СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОЗИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F01N3/20 

Изобретение относится к способу эксплуатации дозирующего устройства для дозирования восстановителя в устройство для очистки отработавшего газа (ОГ) в целях нейтрализации ОГ двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

В последнее время все большее распространение получают устройства для очистки ОГ, в которые вводится восстановитель для восстановления определенных вредных компонентов в ОГ. Особенно часто применяются устройства для очистки ОГ, с помощью которых реализуется процесс селективного каталитического восстановления [СКВ-процесс, СКВ - селективное каталитическое восстановление]. В этом процессе соединения оксидов азота в ОГ с помощью восстановителя восстанавливаются в такие безвредные компоненты, как диоксид углерода, вода и азот. В качестве восстановителя часто применяется аммиак. Аммиак в автомобилях, как правило, запасается не как таковой, а в виде раствора предшественника восстановителя, который затем внутри ОГ или вне ОГ превращается в восстановитель. Таким особенно часто применяемым раствором предшественника восстановителя является водный раствор мочевины. 32,5%-ный водный раствор мочевины для этой цели имеется в продаже, например, под торговой маркой AdBlue®. В дальнейшем понятия восстановитель и раствор предшественника восстановителя употребляются как синонимы. Прежде всего, раствор предшественника восстановителя также называется восстановителем.

Для подачи восстановителя в устройство для очистки ОГ может применяться дозирующее устройство, которое подает восстановитель из бака для восстановителя в устройство для очистки ОГ. Проблематичной при таких дозирующих устройствах может быть деактивация дозирующего устройства, когда ДВС или же автомобиль, в котором используются ДВС и дозирующее устройство, останавливается. В этой связи необходимо учитывать, что 32,5%-ный водный раствор мочевины замерзает примерно при -11°С. Такие низкие температуры могут иметь место при эксплуатации автомобиля, прежде всего, во время длительных простоев зимой. В результате замерзания изменяется объем восстановителя. Это может повредить дозирующее устройство, которое имеет, например, чувствительный насос и/или чувствительные клапаны.

Исходя из этого, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить или же, по меньшей мере, смягчить, прежде всего, возникающие при отключении дозирующего устройства для восстановителя проблемы, которые здесь указаны в связи с уровнем техники. Прежде всего, должен быть указан особенно благоприятный способ отключения (и/или приведения в состояние покоя - «состояние готовности») дозирующего устройства для восстановителя.

Эти задачи решены с помощью способа в соответствии с признаками п.1 формулы изобретения. Другие благоприятные варианты реализации способа указаны в сформулированных как зависимые пунктах формулы изобретения. Приведенные в формуле отдельно признаки являются комбинируемыми между собой любым технологически рациональным способом и могут быть дополнены поясняющими фактами из описания, причем показываются дополнительные варианты осуществления изобретения.

Изобретение относится к способу эксплуатации дозирующего устройства для дозирования восстановителя в устройства для очистки ОГ в целях нейтрализации ОГ ДВС, причем дозирующее устройство имеет по меньшей мере один подающий насос и по меньшей мере один инжектор, а также по меньшей мере один участок трубопровода для направления восстановителя по меньшей мере от одного подающего насоса по меньшей мере к одному инжектору, и способ имеет, по меньшей мере, следующие стадии:

а) эксплуатация дозирующего устройства для дозирования восстановителя в устройство для очистки ОГ,

б) отключение дозирующего устройства, во время которого в участке трубопровода происходит повышение давления до первого давления,

в) поддержание первого давления, которое выше атмосферного давления, на участке трубопровода в течение по меньшей мере одного первого промежутка времени.

Такое дозирующее устройство может дополнительно иметь еще участок всасывающего трубопровода, который простирается от бака для восстановителя до подающего насоса. В баке для восстановителя хранится восстановитель. Через этот участок всасывающего трубопровода подающий насос может засасывать восстановитель из бака для восстановителя. В подающем насосе происходит определенное повышение давления, так что во время эксплуатации восстановитель имеется в участке трубопровода под определенным рабочим давлением. Затем восстановитель в участке трубопровода через инжектор вводится в устройство для очистки ОГ. Таким образом, участок трубопровода, предпочтительно, служит в качестве накопителя для находящегося под давлением восстановителя. Если восстановитель во время эксплуатации (то есть и на стадии а)) в участке трубопровода находится под определенным давлением (рабочим давлением), через время открывания инжектора можно управлять количеством восстановителя, которое вводится в устройство для очистки ОГ.

Другими словами, стадия а) при этом также включает, прежде всего, по меньшей мере, следующие процессы:

- активация (подача электрического тока) электрических компонентов, таких, как например, в инжекторе, подающем насосе, датчике, клапане, блоке управления и т.п.,

- определение параметра состояния восстановителя (температура, давление и т.д.),

- определение запроса подачи для дозирования определенного количества восстановителя в устройство для очистки ОГ,

- установка рабочего давления на участке трубопровода к инжектору с помощью подающего насоса,

- эксплуатация инжектора (например, открывание и закрывание клапана),

- нагрев или же охлаждение компонентов (участок трубопровода, инжектор, подающий насос и т.д.).

Таким образом, стадия а) содержит по меньшей мере один раз значительное повышение давления в участке трубопровода, прежде всего, до заданного рабочего давления.

При отключении дозирующего устройства в соответствии со стадией б) могут быть реализованы или же инициированы, прежде всего, следующие процессы:

- деактивация (прерывание подачи электрического тока) электрических компонентов, как например, в инжекторе, подающем насосе, датчике, клапане, блоке управления или тому подобном,

- отключение нагрева/охлаждения компонентов (участок трубопровода, инжектор, подающий насос и т.д.),

- определение параметра состояния восстановителя и/или окружающей среды (температура, давление и т.п.).

Неожиданным образом оказалось, что описанные вначале проблемы, которые возникают при отключении дозирующего устройства, могут быть предотвращены, если после эксплуатации дозирующего устройства в участке трубопровода от подающего насоса до инжектора в течение определенного периода времени поддерживается повышенное давление. При этом это первое давление находится, прежде всего, в диапазоне от рабочего давления (верхний предел) до уровня выше атмосферного давления (нижний предел). Как правило, это первое давление будет меньше, чем рабочее давление, так как при (частичной) деактивации компонентов дозирующего устройства также могут наполняться или же опорожняться частичные накопительные объемы и/или может быть реализован обратный поток к баку для восстановителя. Во всяком случае, как правило, не требуется при отключении еще раз активировать подающий насос, чтобы уставить первое давление.

Первый промежуток времени, в течение которого еще поддерживается первое давление, предпочтительно, следует сразу за моментом времени отключения на стадии б). При этом необязательно, чтобы первое давление оставалось постоянным, но возникающее при определенных условиях падение давления должно быть (явно) замедлено по сравнению с (простым) удалением воздуха из участка трубопровода. Прежде всего, падение давления по истечении первого промежутка времени протекает в усиленной, ускоренной степени.

Как указано выше, во время отключения на стадии б) в участке трубопровода происходит повышение давления до первого давления. В этом случае первое давление выше, чем рабочее давление, которое имеется во время регулярной эксплуатации дозирующего устройства.

Повышение давления с рабочего давления до первого давления может быть достигнуто, например, посредством задержанного отключения подающего насоса на стадии б) и/или повторной активации подающего насоса на стадии б).

Оказалось, что многие проблемы в связи с отключением дозирующего устройства связаны с тем, что низкие температуры дозирующего устройства или же инжектора именно сразу после отключения дозирующего устройства не возникают. Более того, даже возможно, что температура дозирующего устройства или же инжектора после отключения сначала даже повышается. При этом возможно, что в устройстве для очистки ОГ или же на инжекторе образуется температурный напор. Это объясняется, прежде всего, тем, что при отключении дозирующего устройства обычно также происходит то, что охлаждение инжектора отпадает. Инжектор для восстановителя охлаждается, например, и встречным воздушным потоком автомобиля. Когда автомобиль останавливается, этого встречного воздушного потока нет. Особенно часто температурный напор возникает, если дозирующее устройство расположено в непосредственной близости от ДВС (например, в подкапотном пространстве автомобиля). Когда ДВС выключается, температура в подкапотном пространстве из-за отсутствия охлаждения двигателя может возрастать, например, до 160°C. Тогда температура в подкапотном пространстве действует непосредственно на дозирующее устройство и участок трубопровода.

Температурный напор может привести к тому, что вода в восстановителе (или же растворе предшественника восстановителя) испаряется. Температурный напор также может привести к тому, что восстановитель, по меньшей мере, частично химически превращается. Это может происходить, прежде всего, тогда, когда температура восстановителя в результате температурного напора повышается до уровня выше температуры превращения восстановителя (или же раствора предшественника восстановителя). Тогда растворенная в восстановителе мочевина может быть превращена в аммиак и/или нежелательные побочные продукты. Аммиак, как правило, является газообразным и поэтому образует газовые пузыри. Описанная реакция превращения в данных условиях является необратимой, так что и при понижении температуры газообразный аммиак сохранился бы.

За счет повышения давления после отключения температура пара воды в восстановителе (или же растворе предшественника восстановителя) может быть повышена. При повышении давления до уровня выше 2 бар температура пара воды повышается, например, до уровня выше 120°C. Тогда испарение воды из восстановителя (или же из раствора предшественника восстановителя) больше не происходит. За счет повышения давления также может быть повышена и температура превращения восстановителя (или же раствора предшественника восстановителя). Такие высокие температуры в связи с температурным напором в дозирующем устройстве или же на инжекторе во многих дозирующих устройствах наверняка уже больше возникать не могут. Поэтому за счет повышения давления может быть обеспечено то, что вода в восстановителе и после отключения не испаряется или же не кипит.

Является особенно предпочтительным, если первое давление на стадии в) составляет выше 2 бар. Предпочтительно, первое давление составляет даже выше 3 бар и, прежде всего, предпочтительно выше 5 бар.

В одной особо предпочтительной форме осуществления способа первое давление на стадии в) составляет даже по меньшей мере 8 бар. Кроме того, является возможным, что первое давление повышается до уровня выше 15 бар или даже до уровня выше 20 бар.

Кроме того, способ согласно изобретению является благоприятным в том случае, если лишь по истечении первого промежутка времени открывается разгрузочный клапан на участке трубопровода (стадия г)). Первый промежуток времени, предпочтительно, составляет по меньшей мере две минуты, особо предпочтительно по меньшей мере 10 минут и, прежде всего, предпочтительно по меньшей мере 15 минут или даже совершенно особо предпочтительно по меньшей мере 25 минут.

Когда первый промежуток времени прошел, уже произошло достаточное охлаждение устройства для очистки ОГ, а также дозирующего устройства, так что температурный напор на дозирующем устройстве уже возникнуть не может, и испарение воды в восстановителе более не грозит.

Относительно снижения давления следует заметить, что для этого восстановитель, по меньшей мере, частично удаляется из участка трубопровода. Для этого восстановитель может быть направлен в бак для восстановителя, инжектор и/или во внешнее окружение (например, другой приемный резервуар).

Кроме того, предпочтительно, если первое давление в участке трубопровода, по меньшей мере, частично создается с помощью подающего насоса. Если первое давление в участке трубопровода падает слишком рано, подающий насос может быть, прежде всего, активирован повторно. В этом отношении для контроля первого давления могут быть предусмотрены меры, которые тогда, при необходимости, инициируют повторную активацию подающего насоса. Первое давление, благодаря созданному подающим насосом ранее во время регулярной работы дозирующего устройства рабочему давлению, обычно сохраняется, прежде всего, пока в дозирующем устройстве или же в первом участке трубопровода нет утечки.

Согласно еще одному усовершенствованию способа также предлагается на участке трубопровода предусмотреть по меньшей мере одно устройство для поддержания первого давления. Такое поддерживающее устройство может быть выполнено, например, в виде эластичного элемента или же в виде эластичного сильфона, который находится во флюидной связи с участком трубопровода. Этот эластичный сильфон может быть, например, нагружен пружиной, которая создает или же поддерживает определенное давление в участке трубопровода. Даже когда возникает утечка восстановителя из участка трубопровода, такое поддерживающее средство определенно поддерживает первое давление.

Поддерживающее устройство может быть выполнено по меньшей мере с одним датчиком давления, подающим насосом и по меньшей мере одним блоком управления. Блок управления управляет подающим насосом при таком поддерживающем устройстве, предпочтительно, так, что выдерживается (заданное) первое давление. Предпочтительно, насос активируется, если на датчике давления обнаруживается падение давления в участке трубопровода до уровня ниже первого давления. Предпочтительно, насос снова деактивируется, если давление в участке трубопровода достигает уровня первого давления.

В еще одном благоприятном варианте осуществления способа дозирующее устройство имеет охлаждающее устройство для охлаждения участка трубопровода и/или для охлаждения инжектора. Это охлаждающее устройство, предпочтительно на стадии в) (прежде всего, и после отключения дозирующего устройства), продолжает использоваться в течение определенного промежутка времени. Этот промежуток времени, предпочтительно, соответствует первому промежутку времени. Так может быть дополнительно предотвращено образование температурного напора в участке трубопровода или же на инжекторе. Охлаждающее устройство может быть образовано с элементом Пельтье, который электрически охлаждает участок трубопровода или же инжектор. Но предпочтительно, чтобы охлаждающее устройство было электрическим охлаждающим устройством.

Предпочтительно, способ осуществляют, когда имеется ситуация «пуск-стоп» ДВС. Предпочтительно, тогда на стадии б) устройство для очистки ОГ и ДВС останавливаются.

В этой связи является особенно благоприятным, если первый промежуток времени установлен так, что первое давление в участке трубопровода, по меньшей мере, сохраняется до тех пор, пока после завершения ситуации «пуск-стоп» ДВС не будет снова активирован.

Ситуация «пуск-стоп» (ДВС и/или автомобиля) подразумевает, прежде всего, ситуацию, в которой автомобиль и/или ДВС выключается не на относительно длительный промежуток времени, а имеется лишь короткий перерыв в работе, при котором ясно и/или известно, что после короткого перерыва в работе (например, меньше чем пять минут, меньше чем две минуты или даже меньше чем одна минута) должна произойти повторная активация ДВС. Такая ситуация «пуск-стоп» в автомобиле может, например, характеризоваться тем, что блоком управления двигателя вырабатывается сигнал «стоп» (который инициирует деактивацию ДВС), чтобы экономить топливо. Сигнал «стоп» инициируется, прежде всего, не зажиганием (или же замком зажигания), посредством которого пользователь задает, что ДВС должен быть активирован (пущен) и/или деактивирован (остановлен). Зажигание ДВС во время ситуации «пуск-стоп» обычно активировано. Сигнал «стоп» для ситуации «пуск-стоп» вместо этого инициируется, например, остановкой движения автомобиля у светофора или тем, что от ДВС не запрашивается нагрузка.

Ситуация, очень похожая на ситуацию «пуск-стоп», в которой описанный способ может быть применен альтернативно или кумулятивно, - это эксплуатационная ситуация автомобиля, в которой автомобиль движется, а ДВС автомобиля, тем не менее, деактивирован. Это может быть, например, эксплуатационная ситуация, в которой автомобиль движется (свободно катится) без движущей силы - как в так называемом режиме принудительного холостого хода - и/или тормозит. Такая эксплуатационная ситуация также может иметь место в автомобиле с гибридным приводом (комбинированный привод с ДВС и электроприводом), когда ДВС временно деактивирован, и автомобиль приводится в движение только электроприводом.

В рамках изобретения также предлагается автомобиль, который имеет ДВС и устройство для очистки ОГ в целях нейтрализации ОГ ДВС, а также дозирующее устройство, которое выполнено для того, чтобы быть эксплуатируемым способом согласно изобретению. Прежде всего, дозирующее устройство может взаимодействовать с блоком управления, который содержит программное обеспечение, которое контролирует реализацию этого способа.

Далее изобретение, а также технический контекст поясняются более детально на чертежах. На чертежах показаны особенно предпочтительные примеры осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. Прежде всего, следует указать на то, что чертежи и, прежде всего, представленные соотношения размеров являются лишь схематическими. Показано на:

Фиг.1: автомобиль, имеющий дозирующее устройство,

Фиг.2: схема последовательности операций одного варианта осуществления способа согласно изобретению, и

Фиг.3: схема последовательности операций еще одного варианта осуществления способа согласно изобретению.

На фиг.1 представлен автомобиль 11, который имеет ДВС 3 и устройство 2 для очистки ОГ в целях нейтрализации ОГ ДВС 3. Кроме того, автомобиль 11 имеет дозирующее устройство 1. На устройстве 2 для очистки ОГ (например, выпускном трубопроводе) предусмотрен инжектор 5, через который восстановитель (например, водный раствор мочевины) может быть введен в устройство 2 для очистки ОГ или же в ОГ. Инжектор 5 снабжается дозирующим устройством 1 восстановителем из бака 14 для восстановителя. В этом устройстве 2 для очистки ОГ также предусмотрен СКВ-катализатор 12, в котором с помощью подведенного инжектором 5 восстановителя может быть реализован процесс селективного каталитического восстановления. Дозирующее устройство 1 имеет подающий насос 4, а также участок 6 трубопровода, который простирается от подающего насоса 4 к инжектору 5. На участке 6 трубопровода расположен разгрузочный клапан 9. Если должна произойти разгрузка участка 6 трубопровода, разгрузочный клапан 9 может быть открыт. Тогда восстановитель из участка 6 трубопровода по обратному трубопроводу 13 может попасть обратно в бак 14 для восстановителя. На участке 6 трубопровода дополнительно предусмотрено поддерживающее устройство 10, которое выполнено для того, чтобы поддерживать определенное давление в участке 6 трубопровода. Для реализации способа согласно изобретению подающий насос и разгрузочный клапан 9 могут быть подключены к блоку управления 16, в котором реализованы программы реализации способа. Чтобы подающий насос 4 мог извлекать восстановитель из бака 14 для восстановителя, от подающего насоса 4 к баку 14 для восстановителя простирается участок 15 всасывающего трубопровода.

На фиг.2 показана схема последовательности операций способа согласно изобретению вместе с представлением давления, которое имеется в участке трубопровода дозирующего устройства при реализации способа согласно изобретению. В схеме давление в участке трубопровода нанесено на оси 19 давления вдоль оси 20 времени. На стадии а) способа, когда работает дозирующее устройство, в участке трубопровода имеется рабочее давление 17. На стадии б) происходит отключение дозирующего устройства. Является возможным, что тогда давление в участке трубопровода падает до первого давления 7. Однако первое давление 7 может быть таким же высоким, как и рабочее давление 17. Первое давление 7, предпочтительно, на стадии в) поддерживается в течение первого промежутка 8 времени. Когда первый промежуток 8 времени истекает, на стадии г) может происходить уменьшение давления, так что в участке трубопровода имеется лишь атмосферное давление 18. Стадия г) способа не является настоятельно необходимой для реализации способа согласно изобретению.

На фиг.3 показана схема последовательности операций еще одного варианта осуществления способа согласно изобретению вместе с представлением давления, которое имеется в участке трубопровода дозирующего устройства при реализации способа. На схеме давление в участке трубопровода нанесено на оси 19 давления вдоль оси 20 времени. На стадии а) способа, когда работает дозирующее устройство, в участке трубопровода имеется рабочее давление 17. На стадии б) происходит отключение дозирующего устройства. При этом также происходит повышение давления в участке трубопровода (с рабочего давления 17) до первого давления 7. Это может быть достигнуто, например, за счет продолжения работы подающего насоса и/или за счет повторной активации подающего насоса дозирующего устройства на стадии б). Первое давление 7, предпочтительно, на стадии в) поддерживается в течение первого промежутка 8 времени. Продолжительность первого промежутка 8 времени жестко заданной быть не должна. Является возможным, что средства поддержания первого давления 7 на стадии в) остаются активированными неограниченно во времени, и давление начинает падать лишь позже (например, из-за потерь давления на обратных и/или дозирующих клапанах).

Таким образом, указано технически неожиданно простое решение, с помощью которого возникающие, прежде всего, при отключении дозирующего устройства для восстановителя проблемы были, по меньшей мере, частично устранены.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 - Дозирующее устройство

2 - Устройство для очистки ОГ

3 - ДВС

4 - Подающий насос

5 - Инжектор

6 - Участок трубопровода

7 - Первое давление

8 - Первый промежуток времени

9 - Разгрузочный клапан

10 - Поддерживающее устройство

11 - Автомобиль

12 - СКВ-катализатор

13 - Обратный трубопровод

14 - Бак для восстановителя

15 - Участок всасывающего трубопровода

16 - Блок управления

17 - Рабочее давление

18 - Атмосферное давление

19 - Ось давления

20 - Ось времени

Группа изобретений относится к автомобильной промышленности, к способу эксплуатации дозирующего устройства для дозирования восстановителя в устройстве для очистки отработавшего газа (ОГ) в целях нейтрализации ОГ двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Причем дозирующее устройство имеет один подающий насос и один инжектор, а также один участок трубопровода для направления восстановителя от одного подающего насоса к одному инжектору. Способ имеет следующие стадии: а) эксплуатация дозирующего устройства для дозирования восстановителя в устройство (2) для очистки ОГ; б) отключение дозирующего устройства, во время которого в участке трубопровода происходит повышение давления до первого давления; в) поддержание первого давления, которое выше атмосферного давления, в участке трубопровода в течение одного первого промежутка времени. Группа изобретений позволяет решить возникающие при отключении дозирующего устройства для восстановителя проблемы. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ эксплуатации дозирующего устройства (1) для дозирования восстановителя в устройство (2) для очистки отработавшего газа (ОГ) в целях нейтрализации ОГ двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (3), причем дозирующее устройство (1) имеет по меньшей мере один подающий насос (4) и по меньшей мере один инжектор (5), а также по меньшей мере один участок (6) трубопровода для направления восстановителя по меньшей мере от одного подающего насоса (4) по меньшей мере к одному инжектору (5), и способ имеет, по меньшей мере, следующие стадии:
а) эксплуатация дозирующего устройства (1) для дозирования восстановителя в устройство (2) для очистки ОГ,
б) отключение дозирующего устройства (1), во время которого в участке (6) трубопровода происходит повышение давления до первого давления (7),
в) поддержание первого давления (7), которое выше атмосферного давления, в участке (6) трубопровода в течение по меньшей мере одного первого промежутка (8) времени.

2. Способ по п. 1, причем первое давление (7) на стадии в) составляет выше 2 бар.

3. Способ по п. 1 или 2, причем первое давление (7) на стадии в) составляет по меньшей мере 8 бар.

4. Способ по п. 1 или 2, причем лишь по истечении первого промежутка (8) времени открывают разгрузочный клапан (9) на участке (6) трубопровода (стадия г).

5. Способ по п. 1 или 2, причем первое давление (7) в участке (6) трубопровода, по меньшей мере, частично создают с помощью подающего насоса (4).

6. Способ по п. 1 или 2, причем на участке (6) трубопровода предусмотрено по меньшей мере одно поддерживающее устройство (10) для поддержания первого давления (7).

7. Способ по п. 1 или 2, причем способ осуществляют, когда имеется ситуация «пуск-стоп» ДВС (3).

8. Способ по п. 1 или 2, причем первый промежуток времени установлен так, что первое давление (7) в участке (6) трубопровода поддерживается, по меньшей мере, до тех пор, пока после завершения ситуации «пуск-стоп» снова не будет активирован ДВС (3).

9. Автомобиль (11), имеющий двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (3) и устройство (2) для очистки отработавшего газа (ОГ) в целях нейтрализации ОГ ДВС (3), а также дозирующее устройство (1), которое выполнено для того, чтобы быть эксплуатируемым способом по одному из предшествующих пунктов.