[发明专利]用于液体还原剂喷射的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月15日提交的名称为“用于液体还原剂喷射的系统和方法”的美国临时专利申请No.61/475,834的利益和优先权，其内容为所有目的通过引用结合于此。

技术领域

本申请涉及用于在车辆的排气处理系统中递送液体还原剂溶液的系统和方法。

背景技术

许多车辆在排气系统中利用催化剂以减少排放。在稀排气状况下，例如关于柴油排气或其他稀燃状况，催化剂可以利用烧过的燃料之外的还原剂。一种这样的后处理装置是选择性催化还原(SCR)系统，它利用催化剂将NOx转化成氮气和水。尿素基的SCR催化剂可以利用气态氨作为活性NOx还原剂，在这种情况下尿素的水溶液可以装在车辆上，并且喷射系统可以用来将它供给到排气流中。

在低于-11℃的环境温度，液状的尿素溶液(包括32.5％尿素和67.5％水)可以在车载尿素储箱中凝固。因此，喷射系统的吸入管可能不能将尿素提供给喷嘴用于递送至排气并且用于NOx还原。在一种方法中，尿素储箱包括电加热系统以加热凝固的尿素。而且，尿素储箱和尿素喷射系统的部件可以具有凝固安全(freeze-safe)设计，以确保喷射系统在多个凝固/融化循环中的功能性和寿命。

本申请的发明人已经认识到以上这种溶液的问题。首先，可能增加与用于尿素储箱和尿素喷射系统的加热和凝固安全部件有关的成本。第二，通过利用由车辆产生的能量加热整个尿素储箱可能降低燃料经济性，并且这种加热可能需要延长的时间，因此降低了能够用还原剂催化处理的排气量，并且因此增加总的排放。

发明内容

因此在一个例子中，一些上述问题可以通过包括液体还原剂喷射系统的发动机排气系统和用于操作该液体还原剂喷射系统的方法来解决，其中该方法包括储存乙醇、水和尿素的还原剂混合物；将该储存的混合物吸入到电加热的吸入管中，以便通过沿着第一方向操作泵经由供给管路提供给排气；以及通过沿着相反的第二方向操作该泵清洁回流储存的混合物的回流管路或供给管路，其中该吸入管包括内管和外管、设置在该内管和外管之间的空气间隙、以及设置在内管的外表面上的加热带(heat tape)层。

以这种方式，通过在还原剂溶液中包括乙醇，液体还原剂的凝点温度可以降低。因此，能够减少还原剂凝固的发生。如果温度下降到低于沉淀物形成阈值，那么液体还原剂可以由吸入管加热。因此，液体还原剂喷射系统消耗较少的能量，因为不需要加热储箱。由于这些特征，该系统在工作期间可以需要较少的能量并且能够改善总的燃料经济性。还有，沿着相反方向的液体还原剂喷射系统的泵送可以清洁剩余液体还原剂的供给管路和回流管路。这可以在环境温度条件低于液体还原剂沉淀和凝点期间防止还原剂在供给管路和回流管路中沉淀和/或凝固，因而减少堵塞并提高NOx的还原效率。

在另一个例子中，该方法还包括，在发动机关闭之后，将压力调节器旁通阀保持在闭合位置，并且通过沿着相反的第二方向操作泵清洁回流溶液的回流管路或供给管路，然后关闭喷嘴。

在另一个例子中，提供一种用于通过还原剂喷射系统处理发动机排气的方法。该方法包括，在冷启动期间，对电加热的吸入管施加电流第一时间段，在第一时间段之后，打开压力调节器旁通阀，保持喷嘴的关闭位置，并且沿着第一方向操作泵以加热并再循环还原剂溶液第二时间段，在第二时间段之后，关闭压力调节器旁通阀，保持喷嘴的关闭位置，并且沿着第一方向操作泵以增加还原剂喷射系统压力，直到还原剂喷射系统压力大于阈值为止，并且在还原剂喷射系统压力大于阈值之后，打开喷嘴，将压力调节旁通阀保持在关闭位置，并且沿着第一方向操作泵以将还原剂溶液喷射到排气通道中；在较热的启动期间，保持压力调节器旁通阀的关闭位置，保持喷嘴的关闭位置，并且沿着第一方向操作泵以增加还原剂喷射系统压力直到还原剂喷射系统压力大于阈值为止，并且在还原剂喷射系统压力大于阈值之后，打开喷嘴，将压力调节器旁通阀保持在关闭位置，并且沿着第一方向操作泵，以将还原剂溶液喷射到排气通道中；并且在发动机关闭期间，关闭喷嘴，保持压力调节器旁通阀的关闭位置，并且沿着相反的第二方向操作泵，以清洁还原剂溶液的供给管路和回流管路。还原剂溶液包括水、乙醇和尿素。

在另一个例子中，可电加热的吸入管包括内管和外管，设置在该内管和外管之间的空气间隙以及设置在内管的外表面上的加热带层。该吸入管的第一端连接于泵而可电加热的吸入管的第二相反端延伸到还原剂溶液的储箱中。