用於對機動車輛上的後處理系統進行氨噴射質量測量的方法

2023-09-13 01:02:10

專利名稱：用於對機動車輛上的後處理系統進行氨噴射質量測量的方法
技術領域：
本發明涉及用於對機動車輛上的後處理系統進行氨噴射質量測量的方法。本發明還涉及用於進行氨噴射質量測量的裝置，並且涉及機動車輛上的後處理系統。具體地，本發明涉及來自機動車輛內燃機的排氣的後處理。
背景技術：
將氨水直接噴射至SCR催化轉換器(選擇性催化反應，Selective Catalytic Reaction)上遊的排氣系統，用於將廢氣中的NOx排放物轉換成氮氣和水蒸氣。廢氣的溫度必須高於至少220°C的最小閾值溫度，以確保氨或尿素的正確蒸發。為了實現所需程度的NOx轉化，通常在廢氣的溫度仍然低於所需最佳閾值溫度 (例如170攝氏度)時開始氨的噴射。此外，在廢氣中必須採用混合器，以確保所噴射的氨與廢氣的正確混合。以低的溫度進行噴射可能會導致所噴射氨水的不良蒸發，並且進一步導致氨在噴嘴內和其上以及在排氣區域內的沉積。這些沉積對於混合質量具有不利影響，進而對SCR催化轉換器轉化NOx排放物的能力具有不利影響。最後，氨沉積能夠導致所噴射的氨的期望或所需量與實際量之間存在偏差，特別是在低溫下和/或在噴嘴和/或所述混合器上已經有沉積時尤其如此。這影響氨存儲模式的精確度以及排氣流上遊部分內的α比(alpha ratio)(氨摩爾數與NOx摩爾數的比)。

發明內容
本發明的目的在於改善機動車輛後處理系統中的氨噴射質量。根據本發明，該目的通過權利要求1、13和15的特徵實現。本發明的有利改進在所述權利要求書中限定。根據本發明的第一方面，一種用於對機動車輛上的後處理系統進行氨噴射質量測量的方法，所述後處理系統具有至排氣流內的噴射位置，所述方法包括下述步驟-測量噴射位置上遊的NOx濃度和噴射位置下遊的NOx和氨總濃度之間的差；-評測(evaluate)與所噴射氨的濃度相關聯的測量信號。例如能夠以差量傳感器執行的這種測量允許精確地確定噴射位置下遊的氨濃度。 還可以使用兩個不同的傳感器，並且能夠在邏輯單元中計算兩個測量信號之間的差。該方法使得可以對噴射的氨進行簡單和可靠的測量。測量信號可以與能基於噴射系統的特徵計算的值相比較。測量信號為零的值能夠表示沒有在噴射氨。對於測量信號來說，大於零的值能夠表示在噴射氨。測量信號的大小能夠與氨的濃度和/或量相關聯。氨濃度能夠轉換成噴射的氨的質量流。這能夠選擇性地在測量信號的值大於零的情況下執行。
3
所噴射氨的量能夠根據測量信號進行修正。從而測量方法本身擴展為提供氨噴射的閉環控制。所噴射氨的量能夠在最大和最小極限值之間。該極限值可以用於檢查對於氨所測得的值(例如從噴射系統獲得的)是否在所期望值周圍的極限值之內。能夠從低於期望值或最小極限值的質量流來檢測堵塞或阻塞的噴嘴。該診斷設施增強整個排氣後處理系統的可靠性。在堵塞或阻塞噴嘴的情況下，能夠開始再生循環和/或生成警報。例如，如果噴嘴堵塞，則能夠在再生循環中加熱噴嘴的末端以蒸發沉積。在堵塞的情況下，能夠例如生成警報或診斷信息，然後該警報或診斷信息能夠被給送至發動機管理系統。能夠在燃料供應切斷且氨噴射最小的情況下檢查檢測堵塞或阻塞的噴射噴嘴的功能。在燃料供應切斷的情況下，NOx濃度等於零，從而使得檢查氨濃度是簡單的事情。這樣，例如可以在再生循環之後檢查噴嘴工作的能力。能夠通過對氨的期望量與氨的測得量之間的差進行積分而計算氨的沉積速率。為此，能夠計算和跟蹤所沉積氨的量。使用所述沉積速率，能夠計算沉積氨的量，並且能夠執行用於蒸發所述沉積的加熱策略。這使得可以進行預防性的沉積處理。這樣，在沉積在後處理系統中產生任何不利影響之前，能夠蒸發所述沉積，從而提高質量且增加使用壽命。能夠提供存儲模式，存儲模式將沉積氨的蒸發考慮在內，用於計算將噴射氨的速率。蒸發的成分增加氨濃度。允許進行這些補償，使得可以將氨水平維持得更加精確，從而提高後處理系統的質量。根據本發明第二方面，一種用於對機動車輛上的後處理系統進行氨噴射質量測量的裝置，所述後處理系統具有至排氣流內的噴射位置，所述裝置包括第一測量點，其用於測量噴射位置上遊的NOx濃度；第二測量點，其用於測量噴射位置下遊的NOx和氨的總濃度；以及差量邏輯單元，其用於形成NOx濃度與NOx和氨總濃度之間的差。所述裝置允許對氨濃度進行簡單和可靠的測量。包括第一測量點、第二測量點和差量邏輯單元的差量傳感器使得能夠以簡單、可靠且經濟的方式構造所述系統。根據本發明的另一方面，機動車輛上的後處理系統包括用於進行氨噴射質量測量的上述裝置。為了更好地整合，測量裝置可以是後處理系統的一部分。這樣，能夠簡化數據流，例如原因在於需要較少的接口和/或使用相同的協議。


下面結合附圖以更詳細的方式說明本發明，在附圖中圖1示出帶有根據本發明的測量裝置的後處理系統的示意圖。
具體實施例方式附圖僅僅用於說明本發明，而不限制本發明。附圖和各個部分並非必然是按比例繪製的。相同的附圖標記表示相同或相似的部分。圖1示出機動車輛上的後處理系統1，在後處理系統1中對來自內燃機的排氣進行後處理。後處理系統1的圖示部分包括排氣管2，排氣管2通入SCR(選擇性催化反應)催化轉換器3。噴嘴4設置在催化轉換器3上遊，即在內燃機的方向上。噴嘴4將氨水噴射至排氣管2內。混合器5設置在噴嘴4下遊，即噴嘴4和催化轉換器3之間。混合器5用於將氨與排氣混合。取決於排氣系統和/或後處理系統1的特性，可以設置或不設置混合器5。用於測量氨噴射質量的測量系統6設置在後處理系統1中。測量系統6具有設置在噴射位置上遊的排氣管2內的第一測量點7。在此，測量NOx的濃度。如果設置混合器 5，如圖所示，第二測量點8還設置在混合器5下遊。在第二測量點8，測量NOx和氨的總濃度。測量系統6進一步包括差量邏輯單元9，藉助於邏輯單元9從NOx和氨的總濃度減去NOx濃度。以此方式，確定廢氣中氨的濃度。第一測量點7、第二測量點8和差量邏輯單元9可以是單個差量傳感器10的組成部分。處理器11連接至差量傳感器10，或連接至差量邏輯單元9，並且處理測量信號。處理器11可以是差量傳感器10、測量系統6、後處理系統1的一部分，或者可以是車輛的處理器或控制處理器(例如發動機管理系統的)的一部分。處理器11連接至噴嘴4或者連接至噴嘴4的控制器，以控制氨水的噴射。差量邏輯單元9能夠在處理器11內實現。在處理器11內，評測所述測量信號，並且，例如在此基礎上執行程序調度程序做出決定。然後處理器11輸出控制和/或狀態信號，例如輸出至噴嘴4，以及輸出至附加處理器和信息系統(未示出)，所述信號能夠是分等級地處於較低級別、優先的或具有相同等級。下面首先討論對測量信號的評測。如果測量信號的值為零，這意味著沒有噴射氨。 大於零的測量信號意味著有氨在噴射。測得的濃度能夠轉換成所噴射的氨的質量流——這例如是以mg/s表示的。測量信號使得可以檢查噴射，這是因為在任何特定時刻從噴射系統或發動機管理系統已知是否在進行噴射。希望的或噴射的氨量應該在最大極限值和最小極限值之間。這能夠藉助於對於氨噴射的已知規定值並且藉助於對於氨實際濃度的測量信號來檢查。堵塞或阻塞的噴嘴4能夠從低於期望值的質量流而被檢測到。如果由處理器11 檢測到，則能夠開始再生循環和/或生成警報。在再生循環期間，噴嘴4能夠被加熱，以蒸發沉積的氨。所述警報能夠是診斷信息來指示系統應該被維護，或者例如能夠是下述信息 對發動機管理系統指示發動機應該保持在特定的運行範圍。對於阻塞或堵塞的噴嘴4可能有不同的響應，或者能夠進行相同的測量。能夠對檢測阻塞或堵塞噴嘴的功能進行檢查以判定運行的能力。為此，能夠以燃料供應切斷與氨的最小噴射來測量氨濃度，然後該氨濃度應該在最小極限值和最大極限值內。在燃料供應切斷的情況下，NOx濃度等於零，這允許對氨濃度進行簡單和可靠的測量。 該測試例如能夠在再生循環之後直接執行，以便例如檢查沉積的完全蒸發以及噴嘴4的工作的能力。能夠計算噴嘴4上的氨的沉積速率。對於已經清除沉積且被正確監測的噴嘴4，對沉積速率的計算將是更精確的。氨的沉積速率能夠通過對氨的期望量與氨的測得量之間的差進行積分而計算得出。
如果知道沉積速率，則能夠相對於時間計算SCR催化轉換器3上遊氨的沉積。例如，所述量能夠存儲在處理器11的非易失性儲存器內。沉積的量能夠用於被設計成蒸發沉積的加熱策略。根據該加熱策略，能夠規定在特定程度的沉積時加熱噴嘴4，以蒸發噴嘴4 上的以及噴嘴4周圍(也就是說，噴嘴4和SCR催化轉換器3之間)區域中的沉積。能夠選擇用於觸發加熱的具體值，使得噴嘴4不再堵塞，從而確保在任何時候正確地工作。能夠在處理器11中進一步提供存儲模式。存儲模式對後處理系統1建模，特別是對SCR催化轉換器3上遊的排氣管2內的氨的噴射和/或沉積進行建模。存儲模式能夠與其它因素一起使用，以計算需噴射的氨的速率。然後存儲模式能夠允許在所需氨的量中包含來自沉積氨的蒸發的氨量。這通過增加的氨濃度來避免不正確地設置後處理系統1。此夕卜，由於必須通過噴嘴4噴射的氨較少，所以節省氨，且氨的沉積減少。基於上述機制和模型，處理器11控制噴嘴4，以調節所噴射氨的量。存在與氨濃度的測量、測量信號的評測和/或存儲模式相關且包含通過噴嘴4噴射的氨的閉環控制。
權利要求
1.一種用於對機動車輛上的後處理系統(1)進行氨噴射質量測量的方法，所述後處理系統具有至排氣流內的噴射位置，所述方法包括下述步驟-測量所述噴射位置上遊的NOx濃度與所述噴射位置下遊的NOx和氨的總濃度之間的差；-評測與所噴射氨的濃度相關聯的測量信號。
2.根據權利要求1所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中所述測量信號的為零的值表示沒有在噴射氨。
3.根據權利要求1或2所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中所述測量信號的大於零的值表示在噴射氨。
4.根據權利要求3所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中所述氨濃度轉換成所噴射氨的質量流。
5.根據權利要求1至4中一項所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中所噴射氨的量根據所述測量信號進行修正。
6.根據權利要求5所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中所噴射氨的量在最大極限值和最小極限值之間。
7.根據權利要求4至6中一項所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中從低於期望值的質量流來檢測堵塞或阻塞的噴嘴G)。
8.根據權利要求7所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中在堵塞或阻塞的噴嘴 (4)的情況下，開始再生循環和/或生成警報。
9.根據權利要求7或8所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中在燃料供應切斷且最小氨噴射的情況下檢查檢測堵塞或阻塞的噴嘴的功能。
10.根據權利要求1至9中一項所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中通過對氨的期望量與氨的測得量之間的差進行積分而計算氨的沉積速率。
11.根據權利要求10所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中使用所述沉積速率計算沉積氨的質量，並且執行用於蒸發所述沉積的加熱策略。
12.根據權利要求11所述的用於進行氨噴射質量測量的方法，其中提供存儲模式，所述存儲模式將沉積氨的蒸發考慮在內，用於計算將噴射氨的速率。
13.一種用於對機動車輛上的後處理系統(1)進行氨噴射質量測量的裝置，所述後處理系統具有至排氣流內的噴射位置，所述裝置具有第一測量點(7)，所述第一測量點用於測量所述噴射位置上遊的NOx濃度； 第二測量點(8)，所述第二測量點用於測量所述噴射位置下遊的NOx和氨的總濃度；以及差量邏輯單元(9)，所述差量邏輯單元用於形成所述NOx濃度與所述NOx和氨的總濃度之間的差。
14.根據權利要求13所述的用於進行氨噴射質量測量的裝置，其中差量傳感器(10)包括所述第一測量點(7)、所述第二測量點(8)和所述差量邏輯單元(9)。
15.一種機動車輛上的後處理系統，其具有根據權利要求13或14所述的用於進行氨噴射質量測量的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種用於對機動車輛上的後處理系統(1)進行氨噴射質量測量的方法，所述後處理系統具有至排氣流內的噴射位置，所述方法包括下述步驟測量噴射位置上遊的NOx濃度和噴射位置下遊的NOx和氨總濃度之間的差；評測與所噴射氨的濃度相關聯的測量信號。
文檔編號F01N11/00GK102454460SQ20111030384
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月9日 優先權日2010年10月14日
發明者Y·M·S·雅庫伯 申請人:福特環球技術公司