控制使用SCR催化器的NO_x還原系統中流體注入量的方法

專利名稱：控制使用SCR催化器的NO_x還原系統中流體注入量的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制內燃機中的使用SCR催化器的NOx還原系統中的流體注 入量的方法，該流體尤其是柴油機排放流體(DEF)。
背景技術：
眾所周知柴油發動機中的SCR系統能夠通過在排氣管中注入柴油機排放流體 (DEF)以達到NOx排放物還原。商業上可行且使用在汽車應用上的這樣一種流體的實例就 是通過組合32. 5%的尿素與去離子水混和，通過壓力調節回路使其保持在合適的壓力點。 DEF通過安裝在排氣管中的專用注入器發射到排放氣體中，以這樣一種方式，它利用排放氣 體的流動可以與排放氣體混和。SCR催化器相對于排放氣流被安裝在注入器的下游側，因此 加入到氣流中的DEF在催化器內被吸收，在那里由于系統的溫度，氧化氮根據下面的化學 方程式(化學反應)被轉化4N0+2 (NH2) 2C0+02- > 4N2+4H20+2C02.圖1概要示出了典型的用以SCR系統的排氣結構；該結構包括設置有DEF壓力調 節器的DEF罐，用來保持DEF壓力在一定的設置點以使噴射效率最大化。SCR系統也包括注 入DEF流體到發動機的排氣管中的DEF注入器以到達SCR催化器。因為SCR系統的工作原理，不需要注入器確保連續的DEF流動，但系統的目的是把 吸收在催化器中的DEF保持在一定的水平。SCR系統已經被用于重型卡車的汽車應用中，但是現在這些系統也被要求用于客 車應用中以滿足歐洲5或者6的氧化氮排放立法。基于此，由于用于SCR系統的DEF注入器過去已經在重型卡車的應用中得到了發 展，它們具有比現在所要求的用于客車應用中所需的靜力及動力流動速率更高的速率。這 意味著在后者的應用中，典型DEF注入器只能在它的特性的小注入量范圍內工作，該范圍 通常是非線性的，其具有較差的精確性及穩定性且易老化偏差。相比之下，從液壓預期來講完善具有較低靜力與動力流動速率的DEF注入器是非 常具有挑戰性的，由于孔洞直徑及噴射幾何學，后一因素與孔洞的個數無關。另外，最近的立法要求平均試劑消耗量與機動車輛工作超過30分鐘的時間發動 機系統所需要的試劑消耗量之間有超過50%的偏差將會導致駕駛員報警系統的激活。未來 可能出臺更嚴格的要求。在SCR系統中，熟知的NOx還原方案使用輸入NOx傳感器，要求對注入方案有一定 的注入質量，具有一定恢復期間。注入方案傳送輸入值，即質量需求，在注入器的輸出中，典 型的是注入器的打開時間。假定注入器被驅動為在一次注入與下次注入之間能被最小的注 入間隔所，并且兩次注入可間隔該最小發射間隔的N倍。在注入器的假定的線性行為中，所需的DEF注入量被轉換為注入器的打開時間 (直接根據DEF注入器的特性)并且最終通過校準圖修正。但是，在一些發動機的工作點中， 也依賴于NOx還原策略的校準及其模型行為，所需的DEF注入質量可以如此的少，以至注入器的打開時間比最小的機械臨界值小而且注入量能完全與需求量不同。在這種情況下，即 注入器保持液壓關閉的情況下，注入量可能甚至為零。通常，可以說所需DEF的量非常少的 這些條件下的注入器的行為是非線性的。同時，DEF流體注入行為隨著注入器的老化會變 的更糟。這個問題會在DEF注入質量的預估上發生大的錯誤，并且會對排放產生負面的影 響，并危及排放立法的實施。

發明內容
本發明的第一目的是提供控制使用SCR催化器的NOx還原系統中的DEF流體注入 量的方法，該方法允許在機動車輛的任何使用狀況下流體的合適量被注入。本發明的另一目的是提供控制DEF流體注入量的方法，其允許在客車中該流體的 最佳控制。另一目的是不使用復雜裝置且利用機動車輛的電子控制單元(EUC)的計算能力 提供控制DEF流體注入量的方法。本發明的又一目的是通過簡單，合理且便宜的解決辦法達到這些目的。這些目標可以通過具有本發明的主要方面記載特征的發動機，計算機程序及計算 機程序產品，以及電磁信號的方法獲得。本發明的其它方面描述了本發明的優選和/或特別有利方面。本發明提供一種在NOx還原系統中控制流體注入量的方法，該還原系統使用SCR 催化器及柴油機排放流體(DEF)注入器，該注入器用以注入所述DEF到所述SCR催化器，該 方法至少包括下列步驟對于給定DEF流體注入器，確定所述流體發射量的臨界量代表值，所述臨界量是 確保所述注入器線性行為的最小注入流體量。記憶這樣的臨界量。確定在給定的時刻SCR催化器需要的柴油機排放流體(DEF)的量。如果所需柴油機排放流體(DEF)的量比所述臨界量高，那么啟動注入器，否則記憶這樣的DEF量，并且在預定的或隨機的時間間隔之后，確定所需的DEF的另一
量，并且對所需的DEF的量求和直到這樣的量和高于所述臨界量高，且在這種情況下啟動 注入器。根據實施例，注入器的啟動適合于注入至少等于所述臨界量的一定量的DEF。根據又一實施例，注入器的啟動適合于注入等于在上述求和步驟中確定的量總和 的一定量的DEF。更可取的，注入量通過設置啟動注入器的注入時間間隔的值來獲得。根據又一實施例，啟動注入器的注入時間間隔是單次DEF需求量所需的注入時間 間隔乘以達到或超過所述臨界值量所需的DEF請求數來計算。根據本發明，該方法可以以包括程序編碼以執行本發明方法的所有步驟的計算機 程序的形式及包括執行計算機程序的方法的計算機程序產品的形式被實現。根據本發明的優選實施例，計算機程序產品包括，用于IC發動機的控制設備，例如發動機的ECU，在其中，程序被存儲以至控制設備定義了同樣的發明的方法。這樣，當控制 設備執行計算機程序時，根據本發明的方法的所有的步驟的也被執行。根據本發明的方法也可以以電磁信號的形式被實現，所述信號被調制用于攜帶一 序列的數據位，其代表了計算機程序以執行本發明方法的所有步驟。


本發明現將參考附圖以實例的形式進行描述，在附圖中圖1示意性的表示了用于NOx還原策略及適于本發明方法的實施的內燃機中的 SCR催化器系統；圖2示意性的表示了本發明的方法的步驟。
具體實施例方式本發明現將參考附圖以優選實施例的形式進行描述。圖1中示出了適用于本發明的方法的實施的用于SCR系統的典型排氣結構。SCR 系統10包括柴油機排放流體(DEF)罐11，其設置有DEF壓力調節器12用來保持DEF壓力 在一定的設置點以使噴射效率最大化。SCR系統也包括DEF注入器13用來注入DEF流體到 發動機的排氣管15，以到達SCR催化器16.為了提高在所有工作條件下的注入量精度，本發明提供了圖2所示的方法，以改 變注入重復周期。每個注入器有其自身的特征曲線可把注入器的空隙時間(aperture time)與DEF 注入質量關聯起來。同時，這樣的曲線通常只在最低臨界值MinimunuMassJhreshold以后 是線性的，該最低臨界值取決于注入器的機械與液壓性能。因此，該量可以被認為是在注入 器的工作中能保證所需精度的最小注入量。因此，在本發明的方法中，臨界量Minimum_Mass_Threshold對于給定DEF流體注 入器而被確定，所述臨界量是保證該給定注入器的線性行為的最低注入流體量。在本方法中，時間被細分為多個預定的或隨機的間隔，在其中執行計算以決定DEF 的需求量MaSS_req。這樣的量優選地以質量單位確定。經過每個這樣的計算之后，注入的方法將該量Mass_req與Minimum_Mass_ Threshold進行比較，如果輸入Mass_req比Minimum_Mass_Threshold高，注入器的打開時 間對于MaSS_req給定的值而被計算，并且注入以具有化拍(^1011_111116_ 61^0(1基數的形式 被解除。否則，如果輸入的Mass_req比Minimum_Mass_Threshold低，注入不被解除且同時 Num_of_Inj_Period的計數值被增加。在下一個計算步驟中，新的輸入MaSS_Req被增加到前面的計算值中，最終使 用一個臨時存儲變量htegratecLMass，以獲得這些量的總和MaSS_Sum，這樣的總和與 Minimum_Mass_Threshold 量值進行比較。如果Mass_sum的值仍然比Minimum_Mass_Threshold低，注入將不被解除且新的 質量需求再一次被計算并求和到前一個MaSS_Sum值，同前一個步驟一樣。Num_ofJnj_Period計數值也被增加。這個循環被重復直到Mass_sum值比Minimum_Mass_Threshold 高。這樣，注入被解除且為了有效的實施注入，注入器打開時間將基于MaSS_Sum值進 行計算。另外，MaSS_Sum及ntegratecLMass值被重設，注入間隔計數器的數被重置且進行 注入時間間隔計算。例如，發射時間間隔可能被設定等于h jection_Time_Period*Num_of Jn j_ Period進行計算，即單次質量需求的hjeCti0n_Time_Peri0d值乘以達到或超過臨界值量 所需的質量請求數。注入時間間隔也可能以這樣一種方式進行計算，在達到臨界值的條件下，至少等 于所述臨界量的一定量的DEF被發射。計算各質量請求的和可通過軟件積分器來執行。本發明的方法具有幾個重要的優點和好處。首先，該方法允許增加柴油機排放流體注入量的穩定性，可靠性及精確性，也避免 了注入器老化偏差引起的問題。本發明的方法能適用于任何注入器的特征曲線，給予所需的靈活性以應用它到任 何車輛特別是汽車或者是客車。本發明也允許改善NOx排放，確保所應用的機動車輛的排放立法需求。雖然本發明被描述為有關特定的優選實施例及特殊應用，但實際上上述描述應該 理解為通過實例進行描述而不是局限于該實例。本領域技術人員應認識到對特殊實施例所 進行的不同更改屬于所附權利要求的范圍之內。因此，可以預期本發明不局限于所披露的 實施例，其應具有下述權利要求的語言所允許的全部范圍。
權利要求
1.一種用于控制NOx還原系統中的流體注入量的方法，該系統使用SCR催化器及柴油 機排放流體(DEF)注入器，該注入器用以注入所述DEF到所述SCR催化器，該方法至少包括 下列步驟對于給定DEF流體注入器，確定所述流體注入量的臨界量，所述臨界量是確保所述注 入器線性行為的最小注入流體量； 記憶這樣的臨界量；確定在給定的時刻SCR催化器需要的柴油機排放流體(DEF)的量，如果所需柴油機排放流體(DEF)量比所述臨界量高，那么啟動注入器，否則記憶這樣的DEF量，并且在預定的或隨機的時間間隔之后，確定另一所需的DEF量，以及對所需的DEF的量求和直到這樣的量和比所述臨界量高，在該情況下，啟動注入器。
2.如如權利要求1所述的用于控制流體注入量的方法，其中，注入器的啟動適合于注 入至少等于所述臨界量的一定量的DEF。
3.如權利要求1所述的用于控制流體注入量的方法，其中注入器的啟動適合于注入等 于在所述求和步驟中確定的量總和的一定量的DEF。
4.如權利要求1所述的用于控制流體注入量的方法，其中注入量通過設置注入器的啟 動的注入時間間隔的值來獲得。
5.如權利要求4所述的用于控制流體注入量的方法，注入器的啟動的注入時間間隔的 值通過把用于所需單次DEF量要求的注入時間間隔乘以達到或超過所述臨界量所需的Dre 請求數來計算。
6.一種內燃機，特別是柴油發動機，該內燃機具有關聯傳感器用于測量燃燒參數，其特 征在于，該內燃機包括被設定用來執行根據前述任一權利要求所述的方法的ECU。
7.一種計算機程序，包括適合執行權利要求1的方法的步驟的計算機編碼。
8.一種計算機程序產品，包括根據權利要求7的計算機程序。
9.如權利要求8所述的計算機程序產品，包括其中存儲計算機程序的控制設備。
10.一種電磁信號，其被調整為用于代表根據權利要求7的計算機程序的數據位序列 的載體。
全文摘要
一種用于控制NOx還原系統中的流體注入量的方法，該系統使用SCR催化器及柴油機排放流體(DEF)注入器，該注入器用以注入所述DEF到所述SCR催化器，該方法至少包括下列步驟對于給定DEF流體注入器，確定所述流體注入量的臨界量，所述臨界量是確保所述注入器線性行為的最小注入流體量；記憶這樣的臨界量；確定在給定的時刻SCR催化器需要的柴油機排放流體(DEF)的量，如果所需柴油機排放流體(DEF)量比所述臨界量高，那么啟動注入器，否則記憶這樣的DEF量，并且在預定的或隨機的時間間隔之后，確定另一所需的DEF量，以及對所需的DEF的量求和直到這樣的量和比所述臨界量高，在該情況下，啟動注入器。
文檔編號B01D53/94GK102061971SQ201010546608
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月16日 優先權日2009年11月16日
發明者伊格納齊奧·丹蒂希 申請人:通用汽車環球科技運作公司