CN106988841B - 排气组件中烃喷射速率的控制 - Google Patents

排气组件中烃喷射速率的控制 Download PDF

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Abstract

一种排气组件包括排气管，排气管被配置为接收来自包括至少一个汽缸的内燃机的排气。氧化催化装置可以可操作地连接到排气管并且包括催化剂。第一温度传感器可操作地连接到氧化催化装置。控制器可操作地连接到第一温度传感器。烃喷射器可操作地连接到控制器并且被配置为以烃喷射速率选择性地喷射一定量的烃。控制器包括处理器和有形非暂时性存储器，有形非暂时性存储器上记录有用于执行控制烃喷射速率的方法的指令。控制器可以被编程以至少部分地根据空速、氧化催化装置中催化剂的温度和微粒过滤器的温度的组合来限制烃喷射速率。

Description

排气组件中烃喷射速率的控制
技术领域
本发明涉及排气组件中烃喷射速率的控制。
背景技术
烃类可以作为燃料喷入内燃机，以便通过燃烧过程产生动力。此外，烃类可以喷入到排气组件中，以便产生热量，用于排气组件中的各种装置。喷入的烃类可以与排气中的组分相互作用，以通过放热反应产生热量。确定最佳的烃喷射速率需要权衡多种因素。
发明内容
一种排气组件包括排气管，其被配置为接收来自内燃机的排气。内燃机包括至少一个汽缸。氧化催化装置可以可操作地连接到排气管并且包括催化剂。第一温度传感器可操作地连接到氧化催化装置。控制器可操作地连接到第一温度传感器。烃喷射器可操作地连接到控制器并且被配置为以烃喷射速率选择性地喷射一定量的烃。烃喷射器可以与排气管流体连通，使得一定量的烃被释放到排气管中。烃喷射器可以与内燃机流体连通，使一定量的烃被释放到内燃机的至少一个汽缸中。
控制器包括处理器和有形非暂时性存储器，有形非暂时性存储器上记录有用于执行控制烃喷射速率的方法的指令。通过处理器执行这些指令使控制器确定排气的空速。控制器可以被编程以至少部分地根据第一温度传感器来确定氧化催化装置的温度。控制器可以被编程以根据空速和氧化催化装置的温度确定第一校正因子(F1)。控制器可以被编程以至少部分地根据第一校正因子(F1)来控制烃喷射速率。
微粒过滤器可以可操作地连接到排气管。微粒过滤器温度传感器可以可操作地连接到微粒过滤器。控制器可以被编程以至少部分地根据微粒过滤器温度传感器来确定微粒过滤器的温度。控制器可以被编程以至少部分地根据微粒过滤器的温度来确定第二校正因子(F2)。控制器可以被编程以至少部分地根据第一和第二校正因子(F1、F2)的有限和来控制烃喷射速率。限制和通过控制器被定义为第一和第二校正因子(F1，F2)的和，其限制为最大值为1，最小值为0。
控制器可以被编程以至少部分地根据空速、氧化催化装置中催化剂的温度和微粒过滤器的温度的组合来限制烃喷射速率。空气质量流量传感器可以被配置为感测进入内燃机的进气空气的流量。确定空速可以包括至少部分地根据空气质量流量传感器和燃料流量来获得排气的排气流量。确定空速可以包括获得预定温度和预定压力下排气的密度。确定空速可以包括获得氧化催化装置的空间体积。
从以下结合附图对实施本发明的最佳方式进行的详细描述中能够很容易了解到本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。
附图说明
图1是排气组件和控制器的示意性局部视图；以及
图2是存储在图1的控制器上并可由其执行的方法的流程图。
具体实施方式
参照附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1示意性地示出了排气组件10。组件10可以在装置16中使用，装置16可以是车辆、自行车、机器人、农具、运动相关设备或任何其他扭矩产生装置。装置16包括内燃机12，内燃机12具有至少一个汽缸14。内燃机12可以是能够将燃料转化为机械动力以产生扭矩的任何合适的发动机。然而，本发明适用于任何类型的发动机。参照图1，排气管18与内燃机12流体连通并被配置为接收来自内燃机12的排气20。氧化催化装置22可操作地连接到排气管18并且包括至少一种氧化催化剂24。第一温度传感器26可操作地连接到氧化催化装置22。第一温度传感器26可以包括探头，其位于氧化催化装置22的上游或下游或上游和下游。
氧化催化剂24可以是贵金属，例如钯、铂或氧化铝，或这三者的组合。氧化催化剂24可以是本领域技术人员已知的任何合适的催化剂。氧化催化剂24在被加热到起燃温度时与排气20中的成分(例如未燃烧的烃类和一氧化碳)相互作用并对其进行氧化，以生成二氧化碳和水。反应示例如下所示：
2CO+O2→2CO2
CxH2x+2+[(3x+1)/2]O2→xCO2+(x+1)H2O
参照图1，微粒过滤器28可以可操作地连接到排气管18并且位于氧化催化装置22的下游。微粒过滤器28被配置为滤出由内燃机12产生的颗粒或颗粒物质。这些颗粒可能包括煤灰、烃类、灰尘和硫酸。每隔一定的时间，微粒过滤器28必须进行热再生，以便除去积聚的颗粒。参照图1，微粒过滤器28可以包括多个通道29，其为单端通道并且具有相应的多孔壁。排气20穿过通道的多孔壁，使过滤的颗粒留在通道29的壁上。通道29可以由陶瓷或任何其他合适的材料构成。微粒过滤器28被配置为当微粒过滤器28中的排气20被加热到再生或燃烧温度以上的温度时进行热再生，从而使颗粒燃烧或焚烧。在一个实施例中，所需的再生温度在600-750℃之间。微粒过滤器温度传感器30可操作地连接到微粒过滤器28。微粒过滤器温度传感器30可以包括探头，其位于微粒过滤器28的上游或下游或上游和下游。
参照图1，内燃机12通过入口32接收进气空气36。空气质量流量传感器34可以可操作地连接到入口32并且被配置为测量进入内燃机12的进气空气36的质量流量。组件10可以包括选择性催化转化器38(SCR)，其用于还原存在于排气20中的氮的氧化物。选择性催化转化器38(SCR)可以位于微粒过滤器28的上游或下游，或者可以与微粒过滤器28共用公共壳体。
参照图1，控制器50可操作地连接到组件10的各种部件，包括但不限于第一温度传感器26、微粒过滤器温度传感器30和组件10的其他部件。控制器50被编程以接收喷烃请求(R)(后燃烧)。烃喷射器42可操作地连接到控制器50并且被配置为响应于喷烃请求(R)选择性地喷射一定量的烃44。烃44可以通入组件10中任何过程或装置上游的排气20的气流中。喷入的烃在排气20中燃烧，产生组件10的各种部件所需的热量。例如，如上所述，微粒过滤器28需要用于热再生的热量。应当理解的是，喷烃请求(R)可以用于加热组件10的一个或多个部件或用于任何其他目的。
参照图1，烃喷射器42可以包括第一喷射器46和第二喷射器48中的其中之一或两者。第一喷射器46与排气管18流体连通并且被配置为喷射一定量的烃，其被释放到排气管18中。燃烧发生后，可以通过第二喷射器48将烃44喷入内燃机12的汽缸14。换句话说，第二喷射器48与内燃机12流体连通并且被配置为喷射一定量的烃，其被释放到汽缸14中。
最佳的烃喷射速率受多种因素的影响。喷射速率过低导致产生的热量不足，喷射速率过高导致不希望出现的烃流向排气尾管并产生过多的热量。控制器50包括至少一个处理器52和至少一个存储器54(或任何非暂态有形计算机可读存储介质)，存储器上记录有用于执行图2所示的控制烃喷射速率的方法100的指令。图1的控制器50被特别编程，以执行方法100的步骤。存储器54可以存储控制器50可执行指令集，并且处理器52可以执行存储在存储器54中的控制器50可执行指令集。通过使组件中产生的热量最佳，方法100改进了组件10的功能(并因此改进了装置16，例如车辆的功能)，同时减少了可能导致各种不良后果的流过排气管18的烃。
参照图2，示出了存储在图1的控制器50上并且可由其执行的方法100的流程图。开始和结束分别用“S”和“E”表示。方法100不需要以本文所述的特定顺序来实施。此外，应当理解的是，可以省略方法100中的一些步骤。参照图2，方法100可以开始于框102，其中控制器50被编程或配置为确定是否已经作出了喷烃请求(在框102中表示为“R？”)。如果不是，那么方法100进行到开始，如线103所示。如果是，那么方法100进行到框104。
在图2的框104中，控制器50被编程以确定排气20的空速(SV)。框104可以包括获得排气20的排气流量(以时间质量为单位)。排气流量是空气质量流量(由图1的进气空气质量流量传感器34检测到的)和喷入汽缸14的燃料流量(预燃烧)的和。框104可以包括获得预定温度和预定压力下的排气20的密度(以体积质量为单位)。例如，预定温度和预定压力可以是标准温度0℃和标准压力1大气压。框104可以包括获得氧化催化装置22的空间体积，即，氧化催化装置22中可用于相互作用的空间的体积。可以在试验条件下获得密度和空间体积。排气20的空速(SV)，以时间的倒数为单位，定义如下：
其中排气流量＝空气流量+总燃料流量
在图2的方框106中，控制器50被编程以至少部分地根据第一温度传感器26来确定氧化催化装置22的温度(T1)。第一温度传感器26可以包括探头，其位于氧化催化装置22的上游或下游或上游和下游。温度(T1)可以是在多个时间和氧化催化装置22的多个相对位置(上游/下游)处取得的多个读数的平均值。
在图2的框108中，控制器50被编程以根据空速(SV)、氧化催化装置22的温度(T1)和第一查找库来确定第一校正因子(F1)。查找库可以是图表、列表、图或任何其他类型的数据存储。第一校正因子(F1)在某种程度上是氧化催化剂24转化喷入的烃的转化效率或能力的量度。参照下面的表1，示出了示例性第一查找库。应当理解的是，表2中所示的值旨在作为非限制性示例。顶部或第一行列出了以小时的倒数为单位的空速(SV)值，范围从10,000至45,000。第一列列出了以摄氏度为单位的温度(T1)值，范围从100至250。参照表1，约30,000小时倒数的空速(SV)和180℃的温度(T1)对应于0.80的第一校正因子(F1)值(粗体)。
表1
T<sub>1</sub>/SV 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000
100 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
150 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
180 0.97 0.93 0.88 0.84 0.80 0.76 0.72 0.69
200 1.00 1.00 1.00 1.00 0.95 0.90 0.86 0.81
220 1.00 1.00 1.00 1.00 0.98 0.93 0.88 0.84
250 1.00 1.00 1.00 1.00 0.99 0.94 0.89 0.85
在第一实施例中，方法100从框108进行到框110，如线109所示。在图2的框110中，控制器50被编程以确定基础喷射速率(B)。可以为每个组件10校准基础喷射速率(B)，或者使用本领域技术人员已知的任何方法计算基础喷射速率(B)。基础喷射速率(B)可以使用本文未包括的单独算法来确定，其旨在估计使排气系统达到期望温度所需的燃料喷射速率。
在图2的框112中，控制器50被编程以至少部分地根据第一校正因子(F1)来控制烃喷射速率。在第一实施例中，控制器50被编程以使烃喷射器42以校正喷射速率进行喷射，校正喷射速率是基础喷射速率(B)乘以第一校正因子(F1)，即：校正喷射速率＝(F1*B)。
在第二实施例中，可以包括额外的框114、116和118，并且方法100从框108进行到框114。在图2的框114中，控制器50被编程以至少部分地根据微粒过滤器温度传感器30来确定微粒过滤器28的温度(T2)。微粒过滤器温度传感器30可以包括探头，其位于微粒过滤器28的上游或下游或上游和下游。温度(T2)可以是在多个时间和微粒过滤器28的多个相对位置(上游/下游)处取得的多个读数的平均值。
在图2的框116中，控制器50被编程以根据微粒过滤器28的温度(T2)和第二查询库来确定第二校正因子(F2)。查询库可以是图表、列表、图或任何其他类型的数据存储。参照下面的表2，示出了示例性第二查询库。顶部或第一行列出了以摄氏度为单位的微粒过滤器28的温度(T2)值，范围从100到350。应当理解的是，表2中所示的值旨在作为非限制性示例。参照下面的表2，220℃的微粒过滤器的温度(T2)对应于0.10的第二校正因子(F2)值(粗体)。
表2
T<sub>2</sub> 100 150 180 200 220 250 300 350
F<sub>2</sub> -1.00 -1.00 -0.50 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
在图2的框116中，控制器50被编程以获得第一和第二校正因子(F1、F2)的有限和(“LS”)。限制和(LS)被定义为第一和第二校正因子的和(F1+F2)，其限制为最大值为1，最小值为0。因此，如果和大于1，那么有限和为1。如果和小于0，那么有限和限制为0。
在第二实施例中，方法100从框116进行到框112，其中控制器50被编程以控制烃喷射速率。在第二实施例中，控制器50被编程以使烃喷射器42以校正喷射速率喷射，校正喷射速率是基础喷射速率(B)乘以限制和(LS)，即：校正喷射速率＝(LS*B)。
数值示例是出于说明性的目的而不旨在限制。在这个示例中，排气流量为52.3kg/hr，排气20的密度为1.16kg/m3(标准温度0℃，标准压力1大气压下)。氧化催化装置22的空间体积为0.0015m3(1.5升)。空速(以小时的倒数或小时-1为单位)确定为：
参照表1，约30,000小时倒数的空速(SV)和180℃的温度(T1)对应于0.80的第一校正因子(F1)值(粗体)。在第一实施例中，在第一校正因子(F1)值为0.80的情况下，将允许烃喷射(后燃烧)，并且基础喷射速率(B)将用0.80的因子进行调整。
在第二实施例中，在第一校正因子(F1)值为0.80的情况下，将确定微粒过滤器28的温度(T2)。如果发现微粒过滤器28的温度(T2)为200℃，那么根据表2，第二校正因子(F2)值将为0.10。在这种情况下，(F1+F2)的和和限制和(LS)为0.90。在这种情况下，将允许烃喷射(后燃烧)，并且基础喷射速率(B)将用0.90的因子进行调整。
在第二实施例中，如果发现微粒过滤器28的温度(T2)为150℃，那么根据表2，第二校正因子(F2)值将为-1.00。本文中，假设如上所述的第一校正因子(F1)为0.8，那么(F1+F2)的和为负值(0.80-1.00＝-0.20)。因此，有限和(LS)为零。在这种情况下，将不允许烃喷射(后燃烧)，因为微粒过滤器28的温度不足以对穿过氧化催化装置22的烃进行转化。
组件10可以包括多个氧化催化装置，其位于氧化催化装置22的上游或下游。组件10中的每个氧化催化装置将包括独立的烃限制定标。例如，参照图1，辅助氧化催化装置58可以可操作地连接到排气管18并且位于氧化催化装置22的上游。辅助氧化催化装置58包括辅助催化剂56。辅助温度传感器60可以可操作地连接到辅助氧化催化装置58。控制器50可以被编程以至少部分地根据辅助温度传感器60和第一查找库的读数来确定辅助氧化催化装置58的独立校正因子(其示例在表1中示出)。
图1的控制器50可以是装置16的其他控制器的集成部分，或者可操作地连接到装置16的其他控制器的单独模块。装置16可以采用许多不同的形式，并且包括多个和/或替代的部件和设施。控制器50包括计算机可读介质(也称为处理器可读介质)，其包括参与提供可由计算机(例如通过计算机的处理器)读取的数据(例如指令)的任何非暂时性(例如，有形)介质。这种介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其他持久性存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。这种指令可以通过一个或多个传输介质进行传输，包括同轴电缆、铜线和光纤，包括导线，这些导线包括联接到计算机处理器的组件总线。一些形式的计算机可读介质包括例如软盘片、软盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、任何具有孔图案的其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPROM、任何其他存储器芯片或盒，或计算机可以从其读取的任何其他介质。
本文所述的查找表、数据库、数据储存库或其他数据存储可以包括用于存储、访问和检索各种数据的各种机构，包括分层数据库、程序集中的一组文件、专用格式的应用数据库、关系数据库管理组件(RDBMS)等等。每个这样的数据存储可以包括在使用诸如上述那些计算机操作组件的其中之一的计算设备中，并且可以通过网络以各种方式中的任何一种或多种方式进行访问。文件集可以从计算机操作组件进行访问，并且可以包括以各种格式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行存储过程的语言之外，RDBMS可以使用结构化查询语言(SQL)，例如如上所述的PL/SQL语言。。
详细说明和附图或图表用来支持和描述本发明，但是本发明的保护范围仅由权利要求书限定。虽然已经详细描述了用于实施所要求保护的本发明的一些最佳模式和其他实施例，但是还存在用于实施所附权利要求书中所限定的本发明的各种替代设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或在本说明书中所述的各种实施例的特征不一定被理解为彼此独立的实施例。相反可能的是，在一个实施例的示例之一中所述的每个特征可以与其他实施例的一个或多个其他所期望的特征组合，从而产生未用文字或参考附图进行描述的其他实施例。因此，这类其他实施例也属于所附权利要求书保护范围的框架内。

Claims (9)

1.一种排气组件，其包括：
排气管，其被配置为接收排气；
氧化催化装置，其操作地连接到所述排气管并且包括催化剂；
第一温度传感器，其操作地连接到所述氧化催化装置；
控制器，其操作地连接到所述第一温度传感器；
烃喷射器，其操作地连接到所述控制器并且被配置为以烃喷射速率选择性地喷射一定量的烃；
其中所述控制器包括处理器和有形非暂时性存储器，所述有形非暂时性存储器上记录有用于执行控制所述烃喷射速率的方法的指令，通过所述处理器执行所述指令使所述控制器：
确定所述排气的空速；
其中所述空速定义如下：
其中排气流量＝空气流量+总燃料流量，
至少部分地根据所述第一温度传感器来确定所述氧化催化装置的温度；
根据所述空速、所述氧化催化装置的温度和第一查找库来确定第一校正因子(F1)，并且
至少部分地根据所述第一校正因子(F1)控制所述烃喷射速率，
所述组件还包括：
微粒过滤器，其操作地连接到所述排气管；
微粒过滤器温度传感器，其操作地连接到所述微粒过滤器；
其中所述控制器被编程以：
至少部分地根据所述微粒过滤器温度传感器来确定所述微粒过滤器的温度；并且
根据所述微粒过滤器的温度和第二查找库来确定第二校正因子(F2)；
至少部分地根据所述第一和第二校正因子(F1、F2)的有限和来控制所述烃喷射速率，所述有限和被定义为所述第一和第二校正因子(F1、F2)的和，其限制为最大值为1，最小值为0。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述烃喷射器与所述排气管流体连通，并且所述一定量的烃被释放到所述排气管中。
3.如权利要求1所述的组件，还包括：
内燃机，其操作地连接到所述排气管并且具有至少一个汽缸；
其中所述烃喷射器与所述内燃机流体连通，并且所述一定量的烃被释放到所述内燃机的所述至少一个汽缸中。
4.如权利要求1所述的组件，还包括：
内燃机，其操作地连接到所述排气管并且具有至少一个汽缸；
空气质量流量传感器，其操作地连接到所述内燃机并且被配置为感测进入所述内燃机的进气空气的流量；并且
其中所述确定空速包括至少部分地根据所述空气质量流量传感器和燃料流量来获得所述排气的排气流量。
5.如权利要求1所述的组件，其中所述确定空速包括获得预定温度和预定压力下所述排气的密度。
6.如权利要求1所述的组件，其中所述确定空速包括获得所述氧化催化装置的空间体积。
7.如权利要求1所述的组件，还包括：
内燃机，其操作地连接到所述控制器；
空气质量流量传感器，其操作地连接到所述内燃机并且被配置为感测进入所述内燃机的进气空气的质量流量；并且
其中所述确定空速包括：
至少部分地根据所述空气质量流量传感器和燃料流量来获得所述排气的排气流量；
获得预定温度和预定压力下所述排气的密度；并且
获得所述氧化催化装置的空间体积。
8.一种控制排气组件的方法，所述组件具有氧化催化装置、微粒过滤器、微粒过滤器温度传感器、第一温度传感器、用于以烃喷射速率选择性地喷射一定量的烃的烃喷射器、控制器和被配置为接收排气的排气管，所述方法包括：
通过所述第一温度传感器感测所述氧化催化装置的温度；
确定所述排气的空速；
其中所述空速定义如下：
其中排气流量＝空气流量+总燃料流量，
根据所述空速、所述氧化催化装置的温度和第一查找库来确定第一校正因子(F1)，
通过微粒过滤器温度传感器感测所述微粒过滤器的微粒过滤器温度；
通过所述控制器，根据所述微粒过滤器的温度和第二查找库来确定第二校正因子(F2)；并且
至少部分地根据所述第一和第二校正因子(F1、F2)的有限和来控制所述烃喷射速率，所述有限和被定义为所述第一和第二校正因子的和，其限制为最大值为1，最小值为0。
9.一种排气组件，其包括：
内燃机，其具有至少一个汽缸；
排气管，其被配置为接收来自所述内燃机的排气；
氧化催化装置，其具有催化剂；
微粒过滤器，其操作地连接到所述排气管；
微粒过滤器温度传感器，其操作地连接到所述微粒过滤器；
第一温度传感器，其操作地连接到所述氧化催化装置；
控制器，其操作地连接到所述第一温度传感器；
烃喷射器，其操作地连接到所述控制器并且被配置为以烃喷射速率选择性地喷射一定量的烃；
其中所述控制器包括处理器和有形非暂时性存储器，所述有形非暂时性存储器上记录有用于执行控制所述烃喷射速率的方法的指令，通过所述处理器执行所述指令使所述控制器：
确定所述排气的空速；
其中所述空速定义如下：
其中排气流量＝空气流量+总燃料流量，
至少部分地根据所述第一温度传感器来确定所述氧化催化装置的温度；
根据所述空速、所述氧化催化装置的温度和第一查找库来确定第一校正因子(F1)；
至少部分地根据所述微粒过滤器温度传感器来确定所述微粒过滤器的温度；并且
根据所述微粒过滤器的温度和第二查找库来确定第二校正因子(F2)；
至少部分地根据所述第一和第二校正因子的和(F1+F2)来控制所述烃喷射速率。
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