CN105026711A - 尿素scr用尿素水配管闭塞检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置，能够准确地检测在到喷射尿素水的定量阀为止的配管中尿素水是否闭塞。其检测从供给泵(18)到定量阀(12)的配管部的闭塞，具备：尿素水传感器(22)，检测尿素水箱(15)内的尿素水温度；压力传感器(27)，检测压送管路(20)的压力；排气温度传感器(26)，设置于SCR装置(11)的上游侧的排气管(10)；以及闭塞判定单元(33)，在键开关被开启时，在实施了驱动供给泵(18)而使配管部升压的起动控制之后，在排气温度传感器(26)的检测值为设定温度以下且尿素水传感器的检测值为冻结温度以上时，实施使配管部内的尿素水返回到尿素水箱(15)的排空控制，根据该排空控制时的上述压力传感器的检测值来检测配管部的堵塞。

Description

尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置
技术领域
本发明涉及一种使用尿素水对发动机的废气中的NOx进行选择还原的尿素SCR***，尤其涉及能够检测在到喷射尿素水的定量阀为止的配管中尿素水是否闭塞的尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置。
背景技术
作为用于对柴油发动机的废气中的NOx进行净化的废气净化***，开发有使用了选择还原催化剂的选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction)***(SCR***)。
该SCR***为，将尿素水箱中所存积的尿素水向SCR装置的废气上游供给，通过废气的热使尿素水水解而生成氨，通过该氨并利用SCR装置内的催化剂对NOx进行还原而将其净化。从设置于SCR装置的上游侧的定量阀喷射尿素水，由此向SCR的废气上游供给尿素水。
通过具备供给模块泵(SM泵)、尿素水压力传感器等的供给模块，进行尿素水向定量阀的供给。供给模块经由吸入管路与尿素水箱连接，将通过吸入管路从尿素水箱汲取的尿素水，通过将供给模块与定量阀进行连接的压送管路供给至定量阀。定量阀由DCU(定量控制单元)控制，根据设置于SCR装置的下游的NOx传感器的检测值对定量阀进行开闭控制，而调整尿素喷射量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-247137号公报
专利文献2：日本特开2012-2061号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在将尿素水向NOx催化剂内喷射的定量阀内、以及到达该定量阀的压送管路内由于杂质而发生堵塞的情况下，无法进行尿素水喷射，因此通过设置于SCR装置的下游的NOx传感器来检测SCR净化率是否异常，由此能够进行堵塞的检测。
但是，根据净化率的异常判定，无法区分是SCR装置内的催化剂的异常还是尿素水喷射***的异常。此外，在由于尿素水的低温冻结时而在配管部发生堵塞的情况下，无法立即判定为异常，而需要等待解冻才能够进行定量，在这种现状下，存在无法判断是由杂质引起的堵塞还是由冻结引起的堵塞的问题。
因此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置，能够准确地检测在到喷射尿素水的定量阀为止的配管上尿素水是否闭塞。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明为一种尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置，用于在通过供给泵吸入尿素水箱内的尿素水，并将该尿素水从压送管路和设置于SCR装置的上游侧的定量阀喷射时，检测从供给泵到定量阀的配管部的闭塞，其特征在于，具备：尿素水传感器，检测尿素水箱内的尿素水温度；压力传感器，检测压送管路的压力；排气温度传感器，设置于SCR装置的上游侧的排气管；以及闭塞判定单元，在键开关被开启时，在实施了驱动上述供给泵而使上述配管部升压的起动控制之后，在排气温度传感器的检测值为设定温度以下、尿素水传感器的检测值为冻结温度以上时，实施使配管部内的尿素水返回到尿素水箱的排空控制，并根据该排空控制时的上述压力传感器的检测值来检测配管部的堵塞。
优选为，上述闭塞判定单元为，在由尿素水传感器检测到的尿素水温度为冻结温度以下时，为了使发动机冷却水向尿素水箱和定量阀流动来进行解冻，而驱动解冻单元。
优选为，上述闭塞判定单元为，在根据压力传感器的检测值而稳定地进行起动控制，且未实施配管部的闭塞判定时，实施排空控制。
优选为，如果在上述排空控制时由上述压力传感器检测到的压力为正常范围，则上述闭塞判定单元判定为无堵塞，而结束配管部的闭塞判定。
优选为，在上述排空控制时由上述压力传感器检测到的压力为正常范围外的负压、且该负压持续一定时间时，上述闭塞判定单元对闭塞判定的计数进行累加，之后，在经过规定时间后再次反复进行起动控制和排空控制，在该闭塞判定的计数成为规定次数时，判定为由杂质引起的堵塞。
发明的效果
本发明能够发挥的优异效果为：在键开关开启时，在规定的许可条件下，强制地进行以往在车辆停止时进行的排空控制，并根据此时的供给泵的吸入压力来检测配管部的堵塞，由此能够准确地检测除了冻结以外的由杂质引起的堵塞。
附图说明
图1是本发明的SCR***的概要图。
图2是表示本发明的尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置的流程图的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的优选的一个实施方式进行详细说明。
图1表示SCR***的概要，在柴油发动机(未图示)的排气管10上连接有SCR装置11，在该SCR装置11的上游侧设置有喷射尿素水的定量阀12，在SCR装置11的下游侧设置有NOx传感器13。
NOx传感器13的检测值被输入至DCU(定量控制单元)14，通过DCU14对定量阀12进行开闭控制。
从定量阀12喷射的尿素水U，存积于尿素水箱15，从吸引管路16吸引到供给模块17的供给泵18，从供给泵18通过过滤器19而被除去杂质，并通过压送管路20向定量阀12压送。此外，剩余的尿素水U从过滤器19的排出侧的压送管路20通过返回管路21而返回到尿素水箱15内。
在供给泵18上连接有切换吸入侧和排出侧的四通阀，但对此未图示，并且，在压送管路20上设置有检测尿素水的压力的压力传感器27，其检测值被输入至DCU14。
在尿素水箱15内设置有检测尿素水液面、尿素水温度、基于尿素水浓度的品质等的尿素水传感器22，尿素水传感器22对尿素水箱15内的尿素水温度等进行计测，并将其向DCU14发送。
DCU14计算向SCR装置11喷射尿素水的量、定时，驱动供给泵18而将尿素水提高至规定压力，对定量阀12的开闭进行控制，在适当的定时喷射适当的量。
NOx传感器13为，为了监视通过从定量阀12适当地喷射尿素水而SCR装置11下游的废气中的NOx值成为恒定的情况，而向DCU14发送计测值。
DCU14连接有主要进行燃料喷射控制的ECM(发动机控制模块)23，从ECM23向DCU14发送车速信号等运转信息、外部气体温度等控制信息。
此外，DCU14连接有蓄电池24，并且点火键25的开启、关闭信号被输入DCU14。
在SCR装置11的上游侧的排气管10上，设置有对向SCR装置11流入的废气温度进行检测的排气温度传感器26，其检测值被输入至DCU14。
在尿素水箱15中设置有在冬季等尿素水冻结时供发动机冷却水流动来进行解冻的解冻用配管28，此外，在定量阀12中也设置有解冻用配管28，在该解冻用配管28上设置有作为解冻单元的解冻用阀29，该解冻用阀29由DCU14控制。
在该SCR***中，DCU14基于ECM23的信息以使NOx传感器13的检测值成为恒定的方式决定从定量阀12喷射的尿素水的喷射指示量，并基于该决定值对定量阀12进行开闭控制，根据废气中的NOx来喷射尿素水。由此，在SCR装置11中尿素水水解成为氨，通过该氨在存在SCR装置11内的催化剂的情况下使NOx脱硝。
在通常的SCR***中，在通过点火键25使键开关开启之后，进行供给泵18的起动控制。该起动控制为，向压送管路20流入尿素水，使尿素水充满配管部内而升高至起动压力。
在该起动控制之后，在进行了使尿素水压力进一步升高至增大压力而成为能够喷射的状态的增大控制之后，从定量阀12喷射尿素水，进行车辆行驶中的NOx除去。
之后，点火键25被关闭，在车辆停止之后，在使定量阀12打开的状态下，实施规定时间的排空(Empting)控制，该排空控制为，对供给泵18的四通阀进行切换而将残留在压送管路20内的尿素水回收到尿素水箱15，之后停止供给泵18。
然而，在从供给泵18到压送管路20和定量阀12的路径上由于冻结、杂质等而发生堵塞时，仅根据NOx传感器13的检测值无法判定是否从定量阀12适当地喷射尿素水。
关于尿素水的冻结，DCU14根据来自ECM23的外部气体温度信息以及尿素水传感器22的尿素水温度，在降低至尿素水的冻结温度(虽然也基于尿素水浓度，但在通常浓度32.5％、为-11℃)附近时，打开作为解冻单元的解冻用阀29，使发动机冷却水在解冻用配管28中流动来对定量阀12、尿素水箱15进行加热而实施解冻控制，但在压送管路20等中残留了一部分冻结的尿素水的情况下，会发生与由杂质引起的相同的堵塞。
因此，在本发明中构成为，DCU14具备：冻结检测单元30，基于来自ECM23的外部气体温度和来自尿素水传感器22的检测值，检测尿素水有无冻结；压力判定单元31，被输入压力传感器27的检测值，检测根据起动控制实施时的压力(排出压力)是否能够稳定地进行起动，并且检测排空控制实施时的压力(吸入压力)是否处于正常范围内；排气温度检测单元32，被输入排气温度传感器26的检测值；以及闭塞判定单元33，在点火键25的键开关被开启时，在实施了驱动供给泵18而使压送管路20等配管部升压的起动控制之后，在排气温度传感器26的检测值为设定温度以下、且尿素水传感器22的检测值为冻结温度以上时，实施使配管部内的尿素水返回到尿素水箱的排空控制，根据该排空控制时的压力传感器27的检测值来检测配管部的堵塞。
对该闭塞判定单元33进一步进行说明，首先，进行闭塞判定的定时为，在进行起动控制、且尿素水压力达到目标压力(起动压力)紧后实施闭塞判定。此时，对排气温度不高于规定值(DPF(柴油颗粒过滤器)温度C)的情况、以及不满足规定的许可条件的情况进行确认。
在满足该规定的许可条件时，闭塞判定单元33实施排空控制，压力判定单元31监视此时的压力，如果压力为正常范围内，则判定为未闭塞，在为正常范围外、且压力(负压)持续一定时间低于阈值的情况下，判定为闭塞。在未闭塞的情况下，定量阀12未关闭，因此成为比闭塞时小的负压，在闭塞的情况下，成为接近真空压的压力，因此能够容易地判定有无闭塞。
在由该闭塞判定单元33判定为未闭塞的情况下，进行通常的控制，从起动控制进行测量控制(将压送管路20内的尿素水从起动控制压升高至规定压力(增大压力)，而成为能够喷射状态)。
在判定为存在闭塞的情况下，在经过规定时间之后进行起动控制，每当尿素水压力达到目标压力就再次实施闭塞判定，在连续进行一定次数(N次)的该有无闭塞判定，并在该一定次数N以内判定为未闭塞的情况下，为部分冻结的尿素水解冻而恢复正常的状态，在超过一定次数N的情况下，判断为不是冻结而是由杂质堵塞引起的闭塞，能够与由冻结引起的堵塞相区分地判定为由杂质引起的堵塞。
接着，根据图3的流程图对本发明进行说明。
在步骤S1中开始控制，在步骤S2中键开关被开启时，在步骤S3中判定尿素水有无冻结，在存在冻结时(是)，在步骤S4中实施解冻控制，在不存在冻结时(否)，在步骤S5中实施起动控制，并且在步骤S6中判断排气温度是否高于DPF温度的设定温度。
进行该步骤S6的判断的原因为：在排气温度较高时，当在向压送管路供给尿素水而进行起动控制紧后、打开定量阀来进行排空控制时，定量阀内的尿素水由于排气温度的热而成为氰尿酸而结晶化，成为粘连的原因，因此使闭塞检测待机直到排气温度降低。
接着，在步骤S6中，在排气温度降低了时(否)，在步骤S7中判断是否满足排空控制实施许可条件。
作为该许可条件的例子，具有：
·未发生致使定量停止的故障；
·稳定地进行起动控制；
·未进行配管部(PL)闭塞判定(P/L闭塞判定结束计数为0)；
·步骤S3的冻结判定时间较长、或者实施了解冻失败时的重新起动(存在冻结不完全的可能性)；
·外部气体温度、尿素水温度为规定值以下；
·NOx净化效率降低的情况(由于杂质而无法进行适当的尿素喷射)。
在符合这些条件的情况(是)下，实施步骤S8的排空控制，在不符合的情况(否)下，转移至步骤S20。
在步骤S8中实施了排空控制之后，在步骤S9中判断排空控制是否结束。在步骤S10中再次判定排气温度是否高于DPFactiv_C，如果高于(是)，则转移至步骤S16的起动控制(Start Up)。
在该步骤S10中排气温度不高时(否)，判断尿素压力是否高于正常范围的上限值(High_C)，在高于时(是)，转移至步骤S22的起动(Start Up)控制。
在步骤S11中尿素水的尿素压力为上限值以下(否)时，在步骤S12中判断尿素压力是否为正常范围的下限值(Low_C)，在高于下限值时(否)，返回到步骤S9的判断，在低于下限值时(是)，在步骤S13中判断该状态是否维持了Tsec期间，在未维持(否)时，返回到步骤S9的判断，在维持了时(是)，在步骤S14中结束排空控制之后，在步骤S15中将P/L闭塞计数增量+1，之后在步骤S16中重新开始起动控制，在步骤S17中进行计时相加，并且在步骤S18中进行计时的累加，如果时间超过Tc(是)，则在步骤S19中对PL测试计数(PLtest_ctr)加1，并再次实施步骤S8的排空控制。
由此，在压送管路等配管部被杂质等闭塞的情况下，反复进行步骤S9～S19，在该反复超过一定次数N时，在步骤S9中设为排空控制结束，而转移至步骤S20。
在步骤S20中，判断P/L闭塞计数是否为N次以上，在超过N次时(是)，在步骤S21中设为P/L异常确定(由杂质引起的堵塞)而结束控制(步骤S25)。
在步骤S20中，如果P/L闭塞计数为N次以内，则在步骤22中执行起动控制，在步骤S23中实施测量控制，在步骤S24中实施定量控制并成为通常控制而结束控制(步骤S25)。在该情况下，根据P/L闭塞计数的次数，判定闭塞判定单元33还能够判定由于一部分冻结而发生闭塞、之后解冻结束。
符号的说明
10：排气管；11：SCR装置；12：定量阀；13：NOx传感器；14：DCU；15：尿素水箱；22：尿素水传感器；26：排气温度传感器；33：闭塞判定单元。

Claims (5)

1.一种尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置，用于在通过供给泵吸入尿素水箱内的尿素水，并将该尿素水从压送管路和设置于SCR装置的上游侧的定量阀喷射时，检测从供给泵到定量阀的配管部的闭塞，其特征在于，具备：
尿素水传感器，检测尿素水箱内的尿素水温度；
压力传感器，检测压送管路的压力；
排气温度传感器，设置于SCR装置的上游侧的排气管；以及
闭塞判定单元，在键开关被开启时，在实施了驱动上述供给泵而使上述配管部升压的起动控制之后，在排气温度传感器的检测值为设定温度以下、且尿素水传感器的检测值为冻结温度以上时，实施使配管部内的尿素水返回到尿素水箱的排空控制，并根据该排空控制时的上述压力传感器的检测值来检测配管部的堵塞。
2.如权利要求1所述的尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置，其中，
上述闭塞判定单元为，在由尿素水传感器检测到的尿素水温度为冻结温度以下时，为了使发动机冷却水向尿素水箱和定量阀流动来进行解冻，而驱动解冻单元。
3.如权利要求1所述的尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置，其中，
上述闭塞判定单元为，在根据压力传感器的检测值而稳定地进行起动控制、且未实施配管部的闭塞判定时，实施排空控制。
4.如权利要求1所述的尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置，其中，
如果在上述排空控制时由上述压力传感器检测到的压力为正常范围，则上述闭塞判定单元判定为未堵塞，而结束配管部的闭塞判定。
5.如权利要求4所述的尿素SCR用尿素水配管闭塞检测装置，其中，
在上述排空控制时由上述压力传感器检测到的压力为正常范围外的负压、且该负压持续一定时间时，上述闭塞判定单元对闭塞判定的计数进行累加，之后，在经过规定时间后再次反复进行起动控制和排空控制，在该闭塞判定的计数成为规定次数时，判定为由杂质引起的堵塞。
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