СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЯ В БАКЕ ДЛЯ ВОССТАНОВИТЕЛЯ Российский патент 2014 года по МПК F01N3/20 B01D53/94 

Изобретение относится к способу определения состояния восстановителя в баке для восстановителя, причем восстановитель используется для нейтрализации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Для уменьшения выбросов автомобилями оксида азота из уровня техники известны нейтрализаторы выхлопных газов, в которых находящийся в баке восстановитель (водный раствор мочевины) подается в выпускной тракт ДВС. Именно работающие на дизельном топливе автомобили вызывают повышенный выброс оксида азота (NOx), который можно уменьшить с помощью впрыска восстановителя в выпускной тракт. При этом для уменьшения выброса оксида азота применяется так называемый способ SCR (Selective Catalytic Reduction - селективная каталитическая нейтрализация). Поскольку восстановитель за счет впрыска в выпускной тракт ДВС в зоне SCR-катализатора расходуется в течение продолжительного срока, в бак необходимо время от времени доливать свежий восстановитель. При этом восстановление NOx возможно только тогда, когда водный раствор мочевины имеет достаточно высокое качество. В этой связи восстановителями являются, как правило, водные растворы мочевины определенного качества, т.е. с определенным соотношением компонентов мочевина и вода. Эти водные растворы мочевины известны под торговой маркой AdBlue, Urea, Denoxium и AUS 32.

Следовательно, достаточное восстановление NOx возможно только тогда, когда раствор восстановителя имеет достаточно высокое качество. Напротив, при заливке в бак раствора восстановителя более низкого качества обеспечивается недостаточное восстановление NOx в выхлопных газах. Вследствие законодательных предписаний транспортные средства современной конструкции должны содержать бортовой блок диагностики (OBD2), который контролирует все важные с точки зрения параметров выхлопных газов системы. При заливке в бак раствора восстановителя более низкого качества бортовой блок диагностики регистрирует общую ошибку нейтрализатора выхлопных газов. Эта ошибка может иметь, однако, различные причины, например, может возникнуть в случае неисправности компонента в системе диагностики, старения SCR-катализатора, смещения датчика NOx, или если был долит неправильный или менее качественный восстановитель. Предписанное в законах различных государств требование к уточнению ошибки не может быть удовлетворено с помощью общей информации о ней. Поэтому задачей изобретения является создание способа, с помощью которого можно было бы получить точную информацию о качестве используемого восстановителя.

Согласно изобретению, эта задача решается посредством объекта независимого п.1 формулы. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы, а также в описании и на чертеже.

Задача изобретения решается посредством способа описанного выше рода, включающего в себя следующие этапы:

- определение и запись заливаемых в бак и извлекаемых из него количеств восстановителя с помощью датчика уровня в течение всего срока службы нейтрализатора выхлопных газов;

- определение и запись температуры восстановителя в баке с помощью датчика температуры в течение всего срока службы нейтрализатора выхлопных газов;

- определение и запись скорости распространения ультразвуковых волн в восстановителе с помощью ультразвукового приемопередатчика;

- определение состояния восстановителя в блоке управления по названным параметрам.

За счет записи важных для восстановителя параметров в течение всего срока службы нейтрализатора выхлопных газов точное определение качества восстановителя возможно в любое время. Это обеспечивает эффективную очистку выхлопных газов, что способствует охране окружающей среды.

Согласно одному варианту, с помощью датчика проводимости дополнительно определяется проводимость восстановителя, которая записывается в накопитель данных. Также проводимость восстановителя является важной отправной точкой для оценки его качества.

Согласно другому варианту, может быть предусмотрено, что с помощью датчика проводимости, установленного в заливной горловине бака, дополнительно определяется проводимость долитого восстановителя, которая записывается в накопитель данных. Именно проводимость долитого восстановителя является важной отправной точкой для оценки его качества, поскольку водитель транспортного средства преднамеренно или по неосторожности может неправильно залить бак. Такая неправильная заливка может быть особенно эффективно обнаружена в зоне заливной горловины.

Согласно другому варианту, с помощью, по меньшей мере, одного NOx-датчика дополнительно определяется концентрация NOx в выхлопных газах ДВС, которая записывается в накопитель данных. Концентрация NOx в выхлопных газах может служить непосредственной мерой эффективности очистки выхлопных газов в SCR-катализаторе и, тем самым, качества восстановителя. Для этого можно, например, разместить один NOx-датчик перед SCR-катализатором и один за ним и сравнить данные измерений обоих NOx-датчиков. Результаты этого сравнения дают непосредственную информацию о качестве очистки выхлопных газов восстановителем в SCR-катализаторе. Для этого с помощью, по меньшей мере, одного NOx-датчика можно согласовать теоретически необходимое количество восстановителя для полной ликвидации концентрации NOx в выхлопных газах с фактически необходимым количеством восстановителя для полной ликвидации концентрации NOx и записать его в накопитель данных.

В другом варианте определяется и записывается в накопитель данных, находится ли восстановитель, когда и/или в течение какого времени в твердом, жидком или частично жидком агрегатном состоянии. Именно замерзание восстановителя может влиять на его качество, что должно надежно обнаруживаться.

Пример осуществления изобретения более подробно поясняется ниже со ссылкой на чертеж.

На фиг.1 изображен ДВС 6 с выпускным трактом 7. ДВС, в частности дизельные двигатели, выбрасывают значительные количества токсичных оксидов азота NOx. Вырабатываемые ДВС 6 оксиды азота NOx попадают вместе с выхлопными газами 23 через выпускной тракт 7 в окружающую среду, если не принять подходящих мер по их восстановлению в выпускном тракте.

Для очистки выхлопных газов выпускной тракт содержит нейтрализатор выхлопных газов из катализаторов и других деталей, которые описаны ниже. Прежде всего, предусмотрен окислительный катализатор 8, за которым установлен так называемый SCR-катализатор 9 для разложения содержащихся в выхлопных газах оксидов азота NOx. SCR является сокращением от Selective Catalytic Reduction - селективного каталитического восстановления. В SCR катализаторе 9 происходит превращение NOx в безвредный азот N₂ и воду Н₂О. Для этого через сопло 10 в SCR-катализатор 9 впрыскивается водный раствор мочевины, называемый также восстановителем 2. Восстановитель 2 вступает в реакцию с оксидами азота NOx, образуя безвредные компоненты Н₂О и N₂.

Для оптимальной реакции между NOx и водным раствором мочевины в SCR-катализатор 9 через сопло 10 должно впрыскиваться количество мочевины, соответствующее концентрации NOx в выхлопных газах 23. Для этого важно знать точный состав восстановителя 2 из воды и мочевины. Поскольку в SCR-катализатор 9 должны впрыскиваться лишь небольшие количества восстановителя 2, а частых заправок им автомобиля следует избегать, в баке 1 для восстановителя в течение длительного периода времени остается определенное количество восстановителя 2. Со временем восстановитель 2 в баке 1 для восстановителя может стареть, причем в восстановителе 2 могут осаждаться, например, органические вещества, или он вследствие низких температур (ниже -11°С) частично замерзает и при случае теряет за счет этого свои состав и качество. Также высокие температуры могут повредить восстановителю 2, в частности испарение воды из него приводит к изменению соотношения мочевины и воды. К тому же мочевина под воздействием кислорода может кристаллизоваться и осаждаться в баке 1 для восстановителя в виде кристаллического осадка. Кроме того, возможна заливка в бак 1 для восстановителя преднамеренно или по неосторожности менее качественного восстановителя 2 или даже просто воды. Если качество восстановителя 2 в результате таких действий снижается, то это необходимо констатировать, чтобы впредь можно было гарантировать оптимальную очистку выхлопных газов 23. При снижении концентрации мочевины в восстановителе 2 пришлось бы впрыскивать в SCR-катализатор 9 его большее количество. Если вследствие полной ошибочной заливки бака 1 для восстановителя целесообразная очистка выхлопных газов 23 от NOx больше вообще невозможна, то на панели приборов в кабине должен появиться соответствующий сигнал об ошибке, или в накопитель данных ошибок бортового блока диагностики должна быть произведена соответствующая запись.

Для контроля качества восстановителя на фиг.1 изображено большое число датчиков. Бак 1 для восстановителя содержит, например, на заливной горловине 3 датчик 22 проводимости, который может измерять качество залитого восстановителя 2 в процессе заливки. Кроме того, на заливной горловине 3 видна крышка 5, при открывании которой можно инициировать измерение проводимости датчиком 22 в заливной горловине 3. В баке 1 для восстановителя расположены также датчик 22 проводимости, а также датчик 17 температуры и датчик 21 уровня. С помощью датчика 22 проводимости можно постоянно регистрировать проводимость находящегося в баке 1 восстановителя 2. Кроме того, с помощью датчика 17 температуры можно постоянно регистрировать температуру находящегося в баке 1 восстановителя 2. В частности, с помощью датчика 17 можно установить, замерз ли восстановитель 2 в баке 1 для восстановителя, находится ли он в жидком состоянии или слишком сильно нагрелся. Датчик 21 позволяет измерять в течение всего срока службы восстановителя 2 его уровень в баке 1 для восстановителя. Все зарегистрированные данные о состоянии восстановителя 2 записываются в электронный накопитель 25 данных.

Кроме того, на баке 1 для восстановителя виден ультразвуковой приемопередатчик 20, с помощью которого можно определить скорость ультразвуковой волны определенной частоты находящегося в баке 1 восстановителя 2. Для этого предпочтительно установить на заданном расстоянии d от передатчика 20 отражающую поверхность 27. Поскольку расстояние d от передатчика 20 и длина волны излученного им ультразвукового импульса известны, можно определить скорость последнего в восстановителе 2. С помощью этой скорости ультразвука в восстановителе 2 можно сделать вывод о качестве и, в частности, о составе восстановителя 2 в баке 1 для восстановителя. При этом скорость ультразвукового импульса определенной частоты в чистой воде заметно отличается от скорости ультразвуковой волны определенной частоты в 20%-, 50%- или 90%-ном растворе восстановителя.

Далее в баке 1 для восстановителя видна труба 4 отбора, ведущая за счет трубы 24 к фильтру и насосу 13, который перекачивает восстановитель 2 из бака 1 для восстановителя через SCR-клапан 11 к SCR-соплу 10 в SCR-катализаторе 9. С помощью SCR-клапана 11 можно регулировать количество впрыскиваемого восстановителя 2. Для этого SCR-клапан 11 электрически соединен с SCR-блоком 15 управления. Последний управляет тем самым SCR-клапаном 11. Для этого SCR-блок 15 управления принимает большое число сигналов от следующих датчиков:

- NOx-датчиков 18, расположенных в выпускном тракте 7 непосредственно за ДВС 6 или между окислительным катализатором 8 и SCR-катализатором 9, и/или за SCR-катализатором 9 на выходе выпускного тракта 7;

- датчиков 17 температуры, расположенных, в свою очередь, за ДВС 6 и/или за окислительным катализатором 8, и/или в SCR-катализаторе 9, и/или за SCR-катализатором 9, и/или в обратном трубопроводе 29;

- датчиков проводимости, расположенных в заливной горловине 3 и/или в баке 1 для восстановителя, и/или в трубе 24, служащей для подачи восстановителя 2 к насосу 13;

- ультразвукового приемопередатчика 20, расположенного в или на баке 1 для восстановителя;

- датчика (датчиков) 21 уровня, который (которые) расположен (расположены) в баке 1 для восстановителя.

Можно также снабдить нейтрализатор выхлопных газов обратным трубопроводом 29, который возвращает слишком большое количество подаваемого восстановителя 2 в бак 1 для восстановителя. Для этого предусмотрен обратный клапан 28, с помощью которого SCR-блок управления 15 может устанавливать количество возвращаемого восстановителя 2. В обратном трубопроводе 29 также могут быть расположены датчики 17, которые определяют температуру возвращаемого восстановителя 2 в течение всего срока службы нейтрализатора выхлопных газов.

Все эти датчики подают свои сигналы SCR-блоку управления 15, содержащему, в свою очередь, электронный накопитель 25 данных, и в котором все подаваемые сигналы записываются в течение всего срока службы нейтрализатора выхлопных газов. С помощью записанных в электронный накопитель 25 данных датчиков может осуществляться долговременный анализ качества восстановителя 2 в баке 1 для восстановителя, благодаря чему в любое время известно качество восстановителя 2, а очистку выхлопных газов можно согласовать с его качеством. Кроме того, блок 16 управления ДВС 6 получает от SCR-блока 15 управления также информацию, с помощью которой можно управлять ДВС 6 в соответствии с качеством восстановителя. Возможно, например, что после доливки бака 1 чистой водой качество восстановителя снижается настолько, что больше нельзя гарантировать достаточную нейтрализацию выхлопных газов и соответствующее восстановление NOx. В таком случае, во-первых, производится запись в накопитель данных ошибок бортового блока диагностики автомобиля, а, во-вторых, ДВС 6 может работать посредством своего блока 16 управления в режиме, в котором вырабатывается минимальное количество NOx. То, что это может снизить максимальную мощность ДВС 6, было бы желательным последствием, поскольку водитель из-за потери мощности двигателя был бы вынужден обратиться в соответствующий автосервис, который тогда позаботится о том, чтобы в баке 1 находился восстановитель 2 достаточного качества. Таким образом, в любое время была бы гарантирована экологичная нейтрализация выхлопных газов 23 в выпускном тракте 7.

Изобретение относится к способу определения состояния восстановителя в баке, причем восстановитель используется для нейтрализации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: чтобы простыми средствами информировать блок управления ДВС о качестве восстановителя в баке, выполняют следующие этапы: определяют и записывают заливаемых в бак и извлекаемых из него количеств восстановителя с помощью датчика уровня в течение всего срока службы нейтрализатора выхлопных газов. Определяют и записывают температуры восстановителя в баке с помощью датчика в течение всего срока службы нейтрализатора выхлопных газов. Определяют и записывают скорости распространения ультразвуковых волн в восстановителе с помощью ультразвукового приемопередатчика. Определяют состояния восстановителя в блоке управления по названным параметрам. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективной очистки выхлопных газов за счет получения точной информации о качестве используемого восстановителя. 5 з.п. ф-лы, 1ил.

1. Способ определения состояния восстановителя (2) в баке (1), причем восстановитель (2) используют для нейтрализации выхлопных газов (23) двигателя внутреннего сгорания (6), включающий в себя следующие этапы:
- определение и запись заливаемых в бак (1) для восстановителя и извлекаемых из него количеств восстановителя (2) с помощью датчика (21) уровня в течение всего срока службы нейтрализатора выхлопных газов;
- определение и запись температуры восстановителя (2) в баке (1) для восстановителя с помощью датчика (17) температуры в течение всего срока службы нейтрализатора выхлопных газов;
- определение и запись скорости распространения ультразвуковых волн (26) в восстановителе (2) с помощью ультразвукового приемопередатчика (20);
- определение состояния восстановителя (2) в блоке управления (15) по названным параметрам.

2. Способ по п.1, в котором с помощью датчика (22) проводимости дополнительно определяют проводимость восстановителя (2), которую записывают в накопитель (25) данных.

3. Способ по п.1, в котором с помощью датчика (22) проводимости, установленного в заливной горловине (3) бака (1), дополнительно определяют проводимость долитого восстановителя (2), которую записывают в накопитель (25) данных.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором с помощью, по меньшей мере, одного NOx-датчика (18) дополнительно определяют концентрацию NOx в выхлопных газах (23) двигателя, которую записывают в накопитель (25) данных.

5. Способ по п.4, в котором с помощью, по меньшей мере, одного NOx-датчика (18) согласуют теоретически необходимое количество восстановителя (2) для полной ликвидации концентрации NOx в выхлопных газах (23) с фактически необходимым количеством восстановителя (2) для полной ликвидации концентрации NOx, которое записывают в накопитель (25) данных.

6. Способ по любому из пп.1-3, в котором определяют и записывают в накопитель (25) данных, находится ли восстановитель (2), когда и/или в течение какого времени в твердом, жидком или частично жидком агрегатном состоянии.