CN101446222A - 选择性催化剂还原点火策略 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及选择性催化剂还原点火策略。具体地，提供了一种排放控制系统，其包括温度确定模块和排放控制模块。温度确定模块确定在排放系统中的柴油微粒过滤器(DPF)组件的加热器元件的第一温度并确定所述DPF组件的催化剂的第二温度。排放控制模块选择性启动所述加热器元件，基于所述第一温度选择性启动在引擎中的预定燃烧过程，并基于所述第二温度选择性启动还原剂注入过程。

Description

选择性催化剂还原点火策略
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2007年6月18日提交的序列号为60/936,098，的美国临时专利申请的权益。该申请的全部内容通过引用并入于此。
技术领域
[0002]本公开内容涉及车辆排放物，更具体地，涉及选择性催化剂还原。
背景技术
[0003]在此提供的背景技术的描述意在概括展现本公开内容的全貌。当前所称发明人的工作(一定程度上描述于该背景技术章节)以及本说明书中在提交之时可能并不被认为是现有技术的各方面，既不被明确视为也不被暗示为破坏本公开内容的现有技术。
[0004]通常柴油机引擎比汽油机引擎更有效率地产生转矩。这种效率的增大是因为柴油燃料的压缩率以及/或者柴油燃料燃烧更大，而柴油燃料的能量密度比汽油更高。柴油燃料燃烧产生微粒。微粒被柴油微粒过滤器(DPF)从排气中过滤出去。随着时间的推进，DPF中充满了微粒，从而限制了排气的流动。可通过一称为再发生的过程来燃烧微粒。
[0005]例如，在柴油燃料燃烧之后通过往排气流中注入燃料会完成再发生。可以在排气流中使用一种或多种催化剂，它们可以燃烧注入的燃料。催化剂燃烧燃料产生热量，因此升高了排气的温度。排气升高的温度可以燃烧滞留在DPF中的剩余微粒。
发明内容
[0006]一种排放控制系统包括温度确定模块和排放控制模块。温度确定模块确定在排放系统中的柴油微粒过滤器(DPF)组件的加热器元件的第一温度并确定所述DPF组件的催化剂的第二温度。排放控制模块选择性启动所述加热器元件，基于所述第一温度选择性启动在引擎中的预定燃烧过程，并基于所述第二温度选择性启动还原剂注入过程。
[0007]在进一步的特征中，所述加热器元件包括多个区段。所述排放控制系统进一步包括加热器控制模块。加热器模块以预定顺序反复启动所述加热器元件的所述区段中所选择的那些区段。所述排放控制模块在启动所述引擎后启动所述加热器元件。当所述第一温度大于第一温度阈值时，所述排放控制模块启动所述预定燃烧过程。
[0008]在其他特征中，在所述预定燃烧过程期间，所述引擎向所述排放系统提供未燃烧的燃料。所述温度确定模块基于源自所述未燃烧燃料的燃烧而引发的加热，来预估所述第二温度。所述温度确定模块确定所述DPF组件的基板的第三温度，并基于所述第三温度预估所述第二温度。
[0009]在更进一步的特征中，所述温度确定模块基于传输到所述加热器元件的动力预估所述第一温度。当所述第二温度大于第二温度阈值时，所述排放控制模块启动所述还原剂注入过程。在所述预定燃烧过程启动之后，所述排放控制模块停止所述加热器元件。所述排放控制系统进一步包括注入器，一旦所述还原剂注入过程启动，则所述注入器将还原剂注入到所述排放系统中。
[0010]一种方法，包括：确定在排放系统中的柴油微粒过滤器(DPF)组件的加热器元件的第一温度；确定所述DPF组件的催化剂的第二温度；选择性启动所述加热器元件；基于所述第一温度选择性启动在引擎中的预定燃烧过程；基于所述第二温度选择性启动还原剂注入过程。
[0011]在其他特征中，所述方法进一步包括，以预定顺序反复启动所述加热器元件的所选择的区段。所述方法进一步包括，在启动所述引擎后启动所述加热器元件。所述方法进一步包括，当所述第一温度大于第一温度阈值时，启动所述预定燃烧过程。
[0012]在进一步的特征中，所述方法进一步包括，在所述预定燃烧过程期间向所述排放系统提供未燃烧的燃料。所述方法进一步包括，基于源自所述未燃烧燃料的燃烧而引发的加热，预估所述第二温度。所述方法进一步包括，确定所述DPF组件的基板的第三温度；以及基于所述第三温度预估所述第二温度。
[0013]在更进一步的特征中，所述方法进一步包括，基于传输到所述加热器元件的动力，预估所述第一温度。所述方法进一步包括，当所述第二温度大于第二温度阈值时，启动所述还原剂注入过程。所述方法进一步包括，在启动所述预定燃烧过程之后，停止所述加热器元件。所述方法进一步包括，一旦所述还原剂注入过程启动，则将还原剂注入到所述排放系统中。
[0014]本公开内容的进一步的应用领域将从下文提供的详细描述中变得明显。应该理解，详细描述和具体示例尽管指示了本公开内容的优选实施例，但仅仅意在示例而并不意在限制本公开内容的范围。
附图说明
[0015]通过详细描述和附图，本公开内容将得到更为详尽的理解，其中：
[0016]图1是根据本公开内容的原理的示例性车辆的功能结构图；
[0017]图2是根据本公开内容的原理的柴油微粒过滤器组件的示例性剖面图；
[0018]图3是根据本公开内容的原理的示例性车辆的功能结构图；
[0019]图4是根据本公开内容的原理的示例性排放控制系统的功能结构图；和
[0020]图5是根据本公开内容的原理的描述由排放控制系统执行的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
[0021]以下描述实质上仅是示例性的，而绝非意在限制本公开内容及其应用或用途。为清晰起见，附图中相同的附图标记将用于指示类似的元件。如用于此处，短语“A、B或C中至少一个”应被理解成意味着使用一个非排他性逻辑或的逻辑(A或B或C)。应该理解，在不改变本公开内容的精神的情况下，可以采用不同顺序来执行方法中的各步骤。
[0022]如用于此处，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的，专有的，或成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其它提供所描述功能的合适部件。
[0023]现在参照图1，展现的是示例性车辆100的功能结构图。车辆100包括柴油引擎系统102。柴油引擎系统102仅描述用作示例，本公开内容的原理可用于其它类型的引擎系统。例如，本公开内容的原理可用于汽油引擎系统和/或均质充量压缩点火引擎系统。
[0024]柴油引擎系统102包括燃烧空气和柴油燃料的混合物来产生转矩的引擎104。产生的排放物从引擎104排入排气系统106。排气系统106包括排气歧管108、柴油氧化催化剂(DOC)110、还原剂注入器112、混合器114和柴油微粒过滤器(DPF)组件116。排气系统106也可以包括能使一部分排放物再循环进入引擎104的排放气体再循环(EGR)阀(未显示)。
[0025]排放物从引擎104经排气歧管108流入DOC 110。随着排放物流过DOC 110，DOC 110对排放物中的微粒进行氧化。仅举例而言，DOC 110可以氧化诸如碳氢化合物和/或碳氧化物的微粒。还原剂注入器112可以向排气系统中注入诸如氨或尿素的还原剂。混合器114可用作隔板，搅动排放物和/或注入的还原剂。这样，混合器114可以通过在排放物中混合还原剂来形成还原剂-排放物气雾。
[0026]DPF组件116从排放物中过滤微粒，微粒可在DPF组件116中积聚。在DPF组件116中积聚的微粒物质会限制排放物流过DPF组件116。可以通过称之为再发生的过程从DPF组件116中去除微粒。
[0027]现在参照图2，展现的是DPF组件116的示例性剖面图。DPF组件116包括基板220、加热器元件222、和柴油微粒过滤器(DPF)元件224。排放物经入口225进入DPF组件116，并流过基板220、加热器元件222、然后是DPF元件224。排放物经出口226流出DPF组件116。
[0028]基板220例如可以使加热器元件222保持与DPF元件224接触，使排放物更为分层(即，拉直排放物流的方向)地流经DPF元件224，和/或防止辐射热从DPF组件116散失。仅举例而言，加热器元件222可以采用格栅形式排布。
[0029]排放物可以通过DPF元件224的前断面228进入DPF元件224，前断面228可以接触或靠近加热器元件222。DPF元件224可以包括，例如，交替打开和关闭的通道(未显示)，其迫使排放物通过DPF元件224的壁(未显示)。DPF元件224的壁从排放物过滤微粒。DPF元件224的壁可以是多孔式，可以排列成蜂巢形，并且仅举例而言，可以用陶瓷或堇青石材料制成。排放物通过DPF元件224的后断面230从DPF元件224排出。
[0030]一旦加热器元件达到阈值，如800℃，则就可以开始再发生过程。前断面228附近的微粒燃烧所产生的热量被排放物携带通过DPF元件224，从而燃烧了遍及DPF元件224内的微粒。
[0031]DPF元件224的整体或其一部分采用选择性催化还原(SCR)催化剂。SCR催化剂可以例如用于DPF元件224的前断面228、壁、和/或后断面230。SCR催化剂可以以任何图样(例如带状)应用于DPF元件224，并且SCR催化剂可以采用不同程度应用。仅举例而言，与前断面228相比，SCR催化剂可以更为大量地用于DPF元件224的后断面230。
[0032]SCR催化剂吸收由还原剂注入器112注入的还原剂，并与氮氧化物(NOX)和/或排放物中的其它污染物质反应。这样，SCR催化剂可以降低车辆100的氮氧化物排放。一旦SCR催化剂的温度超过一阈值，SCR催化剂就有效地减少(与其反应的)氮氧化物。仅举例而言，阈值(称为TSCR)可为200℃。如果在SCR温度低于阈值时注入还原剂，则还原剂可能损害SCR催化剂的功能。
[0033]一旦启动引擎104，则SCR的温度可能低于TSCR阈值。因此，将启动引擎104时SCR催化剂可能不会有效地与此时排放物中的NOX反应。引擎排放物将最终使SCR温度达到TSCR。可以通过在加热器元件222处燃烧燃料产生热来缩短SCR温度达到TSCR的时间。
[0034]为了实现这一点，加热器元件222可以包覆以催化剂，从而在加热器元件222达到阈值温度时可以点燃排放物中存在的燃料。因此，当加热器元件222的温度达到阈值温度时，可以命令引擎104增加排放物中存在的燃料量。该燃料在加热器元件222处燃烧并加热SCR催化剂。
[0035]现在参照图3，展现的是示例性车辆300的功能结构图。车辆300包括柴油引擎系统102和包含DPF组件116的排气系统106。动力例如通过电池306和/或发电机308提供给加热器控制模块302和传动系控制模块(PCM)304。
[0036]对PCM 304的动力供给可以通过开关309切换，开关309可通过点火键控制。仅举例而言，电池306平均可以提供十二(12)伏电压，发电机308平均可以提供14.5±0.5伏电压。PCM 304可以控制例如引擎104中的柴油燃料燃烧、加热器控制模块302的致动、和由还原剂注入器112对还原剂的注入。
[0037]加热器控制模块302基于来自PCM 304的加热器控制信号选择性地将动力施加于加热器元件222。在不同应用中，加热器元件222可以有0.1欧姆的电阻、2300瓦特的额定功率、12伏特的额定电压、和192安培的额定电流。
[0038]具有已知电阻值的电阻器332可以与对加热器控制模块302供电的电源串联连接。PCM 304可以测量在电阻器332的任意一端处的电压，以确定用于加热器控制模块302的电源电压。PCM 304也可以测量跨越电阻器332的电压降。供给到加热器控制模块302的电流然后可以通过将该电压降除以已知电阻值来确定。
[0039]DPF组件116的加热器元件222可以分成一个或多个区段。仅举例而言，加热器元件222可以分为5个区段，区段可以采用任意方式排列，例如在310处图绘显示的一种区段排列。PCM 304可以通过加热器控制信号给加热器控制模块302指令，将动力加载于整个加热器元件222和/或加热器元件222的任意区段或区段组合。
[0040]加热器控制模块302可以包括，例如，驱动器控制模块320和一个或更多切换模块，例如切换模块322、324、326、328和330。切换模块322-330可以是晶体管。更具体地，切换模块322-330可以是功率晶体管。加热器元件222的每个区段都可以连接到切换模块322-330中的一个并连接到一回行线路(未显示)或公共接地点(未显示)。
[0041]驱动器控制模块320可以通过例如控制切换模块322-330来控制加热器元件222的各区段的动力加载。仅举例而言，驱动器控制模块320可以通过切换模块322将动力加载在区段组310的第一区段上，通过切换模块324将动力加载在第二区段上，通过切换模块326将动力加载在第三区段上，通过切换模块328将动力加载在第四区段，并通过切换模块330将动力加载在第五区段上。
[0042]驱动器控制模块320可基于来自PCM 304的控制信号控制切换模块322-330。PCM 304可以，例如，给驱动器控制模块320指令，从而以预定顺序(例如依次顺序)将动力加载在加热器元件222的每一个上。仅举例而言，所述依次顺序可以包括将动力加载于第一区段，然后第二区段，然后第三区段，然后第四区段，然后第五区段。驱动器控制模块320可以用该顺序重复在区段上加载动力，直到接收到来自PCM 304的相应指令。
[0043]现在参照图4，展现的是示例性排放控制系统400的功能结构图。排放控制系统400包括排放控制模块402和温度确定模块404。在不同应用中，排放控制模块402和温度确定模块404可用于PCM304中。PCM 304也可以包括引擎控制模块408。
[0044]在启动引擎104时，排放控制模块402产生指令加热器控制模块302启动加热器元件222的加热器控制信号。加热器控制模块302可以重复地启动加热器元件222的不同区段。温度确定模块404确定SCR温度和加热器温度。在启动柴油引擎系统102时，温度确定模块404会预估，SCR温度和加热器温度为一预定温度，例如周围环境的温度。
[0045]温度确定模块404可以例如基于提供给加热器控制模块302的功率确定加热器温度。为了确定所提供的动力，温度确定模块404可以测量提供给加热器控制模块302的电压和/或电流。随时间提供给加热器元件222的动力可以用来预估加热器元件222的温度。
[0046]排放控制模块402可以确定，当加热器温度高于温度阈值(称为THEATER)时，可以开始燃烧。仅举例而言，THEATER可以是250℃。一旦加热器温度高于THEATER，排放控制模块402可以产生引擎控制信号。
[0047]引擎控制信号指令引擎控制模块408启动预定燃烧过程。预定燃烧过程可以为排气系统106提供未燃烧的燃料。例如，引擎控制模块408可以增大注入引擎104的燃料量。在不同的应用中，燃料可以被直接注入排气系统106。
[0048]通过预定燃烧过程提供给排气系统106的未燃烧的燃料将被加热器元件222的所涂覆热催化剂燃烧。温度确定模块404可以例如基于预定燃烧过程的持续时间来预估基板220或SCR催化剂的温度。
[0049]温度确定模块404可以确定基板220处的温度并预估SCR温度大致等于基板温度。替换性地，温度确定模块404可以将低通过滤器用于基板温度来确定SCR温度。另外，温度确定模块404可以预估SCR温度比基板温度低一个预定百分比或特定值。
[0050]此外，温度确定模块404可以从位置靠近加热器元件222和/或在DPF组件116中其它位置处的温度传感器接收温度数据。温度数据可以用来替代基板和SCR温度预估，或作为其补充。
[0051]排放控制模块402可以确定，一旦SCR温度达到TSCR阈值，则SCR催化剂将开始起作用。这时，排放控制模块402会产生还原剂控制信号，指示还原剂注入器112开始向排放物中注入还原剂。在不同应用中，还原剂注入器112可以持续向排放物中注入还原剂，直到引擎104关闭。
[0052]排放控制模块402也可以指令加热器控制模块302停止加热器元件222。这样，排放控制模块402通过在SCR温度达到TSCR阈值前注入还原剂确保了SCR催化剂功能不受损。
[0053]现在参照图5，展示的是描述排放控制模块402执行的示例性步骤的流程图。一旦启动车辆300，则控制开始。在步骤504中，控制器确定初始SCR温度和初始加热器温度。在不同应用中，控制器可以假定，初始SCR温度和初始加热器温度等于一预定温度，例如周围环境的温度。
[0054]控制继续进入步骤508，其中控制器确定SCR温度是否高于TSCR阈值。如果是，控制转入步骤528；否则控制继续进入步骤512。在步骤512中，控制器启动加热器控制模块302。在不同应用中，加热器控制模块302以依次顺序重复启动加热器元件222的一个或多个区段。
[0055]然后控制继续进入步骤516，其中控制器确定加热器温度是否高于THEATER阈值。如果是，控制转入步骤520；否则控制继续进入步骤524。在步骤520中，控制器指令引擎控制系统408启动预定燃烧过程并且控制继续进入步骤524。预定燃烧过程可以在引擎104的排放物中产生额外燃料。由预定燃烧过程提供的额外燃料在加热器元件222上燃烧，从而加热SCR催化剂。
[0056]在步骤524中，控制器确定SCR温度和加热器温度，并且控制返回步骤508。例如，控制器测量和/或预估SCR温度和加热器温度。在步骤528中，控制器指令还原剂注入器112开始向排放物中注入还原剂。控制继续进入步骤532，其中控制关闭加热器元件222，控制结束。
[0057]本领域普通技术人员现在可以从上文描述中认识到，可以以多种形式执行本公开内容的宽泛教示。因此，虽然本公开内容包括了特定示例，但是本公开内容的真实范围不应受限，因为技术人员在研究附图、说明书和所附权利要求书后会清楚了解其它改造。

Claims (23)

1、一种排放控制系统，包括：
温度确定模块，其确定在排放系统中的柴油微粒过滤器DPF组件的加热器元件的第一温度并确定所述DPF组件的催化剂的第二温度；和
选择性启动所述加热器元件的排放控制模块，其基于所述第一温度选择性启动引擎中的预定燃烧过程，并基于所述第二温度选择性启动还原剂注入过程。
2、根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，所述加热器元件包括多个区段。
3、根据权利要求2所述的排放控制系统，进一步包括加热器控制模块，其以预定顺序反复启动所述加热器元件的所述区段中所选择的那些区段。
4、根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，所述排放控制模块在启动所述引擎后启动所述加热器元件。
5、根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，当所述第一温度大于第一温度阈值时，所述排放控制模块启动所述预定燃烧过程。
6、根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，在所述预定燃烧过程期间，所述引擎向所述排放系统提供未燃烧的燃料。
7、根据权利要求6所述的排放控制系统，其中，所述温度确定模块基于源自所述未燃烧的燃料的燃烧而引发的加热，来预估所述第二温度。
8、根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，所述温度确定模块确定所述DPF组件的基板的第三温度，并基于所述第三温度预估所述第二温度。
9、根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，所述温度确定模块基于传输到所述加热器元件的动力预估所述第一温度。
10、根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，当所述第二温度大于第二温度阈值时，所述排放控制模块启动所述还原剂注入过程。
11、根据权利要求1所述的排放控制系统，其中，在所述预定燃烧过程启动之后，所述排放控制模块停止所述加热器元件。
12、根据权利要求1所述的排放控制系统，进一步包括注入器，一旦所述还原剂注入过程启动，则所述注入器将还原剂注入到所述排放系统中。
13、一种方法，包括：
确定在排放系统中的柴油微粒过滤器DPF组件的加热器元件的第一温度；
确定所述DPF组件的催化剂的第二温度；
选择性启动所述加热器元件；
基于所述第一温度选择性启动引擎中的预定燃烧过程；
基于所述第二温度选择性启动还原剂注入过程。
14、根据权利要求13所述的方法，进一步包括，以预定顺序反复启动所述加热器元件的所选择的区段。
15、根据权利要求13所述的方法，进一步包括，在启动所述引擎后启动所述加热器元件。
16、根据权利要求13所述的方法，进一步包括，当所述第一温度大于第一温度阈值时，启动所述预定燃烧过程。
17、根据权利要求13所述的方法，进一步包括，在所述预定燃烧过程期间向所述排放系统提供未燃烧的燃料。
18、根据权利要求17所述的方法，进一步包括，基于源自所述未燃烧的燃料的燃烧而引发的加热，预估所述第二温度。
19、根据权利要求13所述的方法，进一步包括，
确定所述DPF组件的基板的第三温度；以及
基于所述第三温度预估所述第二温度。
20、根据权利要求13所述的方法，进一步包括，基于传输到所述加热器元件的动力，预估所述第一温度。
21、根据权利要求13所述的方法，进一步包括，当所述第二温度大于第二温度阈值时，启动所述还原剂注入过程。
22、根据权利要求13所述的方法，进一步包括，在启动所述预定燃烧过程之后，停止所述加热器元件。
23、根据权利要求13所述的方法，进一步包括，一旦所述还原剂注入过程启动，则将还原剂注入到所述排放系统中。
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