專利名稱：用于控制柴油機(jī)排氣流體注入內(nèi)燃機(jī)排氣管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制柴油機(jī)排氣流體(Diesel Exhaust Fluid, DEF)注入內(nèi)燃機(jī)(通常為柴油發(fā)動(dòng)機(jī))排氣管的方法。
背景技術(shù)：
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常裝備有后處理系統(tǒng)，該后處理系統(tǒng)包括排氣管，用于將排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)引導(dǎo)至環(huán)境；和多個(gè)后處理裝置，定位在排氣管中，用于使來自排氣的污染物在釋放到環(huán)境之前而被降解和/或去除。更詳細(xì)地，傳統(tǒng)的后處理系統(tǒng)通常包括柴油機(jī)氧化催化器(DOC)，用于使烴類 (HC)和一氧化碳(CO)氧化成二氧化碳(CO2)和水(H2O)；和柴油機(jī)顆粒過濾器(DPF)，在排氣管中定位在DOC下游，用于將柴油機(jī)顆粒物質(zhì)或煙灰從排氣中去除。為了降低NOx排放，大多數(shù)后處理系統(tǒng)還包括選擇性還原催化器(SCR)，其在排氣管中定位在DPF下游。SCR是一種催化裝置，其中，包含在排氣中的氮氧化物(NOx)借助儲(chǔ)存在催化劑中的氣態(tài)還原劑(通常為氨(NH3))被轉(zhuǎn)化為自然的(diatonic)氮?dú)?N2)和水(H2O)。氨通過柴油機(jī)排氣流體(DEF)、通常為尿素(CHJ2O)的熱-水解而獲得，該柴油機(jī)排氣流體通過定位在DPF和SCR之間的專用注射器被注入排氣管。DEF的注入通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(EOT)控制，該發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元確定要被注入排氣管中的DEF的量以便在SCR中獲得足夠的NOx轉(zhuǎn)化率，然后相應(yīng)地控制注射器。一些E⑶根據(jù)閉環(huán)程序控制要被注入的DEF量，該程序?qū)Ｗ⒂趦?chǔ)存在SCR中的NH3 的水平。更詳細(xì)地說，該閉環(huán)程序規(guī)定確定表示SCR內(nèi)的NH3儲(chǔ)存水平的指數(shù)，用于基于排氣中的NOx濃度和SCR上游的排氣溫度確定所述指數(shù)的設(shè)定點(diǎn)，和用于調(diào)節(jié)要被注入的DEF 量，以便最小化指數(shù)和與其相關(guān)聯(lián)的設(shè)定點(diǎn)之間的差異。當(dāng)獲得SCR的優(yōu)化NOx轉(zhuǎn)化效率時(shí)，該閉環(huán)程序有時(shí)涉及過大的DEF消耗，特別是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在困難條件下運(yùn)行時(shí)，包括運(yùn)行條件，諸如高的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和高的發(fā)動(dòng)機(jī)速度，以及環(huán)境條件，諸如高的環(huán)境溫度或高的海拔，即低的環(huán)境壓力。其他E⑶根據(jù)開環(huán)程序控制要被注入的DEF量，其通常規(guī)定將DEF量作為SCR上游的排氣中的NOx濃度的函數(shù)而被計(jì)算。該開環(huán)程序通常獲得優(yōu)化的DEF消耗，但降低SCR的NOx轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上，本發(fā)明的實(shí)施例的目的是在每種運(yùn)行和環(huán)境條件(或至少在大多數(shù)條件下)下優(yōu)化NOx濃度和DEF消耗。另一目的是通過簡單、合理和廉價(jià)的方案實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。這些和/或其他目的通過本發(fā)明主要方面限定的本發(fā)明實(shí)施例的特征而實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其它方面描述了本發(fā)明其他實(shí)施例的優(yōu)選和/或特別有利的特征。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于控制柴油機(jī)排氣流體注入內(nèi)燃機(jī)排氣管的方法， 該內(nèi)燃機(jī)裝備有選擇性還原催化器(Selective Reduction Catalyst)，包括以下步驟-監(jiān)視影響選擇性還原催化器(3 的運(yùn)行的控制參數(shù)值；-注射一定量的柴油機(jī)排氣流體；-利用閉環(huán)程序或開環(huán)程序控制要被注入的柴油機(jī)排氣流體的量(Qdef)；-當(dāng)被監(jiān)視的控制參數(shù)值跨過控制參數(shù)的第一閾值時(shí)，在閉環(huán)程序和開環(huán)程序之間切換。事實(shí)上，取決于特定的控制參數(shù)，當(dāng)被監(jiān)視的控制參數(shù)值超過其第一閾值和/或當(dāng)被監(jiān)視的控制參數(shù)值降到其第一閾值之下時(shí)，在閉環(huán)程序和開環(huán)程序之間的切換發(fā)生。第一閾值還可以是數(shù)值范圍的極限值，從而當(dāng)控制參數(shù)落入和/或超出所述數(shù)值范圍時(shí)，閉環(huán)程序和開環(huán)程序之間的切換可以發(fā)生。此外，控制方法可規(guī)定監(jiān)視多個(gè)不同控制參數(shù)，所述多個(gè)不同控制參數(shù)影響SCR 的運(yùn)行，且規(guī)定當(dāng)被監(jiān)視的這些控制參數(shù)的至少一個(gè)的值跨過與其相關(guān)聯(lián)的第一閾值時(shí)， 在閉環(huán)程序和開環(huán)程序之間實(shí)現(xiàn)切換。在每個(gè)情況下，通過選擇性地使用閉環(huán)程序和開環(huán)程序，控制方法通常明顯改善 SCR的NOx轉(zhuǎn)化效率，并降低DEF消耗，改善了由具有滿箱DEF的發(fā)動(dòng)機(jī)覆蓋的里程范圍和消費(fèi)者滿意度。根據(jù)本發(fā)明的一方面，每個(gè)控制參數(shù)可從與內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)和與內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行所處的環(huán)境條件相關(guān)的環(huán)境參數(shù)中選擇。運(yùn)行參數(shù)的例子是SCR上游的排氣流速、SCR上游的排氣溫度、SCR上游的排氣中的NOx濃度和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載。環(huán)境參數(shù)的例子是環(huán)境壓力和環(huán)境溫度。以此方式，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行和環(huán)境條件下時(shí)，閉環(huán)程序可有利地實(shí)施，以便獲得SCR的優(yōu)化的轉(zhuǎn)化效率；然而，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在超出其標(biāo)準(zhǔn)界限的運(yùn)行或環(huán)境條件下時(shí)，開環(huán)程序可有利地實(shí)施，以便獲得優(yōu)化的DEF消耗。更詳細(xì)地，本發(fā)明的一方面規(guī)定，控制參數(shù)是SCR上游的排氣流速，且規(guī)定當(dāng)該排氣流速的被監(jiān)視值超過該排氣流速的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步
馬聚ο本發(fā)明的另一方面規(guī)定，控制參數(shù)是SCR上游的排氣溫度，且當(dāng)該排氣溫度的被監(jiān)視值超過該排氣溫度的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。本發(fā)明的上述最后兩個(gè)所述方面的每個(gè)具有當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作以產(chǎn)生高轉(zhuǎn)矩時(shí) (例如，當(dāng)裝備有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車以滿載荷拉著拖車)降低DEF消耗的優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，控制參數(shù)是SCR上游的排氣中的NOx量，當(dāng)該NOx量的被監(jiān)視值超過該NOx量的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。NOx量可表示為NOx濃度或NOx流速。本發(fā)明的該方面具有當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生高NOx排放時(shí)能降低DEF消耗(這甚至不能借助排氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)降低)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的又一方面規(guī)定控制參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度，且當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度的被監(jiān)視值超過發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步
馬聚ο本發(fā)明的該方面具有當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于熱的環(huán)境溫度時(shí)降低DEF消耗的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，控制溫度是發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，且當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的被監(jiān)視值超過發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。本發(fā)明的另一方面規(guī)定控制參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)速度，且當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)速度的被監(jiān)視值超過發(fā)動(dòng)機(jī)速度的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。本發(fā)明的上述最后兩個(gè)方面的每一個(gè)具有當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于高負(fù)載時(shí)(例如當(dāng)裝備有該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛以滿載拉著拖車時(shí))降低DEF消耗的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，控制參數(shù)是環(huán)境壓力，當(dāng)環(huán)境壓力的被監(jiān)視值低于環(huán)境壓力的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。本發(fā)明的該方面具有當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于高海拔時(shí)降低DEF消耗的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法還包括步驟-當(dāng)被監(jiān)視的控制參數(shù)值跨過與其相關(guān)聯(lián)的第二閾值時(shí)，禁止DEF的注入。還在該情況下，取決于特定控制參數(shù)，當(dāng)控制參數(shù)的被監(jiān)視值超過其第二閾值時(shí)或當(dāng)控制參數(shù)的被監(jiān)視值低于其第二閾值時(shí)，DEF的注入可被禁止。第二閾值還可以是數(shù)值范圍的極限值，從而當(dāng)控制參數(shù)在所述數(shù)值范圍之外時(shí)禁止DEF的注入。通過適當(dāng)標(biāo)定第二閾值，本發(fā)明的上述實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)例如在SCR內(nèi)的NOx轉(zhuǎn)化幾乎不起作用時(shí)(例如當(dāng)SCR上游的排氣溫度極高時(shí))節(jié)省DEF的優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上，SCR上游的排氣溫度與SCR的NH3儲(chǔ)存能力呈反比關(guān)系，該儲(chǔ)存能力與NOx 轉(zhuǎn)化效率嚴(yán)格相關(guān)。因此，當(dāng)SCR上游的排氣溫度極高時(shí)，SCR內(nèi)的NOx轉(zhuǎn)化效率可降低至幾乎所有排氣的NOx量都被排放到環(huán)境中的點(diǎn)。與此類似的情況中，推薦禁止DEF注入，以便節(jié)省DEF。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，控制方法還包括步驟在DPF再生階段之前的期間禁止 DEF注入。事實(shí)上，DPF的再生階段增加SCR上游的排氣溫度，由此明顯降低SCR的NH3儲(chǔ)存能力。DPF再生階段期間的SCR的NH3儲(chǔ)存能力和DPF再生階段開始之前的SCR的NH3儲(chǔ)存水平之間的差異，代表通常被喪失而沒有產(chǎn)生任何NOx轉(zhuǎn)化效果的NH3超出量。通過禁止DEF注入，該NH3超出量可在DPF再生階段開始之前有效地用于NOx轉(zhuǎn)化，而SCR的NH3儲(chǔ)存能力被降低到DPF再生階段期間SCR將具有的NH3儲(chǔ)存能力之下。根據(jù)本發(fā)明任何實(shí)施例的方法可借助計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行，該程序包括用于執(zhí)行上述方法所有步驟的程序代碼，且具有包括計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可被實(shí)施為一種內(nèi)燃機(jī)，該內(nèi)燃機(jī)裝備有排氣管、位于排氣管中的SCR、在排氣管中位于SCR上游的DEF注射器、ECU、與ECU關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)載體和儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)載體中的計(jì)算機(jī)程序，從而，當(dāng)ECU執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，上述方法的所有步驟被執(zhí)行。


將通過例子參考附圖來描述本發(fā)明。圖1是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制方法的流程圖。圖3是示出用于確定要被注入到圖1的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中的DEF量的閉環(huán)控制程序的流程圖。圖4是示出用于確定要被注入到圖1的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中的DEF量的開環(huán)控制程序的流程圖。附圖標(biāo)記10內(nèi)燃機(jī)20進(jìn)氣管30排氣管3IDOC32DPF33SCR34DEF 注射器35混合器36消音器37UEG0 傳感器38溫度傳感器39溫度傳感器40N0X 傳感器41溫度傳感器42N0X 傳感器50ECU51數(shù)據(jù)載體60加法器61比例控制器62 圖表63SCR的數(shù)學(xué)模型64加法器65 圖表66 圖表Ν02/Ν0χΝΗ3/Ν0χII*IsIte
SCR入口處的NO2與NOx之比 NH3與NOx之比的所需值 SCR內(nèi)的NH3儲(chǔ)存水平的指數(shù)值 NH3儲(chǔ)存水平指數(shù)的粗略值 NH3儲(chǔ)存水平指數(shù)的設(shè)定點(diǎn)值 NH3儲(chǔ)存水平指數(shù)的閾值 I和Is之間的差異
Qdef
Q DEF
Qex
QnOx
T 1SCEin
5 NOx,S
5 *Ν0χ
氺 e
3 NOx,S
要被注入的DEF量 Qdef的粗略值
SCR上游的排氣質(zhì)量流 SCR入口處的NOx質(zhì)量流 SCR入口處的排氣溫度 ,t SCR下游的NOx濃度的檢測值 SCR下游的NOx濃度的預(yù)計(jì)值 S NOx, SCRout 禾口 ^ ^NOx, SCEout
SCR上游的NOx濃度值
之間的差異
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例將通過機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃機(jī)10、特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而被披露。發(fā)動(dòng)機(jī)10通常裝備有進(jìn)氣管20，用于將新鮮空氣供給到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸；排氣管30， 用于將排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排放到環(huán)境；以及多個(gè)后處理裝置，定位在排氣管30中，以便將來自排氣的污染物在被釋放到環(huán)境之前而被降解和/或去除。更詳細(xì)地，排氣管30設(shè)置有柴油機(jī)氧化催化器(D0C)31，用于使烴類(HC)和一氧化碳(CO)氧化成二氧化碳(CO2)和水(H2O)；柴油機(jī)顆粒過濾器(DPF) 32，定位在D0C31 下游，用于將柴油機(jī)顆粒物質(zhì)或煙灰從排氣中去除；和選擇性還原催化器(SCR) 33，定位在 DPF32下游，用于將包含在排氣中的氮氧化物(NOx)轉(zhuǎn)化為自然的氮?dú)?N2)和水(H2O)。SCR33與DEF注射器34相關(guān)聯(lián)，該DEF注射器定位在DPF32和SCR33之間的排氣管30中，用于將柴油機(jī)排氣流體(DEF)、通常為尿素(CH4N2O)注入到排氣流中。由于在排氣管30內(nèi)發(fā)生的熱-水解反應(yīng)，DEF被轉(zhuǎn)化為氣態(tài)還原劑，通常為氨NH3, 其被儲(chǔ)存在SCR33中以便促進(jìn)NOx轉(zhuǎn)化反應(yīng)。混合器35在排氣管30中定位在DEF注射器34和SCR33之間，以便改善DEF在排氣中混合，傳統(tǒng)的消音器36定位在SCR33下游。發(fā)動(dòng)機(jī)10與控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，該控制系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(EOT) 50和多個(gè)連接到該ECU50的傳感器。這些傳感器中的多個(gè)被定位在排氣管30中，包括寬域排氣氧氣(Universal Exhaust Gas Oxygen, UEG0)傳感器37，用于測量DOC入口處排氣中的氧氣(O2)濃度；溫度傳感器38，用于測量DOC入口處的排氣溫度；另一溫度傳感器39，用于測量DPF入口處的排氣溫度；NOx傳感器40，用于測量DPF32下游和DEF注射器34上游的排氣中的NOx濃度；又一溫度傳感器41，用于測量SCR入口處的排氣溫度；和另一 NOx傳感器42，用于測量SCR33 下游和消音器36上游的NOx濃度。E⑶50通常被設(shè)置用于通過執(zhí)行專用計(jì)算機(jī)程序而控制發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行，以及后處理裝置31-33的運(yùn)行，該計(jì)算機(jī)程序儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)載體51中。特別地，E⑶50被設(shè)置用于通過通用步驟控制DEF向排氣管30的注入，該通用步驟是確定要被注入的DEF量和相應(yīng)地指令DEF注射器34的步驟。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于控制DEF注射的改進(jìn)的方法。如圖2所示，該方法首先規(guī)定評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)10是開的還是關(guān)的。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)10是開的時(shí)，該方法規(guī)定檢查發(fā)動(dòng)機(jī)10的上述控制系統(tǒng)是否已準(zhǔn)備就緒。例如當(dāng)所涉及的計(jì)算機(jī)程序沒有適當(dāng)?shù)匮b載，或者當(dāng)錯(cuò)誤發(fā)生在E⑶50或與其連接的任何傳感器中，則控制系統(tǒng)沒有準(zhǔn)備就緒。如果控制系統(tǒng)沒有準(zhǔn)備就緒，該方法規(guī)定禁止DEF注射，即規(guī)定關(guān)閉DEF注射器 34，以使得沒有DEF被注射到排氣管30中。DEF注射被保持為禁止直到控制系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒。—旦發(fā)動(dòng)機(jī)10是開的且控制系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，該方法規(guī)定監(jiān)視影響SCR33運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)控制參數(shù)，由此，該運(yùn)行可例如在SCR33的NOx轉(zhuǎn)化效率方面或DEF消耗方面被限定。這些控制參數(shù)可包括與發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)速度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載、SCR33上游的排氣流速、SCR上游的排氣溫度、SCR33上游的NOx濃度和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度?？刂茀?shù)還可包括與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行所處的環(huán)境條件相關(guān)的環(huán)境參數(shù)，諸如環(huán)境壓力和環(huán)境溫度。上述控制參數(shù)的值可被E⑶50估計(jì)或通過專用傳感器測量，諸如測量SCR33上游的排氣溫度的溫度傳感器41和測量SCR33上游的NOx濃度的NOx傳感器40。該方法然后規(guī)定評(píng)估SCR33是否運(yùn)行于臨界條件。為了評(píng)估該條件是否是臨界的，該方法規(guī)定對于上述每個(gè)控制參數(shù)設(shè)定鑒別規(guī)則，且規(guī)定當(dāng)這些鑒別規(guī)則中的至少一個(gè)被滿足時(shí)就將該條件評(píng)價(jià)為臨界的。事實(shí)上，鑒別規(guī)則可通過為相關(guān)控制參數(shù)指定臨界閾值而被限定，在該臨界閾值之上，SCR33例如就被視為不起作用的，并且該鑒別規(guī)則還通過僅當(dāng)控制參數(shù)的實(shí)際值超過該臨界閾值便認(rèn)定該鑒別規(guī)則被滿足而被限定。替換地，鑒別規(guī)則可通過為相關(guān)控制參數(shù)指定可允許值范圍而被限定，在該范圍之外，SCR33例如就被視為不起作用的，并且該鑒別規(guī)則還通過僅當(dāng)控制參數(shù)的實(shí)際值落在該可允許范圍值之外便認(rèn)定該鑒別規(guī)則被滿足而被限定。鑒別規(guī)則的選擇取決于特定的控制參數(shù)。如果該條件是臨界的，該方法規(guī)定禁止DEF注射。DEF注射被保持為禁止，直到該條件不再是臨界的，也就是直到上述鑒別規(guī)則被滿足。當(dāng)控制系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒且SCR33在非臨界條件下運(yùn)行時(shí)，該方法規(guī)定評(píng)估DPF32的再生階段當(dāng)前是否進(jìn)行。DPF再生階段通過E⑶50管理，且規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)10執(zhí)行特殊的燃燒模式，通過該模式，一定量燃料未被燃燒地從發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排放到排氣管30。該未燃燒的燃料在D0C31內(nèi)燃燒，由此產(chǎn)生加熱DPF32的熱排氣。隨著DPF32的溫度到達(dá)約600°C -700°C，捕獲在DPF32內(nèi)的煙灰物質(zhì)被燒盡。但是，在DPF再生階段期間排氣的高溫度強(qiáng)烈地降低SCR的NH3儲(chǔ)存能力。本控制方法考慮該缺點(diǎn)，這將在說明書下文描述。如果沒有DPF再生階段當(dāng)前進(jìn)行，該方法規(guī)定檢查DPF再生需求是否已經(jīng)產(chǎn)生且是否正在有效。DPF再生需求通過E⑶50按照專門的DPF控制策略在DPF32內(nèi)的煙灰負(fù)載水平超過預(yù)定閾值時(shí)產(chǎn)生。在DPF再生需求之后，DEF注射的控制方法規(guī)定E⑶50僅在一定條件滿足時(shí)使DPF 再生階段可執(zhí)行，這將在本說明書下文描述。當(dāng)DPF再生階段和DPF再生需求并非正在有效時(shí)，該方法規(guī)定評(píng)估預(yù)定切換條件是否 兩足。為了評(píng)估切換條件是否滿足，該方法規(guī)定為每個(gè)上述控制參數(shù)設(shè)定其他鑒別規(guī)則，且規(guī)定當(dāng)這些其他鑒別規(guī)則滿足時(shí)就將該切換條件評(píng)價(jià)為滿足。如前一種情況中，鑒別規(guī)則可通過為相關(guān)控制參數(shù)指定臨界閾值而被限定，并且該鑒別規(guī)則還通過僅當(dāng)控制參數(shù)的實(shí)際值超過該臨界閾值便認(rèn)定該鑒別規(guī)則被滿足而被限定。替換地，鑒別規(guī)則可通過為相關(guān)控制參數(shù)指定可允許值范圍而被限定，并且該鑒別規(guī)則還通過僅當(dāng)控制參數(shù)的實(shí)際值落在該可允許范圍值之外便認(rèn)定該鑒別規(guī)則未被滿足而被限定。鑒別規(guī)則的選擇取決于特定控制參數(shù)。作為例子，當(dāng)此后披露的鑒別規(guī)則的至少一個(gè)被實(shí)現(xiàn)時(shí)，該切換條件被滿足。SCR33上游的排氣流速的實(shí)際值超過與其相關(guān)聯(lián)的閾值時(shí)，特別是在包括在 1300kg/h和1600kg/h之間的范圍中被選擇的閾值，例如1440kg/h的閾值。SCR33上游的排氣溫度超過與其相關(guān)聯(lián)的閾值，特別是在包括在500°C和600°C之間的范圍中被選擇的閾值，例如550°C的閾值。SCR33上游的排氣中的NOx的量超過與其相關(guān)聯(lián)的閾值。NOx量的閾值可以以NOx 流速或NOx濃度表達(dá)。在第一情況中，NOx量的閾值可被選擇在包括在225mg/s和275mg/s 之間的范圍中，例如是250mg/s的閾值。在第二情況中，NOx量的閾值可在包括在1350ppm 和1650ppm之間的范圍中被選擇，例如1500ppm的閾值。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度超過與其相關(guān)聯(lián)的閾值，特別是在包括在100°C和120°C之間的范圍中被選擇的閾值，例如108°C的閾值。環(huán)境壓力位于與其相關(guān)聯(lián)的閾值之下，特別是在包括在670hl^和SlOhI^a之間的范圍中被選擇的閾值，例如740hPa，其通常對應(yīng)于海平面之上約2500m的海拔。發(fā)動(dòng)機(jī)速度超過與其相關(guān)聯(lián)的閾值，特別是在包括在2160rpm和^40rpm之間的范圍中被選擇的閾值，例如MOOrpm的閾值。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載超過與其相關(guān)聯(lián)的閾值，特別是在包括在54mm3每發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)和66mm3 每發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)之間的范圍中被選擇的閾值，例如60mm3每發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)。一旦所有上述切換條件沒有實(shí)現(xiàn)，該方法規(guī)定根據(jù)閉環(huán)程序控制要被注入到排氣管30中的DEF量。相反，當(dāng)上述切換條件中的至少一個(gè)被滿足時(shí)，該方法規(guī)定根據(jù)開環(huán)程序控制要被注入的DEF量。閉環(huán)程序關(guān)注SCR33內(nèi)儲(chǔ)存的NH3水平的控制。如圖3所示，該閉環(huán)程序規(guī)定確定表示NH3儲(chǔ)存水平的指數(shù)的值I和所述指數(shù)的設(shè)定點(diǎn)值Is。加法器60計(jì)算指數(shù)值I和設(shè)定點(diǎn)值Is之間的差異e。該差異e被發(fā)送到比例控制器61，其被設(shè)置用于調(diào)整要被注入到排氣管30中的 DEF量Qdef，以便最小化所述差異e。設(shè)定點(diǎn)值Is通過圖表62而被確定，該圖表將設(shè)定點(diǎn)值Is關(guān)聯(lián)到SCR入口處的NOx 質(zhì)量流QNOx，且關(guān)聯(lián)至影響SCR33的NOx轉(zhuǎn)化效率的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，例如包括在SCR入口處的排氣溫度TSCKin。NOx質(zhì)量流Qtox可通過將SCR33上游的排氣質(zhì)量流與通過NOx傳感器40測量的NOx 濃度相乘而被計(jì)算。其他參數(shù)可通過E⑶50估計(jì)或通過專用傳感器測量，諸如測量SCR入口處的排氣溫度Tseiiin的溫度傳感器41。指數(shù)值I通過SCR33的數(shù)學(xué)模型63確定，該模塊將指數(shù)的粗略值Γ作為多個(gè)輸入值的函數(shù)而被估計(jì)。這些輸入值包括多個(gè)運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，其影響SCR33內(nèi)的NH3儲(chǔ)存水平。運(yùn)行參數(shù)可包括SCR33上游的排氣質(zhì)量流；SCR入口處的DEF質(zhì)量流；SCR33上游的排氣的氧氣濃度；SCR33上游的排氣的NOx濃度；SCR入口的NO2與NOx之比；SCR入口處的排氣溫度；SCR33上游的排氣壓力；SCR33下游的排氣壓力；和車輛速度。環(huán)境參數(shù)可包括環(huán)境溫度和環(huán)境壓力。上述參數(shù)可通過E⑶50估計(jì)或通過專用傳感器測量，諸如測量SCR33上游的排氣中的NOx濃度的NOx傳感器40，和測量在SCR入口處的排氣溫度的溫度傳感器41。粗略值Γ然后乘以校正因子F，以便計(jì)算指數(shù)值I。校正因子F通過SCR下游的排氣中的NOx濃度的閉環(huán)控制而被確定，其通過被計(jì)算的DEF量％EF注入到排氣管30中引起。NOx濃度的值δ NOx, SCEout通過NOx傳感器42被測量，且被發(fā)送到加法器64，該加法器64計(jì)算所述NOx濃度的檢測值δ·，■和預(yù)計(jì)值5*_，％1;(^之間的差異#。預(yù)計(jì)值δ *NOx,SCEout通過用于評(píng)估粗略值Γ的SCR33的同一數(shù)學(xué)模型63而被評(píng)估。差異e*被發(fā)送到圖表65，該圖表65將差異e*關(guān)聯(lián)至要被用于粗略值Γ的校正因子F，以便計(jì)算指數(shù)值I。由于該閉環(huán)機(jī)制，被估計(jì)的指數(shù)值I高度可靠，允許要被注入的DEF量％EF的有效確定。如圖4所示，用于控制要被注入的DEF量的開環(huán)程序規(guī)定通過將SCR33上游的排氣質(zhì)量流Qex乘以SCR33上游的排氣中的NOx濃度δ NQx, SCEin(可通過NOx傳感器40而被測量)而計(jì)算在SCR入口處的NOx質(zhì)量流QTOx。然后質(zhì)量流Qtox乘以氨對NOx之比(被指定為ΝΗ3/Ν0Χ)的需要值，以便計(jì)算要被注入排氣管30中的DEF量的粗略值Q*def。所需值ΝΗ3/Ν0χ通過圖表66確定，該圖表66將所需值ΝΗ3/Ν0χ關(guān)聯(lián)到影響SCR33 的NOx轉(zhuǎn)化效率的多個(gè)參數(shù)，例如包括SCR入口處的NO2與NOx之比，表示為Ν02/Ν0χ，和SCR 入口處的排氣溫度TSCKin。然后粗略值Q*def被乘以多個(gè)校正因子，以便計(jì)算要被注入的DEF量的有效值Qdef。
這些校正因子基于影響SCR33的NOx轉(zhuǎn)化效率的多個(gè)參數(shù)而被確定，包括運(yùn)行參數(shù)，諸如排氣質(zhì)量流、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度，以及環(huán)境參數(shù)，諸如環(huán)境壓力和環(huán)境溫度。盡管前述閉環(huán)程序通常獲得SCR33的優(yōu)化NOx效率，但可導(dǎo)致過量的DEF消耗，開環(huán)程序通常在幾乎所有運(yùn)行和環(huán)境條件下可獲得優(yōu)化的DEF消耗，但降低SCR33的NOx效率。因此，限定上述切換條件的閾值被選擇以限定DEF消耗和SCR33的NOx效率之間的界限當(dāng)滿足切換條件時(shí)，開環(huán)程序是推薦的，因?yàn)殚]環(huán)程序可導(dǎo)致不可接受的DEF消耗； 當(dāng)切換條件沒有滿足時(shí)，閉環(huán)程序是推薦的，因?yàn)殚_環(huán)程序可導(dǎo)致不可接受的SCR33的低
NOx轉(zhuǎn)化效率。如圖2所示，當(dāng)DPF再生需求產(chǎn)生時(shí)，該方法規(guī)定完全禁止DEF到排氣管30的注入。在DPF再生階段開始之前通過禁止DEF注入，SCR內(nèi)的NH3儲(chǔ)存水平被逐漸降低。DEF注入被保持為禁止，直到NH3儲(chǔ)存水平處于SCR33在DPF再生階段期間所具有的NH3儲(chǔ)存能力之下。更詳細(xì)地，當(dāng)DEF注入被禁止時(shí)，該方法規(guī)定確定表示SCR33內(nèi)的NH3儲(chǔ)存水平的指數(shù)值I。一旦指數(shù)值I超過相關(guān)聯(lián)的閾值It(表示DPF32的再生階段期間的SCR33的NH3 儲(chǔ)存能力)，該方法規(guī)定保持禁止DEF注入。當(dāng)指數(shù)值I處于閾值It之下時(shí)，該方法規(guī)定E⑶50可執(zhí)行DPF的再生階段。當(dāng)DPF再生階段是可執(zhí)行的時(shí)，該方法規(guī)定可執(zhí)行排氣管30內(nèi)的DEF注射，且規(guī)定根據(jù)閉環(huán)程序控制要被注入的DEF量的控制過程。該閉環(huán)程序與上述的相同，但是其被標(biāo)定用于DPF再生階段。事實(shí)上，圖3所示的圖表62被另一圖表替代，該另一圖表提供考慮DPF再生階段影響的設(shè)定點(diǎn)值Is。明顯地，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)10被關(guān)閉時(shí)，整個(gè)控制方法結(jié)束。根據(jù)本發(fā)明的一方面，上述控制方法的每個(gè)實(shí)施例可借助計(jì)算機(jī)程序而被執(zhí)行， 該程序包括用于執(zhí)行該方法所有步驟的程序代碼，所述代碼存儲(chǔ)在于ECU50相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)載體51中。雖然至少一個(gè)示例性實(shí)施例已經(jīng)在前述發(fā)明內(nèi)容和具體實(shí)施方式
中有所展示，應(yīng)該意識(shí)到，存在大量變體。還應(yīng)意識(shí)到，一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例僅僅是例子，其并不意圖以任意方式限制范圍、應(yīng)用或構(gòu)造。但是，上述發(fā)明內(nèi)容和具體實(shí)施方式
將為本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供一種方便的途徑實(shí)施至少一個(gè)示例性實(shí)施例，應(yīng)該理解，在示例性實(shí)施例中描述的元件設(shè)置和功能中可以做出各種變化，而不偏離所附權(quán)利要求及其法律等同物所設(shè)定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于控制柴油機(jī)排氣流體注入內(nèi)燃機(jī)(10)排氣管(30)的方法，該內(nèi)燃機(jī)裝備有選擇性還原催化器(33)，該方法包括以下步驟-監(jiān)視影響選擇性還原催化器(3 的運(yùn)行的控制參數(shù)值； -注射一定量的柴油機(jī)排氣流體；-利用閉環(huán)程序或開環(huán)程序控制要被注入的柴油機(jī)排氣流體的量(Qdef)； -當(dāng)被監(jiān)視的控制參數(shù)值跨過控制參數(shù)的第一閾值時(shí)，在閉環(huán)程序和開環(huán)程序之間切換。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制參數(shù)從以下選擇與內(nèi)燃機(jī)(10)的運(yùn)行相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)；和與內(nèi)燃機(jī)(10)運(yùn)行所處的環(huán)境條件相關(guān)的環(huán)境參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制參數(shù)是選擇性還原催化器(3 上游的排氣流速，并且其中，當(dāng)該排氣流速的被監(jiān)視值超過該排氣流速的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制參數(shù)是選擇性還原催化器(3 上游的排氣溫度，并且其中，當(dāng)該排氣溫度的被監(jiān)視值超過該排氣溫度的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制參數(shù)是選擇性還原催化器(33)上游的排氣中的NOx量，并且其中，當(dāng)該NOx量的被監(jiān)視值超過該NOx量的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度，并且其中，當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度的被監(jiān)視值超過發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，并且其中，當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的被監(jiān)視值超過發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制參數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)速度，并且其中，當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)速度的被監(jiān)視值超過發(fā)動(dòng)機(jī)速度的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制參數(shù)是環(huán)境壓力，并且其中，當(dāng)環(huán)境壓力的被監(jiān)視值低于環(huán)境壓力的第一閾值時(shí)，執(zhí)行從閉環(huán)程序到開環(huán)程序的切換步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟當(dāng)被監(jiān)視的控制參數(shù)值跨過與其相關(guān)聯(lián)的第二閾值時(shí)，禁止DEF的注入。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟在DPF再生階段之前的一期間禁止DEF注入。
12.—種計(jì)算機(jī)程序，包括用于執(zhí)行前述任一權(quán)利要求所述的方法的計(jì)算機(jī)代碼。
13.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，在其上存儲(chǔ)有如權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序。
14.一種內(nèi)燃機(jī)(10)，包括排氣管(30)、位于排氣管(30)中的SCR(33)、在排氣管(30) 中位于SCR(33)上游的DEF注射器(34)、ECU(50)、與ECU(50)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)載體(51)和儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)載體(51)中的如權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序。
15.一種電磁信號(hào)，其被調(diào)制為一種載體，用于表示如權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)位序列。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于控制柴油機(jī)排氣流體注入內(nèi)燃機(jī)(10)排氣管(30)的方法，該內(nèi)燃機(jī)裝備有選擇性還原催化器(33)，包括以下步驟監(jiān)視影響選擇性還原催化器(33)的運(yùn)行的控制參數(shù)值；注射一定量的柴油機(jī)排氣流體；利用閉環(huán)程序或開環(huán)程序控制要被注入的柴油機(jī)排氣流體的量(QDEF)；當(dāng)被監(jiān)視的控制參數(shù)值跨過控制參數(shù)的第一閾值時(shí)，在閉環(huán)程序和開環(huán)程序之間切換。
文檔編號(hào)F01N9/00GK102251836SQ20111012999
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者伊戈?duì)?扎尼蒂, 埃米利亞諾.桑蒂洛 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司