СИСТЕМА НАГРЕВА СИСТЕМ ВПРЫСКА МОЧЕВИНЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК F01N3/20 

Уровень техники

Системы селективного каталитического восстановления ("SCR") с последующей обработкой выхлопных газов играют важную роль в снижении концентрации выбросов NOx из двигателей внутреннего сгорания, например дизельных двигателей. Системы SCR в целом содержат источник для хранения раствора мочевины, дозатор, содержащий по меньшей мере одно из насосного агрегата для нагнетания раствора мочевины и дозирующего агрегата для подачи регулируемого количества или на регулируемой скорости раствора мочевины на катализатор SCR, и впрыскиватель, подающий раствор мочевины в область разложения мочевины в пути потока выхлопных газов, расположенный выше по потоку от катализатора SCR. Во многих системах SCR также используется газ под давлением, который способствует подачи потока раствора мочевины во впрыскиватель. Несмотря на существенное снижение концентрации выбросов NOx, системы SCR имеют ряд недостатков и проблем. Например, бак для хранения и дозатор, как правило, установлены на шасси транспортного средства и подвержены воздействию температуры окружающей среды. В холодную погоду раствор мочевины может замерзать или становиться слишком холодным, не обеспечивая эффективное действие в баке для хранения и/или дозаторе. Несмотря на различные разработанные подходы нагрева раствора мочевины, они, как правило, являются сложными и дорогостоящими и/или требуют отдельного источника тепла для каждого из участков системы SCR посредством применения нескольких путей потока и клапанов в системе распределения нагрева и/или применения электрических нагревателей. Таким образом, существует необходимость в усовершенствованиях, уменьшающих эти и другие недостатки, связанные с системами нагрева восстановителя, такого как раствор мочевины.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является система термического управления компонентов дозирования мочевины в системе обработки выхлопных газов двигателя, раскрытая в патентной публикации US 2010132338 А1, МПК F01N 3/10, опубликованной 03.06.2010 г. В соответствии с наиболее близким аналогом, дозирующие компоненты (22, 24, 32) в системе последующей обработки выхлопных газов двигателя (18) включают в себя катализатор (20), термически управляемый потоком охлаждающей жидкости двигателя через канал для хладагента в инжекторе мочевины (22), который вводит жидкую мочевину в систему последующей обработки, управляя трехходовым клапаном (60), для избирательного направления потока хладагента, оставляя инжектор мочевины в первую ветвь, которая осуществляет теплообмен с резервуаром (24), который придерживает подачу водной мочевины, и модуль (32) насоса, который откачивает жидкую мочевину из бака в инжектор мочевины, и вторую ветвь, которая не находится в теплообменном отношении с резервуаром или питающим насосом, и обеспечивает возвращение охлаждающей жидкости из ветвей к системе охлаждения двигателя.

Сущность изобретения

Некоторые приведенные в качестве примера варианты осуществления предоставляют системы и способы терморегулирования, по меньшей мере, бака для хранения и дозатора системы подачи восстановителя для катализатора системы селективного каталитического восстановления (SCR). Согласно одному варианту осуществления изобретения система содержит теплообменный контур, соединенный с тепловым источником, при этом теплообменный контур образует путь потока, проходящий от теплового источника до дозатора, от дозатора в бак для хранения, от бака для хранения в дозатор и от дозатора к тепловому источнику. Путь потока содержит управляющий клапан для регулирования потока теплоносителя в пути потока. Согласно одному конкретному варианту осуществления изобретения управляющий клапан расположен в пути потока после бака для хранения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения система содержит теплообменный контур, соединенный с тепловым источником, при этом теплообменный контур обеспечивает путь потока для теплоносителя. Путь потока проходит от теплового источника к дозатору, а затем к баку для хранения для обеспечения теплового контакта теплоносителя с восстановителем в дозаторе и баке для хранения. Система дополнительно содержит управляющий клапан в теплообменном контуре и контроллер, функционально соединенный с управляющим клапаном. Контроллер выполнен с возможностью регулирования управляющего клапана из первого положения, в котором поток теплоносителя протекает в пути потока, и вторым положением, в котором поток теплоносителя не протекает в пути потока.

Согласно вариантам осуществления системы и способа контроллер осуществляет управление работой управляющего клапана для открытия и закрытия управляющего клапана с целью повышения температуры восстановителя в баке для хранения из одного цикла теплообмена в следующий цикл теплообмена, одновременно поддерживая температуру восстановителя в дозаторе в пределах верхнего и нижнего температурного порога. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения система и способ предусматривают цикл теплообмена, который предусматривает период циркуляции теплоносителя, инициируемый открытием управляющего клапана, для нагрева восстановителя в дозаторе до верхнего предела температуры, одновременно повышая температуру восстановителя в баке для хранения, и период завершения, инициируемый закрытием управляющего клапана, для завершения первого периода циркуляции с целью охлаждения восстановителя в дозаторе на первой скорости до нижнего предела температуры, в то время как восстановитель в баке для хранения охлаждается на второй скорости, которая ниже первой скорости. При достижении восстановителем в дозаторе нижнего предела температуры, указывающего на окончание периода прекращения и первого цикла теплообмена, второй цикл теплообмена может быть инициирован вторым периодом циркуляции, который начинается с открытия управляющего клапана для нагрева восстановителя в дозаторе и нагрева восстановителя в баке для хранения. Циклы теплообмена повторяются до тех пор, пока восстановитель в баке для хранения не достигнет заданного температурного порога. Другие аспекты, варианты осуществления, формы, признаки, благоприятные эффекты, цели и преимущества станут более очевидными из подробного описания и фигур, представленных в настоящем документе.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлен схематический вид приведенной в качестве примера системы подачи и нагрева восстановителя.

На Фиг. 2 представлен схематический вид приведенного в качестве примера контроллера системы подачи и нагрева восстановителя.

На Фиг. 3 представлена схема приведенного в качестве примера процесса нагрева восстановителя.

На Фиг. 4A-4D приведены диаграммы, иллюстрирующие пример действия процесса нагрева восстановителя для нагрева системы подачи восстановителя за некоторый интервал времени.

Подробное описание изобретения

Для предложения и раскрытия идей настоящего изобретения далее с использованием характерной терминологии будут описаны варианты осуществления, показанные на фигурах. Тем не менее, необходимо понимать, что показанные варианты осуществления изобретения не ограничивают объем настоящего изобретения и предусматривают внесение любых изменений и дополнительных модификаций в представленные варианты осуществления, а также любые дополнительные варианты применения представленных идей настоящего изобретения, понятных специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение.

На Фиг. 1 показана приведенная в качестве примера система 100 нагрева восстановителя, подаваемого в выхлопную систему 104 двигателя 102 из системы 110 подачи восстановителя. Система 100 может быть установлена на транспортном средстве с приводом от двигателя 102, такого как дизельный двигатель, или от двигателя 102, применяемого для других целей, например в системах генерирования электроэнергии или в насосных системах. Двигатель 102 содержит систему 112 впуска, которая подает наддувочный воздух, и выхлопную систему 104, которая выпускает выхлопные газы, образуемые в результате сгорания, при этом необходимо понимать, что показаны не все присутствующие, как правило, элементы этих систем. Двигатель 102 содержит ряд цилиндров, образующих камеры сгорания, в которые посредством топливных форсунок впрыскивается топливо для сгорания вместе с наддувочным воздухом, поданным посредством системы 112 впуска. Энергия, выделяемая при сгорании, приводит в действие поршни двигателя, соединенные с коленчатым валом. Для приведения в движение транспортного средства двигатель 102 соединен через трансмиссию с ведущими колесами, которые приводят транспортное средство в движение. Впускные клапаны регулируют подачу наддувочного воздуха в цилиндры, а выпускные клапаны регулируют выпуск выхлопных газов через выхлопную систему 104 и в итоге в атмосферу. Перед попаданием в атмосферу, однако, выхлопные газы проходят обработку одним или несколькими устройствами последующей обработки в системе 108 последующей обработки.

Согласно одному примеру выхлопная система 104 содержит систему 108 последующей обработки, содержащую один или несколько катализаторов 106 системы селективного каталитического восстановления (SCR) и одно или несколько мест для получения восстановителя из системы 110 подачи восстановителя. Система 108 последующей обработки может содержать один или несколько других компонентов последующей обработки, которые не показаны, например один или несколько окислительных нейтрализаторов, один или несколько сажевых фильтров, катализатор окисления аммиака и различные датчики температуры, давления и компонентов выхлопных газов. Также выхлопная система 104 может содержать различные компоненты, которые не показаны, например, систему рециркуляции отработавших газов (EGR), систему турбонаддува, охладители и другие компоненты, соединяющие выхлопную систему 104 с системой 112 впуска. Впрыскиватель 118 восстановителя установлен на участке выхлопной системы 104 выше по потоку от катализатора 106 системы селективного каталитического восстановления (SCR), выпускное отверстие или форсунка которого предназначена для распыления водного восстановителя в выхлопную систему, в которой он смешивается с выхлопными газами двигателя, образованными двигателем 102. Катализатор 106 системы селективного каталитического восстановления (SCR) ускоряет химическую реакцию между восстановителем и NOx в выхлопных газах, которая обеспечивает преобразование значительного количества NOx с уменьшением концентрации выбросов NOx перед попаданием выхлопных газов в атмосферу.

Система 110 подачи восстановителя дополнительно содержит дозатор 114, в который восстановитель поступает из бака 116 для хранения, и подает восстановитель во впрыскиватель 118 или другой элемент для впрыска или подачи в камеру разложения или непосредственно в выхлопную систему 104. Согласно настоящему документу впрыскиватель содержит любую форсунку, статическое устройство, устройство с электронным управлением и/или механический исполнительный механизм, который предоставляет выпускное отверстие для подачи восстановителя. Одним примером восстановителя является жидкость для систем выхлопа дизельных двигателей (DEF), которая содержит 32,5% раствора мочевины высокой степени очистки и 67,5% деминирализованной воды. Следует понимать, однако, что также можно использовать и другие восстановители.

Дозатор 114 может содержать различные элементы для упрощения получения восстановителя из бака 116 для хранения и подачи восстановителя в выхлопную систему 104. Например, дозатор 114 может содержать насос, и сетчатый фильтр, и обратный клапан выше по потоку от насоса для получения восстановителя из бака 116 для хранения. Согласно одному варианту насос представляет собой мембранный насос, однако, следует понимать, что также можно использовать и другие типы насосов. Насос выдает восстановитель под давлением при заданном давлении, который проходит через второй обратный клапан, компенсатор пульсаций и второй фильтр для подачи восстановителя под давлением на дозирующий клапан. Дозатор 114 может дополнительно содержать обводную линию вокруг насоса, содержащую обводной клапан, открываемый и закрываемый для обеспечения или предотвращения протекания восстановителя по обводной линии к месту, расположенному выше по потоку от первого сетчатого фильтра, где он может быть возвращен обратно в бак 116 для хранения, например, во время стадии очистки. Дозатор 114 может дополнительно содержать смесительную камеру, в которую восстановитель поступает от дозирующего клапана на регулируемой скорости. В смесительную камеру также поступает поток сжатого воздуха из источника воздуха, а комбинированный поток из сжатого воздуха и восстановителя выходит через выпускное отверстие дозатора 114. Источник воздуха может быть встроен в транспортное средство, встроен в двигатель или может представлять собой источник воздуха, предназначенный для системы 100. Необходимо понимать, что в дополнительных вариантах осуществления могут применяться сжатые газы, отличные от воздуха, например сочетания одного или нескольких инертных газов.

Бак 116 для хранения удерживает водный восстановитель, при этом он вентилируется для обеспечения забора восстановителя через отверстие 120. Трубопровод 122 проходит от отверстия 120 к впускному отверстию 124 дозатора 114. Трубопровод 126 проходит от выпускного отверстия 128 дозатора 114 ко впрыскивателю 118. Во время работы дозатор 114 отбирает восстановитель из бака 116 для хранения через трубопровод 122 и нагнетает восстановитель через трубопровод 126 во впрыскиватель 118. Для возвращения излишков восстановителя в бак 116 для хранения может быть предоставлен обратный трубопровод (не показан).

Двигатель 102 дополнительно содержит теплообменную систему 130, по которой теплоноситель, такой как жидкость для охлаждения двигателя, циркулирует посредством насоса 132. Трубопровод 134 образует, по меньшей мере, участок теплообменного контура 136, который представляет собой однопоточный путь для протекания нагретого теплоносителя через дозатор 114 и бак 116 для хранения для нагрева в них восстановителя посредством теплового контакта теплоносителя с восстановителем, находящимся в дозаторе 114 и баке 116 для хранения. Теплообменная система 130 получает тепло от теплового источника, такого как двигатель 102, который нагревает теплоноситель на входе или перед входом в теплообменный контур 136. Теплообменная система 130 может быть частью системы охлаждения двигателя 102, соединенной с радиатором (который не показан), который получает и отдает тепло, вырабатываемое во время работы двигателя 102. Другие варианты осуществления предусматривают тепловые источники, отличные от двигателя 102 или дополняющие его, например выхлопную систему, электрический нагреватель или другой источник тепла, который поддерживает или быстро нагревает теплоноситель для применения при нагреве системы 110 подачи восстановителя. Кроме того, предусмотрено, что в качестве теплоносителя можно использовать текучие среды, отличные от жидкого охладителя.

Непрерывный путь потока, образованный теплообменным контуром 136, проходит от выпускного отверстия 138 насоса 132 к дозатору 114, через дозатор 114 в бак 116 для хранения, через бак 116 для хранения в дозатор 114 и обратно через дозатор 114 к впускному отверстию 140 насоса 132. Обратный участок 139 пути потока проходит от второго выпускного отверстия 115 дозатора 114 к первому впускному отверстию 117 дозатора 114 и содержит управляющий клапан 142 и насос 132 в пути потока. Трубопровод 134 может состоять из одного непрерывного трубопровода, проходящего через дозатор 114, 116, или из отдельных сегментов, соединенных с впускными и выпускными отверстиями одного или обоих из дозатора 114 и бака 116 для хранения, с каналами, трубопроводами или другими элементами в одном или обоих из дозатора 114 и бака 116 для хранения, которые обеспечивают продолжение пути потока.

Теплообменный контур 136 дополнительно содержит двухходовой управляющий клапан 142 между выпускным отверстием 115 дозатора 114 и впускным отверстием 140 насоса 132 для охлаждения, предназначенный для регулирования потока теплоносителя через теплообменный контур 136 в соответствии с управляющими сигналами от контроллера 150, описанный ниже. Кроме того, с учетом конфигурации теплообменного контура 136 и процесса регулирования, описываемого в настоящем документе, для нагрева теплоносителем восстановителя в дозаторе 114 и баке 116 необходим только один двухходовой управляющий клапан 142 и один путь потока для циркуляции теплоносителя.

Регулирование и контроль потока теплоносителя в теплообменном контуре 136 можно осуществлять посредством контроллера 150, такого как модуль управления двигателя (ЕСМ) или модуль управления дозатора (DCM). Следует понимать, что контроллер или модуль управления может быть представлен в различных формах и конфигурациях, включая одно или несколько вычислительных устройств, образующих всю подсистему обработки или только ее часть, содержащую долговременное запоминающее устройство для хранения выполняемых компьютером программ, аппаратуру передачи и обработки данных. Также необходимо понимать, что контроллером может быть одно устройство или распределительное устройство, и функции контроллера может выполнять аппаратное или программное обеспечение. Контроллер 150 соединен с любыми устройствами, датчиками и/или исполнительными механизмами, необходимыми для выполнения функций, описанных в данном варианте осуществления.

Контроллер 150 функционально подключен к запоминающему устройству и выполнен с возможностью хранения в нем команд, считываемых и выполняемых контроллером 150 для управления управляющим клапаном 142 для завершения одного или нескольких циклов теплообмена для нагрева восстановителя в дозаторе 114 и баке 116 для хранения. Контроллер 150 также функционально подключен к датчику 152 температуры, соединенному с дозатором 114, и датчику 154 температуры, соединенному с баком 116 для хранения, и может принимать от них сигналы. Датчики 152, 154 температуры предоставляют сигнал, описывающий температуру восстановителя в дозаторе 114 и баке 116 для хранения соответственно. Датчики 152, 154 температуры могут быть и не подключены непосредственно к дозатору 114 и баку 116 для хранения, и могут находиться в любом месте системы 110 подачи восстановителя, в котором они будут обеспечивать соответствующее описание температуры восстановителя в дозаторе 114 и баке 116 для хранения.

Один вариант осуществления контроллера 150 показан на Фиг. 2. Согласно некоторым вариантам осуществления контроллер 150 содержит один или несколько модулей, предназначенных для функционального выполнения операций контроллера 150. Согласно некоторым вариантам осуществления контроллер 150 содержит модуль 160 нагрева восстановителя и модуль 180 управления управляющим клапаном. Использование модулей в настоящем описании подчеркивает структурную независимость элементов контроллера 150 и показывает одно группирование операций и функций контроллера 150. Другие группирования, выполняющие аналогичные операции, входят в объем настоящего изобретения. Модули могут быт реализованы посредством аппаратного и/или программного обеспечения на машиночитаемом носителе, и модули могут быть распределены в различных компонентах аппаратного или программного обеспечения. Более подробное описание конкретных вариантов осуществления операций контроллера представлено для Фиг. 2.

Определенные операции, описанные в настоящем документе, предусматривают операции интерпретации одного или нескольких параметров. Интерпретация, описываемая в настоящем документе, предусматривает получение значений любым известным в данном уровне техники способом, включая, по меньшей мере, получение значений по каналу передачи данных или сети передачи данных, получение электронного сигнала (например, напряжения, частоты, силы тока или ШИМ-сигнала), описывающего значение, получение параметра программного обеспечения, описывающего значение, считывание значения с ячейки памяти на машиночитаемом носителе, получение значения в качестве параметра периода выполнения известными в данном уровне техники средствами, и/или получением значения, с помощью которого можно рассчитать интерпретируемый параметр, и/или используя значение по умолчанию, интерпретируемое в качестве значения параметра.

Контроллер 150 содержит модуль 160 нагрева восстановителя, который принимает и интерпретирует входные данные 162 об условиях температуры окружающей среды, входные данные 164 о температуре восстановителя в дозаторе (TEMP R_doser) от датчика 152 и входные данные 166 о температуре восстановителя в баке для хранения (TEMP R_st) от датчика 154. Кроме того, модуль 160 нагрева восстановителя интерпретирует минимальный предел температуры восстановителя (T_MIN) 167 для TEMP R_doser дозатора 114 и/или TEMP R_st бака 116 для хранения. Модуль 160 нагрева восстановителя также интерпретирует верхний предел температуры (T_U) 168 для TEMP R_doser дозатора 114, нижний предел температуры (T_L) 170 для TEMP R_doser дозатора 114 и пороговую температуру (T_th) 172 для TEMP R_st бака 116 для хранения. Контроллер 150, описываемый ниже, выполнен с возможностью осуществления одного или нескольких циклов теплообмена, которые предусматривают период циркуляции, во время которого теплоноситель циркулирует для увеличения TEMP R_doser, и период прекращения, во время которого циркуляция теплоносителя прекращается для обеспечения охлаждения TEMP R_doser.

T_MIN 167 представляет собой заданную минимальную температуру восстановителя в дозаторе 114 и/или баке 116 для хранения, ниже которой цикл теплообмена нагрева восстановителя инициируется началом периода циркуляции теплоносителя. T_U 168 для TEMP R_doser дозатора 114 представляет собой заданную максимальную температуру восстановителя в дозаторе 114, при которой текущий период циркуляции теплоносителя прекращается для предотвращения перегрева восстановителя в дозаторе 114, a T_L 170 для TEMP R_doser дозатора 114 представляет собой заданный нижний предел температуры восстановителя в дозаторе 114, при котором или ниже которого период прекращения и текущий цикл теплообмена прекращается, и после чего можно инициировать другой цикл теплообмена со вторым периодом циркуляции теплоносителя для нагрева восстановителя в дозаторе 114, одновременно нагревая восстановитель в баке 116 для хранения. T_MIN 167 может равняться или быть меньше T_L 170. T_th 172 для TEMP R_ST бака 116 для хранения представляет собой пороговую температуру, выше которой дальнейший нагрев восстановителя в баке 116 для хранения не нужен, при этом циклы теплообмена прекращаются, пока TEMP R_doser дозатора 114 и/или TEMP R_ST бака 116 для хранения не достигнет T_MIN 167. Таким образом, в зависимости от температуры восстановителя циклы теплообмена могут осуществляться последовательно, как без времени задержки, так и со временем задержки между ними.

Модуль 160 нагрева восстановителя выполнен с возможностью получения различных рабочих входных данных 162, 164, 166 и заданных входных данных 167, 168, 170, 172 и определения необходимости нагрева восстановителя в одном или обоих из дозатора 114 и бака 116 для хранения, генерируя выходные данные 182 запроса теплоносителя. Модуль 180 управления управляющим клапаном выполнен с возможностью получения запроса 182 теплоносителя и подачи команды 184 управляющего клапана для приведения управляющего клапана 142 в открытое положение для инициирования цикла теплообмена при запросе циркуляции теплоносителя в контуре 136, или для приведения управляющего клапана 142 в закрытое положение, если во время периода прекращения или между циклами теплообмена запрос циркуляции теплоносителя в контуре 136 отсутствует.

На Фиг. 3 показана схема приведенного в качестве примера способа 200 нагрева системы 110 подачи восстановителя, вводимого в действие посредством программирования контроллера 150 для использования, например, в системе 100. Выполнение способа 200 начинается выполнением операции 202, на которой запускается программа управления нагревом восстановителя системы 110 подачи восстановителя. Операция 202 может начинаться с интерпретации события запуска и/или интерпретации входных данных 162 о температуре окружающей среды, которая ниже заданной пороговой температуры окружающей среды. Операция 202 альтернативно или дополнительно может предусматривать интерпретацию параметра соединения или другого параметра, указывающего на то, что работа системы 110 подачи восстановителя будет восстановлена после отключения или после периода бездействия заданной продолжительности, который может и не предусматривать полное отключение. Если событие запуска системы двигателя или другое условие инициации интерпретируется как истинное, способ 200 продолжается выполнением операции 204. Если событие запуска системы двигателя интерпретируется как ложное, операция 202 повторяется.

На операции 204 интерпретируются входные данные 164 TEMP R_doser и входные данные 166 TEMP R_st бака для хранения. Условный оператор 206 процесса 200 определяет, указывают ли входные данные 164, 166 на запрос нагрева теплоносителя в одном или обоих из дозатора 114 и бака 116 для хранения. Например, если входные данные 164 TEMP R_doser и входные данные 166 TEMP R_st бака для хранения одного или обоих из дозатора 114 и бака 116 для хранения меньше минимальной температуры T_MIN, тогда может подаваться запрос нагрева восстановителя, и инициируется цикл теплообмена. Если условный оператор 206 предоставляет отрицательный результат, процесс 200 возвращается на операцию 204 для продолжения отслеживания температуры восстановителя для запроса теплоносителя. Альтернативно процесс 200 может прекращаться, если внешние условия и температурные условия восстановителя указывают на то, что нагрев восстановителя не понадобится во время конкретного события запуска.

Если условный оператор 206 предоставляет положительный результат, процесс 200 продолжается выполнением операции 208, на которой управляющий клапан 142 получает команду открытия для инициирования первого периода циркуляции в первом цикле теплообмена за счет циркуляции теплоносителя в теплообменном контуре 136. Поскольку теплообменный контур 136 обеспечивает непрерывный путь потока, проходящий последовательно от дозатора 114 в бак 116 для хранения, раствор восстановителя в дозаторе 114 и баке 116 для хранения нагревается за счет циркуляции теплоносителя. Однако поскольку дозатор 114, как правило, вмещает меньший объем восстановителя, чем бак 116 для хранения, и в первый поступает нагретый теплоноситель, восстановитель в дозаторе 114 нагревается и охлаждается быстрее во время периода прекращения, чем восстановитель в баке 116 для хранения. Согласно другому варианту осуществления теплообменный контур 136 выполнен с возможностью обеспечения непрерывного пути потока, проходящего последовательно из теплового источника в бак 116 для хранения, через бак 116 для хранения, из бака 116 для хранения в дозатор 114 и через дозатор 114.

Во время циркуляции нагретого теплоносителя в теплообменном контуре 136 контроллер 150 продолжает отслеживать входные данные 164 TEMP R_doser. Условный оператор 210 определяет, что входные данные 164 TEMP R_doser приблизительно равны верхнему пределу температуры T_U. Если входные данные 164 TEMP R_doser меньше верхнего предела температуры T_U, процесс 200 возвращается на операцию 208 и обеспечивает дальнейшую циркуляцию теплоносителя по теплообменному контуру 136. Если входные данные 164 TEMP R_doser приблизительно равны или превышают верхний предел температуры T_U, процесс 200 продолжается выполнением операции 212, на которой управляющий клапан 142 закрывается, инициируя период прекращения цикла теплообмена и окончание периода циркуляции теплоносителя в теплообменном контуре 136.

После операции 212 способ 200 продолжается выполнением условного оператора 214, который определяет, превышают ли входные данные 166 TEMP R_ST бака для хранения пороговую температуру T_th. Если условный оператор 214 предоставляет положительный результат, способ 200 возвращается на операцию 202, на которой прекращается цикл теплообмена, а способ 200 продолжается до прекращения в результате события выключения зажигания или другого условия прекращения на операции 220, или в результате инициирования другого цикла теплообмена, если определено условным оператором 206, как описано выше.

Если условный оператор 214 предоставляет отрицательный результат, способ 200 продолжается выполнением операции 216, на которой контроллер 150 продолжает отслеживать входные данные 164 TEMP R_doser во время периода завершения первого цикл теплообмена. Условный оператор 210 определяет, что входные данные 164 TEMP R_doser приблизительно равны нижнему пределу температуры T_L или меньше него. Если входные данные 164 TEMP R_doser превышают нижний предел температуры T_L, способ 200 возвращается на операцию 216 и продолжается отслеживание температуры восстановителя в дозаторе во время первого цикла теплообмена, одновременно сохраняя период прекращения, предотвращая циркуляцию теплоносителя по теплообменному контуру 136. Если входные данные 164 TEMP R_doser приблизительно равны или меньше нижнего предела температуры T_L, первый цикл теплообмена завершается, и способ 200 продолжается выполнением операции 208, на которой управляющий клапан 142 получает команду открытия для инициирования второго цикла теплообмена со вторым периодом циркуляции для циркуляции теплоносителя в теплообменном контуре 136. Затем способ 200 продолжается в соответствии с приведенным выше описанием для завершения одного или нескольких циклов теплообмена теплоносителя до достижения температурой восстановителя в баке для хранения пороговой температуры T_th.

На Фиг. 4A-D показан наглядный пример осуществления способа 200 системой 100 на протяжении интервала времени, отображенного по горизонтальной оси, и, кроме Фиг. 4D, при температуре, отображенной на вертикальной оси на каждой из фигур. На Фиг. 4D показано открытое положение 310 и закрытое 312 положение управляющего клапана 142 за интервал времени, а на Фиг. 4А показана температура 314 теплоносителя за интервал времени. Температура 314 теплоносителя показана в целом как постоянная температура, однако также возможны колебания при охлаждении теплоносителя, когда он проходит через дозатор 114 и бак 116 для хранения, и при его нагреве тепловым источником.

На Фиг. 4В TEMP R_doser 320 показана с колебаниями между T_L, при которой период 304 циркуляции теплоносителя инициируется открытием управляющего клапана 142, и T_U, при которой период циркуляции теплоносителя завершается закрытием управляющего клапана 142 для начала периода 302 прекращения в цикле 300 теплообмена. На Фиг. 4С показана TEMP R_st 322 бака для хранения, увеличивающаяся в ответ на циркуляцию теплоносителя за период 304 циркуляции для поддержания TEMP R_doser 320 между верхним и нижним пределами T_U и T_L. Поскольку бак 116 для хранения вмещает больший объем восстановителя, его скорость охлаждения во время периода 302 прекращения (в течение которого управляющий клапан 142 закрыт) меньше скорости охлаждения восстановителя в дозаторе 114. Когда TEMP R_doser 320 приблизительно равна T_L, TEMP R_ST 322 бака для хранения, будучи ниже, чем ее предыдущее пиковое значение, когда TEMP R_doser 320 дозатора приблизительно равна T_U, превышает свое начальное значение в предыдущем цикле 300 теплообмена. Следовательно, TEMP R_st 322 бака для хранения возрастает от цикла 300 теплообмена до цикла 300 теплообмена, несмотря на некоторое охлаждение во время периода 302 завершения, поскольку рост температуры превышает ее уменьшение в каждом цикле 300, в то время как TEMP R_doser 320 дозатора поддерживается между верхним и нижним пределами T_U и T_L.

Согласно одному варианту осуществления после достижения TEMP R_st 322 бака для хранения пороговой температуры T_th управляющий клапан 142 может и не участвовать в цикле для поддержания TEMP R_doser 322 дозатора между T_U и T_L. Наоборот, минимальный нижний температурный порог, такой как T_MIN, может обеспечиваться для TEMP R_doser 322, что обеспечивает падение температуры восстановителя до температуры, ниже чем T_L перед инициированием нового цикла 300 теплообмена для предотвращения перегрева или ненужного нагрева восстановителя в баке 116 для хранения.

Далее будут описаны несколько приведенных в качестве примера вариантов осуществления. Согласно некоторым приведенным в качестве примера вариантам осуществления предусмотрены системы нагрева системы подачи восстановителя, соединенной с системой последующей обработки выхлопных газов. Некоторые приведенные в качестве примера системы содержат бак для хранения восстановителя, выполненный с возможностью хранения восстановителя для обработки выхлопных газов, образуемых двигателем внутреннего сгорания; дозатор, выполненный с возможностью получения восстановителя из бака для хранения и подачи некоторого количества восстановителя для впрыска в выхлопные газы; теплообменный контур, образующий путь потока для теплоносителя, так что теплоноситель протекает через дозатор для теплового контакта с восстановителем в дозаторе, из дозатора в бак для хранения, через бак для хранения для теплового контакта с восстановителем в баке для хранения, из бака для хранения в дозатор и обратно через дозатор в обратный контур для возврата в дозатор; и управляющий клапан в обратном контуре теплообменного контура, регулирующий поток теплоносителя в пути потока.

Согласно некоторым вариантам осуществления теплообменный контур дополнительно содержит в обратном контуре тепловой источник для нагрева теплоносителя перед возвратом теплоносителя в дозатор. Согласно одному усовершенствованному варианту тепловым источником является двигатель внутреннего сгорания, а теплоносителем является охладитель, получаемый тепло в результате работы двигателя внутреннего сгорания. Согласно одному усовершенствованному варианту управляющий клапан расположен в теплообменном контуре после бака для хранения. Согласно другим вариантам осуществления система дополнительно содержит насос для циркуляции теплоносителя в теплообменном контуре. Согласно некоторым вариантам осуществления восстановителем является раствор мочевины. Согласно другим вариантам осуществления теплообменный контур образует один путь потока для теплоносителя. Согласно другим вариантам осуществления управляющий клапан состоит из одного двухходового управляющего клапана в теплообменном контуре.

Согласно некоторым вариантам осуществления система также содержит впрыскиватель, соединенный с выхлопной системой, и дозатор, соединенный с впрыскивателем. Согласно другим вариантам осуществления теплоноситель на участке пути потока, проходящем обратно через дозатор в обратный контур, находится в тепловом контакте с восстановителем в дозаторе.

Некоторые приведенные в качестве примера системы также содержат двигатель внутреннего сгорания, содержащий выхлопную систему для получения выхлопных газов, образуемых в результате работы двигателя внутреннего сгорания; систему подачи восстановителя, которая содержит бак для хранения восстановителя и дозатор восстановителя, при этом в баке для хранения хранится восстановитель, подаваемый в дозатор для подачи в выхлопную систему для обработки выхлопных газов; и теплообменную систему, содержащую теплообменный контур, выполненный с возможностью обеспечения пути потока для теплоносителя, нагретого, по меньшей мере частично, в результате работы двигателя внутреннего сгорания. Путь потока предназначен для обеспечения циркуляции теплоносителя с приведением в тепловой контакт теплоносителя с восстановителем в дозаторе перед тепловым контактом теплоносителя с восстановителем в баке для хранения. Теплообменная система дополнительно содержит управляющий клапан в пути потока для регулирования циркуляции теплоносителя.

Согласно некоторым вариантам осуществления путь потока проходит через дозатор, из дозатора в бак для хранения, через бак для хранения, из бака для хранения в дозатор и обратно через дозатор в обратный контур для возврата в дозатор. Согласно другим вариантам осуществления восстановителем является раствор мочевины, и система содержит впрыскиватель, соединенный с выхлопной системой, и дозатор, соединенный с впрыскивателем. Согласно некоторым усовершенствованиям этих вариантов осуществления выхлопная система содержит катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), а впрыскиватель соединен с выхлопной системой выше по потоку от катализатора SCR.

Согласно другим вариантам осуществления система содержит насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя через путь потока теплообменного контура. Согласно некоторым вариантам осуществления теплообменный контур образует один путь потока для теплоносителя. Согласно другим вариантам осуществления управляющий клапан состоит из одного двухходового управляющего клапана в пути потока.

Некоторые приведенные в качестве примера системы также содержат двигатель внутреннего сгорания для сгорания топлива и образования потока выхлопных газов; выхлопную систему, соединенную с двигателем внутреннего сгорания, для получения потока выхлопных газов и выведения потока выхлопных газов в атмосферу, при этом выхлопная система содержит катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), обеспечивающий преобразование выбросов NOx в потоке выхлопных газов в присутствии восстановителя, впрыскиваемого в выхлопную систему выше по потоку от катализатора SCR; бак для хранения для хранения запасов восстановителя; дозатор для получения восстановителя из бака для хранения и для подачи некоторого количества восстановителя для впрыска в выхлопную систему; и теплообменный контур, обеспечивающий путь потока для теплоносителя. Путь потока содержит обратный участок, на котором теплоноситель нагревается, по меньшей мере частично, в результате работы двигателя внутреннего сгорания. Путь потока дополнительно обеспечивает одностороннее направление потока для теплоносителя, проходящего от обратного участка через дозатор, из дозатора через бак для хранения и из бака для хранения через дозатор на обратный участок. Путь потока обеспечивает теплообмен сначала между теплоносителем, нагреваемым от двигателя внутреннего сгорания, и восстановителем в дозаторе, а затем и восстановителем в баке для хранения.

Согласно определенному варианту осуществления система также содержит управляющий клапан на обратном участке для регулирования потока теплоносителя в пути потока.

Некоторые приведенные в качестве примера системы также содержат двигатель внутреннего сгорания, содержащий выхлопную систему для получения выхлопных газов, образуемых в результате работы двигателя внутреннего сгорания, и систему подачи восстановителя, содержащую бак для хранения восстановителя и дозатор восстановителя. В баке для хранения хранится восстановитель, подаваемый в дозатор для подачи в выхлопную систему для обработки выхлопных газов, образуемых в результате работы двигателя внутреннего сгорания. Системы также содержат теплообменную систему, содержащую теплообменный контур, выполненный с возможностью обеспечения пути потока для теплоносителя для нагрева восстановителя. Путь потока предназначен для обеспечения циркуляции теплоносителя с приведением в тепловой контакт нагретого теплоносителя с восстановителем в дозаторе и восстановителем в баке для хранения. Теплообменная система также содержит управляющий клапан в пути потока для регулирования потока теплоносителя в подводящей линии. Системы дополнительно содержат контроллер, соединенный с управляющим клапаном, обеспечивающий открытие и закрытие управляющего клапана для регулирования циркуляция теплоносителя в пути потока. Контроллер выполнен с возможностью инициирования первого периода циркуляции нагретого теплоносителя в пути потока через дозатор, а затем через бак для хранения для повышения температуры восстановителя в дозаторе и баке для хранения, когда температура восстановителя по меньшей мере в одном из дозатора и бака для хранения меньше заданной минимальной температуры; прекращения первого периода циркуляции теплоносителя при достижении температурой восстановителя в дозаторе верхнего предела температуры; и инициирования второго периода циркуляции теплоносителя в теплообменном контуре после первого периода циркуляции при достижении температурой восстановителя в дозаторе нижнего предела температуры для повышения температуры восстановителя в дозаторе и баке для хранения.

Согласно некоторым вариантам осуществления контроллер выполнен с возможностью продолжения второго периода циркуляции теплоносителя до момента достижения температурой восстановителя в дозаторе верхнего предела температуры. Температура восстановителя в баке для хранения выше в конце второго периода циркуляции, чем в конце первого периода циркуляции. Согласно другим вариантам осуществления контроллер выполнен с возможностью определения перед инициированием второго периода циркуляции, что температура восстановителя в баке для хранения ниже пороговой температуры.

Некоторые приведенные в качестве примера варианты осуществления представляют способы, связанные с нагревом восстановителя в системе подачи восстановителя. Некоторые приведенные в качестве примера способы предусматривают интерпретацию температуры восстановителя в системе подачи восстановителя, при этом система подачи восстановителя содержит бак для хранения запасов восстановителя и дозатор для получения восстановителя из бака для хранения и предоставления измеренного количества восстановителя для подачи в выхлопную систему двигателя внутреннего сгорания; нагрев теплоносителя посредством теплового источника; в случае если температура восстановителя по меньшей мере в одном из дозатора и бака для хранения меньше заданной минимальной температуры, инициирование первого периода циркуляции нагретого теплоносителя через дозатор, а затем через бак для хранения для повышения температуры восстановителя в дозаторе и баке для хранения; прекращение первого периода циркуляции теплоносителя при достижении температурой восстановителя в дозаторе верхнего предела температуры; и после прекращения первого период циркуляции теплоносителя инициирование второго периода циркуляции теплоносителя в теплообменном контуре при достижении температурой восстановителя в дозаторе нижнего предела температуры для повышения температуры восстановителя в дозаторе и баке для хранения.

Согласно некоторым вариантам осуществления прекращение первого периода циркуляции теплоносителя предусматривает закрытие управляющего клапана в пути потока теплоносителя. Согласно другим вариантам осуществления способ предусматривает продолжение второго периода циркуляции теплоносителя до момента достижения температурой восстановителя в дозаторе верхнего предела температуры. Согласно некоторым усовершенствованиям этого варианта осуществления температура восстановителя в баке для хранения выше в конце второго периода циркуляции, чем в конце первого периода циркуляции. Согласно другим вариантам осуществления заданная минимальная температура меньше нижнего предела температуры. Согласно другим вариантам осуществления тепловым источником является двигатель внутреннего сгорания, восстановителем является раствор мочевины, и/или выхлопная система содержит катализатор селективного каталитического восстановления.

Согласно некоторым вариантам осуществления способ предусматривает определение того, что температура восстановителя в баке для хранения ниже пороговой температуры перед инициированием третьего периода циркуляции после второго периода циркуляции. Согласно другим вариантам осуществления способ предусматривает прекращение второго периода циркуляции теплоносителя при достижении температурой восстановителя в дозаторе верхнего предела температуры; и после прекращения второго периода циркуляции теплоносителя инициирование третьего периода циркуляции теплоносителя в теплообменном контуре при достижении температурой восстановителя в дозаторе нижнего предела температуры для повышения температуры восстановителя в дозаторе и баке для хранения.

Согласно другим вариантам осуществления способ предусматривает прекращение и инициирование нескольких периодов повторной циркуляции теплоносителя в теплообменном контуре до достижения температурой восстановителя в баке для хранения заданной пороговой температуры. Согласно усовершенствованиям этого варианта осуществления при достижении температурой восстановителя в баке для хранения заданной пороговой температуры способ предусматривает инициирование другого периода циркуляции, когда температура восстановителя по меньшей мере в одном из дозатора и бака для хранения меньше заданной минимальной температуры.

Некоторые приведенные в качестве примера способы дополнительно предусматривают нагрев восстановителя в системе подачи восстановителя, обеспечивающей подачу восстановителя для впрыска в выхлопную систему, соединенную с двигателем. Нагрев восстановителя предусматривает завершение нескольких циклов теплообмена теплоносителя, протекающего по пути потока, проходящего через систему подачи восстановителя. По меньшей мере один из циклов теплообмена предусматривает повышение температуры восстановителя в дозаторе системы подачи восстановителя, одновременно повышая температуру восстановителя в баке для хранения системы подачи восстановителя за счет циркуляции теплоносителя из дозатора в бак для хранения; прекращение циркуляции теплоносителя при достижении температурой восстановителя в дозаторе верхнего предела; и окончание текущего цикла теплообмена при падении температуры восстановителя в дозаторе от верхнего предела до нижнего предела. Температура восстановителя в дозаторе падает на первой скорости от верхнего предела до нижнего предела, и температура восстановителя в баке для хранения падает на второй скорости, которая ниже первой скорости.

Согласно некоторым вариантам осуществления способа температура восстановителя в баке для хранения возрастает от окончания одного цикла теплообмена к следующему. Согласно другим вариантам осуществления завершение нескольких циклов теплообмена предусматривает окончание последнего из циклов теплообмена при достижении температурой восстановителя в баке для хранения пороговой температуры. Согласно другим вариантам осуществления прекращение циркуляции теплоносителя предусматривает закрытие управляющего клапана в пути потока. Согласно некоторым вариантам осуществления способ предусматривает нагрев теплоносителя в пути потока. Согласно другим вариантам осуществления путь потока проходит последовательно из теплового источника в дозатор, через дозатор, из дозатора в бак для хранения и через бак для хранения.

Настоящее изобретение было подробно показано и описано на фигурах и в приведенном выше описании исключительно в качестве примера без ограничительного характера, также следует понимать, что были описаны и показаны только некоторые приведенные в качестве примера варианты осуществления, и что все изменения и модификации также подпадают под объем правовой охраны настоящего изобретения. Следует понимать, что использование в приведенном выше описании таких выражений, как предпочитаемый, предпочтительно, предпочтительный или более предпочтительный, указывает на то, что признак, описанный такими выражениями, может являться более желательным, однако, может не являться необходимым, а варианты осуществления, не описанные с применением таких выражений, подпадают под объем настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения. Использование в формуле изобретения форм единственного числа, а также выражений "по меньшей мере один" или "по меньшей мере один участок" не ограничивает объем формулы изобретения только одним объектом, если другое явно не указано формуле изобретения. Использование выражения "по меньшей мере участок" и/или "участок" означает, что элемент может содержать часть и/или весь элемент, если явно не указано другое.

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Система подачи восстановителя предназначена для подачи восстановителя в систему последующей обработки выхлопных газов двигателя, нагреваемого во время холодных температурных условий. Теплоноситель протекает по теплообменному контуру, обеспечивающему путь потока из теплового источника в дозатор, из дозатора в бак для хранения восстановителя и из бака для хранения восстановителя к тепловому источнику. Управляющий клапан регулирует поток теплоносителя в теплообменном контуре, так что по меньшей мере один цикл теплообмена предусматривает период циркуляции, в котором превышается температура восстановителя в дозаторе и баке для хранения, и период прекращения, в котором циркуляция прекращается, пока не будет достигнут нижний предел температуры восстановителя в дозаторе. При использовании изобретения усовершенствуется система поддержания температуры восстановителя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система нагрева систем впрыска мочевины, содержащая:

бак для хранения восстановителя, выполненный с возможностью хранения восстановителя для обработки выхлопных газов, образуемых в результате работы двигателя внутреннего сгорания;

дозатор, выполненный с возможностью получения восстановителя из бака для хранения и подачи некоторого количества восстановителя для впрыска в выхлопные газы;

теплообменный контур, образующий путь потока для теплоносителя, так что теплоноситель протекает через дозатор для теплового контакта с восстановителем в дозаторе, из дозатора в бак для хранения, через бак для хранения для теплового контакта с восстановителем в баке для хранения, из бака для хранения в дозатор и обратно через дозатор в обратный контур для возврата в дозатор; и

управляющий клапан в обратном контуре теплообменного контура, предназначенный для регулирования потока теплоносителя в пути потока.

2. Система по п. 1, в которой теплообменный контур дополнительно содержит в обратном контуре тепловой источник для нагрева теплоносителя перед возвратом теплоносителя в дозатор.

3. Система по п. 2, в которой тепловым источником является двигатель внутреннего сгорания, а теплоносителем является охладитель, получающий тепло в результате работы двигателя внутреннего сгорания.

4. Система по п. 2, в которой управляющий клапан расположен в теплообменном контуре после бака для хранения.

5. Система по п. 1, дополнительно содержащая насос для циркуляции теплоносителя в теплообменном контуре.

6. Система по п. 1, в которой восстановителем является раствор мочевины.

7. Система по п. 1, в которой теплообменный контур образует один путь потока для теплоносителя.

8. Система по п. 1, в которой управляющий клапан состоит из одного двухходового управляющего клапана в теплообменном контуре.

9. Система по п. 1, дополнительно содержащая впрыскиватель, соединенный с выхлопной системой, и дозатор, соединенный с впрыскивателем.

10. Система по п. 1, в которой теплоноситель на участке пути потока, проходящем обратно через дозатор в обратный контур, находится в тепловом контакте с восстановителем в дозаторе.

11. Система нагрева систем впрыска мочевины, содержащая:

двигатель внутреннего сгорания, содержащий выхлопную систему для получения выхлопных газов, образуемых в результате работы двигателя внутреннего сгорания;

систему подачи восстановителя, которая содержит бак для хранения восстановителя и дозатор восстановителя, при этом бак для хранения содержит восстановитель, подаваемый в дозатор для подачи в выхлопную систему для обработки выхлопных газов; и

теплообменную систему, содержащую теплообменный контур, выполненный с возможностью обеспечения пути потока для теплоносителя, нагреваемого, по меньшей мере частично, в результате работы двигателя внутреннего сгорания, при этом путь потока предназначен для обеспечения циркуляции теплоносителя с приведением в тепловой контакт теплоносителя с восстановителем в дозаторе перед приведением в тепловой контакт теплоносителя с восстановителем в баке для хранения, при этом теплообменная система дополнительно содержит управляющий клапан в пути потока для регулирования циркуляции теплоносителя.

12. Система по п. 11, в которой путь потока проходит через дозатор, из дозатора в бак для хранения, через бак для хранения, из бака для хранения в дозатор и обратно через дозатор в обратный контур для возврата в дозатор.

13. Система по п. 11, в которой восстановителем является раствор мочевины.

14. Система по п. 11, дополнительно содержащая впрыскиватель, соединенный с выхлопной системой, и дозатор, соединенный с впрыскивателем.

15. Система по п. 14, в которой выхлопная система содержит катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), а впрыскиватель соединен с выхлопной системой выше по потоку от катализатора для селективного каталитического восстановления (SCR).

16. Система по п. 11, дополнительно содержащая насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя через путь потока теплообменного контура.

17. Система по п. 11, в которой теплообменный контур образует один путь потока для теплоносителя.

18. Система по п. 11, в которой управляющий клапан состоит из одного двухходового управляющего клапана в пути потока.

19. Система нагрева систем впрыска мочевины, содержащая:

двигатель внутреннего сгорания для сгорания топлива и образования потока выхлопных газов;

выхлопную систему, соединенную с двигателем внутреннего сгорания для получения потока выхлопных газов и выведения потока выхлопных газов в атмосферу, при этом выхлопная система содержит катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), обеспечивающий преобразование выбросов NOx в потоке выхлопных газов в присутствии восстановителя, впрыскиваемого в выхлопную систему выше по потоку от катализатора для селективного каталитического восстановления (SCR);

бак для хранения для хранения запасов восстановителя;

дозатор для получения восстановителя из бака для хранения и для подачи некоторого количества восстановителя для впрыска в выхлопную систему; и

теплообменный контур, образующий путь потока для теплоносителя, при этом путь потока содержит обратный участок, на котором теплоноситель нагревается, по меньшей мере частично, в результате работы двигателя внутреннего сгорания, при этом путь потока дополнительно обеспечивает одностороннее направление потока для теплоносителя, проходящего от обратного участка через дозатор, из дозатора через бак для хранения и из бака для хранения через дозатор на обратный участок, при этом путь потока обеспечивает теплообмен сначала между теплоносителем, нагреваемым от двигателя внутреннего сгорания, и восстановителем в дозаторе, а затем и восстановителем в баке для хранения.

20. Система по п. 19, дополнительно содержащая управляющий клапан на обратном участке для регулирования потока теплоносителя в пути потока.