氨流量控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及氨流量控制，具體為一種控制將還原劑噴入內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)的方法，包括：確定提供給還原劑噴射器的還原劑的溫度和壓力。該方法還因變于還原劑溫度和壓力來確定最大還原劑流速，并因變于最大還原劑流速來控制噴射器的操作。
【專利說明】氨流量控制
【背景技術】
[0001]常見地使用選擇性催化還原(SCR)從由諸如柴油機或其它貧燃(汽油)發(fā)動機之類的內(nèi)燃機產(chǎn)生的廢氣中去除NOx ( S卩，氮的氧化物)。在這些系統(tǒng)中，通過在廢氣進入能達到高NOx轉(zhuǎn)換的SCR催化劑之前將還原劑噴入廢氣，從而連續(xù)地從廢氣中去除N0X。
[0002]在SCR系統(tǒng)中經(jīng)常使用氨作為還原劑。氨通過對氣態(tài)氨、液態(tài)氨或間接地作為溶解在水中的尿素的受控嗔射被引入到廢氣中。位于廢氣流中的SCRf隹化劑引起存在于廢氣中的NOx與NOx還原劑(例如，氨)之間的反應，以將NOx轉(zhuǎn)化成氮和水。
[0003]SCR系統(tǒng)的正確操作涉及對被噴入到廢氣流中的氨(或其它還原劑)的量(即，劑量水平)的精確控制。如果使用過少的還原劑，催化劑將轉(zhuǎn)化不足量的N0X。如果使用過多量的還原劑，一部分氨將在被稱為“氨泄漏”的狀態(tài)下未經(jīng)反應地通過催化劑。因此，期望能精確地控制還原劑被輸送進廢氣系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文描述的本技術的方面和實施例涉及用于控制將還原劑噴入到內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)的一個或多個系統(tǒng)和方法。廢氣系統(tǒng)包括與還原劑反應以還原內(nèi)燃機廢氣中的NOx的SCR催化劑。所述方法包括:確定被提供給噴射器的還原劑的溫度和壓力；因變于還原劑溫度和壓力確定最大還原劑流速；以及因變于最大還原劑流速控制噴射器的操作。在某些實施例中，該方法可因變于所期望的還原劑流速與最大還原劑流速之比來控制噴射器的操作。此外，在一些實施例中，該方法可以對應于所期望還原劑流速與最大還原劑流速之比的占空比來在開啟位置和關閉位置之間調(diào)節(jié)噴射器。
[0005]在一些實施例中，該方法可包括基于所期望還原劑流速與最大還原劑流速之比來確定占空比。該方法可包括當占空比落在預選范圍內(nèi)時以該占空比在開啟和關閉位置之間調(diào)節(jié)噴射器。在一些實施例中，當占空比高于該預選范圍時，噴射器可被保持在其開啟位置，而當占空比低于該預選范圍時，噴射器保持在其關閉位置。
[0006]在某些實施例中，還原劑可以是氨。該方法可包括:確定被提供給噴射器的氨的溫度和壓力；因變于氨溫度和壓力確定最大氨流速；基于所期望氨流速與最大氨流速之比來確定占空比；以及因變于占空比來控制氨噴射器的操作。
[0007]本技術的某些方面涉及一種用于控制將還原劑噴入到內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)中的系統(tǒng)，其中該廢氣系統(tǒng)包括SCR催化劑和上游的還原劑噴射器。溫度傳感器感測被提供給噴射器的還原劑的溫度并響應于此產(chǎn)生溫度信號。壓力傳感器感測被提供給噴射器的還原劑的壓力并響應于此產(chǎn)生壓力信號。控制器接收壓力和溫度信號，因變于壓力和溫度信號確定最大還原劑流速，并因變于最大還原劑流速控制噴射器的操作。在至少一些實施例中，控制器可因變于所期望還原劑流速與最大還原劑流速之比來操作噴射器。在一些實施例中，控制器可以對應于所期望還原劑流速與最大還原劑流速之比的占空比在開啟位置和關閉位置之間調(diào)節(jié)噴射器。
[0008]在一些實施例中，控制器可被配置成基于所期望還原劑流速與最大還原劑流速之比來確定占空比，并當該占空比落在預選范圍內(nèi)時以該占空比在開啟和關閉位置之間調(diào)節(jié)噴射器?？刂破饕部杀慌渲贸?當占空比高于預選范圍時，使噴射器保持在其開啟位置，而當占空比低于該預選范圍時，使噴射器保持在其關閉位置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是具有廢氣SCR系統(tǒng)的內(nèi)燃機的示意圖。
[0010]圖2是用于控制將還原劑引入到廢氣系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。
[0011]圖3是根據(jù)本技術的某些實施例的控制邏輯的示意圖。
【具體實施方式】
[0012]以下將參照其中示出這些實施例示例的附圖來更全面地描述本技術的各個實施例的示例。在全文中，相同的標號指代相同的元件。然而，當前描述的技術的其它實施例可以許多不同的形式并且不單單限于本文描述的實施例。相反，這些實施例是代表本技術的示例。基于本公開物的權利具有由權利要求書指示的全部范圍。
[0013]圖1示出內(nèi)燃機10和用于還原來自內(nèi)燃機廢氣中的NOx的SCR系統(tǒng)12的示例性示意圖。例如，可使用內(nèi)燃機10以向諸如路上車輛(未示出)之類的車輛提供動力。內(nèi)燃機10可以是壓縮點火式發(fā)動機,例如，比如柴油發(fā)動機。在圖示的實施例中，SCR系統(tǒng)12包括催化劑18、還原劑供給22、還原劑噴射器24、電子控制單元(EOT) 26、上游NOx檢測器30、下游NOx檢測器32、溫度傳感器36以及壓力傳感器38。
[0014]E⑶26控制諸如氨之類的還原劑從還原劑供給22通過還原劑噴射器24被輸送進廢氣系統(tǒng)28。還原劑供給22可包括用于以固態(tài)形式存儲氨的罐(未示出)。在大多數(shù)系統(tǒng)中，將使用多個罐來提供再裝料之間的更大行程距離。通常在罐周圍使用加熱套(未示出)以使固態(tài)氨達到升華溫度。一旦轉(zhuǎn)換成氣體，氨就被引至還原劑噴射器24。還原劑噴射器24位于催化劑18上游的廢氣系統(tǒng)28中。隨著氨被噴入到廢氣系統(tǒng)28，它與廢氣混合，并且這種混合物流過催化劑18。催化劑18引起廢氣中存在的NOx與NOx還原劑(例如，氨)之間的反應，以將NOx還原/轉(zhuǎn)換成氮和水，所述氮和水隨后流出尾管34并進入環(huán)境。盡管已在固態(tài)氨的背景下對SCR系統(tǒng)12進行了描述，然而要理解，SCR系統(tǒng)12可替代地使用例如諸如純無水氨、液態(tài)氨或尿素之類的還原劑。
[0015]上游NOx傳感器30被定位以在催化劑18上游的位置檢測廢氣流中的NOx水平，并產(chǎn)生響應的上游NOx信號。如圖1所示，上游NOx傳感器30可位于內(nèi)燃機10和噴射器24之間的廢氣系統(tǒng)28中。下游NOx傳感器32可被定位以在催化劑18下游的位置檢測廢氣流中的NOx水平，并產(chǎn)生響應的下游NOx信號。定位溫度傳感器36以感測被提供至噴射器24入口的還原劑的壓力，并產(chǎn)生響應的溫度信號。定位壓力傳感器38以感測被提供至噴射器24入口的還原劑的壓力，并產(chǎn)生響應的壓力信號。
[0016]E⑶26被連接以從傳感器30、32、36、38接收上游和下游NOx信號、壓力信號和溫度信號。E⑶26可被配置成響應來自溫度和壓力傳感器36、38和NOx傳感器30、32的信號(以及其它感測到的參數(shù))來控制來自噴射器24的還原劑劑量。在這點上，被提供給噴射器24的溫度和/或壓力的變化可影響通過噴嘴的流速。因此，本技術的至少一些實施例在控制還原劑噴射器24的操作中將還原劑溫度和/或壓力的效果考慮在內(nèi)。在一些實施例中，當噴射器處于其中上游和下游壓力為最小比率的臨界流動狀態(tài)時，氨僅流過噴射器24。可能通過噴射器24的最大流速將因變于還原劑溫度和壓力而改變。給定溫度和壓力組合下的最大流速可憑經(jīng)驗確定(例如，通過計算或測量)并被映射或存儲在例如查找表中。還原劑噴射器24可以為通/斷閥的形式。根據(jù)某些實施例，ECU26因變于還原劑溫度和壓力來確定最大的氨流速。例如，E⑶26可從傳感器36和38讀取溫度和壓力信號并使用這些值來從查找表確定最大流速Flow_Max。在一些實施例中，E⑶26通過以恒定頻率調(diào)節(jié)噴射器24來控制氨的噴射,在該恒定頻率下，占空比對應于所期望氨流速Flow_Desired與最大氨流速Flow_Max之比。所期望的氨流速Flow_Desired可例如因變于上游和/或下游NOx信號來確定。
[0017]除了控制氨的劑量或計量，ECU26也可存儲信息，諸如被輸送的氨的量、提供氨的罐、罐內(nèi)的可輸送氨的起始體積以及可與確定每個罐內(nèi)的可輸送氨的量相關的其它這樣的數(shù)據(jù)。可定期或連續(xù)地監(jiān)測信息。當ECU26確定可輸送的氨的量低于預定水平時，則電連接于控制器26的狀態(tài)指示器(未示出)可被激活。
[0018]圖2是根據(jù)本技術某些方面的示例性方法200的流程圖。該方法200在步驟205開始。然后控制轉(zhuǎn)到步驟210，在該步驟方法確定正被提供至噴射器24的還原劑的溫度T和壓力P。在所示實施例中，方法200通過讀取位于最接近噴射器24入口的溫度傳感器36的輸出來確定還原劑溫度T。同樣，方法200通過讀取位于最接近噴射器24入口的壓力傳感器38的輸出來確定還原劑壓力P。
[0019]然后控制轉(zhuǎn)到步驟215，在該步驟方法因變于還原劑溫度T和壓力P來確定最大還原劑流速Flow_Max。如上面提到地,最大還原劑流速Flow_Max對應于在給定壓力和溫度組合下可能通過噴射器24的孔口的最大流速?？衫缤ㄟ^訪問提供因變于壓力和溫度的最大流速的映射或表來確定最大流速。
[0020]然后控制轉(zhuǎn)到步驟220，在該步驟方法200確定與所期望氨劑量水平對應的所期望流速Fl0W_DeSired?？筛鶕?jù)多種不同的控制策略來確定所期望的流速，并且所使用的具體方法對本技術而言不是關鍵的。例如，在一些實施例中，可因變于上游和/或下游NOx信號來計算所期望的流速Flow_Desired。
[0021]隨后控制轉(zhuǎn)到步驟225，在該步驟因變于所期望流速Fl0W_DeSired與最大流速Flow_Max之比來確定占空比。
[0022]接著，在步驟230，將該占空比與最大值進行比較。如果占空比超出最大值，則控制轉(zhuǎn)到步驟235，在該步驟將控制值設為I。該控制值是為控制噴射器所施加的占空比值。因此，當占空比超出最大值時，該控制被設為I (例如，100%的占空比)，這使還原劑噴射器保持開啟。
[0023]相反地，如果占空比不超出最大值，控制轉(zhuǎn)到步驟240，在該步驟將占空比與最小值進行比較。如果占空比低于該最小值，則控制轉(zhuǎn)到步驟245，在該步驟將控制值設為O (例如，O %的占空比)，這使還原劑噴射器24保持關閉。
[0024]如果在步驟240，占空比不落在最小值之下，則控制轉(zhuǎn)到步驟250，在該步驟將控制值設為與步驟225確定的占空比相對應。因此，當占空比落在最大值和最小值之間時，將使用來自步驟225的占空比來控制還原劑噴射器的操作。
[0025]圖3是根據(jù)本技術的某些實施例的控制邏輯300的示意圖?？刂七壿?00可包括邏輯塊305，該邏輯塊305因變于還原劑溫度T和壓力P來確定最大還原劑流速Flow_Max。最大還原劑流速Flow_Max對應于在給定壓力和溫度組合下可能通過噴射器的孔口的最大流速。
[0026]邏輯塊305的輸出被施加至邏輯塊310的輸入。所期望的氨流速Flow_Desired被施加至邏輯塊305的另一輸入?？筛鶕?jù)多種不同的控制策略來確定所期望的流速Flow_Desired，并且所使用的具體方法對本技術而言不是關鍵的。例如，在一些實施例中，可因變于上游和/或下游NOx信號來計算期望的流速Flow_Desired。
[0027]邏輯塊310輸出一占空比值，該占空比值對應于所期望流速Flow_Desired與最大流速Flow_Max之比。
[0028]來自邏輯塊310的占空比值被提供給邏輯塊315。邏輯塊315確定占空比值是否在預定范圍內(nèi)。具體地說，如果占空比值超出預定最大值，則邏輯塊315將控制值設為I?？刂浦翟谳敵?20上提供并且是用來調(diào)節(jié)噴射器24的占空比。因此，當占空比超出該最大值時，該控制值被設為I (例如100%的占空比)，這使還原劑噴射器保持開啟。相反，如果占空比低于預定最小值，則控制值被設為O (例如，O %的占空比)，這使還原劑噴射器24保持關閉。當來自塊310的占空比值落在預定范圍(如最小值和最大值所定義的)內(nèi)時，控制塊315在輸出320輸出該占空比值以用于控制還原劑噴射器24的操作。
[0029]盡管已將本公開物描述為具有示例性實施例，然而本申請旨在覆蓋使用本文所述大體原理的任何變型、用途或適應。能預見到，本領域內(nèi)技術人員可構思出許多修改和等效物而不脫離本公開物如下面權利要求書中描述的精神和范圍。此外，本申請旨在覆蓋與本公開物的差異落在其相關領域內(nèi)的已知或常見實踐范圍內(nèi)的那些偏差。
【權利要求】
1.一種控制將還原劑噴入到內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)中的方法，所述廢氣系統(tǒng)包括SCR催化劑以及用于將還原劑輸送到內(nèi)燃機廢氣的催化劑上游的還原劑噴射器，所述方法包括: 確定提供至所述噴射器的還原劑的溫度和壓力； 因變于所述還原劑溫度和壓力來確定最大還原劑流速；以及 因變于所述最大還原劑流速來控制所述噴射器的操作。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括因變于所期望還原劑流速與所述最大還原劑流速之比來控制所述噴射器的操作。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，還包括以對應于所期望還原劑流速與所述最大還原劑流速之比的占空比在開啟位置和關閉位置之間調(diào)節(jié)所述噴射器。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括基于所期望還原劑流速與所述最大還原劑流速之比確定占空比，并當所述占空比在預選范圍內(nèi)時以所述占空比在開啟和關閉位置之間調(diào)節(jié)所述噴射器。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，還包括當所述占空比高于所述預選范圍時將所述噴射器維持在其開啟位置。
6.如權利要求4所述的方法，其特征在于，還包括當所述占空比低于所述預選范圍時將所述噴射器維持在其關閉位置。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述還原劑是氨。
8.—種控制將氨噴入到內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)中的方法，所述廢氣系統(tǒng)包括SCR催化劑以及用于將氨輸送到內(nèi)燃機廢氣的催化劑上游的氨噴射器，所述方法包括: 確定提供至所述噴射器的氨的溫度和壓力； 因變于所述氨溫度和壓力確定最大氨流速； 基于所期望氨流速與所述最大氨流速之比來確定占空比；以及 因變于所述占空比來控制所述氨噴射器的操作。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括: 當所述占空比在預選范圍內(nèi)時，在開啟和關閉位置之間調(diào)節(jié)所述噴射器； 當所述占空比高于所述預選范圍時，將所述噴射器維持在其開啟位置；以及 當所述占空比低于所述預選范圍時，將所述噴射器維持在其關閉位置。
10.一種控制將還原劑噴入到內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)中的系統(tǒng)，所述廢氣系統(tǒng)包括SCR催化劑以及用于將還原劑輸送到內(nèi)燃機廢氣的催化劑上游的還原劑噴射器，所述系統(tǒng)包括: 溫度傳感器，被配置成感測提供給所述噴射器的還原劑的溫度并響應于此產(chǎn)生溫度信號; 壓力傳感器，被配置成感測提供給所述噴射器的還原劑的壓力并響應于此產(chǎn)生壓力信號; 控制器，被配置成接收所述壓力和溫度信號，因變于所述壓力和溫度信號確定最大還原劑流速，并因變于所述最大還原劑流速來控制所述噴射器的操作。
11.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器被配置成因變于所期望還原劑流速與所述最大還原劑流速之比來控制所述噴射器的操作。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器被配置成以對應于所期望還原劑流速與所述最大還原劑流速之比的占空比在開啟位置和閉合位置之間調(diào)節(jié)所述噴射器。
13.如權利要求10所述的 系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器被配置成基于所期望還原劑流速與所述最大還原劑流速之比來確定占空比，并當所述占空比在預選范圍內(nèi)時以所述占空比在開啟和閉合位置之間調(diào)節(jié)所述噴射器。
14.如權利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器被配置成進一步: 當所述占空比高于所述預選范圍時將所述噴射器維持在其開啟位置；以及 當所述占空比低于所述預選范圍時將所述噴射器維持在其關閉位置。
【文檔編號】F01N9/00GK103806992SQ201310534566
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權日:2012年11月2日
【發(fā)明者】A·C·萊克, N·辛格, M·J·米勒, J·S·奧連科扎克 申請人:萬國引擎知識產(chǎn)權有限責任公司