還原噴射控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于還原發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)廢氣中的氮氧化物的控制系統(tǒng)包括具有適于從發(fā)動機(jī)接收廢氣的入口的排放物催化器。還原劑箱存儲還原劑。噴射器與還原劑箱流體連通，并且可操作地將還原劑噴射到位于催化器上游的廢氣中。還原劑泵將還原劑從還原劑箱泵送至噴射器?？刂破骰诎l(fā)動機(jī)操作狀況確定還原劑的目標(biāo)壓力，并且基于目標(biāo)壓力操作還原劑泵。
【專利說明】還原噴射控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容總地涉及廢氣處理系統(tǒng)，更為具體地，涉及廢氣處理系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)以及用于控制廢氣處理系統(tǒng)中的還原劑泵的相關(guān)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]選擇性催化還原技術(shù)已結(jié)合還原內(nèi)燃機(jī)的廢氣中存在的氮氧化物被使用。利用內(nèi)燃機(jī)作為主原動機(jī)的大量車輛還裝配有用于還原氮氧化物排放物的廢氣后處理設(shè)備。這些系統(tǒng)中的一些利用安裝至車輛的用于存儲還原劑的單獨(dú)容器、還原劑噴射器以及選擇性催化還原催化器構(gòu)造而成。這些系統(tǒng)通常包括用于將還原劑從容器輸送至噴射器的還原劑泵。盡管這些系統(tǒng)在過去可能已表現(xiàn)的不錯，但提供一種更有效地控制還原劑泵以將泵的噪聲降至最低并且管理致動器相對于廢氣溫度冷卻的選擇性催化還原系統(tǒng)可能是期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本部分提供本公開內(nèi)容的大致總結(jié)，并非其全部范圍或其所有特征的全面公開。
[0004]一種用于還原發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)廢氣中的氮氧化物的控制系統(tǒng)包括具有適于從發(fā)動機(jī)接收廢氣的入口的排放物催化器。還原劑箱存儲還原劑。噴射器與還原劑箱流體連通，并且可操作地將還原劑噴射到位于催化器上游的廢氣中。還原劑泵將還原劑從還原劑箱泵送至噴射器?？刂破骰诎l(fā)動機(jī)操作狀況確定還原劑的目標(biāo)壓力，并且基于目標(biāo)壓力操作還原劑泵。
[0005]根據(jù)其它特征，所述發(fā)動機(jī)操作狀況包括所述發(fā)動機(jī)的“打開”和“關(guān)閉”狀態(tài)。所述目標(biāo)壓力包括適于“打開”的發(fā)動機(jī)操作狀況的第一目標(biāo)壓力和適于“關(guān)閉”的發(fā)動機(jī)操作狀況的第二目標(biāo)壓力。所述第二壓力低于所述第一壓力。所述第一目標(biāo)壓力可以為5.5巴。所述第二目標(biāo)壓力可以為2.0巴。目標(biāo)壓力可以根據(jù)需要被校準(zhǔn)。因此，所討論的目標(biāo)壓力僅僅是示例性的。所述控制系統(tǒng)可進(jìn)一步包括與發(fā)動機(jī)廢氣流體連通并且向控制器傳遞溫度信號的溫度傳感器。所述控制器基于所述溫度信號確定所述目標(biāo)壓力。所述控制器基于所述溫度信號操作所述還原劑泵。
[0006]根據(jù)其它特征，在所述發(fā)動機(jī)“關(guān)閉”并且所述溫度信號高于閾值之后，所述控制器操作所述還原劑泵一預(yù)定時間。所述預(yù)定時間可以基于環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和環(huán)境壓力中的至少一種被調(diào)節(jié)。
[0007]一種利用還原劑還原發(fā)動機(jī)的廢氣流中的氮氧化物的方法包括:確定所述發(fā)動機(jī)的包括“關(guān)閉”和“打開”之一的操作狀況?；谒霭l(fā)動機(jī)的操作狀況，將還原劑的目標(biāo)壓力設(shè)置為第一壓力和第二壓力之一，所述第二壓力低于所述第一壓力?；谒鰪U氣流的溫度高于預(yù)定的閾值溫度，設(shè)置冷卻模式。基于所述發(fā)動機(jī)“關(guān)閉”的操作狀況和被設(shè)置的冷卻模式，操作所述還原劑泵，以供應(yīng)所述第二壓力。
[0008]一種利用還原劑還原發(fā)動機(jī)的廢氣流中的氮氧化物的方法包括:確定所述廢氣流的第一溫度?；谒龅谝粶囟扰c預(yù)定的噴射器啟動閾值溫度之間的比較，將還原劑的目標(biāo)壓力設(shè)置為第一壓力和更低的第二壓力之一。確定所述發(fā)動機(jī)的包括“關(guān)閉”和“打開”之一的操作狀況。當(dāng)所述操作狀況為“打開”時，操作還原劑泵，以向噴射器供應(yīng)所述第一壓力和所述第二壓力之一。當(dāng)所述發(fā)動機(jī)的操作狀況為“關(guān)閉”時，將所述還原劑的目標(biāo)壓力設(shè)置為所述第二壓力。確定所述廢氣系統(tǒng)的第二溫度，并且基于所述第二溫度確定冷卻時間?；谒龅诙囟雀哂陂撝狄约八霾僮鳡顩r為“關(guān)閉”，操作所述還原劑泵維持所述冷卻時間。
[0009]進(jìn)一步可應(yīng)用的領(lǐng)域從在此提供的描述將變得明顯。該
【發(fā)明內(nèi)容】
中的描述和具體示例僅意欲例示的目的，并且不意欲限制本公開內(nèi)容的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]在此描述的附圖僅用于所選實(shí)施例而非所有可能的實(shí)施方式的例示目的，并非意欲限制本公開內(nèi)容的范圍。
[0011]圖1是用于還原車輛上的發(fā)動機(jī)廢氣中的氮氧化物的排放物系統(tǒng)的示意圖；
[0012]圖2是根據(jù)附加特征的包括多種還原劑并且具有兩條不同的還原劑輸送管的排放物系統(tǒng)的示意圖；以及
[0013]圖3是用于控制本公開內(nèi)容的排放物系統(tǒng)的泵的控制系統(tǒng)的功能性框圖。
[0014]相應(yīng)的附圖標(biāo)記在附圖的若干視圖中始終指代相應(yīng)的部分。
【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述示例性實(shí)施例。
[0016]圖1圖示了與示例性車輛12相關(guān)聯(lián)的排放物控制系統(tǒng)10。車輛12包括發(fā)動機(jī)14，發(fā)動機(jī)14被配置為主原動機(jī)并且具有與廢氣管道18保持流體連通的廢氣口 16。發(fā)動機(jī)廢氣流20通過廢氣管道18從發(fā)動機(jī)14流出。噴射器22被布置為將還原劑噴射到流過廢氣管道18的廢氣流20中。具有入口 26和出口 28的排放物催化器24被布置在噴射器22的下游，并且接收流過廢氣管道18的廢氣流20。
[0017]燃料箱30被安裝至車輛12，以存儲燃料。燃料箱30通過燃料供應(yīng)管32與發(fā)動機(jī)14保持流體連通，使得燃料可以被選擇性地供應(yīng)給發(fā)動機(jī)14的燃燒室。預(yù)期的是，發(fā)動機(jī)14可以是以汽油為燃料的火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)或者可以是以柴油為燃料的壓縮發(fā)動機(jī)。用于汽油機(jī)的燃料可以包括汽油、E85、E95或其它類似燃料。用于柴油機(jī)的燃料可以包括柴油燃料、生物燃料B5、B10、B20或其它類似燃料。輔助還原劑箱40也安裝至車輛12。期望的是，箱40可以存儲諸如DEF (尿素水)385^95、85、810、820等的速效還原劑。在一個示例中，用戶可以通過常規(guī)方法，諸如通過與充注箱40流體連接的接管嘴(未具體示出)分配還原劑，來將箱40注 滿。還原劑液位傳感器42被提供在還原劑箱40中，并且將還原劑量信號44傳遞至控制器50。控制器50將還原劑泵信號51傳遞至還原劑泵54。還原劑泵54通過還原劑管56將還原劑輸送至噴射器22。在這點(diǎn)上，還原劑管56被配置為將還原劑從還原劑箱40流體傳遞至噴射器22，這將在本文中進(jìn)行描述?？梢岳迷傺h(huán)管58來在諸如冷卻事件期間使還原劑再循環(huán)。再循環(huán)管58還可以實(shí)現(xiàn)高噴射壓力和/或維持還原劑流動。
[0018]控制器50可以是包括專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件應(yīng)用程序的處理器(共享的、專用的或組)和存儲器、組合式邏輯電路或提供所描述功能的其它適合部件的任何模塊和/或設(shè)備?？刂破?0可以基于所期望的還原劑給料比將給料比信號60傳遞至噴射器22。
[0019]多個輔助傳感器62可以與控制器50保持通信。傳感器62可以提供表示但不限于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、環(huán)境空氣溫度、發(fā)動機(jī)操作溫度、空氣質(zhì)量流量、箱30內(nèi)的柴油燃料量、NOx濃度、HC濃度、O2濃度、H2濃度、氨濃度以及可以從安裝至車輛12的CAN總線或?qū)Ｓ脗鞲衅鳙@得的其它數(shù)據(jù)的信號。廢氣溫度傳感器64和66可以被布置在廢氣管道18中，并且可以被配置為將廢氣溫度(EGT)傳遞至控制器50。在所提供的示例中，傳感器64和66的EGT可以被平均。在其它示例中，可以僅提供一個廢氣溫度傳感器。
[0020]控制器50將還原劑泵信號51傳遞至還原劑泵54，并傳遞給料比信號60，以選擇性地操作噴射器22?？刂破?0還可以與噴射器22和還原劑泵54進(jìn)行通信，以啟動和停止還原劑通過再循環(huán)管58的再循環(huán)。噴射器22基于從傳感器62、64和66提供的輸入，供應(yīng)流過還原劑管56和再循環(huán)管58的還原劑。控制器50將狀態(tài)信號68傳遞至驅(qū)動信息顯示器70。狀態(tài)信號68可以對應(yīng)于由控制器50確定的各種信息,例如但不限于:排放物控制系統(tǒng)10的故障、還原劑冷卻事件的指示、噴射器22的給料比以及還原劑箱40的還原劑液位或與排放物控制系統(tǒng)10有關(guān)的其它信息。還期望的是，還可以配合被控制器50破壞的排放物控制系統(tǒng)傳遞狀態(tài)信號68。
[0021]圖2圖示了另一排放物控制系統(tǒng)200。排放物控制系統(tǒng)200與排放物控制系統(tǒng)10類似。因此，相似的元件將保留其之前引用的附圖標(biāo)記。在圖2所示的配置中，燃料供應(yīng)管202使燃料箱30與燃料噴射器204相互連接。燃料噴射器204可操作地將作為還原劑的燃料選擇性地供應(yīng)給廢氣管道18中的發(fā)動機(jī)廢氣流20。借助于控制器50所傳遞的燃料信號206，控制向廢氣流20中供應(yīng)燃料。柴油機(jī)氧化催化器(DOC) 208和柴油機(jī)微粒過濾器(DPF) 209被布置為接收流過位于燃料噴射器204下游的管道18的廢氣。
[0022]另一供應(yīng)管210使還原劑箱40與噴射器22相互連接。噴射器22可選擇性地操作，以將包含在還原劑箱40內(nèi)的還原劑(例如DEF)噴射到通過廢氣管道18的廢氣流20中，如上面關(guān)于控制系統(tǒng)10所描述的。應(yīng)理解的是，控制系統(tǒng)10和200僅僅是示例性的，下面描述的方法可應(yīng)用于其它控制系統(tǒng)。
[0023]現(xiàn)在參照圖3，示出了利用還原劑還原發(fā)動機(jī)的廢氣流中的氮氧化物的方法，并且該方法總體上以附圖標(biāo)記300來標(biāo)識。在步驟302中，發(fā)動機(jī)14開始啟動。在步驟304中，控制確定廢氣溫度(EGT)是否高于啟動閾值。此外，可以例如通過用于將溫度信號傳遞至控制器50的溫度傳感器64和66確定EGT。根據(jù)一個示例，啟動閾值可以是校準(zhǔn)值攝氏度，例如但不限于200攝氏度。如果EGT不高于啟動閾值，則在步驟306中，控制將目標(biāo)壓力設(shè)置為等于不噴射的校準(zhǔn)設(shè)置點(diǎn)。在一個示例中，目標(biāo)壓力可以是閉環(huán)壓力控制的設(shè)置點(diǎn)。
[0024]泵54可以通過控制器50被控制為基于例如還原劑管56和/或58中的還原劑的壓力的轉(zhuǎn)速。壓力值可以由傳感器62的壓力傳感器提供。根據(jù)一個示例的不噴射的校準(zhǔn)設(shè)置點(diǎn)可以是2.0巴。可以使用其它值。在步驟308中，控制確定用戶是否已關(guān)閉發(fā)動機(jī)
14。如果不是，則控制返回至步驟304。如果在步驟308中用戶已關(guān)閉發(fā)動機(jī)，則控制繼續(xù)至步驟320。應(yīng)理解的是，詞語“關(guān)閉”和“打開”在本文中用于表示發(fā)動機(jī)14的操作狀況。換言之，詞語“關(guān)閉”用于表示未點(diǎn)火或不運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)14。類似地，詞語“打開”用于表示點(diǎn)火或運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)14。
[0025]現(xiàn)在返回至步驟304，如果EGT高于啟動閾值，則在步驟310中控制確定噴射器22是否被啟動。如果在步驟310中噴射器22未被啟動，則控制繼續(xù)至步驟306。如果在步驟310中噴射器22已被啟動，則控制繼續(xù)至步驟312。在步驟312中，控制將目標(biāo)壓力設(shè)置為等于噴射的校準(zhǔn)設(shè)置點(diǎn)。在一個示例中，校準(zhǔn)設(shè)置點(diǎn)可以是5.5巴。此外，盡管該值幾乎是不噴射的設(shè)置點(diǎn)的三倍，但該值僅僅是示例性的。然而，應(yīng)理解的是，噴射的目標(biāo)壓力高于不噴射的目標(biāo)壓力(步驟306)。然后控制繼續(xù)至步驟308。
[0026]如果發(fā)動機(jī)“關(guān)閉”，則控制繼續(xù)至步驟320。在步驟320中，控制將目標(biāo)壓力設(shè)置為等于不噴射的校準(zhǔn)設(shè)置點(diǎn)。在這點(diǎn)上，如果用戶已關(guān)閉發(fā)動機(jī)14，則控制可以使泵54以對應(yīng)于減壓的減速操作。因此，當(dāng)發(fā)動機(jī)14 “關(guān)閉”時，降低了車輛乘坐者察覺的來自泵54的可聽噪聲。
[0027]在步驟322中，控制確定EGT是否高于啟動冷卻的閾值溫度。在一個示例中，冷卻可以包括使還原劑例如通過流體管56和58再循環(huán)，以降低噴射器22的溫度。閾值溫度可以是對應(yīng)于冷的足以使噴射器22不過熱的溫度的確定值。在一個示例中，在停止還原劑(例如通過管58)的再循環(huán)之后，可以達(dá)到閾值溫度。如果在步驟322中控制確定EGT高于該閾值溫度，則在步驟324中，控制根據(jù)查找表設(shè)置冷卻時間。在步驟326中，可以基于一個或多個查找表改變冷卻時間。一個或多個查找表可以基于最初確定的冷卻時間以及環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和環(huán)境壓力中的至少一種，確定所調(diào)節(jié)的冷卻時間。在最初確定的冷卻時間上增加或減去時間，以獲得所調(diào)節(jié)的冷卻時間。環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和環(huán)境壓力的這些值可以由傳感器62提供。在步驟328中，控制運(yùn)行冷卻，維持所調(diào)節(jié)的冷卻時間。
[0028]在步驟330中，控制確定冷卻時間是否已完成。如能夠理解的，冷卻時間可以被設(shè)置為任何值，例如6分鐘。然而，如能夠理解的，冷卻計時器將基于在步驟326中確定的值改變。如果在步驟330中冷卻計時器未完成，則控制返回至步驟328。如果在步驟330中冷卻計時器已完成，則控制繼續(xù)至步驟332。在步驟332中，控制確定EGT是否低于閾值溫度并確定冷卻是否已完成。如果EGT不低于閾值溫度，則控制返回至步驟328。如果EGT低于閾值溫度，則控制繼續(xù)至步驟340。在步驟340中，清洗該系統(tǒng)。在一個示例中，可以通過使泵54反向操作，來清洗系統(tǒng)。在步驟342中，控制確定清洗計時器是否完成。校準(zhǔn)值可以是任何值，例如120秒。如果在步驟342中計時器尚未完成，則控制返回至步驟340。如果在步驟342中計時器已完成，則在步驟344中使泵54不工作。
[0029]已經(jīng)為了例示和描述的目的提供了實(shí)施例的前述描述。其不意欲窮盡或限制本公開內(nèi)容。即使沒有具體示出或描述，特定實(shí)施例的單獨(dú)的元件或特征通常不限于該特定實(shí)施例，而是在可應(yīng)用的場合，能夠互換，并且能夠用于所選實(shí)施例中。特定實(shí)施例的單獨(dú)的元件或特征還可以以許多方式變化。這些變化不被認(rèn)為是脫離本公開內(nèi)容，并且所有這些更改意欲包括在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于還原發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)廢氣中的氮氧化物的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括: 排放物催化器，具有適于從所述發(fā)動機(jī)接收廢氣的入口 ； 還原劑箱，用于存儲還原劑； 噴射器，與所述還原劑箱流體連通，并且可操作地將所述還原劑噴射到位于所述催化器上游的廢氣中； 還原劑泵，將所述還原劑從所述還原劑箱泵送至所述噴射器；以及控制器，基于發(fā)動機(jī)操作狀況確定所述還原劑的目標(biāo)壓力，并且操作所述還原劑泵來供應(yīng)所述目標(biāo)壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述發(fā)動機(jī)操作狀況包括所述發(fā)動機(jī)的“打開”和“關(guān)閉”狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)壓力包括適于“打開”的發(fā)動機(jī)操作狀況的第一目標(biāo)壓力和適于“關(guān)閉”的發(fā)動機(jī)操作狀況的第二目標(biāo)壓力，其中所述第二目標(biāo)壓力低于所述第一目標(biāo)壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中所述第一目標(biāo)壓力基本為大約5.5巴，所述第二目標(biāo)壓力基本為大約2.0巴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中所述發(fā)動機(jī)操作狀況包括發(fā)動機(jī)廢氣溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制器基于所述廢氣溫度操作所述還原劑泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中所述控制器基于所述廢氣溫度確定冷卻時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中在所述發(fā)動機(jī)“關(guān)閉”并且所述廢氣溫度高于閾值之后，所述控制器操作所述還原劑泵維持所述冷卻時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中所述冷卻時間基于環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和環(huán)境壓力中的至少一種被調(diào)節(jié)。
10.一種利用還原劑還原發(fā)動機(jī)的廢氣流中的氮氧化物的方法，所述方法包括: 確定所述發(fā)動機(jī)的包括“關(guān)閉”和“打開”之一的操作狀況； 基于所述發(fā)動機(jī)的操作狀況，將所述還原劑的目標(biāo)壓力設(shè)置為第一壓力和第二壓力之一，所述第二壓力低于所述第一壓力； 確定所述廢氣流的溫度； 基于所述溫度高于預(yù)定的閾值溫度，設(shè)置冷卻模式；以及 基于所述發(fā)動機(jī)“關(guān)閉”的操作狀況和被設(shè)置的冷卻模式，操作所述還原劑泵，以供應(yīng)所述第二壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中確定所述廢氣流的溫度包括: 傳遞來自被布置為與所述廢氣流流體連通的溫度傳感器的溫度信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括: 基于所述溫 度確定冷卻時間；以及 在所述發(fā)動機(jī)“關(guān)閉”并且所述溫度信號高于閾值之后，操作所述還原劑泵維持所述冷卻時間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述冷卻時間基于環(huán)境溫度被調(diào)節(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述冷卻時間基于環(huán)境濕度被調(diào)節(jié)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述冷卻時間基于環(huán)境壓力被調(diào)節(jié)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中操作所述還原劑泵包括使所述還原劑通過所述噴射器再循環(huán)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括從所述噴射器清洗掉所述還原劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中清洗包括: 反向操作所述還原劑泵。
19.一種利用還原劑還原發(fā)動機(jī)的廢氣流中的氮氧化物的方法，所述方法包括: 確定所述廢氣流的第一溫度； 基于所述第一溫度與預(yù)定的噴射器啟動閾值溫度之間的比較，將所述還原劑的目標(biāo)壓力設(shè)置為第一壓力和更低的第二壓力之一； 確定所述發(fā)動機(jī)的包括“關(guān)閉”和“打開”之一的操作狀況； 當(dāng)所述操作狀況為“打開”時，操作還原劑泵，以向噴射器供應(yīng)所述第一壓力和所述第二壓力之一； 當(dāng)所述發(fā)動機(jī)的操作狀況為“關(guān)閉”時，將所述還原劑的目標(biāo)壓力設(shè)置為所述第二壓`力； 確定所述廢氣系統(tǒng)的第二溫度； 基于所述第二溫度確定冷卻時間；以及 基于所述第二溫度高于閾值以及所述操作狀況為“關(guān)閉”，操作所述還原劑泵維持所述冷卻時間。
20.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括基于環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和環(huán)境壓力中的至少一種調(diào)節(jié)所述冷卻時間。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中當(dāng)所述第一溫度未超過所述噴射器啟動閾值溫度時，設(shè)置所述更低的第二目標(biāo)壓力。
【文檔編號】F01N9/00GK103717850SQ201280038254
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月5日
【發(fā)明者】邁克爾·L·肖維爾斯, 瑞安·A·弗洛伊德, 詹姆士·J·雷諾茲三世, 約瑟夫·G·拉爾夫 申請人:坦尼科汽車操作有限公司