用于操作scr計量單元的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于操作將還原劑計量供給到用于凈化內燃機(3)的廢氣的廢氣處理裝置(2)中的計量單元(1)的方法，其中計量單元(1)包括至少一個輸送泵(4)和至少一個噴射器(5)，還包括用于將還原劑從輸送泵(4)輸送到噴射器(5)中的管線部分(6)。在該方法中，首先操作計量單元(1)以將還原劑計量供給到廢氣處理裝置(2)中。然后停用計量單元(1)。之后，在管線部分(6)中維持高于大氣壓力的第一壓力(7)達至少第一時間段(8)。
【專利說明】用于操作SCR計量單元的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于操作將還原劑計量到用于凈化內燃機廢氣的廢氣處理裝置中的計量單元的方法。
【背景技術】
[0002]近年來越來越多地廣泛使用了廢氣處理裝置，其中提供了還原劑以減少廢氣中的某些污染成分。在尤其頻繁地使用的廢氣處理裝置中進行選擇性催化還原法(SCR法)。在所述方法中，廢氣中的氮氧化合物被還原劑還原，以形成無害的成分如二氧化碳、水和氮氣。通常用氨來作為還原劑。氨通常并不直接地而是作為還原劑前體溶液的形式存儲在機動車輛中，其可以在廢氣內或在廢氣外轉化以形成還原劑。尤其頻繁地使用的這樣一種還原劑前體溶液是尿素水溶液。為此，例如可通過商品AdBlue ?來獲得32.5%的尿素水溶液。在下文中，用語“還原劑”和“還原劑前體溶液”可以相互間同義地使用。尤其是，還原劑前體溶液也稱為還原劑。
[0003]為了將還原劑輸送到廢氣處理裝置中，可以使用將還原劑從還原劑罐輸送到廢氣處理裝置中的計量單元。這種計量單元的一個問題是當內燃機或安裝有內燃機和計量單元的機動車輛停機時計量單元的停用。在這種情況下，必須考慮到32.5%的尿素水溶液會在大約-11攝氏度下凍結。這種低溫可能在機動車輛的操作期間發(fā)生，尤其是在冬季較長時間的停車期間。還原劑的體積在其凍結時發(fā)生變化。這會損壞例如具有靈敏的泵和/或靈敏的閥的計量單元。

【發(fā)明內容】

[0004]以此出發(fā)，本發(fā)明的一個目的尤其是要解決或至少緩解這里提到的關于現(xiàn)有技術的與用于還原劑的計量單元的停用相關的問題。尤其是要提供一種特別有利的用于停用(和/或使其處于備用一“待機”狀態(tài))還原劑的計量單元的方法。
[0005]這些目的通過具有權利要求1所述的特征的方法來實現(xiàn)。在從屬權利要求中呈現(xiàn)了該方法的進一步有利的實施例。權利要求中所單獨呈現(xiàn)的特征可以任何所期望的技術上可行的方式彼此組合，并且可以由來自說明書的示例性情況以及所描述的本發(fā)明的進一步的實施例來補充。
[0006]本發(fā)明涉及一種用于操作將還原劑計量供給到用于凈化內燃機廢氣的廢氣處理裝置中的計量單元的方法，其中該計量單元具有至少一個輸送泵和至少一個噴射器，以及至少一個用于將還原劑從所述至少一個輸送泵輸送到所述至少一個噴射器中的管線部分，所述方法至少具有以下步驟:
[0007]a)操作計量單元以將還原劑計量供給到廢氣處理裝置中；
[0008]b)停用該計量單元；
[0009]c)在管線部分中維持高于大氣壓的第一壓力達至少一個第一時間段。
[0010]這種計量單元可額外地具有從還原劑罐延伸至輸送泵的吸入管線部分。還原劑存儲在還原劑罐中。輸送泵可通過所述吸入管線部分將還原劑吸出還原劑罐。在輸送泵中發(fā)生限定的壓力增加，使得在操作期間還原劑在限定的操作壓力下存在于管線部分中。管線部分中的還原劑之后經噴射器供應給廢氣處理裝置。因此，該管線部分優(yōu)選地還用作加壓還原劑的蓄壓器。如果還原劑在操作期間(即處于步驟a)中)在管線部分中處于限定的壓力(操作壓力)下，則可以通過噴射器的打開時間來控制提供給廢氣處理裝置的還原劑的量。
[0011]換句話說，步驟a)因此尤其是包括至少下述步驟:
[0012]一促動(提供電流給)例如噴射器、輸送泵、傳感器、閥、控制單元等的電氣部件，
[0013]一確定還原劑的狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力等)，
[0014]一確定用于將一定量的還原劑計量供給至廢氣處理裝置的輸送需求，
[0015]一通過輸送泵來設定至噴射器的管線部分中的操作壓力，
[0016]一操作噴射器(例如打開和關閉閥)，
[0017]一加熱或冷卻部件(管線部分、噴射器、輸送泵等)。
[0018]步驟a)因此包括管線部分中的至少一次顯著的壓力增加，尤其是增加到預定的操作壓力。
[0019]在根據(jù)步驟b)的計量單元的停用期間，尤其是可以執(zhí)行或觸發(fā)下述步驟:
[0020]一停用(切斷電流供給)例如噴射器、輸送泵、傳感器、閥、控制單元等的電氣部件，
[0021]一停用部件(管線部分、噴射器、輸送泵等)的加熱/冷卻，
[0022]一確定還原劑和/或環(huán)境的狀態(tài)參數(shù)(溫度、壓力等)。
[0023]令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，如果在操作計量單元之后在從輸送泵到噴射器的管線部分中初始地維持增大的壓力達一定的時間段，則可以避免在【背景技術】部分中所指出的與計量單元的停用有關的問題。這里，所述第一壓力尤其是處于從操作壓力(上限)到高于大氣壓(下限)的范圍內。所述第一壓力通常低于操作壓力，這是因為由于計量單元的部件的(局部)停用，存儲體積也部分地為填充的或留空的，和/或可以實現(xiàn)到還原劑罐的回流。無論如何，在停用期間，基本不必再次促動輸送泵來設定第一壓力。
[0024]其中仍然維持第一壓力的第一時間段優(yōu)選地直接跟在步驟b)中的停用時間段之后。這里，不必苛求第一壓力保持恒定；然而，相對于管線部分的(簡單)通風來說，可能會發(fā)生的壓力降應當被減緩。尤其是，在第一時間段已經過去之后，會更強烈和更快速地發(fā)生壓力降。
[0025]在步驟c)期間，第一壓力尤其優(yōu)選地是高于2巴。該第一壓力更優(yōu)選地高于3巴，還優(yōu)選地是高于5巴。
[0026]在該方法的一個特別優(yōu)選的實施方案中，在步驟c)期間第一壓力甚至至少為8巴。第一壓力也可以增大到15巴以上，或甚至20巴以上。
[0027]此外該方法有利的是，在步驟b)的停用期間，在管線部分中發(fā)生到第一壓力的壓力增加。這樣，第一壓力高于在正常操作期間在計量單元中占主導的操作壓力。
[0028]例如，可以通過步驟b)期間輸送泵的延遲停用和/或通過步驟b)期間輸送泵的再促動來達到從操作壓力到第一壓力的壓力增加。
[0029]已經發(fā)現(xiàn)，與停用計量單元相關的許多問題與下述事實有關，即計量單元或噴射器的低溫不會直接出現(xiàn)在停用計量單元之后。實際上，計量單元或噴射器的溫度在上述停用之后甚至可能會初始地增加。這里，在廢氣處理裝置中和/或在噴射器處可能會產生溫度積累。這也歸因于下述事實，即計量單元的停用通常也與噴射器的冷卻消除有關。用于還原劑的噴射器例如也可通過機動車輛的相對風來冷卻。當機動車輛停車時，所述相對風消失。如果計量單元布置在內燃機的緊鄰處(例如處于機動車輛的發(fā)動機艙中)，則尤其會經常產生溫度積累。當內燃機停機時，由于發(fā)動機冷卻的停止，發(fā)動機艙中的溫度例如可升高到160攝氏度。這樣，發(fā)動機艙中的溫度將直接作用于計量單元和管線部分上。
[0030]溫度積累可能會導致還原劑(或還原劑前體溶液)中的水的蒸發(fā)。該溫度積累也會導致還原劑的至少部分的化學轉化。這尤其是會在作為溫度積累的結果而導致還原劑的溫度升高到還原劑(或還原劑前體溶液)的轉化溫度以上時發(fā)生。溶解于還原劑中的尿素之后可轉化成氨和/或不希望的副產物。氨通常是氣態(tài)的，并因此會形成氣泡。在這種條件下，上述轉化反應是不可逆的，使得氣態(tài)氨甚至在溫度下降的情況下也得以保持。
[0031]作為停用后壓力增加的結果，還原劑(或還原劑前體溶液)中的水的蒸汽溫度升高。在壓力增加到2巴以上的情況下，水的蒸氣溫度例如可升高到高于120攝氏度。由此，還原劑(或還原劑前體溶液)中的水的蒸發(fā)不再發(fā)生。作為壓力增加的結果，還原劑(或還原劑前體溶液)的轉化溫度也提高。由于在計量單元中或噴射器處的溫度積累，這種提高的溫度在許多計量單元中已經不太可能發(fā)生。因此，通過壓力增加，甚至在停用之后也可以保證還原劑中的水不會蒸發(fā)或沸騰。
[0032]如果管線部分上的減壓閥僅在第一時間段已經過去之后(步驟d))打開，則根據(jù)本發(fā)明的方法也是有利的。第一時間段優(yōu)選為至少2分鐘，更優(yōu)選為至少10分鐘，尤其優(yōu)選為至少15分鐘，甚至更加優(yōu)選為至少25分鐘。
[0033]當?shù)谝粫r間段已經過去之后，已經發(fā)生了廢氣處理裝置和計量單元的足夠冷卻，使得計量單元處的溫度積累不再發(fā)生，并且不再存在還原劑中的水蒸發(fā)的威脅。
[0034]關于壓力的所述釋放，必須注意的是，為此目的，還原劑應至少部分地從管線部分中去除。為此，還原劑可以引導到還原劑罐、噴射器和/或外部環(huán)境(例如不同的收集容器等)中。
[0035]同樣優(yōu)選的是，第一壓力至少部分地通過輸送泵在管線部分中產生。如果管線部分中的第一壓力下降得太早，則尤其可以再次促動輸送泵。關于這一方面，可以提供用于監(jiān)測第一壓力的措施，其可在適當時觸發(fā)輸送泵的再次促動。尤其是，如果在計量單元或第一管線部分中沒有泄漏，則第一壓力通常維持在于計量單元的正常操作期間由輸送泵之前所產生的操作壓力。
[0036]在該方法的一種改進中，還提出了在管線部分上設置至少一個用于維持第一壓力的維持裝置。這種維持裝置例如設計為彈性件，或者與管線部分流體式連接的彈性波紋管。這種彈性波紋管例如可通過能在管線部分中產生或維持限定壓力的彈簧來加載。即使發(fā)生了還原劑到管線部分之外的泄漏，這種維持裝置也可以限定的方式來維持第一壓力。
[0037]維持裝置可裝備有至少一個壓力傳感器、輸送泵和至少一個控制單元。在這種類型的維持裝置中，控制單元優(yōu)選控制輸送泵，從而維持(預定的)第一壓力。如果在壓力傳感器處檢測到管線部分中的壓力下降到第一壓力之下，則優(yōu)選地促動泵。當管線部分中的壓力達到第一壓力時，則優(yōu)選地再次停用泵。
[0038]在該方法的另一有利實施例中，計量單元具有用于冷卻管線部分和/或用于冷卻噴射器的冷卻裝置。所述冷卻裝置優(yōu)選地在步驟C)中(尤其是也在停用計量單元之后)被繼續(xù)操作一個時間段。所述時間段優(yōu)選地對應于第一時間段。因此，還可以防止在管線部分中和/或在噴射器處發(fā)生溫度積累。冷卻裝置可由珀爾貼元件來形成，其可電氣式地冷卻管線部分和/或噴射器。然而，冷卻裝置優(yōu)選為電冷卻裝置。
[0039]該方法優(yōu)選在內燃機的起動-停機狀況下執(zhí)行。因此優(yōu)選地是，在步驟b)的期間廢氣處理裝置和內燃機均停機。
[0040]關于這一方面特別優(yōu)選的是，第一時間段定義為使得管線部分中的第一壓力至少維持到內燃機在起動-停機狀況結束之后被再次促動時為止。
[0041](內燃機和/或機動車輛)的起動-停機狀況尤其是指這樣的狀況，其中機動車輛和/或內燃機并在一段較長的時間間隔中不關閉，而是在操作中僅有短暫的停止，其中清楚的是和/或已知的是，內燃機的再次促動在操作中的短暫停止(例如少于5分鐘，少于2分鐘或甚至少于I分鐘)后發(fā)生。在機動車輛中，這種起動-停機狀況例如可以表征為由發(fā)動機控制單元來觸發(fā)的停止信號(其觸發(fā)內燃機的停用)，以便節(jié)省燃料。該停止信號尤其是不會由點火(或點火鎖)來觸發(fā)，使用者由此來指定內燃機是否應被促動(起動或曲軸轉動)和/或停用(停機)。內燃機的點火通常在起動-停機狀況中促動。相反，起動-停機狀況的停止信號例如由在交通信號燈處將要停車的機動車輛來觸發(fā)，或者作為內燃機不再需要負載的結果來觸發(fā)。
[0042]非常類似于起動-停機狀況并且可作為替代或附加地執(zhí)行本發(fā)明的方法的狀況是機動車輛的下述操作狀況，其中機動車輛在運動但機動車輛的內燃機卻被停用。這例如可以是這樣的操作狀況，其中機動車輛在沒有驅動力的情況下行駛(或滑行)(如所謂的超速模式)和/或正在制動中。對于具有混合動力的機動車輛(具有內燃機和電動動力的復合車輛)來說，這種操作狀況也會在內燃機暫時地停用且機動車輛僅由電動動力來驅動時產生。
[0043]本發(fā)明還提出了一種機動車輛，其具有內燃機、用于凈化內燃機廢氣的廢氣處理裝置，以及設計成可根據(jù)本發(fā)明的方法來操作的計量單元。尤其是，計量單元可與包括有能控制所述方法的執(zhí)行的軟件的控制器交互作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]下面將參考附圖來更詳細地描述本發(fā)明和【技術領域】。附圖顯示了尤其優(yōu)選的實施例，然而本發(fā)明并不限制于此。尤其要指出的是，附圖和尤其是所顯示的比例僅為示意性的。在附圖中:
[0045]圖1顯示了具有計量單元的機動車輛，
[0046]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的一種設計變型的流程圖，
[0047]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的另一種設計變型的流程圖。
【具體實施方式】
[0048]圖1顯示了具有內燃機3和用于凈化內燃機3的廢氣的廢氣處理裝置2的機動車輛11。此外，機動車輛11具有計量單元I。在廢氣處理裝置2上(例如廢氣管線上)設置有噴射器5，通過其可將還原劑(例如尿素水溶液)提供給廢氣處理裝置2或廢氣。還原劑通過計量單元I從還原劑罐14提供給噴射器5。在廢氣處理裝置2中還設有SCR催化轉化器12，在其中可借助于噴射器5所提供的還原劑來執(zhí)行選擇性催化還原工藝。計量單元I具有輸送泵4，并具有從輸送泵4延伸到噴射器5的管線部分6。在管線部分6中設置有減壓閥9。如果管線部分6要被釋放壓力，則打開減壓閥9。還原劑然后流出管線部分6，經過回流管線13而回到還原劑罐14中。在管線部分6上還設有維持裝置10，其設計成在管線部分6中維持限定的壓力。為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，輸送泵和減壓閥9可與控制器16相連，由此來執(zhí)行所述方法。為了使輸送泵4能從還原劑罐14中抽取還原劑，吸入管線部分15從輸送泵4延伸到還原劑罐14。
[0049]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖，其中顯示了在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的期間在計量單元的管線部分中占主導的壓力。在該圖中，管線部分中的壓力以相對于時間軸20的壓力軸19示出。在方法的步驟a)中，當計量單元在操作中時，在管線部分中占主導的是操作壓力17。在步驟b)的期間發(fā)生計量單元的停用。之后，管線部分中的壓力可能會下降到第一壓力7。然而，第一壓力7的大小可以等于操作壓力17。第一壓力7優(yōu)選地在步驟c)中維持第一時間段8。當?shù)谝粫r間段8過去之后，在方法的步驟d)中可以進行壓力的釋放，使得在管線部分中僅僅是大氣壓力18占主導。對于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法來說，方法的步驟d)不是絕對必須的。
[0050]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的另一設計變型的流程圖，其中顯示了在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的期間在計量單元的管線部分中占主導的壓力。在該圖中，管線部分中的壓力以相對于時間軸20的壓力軸19示出。在方法的步驟a)中，當計量單元在操作中時，在管線部分中占主導的是操作壓力17。在步驟b)的期間發(fā)生計量單元的停用。之后在這里也會發(fā)生管線部分中的壓力(從操作壓力17)到第一壓力7的上升。這例如可通過在步驟
b)的期間的輸送泵的連續(xù)操作和/或通過計量單元的輸送泵的再促動來實現(xiàn)。第一壓力7優(yōu)選地在步驟c)中維持第一時間段8。第一時間段8的長度不必預先限定為固定的。用于在步驟c)中維持第一壓力7的裝置也可以保持促動達一段不限定的時間，并且壓力僅在后面的階段才開始下降(例如因為回流和/或計量閥處的壓力損失)。
[0051]由此，本發(fā)明提供了一種技術上令人驚訝地簡單的方案，通過其尤其至少部分地消除了與停用用于還原劑的計量單元有關的問題。
[0052]附圖標記列表
[0053]I計量單元
[0054]2廢氣處理裝置
[0055]3內燃機
[0056]4輸送泵
[0057]5噴射器
[0058]6管線部分
[0059]7第一壓力
[0060]8第一時間段
[0061]9減壓閥
[0062]10維持裝置
[0063]11機動車輛[0064]12SCR催化轉化器
[0065]13回流管線
[0066]14還原劑罐
[0067]15吸入管線部分
[0068]16控制器
[0069]17操作壓力
[0070]18大氣壓力
[0071]19壓力軸
[0072]20時 間軸
【權利要求】
1.一種用于操作將還原劑計量供給到用于凈化內燃機(3)的廢氣的廢氣處理裝置(2)中的計量單元的方法，其中所述計量單元(I)具有至少一個輸送泵(4)、至少一個噴射器(5)，以及至少一個用于將還原劑從所述至少一個輸送泵(4)輸送到所述至少一個噴射器(5)中的管線部分(6)，所述方法至少具有以下步驟: a)操作所述計量單元(I)以將還原劑計量供給到所述廢氣處理裝置(2)中； b)停用所述計量單元(I)； c)在所述管線部分(6)中維持高于大氣壓力的第一壓力(7)達至少一個第一時間段⑶。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟c)中的第一壓力(7)高于2巴。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟c)中的第一壓力(7)為至少8巴。
4.根據(jù)權利要求1到3中任一項所述的方法，其特征在于，在所述步驟b)的停用期間，在所述管線部分(6)中發(fā)生到第一壓力(7)的壓力增加。
5.根據(jù)權利要求 1到4中任一項所述的方法，其特征在于，所述管線部分(6)上的減壓閥(9)僅在所述第一時間段(8)過去之后才打開(步驟d))。
6.根據(jù)權利要求1到5中任一項所述的方法，其特征在于，所述管線部分(6)中的第一壓力(7)至少部分地通過所述輸送泵(4)產生。
7.根據(jù)權利要求1到6中任一項所述的方法，其特征在于，在所述管線部分(6)中設置了至少一個用于維持所述第一壓力(7)的維持裝置(10)。
8.根據(jù)權利要求1到7中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法在內燃機(3)的起動-停機狀況下執(zhí)行。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一時間段定義為使得所述管線部分(6)中的第一壓力(7)至少維持到所述內燃機(3)在所述起動-停機狀況結束后被再次促動時為止。
10.一種機動車輛(11)，具有內燃機(3)、用于凈化所述內燃機(3)的廢氣的廢氣處理裝置(2)，以及具有設計成根據(jù)權利要求1到9中任一項所述的方法來操作的計量單元⑴。
【文檔編號】F01N3/20GK103620173SQ201280018475
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年4月11日 優(yōu)先權日:2011年4月13日
【發(fā)明者】簡·霍奇森, 斯文·舍佩爾斯, 彼得·伊爾特 申請人:依米泰克排放技術有限公司