專利名稱：用于在波動的供給壓力下以受控方式配量氣體的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在波動的供給壓力下以受控方式配量氣體的方法和裝置。例如，固體氨氣存儲材料可用作氨氣消耗過程中的氨氣源。例如可通過借助于加熱而從固體以受控方式進行熱脫附，使氨氣可從固體存儲材料獲得。特別地，本發(fā)明涉及用于在通過從固體氨氣存儲材料脫附形成的相對低的波動表壓下，以受控方式配量氨氣的方法和裝置。所述方法也可用于其中期望以受控方式配量氣體的其它系統(tǒng)或構(gòu)思，所述氣體在波動壓力下(或者在供給側(cè)或者在配量點)由氣體源通過熱脫附產(chǎn)生。
背景技術(shù)：
氨氣是很多應(yīng)用中廣泛使用的化學(xué)品。一種特殊的應(yīng)用是作為用于來自燃燒過程的廢氣中的NOx選擇性催化還原(SCR)的還原劑。對于大多數(shù)應(yīng)用，并且特別地，在機動車應(yīng)用中，氨以加壓液體的形式存儲 在容器中太危險。對于氨的機動化運輸，尿素是安全但是不直接且不實際的方法，因為尿素需要通過復(fù)雜的過程轉(zhuǎn)變?yōu)榘?，所述?fù)雜過程涉及噴霧、蒸發(fā)、熱解和水解((NH2)2C0+H20->2NH3+C02)，這在低發(fā)動機負荷的駕駛條件或冷天氣下很難實現(xiàn)。涉及分子氨吸附或者說吸收在固體中的存儲方法可避免加壓液體氨的安全性危險，并且消除液體還原劑轉(zhuǎn)變的問題。金屬氨絡(luò)物鹽是氨氣吸附和脫附材料的實例，其可用作用于氨氣的固體存儲介質(zhì)(參見例如W02006/012903A2)，氨氣又如上面提到的，可用作用來降低NOx排放的選擇性催化還原中的還原劑。當氣體例如氨氣通過熱脫附從被加熱的存儲單元產(chǎn)生時，為提高安全性，有利的是，存儲材料的操作壓力沒有高出大氣壓力水平太高，例如1.5-3巴(絕對壓力)。但是，根據(jù)用于氣體噴射閥的低表壓方面，這是最具挑戰(zhàn)性的操作范圍，并且還發(fā)現(xiàn)，壓力發(fā)生顯著的波動，這是由于系統(tǒng)的不同的時間尺度根據(jù)需求信號的快速的配量(時間尺度為秒)和受加熱影響的壓力的緩慢的響應(yīng)時間(分)。因此需要用于從固體氨氣存儲系統(tǒng)以受控方式配量氨氣的新的方法和裝置。特別對于機動車應(yīng)用，新的方法和裝置應(yīng)優(yōu)選不引入新的昂貴的設(shè)備，而是使用現(xiàn)有的設(shè)備類型，但是嵌入新構(gòu)造中，而且具有新的控制策略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于在氣體的波動供給壓力下以受控方式配量所述氣體的方法，所述氣體通過從固體存儲材料脫附產(chǎn)生，所述方法通過使用一種設(shè)備進行，所述設(shè)備包括控制體積，其具有已知的體積；供給閥，其控制氣體源和所述控制體積之間的流體連通；
配量閥，其控制所述控制體積和氣體所配量到的過程之間的流體連通；壓力傳感器和溫度傳感器，其測量所述控制體積中的氣體的壓力和溫度；所述方法包括a.在所述供給閥關(guān)閉的同時通過所述配量閥配量氣體，并且記錄控制體積壓力的下降；b.通過關(guān)閉所述配量閥和打開所述供給閥升高所述控制體積壓力；和c.根據(jù)閥關(guān)閉周期中的控制體積壓力和控制體積溫度中的變化的至少一個和所述控制體積的已知體積，計算配量氣體量；d.比較所述配量氣體量和目標配量的量或設(shè)置點，以調(diào)整或調(diào)節(jié)隨后的配量周期 或配量事件。根據(jù)另一方面，提供一種用于機動車的控制器，所述機動車使用固體氨氣存儲材料，用來通過選擇性催化還原去除NOx。所述控制器被編程來執(zhí)行上面所述的方法。根據(jù)另一方面，提供一種用來將受控氣體流送到一個過程的裝置。所述裝置包括一個或多個存儲單元，其包含能夠可逆地吸附或者說吸收和脫附氣體的固體存儲材料，所述單元配備有加熱裝置，以通過脫附釋放所述氣體，或所述單元連接到真空泵，所述真空泵由于減小的氣相壓力而通過脫附釋放所述氣體；控制體積，其具有壓力傳感器和溫度傳感器，用于確定所述控制體積中的所述氣體的壓力和溫度；在所述控制體積每一側(cè)的閥，其為供給閥和配量閥，用于在所述配量閥關(guān)閉同時所述供給閥打開時控制從所述一個或多個存儲單元進入所述控制體積中的氣體流量，并且用于在所述供給閥關(guān)閉時通過所述配量閥配量所述氣體；控制器，其被編程來控制所述一個或多個存儲單元的所述加熱裝置或所述真空泵，以在所述控制體積上游，獲得在最小供給壓力和最大供給壓力之間的期望區(qū)間內(nèi)的供給壓力，并且進一步進行上面描述的配量方法。概述本發(fā)明涉及在波動的供給壓力Psupply下用于以受控方式配量氣體的方法和裝置。在一個示例性實施例中，所述氣體通過從固體存儲材料熱脫附產(chǎn)生；熱脫附例如通過加熱所述固體存儲材料實現(xiàn)。在另一個示例性實施例中，所述氣體通過連接到固體存儲材料的真空泵產(chǎn)生，所述真空泵由于減小的氣相壓力而通過脫附釋放氣體。所述方法基于控制體積(CV)的構(gòu)思，其具有已知體積Vw，在封閉體積的每一側(cè)具有閥，并且具有測量控制體積中的氣體的溫度(Tct)和壓力(Pct)的壓力傳感器和溫度傳感器的。在另一個閥(供給閥)關(guān)閉的同時，氣體的配量通過所述閥中的一個(所述配量閥)進行。可進行配量直到達到較低的臨界壓力水平(Pcm，也稱為最小壓力PMIN)。在配量過程中，所述配量閥可持久打開，或所述配量可通過一連串短(小)脈沖進行。在后面的情況下，在進行所述控制體積的再填充之前，可進行幾個小配量事件。配量閥持久打開的長配量動作和一個短脈沖都稱為“配量事件”。一連串配量事件也稱為“配量周期”。用于下一個長配量事件或配量循環(huán)的控制體積的填充在所述配量閥關(guān)閉的同時通過連接到所述固體存儲單元的供給閥進行。在已知VCT、ATcv和/或APct的情況下，通過記錄壓力Pct的下降，可計算或估計配量的量。為了記錄壓力Pct的下降，在一些實施例中，僅測量填充之后的初始壓力水平，和(長)配量事件結(jié)束時或配量周期(在一系列短脈沖事件的情況下)結(jié)束時達到(或接近達到)的低壓力水平Pajnt5例如，在一些實施例中，其中在隨后的控制體積再填充之間的配量周期過程中進行多個短配量事件，不測量單個短脈沖過程中的配量的量；而是，例如，可通過以下方式來進行控制通過控制配量脈沖的數(shù)量，通過利用測量配量周期開始時和結(jié)束時的壓力(和可任選地，溫度)來確定所述整個配量周期中在配量的總量，和通過如果已經(jīng)觀察到目標配量的量和實際配量的量之間的差異則通過調(diào)節(jié)接下來的配量周期中的配量脈沖的數(shù)量。在其它實施例中，也可通過測量例如長配量事件過程中的中間壓力水平或每一個短脈沖事件(在以一些列短脈沖事件的情況下)的開始和/或結(jié)束時的壓力來記錄所述下
降。在一些實施例中，中間壓力測量值由中間溫度測量值補充，從而還記錄用于例如對于每一個短脈沖事件測量的中間壓力水平八？ 的ATCV。在其中配量周期包括多個短配量事件的一些實施例中，不需要測量單個配量事件中的壓降，因為配量事件較短，壓力可在配量事件過程中設(shè)想為近似恒定，并且僅以階躍方式，從一個事件到一個事件下降。因此，在一些實施例中，對于一個配量事件，僅測量一個壓力水平(例如在打開所述配量閥之前的初始壓力，在已經(jīng)關(guān)閉所述配量閥之后的最終壓力或所述配量事件過程中的平均壓力)，并且所述事件過程中的配量的量根據(jù)單個所測的壓力值和所述配量閥的打開時間的積(乘積)以及可任選的用于所述配量事件的控制體積中的氣體的溫度來近似得出。將以這些方法中的一種計算和估計的配量氣體量與目標配量的量或設(shè)置點相比較，并且根據(jù)該比較調(diào)整或調(diào)節(jié)隨后的(長)配量事件或周期。雖然權(quán)利要求I中以順序a，b，c，d列出步驟a到d，但是再填充(步驟b)與計算配量的量(步驟c)分開，并且將結(jié)果反饋來調(diào)整隨后的(長)配量事件或配量周期(步驟d)，以使步驟b可與步驟c和d并行進行，甚至在步驟c和d之后進行。如上面指出的，在一些實施例中，其中，在隨后的控制體積再填充之間的配量周期過程中進行多個短配量事件，每一個短配量事件中的配量氣體量根據(jù)壓力減小或絕對壓力和打開時間的測量值，以及可任選的配量事件過程中的溫度來計算。在這些實施例中的一些中，配量的量和反饋控制的比較不僅比較配量周期，而且比較各個配量事件。在這些實施例中，與用于短配量事件的目標配量的量進行比較，并且在所述短配量事件中觀察到目標配量的量和實際配量的量之間的差異的情況下，將比較反饋來調(diào)節(jié)下一個短配量事件中待配量的量。存在怎樣確定在包括多個短配量事件的配量周期過程中的配量的總量的多種不同的方法。在一些實施例中，其中每一個短配量事件中配量的氣體量根據(jù)壓力減小或絕對壓力和可任選的每一個配量事件的溫度的測量值計算，并且整個配量周期過程中配量的氣體總量通過將該配量周期的所有配量事件的各個配量的量相加來計算。用于確定在整個配量周期過程中配量的總量的另一種方法測量所述配量周期開始和結(jié)束時所述控制體積的壓力，和可任選的所述控制體積的溫度，并且根據(jù)這些測量值確定配量氣體總量。即使所有中間壓力(可任選地，和溫度)已知，并且已經(jīng)計算所有短配量事件的配量的量，在一些實施例中，如果在整個配量周期過程中配量的總量根據(jù)所述配量周期的開始和結(jié)束時的測量值來得到，則仍可導(dǎo)致更準確的結(jié)果，因為由兩個測量值中的一個較大的差值產(chǎn)生的最終誤差通常小于一系列較小差值的測量值的和的組合誤差。例如，在一些實施例中，其中在配量事件和配量周期水平下都進行反饋，在所述配量周期水平下用于進行反饋控制的整個配量周期過程中配量的總量的值基于配量周期開始和結(jié)束時的測量值，而短配量事件過程中配量的量的值用于在所述短配量事件水平下進行的反饋控制。已經(jīng)意識到，在例如利用熱脫附來提供供給壓力而從固體存儲系統(tǒng)獲得的氨氣的動態(tài)配量過程中，氣體壓力明顯波動。這可見于W02008119492A1的圖7中。設(shè)想壓力波動的主要原因是，與配量需求中的變化的較小的時間尺度相比較，存儲固體中的熱傳導(dǎo)的時間尺度相對長。在具有用于產(chǎn)生供給壓力的真空泵的實施例中，壓力波動的原因不是熱傳導(dǎo)的相對時間尺度，而是壓力的波動可能來自真空泵，例如由真空泵的開/關(guān)控制引起。通常，在固體材料用作用于氣體配量的源的情況下，供給側(cè)的壓力不是唯一的波動壓力。在配量點處，例如機動車的廢氣管處，當發(fā)動機負荷變化以及所述氣體必須通過不同的催化單 元和消聲器時，絕對壓力也可能從I. I巴改變到I. 3巴(但不限于該范圍)。因此難題在于，在這些高度動態(tài)情況下準確和可靠地配量。氨氣或一般的任何氣體的以受控方式配量通常通過下述三種方法中的任一種進行氣體噴射器式需要高供給壓力的快速開/關(guān)閥可進行準確的配量，因為在噴射器的噴嘴中建立了臨界(音速)流，配量與打開時間直接相關(guān)。但是，當設(shè)想配量到具有約I巴(絕對)氣體壓力的點時，需要高的并且優(yōu)選恒定的供給壓力，即3-4巴絕對壓力。質(zhì)量流量控制器可通過具有比例閥和與PID算法串聯(lián)的質(zhì)量流量傳感器來處置低供給壓力和特別波動的供給壓力，所述PID算法根據(jù)需求信號和所述流量傳感器的讀數(shù)調(diào)節(jié)所述閥。壓力矯正脈沖閥如果脈沖閥與橫跨所述閥的實際壓力梯度相關(guān)，則開/關(guān)噴射器式閥能夠在低供給壓力下更好地進行，但是獲得適當?shù)臏蚀_性成為問題。已經(jīng)意識到，上面全部三種方法可能遭受不能覆蓋較大范圍例如最小和最大配量需求的100或更大的倍數(shù)，并且特別地，質(zhì)量流量控制器是很昂貴并且通常易損壞的設(shè)備部件。能夠在盡可能低的壓力下操作提高安全性，并且還降低功率消耗，因為在較低壓力下操作還意味著所述單元的較低的操作溫度，以及因此到周圍環(huán)境的較低的熱損失。最后，在一種情況下的精制的氣體噴射器和在另一種情況下的流量傳感器元件都是敏感部件，其可能由于例如跟隨正在配量的氣體的少量的水分或雜質(zhì)/顆粒而損壞。本發(fā)明通過所謂的控制體積(CV)配量的構(gòu)思解決了上面提到的難題。在第一實施例中，從氣壓源14將氣體配量到過程15的方法通過使用由兩個閥封閉的控制體積4來進行，所述兩個閥為與來自源14例如加熱的固體存儲單元的氣體供給壓力相交的閥，和用于配量的另一個閥。所述CV具有用于測量壓力Pct的傳感器7和用于測量溫度Tw的傳感器8，并且當需要配量時，供給閥5關(guān)閉，并且配量閥6被打開和/或調(diào)節(jié)。配量可通過多個短(小)氣體脈沖，也稱為“配量事件”進行。該配量事件具有Pw的壓降，其比從(或接近)Psupply到(或接近)Pceit的壓降低得多。在該情況下，幾個小配量事件可在一個配量周期中進行，即在控制體積的再填充之前進行。只要Pct高于一定的臨界水平Pain，則可進行配量，其中在所述臨界水平Pain，所述壓降和配量點處的壓力不允許所需的氣體流量。因而，較低的臨界壓力閾值(Pam)可處于或高于所述控制體積和使用配量的氣體的所述過程之間的壓力梯度足夠用于以受控方式配量氣體的水平。當CV中達到(或接近)Pcrit時，配量閥6可關(guān)閉(或短脈沖可停止)，并且供給閥5打開，由此將Pw升高到Psupply,并且準備用于下一個配量周期?？赏ㄟ^快速循環(huán)，即通過重復(fù)進行權(quán)利要求I中限定的步驟a, b，c和d，獲得提高的流動速率。重復(fù)該循環(huán)，特別是由于填充時間快，可提供偽連續(xù)配量的功能。在每一次循環(huán)中，配量的量可根據(jù)CV的已知體積(Vct)和Pct和Tct的變化計算。已知Pct和Tw的變化可用于計算配量的氣體質(zhì)量，并且這可與目標配量的量或設(shè)置點相比較，以調(diào)節(jié)隨后的配量周期或配量事件。例如，如果計算的當前配量周期或配量事件中的配量質(zhì)量低于目標配量的量/設(shè)置點，則可將隨后的配量周期/配量事件中的配量調(diào)整或調(diào)節(jié)到增大待配量的質(zhì)量(例如通過增大配量閥的開口，或增大短脈沖的占空比)，以補償當前配量周期或配量事件中配量的質(zhì)量的不足。同樣，如果計算的當前配量周期或配量事件中的配量質(zhì)量高于目標配量的量/設(shè)置點，則隨后的配量周期/配量事件中的配量可調(diào)整 或調(diào)節(jié)到減小待配量質(zhì)量(例如通過減小配量閥的開口，或減小短脈沖的占空比)，以補償當前配量周期/配量事件中過量的配量。這與反饋控制相對應(yīng)；因為目標配量的量/設(shè)置點可能動態(tài)變化，因此其為動態(tài)反饋控制，其可根據(jù)變化的目標配量的量/動態(tài)設(shè)置點控制配量的質(zhì)量。在一些實施例中，反饋控制的目的在于，在每一個配量事件或配量周期中，將實際配量的氣體量(例如實際配量的質(zhì)量)調(diào)整為等于或至少接近用于該配量事件/周期的目標配量的量或盡可能接近地(以不連續(xù)配量)跟隨具有動態(tài)改變的需求水平的連續(xù)需求信號。因而，在一個配量事件/周期中顯現(xiàn)的實際配量的量的不足或過量將使隨后的配量事件/周期僅具有減小的不足或過量，或沒有不足或過量。在其它實施例中，反饋控制提供對之前的過量或不足的補償。響應(yīng)于與目標配量的量或設(shè)置點的偏差，調(diào)節(jié)配量的氣體量，以使累積的(在多個配量事件或周期上累積的)配量的量對應(yīng)于累積的目標配量的量。這意味著，如果在一個配量事件/周期中配量的量高于每個事件/周期的目標量(過量)，則隨后的配量事件/周期或多個事件/周期(或如果存在延遲，則為一個或多個后面的事件/周期)將被調(diào)節(jié)來產(chǎn)生不足，反之亦然，以使過量和不足得到補償，并且配量的量的和接近或等于累積的目標配量的量，或積累的需求信號。通常，當配量氣體時，壓力Pct總是存在變化。在一些極限情況下，例如，如果配量硬件(包括控制體積)的溫度受到由周圍環(huán)境造成的變化，同時具有非常低的配量速率，則可能在恒定的Pct下配量少量的氣體，因為Tct已經(jīng)升高。但是，在大多數(shù)情況下，降低，而Tct將幾乎恒定，這是由于氣體的低的熱容，而不是配量硬件的高的熱容和控制體積的高的熱質(zhì)量。在一些實施例中，通過利用打開/關(guān)閉供給閥5而用所述氣體快速填充CV，和完全打開配量閥6，由此盡可能快地傾空CV，以及通過所述供給閥5再次填充，獲得高的流動速率。在一些實施例中，CV的體積根據(jù)下述參數(shù)中的任一項的分析來設(shè)計或優(yōu)化所需的配量流量范圍[FMIN;Fmx]，期望的供給壓力的操作區(qū)間[PMIN;PMX]，被加熱的存儲材料的量或類型，用于配量的壓力下限(Pam),和操作溫度區(qū)間[TMIN;TMX]。由于低氣體密度和高質(zhì)量流量需求，低供給壓力、高氣體溫度和高流量需求的組合通常要求較大的CV，對于高壓力、低度溫和低流量需求，反之亦然。用于CV的所選體積反映出操作條件邊界之間的折衷。
在一些實施例中，配量的氣體為氨氣。在一些實施例中，通過熱脫附或真空泵產(chǎn)生氨氣的固體存儲材料為例如沸石、活性炭或金屬氨絡(luò)合物，所述存儲材料能夠通過吸附或者說吸收來存儲氨氣。在熱脫附實施例中，可進行容器中的存儲材料的加熱來獲得例如在Pmin到Pmax的一定區(qū)間中的供給壓力Psupply，也就是說，加熱用于控制供給壓力Psupply的操作范圍。在氨氣實施例中的一些中，配量的氨氣用于通過選擇性催化還原(SCR)減少來自燃燒發(fā)動機的廢氣的NOx。需要以受控方式配量氨氣的氨氣消耗過程為用于減少來自內(nèi)燃發(fā)動機的廢氣的NOx的SCR催化劑。在又一個實施例中，確定氣體流量的方法用于驗證質(zhì)量流量傳感器的讀數(shù)和/或精度，例如作為系統(tǒng)中的備用測量裝置，所述系統(tǒng)中已經(jīng)存在流量傳感器，但是所述系統(tǒng)中的該流量傳感器需要例如傳感器的漂移的檢測或精度的獨立驗證。而且，本發(fā)明可包括控制器，其在與適當?shù)膲毫蜏囟葌鞲衅饕约爸聞悠飨嘟訒r，執(zhí)行所述方法的目的。在本發(fā)明的一個實施例中，氣體可從包含(可逆的)存儲材料(3或3a)的能夠脫附氣體的一個或多個被加熱的存儲單元(I或Ia)獲得?？刂企w積4容納壓力傳感器7和溫度傳感器8，或與壓力傳感器7和溫度傳感器8相接，以確定控制體積4中的氣體的壓力Pct和溫度Tw。控制體積每一側(cè)的閥5和6控制何時配量和何時再填充所述控制體積?？刂破?9)可被編程來控制對所述單元(I或Ia)的加熱(2或2a)，以在所述控制體積上游獲得目標在Pmin到Pmax的期望區(qū)間的供給壓力Psupply,并且進一步執(zhí)行根據(jù)上面提到的描述中的任何一個的配量方法。一些實施例具有特定的配量閥，選自例如螺線管開/關(guān)(噴射器式)或比例閥。
一些實施例使用計算的配量氣體質(zhì)量的累積來提供氣體配量的積累值。這在由例如脈沖產(chǎn)生的重復(fù)的配量事件情況下特別相關(guān)。如上面已經(jīng)指出的，在一些實施例中，反饋控制提供對之前的過量或不足的補償。響應(yīng)于與目標配量的量或設(shè)置點之間的偏差，調(diào)節(jié)配量的氣體量，以使累積的(在多個配量事件/周期上累積的)配量的量對應(yīng)于累積的目標配量的量。這意味著，如果在一個配量事件/周期中配量的量高于每一次事件的目標配量的量(過量)，則將調(diào)整隨后的配量事件/周期或多個事件/周期(或如果存在延遲，一個或多個后面的事件/周期)來產(chǎn)生不足，反之亦然，以使過量或不足得到補償，并且所述配量的量的和接近或等于累積的目標配量的量。一些實施例包括連接到所述系統(tǒng)的不止一個存儲單元，并且因此，設(shè)置閥10，例如主動或被動閥，來防止一個單元中通過脫附產(chǎn)生的氣體被吸收在具有較低溫度并且因此具有較低壓力的另一個單元中。在單個或多個箱的系統(tǒng)的實施例中，供給壓力Psupply可在通向供給源的閥打開時由控制體積的傳感器記錄。這允許僅單個壓力傳感器結(jié)合到所述系統(tǒng)中。但是，在其它實施例中，除了 CV的壓力傳感器7之外，還可具有另外的壓力傳感器16 (或多個傳感器16)，以對所述存儲單元的壓力進行獨立測量。在一些實施例中，所述存儲單元的供給壓力Psupply和所述控制體積中的壓力使用相同的壓力傳感器即控制體積4的壓力傳感器7交替測量。在其中配量閥6關(guān)閉并且供給閥5打開的周期過程中，通過壓力傳感器7確定存儲單元的供給壓力Psupply，而在所述供給閥5關(guān)閉并且所述配量閥6打開或關(guān)閉的周期過程中，通過壓力傳感器7確定所述控制體積4中的壓力。在一些實施例中，控制體積的壓力傳感器為整個氣體脫附和配量裝置的單個壓力傳感器，并且所述存儲單元的供給壓力Psupply的壓力通過所述單個壓力傳感器確定。如果再填充事件選擇得非常短，則所述控制值中的壓力升高可能不充分，例如當其僅從Pttit升高到Prait+0. I* (Psupply-Prait)時。但是另一方面，在再填充過程種在控制體積4中獲得精確的(或接近的)Psupply可能花的時間太長。因此，在一些實施例中，延長的打開時間足夠長，以確保壓力傳感器的信號在來自存儲單元的實際壓力供給Psupply的50%，20%，10%，5%或1%內(nèi)。例如，供給閥的平均打開時間可選擇成使得僅達到從Prait到Psupply之間的壓力差的50%到80%，例如通過供給閥5的5-200ms的打開時間實現(xiàn)。然而，存儲單元的供給壓力Psupply可在每一個再填充過程中通過控制體積的壓力傳感器7確定，這通過利用矯正因子矯正測得的壓力值來實現(xiàn)，所述矯正因子用于矯正由于相對短的打開時間沒有達到Psupply這一事實。例如，如果打開時間使得僅期望達到Psupply的50%，則測量壓力乘以數(shù)量級 為2的矯正因子。在其它實施例中，存儲單元的供給壓力Psupply不是在所有配量事件中的每一次填充事件都確定，而是僅在填充事件的子集，例如在每第η次填充事件時進行，其中η為大于I的自然數(shù)。在用于確定存儲單元的供給壓力Psupply的那些填充事件中，供給閥的打開時間延長，以使其比沒有用于確定供給壓力Psupply的填充事件中的供給閥5的平均打開時間更長。這使得可能在通常的操作中獲得供給壓力的準確的直接讀數(shù)，而不需要由于通常短的填充時間而沒有達到平衡壓力這一事實矯正所述讀數(shù)。這樣的優(yōu)點是，不需要并且不提供用于精確測量供給壓力的單獨的傳感器，而是該任務(wù)通過控制體積的壓力傳感器7間隔地進行。該僅在延長的填充事件中的不連續(xù)測量適用于其中不需要連續(xù)測量Psupply的應(yīng)用中。例如，在一些實施例中，固體存儲材料的加熱通過基于例如來自發(fā)動機控制器的氨氣需求信號而由前饋控制來控制。提供基于延長的填充事件中的Psupply的不連續(xù)測量的疊加反饋控制，其在測得的Psupply高于壓力上限時，減小或終止通過加熱提供的熱，并且在測得的PsupplJS于壓力下限時，增大或啟動由加熱器提供的熱，如W02008/119492中所述，其以引用的方式并入本文中(特別地，涉及疊加反饋控制的W02008/119492的第13頁第22-26行，第21頁第18-37行，和圖11)。在使用真空泵的其它實施例中，延長的填充事件中的Psupply的不連續(xù)測量用于通過例如反饋控制器控制真空泵的操作，所述反饋控制器試圖保持Psupply接近目標供給壓力，并且當測得的Psupply分別落在目標壓力下方或超過目標壓力時，開始打開和關(guān)閉真空泵。例如，具有真空泵的適當?shù)臍怏w脫附系統(tǒng)在W02007/000170中有所描述，其以引用的方式并入本文中(真空泵實施例例如描述在W02007/000170的第20頁第16行到第21頁第4行和圖I中)。在氣體消耗過程(例如氨氣消耗過程)的一些操作狀態(tài)中，配量設(shè)置點在延長的時間段上為零。這可能是例如所述系統(tǒng)處于啟動階段時的情況，其中，壓力僅通過初始加熱來增大，和/或在機動車SCR應(yīng)用中處于沒有燃料噴射從而不需要氨氣配量時的滑行模式的情況。在一些實施例中，當配量設(shè)置點為零時，也就是說當配量閥關(guān)閉時，供給閥例如在延長時間段上保持打開，然后通過控制體積的壓力傳感器持久測量存儲單元的供給壓力Psupply0這樣的優(yōu)點是，可連續(xù)地在所述系統(tǒng)處于啟動階段或其中不需要配量的其它情況下，連續(xù)地測量存儲盒壓力，而不需要在所述存儲系統(tǒng)中的位于控制體積上游的另外的壓力傳感器。本發(fā)明的方法的實施例的描述還包括用于機動車的控制器的實施例的描述，所述機動車使用固體氨氣存儲材料，所述固體氨氣存儲材料用于通過選擇性催化還原去除NOx。所述控制器可被編程來執(zhí)行本文描述的方法中的一種或多種。在一些實施例中，所述控制器為用于以控制方式使氣體流向某個過程的裝置的一部分。根據(jù)本文所述的方法中的一種或多種，其可被編程來控制所述一個或多個存儲單元的加熱裝置或真空泵，從而在所述控制體積上游，獲得在最小供給壓力Pmin和最大供給壓力P-之間的期望區(qū)間內(nèi)的供給壓力Psupply。所述裝置包括一個或多個其中包含固體存儲材料的一個或多個存儲單元，所述固體存儲材料能夠可逆吸附或者說吸收和脫附氣體，所述單元配備有加熱裝置，用于通過脫附釋放氣體，或所述單元連接到真空泵，所述真空泵由于·減小的氣相壓力而通過脫附釋放氣體；控制體積，其具有壓力傳感器和溫度傳感器，用于確定所述控制體積中的氣體的壓力(Pct)和溫度(Tct);在所述控制體積的每一側(cè)的閥，其為供給閥和配量閥，用于在所述配量閥關(guān)閉而所述供給閥打開時控制從所述一個或多個存儲單元進入所述控制體積中的氣體的流量，并且當所述供給閥關(guān)閉時，通過所述配量閥配量氣體。在一些實施例中，所述裝置用于通過根據(jù)所述控制體積方法配量氨氣，而從內(nèi)燃發(fā)動機的廢氣去除或降低NOx。所述裝置在一個或多個存儲單元中存儲氨氣，并且所述存儲材料為金屬氨絡(luò)合物，例如Sr(NH3)8Cl2, Ca(NH3)8Cl2, Mn(NH3)6Cl2, Mg(NH3)6Cl2或其混合物。所述存儲材料通過由電阻加熱器加熱和/或利用發(fā)動機的廢熱加熱或通過使用真空泵來通過在所述存儲單元中減小氣體壓力來脫附氨氣，而產(chǎn)生氨氣供給壓力。在一些實施例中，所述配量閥為布置用于提供開/關(guān)脈沖的螺線管閥，或比例閥。在一些熱吸收實施例中，設(shè)置有另外的存儲單元(Ia)和另外的存儲單元閥，其為主動或被動式止回閥，防止氣體在所述另外的存儲單元(Ia)沒有加熱或具有比所述被加熱的存儲單元更低的壓力時，從所述被加熱的存儲單元(I)被吸附到所述另外的存儲單元(Ia)0例如，所述另外的存儲單元(Ia)尺寸可大于所述存儲單元(1)，并且可僅在所述存儲單元(I)用盡時，加熱來再填充所述存儲單元(I)。由于所述較小存儲單元(I)的較低的熱慣量，從所述較小的存儲單元(I)釋放的氨氣可比來自較大的存儲單元(Ia)更動態(tài)地受到控制。由于這點，該較小的存儲單元(I)在正常的駕駛操作過程中使用(即被加熱)，從而更好地應(yīng)對波動的氨氣需求，而所述較大的存儲單元(Ia)僅用于(即被加熱)來再填充所述較小的存儲單元(I)。如上面指出的，在一些實施例中，控制體積4的壓力傳感器7為用于控制送到某個過程的氣體流量的裝置的唯一的壓力傳感器，并且具有根據(jù)供給閥(5)和配量閥(6)的打開或關(guān)閉狀態(tài)，交替地測量所述至少一個存儲單元的供給壓力Psupply和所述控制體積(4)中的壓力的雙重功能。在一些實施例中，所述控制體積(4)沿豎直或傾斜方向設(shè)置，其中，所述配量閥
(6)的出口設(shè)置得比控制體積(4)的最低點更低或高度相等，并且設(shè)置得比供給閥5更低。這防止控制體積內(nèi)的冷凝物或雜質(zhì)的累積。如果雜質(zhì)(小顆?；蛐∫旱?冷凝物)由流體流或重力攜帶，則在所述控制體積中沒有累積。這些雜質(zhì)將在設(shè)置所述配量閥(6)的所述單元的下部中被“吹出”?？刂企w積中的雜質(zhì)的累積將導(dǎo)致控制體積的減小，并且因此導(dǎo)致流體流量的測量誤差。供給閥和配量閥通常具有孔。在一些實施例中，所述供給閥的孔大于所述配量閥的孔。這將導(dǎo)致控制體積的較短的填充時間，并且由此能夠形成更好限定的配量循環(huán)，并且提供更直接的供給壓力測量，減小所述供給閥打開周期過程中應(yīng)用到所測壓力的矯正量。在一些實施例中，通過配量閥的快速打開/關(guān)閉脈沖，可獲得與具有不同尺寸的孔相同的實際效果，其中具有可調(diào)占空比以便按可控方式減緩配量流量的，而所述供給閥不是快速打開/關(guān)閉脈沖方式，而是在其填充事件過程中保持永久打開。在權(quán)利要求I的點(a)中“在所述供給閥(5)關(guān)閉的同時，通過所述配量閥(6)配量氣體”包括快速開關(guān)脈沖以及持久打開配量。 在一些實施例中，例如通過在閥中使用特定的彈性力，而將供給閥和配量閥設(shè)計成在釋放壓力下被迫打開來提供減壓功能。這避免了對單獨的安全閥(減壓閥)的需要，因而有助于降低所述系統(tǒng)的成本和部件的數(shù)量。在一些實施例中，為了查找供給閥的打開時間，提供了查詢表，查詢表提供了與所述控制體積中的壓力相關(guān)聯(lián)的用于所需配量的打開時間?？稍诒碇械闹抵g進行插補。在一些實施例中，查詢表隨時間動態(tài)更新。由于閥上的磨損或水分，通過配量閥的流動條件可能改變。為了處理該問題，如果實際配量的氨氣和來自查詢表的值之間的差超過特定值，則將評估查詢表中的值，并且所述值將改變。雖然以上描述了僅具有單個壓力傳感器的實施例的一些優(yōu)點，所述單個壓力傳感器既測量控制體積壓力又測量(可任選地沒有完全達到的)供給壓力，但是在其它實施例中，來自一個或多個被加熱的存儲單元的供給壓力Psupply使用獨立于用于所述控制體積的壓力傳感器7的至少一個另外的壓力傳感器16測量，以提供供給壓力Psupply的測量值。在需要從固體存儲介質(zhì)以受控方式配量氣體的類似應(yīng)用中的實施例或方法的使用和其它特征中固有于所公開的方法中，并且根據(jù)對實施例的以下描述及其附圖，將對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見。


圖Ia和Ib顯示了本發(fā)明的實施例；圖2顯示了使用本發(fā)明的方法的系統(tǒng)的例如壓力和配量區(qū)間等關(guān)鍵參數(shù)的示意圖；圖3顯示了根據(jù)熱脫附來控制從燃燒發(fā)動機的NOx排放的本發(fā)明的實施例，具有單個壓力傳感器；圖4顯示了類似于圖3的但是具有另一個單個壓力傳感器的另一個實施例；圖5示出了類似于圖3和圖4的實施例，其中通過真空泵促進脫附，在存儲空間中具有一個僅可任選的加熱；圖6通過時序圖示出了在具有單個壓力傳感器的一些實施例中的閥位置和供給壓力測量值；
圖7示意性示出了具有豎直安裝的控制室的配量裝置(用于使氣體以受控方式流到某個過程的裝置)的一個實施例；圖8示出了對配量的反饋控制的兩個不同的實施例，用于減小或消除實際配量的量與目標配量的量的偏差。表I顯示了根據(jù)本發(fā)明的配量系統(tǒng)的操作特性的示例，其中突出顯示了在參數(shù)空間的極限值的不同組合下，例如高壓和低溫相對于低壓和高溫的情況下，所述方法怎樣工作。
具體實施例方式圖Ia和Ib顯示了本發(fā)明的實施例，其中控制體積4設(shè)置在通到氣體供給14的閥5和通到需要配量的氣體的位置/過程15的配量閥6之間。溫度傳感器8和壓力傳感器7附接到控制體積4 (圖Ib)或與控制體積4相接(圖Ia)來測量Tcv和Pcv。CV通過關(guān)閉配 量閥6并且打開供給閥5被填充。配量可在關(guān)閉供給閥5并且致動配量閥6之后進行。配量的量通過在使用比例閥時在配量過程中或者在配量事件或配量周期之后改變Pcv和Tcv來計算和估計。配量周期可以是兩次填充事件之間配量閥連續(xù)打開的時間周期，或包括多個氣體脈沖，直到達到某個較低壓力Pam,由此流動不能克服配量點處的壓力。此時，CV應(yīng)通過打開供給閥5并且關(guān)閉配量閥6來再填充。連續(xù)打開的周期或單個短氣體脈沖是一次配量事件?？刂企w積4的大小根據(jù)配量精度的要求同時考慮一個或多個參數(shù)來制來確定尺寸，所述一個或多個參數(shù)為要求的配量流動的范圍，[fmin;fmx];名義的來自氣體供給14的操作供給壓力區(qū)間，[PminTmax];用于配量的壓力下限(P·)，和/或操作溫度區(qū)間，[Tmin , Tmx]。圖2顯示了當供給壓力不恒定時所述原理怎樣工作。粗黑線為來自被加熱的存儲單元的脫附壓力。其通常是波動的或振蕩的，這是例如由于加熱與由于材料的溫度升高產(chǎn)生的響應(yīng)和相應(yīng)的壓力升高之間的延遲，或在通過基于真空脫附的實施例中，由于真空泵的開/關(guān)控制。時間軸分為多個配量周期，每一次事件由豎直虛線分隔。Y軸，即壓力，具有存儲單元的最大/最小(P AX/PMIN)操作壓力和CV必須在該點處再填充的低臨界水平Pam的指示線。圖中示出了 Psupply (粗實曲線)首先升高，然后下降。每一次填充事件通常非常短(例如對于5到500ml的控制體積，為l-20mS)，在每一次填充事件處，存在Pcv升高，以達到或接 PSupply水平。圖2中，在填充事件過程中，壓力升高由豎直線示出，因為配量周期比填充周期更長，以致控制室壓力相對于時間的斜率的絕對值在填充周期過程中比在配量周期過程中更大。填充周期過程中的壓力函數(shù)以豎直線畫出，以示出該斜率差，但實際上，填充過程中的壓力將不會瞬時升高，而是以限定的斜率升高。而且，圖2中，控制室壓力顯示為在每一個填充周期結(jié)束時達到Psupply水平，而在一些實施例中，填充時間至少在一些或大多數(shù)填充事件中選擇成如此之短以致沒有達到Psupply水平，而是僅達到其一部分，例如80%。當配量是主動式時，Pcv下降到Pckit,相應(yīng)量的氨氣逸出CV,并且到達配量點。由此可觀察到幾個操作特性一當配量周期的區(qū)間長(例如12)時，獲得低平均流動速率，并且在短區(qū)間中(例如II)獲得高流動速率。一配量可通過比例閥進行，由此具有光滑的Pcv曲線，或其也可通過導(dǎo)致壓力的更多的階躍式下降的多個脈沖事件進行，如配量區(qū)間之一中所示。-當Psupply接近Pmin時，則控制體積將使用較低量的氣體填充，并且再填充優(yōu)選地對于相同的平均配量流動更頻繁地進行?！梢姡谠偬畛渲?，Pcv等于Psupply,并且這可用于在不具有另外的壓力傳感器的情況下，確定來自供給單元的壓力。但是，這僅可在再填充過程中，而不是配量過程中使用。如果配量/再填充循環(huán)非常短(例如每0.1-10秒)，則該用于測量Psupply的方法例如對于根據(jù)通過與控制體積相關(guān)聯(lián)的單個壓力傳感器進行的對Psupply的這種“寄生”測量來控制大部分固體存儲系統(tǒng)的真空泵或加熱器是足夠的。
表I顯示出一個特定示例，其中，對配量的要求已經(jīng)導(dǎo)致產(chǎn)生一種提出的構(gòu)造。在該示例中，配量需求通過250的系數(shù)跨過從O. ImgNH3每秒到25mg NH3每秒的范圍。該存儲單元將操作壓力的目標定在1.8巴到5巴范圍內(nèi)，2-3巴為名義的操作壓力范圍的示例,但是所述系統(tǒng)可達到I. 8和5巴的更大的極值。操作溫度被認為從233K到353K。設(shè)想用于配量的臨界壓力下限為Pcrit=I. 3巴。為了確定配量的氣體量，如果采用理想氣體定律，則可獲得下面的信息P= P RT, P =P/ (RT)，M/V=P/ (RT)，M=VP/ (RT)，其中M:氣體質(zhì)量，V:體積，R:氣體常數(shù)(對于氨氣，R=488. 2J/(kgK))，T:溫度其中，Mcv_2是在配量周期之后，留在控制體積中的氣體的質(zhì)量。下標CV-I指配量周期之前的狀態(tài)。條件CV-I也可以簡單地為來自存儲單元的供給狀態(tài)，即
Psupply ο
現(xiàn)在我們可得Mdosed=Mcv^1/ (RTcv^1) -VcvPcv_2/ (RTCV_2)體積Vev是恒定的，因此我們可得(方程I) Mdosed=Vcv/R (PcvVUcvVTj或重新整理來得出配量之后的最終壓力(方程2) PCV_2=TCV_2 [PcvVUo-R/Vj，R=488. 2175J/ (kgK)方程2可用于示出怎樣通過Vcv的特定選擇來實現(xiàn)配量范圍。方程I和2可由Tev和Tsumundings和/或配量硬件的物理參數(shù)(熱容、絕熱系數(shù)、通過例如閥的電繞組產(chǎn)生的加熱)和控制體積的函數(shù)來補充，所述函數(shù)描述了例如在啟動階段過程中，Ict隨時間的改變。這可用于計算溫度的變化怎樣對配量質(zhì)量不具有相同的影響，如Ict的實際測量值所顯示的。作為示例，其中Ict由于來自周圍環(huán)境的被動加熱而發(fā)生升高的暫態(tài)不會導(dǎo)致與該系統(tǒng)暴露于恒定的溫度水平時相同的配量質(zhì)量?？刹捎迷擃愋偷暮瘮?shù)來提高所述方法的精度。在表I中，Vev選擇為O. 2dl (20ml)，第一欄顯示了配量之后的壓力Pev_2，其為供給壓力(PSUppiy或Pev-2)、溫度和流量的不同組合。對于每一個參數(shù)，給出了高(Max)、中(Norm)和低(Min)三種組合類型。舉幾個例子，則我們可看到，最大流量可在最小壓力和最大溫度(CV中的氣體的最小密度)下進行配量，每循環(huán)配量5mg，循環(huán)頻率為5Hz。為了配量5mg，每配量5mg時壓力從I. 8下降到I. 37，并且該壓力水平仍高于假定的I. 3巴的PCKIT。另一個示例為怎樣在最大壓力和最小溫度(CV中的最大的氣體密度)下配量最小流量。這在這里通過每次循環(huán)配量Img而頻率為O. IHz來進行。通過在出口閥(6)處使用比例閥，可去除該脈沖，于是除了在約10-20ms短時間內(nèi)(其中所述控制體積使用氨氣再填充)，可具有連續(xù)的流動。整個過程可概括為I)關(guān)閉配量閥(6 )，并且打開供給閥(5 )例如20ms2)記錄壓力(Pev_2,其于是接近或等于PsupplyX Pcv-!的值也可在dPev/dt ^ O時在供給閥5打開過程中確定3)關(guān)閉供給閥(5) 4)連續(xù)地測量壓力P ，并且可任選地，測量溫度Tct5 )根據(jù)方程I調(diào)節(jié)配量閥(6 )，同時測量壓力PCT，并且可任選地，測量溫度Τεν6)如果達到Pran=L 3巴(a)，則轉(zhuǎn)到I)。可任選地，在實際達到P·之前，可進行再填充。Vcv的選擇影響配量過程中壓力變化多少，并且當在CV的再填充中間存在相對大的壓力變化時，獲得最高的精度。這可用于CV的尺寸和部件的成本(由對例如壓力傳感器的精度的要求驅(qū)動)的優(yōu)化中。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中，具有供給閥5和配量閥6和用于壓力的傳感器7以及用于溫度的傳感器8的控制體積4是較大系統(tǒng)的一部分，所述較大系統(tǒng)包括至少兩個存儲單元(I或la)，所述至少兩個存儲單元(I或Ia)具有存儲材料(3或3a)、加熱裝置(2或2a)、防止氨氣從較小單元I回流到(一個或多個)較大單元Ia的閥10 (主動或被動止回閥)、具有廢氣12的發(fā)動機11和用于使用從固體(3或3a)脫附并且配量的氨氣降低NOx的SCR催化劑13?？刂破?確保存儲單元的加熱提供期望的操作壓力范圍，讀取相關(guān)的傳感器的值和供給閥5及配量閥6的控制，以根據(jù)本發(fā)明的控制體積方法進行配量。圖4顯示了一個類似的實施例，但是具有用于對來自一個或多個存儲單元(I或Ia)的供給壓力進行獨立測量的另外的壓力傳感器16。圖5顯示的另一個實施例中，氨氣的脫附通過真空泵17促進，而不是僅通過加熱促進。然而，如果需要，除了真空泵7，可設(shè)置加熱裝置2a，以支持通過真空泵17進行的脫附。真空泵通過控制器9進行打開/關(guān)閉控制，所述控制器9確保泵送動作提供期望的操作壓力范圍。圖5顯示了僅具有一個存儲裝置Ia的示例，但是真空泵也可用于具有多個存儲裝置的實施例中，例如圖3和4中所示。在圖5的示例中，和在圖4中一樣，示出的一個實施例具有另外的壓力傳感器16，以進行對來自存儲單元Ia的供給壓力的獨立測量。在其它真空泵實施例中，和圖3中一樣，僅具有單個壓力傳感器，其被稱為控制體積的壓力傳感器7，并且在填充事件過程中，當供給閥5打開并且配量閥6關(guān)閉時，供給壓力通過控制體積的壓力傳感器7測量。圖6中，顯示了用于一些實施例的配量設(shè)置點、供給閥5的打開/關(guān)閉狀態(tài)、配量閥6的打開/關(guān)閉狀態(tài)、供給壓力Psupply和控制體積壓力Pct (其對應(yīng)于由單個壓力傳感器7測量的壓力)的示意性時序圖。
在該示例中，設(shè)想配量設(shè)置點初始為零，然后，在時間tl處升高到某個值，稱為Dp供給閥5和配量閥6以互補方式關(guān)閉和打開；即供給閥在配量閥關(guān)閉時打開，配量閥在供給閥關(guān)閉時打開。閥5，6重復(fù)地打開和關(guān)閉，其中，配量閥的打開時間間隔通常大于供給閥的打開時間間隔，因為例如供給閥的孔大于配量閥的孔，或由于占空系數(shù)小于I的配量閥的快速打開-關(guān)閉脈沖。在所示的示例中，在t2和t3、t4和t5、t6和t7、tl0和tll、tl2和tl3、tl4和tl5、tl8和tl9之間具有短(普通)的填充事件，在t8和t9、tl6和tl7之間具有延長的填充事件(在所示的示例中，每第四個填充事件延長)。但是配量區(qū)間(配量周期)顯示為幾乎相等。在初始階段，當配量設(shè)置點為零時，供給閥5持久打開，同時配量閥6關(guān)閉。供給壓力Psupply顯示為在零設(shè)置點階段升高(例如由于啟動之后的加熱延遲)，然后升高到恒定SP1 (僅為了簡明；如圖2中所示，其實際上可能波動)?？刂企w積中的壓力Pct，其也是通過單個壓力傳感器7“看到”的壓力，等于其中供給閥5持久打開的零設(shè)置點階段過程中的供給壓力Psupply，并且在延長的填充事件過程中，也達到供給壓力Psupply。但是， 在短填充事件過程中，Pct沒有完全達到Psupply，而是僅達到減小的壓力k · P1，其中k可以是小于I的常數(shù)，例如在O. 5和O. 99之間的范圍內(nèi)。從tl到tl7的配量周期示出具有連續(xù)配量的實施例，而從tl7到t20的配量周期示出不連續(xù)的配量(短脈沖)。在圖中的不連續(xù)配量周期中作為示例顯示的占空比為約50%。由于總配量速率類似于圖6中示出的連續(xù)的配量周期，因此可設(shè)想不連續(xù)配量示例中，配量閥的開口橫截面以約2的系數(shù)大于連續(xù)按量配送示例的配量閥的開口橫截面。因而，圖6示出幾個方面(i)在沒有延長的填充事件和相對短的填充時間的實施例中，控制體積壓力Pcv沒有完全達到Psupply。然而，通過將測量值Pcv除以k，Psupply可通過在短填充事件過程中使用單個壓力傳感器對Pcv的測量值近似確定，只要k事先大概已知(例如，作為填充時間和所測Pcv的函數(shù)，k可以已通過實驗確定)。在該實施例中，圖6中所示的延長的填充事件可省略。(ii)具有延長的填充事件的實施例由圖6直接示出。在該實施例中，Psupply可在延長的填充事件過程中，通過使用單個壓力傳感器測量Pcv來直接測量。在(i)處描述的k矯正因子不是必須的，并且可省略，因為由于延長的填充時間，k因子等于I (或非常接近I)。(iii)圖6還示出其中供給閥在配量設(shè)置點為零時持久打開的實施例。在設(shè)置點為零的階段過程中，Psupply可通過使用單個壓力傳感器測量Pcv來直接測量，而不需要任何矯正。在具有或不具有延長的填充事件的情況下，在填充事件過程中，該設(shè)置點為零的功能可與單個傳感器壓力測量結(jié)合。(iv)不連續(xù)的配量(在tl7和tl8以及tl9和t20之間示出)涉及配量閥6的快速重復(fù)打開和關(guān)閉；流量通過改變配量閥6的打開/關(guān)閉占空因子得到控制。不連續(xù)配量的功能可在具有或不具有圖6的功能(i)到(iii)中的任一其它功能的情況下使用。圖7中，控制室4豎直地安裝(這也代表了以相對于豎直方向小于90°的角度傾斜安裝的實施例)。供給閥5布置在控制室4上方，并且配量閥6布置在控制室的最低點下方。類似于“豎直”、“下方”、“上方”等術(shù)語參照名義的操作位置。例如，在汽車中(圖7中的18)，正常的操作位置是汽車18在其水平面上位于其車輪19上時的位置。豎直方向在圖7中由箭頭g示出。該布置方式防止控制體積4內(nèi)部的冷凝物或雜質(zhì)的累積。圖7中還示出，供給閥5的孔的打開(這里由dsupply標示)大于配量閥6的孔的打開(這里由dd()sing標示)。圖7中示出的兩個方面，控制室4的豎直或傾斜布置方式和較大的供給閥打開，可單獨設(shè)置或結(jié)合設(shè)置。圖8a和Sb示出對配量的反饋控制的兩個不同的實施例，用于減小或消除控制器9中實現(xiàn)的實際配量的量與目標配量的量的偏差。由于結(jié)合圖8a和Sb描述的反饋功能不僅可應(yīng)用在配量周期的水平，而且在一些實施例中，還可應(yīng)用在短配量事件的水平，因此下面使用術(shù)語“循環(huán)”。在一些實施例中，術(shù)語“循環(huán)”主要代表“配量周期”，但是也可代表“配量事件”。在 兩幅圖中，中線示出每次循環(huán)的目標配量的量(其設(shè)想在所示的時間間隔中恒定)、每次循環(huán)中的實際配量的量(由實線顯示)和累積的配量誤差，其為所有循環(huán)的配量誤差的和(由虛線顯示)。循環(huán)中的“配量誤差”被認為是用于該循環(huán)的實際配量的量和目標配量的量的差。對于兩個實施例，視圖以第一循環(huán)中配量過量一定量(即正配量誤差)開始。根據(jù)第一實施例(圖8a)，過量或正配量誤差通過減小配量的量抵消。例如，根據(jù)共用的一體化的控制器(I控制器)，實際配量的量與目標配量的量接近的比率與誤差信號的倒數(shù)成正比，如其在圖8中由實線所示的。最后，將誤差信號完全去除。也就是說，當配量誤差發(fā)生時，反饋控制功能確保每次循環(huán)的實際配量的量回到每次循環(huán)的目標配量的量。只要所示誤差存留，則累積誤差增大。當誤差完全消除時，累積誤差的增大停止；并且到目前為止累積的配量誤差存留，而沒有進一步改變(直到下一個誤差出現(xiàn))。但是，第二實施例(圖Sb)甚至補償了累積配量誤差。關(guān)于這點，不是如在圖8a的實施例中簡單地使每次循環(huán)的配量誤差為零，而是使目標配量的量朝向誤差的反向符合區(qū)域超過(圖8b中朝向“不足”)?？刂破骼鄯e用于所有循環(huán)的誤差，并且通過反向符號誤差來調(diào)整操作，以使其補充全部初始誤差，并且因而使累積的配量誤差回到零。該累積過程例如與機動車或卡車中通過SCR減少NOx的通常的時間常數(shù)相比較，可能相對較快。雖然第一實施例提供控制NOx減少的良好的技術(shù)方案，但是第二實施例甚至可例如在改變操作條件的情況下進一步降低逸出NOx的速率。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，存儲材料(3，3a)為金屬氨絡(luò)合物，特別地為Sr (NH3) 8C12，Ca (NH3) 8C12，Mn (NH3) 6C12，Mg (NH3) 6C12或其混合物?？蓱?yīng)用例如沸石或活性炭等其它材料。以方法或裝置實現(xiàn)的本發(fā)明對于用于通過SCR減少由燃燒發(fā)動機驅(qū)動的機動車或卡車中的NOx的固體氨氣存儲系統(tǒng)(或需要氨氣存儲的類似應(yīng)用)特別有利，其中，除了所述配量硬件之外，所述存儲系統(tǒng)具有下述特征中的一項或多項一較小的存儲單元(例如，但不限于大小為50ml到3升，包含存儲的25g到I. 5kgNH3),其通過電或其它方式加熱。其它容量也是可能的。--個或多個較大的具有用于加熱的裝置的固體存儲單元(例如，但不限于500ml
到20升，包含400g到20kg NH3),其能夠存儲用于那些期望的機動車保養(yǎng)操作區(qū)間(例如25000km)的足夠的氨氣。
一具有根據(jù)本發(fā)明的模型或算法的控制器，其允許估計流量，并且控制存儲單元的加熱。一如果較小單元的填充水平在配量之前已知，則根據(jù)本發(fā)明的配量的控制可用于計算較小存儲單元的實時飽和度，由此使用所述飽和度作為確定何時加熱較大的單元來將氨氣從較大的單元輸送到較小的單元的參數(shù)。表I
**cv-2 Tqh ** -1了《.I配量/循壞鑣率處量鎊現(xiàn)
t 巴 IaH HCl r e. CaMW imil tml 'ΙηΦ 錄溫度壓力
2.14 293 2,52§3 5S2SMaxNorm ' Norm
2.22 233 2.5233 SS25Max MlnNorm
2,07 353 2.5353 5525MaxMastNorm
2.46293 2,5293 0.5Λ2§_0.10CMinWoitnNorm 2.4 233 2.5233 9,50.1CM ' 0.10C_n MinNorm
2.46353 2.5353 0.5fl,200§0.100MinMaxNorm 4.64 293 5.0293 5S25MaxNormMax 4.72 233 5,0233 SS25Max MinMax 437 353 5Λ353 SS25MaxMmMax
4.93293 S.O293 Ift!0_0.1OTMinNormMax
4.94233 5,0233 I0.10000.10CMin MinMax 4.91 353 5.0353 I0,10000,100Min MaxMax 1,44 293 1.8293 S525WaxNormMin 1.52 233 1.8233 5525Max MinMin 1J7 3S3 IM353 5S25MmMaxMIn l. 3 293 IM293 I0.1 0]_MmHormMin 1,74 233 IJ233 IΛΗΜ OJOCMin MinMin 1 1 353 IJ35j I0.2 0,20qMinMmMin
權(quán)利要求
1.一種用于在氣體的波動供給壓力(Psupply)下以受控方式配量所述氣體的方法，所述氣體通過從固體存儲材料(3 ；3a)脫附產(chǎn)生，所述方法通過使用一種設(shè)備進行，所述設(shè)備包括 控制體積(4)，所述控制體積具有已知的體積(Vct)； 供給閥(5)，所述供給閥控制氣體源(14)和所述控制體積(4)之間的流體連通； 配量閥(6)，所述配量閥控制所述控制體積(4)和氣體所配量到的過程(15)之間的流體連通； 壓力傳感器(7)和溫度傳感器(8)，所述壓力傳感器和溫度傳感器測量所述控制體積(4)中的氣體的壓力(Pcv)和溫度(Tcv)； 所述方法包括 a.在所述供給閥(5)關(guān)閉的同時，通過所述配量閥(6 )配量氣體，并且記錄控制體積壓力(Pct)的下降； b.通過關(guān)閉所述配量閥(6)和打開所述供給閥(5)升高所述控制體積壓力(Pw);和 c.根據(jù)閥(5)關(guān)閉周期中的控制體積壓力(Pw)和控制體積溫度(Tw)的變化的至少一個和所述控制體積(4)的已知體積(VCT)，計算配量氣體量； d.比較所述配量氣體量和目標配量的量或設(shè)置點，以調(diào)整或調(diào)節(jié)隨后的配量周期或配量事件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述氣體的供給壓力(Psupply)通過從存儲單元(I ;la)中的所述固體存儲材料(3 ;3a)熱脫附產(chǎn)生，所述存儲單元(I ;Ia)配備有加熱裝置(2 ;2a)，用于控制所述供給壓力(Psupply)的操作范圍，或 其中，送到所述供給閥(5)的所述氣體的供給壓力(Psupply)通過連接到固體存儲材料的真空泵(17)產(chǎn)生，所述固體存儲材料由于通過所述真空泵(17)在所述存儲單元中產(chǎn)生減小的氣相壓力，而通過脫附釋放氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，所述氣體為氨氣，并且需要以受控方式配量氨氣的氨氣消耗過程(15)為用于降低來自內(nèi)燃發(fā)動機(11)的廢氣(12)的NOx的SCR催化劑(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3中任一項所述的方法，其中，所述至少一個存儲單元(I；la)的供給壓力(Psupply)和所述控制體積(4)中的壓力使用單一的單個壓力傳感器交替測量，所述單個壓力傳感器即所述控制體積(4)的所述壓力傳感器(7)，其中，所述至少一個存儲單元(I ;la)的所述供給壓力(Psupply)在所述配量閥(6)關(guān)閉并且所述供給閥(5)打開的周期過程中由所述壓力傳感器(7)確定，而所述控制體積(4)中的所述壓力在所述供給閥(5)關(guān)閉并且所述配量閥(6)打開或關(guān)閉的周期過程中由所述壓力傳感器(7)確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述至少一個存儲單元(I;la)的所述供給壓力(Psupply)不是在所有配量事件中在每一次填充事件時確定，而是僅在填充事件的子樣本中確定，其中，在確定所述至少一個存儲單元(I ； Ia)的所述供給壓力(Psupply)的填充事件中所述供給閥(5)的打開時間延長，以使其比沒有確定所述供給壓力(Psupply)的填充事件中所述供給閥(5)的平均打開時間更長。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，延長的打開時間足夠長以確保所述壓力傳感器(7)的信號在來自所述存儲單元(I ；la)的實際供給壓力(Psupply)的50%，20%, 10%, 5%或1%內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I到6中任一項所述的方法，其中，當配量設(shè)置點為零時，所述配量閥(6)關(guān)閉，所述供給閥(5)打開，然后通過所述控制體積(4)的所述壓力傳感器(7)持久地測量所述至少一個存儲單元(I ;la)的供給壓力(Psupply)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4到7中任一項所述的方法，其中，通過所述單個壓力傳感器(7)確定的所述至少一個存儲單元(I ;la)的所述供給壓力(Psupply)的測量值為用來釋放氣體的加熱裝置(2 ;2a)或所述真空泵(17)的控制器的輸入。
9.根據(jù)權(quán)利要求I到8中任一項所述的方法，其中，響應(yīng)于配量目標量或設(shè)置點之間的偏差，調(diào)節(jié)配量氣體量，以使累積的配量的量對應(yīng)于累積的目標配量的量。
10.根據(jù)權(quán)利要求I到9中任一項所述的方法，其中，多個配量事件在隨后的控制體積再填充之間的配量周期過程中進行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在包括多個配量事件的配量周期過程中配量的氣體量的確定根據(jù)所述配量周期開始時和結(jié)束時所述控制體積壓力(Pct)和控制體積溫度(Tev)中的至少一個的測量值進行。
12.一種用于機動車的控制器(9)，所述機動車使用固體氨氣存儲材料(3 ;3a)，用來通過選擇性催化還原(13)去除NOx，所述控制器被編程來執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I到11中任一項所述的方法。
13.一種用來將受控氣體流送到一個過程(15)的裝置，所述裝置包括 一個或多個存儲單元(I ;la)，所述存儲單元包含能夠可逆地吸附或者說吸收和脫附氣體的固體存儲材料(3 ;3a)，所述單元配備有加熱裝置(2 ；2a),以通過脫附釋放所述氣體，或所述單元連接到真空泵(17)，所述真空泵(17)由于減小的氣相壓力而通過脫附釋放所述氣體； 控制體積(4)，所述控制體積具有壓力傳感器(7)和溫度傳感器(8)，所述壓力傳感器和溫度傳感器用于確定所述控制體積(4)中的所述氣體的壓力(Pct)和溫度(Tcv)； 在所述控制體積每一側(cè)的閥(5，6)，所述閥為供給閥(5)和配量閥(6)，用于在所述配量閥(6)關(guān)閉同時所述供給閥(5)打開時控制從所述一個或多個存儲單元(I ;la)進入所述控制體積中的氣體流量，并且用于在所述供給閥(5)關(guān)閉時通過所述配量閥(6)對所述氣體進行配量； 控制器(9)，所述控制器被編程來控制所述一個或多個存儲單元(I ；la)的所述加熱裝置(2)或所述真空泵(17)，以在所述控制體積上游，獲得在最小供給壓力(Pmin)和最大供給壓力(Pmax)之間的期望區(qū)間內(nèi)的供給壓力(Psupply),并且還執(zhí)行進行配量的根據(jù)權(quán)利要求I到11中任一項所述的方法。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，具有加熱裝置(2;2a)，還包括另外的存儲單元(Ia)和另外的存儲單元閥(10)，所述另外的存儲單元閥為主動止回閥或被動止回閥，在所述另外的存儲單元(Ia)沒有被加熱或具有比被加熱的存儲單元(I)更低的壓力時，防止來自所述被加熱的存儲單元(I)的氣體被吸附在所述另外的存儲單元(Ia)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的裝置，其中，所述控制體積(4)的壓力傳感器(7)為將受控氣體流供到一個過程的裝置的唯一的壓力傳感器，并且具有根據(jù)所述供給閥(5)和所述配量閥(6)的打開或關(guān)閉狀態(tài)，用于交替地測量所述至少一個存儲單元(I ；la)的供給壓力(Psupply)和所述控制體積(4)中的壓力的雙重功能。
16.根據(jù)權(quán)利要求13到15中任一項所述的裝置，其中，所述控制體積(4)沿豎直或傾斜方向設(shè)置，其中，所述配量閥(6)的出口設(shè)置得比所述控制體積(4)的最低點更低或高度相等，并且設(shè)置得比所述供給閥(5)更低。
17.根據(jù)權(quán)利要求13到16中任一項所述的裝置，其中，所述供給閥和配量閥(5，6)具有孔，并且所述供給閥(5)的孔大于所述配量閥(6)的孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求13到17中任一項所述的裝置，其中，所述供給閥和配量閥(5，6)設(shè)計用于在釋放壓力下強制打開，以提供減壓功能。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于在波動的供給壓力(PSupply)下以受控方式配量氣體的方法。在閥(5)關(guān)閉時，通過閥(6)進行配量所述氣體，并且記錄控制體積壓力(PCV)的下降。所述控制體積壓力(PCV)通過關(guān)閉配量閥(6)和打開所述閥(5)升高。配量氣體量根據(jù)閥(5)關(guān)閉周期中控制體積壓力(PCV)以及控制體積溫度(TCV)的變化中的至少一個和所述控制體積(4)的已知體積來計算。將所述配量氣體量與目標配量的量或設(shè)置點相比較，以調(diào)整或調(diào)節(jié)所述隨后的配量周期或配量事件。
文檔編號B01D53/94GK102834164SQ201080065524
公開日2012年12月19日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者J·彼得拉塞克, T·約翰內(nèi)森 申請人:氨合物公司