專利名稱：用于清洗計(jì)量系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尿素計(jì)量系統(tǒng)，更具體地涉及一種用于清洗尿素計(jì)量系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
尿素計(jì)量系統(tǒng)通常用來(lái)還原例如機(jī)車和發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)兩用機(jī)的大型機(jī)械的NOx 排放物，對(duì)于這些大型機(jī)械，并不關(guān)心空間和重量因素。尿素是一種通常與水混合并且存儲(chǔ)在位于機(jī)械上的容器中的還原劑。在機(jī)械運(yùn)行并產(chǎn)生廢氣時(shí)，尿素混合物被從容器泵送到排氣系統(tǒng)中。尿素混合物可以與空氣混合并借助噴嘴噴射到排氣系統(tǒng)中。尿素混合物可以與高溫廢氣反應(yīng)，從而影響可以還原機(jī)械的NOx排放物的選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)。計(jì)量系統(tǒng)的一個(gè)不足涉及尿素混合物凍結(jié)的相對(duì)高的環(huán)境溫度，例如大約-irC (約12 °F )。 尿素混合物會(huì)凍結(jié)并在計(jì)量系統(tǒng)內(nèi)膨脹，由此引起對(duì)諸如噴射器噴嘴的精細(xì)部件的損害。 另外，當(dāng)被加熱至大約100°C和250°C之間的中間溫度時(shí)，尿素會(huì)分解成可能阻塞計(jì)量部件和/或排氣系統(tǒng)的尿素副產(chǎn)品。Masuda等人的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)文獻(xiàn)No. 2007/0180816(' 816公開(kāi)文獻(xiàn))公開(kāi)了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放物凈化設(shè)備?！?16公開(kāi)文獻(xiàn)公開(kāi)了通過(guò)通道與排氣系統(tǒng)連接的尿素存儲(chǔ)容器。尿素借助位于通道上的噴嘴噴射到排氣系統(tǒng)中。‘816公開(kāi)文獻(xiàn)還公開(kāi)了將在存儲(chǔ)容器的上部收集的尿素氣體強(qiáng)制排出到排氣系統(tǒng)的強(qiáng)制排出裝置。盡管'816公開(kāi)文獻(xiàn)提供了用于將尿素氣體從存儲(chǔ)容器的上部排出的方法，但其無(wú)法從將尿素噴射到排氣系統(tǒng)中的噴嘴清除尿素，因此不能防止凍結(jié)的尿素造成的損害?！?16公開(kāi)文獻(xiàn)的系統(tǒng)也無(wú)法在大約100°C和250°C之間的溫度將尿素從計(jì)量部件和 /或排氣系統(tǒng)去除，而這會(huì)使尿素分解成氨聚合物從而引起阻塞。本發(fā)明旨在克服上述的不足和/或現(xiàn)有技術(shù)中的其他缺陷中的一個(gè)或多個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明涉及用于從還原劑供應(yīng)系統(tǒng)清除還原劑的方法。該方法包括借助分配裝置將還原劑分配到排氣系統(tǒng)中。該方法還包括通過(guò)將還原劑從分配裝置驅(qū)動(dòng)到還原劑源來(lái)清洗分配裝置。根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種排放物還原系統(tǒng)。該排放物還原系統(tǒng)包括能夠?qū)⑦€原劑分配到排氣系統(tǒng)的分配裝置。該排放物還原系統(tǒng)還包括連接至分配裝置并能夠?qū)⑦€原劑從分配裝置驅(qū)動(dòng)到還原劑源的增壓流體源。


圖1是一種示例性公開(kāi)的計(jì)量系統(tǒng)的示意圖；圖2是計(jì)量系統(tǒng)的第二示意圖；圖3是計(jì)量系統(tǒng)的第三示意圖4是計(jì)量系統(tǒng)的一種示例性公開(kāi)的分配裝置的示意圖；圖5是圖4的分配裝置的一種示例性公開(kāi)的噴嘴的截面圖；圖6是一種替代實(shí)施方式的計(jì)量系統(tǒng)的示意圖；以及圖7是一種示例性公開(kāi)的計(jì)量方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1、2和3示出了一種示例性的計(jì)量系統(tǒng)10。計(jì)量系統(tǒng)10將還原劑引入到機(jī)械的排氣系統(tǒng)12中，以影響還原NOx排放物的化學(xué)反應(yīng)。計(jì)量系統(tǒng)10可將例如尿素溶液的還原劑噴射到機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的排氣系統(tǒng)12中來(lái)幫助影響選擇性催化還原(SCR)。還原劑可以是與水混合的尿素溶液。在高于大約180°C和250°C之間的溫度，尿素溶液可以與排氣系統(tǒng)12中的NOx反應(yīng)，從而幫助還原NOx排放物。計(jì)量系統(tǒng)10可包括排氣系統(tǒng)12、泵送系統(tǒng)15、噴射系統(tǒng)20和清洗系統(tǒng)25。計(jì)量系統(tǒng)10可部分或整個(gè)位于殼體27內(nèi)，例如用于容納計(jì)量設(shè)備的隔室內(nèi)。排氣系統(tǒng)12可包括發(fā)動(dòng)機(jī)13、氧化催化系統(tǒng)14、混合器組件16和SCR組件17。 廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)13排出并流入氧化催化系統(tǒng)14，廢氣在此可以被初步處理。然后，廢氣可流到混合器組件16，計(jì)量系統(tǒng)10可在此將還原劑噴射到廢氣中。然后，廢氣流到SCR組件17 進(jìn)行SCR。泵送系統(tǒng)15朝著排氣系統(tǒng)12傳輸還原劑。泵送系統(tǒng)15可包括計(jì)量泵30、還原劑源35和過(guò)濾器40。泵30可在通道42內(nèi)產(chǎn)生流體流，通道42流體連接至還原劑源35和過(guò)濾器40。泵30可以是例如隔膜泵的計(jì)量泵。泵30例如可由電動(dòng)馬達(dá)獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。還原劑源35可以是用于存儲(chǔ)例如尿素溶液的還原劑溶液的低壓容器。還原劑源35可遠(yuǎn)離殼體27定位并可包括用于解凍還原劑溶液的熱源。過(guò)濾器40可以是用于從還原劑溶液中除去冰晶和碎片的任何合適的濾器或者濾網(wǎng)，例如塑料過(guò)濾器。泵30經(jīng)由通道42將還原劑溶液從還原劑源35朝排氣系統(tǒng)12泵送，一部分還原劑溶液可能是被凍結(jié)的?？梢越柚^(guò)濾器40在泵30的上游收集凍結(jié)的部分。噴射系統(tǒng)20將還原劑溶液噴射到排氣系統(tǒng)12中。噴射系統(tǒng)20可包括增壓源45、 壓力調(diào)節(jié)器50、控制閥55、止回閥60和分配裝置65。增壓源45、壓力調(diào)節(jié)器50、控制閥55、 止回閥60和分配裝置65可借助通道70流體連接。增壓源45可遠(yuǎn)離殼體27定位并可包括容納例如空氣的增壓氣體的泵和/或增壓容器。增壓源45可對(duì)通道70內(nèi)的空氣進(jìn)行增壓并可將增壓的空氣朝著分配裝置65傳輸。壓力調(diào)節(jié)器50可機(jī)械地調(diào)節(jié)通道70內(nèi)的空氣壓力。壓力調(diào)節(jié)器50可在增壓源 45附近保持合適的上游壓力，使得在壓力損失后分配裝置65內(nèi)可保持合適的壓力用于還原劑噴射。控制閥55可以是任何合適的閥，例如能夠在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)的螺線管致動(dòng)的、彈簧偏置的控制閥。控制閥55可選擇性地在第一位置允許經(jīng)通道70的流動(dòng)并可選擇性地在第二位置阻擋經(jīng)通道70的流動(dòng)。止回閥60可確保通道70內(nèi)的單向流動(dòng)， 即從增壓源45朝分配裝置65的流動(dòng)。止回閥60可以是例如球止回閥的任何合適的閥。分配裝置65將還原劑引入到排氣系統(tǒng)12的混合器組件16中。如圖4所示，分配裝置65可包括通道75、通道80和噴嘴85。通道75可流體連接至通道70并可將增壓空氣傳輸?shù)絿娮?5中。通道80可流體連接至泵送系統(tǒng)15的通道42并可在通道42和噴嘴85之間傳輸還原劑溶液。噴嘴85可布置在排氣系統(tǒng)12的混合器組件16內(nèi)并將還原劑噴射到排氣系統(tǒng)12 中。如圖5所示，噴嘴85可包括流體連接至通道75的通道90和流體連接至通道80的通道 95。通道90和通道95可借助室100流體連接。通道90可將增壓空氣傳輸至室100中，通道95可將增壓的還原劑溶液傳輸?shù)绞?00中，使得增壓空氣流和增壓還原劑流可在室100 中結(jié)合。室100可包括多個(gè)通路105，通路105可借助多個(gè)孔口 110流體連接至排氣系統(tǒng) 12。孔口 110可具有相對(duì)小的面積，以在分配裝置65中形成壓差并對(duì)流動(dòng)提供壓力限制。 增壓空氣和增壓還原劑可在室100中混合。混合物的壓力可克服限制而流經(jīng)孔口 110并噴射到排氣系統(tǒng)12的混合器組件16中。清洗系統(tǒng)25可從計(jì)量系統(tǒng)10的部件清除還原劑。清洗系統(tǒng)25可包括傳感器115、 控制閥120、控制閥125、止回閥130和控制器135?？刂破?35可以是本領(lǐng)域已知的用于使機(jī)械過(guò)程自動(dòng)化的任何類型的可編程邏輯控制器，例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)?？刂破?35 可通過(guò)電氣線路137控制泵30的操作。控制器135也可連接至機(jī)械的其他部件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)、操作者站和排氣系統(tǒng)。例如，控制器135可電連接至布置在排氣系統(tǒng)12內(nèi)的溫度傳感器。傳感器115可布置在通道70內(nèi)，并且可以是用于測(cè)量空氣壓力的任何合適的傳感器。傳感器115可通過(guò)電氣線路140電連接至控制器135并且可以向控制器135提供表示通道70中的空氣壓力的值作為輸入。當(dāng)傳感器115報(bào)告空氣壓力值不適于計(jì)量系統(tǒng)10 的操作時(shí)，控制器135可通過(guò)電氣線路145控制控制閥55以使其從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置，由此阻擋經(jīng)過(guò)通道70的流動(dòng)。控制閥120和止回閥130可借助通道150流體連接，通道150流體連接通道70和通道42?？刂崎y120可與控制閥55類似并可選擇性地允許和阻擋增壓空氣流經(jīng)通道150。 控制閥120可由控制器135通過(guò)電氣線路155進(jìn)行控制。止回閥130可與止回閥60類似并可確保經(jīng)過(guò)通道150的單向流動(dòng)，即從增壓源45朝泵30的入口的流動(dòng)。控制閥125可以與控制閥55、120類似并可選擇性地允許和阻擋經(jīng)通道160的流動(dòng)?？刂崎y125可由控制器135通過(guò)電氣線路165進(jìn)行控制。通道160可流體連接泵30 的出口和還原劑源35。通道160的尺寸可大于通道42，以需要更小的壓力來(lái)形成流動(dòng)。圖6示出了具有替代的清洗系統(tǒng)225的計(jì)量系統(tǒng)10。清洗系統(tǒng)225可與清洗系統(tǒng) 25類似，但閥具有替代的布置。清洗系統(tǒng)225可包括上述的傳感器115和控制器135。清洗系統(tǒng)225還可包括控制閥200和控制閥205?？刂崎y200可與控制閥55類似并可由控制器135通過(guò)電氣線路210進(jìn)行控制，以在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)。在第一位置，控制閥200可流體連接泵30的出口和分配裝置65。在第二位置(如圖6所示)，控制閥200可借助通道215流體連接泵30的出口和還原劑源35?？梢韵氲?，控制閥200和205可集成為單個(gè)閥。通道220可以是流體連接泵30的出口和泵30的入口的旁通通道。控制閥205可以與控制閥200類似并可選擇性地允許和阻擋經(jīng)通道220的流動(dòng)。控制閥205可由控制器 135通過(guò)電氣線路227進(jìn)行控制。工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明的計(jì)量系統(tǒng)可用于任何向排氣系統(tǒng)傳送流體以減少?gòu)U氣排放的系統(tǒng)，例如機(jī)車或發(fā)電機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的計(jì)量系統(tǒng)可用于影響具有排氣系統(tǒng)的任何機(jī)械內(nèi)的選擇性催化還原。圖7提供了操作計(jì)量系統(tǒng)10的方法。在步驟300，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。在步驟305，使泵 30起動(dòng)?？刂破?35指令控制閥125運(yùn)動(dòng)到允許經(jīng)過(guò)通道160的流動(dòng)的位置。通過(guò)將還原劑增壓到通道160中使泵30起動(dòng)。在泵30起動(dòng)后，控制閥125運(yùn)動(dòng)到阻擋經(jīng)過(guò)通道160 的流動(dòng)的位置。在泵30起動(dòng)后，控制器135指令控制閥55運(yùn)動(dòng)至允許增壓空氣流經(jīng)通道 70的位置。控制閥55可保持在這個(gè)位置，以進(jìn)行剩下的方法步驟。在步驟310發(fā)生計(jì)量。當(dāng)排氣系統(tǒng)12內(nèi)的溫度超過(guò)閾值溫度時(shí)可以進(jìn)行計(jì)量，且在例如大約180°C及以上的溫度時(shí)可以進(jìn)行選擇性催化還原。當(dāng)廢氣溫度超過(guò)閾值溫度時(shí)， 布置在排氣系統(tǒng)中的溫度傳感器向控制器135發(fā)信號(hào)。如圖1所示，泵30對(duì)通道42中的還原劑進(jìn)行增壓并將還原劑朝著分配裝置65泵送?？刂崎y55可以處于允許經(jīng)過(guò)通道70 的流動(dòng)的位置，從而允許增壓源45朝著分配裝置65驅(qū)動(dòng)增壓空氣。控制閥120和125可以分別處于阻擋經(jīng)過(guò)通道150和160的流動(dòng)的位置。如圖4所示，增壓空氣和增壓還原劑分別通過(guò)通道75和80進(jìn)入分配裝置65并朝噴嘴85流動(dòng)。如圖5所示，增壓空氣和增壓還原劑分別流經(jīng)通道90和95并在室100中混合。室100內(nèi)的空氣和還原劑的壓力可能超過(guò)孔口 110的壓力限制，引起還原劑和空氣的混和物通過(guò)孔口 110噴射到排氣系統(tǒng)12中。在步驟315中將還原劑從分配裝置65和泵30清除。停止計(jì)量并在通過(guò)溫度傳感器報(bào)告給控制器135的排氣系統(tǒng)12內(nèi)的溫度落在例如在大約180°C和大約250°C之間的閾值溫度以下時(shí)開(kāi)始清洗。例如，閾值溫度可以是大約180°C。發(fā)動(dòng)機(jī)在此時(shí)仍然保持運(yùn)行并可以處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。一旦步驟315的清洗開(kāi)始，控制器135可防止關(guān)掉發(fā)動(dòng)機(jī)直到清洗過(guò)程完成。替代地，發(fā)動(dòng)機(jī)可以完全關(guān)閉，之后可以開(kāi)始步驟315的清洗。如圖2所示，當(dāng)控制閥55處于允許經(jīng)過(guò)通道70的流動(dòng)的位置且控制閥125處于允許經(jīng)過(guò)通道160的流動(dòng)的位置時(shí)，清洗分配裝置65?？刂崎y120可以處于阻擋經(jīng)過(guò)通道 150的流動(dòng)的位置，并且可以關(guān)掉泵30。來(lái)自增壓源45的增壓空氣可通過(guò)通道70和75傳輸?shù)椒峙溲b置65中并通過(guò)通道90進(jìn)入噴嘴85。然后，增壓空氣進(jìn)入室100。由于泵30此時(shí)并不運(yùn)行，通道95對(duì)流動(dòng)提供的阻力小于孔口 110的壓力限制。因此，增壓空氣流入通道95并通過(guò)通道80流出分配裝置65。然后，增壓空氣的流動(dòng)將迫使剩余的還原劑離開(kāi)分配裝置65。還原劑和增壓空氣的混合物被迫經(jīng)過(guò)通道160并返回還原劑源35。由此，沿著與計(jì)量過(guò)程中還原劑流動(dòng)方向相反的方向?qū)⑦€原劑從分配裝置65清除至還原劑源35。如圖3所示，當(dāng)控制閥55、120、125分別處于允許經(jīng)過(guò)通道70、150和160的流動(dòng)的位置時(shí)，對(duì)分配裝置65和泵30進(jìn)行清洗。泵30可以是關(guān)閉的。如上所述，增壓空氣將還原劑從分配裝置65清除至還原劑源35。增壓空氣還通過(guò)通道150從增壓源45朝泵30 的入口流動(dòng)。增壓空氣驅(qū)使泵30內(nèi)在泵30的入口和出口之間的剩余的還原劑離開(kāi)泵30。 然后，離開(kāi)泵30的還原劑和增壓空氣的混合物被迫經(jīng)過(guò)通道160并返回還原劑源35?？梢韵氲?，作為提供控制閥120和通道150來(lái)清洗泵30的替代，泵30可設(shè)置防凍裝置，例如加熱裝置。如圖6的替代計(jì)量系統(tǒng)10所示，分配裝置65和泵30也可通過(guò)清洗系統(tǒng)225清洗。 控制閥200可以處于第二位置，通過(guò)通道215流體連接泵30的出口和還原劑源35?？刂崎y205可以處于允許經(jīng)過(guò)通道220的流動(dòng)的位置。分配裝置65如上所述且如圖5所示地進(jìn)行清洗。來(lái)自分配裝置65的增壓空氣和還原劑的清洗混合物然后通過(guò)通道220朝泵30 的入口流動(dòng)并流經(jīng)泵30。一旦清洗混合物離開(kāi)泵30的出口，混合物就通過(guò)通道215返回還原劑源35。如果排氣系統(tǒng)12內(nèi)的溫度超過(guò)閾值溫度，則停止清洗并且在步驟320再次開(kāi)始進(jìn)行計(jì)量。步驟320的計(jì)量類似于步驟310?；谂艢庀到y(tǒng)12內(nèi)的溫度，步驟315和320可以根據(jù)需要進(jìn)行重復(fù)。在步驟325中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以由操作者和/或控制器135關(guān)掉。在步驟330中，可以以類似于步驟315的方式對(duì)分配裝置65和泵30進(jìn)行清洗。計(jì)量系統(tǒng)10可以用來(lái)將還原劑從計(jì)量部件清除以防止損害和/或阻塞。計(jì)量系統(tǒng)10可將還原劑清除出分配裝置65并朝著還原劑源35。由此可以除去還原劑以防止凍結(jié)還原劑的膨脹對(duì)計(jì)量部件和/或排氣系統(tǒng)的損害。計(jì)量系統(tǒng)10還可以清除還原劑以避免在噴嘴85和排氣系統(tǒng)12中形成聚合物和導(dǎo)致的阻塞。由于計(jì)量系統(tǒng)10可將還原劑清除回還原劑源35而不是排氣系統(tǒng)12，因此可極大減少還原劑向環(huán)境的釋放。因此也顯著減少了向環(huán)境釋放的難聞氣味。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚可以對(duì)根據(jù)本發(fā)明的計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行各種修改和變型。通過(guò)考慮說(shuō)明書(shū)和根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的實(shí)踐，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他實(shí)施方式。說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例僅僅應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是示例性的，真正的范圍由權(quán)利要求書(shū)及其等同范圍指明。
權(quán)利要求
1.一種用于清除還原劑的方法，包括借助分配裝置(65)將還原劑分配到排氣系統(tǒng)(12)中；以及通過(guò)將所述還原劑從所述分配裝置驅(qū)動(dòng)到還原劑源(3 來(lái)清洗所述分配裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述還原劑是尿素溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分配裝置包括限制流動(dòng)的孔口(110)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，分配還原劑包括向所述分配裝置傳輸增壓氣體和增壓還原劑，所述氣體和還原劑克服所述孔口的限制。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，清洗所述分配裝置包括向所述分配裝置傳輸增壓氣體，并使所述增壓氣體與所述還原劑混合。
6.一種用于清除還原劑的方法，包括 沿第一方向提供還原劑流；以及沿與所述第一方向相反的第二方向?qū)⑦€原劑從分配裝置(6 清除。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述還原劑是尿素溶液。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，沿所述第二方向清除所述還原劑包括限制經(jīng)過(guò)所述分配裝置的孔口(110)的流動(dòng)。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，沿所述第一方向提供還原劑流包括將還原劑從還原劑源泵送至所述分配裝置。
10.一種排放物還原系統(tǒng)，包括分配裝置(65)，其能夠?qū)⑦€原劑分配到排氣系統(tǒng)(1 中；和增壓源(45)，其連接至所述分配裝置并能夠?qū)⑺鲞€原劑從所述分配裝置驅(qū)動(dòng)到還原劑源(35)。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于清除還原劑的方法。該方法包括借助分配裝置(65)將還原劑分配到排氣系統(tǒng)(12)中。該方法還包括通過(guò)將還原劑從所述分配裝置驅(qū)動(dòng)到還原劑源(35)來(lái)清洗所述分配裝置。
文檔編號(hào)F01N3/00GK102216578SQ200980146124
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者P·W·帕克, S·穆帕拉普, T·J·塔拉布爾斯基, 孫金輝 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司