CN107725156B

CN107725156B - 用于控制检测和清洁柴油机排气流体喷射器沉积物的方法

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Publication number: CN107725156B
Application number: CN201710588139.6A
Authority: CN
Inventors: R·阿拉达尼斯; G·大卫; L·N·迪潘纳; P·E·埃尔南德斯加西亚
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: US9926823B2; DE102017117331B4; CN107725156A; US20180045096A1; DE102017117331A1

Abstract

一种用于控制排气后处理系统的方法，该排气后处理系统经由气体通道连接到柴油发动机并且具有柴油氧化催化剂(DOC)和“柴油机排气流体”(DEF)喷射器，该“柴油机排气流体”(DEF)喷射器布置在DOC的下游和选择性催化还原催化剂(SCR)的上游，该方法包括检测由发动机发送到气体通道中的排气气体流。该方法还包括检测SCR下游排气气体中的氮氧化物(NO_x)水平。该方法还包括在一段时间段内激活DEF喷射器以将NO_x的水平降低到预定NO_x值。此外，该方法包括：如果用于将NO_x水平降低到预定NO_x值的时间段大于预定阈值，则经由过热排气气体流来调节DOC上游燃料的喷射以清洁DEF喷射器。

Description

用于控制检测和清洁柴油机排气流体喷射器沉积物的方法

技术领域

本公开内容涉及一种设计用于检测和清洁内燃发动机中的柴油机排气流体（DEF）喷射器上的沉积物的系统和方法。

背景技术

已经开发了各种排气后处理（AT）装置，例如颗粒过滤器和其他装置，有效地限制来自内燃发动机的排气排放。经常用于现代贫燃内燃发动机（例如，压缩点火型）的排气后处理装置之一是选择性催化还原催化剂（SCR）。

SCR配置为借助于由另一排气后处理装置（通常是柴油机氧化催化剂（DOC））产生的NO₂，将氮氧化物（NO_X）转化为双原子氮（N₂）和水（H₂O）。为了有效去除NO_X，SCR转化过程另外需要在排气气体流中存在预定量的氨（NH₃）。

当还原剂用于柴油发动机时，SCR转化过程可另外需要受控或计量的具有通用名称为“柴油机排气流体”（DEF）的还原剂。这种还原剂可以是包含水和氨的尿素水溶液。

发明内容

一种方法使用控制器来调节排气后处理（AT）系统的操作，该排气后处理（AT）系统经由气体通道连接到柴油内燃发动机，并且具有柴油氧化催化剂（DOC）和“柴油机排气流体”（DEF）喷射器，该“柴油机排气流体”（DEF）喷射器布置在DOC的下游和选择性催化还原催化剂（SCR）的上游。该方法包括检测发动机产生引导到气体通道中的排气气体流的操作。该方法还包括使用与控制器通信的NO_X传感器来检测SCR下游排气气体中的氮氧化物（NO_X）的水平。该方法还包括在一段时间内激活DEF喷射器以将SCR下游的NO_X的水平降低到预定的NO_X值。此外，该方法包括调节SCR上游的燃料喷射以产生过热排气气体流，并且从而，如果用于将SCR下游的NO_X水平降低到预定NO_X值的时间段大于预定阈值时间段，则清洁DEF喷射器。

控制器可以包括定时器。在这种情况下，该方法还可以包括使用定时器评估用于激活DEF喷射器以将SCR下游的NO_X水平降低到预定NO_X值的时间段。

AT系统还可以包括与控制器电子通信并且可操作地触发DEF喷射器的螺线管。在这种情况下，该方法还可以包括将用于激活DEF喷射器的时间段与由控制器利用于激活螺线管的长期适应因子（LTAF）（即，乘法因子）相关联。此外，该方法可以包括将用于激活DEF喷射器的预定阈值时间段与由控制器利用于激活螺线管的第一阈值LTAF相关联。

控制器可以使用查找表进行编程，该查找表将用于激活DEF喷射器的时间段与LTAF相关联。

DEF喷射器可以包括配置成将DEF引导到气体通道中的喷嘴。第一阈值LTAF可以表示在DEF喷射器的喷嘴处已经形成尿素沉积物，在这种情况下，由DEF喷射器产生的喷雾形状可能被尿素沉积物负面地影响。

调节燃料喷射的动作可被配置为在DEF喷射器的喷嘴处燃烧掉尿素沉积物。

控制器可以用表示在SCR下游检测到的预定量的NO_X的第二阈值LTAF进行编程。在这种情况下，第二阈值LTAF大于第一阈值LTAF，并且该方法还可以包括如果达到第二阈值LTAF则产生传感信号。

柴油发动机可以安装在车辆中。第二阈值LTAF可以在1.1至1.3的范围内。

第二阈值LTAF可以大于第一阈值LTAF至少10％。

发动机可以包括排气阀和燃料喷射器，在这种情况下，当排气阀打开时，可以通过燃料喷射器在发动机内部实现调节燃料喷射进入气体通道的动作。

本公开内容的另一实施例涉及一种具有控制器的AT系统。

当结合附图以及所附权利要求时，本公开内容的上述特征和优点以及其他特征和优点将从以下对实施例的详细描述和用于执行所描述的公开内容的最佳模式而显而易见。

附图说明

图1是具有连接到排气系统的柴油发动机的车辆的示意性平面图，该排气系统具有使用用于减少排气排放的“柴油机排气流体”（DEF）喷射器的后处理（AT）系统。

图2是清洁图1所示的AT系统中的DEF喷射器的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记在全部几个视图中指代相同的部件，图1示意性地描绘了机动车辆6。车辆6包括被配置成通过从驱动轮10推动车辆的压缩点火或柴油内燃发动机8。在将特定量的环境空气流12与来自燃料箱16的计量量的燃料14混合，所述计量量的燃料14经由各自的燃料喷射器20喷射到发动机的气缸18中，并且所得到的空气-燃料混合物被压缩在气缸内时，柴油发动机8中的内燃发生。

如图所示，发动机8包括多个排气阀22，并且流体地连接到涡轮增压器24。排气阀22被配置成选择性地将排气气体流26从发动机8的个别气缸18发送到涡轮增压器24。在每个燃烧事件之后，涡轮增压器24由通过排气阀22被发动机8释放的排气气体流26供给能量。涡轮增压器24连接到排气系统28，排气系统28接收排气气体流26，并最终通常在车辆6的侧面或尾部将气体流释放到环境中。发动机8还可以包括附接到排气阀22和涡轮增压器24之间的发动机结构的排气歧管（未示出），或者发动机可以包括直接结合到发动机中的排气通道29，例如发动机的气缸盖。此外，尽管示出了涡轮增压器24，但是并不排除在没有这样的动力增加装置下配置和操作发动机8。

车辆6还包括柴油发动机后处理（AT）系统30。AT系统30包括多个排气后处理装置，其被配置（即，构造和布置）成从排气气体流26中有秩序地去除颗粒物质（PM）或烟灰（即，发动机燃烧的大部分含碳的副产物和排放成分）。如图所示，AT系统30作为排气系统28的一部分操作，该排气系统28包括将AT系统30连接到发动机8的排气气体通道28A。AT系统30包括柴油氧化催化剂（DOC）32。DOC 32的主要功能是减少一氧化碳（CO）和非甲烷烃（NMHC）。此外，DOC 32被配置为产生二氧化氮（NO₂），其是布置在DOC 32下游的选择性催化还原催化剂（SCR）34所需要的。DOC 32通常包含由贵金属（例如，铂和/或钯）构成的催化剂物质，其在其中起作用以实现上述目的。通常，关于产生NO₂，DOC 32变得活化并达到在升高温度下的操作效率。因此，如图1所示，DOC 32可以紧密联接到涡轮增压器24，以便在气体到达DOC之前减少来自排气气体流26的热能损失。

另一方面，SCR 34被配置为借助于由DOC 32产生的NO₂将NO_X转化为双原子氮（N₂）和水（H₂O）。通常，选择性催化还原（SCR）转化过程另外需要受控或计量量的还原剂，当还原剂用于柴油发动机时，其具有通用名称“柴油机排气流体”（DEF）36。DEF 36可以是包含水和氨（NH₃）的尿素水溶液。DEF 36通过DEF喷射器38从位于DOC 32下游和SCR 34上游的AT系统30中的位置处的储存器40引入到排气气体流26中。因此，当排气气体流26流过SCR时，DEF36进入SCR 34。SCR 34的内表面包括用于吸引DEF 36的基面涂层，使得DEF可以在NO和NO₂存在下与排气气体流26相互作用，并产生化学反应以减少来自发动机8的NO_X排放。AT系统30还包括布置在SCR 34下游并被配置（即，构造）成检测SCR尾部的排气气体流26中的NO_X水平的NO_X传感器39。

如图所示，在SCR 34之后，排气气体流26前进至第二柴油氧化催化剂（DOC）42，第二柴油氧化催化剂（DOC）42与柴油颗粒过滤器（DPF）44一前一后地布置并且在柴油颗粒过滤器（DPF）44上游。DOC 42和DPF 44可以容纳在单个罐46内，如图1所示。DOC 42被配置为将存在于排气气体流26中的烃和一氧化碳氧化成二氧化碳（CO₂）和水。DPF 44被配置成在排气气体流26被排放到大气之前收集和处理由发动机8排放的颗粒物质。因此，DPF 44用作用于从排气流中去除颗粒物质特别是烟灰的阱。类似于上述DOC 32，DOC 42和DPF 44中的每一个通常含有贵金属，例如铂和/或钯，其在本主题装置中用作催化剂以实现其各自的目的。在通过罐46内的DOC 42和DPF 44之后，排气气体流26被认为充分清洁了有害颗粒物质，并且然后可以允许排出排气系统28到大气。

AT系统30还可以包括多个温度探测器（一般用附图标记48表示），其被配置成感测在发动机8下游的各个点处排气气体流26的温度。AT系统30还包括控制器50。根据本公开内容，控制器50被配置为调节发动机8的操作，以及AT系统30（包括排气后处理装置，即DOC32、SCR 34、DOC 42、DPF 44和DEF喷射器38）的操作。此外，控制器50与NO_X传感器39和温度探测器48电通信，用于接收操作数据，以在发动机8的操作期间影响AT系统30的反馈控制。

控制器50可以包括中央处理单元（CPU）和发动机控制模块（ECM），中央处理单元（CPU）调节车辆6的各种功能和系统或者被配置为配置成控制混合动力传动系（未示出）的传动系控制模块（PCM），发动机控制模块（ECM）被配置为控制内燃发动机8（图1所示）或其他替代类型的动力装置。控制器50也可以被配置为AT系统30的专用控制器。为了适当地控制AT系统30的操作，控制器50包括存储器，其中至少一些存储器是有形的和非暂态的。存储器可以是参与提供计算机可读数据或处理指令的任何可记录介质。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。

用于控制器50的非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其他持久存储器。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。这样的指令可以由一个或多个传输介质传输，所述一个或多个传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括如下引线：所述引线包括联接到计算机处理器的系统总线。控制器50的存储器还可以包括软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、CD-ROM、DVD、任何其他光学介质等。控制器50可被配置或配备有其他所需的计算机硬件，例如定时器或高速时钟52（其可以在控制器内部，如图1所示）、必需的模拟-数字（A/D）和/或数字-模拟（D/A）电路、任何必要的输入/输出电路和装置（I/O）、以及适当的信号调节和/或缓冲电路。控制器50所需的或可访问的任何算法可被存储在存储器中并且被自动执行以提供所需的功能。

DEF喷射器38包括被配置为将DEF 36引导到气体通道28A中的喷嘴38A。在发动机8的操作期间，DEF喷射器38的喷嘴38A可能经历结晶的尿素沉积物的结垢。车辆6的一些操作模式——例如拖车拖曳——可以在靠近喷射器喷嘴38A处产生排气气体流26的升高的温度，随后是短期或短暂的冷却时间段，其被示出为有助于形成尿素沉积物。这样的条件倾向于增加DEF喷射器喷嘴38A的温度，而不需要足够的时间使喷射器喷嘴冷却到排气气体流26的温度。在DEF喷射器38在其冷却之前被重新激活的情况下，DEF 36将通过足以在其上结晶尿素的热喷射器喷嘴38A喷射。在喷射器喷嘴38A处或前面的尿素结晶沉积物可以继续通过上述操作的另外循环来生长。最终，足够大的沉积物会不利地影响DEF喷射器38的性能，例如改变DEF喷射喷雾路径和/或减小喷雾形状，并且可能最终影响排气气体流26中的NO_x排放。

为了抵消在DEF喷射器38的喷嘴38A上的尿素沉积物的形成，控制器50被配置（即，编程）成检测将排气气体流26产生到排气气体通道28A中的发动机8的操作。控制器50还被配置为经由NO_X传感器39检测SCR 34下游的排气气体流26中的NO_X水平。控制器50被另外配置成在一段时间段54内激活DEF喷射器38，以将SCR 34下游的NO_X的水平降低到预定NO_X值56。预定NO_X值56可以表示来自发动机8的最大可接受水平的NO_X排放。

控制器50进一步配置成调节在SCR 34上游的燃料14的喷射，以产生用于从喷嘴38A清洁尿素沉积物的过热排气气体流26。这样的过热排气气体流26可以经由如下通过燃料在通道28A中燃烧而产生：通过燃料喷射器20将计量量的燃料14喷射到发动机8内并且通过打开的排气阀22进入通道28A中。替代地，可以经由专用辅助烃（HC）喷射器58直接进入DEF喷射器38上游的通道28A中产生过热排气气体流26。喷嘴38A的温度将从过热排气气体26显著增加，从而从喷射器喷嘴清洁或燃烧尿素沉积物。高于100摄氏度的温度通常足以从喷射器喷嘴38A清洁尿素沉积物。

如果DEF喷射器38需要激活以将SCR 34下游的NO_X的水平降低到预定NO_X值56的时间段54大于预定阈值时间段60，则可以通过控制器50来触发过热排气气体流26，以清洁喷嘴38A。换句话说，如果DEF喷射器38需要被激活过多量的时间以将NO_X排放降低到期望水平，则可以触发燃料喷射。控制器50可以使用定时器52来评估用于激活DEF喷射器38所需的以将SCR 34下游的NO_X的水平降低到预定NO_X值56时间段54。

AT系统30还可以包括可操作地触发DEF喷射器38的螺线管62。螺线管62与控制器50电子通信。可以用查找或数据表64对控制器50进行编程，该查找或数据表64将用于激活DEF喷射器38的时间段54与用于激活螺线管62的长期适应因子（LTAF）相关联。通常，LTAF用作用于调节激活螺线管62所需的时间和所得到的DEF 36喷射的乘法因子。查询表64的参考数据可以在AT系统30的测试和验证期间经验地编制。控制器50通常被编程以评估在发动机8的操作期间的LTAF的变化，并且修改随后的DEF 36喷射，以将SCR 34下游的NO_X的水平降低到预定NO_X值56。结果，通常，LTAF将增加直到设置为触发用于清洁DEF喷射器38的喷嘴38A的程序的第一阈值LTAF 66。由于在喷嘴38A处的尿素沉积物降低了DEF喷射器38的有效性，并且NO_X排放未以预期的速度减小，所以尿素沉积物将影响LTAF，即增加LTAF。

用于激活DEF喷射器38的预定阈值时间段60也可以与由控制器50使用的第一阈值LTAF 66相关联，例如，如图1所示的查找表64的一部分，以激活螺线管62。在上述由DEF喷射器产生的喷雾形状被尿素沉积物负面影响的情况下，第一阈值LTAF 66可以表示在DEF喷射器38的喷嘴38A处已经形成结晶尿素沉积物。第一阈值LTAF 66可以设置在1.1至1.3的范围内。为了在喷嘴38A处处理尿素沉积物，燃料喷射器20或辅助烃喷射器58可以由控制器50调节以喷射燃料14，从而在DEF喷射器38的喷嘴38A处燃烧所评估的尿素沉积物。因此，控制器50可以采用第一阈值LTAF 66来触发喷嘴38A的清洁程序。

控制器50可以另外用第二阈值LTAF68来编程，该第二阈值LTA F68可以与SCR 34下游检测到的预定量的NO_X相关联并且因此表示所述预定量的NO_X。如图1所示，第二阈值LTAF68可以例如作为查找表64的一部分被编程到控制器中。根据本公开内容，第二阈值LTAF68可以设定为比第一阈值LTAF 66大，例如大至少10％。如果达到第二阈值LTA F68，则控制器还可以被配置为产生传感信号70。传感信号70可以是预定的数字代码或视觉或听觉显示，旨在被设定为警告车辆6的操作者，以指示需要维修AT系统30，和/或为负责诊断AT系统问题的维修技术人员提供信息支持。

图2描绘了当AT系统30经由气体通道28A连接到发动机8时控制AT系统30的方法80，如上面参考图1所述。该方法在框82中启动，其中该方法包括经由控制器50检测发动机8产生引导到气体通道28A中的排气气体流26的操作。在框82之后，该方法前进到框84，其中该方法包括使用NO_X传感器39经由控制器50检测SCR 34下游的排气气体26中的NO_X水平。在框84之后，该方法进行到框86，其中该方法包括经由控制器50在时间段54内激活DEF喷射器38以将SCR 34下游的NO_X水平降低到预定NO_X值56。在框84中，该方法还可以包括使用控制器计时器52评估（例如，测量）时间段54。

在框86之后，如果用于将SCR下游的NO_X水平降低到预定NO_X值56的时间段大于预定阈值时间段60，则该方法进行到框88，并且包括经由控制器50通过发动机8内的燃料喷射器20或经由直接进入通道28A的HC喷射器58来调节在DEF喷射器38上游的燃料14的喷射。如上面参考图1所述，如果DEF喷射器必须被激活过多量的时间以将NO_X排放降低到所需的水平，则在DEF喷射器38上游的燃料14的喷射旨在产生过热排气气体流26以清洁DEF喷射器。

在框86和/或框88中，该方法可以包括经由控制器50将用于激活DEF喷射器38的时间段54与由控制器使用的以激活螺线管62的LTAF相关联，如关于图1所述。另外，在框88中，该方法可以包括将预定阈值时间段60与由控制器50使用的以激活螺线管62的第一阈值LTAF相关联。如关于图1所述，控制器50还可以用将用于激活DEF喷射器38的时间段54与LTAF相关联的查找表64进行编程。在框88中的DEF喷射器38上游喷射燃料14之后，该方法可循环回到框82。替代地，在框88之后，该方法可以前进到框90。在框90中，如果已经达到第二阈值LTAF，则该方法可以包括产生传感信号70以表示服务AT系统30的必要性。

总之，方法80旨在检测DEF喷射器38上的尿素沉积物并触发DEF喷射器喷嘴38A清洁程序。可以使用这种清洁程序来避免车辆6被错误地识别为使用不正确质量的DEF 36，并且车辆需要维修。

详细描述和附图或图是对本公开内容的支持和描述，但是本公开内容的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实施所要求保护的公开内容的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的公开内容的各种替选设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提到的各种实施例的特征不一定被理解为彼此独立的实施例。确切地说，可以将实施例的一个示例中描述的每个特征与来自其他实施例的一个或多个其他期望特征组合，从而产生未以文字或参考附图描述的其他实施例。因此，这些其他实施例落在所附权利要求的范围的框架内。

Claims

1.一种控制排气后处理系统的方法，所述排气后处理系统经由气体通道连接到柴油内燃发动机，并且具有柴油氧化催化剂和柴油机排气流体喷射器，所述柴油机排气流体喷射器布置在所述柴油氧化催化剂的下游和选择性催化还原催化剂的上游，所述方法包括：

经由控制器检测所述发动机的操作，从而产生引导到所述气体通道中的排气气体流；

使用氮氧化物（NO_X）传感器经由所述控制器检测所述选择性催化还原催化剂的下游的排气气体中的氮氧化物的水平；

经由所述控制器将所述柴油机排气流体喷射器激活一段时间段，以将所述选择性催化还原催化剂下游的NO_X的水平降低到预定NO_X值；以及

经由所述控制器调节所述柴油氧化催化剂上游的燃料喷射以产生过热排气气体流，并且从而，如果用于将所述选择性催化还原催化剂下游的NO_X水平降低到所述预定NO_X值的时间段大于预定阈值时间段，则清洁所述柴油机排气流体喷射器，

其中所述控制器包括定时器，所述方法还包括使用所述定时器来评估用于激活所述柴油机排气流体喷射器以将所述选择性催化还原催化剂下游的NO_X水平降低到所述预定NO_X值的时间段。

2.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与所述控制器电子通信并且可操作地触发所述柴油机排气流体喷射器的螺线管，所述方法还包括：

经由所述控制器将用于激活所述柴油机排气流体喷射器的时间段与用于激活所述螺线管的长期适应因子相关联；以及

经由所述控制器将用于激活所述柴油机排气流体喷射器的预定阈值时间段与由所述控制器使用以激活所述螺线管的第一阈值长期适应因子相关联。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述控制器利用将用于激活所述柴油机排气流体喷射器的时间段与所述长期适应因子相关联的查找表来进行编程。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述柴油机排气流体喷射器包括配置成将所述柴油机排气流体引导到所述气体通道中的喷嘴，并且其中所述第一阈值长期适应因子表示在所述柴油机排气流体喷射器的所述喷嘴处已经形成尿素沉积物。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述调节燃料喷射被配置为燃烧所述柴油机排气流体喷射器的所述喷嘴处的尿素沉积物。

6.根据权利要求2所述的方法，其中所述控制器利用表示在所述选择性催化还原催化剂下游检测到的预定量的NO_X的第二阈值长期适应因子来进行编程，并且其中所述第二阈值长期适应因子大于所述第一阈值长期适应因子，所述方法还包括如果达到所述第二阈值长期适应因子则产生传感信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述柴油发动机安装在车辆中，并且其中所述第一阈值长期适应因子在1.1至1.3的范围内。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二阈值长期适应因子大于所述第一阈值长期适应因子至少10％。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述发动机包括排气阀和燃料喷射器，并且其中当所述排气阀打开时，经由所述燃料喷射器在所述发动机内部实现对燃料喷射到所述气体通道中的所述调节。