CN104100336B - 用于防止scr系统的尿素喷嘴堵塞的方法 - Google Patents

用于防止scr系统的尿素喷嘴堵塞的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于防止SCR系统的尿素喷嘴堵塞的方法。用于在选择性催化还原（SCR）系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法，该方法将存储在尿素罐中的尿素通过供应模块、尿素喷嘴以及连接所述供应模块和所述尿素喷嘴的尿素管线而进行供应，所述方法可包括：排空步骤和压力平衡步骤，在该排空步骤中通过在所述供应模块中产生负压而将尿素退回到所述尿素罐中；在该压力平衡步骤中通过停止在所述供应模块中产生负压而将所述供应模块中的压力恢复，其中，在所述压力平衡步骤中，基于自所述压力平衡步骤开始经过预定时间之后的压力来控制是否强制喷射所述尿素。

Description

用于防止SCR系统的尿素喷嘴堵塞的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年4月15日提交的韩国专利申请第10-2013-0041213号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及用于防止SCR系统的尿素喷嘴堵塞的方法。更具体地，本发明涉及一种用于防止SCR系统的尿素喷嘴堵塞的方法，其确定供应模块内的压力并防止在自行着火运转操作中尿素喷嘴的堵塞。
背景技术
通常而言，从发动机的排气歧管排放的废气被引导到安装于排气管的催化转化器并被净化，穿过消声器以降低噪声，最后通过排气管排放到大气中。
催化转化器对废气中诸如NOx的污染物进行处理。
作为一种催化转化器的选择性催化还原(SCR)装置净化废气中的NOx，并且尿素、氨、一氧化碳和碳氢化合物(HC)等用作还原剂。
当还原剂供应到废气时，废气中的氮氧化物通过与还原剂的氧化还原反应而脱氧为氮。
图1为显示常规SCR系统的图。
如图1所示，常规SCR系统包括存储尿素62的尿素罐60，从尿素罐60供应尿素62的供应模块50以及尿素喷嘴20，该尿素喷嘴20将从供应模块50供应的尿素供应至选择性催化还原催化剂12。
尿素62经过过滤器52并被供应至SCR催化剂12前方的排气管10。
定量控制单元(DCU)25控制尿素62的供应量。
温度传感器15可以检测尿素62的温度或检测经过SCR催化剂12的废气的温度。
尿素62具有在-11℃或更低温度冻结以及在70℃或更高温度腐蚀性增加的特性。因此，尿素62在车辆和系统停止后退回到尿素罐60，这称为“自行着火运转”(“after-run”)。
在SCR装置操作时，尿素62从尿素罐60和供应模块50供应至尿素喷嘴20，在自行着火运转操作中，尿素反向退回。
如果尿素喷嘴20被废气加热，则尿素的温度达到结晶温度(71-75℃)，随着自行着火运转操作，尿素喷嘴20以100％打开，在尿素喷嘴20中发生尿素结晶，由此可能堵塞尿素喷嘴。
也即，在自行着火运转操作的同时，尿素喷嘴20不得不打开，并且在尿素喷嘴20中发生尿素结晶，但是尿素喷嘴20的堵塞可能不会被检测到。
特别是如果来自尿素罐60的尿素62回流至供应模块50发生在冬季，SCR系统可能被损坏。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种用于防止SCR系统的尿素喷嘴堵塞的方法，该方法可以反复打开和关闭尿素喷嘴并强制喷射尿素，从而防止尿素喷嘴的堵塞。
在本发明的一个方面，一种用于在选择性催化还原(SCR)系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法将存储在尿素罐中的尿素通过供应模块、尿素喷嘴以及连接所述供应模块和所述尿素喷嘴的尿素管线而进行供应，所述方法可以包括：排空步骤，在该排空步骤中通过在所述供应模块中产生负压而将尿素退回到所述尿素罐中；以及压力平衡步骤，在该压力平衡步骤中通过停止在所述供应模块中产生负压而将所述供应模块中的压力恢复，其中，在所述压力平衡步骤中，基于自所述压力平衡步骤开始可经过预定时间之后的压力来控制是否强制喷射所述尿素。
所述排空步骤可以包括：将所述供应模块内的压力与第一预定压力进行比较；当所述供应模块内的压力被确定为高于所述第一预定压力时，将所述尿素喷嘴控制为打开；以及当所述供应模块内的压力被确定为低于或等于所述第一预定压力时，反复打开和关闭所述尿素喷嘴。
所述压力平衡步骤可以包括：将所述供应模块内的压力增加速率与预定压力增加速率进行比较；当所述供应模块内的压力增加速率被确定为高于所述预定压力增加速率时，将所述尿素喷嘴控制为打开；以及当所述供应模块内的压力增加速率被确定为低于或等于所述预定压力增加速率时，反复打开和关闭所述尿素喷嘴。
所述压力平衡步骤可以包括在可经过预定时间之后当所述供应模块内的压力被确定为低于或等于第二预定压力时，强制喷射第一预定次数的尿素。
所述压力平衡步骤可以进一步包括可在经过预定时间之后当所述供应模块内的压力被确定为低于或等于第二预定压力时，强制喷射第一预定次数的尿素。
所述强制喷射第一预定次数的尿素可以包括：
当所述自行着火运转启动的次数被确定为小于或等于第二预定次数时，喷射第一预定次数的尿素并重新启动所述自行着火运转操作。
所述方法还可以包括：当所述自行着火运转启动的次数被确定为大于所述第二预定次数时，将环境温度与预定温度进行比较。
所述方法还可以包括：当所述环境温度被确定为高于或等于所述预定温度时，记录压力平衡故障事件。
所述方法还可以包括：当所述环境温度低于所述预定温度时警告驾驶员。
在本发明的另一方面，一种选择性催化还原(SCR)系统将尿素喷射至排气管以净化经过所述排气管的废气，所述系统可以包括：尿素罐，所述尿素罐存储所述尿素；供应模块，所述供应模块将所述尿素从所述尿素罐供应至所述排气管；尿素喷嘴，所述尿素喷嘴通过尿素管线与所述供应模块连接，并配置为以将所述尿素喷射至所述排气管；以及定量控制单元，所述定量控制单元通过预定程序来执行，所述预定程序被设定以控制所述供应模块和所述尿素喷嘴，其中所述预定程序可以包括一系列指令以执行所述方法中的每个步骤。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其他特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为显示常规SCR系统的图，其中CAN表示控制器区域网络。
图2为显示在自行着火运转操作中供应模块中压力变化的曲线图。
图3为显示根据本发明的示例性实施方案的用于防止尿素喷嘴堵塞的方法的流程图。
图4A和图4B为显示根据本发明的示例性实施方案的尿素喷嘴打开/关闭操作的曲线图。
图5为显示当尿素喷嘴堵塞时在自行着火运转操作中供应模块中压力变化的曲线图。
图6至图8为显示在根据本发明的示例性实施方案的排空步骤和压力平衡步骤中尿素管线内压力变化的曲线图。
应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、取向、位置和形状将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的数个图形，附图标记引用本发明的相同的或等同的部分。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
此外，除非明确做出相反描述，词语“包括(comprise)”以及例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变体应理解为暗示包括所述元件但不排除任何其他元件。
为了便于理解，相关技术的说明中所描述的构成元件将采用相同的附图标记进行描述。
图2为显示在自行着火运转操作中供应模块中压力变化的曲线图。
图1以及参见图2，定量控制单元25可以包括执行预定程序的至少一个处理器，且该预定程序可以包括用于实施根据本发明的示例性实施方案的方法的一组指令。
自行着火运转操作包括排空步骤(或真空步骤)和压力平衡步骤，在该排空步骤中通过在供应模块50中产生负压而将尿素退回到尿素罐60，在所述压力平衡步骤中恢复在排空步骤中产生的负压。
如果在完成压力平衡步骤之后在供应模块50中仍然有过多的负压，则发生从尿素罐60到供应模块50的尿素回流。
图3为根据本发明的示例性实施方案的用于防止尿素喷嘴堵塞的方法的流程图。
参考图3，当自行着火运转操作时(S100)，排空步骤启动(S110)。
当启动排空步骤时，定量控制单元25将供应模块50内的压力与第一预定压力(Pa)进行比较(S120)。
如果供应模块50内的压力高于第一预定压力(Pa)，则定量控制单元25确定尿素喷嘴20没有堵塞并控制尿素喷嘴20以使其打开(S130)。
然而，如果供应模块50内的压力低于或等于第一预定压力(Pa)，则定量控制单元25确定尿素喷嘴20堵塞并控制尿素喷嘴20以使其反复打开和关闭(S140)。
因此，通过反复打开/关闭尿素喷嘴20，可以防止尿素喷嘴20的堵塞，第一预定压力(Pa)可以例如为大约-210毫巴。
在完成排空步骤之后，启动压力平衡步骤(S150)。
在压力平衡步骤中，尿素喷嘴20也可堵塞，因此定量控制单元25确定尿素喷嘴20是否堵塞。
定量控制单元25将供应模块50内的压力增加速率与预定的压力增加速率(Ra)进行比较(S160)，如果供应模块50内的压力增加速率高于预定的压力增加速率(Ra)，则定量控制单元25确定尿素喷嘴20没有堵塞，因此定量控制单元25控制尿素喷嘴20以使其打开(S170)。
然而，如果供应模块50的压力增加速率低于或等于预定的压力增加(Ra)，则定量控制单元25确定尿素喷嘴20堵塞，因此定量控制单元25控制尿素喷嘴20以使其反复打开和关闭(S180)。
在压力平衡步骤中，供应模块50内的压力必须被增加至大约大气压力。如果供应模块50内的压力不增加，则可确定尿素喷嘴20堵塞。在这种情况下，预定的压力增加速率(Ra)可以为例如5.5毫巴/秒。
在步骤S170或S180之后，定量控制单元25确定压力平衡步骤是否完成。压力平衡步骤的完成是通过将压力平衡时间与预定时间(t1)进行比较(S190)而确定的。
如果压力平衡时间小于或等于预定时间(t1)，则定量控制单元25反复执行步骤S160至S180。
如果压力平衡时间大于预定时间(t1)，则定量控制单元25再次确定尿素喷嘴20是否堵塞。
定量控制单元25将供应模块50内的压力与第二预定压力(Pb)进行比较(S200)，如果供应模块50内的压力高于第二预定压力(Pb)，则定量控制单元25确定压力平衡步骤执行正常，因此压力平衡步骤完成(S210)。
在这种情况下，第二预定压力(Pb)可以为例如比第一预定压力(Pa)高大约-100毫巴。
如果供应模块50内的压力类似于第二预定压力(Pb)，则定量控制单元25确定尿素的回流没有发生，因此压力平衡步骤完成。
如果供应模块50内的压力低于或等于第二预定压力(Pb)，则定量控制单元25执行额外的压力平衡步骤。定量控制单元25可以控制尿素喷嘴20以强制喷射第一预定次数(N1)的尿素62。
定量控制单元25将自行着火运转启动的次数与第二预定次数(Num)进行比较(S220)。
如果自行着火运转启动的次数小于或等于第二预定次数(Num)，则定量控制单元25控制尿素喷嘴20以强制喷射第一预定次数(N1)的尿素并重新启动自行着火运转(S230)。在这种情况下，第一预定次数(N1)可以例如为一次。
如果尿素喷嘴20强制喷射第一预定次数(N1)的尿素，则可以消除尿素喷嘴20的尿素的结晶且能够控制尿素的温度。
如果自行着火运转启动的次数大于第二预定次数(Num)，则定量控制单元25将环境温度与预定温度(Tp)进行比较(S240)。
在这种情况下，考虑到尿素的结晶，预定温度(Tp)可以例如为大约0℃。
如果环境温度低于预定温度(Tp)，则压力平衡步骤完成(S210)，因此自行着火运转操作完成(S270)。
在这种情况下，尿素可能冻结，因此可以开启警示灯或产生警告音以警示驾驶员(S250)。
如果环境温度高于或等于预定温度(Tp)，则定量控制单元25确定压力平衡已失败，因此定量控制单元25记录压力平衡故障事件(S260)且压力平衡步骤完成(S210)，并且自行着火运转操作完成(S270)。
下文将具体描述根据本发明的示例性实施方案的用于防止尿素喷嘴20堵塞的方法。
图4A和图4B为显示根据本发明的示例性实施方案的尿素喷嘴打开/关闭操作的曲线图。
参考图4A和图4B，如果确定尿素喷嘴20堵塞，则定量控制单元25控制尿素喷嘴20从而使其以95％的打开/关闭比率打开和关闭。
也即，尿素喷嘴20的打开持续时间和关闭持续时间以95：5的比率来执行，从而使得尿素喷嘴20不被堵塞。例如，尿素喷嘴20可以被反复地打开950ms并关闭50ms，而95％的值可以根据设计规格而设定为合适的值。
图5为显示当尿素喷嘴堵塞时在自行着火运转操作中供应模块中压力变化的曲线图。
图6至图8为显示在根据本发明的示例性实施方案的排空步骤和压力平衡步骤中尿素管线内压力变化的曲线图。
在图5至图8中，“R”表示尿素喷嘴20的打开/关闭比率，“R1”表示当R为95％时尿素喷嘴20的打开/关闭比率，“P”表示供应模块50中的压力，“S”表示供应模块电机的转速。
参考图5，如果尿素喷嘴20以100％打开，并且尿素喷嘴20在自行着火运转操作期间堵塞，则在排空步骤和压力平衡步骤中在供应模块50内产生过多负压。
参考图6，当在排空步骤中供应模块50内的压力达到-210毫巴时，则定量控制单元25以95％的打开/关闭比率(R1)控制尿素喷嘴20的打开和关闭操作，从而不过多地降低供应模块50内的压力。
也即，供应模块50内的压力遵循P1表示的线而不遵循P表示的线，因此自行着火运转正常执行。
参考图7，如果在压力平衡步骤中供应模块50内的压力增加速率低于预定的压力增加速率(Ra)，则尿素喷嘴20被控制从而以95％的打开/关闭比率(R1)打开和关闭，因此供应模块50内的压力遵循P1表示的线。
也即，定量控制单元25控制尿素喷嘴20的打开/关闭比率从而使得尿素喷嘴20不堵塞，因此可不发生回流。
参考图8，如果在压力平衡步骤中供应模块50内的压力低于或等于第二预定压力(Pb)，则定量控制单元25控制尿素喷嘴20从而强制喷射第一预定次数(N1)的尿素62，因此供应模块50内的压力增加至P1。
也即，如果尿素62被喷射第一预定次数(N1)，则尿素喷嘴20不堵塞且可不发生回流。
根据本发明的示例性实施方案的用于防止SCR系统的尿素喷嘴堵塞的方法可以稳定地执行自行着火运转操作。
换言之，通过反复打开/关闭尿素喷嘴20且强制喷射尿素，能够防止尿素喷嘴20堵塞并防止尿素回流。
由于尿素管线30内不存留尿素，因此无需额外的加热系统以用于在冬季解冻尿素。
此外，如果SCR系统损坏，则驾驶员能注意到警告。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (10)

1.一种用于在选择性催化还原SCR系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法，所述系统将存储在尿素罐中的尿素通过供应模块、尿素喷嘴以及连接所述供应模块和所述尿素喷嘴的尿素管线而进行供应，所述方法包括：
排空步骤，在所述排空步骤中通过在所述供应模块中产生负压而将尿素退回到所述尿素罐中；以及
压力平衡步骤，在所述压力平衡步骤中通过停止在所述供应模块中产生负压而将所述供应模块中的压力恢复，
其中，在所述压力平衡步骤中，基于自所述压力平衡步骤开始经过预定时间之后的压力来控制是否强制喷射尿素。
2.根据权利要求1所述的用于在选择性催化还原SCR系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法，其中所述排空步骤包括：
将所述供应模块内的压力与第一预定压力进行比较；
当所述供应模块内的压力被确定为高于所述第一预定压力时，将所述尿素喷嘴控制为打开；以及
当所述供应模块内的压力被确定为低于或等于所述第一预定压力时，反复打开和关闭所述尿素喷嘴。
3.根据权利要求1所述的用于在选择性催化还原SCR系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法，其中所述压力平衡步骤包括：
将所述供应模块内的压力增加速率与预定压力增加速率进行比较；
当所述供应模块内的压力增加速率被确定为高于所述预定压力增加速率时，将所述尿素喷嘴控制为打开；以及
当所述供应模块内的压力增加速率被确定为低于或等于所述预定压力增加速率时，反复打开和关闭所述尿素喷嘴。
4.根据权利要求1所述的用于在选择性催化还原SCR系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法，其中所述压力平衡步骤包括在经过预定时间之后当所述供应模块内的压力被确定为低于或等于第二预定压力时，强制喷射第一预定次数的尿素。
5.根据权利要求3所述的用于在选择性催化还原SCR系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法，其中所述压力平衡步骤进一步包括在经过预定时间之后当所述供应模块内的压力被确定为低于或等于第二预定压力时，强制喷射第一预定次数的尿素。
6.根据权利要求5所述的用于在选择性催化还原SCR系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法，其中强制喷射所述第一预定次数的尿素包括：
当所述自行着火运转启动的次数被确定为小于或等于第二预定次数时，喷射所述第一预定次数的尿素并重新启动所述自行着火运转操作。
7.根据权利要求6所述的用于在选择性催化还原SCR系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法，还包括：
当所述自行着火运转启动的次数被确定为大于所述第二预定次数时，将环境温度与预定温度进行比较。
8.根据权利要求7所述的用于在选择性催化还原SCR系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法，还包括：
当所述环境温度被确定为高于或等于所述预定温度时，记录压力平衡故障事件。
9.根据权利要求7所述的用于在选择性催化还原SCR系统的自行着火运转操作中防止尿素喷嘴堵塞的方法，还包括：
当所述环境温度低于所述预定温度时警告驾驶员。
10.一种选择性催化还原SCR系统，所述系统将尿素喷射至排气管以净化经过所述排气管的废气，所述系统包括：
尿素罐，所述尿素罐存储尿素；
供应模块，所述供应模块将尿素从所述尿素罐供应至所述排气管；
尿素喷嘴，所述尿素喷嘴通过尿素管线与所述供应模块连接，并配置为将尿素喷射至所述排气管；以及
定量控制单元，所述定量控制单元通过预定程序来执行，所述预定程序被设定以控制所述供应模块和所述尿素喷嘴，
其中所述预定程序包括一系列指令以执行权利要求1的所述方法中的每个步骤。
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