CN105723062A - 流体注入控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种排气后处理系统可以包括储箱、注入器、供应导管、泵、压力传感器、以及控制模块。该储箱可以包含流体体积。该注入器可以被配置为将流体注入到从该燃烧发动机排出的排气气流中。该供应导管可以流体地连接该储箱与该注入器。该泵可以将流体从该储箱泵送至该注入器。该控制模块可以与该压力传感器和该泵相连通并且可以基于来自该压力传感器的第一测量值和第二测量值来控制该泵。该第一测量值可以表明在该泵运行时在该供应导管内的第一压力。来自该压力传感器的该第二测量值可以表明在该泵不运行时在该供应导管内的第二压力。

Description

流体注入控制系统
技术领域
本披露涉及用于燃烧发动机的后处理系统的流体注入控制系统。
背景技术
此部分提供了与本披露相关的背景信息，其不一定是现有技术。
已经开发了多种排气后处理装置，以试图减少内燃发动机运行期间排放到大气中的NOX和颗粒物质的量。当实施柴油机燃烧过程时，尤其需要排气后处理系统。用于柴油发动机排气的典型后处理系统可以包括一个或多个柴油机颗粒过滤器(DPF)、选择性催化还原(SCR)系统(包括尿素注入器)、碳氢化合物(HC)注入器、以及柴油机氧化催化器(DOC)。
在发动机运行过程中，可以将尿素注入到排气气流中来减少排气气流中的氮氧化物。DPF捕获由发动机排放的碳烟并且减少颗粒物质(PM)的排放。随时间推移，DPF变得有负载并且开始堵塞。为了正确的运行，要求对DPF中捕获的碳烟进行周期性再生或氧化。为了使DPF再生，可能需要相对高的排气温度结合排气气流中足量的氧气来氧化过滤器中捕获的碳烟。
通常使用DOC来产生热量以使带碳烟负载的DPF再生。当在特定起燃温度或高于该特定起燃温度将碳氢化合物(HC)喷洒在DOC上时，将使HC氧化。这种反应是高度放热的，并且在起燃过程中加热这些排气。使用这些经加热的排气来使DPF再生。
然而，在许多发动机运行状况下，排气不足够热，难以达到大约300℃的DOC起燃温度。如此，DPF再生可能不会被动发生。此外，NOX吸收器和选择性催化还原系统通常要求最低的排气温度以正确地运行。因此，可以提供燃烧器以将这些不同的后处理装置上游的排气气流加热到适合的温度，以便于这些后处理装置的再生和有效运行。
虽然在过去，后处理系统已经包括流体注入器(例如HC注入器和尿素注入器)，但可能希望提供一种流体注入系统，该流体注入系统更精确地控制被注入排气气流中的流体量以用于各种不同的车辆构型。
发明内容
此部分提供本披露的总体概述而不是其全部范围或其全部特征的综合性披露。
在一种形式中，本披露提供了一种对从燃烧发动机排出的排气进行处理的后处理系统。该后处理系统可以包括储箱、注入器、供应导管、泵、压力传感器、以及控制模块。储箱可以包含流体体积。注入器可以被配置为将流体注入到从燃烧发动机排出的排气气流中。供应导管可以将储箱与注入器流体地连接。泵可以将流体从储箱泵送至注入器。压力传感器可以接合供应导管。控制模块可以与压力传感器和泵相连通并且可以基于来自压力传感器的第一测量值和第二测量值来控制泵。第一测量值可以表明在泵运行时在供应导管内的第一压力。来自压力传感器的第二测量值可以表明在泵不运行时在供应导管内的第二压力。应理解的是，第一压力测量不应必然地解释为顺序地发生在第二压力测量之前。
在一些实施例中，第二测量值表明了在压力传感器与注入器之间的竖直高度差。
在一些实施例中，控制模块可以基于第一压力与第二压力之和来控制泵的运行。
在一些实施例中，可以当供应导管填充有流体时采取第二测量值。
在一些实施例中，后处理系统可以包括流体地联接注入器和储箱的返回导管。可以当返回导管基本上没有流体时采取第二测量值。
在一些实施例中，后处理系统可以包括流体地联接注入器和储箱的返回导管。可以当返回导管基本上充满流体时采取第二测量值。
在一些实施例中，流体可以包括例如尿素、乙醇、甲醇、柴油燃料、或任何碳氢化合物流体或试剂流体，或者用于处理排气的任何其他流体。
在另一形式中，本披露提供了一种后处理系统，该后处理系统可以包括储箱、注入器、泵以及控制模块。储箱可以包含流体体积。注入器可以被配置为将流体注入到从燃烧发动机排出的排气气流中。泵可以将流体从储箱泵送至注入器。控制模块可以与泵相连通并且可以基于注入器的竖直高度来控制泵。
在一些实施例中，后处理系统可以包括压力传感器，该压力传感器与控制模块相连通并且接合供应导管，该供应导管流体地连接储箱和注入器。控制模块可以基于从压力传感器接收的数据来控制泵。
后处理系统可以安装在车辆中。该竖直高度可以是在压力传感器与注入器之间的竖直距离(即，在注入器和车辆所在的地面高度间的第一竖直距离与压力传感器和地面高度间的第二竖直距离之间的差值)。
在一些实施例中，从压力传感器接收的数据可以包括第一测量值和第二测量值。第一测量值可以表明在泵运行时在供应导管内的第一压力。第二测量值可以表明在泵不运行时在供应导管内的第二压力。
在一些实施例中，后处理系统可以包括流体地联接注入器和储箱的返回导管。可以当返回导管基本上没有流体时采取第二测量值。
在一些实施例中，后处理系统可以包括流体地联接注入器和储箱的返回导管。可以当返回导管基本上充满流体时采取第二测量值。
在一些实施例中，流体可以包括例如尿素、乙醇、甲醇、柴油燃料、或任何碳氢化合物流体或试剂流体，或者用于处理排气的任何其他的流体。
在另一形式中，本披露提供了一种用于对排气后处理系统的流体注入系统的泵进行控制的方法。该方法可以包括：运行泵以在供应导管中实现稳定的目标压力，该供应导管连接泵和流体注入系统的注入器。在实现了稳定的目标压力之后可以关掉泵。在关掉泵之后可以允许供应导管内的流体压力稳定。可以在允许流体压力稳定之后在供应导管内取得第一流体压力测量值。可以在取得第一流体压力之后运行该泵。可以在取得第一流体压力之后在泵的运行过程中在供应导管内取得第二流体压力测量值。可以基于第一流体压力测量值和第二流体压力测量值来控制泵的运行。
在一些实施例中，基于第一流体压力测量值和第二流体压力测量值来控制泵的运行可以包括将第一流体压力测量值添加至第二流体压力测量值。
在一些实施例中，流体注入系统可以包括流体地联接注入器和储箱的返回导管。在一些实施例中，可以在返回导管基本上没有注入流体时取得第二流体压力测量值。在一些实施例中，可以在返回导管基本上充满注入流体时取得第二流体压力测量值。
在一些实施例中，注入流体可以包括例如尿素、乙醇、甲醇、柴油燃料、或任何碳氢化合物流体或试剂流体，或者用于处理排气的任何其他流体。
从本文所提供的描述将清楚其他适用范围。本概述中的说明和具体实例仅旨在用于说明的目的而并非旨在限制本披露的范围。
附图说明
在此描述的附图仅是出于对所选择实施例的而不是对所有可能实施例的说明性目的，并且不旨在限制本披露的范围。
图1是具有根据本披露原理的流体注入控制系统的排气后处理系统和发动机的示意性表示；并且
图2是展示了在图1的排气后处理系统中控制流体注入的方法的流程图。
在附图的各视图中，相应的参考号表示相应的部分。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。
提供了多个示例性实施例从而使得本披露是详尽的，并将其范围充分地告知本领域的技术人员。阐述了许多特定的细节，例如特定的部件、装置和方法的示例，以提供对本披露的实施例的详尽理解。对本领域的技术人员来说显然地不必采用特定的细节，而可以用多种不同的形式实施示例性实施例、并且这些特定的细节都不应解释为是对本披露的范围的限制。在一些示例性实施例中，没有详细描述熟知的过程、熟知的装置结构以及熟知的技术。
本文所使用的术语仅是出于描述特定示例性实施例的目的而并不旨在限制。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”可以旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指明。术语“包括”、“含有”、“包含”和“具有”都是包括性的并且因此指定所陈述特征、整合物、步骤，操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或加入一种或多种其他特征、整合物、步骤、操作、元件、部件和/或它们的集合。在此所描述的这些方法步骤、过程和操作不应当被解释为必须要求它们按所讨论或示出的特定顺序执行，除非特别指出执行顺序。还应当理解的是，可以采用另外的或替代性的步骤。
当一个元件或层涉及“在……上”、“接合到”、“连接到”、或“联接到”另一元件或层时，它可以是直接在该另一元件或层上、接合、连接或联接到该另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当一个元件涉及“直接在……上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，就可能不存在中间元件或层。用于描述这些元件之间关系的其他词语应当以类似的方式进行解释(例如，“之间”与“直接之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如在此所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目的一项或多项的任意和所有组合。
虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用来描述不同的元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制。这些术语可以仅用于从一个区域、层或部分区分出另一个元件、部件、区域、层或部分。术语如“第一”、“第二”和其他数字术语在本文使用时并不暗示序列或顺序，除非上下文明确指出。因此，后面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不脱离这些示例性实施例的教导。
空间相关术语，例如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等在本文中是为了使得对如这些附图中所展示的一个元件或特征相对另外一个或多个元件或者一个或多个特征的关系的描述易于阐释。空间相关术语可以旨在涵盖除了在附图中描述的取向之外的装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果装置在这些附图中被翻转，则被描述为“下方”或“之下”的元件或特征将被取向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。该装置可以被另外取向(旋转90度或在其他取向)，并且在此所使用的空间相关描述符做出了相应的解释。
图1描绘了用于对从示例性发动机12输出至排气通路14的排气进行处理的排气后处理系统10。涡轮增压器16包括被定位在排气气流中的被动构件(未示出)。在发动机运行过程中，该排气气流致使该被动构件旋转并且向发动机12的进气通道(未示出)提供压缩空气。应了解的是，还可以使用排气后处理系统10来处理从自然吸气发动机或不包含涡轮增压器的任何其他发动机输出的排气。
排气后处理系统10可以包括燃烧器18、碳氢化合物注入系统20、柴油机氧化催化器(DOC)22、柴油机排气处理流体(DEF)定量给送系统或尿素注入系统24、一个或多个混合器26、SCR催化器28、柴油机颗粒过滤器(DPF)30、以及控制模块32。燃烧器18可以包括注入燃料的注入器(未示出)，该燃料可以被点燃以加热流动穿过排气通路14的气体流。碳氢化合物注入系统20可以将碳氢化合物喷洒在DOC22上，该DOC可以产生热量以使DPF30再生(即，从其去除碳烟)，如上所述。燃烧器18可以被定位在涡轮增压器16的下游和DOC22的上游，并且可以被选择性地操作以将排气通路14中的排气加热至预定温度以便促进DOC22处的发热反应。应理解的是，后处理系统10的具体部件和那些部件相对于碳氢化合物注入系统20和/或尿素注入系统24的位置可以不同于以上描述和在图1中示出的构型。应理解的是，本披露的原理可适用于这种变化。
碳氢化合物注入系统20可以包括第一储箱34、第一泵36、第一注入器38、第一供应导管40、第一返回导管42和第一压力传感器44。第一储箱34可以包含碳氢化合物流体体积。第一泵36可以将碳氢化合物流体从第一储箱34穿过第一供应导管40泵送至第一注入器38。碳氢化合物流体的被泵送至第一注入器38的第一部分可以流经第一注入器38并且进入排气通路14中的排气气流。碳氢化合物流体的被泵送至第一注入器38的第二部分可以经过第一返回导管42流回至第一储箱34。第一压力传感器44可以沿第一供应导管40布置并且可以测量第一供应管道40内的流体压力并且将这些压力测量值传达至控制模块32。可以由第一压力传感器44连续不断地、间断地、或根据需要来产生和传达这些测量值。
尿素注入系统24可以包括第二储箱46、第二泵48、第二注入器50、第二供应导管52、第二返回导管54和第二压力传感器56。第二储箱46可以包含尿素体积。第二泵48可以将尿素从第二储箱46经过第二供应导管52泵送至第二注入器50。尿素的被泵送至第二注入器50的第一部分可以流经第二注入器50并且进入排气通路14中的排气气流。尿素的被泵送至第二注入器50的第二部分可以经过第二返回导管54流回至第二储箱46。第二压力传感器56可以沿第二供应导管52布置并且可以测量第二供应管道52内的流体压力并且将这些压力测量值传达至控制模块32。可以由第二压力传感器56连续不断地、间断地、或根据需要来产生和传达这些测量值。在一些实施例中，第二泵48还可以将水和/或空气泵送至第二注入器50，从而对第二注入器50进行净化或清洁。
控制模块32可以包含以下各项或是其一部分：专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群)和/或存储器(共用、专用或群)、和/或例如组合逻辑电路、例如和/或提供所描述功能的其他适合的部件。控制模块32可以包含控制一个或多个其他车辆系统的控制单元或是其一部分。可替代地，控制模块32可以是专用于排气后处理系统10的控制单元。控制模块32可以与碳氢化合物注入系统20和/或尿素注入系统24相连通并且控制该碳氢化合物注入系统和/或该尿素注入系统的运行。控制模块32可以至少部分地根据从这些压力传感器44、56接收的数据来控制这些泵36、48的运行，如将在以下更详细地描述的。
现参照图1和图2，将描述用于考虑第一注入器38与第一压力传感器44之间的第一竖直高度差以及在第二注入器50与第二压力传感器56之间的第二竖直高度差来控制碳氢化合物注入系统20和/或尿素注入系统24的方法100。碳氢化合物注入系统20和尿素注入系统24可以被安装在多种不同车辆中的任一种车辆中。这些注入器38、50和压力传感器44、56中的一个或多个在给定车辆上(相对于该车辆所在的地面)的竖直位置可以与这些注入器38、50和压力传感器44、56中的一个或多个在另一种车辆上的竖直位置不同。利用方法100，控制模块32可以考虑在(排气后处理系统10可以被安装在其中的)任何车辆上的第一注入器38与第一压力传感器44之间在高度上的差值和/或在第二注入器50与第二压力传感器56之间在竖直高度上的差值。
方法100的被进行从而对碳氢化合物注入系统20校准控制的步骤可以与被进行从而对尿素注入系统24校准控制的步骤相似或相同。应理解的是，可以对碳氢化合物注入系统20并且对尿素注入系统24同时执行方法100、或者可以仅对这些系统20、24之一执行该方法100。
在方法100的步骤110处，控制模块32可以致使泵36、48运行(即，朝注入器38、50泵送流体)直到供应导管40、52内的压力稳定在预定值。控制模块32可以基于从压力传感器44、56接收的压力数据来确定该压力已经稳定在预定值。压力数据可以被连续不断或间断地发送至控制模块32。在压力已经稳定在预定值之后，控制模块32在步骤120处可以致使泵36、48关闭(或停止泵送)。
在步骤130处，控制模块32可以在步骤120处泵36、48关闭之后等待供应导管40、52内的压力稳定。在步骤140处，控制模块32可以将泵36、48关闭后供应导管40、52稳定所处的压力值记录在与控制模块32关联的存储器中。
在步骤150处，当泵36、48运行时，控制模块32可以将步骤140处记录的压力值应用至从压力传感器44、56接收的未来压力数据。也就是说，在系统20、24的正常运行期间，控制模块32可以利用来自压力传感器44、56的压力数据来控制泵36、48的运行(例如，调整泵36、48运转的持续时间和/或速度，从而在后处理系统10上实现所希望的效果)。在系统20、24的正常运行期间，控制模块32可以通过与在步骤140处记录的压力的值相等的量来调整从压力传感器40、52接收的压力数据。在步骤140处记录并且在步骤150处应用的修正值可以对应于压头(pressurehead)，该压头对应于在注入器38、50与压力传感器44、56之间的竖直高度的差值。
例如，如果注入器38、50被布置得离该车辆所在的地面比压力传感器44、56竖直地更高，则当泵36、48运行时，控制模块32在步骤150处可以添加来自从压力传感器44、56接收的未来压力数据在步骤140处记录的修正数据。因此，如果控制模块32确定：在系统20、24正常运行期间，在注入器38、50处的(例如)550kPa的流体压力是令人希望的以将所希望量的流体注入排气气流中，则控制模块32可以控制泵36、48将压力传感器44、56处的650kPa的流体压力作为目标(例如，假设在步骤140处测量和存储的静态压头值是100kPa)。也就是说，对于在压力传感器44、56与注入器38、50之间的供应导管40、52中的流体的静态压头等于100kPa的构型，当在压力传感器44、56处的流体压力等于650kPa时，在注入器38、50处的流体压力将是550kPa。
方法100提供了一种用于考虑在注入器38、50与压力传感器44、56之间的竖直距离(无需首先已知该竖直压力或将其手动地输入到控制模块32的存储器中)来对注入系统20、24自动校准控制的装置。也就是说，以上描述的方法100可以在任意的各种不同的车辆上执行、无需针对特定的车辆构造而在控制模块32中输入定制校准值，这些不同的车辆具有注入器38、50和压力传感器44、56，这些注入器和这些压力传感器在其之间具有各种不同的竖直间距。
可以实验式地确定：当返回导管42、54基本上充满流体时是否更精确地确定了在步骤140处记录的修正值，或者当返回导管42、54基本上没有流体时是否更精确地确定了在步骤140处记录的修正值。如果后者被确定为得到了更加精确的修正值，则控制模块32可以激励注入器38、50以允许大气压力通过将返回导管42、54中的流体推回到储箱34、46来清空返回导管42、54。可以在步骤120之后和在步骤130之前或过程中来执行清空返回导管42、54的这个步骤。
虽然在以上将后处理系统10描述为包括碳氢化合物注入系统20和尿素注入系统24，并且在以上将方法100描述为控制碳氢化合物注入系统20和/或尿素注入系统24的方法，应理解的是，本披露的原理可应用于出于排气后处理的目的而将任何其他类型的流体注入排气气流中的排气后处理系统的注入系统。例如，本披露的原理可应用于一种注入系统，该注入系统用于将燃料注入燃烧器18以用于在燃烧器18中点燃。因此，在以上关于碳氢化合物注入系统20和尿素注入系统24描述了系统10和方法100，从而展示了本披露的系统和方法的多个示例性实施例。
以上对这些实施例的描述是出于展示和说明的目的提供的。并不旨在详尽或限制本披露。具体实施例的单独的要素或特征通常并不局限于该具体实施例，而是在适用时是可互换的、并且可以用在甚至并未明确示出或描述的选定实施例中。也可以用多种方式来对其加以变化。这样的变化不应视作是脱离本披露，并且所有这样的改动都旨在包含在本披露的范围之内。

Claims (20)

1.一种用于对从燃烧发动机排出的排气进行处理的后处理系统，该后处理系统包括：
包含流体体积的储箱；
注入器，该注入器被配置为将流体注入到从该燃烧发动机排出的排气气流中；
供应导管，该供应导管流体地连接该储箱和该注入器；
将流体从该储箱泵送至该注入器的泵；
接合该供应导管的压力传感器；以及
控制模块，该控制模块与该压力传感器和该泵相连通并且基于来自该压力传感器的第一测量值和第二测量值来控制该泵，该第一测量值表明了在该泵运行时在该供应导管内的第一压力，来自该压力传感器的该第二测量值表明了当该泵不运行时在该供应导管内的第二压力。
2.如权利要求1所述的后处理系统，其中，该第二测量值表明了在该压力传感器与该注入器之间的竖直高度差。
3.如权利要求1所述的后处理系统，其中，该控制模块基于该第一压力与该第二压力之和来控制该泵的运行。
4.如权利要求1所述的后处理系统，其中，当该供应导管充满流体时采取该第二测量值。
5.如权利要求1所述的后处理系统，进一步包括流体地联接该注入器和该储箱的返回导管，其中，当该返回导管基本上没有流体时采取该第二测量值。
6.如权利要求1所述的后处理系统，进一步包括流体地联接该注入器和该储箱的返回导管，其中，当该返回导管基本上充满流体时采取该第二测量值。
7.如权利要求1所述的后处理系统，其中，该流体包括尿素。
8.如权利要求1所述的后处理系统，其中，该流体包括碳氢化合物流体。
9.一种用于对从燃烧发动机排出的排气进行处理的后处理系统，该后处理系统包括储箱，该储箱包含流体体积；注入器，该注入器被配置为将流体注入到从该燃烧发动机排出的排气气流中；将流体从该储箱泵送至该注入器的泵；以及控制模块，该控制模块与该泵相连通并且基于该注入器的竖直高度来控制该泵。
10.如权利要求9所述的后处理系统，进一步包括压力传感器，该压力传感器与该控制模块相连通并且接合供应导管，该供应导管流体地连接该储箱和该注入器，其中，该控制模块基于从该压力传感器接收的数据来控制该泵。
11.如权利要求10所述的后处理系统，其中，该竖直高度是在该压力传感器与该注入器之间的竖直距离。
12.如权利要求10所述的后处理系统，其中，从该压力传感器接收的数据包括第一测量值和第二测量值，该第一测量值表明了在该泵运行时在该供应导管内的第一压力，该第二测量值表明了在该泵不运行时在该供应导管内的第二压力。
13.如权利要求12所述的后处理系统，进一步包括流体地联接该注入器和该储箱的返回导管，其中，当该返回导管基本上没有流体时采取该第二测量值。
14.如权利要求12所述的后处理系统，进一步包括流体地联接该注入器和该储箱的返回导管，其中，当该返回导管基本上充满流体时采取该第二测量值。
15.如权利要求9所述的后处理系统，其中，该流体包括尿素。
16.如权利要求9所述的后处理系统，其中，该流体包括碳氢化合物流体。
17.一种用于对于排气后处理系统的流体注入系统的泵进行控制的方法，该方法包括：
运行该泵以在供应导管中实现稳定的目标压力，该供应导管连接该泵和该流体注入系统的注入器；
在实现了该稳定的目标压力之后关掉该泵；
在关掉该泵之后允许在该供应导管内的流体压力稳定；
在允许该流体压力稳定之后在该供应导管内取得第一流体压力测量值；
在取得该第一流体压力之后运行该泵；
在取得该第一流体压力之后在该泵的运行过程中在该供应导管内取得第二流体压力测量值；并且
基于该第一流体压力测量值和该第二流体压力测量值来控制该泵的运行。
18.如权利要求17所述的方法，其中，基于该第一流体压力测量值和该第二流体压力测量值来控制该泵的运行包括将该第一流体压力测量值添加至该第二流体压力测量值。
19.如权利要求17所述的方法，其中，该流体注入系统包括流体地联接该注入器与储箱的返回导管，其中，当该返回导管基本上没有注入流体时取得该第二流体压力测量值。
20.如权利要求17所述的方法，其中，该流体注入系统包括流体地联接该注入器与储箱的返回导管，其中，当该返回导管基本上充满注入流体时取得该第二流体压力测量值。
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