專利名稱：低氮氧化物質(zhì)量流率時的氨存儲控制系統(tǒng)和方法
技術領域：
本公開涉及排放控制系統(tǒng)和方法，尤其涉及在低氮氧化物(N0X)質(zhì)量流率時的氨 (NH3)存儲控制系統(tǒng)和方法。
背景技術：
這里提供的背景描述是為了總地示出本公開背景的目的。發(fā)明人的一部分工作 在背景技術部分中被描述，這部分內(nèi)容以及在提交申請時該描述中不另構(gòu)成現(xiàn)有技術的方 面，既不明確也不暗示地被承認是破壞本發(fā)明的現(xiàn)有技術。 內(nèi)燃機燃燒空氣和燃料混合物以產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。燃燒過程產(chǎn)生從發(fā)動機排向大氣 的廢氣。廢氣含有氮氧化物(N0》、二氧化碳(CO》、一氧化碳(CO)、碳氫化物(HC)和顆粒。 排氣系統(tǒng)處理廢氣以在該廢氣被釋放到大氣之前降低排放。 在示例性的排氣系統(tǒng)中，定量給料系統(tǒng)(dosing system)在選擇性催化還原 (SCR)催化劑的上游將定量給料的藥劑(例如，尿素)噴射進廢氣中。所述定量給料的藥劑 分解以形成存儲在SCR催化劑中的氨(NH3)。存儲在SCR催化劑中的NH3與N0X反應從而形 成氮(N2)和水0^0)，這降低了釋放到大氣的NOx水平。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提供了一種控制系統(tǒng)，包括氨(NH3)存儲水平確定模塊，其確定排氣系統(tǒng) 中的NH3存儲水平；期望的NH3存儲水平確定模塊，其基于廢氣溫度確定期望的NH3存儲水 平；以及氮氧化物(N0X)質(zhì)量流率控制模塊，其基于所述NH3存儲水平與所述期望的NH3存 儲水平之間的差來控制NO,質(zhì)量流率。另外，本公開還提供了一種方法，包括確定排氣系 統(tǒng)中的氨(NH3)存儲水平；基于廢氣溫度確定期望的朋3存儲水平；以及基于所述朋3存儲 水平與所述期望的NH3存儲水平之間的差來控制N0X質(zhì)量流率。 從下文提供的詳細描述可清楚本公開適用性的其它方面。應當理解，詳細描述和 具體實例僅僅是為了說明目的，而不是意圖限制本公開的范圍。


從詳細描述和附圖可更加全面地理解本公開，附圖中 圖1為包括了根據(jù)本公開的排放控制系統(tǒng)的車輛的示意圖； 圖2為圖1中根據(jù)本公開的排放控制系統(tǒng)的控制模塊的功能框圖； 圖3為示出了根據(jù)本公開的NH3存儲控制方法的示例性步驟的流程圖；以及 圖4為示出了朋3存儲水平與選擇性催化還原(SCR)催化劑的溫度之間的關系的
曲線圖。
具體實施例方式
實質(zhì)上，下面的描述僅僅是示例性的，而絕不是意圖限制本發(fā)明及其應用或使用。為清楚起見，附圖中使用相同的附圖標記來表示相似的元件。如本文所使用的那樣，措辭 "A、 B和C中至少之一"應當被認為是意味著使用了非排他性邏輯"或"的邏輯(A或B或 C)。應當理解，在不改變本公開原理的情況下，可以不同的順序執(zhí)行方法中的步驟。
如本文中所使用的那樣，術語"模塊"指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行 一種或多種軟件或固件程序的處理器(共享、專用或群組的)和存儲器、組合邏輯電路、和 /或提供所述功能的其它合適部件。 當存儲在SCR催化劑中的NH3的量被控制時，選擇性催化還原(SCR)催化劑可有 效降低N0x排放。例如，可在各種操作條件下保持NH3存儲水平以最大化N0x轉(zhuǎn)化效率。隨 著SCR催化劑的溫度升高，可降低NH3存儲水平以避免NH3泄漏(即，從SCR催化劑釋放過 量的NH3)。 根據(jù)本公開的排放控制系統(tǒng)和方法確定SRC催化劑中的氨(NH3)存儲水平，并基 于該NH3存儲水平控制該SCR催化劑上游的氮氧化物(N0X)質(zhì)量流率。所述朋3存儲水平可 基于在SCR催化劑上游被噴射的定量給料的藥劑(例如，尿素)量和在該SCR催化劑中消 耗的NH3量來確定。期望的NH3存儲水平可基于廢氣溫度來確定，以最大化N0X轉(zhuǎn)化效率， 同時避免NH3泄漏。當NH3存儲水平超過期望的NH3存儲水平時，可增大N0X質(zhì)量流率，以將 NH3存儲水平降低到期望的NH3存儲水平。 現(xiàn)在參考圖l，其示出了車輛100的功能框圖。車輛IOO包括柴油發(fā)動機102和排 氣系統(tǒng)104。柴油發(fā)動機102燃燒空氣與柴油燃料的混合物以產(chǎn)生驅(qū)動扭矩，并釋放廢氣到 排氣系統(tǒng)104中。排氣系統(tǒng)104處理廢氣以降低釋放到大氣的排放。 空氣可通過空氣過濾器106并繼續(xù)通過渦輪增壓器108的進氣側(cè)進入柴油發(fā)動機 102。渦輪增壓器108使用由柴油發(fā)動機102的廢氣提供動力的渦輪(未示出)來壓縮空 氣。被壓縮的空氣在通過進氣節(jié)氣門(ITV)112之前可通過空氣冷卻器110或其它調(diào)節(jié)裝置。 控制模塊114以各種角度定位ITV 112，以調(diào)節(jié)壓縮空氣的質(zhì)量流率。當空氣進入 進氣歧管118時，廢氣可通過廢氣再循環(huán)(EGR)閥116來再循環(huán)，以產(chǎn)生空氣混合物?？刂?模塊114控制EGR閥116的位置以調(diào)節(jié)再循環(huán)的廢氣量。 來自進氣歧管118的空氣混合物與來自燃料噴射器120的燃料在汽缸122中混 合，作為結(jié)果的空氣-燃料混合物被燃燒產(chǎn)生扭矩。雖然圖l僅示出了四個汽缸，但是柴油 發(fā)動機102可包括額外的或更少的汽缸122。廢氣通過排氣歧管124排出汽缸122，并通過 渦輪增壓器108到排氣系統(tǒng)104。 排氣系統(tǒng)104可包括柴油氧化催化劑(DOC) 126、選擇性催化還原(SCR)催化劑 128和顆粒過濾器130。 DOC 126通過氧化減少廢氣中的顆粒物質(zhì)、碳氫化物和一氧化碳。 SCR催化劑128與廢氣中的NOx反應以降低NOx排放。顆粒過濾器130在廢氣被釋放到大 氣之前從該廢氣中收集顆粒物質(zhì)。 定量給料系統(tǒng)132可在DOC 126的下游將定量給料的藥劑(例如，尿素)噴射到 廢氣中。控制模塊114通過閥134調(diào)節(jié)被噴射的定量給料的藥劑的量。定量給料的藥劑分 解以形成存儲在SCR催化劑128中的氨(NH3)。存儲在SCR催化劑128中的NH3與廢氣中 N0X反應形成氮(N2)和水(H20)，這樣就減少了 N0X。 控制模塊114與加速踏板傳感器136和空氣質(zhì)量流量(MAF)傳感器140通信。加
5速踏板傳感器136產(chǎn)生表示了加速踏板138的位置的信號。MAF傳感器140產(chǎn)生表示了通 過空氣過濾器106到進氣歧管118的空氣質(zhì)量的信號?？刂颇K114使用踏板位置信號和 MAF信號控制ITV 112、 EGR閥116和燃料噴射器120。 排氣系統(tǒng)104可包括N0X傳感器142、溫度傳感器144、以及檢測廢氣特性的其它 傳感器。N0X傳感器142檢測DOC 126上游的N0j農(nóng)度，并產(chǎn)生表示該N0j農(nóng)度的信號。溫 度傳感器144檢測SCR催化劑128上游的廢氣溫度，并產(chǎn)生表示該廢氣溫度的信號?？刂?模塊114接收由N0X傳感器142和溫度傳感器144所產(chǎn)生的信號。 現(xiàn)在參考圖2，控制模塊114包括NH3存儲水平確定模塊200、定量給料藥劑控制模 塊202、期望的NH3存儲水平確定模塊204、以及N0X質(zhì)量流率控制模塊206。 NH3存儲水平 確定模塊200確定SCR催化劑128中的NH3存儲水平。定量給料藥劑控制模塊202控制通 過閥134被噴射的定料給料的藥劑量，并將被噴射的所述定量給料的藥劑量送至NH3存儲 水平確定模塊200。 NH3存儲水平確定模塊200可基于被噴射的該定量給料的藥劑量和SCR 催化劑128中消耗的NH3量來確定NH3存儲水平，正如美國專利申請No. 11/786， 036中所公 開的那樣，該文獻通過引用被并入于本文。 控制模塊114可包括通過燃料噴射器120控制燃料噴射正時/量的燃料控制模塊 208。 NH3存儲水平確定模塊200可接收來自MAF傳感器140的MAF、來自N0X傳感器142的 N0X濃度、和來自燃料控制模塊208的燃料噴射正時/量，并基于這些方面來確定消耗的NH3 的量。更具體地，NH3存儲水平確定模塊200可基于MAF、燃料噴射正時/量、和/或N0X濃 度來確定進入SCR催化劑128的N0X的量，并基于進入SCR催化劑128的N0X量和SCR催化 劑128的預定轉(zhuǎn)化效率來確定消耗的NH3的量。 期望的NH3存儲水平確定模塊204從溫度傳感器144接收廢氣溫度，并基于該廢 氣溫度確定期望的NH3存儲水平。期望的NH3存儲水平確定模塊204可使用廢氣溫度與期 望的朋3存儲水平之間最大化了 SCR催化劑128中的NOx轉(zhuǎn)化效率同時避免MU世漏(即， 從SCR催化劑128中釋放過量的NH3)的預定關系來確定期望的NH3存儲水平。
另外，期望的NH3存儲水平確定模塊204可從NH3存儲水平確定模塊200接收MAF 和燃料噴射正時/量，并基于此確定期望的NH3存儲水平。更具體地，期望的NH3存儲水平 確定模塊204可基于廢氣溫度、MAF、燃料噴射正時/量與期望的NH3存儲水平之間的預定 關系來確定期望的朋3存儲水平。該預定關系最大化了 SCR催化劑128中的NOx轉(zhuǎn)化效率， 同時避免了朋3泄漏。 N0X質(zhì)量流率控制模塊206接收包括了來自NH3存儲水平確定模塊200的NH3存儲 水平和來自期望的NH3存儲水平確定模塊204的期望的NH3存儲水平的輸入。定量給料藥 劑控制模塊202從N0X質(zhì)量流率控制模塊206接收輸入，該輸入包括NH3存儲水平和期望的 NH3存儲水平。定量給料藥劑控制模塊202控制被噴射的定量給料藥劑量，N0X質(zhì)量流率控 制模塊206基于接收的輸入來控制在SCR催化劑128上游的N0X質(zhì)量流率。
更具體地，當NH3存儲水平大于期望的NH3存儲水平時，N0X質(zhì)量流率控制模塊206 增大N0X質(zhì)量流率以將NH3存儲水平降低至期望的NH3存儲水平。當NH3存儲水平小于或等 于期望的NH3存儲水平時，定量給料藥劑控制模塊202增大被噴射的定量給料藥劑的量，以 將NH3存儲水平增大至期望的NH3存儲水平。N0X質(zhì)量流率控制模塊206可通過調(diào)節(jié)EGR閥116來控制N0X質(zhì)量流率。關閉EGR閥116會降低再循環(huán)的廢氣量，從而允許更多的空氣進入進氣歧管118，并且增大了汽缸 122中的空氣/燃料(A/F)比。增大A/F比會引起柴油發(fā)動機102產(chǎn)生更多的N0,排放。 N0X質(zhì)量流率控制模塊206可基于MAF傳感器140的MAF與期望的N0X質(zhì)量流率之間的預 定關系，通過EGR閥116來控制NO,質(zhì)量流率。 另外，N0X質(zhì)量流率控制模塊206可通過調(diào)節(jié)燃料噴射器120的噴射正時來控制 NO,質(zhì)量流率。提前的噴射正時會升高汽缸122中的燃燒溫度。升高燃燒溫度會引起柴油 發(fā)動機102產(chǎn)生更多的N0X排放。N0X質(zhì)量流率控制模塊206可通過燃料控制模塊208來 調(diào)節(jié)燃料噴射器120的噴射正時。 現(xiàn)在參考圖3，流程圖示出了根據(jù)本公開原理的NH3存儲控制方法的示例性步驟。 在步驟300中，控制確定SCR催化劑128中的NH3存儲水平。如上所述，控制可基于通過閥 134噴射的定量給料藥劑量和SCR催化劑128中消耗的NH3量來確定NH3存儲水平。
在步驟302中，控制基于廢氣溫度(Texhaust)來確定期望的NH3存儲水平?？刂瓶?使用廢氣溫度與期望的朋3存儲水平之間的最大化了 SCR催化劑128中的NOx轉(zhuǎn)化效率且 同時避免了 NH3泄漏的預定關系來確定期望的NH3存儲水平。 在步驟304中，控制確定NH3存儲水平是否大于期望的NH3存儲水平。當NH3存儲 水平大于期望的NH3存儲水平時，控制于步驟306中增大N0X質(zhì)量流率以降低NH3存儲水平。 當NH3存儲水平小于或等于期望的NH3存儲水平時，控制可于步驟308中增大噴射的定量給 料藥劑量以提高NH3存儲水平。 控制可使用比例、比例_積分或比例_積分_微分控制方法來增大N0X質(zhì)量流率。 另外，控制可基于N0X質(zhì)量流率與NH3存儲水平之間的預定關系來增大N0X質(zhì)量流率。例如， 所述預定關系可為模型計算或參考表。 現(xiàn)在參考圖4，示出了 NH3存儲水平(SCR NH3Load)與SCR催化劑128的溫度或SCR 溫度(SCR Temp)之間的關系。設定點的朋3存儲(SpNH3Ld)為最大化了 SCR催化劑128中 的N0X轉(zhuǎn)化效率且同時避免了 NH3泄漏的NH3存儲水平。期望的NH3存儲軌跡通常追蹤設定 點的朋3存儲。 NH3存儲水平可通過減少從定量給料系統(tǒng)132噴射的定量給料藥劑量來降低。但 是，隨著SCR溫度增高，SCR催化劑128的NH3存儲容量(Max NH3 Ld)降低。因此，當SCR催 化劑128上游的N0X質(zhì)量流率(N0X原料氣流率)低而SCR溫度快速升高時，雖然閥134關 閉以防止定量給料藥劑進入廢氣，但是仍可能會發(fā)生NH3泄漏。為了避免NH3泄漏，可以和 實際NH3存儲與期望的NH3存儲之間的差(NH3存儲誤差)成比例地方式來調(diào)節(jié)N0X質(zhì)量流 率，以消耗SCR催化劑128中存儲的過量NH3。這樣，當N0X原料氣流率低并且SCR溫度快 速升高時，可最大化SCR催化劑128中被消耗的N0X同時避免NH3泄漏。
現(xiàn)在，本領域的技術人員從前面的描述能夠認識到，本發(fā)明廣泛的教導可以多種 形式實施。因此，盡管本公開包括了特定的實例，但是由于通過對附圖、說明書和所附權(quán)利 要求的研究，其它修改對于技術人員也是顯而易見的，所以本發(fā)明的實際范圍不應當被這 樣限制。
權(quán)利要求
一種控制系統(tǒng)，包括氨存儲水平確定模塊，其確定排氣系統(tǒng)中的氨存儲水平；期望的氨存儲水平確定模塊，其基于廢氣溫度確定期望的氨存儲水平；以及氮氧化物質(zhì)量流率控制模塊，其基于所述氨存儲水平與所述期望的氨存儲水平之間的差來控制所述氮氧化物質(zhì)量流率。
2. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述氨存儲水平確定模塊基于定量給料藥劑 噴射量和氨消耗量來確定所述氨存儲水平。
3. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述氮氧化物質(zhì)量流率控制模塊以與所述氨 存儲水平與所述期望的氨存儲水平之間的所述差成比例地來調(diào)節(jié)所述氮氧化物質(zhì)量流率。
4. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，當所述氨存儲水平大于所述期望的氨存儲水 平時，所述氮氧化物質(zhì)量流率控制模塊增大所述氮氧化物質(zhì)量流率。
5. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述氮氧化物質(zhì)量流率控制模塊通過調(diào)節(jié)發(fā) 動機中的空氣/燃料比來控制所述氮氧化物質(zhì)量流率。
6. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述氮氧化物質(zhì)量流率控制模塊通過調(diào)節(jié)廢 氣再循環(huán)閥來控制所述氮氧化物質(zhì)量流率。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制系統(tǒng)，其中，所述氮氧化物質(zhì)量流率控制模塊基于空氣質(zhì) 量流量與期望的氮氧化物質(zhì)量流率之間的預定關系來調(diào)節(jié)所述廢氣再循環(huán)閥。
8. 如權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中，所述氮氧化物質(zhì)量流率控制模塊朝著關閉位 置調(diào)節(jié)所述廢氣再循環(huán)閥以增大所述空氣質(zhì)量流量。
9. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述氮氧化物質(zhì)量流率控制模塊通過調(diào)節(jié)燃 料噴射器的噴射正時來控制所述氮氧化物質(zhì)量流率。
10. 如權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其中，所述氮氧化物質(zhì)量流率控制模塊提前所述噴 射正時以增大所述氮氧化物質(zhì)量流率。
11. 一種方法，包括 確定排氣系統(tǒng)中的氨存儲水平； 基于廢氣溫度確定期望的氨存儲水平；以及基于所述氨存儲水平與所述期望的氨存儲水平之間的差來控制氮氧化物質(zhì)量流率。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括，基于定量給料藥劑的噴射量和氨消耗量來確 定所述氨存儲水平。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括，以和所述氨存儲水平與所述期望的氨存儲水 平之間的所述差成比例地來調(diào)節(jié)所述氮氧化物質(zhì)量流率。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括，當所述氨存儲水平大于所述期望的氨存儲水 平時增大所述氮氧化物質(zhì)量流率。
15. 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括，通過調(diào)節(jié)發(fā)動機中的空氣/燃料比來控制所述 氮氧化物質(zhì)量流率。
16. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括，通過調(diào)節(jié)廢氣再循環(huán)閥來控制所述氮氧化物質(zhì)量流率。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括，基于空氣質(zhì)量流量與期望的氮氧化物質(zhì)量流 率之間的預定關系來調(diào)節(jié)所述廢氣再循環(huán)閥。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括，朝著關閉位置調(diào)節(jié)所述廢氣再循環(huán)閥以增大 所述空氣質(zhì)量流量。
19. 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括，通過調(diào)節(jié)燃料噴射器的噴射正時來控制所述 氮氧化物質(zhì)量流率。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括，提前所述噴射正時以增大所述氮氧化物質(zhì)量流率。
全文摘要
本發(fā)明涉及低氮氧化物質(zhì)量流率時的氨存儲控制系統(tǒng)和方法。具體地，提供了一種控制系統(tǒng)，包括氨(NH3)存儲水平確定模塊，其確定排氣系統(tǒng)中的NH3存儲水平；期望的NH3存儲水平確定模塊，其基于廢氣溫度確定期望的NH3存儲水平；以及氮氧化物(NOx)質(zhì)量流率控制模塊，其基于所述NH3存儲水平與所述期望NH3存儲水平之間的差來控制NOx流率。還提供了一種方法，包括確定排氣系統(tǒng)中的氨(NH3)存儲水平；基于廢氣溫度確定期望的NH3存儲水平；以及基于所述NH3存儲水平與所述期望的NH3存儲水平之間的差來控制NOx質(zhì)量流率。
文檔編號F01N9/00GK101737132SQ20091022282
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者C·E·索爾布里格 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司