用於噴射器故障補救的系統和方法
2023-05-18 03:30:31
用於噴射器故障補救的系統和方法
【專利摘要】本發明涉及用於噴射器故障補救的系統和方法。一種機器包括具有排氣系統的發動機。柴油機排氣處理液(DEF)噴射器提供計量的DEF並且包括適合響應於命令而選擇性地打開的閥。與發動機和DEF噴射器相聯的控制器監視DEF噴射器的操作以檢測故障並且在已檢測到故障時啟動故障補救循環。該故障補救循環包括加熱排氣以加熱DEF噴射器並使可能正導致故障的任何尿素晶體熔化，以及啟動DEF噴射器的閥以從DEF噴射器內排出熔化的尿素。
【專利說明】用於噴射器故障補救的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及發動機系統，更具體地涉及排氣後處理系統和方法。
【背景技術】
[0002]一種已知的用於除去某些柴油發動機排氣成分的方法是使用排氣後處理系統，該排氣後處理系統利用了氮氧化物的選擇性催化還原(SCR)。在典型的SCR系統中，尿素或基於尿素的水溶液與排氣混合。在一些應用中，尿素溶液經專用的噴射器裝置直接噴射到排氣通路中。所噴射的尿素溶液與排氣混合併且分解以在排氣流中提供氨(NH3)。氨然後在催化劑處與排氣中的氮氧化物(NOx)反應，以提供氮氣(N2)和水(H2O)。
[0003]如可以理解的，SCR系統需要在發動機系統附近存在某種形式的尿素，以使得發動機在運轉期間可被連續供給尿素。各種尿素或尿素溶液輸送系統是已知的並且用於發動機應用中。在已知的尿素噴射系統中，可能出現與溫度和/或壓力有關的挑戰，其會影響用於噴射尿素的電子和機械硬體。例如，考慮到尿素通常以水溶液形式直接噴射到發動機的排氣系統中，由於熱效應或壓力效應而引起的溶液濃度的變化在系統操作期間以及在熱的發動機停機後的熱飽和之後都會妨礙噴射器的正常工作。此外，對於使用基於水的尿素溶液的系統，系統的減壓和/或沸騰會引起尿素在噴射器處結晶，這可能堵塞噴射器。
【發明內容】
[0004]在一個方面，本文描述了一種機器。該機器包括發動機，該發動機具有與其相聯的排氣系統。柴油機排氣處理液(DEF)噴射器配置成將計量的DEF提供到排氣系統中。該DEF噴射器包括適合響應於將DEF噴射到排氣系統中的命令而選擇性地打開的閥。控制器與發動機和DEF噴射器相聯。控制器配置成監視DEF噴射器的操作以檢測故障、在檢測到DEF噴射器中的故障時激活故障信號以及在故障信號有效時啟動故障補救循環。該故障補救循環包括使排氣系統中的排氣的溫度上升以加熱DEF噴射器並使可能正引起故障的任何尿素晶體熔化，以及啟動DEF噴射器的閥以從DEF噴射器內排出熔化的尿素。控制器還判定故障是否已被清除，並且在故障已被清除時重置故障信號。
[0005]在另一個方面，本文描述了一種用於具有發動機的機器中的柴油機排氣處理液(DEF)噴射器的故障補救的方法，所述發動機包括排氣系統。該方法包括產生排氣以及使排氣經過排氣系統。利用DEF噴射器將預定量的包含尿素水溶液的柴油機排氣處理液(DEF)選擇性地噴射到排氣中。該DEF噴射器對由控制器提供的命令信號作出響應。使用控制器監視DEF噴射器的操作以檢測故障，並且在檢測到DEF噴射器中的故障時在控制器中激活故障信號。在故障信號有效的狀態下在控制器中啟動故障補救循環。該故障補救循環包括使排氣系統中的排氣的溫度上升以將DEF噴射器加熱到高於通常操作溫度，以使得可能正引起故障的任何尿素晶體熔化。然後啟動DEF噴射器以從DEF噴射器內排出熔化的尿素。
[0006]在又一個方面，本文描述了一種用於補救DEF噴射器中的故障的方法。該方法包括判定DEF噴射器中存在故障，該故障可歸因於在DEF噴射器內已發生尿素水溶液中的水的沸騰和蒸發之後噴射器內的晶體狀的尿素的冷凝。當DEF噴射器中存在故障時激活故障信號。將DEF噴射器加熱到高於通常操作溫度的溫度以使DEF噴射器內的任何晶體狀的尿素熔化。啟動DEF噴射器以從DEF噴射器內排出任何熔化的尿素，並且作出關於該故障是否已被補救的判定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是根據本發明的機器的概略圖。
[0008]圖2是根據本發明的具有SCR系統的發動機的框圖。
[0009]圖3是根據本發明的排氣處理模塊的局部剖視概略圖。
[0010]圖4是根據本發明的用於柴油機排氣處理液(DEF)的噴射器的概略圖。
[0011]圖5是根據本發明的防結晶和補救控制系統的框圖。
[0012]圖6是根據本發明的控制系統的一個替換實施例的框圖。
[0013]圖7是根據本發明的防結晶和補救的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0014]本發明涉及用於機器的動力管理系統，更具體地涉及防止和在必要時補救由於尿素結晶而引起的DEF噴射器堵塞的動力管理系統和方法。
[0015]圖1中示出了機器100的側視圖，該機器在本示例中為自行式平地機101。術語「機器」一般用於描述具有至少一個驅動輪的任何機器，所述驅動輪由連接到該驅動輪的馬達例如利用電力或液壓靜力直接驅動，或者替換地通過發動機經變速器由機械裝置驅動。儘管圖1中示出了自行式平地機，但設想執行與工業例如採礦、建築、耕作、運輸、船舶或本領域中已知的任何其它行業相關的某一類型操作的任何機器。例如，機器100可以是土方機器，例如輪式裝載機、挖掘機、自卸卡車、反鏟裝載機、物料操作機、機車、鋪路機等。除移動式機器外，機器100可以是固定式或可攜式機器，例如發電機組、驅動氣體壓縮機或泵的發動機等。類似地，儘管示例性的鏟刀被示為附裝的機具，但可以包括替代機具。可針對包括例如裝載、壓實、舉升、擦拭的各種作業利用和採用任何機具，所述機具包括例如鏟鬥、壓實器、叉式舉升裝置、刷子、抓斗、切割器、剪刀、鏟刀、破碎器/夯錘、螺旋鑽和其它機具。
[0016]圖1所示的自行式平地機101通常包括由發動機框架102和機具部分104組成的兩件式框架。替換地，自行式平地機101可包括單個框架件。所示的實施例中的發動機框架102通過樞軸(未示出)連接到機具部分104。機具部分104包括操作員室106和與地面接觸的兩個惰輪108 (僅一個可見)。發動機框架102通過兩個驅動輪118與地面接觸，所述驅動輪通過在樞軸123處連接到發動機框架102的串梁(tandem beam) 120互相連接。鏟或鏟刀110沿機具部分104的中間部分懸掛。鏟刀110可以在自行式平地機101操作時選擇性地調節成以各種高度和角度與地面接觸，以實現期望的坡度或輪廓。鏟刀110的位置的調節通過圖1中總體表示為112的致動器系統來實現，而用於由鏟刀110在操作期間經受的負載的支承通過杆114來實現，所述杆114將機具部分104樞轉地連接到鏟刀110。
[0017]發動機框架102支承發動機(以下參照圖2示出和描述)，發動機的元件由發動機蓋116保護。發動機提供推進自行式平地機101以及操作自行式平地機101的各種致動器和系統所需的動力。如可以理解的，其它機器可具有不同構型和/或與其相聯的各種其它機具。發動機蓋116包括允許空氣通過並冷卻發動機構件的格柵和其它開口。
[0018]圖2是與機器100的發動機202相聯的排氣後處理系統200的框圖。系統200可如圖示的實施例中所示被模塊化地包裝以在已有的發動機上改裝或者替換地安裝在新發動機上。在圖示的實施例中，系統200包括與發動機202的排氣管道206流體連接的第一模塊204。在發動機運轉期間，第一模塊204配置成在內部接收來自排氣管道206的發動機排氣。第一模塊204可包含各種排氣處理裝置，例如柴油機氧化催化劑(DOC) 208和柴油機顆粒過濾器(DPF) 210，但可使用其它裝置。第一模塊204和其中存在的構件是可選的並且對於不需要由第一模塊204提供的排氣處理功能的各種發動機應用而言可以省略。在圖示的實施例中，由發動機202提供給第一模塊204的排氣在進入轉移管道212之前可首先通過D0C208，然後通過DPF210。
[0019]轉移管道212將第一模塊204與第二模塊214流體地互連，以使得來自發動機202的排氣可在經連接到第二模塊的煙道(stack) 220釋放之前先後通過第一模塊204和第二模塊214。在圖示的實施例中，第二模塊214封裝SCR催化劑216和氨氧化催化劑(AMOX) 218。SCR催化劑216和AM0X218操作成中存在氨的情況下處理來自發動機202的排氣，所述氨在噴射到轉移管道212中的排氣中的含尿素溶液的降解之後提供。
[0020]更具體地，通常稱為柴油機排氣處理液(DEF) 221的含尿素的水溶液通過DEF噴射器222噴射到轉移管道212中。DEF221容納於儲器228內並且通過泵226提供給DEF噴射器222。隨著DEF221噴射到轉移管道212中，它與通過其中的排氣混合併且被載送至第二模塊214。為了促進DEF與排氣的混合，可沿轉移管道212配置混合器224。
[0021]如可以理解的，DEF噴射器222在轉移管道212上的位置可以使噴射器暴露於操作期間由於排氣的加熱而相對高的溫度。在圖示的示例性實施例中，通過噴射器提供發動機冷卻劑流，但這種冷卻劑流是可選的。
[0022]在操作期間可能出現的一個問題是DEF中的尿素尤其是在噴射器222上結晶。結晶可例如在DEF流體在發動機停機之後的系統清理(purge)期間減壓時發生。具體地，當DEF系統被清理時，DEF管道中的壓力從操作壓力值降低至接近大氣壓的壓力。考慮到這種狀態下DEF噴射器222的較高溫度並且壓力降低，溶液的沸點降低，這又可引起DEF溶液中的水沸騰和蒸發。在某些狀態下，蒸發的水可引起在DEF噴射器內形成過飽和溶液和/或固體尿素晶體。這種固體可具有特定熔點，該熔點可以預先確定並且取決於其易於結晶的化合物或其混合物。這種結晶可例如通過物理地堵塞噴射器閥的開口和/或堵塞噴射器內向用於噴射的閥供給DEF的DEF管道而妨礙噴射器正常操作。
[0023]圖3是系統200的部分剖視概略圖，圖4是為了圖示而從系統200拆下的DEF噴射器222的概略圖。參考這些圖，本發明旨在解決與DEF噴射器222和周圍的系統相關的熱問題。對於高溫狀態，本發明至少部分地提供用於管理尤其在可形成適於在噴射器內形成固體尿素濃縮物的狀態的清理操作之後輸入噴射器的熱的系統和方法。
[0024]更具體地，系統200被包裝成使得DEF噴射器222的位置位於周圍結構的相對外部並且在發動機運轉期間以及停機後都暴露於對流的冷卻空氣流。參考圖3——其中為簡單起見用與前面使用的相同參考標號表示與前面描述的對應結構相同或相似的結構，第一模塊204和第二模塊214彼此相鄰地配置，轉移管道212配置在它們之間。DEF噴射器222相對於排氣流302的方向而言配置在轉移管道212的上遊端。
[0025]控制器300和各種傳感器配置成監視和控制系統200的操作。更具體地，該系統可包括配置成測量系統200內的排氣溫度並向控制器300提供指示測量出的溫度的溫度信號的一個或多個溫度傳感器。控制器300可以是單個控制器，如圖2所示，或者可包括配置成控制機器的各種功能和/或特徵的多於一個的控制器。例如，用於控制機器的總體操作和功能的主控制器可與用於控制發動機202的馬達或發動機控制器、用於控制DEF噴射器222和泵226的操作的SCR系統控制器(未示出)以及其它控制器協作地實現。
[0026]在該實施例中，術語「控制器」意味著包括可與機器100相聯並且可協作控制機器100(圖1)的各種功能和操作的一個、兩個或更多個控制器。雖然在各圖中僅基於說明的目的被概念性地示出為包括各種獨立的功能，但控制器300的功能可在與所示的獨立功能不相關的硬體和/或軟體中實現。因此，關於圖2的框圖中所示的構件描述控制器的各種接口。此類接口既不意在限制相連的構件的類型和數量，也不意在限制所描述的控制器的數量。
[0027]控制器300經由DEF噴射器命令線路301與DEF噴射器相聯，控制器可經所述DEF噴射器命令線路監視和控制噴射器222。控制器300還可與配置成測量系統200內的排氣溫度的一個或多個溫度傳感器相聯。在圖示的實施例中，第一溫度傳感器304經由第一溫度通信線路306連接到控制器300。第一溫度傳感器304向控制器300提供指示在操作期間進入後處理系統200的排氣的溫度的第一溫度信號。如圖所示，第一溫度傳感器304配置在再生輔助裝置308例如可從美國伊利諾州皮奧利亞市(Peoria，Illinois)的卡特彼勒公司購買到的「Cat再生系統(Cat Regenerat1n System) 」 (CRS)和/或背壓裝置的下遊。背壓裝置通常被實施為閥，例如蝶閥或可移動的可變噴嘴渦輪裝置，該閥可配置成選擇性地堵塞發動機的排氣管道，從而增大發動機上的排氣背壓並且還提高排氣溫度。目前，圖示的實施例中的CRS是用於在額定130-560bkW(175-750bhp)的發動機中選擇性地提高排氣溫度以按需促進DPF210中的氧化和燃盡菸灰的主動再生系統。CRS包括燃燒燃料的加熱器，其在機器的排氣系統內產生火焰，從而提高通過其中的排氣的溫度。CRS308的啟動和控制可由控制器300經CRS控制線路310提供。在圖示的實施例中，控制器300還與第二溫度傳感器312相聯，所述第二溫度傳感器312經由第二溫度通信線路314連接到控制器300，第二溫度傳感器312經所述第二溫度通信線路314向控制器300提供指示進入系統200的SCR部分的排氣的溫度的第二溫度信號。
[0028]應該理解的是，除上述加熱裝置以外或代替上述加熱裝置，可以使用任何已知的加熱發動機排氣的模式。例如，燃料後噴射以在排氣中提供碳氫化合物——無論這些碳氫化合物是直接噴射到發動機的排氣管道中還是在延遲後噴射中在發動機氣缸中提供——可與諸如DPF的各種後處理構件互相作用、氧化並且因此在發動機運轉期間選擇性地提高排氣溫度。
[0029]圖4中示出了 DEF噴射器222的一個實施例的概略圖。在該實施例中，噴射器222包括容納電動致動器(未示出)的體部230，所述電動致動器可經連接到體部230的電連接器232接收命令信號。電連接器232可連接到通信線路301 (圖2)。致動器連接到並且操作閥部件234。閥部件234在打開時允許DEF從噴射器22流出並且流入轉移管道212中。位置傳感器235向控制器300提供指示閥234的位置的位置信號。在一個替換實施例中，監視提供給電動致動器的電流信號以推斷螺線管致動器內的閥芯的位置並且因此推斷噴射器閥的位置。在噴射器222內存在結晶尿素的情況下，結晶的尿素固體可能流體地和/或機械地阻止閥部件234的操作和/或DEF的流動。在機械地阻止的情況下，由致動器提供的致動器力可能不足以在期望DEF的噴射時突破沉澱物以打開閥部件234。類似地，在流體地阻止的情況下，如果不能有充分流量的DEF到達閥部件234，那麼打開閥部件234無法獲得期望的DEF的噴射量和正時。
[0030]在通常操作期間，噴射器222通常與熱輸入隔離以將存在於其中的電子構件和其它構件與升高的溫度隔離。為了在體部230與噴射器222所連接到的排氣系統之間形成對於傳導傳熱的屏障，使用多個間隔件236來將體部230與安裝凸緣238間隔開,從而在噴射器222的體部230與安裝凸緣238之間形成間隙240。
[0031]DEF經體部230供給到閥部件234。DEF輸入管道242連接到管道245 (圖2)，該管道245又流體連接到儲器228。在某些運轉狀態下，在輸入管道242與閥部件234之間通過噴射器222的DEF流用於在運轉期間對流地冷卻體部230。另外的對流冷卻還可以通過將發動機冷卻劑或另一種冷卻流體傳送通過形成在體部230中的內部通路來提供。在圖示的實施例中，延伸穿過體部230的內部通路(未示出)可通過冷卻劑輸入口 244和冷卻劑輸出口 246流體地到達。各冷卻劑口 244和246連接到相應的管道248和250 (圖5)，所述管道適合接收通過其中的冷卻劑流以對流地控制體部230的溫度。在一個方面，經過噴射器體部的冷卻劑流可用於加熱噴射器以使得其中存在的任何尿素固體可熔化。然而，這種加熱可能不足以在所有運轉狀態下補救結晶狀態。
[0032]現在參考圖5和6，示出了圖示防結晶和補救控制器的替換實施例的兩個框圖。在如圖5所示的第一實施例中，控制器400接收各種輸入，並且基於這些輸入和其它信息來診斷故障並且控制機器的DEF噴射和相關系統的操作。圖示的實施例中對控制器400的輸入包括排氣溫度402、再生狀態404、DEF噴射器閥位置406、發動機轉速(RPM) 408、發動機負荷410和診斷標記或歷史故障計數器412，不過可以使用更少、更多和/或不同的參數。至少基於這些或相似的參數，控制器400提供命令信號414。命令信號414可以包括控制機器的一個或多個構件和系統的操作的特定命令。在圖示的實施例中，命令信號414可包括DEF噴射器命令，其經由通信線路301被提供給DEF噴射器，例如噴射器222。命令信號414還可包括如下所述的與期望用於DPF210的再生、DEF噴射器222的防結晶或補救的排氣溫度上升時CRS308的啟動、操作和/或控制有關的信息。
[0033]如上所述，當DEF系統從DEF噴射器例如噴射器222清理DEF時，在噴射器處於熱狀態時，噴射器變得易於使噴射器內的DEF溶液中的水沸騰。該沸騰可能增大DEF流體的尿素濃度，這會導致噴射器內的尿素沉澱物的析出和結晶，從而可能導致噴射器的部分或完全堵塞並且妨礙正常操作。這種效應在文中通常稱為與DEF噴射器有關或一般而言與DEF分配系統相關的「故障」或「失效」狀態。在典型析出狀態下尿素固體的熔點可以是高達130攝氏度。控制器400有利地構造成在發生這些狀態時檢測它們，並且補救DEF噴射器的操作能力的任何降低，使得可以避免噴射器和其它系統構件的修理或更換否則所需的成本和時間。
[0034]在一個實施例中，控制器400可嘗試重新建立噴射器222的操作。在該操作模式下，控制器可在故障被證實或檢測到之前確定噴射器中的潛在故障狀態即將來臨或者預料至IJ。為了實現這一點，控制器400可在DEF清理事件期間監視排氣溫度信號402以判定是否存在對尿素晶體析出有利的狀態。如果強制再生操作如例如通過再生信號404所示即將來臨，則控制器可進一步預期排氣溫度上升。DEF清理事件可經由診斷信號412或經由特定的一組發動機轉速RPM408和發動機負荷410與如通過噴射器閥位置406所示的噴射器閥的打開的組合來識別。當DEF清理在高排氣溫度下正在進行或即將來臨時，控制器可確定應該在接下來可用的機會執行尿素結晶補救。
[0035]替換地，噴射器內的尿素結晶狀態可通過由控制器提供的故障指示或監視並且操作DEF噴射器的控制算法來診斷。具體地，控制器400在操作期間可持續地監視DEF噴射器的操作。在尿素晶體正在妨礙噴射器的操作時，可通過在控制器400內將噴射器閥406的位置與該閥基於閥命令的預期或預定位置進行比較來執行對噴射器故障的診斷。換言之，控制器400可命令噴射器閥的閥開度以噴射DEF流體，然後監視噴射器閥位置406以確保閥確實已打開至所要求的程度。在閥未完全響應於所述命令的情況下，可指示故障狀態，可提供發生故障指示416，並且如果可能的話可啟動補救處理以糾正該故障狀態。在一個實施例中，控制器可將命令的DEF噴射器閥位置與基於由與DEF噴射器閥相聯的位置傳感器提供的位置信號確定的實際DEF噴射器閥位置進行比較。基於該信息，當命令的DEF噴射器閥位置和實際的DEF噴射器閥位置之間的差異超過預定閾值達預定時間時，控制器可判定存在故障。
[0036]當執行補救操作時，控制器400可首先確保系統正在運轉，即噴射器中存在加壓的DEF並且根據DEF噴射器控制策略間歇地執行DEF噴射。如果控制器已事先判定為過去已經存在促進尿素結晶的狀態，則運轉模式可以是正常運轉模式；或者如果控制器已經判定存在妨礙DEF噴射器正常操作的故障狀態，則運轉模式可以替換地是故障狀態下的運轉模式。在基於例如發動機轉速408和負荷410信號命令DEF噴射之前，控制器可首先使噴射器222至少暫時加熱到100到140攝氏度之間的溫度，例如約130攝氏度。這種溫度上升可足以使其中可能存在的任何尿素晶體熔化。在熔化時，可執行噴射以從噴射器排出高濃度尿素溶液，並且然後噴射器可回到通常的較低操作溫度。
[0037]通過各種方法，例如，通過啟動CRS，通過使發動機的負荷增大，通過利用配置在排氣系統中的排氣背壓閥來約束髮動機排氣從而增大發動機負荷和排氣溫度，和/或通過其它方法或方法的組合，可實現出於該目的對排氣的加熱。替換地，控制器可被動地監視正常工作期間的排氣溫度是否激增至高於臨界溫度，例如130攝氏度。在這種被動或伺機的補救操作中，控制器在存在這種較高排氣溫度狀態的情況下可啟動噴射器以從噴射器排出此時熔化的尿素。
[0038]圖6中示出了控制器500的一個替換實施例。在該實施例中，控制器500與DEF控制器502協作執行各種系統操作。在該布置結構中，控制器500加入了可增加到已經具有專用的DEF噴射系統控制器的已有系統上的功能。這裡，控制器500的作用是通過提供檢測和更重要地補救尤其是與DEF噴射器的結晶堵塞有關的DEF噴射器故障狀態功能來增強DEF控制器502的操作。在以下描述中，為簡單起見，與前面描述的對應元件相同或相似的元件用與前面使用的相同參考標號表示。
[0039]更具體地，DEF控制器502構造成接收各種信號，包括例如發動機轉速408、發動機負荷410和噴射器閥位置406。基於由這些信號提供的信息和其它信息例如列表數據，DEF控制器提供噴射器命令信號411。DEF控制器502還監視DEF噴射系統操作，並且在發生故障的情況下提供故障信號416。
[0040]命令信號411被控制器500截獲。在正常操作期間，即，在未檢測到故障的情況下，控制器500可接收噴射器命令信號411並且使其作為噴射器命令414不變地傳送到噴射器。當檢測到故障時，例如，當也被提供給控制器500的故障信號416被激活時，控制器500可嘗試如上所述補救該故障。在這些狀態下，控制器500可接管DEF噴射器例如噴射器222(圖2)的操作，以及為了嘗試修復故障狀態而幹涉其它機器系統的操作。
[0041]在故障補救模式下的操作期間，控制器500可基於通過包括排氣溫度402的各種輸入信號和時間或事件計數器412提供給控制器500的信息而經由命令信號414獨立地向DEF噴射器提供啟動信號，以及使其它機器和/或發動機系統以補救模式操作。與前面關於圖5所述的實施例中一樣，命令信號414還可包括與期望用於DPF210的再生、DEF噴射器222的防結晶或補救的排氣溫度上升時CRS308的啟動、操作和/或控制有關的信息。
[0042]當存在故障狀態時，在控制器500判定為應該執行尿素結晶補救的情況下，控制器500可首先嘗試重新建立噴射器的操作。當執行補救操作時，控制器500可首先確保系統正在運轉，即噴射器中存在加壓的DEF並且根據DEF噴射器控制策略間歇地執行DEF噴射。控制器可使噴射器222至少暫時加熱到100到140攝氏度之間的溫度，例如約130攝氏度的溫度。這種溫度上升可足以使其中可能存在的任何尿素晶體熔化。在熔化時，可執行噴射以從噴射器排出高濃度尿素溶液，並且然後噴射器可回到通常的較低操作溫度。
[0043]通過各種方法，例如，通過CRS的啟動，通過使發動機的負荷增大，通過使用配置在排氣系統中的排氣背壓閥來約束髮動機排氣，和/或通過其它方法或方法的組合，可實現出於該目的對排氣的加熱。替換地，控制器可被動地監視正常工作期間的排氣溫度是否激增至高於臨界溫度，例如130攝氏度。在這種被動或伺機的補救操作中，控制器在存在這種較高排氣溫度狀態的情況下可啟動噴射器以從噴射器排出此時熔化的尿素。
[0044]控制器500可在故障信號416的激活之後的預定時間例如約I小時的時間內嘗試補救故障狀態。在此期間，故障信號416可保持用於通知機器操作員機器DEF噴射系統需要維修的警報系統工作。在此期間，控制器500可嘗試使機器經歷補救循環，該補救循環包括例如通過提高排氣溫度來加熱噴射器和啟動加熱後的噴射器以除去其中可能存在的此時熔化的尿素晶體。控制器500可嘗試在I小時補救時間內完成一個這樣的完整循環。如果補救循環是成功的，則DEF控制器502可恢復正常系統操作並且使故障信號416無效。如果補救循環不成功，則控制器500可在不成功的情況下完成其補救嘗試並且故障信號416可保持有效，直至系統被維修。在此應該指出的是，DEF控制器502可包括主動補救功能，例如在故障期間間歇地嘗試測試系統操作。
[0045]工業話用件
[0046]本發明適用於用於發動機的排放控制系統，並且更具體地適用於需要將基於尿素的水溶液噴射到發動機排氣流中的SCR處理的排放控制系統。用於補救這些系統的尿素噴射構件中的故障的方法的流程圖在圖7中示出並且在下文中描述。
[0047]參考圖7，補救處理開始於在602對DEF噴射器中的故障的診斷。儘管可診斷許多不同的故障類型，但與本發明相關的是包括DEF噴射器的阻塞和/或粘滯的狀態，其可歸因於DEF噴射器內的尿素結晶。當診斷出這種狀態時，可在604啟動補救時間計數器，可在606例如向機器操作員提供故障信號從而向機器操作員通知該故障狀態,並且可在608啟動補救運轉模式。
[0048]補救循環包括在610檢查最大補救時間是否已經過，如果是的話，則在624設定故障標記並且結束該處理。在補救時間還在運行時，在614逐漸提高發動機的排氣溫度。在616監視和/或推定DEF噴射器的溫度。在噴射器被加熱時，在618啟動或循環噴射器以排出其中存在的任何熔化的尿素。在噴射器啟動之後，在620執行噴射器的功能測試，並且如果噴射器功能正常，則在622使排氣溫度和因此噴射器溫度朝通常操作溫度降低，並且處理結束。如果故障繼續存在，則排氣加熱和噴射器循環程序持續到補救時間在610經過，此時在624設定故障標記並且處理結束。
[0049]應了解，前面的描述提供了所公開的系統和技術的示例。但是，可以預期，本發明的其它實施方案可在細節方面不同於前面的示例。所有對本發明或其示例的說明旨在就這一點說明具體示例，且並非旨在更一般地對本發明的範圍加以任何限制。對某些特徵的區別和貶低的所有語言旨在表示這些特徵不是優選的，但並不將此類特徵完全排除在本發明的整體範圍之外，除非另外聲明。
[0050]文中對數值範圍的敘述僅旨在用作單獨參考處在該範圍內的各單獨的數值的簡便方法，除非文中另外聲明，並且將各單獨的數值結合在說明書中，就如它在文中被單獨敘述一樣。文中所述的所有方法可採用任何合適的次序執行，除非文中另外聲明或否則明顯與上下文牴觸。
【權利要求】
1.一種機器,包括: 發動機，所述發動機具有與其相聯的排氣系統； 柴油機排氣處理液(DEF)噴射器，所述DEF噴射器配置成將計量的DEF提供到所述排氣系統中，所述DEF噴射器包括適合響應於將DEF噴射到所述排氣系統中的命令而選擇性地打開的閥；和 控制器，所述控制器與所述發動機和所述DEF噴射器相聯； 其中，所述控制器配置成: 監視所述DEF噴射器的操作以檢測故障； 在已檢測到所述故障時啟動故障補救循環，所述故障補救循環包括使所述排氣系統中的排氣的溫度上升以加熱所述DEF噴射器並使可能正導致所述故障的任何尿素晶體熔化，以及啟動所述DEF噴射器的所述閥以從所述DEF噴射器內排出熔化的尿素； 判定所述故障是否已被清除；並且 當所述故障存在達預定時間時，設定故障標記信號。
2.根據權利要求1所述的機器，還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器配置成測量所述排氣系統中的排氣的溫度並且向所述控制器提供溫度信號，其中所述控制器還配置成基於所述溫度信號而推定所述DEF噴射器的溫度。
3.根據前述權利要求中任一項所述的機器，其中，通過啟動排氣加熱裝置、增大所述發動機的背壓和在所述排氣系統中提供未燃燒的碳氫化合物中的至少一者來實現排氣的溫度上升。
4.根據權利要求1所述的機器，其中，所述控制器還配置成: 確定實際的DEF噴射器閥位置； 將所命令的DEF噴射器閥位置與實際的DEF噴射器閥位置進行比較；以及當所命令的DEF噴射器閥位置與實際的DEF噴射器閥位置之間的差異超過預定臨界差異達預定時間時，判定存在所述故障。
5.根據前述權利要求中任一項所述的機器，還包括沿所述排氣系統配置並且可操作成響應於來自所述控制器的命令信號而提高排氣的溫度的裝置。
6.根據權利要求5所述的機器，其中，所述裝置包括燃燒燃料的加熱器，該加熱器構造成在所述排氣系統內產生火焰以由此提高排氣的溫度。
7.根據權利要求5所述的機器，其中，所述裝置是背壓裝置，該背壓裝置包括配置成選擇性地阻止排氣在所述排氣系統中流動的閥，該閥操作成增大發動機排氣背壓並且因此增大發動機負荷和排氣的溫度。
8.根據前述權利要求中任一項所述的機器，其中，所述控制器構造成通過提供配置成增大所述發動機的轉速和負荷輸出中的至少一者的命令來使排氣的溫度上升。
9.一種操作如前述權利要求中任一項所述的機器的方法，所述方法針對於具有發動機的機器中的柴油機排氣處理液(DEF)噴射器的故障補救，所述發動機具有排氣系統，所述方法包括: 產生排氣並且使排氣經過排氣系統； 使用對由控制器提供的命令信號作出響應的DEF噴射器選擇性地將預定量的包含尿素水溶液的柴油機排氣處理液(DEF)噴射到所述排氣中； 使用所述控制器監視所述DEF噴射器的操作以檢測故障； 當所述DEF噴射器中的故障已存在達預定時間時，在所述控制器中激活故障信號；在所述故障信號有效時並且在所述預定時間期滿之前啟動所述控制器中的故障補救循環，所述故障補救循環包括使所述排氣系統中的排氣的溫度上升； 將所述DEF噴射器加熱到高於正常操作溫度但低於高溫閾值； 使可能正導致所述故障的任何尿素晶體熔化；以及 啟動所述DEF噴射器以從所述DEF噴射器內排出熔化的尿素。
10.根據權利要求9所述的方法，還包括: 判定所述故障是否已被清除；以及 當所述故障已被清除時，重置所述故障信號。
11.根據權利要求9所述的方法，還包括測量排氣的溫度，並且向所述控制器提供溫度信號，其中將所述DEF噴射器加熱到高於正常操作溫度包括基於所述溫度信號而在所述控制器中推定所述DEF噴射器的溫度。
12.根據權利要求9所述的方法，還包括測量所述DEF噴射器的閥的打開狀態，並且向所述控制器提供位置信號，其中至少部分地基於所述位置信號而完成故障檢測。
【文檔編號】F01N11/00GK104153859SQ201410200359
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2013年5月13日
【發明者】B·科爾, M·F·法倫克魯格, J·孫 申請人:卡特彼勒公司