发动机停止时的氨蒸气管理系统和方法

专利名称：发动机停止时的氨蒸气管理系统和方法
技术领域：
本发明涉及处理在发动机停止状态期间车辆上用作排放控制系统中的还原剂所 产生的蒸气的方法。
背景技术：
氨或者尿素可以存储在车辆上用作排气排放控制系统中的还原剂。 在一些情况下，如在发动器启动期间，可以使用由该还原剂系统产生的氨蒸汽，如美国专利2006/0117741中所描述的。例如，氨蒸汽可以输送到存储单元和使用排 气热或者电热的反应器。进而，该蒸汽被导入排气中，在排气管中在排气流中的催 化剂的作用下与废气NOx反应。然而，本发明人意识到这样的系统存在的几个问题。例如，在各种增温状况中 会产生氨蒸汽。这样有可能增加系统中的压力并使得氨逸出到空气中而没有在排气 中反应。例如，在发动机关闭之后以及当车辆可能停驻在封闭区域中时，残留的热 量和周围的热量可能会充分增加蒸汽压力，并且可能导致不被控制的(im-metered ) 冊5从该还原剂系统，通过废气或者通过其他路径逸出。发明内容因此，本发明的一个方案是提供一种处理由用于车辆发动机的包含氨的还原剂 传送系统产生的蒸气的方法，所述方法包括在至少一部分发动机停止状态期间存储 在还原剂传送系统中产生的含氨的蒸气，以及在存储之后并在至少一部分发动机工 作期间将所存储的氨排放(pruge)至发动机的排气中以在排气流中的催化剂中起反应。以这种方式，有可能降低蒸汽压力并且减少逸出系统的不被控制的氨。进一步， 通过稍后在排气中使用存储的氨，可以达到更高的氨(或尿素)的有效使用率，有 可能减少用户增加氨(或尿素)的数量或频率。请注意，各种停止形态都是可能的，例如由于车辆停车-起步操作下的暂时发动 机关闭，或由于混合动力汽车搡作下的暂时发动机关闭，或者完全的车辆停止。


图1显示了内燃机和控制器系统的示例。图2为管理用于SCR过程多种还原剂的系统的示例性实施例。 图3为在SCR过程中用氨或尿素还原氮氧化物的概括性的简图。 图4为基于发动机运行状态而操作排放控制系统的方法的示例性实施例。 图5A-5D为还原剂管理系统的多种供应和存储模式的简图。 图6描述了用于管理用在SCR过程中的液体还原剂和气体还原剂的系统的示例 性实施例。图7描述了用于管理用在SCR过程中的液体还原剂和气体还原剂的系统的另一 个示例性实施例。图8描述了用于管理用在SCR过程中的液体还原剂和气体还原剂的系统的又一 个示例性实施例。图9-10描述了方法的示例性实施例的流程图，这些方法基于引入的另一种还原 剂药剂数量而确定加入SCR过程还原剂药剂数量，并且控制基于排放的氨的数量控 制提供至排气系统的尿素的量。
具体实施方式
附图和本说明描绘和记述了用于处理用在SCR过程中的多种还原剂的系统的各 种作为示例的实施例。此处所记述的实施例包括用于存储第一还原剂的第一存储装 置，其附加到位于用于还原各种发动机排放物的催化剂的上游的排气系统中。在特 定的条件下，该第一还原剂可与空气的组分(如水蒸气)反应和/或分解而形成第二 还原剂。随着时间过去，在该第一存储装置中的第二还原剂的压力会升高，其会导 致该第二还原剂从该第一存储装置中不受控制的释放出。为了有助于防止这种释放， 这里所记述的实施例也包括用于存储该第二还原剂的第二存储装置。存储在该第二 存储装置中的该第二还原剂至少临时地与该第一还原剂同时使用，或者与之分离使 用，以处理内燃机的废气。在这个方法中，该系统可以避免第二还原剂不可控制的 释放到该排气系统中。参见图l,所示为直喷式内燃机IO,包括多个燃烧室且由电子引擎控制器12控 制。发动机10的燃烧室30包括燃烧室壁32,活塞36位于其中，并且与曲轴40相 连接。在一个例子中，活塞36包括一个凹部或碗状凹陷(未示)以形成具有可选的 分层或均质水平的空气和燃料进气或者，也可以使用平顶活塞。所示的燃烧室30通过进气门52与进气歧管44相连通，通过排气门54与排气 歧管48相连通。所示燃料喷射器66直接与燃烧室30相连，用于向其中直接输送液 态燃料，以与通过电子驱动器68从控制器12接收的信号脉冲宽度dfpw成比例地直 接向其中供给喷射的燃料。燃料被输送到包括燃料箱，燃料泵，和燃料管的燃料系 统(未示)。在一些实施例中，发动机10可以包括多个燃烧室，每个具有多个进气 和/或排气门。进一步，所示排气再循环(EGR)歧管130与排气歧管"和进气歧管"相连通。
所示EGR冷却器132与控制器12相连通，用于在到达进气歧管44之前冷却EGR。还 示出，用于控制EGR流量的EGR控制阀136以及用于监控EGR歧管130中的排气压 力的压力传感器134。所示进气歧管44通过节气门板62与节气门体58相连通。在 此具体例子中，节气门板62与电动马达94相连，这样控制器12可以通过电动马达 94来控制节气门板62的位置。控制器12驱动燃料喷射器66,从而形成具有所需空燃比的混合物。控制器12 控制通过燃料喷射器66输送的燃料量，这样在燃烧室30内的空燃比混合物可以有 选择地为基本处于(或接近)化学计量值，或浓于化学计量值，或者稀于化学计量 值。进一步，控制器12配置成为驱动燃料喷射器66,从而在一个循环中，可以执行 多种燃料喷射。所示催化转化器70与排气歧管48相连通，以及所示SCR催化剂72位于催化转 化器70的下游。还原剂源73设置为在控制器12的引导下向SCR催化剂72上游的 排气系统71引入一种或多种还原剂。还原剂源73可以配置为根据第一还原剂输入 75和第二还原剂输入77的指示向发动机排气中引入多种还原剂。这个特征将在下面 更详细的记述。如图l所示，控制器12是常规的微计算机，包括微处理器单元102， 输入/输出端口 104,用于执行程序和校正值的电子存储介质，在此具体例子中如图 所示为只读存储芯片106,随机存取存储器108,保活存储器IIO,以及常规数据总 线。控制器12如图所示接收连接在发动机10的传感器的各种信号。在前面所讨论 的那些信号之外，包括来自连接到节气门体58的质量空气流量传感器100的吸入 质量空气流量(MAF)测量值、来自连接到冷却套管114的温度传感器112的发动机 冷却剂温度(ECT)、来自连接到曲轴40的霍尔效应传感器118的齿面点火传感器 信号(PIP)指示发动机转速(RPM)、来自节气门位置传感器120的节气门位置(TP)、 及来自传感器122的绝对歧管压力信号(MAP)。控制器12也可接收来自位于SCR 催化剂72上游的NOx传感器122的与废气NOx浓度有关的信号，和/或来自氨传感 器124的与从还原剂源73加入到还原剂中的氨浓度有关的信号。发动机转速信号RPM是由控制器12根据信号PIP以常规的方式产生的，以及歧管压力信号MAP提供发动 机负荷的指示。发动机10内的燃烧可以有多种类型，依赖于运行的环境。图l描绘了压燃式发 动机，可以理解的是下面所记述的实施例可用于任何合适的发动机，包括但不限于， 柴油和汽油压燃式发动机，点燃式发动机，直喷或者气道喷射发动机，等等。进一 步，可以使用多种燃料和/或燃料混合物，如汽油，柴油，H2，乙醇，甲烷和/或它 们的结合。图2所示为更详细的发动机10排放控制系统200的一个例子的框图。排放控制 系统200包括排气系统71和还原剂源73。如下面所记述的，还原剂源73可以管理 多种还原剂的存储和使用。这里所指的还原剂源73可以是还原剂管理系统。虽然图
2所示为一个具体的还原剂管理系统，但可以使用各种替代物，如此处所记述的例子 所示的替代物。如图所示还原剂管理系统73与排气系统在催化转化器(图2中未示出，如SCR 催化转化器)上游位置连接。进一步， 一种或多种还原剂可以通过管道75,管线74 和/或管线77或它们的一些组合而进入排气系统71。还原剂管理系统73包括用于存 储一定量的第一还原剂222的第一存储装置220。依据第一还原剂222的化学和物理 特性，在特定的条件下，第一还原剂222可能会反应(例如，与一些空气组分)或 分解而形成第二还原剂224。经过一段时间(举例来说，在车辆运行或发动机/车辆关闭期间)，第二还原剂 224的产生会导致第一存储装置220中的蒸汽压力增大。因此，为了有助于控制第一 存储装置2"或系统73中的压力，减压阀225配置为在某个蒸汽压力下向第二存储 装置230释放一定量的第二还原剂224,虽然第二还原剂224可以经过管线74直接 释放入排气流中。第二存储装置230同样地可配置为将可控数量的第二还原剂224 经过管线77释放入排气系统71中。在这种方式中，还原剂管理系统73可允许可控 数量的第一和第二还原剂被释放入排气系统71中，其中至少一种还原剂可在下游催 化剂(如SCR催化剂)处反应。进一步，这种释放可以是同时进行的，分别进行， 或者其组合。在一些实施例中，存储在第一存储装置220中的第一还原剂222可以是含水尿 素。在此处所记述的示例实施例中，第一存储装置220可包括存储箱，也可以使用 其他的存储装置。如上面所提到的，在各种条件下(例如，加热，外热，空气压力低，等等)尿 素可与多种空气组分反应(例如，水蒸汽，氧气，等等)，从而分解并生成氨蒸汽。 减压阀225可以配置为处于选定的压力、发动机循环或时间间隔等打开，以将至少 一部分氨蒸汽从第一存储装置220中释放至第二存储装置230。第二存储装置230可 以捕获并存储该氨蒸汽。第二存储装置230可以化学、物理或其组合的方式存储氨。 氨一直被储存直到控制12促使从第二存储装置230向排气系统71释放氨蒸汽。在 一个例子中，第二存储装置230通过吸附剂材料以催化反应或物理方式保留氨和/或 HNCO，然而，该设备可包括一种可在更高压力下将冊3以气相存储在其中的不具有吸 附剂的空体积。第二存储装置230可以包含任何适合于存储氨的吸附剂材料。例如，第二存储 装置230可包括在陶瓷载体上的一种低温存储沸石(zeolite)涂层。在另一个例子 中，第二存储装置230可以是活性碳滤罐。其他的适合的吸收剂材料包括但不限于 分子筛(例如，沸石，氧化铝，硅石，活性碳，等等)；氧化物，碳酸盐，和碱金 属氢氧化物；以及金属磷酸盐，包括但不限于钛和锆的磷酸盐。在一个例子中，氨 可通过化学吸附而被吸附在表面上，或者以化学和物理方式被吸附在该存储装置的材料中。在另一个例子中，可以使用酸性吸附剂材料存储NH3。在一个例子中，经过装置230的气体中的氨的浓度可驱使氨的存储/释放。例如， 当处于选定温度下的较高浓度的氨从装置220经过装置230时，氨可以被存储。而 当新鲜空气经过装置230时，氨可以被释放(并且传输到废气或者另一存储位置)。 这样，可以使用临时存储而使气体排出，并因此降低系统中的压力，其中临时存储 的氨可随后被恢复并用于系统中。图3示意性说明在一个示例SCR过程中用氨和/或尿素还原氮氧化物。指向SCR催化剂的箭头表示化学试剂，而从方框出来的箭头表示产物。排气系统71中的氮氧化物与SCR催化剂72中的氮和/或尿素反应可形成对环境无害的产物排放到大气中，如氮，二氧化碳以及水。 一些示例的SCR反应如下。第一，加入排气系统71的尿素会分解为氨，如下 C0(層2 )2 4册3 +柳CO，co+//2"册3 + co2氨可根据各种不同的反应路径依次与SCR催化剂中的NOx反应，包括但不限于以下的一个或多个4節+ 4丽3 +02~> 4iV2 + 6//202衡2 + 4册3 + 02 — 3iV2 + 6//2(96N02 + 8NH3 + 7N2 + 12H20 NO + N02 + 2NH3 + 2N2 + 3H20可能需要引入一定量的一种或多种还原剂，如尿素和/或氨，至排气系统71,数 量一般来源于上述N0x还原反应的化学剂量或者是存储在控制器12的查询表。具体地，引入排气系统的尿素和/或氨的数量可基于来自传感器的信息。例如，来自排气 系统71内的传感器的输出信号，如N0x传感器，可以指明废气中的NOx量。在另一 个例子中，来自该还原剂管理系统中的传感器的输出信号，如氨传感器，可指明可 由第二存储装置230排出的氨的量。这样，控制器12可促使还原剂管理系统73相 应地向排气系统71引入一定数量的尿素和/或氨。从而，通过在SCR催化剂还原废 气中的NOx可基本上消耗尿素和/或氨。然而，在一些情况下，减少氨逃逸是有好处的。具体地，氨逃逸可能是由向排 气系统71中引入了过多量的尿素和/或氨导致的。还原剂管理系统73可控制该还原 剂，这样可以基本上阻止过量的尿素和/或氨进入排气系统71 (也就是，进入排气系 统的尿素和/或氨主要是被消耗掉)。这样，至少由于未受控氨释放引起的氨逃逸可 被大大地降低。下面将描述更多关于响应运行状态和传感器信息而控制一种或多种 还原剂源至废气的例子。图4可说明运行顺序的一个实施例，其可用于降低氮逃逸。具体地，可以通过 一种操作还原剂管理系统73的方法来控制尿素和氨的存储和传输，其可至少部分地
依据不同的发动机状况而定，以及具体地是基于发动机关闭状态。例如，在发动机 停止状态下(其可包括车辆停止状态，或者在混合动力汽车示例中的车辆运行状态)， 由于从尿素存储箱向排气系统中释放氨，氨逃逸可能会发生在一些排放控制系统中 (也就是，被释放至排气中的氨没有起反应)。图4所示的示例程序400概略说明排放控制系统运行的一个示例实施例，其在 排放控制系统200中管理氨以处理在发动机停止状态期间氨的产生。例如，可能由 于有传导至该氨/尿素存储系统的外部热量而产生氨。在一个例子中，残留的发动机 /排气热量与周围热量结合可导致产生氨蒸汽从而升高蒸汽压力。这种情况可通过在 发动机停止状态期间存储蒸汽而处理，这些蒸汽稍后将被引入废气中用于降低排放。首先，在410,发动机关闭，其可开始一种在此处被称为发动机停止状态的状态。 在一个实施例中，该发动机可以是车辆上的内燃机，其中在发动机停止状态期间该 车辆是停止的。在另一个实施例中，可在内燃机的发动机停止状态期间该车辆使用 电动马达或者各种其他驱动部件(例如，燃料电池等等)。在内燃机的发动机停止状态期间，在420处，在该还原剂管理系统中可能会以 各种方式产生氨。具体地，尿素会在周围的温度下与存储箱中的水和/或空气反应以 产生氨。进一步，热量可促进尿素分解为氨。这样，发动机先前运行的残留热量至 少会部分地促进存储箱中氨的产生。参见图2，存储的尿素的反应可导致第一存储装置220中氨气压力的升高，其中 第一存储装置220可以是尿素存储箱。该尿素存储箱中的压力可通过将氨经过管线 74释放到排气系统71或者经过减压阀225释放到第二存储装置230或它们的组合而 降低。具体地，减压阀225可配置为在某些情况下打开以减轻存储箱中的蒸汽压力。 例如，减压阀225可在选定的压力下打开。回到图4，在430处，氨可被吸收在第二 存储装置230中。例如，减压阀225可配置为一直打开直到控制器促使该阀关闭。 这样，在发动机停止状态期间的至少一部分时间内，来自该存储箱的氨的浓度可能 在第二存储装置230中增加。接着，在440处，启动内燃机。在450处，可从第二存储装置230中释放出氨 并在选定的发动机/排气条件下排入排气系统71。例如，在发动机转速升高后，以及 在SCR催化剂达到选定的运行温度后，存储的氨可排放至废气中并用于降低废气中 产生的NOx。在一个例子中，排放量和排放频率两者至少之一可根据运行状况，比如， 排气温度，催化剂温度，发动机转速，发动机负荷，或其组合进行调整。进一步， 控制器12可对不同的状态作出响应使氨从第二存储装置230排出或对其进行调整。 作为一个具体的例子，控制器12可响应来自温度传感器的反馈信号而使氨排出，其 中，该温度传感器可设置在还原剂管理系统73下游的排气或SCR还原剂中。另一个 例子，控制器12可响应氨传感器的反馈信号而使氨排出，所述氨传感器可检测存储 在第二存储装置中的氨的浓度。
这样，就有可能在发动机停止状态期间，至少在选定的状态期间，对蒸汽产生 进行处理。现在参见图5A-5D,这些框图展示各种可使用的还原剂管理模式，包括存储，排 出等等。例如，模式可包括从第一存储装置220或第二存储装置230中的至少一个 有选择地传输氨，其中，通过一个或多个通至大气的通风口/连结促进氨的传输。进 一步，空气通风口可以是安全闽，其可以减压或减低建立的真空(或可基于需要的 效果而在卸压和真空泄放之间交替)或可响应于所需要的氨和/或尿素的传输方向而 变化。具体地，如图5A所示，还原剂管理系统73可包括与第一存储装置220 (例如， 尿素存储箱)相连的第一空气阀510,和/或可与第二存储装置相连的第二空气阀520, 其中每个阀可配置为卸压或真空泄放或如所述的变化。该空气阀可配置为调节如图2 所示的还原剂管理系统73中的空气流量，或配置为调节流出系统的蒸汽流量。可以 理解的是，离开图2所示的还原剂管理系统73的还原剂通常传递到空气和/或排气 系统71中。例如，可选地，尿素可在任何适合的模式中从存储箱传输至SCR,以至 少部分地补充从第二存储装置排出的氨，或可以单独提供尿素。具体地参见图5A，简图530描述了一种在还原剂管理系统73中的还原剂流动路 径，其中该流动包括在该存储箱产生的氨蒸汽至第二存储装置230的流动。简图530 所描述的流动路径可被称为一种存储模式。在此处所描述的存储模式的一个实施例中，废气中的NOx可在SCR催化剂中被 从该存储箱引入到排气系统(如虛线箭头75)的液态尿素还原。所存储的尿素可产 生氨蒸汽，其可以被输送到第二存储装置230,其中，氨蒸汽可存储在第二存储装置 230中直到控制器2促使排出状态。在另一个实施例中，控制器12可以不促使还原剂释放入排气系统71。例如，在 发动机停止状态期间，引入排气系统71的尿素和/或氨会导致氨逸出。这样，尿素 也可能不会被引入排气系统71。然而，由于残留发动机热在该存储箱中产生的氨蒸 汽可被发送至第二存储装置。这样，升高的蒸汽压力可被降低，尽管控制器12可以 不促使还原剂释放到排气系统71中。在存储模式下促进氨从该存储箱向第二存储装置230传输是有好处的。例如， 空气阀520可配置为打开。这样，在第二存储装置230中建立的压力就可以被释放， 从而离开还原剂管理系统73的空气基本上不带氨并且更多的氨可进入第二存储装置 230且存储在那里。在另一个实施例中，空气阀510可配置为在某些压力下打开，这 样空气就可以被吸入该存储箱。这么做，该存储箱中的真空可在某些情况下泄放， 如在向排气系统提供尿素期间氨的浓度低的情况下。具体地参见图5B,简图560描述了还原剂管理系统73中带有还原剂流动路径的 存储设备排放操作模式，其中该流动通常可包括存储在该第二存储装置230的氨蒸 汽至排气系统71的流动。空气阀520可配置为打开，这样空气可被引入该第二存储 装置230，其中可通过压力差将空气引入第二存储装置230,例如位于氨蒸汽进入排 气系统71的入口处的文丘里装置或泵。进一步，离开第二存储装置的空气可至少部 分地充满氨蒸汽，其被引入排气系统71以选择性及催化还原NOx。如图5B所示，在存储装置排出期间，在存储箱中的尿素可生成氨而导致箱内的 氨蒸汽压力上升。这样，排放操作可以终止，蒸汽可再次由于200中的压力而存储 在230中。同样，可根据图530通过至少临时向第二存储装置230传输蒸汽和/或向 根据图570所描述模式的排气系统71引入氨而使该存储箱优选地得到泄放。在一个例子中，可通过在引入空气之前先对其进行加热来促进氨从第二存储装 置230的释放。例如，排放控制系统200可包括加热设备(未示)，其可设在空气 阀5"和第二存储装置230之间。在另一个例子中，排放控制系统200可发送一部 分热废气，这样就可预热空气。现在具体参见图5C，图570描述了还原剂管理系统73中带有还原剂流动路径的 存储箱排放搡作模式，其中该流动通常可包括存储在存储箱的氨蒸汽向排气系统71 的流动。具体地，空气闽510可配置为打开，这样空气可被引入该存储箱以泄放真 空，所述真空是由于为了选择性和催化还原NOx或者由于温度变化而从存储箱向排 气系统71释放氨所引起的。。具体参见图5D,图580描述了在还原剂管理系统73中带有还原剂流动路径的存 储箱和设备排放模式，其中该流动通常可包括存储在存储箱和第二存储装置230中 的氨蒸汽向排气系统71的流动。空气阀510和/或空气阀520可配置为打开，这样 空气可被引入该存储箱和存储装置220以泄放真空，所述真空是由于为了选择性和 催化还原NOx、或者是由于温度变化而从存储箱向排气系统71释放氨所引起的。进一步，离开存储箱的氨与离开第二存储装置230的氨可在连接点590相交， 在该处可设置三通阀。这样，控制器12可在图5A和5B所描述的模式之间切换。进 一步，此处所描述的这些阀门可以调整以控制排放控制系统200中的氨的流量。图6-8说明管理液体还原剂(例如，尿素溶液)和气体还原剂(例如，由尿素 产生的氨气)的系统的三个示例实施例。这三个实施例共享多个共同的组件。例如， 这些作为示例的实施例的每个都包括存储第一还原剂222的第一存储装置220,存储 第二还原剂224的第二存储装置230，以及具有单向压力阀225的导管625，其流体 连接在第一存储装置220和第二存储装置230之间，有选择地将第二还原剂224释 放入第二存储装置230用于稍后释放入排气系统71。另外，如下面将更详细说明的， 可设置传感器640以测量第二还原剂输入77中的气相组分的浓度。进一步，图6-8 的每个示例实施例包括空气阀510以泄放该存储箱中的压力和/或真空，以及填充通 道695以允许补充第一还原剂222。虽然所示导管625直接与第一存储装置220和第 二存储装置230连接，应理解该导管625可包括中间结构。这里所使用的术语"导 管"表示在第一存储装置220和第二存储装置230之间的流体路径，其可包含多种
不同结构。应理解的是，上述组件以及下面图6-8描绘的方法中所特有的组件的操作均可 由控制器12控制，是通过存储在控制器12上的存储器106， 108中可由处理器102 执行的代码来控制的。此外，应理解此处所描述的具体实施例仅作为示例，并且其 他的实施例可仅包括所描述结构的子集，和/或未示的任何合适的附加结构。现在参见图6描绘的实施例，还原剂管理系统600,除上面所描述的结构之外， 还包括用于调节进入第二存储装置230的氨蒸汽的流量的存储阀610,以及用于控制 从该第二存储装置230进入排气系统71的氨蒸汽的流量的排放阀620。在一个实施例中，存储闽610可保持在常开位置，而排放阀620可保持在常闭 位置。这个状态可用图530图解说明，为存储模式。其允许经由该单向压力阀225 释放的过多的氨蒸汽存储在第二存储装置230中。然后，在某些条件下，例如第二 存储装置230中存储的氨浓度升高或者在选定的发动机运行条件下，控制器12可关 闭存储阀225并打开排放阀620。这个模式可用图570图解说明，为存储装置排放模 式。在存储装置排放模式下运行允许氨经过排放阀620按照如下方式引入排气系统 71。第一，位于第二还原剂输入77的出口的文丘里装置650可制造低压区域，从而 引起经过管道660的空气流并使空气流入第二存储装置230。在位置670离开该第二 存储装置230的空气可包括氨蒸汽的大部分分压。然后在这个空气中的氨蒸汽可通 过文丘里装置650经过第二还原剂输入77而被吸入该排气系统71,其中装置650位 于排气管中。现在参见图7描述的实施例，还原剂管理系统700，除在排放控制系统600中所 包括的结构之外，还包括空气泵710。在这个实施例中，该排放模式，除了包括关闭 存储阀610和打开排放阀620之外，可包括操作空气泵710以引起经过管道760的 空气流并使空气流入第二存储装置230。由空气泵710所引起的空气流可从第二存储 装置经第二还原剂输入向排气系统71输送氨。由于空气泵710所产生的压力差，在 这个实施例中可以省略文丘里装置650。进一步，来自该车辆其他位置的压缩空气可 附加于或者替代空气泵10使用，如来自发动机进气系统的涡轮压缩机或涡轮增压器 的压縮空气。现在参见图8所描绘的实施例，还原剂管理系统800包括第一存储装置220，第 二存储装置230，单向压力阀630，真空阀690,填充通道695,以及文丘里装置650。 然而，还原剂管理系统800不包括存储阀610和净化阀620。而是，设有与填充通道 685连接的空气阀510,控制器12可有选择地将其打开，以允许经由第一存储装置 220和第二存储装置230吸入空气，从而通过由文丘里装置650形成的低压区域将氨 蒸汽输送入排气系统71。应理解的是，单向压力阀630也可在这个排放过程中打开 以确保足够的空气流过第二存储装置230。正如上所述的，向排气系统增加尿素和氨(或任何其他适合的还原剂)可以多
种方式进行。例如，控制器12可包含可执行代码以通过任何适合的系统组件(包括 但不限于阀门，泵，喷射器等)控制至排气系统的适量氨的增加。在一些实施例中，该系统可配置为响应反馈控制来控制增加的量。例如，在一些实施例中，控制器l2可根据从传感器640接收的反馈调节加入该排气系统的第一 还原剂和第二还原剂的数量。在一些实施例中，传感器640可为氨传感器，而在其 他的实施例中，传感器可以是NOx传感器。进而，在另外的实施例中，氨传感 器和NOx传感器两者，可连同任何其他合适的一个或多个传感器同时使用。在另外 的实施例中，控制器l2可配置为基于发动机工作状态确定NOx的浓度，和/或可配 置为基于变量(如经过第二存储装置的空气流速，等等)估算从第二存储装置230 增加到排气系统的氨的浓度。现在参看图9,所示为用于管理向排气系统增加多种还原剂的方法900的示例实 施例。方法900可通过各种方法实现，例如，在一些实施例中，方法900可通过执 行存储在控制器12上的代码实现。方法900首先包括，步骤910,确定排气系统71中废气中NOx的浓度。确定NOx 浓度的例子包括但不限于，接收来自NOx传感器的信号，和/或根据发动机运行状况 (如转速和负荷)确定一个估算的NOx浓度。还可以各种形式估算NOx的量，如NOx 水平，NOx浓度，和/或每体积流量的NOx质量流速。接着，在步骤920，方法900包括确定是否要求从第二存储装置排出氨。多种状 况或事件可用于确定什么时候要求排出氨。例如，包括但不限于，当第二存储装置 230中的氨的压力超过门限压力时要求排出；在预设的发动机运行时间隔(例如，一 定的时间间隔或者一定数量的发动机循环)后要求排出，当发动机运行状况提供了 一个排出的机会时要求排出，和/或当存储在230中的还原剂数量达到预设程度时要 求排出，等等。如果没有排出氨的要求，那么方法900执行步骤930，在此确定增加到废气中的 尿素数量，然后执行步骤940，在此将所确定数量的尿素例如通过75增加到废气中。 增加到废气中的尿素数量可以多种方式确定。在一些实施例中，控制器12可接收来 自NOx传感器的标示在废气中的NOx浓度的输入，然后控制器12可根据这个输入确 定和/或调整增加到废气中的尿素数量。在另外的实施例中，根据发动机运行状况估 算废气中NOx的浓度，以及相关数量的尿素可增加到排气系统中。在另外的实施例 中，尿素可以恒定速度增加到排气系统中。在选定了传感器输入和发动机运行状况 而加入的氨的量可以计算或预先确定，并且将其存储在控制器12的查询表中，且可 基于输入的运行状况进行调整。另一方面，如果要求排出氨，那么方法900执行950,在这一步，氨被加入到排 气系统并被执行排出。在传感器640为氨传感器的实施例中，控制器12可控制或调 整向排气系统加入氨的速度，例如，通过控制进入排气系统的氨的流量。或者，可
以预先选定的速度向排气系统增加氨。如上所述，在一些实施例中，氨可被加入排气系统而不包括任何尿素。在另一 些实施例中，将氨从该第二存储装置中与尿素同时加入排气系统。在氨从该第二存储装置与尿素同时加入排气系统的情况下，方法900可包括步骤960,确定和/或提 供在避免氨逸出的同时为了适应加入的氨而加入到该排气系统的尿素的减少量，以 及然后向该排气系统970增加所确定数量的尿素。该加入排气系统的尿素的减少量可通过多种方法确定。例如，控制器12可通过 确定加入该排气系统的氨的量或浓度，以及也确定发动机10的废气中NOx的量或浓 度，然后确定加入多少尿素以完全还原废气中的全部NOx,来确定加入废气中的尿素 的减少量。可由源于NOx还原反应化学计量法的一个或多个函数计算要加入的尿素 量，或者通过存储在控制器12上的查询表来确定。这样，根据已加入排气系统的氨 的浓度或数量的变量和/或关于发动机10废气中NOx浓度数量的变量，调整要加入 废气的尿素量。这样，就有可能在各种状况下控制到废气的还原剂加入，并且在管理氨蒸汽的 排出的同时管理分离的还原剂传输，以实现改进的NOx还原并降低氨逸出。参见图5A-5D，这些还原剂管理模式说明来自如虛线75所示的存储箱中的液态 尿素可独立于图530所示的氨而供应，或者至少暂时与如图570所示的存储箱中的 氨同时供应，或者至少暂与如图560所示的存储箱中的氨同时供应，或者是上述方 式的组合。进而，存储箱中的氨可如图570所示独立供应，或者如图580所示与第 二存储装置230的氨同时供应，其中可不供应尿素(即，虛线540可不供应)。图10是一个实施例的另 一个流程图1000,其说明了基于从第二存储装置230排 出的氨的数量来控制供给排气系统71的尿素量。这样，在1010控制器12可确定是 否启动氨排出，否则程序结束。可如本文所述响应来自控制器12的多个反馈信号而 启动氨排出。例如，控制器12可响应第二存储装置230中氨的浓度而促使存储装置 实施氨排出。在1020，氨排出可以较低的流量水平开始。这样，经过导管625的流量可通过 闽门(如存储阀610)来降低或局部受阻。进而，位于连接点590的闽门，如排放阀 620或三通阀可配置为打开，这样氨可排至排气系统71。然而，在初始时期或一定 的持续期间，来自第二存储装置230的氨流量可能会足够低。在这种状况中，响应 于废气传感器或者是指示氨(或其他还原剂)排出量的传感器的反馈，可引入和/或 调整(如，降低)液态尿素至排气系统71以补偿低的氨流量。这样，当氨从第二存 储装置230流出时，调整来自存储箱的尿素可考虑到氨蒸汽的供应。进一步，当流 量较低时可以一开始就采用这种补偿，以降低在计算/测量需要排出多少氨时产生的 误差的影响。然后， 一旦发现存储装置230的这种状态，就可按照如下所示增加流 量。
具体地，在一定时期或选定的持续时间(或排出足够提及的氨蒸汽)后，在1020, 氨流动可能进入氨以较高流量从第二存储装置释放出的流动模式。此时，传感器，如传感器640，可持续检测从第二存储装置230释放出的氨的数量或浓度。这样，在 1040,用来补充被排放至排气系统71的氨的数量，并经由输入管75向排气系统71 供应的尿素的数量可被确定和/或调整。在1050，程序可根据例如与第二存储装置230相连的传感器确定第二存储装置 "0中氨的浓度。控制器12可确定第二存储装置230中氨的浓度是否超过门限浓度。 如果否，程序继续1070中的排出，并且程序可如此重复直至第二存储装置230中的 浓度低于该门限氨浓度。如果是，程序可继续至1060,其中可配置在排放控制系统 200中的阀门，使得从第二存储装置230至排气系统71的流量相应地被减小或者受 阻。可以理解的是，在此所描述的处理顺序并不是实现所述这些作为示例的实施例 的特征和好处所必需的要求，只是为了容易说明和记述。 一个或多个图示步骤或功 能可依据所使用的特定策略而重复执行。此外，所描述的步骤可用图表表示要编程 到例如发动机控制系统中为传感器的计算机可读介质中的代码。此处所公开的用来 管理用于SCR过程的多种还原剂的系统和方法的实施例实际上是示例性的，并且这 些具体的实施例并不应认为具有限制意义，因为可能会有许多变化。本发明所公开 的主题内容包括此处所公开的用于对NOx吸附器脱硫的各种系统和方法和其他特征、 功能和/或属性的全部新颖的和非显而易见的组合和子组合。本申请的权利要求特别 指出认为是新颖的且非显而易见的特定的组合和子组合。这些权利要求会提及"一 个"要素或"第一"要素或其同等物，这样的权利要求应当理解为包括一个或多个 这样的要素的结合，而不是要求排除两个或两个以上这样的要素。所公开的特征、 功能、元素和/或属性的其它组合及子组合可以通过本发明权利要求的修改或通过在 本申请或相关申请中提供新的权利要求来请求保护。这样的权利要求，无论是在范 围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包括在本发明的主题之 内。
权利要求
1、一种处理由用于车辆发动机的含氨还原剂传送系统产生的蒸气的方法，包括在至少一部分发动机停止状态期间，存储由所述还原剂传送系统产生的包含氨的蒸气；以及在所述存储之后并且在至少一部分发动机工作期间，将所述存储的氨排放至所述发动机的排气中以在排气流中的催化剂中起反应。
2、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述发动机停 止状态期间从电动机提供牵引力以驱动车辆。
3、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，在所述发动机停止状态期间所述 车辆是停止的。
4、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述包含氨的蒸气是在存储至少 一些液体还原剂的存储箱中产生，所述方法还包括通过所述还原剂传送系统中的泵 将所存储的氨排放至所述发动机的排气中。
5、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述蒸气由吸附剂存储。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述蒸气由催化剂吸附剂存储。
7、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述蒸气存储在活性炭滤罐中。
8、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，在所述蒸气被存储之后将系统中 产生的压力向大气泄放。
9、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括调整还原剂注射量以补偿 所述蒸气的排放，并通过在所述还原剂传送系统中的文丘里装置将所存储的氨排放 至所述发动机的排气中。
10、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括至少基于周围环境温度有选择地将所存储的氨排放至发动机的排气中以在所述催化剂中起反应，其中所述 催化剂是SCR催化剂。
11、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括至少基于排气温度有选择地将所存储的氨排放至发动机的排气中以在所述SCR催化剂中起反应。
12、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括至少基于催化剂温度和 基于排气流有选择地将所存储的氨排放至所述发动机的排气中以在SCR催化剂中起 反应。
13、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括至少基于所存储的氨的 量有选择地将所存储的氨排放至所述发动机的排气中以在SCR催化剂中起反应。
14、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述蒸气由催化剂吸附剂存储， 所述方法还包括至少基于所述吸附剂所存储的氨的量有选择地将所存储的氨排放至 所述发动机的排气中以在所述排气催化剂中起反应。
15、 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述蒸气由包含沸石在内的催 化剂存储。
16、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述存储包括存储由于环境热 和/或由先前的车辆搡作所产生的残留的发动机热而生成的包含氨的蒸气，
17、 一种处理由用于车辆发动机的含氨还原剂传送系统产生的蒸气的方法，包括在至少一部分发动机停止状态期间，存储由于环境热和/或由先前的车辆操作所 产生的残留的发动机热在所述还原剂传送系统中生成的包含氨的蒸气；在所述存储之后并且在至少一部分发动机工作期间，将所述存储的氨排放至所基于所述排放操作在所述排放期间调整所注射的还原剂的量。
18、 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述蒸气由催化剂吸附剂存储， 所述方法还包括至少基于所述吸附剂存储的氨的量、通过泵和文丘里装置两者至少 之一、有选择性地将所述存储的氨排放至发动机排气中以在SCR催化剂中起反应。
19、 一种处理由用于车辆发动机的含氨的尿素还原剂传送系统产生的蒸气的方 法，包括在至少一部分发动机停止状态期间，存储由于环境热和/或由先前的车辆搡作所产生的残留的发动机热在所述尿素还原剂传送系统中生成的包含氨的蒸气；在所述存储之后并且在至少一部分发动机工作期间，将所述存储的氨排放至所述发动机的排气中以在SCR催化剂中与由所述发动机工作生成的NOx起反应，其中 在温度升高的状况期间增加排放频率和排放量两者至少之一；以及 基于所述排放操作在所述排放期间调整所注射的尿素的量。
20、根据权利要求19所述的方法，其特征在于还包括通过所述还原剂传送系统 的泵和文丘里装置两者至少之一将所述存储的氨排放至所述发动机的排气中。
全文摘要
一种处理由用于车辆发动机的含氨还原剂传送系统产生的蒸气的方法，包括在至少一部分发动机停止状态期间，存储由所述还原剂传送系统产生的包含氨的蒸气；以及在所述存储之后并且在至少一部分发动机工作期间，将所述存储的氨排放至所述发动机的排气中以在排气流中的催化剂中起反应。
文档编号F01N3/10GK101149007SQ20071016170
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月18日 优先权日2006年9月18日
发明者乔瓦尼·卡瓦泰奥, 克里斯托弗·奥伯斯基, 威廉·洛纳, 米切尔·J·范·纽斯塔特, 蒂莫西·韦布 申请人:福特环球技术公司