CN103717850A - 还原喷射控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于还原发动机的发动机废气中的氮氧化物的控制系统包括具有适于从发动机接收废气的入口的排放物催化器。还原剂箱存储还原剂。喷射器与还原剂箱流体连通，并且可操作地将还原剂喷射到位于催化器上游的废气中。还原剂泵将还原剂从还原剂箱泵送至喷射器。控制器基于发动机操作状况确定还原剂的目标压力，并且基于目标压力操作还原剂泵。

Description

还原喷射控制系统
技术领域
本公开内容总地涉及废气处理系统，更为具体地，涉及废气处理系统中的控制系统以及用于控制废气处理系统中的还原剂泵的相关方法。
背景技术
选择性催化还原技术已结合还原内燃机的废气中存在的氮氧化物被使用。利用内燃机作为主原动机的大量车辆还装配有用于还原氮氧化物排放物的废气后处理设备。这些系统中的一些利用安装至车辆的用于存储还原剂的单独容器、还原剂喷射器以及选择性催化还原催化器构造而成。这些系统通常包括用于将还原剂从容器输送至喷射器的还原剂泵。尽管这些系统在过去可能已表现的不错，但提供一种更有效地控制还原剂泵以将泵的噪声降至最低并且管理致动器相对于废气温度冷却的选择性催化还原系统可能是期望的。
发明内容
本部分提供本公开内容的大致总结，并非其全部范围或其所有特征的全面公开。
一种用于还原发动机的发动机废气中的氮氧化物的控制系统包括具有适于从发动机接收废气的入口的排放物催化器。还原剂箱存储还原剂。喷射器与还原剂箱流体连通，并且可操作地将还原剂喷射到位于催化器上游的废气中。还原剂泵将还原剂从还原剂箱泵送至喷射器。控制器基于发动机操作状况确定还原剂的目标压力，并且基于目标压力操作还原剂泵。
根据其它特征，所述发动机操作状况包括所述发动机的“打开”和“关闭”状态。所述目标压力包括适于“打开”的发动机操作状况的第一目标压力和适于“关闭”的发动机操作状况的第二目标压力。所述第二压力低于所述第一压力。所述第一目标压力可以为5.5巴。所述第二目标压力可以为2.0巴。目标压力可以根据需要被校准。因此，所讨论的目标压力仅仅是示例性的。所述控制系统可进一步包括与发动机废气流体连通并且向控制器传递温度信号的温度传感器。所述控制器基于所述温度信号确定所述目标压力。所述控制器基于所述温度信号操作所述还原剂泵。
根据其它特征，在所述发动机“关闭”并且所述温度信号高于阈值之后，所述控制器操作所述还原剂泵一预定时间。所述预定时间可以基于环境温度、环境湿度和环境压力中的至少一种被调节。
一种利用还原剂还原发动机的废气流中的氮氧化物的方法包括：确定所述发动机的包括“关闭”和“打开”之一的操作状况。基于所述发动机的操作状况，将还原剂的目标压力设置为第一压力和第二压力之一，所述第二压力低于所述第一压力。基于所述废气流的温度高于预定的阈值温度，设置冷却模式。基于所述发动机“关闭”的操作状况和被设置的冷却模式，操作所述还原剂泵，以供应所述第二压力。
一种利用还原剂还原发动机的废气流中的氮氧化物的方法包括：确定所述废气流的第一温度。基于所述第一温度与预定的喷射器启动阈值温度之间的比较，将还原剂的目标压力设置为第一压力和更低的第二压力之一。确定所述发动机的包括“关闭”和“打开”之一的操作状况。当所述操作状况为“打开”时，操作还原剂泵，以向喷射器供应所述第一压力和所述第二压力之一。当所述发动机的操作状况为“关闭”时，将所述还原剂的目标压力设置为所述第二压力。确定所述废气系统的第二温度，并且基于所述第二温度确定冷却时间。基于所述第二温度高于阈值以及所述操作状况为“关闭”，操作所述还原剂泵维持所述冷却时间。
进一步可应用的领域从在此提供的描述将变得明显。该发明内容中的描述和具体示例仅意欲例示的目的，并且不意欲限制本公开内容的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于所选实施例而非所有可能的实施方式的例示目的，并非意欲限制本公开内容的范围。
图1是用于还原车辆上的发动机废气中的氮氧化物的排放物系统的示意图；
图2是根据附加特征的包括多种还原剂并且具有两条不同的还原剂输送管的排放物系统的示意图；以及
图3是用于控制本公开内容的排放物系统的泵的控制系统的功能性框图。
相应的附图标记在附图的若干视图中始终指代相应的部分。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述示例性实施例。
图1图示了与示例性车辆12相关联的排放物控制系统10。车辆12包括发动机14，发动机14被配置为主原动机并且具有与废气管道18保持流体连通的废气口16。发动机废气流20通过废气管道18从发动机14流出。喷射器22被布置为将还原剂喷射到流过废气管道18的废气流20中。具有入口26和出口28的排放物催化器24被布置在喷射器22的下游，并且接收流过废气管道18的废气流20。
燃料箱30被安装至车辆12，以存储燃料。燃料箱30通过燃料供应管32与发动机14保持流体连通，使得燃料可以被选择性地供应给发动机14的燃烧室。预期的是，发动机14可以是以汽油为燃料的火花点火发动机或者可以是以柴油为燃料的压缩发动机。用于汽油机的燃料可以包括汽油、E85、E95或其它类似燃料。用于柴油机的燃料可以包括柴油燃料、生物燃料B5、B10、B20或其它类似燃料。辅助还原剂箱40也安装至车辆12。期望的是，箱40可以存储诸如DEF（尿素水）、E85、E95、B5、B10、B20等的速效还原剂。在一个示例中，用户可以通过常规方法，诸如通过与充注箱40流体连接的接管嘴（未具体示出）分配还原剂，来将箱40注满。还原剂液位传感器42被提供在还原剂箱40中，并且将还原剂量信号44传递至控制器50。控制器50将还原剂泵信号51传递至还原剂泵54。还原剂泵54通过还原剂管56将还原剂输送至喷射器22。在这点上，还原剂管56被配置为将还原剂从还原剂箱40流体传递至喷射器22，这将在本文中进行描述。可以利用再循环管58来在诸如冷却事件期间使还原剂再循环。再循环管58还可以实现高喷射压力和/或维持还原剂流动。
控制器50可以是包括专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件应用程序的处理器（共享的、专用的或组）和存储器、组合式逻辑电路或提供所描述功能的其它适合部件的任何模块和/或设备。控制器50可以基于所期望的还原剂给料比将给料比信号60传递至喷射器22。
多个辅助传感器62可以与控制器50保持通信。传感器62可以提供表示但不限于发动机转速、环境空气温度、发动机操作温度、空气质量流量、箱30内的柴油燃料量、NOx浓度、HC浓度、O2浓度、H2浓度、氨浓度以及可以从安装至车辆12的CAN总线或专用传感器获得的其它数据的信号。废气温度传感器64和66可以被布置在废气管道18中，并且可以被配置为将废气温度（EGT）传递至控制器50。在所提供的示例中，传感器64和66的EGT可以被平均。在其它示例中，可以仅提供一个废气温度传感器。
控制器50将还原剂泵信号51传递至还原剂泵54，并传递给料比信号60，以选择性地操作喷射器22。控制器50还可以与喷射器22和还原剂泵54进行通信，以启动和停止还原剂通过再循环管58的再循环。喷射器22基于从传感器62、64和66提供的输入，供应流过还原剂管56和再循环管58的还原剂。控制器50将状态信号68传递至驱动信息显示器70。状态信号68可以对应于由控制器50确定的各种信息，例如但不限于：排放物控制系统10的故障、还原剂冷却事件的指示、喷射器22的给料比以及还原剂箱40的还原剂液位或与排放物控制系统10有关的其它信息。还期望的是，还可以配合被控制器50破坏的排放物控制系统传递状态信号68。
图2图示了另一排放物控制系统200。排放物控制系统200与排放物控制系统10类似。因此，相似的元件将保留其之前引用的附图标记。在图2所示的配置中，燃料供应管202使燃料箱30与燃料喷射器204相互连接。燃料喷射器204可操作地将作为还原剂的燃料选择性地供应给废气管道18中的发动机废气流20。借助于控制器50所传递的燃料信号206，控制向废气流20中供应燃料。柴油机氧化催化器（DOC）208和柴油机微粒过滤器（DPF）209被布置为接收流过位于燃料喷射器204下游的管道18的废气。
另一供应管210使还原剂箱40与喷射器22相互连接。喷射器22可选择性地操作，以将包含在还原剂箱40内的还原剂（例如DEF）喷射到通过废气管道18的废气流20中，如上面关于控制系统10所描述的。应理解的是，控制系统10和200仅仅是示例性的，下面描述的方法可应用于其它控制系统。
现在参照图3，示出了利用还原剂还原发动机的废气流中的氮氧化物的方法，并且该方法总体上以附图标记300来标识。在步骤302中，发动机14开始启动。在步骤304中，控制确定废气温度（EGT）是否高于启动阈值。此外，可以例如通过用于将温度信号传递至控制器50的温度传感器64和66确定EGT。根据一个示例，启动阈值可以是校准值摄氏度，例如但不限于200摄氏度。如果EGT不高于启动阈值，则在步骤306中，控制将目标压力设置为等于不喷射的校准设置点。在一个示例中，目标压力可以是闭环压力控制的设置点。
泵54可以通过控制器50被控制为基于例如还原剂管56和/或58中的还原剂的压力的转速。压力值可以由传感器62的压力传感器提供。根据一个示例的不喷射的校准设置点可以是2.0巴。可以使用其它值。在步骤308中，控制确定用户是否已关闭发动机14。如果不是，则控制返回至步骤304。如果在步骤308中用户已关闭发动机，则控制继续至步骤320。应理解的是，词语“关闭”和“打开”在本文中用于表示发动机14的操作状况。换言之，词语“关闭”用于表示未点火或不运转的发动机14。类似地，词语“打开”用于表示点火或运转的发动机14。
现在返回至步骤304，如果EGT高于启动阈值，则在步骤310中控制确定喷射器22是否被启动。如果在步骤310中喷射器22未被启动，则控制继续至步骤306。如果在步骤310中喷射器22已被启动，则控制继续至步骤312。在步骤312中，控制将目标压力设置为等于喷射的校准设置点。在一个示例中，校准设置点可以是5.5巴。此外，尽管该值几乎是不喷射的设置点的三倍，但该值仅仅是示例性的。然而，应理解的是，喷射的目标压力高于不喷射的目标压力（步骤306）。然后控制继续至步骤308。
如果发动机“关闭”，则控制继续至步骤320。在步骤320中，控制将目标压力设置为等于不喷射的校准设置点。在这点上，如果用户已关闭发动机14，则控制可以使泵54以对应于减压的减速操作。因此，当发动机14“关闭”时，降低了车辆乘坐者察觉的来自泵54的可听噪声。
在步骤322中，控制确定EGT是否高于启动冷却的阈值温度。在一个示例中，冷却可以包括使还原剂例如通过流体管56和58再循环，以降低喷射器22的温度。阈值温度可以是对应于冷的足以使喷射器22不过热的温度的确定值。在一个示例中，在停止还原剂（例如通过管58）的再循环之后，可以达到阈值温度。如果在步骤322中控制确定EGT高于该阈值温度，则在步骤324中，控制根据查找表设置冷却时间。在步骤326中，可以基于一个或多个查找表改变冷却时间。一个或多个查找表可以基于最初确定的冷却时间以及环境温度、环境湿度和环境压力中的至少一种，确定所调节的冷却时间。在最初确定的冷却时间上增加或减去时间，以获得所调节的冷却时间。环境温度、环境湿度和环境压力的这些值可以由传感器62提供。在步骤328中，控制运行冷却，维持所调节的冷却时间。
在步骤330中，控制确定冷却时间是否已完成。如能够理解的，冷却时间可以被设置为任何值，例如6分钟。然而，如能够理解的，冷却计时器将基于在步骤326中确定的值改变。如果在步骤330中冷却计时器未完成，则控制返回至步骤328。如果在步骤330中冷却计时器已完成，则控制继续至步骤332。在步骤332中，控制确定EGT是否低于阈值温度并确定冷却是否已完成。如果EGT不低于阈值温度，则控制返回至步骤328。如果EGT低于阈值温度，则控制继续至步骤340。在步骤340中，清洗该系统。在一个示例中，可以通过使泵54反向操作，来清洗系统。在步骤342中，控制确定清洗计时器是否完成。校准值可以是任何值，例如120秒。如果在步骤342中计时器尚未完成，则控制返回至步骤340。如果在步骤342中计时器已完成，则在步骤344中使泵54不工作。
已经为了例示和描述的目的提供了实施例的前述描述。其不意欲穷尽或限制本公开内容。即使没有具体示出或描述，特定实施例的单独的元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在可应用的场合，能够互换，并且能够用于所选实施例中。特定实施例的单独的元件或特征还可以以许多方式变化。这些变化不被认为是脱离本公开内容，并且所有这些更改意欲包括在本公开内容的范围内。

Claims (21)

1.一种用于还原发动机的发动机废气中的氮氧化物的控制系统，所述控制系统包括：
排放物催化器，具有适于从所述发动机接收废气的入口；
还原剂箱，用于存储还原剂；
喷射器，与所述还原剂箱流体连通，并且可操作地将所述还原剂喷射到位于所述催化器上游的废气中；
还原剂泵，将所述还原剂从所述还原剂箱泵送至所述喷射器；以及
控制器，基于发动机操作状况确定所述还原剂的目标压力，并且操作所述还原剂泵来供应所述目标压力。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述发动机操作状况包括所述发动机的“打开”和“关闭”状态。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其中所述目标压力包括适于“打开”的发动机操作状况的第一目标压力和适于“关闭”的发动机操作状况的第二目标压力，其中所述第二目标压力低于所述第一目标压力。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其中所述第一目标压力基本为大约5.5巴，所述第二目标压力基本为大约2.0巴。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述发动机操作状况包括发动机废气温度。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其中所述控制器基于所述废气温度操作所述还原剂泵。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述控制器基于所述废气温度确定冷却时间。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其中在所述发动机“关闭”并且所述废气温度高于阈值之后，所述控制器操作所述还原剂泵维持所述冷却时间。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述冷却时间基于环境温度、环境湿度和环境压力中的至少一种被调节。
10.一种利用还原剂还原发动机的废气流中的氮氧化物的方法，所述方法包括：
确定所述发动机的包括“关闭”和“打开”之一的操作状况；
基于所述发动机的操作状况，将所述还原剂的目标压力设置为第一压力和第二压力之一，所述第二压力低于所述第一压力；
确定所述废气流的温度；
基于所述温度高于预定的阈值温度，设置冷却模式；以及
基于所述发动机“关闭”的操作状况和被设置的冷却模式，操作所述还原剂泵，以供应所述第二压力。
11.根据权利要求10的方法，其中确定所述废气流的温度包括：
传递来自被布置为与所述废气流流体连通的温度传感器的温度信号。
12.根据权利要求11的方法，进一步包括：
基于所述温度确定冷却时间；以及
在所述发动机“关闭”并且所述温度信号高于阈值之后，操作所述还原剂泵维持所述冷却时间。
13.根据权利要求12的方法，其中所述冷却时间基于环境温度被调节。
14.根据权利要求12的方法，其中所述冷却时间基于环境湿度被调节。
15.根据权利要求12的方法，其中所述冷却时间基于环境压力被调节。
16.根据权利要求12的方法，其中操作所述还原剂泵包括使所述还原剂通过所述喷射器再循环。
17.根据权利要求16的方法，进一步包括从所述喷射器清洗掉所述还原剂。
18.根据权利要求17的方法，其中清洗包括：
反向操作所述还原剂泵。
19.一种利用还原剂还原发动机的废气流中的氮氧化物的方法，所述方法包括：
确定所述废气流的第一温度；
基于所述第一温度与预定的喷射器启动阈值温度之间的比较，将所述还原剂的目标压力设置为第一压力和更低的第二压力之一；
确定所述发动机的包括“关闭”和“打开”之一的操作状况；
当所述操作状况为“打开”时，操作还原剂泵，以向喷射器供应所述第一压力和所述第二压力之一；
当所述发动机的操作状况为“关闭”时，将所述还原剂的目标压力设置为所述第二压力；
确定所述废气系统的第二温度；
基于所述第二温度确定冷却时间；以及
基于所述第二温度高于阈值以及所述操作状况为“关闭”，操作所述还原剂泵维持所述冷却时间。
20.根据权利要求20所述的方法，进一步包括基于环境温度、环境湿度和环境压力中的至少一种调节所述冷却时间。
21.根据权利要求19所述的方法，其中当所述第一温度未超过所述喷射器启动阈值温度时，设置所述更低的第二目标压力。
CN201280038254.1A 2011-08-05 2012-07-19 利用还原剂还原发动机废气流中氮氧化物的控制系统和方法 Active CN103717850B (zh)

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