CN101052790A - 发动机排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发动机排气净化装置，该发动机排气净化装置可以利用发动机冷却水使还原剂解冻，并防止水垢附着在使该冷却水流通的冷却水管上，利用发动机冷却水加热已冻结的还原剂而使其解冻。在将该冷却水导入到还原剂容器(6)中的冷却水管(8)上设置断流阀(9)，为使还原剂解冻，打开该断流阀(9)，即使在还原剂未冻结的情况下，在发动机启动后的规定的期间一直打开断流阀(9)，使冷却水在冷却水管(8)内循环。

Description

发动机排气净化装置
技术领域
本发明涉及发动机排气净化装置，具体涉及在把为了还原氮氧化物而添加于排气中的还原剂以水溶液状态储存于还原剂容器的装置中，通过发动机冷却水加热还原剂容器内的还原剂，既防止还原剂的冻结或使已冻结的还原剂解冻，又防止由于冷却水在用来将该冷却水导入到还原剂容器中的冷却水管内滞留而导致在管壁上附着水垢的技术。
背景技术
作为通过后处理来净化车载发动机所排出的有害成分、特别是氮氧化物(以下称“NOX”)的装置，公知有下面这样的排气净化装置。即，在该排气净化装置中，在发动机的排气通路中设置还原催化剂，在该还原催化剂的上游向排气通路内喷射还原剂，由此使排气中的NOX和还原剂在还原催化剂上发生反应，从而使NOX转化为无害气体。还原剂以水溶液状态被储存在还原剂容器中，通过还原剂喷射嘴喷射需要的量。在还原工序中采用和NOX的反应性良好的氨，还原剂使用容易通过水解产生氨的尿素水溶液、氨水溶液、或其他的液体还原剂(专利文献1)。
专利文献1：日本申请公开第2000-027627号公报
发明内容
在此，在以水溶液状态储存还原剂的上述排气净化装置中，存在这样的问题：在寒冷地区使用车辆的情况下，还原剂在还原剂容器内冻结，直到该冻结了的还原剂完全解冻之前，还原剂的顺利喷射会发生停滞。例如，在采用尿素水溶液作为还原剂的情况下，在气温为-11℃以下的寒冷地区使用时，尿素水溶液有可能冻结。针对这个问题，可以考虑如下方法：采用发动机冷却水作为热介质，利用该冷却水加热还原剂容器内的还原剂，从而防止还原剂的冻结或使已冻结的还原剂解冻。
但是，就算采用该方法，在还原剂冻结的可能性被消除或已冻结的还原剂被解冻了时，由于停止用冷却水加热，因此在其后车辆从寒冷地区移动等而长期未进行该加热时，冷却水在管路内滞留，有可能在管壁上附着水垢。
所以，本发明目的在于，采用发动机的冷却水作为热介质，在既防止还原剂的冻结或使已冻结的还原剂解冻又防止在将该冷却水导入到还原剂容器内的冷却水管中，由于冷却水滞留造成水垢附着。
本发明涉及还原排气中的NOX而进行净化的发动机排气净化装置。本发明的装置，包括：促进NOX还原的还原催化剂；以水溶液状态储存NOX还原剂的还原剂容器；对于排气的流动而言设置在上述还原催化剂上游的还原剂喷射嘴；将储存在上述还原剂容器内的还原剂供给到上述还原剂喷射嘴的供给装置；以发动机冷却水作为热介质加热上述还原剂容器内的还原剂的加热装置。该加热装置包括将发动机冷却水导入到上述还原剂容器内的冷却水管。本发明的装置设有将通过该冷却水管的冷却水的流通切断的断流阀、及控制该断流阀开闭的控制装置，发动机启动后由该控制装置使上述断流阀在规定期间持续打开。
根据本发明，利用以发动机冷却水为热介质的加热装置加热还原剂容器内的还原剂，从而能够防止该还原剂的冻结或使已冻结的还原剂解冻。并且，发动机启动后，通过使断流阀在规定期间持续打开，定期地使冷却水在冷却水管内流通，能够防止水垢的附着。
本发明的其他目的及特征可以通过参照附图进行的以下的说明来理解。
作为优先权基础的日本专利申请第2004-316046号的内容作为本申请的一部分编入本申请中、可参照该内容。
附图说明
图1表示本发明的一个实施方式的发动机排气净化装置的结构。
图2表示上述实施方式的排气净化装置的主要部分的结构。
图3是表示控制装置所控制的内容(前半部分)的流程图。
图4是表示控制装置所控制的内容(后半部分)的流程图。
附图标记的说明
1...柴油发动机、2...排气歧管、3...排气管、4...催化剂储存器、41...还原催化剂、5...还原剂喷射嘴、6...还原剂容器、7...供给装置、8...冷却水管、9...断流阀、10...控制装置、11...还原剂供给管、12...还原剂返回管、13...泵、14...供送单元、21...发动机启动传感器、22...外界气体温度传感器、23...泵内温度传感器、24...容器内温度传感器、25...转速传感器、26...冷却水温度传感器。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本发明的一个实施方式的发动机排气净化装置的结构。该排气净化装置是通过后处理来净化从车载发动机(在此是柴油发动机，以下简称“发动机”)1中排出的NOX的装置。发动机1的排气歧管2上连接有排气管3，发动机1的排气通过排气歧管2及排气管3排放至大气中。
在排气管3的排出口3a的附近安装有催化剂储存器4，还原催化剂41被容纳在催化剂储存器4中。还原催化剂4是在由陶瓷堇青石或Fe-Cr-Al类耐热钢形成的蜂窝状的一体成型载体上承载有沸石类活性成分而构成的整体式催化剂。承载于载体上的活性成分接受还原剂的供给，使排气中的NOX转化为无害气体。
另外，在排气管3上，在还原催化剂41的上游设有还原剂喷射嘴5，还原剂喷射嘴5穿过催化剂储存器4的周壁(在此是上壁)，并固定在催化剂储存器4上。还原剂喷射嘴5用来在催化剂储存器4内喷射从还原剂容器6供给过来的还原剂(在此是尿素水溶液)，其前端被折弯，其端面5a朝向还原催化剂4的正面，还原剂喷射嘴5沿箭头A方向对还原催化剂4喷射还原剂。
还原剂容器6和还原剂喷射嘴5由还原剂供给管11相连接，在还原剂供给管11上安装有供给装置7。供给装置7通过泵(13)从还原剂容器6中把还原剂抽上来后，将该还原剂供给到还原剂喷射嘴5中。
图2详细表示了本实施方式的排气净化装置(除了还原催化剂41之外)的结构。
还原剂供给管11由将还原剂容器6和供给装置7的泵13相连接的第1供给管11a、在供给装置7内将泵13和供送单元14相连接的第2供给管11b、以及将供送单元14和还原剂喷射嘴5相连接的第3供给管11c构成。泵13把还原剂容器6内的还原剂抽上来(箭头B)，并送往供送单元14(箭头D)，并且通过还原剂返回管12使剩余部分还原剂返回到还原剂容器6中(箭头C)。供送单元14使从泵13送出的还原剂与压缩空气混合后，将它们供给到还原剂喷射嘴5中。
在本实施方式中，设有将发动机1的冷却水导入到还原剂容器6的冷却水管8。冷却水管8从形成于发动机1的水套分支，通过还原剂容器6的内部，与使冷却水在该水套和冷却水容器15之间循环的其他的冷却水管相连接。被发动机1加热了的冷却水在冷却水管8中流通，从而冷却水的热量通过冷却水管8的管壁转移至还原剂中，防止还原剂的冻结或解冻已冻结的还原剂。在图2中，此时的冷却水的流动用箭头E、F、G、H表示。
在冷却水管8上安装有断流阀9，通过断流阀9的关闭而切断冷却水管8中的冷却水的流通，使冷却水的循环停止。在本实施方式中，采用电磁阀作为断流阀9。
另外，控制装置10连接于断流阀9，能够通过控制装置10控制断流阀9的开闭。控制装置10包括作为CPU的微型计算机。对控制装置10输入如下等各种传感器的检测信号，这些传感器是：检测发动机1的电源开关(在此是点火开关)的接通/断开的发动机启动传感器21，检测外界气体温度的第1温度传感器22，检测供给装置7(在此是泵13的内部)的温度的第2温度传感器23，检测还原剂容器6内的温度的第3温度传感器24，检测发动机1的转速的转速传感器25，以及检测发动机1的冷却水温度的第4温度传感器26。另外，在本实施方式中，采用吸入空的温度作为外界气体的温度。
控制装置10基于输入来的检测信号，检测发动机1的启动，打开断流阀9，使冷却水在冷却水管8内循环。(a)发动机1的电源开关被接通，(b)外界气体温度为规定温度以下，(c)供给装置7的温度为规定温度以下，(d)还原剂容器6内的温度为规定温度以下，(e)发动机1的转速为规定值以上。当本实施方式不能满足上述(a)～(e)条件中的所有条件时，为了防止水垢的附着，在规定期间持续打开断流阀9，使冷却水循环。另一方面，当本实施方式满足(a)～(e)所有条件时，打开断流阀9而使冷却水循环，转移到为了防止还原剂容器6内还原剂的冻结或解冻已冻结的还原剂而进行的控制。
以下，通过流程图对本实施方式的排气净化装置的控制装置10的动作进行说明。另外，控制装置10每隔规定时间进行该流程图所示的控制程序。
在图3所示的流程图的S1中读取由发动机启动传感器21检测出的电源开关信号、由第1温度传感器22检测出的外界气体温度Tatm、由第2温度传感器23检测出的泵内温度Tpmp、由第3温度传感器24检测出的容器内温度Ttnk、由转速传感器25检测出的发动机转速NE、以及由第4温度传感器26检测出的冷却水温度Twtr等。
在S2中判断包括供给装置7及图中未示出的发动机控制单元而构成的还原剂添加***是否发生异常。在发生异常时，前进到S3，使还原剂添加***停止。除此以外时前进到S4。在该步骤判断的***异常除了还原剂喷射嘴5的堵塞(由尿素析出造成)等还原剂添加***的故障之外，还包括还原剂的浓度不在合适的范围内，以及还原剂容器6的残留量小于规定量。
在S4中基于输入来的检测信号判断当前的动作状况。(a)电源开关信号示出电源开关的接通；(b)外界气体温度Tatm为规定温度T1以下；(c)泵内温度Tpmp为规定温度T2以下；(d)容器内温度Ttnk为规定温度T3以下；(e)发动机转速NE为规定值N1以上，在满足该(a)～(e)所有条件时，视为在启动发动机1后，而且还原剂容器6内的还原剂已冻结的可能性高，前进到S5。另一方面，在未满足(a)～(e)中的任意一个条件时，前进到图4所示的流程图的S6。
在S5中打开断流阀9，使被发动机1加热的冷却水循环，防止还原剂容器6内的还原剂冻结或使已冻结的还原剂解冻。该控制一直持续到还原剂温度上升、还原剂冻结的可能性被消除或已冻结的还原剂解冻为止。能基于容器内温度Ttnk判断该控制的结束时刻。
在S6中判断发动机1的电源开关是否被接通。在该开关已接通时，前进到S7，除此以外时返回该程序。
在S7中判断断流阀的动作特征值α是否为0。断流阀的动作特征值α在每次发动机1启动时被初始化而设定为0，启动后通过打开断流阀9被设定为1。当α＝0时，前进到S8，除此以外时返回该程序。另外，进行该步骤的处理时，断流阀9是关闭的。
在S8中判断发动机转速NE是否为规定值N2(在此N1＝N2)以上。为N2以上时，向S9前进，除此以外时返回该程序。
在S9中判断冷却水温度Twtr是否为规定的温度T4以下。为T4以下时，向S10前进，除此以外时返回该程序。规定温度T4相当于本发明的“第2温度”，例如被设定为55℃。
在S10中打开断流阀9，使冷却水循环。
在S11中使计时器开始计时，测量打开断流阀9后的时间。
在S12中判断由计时器测量的时间是否达到规定时间。在已达到时，向S13前进，在未达到时，向S15前进。该规定时间例如被设定为5分钟。
在S13中设定断流阀的动作特征值α的值为1，表示启动发动机1后，断流阀9曾被打开过一次。
在S14中关闭断流阀9，使冷却水的循环停止。
另一方面，在S12中在判断为断流阀9打开后未经过规定时间时，读取冷却水温度Twtr(S15)、并判断已读取的Twtr是否为规定温度T5以上(S16)。为T5以上时，前进到S14，强制性地关闭断流阀9；而在除此以外时，返回S12，维持断流阀6的打开状态，并重复进行S12、S15及S16的处理直到经过规定时间为止。规定温度T5相当于本发明的“第1温度”，为防止尿素水溶液被高温冷却水加热而产生氨气，例如被设定为65℃。
在S17中使计时器复位。
另外，作为除去交换冷却水时混入到冷却水容器15中的气泡的部件，有时采用气液分离容器，该气液分离容器可以容易地安装在冷却水管8上。
本实施方式中，发动机1的排气净化装置是包括还原催化剂41、还原剂容器6、还原剂喷射嘴5、供给装置7、冷却水管8、断流阀9及控制装置10而构成的。
采用本实施方式可获得如下效果。
第1，在启动发动机1之际，通过冷却水管8将发动机1的冷却水导入到还原剂容器6中，通过以该冷却水为热介质来加热还原剂容器6内的还原剂，可以防止该还原剂的冻结或使已冻结的还原剂解冻。另外，即使在不需要防止冻结或解冻已冻结的还原剂的情况下，通过在发动机1启动后在规定时间使断流阀9持续打开，使冷却水在冷却水管8内定期地循环，可以防止水垢的附着。
第2，(a)发动机1的电源开关被接通，(b)外界气体温度Tatm为规定温度T1以下，(c)供给装置7的温度Tpmp为规定温度T2以下，(d)还原剂容器6内的温度Ttnk为规定温度T3以下，(e)发动机1的转速NE为规定值N1以上。只有满足上述(a)～(e)所有条件时，才转移到为了防止冻结或解冻已冻结的还原剂而进行的控制，从而能够准确地判断冻结的可能性而实施该控制。
第3，打开断流阀9后，在冷却水的温度Twtr在规定时间内达到规定温度T5时，强制性地关闭断流阀9，从而能够避免在还原剂容器内6产生氨气。
另外，本发明的还原剂除了采用以上说明中采用的尿素水溶液以外，也可以采用适于净化排气的其他液体还原剂，例如，采用氨水溶液。
另外，本发明不限于应用于柴油发动机，也可应用于汽油发动机。
以上，说明了本发明的较佳的实施方式，但本发明的范围不受该说明任何限制，而是应基于技术方案的记载而遵从适用条文来判断。

Claims (9)

1.一种发动机排气净化装置，该发动机排气净化装置还原排气中的NOX而进行净化，其中，
该排气净化装置包括还原催化剂、还原剂容器、还原剂喷射嘴、供给装置、加热装置、断流阀以及控制装置；上述还原催化剂用于促进NOX还原；上述还原剂容器用于以水溶液状态储存NOX还原剂；上述还原剂喷射嘴对于排气的流动而言设置在上述还原催化剂的上游；上述供给装置用于将储存在上述还原剂容器中的还原剂供给到上述还原剂喷射嘴；上述加热装置包括将发动机冷却水导入到上述还原剂容器中的冷却水管而构成，以在该冷却水管中流动的冷却水为热介质来加热上述还原剂容器内的还原剂；上述断流阀用于切断上述冷却水管中的冷却水的流通；上述控制装置控制该断流阀开闭；
在发动机启动后，上述控制装置在规定期间内一直打开上述断流阀。
2.根据权利要求1所述的发动机排气净化装置，其中，
上述控制装置对与上述还原剂容器内的还原剂的冻结有关的状态进行判断，并且在该还原剂冻结着或有要冻结的可能性的第1判断下，在与上述还原剂容器内的温度相关地确定的第1期间内一直打开上述断流阀，而在除此之外的第2判断下，在规定的第2期间内一直打开上述断流阀。
3.根据权利要求2所述的发动机排气净化装置，其中，
在上述第2判断下，上述冷却水的温度在经过第2期间之前达到比在上述断流阀打开时的温度高的规定的第1温度时，上述控制装置强制性地关闭上述断流阀。
4.根据权利要求3所述的发动机排气净化装置，其中，
在上述第2判断下，在上述冷却水的温度为比上述第1温度低的规定的第2温度以上时，上述控制装置禁止打开上述断流阀。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的发动机排气净化装置，其中，
还包括设置在上述还原剂容器中的、检测其内部温度的温度传感器。
6根据权利请求1所述的发动机排气净化装置，其中，
上述控制装置在不能满足下面所有条件时打开上述断流阀，上述条件为：(a)发动机的电源开关被接通，(b)外界气体温度为规定的温度以下，(c)上述供给装置的温度为规定的温度以下，(d)上述还原剂容器内的温度为规定的温度以下，以及(e)发动机的转速为规定的值以上。
7.根据权利要求6所述的发动机排气净化装置，其中，
在上述断流阀打开后，上述冷却水温度在经过上述规定期间之前达到了规定的温度时，上述控制装置强制性地关闭上述断流阀。
8.根据权利要求6所述的发动机排气净化装置，其中，
在满足了上述(a)～(e)所有条件时，上述控制部件打开上述断流阀，防止上述还原剂容器内的还原剂冻结或使已冻结的还原剂解冻。
9.一种发动机排气净化装置，该发动机排气净化装置还原排气中的NOX而进行净化，其中，
该排气净化装置包括还原催化剂、还原剂容器、还原剂喷射嘴、加热装置、断流阀以及控制装置；上述还原催化剂用于促进NOX还原；上述还原剂容器用于以水溶液状态储存NOX还原剂；上述还原剂喷射嘴用于在上述还原催化剂的上游将储存在该还原剂容器内的还原剂喷射到排气通路内；上述加热装置包括将发动机冷却水导入到上述还原剂容器中的冷却水管，以在该冷却水管中流动的冷却水为热介质来加热上述还原剂容器内的还原剂；上述断流阀用于切断在上述冷却水管中的冷却水的流通；上述控制装置控制该断流阀开闭；
在每次启动发动机后，上述控制装置都在规定期间一直打开上述断流阀。
CNB2005800376146A 2004-10-29 2005-09-20 发动机排气净化装置 Active CN100529342C (zh)

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