CN102985652A - 恢复控制系统 - Google Patents

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Abstract

提供用来消除定量阀的动作不良或输送尿素水的液体输送管路的闭塞、恢复到正常状态的恢复控制系统。一种用来当定量阀（104）不正常动作时使其恢复到正常状态的恢复控制系统，具备：检测定量阀（104）的异常的异常检测机构，以及，当用异常检测机构检测到定量阀（104）的异常时为了使定量阀（104）内的尿素水回到尿素罐（105）而控制供给组件（106）的恢复控制机构。

Description

恢复控制系统
技术领域
本发明涉及用来消除定量阀的动作不良或输送尿素水的液体输送管路的闭塞、恢复到正常状态的恢复控制系统。
背景技术
作为用来净化柴油发动机的废气中的NOX的废气净化系统，开发了使用了SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原）装置的SCR系统。
该SCR系统为将贮存在尿素罐中的尿素水提供给SCR的废气上游，利用废气的热量生成氨，用该氨在SCR催化剂上还原NOX进行净化的系统（参照例如专利文献1）。
这里用图6说明从尿素水生成氨的过程。
如图6所示，尿素水如果变成沸点以上的温度，其水分开始蒸发，经由熔化物生成气体。生成的气体如果使温度上升则结晶，生成固态物。生成的固态物如果升华则生成氨。并且，生成的熔化物或气体的一部分与水蒸气一起加水分解，生成氨和二氧化碳。
但是，尿素水从设置在SCR装置上游的定量阀（尿素喷射装置、定量组件）喷射。
如图7所示，定量阀104采用在充满了高压尿素水的液压缸127上设置喷口128，堵塞该喷口128的阀体129安装在具有缝隙133的筒状活塞130上的结构，通过给线圈131通电使活塞130抬起，使阀体129离开喷口128喷射尿素水。并且，由于在定量阀104的内部设置有通过活塞130变成常闭状态地给阀体129施力的弹簧132，因此如果停止向线圈131通电，则在该弹簧力作用下活塞130被向下拉，阀体129堵塞喷口128，因此尿素水的喷射停止。
从尿素罐向定量阀104的尿素水的供给由具备有SM泵或尿素水压力传感器等的供给组件进行。具体为，尿素罐和供给组件用液体输送管路连接，将从尿素罐通过液体输送管路吸上来的尿素水通过连接供给组件和定量阀104的压送管路提供给定量阀104。此时，使定量阀104内的尿素水的压力（供给组件的尿素水压力传感器的测定值）一定地进行反馈控制，压力一定后开始尿素水的喷射。
先行技术文献
专利文献1：日本特开2000-303826号公报
发明的概要
发明要解决的课题
由于定量阀104设置在高温废气流动的发动机排气管中，因此如果定量阀104变成高温，定量阀104内的尿素水也变成高温，如图8（a）所示，定量阀104内的尿素水结晶，阀体129粘着了，或者像图8（b）所示那样，尿素水结晶了的固体134被夹在阀体129与液压缸127的阀座之间，尿素水的喷射不能够停止，产生定量阀104的动作不良，不能进行合适的尿素水喷射控制这样的问题。
并且，在连接尿素罐和供给组件的液体输送管路被某些异物等闭塞时存在定量阀104内的尿素水的压力不一定——即压力不上升，不开始喷射尿素水的问题。
但是，从这样的问题恢复到正常状态的恢复控制至今没有。
发明内容
因此，本发明的目的就是要提供一种用来消除定量阀的动作不良或输送尿素水的液体输送管路的闭塞、恢复到正常状态的恢复控制系统。
用于解决课题的手段
本发明是为了达到上述目的而创造的，技术方案一的发明为一种恢复控制系统，具备：对排气管内喷射尿素水的定量阀，以及吸起尿素罐内的尿素水并将尿素水提供给定量阀、并且使定量阀内的尿素水回到尿素罐的供给组件；上述定量阀包括填充了尿素水的液压缸、开闭该液压缸的阀体并且被设为常闭的活塞、以及操作该活塞的线圈；当该定量阀不正常动作时使其恢复到正常状态；该恢复控制系统的特征在于，具备：异常检测机构，监视定量阀、检测定量阀的异常；以及恢复控制机构，当用异常检测机构检测到定量阀的异常时，为了使定量阀内的尿素水回到尿素罐而控制供给组件。
技术方案二的发明为一种恢复控制系统，具备：对排气管内喷射尿素水的定量阀，以及吸起尿素罐内的尿素水并将尿素水提供给定量阀、并且使定量阀内的尿素水回到尿素罐的供给组件；上述尿素罐和上述供给组件用液体输送管路连接，当该液体输送管路闭塞时使其恢复到正常状态，该恢复控制系统的特征在于，具备：压力异常检测机构，根据尿素水压力传感器的测定值来检测尿素水压力的异常，该尿素水压力传感器测定提供给定量阀的尿素水的压力；以及恢复控制机构，当用压力异常检测机构检测到尿素水压力的异常时，为了使液体输送管路内的尿素水回到尿素罐而控制供给组件。
发明的效果
根据本发明，能够消除定量阀的动作不良或输送尿素水的液体输送管路的闭塞、恢复到正常状态。
附图说明
图1为表示使用本发明的SCR系统的概略图；
图2为表示DCU的输入输出结构的图；
图3为表示使定量阀动作时的线圈电流的波形的图；
图4为表示本发明的恢复控制系统的动作的流程图；
图5为表示本发明的恢复控制系统的动作的流程图；
图6为表示尿素水的温度变化引起的状态变化的图；
图7为表示定量阀的剖视立体图；
图8（a）、（b）为说明定量阀的问题的剖视图。
具体实施方式
下面根据附图说明本发明的优选实施形态。
首先说明搭载在车辆中的SCR系统。
如图1所示，SCR系统100主要具备：设置在发动机E的排气管102中的SCR装置103、在SCR装置103的上游侧（废气的上游侧）喷射尿素水的定量阀（尿素喷射装置、定量组件）104、贮存尿素水的尿素罐105、将贮存在尿素罐105中的尿素水提供给定量阀104的供给组件106、控制定量阀104或供给组件106等的DCU（Dosing Control Unit）126。
在发动机E的排气管102中，从废气的上游侧向下游侧依次配置DOC（Diesel Oxidation Catalyst，柴油机氧化催化剂）107、DPF（Diesel ParticulateFilter，柴油机颗粒过滤器）108和SCR装置103。DOC107为将从发动机排出的废气中的NO氧化生成NO2，控制废气中NO与NO2的比例从而提高SCR装置103中的脱硝效率的物质。并且，DPF108为捕集废气中的PM（Particulate Matter，颗粒物）的部件。
在SCR装置103的上游侧的排气管102中设置有定量阀104。定量阀104如用图7说明过的那样采用在充满了高压尿素水的液压缸127上设置喷口128，堵塞该喷口128的阀体129安装在具有缝隙133的筒状活塞130上的结构，通过给线圈131通电使活塞130抬起，从而使阀体129离开喷口128而喷射尿素水。并且，由于在定量阀104的内部设置有通过活塞130将阀体129变成常闭状态地给阀体129施力的弹簧132，因此如果停止向线圈131通电，则在该弹簧力作用下活塞130被向下拉，阀体129堵塞喷口128，因此尿素水的喷射停止。
在定量阀104的上游侧的排气管102中设置测定SCR装置103的入口中的废气温度（SCR入口温度）的排气温度传感器109。并且，在SCR装置103的上游侧（这里为排气温度传感器109的上游侧）设置检测SCR装置103的上游侧的NOX浓度的上游侧NOX传感器110，在SCR装置103的下游侧设置检测SCR装置103的下游侧的NOX浓度的下游侧NOX传感器111。
供给组件106具备：压送尿素水的SM泵112，测定供给组件106的温度（在供给组件106中流动的尿素水的温度）的SM温度传感器113，测定供给组件106内尿素水的压力（SM泵112的输出侧的压力）的尿素水压力传感器114，通过切换尿素水的流路切换将来自尿素罐105的尿素水提供给定量阀104、或者使定量阀104内的尿素水回到尿素罐105的回流阀（reverting valve）115。其中，当回流阀115OFF时，将来自尿素罐105的尿素水提供给定量阀104，当回流阀115ON时，使定量阀104内的尿素水回到尿素罐105。
当回流阀115被将尿素水提供给定量阀104地切换时，供给组件106用其SM泵112将尿素罐105内的尿素水通过液体输送管路（吸入管路）116吸起，通过压送管路（压力管路）117提供给定量阀104，使剩余的尿素水通过回收管路（返回管路）118回到尿素罐105。
另外，钥匙OFF（点火OFF、车辆停止）时，切换回流阀115使定量阀104内的尿素水回到尿素罐105，防止尿素水结晶引起的定量阀104的动作不良的产生。这样，在本说明书中将使定量阀104内的尿素水回到尿素罐105的控制称为排空（emptying）。
在进行排空时，预先打开定量阀104，通过使定量阀104内的尿素水回到尿素罐105，将排气管102的废气（空气）从定量阀104吸入到尿素罐105。
在尿素罐105上设置有SCR传感器119。SCR传感器119具备有测定尿素罐105内的尿素水的液面高度（水平面）的液位传感器120、测定尿素罐105内的尿素水的温度的温度传感器121、测定尿素罐105内的尿素水的质量的质量传感器122。质量传感器122为例如从超声波的传播速度或导电率检测尿素水的浓度或尿素水中是否混合有异种混合物，检测尿素罐105内的尿素水的质量的器件。
尿素罐105和供给组件106上连接有使用来冷却发动机E的冷却水循环的冷却管123。冷却管123经过尿素罐105内，在冷却管123内流动的冷却水与尿素罐105内的尿素水之间进行热交换。同样，冷却管123经过供给组件106内，在冷却管123内流动的冷却水与供给组件106内的尿素水之间进行热交换。
在冷却管123上设置有切换是否给尿素罐105和供给组件106提供冷却水的罐加热阀（tank heater valve）（冷却液阀）124。另外，定量阀104上也连接有冷却管123，但采用不管罐加热阀124开闭与否都给定量阀104提供冷却水的结构。另外，虽然图1为了将图简化没有表示，但冷却管123沿尿素水经过的液体输送管路116、压送管路117和回收管路118配设。
图2表示DCU126的输入输出结构图。
如图2所示，DCU126上连接有来自上游侧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、质量传感器122）、排气温度传感器109、供给组件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（Engine ControlModule，发动机控制模块）125的输入信号线。从ECM125输入外部大气温度、发动机参数（发动机转速等）信号。
并且，DCU126上连接有向罐加热阀124、供给组件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、下游侧NOX传感器111的加热器的输出信号线。另外，有关DCU126和各部件的信号的输入输出也可以是通过单独的信号线的输入输出和通过CAN（ControllerArea Network，控制器局域网络）的输入输出中的任一个。
DCU126根据来自ECM125的发动机参数的信号和来自排气温度传感器109的废气温度推定废气中NOX的量，并且根据推定的废气中的NOX的量决定从定量阀104喷射的尿素水量，而且，当以由定量阀104决定的尿素水量喷射时，根据上游侧NOX传感器110的检测值控制定量阀104，调整从定量阀104喷射的尿素水量。
另外，定量阀104，如图3所示定量阀104通过在每个t0（固定）、通电t1时间，来喷射尿素水。该t1根据尿素喷射量改变。在排空时，通过维持规定时间的通电进行。该规定时间为使管线内的尿素水回到尿素罐105的时间。
而且，本发明的SCR系统100具备有用来在定量阀104内的尿素水被高温废气加热而结晶并粘着、定量阀104不正常动作时恢复到正常状态的恢复控制系统。恢复控制系统安装在DCU126中，具备定量阀104的异常检测机构和恢复控制机构。
异常检测机构通过定量阀104的开闭动作是否正常来检测异常地构成。
恢复控制机构当异常检测机构检测到定量阀104的异常时为了使定量阀104内的尿素水回到尿素罐105而控制供给组件106地构成。具体为，恢复控制机构使定量阀104打开、切换供给组件106的回流阀115，并且使SM泵112动作，强制地实施排空（强制排空）地构成。
用图4说明该恢复控制系统的动作。
恢复控制系统反复进行以下动作。
异常检测机构检测定量阀104是否异常（S401）。
在S401中，当检测到定量阀104的异常时，恢复控制机构使定量阀104打开，切换供给组件106的回流阀115，并且使SM泵112动作，实施强制排空（S402）。
然后，判断强制排空是否结束（S403），强制排空结束时，将尿素水提供给定量阀104（S404）。
通过反复进行这样的动作，使定量阀104内的尿素水回到尿素罐105，通过这样能够除掉尿素水和结晶的尿素水。在没有除掉结晶的尿素水时（定量阀104不动而关闭的状态）既不能使尿素水返回也不能供给，处在尿素水残留在定量阀104内的状态，但通过反复进行强制排空和尿素水的供给，使施加给定量阀104内的尿素水的压力变动，能够通过将尿素水送到结晶着的尿素水的位置将结晶溶解除掉。通过以上过程，如果定量阀104动作不良的原因是尿素水的结晶引起的粘着的话，能够消除定量阀104的动作不良。另外，在即使反复进行S401、402～404，反复进行规定次数的强制排空和尿素水的供给都不能消除定量阀104的动作不良时，可以将定量阀104判定为故障。由此，能够判断是能够恢复的问题还是不能够恢复的问题，虽然是能够恢复的问题，但也能够防止对驾驶者等警告故障这样的事态。
总之，根据本发明的恢复控制系统，能够消除定量阀的动作不良，恢复到正常的状态。
另外，排空为，像上述那样预先使定量阀104打开，将排气管102的废气（空气）从定量阀104吸入到尿素罐105。即，如果实施排空，则通过液体输送管路116、压送管路117等吸入废气。因此，也进行滞留在液体输送管路116或压送管路117中的异物等的除去。
这里，作为本发明的变形例，也可以在恢复控制系统中设置根据测定提供给了定量阀104的尿素水的压力的尿素水压力传感器114的测定值检测尿素水压力的异常的压力异常检测机构，当用该压力异常检测机构检测到尿素水的压力异常时，用恢复控制机构实施强制排空。即，也可以像图5所示那样，用压力异常检测机构检测提供给了定量阀104的尿素水的压力是否异常（是否为一定）（S501），当在S501中检测到压力异常时，用恢复控制机构实施强制排空（S502）。
由此，能够检测液体输送管路116的闭塞，通过强制排空除去作为闭塞的原因的异物。
并且，强制排空也可以使回流阀115不动作，仅使SM泵112OFF。
标记说明
102．排气管；104．定量阀；105．尿素罐；106．供给组件；127．液压缸；129．阀体；130．活塞；131．线圈

Claims (2)

1.一种恢复控制系统，具备：对排气管内喷射尿素水的定量阀，以及吸起尿素罐内的尿素水并将尿素水提供给定量阀、并且使定量阀内的尿素水回到尿素罐的供给组件；
上述定量阀包括填充了尿素水的液压缸、开闭该液压缸的阀体并且被设为常闭的活塞、以及操作该活塞的线圈；
当该定量阀不正常动作时使其恢复到正常状态；
该恢复控制系统的特征在于，具备：
异常检测机构，监视定量阀、检测定量阀的异常；以及
恢复控制机构，当用异常检测机构检测到定量阀的异常时，为了使定量阀内的尿素水回到尿素罐而控制供给组件。
2.一种恢复控制系统，具备：对排气管内喷射尿素水的定量阀，以及吸起尿素罐内的尿素水并将尿素水提供给定量阀、并且使定量阀内的尿素水回到尿素罐的供给组件；
上述尿素罐和上述供给组件用液体输送管路连接，
当该液体输送管路闭塞时使其恢复到正常状态，
该恢复控制系统的特征在于，具备：
压力异常检测机构，根据尿素水压力传感器的测定值来检测尿素水压力的异常，该尿素水压力传感器测定提供给定量阀的尿素水的压力；以及
恢复控制机构，当用压力异常检测机构检测到尿素水压力的异常时，为了使液体输送管路内的尿素水回到尿素罐而控制供给组件。
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