用于確定儲(chǔ)罐中的還原劑的量的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于確定意在還原機(jī)動(dòng)車輛的廢氣中的NOx的量的系統(tǒng)的儲(chǔ)罐（10）中的還原劑的量的方法。該系統(tǒng)包括：設(shè)置在儲(chǔ)罐（10）中并能夠根據(jù)對(duì)還原劑的需求可逆地存儲(chǔ)和釋放還原劑的存儲(chǔ)材料（11），對(duì)還原劑的需求可隨時(shí)間推移而變化；設(shè)計(jì)成提供熱量以從存儲(chǔ)材料（11）釋放還原劑的加熱裝置（12）；以及用于驅(qū)動(dòng)加熱裝置（12）以釋放還原劑的控制裝置（13）。該方法包括以下步驟：a)只要機(jī)動(dòng)車輛一啟動(dòng)，就驅(qū)動(dòng)加熱裝置（12）使得它在稱為初始階段的階段期間傳遞恒定功率，在該初始階段期間儲(chǔ)罐（10）內(nèi)的壓力增加直到它達(dá)到預(yù)定值，然后調(diào)整加熱裝置（12）的驅(qū)動(dòng)以圍繞基準(zhǔn)值調(diào)節(jié)壓力；b)測(cè)量初始階段的時(shí)間或在該初始階段期間壓力對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；c)將測(cè)量的初始階段的時(shí)間、所述壓力對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)或兩者的組合與根據(jù)儲(chǔ)罐（10）中的還原劑的量的初級(jí)階段的各個(gè)校準(zhǔn)的值相比較以確定所述儲(chǔ)罐（10）中的所述還原劑的量。
【專利說(shuō)明】用于確定儲(chǔ)罐中的還原劑的量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所提出的發(fā)明涉及用于測(cè)量包含在儲(chǔ)罐中的還原劑的水平的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]與運(yùn)輸有關(guān)的污染物的排放已成為近三十年來(lái)行業(yè)進(jìn)步的重要驅(qū)動(dòng)力。針對(duì)四種管制污染物(C0、HC、N0x、顆粒)的排放限制的逐步加強(qiáng)已使得可以顯著改善空氣質(zhì)量，尤其是在大建筑物密集的區(qū)域。
[0003]日益增長(zhǎng)的汽車的使用需要繼續(xù)努力以進(jìn)一步減少這些污染物的排放。因此，在預(yù)計(jì)于2015年生效的€6標(biāo)準(zhǔn)的更嚴(yán)格的歐洲排放水平的情況下，氮氧化物(NOx)的減少仍然是復(fù)雜的問(wèn)題。在所有行駛條件下具有可用的高效清理技術(shù)對(duì)于運(yùn)輸行業(yè)仍然是重大的挑戰(zhàn)。
[0004]其次，與C02排放直接有關(guān)的燃料消耗已成為關(guān)注的重點(diǎn)。因此，從2012年起對(duì)于私家車輛的C02排放的規(guī)定將以歐洲水平實(shí)施。已達(dá)成一致的是，在未來(lái)幾十年里將定期地降低該限制。因此，C02的減少顯然被強(qiáng)加給整個(gè)運(yùn)輸行業(yè)。
[0005]局部污染(NOx)的降低和燃料消耗(C02)的降低這兩方面的問(wèn)題對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是特別困難的，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的稀薄燃燒伴隨有難以處理的NOx。
[0006]已經(jīng)存在諸如在EPI977817中所描述的設(shè)備，通過(guò)利用存儲(chǔ)在儲(chǔ)罐內(nèi)設(shè)置的堿土氯鹽類型的存儲(chǔ)材料中的氨的SCR (選擇性催化還原)催化劑能夠還原NOx的量。由于該反應(yīng)與存儲(chǔ)材料內(nèi)的溫度直接相關(guān)，因此通過(guò)可以加熱存儲(chǔ)材料的加熱裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)氨到廢氣中的注入，以啟用可逆的吸收/解吸氨反應(yīng)。
[0007]實(shí)際上，氨以NOx還原反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量比被連續(xù)不斷地注入到廢氣中。因此，必須能夠在車上存儲(chǔ)足夠量的氨。為了限制包含存儲(chǔ)材料的儲(chǔ)罐的大小，汽車制造商贊成定期填充或更換儲(chǔ)罐，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)(更換機(jī)油)期間或在填充燃料罐時(shí)。根據(jù)所考慮的車輛(私家車輛、重型貨車等)，有必要在車輛壽命期間提供10到100次之間的填充儲(chǔ)罐或更換儲(chǔ)罐的操作。
[0008]這種需要確保在整個(gè)車輛壽命內(nèi)有效治理NOx污染的定期維護(hù)操作是使用SCR技術(shù)的不同國(guó)家具體規(guī)定的主題。所有這些規(guī)定的共同點(diǎn)是必須能夠確定儲(chǔ)罐中剩余的氨的量，以能夠在必須進(jìn)行填充時(shí)提醒駕駛員。例如，在針對(duì)私家車輛的歐洲立法中，必須能夠測(cè)量至少兩個(gè)在2400km和800km處(分別大致對(duì)應(yīng)于3次燃料填充和I次燃料填充)的剩余操作范圍閾值。
[0009]此外，在各自包括氨存儲(chǔ)材料的幾個(gè)儲(chǔ)罐是在車載的情況下，為了簡(jiǎn)化車輛中的氨存儲(chǔ)系統(tǒng)的集成，或改進(jìn)它的操作(引入冷卻單元)，必須知道每個(gè)儲(chǔ)罐中剩余的氨的量，以便發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元能夠以最佳的方式驅(qū)動(dòng)包含在這些不同儲(chǔ)罐中的氨的注入。
[0010]因此，本發(fā)明的目的在于提出一種確定還原劑(優(yōu)選為包含在儲(chǔ)罐中的氨)的量的手段。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明，由于確定旨在還原機(jī)動(dòng)車輛的廢氣中的NOx的量的系統(tǒng)的儲(chǔ)罐中的還原劑的量的方法而實(shí)現(xiàn)了該目的。該系統(tǒng)包括:
[0012]-存儲(chǔ)材料，該存儲(chǔ)材料設(shè)置在儲(chǔ)罐中并且能夠根據(jù)對(duì)還原劑的需求可逆地存儲(chǔ)和釋放還原劑，該需求可隨時(shí)間推移而變化；
[0013]-加熱裝置，該加熱裝置設(shè)計(jì)成提供熱量以用于從存儲(chǔ)材料釋放還原劑；
[0014]-控制裝置，該控制裝置用于驅(qū)動(dòng)加熱裝置以釋放還原劑，
[0015]根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟:
[0016]a)當(dāng)機(jī)動(dòng)車輛啟動(dòng)時(shí)，確定儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力和溫度是否穩(wěn)定，
[0017]b)肯定地，驅(qū)動(dòng)加熱裝置，使得它在稱為初始階段的階段期間傳遞恒定功率，從而在切換至稱為圍繞基準(zhǔn)值的調(diào)節(jié)壓力的階段之前使儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力增加直到該壓力達(dá)到預(yù)定值；
[0018]c)測(cè)量初始階段的時(shí)間；
[0019]d)將所述初始階段的測(cè)量的時(shí)間與針對(duì)儲(chǔ)罐的各種校準(zhǔn)值相比較，以確定所述儲(chǔ)罐中的還原劑的量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]通過(guò)閱讀以示例的方式而不以任何方式限定以及通過(guò)參照示意圖唯一地給出的優(yōu)選形式的實(shí)施方式的描述后，本發(fā)明的特點(diǎn)將變得更清楚，在所述示意圖中:
[0021]圖1表示氨存儲(chǔ)和供應(yīng)系統(tǒng)的功能架構(gòu)；
[0022]圖2示出了在系統(tǒng)的初始和調(diào)節(jié)階段期間儲(chǔ)罐中的壓力以及氨的流速的演變；
[0023]圖3示出了根據(jù)用還原劑填充儲(chǔ)罐的三個(gè)速度的儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力的演變；
[0024]圖4示出了根據(jù)用還原劑填充儲(chǔ)罐的三個(gè)速度的圖3的儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；
[0025]圖5表示針對(duì)用還原劑填充儲(chǔ)罐的三個(gè)速度，根據(jù)環(huán)境溫度的壓力升高時(shí)間的映射，以及
[0026]圖6表示針對(duì)用還原劑填充儲(chǔ)罐的三個(gè)速度，根據(jù)環(huán)境溫度的所述壓力對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)的映射。
【具體實(shí)施方式】
[0027]根據(jù)圖1，用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的系統(tǒng)包括儲(chǔ)罐10，儲(chǔ)罐10包含存儲(chǔ)材料11，其中優(yōu)選存儲(chǔ)用于還原機(jī)動(dòng)車輛的廢氣中的NOx的氨。加熱裝置12設(shè)計(jì)成將熱量提供至存儲(chǔ)材料11，使得氨可從存儲(chǔ)材料11中解吸，然后注入廢氣中。加熱裝置12以電阻的形式，但還可以是通過(guò)傳熱流體(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑或機(jī)動(dòng)車輛的廢氣)提供的熱交換器的形式。
[0028]系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制裝置13，根據(jù)圖2，控制裝置13 —方面能夠圍繞基準(zhǔn)值調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐10內(nèi)的壓力，另一方面計(jì)量氨，使得氨可以以NOx還原反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量比持續(xù)地注入到機(jī)動(dòng)車輛的廢氣中。
[0029]根據(jù)對(duì)一定數(shù)量的發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛參數(shù)的分析動(dòng)態(tài)地確定壓力設(shè)置點(diǎn)，所述參數(shù)例如為每個(gè)時(shí)刻排放的NOx的濃度、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑劑的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的溫度、車輛的速度、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷或這些參數(shù)的組合。
[0030]控制裝置13優(yōu)選包括設(shè)計(jì)成測(cè)量?jī)?chǔ)罐10內(nèi)的壓力的壓力傳感器14和諸如電磁閥的氨氣的計(jì)量單元15。應(yīng)當(dāng)指出，溫度傳感器可代替壓力傳感器，壓力通過(guò)計(jì)算來(lái)確定。優(yōu)選地，在計(jì)量單元15的出口增加用于測(cè)量氨的流速的流量計(jì)16。其還包括在它的出口處的音速喉部17，該音速喉部17使得能夠衰減壓力振蕩。前段中的至少一些參數(shù)被集成到連接至發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元19的電子控制單元18中，使得控制單元18可驅(qū)動(dòng)加熱設(shè)備12，以便獲得表示機(jī)動(dòng)車輛的行駛條件的基準(zhǔn)壓力。
[0031]當(dāng)在儲(chǔ)罐10內(nèi)產(chǎn)生足夠高和足夠穩(wěn)定的壓力時(shí),環(huán)在流量計(jì)16上的計(jì)量單元15使得能夠根據(jù)由控制單元19計(jì)算的流速，通過(guò)注入模塊20將氨注入到機(jī)動(dòng)車輛的廢氣中。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選形式，驅(qū)動(dòng)加熱裝置12，使得加熱裝置12傳遞其最大功率以加速儲(chǔ)罐10內(nèi)的壓力升高，并且當(dāng)在稱為圍繞設(shè)置點(diǎn)壓力調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐10內(nèi)的壓力的階段之前的稱為初始階段的階段期間條件是有利的且唯一的時(shí)候，在機(jī)動(dòng)車輛已啟動(dòng)之后仍這樣操作，該設(shè)置點(diǎn)壓力的值通過(guò)上面已經(jīng)提及的若干參數(shù)來(lái)計(jì)算。
[0033]當(dāng)儲(chǔ)罐10內(nèi)的壓力接近基準(zhǔn)值時(shí)，控制單元19驅(qū)動(dòng)加熱裝置12的功率，以圍繞計(jì)算的基準(zhǔn)壓力來(lái)調(diào)節(jié)儲(chǔ)罐10內(nèi)的壓力。
[0034]車輛一啟動(dòng)，儲(chǔ)罐10內(nèi)的壓力接近基準(zhǔn)值所需的時(shí)間則取決于若干參數(shù)，尤其是:
[0035]-當(dāng)機(jī)動(dòng)車輛啟動(dòng)時(shí)儲(chǔ)罐10中的初始?jí)毫?，該初始?jí)毫εc環(huán)境溫度和從車輛的停止開(kāi)始所花費(fèi)的時(shí)間有關(guān)；
[0036]-加熱設(shè)備12的功率；
[0037]-存儲(chǔ)材料11的熱導(dǎo)率。
[0038]由于金屬氯化鹽的熱導(dǎo)率較低，因此將膨脹的天然石墨類型的粘合劑加入到鹽中。
[0039]用氨填充材料的速度還對(duì)儲(chǔ)罐10內(nèi)的壓力升高有影響。事實(shí)上，當(dāng)存儲(chǔ)材料11對(duì)氨完全飽和時(shí)，通過(guò)加熱裝置12傳輸?shù)臒崃苛⒖炭捎糜谔岣呶挥诟浇陌睆?fù)合物的溫度，這具有增加儲(chǔ)罐10內(nèi)的壓力的結(jié)果。當(dāng)存儲(chǔ)材料11缺乏氨時(shí)，熱量必須在材料中傳輸直到距離加熱裝置12最遠(yuǎn)的氨復(fù)合物。隨著材料11缺乏氨，壓力的演變減慢。此外，由于所述材料11在其氨解吸期間的體積收縮，其熱導(dǎo)率隨著儲(chǔ)罐的氨的缺乏而逐步下降。
[0040]考慮到上述內(nèi)容，通過(guò)在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)連續(xù)執(zhí)行三個(gè)操作來(lái)評(píng)估用氨填充儲(chǔ)罐10的速度，即:
[0041]-包括選擇用于評(píng)估儲(chǔ)罐中的氨的量的有利條件的操作；
[0042]-一方面包括測(cè)量?jī)?chǔ)罐10內(nèi)的壓力升高時(shí)間以及另一方面包括確定壓力對(duì)由此得到的時(shí)間的導(dǎo)數(shù)的操作；
[0043]-包括根據(jù)壓力升高時(shí)間和壓力對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)確定儲(chǔ)罐中的氨的量的操作。
[0044]選擇有利條件
[0045]該操作的目的在于選擇對(duì)于在初始階段期間測(cè)量?jī)?chǔ)罐10中的壓力升高的典型案例。當(dāng)滿足兩個(gè)條件時(shí)，傳送正的設(shè)置點(diǎn)。
[0046]第一條件是確保初始條件穩(wěn)定，使得儲(chǔ)罐10在上述運(yùn)行后已返回至穩(wěn)定的溫度和壓力狀態(tài)(在材料中沒(méi)有溫度梯度)。這樣做的話，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)(PO:初始?jí)毫?壓力測(cè)量將與環(huán)境溫度下存儲(chǔ)容器中預(yù)期的平衡壓力(Pamb)相比較。利用在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元19中可用的環(huán)境溫度(Tamb)的測(cè)量，通過(guò)Clausius-Clapeyron關(guān)系來(lái)計(jì)算該預(yù)期壓力，在Clausius-Clapeyron關(guān)系下Δ Hr和Δ Sr為所使用材料的特性并且R為理想氣體常數(shù)。._ - MIr ASr
【權(quán)利要求】
1.用于確定系統(tǒng)的儲(chǔ)罐(10)中的還原劑的量的方法，所述系統(tǒng)旨在還原機(jī)動(dòng)車輛的廢氣中的NOx的量，所述系統(tǒng)包括: -存儲(chǔ)材料(11)，所述存儲(chǔ)材料(11)設(shè)置在所述儲(chǔ)罐(10)中并且能夠根據(jù)對(duì)還原劑的需求可逆地存儲(chǔ)和釋放所述還原劑，對(duì)還原劑的需求可隨時(shí)間推移而變化； -加熱裝置(12)，所述加熱裝置(12)設(shè)計(jì)成提供熱量以從所述存儲(chǔ)材料(11)釋放所述還原劑，以及 -控制裝置(13)，所述控制裝置(13)用于驅(qū)動(dòng)所述加熱裝置(12)以釋放所述還原劑， 其特征在于，所述方法包括以下步驟: a)所述機(jī)動(dòng)車輛一啟動(dòng)， 就驅(qū)動(dòng)所述加熱裝置(12)，使得所述加熱裝置(12)在稱為初始階段的階段期間傳遞恒定功率，在所述階段中所述儲(chǔ)罐(10)內(nèi)的壓力增加直到其達(dá)到預(yù)定值，然后調(diào)整所述加熱裝置(12)的驅(qū)動(dòng)以圍繞基準(zhǔn)值調(diào)節(jié)所述壓力； b)測(cè)量所述初始階段的時(shí)間或在所述初始階段期間壓力對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)； c)將測(cè)量的所述初始階段的時(shí)間、所述壓力對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)或兩者的組合與根據(jù)所述儲(chǔ)罐(10)中的還原劑的量的初級(jí)階段的各個(gè)校準(zhǔn)的值相比較，以確定所述儲(chǔ)罐(10)中的所述還原劑的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，取所述測(cè)量的初始階段的時(shí)間和所述壓力對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)之間的平均值，將該平均值與不同的校準(zhǔn)的值相比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括在步驟a)之前的附加步驟，所述附加步驟包括確定當(dāng)所述機(jī)動(dòng)車輛啟動(dòng)時(shí)，所述儲(chǔ)罐(10)內(nèi)的壓力和溫度是否穩(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在所述附加步驟期間，測(cè)量所述儲(chǔ)罐(10)內(nèi)的初始?jí)毫?P。)，然后與平衡壓力(Pamb)相比較，以及其中，如果是以下的情況，則所述儲(chǔ)罐(10)內(nèi)的壓力和溫度被看作是穩(wěn)定的:
0.7Xpamb < Po < l，3XPamb。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述平衡壓力(Pamb)通過(guò)以下關(guān)系進(jìn)行計(jì)算:.一 Δ///.ASr
【文檔編號(hào)】F01N3/20GK103732877SQ201280039424
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年6月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月24日
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