СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМЫ СНАБЖЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЕМ
METHOD OF FEED SYSTEM OPERATION BY REDUCING AGENT

Изобретение относится к способу эксплуатации системы снабжения восстановителем согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения.
Известно, что для восстановления оксидов азота в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, в частности, автомобильных дизельных моторов, в отработавшие газы добавляют водный раствор мочевины. В горячих отработавших газах происходит высвобождение аммиака, который в качестве собственного, действующего избирательно восстанавливающего средства обезвреживает оксиды азота благодаря реакции восстановления в так называемом SCR-катализаторе. Раствор мочевины при этом часто подается в отработавшие газы с помощью пневматики в виде распыляемого аэрозоля. Проблема подобного метода состоит в том, что из-за отложения мочевины в соответствующей системе снабжения восстановителем могут возникать функциональные нарушения. Для их устранения и для очистки системы снабжения восстановителем в DE 10 2006007658 A1 было предложено дополнительно к используемым воздуху и раствору мочевины готовить третью среду, предпочтительно разжижитель для мочевины, и использовать для смывания отложений мочевины. Правда, приготовление третьей среды связано в большинстве случаев с нежелательными затратами.
Задачей настоящего изобретения является предложить способ эксплуатации системы снабжения восстановителем, который позволяет упростить очистку системы.
Эта задача решается при помощи способа с признаками пункта 1 формулы изобретения.
Способ, заявленный в изобретении, отличается тем, что при нормальном режиме дозирования системы снабжения восстановителем формируют по меньшей мере приближенно непрерывный поток воздуха и прерывистый (импульсный) поток восстановителя, которые по меньшей мере частично выдают через распылительное устройство в выпускной трубопровод, а при режиме очистки для очистки системы снабжения восстановителем формируют поток воздуха, образованный из нескольких воздушных импульсов, и поток восстановителя, образованный из нескольких импульсов восстановителя, и подают их на распылительное устройство.
Под воздушным импульсом или импульсом в потоке восстановителя при этом понимается мгновенное и значительное изменение пропускного количества воздуха или восстановителя. В частности, формирование воздушного импульса или импульса в потоке восстановителя состоит в том, что поток воздуха или поток восстановителя мгновенно переходит из выключенного состояния во включенное, а затем снова в выключенное состояние. Длительность импульса находится преимущественно в диапазоне от одной до двадцати секунд.
Хотя предлагаемый в изобретении способ подходит для эксплуатации систем снабжения для различных, в частности, жидких восстановителей таких, как например, минеральное масло, спирт, углеводороды и тому подобные, применение его в системах снабжения, обеспечивающих установку нейтрализации отработавших газов водным раствором мочевины (ВРМ), особенно выгодно и предпочтительно.
При использовании ВРМ в качестве восстановителя при нормальном режиме дозирования импульсы ВРМ, сдвинутые друг от друга по времени, подводятся к по меньшей мере приближенно непрерывному потоку воздуха таким образом, что образуется аэрозольная смесь мелких капелек ВРМ и воздуха. Подача потока ВРМ к воздуху может осуществляться на месте распылительного устройства, ближе к выходному отверстию. В частности, в данном случае часть потока ВРМ может снова отводится обратно от распылительного устройства в сборник для ВРМ таким образом, что в отработавший газ будет передаваться только часть потока ВРМ. Преимущественно подача прерывистого потока ВРМ в по меньшей мере приближенно непрерывный поток воздуха осуществляется в месте, удаленном от распылительного устройства, и смесь подводится в распылительное устройство, открытое в выпускной трубопровод, через смесительный трубопровод и добавляется в поток отработавшего газа. Импульсы ВРМ при этом предпочтительно рассчитывать по необходимости так, чтобы в целом как можно быстрее достичь желаемой реакции обмена NOx в катализаторе восстановления NOx установки нейтрализации отработавших газов. Формирование и дозирование прерывистого потока ВРМ осуществляется преимущественно в режиме широтно-импульсной модуляции дозирующего вентиля. Поток воздуха подается преимущественно от компрессорного модуля.
Если установлена необходимость очистки системы снабжения восстановителя, то активируется режим очистки, предпочтительнее после успешной проверки заданных условий для запуска. В режиме очистки формируются как воздушные импульсы, так и импульсы в потоке ВРМ, которые подаются на распылительное устройство. Вследствие результирующего воздействия ударами воздуха, ВРМ и/или смеси ВРМ и воздуха на имеющиеся в системе снабжения восстановителем отложения становится возможным их эффективное снятие и удаление из системы. Само собой разумеется, можно также предусмотреть, чтобы режим очистки активировался в предупредительных целях в заданные моменты времени, при каждом втором, каждом пятом, вообще каждом n-ом приведении в действие системы снабжения восстановителем.
В одном варианте осуществления способа определяется скоростной напор в трубопроводе системы снабжения восстановителем для перемещения потока воздуха к дозирующему устройству, и режим очистки активируется при превышении заданного, в частности, первого верхнего порогового значения давления. Благодаря непрерывному контролю за давлением становится возможным надежный контроль системы снабжения восстановителем, в частности, в отношении отложений и других загрязнений, вызывающих сужение поперечного сечения в проводящей системе. Например, отложения, обусловленные коррозией, или отложения мочевины в системе, проводящей воздух для системы снабжения восстановителем, приводят к повышенному сопротивлению потока. При использующемся потоке воздуха с известными или заданными параметрами отсюда получается измеримый подъем давления. Благодаря контролю за скоростным напором в заданных подходящих местах проводящей системы, преимущественно в трубопроводе, где проходит воздух и/или смесь ВРМ и воздуха, можно с уверенностью определить, существует ли необходимость для очистки системы снабжения восстановителем. Если зарегистрировано недопустимое возрастание скоростного напора, то активируется режим очистки.
Аналогично, в следующих вариантах осуществления предлагаемого в изобретении способа определяется скоростной напор в трубопроводе системы снабжения восстановителем для перемещения потока воздуха к распыляющему устройству и активированный режим очистки прекращается при выходе давления за заданное нижнее пороговое значение. Согласно изобретению вследствие предусмотренного контроля за давлением при текущем режиме очистки можно достоверно определить, будет ли режим очистки успешно выполнен в желаемом объеме и в какой момент времени это произойдет.
Это проявляется типичным образом в уменьшенном сопротивлении потока, вызванном удалением отложений, которое можно узнать при измерении давления. После этого режим очистки прекращается и при известных условиях возвращается к нормальному режиму дозирования или тот активируется.
Нормальный режим дозирования прерывается лишь в обязательных случаях, и не допускает без необходимости долгое поддержание режима очистки.
В следующем варианте осуществления способа активированный режим очистки прекращается после превышения заданного значения для общего количества восстановителя в потоке, образованном импульсами восстановителя, или после превышения заданной продолжительности режима очистки. Это, в частности, имеет преимущество, но не при предупредительной активации режима очистки, поскольку сначала определяется общее количество восстановителя, эффективное для чистки, соответственно продолжительность режима чистки и таким образом может они устанавливаются оптимальными.
В следующем варианте осуществления способа для режима очистки предусмотрен, в частности, первый вид работы, при котором последовательность импульсов в потоке восстановителя и воздушных импульсов формируется таким образом, что соответствующий импульс в потоке восстановителя по времени перекрывается соответствующим воздушным импульсом. Это дает возможность в режиме очистки периодически перемещать только воздух или только жидкий восстановитель и периодически перемещать смесь восстановителя и воздуха через трубопроводы системы снабжения восстановителем и/или распылительное устройство. Это оказывается особенно эффективным при очистке применительно к удалению отложений. К тому же полезным является, если в следующем варианте осуществления способа возрастающий и/или спадающий фронт импульса в потоке восстановителя по времени попадает в воздушный импульс.
В следующем варианте осуществления способа воздушный импульс по времени полностью попадает в импульс в потоке восстановителя. Таким образом, после паузы при подаче в режиме беспрепятственного протекания при открытии запорного вентиля включается, прежде всего, поток восстановителя, преимущественно мгновенно. После прохождения особенно короткого временного интервала подключается поток воздуха, и после этого при сохраняющемся потоке восстановителя он снова отключается.
После следующего короткого временного интервала, преимущественно в диапазоне от одной до нескольких секунд, поток восстановителя также отключается. Благодаря этому формируются короткие фазы промывки проводящей системы с помощью жидкого восстановителя, в которых подключается аэрозольная смесь восстановителя и воздуха. Это также оказывается очень эффективным в отношении отслоения отложений.
В следующем варианте осуществления способа для режима очистки предусмотрен, в частности, второй вид работы, в котором при выключенном потоке воздуха формируются несколько следующих друг за другом импульсов в потоке восстановителя, а при выключенном потоке восстановителя формируются несколько последовательных воздушных импульсов. Такой принцип оказался особенно эффективным в отношении удаления крепко держащихся отложений. Подобные наблюдаются, главным образом, после длительного бездействия системы снабжения восстановителем, вследствие простоя автомобиля в течение многих часов или дней. Поэтому предусматривается, что второй вид работы нужно активировать вообще после заданной продолжительности простоя вместе с возобновлением работы системы снабжения восстановителем.
Прежде всего, применительно к удалению особо сильно прилипших загрязнений является полезным, когда в следующем варианте осуществления изобретения определяется скоростной напор в трубопроводе системы снабжения восстановителем для перемещения потока воздуха к распылительному устройству и активируется первый вид работы режима очистки при превышении заданного первого верхнего порогового значения давления, а второй вид работы режима очистки активируется при превышении второго верхнего порогового значения давления, причем второе верхнее пороговое значение давления выше, чем первое пороговое значение. При этом особенно полезно, когда в следующем варианте осуществления изобретения за режимом очистки со вторым видом работы следует режим очистки с первым видом работы. Преимущественно первый вид работы активируется непосредственно после прекращения второго вида работы.
Варианты осуществления изобретения наглядно представлены на чертежах и описаны в дальнейшем. При этом упомянутые выше признаки и те, что еще будут поясняться в дальнейшем, используются не только в указанных комбинациях признаков, но и в других комбинациях или по отдельности, оставаясь в рамках данного изобретения.
На чертежах:
фиг.1 - схематическое представление варианта системы снабжения восстановителем,
фиг.2 - схематическая временная диаграмма для последовательности воздушных импульсов и импульсов в потоке восстановителя для пояснения варианта заявленного в изобретении способа, соответствующего режиму очистки первого вида,
фиг.3 - схематическая временная диаграмма для последовательности воздушных импульсов и импульсов в потоке восстановителя для пояснения варианта заявленного в изобретении способа, соответствующего режиму очистки второго вида.
Представленный схематически на фиг.1 вариант осуществления изобретения включает рассматриваемую здесь систему снабжения восстановителем 1, подводящий трубопровод 2 для дозируемой жидкости. В подводящем трубопроводе 2 расположены дозирующий вентиль 4, работающий по тактам, а также настраиваемый регулирующий дроссель 5 и первый датчик давления 6. Подводящий трубопровод 2 может быть использован так же, как и трубопровод для подведения воздуха 3 для подачи сжатого воздуха в зону смешения 11 системы снабжения восстановителем 1. В зоне смешения 11 осуществляется внутреннее смешивание подведенного сжатого воздуха и жидкости таким образом, чтобы получить аэрозольную смесь с капельками жидкости как можно меньшего размера. Зона смешения 11 может быть сконструирована в виде отдельной смесительной камеры или в виде встроенной составной части подводящего трубопровода 2 для жидкости или трубопровода для подведения воздуха 3.
В дальнейшем исходят из того, что под жидкостью имеют в виду водный раствор мочевины (ВРМ), который может впрыскиваться в виде аэрозольной смеси посредством распылительного устройства в выпускной трубопровод автомобиля в так называемый SCR-катализатор для удаления оксидов азота. Система снабжения восстановителем 1 не ограничивается только этим применением, а может использоваться в принципе также для дозирования любой другой жидкой примеси.
Подача ВРМ в подводящий трубопровод 2 осуществляется из сборника преимущественно при помощи насоса, что детально здесь также не представлено. При этом насосом создается и/или поддерживается давление подкачки рВРМ в подводящем трубопроводе 2 перед дозирующим вентилем 4, которое фиксируется первым датчиком давления 6. Дозирующий вентиль выполняется преимущественно в виде 2/2-ходового электромагнитного вентиля. Предусмотрено, что дозирующий вентиль 4 работает таким образом, что он не может ни открываться, ни закрываться, пока он не получит соответствующий управляющий сигнал.
Регулирующий дроссель 5 служит для настройки благоприятных рабочих точек в отношении прохождения жидкости через открытый дозирующий вентиль 4 при преобладающих режимах давления. Регулирующий дроссель 5 преимущественно размещается в подводящем трубопроводе 2 для жидкости, как представлено на фиг.1, перед дозирующим вентилем 4 и за первым датчиком давления 6. Размещение в других местах подводящего трубопровода 2, в частности перед зоной смешивания 11, также возможно.
При открытом дозирующем вентиле 4 ВРМ протекает сквозь него и смешивается с подведенным сжатым воздухом в зоне смешивания 11 или вследствие подачи сжатого воздуха распыляется в зоне смешивания 11. Предусмотрено, что при нормальном режиме дозирования системы снабжения восстановителем 1 сжатый воздух перемещается постоянно, даже при закрытом дозирующем вентиле 4. В частности, предусмотрено, что при вводе в действие системы снабжения восстановителем 1 дозирование ВРМ начинается только тогда, когда имеется достаточный расход воздуха. Для снабжения сжатым воздухом нужно в первую очередь прибегнуть к пневмоаккумулятору или компрессору, которые здесь не представлены. Заданное давление воздуха предпочтительнее регулировать, к примеру, редукционным вентилем, который здесь также не представлен. Посредством включаемого дополнительно управляющего переключательного элемента 16 подачу воздуха со стороны входа трубопровода для подачи воздуха 3 можно по выбору запирать и отпирать.
Массовый расход ВРМ через открытый дозирующий вентиль 4 зависит главным образом от имеющегося на вентиле перепада давления Ар. Тем не менее, даже при постоянном давлении подкачки рВРМ в подводящем проводе 2 для жидкости могут возникать колебания перепада давления Ар вследствие колеблющегося давления при дозировании pL за дозирующим вентилем 4. Последние вызваны главным образом колебаниями условий давления в зависимости от режима двигателя в газовыпускной установке, что могут действовать в подающем трубопроводе 2 до выхода дозирующего вентиля 4.
Для этого предусмотрено, регистрировать посредством второго датчика давления 7 давление при дозировании pL дозирующим вентилем 4, предпочтительнее в зоне смешивания 11, и таким образом непрерывно определять текущий перепад давления Ар. Размещение второго датчика давления 7 в других местах за дозирующим вентилем 4 также возможно.
Чтобы избежать обратного течения ВРМ в трубопровод для подачи воздуха 3, со стороны входа в зону смешивания 11 в трубопроводе для подачи воздуха 3 располагается буферный элемент 15. Преимущественно буферный элемент 15 образует торцевой участок трубопровода для подачи воздуха 3 и впадает в зону смешивания 11. Хотя буферный элемент 15 может быть выполнен, к примеру, в виде обратного клапана, выгоднее, чтобы буферный элемент был сконструирован в виде сопла, в частности, так называемого сверхкритического сопла, с помощью которого можно достичь потока воздуха со сверхзвуковой скоростью. Таким способом можно значительно избежать проникновения ВРМ в трубопровод для подачи воздуха 3. В дальнейшем возможны сильные завихрения в зоне смешивания 11. Благодаря воздуху, поступающему в зону смешивания 11 с высокой скоростью, подаваемый ВРМ в зоне смешивания подвергается мелкому перемешиванию или превращается в туман, образуя аэрозольную смесь. Сверх того, исполнение буферного элемента 15 в виде сверхкритического сопла содействует выравниванию воздушного потока. Кроме того, для поддержания равномерного воздушного потока предусматривается устанавливать давление воздуха со стороны входа в трубопровод для подачи воздуха 3 или перед буферным элементом 15 как можно ближе к постоянному. Целесообразным является избыточное давление около 5 бар.
Предпочтительным является, как изображено, подключать в трубопроводе для подачи воздуха 3 перед буферным элементом 15 третий датчик давления 14 таким образом, чтобы давление воздуха, имеющееся перед буферным элементом 15, можно было также контролировать.
Второй датчик давления 7 дает возможность, с одной стороны, совместно с первым датчиком давления 6 определять перепад давления Ар, имеющийся при последовательном включении регулирующего дросселя 5 и дозирующего вентиля 4, а с другой стороны, в сочетании с третьим датчиком давления 14 определять перепад давления, возникающий из-за буферного элемента 15. Последний может быть также определен при отказе от третьего датчика давления 14 с учетом давления воздуха, установленного предварительно. Вследствие контроля за давлением можно добиться точного дозирования смеси или ВРМ.
Через смесительный трубопровод 12 смесь, полученная в зоне смешивания 11, подается на распылительное устройство или установку нейтрализации отработавших газов. Сжатый воздух при этом служит средой для перемещения. Поскольку нормальный способ не является предпочтительным, возможно вместо сжатого воздуха использовать другую среду для перемещения, например, азот или отработавший газ.
Для управления или регулирования системы снабжения восстановителем 1 предусмотрен не представленный здесь блок управления дозированием, к которому подключены датчики давления 6, 7 и 14 и дозирующий вентиль 4 через разъемы 8, 9, 10, 13. Блок управления дозированием выполнен преимущественно в виде микрокомпьютера с устройством ввода-вывода, вычислительным блоком и запоминающим устройством, чтобы можно было обрабатывать полученные данные и измеренные значения для управления системой снабжения восстановителем 1 и определять и выдавать соответствующие управляющие сигналы. Например, переключательный элемент 16 в трубопроводе для подачи воздуха 3 через устройство сопряжения 17 управляется таким образом, что подача воздуха может по выбору включаться и выключаться.
Вследствие отложений мочевины или составных частей, подвергшихся коррозии, в проводящей системе или даже в распылительном устройстве системы снабжения восстановителем 1 могут возникнуть засорения, которые нарушают правильный режим. Отложения вызывают обычно сужение поперечного сечения в данном трубопроводе, которое дает о себе знать повышенным скоростным напором. Это может быть установлено, к примеру, при оценивании одного или нескольких значений давления, выдаваемых датчиками давления 6, 7, 14. Нарушение, обусловленное засорением или отложениями, может быть зафиксировано благодаря контролю за расходом воздуха и/или ВРМ, который в случаях неполадок обычно опускается ниже предусмотренных значений. В дальнейшем примерно исходят лишь из того, что засорение имеется в зоне смешивания 11 или за ней, что дает о себе знать ростом давления, обнаруживаемым вторым датчиком давления 7, при подаче воздуха через трубопровод для подачи воздуха 3 или смесительный трубопровод 12. Если при предусмотренном расходе воздуха вторым датчиком давления 7 зафиксировано рабочее давление, возросшее до первого верхнего порогового значения, то нормальный режим дозирования прерывается и запускается режим очистки. Режим очистки состоит в том, что формируются поток воздуха, образованный из нескольких воздушных импульсов, и поток ВРМ, образованный из нескольких импульсов ВРМ, которые подводятся к распылительному устройству, что в дальнейшем поясняется подробнее посредством фиг.2.
Фиг.2 показывает схематическую временную диаграмму для последовательности воздушных импульсов 20 и импульсов ВРМ в потоке 21, соответствующую режиму очистки первого вида, который активируется преимущественно тогда, когда вторым датчиком давления 7 зафиксировано давление, возросшее до первого верхнего порогового значения, например, до 2,5 бар. При этом изменяются как поток воздуха, так и поток ВРМ периодически и скачкообразно от выключенного состояния во включенное и вновь обратно в выключенное состояние так, что в результате получается импульс, приближающийся к прямоугольному, заданной длины или с заданной длительностью периода. Более предпочтительно, если воздушные импульсы 20 и импульсы ВРМ 21 по времени перекрываются. В частности, целесообразно, когда возрастающий фронт 24 импульса в потоке ВРМ по времени попадает в активный воздушный импульс 20, а спадающий фронт 22 воздушного импульса 20 попадает по времени в активный импульс в потоке ВРМ 21. Соответственно, данный возрастающий фронт 23 соответствующего воздушного импульса 20 попадает в паузу между импульсами в потоке ВРМ, а спадающий фронт 25 импульса в потоке ВРМ 21 попадает в паузу между воздушными импульсами. Тактовое соотношение воздушных импульсов 20 и импульсов в потоке ВРМ 21 целесообразно установить равным единице. Воздушные импульсы 20 и импульсы в потоке ВРМ 21 имеют при этом длительность преимущественно от 1 с до 10 с. Можно предусмотреть, чтобы в соответствующем импульсе в потоке ВРМ подавалось заданное количество ВРМ, например, 50 мл.
Вследствие прерывистой подачи воздуха и/или ВРМ отложения эффективно отделяются или растворяются и вымываются распылительным устройством из системы снабжения восстановителем 1. В целом для этого достаточно продолжительности режима очистки по предварительным расчетам от 0,5 мин до 10 мин. Критерием завершения режима очистки служит или истечение заданной длительности, или выход давления, измеренного датчиком давления 7, за нижнее пороговое значение, например, 1,9 бар. После этого возобновляется нормальный режим дозирования.
В частности, при более продолжительных фазах бездействия могут образоваться крепко прилипшие или более жесткие отложения. Это обычно можно заметить по сильному росту скоростного напора, измеряемого в системе снабжения восстановителем 1. Если, к примеру, вторым датчиком давления 7 было измерено рабочее давление, возросшее до второго заданного порогового значения около 3,5 бар, то можно сделать заключение о сильном загрязнении.
В этом случае согласно заявленному изобретению предусмотрено активировать режим очистки в соответствии со вторым видом. Предусмотренный при этом предпочтительный принцип действия поясняется далее на основе фиг.3.
На фиг.3, так же как и на фиг.2, изображено представление последовательности воздушных импульсов 20 и импульсов в потоке ВРМ 21, соответствующее режиму очистки второго вида. При нем несколько выполняемых друг за другом импульсов в потоке ВРМ 21 чередуются с несколькими выполняемыми также последовательно воздушными импульсами 20 таким образом, что при импульсах одного вида подача другой среды прекращается. Целесообразно начинать процесс с формирования импульсов в потоке ВРМ 21. Благодаря этому становится возможным размягчение корок, которые лучше отделяются воздушными импульсами 20, подключаемыми к последовательности импульсов в потоке ВРМ 21. Соответствующая пачка импульсов может состоять из 10 импульсов, причем тактовое соотношение и длительность целесообразно устанавливать такими же, как и при режиме очистки первого вида. Режим очистки должен иметь общую длительность, определенную заранее. Тем не менее, можно также предусмотреть, чтобы заканчивать режим очистки при выходе давления за заданное нижнее пороговое значение, измеряемое при активной подаче воздуха. Также можно предусмотреть, чтобы режим очистки поддерживался в течение времени, пока не поступит заданное количество ВРМ для режима пульсации. Благодаря этому можно избежать нежелательно долгой работы по очистке.
Целесообразно предусмотреть, чтобы непосредственно или через короткое время спустя выполнения режима очистки, соответствующего второму виду работы, выполнить режим очистки первого вида, как наглядно показано на фиг.2.
Поскольку отложения большей частью увеличиваются после перерывов в эксплуатации, можно предусмотреть, чтобы ввод в действие системы снабжения восстановителем 1 принципиально начинался вместе с режимом очистки, соответствующему первому или второму виду работ. Альтернативно или дополнительно можно предусмотреть, чтобы после завершения нормального режима дозирования проводился общий предупредительный режим очистки.
Благодаря этому отложения эффективно предупреждаются и/или устраняются, пока они не начали оказывать нежелательное влияние. При снятии с эксплуатации для удаления остатков ВРМ из проводящей системы далее может быть предусмотрена фаза промывки, в которой на временном интервале сохраняется только поток воздуха. Также может быть предусмотрено, чтобы вообще выполнять исключительно режим очистки, соответствующий первому или второму виду работ, которые пояснялись выше.