期间减压时发生。具体地，当DEF系统被清理时，DEF管道中的压力从操作压力值降低至接近大气压的压力。考虑到这种状态下DEF喷射器222的较高温度并且压力降低，溶液的沸点降低，这又可引起DEF溶液中的水沸腾和蒸发。在某些状态下，蒸发的水可引起在DEF喷射器内形成过饱和溶液和/或固体尿素晶体。这种固体可具有特定熔点，该熔点可以预先确定并且取决于其易于结晶的化合物或其混合物。这种结晶可例如通过物理地堵塞喷射器阀的开口和/或堵塞喷射器内向用于喷射的阀供给DEF的DEF管道而妨碍喷射器正常操作。
[0023]图3是系统200的部分剖视概略图，图4是为了图示而从系统200拆下的DEF喷射器222的概略图。参考这些图，本发明旨在解决与DEF喷射器222和周围的系统相关的热问题。对于高温状态，本发明至少部分地提供用于管理尤其在可形成适于在喷射器内形成固体尿素浓缩物的状态的清理操作之后输入喷射器的热的系统和方法。
[0024]更具体地，系统200被包装成使得DEF喷射器222的位置位于周围结构的相对外部并且在发动机运转期间以及停机后都暴露于对流的冷却空气流。参考图3——其中为简单起见用与前面使用的相同参考标号表示与前面描述的对应结构相同或相似的结构，第一模块204和第二模块214彼此相邻地配置，转移管道212配置在它们之间。DEF喷射器222相对于排气流302的方向而言配置在转移管道212的上游端。
[0025]控制器300和各种传感器配置成监视和控制系统200的操作。更具体地，该系统可包括配置成测量系统200内的排气温度并向控制器300提供指示测量出的温度的温度信号的一个或多个温度传感器。控制器300可以是单个控制器，如图2所示，或者可包括配置成控制机器的各种功能和/或特征的多于一个的控制器。例如，用于控制机器的总体操作和功能的主控制器可与用于控制发动机202的马达或发动机控制器、用于控制DEF喷射器222和泵226的操作的SCR系统控制器(未示出)以及其它控制器协作地实现。
[0026]在该实施例中，术语“控制器”意味着包括可与机器100相联并且可协作控制机器100(图1)的各种功能和操作的一个、两个或更多个控制器。虽然在各图中仅基于说明的目的被概念性地示出为包括各种独立的功能，但控制器300的功能可在与所示的独立功能不相关的硬件和/或软件中实现。因此，关于图2的框图中所示的构件描述控制器的各种接口。此类接口既不意在限制相连的构件的类型和数量，也不意在限制所描述的控制器的数量。
[0027]控制器300经由DEF喷射器命令线路301与DEF喷射器相联，控制器可经所述DEF喷射器命令线路监视和控制喷射器222。控制器300还可与配置成测量系统200内的排气温度的一个或多个温度传感器相联。在图示的实施例中，第一温度传感器304经由第一温度通信线路306连接到控制器300。第一温度传感器304向控制器300提供指示在操作期间进入后处理系统200的排气的温度的第一温度信号。如图所示，第一温度传感器304配置在再生辅助装置308例如可从美国伊利诺伊州皮奥利亚市(Peoria，Illinois)的卡特彼勒公司购买到的“Cat再生系统(Cat Regenerat1n System) ” (CRS)和/或背压装置的下游。背压装置通常被实施为阀，例如蝶阀或可移动的可变喷嘴涡轮装置，该阀可配置成选择性地堵塞发动机的排气管道，从而增大发动机上的排气背压并且还提高排气温度。目前，图示的实施例中的CRS是用于在额定130-560bkW(175-750bhp)的发动机中选择性地提高排气温度以按需促进DPF210中的氧化和燃尽烟灰的主动再生系统。CRS包括燃烧燃料的加热器，其在机器的排气系统内产生火焰，从而提高通过其中的排气的温度。CRS308的启动和控制可由控制器300经CRS控制线路310提供。在图示的实施例中，控制器300还与第二温度传感器312相联，所述第二温度传感器312经由第二温度通信线路314连接到控制器300，第二温度传感器312经所述第二温度通信线路314向控制器300提供指示进入系统200的SCR部分的排气的温度的第二温度信号。
[0028]应该理解的是，除上述加热装置以外或代替上述加热装置，可以使用任何已知的加热发动机排气的模式。例如，燃料后喷射以在排气中提供碳氢化合物——无论这些碳氢化合物是直接喷射到发动机的排气管道中还是在延迟后喷射中在发动机气缸中提供——可与诸如DPF的各种后处理构件互相作用、氧化并且因此在发动机运转期间选择性地提高排气温度。
[0029]图4中示出了 DEF喷射器222的一个实施例的概略图。在该实施例中，喷射器222包括容纳电动致动器(未示出)的体部230，所述电动致动器可经连接到体部230的电连接器232接收命令信号。电连接器232可连接到通信线路301 (图2)。致动器连接到并且操作阀部件234。阀部件234在打开时允许DEF从喷射器22流出并且流入转移管道212中。位置传感器235向控制器300提供指示阀234的位置的位置信号。在一个替换实施例中，监视提供给电动致动器的电流信号以推断螺线管致动器内的阀芯的位置并且因此推断喷射器阀的位置。在喷射器222内存在结晶尿素的情况下，结晶的尿素固体可能流体地和/或机械地阻止阀部件234的操作和/或DEF的流动。在机械地阻止的情况下，由致动器提供的致动器力可能不足以在期望DEF的喷射时突破沉淀物以打开阀部件234。类似地，在流体地阻止的情况下，如果不能有充分流量的DEF到达阀部件234，那么打开阀部件234无法获得期望的DEF的喷射量和正时。
[0030]在通常操作期间，喷射器222通常与热输入隔离以将存在于其中的电子构件和其它构件与升高的温度隔离。为了在体部230与喷射器222所连接到的排气系统之间形成对于传导传热的屏障，使用多个间隔件236来将体部230与安装凸缘238间隔开,从而在喷射器222的体部230与安装凸缘238之间形成间隙240。
[0031]DEF经体部230供给到阀部件234。DEF输入管道242连接到管道245 (图2)，该管道245又流体连接到储器228。在某些运转状态下，在输入管道242与阀部件234之间通过喷射器222的DEF流用于在运转期间对流地冷却体部230。另外的对流冷却还可以通过将发动机冷却剂或另一种冷却流体传送通过形成在体部230中的内部通路来提供。在图示的实施例中，延伸穿过体部230的内部通路(未示出)可通过冷却剂输入口 244和冷却剂输出口 246流体地到达。各冷却剂口 244和246连接到相应的管道248和250 (图5)，所述管道适合接收通过其中的冷却剂流以对流地控制体部230的温度。在一个方面，经过喷射器体部的冷却剂流可用于加热喷射器以使得其中存在的任何尿素固体可熔化。然而，这种加热可能不足以在所有运转状态下补救结晶状态。
[0032]现在参考图5和6，示出了图示防结晶和补救控制器的替换实施例的两个框图。在如图5所示的第一实施例中，控制器400接收各种输入，并且基于这些输入和其它信息来诊断故障并且控制机器的DEF喷射和相关系统的操作。图示的实施例中对控制器400的输入包括排气温度402、再生状态404、DEF喷射器阀位置406、发动机转速(RPM) 408、发动机负荷410和诊断标记或历史故障计数器412，不过可以使用更少、更多和/或不同的参数。至少基于这些或相似的参数，控制器400提供命令信号414。命令信号414可以包括控制机器的一个或多个构件和系统的操作的特定命令。在图示的实施例中，命令信号414可包括DEF喷射器命令，其经由通信线路301被提供给DEF喷射器，例如喷射器222。命令信号414还可包括如下所述的与期望用于DPF210的再生、DEF喷射器222的防结晶或补救的排气温度上升时CRS308的启动、操作和/或控制有关的信息。
[0033]如上所述，当DEF系统从DEF喷射器例如喷射器222清理DEF时，在喷射器处于热状态时，喷射器变得易于使喷射器内的DEF溶液中的水沸腾。该沸腾可能增大DEF流体的尿素浓度，这会导致喷射器内的尿素沉淀物的析出和结晶，从而可能导致喷射器的部分或完全堵塞并且妨碍正常操作。这种效应在文中通常称为与DEF喷射器有关或一般而言与DEF分配系统相关的“故障”或“失效”状态。在典型析出状态下尿素固体的熔点可以是高达130摄氏度。控制器400有利地构造成在发生这些状态时检测它们，并且补救DEF喷射器的操作能力的任何降低，使得可以避免喷射器和其它系统构件的修理或更换否则所需的成本和时间。
[0034]在一个实施例中，控制器400可尝试重新建立喷射器222的操作。在该操作模式下，控制器可在故障被证实或检测到之前确定喷射器中的潜在故障状态即将来临或者预料至IJ。为了实现这一点，控制器400可在DEF清理事件期间监视排气温度信号402以判定是否存在对尿素晶体析出有利的状态。如果强制再生操作如例如通过再生信号404所示即将来临，则控制器可进一步预期排气温度上升。DEF清理事件可经由诊断信号412或经由特定的一组发动机转速RPM408和发动机负荷410与如通过喷射器阀位置406所示的喷射器阀的打开的组合来识别。当DEF清理在高排气温度下正在进行或即将来临时，控制器可确定应该在接下来可用的机会执行尿素结晶补救。
[0035]替换地，喷射器内的尿素结晶状态可通过由控制器提供的故障指示或监视并且操作DEF喷射器的控制算法来诊断。具体地，控制器400在操作期间可持续地监视DEF喷射器的操作。在尿素晶体正在妨碍喷射器的操作时，可通过在控制器400内将喷射器阀406的位置与该阀基于阀命令的预期或预定位置进行比较来执行对喷射器故障的诊断。换言之，控制器400可命令喷射器阀的阀开度以喷射DEF流体，然后监视喷射器阀位置406以确保阀确实已打开至所要求的程度。在阀未完全响应于所述命令的情况下，可指示故障状态，可提供发生故障指示416，并且如果可能的话可启动补救处理以纠正该故障状态。在一个实施例中，控制器可将命令的DEF喷射器阀位置与基于由与DEF喷射器阀相联的位置传感器提供的位置信号确定的实际DEF喷射器阀位置进行比较。基于该信息，当命令的DEF喷射器阀位置和实际的DEF喷射器阀位置之间的差异超过预定阈值达预定时间时，控制器可判定存在故障。
[0036]当执行补救操作时，控制器400可首先确保系统正在运转，即喷射器中存在加压的DEF并且根据DEF喷射器控制策略间歇地执行DEF喷射。如果控制器已事先判定为过去已经存在促进尿素结晶的状态，则运转模式可以是正常运转模式；或者如果控制器已经判定存在妨碍DEF喷射器正常操作的故障状态，则运转模式可以替换地是故障状态下的运转模式。在基于例如发动机转速408和负荷410信号命令DEF喷射之前，控制器可首先使喷射器222至少暂时加热到100到140摄氏度之间的温度，例如约130摄氏度。这种温度上升可足以使其中可能存在的任何尿素晶体熔化。在熔化时，可执行喷射以从喷射器排出高浓度尿素溶液，并且然后喷射器可回到通常的较低操作温度。
[0037]通过各种方法，例如，通过启动CRS，通过使发动机的负荷增大，通过利用配置在排气系统中的排气背压阀来约束发动机排气从而增大发动机负荷和排气温度，和/或通过其它方法或方法的组合，可实现出于该目的对排气的加热。替换地，控制器可被动地监视正常工作期间的排气温度是否激增至高于临界温度，例如130摄氏度。在这种被动或伺机的补救操作中，控制器在存在这种较高排气温度状态的情况下可启动喷射器以从喷射器排出此时熔化的尿素。
[0038]图6中示出了控制器500的一个替换实施例。在该实施例中，控制器500与DEF控制器502协作执行各种系统操作。在该布置结构中，控制器500加入了可增加到已经具有专用的DEF喷射系统控制器的已有系统上的功能。这里，控制器500的作用是通过提供检测和更重要地补救尤其是与DEF喷射器的结晶堵塞有关的DEF喷射器故障状态功能来增强DEF控制器502的操作。在以下描述中，为简单起见，与前面描述的对应元件相同或相似的元件用与前面使用的相同参考标号表示。
[0039]更具体地，DEF控制器502构造成接收各种信号，包括例如发动机转速408、发动机负荷410和喷射器阀位置406。基于由这些信号提供的信息和其它信息例如列表数据，DEF控制器提供喷射器命令信号411。DEF控制器502还监视DEF喷射系统操作，并且在发生故障的情况下提供故障信号416。
[0040]命令信号411被控制器500截获。在正常操作期间，即，在未检测到故障的情况下，控制器500可接收喷射器命令信号411并且使其作为喷射器命令414不变地传送到喷射器。当检测到故障时，例如，当也被提供给控制器500的故障信号416被激活时，控制器500可尝试如上所述补救该故障。在这些状态下，控制器500可接管DEF喷射器例如喷射器222(图2)的操作，以及为了尝试修复故障状态而干涉其它机器系统的操作。
[0041]在故障补救模式下的操作期间，控制器500可基于通过包括排气温度402的各种输入信号和时间或事件计数器412提供给控制器500的信息而经由命令信号414独立地向DEF喷射器提供启动信号，以及使其它机器和/或发动机系统以补救模式操作。与前面关于图5所述的实施例中一样，命令信号414还可包括与期望用于DPF210的再生、DEF喷射器222的防结晶或补救的排气温度上升时CRS308的启动、操作和/或控制有关的信息。
[0042]当存在故障状态时，在控制器500判定为应该执行尿素结晶补救的情况下，控制器500可首先尝试重新建立喷射器的操作。当执行补救操作时，控制器500可首先确保系统正在运转，即喷射器中存在加压的DEF并且根据DEF喷射器控制策略间歇地执行DEF喷射。控制器可使喷射器222至少暂时加热到100到140摄氏度之间的温度，例如约130摄氏度的温度。这种温度上升可足以使其中可能存在的任何尿素晶体熔化。在熔化时，可执行喷射以从喷射器排出高浓度尿素溶液，并且然后喷射器可回到通常的较低操作温度。
[0043]通过各种方法，例如，通过CRS的启动，通过使发动机的负荷增大，通过使用配置在排气系统中的排气背压阀来约束发动机排气，和/或通过其它方法或方法的组合，可实现出于该目的对排气的加热。替换地，控制器可被动地监视正常工作期间的排气温度是否激增至高于临界温度，例如130摄氏度。在这种被动或伺机的补救操作中，控制器在存在这种较高排气温度状态的情况下可启动喷射器以从喷射器排出此时熔化的尿素。
[0044]控制器500可在故障信号416的激活之后的预定时间例如约I小时的时间内尝试补救故障状态。在此期间，故障信号416可保持用于通知机器操作员机器DEF喷射系统需要维修的警报系统工作。在此期间，控制器500可尝试使机器经历补救循环，该补救循环包括例如通过提高排气温度来加热喷射器和启动加热后的喷射器以除去其中可能存在的此时熔化的尿素晶体。控制器500可尝试在I小时补救时间内完成一个这样的完整循环。如果补救循环是成功的，则DEF控制器502可恢复正常系统操作并且使故障信号416无效。如果补救循环不成功，则控制器500可在不成功的情况下完成其补救尝试并且故障信号416可保持有效，直至系统被维修。在此应该指出的是，DEF控制器502可包括主动补救功能，例如在故障期间间歇地尝试测试系统操作。
[0045]工业话用件
[0046]本发明适用于用于发动机的排放控制系统，并且更具体地适用于需要将基于尿素的水溶液喷射到发动机排气流中的SCR处理的排放控制系统。用于补救这些系统的尿素喷射构件中的故障的方法的流程图在图7中示出并且在下文中描述。
[0047]参考图7，补救处理开始于在602对DEF喷射器中的故障的诊断。尽管可诊断许多不同的故障类型，但与本发明相关的是包括DEF喷射器的阻塞和/或粘滞的状态，其可归因于DEF喷射器内的尿素结晶。当诊断出这种状态时，可在604启动补救时间计数器，可在606例如向机器操作员提供故障信号从而向机器操作员通知该故障状态,并且可在608启动补救运转模式。
[0048]补救循环包括在610检查最大补救时间是否已经过，如果是的话，则在624设定故障标记并且结束该处理。在补救时间还在运行时，在614逐渐提高发动机的排气温度。在616监视和/或推定DEF喷射器的温度。在喷射器被加热时，在618启动或循环喷射器以排出其中存在的任何熔化的尿素。在喷射器启动之后，在620执行喷射器的功能测试，并且如果喷射器功能正常，则在622使排气温度和因此喷射器温度朝通常操作温度降低，并且处理结束。如果故障继续存在，则排气加热和喷射器循环程序持续到补救时间在610经过，此时在624设定故障标记并且处理结束。
[0049]应了解，前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。但是，可以预期，本发明的其它实施方案可在细节方面不同于前面的示例。所有对本发明或其示例的说明旨在就这一点说明具体示例，且并非旨在更一般地对本发明的范围加以任何限制。对某些特征的区别和贬低的所有语言旨在表示这些特征不是优选的，但并不将此类特征完全排除在本发明的整体范围之外，除非另外声明。
[0050]文中对数值范围的叙述仅旨在用作单独参考处在该范围内的各单独的数值的简便方法，除非文中另外声明，并且将各单独的数值结合在说明书中，就如它在文中被单独叙述一样。文中所述的所有方法可采用任何合适的次序执行，除非文中另外声明或否则明显与上下文抵触。
【权利要求】
1.一种机器,包括: 发动机，所述发动机具有与其相联的排气系统； 柴油机排气处理液(DEF)喷射器，所述DEF喷射器配置成将计量的DEF提供到所述排气系统中，所述DEF喷射器包括适合响应于将DEF喷射到所述排气系统中的命令而选择性地打开的阀；和 控制器，所述控制器与所述发动机和所述DEF喷射器相联； 其中，所述控制器配置成: 监视所述DEF喷射器的操作以检测故障； 在已检测到所述故障时启动故障补救循环，所述故障补救循环包括使所述排气系统中的排气的温度上升以加热所述DEF喷射器并使可能正导致所述故障的任何尿素晶体熔化，以及启动所述DEF喷射器的所述阀以从所述DEF喷射器内排出熔化的尿素； 判定所述故障是否已被清除；并且 当所述故障存在达预定时间时，设定故障标记信号。
2.根据权利要求1所述的机器，还包括温度传感器，所述温度传感器配置成测量所述排气系统中的排气的温度并且向所述控制器提供温度信号，其中所述控制器还配置成基于所述温度信号而推定所述DEF喷射器的温度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其中，通过启动排气加热装置、增大所述发动机的背压和在所述排气系统中提供未燃烧的碳氢化合物中的至少一者来实现排气的温度上升。
4.根据权利要求1所述的机器，其中，所述控制器还配置成: 确定实际的DEF喷射器阀位置； 将所命令的DEF喷射器阀位置与实际的DEF喷射器阀位置进行比较；以及当所命令的DEF喷射器阀位置与实际的DEF喷射器阀位置之间的差异超过预定临界差异达预定时间时，判定存在所述故障。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机器，还包括沿所述排气系统配置并且可操作成响应于来自所述控制器的命令信号而提高排气的温度的装置。
6.根据权利要求5所述的机器，其中，所述装置包括燃烧燃料的加热器，该加热器构造成在所述排气系统内产生火焰以由此提高排气的温度。
7.根据权利要求5所述的机器，其中，所述装置是背压装置，该背压装置包括配置成选择性地阻止排气在所述排气系统中流动的阀，该阀操作成增大发动机排气背压并且因此增大发动机负荷和排气的温度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机器，其中，所述控制器构造成通过提供配置成增大所述发动机的转速和负荷输出中的至少一者的命令来使排气的温度上升。
9.一种操作如前述权利要求中任一项所述的机器的方法，所述方法针对于具有发动机的机器中的柴油机排气处理液(DEF)喷射器的故障补救，所述发动机具有排气系统，所述方法包括: 产生排气并且使排气经过排气系统； 使用对由控制器提供的命令信号作出响应的DEF喷射器选择性地将预定量的包含尿素水溶液的柴油机排气处理液(DEF)喷射到所述排气中； 使用所述控制器监视所述DEF喷射器的操作以检测故障； 当所述DEF喷射器中的故障已存在达预定时间时，在所述控制器中激活故障信号；在所述故障信号有效时并且在所述预定时间期满之前启动所述控制器中的故障补救循环，所述故障补救循环包括使所述排气系统中的排气的温度上升； 将所述DEF喷射器加热到高于正常操作温度但低于高温阈值； 使可能正导致所述故障的任何尿素晶体熔化；以及 启动所述DEF喷射器以从所述DEF喷射器内排出熔化的尿素。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括: 判定所述故障是否已被清除；以及 当所述故障已被清除时，重置所述故障信号。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括测量排气的温度，并且向所述控制器提供温度信号，其中将所述DEF喷射器加热到高于正常操作温度包括基于所述温度信号而在所述控制器中推定所述DEF喷射器的温度。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括测量所述DEF喷射器的阀的打开状态，并且向所述控制器提供位置信号，其中至少部分地基于所述位置信号而完成故障检测。
【文档编号】F01N11/00GK104153859SQ201410200359
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2013年5月13日
【发明者】B·科尔, M·F·法伦克鲁格, J·孙 申请人:卡特彼勒公司