CN103899390B - 控制将还原剂喷入到内燃机的废气系统中的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开氨泄漏减少。具体公开用于控制还原剂往内燃机的废气系统中的喷射的方法，该方法包括：测量在废气系统的相对于SCR催化剂的多个位置处的温度，根据所测得的温度确定平均温度，以及根据平均温度控制还原剂往催化剂上游的废气中的喷射。平均温度可以是加权平均值，其中从SCR催化剂上游的至少某些位置的温度测量可被赋予比邻近SCR催化剂的温度测量更大的权重。

Description

控制将还原剂喷入到内燃机的废气系统中的方法及系统
背景技术
常见地使用选择性催化还原(SCR)从由诸如柴油或其它贫燃(汽油)发动机之类的内燃机产生的废气中去除NOx(即，氮的氧化物)。在这些系统中，通过在废气进入能实现高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NOx。
在SCR系统中经常使用氨作为还原剂。氨通过气态氨、氨水或间接地作为溶解在水中的尿素的受控喷射被引入到废气中。位于废气流中的SCR催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。
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NOx。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，期望能检测“氨泄漏”状况的发生，以调节剂量水平。
发明内容
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。该方法包括在废气系统的相对于催化剂的多个位置处测量温度，根据所测得的温度确定平均温度，以及根据平均温度控制还原剂往催化剂上游的废气中的喷射。在一些实施例中，平均温度可以是加权平均值。在一些实施例中，从SCR催化剂上游的至少某些位置的温度测量可被赋予比邻近SCR催化剂的温度测量更大的权重。
废气系统可包括插入在内燃机和SCR催化剂之间的废气系统中的柴油氧化催化剂(DOC)。在此类配置中，该方法可包括测量DOC入口处的温度，测量SCR催化剂入口处的温度以及测量DOC出口处的温度。平均温度可以是加权平均值，其中DOC入口处的温度测量被赋予比在SCR催化剂的入口和出口处的测量更大的权重。
在一些实施例中，该方法可在平均温度位于预定范围之外时修改还原剂喷射。在一些实施例中，该方法可在平均温度超出预选阈值时减少还原剂喷射。
在一些实施例中，系统可包括NOx微粒过滤器，NOx微粒过滤器包括SCR催化剂和柴油微粒过滤器。
某些实施例涉及控制还原剂往内燃机的废气系统中喷射的方法，其中废气系统包括SCR催化剂以及位于SCR催化剂上游的DOC，SCR催化剂与还原剂反应以还原内燃机的废气中的NOx。该方法测量废气系统中的多个位置处的温度，包括至少DOC的入口、SCR催化剂的入口以及SCR催化剂的出口。该方法根据测得的温度来确定平均温度。在至少一些实施例中，平均温度可以是加权平均值，其中从DOC入口的温度测量被赋予比从SCR催化剂的入口和出口的温度测量更大的权重。该方法根据平均温度来控制还原剂往废气系统中的喷射。
本技术的某些实施例涉及用于控制还原剂往内燃机的废气系统中的喷射的系统。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催化剂以及位于SCR催化剂上游的DOC。系统包括第一温度传感器，第一温度传感器感测DOC入口处的温度并响应于此产生第一温度信号。第二温度传感器感测SCR催化剂入口处的温度并响应于此产生第二温度信号。第三温度传感器感测SCR催化剂入口处的温度并响应于此产生第三温度信号。控制器接收温度信号并根据温度信号控制还原剂往废气系统中的喷射。在至少一些实施例中，控制器根据第一、第二和第三温度信号的平均值来调节还原剂的喷射。在一些实施例中，平均温度是加权平均值，其中从DOC入口的温度测量被赋予比从SCR催化剂的入口和出口的温度测量更大的权重。在一些实施例中，在平均温度超出预选阈值时控制器减少还原剂喷射。
附图说明
图1是具有废气SCR系统的内燃机的示意图。
图2是根据本技术的某些实施例用于检测发动机废气系统中的氨泄漏的示例性方法的流程图。
具体实施方式
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，这些实施例是代表当前技术的示例。基于本公开物的权利具有由权利要求书指示的全部范围。
图1示出内燃机10和废气后处理系统12的示例性示意图。可使用内燃机10以例如向诸如路上车辆(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。废气后处理系统12可包括柴油氧化催化剂(DOC)14和NOx微粒过滤器(“NPF”)16。NPF可由SCR催化剂18和柴油微粒过滤器(“DPF”)20组成。SCR催化剂18是SCR系统21的一部分，SCR系统21还包括还原剂供给22、还原剂喷射器24、电子控制单元(“ECU”)26以及多个传感器。在所例示的实施例中，SCR系统中的传感器包括上游NOx检测器30、下游NOx检测器32以及多个温度传感器。在所例示的实施例中，第一温度传感器36被置于DOC 36的入口附近，第二温度传感器38被置于NPF 16的入口附近，以及第三温度传感器40被置于NPF 16的出口附近。
ECU 26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。一旦转化成气体，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21进行了描述，然而要理解，SCR系统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。
上游NOx传感器30被定位成在催化剂18上游的位置检测废气流中的NOx的水平，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可被定位成在催化剂18下游的位置检测废气流中的NOx的水平，并产生响应的下游NOx信号。
ECU 26被连接以接收来自传感器30和32的上游和下游NOx信号以及来自温度传感器36、38和40的信号。ECU 26可被配置成响应于来自温度传感器36、38和40以及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。在这方面，NPF 16的温度变化可影响SCR催化剂18的氨存储容量。例如，催化剂18可被配置成在内燃机操作大部分时间的情况下或在内燃机产生非期望量的NOx的情况下的废气温度范围上最高效地操作。当NPF的温度位于该操作范围之外时，SCR催化剂18的效率可能受到不利影响。例如，NPF 16的温度升高会减少催化剂18的存储容量，这会导致氨泄漏。
除了控制氨的剂量或计量，ECU 26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ECU 26确定可输送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。
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。控制随后传递至步骤210，在步骤210，该方法确定废气系统中多个预选位置处的温度。在所例示的实施例中，该方法通过读取第一温度传感器的输出来确定DOC入口处的温度T1，通过读取第二温度传感器的输出来确定NPF入口处的温度T2，以及通过读取第三温度传感器的输出来确定NPF出口处的温度T3。
控制随后传递至步骤215，在步骤215，该方法基于在步骤210中获得的温度读数来确定预测NPF温度TNPF。在本文所述的至少一些实施例中，预测NPF温度TNPF可以是来自温度传感器36、38和40的温度读数的加权平均值。在一些实施例中，上游温度读数(例如，在DOC 14的入口处)与下游温度读数(例如，在NPF16的入口和出口处)相比被更重地加权。在上游温度读数被赋予更高加权的情况下，使用加权平均值产生预测将在NPF中发生的温度变化的温度值。例如，在某些实施例中，预测NPF温度TNPF根据下列公式来确定：
TNPF＝((T1·3)+T2+T1)/5
可见，在上述公式中，DOC入口处的温度与NPF入口和出口处的温度相比被更重地加权。上述公式仅仅是可用于在NPF温度变化发生之前对其进行预测的一个策略的示例。例如，温度传感器的数量和位置可根据例如废气后处理系统的配置而变化。另外，在一些实施例中，可基于其它操作状况来(例如，动态地)调节加权因子。例如，在一些实施例中，可根据内燃机操作状况来调节加权参数。在一些实施例中，相对于在稳态操作期间使用的加权因子，当内燃机经受瞬态操作时可将更高的加权因子用于上游温度传感器。另外，在一些实施例中，可能期望采用使用基于仿真地图的温度传感器的策略。
在步骤215中确定了预测NPF温度TNPF之后，控制传递至步骤220，在步骤220，该方法基于预测NPF温度TNPF以及其它控制参数(诸如上游和/或下游NOx值)确定氨剂量。例如，在预测NPF温度TNPF增至超出将发生氨泄漏的温度阈值的情况下，该方法可减少氨剂量以减少/限制氨泄漏。使用如上所讨论的加权平均值将导致预测NPF温度TNPF读数在NPF的温度实际达到温度阈值之前增大。因此，任何校正动作，诸如调节氨剂量，可以提前进行。
本技术的至少一些实施例涉及SCR系统21，SCR系统21用于控制废气后处理系统12的操作并且用于减少氨泄漏。再次参见图1，系统21大体可包括喷射器24、还原剂供给22、上游NOx传感器30、下游NOx传感器32、ECU 26以及温度传感器36、38、40。ECU 26可被配置成接收来自温度传感器36、38、40以及NOx传感器的信号，并且响应性地控制喷射器24的操作。在至少一些实施例中，ECU 26基于来自温度传感器36、38、40的读数来产生预测NPF温度TNPF。预测NPF温度TNPF可以是加权平均值，其中至少某些温度信号被不同地加权且具有不同的加权因子。在一些实施例中，来自位于NPF 16上游的传感器的温度信号可被赋予比邻近NPF 16的传感器更大的权重。ECU 26可使用预测NPF温度TNPF来调节喷射器24的操作以调节进入废气系统的还原剂的剂量。例如，当预测NPF温度TNPF落在预选范围之外时，ECU 26可减少还原剂剂量以减少氨泄漏。

Claims (11)

1.一种控制将还原剂喷入到内燃机的废气系统中的方法，所述废气系统包括与所述还原剂反应以还原所述内燃机的废气中的NOx的SCR催化剂，所述方法包括：
在所述废气系统的相对于所述SCR催化剂的多个位置处测量温度；
根据测得的温度来确定平均温度；以及
根据平均温度来控制将还原剂喷入到所述SCR催化剂上游的废气中,
其中所述平均温度是加权平均值，并且来自所述SCR催化剂的上游的至少一些位置的温度测量被赋予比邻近所述SCR催化剂的温度测量更大的权重。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废气系统包括插入在所述内燃机和所述SCR催化剂之间的废气系统中的柴油氧化催化剂(DOC)，并且其中所述方法包括测量所述DOC的入口处的温度、测量所述SCR催化剂的入口处的温度以及测量SCR的出口处的温度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述平均温度是加权平均值，其中所述DOC的入口处的温度测量被赋予比所述SCR催化剂的入口和出口处的测量更大的权重。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述平均温度位于预定范围之外时修改还原剂喷射。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括在所述平均温度超出预选阈值时减少还原剂喷射。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废气系统包括NOx微粒过滤器，所述NOx微粒过滤器包括所述SCR催化剂和柴油微粒过滤器。
7.一种控制将还原剂喷入到内燃机的废气系统中的方法，所述废气系统包括与所述还原剂反应以还原所述内燃机的废气中的NOx的SCR催化剂以及位于所述SCR催化剂的上游的DOC，所述方法包括：
测量所述废气系统中的多个位置处的温度，所述位置包括至少所述DOC的入口、所述SCR催化剂的入口以及所述SCR催化剂的出口；
根据测得的温度来确定平均温度，所述平均温度是加权平均值，其中来自DOC入口的温度测量被赋予比来自SCR催化剂的入口和出口的温度测量更大的权重；以及
根据所述平均温度来控制将所述还原剂向所述废气系统中的喷射。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括在所述平均温度超出预选阈值时减少还原剂喷射。
9.一种控制将还原剂喷入到内燃机的废气系统中的控制系统，所述废气系统包括与所述还原剂反应以还原所述内燃机的废气中的NOx的SCR催化剂以及位于所述SCR催化剂的上游的DOC，所述控制系统包括：
第一温度传感器，其感测所述DOC的入口处的温度并响应于此产生第一温度信号；
第二温度传感器，其感测所述SCR催化剂的入口处的温度并响应于此产生第二温度信号；
第三温度传感器，其感测所述SCR催化剂的出口处的温度并响应于此产生第三温度信号；以及
控制器，其被配置成接收所述第一温度信号、第二温度信号以及第三温度信号，根据所述第一温度信号、第二温度信号以及第三温度信号来确定平均温度并根据所述平均温度控制将还原剂往所述废气系统中的喷射。
10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述平均温度是加权平均值，并且其中来自所述DOC的入口的温度测量被赋予比来自所述SCR催化剂的入口和出口的温度测量更大的权重。
11.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述控制器在所述平均温度超出预选阈值时减少还原剂喷射。
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