用于控制用于选择性催化剂还原的尿素注射的方法和系统

文档序号:1933875 发布日期:2021-12-07 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 用于控制用于选择性催化剂还原的尿素注射的方法和系统 (Method and system for controlling urea injection for selective catalyst reduction ) 是由 金珉在 于 2020-10-14 设计创作,主要内容包括:公开了一种用于控制用于选择性催化剂还原的尿素注射的方法和系统,该方法和系统能够通过预测运行状况来提高NO-(X)净化效率,在该运行状况下,利用发动机行为并预先吸留氨气来预先迅速增加NO-(X)的产生量。可在车辆快速加速时检测到EGR阀的打开状态;可根据EGR阀的打开状态来诊断进气歧管中的压力条件或EGR阀压力条件;并且当压力条件满足快速增加NO-(X)产生量的NO-(X)过量产生条件时,可注射尿素。(A method and system for controlling urea injection for selective catalyst reduction is disclosed that is capable of increasing NO by predicting operating conditions X Purification efficiency, under which the NO is rapidly increased in advance by utilizing the behavior of the engine and occluding ammonia gas in advance X The amount of production of (c). The open state of the EGR valve may be detected when the vehicle is rapidly accelerating; the pressure condition in the intake manifold or the EGR valve pressure condition may be diagnosed based on the open state of the EGR valve; and rapidly increasing NO when the pressure condition is satisfied X Amount of NO produced X Urea can be injected at overproduction conditions.)

用于控制用于选择性催化剂还原的尿素注射的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于控制用于选择性催化剂还原(SCR)的尿素注射的方法和系统,该方法和系统能够通过预测运行状况来提高NOX净化效率,在该运行状况下,通过利用发动机行为并预先吸留氨气来迅速增加NOX的量。

背景技术

在SCR系统中,当在催化剂的前端注射尿素时,尿素与热的排气混合并热分解和水解以转化成氨气NH3,并且氨气被预先吸留在催化剂中。因此,随着排气中所含的NOX通过催化剂,与氨气发生还原反应而将NOX转变为水和氮,从而还原NOX

因此,SCR系统计算出用于还原由NOX传感器测量出的NOX流入量所需的氨气的当量,并且还原所需的氨气量等于消耗的预先吸留的氨气的量。也就是说,注射的尿素量与消耗的预先吸留的氨气量一样多,以再次填充空间。

基于显影剂的实验结果确定预先吸留的氨气量。然而,相关技术的预先吸留的氨气量的结构存在局限性,它不可避免地由在稳定条件下评估的结果和易于验证的条件(例如SCR温度为250℃,排气流量为300kg/h)确定。例如,通过考虑排气流量来确定预先吸留的氨气量,但是存在不考虑排气流量(梯度)的变化的问题。在由于车辆的加速/减速导致排气流量迅速变化的情况下,没有用于调节预先吸留的氨气量的方法,从而导致连续出现净化效率瞬间恶化的现象的问题。

首先,当排气流量的突然变化降低了SCR的净化效率,并且当车辆突然加速时,由于进气量增压性能显著低于显影剂所需的目标值,EGR阀即刻关闭;并且在这种情况下,不能将EGR气体供给到燃烧室中,从而增加排气温度以增加流入SCR的NOX,从而降低SCR的净化效率。

其次,当由于EGR阀的前端和后端之间的压差不足而使EGR气体的流动停滞或向后流动从而使EGR阀完全打开时,并且EGR阀完全打开时,排气流量随着如图1所示增加以提高温度,并且因此,流入SCR中的NOX会迅速增加,SCR的净化效率降低。

此外,当NOX传感器检测到过量的NOX流入时,可注射尿素以增加预先吸留的氨气量。但是,在NOX传感器检测到过量的NOX流入时,因为NOX传感器与SCR之间的间隔太短,所以在氨气被催化剂吸留之前,排气已经通过了SCR,从而降低SCR的净化效率。

仅提供了被描述为现有技术的内容以帮助理解本发明的背景,而不应被认为与本领域普通技术人员已知的现有技术相对应。

发明内容

在优选的方面,尤其提供了一种用于控制用于选择性催化剂还原(SCR)的尿素注射的方法和系统,该方法和系统能够通过预测运行状况来提高NOX净化效率,在该运行状况下,利用发动机行为并预先吸留氨气来预先迅速增加NOX的产生量。

在一方面,提供了一种用于控制用于选择性催化剂还原(SCR)的尿素注射的方法。该方法包括:由控制器在车辆快速加速时检测EGR阀的打开状态;由控制器根据EGR阀的打开状态诊断进气歧管中的压力条件或EGR阀压力条件;和当压力条件满足快速增加NOX产生量的NOX过量生产条件时,由控制器注射尿素。

在诊断压力条件时,当EGR阀处于完全关闭状态时,将进气歧管中的目标增压压力与实际增压压力相互比较。

在注射尿素时,如果目标增压压力大于实际增压压力并且目标增压压力与实际增压压力之间的差大于设定值,则满足NOX过量生产条件。

在注射尿素时,通过乘以由EGR阀的完全关闭状态和增压压力差值确定的额外的NOX产生量来校正由氧气传感器的感测值确定的NOX模型,并基于校正后的NOX模型确定尿素注射量。

在诊断压力状况时,当EGR阀处于完全打开状态时,比较EGR阀的前端处的压力和EGR阀的后端处的压力。

在注射尿素时,如果EGR阀的后端处的压力大于EGR阀的前端处的压力,则满足NOX过量生产条件。

在注射尿素时,通过乘以由EGR阀的完全打开状态和EGR阀的前端和后端之间的压力差值确定的额外的NOX产生量来校正由氧气传感器的感测值确定的NOX模型,并基于校正后的NOX模型确定尿素注射量。

在一方面,提供了一种用于控制用于选择性催化剂还原(SCR)的尿素注射的系统,包括:打开状态检测器,被配置为检测EGR阀的打开状态;压力条件诊断器,被配置为根据EGR阀的打开状态来诊断进气歧管中的压力条件或EGR阀压力条件;和注射控制器,被配置为在压力条件满足迅速增加NOX产生量的NOX过量产生条件时注射尿素。

还提供了一种车辆,其可包括用于控制用于本文所述的选择性催化剂还原(SCR)的尿素注射的系统。

下文公开了本发明的其他方面。

附图说明

图1是示出根据排气流量的NOX流入量与预先吸留的氨气量的关系的图。

图2示出了根据本发明的示例性实施方式的用于控制尿素注射的示例性系统。

图3示出了根据本发明的示例性实施方式的在通过增压压力诊断快速增加NOX产生量的情况下的示例性发动机行为。

图4示出了在本发明中通过EGR阀的前端和后端处的压力诊断而使NOX产生量迅速增加的情况下的发动机行为。

图5是示出根据本发明的示例性实施方式的示例性尿素注射总体控制过程的流程图。

具体实施方式

在下文中,参考附图描述本发明的实施方式。

本文所使用的术语仅出于描述具体示例性实施方式的目的,并不旨在限制本公开。如本文所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”也意图包括复数形式,除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是,当在本说明书中使用时,术语“包括”和/或“包含”规定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。如本文所使用的,术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

除非特别说明或从上下文中显而易见,否则如本文所用,术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内,例如在平均值的2个标准偏差之内。“约”可理解为规定值的10%,9%,8%,7%,6%,5%,4%,3%,2%,1%,0.5%,0.1%,0.05%或0.01%之内。除非上下文另有明确说明,否则本文提供的所有数值均由术语“约”修饰。

应当理解,本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆,诸如包括运动型多用途车(SUV)的乘用车、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种船只的水上交通工具、飞机等,并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如,除石油以外的资源衍生的燃料)。如本文所指,混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆,例如汽油动力车辆和电动动力车辆。

图2是示意性地示出根据本发明的用于控制尿素注射的系统的视图。

如图2所示,新鲜空气和EGR气体可被引入到设置在发动机的前端的进气歧管中,并且增压压力传感器50可被安装在进气歧管中以检测进气歧管中的压力。

EGR管线可从连接至涡轮增压器80的涡轮82的后端的排气管线的中间分支,并且EGR阀60可安装在EGR管线上以调节EGR气体的流量。另外,可安装EGR差压传感器70以检测EGR阀60的前端(入口侧)和后端(出口侧)之间的压力差。附图标记84表示涡轮增压器的压缩机。

另外,可在连接至涡轮82的后端的排气管线上安装诸如DOC和DPF的排气还原装置。

可将NOX传感器30安装在排气还原装置的后端以检测NOX的量,可将尿素注射口20安装在NOX传感器30的后端以注射尿素,并且可将通过预先吸留氨气来还原NOX的SCR 10安装在氨气注射口20的后端。尿素注射口20可以是用于注射尿素的计量模块。

另外,根据本发明的控制器100可包括打开状态检测器110、压力条件诊断器120和注射控制器130。

首先,打开状态检测器110可在车辆快速加速时检测EGR阀60的打开状态。例如,打开状态检测器110通过测量EGR阀60的打开量来确定EGR阀60是打开还是关闭。

压力条件诊断器120可根据EGR阀60的开度在从增压压力传感器50和EGR压差传感器70接收感测值时诊断进气歧管的压力条件或EGR阀60的压力条件。

当压力条件满足其中NOX产生量迅速增加的NOX过量产生条件时,注射控制器130可通过向尿素注射口20施加注射命令来控制注射尿素。

即,在现有技术中,直到新鲜空气和排气经过涡轮82并到达NOX传感器30并且测量NOX值时,才从尿素注射口20注射尿素以将氨气预先吸留到SCR 10中。

但是,在NOX量急剧增加的操作条件下,如果在通过NOX传感器30测定了NOX值之后注射尿素,则由于含有NOX的排气已经通过SCR 10,因此预先吸留氨气的时间较晚。

因此,根据本发明的示例性实施方式,可通过诊断增压压力传感器50和EGR阀60的状态来预测NOX迅速增加的运行状况,并且当预测到NOX的量迅速增加时可注射尿素。这样,可确保其中尿素被热分解并水解为氨气的化学相变过程,以将氨气预先吸留到SCR 10中,从而尽管NOX产生量迅速增加也提高了NOX净化效率。

同时,根据本发明的示例性实施方式的用于控制SCR 10的尿素注射的方法可包括检测打开状态、诊断压力条件以及注射尿素,这些步骤中的每一个都可通过控制器100来控制。

可通过被配置为存储与被配置为控制车辆的各种组件的操作的算法或用于再现该算法的软件指令相关的数据的非易失性存储器(未示出)和被配置为使用存储在相应存储器中的数据来执行以下描述的操作的处理器(未示出)来实现根据本发明的示例性实施方式的控制器100。在此,存储器和处理器可被实现为单独的芯片。可替代地,存储器和处理器可被实现为集成的单芯片。该处理器可以是一个或多个处理器的形式。

因此,参考每个步骤的配置,首先,在打开状态检测步骤中,当车辆快速加速时,控制器100检测EGR阀60的打开状态。

这里,可通过分析加速踏板40的打开量来确定车辆是否快速加速。例如,如果加速踏板40的踩下量(打开量)增加的变化率大于约50%,它可被确定为快速加速情况。

在诊断压力条件时,控制器100可根据EGR阀60的打开状态来诊断进气歧管中的压力条件或EGR阀60的压力条件。

在注射尿素时,如果压力条件满足迅速增加NOX产生量的NOX峰值条件,则控制器100可控制注射尿素。

图3示出了在本发明中通过增压压力诊断迅速增加NOX产生量的情况下的示例性发动机行为。

如图3所示,在诊断压力条件时,当使EGR阀60的开度最小化并且EGR阀60完全关闭时,可使用增压压力传感器50将进气歧管中的目标增压和实际增压进行比较。

因此,在注射尿素时,如果目标增压压力大于实际增压压力并且目标增压压力与实际增压压力之间的差大于设定值,则可确定NOX过量生产条件被满足。

即,当车辆快速加速时,如果由于缺乏增压效率而实际增压压力不足,则发生EGR阀60关闭的现象。

因此,当根据实际增压压力与目标增压压力之间的比较满足NOX过量生产条件时,可注射尿素,从而可在由NOX传感器30测量NOX生产峰值时间之前提前注射尿素。

因此,通过增加在过量产生的NOX通过SCR 10之前预先吸留在SCR10中的氨气的量,可减少在没有还原反应的情况下通过SCR 10的NOX的量,从而提高了NOX净化效率。

另外,可基于EGR阀60的状态和增压压力来确定尿素的注射量。

具体地,在注射尿素时,可通过将NOX模型乘以由EGR阀60的完全关闭状态和增压压力的差值确定的额外的NOX产生量来校正由氧气传感器的感测值确定的NOX模型。

可基于校正后的NOX模型确定注射的尿素的量。

即,如果预测到NOX产生量过量的情况,则可预测NOX产生量并且校正NOX模型以反映预测的NOX产生量,从而仅尽可能多地额外注射尿素以净化NOX。因此,可通过防止不必要的尿素注射来减少尿素的注射量。

同时,图4示出了根据本发明的示例性实施方式的通过诊断EGR阀60的前端和后端处的压力而迅速增加NOX产生量的情况下的发动机行为。

如图4所示,在诊断压力条件时,当可使EGR阀60的开度最大化并且EGR阀60完全打开时,可比较EGR阀60的前端的压力和EGR阀60的后端的压力。

因此,在注射尿素时,如果EGR阀60的后端(出口)处的目标压力大于EGR阀60的前端(入口)处的压力,则确定为NOX过量产生条件被满足。

即,当车辆快速加速时,如果EGR阀60的前端和后端之间的压差不足,则发生EGR阀60打开的现象。

因此,当通过比较EGR阀60的前端和后端之间的压差来满足NOX产生量过量的条件时,可注射尿素。这样,可在由NOX传感器30测量NOX产生峰值定时之前提前注射尿素。

因此,通过在过量产生的NOX通过SCR 10之前增加预先吸留在SCR10中的氨气的量,可减少通过SCR 10的NOX的量而没有还原反应,从而提高了NOX净化效率。

另外,可基于EGR阀60的状态和EGR阀60的前端和后端处的压力来确定尿素的注射量。

具体地,在注射尿素时,可通过将NOX模型乘以由EGR阀的完全打开状态和EGR阀60的前端和后端的差值确定的额外的NOX产生量来校正由氧气传感器的感测值确定的NOX模型。

而且,可基于校正后的NOX模型来确定尿素的额外注射量。

即,如果预测了NOX产生量过量的情况,则可预测NOX产生量并且可校正NOX模型以反映预测的NOX产生量,从而仅尽可能多地额外注射尿素以净化NOX。因此,可通过防止不必要的尿素注射来减少尿素的注射量。

图5示出了根据本发明的示例性实施方式的示例性总体尿素注射控制过程。

如图5所示,可在车辆的驾驶过程期间监视加速踏板40,以确定车辆是否被快速加速(S10)。

例如,当加速踏板40的踩下量的变化率大于约50%时,确定为快速加速状况。

因此,在确定车辆的快速加速时,可通过诊断EGR阀60的打开量来确定EGR阀60的打开状态。

例如,可确定EGR阀60是完全关闭还是完全打开(S20,S40)。

当作为确定的结果在步骤S20中确定EGR阀60被完全关闭时,如果目标增压压力大于实际增压压力,并且实际增压压力和目标增压压力之间的差大于约10%(S30),可确定为过量产生NOX的操作条件。

因此,可基于增压压力和EGR阀60的关闭状态来计算校正量,并且可通过将计算出的校正量反映在NOX模型中来校正NOX模型,从而检测NOX流入率(S60)。

随后,通过注射尿素以减少检测到的NOX的量,可增加预先吸留到SCR 10中的氨气的量,从而提高SCR 10的净化效率(S70)。

另外,作为步骤S40中的确定的结果,当确定EGR阀60被完全打开时,并且如果在EGR阀60的后端处的压力大于在EGR阀60前端处的压力(S50),则可确定过量产生了NOX

因此,由于基于EGR阀60的压差和EGR阀60的打开状态来计算校正量,所以可将所计算的校正量反映在NOX模型中以校正NOX模型,从而检测NOX流入率(S60)。

随后,通过额外地注射尿素以减少检测到的NOX量,可增加预先吸留到SCR 10中的氨气的量,从而提高SCR 10的净化效率(S70)。

如上所述,根据本发明的各个示例性实施方式,可通过诊断增压压力传感器50和EGR阀60的状态来预测其中NOX量迅速增加的运行状况,并且当预测NOX量会快速增加时可注射尿素。这样,确保了其中尿素被热分解并水解为氨气的化学相变过程,以将氨气预先吸留到SCR 10中。因此,尽管NOX产生迅速增加,但是仍可提高NOX净化的效率。

在本发明中,通过上述解决方案,可通过诊断增压压力传感器和EGR阀的状态来预测NOX量迅速增加的操作状况,并且当预测到NOX量迅速增加时,额外地注射尿素。这样,可确保其中尿素被热分解并水解为氨气的化学相变过程,以将氨气预先吸留到SCR中。因此,尽管NOX产量快速增加,但仍可提高NOX净化效率。

尽管已经相对于示例性实施方式示出和描述了本发明,但是对于本领域的普通技术人员而言显而易见的是,在不脱离以下权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下,可对本发明进行各种修改和改变。

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