CN102787894A - 排气处理方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于排气处理系统的控制方法。方法包括：基于流体供给源的温度从多个流体状态中有选择地确定流体状态；基于流体状态估算平均消耗率；以及基于平均消耗率评价流体供给源内的流体供给。

Description

排气处理方法和系统
交叉引用
本专利申请要求2011年5月17日提交的美国专利申请61/487066的优先权，在此通过引用将其整体结合与本文中。
技术领域
本发明的示例性实施例涉及排气系统的控制方法和系统，更具体地涉及监测排气系统的柴油机排放流体的控制方法和系统。
背景技术
内燃发动机(例如柴油发动机)排出的排气是包含有气体排放物(例如一氧化碳(CO)、未燃烃(HC)和氮氧化物(NOx)以及组成颗粒物质的凝相材料(液体或固体))的非均质混合物。通常设置在催化剂载体或基体上的催化剂混合物被提供在发动机排气系统中来将某些或是所有这些排气成分转换为非限制的排气成分。
在某些情况下，提供一种或多种选择催化还原(SCR)装置来减少排气中的NOx量。SCR装置利用氨(NH3)或其它还原剂来还原NOx。例如，当在合适的条件下SCR装置可用适量的NH3时，在存在SCR催化剂的条件下NH3与NOx发生反应从而将NOx排放物还原为例如氮。可以提供还原剂存储系统来向SCR供给任何需要的还原剂。
相应地，需要提供系统和方法来监测SCR装置中可用于还原NOx的还原剂的量。
发明内容
在一个示例性实施例中，提供了一种用于排气处理系统的控制方法。方法包括：基于流体供给源的温度从多个流体状态中有选择地确定流体状态；基于流体状态和由控制系统喷射的量估算平均消耗率；以及基于平均消耗率评价流体供给源内的流体供给。
结合相应附图，从下面的实施本发明的详细描述中，本发明上述的特征、优点和其它特征以及优点将变得清楚。
而且，本发明进一步提供下面的技术方案。
1.一种用于排气处理系统的控制方法，包括：
基于流体供给源的温度从多个流体状态中有选择地确定流体状态；
基于所述流体状态估算平均消耗率；以及
基于所述平均消耗率评价所述流体供给源内的流体供给。
2.根据技术方案1所述的方法，其中，所述多个流体状态包括融化状态和冻结状态。
3.根据技术方案1所述的方法，其中基于消耗率的历史来估算所述平均消耗率。
4.根据技术方案3所述的方法，其中当所述流体状态初始进入第一状态时将消耗率历史设置为预先确定的值。
5.根据技术方案4所述的方法，其中所述第一状态为冻结状态。
6.根据技术方案3所述的方法，进一步包括将所述平均消耗率存储到消耗率历史中。
7.根据技术方案1所述的方法，进一步包括基于所述平均消耗率确定剩余的距离。
8.根据技术方案7所述的方法，进一步包括基于所述剩余的距离选择性地启动速度诱导策略。
9.一种排气系统，包括：
向排气系统供给流体的流体供给源；以及
控制模块，所述控制模块基于流体供给源的温度从多个流体状态中有选择地确定流体状态，基于所述流体状态估算平均消耗率，并且基于所述平均消耗率评价所述流体供给源内的流体供给。
10.根据技术方案9所述的系统，其中所述多个流体状态包括融化状态和冻结状态。
11.根据技术方案9所述的系统，其中所述控制模块基于消耗率的历史来估算所述平均消耗率。
12.根据技术方案11所述的系统，其中当流体状态初始进入第一状态时所述控制模块将消耗率历史设置为预先确定的值。
13.根据技术方案12所述的系统，其中所述第一状态为冻结状态。
14.根据技术方案11所述的系统，其中所述控制模块将所述平均消耗率存储到消耗率历史中。
15.根据技术方案9所述的系统，其中所述控制模块基于所述平均消耗率确定剩余的距离。
16.根据技术方案15所述的系统，其中所述控制模块基于所述剩余的距离选择性地启动速度诱导策略。
附图说明
下面结合附图来详细描述实施例，从而通过举例的方式来呈现其它目的、特征、优点以及细节，其中：
图1是显示根据示例性实施例的排气系统的示意图；
图2是显示根据示例性实施例的排气系统控制系统的数据流图；以及
图3是显示根据示例性实施例的排气系统控制方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的，并不意图限制本发明、它的应用和用途。应该理解在整个附图中，相应的附图标记代表相同或相应的部件和特征。如本文所用，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子线路、处理器(共享、专用或是分组的)以及执行一个或多个软件或固件程序的记忆装置、组合逻辑电路、和/或其它提供所述功能的合适部件。
现在参见图1，示例性实施例涉及排气处理系统10，其用于还原内燃(IC)发动机12的受限制排气成分。可以理解，在此描述的排气处理系统10可以实现于多种发动机系统。这样的发动机系统可以包括，例如但不局限于，柴油发动机、汽油发动机以及均质充量压燃发动机系统。
如图1所示，排气处理系统10通常包括一个或多个排气管道14以及一个或多个排气处理装置16。排气处理装置16可以包括，例如但不局限于，氧化催化剂装置(OC)、选择性催化还原装置(SCR)、颗粒过滤器(PF)或其它排气处理装置。可以理解，本发明的排气处理系统10可以包括一个或多个排气处理装置16的多种组合，并不局限于当前实例。
在图1中的实例中，可以包括多个段的排气管道14将排气15从发动机12输送到排气处理系统10的SCR18。SCR18可设置在发动机12的下游。SCR操作来减少排气中的氮氧化物(NOX)。在各种实施例中，SCR18可以被构造成具有流通的陶瓷或是金属整料基体，具有与排气管道14流体连通的入口20和出口22，其中流通的陶瓷或是金属整料基体被包进载体垫中，该载体垫受热膨胀从而将包装在刚性壳体或罐内的基体固定和隔离。基体可以包括NOX还原催化剂成分，诸如施加到其上的SCR催化剂成分。SCR催化剂成分可以包括沸石和一个或多个基底金属成分，例如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)或钒(V)，它们能在存在还原剂例如氨(NH3)的情况下有效地操作来转换排气中的NOX成分。
还原剂可以从还原剂供给源24来供给，并且可以利用喷射器26在SCR18上游的位置被喷入排气管道14中，或者也可以采用将还原剂输送到排气中的其它适当方法而被喷入排气管道14中。还原剂可以是气体、液体或是含水尿素溶液的形式，并且可以在喷射器26中与空气混合而协助喷雾的分散。也可在紧邻喷射器26的排气管道14内设置混合器或紊流器(未示出)以进一步帮助还原剂与排气的充分混合。
根据检测的和/或建模的数据以及进一步根据本发明的排气系统流体监测系统和方法，控制模块30可以控制发动机12以及排气处理系统10的一个或多个部件。
一般来说，排气系统流体监测系统和方法监测供给源24的温度(例如可以用一个或多个温度传感器28检测的供给源24内部或外部的环境温度)来确定流体状态。根据流体状态，排气系统流体监测系统：估算容器中还原剂的质量；估算还原剂的消耗率；并利用估算的质量和消耗率来确定剩余的距离。剩余的距离值然后被用于触发用于低水平还原剂的车辆速度诱导策略。进一步根据流体状态，排气系统流体监测系统选择性地控制还原剂的剂量。例如，当处于冻结状态时，排气系统流体监测系统将还原剂的剂量控制在降低的水平以防止在供给源中形成空腔，如果还原剂以高于供给源中的流体融化速率的速率喷射就会形成空腔。
例如，如果温度高于一个阈值，则流体状态就会处于融化状态，并且当温度低于一个阈值，流体状态就会处于冻结状态。当流体状态处于融化状态时，流体监测系统和方法：使用第一质量估算方法估算容器中的流体量；使用第一消耗率估算方法估算流体消耗率；以及利用估算的质量和消耗率确定剩余的距离。
当流体状态处于冻结状态时，流体监测系统和方法：使用第二质量估算方法估算容器中的流体量；使用第二消耗率估算方法估算消耗率(冻结状态下的质量估算方法实际上与融化状态下的质量估算方法相同，唯一的区别在于最初的历史被重置为指定的值)；以及利用估算的质量和消耗率确定剩余的距离。
现在参见图2，数据流图示出了可以嵌入控制模块30内的排气系统流体监测系统的消耗率估算系统的各种实施例。根据本发明的消耗率估算系统的各种实施例可以包括任意个嵌入控制模块30内的子模块。可以理解，图2所示的子模块可以组合和/或进一步分割以类似地估算消耗率，以用于确定剩余的距离的计算。控制模块30的输入可以从发动机12(图1)检测、从其它控制模块(未示出)接收、和/或由控制模块30内的其它子模块(未示出)确定/建模。在各种实施例中，控制模块30包括状态确定模块32、消耗率确定模块34以及历史数据存储器35。
状态确定模块32接收容器温度36作为输入。根据容器温度36，状态确定模块32确定流体状态38。在各个实施例中，流体状态38可以是融化状态(例如当容器温度高于预先确定的阈值时)以及冻结状态(例如当容器温度低于预先确定的阈值时)中的至少一个。
消耗率确定模块34接收流体状态38、已驾驶距离42以及剂量的量44作为输入。根据流体状态38，消耗率确定模块34追踪剂量的量44和已驾驶距离42来确定消耗率的历史。在各种实施例中，当流体状态38为融化状态时，消耗率确定模块通过例如计算在一段间隔距离上的过去的X个消耗率(例如其中X等于5或者任意其它数字)来计算并将历史存储在历史数据存储器35中。
在各种实施例中，当流体状态38为冻结状态时，消耗率确定模块34重置历史值(例如X个消耗率)为一个或多个预先确定的值。
基于消耗率历史，消耗率确定模块34确定平均消耗率46。在各种实施例中，消耗率确定模块34可以利用下面的公式来计算平均消耗率46(CRAVE)：
CRAVE＝(rCurr)*(facWhgNew)+rAct1+rAct2+rAct3+rAct4+(RAct5)*(FacWghOld).
其中，rCurr表示当前计算的消耗率；rAct1至rAct5表示消耗率历史(例如rAct5为最老的)。facWghOld表示来自当前间隔的消耗的权重(例如0到1之间)；以及facWhgNew表示来自最老的间隔的消耗的权重(例如从1到0之间)。
然后，平均消耗率46可以被排气系统流体监测系统使用来确定剩余的距离并且执行进一步的控制动作。
现在参见图3，并接着参见图1和2，流程图显示了根据本发明的可以由图1中的控制模块30执行的消耗率估算方法。可以理解，根据本发明，方法内的运算顺序不局限于图3中所示的执行顺序，而可以以一种或多种可应用以及符合本发明的不同顺序来执行。
在各种实施例中，可以基于预先确定的事件来安排运行该方法，和/或在发动机12的运行期间连续地运行该方法。
在一个例子中，方法可以开始于100。在110确定流体状态38。在120如果流体状态38为融化状态，则在130基于消耗历史确定平均消耗率46。在140，平均消耗率46存储在消耗历史中，并且方法可以在160结束。
然而，如果在120流体状态38已经进入冻结状态，则在150消耗历史被重置为预先确定的值，并且在130基于消耗历史确定平均消耗率46。在140，平均消耗率46存储在消耗历史中，并且方法可以在160结束。
虽然本发明通过参考示例性实施例进行了描述，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下可以做出多种改变和对其各种元件进行同等替代。而且，在不脱离本发明范围的情况下，根据本发明的教导可以做出多种修改以适于特别的情况或材料。因此，本发明不限定为所公开的具体实施例，本发明将包括落在本发明范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于排气处理系统的控制方法，包括：
基于流体供给源的温度从多个流体状态中有选择地确定流体状态；
基于所述流体状态估算平均消耗率；以及
基于所述平均消耗率评价所述流体供给源内的流体供给。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个流体状态包括融化状态和冻结状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其中基于消耗率的历史来估算所述平均消耗率。
4.根据权利要求3所述的方法，其中当所述流体状态初始进入第一状态时将消耗率历史设置为预先确定的值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一状态为冻结状态。
6.根据权利要求3所述的方法，进一步包括将所述平均消耗率存储到消耗率历史中。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述平均消耗率确定剩余的距离。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括基于所述剩余的距离选择性地启动速度诱导策略。
9.一种排气系统，包括：
向排气系统供给流体的流体供给源；以及
控制模块，所述控制模块基于流体供给源的温度从多个流体状态中有选择地确定流体状态，基于所述流体状态估算平均消耗率，并且基于所述平均消耗率评价所述流体供给源内的流体供给。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个流体状态包括融化状态和冻结状态。
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