CN102216578B - 用于清洗计量系统的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于清除还原剂的方法。该方法包括借助分配装置(65)将还原剂分配到排气系统(12)中。该方法还包括通过将还原剂从所述分配装置驱动到还原剂源(35)来清洗所述分配装置。

Description

用于清洗计量系统的方法
技术领域
本发明涉及一种尿素计量系统，更具体地涉及一种用于清洗尿素计量系统的方法。
背景技术
尿素计量系统通常用来还原例如机车和发动机-发电机两用机的大型机械的NOx排放物，对于这些大型机械，并不关心空间和重量因素。尿素是一种通常与水混合并且存储在位于机械上的容器中的还原剂。在机械运行并产生废气时，尿素混合物被从容器泵送到排气系统中。尿素混合物可以与空气混合并借助喷嘴喷射到排气系统中。尿素混合物可以与高温废气反应，从而影响可以还原机械的NOx排放物的选择性催化还原(SCR)反应。计量系统的一个不足涉及尿素混合物冻结的相对高的环境温度，例如大约-11℃(约12℉)。尿素混合物会冻结并在计量系统内膨胀，由此引起对诸如喷射器喷嘴的精细部件的损害。另外，当被加热至大约100℃和250℃之间的中间温度时，尿素会分解成可能阻塞计量部件和/或排气系统的尿素副产品。
Masuda等人的美国专利申请公开文献No.2007/0180816(′816公开文献)公开了一种用于发动机的废气排放物净化设备。′816公开文献公开了通过通道与排气系统连接的尿素存储容器。尿素借助位于通道上的喷嘴喷射到排气系统中。′816公开文献还公开了将在存储容器的上部收集的尿素气体强制排出到排气系统的强制排出装置。
尽管′816公开文献提供了用于将尿素气体从存储容器的上部排出的方法，但其无法从将尿素喷射到排气系统中的喷嘴清除尿素，因此不能防止冻结的尿素造成的损害。′816公开文献的系统也无法在大约100℃和250℃之间的温度将尿素从计量部件和/或排气系统去除，而这会使尿素分解成氨聚合物从而引起阻塞。
本发明旨在克服上述的不足和/或现有技术中的其他缺陷中的一个或多个。
发明内容
根据一个方面，本发明涉及用于从还原剂供应系统清除还原剂的方法。该方法包括借助分配装置将还原剂分配到排气系统中。该方法还包括通过将还原剂从分配装置驱动到还原剂源来清洗分配装置。
根据另一方面，本发明涉及一种排放物还原系统。该排放物还原系统包括能够将还原剂分配到排气系统的分配装置。该排放物还原系统还包括连接至分配装置并能够将还原剂从分配装置驱动到还原剂源的增压流体源。
附图说明
图1是一种示例性公开的计量系统的示意图；
图2是计量系统的第二示意图；
图3是计量系统的第三示意图；
图4是计量系统的一种示例性公开的分配装置的示意图；
图5是图4的分配装置的一种示例性公开的喷嘴的截面图；
图6是一种替代实施方式的计量系统的示意图；以及
图7是一种示例性公开的计量方法的流程图。
具体实施方式
图1、2和3示出了一种示例性的计量系统10。计量系统10将还原剂引入到机械的排气系统12中，以影响还原NOx排放物的化学反应。计量系统10可将例如尿素溶液的还原剂喷射到机械发动机系统的排气系统12中来帮助影响选择性催化还原(SCR)。还原剂可以是与水混合的尿素溶液。在高于大约180℃和250℃之间的温度，尿素溶液可以与排气系统12中的NOx反应，从而帮助还原NOx排放物。计量系统10可包括排气系统12、泵送系统15、喷射系统20和清洗系统25。计量系统10可部分或整个位于壳体27内，例如用于容纳计量设备的隔室内。
排气系统12可包括发动机13、氧化催化系统14、混合器组件16和SCR组件17。废气从发动机13排出并流入氧化催化系统14，废气在此可以被初步处理。然后，废气可流到混合器组件16，计量系统10可在此将还原剂喷射到废气中。然后，废气流到SCR组件17进行SCR。
泵送系统15朝着排气系统12传输还原剂。泵送系统15可包括计量泵30、还原剂源35和过滤器40。泵30可在通道42内产生流体流，通道42流体连接至还原剂源35和过滤器40。泵30可以是例如隔膜泵的计量泵。泵30例如可由电动马达独立于发动机来驱动。还原剂源35可以是用于存储例如尿素溶液的还原剂溶液的低压容器。还原剂源35可远离壳体27定位并可包括用于解冻还原剂溶液的热源。过滤器40可以是用于从还原剂溶液中除去冰晶和碎片的任何合适的滤器或者滤网，例如塑料过滤器。泵30经由通道42将还原剂溶液从还原剂源35朝排气系统12泵送，一部分还原剂溶液可能是被冻结的。可以借助过滤器40在泵30的上游收集冻结的部分。
喷射系统20将还原剂溶液喷射到排气系统12中。喷射系统20可包括增压源45、压力调节器50、控制阀55、止回阀60和分配装置65。增压源45、压力调节器50、控制阀55、止回阀60和分配装置65可借助通道70流体连接。增压源45可远离壳体27定位并可包括容纳例如空气的增压气体的泵和/或增压容器。增压源45可对通道70内的空气进行增压并可将增压的空气朝着分配装置65传输。
压力调节器50可机械地调节通道70内的空气压力。压力调节器50可在增压源45附近保持合适的上游压力，使得在压力损失后分配装置65内可保持合适的压力用于还原剂喷射。控制阀55可以是任何合适的阀，例如能够在第一位置和第二位置之间运动的螺线管致动的、弹簧偏置的控制阀。控制阀55可选择性地在第一位置允许经通道70的流动并可选择性地在第二位置阻挡经通道70的流动。止回阀60可确保通道70内的单向流动，即从增压源45朝分配装置65的流动。止回阀60可以是例如球止回阀的任何合适的阀。
分配装置65将还原剂引入到排气系统12的混合器组件16中。如图4所示，分配装置65可包括通道75、通道80和喷嘴85。通道75可流体连接至通道70并可将增压空气传输到喷嘴85中。通道80可流体连接至泵送系统15的通道42并可在通道42和喷嘴85之间传输还原剂溶液。
喷嘴85可布置在排气系统12的混合器组件16内并将还原剂喷射到排气系统12中。如图5所示，喷嘴85可包括流体连接至通道75的通道90和流体连接至通道80的通道95。通道90和通道95可借助室100流体连接。通道90可将增压空气传输至室100中，通道95可将增压的还原剂溶液传输到室100中，使得增压空气流和增压还原剂流可在室100中结合。室100可包括多个通路105，通路105可借助多个孔口110流体连接至排气系统12。孔口110可具有相对小的面积，以在分配装置65中形成压差并对流动提供压力限制。增压空气和增压还原剂可在室100中混合。混合物的压力可克服限制而流经孔口110并喷射到排气系统12的混合器组件16中。
清洗系统25可从计量系统10的部件清除还原剂。清洗系统25可包括传感器115、控制阀120、控制阀125、止回阀130和控制器135。控制器135可以是本领域已知的用于使机械过程自动化的任何类型的可编程逻辑控制器，例如发动机控制单元(ECU)。控制器135可通过电气线路137控制泵30的操作。控制器135也可连接至机械的其他部件，例如发动机、操作者站和排气系统。例如，控制器135可电连接至布置在排气系统12内的温度传感器。
传感器115可布置在通道70内，并且可以是用于测量空气压力的任何合适的传感器。传感器115可通过电气线路140电连接至控制器135并且可以向控制器135提供表示通道70中的空气压力的值作为输入。当传感器115报告空气压力值不适于计量系统10的操作时，控制器135可通过电气线路145控制控制阀55以使其从第一位置运动到第二位置，由此阻挡经过通道70的流动。
控制阀120和止回阀130可借助通道150流体连接，通道150流体连接通道70和通道42。控制阀120可与控制阀55类似并可选择性地允许和阻挡增压空气流经通道150。控制阀120可由控制器135通过电气线路155进行控制。止回阀130可与止回阀60类似并可确保经过通道150的单向流动，即从增压源45朝泵30的入口的流动。
控制阀125可以与控制阀55、120类似并可选择性地允许和阻挡经通道160的流动。控制阀125可由控制器135通过电气线路165进行控制。通道160可流体连接泵30的出口和还原剂源35。通道160的尺寸可大于通道42，以需要更小的压力来形成流动。
图6示出了具有替代的清洗系统225的计量系统10。清洗系统225可与清洗系统25类似，但阀具有替代的布置。清洗系统225可包括上述的传感器115和控制器135。清洗系统225还可包括控制阀200和控制阀205。控制阀200可与控制阀55类似并可由控制器135通过电气线路210进行控制，以在第一位置和第二位置之间运动。在第一位置，控制阀200可流体连接泵30的出口和分配装置65。在第二位置(如图6所示)，控制阀200可借助通道215流体连接泵30的出口和还原剂源35。可以想到，控制阀200和205可集成为单个阀。
通道220可以是流体连接泵30的出口和泵30的入口的旁通通道。控制阀205可以与控制阀200类似并可选择性地允许和阻挡经通道220的流动。控制阀205可由控制器135通过电气线路227进行控制。
工业实用性
根据本发明的计量系统可用于任何向排气系统传送流体以减少废气排放的系统，例如机车或发电机。根据本发明的计量系统可用于影响具有排气系统的任何机械内的选择性催化还原。
图7提供了操作计量系统10的方法。在步骤300，发动机点火。在步骤305，使泵30起动。控制器135指令控制阀125运动到允许经过通道160的流动的位置。通过将还原剂增压到通道160中使泵30起动。在泵30起动后，控制阀125运动到阻挡经过通道160的流动的位置。在泵30起动后，控制器135指令控制阀55运动至允许增压空气流经通道70的位置。控制阀55可保持在这个位置，以进行剩下的方法步骤。
在步骤310发生计量。当排气系统12内的温度超过阈值温度时可以进行计量，且在例如大约180℃及以上的温度时可以进行选择性催化还原。当废气温度超过阈值温度时，布置在排气系统中的温度传感器向控制器135发信号。如图1所示，泵30对通道42中的还原剂进行增压并将还原剂朝着分配装置65泵送。控制阀55可以处于允许经过通道70的流动的位置，从而允许增压源45朝着分配装置65驱动增压空气。控制阀120和125可以分别处于阻挡经过通道150和160的流动的位置。如图4所示，增压空气和增压还原剂分别通过通道75和80进入分配装置65并朝喷嘴85流动。如图5所示，增压空气和增压还原剂分别流经通道90和95并在室100中混合。室100内的空气和还原剂的压力可能超过孔口110的压力限制，引起还原剂和空气的混和物通过孔口110喷射到排气系统12中。
在步骤315中将还原剂从分配装置65和泵30清除。停止计量并在通过温度传感器报告给控制器135的排气系统12内的温度落在例如在大约180℃和大约250℃之间的阈值温度以下时开始清洗。例如，阈值温度可以是大约180℃。发动机在此时仍然保持运行并可以处于空转状态。一旦步骤315的清洗开始，控制器135可防止关掉发动机直到清洗过程完成。替代地，发动机可以完全关闭，之后可以开始步骤315的清洗。
如图2所示，当控制阀55处于允许经过通道70的流动的位置且控制阀125处于允许经过通道160的流动的位置时，清洗分配装置65。控制阀120可以处于阻挡经过通道150的流动的位置，并且可以关掉泵30。来自增压源45的增压空气可通过通道70和75传输到分配装置65中并通过通道90进入喷嘴85。然后，增压空气进入室100。由于泵30此时并不运行，通道95对流动提供的阻力小于孔口110的压力限制。因此，增压空气流入通道95并通过通道80流出分配装置65。然后，增压空气的流动将迫使剩余的还原剂离开分配装置65。还原剂和增压空气的混合物被迫经过通道160并返回还原剂源35。由此，沿着与计量过程中还原剂流动方向相反的方向将还原剂从分配装置65清除至还原剂源35。
如图3所示，当控制阀55、120、125分别处于允许经过通道70、150和160的流动的位置时，对分配装置65和泵30进行清洗。泵30可以是关闭的。如上所述，增压空气将还原剂从分配装置65清除至还原剂源35。增压空气还通过通道150从增压源45朝泵30的入口流动。增压空气驱使泵30内在泵30的入口和出口之间的剩余的还原剂离开泵30。然后，离开泵30的还原剂和增压空气的混合物被迫经过通道160并返回还原剂源35。可以想到，作为提供控制阀120和通道150来清洗泵30的替代，泵30可设置防冻装置，例如加热装置。
如图6的替代计量系统10所示，分配装置65和泵30也可通过清洗系统225清洗。控制阀200可以处于第二位置，通过通道215流体连接泵30的出口和还原剂源35。控制阀205可以处于允许经过通道220的流动的位置。分配装置65如上所述且如图5所示地进行清洗。来自分配装置65的增压空气和还原剂的清洗混合物然后通过通道220朝泵30的入口流动并流经泵30。一旦清洗混合物离开泵30的出口，混合物就通过通道215返回还原剂源35。
如果排气系统12内的温度超过阈值温度，则停止清洗并且在步骤320再次开始进行计量。步骤320的计量类似于步骤310。基于排气系统12内的温度，步骤315和320可以根据需要进行重复。在步骤325中，发动机可以由操作者和/或控制器135关掉。在步骤330中，可以以类似于步骤315的方式对分配装置65和泵30进行清洗。
计量系统10可以用来将还原剂从计量部件清除以防止损害和/或阻塞。计量系统10可将还原剂清除出分配装置65并朝着还原剂源35。由此可以除去还原剂以防止冻结还原剂的膨胀对计量部件和/或排气系统的损害。计量系统10还可以清除还原剂以避免在喷嘴85和排气系统12中形成聚合物和导致的阻塞。由于计量系统10可将还原剂清除回还原剂源35而不是排气系统12，因此可极大减少还原剂向环境的释放。因此也显著减少了向环境释放的难闻气味。
本领域技术人员清楚可以对根据本发明的计量系统进行各种修改和变型。通过考虑说明书和根据本发明的方法和设备的实践，本领域技术人员可以想到其他实施方式。说明书和实施例仅仅应当被认为是示例性的，真正的范围由权利要求书及其等同范围指明。

Claims (7)

1.一种用于清除还原剂的方法，包括：
利用能够驱动还原剂经过喷射器的泵将还原剂分配到排气系统(12)中，所述喷射器具有：
流体接收端，和
喷射所述还原剂的流体喷射端；
通过使用在喷射器处与还原剂混合以形成清洗剂流的增压气体将所述还原剂从所述喷射器驱动到还原剂源(35)来清洗所述喷射器，其中所述增压气体在与所述还原剂混合之前经所述流体接收端进入所述喷射器；以及
利用来自所述喷射器的清洗剂流清洗所述泵。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述还原剂是尿素溶液。
3.一种用于清除还原剂的方法，包括：
沿第一方向经分配装置(65)的通道提供还原剂流；
向分配装置(65)提供增压气体流以沿与所述第一方向相反的第二方向经所述通道将还原剂从分配装置(65)清除；和
将清洗的还原剂流从分配装置(65)引导到提供还原剂流的泵的入口，并接着经所述泵引导到泵的出口，并将清洗的还原剂流引导到还原剂源，
其中，将清洗的还原剂流从分配装置(65)引导到泵的入口包括阻挡清洗的还原剂到泵的出口的流动并通过旁通通道将清洗的还原剂流引导到泵的入口。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述还原剂是尿素溶液。
5.如权利要求3所述的方法，其中，沿所述第二方向清除所述还原剂包括限制经过所述分配装置的孔口(110)的流动。
6.如权利要求3所述的方法，其中，沿所述第一方向提供还原剂流包括将还原剂从还原剂源泵送至所述分配装置。
7.一种排放物还原系统，包括：
喷射器，其能够将还原剂分配到排气系统(12)中；
泵，其能够经第一通道将还原剂提供到所述喷射器；和
增压源(45)，其能够经第二通道流体连接到所述喷射器并能够将包括与来自喷射器的增压流体结合的还原剂的清洗剂流经所述泵驱动到还原剂源(35)，
其中，所述第二通道在所述喷射器处与第一通道结合。
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