確定還原劑的最大配給速率的系統和方法
2023-12-12 20:07:07 2
專利名稱：確定還原劑的最大配給速率的系統和方法
確定還原劑的最大配給速率的系統和方法技術領域
本發明的示例性實施例涉及用於內燃發動機的排氣處理系統，更具體地，涉及具有用於計算釋放到排氣中的還原劑的最大配給速率的控制模塊的排氣處理系統。
背景技術：
內燃發動機，尤其是柴油發動機所排出的排氣是一種不均勻混合物，其包括諸如一氧化碳(CO)、未燃燒的碳氫化合物(HC)和氮氧化物(NOx)這樣的氣體排放物，以及構成顆粒物質(PM)的凝聚相材料(液體和固體)。通常布置在催化劑載體或基體上的催化劑合成物被設於發動機排氣系統內以將這些排氣成分中的部分或全部轉化為非管制的排氣組分。
用於減少NOx排放物的排氣處理技術的一種類型是選擇性催化還原(SCR)裝置。還原劑通常噴入或射入SCR裝置上遊的熱排氣中。還原劑可以是尿素水溶液，其在熱排氣中分解為氨(NH3)並且由SCR裝置吸附。然後，在存在SCR催化劑的情況下，氨將NOx還原為氮。SCR裝置上遊的還原劑沿著橫向於流的方向的分布對於SCR催化劑的整體NOx還原效率具有很大的影響。具體而言，還原劑分布的均勻性影響SCR性能，其中，排氣中的還原劑的更為均勻的分布通常導致SCR催化劑能夠更有效地將NOx還原為氮。因此，如果排氣中的還原劑的分布不均勻，則SCR催化劑性能可能受到限制。還原劑的非均勻的分布還可以導致沿著排氣管道的內壁形成氰尿酸、密胺、雙縮脲和其它固體反應產物，這通常是不希望的。
改善還原劑分布的一個方法是在排氣管道中提供多個混合器或渦流器，並且增加排氣管道的長度。然而，該方法使排氣系統增加了額外的重量、成本、以及熱質量。因此，需要一種為SCR裝置提供比較均勻的還原劑分布的有成本效益的方法。發明內容
在本發明的一個示例性實施例中，提供一種用於內燃發動機的排氣處理系統，其具有排氣管道、還原劑源、溫度傳感器、進入空氣品質流量傳感器、以及控制模塊。排氣管道與內燃發動機流體連通，並且構造成從內燃發動機接收排氣。排氣含有氮氧化物(NOx)。還原劑源與排氣管道流體連通，且構造成噴射一定量的還原劑，該一定量的還原劑被釋放到所述排氣管道中。溫度傳感器位於排氣流中，用於確定還原劑源處的排氣的溫度。進入空氣品質流量傳感器測量進入內燃發動機的空氣品質流量。控制模塊與還原劑源、溫度傳感器、和進入空氣品質流量傳感器通信。控制模塊具有存儲還原劑的沸點溫度的存儲器。控制模塊包括用於監測還原劑源並且確定釋放到排氣管道中的還原劑的量的控制邏輯。控制模塊包括用於監測進入空氣品質流量傳感器並且基於空氣品質流量而計算排氣流率的控制邏輯。控制模塊包括用於至少基於排氣流率、排氣的溫度、以及還原劑的沸點溫度來計算還原劑的最大配給速率的控制邏輯。控制模塊包括用於將釋放到排氣管道中的還原劑的量與還原劑的最大配給速率進行比較的控制邏輯。控制模塊包括如果釋放到排氣管道中的還原劑的量大於還原劑的最大配給速率則調整釋放到排氣管道中的還原劑的量的控制邏輯。
此外，本發明還涉及以下技術方案。
1.一種用於內燃發動機的排氣處理系統,包括: 與內燃發動機流體連通的排氣管道，所述排氣管道構造成從所述內燃發動機接收排氣，所述排氣包含氮氧化物(NOx)； 與所述排氣管道流體連通的還原劑源，所述還原劑源構造成噴射一定量的還原劑，該一定量的還原劑被釋放到所述排氣管道中； 位於排氣流中的溫度傳感器，該溫度傳感器用於確定所述還原劑源處的排氣的溫度；用於測量進入所述內燃發動機的空氣品質流量的進入空氣品質流量傳感器；以及與所述還原劑源、所述溫度傳感器、和所述進入空氣品質流量傳感器通信的控制模塊，所述控制模塊具有存儲器，該存儲器存儲還原劑的沸點溫度，所述控制模塊包括: 用於監測所述還原劑源並且估計釋放到所述排氣管道中的還原劑的量的控制邏輯；用於監測所述進入空氣品質流量傳感器並且基於空氣品質流量而計算排氣流率的控制邏輯； 用於至少基於排氣流率、排氣的溫度、以及還原劑的沸點溫度來計算還原劑的最大配給速率的控制邏輯； 用於將釋放到所述排氣管道中的還原劑的量與還原劑的最大配給速率進行比較的控制邏輯；以及 如果釋放到排氣管道中的還原劑的量大於還原劑的最大配給速率則調整釋放到排氣管道中的還原劑的量的控制邏輯。
2.如技術方案I所述的排氣處理系統，其中，所述控制模塊包括將釋放到所述排氣管道中的還原劑的量調整為還原劑的最大配給速率的控制邏輯。
3.如技術方案I所述的排氣處理系統，其中，所述控制模塊的存儲器包括排氣流比熱查詢表，並且其中，排氣流比熱值基於所述還原劑源處的排氣的溫度。
4.如技術方案3所述的排氣處理系統，其中，所述控制模塊的存儲器包括還原劑相變焓查詢表，其中，還原劑相變焓值基於還原劑從液體變為蒸汽時的還原劑的焓，並且其中，還原劑相變焓值基於所述還原劑源處的排氣的溫度。
5.如技術方案4所述的排氣處理系統，其中，所述控制模塊包括基於以下公式來計算還原劑的最大配給速率 的控制邏輯:
權利要求
1.一種用於內燃發動機的排氣處理系統，包括: 與內燃發動機流體連通的排氣管道，所述排氣管道構造成從所述內燃發動機接收排氣，所述排氣包含氮氧化物(NOx)； 與所述排氣管道流體連通的還原劑源，所述還原劑源構造成噴射一定量的還原劑，該一定量的還原劑被釋放到所述排氣管道中； 位於排氣流中的溫度傳感器，該溫度傳感器用於確定所述還原劑源處的排氣的溫度； 用於測量進入所述內燃發動機的空氣品質流量的進入空氣品質流量傳感器；以及 與所述還原劑源、所述溫度傳感器、和所述進入空氣品質流量傳感器通信的控制模塊，所述控制模塊具有存儲器，該存儲器存儲還原劑的沸點溫度，所述控制模塊包括: 用於監測所述還原劑源並且估計釋放到所述排氣管道中的還原劑的量的控制邏輯； 用於監測所述進入空氣品質流量傳感器並且基於空氣品質流量而計算排氣流率的控制邏輯； 用於至少基於排氣流率、排氣的溫度、以及還原劑的沸點溫度來計算還原劑的最大配給速率的控制邏輯； 用於將釋放到所述排氣管道中的還原劑的量與還原劑的最大配給速率進行比較的控制邏輯；以及 如果釋放到排氣管道中的還原劑的量大於還原劑的最大配給速率則調整釋放到排氣管道中的還原劑的量的控制邏輯。
2.如權利要求1所述的排氣處理系統，其中，所述控制模塊包括將釋放到所述排氣管道中的還原劑的量調整為還原劑的最大配給速率的控制邏輯。
3.如權利要求1所述的排氣處理系統，其中，所述控制模塊的存儲器包括排氣流比熱查詢表，並且其中，排氣流比熱值基於所述還原劑源處的排氣的溫度。
4.如權利要求3所述的排氣處理系統，其中，所述控制模塊的存儲器包括還原劑相變焓查詢表，其中，還原劑相變焓值基於還原劑從液體變為蒸汽時的還原劑的焓，並且其中，還原劑相變焓值基於所述還原劑源處的排氣的溫度。
5.如權利要求4所述的排氣處理系統，其中，所述控制模塊包括基於以下公式來計算還原劑的最大配給速率的控制邏輯:
6.如權利要求1所述的排氣處理系統，其中，所述排氣處理系統還包括與所述排氣管道流體連通的選擇性催化還原(SCR)裝置，所述選擇性催化還原(SCR)裝置構造成接收排氣，並且所述SCR裝置從所述還原劑源接收還原劑，將還原劑和排氣中的NOx轉換為中間產物。
7.如權利要求1所述的排氣處理系統，其中，所述還原劑源是還原劑噴射器。
8.如權利要求1所述的排氣處理系統，其中，所述還原劑是尿素。
9.一種用於內燃發動機的排氣處理系統，包括:與內燃發動機流體連通的排氣管道，所述排氣管道構造成從所述內燃發動機接收排氣，所述排氣包含氮氧化物(NOx)； 與所述排氣管道流體連通的還原劑源，所述還原劑源構造成噴射一定量的還原劑，該一定量的還原劑被釋放到所述排氣管道中； 位於排氣流中的溫度傳感器，該溫度傳感器用於確定所述還原劑源處的排氣的溫度；用於測量進入所述內燃發動機的空氣品質流量的進入空氣品質流量傳感器；以及與所述還原劑源、所述溫度傳感器、和所述進入空氣品質流量傳感器通信的控制模塊，所述控制模塊具有存儲器，該存儲器存儲還原劑的沸點溫度，所述控制模塊包括: 用於監測所述還原劑源並且估計釋放到所述排氣管道中的還原劑的量的控制邏輯；用於監測所述進入空氣品質流量傳感器並且基於空氣品質流量而計算排氣流率的控制邏輯； 用於至少基於排氣流率、排氣的溫度、以及還原劑的沸點溫度來計算還原劑的最大配給速率的控制邏輯； 用於將釋放到所述排氣管道中的還原劑的量與還原劑的最大配給速率進行比較的控制邏輯；以及 如果釋放到排氣管道中的還原劑的量大於還原劑的最大配給速率則調整釋放到排氣管道中的還原劑的量，使得釋放到排氣管道中的還原劑的量為還原劑的最大配給速率的控制邏輯。
10.一種操作內燃發動機的排氣處理系統的方法，所述排氣處理系統具有與內燃發動機流體連通的排氣管道，該排氣管道構造成從所述內燃發動機接收排氣，所述方法包括:由控制模塊監測還原劑源並且估計釋放到所述排氣管道中的還原劑的量； 確定所述還原劑源處的排氣的溫度； 由控制模塊監測進入空氣品質流量傳感器，所述進入空氣品質流量傳感器測量進入所述內燃發動機的空氣品質流量； 基於所述空氣品質流量計算排氣流率； 至少基於所述排氣流率、排氣的溫度、以及還原劑的沸點溫度來計算還原劑的最大配給速率，所述沸點溫度存儲在所述控制模塊的存儲器中； 將釋放到所述排氣管道中的還原劑的量與還原劑的最大配給速率進行比較；以及如果釋放到排氣管道中的還原劑的量大於還原劑的最大配給速率則調整釋放到排氣管道中的還原劑的量。
全文摘要
本發明提供一種用於內燃發動機的排氣處理系統，其具有排氣管道、還原劑源、溫度傳感器、進入空氣品質流量傳感器、以及控制模塊。排氣管道與內燃發動機流體連通，並且構造成從內燃發動機接收排氣。排氣含有氮氧化物(NOx)。還原劑源與排氣管道流體連通，且構造成噴射一定量的還原劑，該一定量的還原劑被釋放到所述排氣管道中。溫度傳感器位於排氣流中，用於確定還原劑源處的排氣的溫度。進入空氣品質流量傳感器測量進入內燃發動機的空氣品質流量。控制模塊與還原劑源、溫度傳感器、和進入空氣品質流量傳感器通信。
文檔編號F01N9/00GK103147829SQ20121051836
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月6日 優先權日2011年12月6日
發明者Y.苗, K.A.加迪 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司