氨流量控制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及氨流量控制，具体为一种控制将还原剂喷入内燃机的废气系统的方法，包括：确定提供给还原剂喷射器的还原剂的温度和压力。该方法还因变于还原剂温度和压力来确定最大还原剂流速，并因变于最大还原剂流速来控制喷射器的操作。
【专利说明】氨流量控制
【背景技术】
[0001]常见地使用选择性催化还原(SCR)从由诸如柴油机或其它贫燃(汽油)发动机之类的内燃机产生的废气中去除NOx ( S卩，氮的氧化物)。在这些系统中，通过在废气进入能达到高NOx转换的SCR催化剂之前将还原剂喷入废气，从而连续地从废气中去除N0X。
[0002]在SCR系统中经常使用氨作为还原剂。氨通过对气态氨、液态氨或间接地作为溶解在水中的尿素的受控嗔射被引入到废气中。位于废气流中的SCRf隹化剂引起存在于废气中的NOx与NOx还原剂(例如，氨)之间的反应，以将NOx转化成氮和水。
[0003]SCR系统的正确操作涉及对被喷入到废气流中的氨(或其它还原剂)的量(即，剂量水平)的精确控制。如果使用过少的还原剂，催化剂将转化不足量的N0X。如果使用过多量的还原剂，一部分氨将在被称为“氨泄漏”的状态下未经反应地通过催化剂。因此，期望能精确地控制还原剂被输送进废气系统。
【发明内容】
[0004]本文描述的本技术的方面和实施例涉及用于控制将还原剂喷入到内燃机的废气系统的一个或多个系统和方法。废气系统包括与还原剂反应以还原内燃机废气中的NOx的SCR催化剂。所述方法包括:确定被提供给喷射器的还原剂的温度和压力；因变于还原剂温度和压力确定最大还原剂流速；以及因变于最大还原剂流速控制喷射器的操作。在某些实施例中，该方法可因变于所期望的还原剂流速与最大还原剂流速之比来控制喷射器的操作。此外，在一些实施例中，该方法可以对应于所期望还原剂流速与最大还原剂流速之比的占空比来在开启位置和关闭位置之间调节喷射器。
[0005]在一些实施例中，该方法可包括基于所期望还原剂流速与最大还原剂流速之比来确定占空比。该方法可包括当占空比落在预选范围内时以该占空比在开启和关闭位置之间调节喷射器。在一些实施例中，当占空比高于该预选范围时，喷射器可被保持在其开启位置，而当占空比低于该预选范围时，喷射器保持在其关闭位置。
[0006]在某些实施例中，还原剂可以是氨。该方法可包括:确定被提供给喷射器的氨的温度和压力；因变于氨温度和压力确定最大氨流速；基于所期望氨流速与最大氨流速之比来确定占空比；以及因变于占空比来控制氨喷射器的操作。
[0007]本技术的某些方面涉及一种用于控制将还原剂喷入到内燃机的废气系统中的系统，其中该废气系统包括SCR催化剂和上游的还原剂喷射器。温度传感器感测被提供给喷射器的还原剂的温度并响应于此产生温度信号。压力传感器感测被提供给喷射器的还原剂的压力并响应于此产生压力信号。控制器接收压力和温度信号，因变于压力和温度信号确定最大还原剂流速，并因变于最大还原剂流速控制喷射器的操作。在至少一些实施例中，控制器可因变于所期望还原剂流速与最大还原剂流速之比来操作喷射器。在一些实施例中，控制器可以对应于所期望还原剂流速与最大还原剂流速之比的占空比在开启位置和关闭位置之间调节喷射器。
[0008]在一些实施例中，控制器可被配置成基于所期望还原剂流速与最大还原剂流速之比来确定占空比，并当该占空比落在预选范围内时以该占空比在开启和关闭位置之间调节喷射器。控制器也可被配置成:当占空比高于预选范围时，使喷射器保持在其开启位置，而当占空比低于该预选范围时，使喷射器保持在其关闭位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是具有废气SCR系统的内燃机的示意图。
[0010]图2是用于控制将还原剂引入到废气系统的示例性方法的流程图。
[0011]图3是根据本技术的某些实施例的控制逻辑的示意图。
【具体实施方式】
[0012]以下将参照其中示出这些实施例示例的附图来更全面地描述本技术的各个实施例的示例。在全文中，相同的标号指代相同的元件。然而，当前描述的技术的其它实施例可以许多不同的形式并且不单单限于本文描述的实施例。相反，这些实施例是代表本技术的示例。基于本公开物的权利具有由权利要求书指示的全部范围。
[0013]图1示出内燃机10和用于还原来自内燃机废气中的NOx的SCR系统12的示例性示意图。例如，可使用内燃机10以向诸如路上车辆(未示出)之类的车辆提供动力。内燃机10可以是压缩点火式发动机,例如，比如柴油发动机。在图示的实施例中，SCR系统12包括催化剂18、还原剂供给22、还原剂喷射器24、电子控制单元(EOT) 26、上游NOx检测器30、下游NOx检测器32、温度传感器36以及压力传感器38。
[0014]E⑶26控制诸如氨之类的还原剂从还原剂供给22通过还原剂喷射器24被输送进废气系统28。还原剂供给22可包括用于以固态形式存储氨的罐(未示出)。在大多数系统中，将使用多个罐来提供再装料之间的更大行程距离。通常在罐周围使用加热套(未示出)以使固态氨达到升华温度。一旦转换成气体，氨就被引至还原剂喷射器24。还原剂喷射器24位于催化剂18上游的废气系统28中。随着氨被喷入到废气系统28，它与废气混合，并且这种混合物流过催化剂18。催化剂18引起废气中存在的NOx与NOx还原剂(例如，氨)之间的反应，以将NOx还原/转换成氮和水，所述氮和水随后流出尾管34并进入环境。尽管已在固态氨的背景下对SCR系统12进行了描述，然而要理解，SCR系统12可替代地使用例如诸如纯无水氨、液态氨或尿素之类的还原剂。
[0015]上游NOx传感器30被定位以在催化剂18上游的位置检测废气流中的NOx水平，并产生响应的上游NOx信号。如图1所示，上游NOx传感器30可位于内燃机10和喷射器24之间的废气系统28中。下游NOx传感器32可被定位以在催化剂18下游的位置检测废气流中的NOx水平，并产生响应的下游NOx信号。定位温度传感器36以感测被提供至喷射器24入口的还原剂的压力，并产生响应的温度信号。定位压力传感器38以感测被提供至喷射器24入口的还原剂的压力，并产生响应的压力信号。
[0016]E⑶26被连接以从传感器30、32、36、38接收上游和下游NOx信号、压力信号和温度信号。E⑶26可被配置成响应来自温度和压力传感器36、38和NOx传感器30、32的信号(以及其它感测到的参数)来控制来自喷射器24的还原剂剂量。在这点上，被提供给喷射器24的温度和/或压力的变化可影响通过喷嘴的流速。因此，本技术的至少一些实施例在控制还原剂喷射器24的操作中将还原剂温度和/或压力的效果考虑在内。在一些实施例中，当喷射器处于其中上游和下游压力为最小比率的临界流动状态时，氨仅流过喷射器24。可能通过喷射器24的最大流速将因变于还原剂温度和压力而改变。给定温度和压力组合下的最大流速可凭经验确定(例如，通过计算或测量)并被映射或存储在例如查找表中。还原剂喷射器24可以为通/断阀的形式。根据某些实施例，ECU26因变于还原剂温度和压力来确定最大的氨流速。例如，E⑶26可从传感器36和38读取温度和压力信号并使用这些值来从查找表确定最大流速Flow_Max。在一些实施例中，E⑶26通过以恒定频率调节喷射器24来控制氨的喷射,在该恒定频率下，占空比对应于所期望氨流速Flow_Desired与最大氨流速Flow_Max之比。所期望的氨流速Flow_Desired可例如因变于上游和/或下游NOx信号来确定。
[0017]除了控制氨的剂量或计量，ECU26也可存储信息，诸如被输送的氨的量、提供氨的罐、罐内的可输送氨的起始体积以及可与确定每个罐内的可输送氨的量相关的其它这样的数据。可定期或连续地监测信息。当ECU26确定可输送的氨的量低于预定水平时，则电连接于控制器26的状态指示器(未示出)可被激活。
[0018]图2是根据本技术某些方面的示例性方法200的流程图。该方法200在步骤205开始。然后控制转到步骤210，在该步骤方法确定正被提供至喷射器24的还原剂的温度T和压力P。在所示实施例中，方法200通过读取位于最接近喷射器24入口的温度传感器36的输出来确定还原剂温度T。同样，方法200通过读取位于最接近喷射器24入口的压力传感器38的输出来确定还原剂压力P。
[0019]然后控制转到步骤215，在该步骤方法因变于还原剂温度T和压力P来确定最大还原剂流速Flow_Max。如上面提到地,最大还原剂流速Flow_Max对应于在给定压力和温度组合下可能通过喷射器24的孔口的最大流速。可例如通过访问提供因变于压力和温度的最大流速的映射或表来确定最大流速。
[0020]然后控制转到步骤220，在该步骤方法200确定与所期望氨剂量水平对应的所期望流速Fl0W_DeSired。可根据多种不同的控制策略来确定所期望的流速，并且所使用的具体方法对本技术而言不是关键的。例如，在一些实施例中，可因变于上游和/或下游NOx信号来计算所期望的流速Flow_Desired。
[0021]随后控制转到步骤225，在该步骤因变于所期望流速Fl0W_DeSired与最大流速Flow_Max之比来确定占空比。
[0022]接着，在步骤230，将该占空比与最大值进行比较。如果占空比超出最大值，则控制转到步骤235，在该步骤将控制值设为I。该控制值是为控制喷射器所施加的占空比值。因此，当占空比超出最大值时，该控制被设为I (例如，100%的占空比)，这使还原剂喷射器保持开启。
[0023]相反地，如果占空比不超出最大值，控制转到步骤240，在该步骤将占空比与最小值进行比较。如果占空比低于该最小值，则控制转到步骤245，在该步骤将控制值设为O (例如，O %的占空比)，这使还原剂喷射器24保持关闭。
[0024]如果在步骤240，占空比不落在最小值之下，则控制转到步骤250，在该步骤将控制值设为与步骤225确定的占空比相对应。因此，当占空比落在最大值和最小值之间时，将使用来自步骤225的占空比来控制还原剂喷射器的操作。
[0025]图3是根据本技术的某些实施例的控制逻辑300的示意图。控制逻辑300可包括逻辑块305，该逻辑块305因变于还原剂温度T和压力P来确定最大还原剂流速Flow_Max。最大还原剂流速Flow_Max对应于在给定压力和温度组合下可能通过喷射器的孔口的最大流速。
[0026]逻辑块305的输出被施加至逻辑块310的输入。所期望的氨流速Flow_Desired被施加至逻辑块305的另一输入。可根据多种不同的控制策略来确定所期望的流速Flow_Desired，并且所使用的具体方法对本技术而言不是关键的。例如，在一些实施例中，可因变于上游和/或下游NOx信号来计算期望的流速Flow_Desired。
[0027]逻辑块310输出一占空比值，该占空比值对应于所期望流速Flow_Desired与最大流速Flow_Max之比。
[0028]来自逻辑块310的占空比值被提供给逻辑块315。逻辑块315确定占空比值是否在预定范围内。具体地说，如果占空比值超出预定最大值，则逻辑块315将控制值设为I。控制值在输出320上提供并且是用来调节喷射器24的占空比。因此，当占空比超出该最大值时，该控制值被设为I (例如100%的占空比)，这使还原剂喷射器保持开启。相反，如果占空比低于预定最小值，则控制值被设为O (例如，O %的占空比)，这使还原剂喷射器24保持关闭。当来自块310的占空比值落在预定范围(如最小值和最大值所定义的)内时，控制块315在输出320输出该占空比值以用于控制还原剂喷射器24的操作。
[0029]尽管已将本公开物描述为具有示例性实施例，然而本申请旨在覆盖使用本文所述大体原理的任何变型、用途或适应。能预见到，本领域内技术人员可构思出许多修改和等效物而不脱离本公开物如下面权利要求书中描述的精神和范围。此外，本申请旨在覆盖与本公开物的差异落在其相关领域内的已知或常见实践范围内的那些偏差。
【权利要求】
1.一种控制将还原剂喷入到内燃机的废气系统中的方法，所述废气系统包括SCR催化剂以及用于将还原剂输送到内燃机废气的催化剂上游的还原剂喷射器，所述方法包括: 确定提供至所述喷射器的还原剂的温度和压力； 因变于所述还原剂温度和压力来确定最大还原剂流速；以及 因变于所述最大还原剂流速来控制所述喷射器的操作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括因变于所期望还原剂流速与所述最大还原剂流速之比来控制所述喷射器的操作。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以对应于所期望还原剂流速与所述最大还原剂流速之比的占空比在开启位置和关闭位置之间调节所述喷射器。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括基于所期望还原剂流速与所述最大还原剂流速之比确定占空比，并当所述占空比在预选范围内时以所述占空比在开启和关闭位置之间调节所述喷射器。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括当所述占空比高于所述预选范围时将所述喷射器维持在其开启位置。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括当所述占空比低于所述预选范围时将所述喷射器维持在其关闭位置。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂是氨。
8.—种控制将氨喷入到内燃机的废气系统中的方法，所述废气系统包括SCR催化剂以及用于将氨输送到内燃机废气的催化剂上游的氨喷射器，所述方法包括: 确定提供至所述喷射器的氨的温度和压力； 因变于所述氨温度和压力确定最大氨流速； 基于所期望氨流速与所述最大氨流速之比来确定占空比；以及 因变于所述占空比来控制所述氨喷射器的操作。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括: 当所述占空比在预选范围内时，在开启和关闭位置之间调节所述喷射器； 当所述占空比高于所述预选范围时，将所述喷射器维持在其开启位置；以及 当所述占空比低于所述预选范围时，将所述喷射器维持在其关闭位置。
10.一种控制将还原剂喷入到内燃机的废气系统中的系统，所述废气系统包括SCR催化剂以及用于将还原剂输送到内燃机废气的催化剂上游的还原剂喷射器，所述系统包括: 温度传感器，被配置成感测提供给所述喷射器的还原剂的温度并响应于此产生温度信号; 压力传感器，被配置成感测提供给所述喷射器的还原剂的压力并响应于此产生压力信号; 控制器，被配置成接收所述压力和温度信号，因变于所述压力和温度信号确定最大还原剂流速，并因变于所述最大还原剂流速来控制所述喷射器的操作。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成因变于所期望还原剂流速与所述最大还原剂流速之比来控制所述喷射器的操作。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成以对应于所期望还原剂流速与所述最大还原剂流速之比的占空比在开启位置和闭合位置之间调节所述喷射器。
13.如权利要求10所述的 系统，其特征在于，所述控制器被配置成基于所期望还原剂流速与所述最大还原剂流速之比来确定占空比，并当所述占空比在预选范围内时以所述占空比在开启和闭合位置之间调节所述喷射器。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成进一步: 当所述占空比高于所述预选范围时将所述喷射器维持在其开启位置；以及 当所述占空比低于所述预选范围时将所述喷射器维持在其关闭位置。
【文档编号】F01N9/00GK103806992SQ201310534566
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2012年11月2日
【发明者】A·C·莱克, N·辛格, M·J·米勒, J·S·奥连科扎克 申请人:万国引擎知识产权有限责任公司