用于選擇性催化還原系統(tǒng)的還原劑輸送單元的排放系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及用于作為選擇性催化還原系統(tǒng)的一部分的還原劑輸送單元的排放程序。
【背景技術(shù)】
[0002]歐洲和北美洲的新排放法規(guī)驅(qū)使實施新的排氣后處理系統(tǒng)，特別是用于稀燃技術(shù)的，比如壓縮點火(柴油)發(fā)動機(jī)，以及分層進(jìn)氣火花點火發(fā)動機(jī)(通常為直接噴射)，其在稀薄和超稀薄狀態(tài)下操作。稀燃發(fā)動機(jī)呈現(xiàn)出高水平的氧化氮排放(NOx)，其在稀燃燃燒的富氧排氣環(huán)境特性中難以處理。當(dāng)前開發(fā)了排氣后處理技術(shù)，其在這些狀態(tài)下處理NOx。
[0003]這些技術(shù)之一包括催化劑，其促進(jìn)氨(NH3)與排氣氧化氮(NOx)反應(yīng)，以產(chǎn)生氮(N2)和水(H2O)。該技術(shù)被稱為選擇性催化還原(SCR)。氨在其處于汽車環(huán)境中的純凈形式中難以處理，因此這些系統(tǒng)慣用的是使用液態(tài)的含水尿素溶液，尿素(CO(NH2)2)的濃度一般為32%。該溶液被稱為AUS-32,并且還以其商用名稱AdBlue被知曉。尿素一般是通過使用噴射器被輸送至熱排氣流，并在進(jìn)入催化劑中之前被轉(zhuǎn)變?yōu)榘?。更具體地，尿素被輸送至熱排氣流，并在經(jīng)歷熱解之后在排氣中轉(zhuǎn)變?yōu)榘?，或熱分解為氨和異氰?HNCO)。異氰酸然后在排氣中存在水的情況下經(jīng)歷水解，并轉(zhuǎn)變?yōu)榘焙投趸?CO2)，并且源自熱解和水解的氨然后如前面描述那樣經(jīng)歷與氧化氮的催化反應(yīng)。
[0004]AUS-32或AdBlue具有-1lC的冰點，并且在寒冷氣候中預(yù)期會發(fā)生系統(tǒng)凍結(jié)。因為這些流體是含水的，所以在凍結(jié)時過渡到固態(tài)之后發(fā)生體積膨脹。這樣膨脹的冰可在比如噴射器或流體供應(yīng)管等任何封閉空間上施加顯著的作用力。該膨脹可能對噴射單元造成損壞，因此，噴射系統(tǒng)一般在發(fā)動機(jī)關(guān)閉時排放噴射單元，以移除容納在其中的流體。
[0005]在已知的系統(tǒng)構(gòu)造中，噴射器排放用于在不使用噴射器時從噴射器移除流體。已發(fā)現(xiàn)的是，該方法的效率不是100%的，S卩，在噴射器單元中會殘留一定量的流體。盡管殘留流體量可能不會總是足以導(dǎo)致在凍結(jié)(對于膨脹的冰可獲得膨脹體積)時損壞噴射器，但是還在存在風(fēng)險，即在發(fā)動機(jī)熱浸期間，殘留的流體會暴露于高溫。該高溫暴露可能導(dǎo)致AUS-32分解，其也會對噴射單元造成損壞。
[0006]在其它類型的設(shè)計中，已發(fā)現(xiàn)的是，殘留的流體趨于聚集在噴射器的上部，處于過濾器與入口管之間的空間中。許多類型的噴射器具有O形圈，其與噴射器杯一起使用，以提供密封性能，并防止殘留流體泄漏。然而，在一些噴射器中，可能存在AUS-32穿過與噴射器杯協(xié)作以提供密封性能的所安裝O形圈的泄漏路徑。盡管由O形圈生成的該密封路徑一般足以應(yīng)付液體，但是已發(fā)現(xiàn)的是，AUS-32溶液易于以蠕變尿素晶體的形式破壞這種類型的密封。在流體邊界層處，如果存在密封接頭的最小旁路，則流體蒸發(fā)并留下處于其固體形態(tài)的尿素。這提供芯吸路徑來用于更多的液態(tài)尿素溶液，其建立另一邊界層，蒸發(fā)并留下更多的固態(tài)尿素。該蠕變機(jī)制常常在AUS-32系統(tǒng)上觀測到。
[0007]相應(yīng)地，需要一種方法來排放RDU，由此從RDU充分地移除流體，并降低或防止如以上描述的蠕變機(jī)制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的排放程序(purge procedure)是噴射器的一部分,所述噴射器可以用作還原劑輸送單元(RDU)的一部分，其中RDU是用于向排氣系統(tǒng)中噴射柴油排氣流體(DEF)的選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)的一部分，并用于控制排氣排放。
[0009]RDU將還原劑載體(例如含水尿素溶液)輸送至發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)。該溶液轉(zhuǎn)變?yōu)榘?，其然后在催化環(huán)境中與排出的氮氧化物反應(yīng)，以生成氮和h2o。一種類型的尿素，在商業(yè)上被稱作AdBlue，具有-1re的冰點。為了防止凍結(jié)狀態(tài)期間的部件損壞，AdBlue噴射系統(tǒng)通過排放(purging)從噴射器移除流體。本發(fā)明改善RDU的排放效率。
[0010]在一個實施例中，本發(fā)明是一種用于排放噴射器的系統(tǒng)，其包括:具有多個操作模式的泵送機(jī)構(gòu)；與所述泵送機(jī)構(gòu)處于流體連通的噴射器；和作為所述噴射器的一部分的閥部，其中所述閥部具有打開位置和關(guān)閉位置。所述泵送機(jī)構(gòu)設(shè)置在第一操作模式，以便所述泵送機(jī)構(gòu)將加壓流體引導(dǎo)至所述噴射器，并且所述閥部在打開位置與關(guān)閉位置之間變化，以向排氣流動路徑中選擇性地分配流體。所述泵送機(jī)構(gòu)還可以設(shè)置在第二操作模式，以便所述泵送機(jī)構(gòu)在所述閥部處于關(guān)閉位置時生成真空，并且所述泵送機(jī)構(gòu)在閥部處于打開位置時引導(dǎo)流體離開噴射器。
[0011]在另一實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)包括:用于傳輸流體的泵送機(jī)構(gòu)；噴射器；作為噴射器的一部分的閥部，其中所述閥部可在打開位置、關(guān)閉位置與其間的任何位置之間移動；和排放閥，其與泵送機(jī)構(gòu)和噴射器處于流體連通。所述排放閥設(shè)置在第一構(gòu)造，以便所述排放閥將加壓流體從所述泵送機(jī)構(gòu)引導(dǎo)至所述噴射器。所述排放閥設(shè)置在第二構(gòu)造，以便所述泵送機(jī)構(gòu)在所述閥部處于所述關(guān)閉位置時生成真空，并且所述排放閥在所述閥部處于所述打開位置時將流體從所述噴射器引導(dǎo)至所述泵送機(jī)構(gòu)。
[0012]所述排放閥包括第一部分和連接至第一部分的第二部分。當(dāng)所述排放閥處于所述第一構(gòu)造時，所述泵送機(jī)構(gòu)引導(dǎo)流體從所述第一部分穿過所述泵送機(jī)構(gòu)、穿過所述第二部分并到達(dá)所述噴射器。當(dāng)所述排放閥處于所述第二構(gòu)造時，所述泵送機(jī)構(gòu)引導(dǎo)流體穿過所述第一部分并穿過所述泵送機(jī)構(gòu)離開所述噴射器。
[0013]本發(fā)明的排放過程包括控制策略，其用以改善排放循環(huán)的質(zhì)量(即，增加從RDU排出的流體量)。調(diào)節(jié)排放事件的序列，以便在流體供應(yīng)線路和噴射器中生成強大的真空一這通過增加穿過噴射器的初始流量而增強排放的效率。然而，在打開噴射器時，流體路徑內(nèi)的壓力增加至稍低于噴射器外的環(huán)境壓力的水平，因此氣體流量被大幅降低。
[0014]本發(fā)明的排放過程包括排放事件期間的多個真空生成序列。最初，泵送機(jī)構(gòu)和排放控制閥被激活(或在替代實施例中，泵送機(jī)構(gòu)以“逆向”模式被激活)，并且噴射器的閥部保持關(guān)閉。在達(dá)到預(yù)定時間之后，或者如果取得了預(yù)定的真空水平，則打開噴射器的閥部。噴射器的閥部保持打開達(dá)預(yù)定時間，或者直到壓力上升至預(yù)定水平。
[0015]然后可以根據(jù)需要重復(fù)該循環(huán)多次。因此本發(fā)明的一個目的是使從噴射器排出的流體體積最大化。本發(fā)明的另一目的是提供附加的密封屏障來降低現(xiàn)有密封元件的密封負(fù)荷。本發(fā)明的另一目的是增加以下過程的時間量:氣體流量高，并且有效地用于清掃噴射器，原因是所生成的真空水平高。本發(fā)明的又一目的是允許被捕獲在離軸空間(比如由噴射器杯和主氣流界定出的空間)中的流體流動返回到主氣流中一這容許下一波高強度氣體流移除該流體，其先前被捕獲在噴射器的難以接近的空間中。
[0016]從以下提供的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的適用性的再一些領(lǐng)域?qū)⒆兊们宄髁?。?yīng)該明白的是，詳細(xì)描述和具體示例，在指示本發(fā)明的優(yōu)選實施例的同時，旨在只用于說明的目的而并非旨在限制本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0017]從詳細(xì)描述和附圖中，本發(fā)明將被更全面地理解，所述附圖中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的用作排放程序的一部分的還原劑輸送單元的截面?zhèn)纫晥D；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的連接至用作排放程序的一部分的排氣套筒的還原劑輸送單元的截面?zhèn)纫晥D；
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的包含排放程序的系統(tǒng)的示意圖；并且圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的排放程序的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]對優(yōu)選實施例的以下描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且絕不旨在限制本發(fā)明、