CN103388513B - 车辆和控制产生排气的车辆中的后处理系统的运转的方法 - Google Patents

车辆和控制产生排气的车辆中的后处理系统的运转的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种控制车辆后处理系统的设备和方法。后处理系统处理由车辆发动机产生的排气，并且包括颗粒过滤器和例如选择性催化还原（SCR）装置等NOx还原装置。颗粒过滤器被配置为在排气被加热至高于再生温度时再生，以去除积聚的颗粒。包括用于监测后处理系统的p诊断装置。诊断装置可以是用于测量氮氧化物（NOx）的传感器和/或SCR效率监测器。采用控制器来优化诊断装置的功能。控制器在车辆被驱动时直到至少一个进入条件被满足才启动诊断装置。

Description

车辆和控制产生排气的车辆中的后处理系统的运转的方法
技术领域
本发明涉及用于控制车辆中的后处理系统的方法和设备。
背景技术
内燃发动机产生多种排放物，包括多种氮氧化物，其在本文中被统称为NOx气体。NOx气体在存在于发动机进气空气中的氮气和氧气分子暴露于燃烧的高温下时产生。排气后处理系统被用于车辆中来还原和管理燃烧过程中产生的NOx气体。为了辅助该过程，后处理系统采用多种诊断装置。
发明内容
提供一种控制车辆后处理系统的设备和方法。后处理系统处理由车辆发动机产生的排气。后处理系统包括选择性催化还原(SCR)装置和颗粒过滤器。颗粒过滤器被配置为在排气被加热至高于再生温度时再生，以去除积聚的颗粒。后处理系统包括至少一个诊断装置，用于监测后处理系统的运行。诊断装置可以是设置在SCR装置上游和/或下游的NOx传感器。诊断装置可以是选择性催化还原效率监测器。
采用控制器来优化诊断装置的功能。控制器延迟诊断装置的启动，直到达到一个或多个启动条件(entrycondition)。启动条件可以是预定温度下是否已经经过预定量的时间，或是否已经发生预定次数的颗粒过滤器再生。延迟诊断装置的启动允许后处理系统的诊断监测在SCR装置中的催化剂已经达到最小效率水平时进行。还提供了用于控制产生排气的车辆中的后处理系统的操作的方法。
在结合附图理解时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面实现所附权利要求中限定的本发明的一些最佳模式和其他实施例的详细描述非常显而易见。
附图说明
图1是具有使用本文提出的算法的控制器和后处理系统的车辆的示意图；
图2是图1中所示的后处理系统的一部分的示意性剖视图，显示了选择性催化还原(SCR)装置和颗粒过滤器；和
图3是根据本发明的用于控制图1中所示的后处理系统的算法或方法的示意性流程图。
具体实施方式
参照附图，其中，在全部几幅图中，相似的附图标记对应于相似或类似的部件，车辆10的具有产生排气14的发动机12的部分显示在图1中。车辆10包括后处理系统16，用于处理排气14中的组成成分，例如氮氧化物(NOx)。参照图1，后处理系统16包括NOx吸收或NOx还原装置17，例如选择性催化还原(SCR)装置18(图1-2中所示)。替代地，NOx还原装置17可以是NOx吸收器，例如稀燃NOx捕集器(未示出)。可采用还原NOx的任何类型的装置。
SCR装置18目的是通过转换为氮气和水蒸汽来还原排气14中的氮氧化物(NOx)。SCR装置18使用在与过量氧气结合的情况下能够与NOx反应的还原剂。喷射器20可用于将还原剂喷射到后处理系统16中。还原剂可以是尿素、氨、氨前体或任何其他适当材料。在一个示例中，还原剂为柴油机排气处理液体(DEF)。NOx还原反应在排气14通过SCR装置18时进行。在一个示例中，发动机12为柴油发动机。但是，本发明可应用于具有NOx还原装置17的任何类型的发动机。
参照图1，后处理系统16可包括氧化催化器22。颗粒过滤器24设置在氧化催化器22和SCR装置18下游。来自发动机12的排气14经过氧化催化器22，之后经过选择性催化还原装置18，然后由颗粒过滤器24过滤。氧化催化器22将NO(一氧化氮)气体转变为NO2，NO气体在SCR装置18中不易于处理，NO2易于在SCR装置18中处理。氧化催化器22还通过将一些硫衍生物和其他化合物氧化为其他化合物而将其从排气14消除。由于氧化催化器22将排气14中的碳氢排放物氧化，因此由于反应的放热本性而释放热量。该热量被用于完成颗粒过滤器24的再生。
图2是后处理系统16的一部分的示意性剖视图，详细显示了SCR装置18和颗粒过滤器24。参照图2，SCR装置18包括载体或基底26，其被浸入到包含活性催化组合物或催化剂28的涂层料(washcoat)中。换句话说，催化剂28被涂覆到基底26上。基底26被配置为增大可用于催化剂28的涂层的有效表面积。在一个示例中，基底26为陶瓷蜂窝状板块。基底26还可由金属或任何其他适当材料构成。催化剂28可以是贱金属的氧化物，例如钒、钼、钨和沸石的氧化物。在一个示例中，催化剂28为铁或铜置换的沸石。基底26可由金属或矿物‘垫’(未示出)支撑，然后封装到容器30中。在一个示例中，容器30为不锈钢罐。任何类型的催化剂28或基底26可用于SCR装置18中。
参照图1-2，颗粒过滤器24被用于滤除发动机12产生的颗粒或颗粒物质。这些颗粒可包括排烟、碳氢化合物、烟灰和硫酸。参照图2，颗粒过滤器24可包括具有一端的壁流过滤器或通道32。排气14被迫使移动通过通道32的多孔壁32，如由箭头33所示，将被过滤出的颗粒留在通道32的壁上。通道32可由陶瓷或任何其他适当材料构成。
颗粒过滤器24必须以规则的间隔再生以去除积聚的颗粒。颗粒过滤器24可通过加热至高于再生或燃烧温度、由此允许颗粒烧尽或燃烧来再生。在一个示例中，再生温度在600-750℃之间。再生过程中的高温将延续到排气14和SCR装置18中的催化剂28。可采用进行再生的任何适当的方法，包括但不限于使用燃料燃烧器、使用电阻加热线圈和使用微波能量。
参照图1，后处理系统16包括一个或多个适用于监测后处理系统16的诊断装置34。参照图1，诊断装置34可以是第一和第二NOx传感器36、38和/或SCR效率监测器40。第一和第二NOx传感器36,38被配置为在其相应位置处确定排气14中的NOx的量。参照图1，第一NOx传感器36可设置在SCR装置18的上游。参照图1-2，第二NOx传感器38可设置在SCR装置18的下游。
参照图1，诊断装置34可以是SCR效率监测器40。SCR效率监测器40可通过比较进入后处理系统16中的NOx含量和离开后处理系统16的NOx含量而评估SCR装置18的NOx转换率。SCR效率监测器40可从发动机传感器(例如第一和第二NOx传感器36,38)接收输入。SCR效率监测器40存储数学数据和经校准的表格来评估SCR装置18的性能。
后处理系统16在多个位置处包括一个或多个温度传感器，用于感测排气14的温度。参照图1，第一温度传感器42设置在发动机出口处或氧化催化器22的上游。第二温度传感器43设置在氧化催化器22的下游。第三温度传感器44设置在SCR装置18的下游或颗粒过滤器24的上游。第四温度传感器46设置在颗粒过滤器24的下游。系统16可还包括压力传感器(未示出)。
参照图1，控制器50可操作地连接到发动机12、诊断装置34和温度传感器42、43、44、46以及车辆10的其他部件。控制器50可以是车辆10的发动机控制模块(ECM)或连接到ECM的单独的控制器。控制器50适用于优化用于车辆10的诊断装置34的功能。当车辆10没有被驱动或处于发动机循环的开始时，诊断装置34没有被启动。控制器50延迟诊断装置34的启动，直到达到一个或多个启动条件。
延迟诊断装置34的启动允许后处理系统16的诊断监测在催化剂28已经达到最小效率水平时进行。催化剂28的效率可通过时效过程提高，该时效过程这里定义为暴露于充分高温度以特定时间量。例如，经受高于550摄氏度45分钟的催化剂28可比未暴露的或新的催化剂28更有效地起作用。该升高的温度可发生在上面描述的颗粒过滤器24的再生过程中。这是因为颗粒过滤器24的高温延续到排气14和SCR装置18中的催化剂28。由于存在于SCR装置18中的铜(在催化剂28包含铜处)移动到活性点、因此再生事件后使SCR装置18更有效，效率可在第一再生事件过程中提高。
控制器50通过执行算法100延迟诊断装置34的启动，算法100位于控制器50内，或可以其他方式容易地由控制器执行。算法100的执行在下面参照图3描述。
算法100可开始于步骤102，其中，图1的控制器50确定是否达到一个或多个预定操作参数。预定操作参数可包括是否发动机rpm高于特定值。在一个示例中，操作参数可在发动机rpm高于600时达到。操作参数中的一个可以是温度传感器的平均读数是否在特定范围内。在一个示例中，操作参数可在温度传感器43,44的平均值(对应于分别放置在SCR装置18的输入和输出处的传感器)在约250摄氏度和约300摄氏度之间时达到。
另一个操作参数可以是经过后处理系统16的排气14的流动速率是否在特定范围内。排气14的流动速率可通过控制器50根据从图1中所示的可操作地连接到控制器50的质量空气流动传感器52获得的测量的进气质量空气流动来计算。质量空气流动传感器52可以可操作地连接到发动机12的进气空气流。在一个示例中，操作参数可在排气14的流动速率在约250kg/小时和约550kg/小时之间时达到。
另一个操作参数可以是是否存在由设在在SCR装置18的上游的第一NOx传感器36(参见图1)检测的阈值NOx浓度。在一个示例中，操作参数可在最小NOx浓度为百万分之175(ppm)时达到。另一个操作参数可以是催化剂28上是否达到最优还原载荷。如本领域技术人员所知的，催化剂28能够存储一些喷射的还原剂或由还原剂形成的化合物，例如从尿素水溶液喷射形成的氨。在一个示例中，操作参数可在催化剂28上的氨载荷在300摄氏度下在约0.3和约0.4克每升之间时达到。
另一个操作参数可以是是否达到一个或多个内置系统延迟。在一个示例中，操作参数可以在发动机12启动之后300秒延迟已经经过时达到。另外，操作参数可在每一个NOx传感器36,38激活之后经过60秒延时和/或剂量给定已经打开或喷射器20致动之后已经经过350秒延迟时达到。
当一个或多个上述操作参数达到时，则算法100进行到步骤104。上面所列的操作参数的各种组合可被应用于特定的系统中。在一个实施例中，上面的操作参数中的每一个必须达到。
参照图3，在步骤104处，控制器50确定是否满足第一启动条件。第一启动条件可以是排气14在预定温度T下是否已经经过预定量的时间t。控制器50可使用通过第一、第二、第三和第四温度传感器42、43、44、46中的一个或组合获得的原始或模拟数据确定该第一启动条件。在一个示例中，第一启动条件是是否根据第三温度传感器44的温度读数超过550摄氏度已经过去30分钟。在另一个示例中，第一启动条件是是否第一、第二、第三和第四温度传感器42、43、44、46的读数的算数平均值已经高于500摄氏度大于45分钟。
如果第一启动条件被满足，则算法100进行到步骤108，如由线105所示。参照图3，在步骤108处，控制器50启动诊断装置34的操作。如果第一启动条件未被满足，则算法100进行到步骤106。
参照图3，在步骤106处，控制器50确定是否满足第二启动条件。第二启动条件可以是上面关于图1-2中的颗粒过滤器24所述的是否已经进行预定次数的颗粒过滤器再生。在一个示例中，颗粒过滤器再生的预定次数是一次，即当进行一次颗粒过滤器再生时，第二启动条件被满足。控制器50可通过计数来自一个或多个温度传感器42,43,44,46的数据确定颗粒过滤器再生的次数。例如，控制器50可通过来自第三和第四温度传感器44、46的数据确定排气14已经保持在500摄氏度下1560秒的总次数。如果第二启动条件被满足，则算法100进行到步骤108，在该时刻，控制器50启动诊断装置34的操作。如果该第二启动条件没有被满足，则算法100返回进行到步骤102，如由线107所示。
总之，控制器50在发动机启动或车辆被驱动时不启动诊断装置34，直到至少一个启动条件被满足，然后才启动诊断装置34。所用的控制器50可消除一个或多个步骤或启动条件，或可以不同于上面所述的顺序确定步骤而仍在本发明的范围内。例如，步骤102可被省略，算法100开始于步骤104。
详细的描述和图或附图是对本发明的支持和描述，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了实现要求保护的本发明的最佳模式和其他实施例，但是仍存在多种可替代设计和实施例来实践所附权利要求中限定的本发明。

Claims (7)

1.一种车辆，包括：
发动机，产生排气；
后处理系统，用于处理排气，并且包括颗粒过滤器；
其中，颗粒过滤器被配置为在排气被加热至高于再生温度时再生；
至少一个NOx传感器，被可操作地连接到后处理系统，并且适用于确定排气中的NOx的量；
至少一个温度传感器，用于感测排气的温度；
控制器，可操作地连接到NOx传感器；
其特征在于，控制器配置为确定是否已经发生预定次数的颗粒过滤器再生；
其中，控制器在发动机启动时直到一个或多个启动条件每一个都被满足才启动NOx传感器；并且
其中，一个或多个启动条件包括第一启动条件，在已经发生预定次数的颗粒过滤器再生时第一启动条件被满足。
2.一种车辆，包括：
发动机，产生排气；
后处理系统，用于处理排气，并且包括选择性催化还原(SCR)装置和颗粒过滤器；
其中，颗粒过滤器被配置为在排气被加热至高于再生温度时再生；
至少一个NOx传感器，被可操作地连接到后处理系统，并且适用于确定排气中的NOx的量；
温度传感器，用于感测排气的温度；
控制器，可操作地连接到NOx传感器；
其特征在于，控制器被配置用于确定是否在预定温度下已经经过预定时间量，并且是否已经发生预定次数的颗粒过滤器再生；
其中，控制器在发动机启动时直到达到至少一个预定操作参数并且一个或多个启动条件每一个都被满足才启动NOx传感器；并且
其中，一个或多个启动条件包括第一启动条件，在已经发生预定次数的颗粒过滤器再生时第一启动条件被满足。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述预定操作参数在发动机rpm高于预定值；并且温度传感器的温度读数在预定范围内时达到。
4.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述预定操作参数在以下情况时达到：
通过后处理系统的排气的流动速率在预定范围内；和
SCR装置中的催化剂上的还原载荷在最佳范围内。
5.根据权利要求2所述的车辆，其中，一个或多个启动条件包括第二启动条件，当在预定温度下已经经过预定时间量时，所述第二启动条件被满足。
6.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述NOx传感器设置在SCR装置上游。
7.一种用于控制产生排气的车辆中的后处理系统的运转的方法，所述车辆具有发动机，所述方法包括：
在后处理系统中提供选择性催化剂还原(SCR)装置和颗粒过滤器；
给后处理系统提供至少一个NOx传感器，所述NOx传感器配置为确定排气中的NOx的量；
当发动机启动时使中止所述NOx传感器；
加热排气以使颗粒过滤器再生；
感测排气的温度；
其特征在于，该方法还包括
确定排气是否在预定温度下已经经过预定时间量，并且是否已经发生预定次数的颗粒过滤器再生；
在达到至少一个预定操作参数且一个或多个启动条件每一个都被满足时使NOx传感器启动；
其中，一个或多个启动条件包括第一启动条件和第二启动条件；并且
其中，当在预定温度下已经经过预定时间量时第一启动条件被满足，且当已经发生预定次数的颗粒过滤器再生时第二启动条件被满足。
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