用于低温尿素选择性催化还原降低NOX的扰动控制策略.pdf

本发明涉及用于低温尿素选择性催化还原降低NOx的扰动控制策略。排放控制方法可包括当柴油氧化催化剂(DOC)运行温度高于第一极限时，将燃料喷射到被提供给DOC的发动机排气中，当与离开DOC的排气相联系的催化剂的温度高于第二极限时终止该喷射，和在该终止后将定剂量试剂喷射到排气中。

1.  一种方法，包括：
当柴油氧化催化剂DOC的运行温度高于第一极限时，将燃料喷射到被提供给DOC的发动机排气中；
当与离开所述DOC的排气相联系的催化剂的温度高于第二极限时，终止所述喷射；和
在所述终止后，将定剂量试剂喷射到所述排气中。

2.  根据权利要求1所述的方法，还包括在所述燃料喷射前将所述DOC运行温度升高到所述第一极限。

3.  根据权利要求1所述的方法，还包括当所述催化剂温度低于第三极限时，终止所述定剂量试剂喷射。

4.  根据权利要求3所述的方法，还包括在所述终止所述定剂量试剂喷射后，将所述燃料喷射到所述发动机排气中。

5.  根据权利要求3所述的方法，其中所述第三极限低于或等于所述第一极限。

6.  根据权利要求1所述的方法，其中所述DOC运行温度通过在所述DOC和所述催化剂之间的位置处的排气温度被确定。

7.  根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂温度通过在所述催化剂的出口处的排气温度被确定。

8.  根据权利要求7所述的方法，其中所述定剂量试剂喷射包括将所述定剂量试剂在所述DOC的出口和所述催化剂的入口之间的位置处喷射到所述排气中。

9.  根据权利要求8所述的方法，其中所述定剂量试剂包括尿素。

10.  根据权利要求1所述的方法，其中所述第二极限高于所述第一极限。

11.  根据权利要求1所述的方法，其中所述催化剂包括选择性催化还原SCR催化剂。

12.  一种方法，包括：
当柴油氧化催化剂DOC的运行温度高于第一极限时，将燃料喷射到被提供给DOC的发动机排气中，以升高与离开所述DOC的排气相联系的选择性催化还原SCR催化剂的温度；
当所述SCR催化剂温度高于第二极限时终止所述喷射；
在所述终止后将定剂量试剂在所述DOC和所述SCR催化剂之间的位置处喷射到所述排气中；和
当所述SCR催化剂温度低于第三极限时终止所述定剂量试剂喷射。

13.  根据权利要求12所述的方法，其中所述第二极限高于所述第一极限。

14.  一种控制模块，包括：
柴油氧化催化剂DOC控制模块，所述DOC控制模块控制与来自发动机的排气相联系的DOC的温度；
与所述DOC控制模块相联通的选择性催化还原SCR催化剂控制模块，所述SCR催化剂控制模块当所述DOC温度高于第一极限时通过选择性地将燃料喷射到被提供给所述DOC的所述排气中来控制SCR催化剂的温度，所述SCR催化剂控制模块当所述SCR催化剂温度高于第二极限时终止所述喷射；和
与所述SCR催化剂控制模块相联通的定剂量试剂控制模块，所述定剂量试剂控制模块在所述终止后控制定剂量试剂到所述排气中的喷射。

15.  根据权利要求14所述的控制模块，其中当所述SCR催化剂温度低于第三极限时，所述定剂量试剂控制模块终止所述定剂量试剂的所述喷射。

16.  根据权利要求15所述的控制模块，其中所述第三极限低于或等于所述第一极限。

17.  根据权利要求15所述的控制模块，其中在所述定剂量试剂的所述喷射被终止后，当所述DOC温度高于所述第一极限时，所述SCR催化剂控制模块选择性地恢复将所述燃料喷射到被提供给所述DOC的所述排气中。

18.  根据权利要求14所述的控制模块，其中所述SCR催化剂温度通过在所述SCR催化剂的出口的位置处的排气温度被确定。

19.  根据权利要求14所述的控制模块，其中所述定剂量试剂在所述DOC的出口和所述SCR催化剂的入口之间的位置处被喷射。

20.  根据权利要求19所述的控制模块，其中所述定剂量试剂包括尿素。

用于低温尿素选择性催化还原降低NOx的扰动控制策略
技术领域
本发明涉及排气处理系统，且更具体地涉及降低NOx排放。
背景技术
在此部分中的陈述仅提供了涉及本发明的背景信息，可能不构成现有技术。
柴油发动机通常采用选择性催化还原(SCR)催化剂和柴油氧化催化剂(DOC)来降低排放。在SCR过程中，NOx与由剂量系统喷射到燃料或排气流中的还原剂起反应以被吸收到SCR催化剂上。所喷射的定剂量试剂(dosing agent)(例如，尿素)分解以形成氨(NH₃)，氨是用于与NOx起反应以产生氮(N₂)和水(H₂O)的还原剂。
然而，SCR过程通常要求相对较高的排气温度，例如高于220℃的温度。在常规的柴油机应用中，经常会经历相对较低的排气温度，例如低于220℃的温度。因此，可采用外部加热装置以在低排气温度期间维持SCR催化剂温度。
发明内容
一种排放控制方法可包括：当柴油氧化催化剂(DOC)运行温度高于第一极限时，将燃料喷射到提供给DOC的发动机排气中；当与离开DOC的排气相联系的催化剂的温度高于第二极限时终止喷射；和在终止后将定剂量试剂喷射到排气中。
催化剂可包括选择性催化还原(SCR)催化剂，且当SCR催化剂温度低于第三极限时可终止定剂量试剂的喷射。当DOC运行温度高于第一极限时，在定剂量试剂喷射终止后可再次开始燃料喷射。
控制模块可包括柴油氧化催化剂(DOC)控制模块，选择性催化还原(SCR)催化剂控制模块，和定剂量试剂控制模块。DOC控制模块可控制与来自发动机的排气相联系的DOC的温度。SCR催化剂控制模块可与DOC控制模块相联通，且可通过在DOC温度高于第一极限时选择性地将燃料喷射到提供给DOC的排气中来控制SCR催化剂的温度。当SCR催化剂温度高于第二极限时，SCR催化剂控制模块可终止喷射。定剂量试剂控制模块可与SCR催化剂控制模块相联通，且在终止后可控制定剂量试剂到排气中的喷射。
其它应用领域通过在此提供的描述将变得显而易见。应理解的是，该描述和具体示例仅用于说明目的，且并不限制本发明的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于图示目的，且不意图以任何方式限制本发明的范围。
图1是根据本发明的车辆的示意性图示；
图2是在图1中示出的控制模块的控制方框图；和
图3是图示用于控制图1的车辆的步骤的流程图。
具体实施方式
下面的描述实质上仅为示例性的，且不意图限制本发明、应用或使用。应理解的是在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的零件和特征。如在此所使用，术语“模块”指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用处理器，专用处理器或组处理器)和存储器、组合逻辑电路、或提供所述功能的其他合适部件。
现在参考图1，图中示意性地图示了示例性车辆10。车辆10可包括发动机组件12和排气后处理系统14。发动机组件12可包括具有气缸18的发动机16、进气歧管20和排气歧管22。空气通过节气门24流入进气歧管20内。空气与燃料混合且空气和燃料的混合物在气缸18内燃烧以驱动活塞(未示出)。虽然图示了单个气缸18，但可理解发动机16可包括另外的气缸18。例如，可预见具有2，3，4，5，6，8，10，12和16个气缸的发动机。燃料从燃料源26提供且使用喷射器28被喷射到空气流中。
排气通过燃烧过程产生且从气缸18被排放到排气歧管22内。排气后处理系统14处理流过它的排气，以在排气被释放到大气前降低排放。排气后处理系统14可包括定剂量系统32、柴油氧化催化剂(DOC)34、第一NOx传感器36和第二NOx传感器37、选择性催化还原(SCR)催化剂38和柴油机微粒过滤器(DPF)40。第一NOx传感器36和第二NOx传感器37可响应于排气的NOx水平且可基于此生成相应的信号。
温度传感器T_A、T_B和T_C可沿排气路径布置。温度传感器T_A可位于DOC 34的上游在DOC 34的入口处，温度传感器T_B可位于DOC 34的下游并位于SCR催化剂38的上游且在SCR催化剂38的入口处。温度传感器T_C可位于SCR催化剂38的下游。DOC 34与排气起反应以降低排气的排放水平。DPF 40可位于SCR催化剂38的下游且可过滤柴油机微粒以进一步降低排放。
定剂量系统32可包括定剂量试剂喷射器42和定剂量试剂存储箱44。定剂量系统32可选择性地将定剂量试剂喷射到排气流中以进一步降低排放。例如，定剂量试剂存储箱44可包括尿素供给源，尿素被定剂量试剂喷射器42喷射到排气流中，如在下文中论述。定剂量试剂喷射到排气流中的速率可基于由在此所述的多种传感器中的一个或多个所生成的信号来确定。第一NOx传感器36和第二NOx传感器37可用于确定NOx转化效率，且用于确定通过定剂量试剂喷射器42所施加的正确的尿素定剂量的量。排气和定剂量试剂混合物在SCR催化剂38内起反应，以进一步降低排气排放。
另外参考图2，控制模块50可包括DOC温度控制模块52、SCR催化剂温度控制模块54和定剂量试剂控制模块56。DOC温度控制模块52可与SCR催化剂温度控制模块54相联通，且可控制由发动机16提供到DOC 34的排气的温度，以及可确定DOC 34的运行温度。对提供到DOC 34的排气的温度的控制可包括控制发动机16的燃烧参数。例如，DOC温度控制模块52可调整节气门24的开度，以控制流入发动机16内的空气流。DOC 34的运行温度可通过温度传感器T_B确定。
DOC温度控制模块52也可控制燃料到气缸18内的喷射。更具体地，DOC温度控制模块52可控制喷射器28以提供燃料到气缸18内的先导喷射。先导喷射包括在主供给前将少量的燃料喷射到气缸18内。先导供给一般地在主燃料供给被喷射前开始燃烧，从而提供主供给的即时点燃而无明显的延迟。还可采用多种其他方法来增加提供到DOC34的排气温度。
SCR催化剂温度控制模块54可与定剂量试剂控制模块56相联通，且可大体上控制提供到SCR催化剂38的排气的温度，以及可确定SCR催化剂38的运行温度。更具体地，SCR催化剂温度控制模块54可大体上控制燃料从燃料源26到来自气缸18的排气的喷射。SCR催化剂温度控制模块54可大体上控制通过后喷射过程被提供到SCR催化剂38的排气的温度。在后喷射期间，燃料可由喷射器28在排气行程期间喷射到气缸18内，或通过次级喷射器(未示出)喷射到从气缸18到DOC 34的排气流动路径内。后喷射通常将一定量的燃料提供到排气流以用于在DOC 34内燃烧。后喷射可通常使离开DOC 34的排气温度升高，且通过在DOC 34内的燃烧被提供到SCR催化剂38。SCR催化剂38的运行温度可由温度传感器T_C确定。
定剂量试剂控制模块56可与定剂量试剂存储箱44和定剂量试剂喷射器42相联通。如上所述，定剂量试剂控制模块56可与SCR催化剂温度控制模块54相联通。定剂量试剂控制模块56可大体上控制定剂量试剂到来自发动机16的排气内的喷射，该喷射控制基于由DOC温度控制模块52和SCR催化剂温度控制模块54控制和确定的温度进行，如在下文中论述。
现在参考图3，控制逻辑100大体上图示了用于车辆10的排放控制，且更具体地图示了扰动控制策略。控制逻辑100可在方框102处开始，在方框102处确定了DOC温度(T_DOC)。T_DOC可通过温度传感器T_B确定。控制逻辑100然后可前进到方框104，在方框104处将T_DOC与第一预定极限(LIMIT)进行比较。第一预定极限可大致对应于高于或等于230℃的温度。如果T_DOC低于第一预定极限，则控制逻辑100前进到方框106，在方框106处升高T_DOC。T_DOC可通过DOC温度控制模块52以多种方式被升高，包括对节气门24的控制和先导喷射，如以上所论述。控制逻辑100然后可返回到方框102，在方框102处再次估计T_DOC。
如果方框104确定T_DOC高于第一预定极限，则控制逻辑100可前进到方框108，在方框108处SCR催化剂温度控制模块52可实施后喷射。如以上所论述，后喷射一般包括将燃料喷射到由发动机16提供到DOC 34的排气流中。控制逻辑100可然后前进到方框110，在方框110处确定SCR温度(T_SCR)。
T_SCR可通过温度传感器T_C确定。一旦T_SCR在方框110处被确定，则控制逻辑100可前进到方框112，在方框112处将T_SCR与第二预定极限(LIMIT_H)进行比较。第二预定极限可高于第一预定极限，且可大致对应于高于或等于300℃的温度。如果T_SCR低于第二预定极限，则控制逻辑100可返回到方框108，在方框108处后喷射持续。如果T_SCR高于第二预定极限，则控制逻辑100可前进到方框114，在方框114处后喷射被终止。一旦后喷射被终止，则控制逻辑100可前进到方框116，在方框116处将定剂量试剂施加到排气。
定剂量试剂的施加可通过定剂量试剂控制模块56控制。定剂量试剂可在DOC 34和SCR催化剂38之间的位置被施加。更具体地，定剂量试剂可在DOC 34的出口和SCR催化剂38的入口之间的位置被施加。如以上所论述，定剂量试剂可包括尿素。一旦定剂量试剂已在方框116处被施加，则控制逻辑100可前进到方框118，在方框118处再次确定T_SCR。一旦T_SCR被确定，则控制逻辑100可前进到方框120，在方框120处将T_SCR与第三预定极限(LIMIT_L)进行比较。第三预定极限可低于或等于第一预定极限，且可大致对应于低于或等于220℃的温度。
如果T_SCR高于第三预定极限，则控制逻辑100返回到方框116，在方框116处定剂量试剂的施加继续。如果T_SCR低于第三预定极限，则控制逻辑100前进到方框122，在方框122处终止定剂量试剂的施加。一旦在方框122处终止定剂量的施加，则控制逻辑100可终止，从而完成扰动控制策略的一个循环。
在发动机16的运行期间，控制逻辑100可大致连续循环。更具体地，控制逻辑100的随后循环可在方框102处再次开始。因此，在方框108处的燃料喷射和在方框116处的定剂量施加可彼此相反地被开启和切断，以提供扰动控制策略。扰动控制策略可基本上消除带有NO的碳氢化合物(HC)对在DOC 34内的NO2转化的干扰，从而提高了在SCR催化剂38内在LIMIT_L和LIMIT_H之间的温度下的NOx降低。
本领域普通技术人员现在可从前述描述中认识到，本发明的广泛教示能以多种形式实施。因此，虽然本发明包括特定的例子，但本发明的实际范围不应受此限制，因为通过阅读附图、说明书和如下的权利要求，其他修改对于普通技术人员而言是显而易见的。