CN105658921B - 用于柴油机排气系统中的低温定量供给的系统、方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于排气后处理系统中的还原剂定量供给的系统、装置和方法被公开。当排气系统在低温运行条件运行时，从还原剂定量供给系统被注入到排气后处理系统的还原剂的动态流量和注入持续时间被控制以响应于定量供给命令。

Description

用于柴油机排气系统中的低温定量供给的系统、方法和装置
技术领域
本申请总体上涉及内燃机的柴油机排气系统，更具体地，但不排他地，涉及在柴油机排气系统中的还原剂的低温定量供给。
背景
包括内燃机的调制解调器系统通常包括控制排气系统排放的选择性催化还原(SCR)排气后处理系统。SCR系统通常包括连接到闭合器的还原剂储罐，闭合器将还原剂注入到排气流以减少NOx排放量。在正常工作条件下，还原剂是以连续速率被注入到排气流中。
在低温工作条件下，以连续速率注入还原剂导致还原剂积累和还原剂下降。此外，在低温工作条件下不注入还原剂将引起NOx排放量超过对NOx排放量要求的限制。因此，为了在低温工作条件下在排气后处理系统中执行还原剂的定量供给,仍然需要在系统、装置、方法上进一步改进。
概述
一个实施方案是在发动机排气系统的低温工作条件期间调节在排气后处理系统中的还原剂的流量的独特的系统、方法和装置。本概述并不旨在表明所要求保护的主题的关键特征或本质特征，其也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。进一步的实施方案、形式、目的、特征、优点、方面和益处将通过下面的描述和附图变得明显。
根据本公开的实施方案包括以下内容：
1)一种方法，包括：
确定在排气后处理系统中的选择性催化还原(SCR)催化器的床的中间床温度是在低温工作范围内；
当在所述低温工作范围内时，开始低温定量供给周期，以通过一系列的还原剂的脉冲注入来给所述排气后处理系统提供一定量的还原剂，其中脉冲的长度根据所述SCR催化器的床的中间床温度在所述定量供给周期内被动态调整。
2)根据1)所述的方法，其中所述排气后处理系统包括用于容纳所述还原剂的储罐、可操作来从所述储罐泵送还原剂的闭合器、用于调节从所述闭合器排出的还原剂的量的阀、用于将还原剂从所述闭合器通过所述阀注入到内燃机的排气系统中的注入器和在所述注入器的下游的选择性催化还原催化器。
3)根据1)所述的方法，其中所述SCR催化器的中间床的所述低温工作范围介于150℃和190℃之间。
4)根据1)所述的方法，还包括当排气流量低于预定排气流量阈值时终止所述低温定量供给周期。
5)根据1)所述的方法，还包括当所述SCR催化器的效率高于预定的SCR催化器效率阈值时终止所述低温定量供给周期。
6)根据5)所述的方法，其中所述预定的SCR催化器效率阈值基于所述SCR催化器的中间床温度在所述低温定量供给周期中动态变化。
7)根据1)所述的方法，其中所述还原剂是尿素水溶液。
8)根据1)所述的方法，其中所述排气后处理系统还包括柴油微粒过滤器(DPF)，其中所述还原剂的量受限于所述SCR催化器的撞击极限，其中所述撞击极限被根据所述DPF的出口温度、废气流量和环境温度来确定。
9)根据1)所述的方法，还包括在开始所述低温定量供给周期之前确定启用条件组被满足，其中所述启用条件组包括：所述排气后处理系统的柴油微粒过滤器(DPF)的出口温度高于DPF温度阈值；环境温度高于环境温度阈值；环境压力高于环境压力阈值；尿素沉淀计时器小于尿素沉淀计时器阈值；累积的低温定量供给量小于累积的还原剂阈值；以及氨存储计时器小于氨存储计时器阈值。
10)一种方法，包括：
当选择性催化还原(SCR)催化器在低温工作范围时将还原剂定量供给到SCR催化器上游的发动机废气中，其中定量供给所述还原剂包括在工作周期中通过一系列脉冲注入预定量的所述还原剂，所述系列脉冲中的每一个具有工作时间与在连续脉冲之间的不工作时间，其中，所述工作时间和所述不工作时间是在所述低温工作范围期间的所述SCR催化器的中间床温度的函数。
11)根据10)所述的方法，其中所述预定量的还原剂被选择以满足在所述SCR催化器的出口的氨与一氧化二氮的比率，其中所述氨与一氧化二氮的比率是所述SCR催化器的所述中间床温度的函数。
12)根据10)所述的方法，其中所述低温工作范围对应于所述SCR催化器的介于150℃和190℃之间的中间床温度。
13)根据10)所述的方法，还包括当所述SCR催化器的效率超过基于所述SCR催化器的所述中间床温度变化的动态SCR催化器效率阈值时终止所述工作周期。
14)根据10)所述的方法，还包括当所述发动机废气的排气流量小于预定排气流量阈值时终止所述工作周期。
15)根据10)所述的方法，其中所述预定量的还原剂是受所述SCR催化器上的还原剂的撞击极限限制的，其中所述撞击极限是所述SCR催化器的上游的所述发动机废气的流量、柴油微粒过滤器的出口温度和环境温度的函数。
16)一种装置，包括：
电子控制器，其被连接到均与内燃机的排气系统相关联的发动机排气输出NOx传感器、选择性催化还原(SCR)出口NOx传感器、柴油微粒过滤器出口温度传感器、还原剂闭合器控制阀和中间床SCR催化器温度传感器，其中，所述电子控制器包括：
低温定量供给启用模块，其被配置为确定所述闭合器控制阀的操作的低温定量供给周期响应于所述排气系统的多个工作条件而被启用；
低温定量供给开-关模块，其被配置为确定对于通过所述闭合器控制阀的还原剂的多个脉冲的定量供给工作时间和在低温定量供给工作周期期间在连续脉冲之间的定量供给不工作时间，其中，所述定量供给工作时间和所述定量供给不工作时间是根据在所述低温定量供给周期期间来自所述中间床SCR催化器温度传感器的温度信号来确定的；
低温定量供给命令模块，其被配置为确定在所述定量供给周期中提供一定量的还原剂的低温定量供给命令，所述一定量的还原剂满足基于在所述低温定量供给周期期间所述中间床SCR催化器温度的最大的氨与NOx的比率；以及
低温定量供给撞击极限模块，其被配置为确定限制最终低温定量供给命令的低温定量供给撞击极限命令，其中所述最终低温定量供给命令被根据所述低温定量供给命令、柴油微粒过滤器的出口温度、排气流量以及环境温度来确定。
17)根据16)所述的装置，还包括被配置为确定对所述低温定量供给开-关模块的还原剂定量供给启用命令的还原剂定量供给启用模块，其中所述还原剂定量供给启用命令被根据排气流量、SCR催化器中间床温度、低温定量供给SCR催化器效率目标以及SCR催化器效率来确定，其中所述SCR效率目标被根据低温定量供给SCR催化器效率目标查找表和所述SCR催化器中间床温度来确定。
18)一种系统，包括：
内燃机，所述内燃机具有用于接收由所述内燃机的操作产生的废气的排气系统；
柴油机排气后处理系统，其包括用于处理由所述内燃机的操作所产生的废气的还原剂的源，所述柴油机排气后处理系统还包括闭合器，所述闭合器可操作来沿一流动路径将所述还原剂泵送到与所述排气系统流体连通的注入器，其中，所述柴油机排气后处理系统还包括在所述流动路径中的控制所述还原剂到所述注入器的流动的还原剂控制阀，所述柴油机排气后处理系统还包括选择性催化还原(SCR)催化器，其中所述SCR催化器还包含SCR催化器温度传感器；
控制器，其被连接到所述还原剂控制阀，所述控制器可操作来通过所述控制阀可变地调节还原剂流量；
其中SCR催化器中间床温度是由所述SCR催化器温度传感器在上游的SCR催化器床和下游的SCR催化器床之间确定的；以及
其中所述控制器被配置为确定所述SCR催化器中间床温度是否在低温工作范围内，并在所述低温工作范围内控制所述控制阀以在包含一系列脉冲的工作周期内通过所述注入器注入预定量的还原剂，所述系列脉冲中的每一个具有工作时间与连续脉冲之间的不工作时间，其中，所述工作时间和所述不工作时间是在所述低温工作范围期间所述SCR催化器中间床温度的函数。
19)根据18)所述的系统，其中所述低温工作范围对应于在150℃和190℃之间的所述SCR催化器中间床温度。
20)根据18)所述的系统，其中所述控制器被配置为通过所述SCR催化器上的还原剂的撞击极限来限制所述预定量的还原剂，其中所述撞击极限是所述SCR催化器上游的发动机废气流量、所述柴油机排气后处理系统的柴油微粒过滤器的出口温度和环境温度的函数。
附图说明
图1是包括示例性发动机和排气后处理系统的系统示意图。
图2是示出了用于控制在低温工作范围中的还原剂定量供给的示例性控制器装置的图。
图3是可以连同在低温工作范围内的还原剂定量供给被执行的过程的流程图。
具体实施方式
为了增进对本发明的原理的理解，现将参考在附图中说明的实施方案和专用语言将被用于描述该实施方案。不过，应当理解，没有因此想要对本发明的范围进行限制，如本发明所涉及的领域的技术人员通常想到的、在说明的实施方案中的任何变化和进一步的修改，以及如其中说明的本发明的原理的任何进一步的应用在本文中被预期。
参考图1，示出了包括排气后处理系统110的示例性系统100。系统100可设置在由发动机102如柴油发动机、或在例如发电或泵送系统的其它应用中使用的发动机102提供动力的车辆上。发动机102包括增压空气通过其进入的进气系统104、和燃烧产生的废气通过它排出的排气系统106，可以理解，不是这些系统通常存在的所有细节被示出。发动机102包括多个形成燃烧室的气缸，燃料通过燃料注入器被注入到气缸中以与已经通过进气系统104进入的增压空气一起燃烧。燃烧释放的能量给经由连接到曲轴的活塞来给发动机102提供动力。当用于推进车辆时，发动机102通过动力传动系统被耦合到推进车辆的驱动轮。进气阀对增压空气进入汽缸进行控制，以及排气阀对通过排气系统106并最终排向大气的废气的流出进行控制。但是，进入大气之前，废气被在排气后处理系统110中的一个或多个后处理设备处理。
在一个实例中，排气系统106包括排气后处理系统110，其具有一个或多个选择性催化还原(SCR)催化器116，以及用于从还原剂定量供给系统150接收还原剂的一个或多个位置。排气后处理系统110还包括在SCR催化器116的上游的一个或多个柴油机氧化催化器(DOC)112、以及一个或多个柴油微粒过滤器(DPF)114。还原剂注入器140的出口或喷嘴被安装在排气系统106的在SCR催化器116上游的部分，还原剂注入器被布置为将还原剂喷洒到排气系统106中，还原剂在排气系统106中与由发动机102产生的发动机废气混合。SCR催化器116促进还原剂和废气中的NOx之间的化学反应，其在废气通入大气之前转换大量的NOx以减少NOx排放量。
后处理系统110可以包括一个或多个其它未示出的后处理组件，诸如氨氧化催化器、以及各种温度、压力和废气成分传感器。排气系统106还可以包括未示出的各种组件，例如废气再循环系统、涡轮增压器系统、冷却器、和把排气系统106连接到进气系统104的其它组件。
还原剂定量供给系统150接收来自还原剂储罐152的还原剂，并通过注入器140或用于注入或输送至分解室的其他结构将还原剂提供到排气系统106、或直接提供到排气系统106。还原剂通过注入器140的流动可由定量供给系统的双向控制阀156控制，其可以包括用于切换、停止、允许和/或限制还原剂从还原剂储罐152通过还原剂闭合器154流到注入器140的任何合适的设备。如本文中所使用的，注入器包括提供了用于还原剂输送的出口的任何喷嘴、静态设备、电子可控设备、和/或机械致动器。合适的还原剂的一个例子是柴油机排气处理液(DEF)，其包括32.5％的高纯度尿素和67.5％的去离子水的溶液。然而，应当理解的是，利用定量供给系统150注入到排气系统的任何合适的还原剂也可以被利用。
在某些实施方案中，系统100还包括控制器160，其被构造成执行接收和解译来自系统100的任何组件或传感器的信号的某些操作。应当理解的是，控制器或控制模块可以以各种形式和配置被提供，包括形成整个或部分处理子系统的一个或多个计算设备，处理子系统具有存储计算机可执行指令的非瞬时存储器、处理、和通信硬件。
在图1中，控制器160可操作地耦合并配置为在存储器中存储通过控制器160是可读和可执行的指令，以操作定量供给系统的控制阀。控制器160还可操作地耦合以下组件并可以从以下组件接收信号：排气流量传感器120、发动机排出的NOx量传感器122、DPF出口温度传感器124、SCR中间床温度传感器126、SCR催化器出口温度传感器128和SCR催化器出口NOx量传感器130。排气流量传感器120是可操作的以提供指示排气系统106中的柴油机排气流量，或质量流量的信号。发动机排出的NOx量传感器122是可操作的以提供指示排气系统106中的柴油机排气量的信号。DPF出口温度传感器124是可操作的以提供指示DPF114的下游的温度的信号。SCR催化器中间床温度传感器126是可操作的以提供指示SCR催化器116的在上游的SCR催化器床116A和下游的SCR催化器床116B之间的中间床的还原剂温度的信号。SCR催化器出口温度传感器128是可操作的以提供指示SCR催化器116的下游的温度的信号。SCR催化器出口NOx量传感器130是可操作的以提供指示SCR催化器116的下游的NOx水平的信号。排气流量传感器120、发动机排出的NOx量传感器122、DPF出口温度传感器124、SCR催化器中间床温度传感器126、SCR催化器出口温度传感器128、和SCR催化器出口NOx量传感器130不必直接与排气系统106连通，并且可以位于排气系统106内的任何位置，提供适用的排气系统106的读数的适当的指示。
在图1中，控制器160还连接到还原剂定量供给系统150和定量供给系统的双向控制阀156。控制器160还操作地耦合到还原剂储罐液位传感器158，并且可以从还原剂储罐液位传感器158接收信号。还原剂储罐液位传感器158是可操作的以提供指示在还原剂储罐152中的还原剂的液位的信号。还原剂液位传感器158不必直接与还原剂储罐152连通，并且可以位于还原剂定量供给系统150内的任何位置，提供还原剂储罐152里的适用的还原剂液位读数的适当的指示。
控制器160包括存储的数据值、常量和函数、以及存储在计算机可读介质上的操作指令。本文描述的示例性过程的任何操作可以至少部分地由控制器执行。这里的描述包括强调控制器160的结构独立性方面的模块，并示出控制器160的操作和职责的一个分组。应理解执行类似的全部操作的其他分组在本申请的范围之内。模块可以在硬件里和/或计算机可读介质上的软件来实现，并且模块可以分布跨越不同的硬件或软件组件。控制器操作的某些实施方案的更具体的描述被包括在参考图2的部分。示出的操作被理解为仅是示例性的，并且操作可以被组合或分割、添加或删除、以及全部或部分重新排序，除非在本文中明确有相反的说明。
这里描述的某些操作包括解译一个或多个参数的操作。解译，如本文所使用的，包括通过本领域中已知的任何方法接收值，包括至少从数据链路或网络通信接收值、接收指示值的电子信号(例如，电压、频率、电流或脉冲宽度调制(PWM)信号)、接收指示值的软件参数、读取计算机可读介质上的存储位置的值、通过本领域中已知的任何方法接收作为运行时间参数的值、和/或通过接收被解译的参数通过其可被计算出的值、和/或通过引用被解译为参数值的默认值。
控制器160的一个示例性实施方案示于图2。在某些实施方案中，控制器160包括来自排气流量传感器120的排气流量输入210、来自排气NOx量传感器122的发动机排出的NOx量输入216、来自DPF出口温度传感器124的DPF出口温度输入208、来自SCR催化器中间床温度传感器126的SCR催化器中间床温度输入202、来自SCR催化器出口温度传感器128的SCR催化器出口温度输入217、来自SCR催化器出口NOx量传感器130的SCR催化器出口NOx量输入212、和还原剂储罐传感器158的还原剂储罐液位输入214。
在操作过程中，还原剂定量供给系统150响应于控制器160解译的定量供给命令供给还原剂。控制器160解译发动机102和排气系统106的工作条件来确定低温工作条件。根据低温工作条件的确定，控制器160根据所编程的操作指令确定还原剂的量和以一注入速率注入所确定的量的还原剂到排气系统106中所经历的时长。
如图2所示的控制器160包括低温定量供给启用模块226、还原剂定量供给启用模块232、低温定量供给开/关模块238、低温定量供给撞击极限模块246、和低温定量供给命令模块252。在功能上执行控制器160操作的其他控制器160布置在本申请中被考虑。
低温定量供给启用模块226接收并解译环境温度输入204和环境压力输入206。在示例性实施方案中，低温定量供给启用模块226还解译排气条件218、还原剂存储计时器条件220、还原剂存储条件222、以及低温定量供给累积条件224。低温定量供给启用模块226响应于环境温度输入204、环境压力输入206、排气条件218、还原剂存储计时器条件220、还原剂存储条件222和低温定量供给累积条件224的函数确定排气系统106是否处于低温定量供给周期。在示例性实施方案中，低温定量供给启用模块提供低温定量供给启用命令228到低温定量供给开/关模块238和低温定量供给命令模块252中的每一个。
低温定量供给启用模块226响应于确定SCR催化器中间床温度输入202的温度在低温定量供给范围内和DPF出口温度输入208的温度高于DPF出口温度的预定阈值来确定排气条件218是否启用低温定量供给周期。实施方案中的示例性低温定量供给范围在150℃与190℃之间。
低温定量供给启用模块226响应于确定还原剂存储计时器调整条件和/或还原剂存储计时器复位条件来确定还原剂存储计时器条件220是否启用低温定量供给周期。示例性还原剂存储计时器调整条件是排气流量输入210、排气流量阈值、还原剂注入反馈、还原注入反馈阈值的函数。示例性还原剂存储计时器复位条件是SCR催化器中间床温度输入202、SCR催化器中间床温度阈值、再生的SCR催化器状态的函数。还原剂存储计时器(未示出)响应于还原剂存储计时器条件移位或复位还原剂存储计时器计数。还原剂存储计时器条件220的示例性的行为在图3进一步被详细说明。
低温定量供给启用模块226响应于确定低温定量供给累积调整条件和/或低温定量供给累积复位条件而确定低温定量供给累积条件224是否启用低温定量供给周期。示例性低温定量供给累积调整条件是SCR催化器中间床温度输入202、SCR催化器中间床温度阈值、低温定量供给累积递减速率、和还原剂注入速率反馈参数的函数。低温定量供给累积递减速率响应于SCR催化器中间床温度输入202在低温定量供给累积递减速率查找表(未示出)中被访问。示例性低温定量供给累积复位条件是SCR催化器中间床温度输入202和SCR催化器中间床温度阈值的函数。
还原剂定量供给启用模块232接收并解译排气流量输入210、SCR催化器效率、和SCR催化器中间床温度输入202。此外，还原剂定量供给启用模块232响应于SCR催化器中间床温度输入202和SCR催化器效率来确定在低温定量供给SCR催化器的效率目标查找表230中取得的SCR催化器效率目标。还原剂定量供给启用模块232响应于SCR催化器效率、SCR催化器效率目标和排气流量输入210的函数而给低温定量供给开/关模块238提供还原剂定量供给启用命令234。
低温定量供给开/关模块238接收并解译SCR催化器中间床温度输入202、低温定量供给启用命令228和还原剂定量供给启用命令234。低温定量供给开/关模块确定低温定量供给工作周期并且给低温定量供给命令模块252提供低温定量供给工作周期命令240，以响应从低温定量供给工作时间和不工作时间目标查找表确定的低温定量供给工作周期目标。通常，随着SCR催化器中间床温度输入202在低温度范围内减少，定量供给工作时间减少和定量供给不工作时间增加，随着SCR催化器中间床温度输入202在低温度范围内增加，定量供给工作时间增加，并且定量供给不工作时间减少。工作时间和不工作时间被确定以使得被注入量的还原剂在SCR催化器中间床温度输入下通过废气蒸发。另外，低温定量供给开/关模块238响应于SCR催化器中间床温度输入202、低温定量供给启用命令228、还原剂定量供给启用命令234以及定量供给控制在低温定量供给开或关状态的持续时间来确定低温定量供给开/关命令242。
低温定量供给撞击极限模块246接收并解译排气流量输入210、DPF出口温度输入208以及环境温度输入204。另外，低温定量供给撞击极限模块246响应于排气流量输入210、DPF出口温度输入208以及环境温度输入204访问低温定量供给撞击极限查找表244，并提供低温定量供给撞击极限命令248给低温定量供给命令模块252。
在示例性实施方案中，低温定量供给命令模块252接收并解译低温定量供给启用命令228、工作周期命令240、定量供给开/关命令242、低温定量供给撞击极限命令246和还原剂条件250。另外，低温定量供给命令模块252响应于SCR催化器中间床温度输入202从例如ANR查找表248确定氨与NOx之比(ANT)的目标。当低温定量供给启用命令228是低温定量供给周期被启用的命令时，控制器160响应于氨与NOx之比(ANR)的目标、低温定量供给工作周期命令240、排气流量输入210和发动机排出的NOx量216提供低温定量供给命令(多个)260。低温定量供给命令(多个)260被低温定量供给撞击极限命令246限制，并根据低温定量供给开/关命令242通过一系列注入被传递。在某些实施方案中，一个或多个低温定量供给命令(多个)260被提供给定量供给系统的双向控制阀156以执行低温定量供给操作开或关周期。
示意流程图如图3所示，并且随后的相关描述提供执行用于启用低温定量供给周期和调整还原剂存储计时器的过程的说明性实施方案。示出的操作被理解为仅是示例性的，并且操作可以被组合或分割、添加或删除、以及全部或部分被重新排序，除非在本文中明确有相反的说明。示出的某些操作可以由执行在非瞬时计算机可读存储介质上的计算机程序产品的计算机来实现，其中计算机程序产品包括使计算机执行一个或多个操作，或发出命令到其他设备以执行一个或多个操作的指令。
参考图3示出了示例性过程300的流程图，示例性过程300用于通过编程控制器160以供例如系统100使用来使低温定量供给周期投入运行。过程300开始于操作302，在其中启用低温定量供给周期的控制例程被启动。操作302可以通过由操作者或技术人员解译键通事件和/或通过初始化开始。操作302可以替代地或附加地包括解译通信或其它参数，其指示低温定量供给周期确定的操作在过程300完成时，重新启动过程300。过程300进行到操作304，在这里SCR催化器中间床温度被解译。
过程300从操作304进行到条件句306，在这里确定SCR催化器中间床温度是否小于低温定量供给温度阈值。在某些实施方案中，低温定量供给温度阈值介于150℃和190℃之间。如果条件句306是否定的，程序300进行到设定低温定量供给周期为禁用的操作318。
如果条件句306是肯定的，过程300进行到条件句308，在这里确定当前还原剂定量供给速率是否大于低温定量供给速率阈值。如果条件句308是否定的，过程300进行到减小低温定量供给还原剂存储计时器的阈值的操作312。过程300然后从操作312继续到条件句316，在这里确定低温定量供给还原剂存储计时器是否小于低温定量供给时间阈值。如果条件句316是否定的，过程300进行到如上所述的设置低温定量供给周期为禁用并复位还原剂存储低温阈值计时器为0(零)的操作318。如果条件句316是肯定的，过程300进行到设定低温定量供给周期为启用的操作320。从操作318和320，过程300在322被终止。
如果条件句308是肯定的，过程300前进到条件句310以确定当前排气流量是否在一段时间内高于或等于低温定量供给流量阈值。如果条件句310在一段时间内为肯定的，程序300继续至如上所述的将低温定量供给还原剂存储计时器减小到小于低温定量供给时间阈值的操作316。如果条件句310是否定的，过程300进行到增加低温定量供给还原剂存储计时器的操作314。过程300从操作314前进到条件句316，如上所述，在那里确定低温定量供给还原剂存储计时器是否小于低温定量供给时间阈值。
本文公开了系统、装置和方法的各个方面。例如，一个方面涉及到包括确定在排气后处理系统中的选择性催化还原(SCR)催化器床的中间床温度处于低温工作范围并当在低温工作范围，开始低温定量供给周期以通过一系列还原剂的脉冲注入来提供一定量的还原剂到排气后处理系统的方法。脉冲的长度根据SCR催化器床的中间床温度在定量供给周期内被动态调整。
在该方法的一个实施方案中，SCR催化器中间床的低温工作范围包括确定SCR催化器中间床的温度介于150℃和190℃之间。在一个细化中，该方法包括响应于确定排气流量低于预定排气流量阈值而终止低温定量供给周期。在进一步的细化中，该方法包括响应于确定SCR催化器的效率高于预定SCR催化器效率阈值而终止低温定量供给周期。在本方法的进一步细化中，还原剂是尿素水溶液。
在该方法的另一个实施方案中，预定SCR催化器效率阈值基于SCR催化器中间床温度在低温定量供给周期内动态变化。在该方法的细化中，排气后处理系统还包括柴油微粒过滤器(DPF)。还原剂的量是由SCR催化器的撞击极限限制的。撞击极限被根据DPF出口温度、排气流量以及环境温度来确定。
在进一步的细化中，该方法包括确定一组启用条件在开始低温定量供给周期之前被满足。该组启用条件包括排气后处理系统的柴油微粒过滤器(DPF)的出口温度高于DPF温度阈值；环境温度高于环境温度阈值；环境压力高于环境压力阈值；尿素沉淀计时器小于尿素沉淀计时器阈值；累积的低温定量供给量小于累积的还原剂阈值；以及氨存储计时器小于氨存储计时器阈值。
在另一个方面中，方法包括当SCR催化器在低温工作范围内时将还原剂定量供给到选择性催化还原(SCR)催化器上游的发动机废气中。定量供给还原剂包括：在工作周期中通过一系列脉冲注入预定量的还原剂，每一个脉冲都具有工作时间与连续脉冲之间的不工作时间。工作时间和不工作时间是在低温工作范围期间SCR催化器的中间床温度的函数。
在该方法的细化中，预定量的还原剂被选择以满足在SCR催化器的出口的氨与一氧化二氮的比率。氨与一氧化二氮的比率是SCR催化器的中间床温度的函数。在本方法的进一步细化中，低温工作范围对应于SCR催化器的150℃和190℃之间的中间床温度。
在一个细化中，该方法包括当SCR催化器的效率超过了基于SCR催化器的中间床温度变化的动态的SCR催化器效率阈值时，终止工作周期。在进一步的细化中，该方法包括当发动机废气的排气流量小于预定排气流量阈值时终止工作周期。在一个实施方案中，还原剂的预定量是由SCR催化器上的还原剂的撞击极限限制的。撞击极限是SCR催化器上游的发动机废气、柴油微粒过滤器的出口温度和环境温度的函数。
在另一个方面，装置包括连接到发动机排气输出NOx传感器、选择性催化还原(SCR)出口NOx传感器、柴油微粒过滤器出口温度传感器、还原剂闭合器控制阀和SCR催化器中间床的温度传感器的电子控制器，每个传感器都与内燃机的排气系统相关。该电子控制器包括低温定量供给启用模块、低温定量供给开关模块、低温定量供给命令模块和低温定量供给撞击极限模块。
在一个实施方案中，低温定量供给启用模块被配置为确定闭合器控制阀的操作的低温定量供给周期响应于多个排气系统的工作条件被启用。在进一步的实施方案中，低温定量供给开-关模块被配置为确定用于通过闭合器控制阀的还原剂的多个脉冲的定量供给工作时间和在低温定量供给工作周期中的连续脉冲之间的定量供给不工作时间。定量供给工作时间和定量供给不工作时间是根据在低温定量供给周期期间来自SCR催化器的中间床温度传感器的温度信号来确定的。
在一个实施方案中，低温定量供给命令模块被配置为确定在定量供给周期中提供一定量的还原剂的低温定量供给命令，该一定量的还原剂满足基于在低温定量供给周期期间的中间床SCR催化器温度的最大氨与NOx的比率。在进一步的实施方案中，低温定量供给撞击极限模块被配置为确定低温定量供给撞击极限命令以限制最终低温定量供给命令。最终的低温定量供给命令被基于柴油微粒过滤器的出口温度、排气流量、和环境温度来确定。
在一个实施方案中，还原剂定量供给启用模块还配置为确定还原剂定量供给启用命令给低温定量供给开关模块。还原剂定量供给启用命令被根据排气流量、SCR催化器中间床温度、低温定量供给效率目标以及SCR催化器的效率来确定。SCR效率被根据低温定量供给SCR催化器的效率目标查找表和SCR催化器中间床温度来确定。
根据另一个方面，系统包括内燃机和柴油机排气后处理系统，内燃机具有用于接收来自内燃机的操作产生的废气的排气系统，柴油机排气后处理系统包括用于处理由内燃机的操作产生的废气的还原剂源。柴油机排气后处理系统还包括闭合器，其可操作来从储罐沿着通过控制阀到与排气系统流体连通的注入器的流动路径泵送还原剂。柴油机排气后处理系统还包括具有SCR催化器温度传感器的选择性催化还原(SCR)催化器。系统还包括连接到还原剂控制阀的控制器，其可操作来调整还原剂控制阀以控制在流动路径中的还原剂的流量。控制器被配置为可变地调节还原剂的流量。
在一个实施方案中，系统被配置为控制所述控制阀来执行任何本文描述的低温定量供给的方法。在一个细化中，SCR催化器中间床温度是通过位置介于上游SCR催化床和下游SCR催化器床之间的SCR中间床的SCR催化器温度传感器确定的。在进一步细化中，控制器被配置为确定SCR催化器中间床温度是否在低温工作范围内。在一个实施方案中，低温工作范围对应于SCR催化器的150℃和190℃之间的中间床温度。
在其他实施方案中，排气后处理系统还可包括用于容纳还原剂的储罐、可操作来从储罐泵送还原剂的闭合器、用于调节从闭合器排出的还原剂的量的阀、从闭合器通过阀将还原剂注入到内燃机的排气系统的注入器、和注入器下游的选择性催化还原催化器。
虽然本发明已经在附图和前面的描述中示出并详细描述，但其在特性上被认为是说明性的而非限制性的，应该理解的是仅仅某些示例性实施方案已被示出和描述，并且在本发明的精神内的所有的改变和修改都要求得到保护。
应当理解的是，当使用诸如在上面描述中使用的优选的，优选地，优选或更优选的词，表明如此描述的特征可能是更可取的，但是它可以不是必需的，并且缺乏这种特征的实施方案可以考虑为在本发明的范围之内，该范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，其意图是当使用诸如“一(a)”，“一(an)”，“至少一种”或“至少一部分”的词时，没有打算将权利要求限制为仅一个项目，除非在权利要求中明确地指示相反。当语言“至少一部分”和/或“一部分”被使用时，该项可以包括一部分和/或整个项，除非明确地指示相反。

Claims (19)

1.一种用于排气后处理系统中还原剂的低温定量供给的方法，包括：
确定在排气后处理系统中的选择性催化还原SCR催化器的床的中间床温度是在低温工作范围内；
确定还原剂定量供给速率是否大于低温定量供给速率阈值；
如果所述还原剂定量供给速率大于所述低温定量供给速率阈值，且当在所述低温工作范围内时，开始低温定量供给周期，以通过一系列的还原剂的脉冲注入来给所述排气后处理系统提供一定量的还原剂，其中脉冲的长度根据所述SCR催化器的床的中间床温度在所述低温定量供给周期内被动态调整；以及
当废气的排气流量低于预定排气流量阈值时，终止所述低温定量供给周期。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述排气后处理系统包括用于容纳所述还原剂的储罐、可操作来从所述储罐泵送还原剂的定量供给器、用于调节从所述定量供给器排出的还原剂的量的阀、用于将还原剂从所述定量供给器通过所述阀注入到内燃机的排气系统中的注入器和在所述注入器的下游的选择性催化还原催化器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述SCR催化器中间床的所述低温工作范围介于150℃和190℃之间。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括当所述SCR催化器的效率高于预定的SCR催化器效率阈值时终止所述低温定量供给周期。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定的SCR催化器效率阈值基于所述SCR催化器中间床温度在所述低温定量供给周期中动态变化。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述还原剂是尿素水溶液。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述排气后处理系统还包括柴油微粒过滤器DPF，其中所述还原剂的量受限于所述SCR催化器的撞击极限，其中所述撞击极限被根据所述DPF的出口温度、排气流量和环境温度来确定。
8.一种用于排气后处理系统中还原剂的低温定量供给的方法，包括：
确定在排气后处理系统中的选择性催化还原SCR催化器的床的中间床温度是在低温工作范围内；
当在所述低温工作范围内时，开始低温定量供给周期，以通过一系列的还原剂的脉冲注入来给所述排气后处理系统提供一定量的还原剂，其中脉冲的长度根据所述SCR催化器的床的中间床温度在所述低温定量供给周期内被动态调整；
在开始所述低温定量供给周期之前确定启用条件组被满足，其中所述启用条件组包括：所述排气后处理系统的柴油微粒过滤器DPF的出口温度高于DPF温度阈值；环境温度高于环境温度阈值；环境压力高于环境压力阈值；尿素沉淀计时器低于尿素沉淀计时器阈值；累积的低温定量供给量低于累积的还原剂阈值；以及氨存储计时器小于氨存储计时器阈值；以及
当废气的排气流量低于预定排气流量阈值时，终止所述低温定量供给周期。
9.一种用于排气后处理系统中还原剂的低温定量供给的方法，包括：
确定还原剂定量供给速率是否大于低温定量供给速率阈值；
当选择性催化还原SCR催化器在低温工作范围时将还原剂定量供给到SCR催化器上游的发动机废气中，其中定量供给所述还原剂包括在工作周期中通过一系列脉冲注入预定量的所述还原剂，所述一系列脉冲中的每一个具有工作时间与在连续脉冲之间的不工作时间，其中，如果所述还原剂定量供给速率大于所述低温定量供给速率阈值则开始所述工作周期，其中，所述工作时间和所述不工作时间是在所述低温工作范围期间的所述SCR催化器的中间床温度的函数；以及
当所述发动机废气的排气流量低于预定排气流量阈值时终止所述工作周期。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述预定量的还原剂被选择以满足在所述SCR催化器的出口的氨与一氧化二氮的比率，其中所述氨与一氧化二氮的比率是所述SCR催化器的所述中间床温度的函数。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述低温工作范围对应于所述SCR催化器的介于150℃和190℃之间的中间床温度。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括当所述SCR催化器的效率超过基于所述SCR催化器的所述中间床温度而变化的动态SCR催化器效率阈值时终止所述工作周期。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述预定量的还原剂是受所述SCR催化器上的还原剂的撞击极限限制的，其中所述撞击极限是所述SCR催化器的上游的所述发动机废气的流量、柴油微粒过滤器的出口温度和环境温度的函数。
14.一种用于排气后处理系统中还原剂的低温定量供给的装置，包括：
电子控制器，其被连接到均与内燃机的排气系统相关联的发动机排气输出NOx传感器、选择性催化还原SCR出口NOx传感器、柴油微粒过滤器出口温度传感器、还原剂定量供给器控制阀、排气流量传感器和中间床SCR催化器温度传感器，其中，所述电子控制器包括：
低温定量供给启用模块，其被配置为确定还原剂定量供给速率是否大于低温定量供给速率阈值，并且如果所述低温定量供给速率大于所述低温定量供给速率阈值则开始低温定量供给周期，以及被配置为确定所述定量供给器控制阀的操作的低温定量供给周期响应于所述排气系统的多个工作条件而被启用；
低温定量供给开-关模块，其被配置为确定对于通过所述定量供给器控制阀的还原剂的多个脉冲的定量供给工作时间和在低温定量供给工作周期期间在连续脉冲之间的定量供给不工作时间，其中，所述定量供给工作时间和所述定量供给不工作时间是根据在所述低温定量供给周期期间来自所述中间床SCR催化器温度传感器的温度信号来确定的，以及其中，如果来自所述排气流量传感器的排气流量低于排气流量阈值则终止所述定量供给；
低温定量供给命令模块，其被配置为确定在所述低温定量供给周期中提供一定量的还原剂的低温定量供给命令，所述一定量的还原剂满足基于在所述低温定量供给周期期间中间床SCR催化器温度的最大的氨与NOx的比率；以及
低温定量供给撞击极限模块，其被配置为确定限制最终低温定量供给命令的低温定量供给撞击极限命令，其中所述最终低温定量供给命令被根据所述低温定量供给命令、柴油微粒过滤器的出口温度、排气流量以及环境温度来确定。
15.一种用于排气后处理系统中还原剂的低温定量供给的装置，包括：
电子控制器，其被连接到均与内燃机的排气系统相关联的发动机排气输出NOx传感器、选择性催化还原SCR出口NOx传感器、柴油微粒过滤器出口温度传感器、还原剂定量供给器控制阀、排气流量传感器和中间床SCR催化器温度传感器，其中，所述电子控制器包括：
低温定量供给启用模块，其被配置为确定所述定量供给器控制阀的操作的低温定量供给周期响应于所述排气系统的多个工作条件而被启用；
低温定量供给开-关模块，其被配置为确定对于通过所述定量供给器控制阀的还原剂的多个脉冲的定量供给工作时间和在低温定量供给工作周期期间在连续脉冲之间的定量供给不工作时间，其中，所述定量供给工作时间和所述定量供给不工作时间是根据在所述低温定量供给周期期间来自所述中间床SCR催化器温度传感器的温度信号来确定的，以及其中，如果来自所述排气流量传感器的排气流量低于排气流量阈值则终止所述定量供给；
低温定量供给命令模块，其被配置为确定在所述低温定量供给周期中提供一定量的还原剂的低温定量供给命令，所述一定量的还原剂满足基于在所述低温定量供给周期期间中间床SCR催化器温度的最大的氨与NOx的比率；
低温定量供给撞击极限模块，其被配置为确定限制最终低温定量供给命令的低温定量供给撞击极限命令，其中所述最终低温定量供给命令被根据所述低温定量供给命令、柴油微粒过滤器的出口温度、排气流量以及环境温度来确定；以及
还原剂定量供给启用模块，其被配置为确定对所述低温定量供给开-关模块的还原剂定量供给启用命令，其中所述还原剂定量供给启用命令被根据排气流量、SCR催化器中间床温度、低温定量供给SCR催化器效率目标以及SCR催化器效率来确定，其中所述SCR催化器效率目标被根据低温定量供给SCR催化器效率目标查找表和所述SCR催化器中间床温度来确定。
16.一种用于柴油机排气后处理系统中还原剂的低温定量供给的系统，包括：
内燃机，所述内燃机具有用于接收由所述内燃机的操作产生的废气的排气系统；
柴油机排气后处理系统，其包括用于处理由所述内燃机的操作所产生的废气的还原剂的源，所述柴油机排气后处理系统还包括定量供给器，所述定量供给器可操作来沿一流动路径将所述还原剂泵送到与所述排气系统流体连通的注入器，其中，所述柴油机排气后处理系统还包括用于确定排气流量的排气流量传感器，其中，所述柴油机排气后处理系统还包括在所述流动路径中的控制所述还原剂到所述注入器的流动的还原剂控制阀，所述柴油机排气后处理系统还包括选择性催化还原SCR催化器，其中所述SCR催化器还包含SCR催化器温度传感器；
控制器，其被连接到所述还原剂控制阀，所述控制器可操作来通过所述还原剂控制阀可变地调节还原剂流量；
其中SCR催化器中间床温度是由所述SCR催化器温度传感器在上游的SCR催化器床和下游的SCR催化器床之间确定的；
其中所述控制器被配置为确定还原剂定量供给速率是否大于低温定量供给速率阈值，以及所述SCR催化器中间床温度是否在低温工作范围内，并在所述低温工作范围内控制所述还原剂控制阀以在包含一系列脉冲的工作周期内通过所述注入器注入预定量的还原剂，所述一系列脉冲中的每一个具有工作时间与连续脉冲之间的不工作时间，其中，如果所述还原剂定量供给速率大于所述低温定量供给速率阈值则开始所述工作周期，以及其中，所述工作时间和所述不工作时间是在所述低温工作范围期间所述SCR催化器中间床温度的函数；以及
其中，所述控制器还被配置为如果所述排气流量低于排气流量阈值则终止所述工作周期。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述低温工作范围对应于在150℃和190℃之间的所述SCR催化器中间床温度。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器被配置为通过所述SCR催化器上的还原剂的撞击极限来限制所述预定量的还原剂，其中所述撞击极限是所述SCR催化器上游的发动机废气流量、所述柴油机排气后处理系统的柴油微粒过滤器的出口温度和环境温度的函数。
19.一种用于排气后处理系统中还原剂的低温定量供给的方法，包括：
确定在排气后处理系统中的选择性催化还原SCR催化器的床的中间床温度是在低温工作范围内；
确定还原剂定量供给速率大于低温定量供给速率阈值；
当在所述低温工作范围内时，开始低温定量供给周期，以通过一系列的还原剂的脉冲注入来给所述排气后处理系统提供一定量的还原剂，其中脉冲的长度根据所述SCR催化器的床的中间床温度在所述低温定量供给周期内被动态调整；以及
当废气的排气流量低于预定排气流量阈值时，终止所述低温定量供给周期，
其中，仅在所述还原剂定量供给速率大于所述低温定量供给速率阈值时开始所述低温定量供给周期。
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