CN109555581B - 用于控制废气处理系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制车辆废气处理系统的方法，其中，该系统包括发动机和选择性催化还原装置，该选择性催化还原装置构造成接收来自发动机的废气和来自喷射器的还原剂。该方法包括：确定对于还原剂喷射的需求，确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求，以及随后在一个或多个发动机燃烧事件期间进行一个或多个还原剂喷射事件。车辆燃烧事件包括燃料在ICE的汽缸内的燃烧。确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求包括：确定发动机速度是否低于阈值，确定车辆的速度是否低于阈值，确定车辆音频系统的分贝水平是否低于阈值，或者确定免提电话系统是否由车辆的乘客所使用。该发动机可以是柴油发动机。

Description

用于控制废气处理系统的方法
技术领域
本申请涉及车辆工程领域，尤其涉及一种用于控制废气处理系统的方法。
背景技术
在内燃机(ICE)的燃烧循环期间，空气/燃料混合物提供给ICE的汽缸。空气/燃料混合物经燃烧和/或点燃并且燃烧，以提供输出转矩。在燃烧之后，ICE的活塞迫使汽缸中的废气通过排气阀开口离开并且进入排气系统。从ICE(尤其是，柴油发动机)排出的废气是异质混合物，该异质混合物包含诸如一氧化碳的气态排放物、未燃烧碳氢化合物和氮氧化物(NOx)以及构成颗粒物质的凝相材料(液体和固体)。对于车辆制造商而言，对来自包含过量氧气的废气进料流的NOX排放物进行还原是一种挑战。
废气处理系统可采用一种或多种成分的催化剂，其构造成用于实现诸如还原NOx的后处理过程，以产生氮气(N2)和水(H2O)的更易接受的排气组分。用于还原NOx排放物的一种类型排气处理技术是选择性催化还原装置(SCR)，该选择性催化还原装置通常包括催化剂化合物设置在其上的基底或载体。使得排气在催化剂之上通行会将某些或所有排气组分转换成期望的化合物，例如未经调节的废气成分。还原剂通常喷射到SCR中或者在SCR上游，分解成氨并且由SCR吸收。氨然后在SCR催化剂存在的情形下将NOx还原成氮气和水。
发明内容
提供一种用于降低车辆中噪声的方法车辆可包括内燃机(ICE)，该内燃机将废气连通至选择性催化还原装置(SCR)，该选择性催化还原装置构造成接收来自喷射器的还原剂。该方法可包括在一个或多个ICE燃烧事件期间进行一个或多个还原剂喷射事件，其中，车辆燃烧事件包括燃料在ICE的汽缸内的燃烧。一个或多个还原剂喷射事件会是喷射器噪声事件。喷射器噪声事件可以是喷射器关闭。一个或多个燃烧事件可各自在活塞与ICE的汽缸的动力冲程期间发生。ICE可包括汽缸，该汽缸具有活塞，该活塞设置成经由曲柄轴的旋转在汽缸内往复运动，且一个或多个燃烧事件可各自在活塞的动力冲程期间在曲柄轴的前60度旋转中发生。ICE可以是柴油ICE。
提供一种用于控制车辆的废气处理系统的方法。废气处理系统可包括内燃机(ICE)和选择性催化还原装置(SCR)，其构造成接收来自ICE的废气和来自喷射器的还原剂。该方法可包括：确定对于还原剂喷射到废气处理系统中的需求，确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求，以及随后在一个或多个ICE燃烧事件期间进行一个或多个还原剂喷射事件，其中，车辆燃烧事件包括燃料在ICE的汽缸内的燃烧。确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求可包括确定ICE速度是否低于阈值。确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求可包括确定车辆的速度是否低于阈值。确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求可包括确定车辆音频系统的分贝水平是否低于阈值。确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求可包括确定免提电话系统是否被车辆的乘客所使用。ICE可以是柴油ICE。一个或多个还原剂喷射事件会是喷射器噪声事件。喷射器噪声事件会是喷射器关闭和/或打开。一个或多个燃烧事件可各自在活塞与ICE的汽缸的动力冲程期间发生。ICE可包括汽缸，该汽缸具有活塞，该活塞设置成经由曲柄轴的旋转在汽缸内往复运动，且一个或多个燃烧事件可各自在活塞的动力冲程期间在曲柄轴的前60度旋转中发生。
从示例性实施例的以下详细描述和附图中，本发明的其它目的、优点以及新颖特征会变得更为显而易见。
附图说明
图1示出根据一个或多个实施例的针对废气处理系统的示意图；
图2说明根据一个或多个实施例的车辆；以及
图3说明根据一个或多个实施例的用于减小车辆噪声的方法。
具体实施方式
这里描述本发明的各实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，且其它实施例可采取各种和替代的形式。这些附图并未必须是按比例的；一些特征可放大或缩小，以示出特定部件的细节。因此，这里公开的特定结构和功能细节并不解释为限制，而是仅仅作为用于教示本领域技术人员以各种方式实施本发明的代表性基础。本领域普通技术人员会理解的是，参照任何一个附图说明和描述的各个特征能与一个或多个其它附图中说明的特征相组合，以产生并未明确说明或描述的实施例。所说明特征的组合提供针对典型应用的代表性实施例。然而，根据本发明教示的特征的各种组合和修改对于特定应用或实施方式会是期望的。
选择性催化还原装置(SCR)通常用于处理针对由ICE驱动的车辆的废气，并且需要定期喷射还原剂。还原剂喷射器可能是有噪声的，并且不利地影响乘坐在车辆中的乘客的体验。这里的实施例使得由于还原剂喷射引起的噪声最小，而不会不适当地影响SCR的性能。
现参照图1，示例性实施例涉及废气处理系统10，用于还原ICE 12的经调节废气组分。这里描述的废气处理系统10可在各种ICE系统中实施，这些ICE系统可包括但不限于柴油发动机系统、汽油直喷式系统以及均质充量压缩点火发动机系统。发动机在这里会描述为用于产生用于车辆的转矩，而其它非车辆应用也落在本发明的范围内。因此，当参照车辆时，本发明应解释为可适用于ICE的任何应用。此外，ICE12可通常表示能够产生包括NOx物质的废气15的流的任何装置，且本发明这里应由此解释为可适用于所有这些装置。进一步应理解的是，这里公开的实施例可适用于处理并不包括NOx物质的流出流，且在这些情形中，ICE 12还可通常表示能够产生并不包括NOx物质的流出流的任何装置。
废气处理系统10通常包括一个或多个废气导管14以及一个或多个排气处理装置。可包括若干区段的废气导管14将废气15从ICE 12输送至废气处理系统10的各种排气处理装置。在一些示例性实施例中，废气15可包括NOx物质。如这里使用的是，“NOx”指代一种或多种氮氧化物。NOx物质可包括NyOx物质，其中，y>0且x>0。氮氧化物的非限制示例可包括NO、NO2、N2O、N2O2、N2O3、N2O4以及N2O5。
在所说明的实施例中，废气处理系统10的装置包括SCR 26和颗粒过滤器(PF)30。所示出的实施方式将PF 30设置在与SCR催化剂124共同的壳体中，而此种实施方式是可选的，而为SCR催化剂124和PF 30提供离散壳体的实施方式是合适的。在一些实施例中，SCR26包括选择性催化还原过滤器装置(SCRF)，该选择性催化还原过滤器装置通常将SCR和PF两者的各方面包含到单个装置中，其中，SCR的催化元素施加于过滤器基底。
例如能意识到的是，本发明的废气处理系统10可包括图1中示出的排气处理装置的一个或多个的各个组合和/或其它排气处理装置(未示出)，且并不限于本文的示例。例如，废气处理系统10可以可选地包括氧化催化剂装置(未示出)、吸收颗粒(未示出)的流通容器、电加热催化剂(EHC)装置(未示出)及其组合。废气处理系统10可进一步包括控制模块50，该控制模块经由多个传感器可操作地连接，以监控ICE 12和/或废气处理系统10。如这里使用的是，术语模块指代专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或集群)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能性的其它合适的部件。
SCR 26可设置在ICE 12下游。通常，SCR 26包括所有这样的装置，这些装置利用还原剂36和催化剂来将NOx(例如，NO和NO2)转换为无害成分。SCR 26可例如包括流通式陶瓷或金属整体基底，该流通式陶瓷或金属整体基底可封装在不锈钢壳体或罐体中，该不锈钢壳体或罐体具有与废气导管14流体连通的入口和出口。基底可包括施加于其的SCR催化剂组合物。SCR催化剂组合物通常是多孔的且高表面积的材料，该材料能有效地操作，以在诸如氨的还原剂36存在的情形下转换废气15中的NOx组分。例如，催化剂组合物可包含沸石和一种或多种贱金属成分，例如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)或钒(V)、钠(Na)、钡(Ba)、钛(Ti)、钨(W)、铜(Cu)及其组合。在一些实施例中，沸石可以是β-型沸石、Y-型沸石、ZM5沸石或者诸如菱沸石或USY(超稳定Y-型)沸石的任何其它结晶沸石结构。合适的SCR催化剂组合物在与PF30串联地使用时刻具有高的热结构稳定性，该PF经由高温排气烟尘燃烧而再生。
SCR催化剂组合物可涂覆到容纳在罐体内的基底主体上，该罐体与废气导管14且可选地与其它排气处理装置流体地连通。基底主体可例如是陶瓷砖、板结构或者诸如包括每平方英寸几百到几千个平行流通胞室的整体蜂窝结构的任何其它合适结构，但其它构造也是合适的。每个流通胞室均能由SCR催化剂组合物能涂覆在其上的壁表面所限定。基底主体能由这样的材料形成，该材料能够承受与废气15相关联的温度和化学环境。可使用的材料的一些特点示例包括陶瓷(例如，挤出的堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、透锂长石)或耐热和耐腐蚀的金属(例如，钛或不锈钢)。
SCR 26通常使用还原剂36，以将NOx物质(例如，NO和NO2)还原成无害组分。无害组分包括例如一种或多种物质，这些物质并非是NOx物质、双原子氮、含氮惰性物质或被认为是可接受排放物的物质。还原剂36可以是诸如无水氨或氨水的氨(NH3)，或者由诸如尿素(CO(NH2)2)的富含氮和氢的物质中产生。附加地或替代地，还原剂36可以是在废气15存在的情形下能够分解或起反应的任何化合物，以形成氨。反应式(1)-(5)提供用于包含氨的NOx还原的示例性化学反应。
6NO+4NH3→5N2+6H2O (1)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (2)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (3)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (4)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (5)
应意识到的是，反应式(1)-(5)仅仅是说明性的，且并不意指将SCR 26限制为特定的NOx还原机制或多种机制，也不排除其它机制的操作。SCR 26可构造成执行上述NOx还原反应的任何一种、上述NOx还原反应的组合以及其它NOx还原反应。
在各种实施方式中，还原剂36能利用水来稀释。在还原剂36利用水稀释的实施方式中，热量(例如，来自排气)蒸发水，且氨供给至SCR 26。非氨还原剂可按期望用作对氨的完全或部分替代。在还原剂36包括尿素的实施方式中，尿素与排气起反应以产生氨，且氨供给至SCR 26。SCR 26可存储(即，吸收和/或吸附)由还原剂36供给的氨，用于与废气15相互作用。下文的反应式(6)提供经由尿素分解产生氨的示例性化学反应。
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (6)
应意识到的是，反应式(6)仅仅是说明性的，且并不旨在将尿素或其它还原剂36分解限制为特定单个机制，也不排除其它机制的操作。
还原剂36可从还原剂供给源(未示出)供给，并且使用喷射器46或者将还原剂36输送至废气15的其它合适方法在SCR 26上游的位置处喷射到废气导管14中。还原剂36可呈气体、液体、或诸如尿素水溶液的水溶液的形式。还原剂36可与喷射器46中的空气混合，以助于所喷射喷雾的分散。混合器或湍流器48也可紧邻于喷射器46设置在废气导管14内，以进一步辅助还原剂36与废气15的充分混合和/均匀分布在整个SCR 26中。
控制模块50可操作地连接于ICE 12和还原剂喷射器46。控制模块50可进一步可操作地连接于上文描述的可选排气处理装置。图1说明控制模块50，该控制模块与位于废气导管14中的两个温度传感器52和54连通。第一温度传感器52位于SCR26上游，且第二温度传感器54位于SCR 26下游。温度传感器52和54将电信号发送至控制模块50，这些电信号各自指示废气导管14中在特定位置中的温度。控制模块50还与两个NOx传感器60和62连通，这些NOx传感器与废气导管14流体连通。确切地说，第一上游NOx传感器60位于ICE 12下游和SCR 26上游，以检测NOx溶度水平。第二下游NOx传感器62位于SCR 26下游，以检测废气导管14中在特定位置中的NOx溶度水平。在所有这些实施例中，SCR 26可包括SCRF装置40。
还原剂36的喷射质量的精确量以及喷射频率是维持期望的废气15的排放水平(例如，NOx浓度)的关键因素。还原剂36的喷射剂量率(例如，每秒克)和频率(例如，每单位时间剂量)可由诸如SCR 26上游的NOx浓度、SCR 26下游的NOx浓度、下游的氨浓度、下游温度、ICE12的转矩输出、排气流量、排气压力、ICE 12的速度(例如，rpm)、ICE 12的进气一个或多个标准、其它合适标准及其组合来确定。例如，上游的NOx传感器60可测量在SCR上游位置处排气中的NOx。仅仅例如，上游NOx传感器60可测量NOx的质量流量(例如，每秒克)、NOx的浓度(例如，百万分之几)或者NOx的其它合适测量量。在该示例中，上游NOx浓度可用于确定合适的还原剂36的喷射剂量率和/或频率。附加地或替代地，还原剂36剂量率和/或频率可基于废气15的温度或者诸如SCR 26的催化剂之类其它废气处理系统10成分的温度来确定。例如，温度传感器54可测量SCR 26下游废气的温度。温度传感器54可基于SCR 26下游排气的温度而产生温度信号，并且将其通信至控制模块50。
通常，还原剂36剂量率可由控制模块50使用一个或多个标准(例如，上文描述的标准)而持续地确定。在还原剂36的喷射期间，喷射器46可由喷射器46部件的机械移动产生不期望的噪声。在操作期间，喷射器会打开以允许喷射，且随后在喷射完成时关闭。例如，一些喷射器46在喷射器打开和/或关闭期间噪声尤为大。噪声事件对于给定喷射器46会是特定的。图2说明由ICE 12驱动的车辆1的示意图。关于废气处理系统10的描述，ICE 12将废气连通至SCR 26。当喷射器46位于车辆噪声消除区域(例如，隔音ICE隔室2)外部时，例如从车辆车厢中乘客的角度来看，喷射器噪声会恶化。如图所示，位于车辆车身下方(例如，在车辆的乘客舱室3正下方)的喷射器46通常在车辆噪声消除区域外部。
因此，提供用于减小由于还原剂36喷射引起的车辆1的噪声的方法。图3说明用于减小车辆1的噪声的方法100，包括在车辆操作阶段期间的一个或多个ICE 12的动力冲程期间进行一个或多个还原剂36的喷射事件(130)。喷射事件可包括打开喷射器46，随后经由喷射器46喷射还原剂36以及关闭喷射器46。在一些实施例中，喷射事件包括喷射器46的噪声事件。喷射器噪声事件包括在喷射事件期间产生最大量噪声的一个或多个部分。在一个实施例中，喷射器噪声事件包括喷射器关闭和/或打开。更具体地说，方法100包括在一个或多个ICE 12的燃烧事件期间进行一个或多个还原剂36的喷射事件(130)。该方法在维持合适的SCR 26的性能的同时减小噪声。噪声减小可例如从车辆1的乘客舱室3内的乘客的角度来确定。燃烧事件通常包括在活塞头部(未示出)靠近上死点位置的同时、ICE 12汽缸(未示出)内的燃料点火。例如，在四冲程ICE的操作期间，汽缸在进气冲程期间填充有燃料和空气，燃料和空气在压缩冲程期间(在压缩冲程结束时，活塞头部靠近上死点位置)压缩，燃料在动力冲程期间燃烧，且排气在排气冲程期间从汽缸排出。
四个冲程的每个均限定活塞头部在汽缸内的移动，且每个均针对活塞所附连于的曲柄轴的180度旋转而发生(即，曲柄轴的每两个完整360度旋转发生每个冲程)。通常，ICE12的燃烧事件的时间频率和持续时间可基于ICE 12的速度来确定，该ICE的速度通常限定为曲柄轴每分钟旋转的回转速率(rpm)。在动力冲程期间发生的燃烧事件会每秒发生(rpm/60)/2次，且动力冲程会持续1/[4*(rpm/60)/2]秒。例如，如果ICE 12以600rpm操作，则汽缸会每秒经历5个燃烧事件，且每个动力冲程会持续0.05秒。燃烧事件的持续时间可基于ICE12的物理设计以及燃料和空气喷射策略而改变。通常，燃烧事件在动力冲程的初始部分期间发生。例如，在动力冲程的180度曲柄轴旋转持续时间中，燃烧事件在前30至60度期间发生。在此种示例中，燃烧事件持续时间是约0.008秒至约0.017秒。
方法100可以可选地首先包括确定对于还原剂36喷射到废气处理系统10中的需求(110)和/或确定对于在一个或多个ICE 12的燃烧事件期间进行一个或多个还原剂36的喷射事件(130)之前的还原剂喷射器噪声消除的需求(120)。在确定110和确定120之间并不施加顺序。确定对于还原剂36喷射的需求(110)可包括上文描述的方法。还原剂喷射通常以比燃烧事件低得多的速率发生。例如，以约930rpm操作的6缸ICE可在2.5秒的时间段期间经历约111个燃烧事件，且附属的废气处理系统可指令约9个离散的还原剂喷射。确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求(120)通常包括确定与车辆的各个方面相关的噪声是否超过阈值，以使得由喷射器46引起的不期望噪声不会被明显听到。在一个实施例中，确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求(120)可包括确定ICE 12的速度是否低于阈值。速度阈值可基于ICE 12的特征、乘客舱室3隔音以及其它因素来确定。ICE 12的速度阈值可例如是1500rpm。在一个实施例中，确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求(120)可包括确定车辆速度是否低于阈值。速度阈值可基于ICE 12的特征、乘客舱室3隔音以及其它因素来确定。车辆1的速度阈值可例如是35英里每小时。在一个实施例中，确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求(120)包括确定车辆音频系统(例如，收音机)的分贝水平是否低于阈值。在一个实施例中，确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求(120)包括确定免提电话系统是否被车辆1的乘客所使用。
虽然上文描述了示例性实施例，这些实施例并不旨在描述由权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性而非限制性的词语，且应理解的是，能做出各种改变，而不会偏离本发明的精神和范围。如前所述，各种实施例的特征能组合，以形成可能并未明确描述或说明的本发明又一些实施例。虽然可能已相对于一个或多个期望特征将各个实施例描述为提供优于其它实施例或现有技术实施方式的优点或者是较佳的，但本领域普通技术人员会认识到的是，能省略一个或多个特征或特点以实现期望的总体系统属性，这取决于特定的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可市售性、外观、封装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、便于组装性等等。这样，相对于一个或多个特征描述为比其它实施例或现有技术实施方式较不期望的实施例并不落在本发明的范围以外并且对于特定应用会是期望的。

Claims (8)

1.一种用于控制车辆的废气处理系统的方法，其中，所述废气处理系统包括内燃机(ICE)和选择性催化还原装置(SCR)，所述选择性催化还原装置构造成接收来自所述ICE的废气和来自喷射器的还原剂，所述方法包括：
确定对于还原剂喷射到所述废气处理系统中的需求；
确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求，其中确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求可包括确定车辆音频系统的分贝水平是否低于阈值；以及
随后在一个或多个ICE燃烧事件期间进行一个或多个还原剂喷射事件，其中，车辆燃烧事件包括燃料在所述ICE的汽缸内的燃烧。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个还原剂喷射事件包括喷射器噪声事件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述喷射器噪声事件包括喷射器关闭和/或打开。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述喷射器噪声事件包括喷射器关闭。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述一个或多个燃烧事件各自在活塞与所述ICE的所述汽缸的动力冲程期间发生。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述ICE包括汽缸，所述汽缸具有活塞，所述活塞设置成经由曲柄轴的旋转在所述汽缸内往复运动，且所述一个或多个燃烧事件各自在所述活塞的动力冲程期间在所述曲柄轴的前60度旋转中发生。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述ICE包括柴油ICE。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定对于还原剂喷射器噪声消除的需求还包括如下一种或多种：确定ICE速度是否低于阈值，确定所述车辆的速度是否低于阈值，确定免提电话系统是否由所述车辆的乘客所使用。
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