CN102985650A - Scr系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种SCR系统，能够防止不通过定量阀进行尿素水的喷射时的定量阀内的尿素水的粘着。该SCR系统(100)在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时关闭定量阀(104)，该SCR系统具备防止粘着系统，该防止粘着系统为，在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时、且排气温度为尿素水结晶化的温度以上时，为了防止定量阀(104)内的尿素水的粘着而将定量阀(104)开放，并且控制供给模块(106)而使定量阀(104)内的尿素水向尿素箱(105)返回。

Description

SCR系统
技术领域
本发明涉及一种SCR系统，具备防止粘着系统，该防止粘着系统用于防止尿素水在定量阀中结晶化而粘着到定量阀的缸、阀芯上所导致的定量阀的动作不良。
背景技术
作为用于对柴油机的废气中的NOx进行净化的废气净化系统，开发有使用SCR(Selective Catalytic Reduction：选择性催化还原)装置的SCR系统。
该SCR系统为，将尿素箱中所存积的尿素水向SCR的废气上游供给，利用废气的热量来生成氨，通过该氨在SCR催化剂上将NOx还原净化(例如参照专利文献1)。
此处，使用图4说明从尿素水生成氨的过程。
如图4所示，当尿素水成为沸点以上的温度时，其水分开始蒸发，经由熔融物而生成气体。当使温度上升时，所生成的气体结晶化，而生成固态物。当所生成的固态物升华时生成氨。此外，所生成的熔融物、气体的一部分与水蒸气一起水解，而生成氨和二氧化碳。
然而，从面向排气管内而设置在SCR装置上游侧的定量阀(尿素喷射装置、定量模块)喷射尿素水。
如图5所示，定量阀104成为在充满了高压尿素水的缸127上设置有喷口128、堵塞该喷口128的阀芯129安装在具有狭缝133的筒状的柱塞130上的构造，通过对线圈131通电来拉起柱塞130，由此使阀芯129从喷口128离开而喷射尿素水。此外，在定量阀104的内部设置有经由柱塞130将阀芯129施力为常闭状态的弹簧132，因此，当停止向线圈131通电时，通过其弹力来拉下柱塞130而使阀芯129堵塞喷口128，因此尿素水的喷射停止。
定量阀104设置在流动高温废气的发动机排气管上，因此当定量阀104成为高温时，定量阀104内的尿素水也成为高温，如图6(a)所示，定量阀104内的尿素水结晶化而阀芯129粘着，或者如图6(b)所示，尿素水结晶化后的固体134夹在阀芯129和缸127的阀座之间而不能够停止尿素水的喷射，而产生定量阀104变得动作不良、不能进行适当的尿素水喷射控制的不良情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-303826号公报
发明内容
发明要解决的课题
在从定量阀104正喷射尿素水的情况下，尿素箱内的未成为高温的尿素水被适当地向定量阀104供给，因此不产生上述的不良情况。
但是，只有在SCR催化剂活化的温度、即在SCR催化剂中进行净化反应的温度时，才进行从定量阀104的尿素水的喷射。该SCR催化剂活化的温度为大约C℃程度以上，因此在尿素水开始结晶化的A℃程度以上、且低于SCR催化剂活化的C℃程度的温度区域中，尿素水蓄积在定量阀104内，因此存在引起尿素水的结晶化、产生定量阀104的动作不良的问题。
因此，本发明的目的在于，提供一种SCR系统，防止不通过定量阀进行尿素水的喷射时的、定量阀内的尿素水的粘着。
用于解决课题的手段
本发明是为了实现上述目的而完成的，技术方案1的发明为一种SCR系统，其特征在于，具备：定量阀，面向排气管内设置，在SCR装置的上游侧喷射尿素水；以及供给模块，吸取尿素箱内的尿素水而将尿素水向定量阀供给，并且使定量阀内的尿素水向尿素箱返回；在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时关闭定量阀，在该SCR系统中，具备防止粘着系统，该防止粘着系统为，在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时、且排气温度为尿素水结晶化的温度以上时，为了防止定量阀内的尿素水的粘着而将定量阀开放，并且控制供给模块而使定量阀内的尿素水向尿素箱返回。
技术方案2的发明为一种SCR系统，其特征在于，具备：定量阀，面向排气管内设置，在SCR装置的上游侧喷射尿素水；以及供给模块，吸取尿素箱内的尿素水而将尿素水向定量阀供给，并且使定量阀内的尿素水向尿素箱返回；在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时关闭定量阀，在该SCR系统中，具备防止粘着系统，该防止粘着系统为，在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时、且排气温度为尿素水结晶化的温度以上时，为了防止定量阀内的尿素水的粘着，而隔开规定的时间间隔使定量阀开放。
技术方案3的发明的SCR系统为，在技术方案1或2的SCR系统中，上述供给模块具备：SM泵，设置在尿素箱和定量阀之间，压送尿素水；以及回流阀，切换SM泵的送液流路。
发明的效果
根据本发明，能够防止不通过定量阀进行尿素水的喷射时的、定量阀内的尿素水的粘着。
附图说明
图1是表示应用本发明的SCR系统的概略图。
图2是供给模块周围的管线图。
图3是表示DCU的输入输出构成的图。
图4是表示尿素水基于温度变化的状态变化的图。
图5是表示定量阀的截面立体图。
图6中(a)、(b)是说明定量阀的不良情况的截面图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的优选实施方式进行说明。
首先，对搭载在车辆上的SCR系统进行说明。
如图1所示，SCR系统100主要具备：SCR装置103，设置在发动机E的排气管102上；定量阀(尿素喷射装置、定量模块)104，面向排气管内设置，在SCR装置103的上游侧(废气的上游侧)喷射尿素水；尿素箱105，存积尿素水；供给模块106，将尿素箱105中所存积的尿素水向定量阀104供给；以及DCU(Dosing Control Unit：定量控制单元)126，对定量阀104、供给模块106等进行控制。
在发动机E的排气管102上，从废气的上游侧朝向下游侧依次配置有DOC(Diesel Oxidation Catalyst：柴油机氧化催化剂)107、DPF(DieselParticulate Filter：柴油颗粒过滤器)108以及SCR装置103。DOC107用于将从发动机E排气的废气中的NO氧化成为NO2，并对废气中的NO和NO2的比率进行控制而提高SCR装置103的脱硝效率。此外，DPF108用于捕集废气中的PM(Particulate Matter：颗粒物质)。
在SCR装置103上游侧的排气管102上设置有定量阀104。如通过图5说明了的那样，定量阀104成为在充满了高压尿素水的缸127上设置有喷口128、堵塞该喷口128的阀芯129安装在具有狭缝133的筒状的柱塞130上的构造，通过对线圈131通电来拉起柱塞130，由此使阀芯129从喷口128离开而喷射尿素水。此外，在定量阀104的内部设置有经由柱塞130将阀芯129施力为常闭状态的弹簧132，因此，当停止向线圈131通电时，通过其弹力来拉下柱塞130而使阀芯129堵塞喷口128，因此尿素水的喷射停止。
在定量阀104上游侧的排气管102上，设置有对SCR装置103的入口的废气温度(SCR入口温度)进行测定的排气温度传感器109。此外，在SCR装置103的上游侧(此处为排气温度传感器109的上游侧)设置有对SCR装置103上游侧的NOx浓度进行检测的上游侧NOx传感器110，在SCR装置103的下游侧设置有对SCR装置103下游侧的NOx浓度进行检测的下游侧NOx传感器111。
供给模块106具备：SM泵112，压送尿素水；SM温度传感器113，测定供给模块106的温度(在供给模块106中流动的尿素水的温度)；尿素水压力传感器114，测定供给模块106内的尿素水的压力(SM泵112的吐出侧的压力)；以及回流阀115，通过切换尿素水的流路，由此切换是将来自尿素箱105的尿素水向定量阀104供给、还是使定量阀104内的尿素水向尿素箱105返回。此处，在回流阀115关闭时，将来自尿素箱105的尿素水向定量阀104供给，在回流阀115开启时，使定量阀104内的尿素水向尿素箱105返回。
在回流阀115被切换为将尿素水向定量阀104供给的情况下，供给模块106利用其SM泵112通过送液管线(吸入管线)116来吸取尿素箱105内的尿素水，并通过压送管线(压力管线)117向定量阀104供给，通过回收管线(返回管线)118使剩余的尿素水返回到尿素箱105。
另外，在钥匙关闭(点火关闭、车辆停止)时，切换回流阀115而使定量阀104内的尿素水向尿素箱105返回，而防止尿素水的结晶化导致的定量阀104的动作不良的发生。在本说明书中，将如此使定量阀104内的尿素水向尿素箱105返回的控制称为排空。
在进行排空时，预先开放定量阀104，使定量阀104内的尿素水向尿素箱105返回，由此将排气管102的废气(空气)从定量阀104吸入到尿素箱105。
此处，对供给模块106周围的管线构成的一个例子进行说明。
如图2所示，来自尿素箱105内的送液管线116，经由回流阀115与SM泵112的吸入侧连接。并且，SM泵112经由与其吐出侧连接的出口管线143、回流阀115而与定量阀104连接。
此处，回流阀115能够切换为图中的实线所示的管线和图中的虚线所示的管线。由此，能够进行从尿素箱105向定量阀104供给尿素水和从定量阀104向尿素箱105回收尿素水。
回收管线118构成为，与连接到定量阀104的压送管线117连接，使尿素水向尿素箱105返回。
另外，该管线构成仅是一个例子，并不限定于上述构成。
在尿素箱105中设置有SCR传感器119。SCR传感器119具备：测定尿素箱105内的尿素水的液面高度(液位)的液位传感器120；测定尿素箱105内的尿素水的温度的温度传感器121；以及测定尿素箱105内的尿素水的品质的品质传感器122。品质传感器122为，例如根据超声波的传播速度、电导率，来检测尿素水的浓度、尿素水中是否混合有异种混合物，而检测尿素箱105内的尿素水的品质。
在尿素箱105和供给模块106上连接有循环用于冷却发动机E的冷却水的冷却管线123。冷却管线123通过尿素箱105内，使冷却管线123中流动的冷却水和尿素箱105内的尿素水之间进行热交换。同样，冷却管线123通过供给模块106内，使冷却管线123中流动的冷却水和供给模块106内的尿素水之间进行热交换。
在冷却管线123上设置有切换是否向尿素箱105和供给模块106供给冷却水的箱加热阀(冷却介质阀)124。另外，在定量阀104上也连接有冷却管线123，但是构成为，与箱加热阀124的开闭无关地向定量阀104供给冷却水。另外，在图1中虽然将图简化地表示，但是冷却管线123沿着尿素水通过的送液管线116、压送管线117以及回收管线118而配设。
图3表示DCU126的输入输出构成图。
如图3所示，在DCU126上连接有来自以下部件的输入信号线：上游侧NOx传感器110、下游侧NOx传感器111、SCR传感器119(液位传感器120、温度传感器121、品质传感器122)、排气温度传感器109、供给模块106的SM温度传感器113和尿素水压力传感器114、以及控制发动机E的ECM(EngineControl Module：发动机控制模块)125。从ECM125输入外界气温、发动机参数(发动机转速等)的信号。
此外，在DCU126上连接有向以下部件的输出信号线：箱加热阀124、供给模块106的SM泵112和回流阀115、定量阀104、上游侧NOx传感器110的加热器以及下游侧NOx传感器111的加热器。另外，关于DCU126和各部件之间的信号的输入输出，也可以是经由个别的信号线的输入输出以及经由CAN(ControllerArea Network：控制器局域网)的输入输出中的某一种。
DCU126基于来自ECM125的发动机参数的信号和来自排气温度传感器109的废气温度，来推断废气中的NOx量，并且基于推断的废气中的NOx量来决定从定量阀104喷射的尿素水量，并且，在由定量阀104按照决定的尿素水量进行了喷射时，根据上游侧NOx传感器110的检测值来控制定量阀104，而调整从定量阀104喷射的尿素水量。
另外，在SCR系统100中，通常，在SCR催化剂温度(排气温度)不满足SCR催化剂活化的温度(C℃)时，关闭定量阀104，在排气温度被充分加热到SCR催化剂活化的温度以上时，许可从定量阀104的尿素水的喷射。此处，由于通常不设置对SCR催化剂温度进行直接测定的传感器，因此将排气温度传感器109的测定值视为SCR催化剂温度。即，排气温度与SCR催化剂温度相同。
在从定量阀104的尿素水的喷射被许可的情况下，根据废气中的NOx的量等来适当地进行尿素水的喷射。在如此地正进行从定量阀104的尿素水的喷射的情况下，尿素箱105内的不是高温的尿素水通过供给模块106向定量阀104供给，因此定量阀104内的尿素水不会变得高温而结晶化。
与此相对，在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时，不进行从定量阀104的尿素水的喷射。由于尿素水在A℃~B℃程度会结晶化，因此在排气温度例如为A℃以上、且低于C℃的温度区域时，接受该温度区域的废气的热量的、定量阀104内所充满的尿素水结晶化，有可能导致定量阀104的动作不良。
因此，本发明的SCR系统100具备防止粘着系统，该防止粘着系统为，即使在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时，在排气温度为尿素水结晶化的温度以上时，为了防止定量阀104内的尿素水的粘着，也会开放定量阀104，并且控制供给模块106而使定量阀104内的尿素水向尿素箱105返回。防止粘着系统安装在DCU126上。
防止粘着系统构成为，对排气温度传感器109的测定值进行监视，在该测定值为尿素水结晶化的温度以上、且低于SCR催化剂活化的温度时，开放定量阀104，并且在切换供给模块106的回流阀115的同时使SM泵112动作，而强制地实施排空(强制排空)。
即，防止粘着系统为，通过对排气温度传感器109的测定值进行监视，由此判断排气温度是否为尿素水结晶化的温度以上、且低于喷射尿素水的温度，在排气温度为尿素水结晶化的温度以上、且低于喷射尿素水的温度时，实施强制排空。
通过该动作，能够在定量阀104内的尿素水结晶化之前将其除去，因此能够防止在定量阀104内尿素水结晶化而粘着。
综上所述，根据具备防止粘着系统的本发明的SCR系统，能够防止不通过定量阀进行尿素水的喷射时的、定量阀内的尿素水的粘着。
另外，在本实施方式中，使防止粘着系统构成为，在排气温度为尿素水结晶化的温度以上、且低于SCR催化剂活化的温度时，实施强制排空，但是也可以代替强制排空而构成为，使定量阀104间歇地(例如每3分钟)开放，将少量的尿素水从定量阀104内隔开规定的时间间隔地排出。由此，也能够在定量阀104内的尿素水结晶化之前将其排出，因此能够防止在定量阀104内尿素水结晶化而粘着。
符号的说明
102排气管
103SCR装置
104定量阀
105尿素箱
106供给模块

Claims (3)

1.一种SCR系统，其特征在于，
具备：定量阀，面向排气管内设置，在SCR装置的上游侧喷射尿素水；以及供给模块，吸取尿素箱内的尿素水而将尿素水向定量阀供给，并且使定量阀内的尿素水向尿素箱返回；
在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时关闭定量阀，
在该SCR系统中，
具备防止粘着系统，该防止粘着系统为，在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时、且排气温度为尿素水结晶化的温度以上时，为了防止定量阀内的尿素水的粘着而将定量阀开放，并且控制供给模块而使定量阀内的尿素水向尿素箱返回。
2.一种SCR系统，其特征在于，
具备：定量阀，面向排气管内设置，在SCR装置的上游侧喷射尿素水；以及供给模块，吸取尿素箱内的尿素水而将尿素水向定量阀供给，并且使定量阀内的尿素水向尿素箱返回；
在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时关闭定量阀，
在该SCR系统中，
具备防止粘着系统，该防止粘着系统为，在排气温度不满足SCR催化剂活化的温度时、且排气温度为尿素水结晶化的温度以上时，为了防止定量阀内的尿素水的粘着，而隔开规定的时间间隔地使定量阀开放。
3.如权利要求1或2所述的SCR系统，其中，
上述供给模块具备：SM泵，设置在尿素箱和定量阀之间，压送尿素水；以及回流阀，切换SM泵的送液流路。
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