CN105074150A - Nh3流量测量 - Google Patents

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Abstract

一种流量歧管系统，用于将第一气体注入第二气体，诸如用于将氨气注入内燃机的废气的系统。第一气体可通过一个或多个盒供给到该系统。该系统还可包括控制阀，该控制阀构造成控制第一气体到至少一个临界流量孔的输送。临界流量孔构造成当第一气体达到临界流量时允许相对恒定体积流量的第一气体流过临界流量孔。这种临界流量可允许穿过临界孔并然后到第二气体的第一气体流量的精确估算，无需使用流量传感器。

Description

NH3流量测量
背景
压缩点火发动机提供燃料经济性方面的优点，但在正常运行期间产生氮氧化物(NOx)和颗粒。新的和现有法规不断挑战制造商实现良好的燃油经济性并减少发动机废气中的颗粒和NOx。稀燃发动机可实现燃料经济性目的，但这些发动机废气中高浓度的氧气可产生相对高浓度的NOx。因而，具有压缩发动机的车辆可包括后处理系统，该后处理系统试图减少和/或消除废气中存在的NOx。
由后处理系统控制这些排放的一方面包括将氨(NH3)注入由诸如柴油、石油和汽油的化石燃料的燃烧产生的废气内。NH3可以用于通过选择性催化还原(SCR)系统中的催化反应将废气中的NOx转换成至少氮气的定量或速率注入废气。在转化NOx时由后处理系统使用的NH3可存储在盒内或从盒供给。
从盒输送以注入废气的NH3的释放和/或量可由发动机控制单元或模块(ECU)的控制和/或监控。这种监控在估计已经注入NOx的NH3的量，从而估计已经转化成至少氮气的NOx的量方面会是有用的。此外，这种监控可提供关于已经从盒排出或留在盒内的NH3的量的信息。通常，监控注入废气的NH3的量，诸如例如通过使用向ECU提供信息的流量传感器。但是，各流量传感器相对昂贵，且需要附加的相关部件和设备，并产生安装费用。还有，ECU可能需要编程以允许ECU诠释和/或应用从流量传感器接收的信息。此外，流量传感器可能具有耐用性和精确问题，尤其是关于后处理系统的恶劣工作环境可能对流量传感器的影响。
发明内容
本技术的某些实施例提供一种用于将第一气体注入第二气体的流量歧管系统。流量歧管系统包括至少一个供给盒，该至少一个供给盒构造成存储第一气体。流量歧管系统还包括至少一个控制阀，该至少一个控制阀构造成从至少一个供给盒接收第一气体的流量。至少一个控制阀构造成控制第一气体到至少一个临界流量孔的输送。至少一个临界流量孔构造成当第一气体达到临界流量时允许相对恒定体积流量的第一气体流过至少一个临界流量孔。流量歧管系统还包括发动机控制单元，该发动机控制单元构造成基于至少一个控制阀允许第一气体流到至少一个临界流量孔的持续时长估算供给到第二气体的第一气体的量。
此外，本技术的某些实施例提供一种废气后处理系统，用于将氨气注入发动机废气以进行氮氧化物的处理。后处理系统包括至少一个供给盒，该至少一个供给盒构造成存储氨气。后处理系统还包括至少一个控制阀，该至少一个控制阀构造成从至少一个供给盒接收氨气的流量。至少一个控制阀构造成控制氨气到临界流量孔的流量。临界流量孔构造成当流过临界流量孔的氨气达到临界流量时允许相对恒定体积流量的氨气注入废气。后处理系统还包括选择性催化还原系统，该选择性催化还原系统构造成用于使用注入废气的至少氨气进行催化反应来将废气中的氮氧化物催化成至少氮气。
此外，本技术的某些实施例提供一种废气后处理系统，用于将氨气注入发动机废气以进行氮氧化物的处理，该系统包括构造成存储氨气的供给盒。废气后处理系统还包括第一控制阀，该第一控制阀构造成从供给盒接收氨气流量的至少一部分。第一控制阀构造成控制氨气到第一临界流量孔的流量。第一临界流量孔构造成当流过临界流量孔的氨气达到第一临界流量时允许相对恒定体积流量的氨气注入废气。废气后处理系统还包括发动机控制单元，该发动机控制单元构造成基于至少一个控制阀允许氨气流到至少一个临界流量孔的持续时长估算供给到废气的氨气的量。此外，供给到废气的氨气的估算不是基于由流量传感器提供的信息。
附图说明
图1示出流量歧管系统，包括用于控制注入第二气体流的第一气体的体积流量的一个或多个临界流量孔。
图2示出具有临界流量孔的临界流量设备。
具体实施方式
图1示出流量歧管系统10，包括用于控制注入诸如发动机11的废气的第二气体流的第一气体的体积流量的一个或多个临界流量孔12a、12b。根据某些实施例，流量歧管系统10可包括保持或存储第一气体的启动盒12a和主盒12b。第一气体可以是多种不同气体或各气体的组合，其中包括例如气态NH3。根据这些实施例，各盒12a、12b可包括氨存储材料，诸如吸附或吸收固体存储介质，其中诸如金属氨合盐。
启动盒12a与主盒12b相比可相对小，从而便于流量歧管系统10的快速启动。此外，流量歧管系统10可包括诸如电加热器的加热单元(未示出)，加热单元可放置在盒12a、12b内部，并可用于加热盒12a、12b以促进第一气体流出盒12a。例如，根据第一气体为NH3的各实施例，各加热器可促进气态NH3从氨存储材料释放且随后NH3随后流出盒12a、12b。尽管启动盒12a的较小尺寸可等同于存储比主盒12b少的诸如NH3的第一气体的启动盒12a，但启动盒12a可达到升高的温度，在该升高温度下第一气体从盒12a比更大的主盒12b更快地被释放。因此，在发动机11的至少初始运行期间，到流量歧管系统10的第一气体的供给可由启动盒12a来提供。但是，一旦主盒12b被加热到用于向流量歧管系统10提供第一气体的温度，可停用用于升高启动盒12a的温度的加热单元。启动盒12a的加热单元的这种停用可用于防止启动盒12a内第一气体的过早排空。盒12a、12b的加热单元的启动和停用可由ECU16控制。
流量歧管系统10还包括分别监测启动盒和主盒14a、14b内压力的压力传感器14a、14b。压力传感器14a、14b可产生可发送到ECU16的、指示分别来自盒12a、12b的第一气体的感测压力的信号。根据某些实施例，这些信号可向ECU16提供ECU16用于运行盒12a、12b的加热单元的信息。此外，该信息可指示盒12a、12b的加热单元应当何时启用和/或停用。根据某些实施例，流量歧管系统10可通过在启用和停用状态之间调节加热单元而试图保持从盒12a、12b中任一个或两个供给的第一气体的恒定压力，如压力传感器14a、14b中的一个或多个所感测的。
流量歧管系统10还可包括防止第一气体回流的止回阀15。例如，根据图1所示的实施例，流量歧管系统10包括定位在主盒12b上游的诸如回流阀的止回阀15，防止来自启动盒12a和/或主盒12b的诸如气态NH3的第一气体朝向主盒12b回流。
由盒12a、12b释放的第一气体可沿供给管线18流到第一阀20。在所示实施例中，第一阀20可以是布尔控制阀。此外，第一阀20可在“开”与“关”位置之间操作。当第一阀20处于“开”位置时，可允许在第一阀20下游从盒12a、12b中任一个或两者释放的第一气体的一部分流过第一阀20。相反，当处于“关”位置时，可不允许第一气体流过第一阀20。
当第一阀20处于“开”位置时，可允许已经流过第一阀20的第一气体流到第一临界流量设备22。第一临界流量设备22包括临界流量孔24，如图2所示。根据某些实施例，临界流量孔24可定位在第一限流板26内。此外，根据某些实施例，限流板26可在供给管线18、第一阀20内和/或容纳在分开的壳体28内。此外，临界流量孔24可具有恒定或可调尺寸和/或形状，诸如具有恒定或可变直径。
临界流量孔24定位成提供第一气体的流动路径内的流动限制。这种限制既增加流过临界流量孔24的第一气体的速度又降低该第一气体的压力。此外，这种限制可在临界流量孔24的上游产生比临界流量孔24下游的压力(P2)高的压力(P1)。
流量歧管系统10可构造成临界流量孔24上游和下游压力之间的压差允许第一气体在穿过临界流量孔24时达到其最大速度或临界流量。当第一气体得到其最大速度时，P2的进一步减小，且还有P1与P2之间压差的增加，不会改变流过临界流量孔24的第一气体的量。而是，第一气体穿过临界流量孔24的体积流量通常由临界流量孔24的压力和大小限定。因此，当第一气体达到其穿过临界流量孔24的最大速度时，恒定量的第一气体可流过临界流量孔24。已知恒定量的第一气体将流过临界流量孔24允许确定由流量歧管系统10正在向临界流量孔24下游的诸如废气的第二气体输送的第一气体的量。此外，这种系统允许精确确定由流量歧管系统10向第二气体供给的第一气体的量而无需或使用流量传感器和其相关部件。
例如，在第一气体为气态NH3的各实施例中，当P1与P2的比值约为1.73时第一气体可达到其临界流量。但各种气体达到其临界流量的压力比可取决于各种因素，包括气体的特性和温度。但是，在确保达到临界流量的努力中，流量歧管系统10可设计成P1/P2比值高于实现临界流量所需的比值，诸如用于气态NH3的P1与P2比值约为2。在该情况下，体积流量是恒定的，且因此不会随着跨越临界流量孔24的压降而变化。因此，由于穿过临界流量孔24的第一气体的体积流量可以是恒定的，所以流量歧管系统10输送和/或注入第二气体的第一气体的量可以是恒定的。
使用期间，流量歧管系统10可构造成允许第一阀20控制或调节由流量歧管系统10供给到第二气体的第一气体的量。例如，第一阀20可在不同的占空比运行，其中第一阀处于“开”和“关”位置的时长呈脉冲变化或改变。第一阀20通过使用各占空比的控制可允许流量歧管系统10适应不同的发动机11运行条件。例如，根据其中第二气体为发动机11的废气的某些实施例，第二气体的温度可最初相对低，诸如在冷启动条件下。在这种情况期间，流量歧管系统10可比第二气体达到更高温度时向第二气体提供更少量的第一气体。在这些情况下，第一阀20可在降低的占空比下运行，其中第一阀20可比第二气体处于较高和/或正常运行温度时处于“开”位置更短时长。例如，如果流量歧管系统10以25％的占空比运行，则第一阀20可花费约25％的预定持续时长，例如1秒处于“开”位置，而75％的其余时间处于“关”位置。根据某些实施例，第一阀20的定位，诸如第一阀20是处于“开”还是“关”位置可由ECU16控制。此外，ECU16可构造成基于例如提供给、存储在ECU16和/或ECU16可获取的信息确定第一阀20何时应处于“关”或“开”位置或阀20的占空比。
在穿过临界流量孔24之后，第一气体可沿供给管线18的一部分持续流动，直到第一气体达到包含第二气体的排气管线17为止，在排气管线17处第一气体可注入第二气体。根据第二气体为发动机11产生的废气的某些实施例，排气管线17内的第一和第二气体可输送到废气后处理系统11的其它部件，诸如SCR21，然后例如通过尾气管23流出废气后处理系统11。
根据某些实施例，流量歧管系统10可包括多于一个阀20和临界流量设备22和/或临界流量孔24。例如，图1示出第二阀30和第二临界流量设备32，该第二临界流量设备32具有与第一阀20和相关联的临界流量设备22和/或临界流量孔24并联布置的临界流量孔34。因此，沿供给管线18供给的第一气体可沿供给管线18的第一部分19a流动到第一阀20或者沿供给管线的第二部分19b流动到第二阀20。根据某些实施例，供给管线18的第二部分19a可然后终止于供给管线18的第一部分19a处或相反，使得流过第二阀20和相关联临界流量孔34的第一气体(如果有)可加入流过第一阀20和相关联临界流量孔24的第一气体(如果有)。替代地，根据其它各实施例，供给管线18的第一部分19a和第二部分19b可构造成分开地向第二气体输送第一气体(如果有)。
包括多于一个阀20、30和相关联的临界流量孔24、34可允许通过流量歧管系统10注入第二气体的第一气体的量的改进精度。例如，与第一阀20相关联的临界流量孔24可具有与第二阀20所关联的临界流量孔30的不同尺寸和/或在不同压力下运行。当第一气体处于其临界流量时，这些尺寸和/或压力之差可产生流过临界流量孔24、34的第一气体的量的差。因此，每个临界流量孔24、34可由流量歧管系统10用于单独地或共同地将不同量的第一气体注入第二气体。且同样，由于当第一气体以其临界流量流动时，临界流量孔24、34允许恒定且已知量的第一气体流过临界流量孔24、34、流量歧管系统10，所以流量歧管系统10可具有由流量歧管系统10输送以注入第二气体的第一气体的实际量的精确指示。关于使用临界流量孔24、34所输送以进行注入的第一气体的量的精确性可通过先前讨论的阀20、30的占比循环或调制操作来进一步增强。

Claims (15)

1.一种用于将第一气体注入第二气体的流量歧管系统，所述流量歧管系统包括：
至少一个供给盒，所述至少一个供给盒构造成存储所述第一气体；
至少一个控制阀，所述至少一个控制阀构造成从所述至少一个供给盒接收所述第一气体的流量，所述至少一个控制阀构造成控制所述第一气体到所述至少一个临界流量孔的输送，所述至少一个临界流量孔构造成当所述第一气体达到临界流量时允许所述第一气体通过所述至少一个临界流量孔的相对恒定体积流量；以及
发动机控制单元，所述发动机控制单元构造成基于所述至少一个控制阀允许所述第一气体流到所述至少一个临界流量孔的持续时长估算供给到所述第二气体的所述第一气体的量。
2.如权利要求1所述的流量歧管系统，其特征在于，所述第一气体是气态氨，且所述第二气体时来自内燃机的废气。
3.如权利要求2所述的流量歧管系统，其特征在于，所述发动机控制单元构造成以多个占空比运行所述至少一个控制阀，所述多个占空比中的每个调节所述至少一个控制阀允许所述第一气体流到所述至少一个临界流量孔的持续时长。
4.如权利要求3所述的歧管系统，其特征在于，所述至少一个供给盒包括启动盒和至少一个主盒，且其中所述发动机控制单元构造成控制来自所述启动盒和所述至少一个主盒的第一气体的供给。
5.如权利要求4所述的歧管系统，其特征在于，所述系统还包括至少一个压力传感器，所述至少一个压力传感器构造成为所述发动机控制单元提供关于由所述启动盒和所述至少一个主盒所供给的所述第一气体的压力的信息。
6.如权利要求5所述的歧管系统，其特征在于，所述至少一个临界流量孔容纳在所述至少一个控制阀内。
7.如权利要求6所述的歧管系统，其特征在于，还包括：止回阀，所述止回阀构造成防止第一气体回流到所述至少一个主盒。
8.一种废气后处理系统，用于将氨气注入发动机废气以进行氮氧化物的处理，所述后处理系统包括：
至少一个供给盒，所述至少一个供给盒构造成存储所述氨气；
至少一个控制阀，所述至少一个控制阀构造成从所述至少一个供给盒接收所述氨气的流量，所述至少一个控制阀构造成控制氨气到临界流量孔的流量，所述临界流量孔构造成当流过所述临界流量孔的所述氨气达到临界流量时允许相对恒定体积流量的所述氨气注入所述废气；以及
选择性催化还原系统，所述选择性催化还原系统构造成用于使用注入所述废气的至少所述氨气进行催化反应来将所述废气中的氮氧化物催化成至少氮气。
9.如权利要求8所述的废气后处理系统，其特征在于，还包括发动机控制单元，所述发动机控制单元构造成基于所述至少一个控制阀允许所述第一气体流到所述至少一个临界流量孔的持续时长估算供给到所述第二气体的所述第一气体的量。
10.如权利要求9所述的流量歧管系统，其特征在于，所述发动机控制单元构造成以多个占空比运行所述至少一个控制阀，所述多个占空比中的每个调节所述至少一个控制阀允许所述第一气体流到所述至少一个临界流量孔的持续时长。
11.如权利要求10所述的歧管系统，其特征在于，所述至少一个供给盒包括启动盒和至少一个主盒，且其中所述发动机控制单元构造成控制来自所述启动盒和所述至少一个主盒的第一气体的供给。
12.如权利要求11所述的歧管系统，其特征在于，所述至少一个临界流量孔容纳在所述至少一个控制阀内。
13.一种废气后处理系统，用于将氨气注入发动机废气以进行氮氧化物的处理，所述后处理系统包括：
供给盒，所述供给盒构造成存储所述氨气；
第一控制阀，所述第一控制阀构造成从所述供给盒接收所述氨气的流量的至少一部分，所述第一控制阀构造成控制氨气到第一临界流量孔的流量，所述第一临界流量孔构造成当流过所述第一临界流量孔的所述氨气达到第一临界流量时允许相对恒定体积流量的所述氨气注入所述废气；以及
发动机控制单元，所述发动机控制单元构造成基于所述第一阀允许所述氨气流到所述第一临界流量孔的持续时长估算供给到所述废气的所述氨气的量，供给到所述废气的所述氨气的估算不是基于由流量传感器提供的信息。
14.如权利要求13所述的废气后处理系统，其特征在于，还包括第二控制阀，所述第二控制阀构造成从所述供给盒接收所述氨气的流量的至少一部分，所述第二控制阀构造成控制氨气到第二临界流量孔的流量，所述第二临界流量孔构造成当流过所述第二临界流量孔的所述氨气达到第二临界流量时允许相对恒定体积流量的所述氨气注入所述废气。
15.如权利要求14所述的废气后处理系统，其特征在于，所述第一临界流量孔构造成流过所述第一临界流量孔的所述第一气体的相对恒定的体积流量不同于流过所述第二临界流量孔的第一气体的相对恒定的体积流量。
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