專利名稱：用于液體還原劑噴射的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及用于在車輛的排氣處理系統(tǒng)中遞送液 體還原劑溶液的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
許多車輛在排氣系統(tǒng)中利用催化劑以減少排放。在稀排氣狀況下，例如關(guān)于柴油排氣或其他稀燃狀況，催化劑可以利用燒過的燃料之外的還原劑。一種這樣的后處理裝置是選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，它利用催化劑將NOx轉(zhuǎn)化成氮氣和水。尿素基的SCR催化劑可以利用氣態(tài)氨作為活性NOx還原劑，在這種情況下尿素的水溶液可以裝在車輛上，并且噴射系統(tǒng)可以用來將它供給到排氣流中。在低于-11°C的環(huán)境溫度,液狀的尿素溶液(包括32. 5%尿素和67. 5%水)可以在車載尿素儲箱中凝固。因此，噴射系統(tǒng)的吸入管可能不能將尿素提供給噴嘴用于遞送至排氣并且用于NOx還原。在一種方法中，尿素儲箱包括電加熱系統(tǒng)以加熱凝固的尿素。而且，尿素儲箱和尿素噴射系統(tǒng)的部件可以具有凝固安全(freeze-safe)設(shè)計，以確保噴射系統(tǒng)在多個凝固/融化循環(huán)中的功能性和壽命。本申請的發(fā)明人已經(jīng)認識到以上這種溶液的問題。首先，可能增加與用于尿素儲箱和尿素噴射系統(tǒng)的加熱和凝固安全部件有關(guān)的成本。第二，通過利用由車輛產(chǎn)生的能量加熱整個尿素儲箱可能降低燃料經(jīng)濟性，并且這種加熱可能需要延長的時間，因此降低了能夠用還原劑催化處理的排氣量，并且因此增加總的排放。

發(fā)明內(nèi)容
因此在一個例子中，一些上述問題可以通過包括液體還原劑噴射系統(tǒng)的發(fā)動機排氣系統(tǒng)和用于操作該液體還原劑噴射系統(tǒng)的方法來解決，其中該方法包括儲存乙醇、水和尿素的還原劑混合物；將該儲存的混合物吸入到電加熱的吸入管中，以便通過沿著第一方向操作泵經(jīng)由供給管路提供給排氣；以及通過沿著相反的第二方向操作該泵清潔回流儲存的混合物的回流管路或供給管路，其中該吸入管包括內(nèi)管和外管、設(shè)置在該內(nèi)管和外管之間的空氣間隙、以及設(shè)置在內(nèi)管的外表面上的加熱帶(heat tape)層。以這種方式，通過在還原劑溶液中包括乙醇，液體還原劑的凝點溫度可以降低。因此，能夠減少還原劑凝固的發(fā)生。如果溫度下降到低于沉淀物形成閾值，那么液體還原劑可以由吸入管加熱。因此，液體還原劑噴射系統(tǒng)消耗較少的能量，因為不需要加熱儲箱。由于這些特征，該系統(tǒng)在工作期間可以需要較少的能量并且能夠改善總的燃料經(jīng)濟性。還有，沿著相反方向的液體還原劑噴射系統(tǒng)的泵送可以清潔剩余液體還原劑的供給管路和回流管路。這可以在環(huán)境溫度條件低于液體還原劑沉淀和凝點期間防止還原劑在供給管路和回流管路中沉淀和/或凝固，因而減少堵塞并提高NOx的還原效率。在另一個例子中，該方法還包括，在發(fā)動機關(guān)閉之后，將壓力調(diào)節(jié)器旁通閥保持在閉合位置，并且通過沿著相反的第二方向操作泵清潔回流溶液的回流管路或供給管路，然后關(guān)閉噴嘴。在另一個例子中，提供一種用于通過還原劑噴射系統(tǒng)處理發(fā)動機排氣的方法。該方法包括，在冷啟動期間，對電加熱的吸入管施加電流第一時間段，在第一時間段之后，打開壓力調(diào)節(jié)器旁通閥，保持噴嘴的關(guān)閉位置，并且沿著第一方向操作泵以加熱并再循環(huán)還原劑溶液第二時間段，在第二時間段之后，關(guān)閉壓力調(diào)節(jié)器旁通閥，保持噴嘴的關(guān)閉位置，并且沿著第一方向操作泵以增加還原劑噴射系統(tǒng)壓力，直到還原劑噴射系統(tǒng)壓力大于閾值為止，并且在還原劑噴射系統(tǒng)壓力大于閾值之后，打開噴嘴，將壓力調(diào)節(jié)旁通閥保持在關(guān)閉位置，并且沿著第一方向操作泵以將還原劑溶液噴射到排氣通道中；在較熱的啟動期間，保持壓力調(diào)節(jié)器旁通閥的關(guān)閉位置，保持噴嘴的關(guān)閉位置，并且沿著第一方向操作泵以增加還原劑噴射系統(tǒng)壓力直到還原劑噴射系統(tǒng)壓力大于閾值為止，并且在還原劑噴射系統(tǒng)壓力大于閾值之后，打開噴嘴，將壓力調(diào)節(jié)器旁通閥保持在關(guān)閉位置，并且沿著第一方向操作泵，以將還原劑溶液噴射到排氣通道中；并且在發(fā)動機關(guān)閉期間，關(guān)閉噴嘴，保持壓力調(diào)節(jié)器旁通閥的關(guān)閉位置，并且沿著相反的第二方向操作泵，以清潔還原劑溶液的供給管路和回流管路。還原劑溶液包括水、乙醇和尿素。在另一個例子中，可電加熱的吸入管包括內(nèi)管和外管，設(shè)置在該內(nèi)管和外管之間的空氣間隙以及設(shè)置在內(nèi)管的外表面上的加熱帶層。該吸入管的第一端連接于泵而可電加熱的吸入管的第二相反端延伸到還原劑溶液的儲箱中。在另一個例子中，發(fā)動機的排氣系統(tǒng)包括接收發(fā)動機排氣的排氣通道；和用于將還原劑溶液噴射到該排氣通道中的液體還原劑噴射系統(tǒng)，其包括用于將還原劑溶液噴射到該排氣通道中的噴嘴、用于儲存液體還原劑的儲箱、可逆式泵、以及連接于該可逆式泵并且包括加熱機構(gòu)以便將液體還原劑抽出儲箱從而提供給噴嘴的可電加熱的吸入管；其中該液體還原劑噴射系統(tǒng)還包括回流管路，該回流管路包括壓力調(diào)節(jié)器和壓力調(diào)節(jié)器旁通閥。在另一個例子中，可電加熱的吸入管包括內(nèi)管和外管，設(shè)置在該內(nèi)管和外管之間的空氣間隙以及設(shè)置在內(nèi)管的外表面上的加熱帶層。還原劑溶液包括水、乙醇和尿素。在另一個例子中，提供一種用液體還原劑噴射系統(tǒng)處理發(fā)動機排氣的方法。該方法包括將乙醇、水和尿素的還原劑溶液儲存在儲箱中；在第一模式期間，將儲存的混合物吸入到可電加熱的吸入管中并且再循環(huán)該還原劑溶液返回到儲箱，而不通過繞過液體還原劑噴射系統(tǒng)中的壓力調(diào)節(jié)器提供給發(fā)動機排氣；在第一模式之后，通過下述方式執(zhí)行第二模式，即中斷調(diào)節(jié)器的旁通并且操作該調(diào)節(jié)器以調(diào)節(jié)噴嘴壓力，同時將還原劑溶液提供給發(fā) 動機排氣；以及在發(fā)動機關(guān)閉期間，停止還原劑溶液的噴射并且施加負壓以清潔液體還原劑的回流管路和供給管路。應(yīng)當(dāng)理解，提供上面的概述以便以簡單的形式介紹選擇的構(gòu)思，這種構(gòu)思在詳細描述中進一步描述。這并不意味著指出所要求保護的主題的關(guān)鍵或本質(zhì)特征，所要求保護的主題的范圍由所附權(quán)利要求唯一地限定。而且，所要求保護的主題不限于解決上面或本發(fā)明的任何部分指出的任何缺點的實施方式。


圖I示出用于接收并處理發(fā)動機排氣的示例性排氣系統(tǒng)。圖2示出圖I的排氣系統(tǒng)內(nèi)的示例尿素儲箱和尿素噴射系統(tǒng)。圖3不出圖2的尿素噴射系統(tǒng)的不例性吸入管的截面圖。圖4是用于操作圖2的尿素噴射系統(tǒng)的示例方法的流程圖。圖5是在沉淀物溶解模式中用于操作圖2的尿素噴射系統(tǒng)的流程圖。
具體實施方式

這里公開了與尿素和乙醇水溶液一起使用的排氣系統(tǒng)和尿素噴射系統(tǒng)的實施例。這種尿素噴射系統(tǒng)可以用于通過在各種環(huán)境溫度條件下的NOx還原來處理排氣。更具體地說，該尿素噴射系統(tǒng)可以用來在低于水尿素的正常凝固溫度的環(huán)境溫度下處理排氣，正如在下面更詳細地描述的。圖I包括用于具有柴油發(fā)動機的車輛的示例排氣系統(tǒng)，其包括尿素噴射系統(tǒng)。圖2示出尿素噴射系統(tǒng)的更詳細的視圖。圖3示出沿著圖2的3-3’軸線的被加熱的吸入管的剖視圖。圖4包括在正常模式或沉淀物溶解模式中用于操作圖2的尿素噴射系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。圖5包括用于沉淀物溶解模式的示例方法的流程圖。更具體地說，圖I示出用于輸送由內(nèi)燃發(fā)動機110產(chǎn)生的排氣的排氣系統(tǒng)100。作為一個非限制性的例子，發(fā)動機110包括通過燃燒空氣和柴油的混合物產(chǎn)生機械輸出的柴油發(fā)動機?？商娲?，除此之外，發(fā)動機110可以包括諸如汽油發(fā)動機的其他類型的發(fā)動機。排氣系統(tǒng)100可以包括下述的一個或多個用于接收由發(fā)動機110的一個或多個氣缸產(chǎn)生的排氣的排氣歧管120、設(shè)置在排氣歧管120的下游用于接收液體還原劑的混合區(qū)130、設(shè)置在混合區(qū)130下游的選擇性催化還原劑(SCR)催化劑140、以及設(shè)置在催化劑140下游的噪聲消除裝置150。此外，排氣系統(tǒng)100還可以包括多個排氣管或通道，用于流體地連接各個排氣系統(tǒng)部件。例如，如圖I所示，排氣歧管120可以通過一個或多個排氣通道162和164流體地連接于混合區(qū)130。催化劑140可以通過排氣通道166流體地連接于噪聲消除裝置150。最后排氣能夠通過排氣通道168從噪聲消除裝置150流到周圍環(huán)境中。應(yīng)當(dāng)指出，雖然圖I沒有示出，但是排氣系統(tǒng)100也可以包括設(shè)置在催化劑140上游或下游的微粒過濾器和/或柴油氧化催化劑。而且，應(yīng)當(dāng)明白，排氣系統(tǒng)100可以包括兩種或更多種催化劑。在一些實施例中，混合區(qū)130可以包括比上游排氣通道164更大的橫截面積或流動面積。混合區(qū)130可以包括第一部分132和第二部分134?；旌蠀^(qū)130的第一部分132可以包括品噴嘴136，用于選擇地將液體噴射到排氣系統(tǒng)中?；旌蠀^(qū)130的第二部分134可以構(gòu)造成適應(yīng)第一部分132和催化劑140之間的橫截面積或流動面積的變化。應(yīng)當(dāng)指出，催化劑140可以包括用于還原由發(fā)動機110燃燒燃料產(chǎn)生的NOx和其他燃燒產(chǎn)物的任何合適的催化劑。噴嘴136是液體還原劑噴射系統(tǒng)200的一個部件。作為非限制性的例子，由噴嘴136噴射的液體可以包括諸如尿素溶液的液體還原劑178。在一個具體的例子中，液體還原劑包括32. 5%的尿素、25%的乙醇和42. 5%的水的水溶液。因此，在這個具體的例子中，液體還原劑的凝點大約是_30°C。液體還原劑178可以經(jīng)由泵172從儲箱176通過導(dǎo)管174供給噴嘴136。液體還原劑178可以經(jīng)由還原劑回流管路180返回到儲箱176。在本實施例中，泵172是可逆式泵，但是在可替代實施例中，液體還原劑噴射系統(tǒng)可以包括沿著泵172的相反的方向泵送還原劑的第二個泵。應(yīng)當(dāng)指出，就車輛應(yīng)用而言，排氣系統(tǒng)100可以設(shè)置在車輛底盤的下側(cè)。此外，應(yīng)當(dāng)明白排氣通道可以包括一個或多個彎管或彎道以適應(yīng)車輛的結(jié)構(gòu)。還有，應(yīng)當(dāng)明白在一些實施例中，排氣系統(tǒng)100可以包括圖I中未示出的附加的部件和/或可以省去這里描述的部件。圖2示出液體還原劑噴射系統(tǒng)200的更詳細的繪圖。如上所述，液體還原劑178儲存在儲箱176中。在液體還原劑包括如上所述的尿素和乙醇水溶液的例子中，尿素在(TC以上的溫度完全溶解在水-乙醇溶液中；但是當(dāng)冷到低于0°C到-5°C時，尿素可以作為尿素沉淀物222至少部分地從溶液中沉淀。在一個例子中，尿素沉淀物222沉淀在儲箱176 的三分之一到四分之一的底部。上面所述的示例性的尿素和乙醇水溶液具有的優(yōu)點是它在-11°C (尿素和水溶液的正常凝固溫度)不凝固，而是降低到大約_30°C的溫度下凝固。而且，液體還原劑噴射系統(tǒng)200的另一個優(yōu)點是在低于諸如0°C到_5°C的閾值溫度，系統(tǒng)提供不需要加熱儲箱的用于溶解尿素沉淀物的機構(gòu)。為此目的，如圖2所示，泵172連接于吸入管202。該吸入管延伸到儲箱176的下部三分之一到四分之一，當(dāng)環(huán)境溫度低于液體還原劑的凝點時尿素沉淀物222位于在其中。在本實施例中，吸入管202是被加熱的吸入管。在圖3中示出被加熱的吸入管的一種示例性的結(jié)構(gòu)。具體說，圖3示出沿著圖2的吸入管202的軸線3_3’所做的被加熱的吸入管202的一種示例性結(jié)構(gòu)的橫截面。在這個例子中，吸入管202包括外管302、內(nèi)管308以及內(nèi)圓柱形空間310，該內(nèi)圓柱形空間310是內(nèi)管308內(nèi)的空間。該內(nèi)圓柱形空間310在吸入端320具有錐形開口 312，其中液體還原劑178可以通過由泵172產(chǎn)生的吸入/負壓進入該圓柱形空間310中。在可替代實施例中，吸入管在吸入端可以是圓柱形的并且包括作為單獨連接件的圓錐形部分。與吸入端320相反的相反端322連接于泵172，如圖2所示?；氐綀D3，空氣間隙304設(shè)置在外管302和內(nèi)管308之間，并且加熱帶層306設(shè)置在內(nèi)管308的外表面上。該加熱帶層306可以包括連接于車輛電源的電氣兀件，以對內(nèi)管308的該區(qū)域提供熱?？諝忾g隙304可以減少從外管302到儲箱176經(jīng)由熱傳導(dǎo)引起的熱損失，并且可以防止液體還原劑與加熱帶層306接觸。因此，在這個例子中，空氣間隙在吸入管的加熱中提供電力的有效利用，并且保護加熱帶的部件免受由于液體還原劑引起的退化。在可替代實施例中，吸入管202可以具有諸如線圈型加熱器的不同的或附加的加熱機構(gòu)。如圖2所示，吸入管202和泵172通過動力控制模塊(PCM) 206來調(diào)節(jié)。泵172連接于用于輸送液體還原劑178到噴油嘴136的供給管174，其中液體還原劑作為還原劑噴霧220被噴射到排氣流動路徑(未示出)中。供給管174包括過濾液體還原劑的過濾器218，特別是在尿素沉淀物可能出現(xiàn)在液體還原劑中的低于閾值的環(huán)境條件下。供給管174還包括將液體還原劑壓力信號發(fā)送到PCM206的壓力傳感器216。在本實施例中壓力傳感器設(shè)置在泵172和過濾器218之間靠近過濾器；但是在可替代實施例中壓力傳感器可以是在不同的位置，例如在過濾器218和噴嘴136之間的位置。噴嘴136還連接于還原劑回流管路180。噴嘴136的打開和關(guān)閉由PCM 206來調(diào)節(jié)。還原劑回流管路180在相反端連接于壓力調(diào)節(jié)器212。當(dāng)壓力大于預(yù)設(shè)的閾值時，壓力調(diào)節(jié)器212可以打開以減輕壓力，否則該壓力可能會損壞液體還原劑噴射系統(tǒng)200。旁通管路210和控制該旁通管路210打開和關(guān)閉的旁通閥208連接于回流管路180并且圍繞壓力調(diào)節(jié)器212提供旁通。旁通閥208的打開和關(guān)閉由PCM 206來調(diào)節(jié)。而且，壓力調(diào)節(jié)器212由PCM 206控制。因此，可以通過PCM設(shè)置壓力調(diào)節(jié)器的壓力閾值，并且壓力閾值可以由PCM改變。此外，為了操作液體還原劑噴射系統(tǒng)，PCM可以接收來自溫度傳感器(未示出)的環(huán)境溫度信號。在可替代實施例中，壓力調(diào)節(jié)器可以是具有穩(wěn)定的壓力閾值的機械地控制的壓力調(diào)節(jié)器。在圖4的流程圖中示出用于操作液體還原劑噴射系統(tǒng)200的方法400。首先，在步驟402，啟動車輛的發(fā)動機，對PCM發(fā)信號來請求液體還原劑以處理排氣。在步驟404，PCM判斷環(huán)境溫度是否高于閾值A(chǔ)。在一個例子中，閾值八在01到_5°C范圍。例如，在上面所述的尿素和乙醇水溶液中，凝固溫度為_30°C并且在(TC到_5°C可以產(chǎn)生尿素的沉淀。如果 環(huán)境溫度低于閾值A(chǔ)，則在步驟406以沉淀物溶解模式操作液體還原劑噴射系統(tǒng)。該沉淀物溶解模式在下面參考圖5的方法500進一步詳細描述。如果環(huán)境溫度高于閾值4，則在步驟408至428以正常工作模式操作液體還原劑噴射系統(tǒng)。在步驟408，泵沿著向前的方向接通，其中液體還原劑從儲箱朝著噴嘴流動。在步驟410，PCM判斷液體還原劑噴射系統(tǒng)壓力是否高于閾值卩在一個例子中，壓力閾值1在4-10巴的范圍內(nèi)。該閾值i可以是靜壓力，例如5巴；但是在可替代實施例中閾值i可以調(diào)節(jié)到更高的壓力，以便改善霧化，并且還可以調(diào)節(jié)到更低的壓力以減少來自尿素水溶液的水滴尺寸并加速蒸發(fā)。在步驟412，如果系統(tǒng)壓力小于閾值1，則泵沿著向前的方向繼續(xù)泵送，其中噴嘴關(guān)閉直到壓力達到閾值i為止。當(dāng)系統(tǒng)壓力高于閾值工時，則泵沿著向前的方向繼續(xù)泵送，并且噴嘴打開，因此還原劑被噴射到排氣流中用于NOx還原。噴射繼續(xù)直到發(fā)動機關(guān)閉，如步驟416-420所示，其中PCM確定發(fā)動機關(guān)閉。在步驟416關(guān)閉發(fā)動機之后，在步驟420噴嘴關(guān)閉并且在步驟422泵被切換以便沿著相反的方向泵送，其中液體還原劑從噴嘴朝著儲箱流動。因此液體還原劑在空氣沖洗過程中從供給管路和回流管路中排出。在上面所述的可替代實施例中，其中液體還原劑噴射系統(tǒng)包括兩個分開的泵，即用于沿著第一向前的方向泵送的第一泵和在步驟422沿著相反的方向泵送的第二泵，第一泵斷開而第二泵接通。其次，在步驟424判斷時間I是否已經(jīng)過去。在一個例子中時間I是20-40秒。如果時間工沒有過去，則在步驟426在噴嘴打開的情況下泵繼續(xù)沿著相反的方向運行。在時間1已經(jīng)過去之后，在步驟428泵停止并且方法結(jié)束。在可替代實施例中，在沿著相反的方向泵送期間噴嘴可以打開并且當(dāng)泵送停止時關(guān)閉。應(yīng)當(dāng)明白，在正常模式中，壓力調(diào)節(jié)器壓力極限可以由PCM設(shè)置并且壓力調(diào)節(jié)器旁通閥保持關(guān)閉。而且只有在如果壓力高于預(yù)設(shè)的極限壓力時調(diào)節(jié)器打開，以保護液體還原劑噴射系統(tǒng)免受由于高壓引起的損壞。正如上面簡單地說明的，如果在步驟404環(huán)境溫度度低于閾值A(chǔ)，例如溫度低于(TC，則液體還原劑噴射系統(tǒng)以圖5的方法500所示的沉淀物溶解模式工作。在方法500中，在步驟502吸入管加熱器接通。例如，電流可以施加于吸入管的加熱帶層。在步驟506吸入管繼續(xù)加熱，直到在步驟504，PCM確定時間2已經(jīng)過去為止。在一個例子中，時間2是一分鐘。在時間2已經(jīng)過去后，分別在步驟508和510打開壓力調(diào)節(jié)器旁通閥并且沿著向前的方向操作泵(如上面所述)同時關(guān)閉噴嘴。因此，液體還原劑再循環(huán)通過液體還原劑噴射系統(tǒng)，并且當(dāng)液體還原劑再循環(huán)時，它通過吸入管被加熱以融化積累在儲箱底部的尿素沉淀物。在步驟514在噴嘴閥關(guān)閉并且壓力調(diào)節(jié)閥打開的情況下通過繼續(xù)向前泵送使再循環(huán)繼續(xù)，直到在步驟512，PCM確定時間3已經(jīng)過去為止。在一個例子中，時間3是兩分鐘。其次，在步驟516，調(diào)節(jié)器旁通閥被關(guān)閉并且泵沿著向前的方向繼續(xù)工作。在步驟520在旁通閥和噴嘴關(guān)閉的情況下向前泵送，直到在步驟518，PCM判斷液體還原劑噴射系統(tǒng)壓力高于閾值為止。應(yīng)當(dāng)指出，在方法500的步驟518和520和方法400的步驟410和412基本是相同的。因此方法500從518和520繼續(xù)到圖4所示的方法400的步驟412至416，當(dāng)發(fā)動機運行時以執(zhí)行將還原劑溶液噴射到排氣流中，并且當(dāng)發(fā)動機關(guān)閉時空氣沖洗液體還原劑噴射系統(tǒng)。
上面所述的系統(tǒng)和方法通過降低溶液的凝點溫度提供增加的保護來抵抗液體還原劑溶液的凝固。而且，該系統(tǒng)和方法提供加熱還原劑溶液并且防止液體還原劑噴射系統(tǒng)的供給管路和回流管路的堵塞的有效裝置。在一個實施例中，液體還原劑由尿素、乙醇和水構(gòu)成而不是只有尿素和水，降低了凝點溫度。在一個例子中，凝點溫度可以從-11°C降低到到-30 0C O而且，即使環(huán)境溫度低于引起尿素沉淀的閾值溫度，液體還原劑噴射系統(tǒng)也能夠以沉淀物溶解模式工作，代替正常工作模式。在液體還原劑噴射系統(tǒng)中，可電加熱的吸入管可以設(shè)置成連接于泵，而壓力調(diào)節(jié)器旁通閥和通道可以設(shè)置在回流管路上。因此，在沉淀物溶解模式中還原劑可以再循環(huán)，其中泵沿著向前方向工作，旁通閥打開，噴嘴關(guān)閉并且吸入管被加熱以便溶解尿素沉淀物。在一個示例性的實施例中，吸入管包括內(nèi)管和外管，其中空氣間隙設(shè)置在該內(nèi)管和外管之間。加熱帶層在該空氣間隙內(nèi)設(shè)置在內(nèi)管的外表面上。當(dāng)從泵吸入時，液體還原劑被吸入到吸入管中并且接觸內(nèi)管的內(nèi)表面。當(dāng)確定環(huán)境溫度低于閾值時在電流施加于加熱帶時熱從加熱帶經(jīng)由內(nèi)管傳導(dǎo)給液體還原劑。空氣間隙防止熱從加熱帶通過外管傳導(dǎo)給儲箱。而且，空氣間隙防止液體還原劑接觸并損壞加熱帶的部件。當(dāng)液體還原劑再循環(huán)并且被加熱通過液體還原劑噴射系統(tǒng)時，尿素沉淀物被溶解。因此，當(dāng)液體還原劑被噴射到用于排氣中的NOx還原的處理通道中時它具有希望的尿素濃度。還有，液體還原劑噴射系統(tǒng)可以包括可逆式泵或第二泵，如上所述，它沿著相對于第一泵的泵送方向相反的方向引導(dǎo)還原劑。在發(fā)動機關(guān)閉之后，可以關(guān)閉噴嘴并且對液體還原劑噴射系統(tǒng)進行沿著相反方向的泵送。因此，液體還原劑可以從供給管路和回流管路中除去，防止還原劑的沉淀和/或凝固，否則，當(dāng)環(huán)境溫度低于液體還原劑溶液的沉淀點或凝點時這種沉淀和/或凝固將導(dǎo)致供給管路和回流管路的堵塞。除了具有降低的凝點溫度的液體還原劑之外，上面所述的系統(tǒng)和方法還可以具有其他優(yōu)點。例如，由于只有吸入管需要加熱而不是加熱整個儲箱，因此可以減少加熱部件的成本。而且，因為在多個凝固/融化循環(huán)中，吸入管之外的部件不需要與系統(tǒng)部件保護有關(guān)的凝固安全設(shè)計，因此也能夠降低成本。在另一個例子中，由于在儲箱壁中使用了較少的隔熱材料并且減少了在結(jié)冰期間用于容納還原劑膨脹所需要的蒸氣空間，所以儲箱尺寸可以減小到更加實用的容積。在又一個例子中，對液體還原劑的凝點溫度的抑制可以得到獨立于凝點的尿素濃度值。由于對于給定量而言以增加的還原劑濃度工作的能力，所以這可以允許化學(xué)還原劑的較高的含量。更實用的容積可以允許延長尿素的再次填充之間的駕駛距離，降低了維護成本。在再一個例子中，更實用的容積和/或還原劑的更高濃度可以允許增加排氣處理系統(tǒng)上還原NOx的負擔(dān)，而同時減少來自發(fā)動機燃燒系統(tǒng)所需要的還原NOx的負擔(dān)。這可以減少排氣再循環(huán)的量，還提高車輛的燃料經(jīng)濟性。還有，液體還原劑溶液中的乙醇的蒸發(fā)性質(zhì)可以提供優(yōu)點，例如，由于包含乙醇的液體部分的較快的蒸發(fā)、與水部分相比乙醇具有較低的沸點，所以使液體還原劑溶液可以具有形成氣體成分(NH3和HNC0)的能力。這能夠減少用于液滴蒸發(fā)所需要的駐留時間，并且允許利用較短的混合長度，因此改進后處理封裝空間的可獲得性。在另一個例子中，由于與水相比乙醇的較低的比熱容量，該液體還原劑溶液可以具有減少蒸發(fā)還原劑溶液液滴從排氣所需要的熱量的能力。這也可以有助于減少用于液滴蒸發(fā)所需要的駐留時間，并且允 許利用較短的混合長度，再一次改進后處理封裝和空間的可獲得性。還有，因為乙醇溶液的沸點較低，由于還原劑液滴的較快的蒸發(fā)，所以該液體還原劑溶液可以在還原劑噴射混合器的表面上和排氣管的內(nèi)壁上具有較少的沉積。應(yīng)當(dāng)明白，這里所公開的結(jié)構(gòu)和程序在性質(zhì)上是示范性的，并且這些具體的實施例不被認為是限制性的，因為許多變化是可能的。例如，上述技術(shù)可以用于V-6、1-4、1-6、V-12、對置4缸以及其他發(fā)動機類型。本發(fā)明的主題包括這里公開的各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)、以及其他特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎的和非顯而易見的組合和子組合。
權(quán)利要求
1.ー種用于處理發(fā)動機排氣的方法，該方法包括 將こ醇、水和尿素的溶液儲存在儲箱中； 將所述溶液吸入可電加熱的吸入管中，以便通過沿著第一方向操作泵來經(jīng)由供給管路和噴嘴供給至排氣；以及 通過沿著相反的第二方向操作所述泵來清潔使所述溶液回流的回流管路或所述供給管路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括確定環(huán)境溫度是否高于所述溶液的沉淀閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括如果環(huán)境溫度低于所述沉淀閾值，則以第一模式操作還原劑噴射系統(tǒng)，并且如果環(huán)境溫度高于凝點溫度，則以第二模式操作所述還原劑噴射系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第一模式包括對所述可電加熱的吸入管施加電流第一時間段。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一模式還包括打開所述回流管路中的壓カ調(diào)節(jié)器旁通閥，將所述噴嘴保持在關(guān)閉位置，并且通過將所述溶液吸入到所述可電加熱的吸入管中以便再循環(huán)到所述儲箱中來加熱所述溶液第二時間段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一模式還包括關(guān)閉所述壓カ調(diào)節(jié)器旁通閥，將所述噴嘴保持在關(guān)閉位置，并且通過沿著所述第一方向操作泵，將所述溶液吸入到所述可電加熱的吸入管中，以增加還原劑系統(tǒng)的壓力直到所述還原劑系統(tǒng)壓カ大于閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一模式還包括當(dāng)所述還原劑噴射系統(tǒng)壓カ大于所述閾值時，打開所述噴嘴并且將所述溶液噴射到排氣通道中。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第二模式包括將所述噴嘴保持在關(guān)閉位置，將所述壓カ調(diào)節(jié)器旁通閥保持在關(guān)閉位置，將所述可電加熱的吸入管保持在非加熱的狀態(tài)，并且通過沿著所述第一方向操作所述泵將所述溶液吸入到所述可電加熱的吸入管中，以增加還原劑噴射系統(tǒng)壓カ直到所述還原劑噴射系統(tǒng)壓カ大于閾值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中第二模式還包括，當(dāng)所述還原劑噴射系統(tǒng)壓カ大于所述閾值時，打開所述噴嘴并且將所述溶液噴射到排氣通道中。
10.一種用于通過還原劑噴射系統(tǒng)處理發(fā)動機排氣的方法，該方法包括 在冷啟動期間， 對可電加熱的吸入管施加電流第一時間段， 在第一時間段之后，打開壓カ調(diào)節(jié)器旁通閥，保持噴嘴的關(guān)閉位置，并且沿著第一方向操作泵以加熱并再循環(huán)還原劑溶液第二時間段， 在第二時間段之后，關(guān)閉所述壓カ調(diào)節(jié)器旁通閥，保持所述噴嘴的關(guān)閉位置，并且沿著第一方向操作泵以增加還原劑噴射系統(tǒng)壓力，直到所述還原劑噴射系統(tǒng)壓カ大于閾值，和在所述還原劑噴射系統(tǒng)壓カ大于閾值之后，打開所述噴嘴，將所述壓カ調(diào)節(jié)器旁通閥保持在關(guān)閉位置，并且沿著所述第一方向操作所述泵以將所述溶液噴射到排氣通道中；在較熱的啟動期間，保持所述壓カ調(diào)節(jié)器旁通閥的關(guān)閉位置，保持所述噴嘴的關(guān)閉位置，并且沿著所述第一方向操作所述泵以增加還原劑噴射系統(tǒng)壓カ直到所述還原劑噴射系統(tǒng)壓カ大于閾值，和在所述還原劑噴射系統(tǒng)壓カ大于閾值之后，打開所述噴嘴，將所述壓カ調(diào)節(jié)器旁通閥保持在關(guān)閉位置，并且沿著所述第一方向操作所述泵，以將所述還原劑溶液噴射到排氣通道中，以及 在發(fā)動機關(guān)閉期間，關(guān)閉所述噴嘴，保持所述壓カ調(diào)節(jié)器旁通閥的關(guān)閉位置，并且沿著相反的第二方向操作所述泵，以清潔還原劑溶液 的供給管路和回流管路。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于操作液體還原劑噴射系統(tǒng)的方法。該方法包括儲存乙醇、水和尿素的還原劑混合物；將該儲存的混合物吸入到電加熱的吸入管中，以便通過沿著第一方向操作泵來經(jīng)由供給管路供給排氣；以及通過沿著第二相反方向操作泵來清潔使該儲存的混合物回流的回流管路或供給管路。以這種方式，通過將乙醇包含在該還原劑溶液中，該液體還原劑的凝點溫度可以降低。
文檔編號F01N3/20GK102733902SQ201210109478
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者B·A·齊默爾曼, F·Z·謝克, M·萊文, T·A·麥卡錫 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司