背景技術(shù)：

為了防止排放未燃燒燃料，柴油發(fā)動機能夠以稀的空燃比（大于化學計量）運行。然而，在稀燃燒中存在的過量氧會產(chǎn)生氮氧化物。因此，柴油發(fā)動機除其他各種污染物之外還產(chǎn)生大量氮氧化物。政府法規(guī)要求采取某些措施來限制進入大氣的污染物的量。這包括在許多柴油發(fā)動機的排氣中提供排氣后處理裝置，諸如選擇性催化還原（scr）系統(tǒng)。

scr系統(tǒng)包含催化劑涂層，柴油發(fā)動機的排氣必須經(jīng)過該涂層。周期性地，柴油機排氣處理流體或還原劑，諸如尿素、無水氨或氨水，在催化劑之前被配給。該流體分解成氨和其他氣體，并且氨被吸收到催化劑涂層中。隨著排氣通過包含氨的涂層，取決于所用的柴油機排氣處理流體，還原反應(yīng)將污染物（例如，nox）轉(zhuǎn)化成危害較小的產(chǎn)物：氮（n2）、水（h2o）和/或二氧化碳（co2）。配給的預定時機以及配給的柴油機排氣處理流體的量對于確保scr系統(tǒng)正確地發(fā)揮功能是非常重要的。如果催化劑涂層不包含足夠的被吸收的氨，則污染物將通過scr系統(tǒng)而不發(fā)生反應(yīng)。如果過多柴油機排氣處理流體被噴射，則氨將通過scr系統(tǒng)而不發(fā)生反應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在一方面提供用于控制柴油機排氣處理流體的配給的方法。提供柴油發(fā)動機，并且包括排氣后處理裝置的排氣系統(tǒng)被聯(lián)接到柴油發(fā)動機。噴射裝置被提供在排氣系統(tǒng)中以用于根據(jù)預定程序?qū)⒉裼蜋C排氣處理流體配給到排氣系統(tǒng)中。確定排氣后處理裝置的冷凝水含量。當確定排氣后處理裝置的冷凝水含量高于規(guī)定的閾值時，排除由預定程序引導的配給事件，使得噴射裝置不被操作成向排氣后處理裝置提供柴油機排氣處理流體。

本發(fā)明在另一方面提供用于處理來自柴油發(fā)動機的排氣的柴油機排氣系統(tǒng)。柴油機排氣系統(tǒng)包括排氣后處理裝置。噴射裝置被構(gòu)造成將柴油機排氣處理流體引入到排氣后處理裝置中。控制器被編程為接收來自多個傳感器的輸出?？刂破鞅痪幊虨榇_定排氣后處理裝置的冷凝水含量，并且提供輸出，從而基于排氣后處理裝置的所確定的冷凝水含量來控制噴射裝置的致動。

本發(fā)明在又一方面提供用于控制聯(lián)接到柴油發(fā)動機的排氣系統(tǒng)內(nèi)的柴油機排氣處理流體的配給的方法。借助控制器基于至該控制器的一個或多個輸入來分析排氣后處理裝置的冷凝水含量?？刂破黩炞C排氣后處理裝置內(nèi)的冷凝水含量低于規(guī)定的冷凝水閾值。在驗證出排氣后處理裝置內(nèi)的冷凝水含量低于規(guī)定的冷凝水閾值時，從控制器發(fā)送控制信號至柴油機排氣處理流體噴射裝置，以便向排氣后處理裝置配給柴油機排氣處理流體。

通過參考下述具體實施方式和附圖，本發(fā)明的其他特征和方面將變得清楚。

附圖說明

圖1是柴油發(fā)動機和排氣系統(tǒng)的示意圖。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的排氣處理流體配給方法的流程圖。

圖3是示出一個發(fā)動機測試循環(huán)的視圖，其提示了在排氣后處理裝置中的冷凝水積聚、以及當飽和時柴油機排氣處理流體向排氣后處理裝置中的配給。

圖4是比較在各個溫度下在水浸循環(huán)之前和之后的排氣后處理裝置的nox轉(zhuǎn)化效率的視圖。

圖5a是排氣后處理裝置、測量裝置和控制器的示意圖。

圖5b是示出圖5a的測量裝置的輸出的視圖。

在詳細解釋本發(fā)明的任何實施例之前，應(yīng)該理解本發(fā)明不將其應(yīng)用限于在下述描述中闡述的或附圖中示出的構(gòu)造和部件結(jié)構(gòu)的細節(jié)。本發(fā)明能夠具有其他實施例并且以各種方式被實現(xiàn)或執(zhí)行。同樣，應(yīng)該理解的是，本文所使用的表述和術(shù)語僅用于描述目的并且不應(yīng)該被看作是限制。

具體實施方式

如圖1所示，柴油機排氣系統(tǒng)10被連接到柴油發(fā)動機12。發(fā)動機12被連接到排氣導管16，該排氣導管16限定內(nèi)部通路以用于接收和引導燃燒反應(yīng)排氣離開發(fā)動機12并進入環(huán)境。排氣導管16能夠包括多個排氣管節(jié)段，并且從發(fā)動機12處的第一端延伸到第二端32，在該第二端處排氣被釋放到環(huán)境中。排氣后處理裝置14位于柴油機排氣系統(tǒng)10內(nèi)并且能夠進一步限定導管16的一部分。排氣導管16內(nèi)的排氣在被排出到環(huán)境中之前必須通過排氣后處理裝置14。排氣后處理裝置14能夠被實施為選擇性催化還原（scr）系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于催化劑材料的基體34。排氣后處理裝置14可以包括多個基體區(qū)段34，每個區(qū)段均具有被催化劑涂層36覆蓋的表面區(qū)域，沿排氣導管16的長度彼此串聯(lián)。雖然未示出，但排氣系統(tǒng)10能夠包含各種附加部件，諸如渦輪增壓器以增加發(fā)動機動力、和/或消聲器以減少排氣的噪聲。

噴射裝置18被安裝到排氣導管16并且可選擇性地操作以將流體噴射或配給到排氣導管16中。噴射裝置18可以包括噴霧器或噴嘴以用于改善的流體散布。噴射裝置18被定位成使得流體在排氣后處理裝置14的上游被噴射。流體是柴油機排氣處理流體（例如，尿素-水混合物、adblue等等），當是氣態(tài)形式時，該流體與柴油機排氣的污染物反應(yīng)以將污染物轉(zhuǎn)化成諸如水和氮氣的產(chǎn)物。流體被存儲在柴油機排氣處理流體貯存器20中，該貯存器20被流體連接到噴射裝置18?？刂破?2被電聯(lián)接到噴射裝置18，以選擇性地激發(fā)噴射裝置18，以便根據(jù)預定程序向排氣后處理裝置14配給。該預定程序可以包括諸如定時、里程和其他觸發(fā)事件的因素。

控制器22被進一步電連接于遍布車輛定位的多個傳感器24、26、28、30。作為溫度傳感器的第一傳感器24被構(gòu)造成測量在排氣后處理裝置14上游的柴油機排氣系統(tǒng)10內(nèi)的排氣的溫度。也作為溫度傳感器的第二傳感器26被構(gòu)造成測量排氣后處理裝置14的溫度。第三傳感器28被構(gòu)造成測量環(huán)境參數(shù)，諸如環(huán)境濕度或環(huán)境溫度。第四傳感器30被構(gòu)造成測量柴油發(fā)動機參數(shù)。例如，第四傳感器30能夠測量聯(lián)接到柴油機排氣系統(tǒng)10的柴油發(fā)動機12的操作速度、或者通過柴油發(fā)動機12的燃料流速?？刂破?2電接收并分析來自所述多個傳感器24、26、28、30的輸出信號，并且基于這些輸出信號產(chǎn)生冷凝水模型。來自所述多個傳感器24、26、28、30的輸出信號被看作是至控制器22的輸入?？刂破?2能夠進一步被構(gòu)造成記錄包括配給時間和發(fā)動機循環(huán)時間的多個時間段。配給時間被定義為在每個配給事件中噴射裝置18向排氣后處理裝置14配給的時間量。發(fā)動機循環(huán)時間被定義為在發(fā)動機起動之間的時間，或者在發(fā)動機12關(guān)停直到發(fā)動機12再次開啟之間的時間?？梢韵氲奖景l(fā)明范圍內(nèi)的修改，例如，提供傳感器24、26、28、30的不同組合和并聯(lián)，諸如如圖5a中所示，每個基體34一個傳感器。此外，附加傳感器被構(gòu)造成測量能夠用于提供冷凝水模型的附加精修的替代性參數(shù)。

傳感器24、26、28、30也可以用于計算排氣導管16中的熱通量。計算熱通量不僅有助于確定水蒸汽的冷凝，而且也有助于確定隨后水蒸汽在催化劑涂層36中的蒸發(fā)。各種車輛參數(shù)和值被測量以便確定熱通量。這樣的值包括空氣和燃料消耗、進氣和排氣的溫度和壓力、排氣再循環(huán)（egr）比率、以及通常由發(fā)動機控制軟件測量或?qū)С龅钠渌兞俊?/p>

冷凝水模型是對排氣后處理裝置14內(nèi)存在的液體水的量的近似。更具體地，冷凝水模型能夠是在排氣后處理裝置14的催化劑涂層36內(nèi)存在的液體水的量的近似。當控制器22確定冷凝水含量高于規(guī)定的閾值或者規(guī)定的冷凝物閾值時，信號從控制器22被傳送給噴射裝置18以便排除通常由預定程序引導的配給事件。冷凝物閾值可以是從（且包括）零至完全飽和的任意值。如果閾值是零，則控制器22在其確定存在冷凝物的任何時刻均阻止配給。冷凝水模型可以允許控制器22確定指示排氣后處理裝置14內(nèi)存在的冷凝水的量的實際值（例如濕度性質(zhì)）。替代性地，冷凝水模型能夠簡單地使得二元信號能夠被控制器22輸出。

一旦控制器22確定排氣后處理裝置14的冷凝水含量低于規(guī)定的閾值，則控制器22發(fā)送信號至噴射裝置18以便向排氣后處理裝置14配給柴油機排氣處理流體，如下文參考圖2的方法討論的。

圖2的流程圖示出了控制聯(lián)接到柴油發(fā)動機12的排氣系統(tǒng)10內(nèi)的柴油機排氣處理流體的配給的方法。在第一步驟102中，方法開始。柴油發(fā)動機12運轉(zhuǎn)并且提供排氣通過排氣導管16。在第二步驟104中，控制器22分析預定程序以確定是否是向排氣后處理裝置14配給柴油機排氣處理流體的恰當時機。如果控制器22確定不是配給的恰當時機，則其將再次檢查。另外，如果不是配給的恰當時機，則在步驟104的循環(huán)之間會存在時間延遲。

如果基于預定程序，控制器22確定是配給的恰當時間，則流程圖繼續(xù)到第三步驟106。在步驟106中，控制器22分析排氣后處理裝置14內(nèi)的冷凝水含量（例如，scr催化劑涂層36的冷凝物含量）。如果冷凝水含量小于規(guī)定的冷凝物閾值，則控制器22可以可選地通過在步驟108中分析排氣后處理裝置14內(nèi)的氨含量而繼續(xù)。氨含量能夠通過分析由傳感器24、26、28、30測量的許多相同參數(shù)及各種其他動態(tài)參數(shù)被建模。如果排氣后處理裝置14內(nèi)存在的氨的量大于規(guī)定的氨閾值，則這將導致不可接受的高氨泄漏，其中未反應(yīng)的氨將通過排氣后處理裝置14。替代性地，對步驟106的條件的肯定響應(yīng)可以直接前進到步驟110。如果在步驟106中沒有確定冷凝水含量低于規(guī)定的冷凝物閾值，或者在肯定了低冷凝物之后檢查氨含量并且沒有確定氨含量低于規(guī)定的氨閾值，則no-dose（不配給）控制信號從控制器22被提供給噴射裝置18，如步驟112所示。no-dose信號排除正常配給事件，并且能夠構(gòu)成實際信號，或者簡單地抑制將根據(jù)預定程序被發(fā)送的dose（配給）信號的傳輸。

一旦在步驟112中產(chǎn)生no-dose信號，則方法返回步驟104。替代性地，方法能夠在從步驟112返回之后跳過步驟104并且繼續(xù)檢查冷凝物含量并且可選地檢查氨含量，直到產(chǎn)生dose控制信號。以此方式，來自預定程序的配給事件不被跳過，而僅僅被延遲。一旦在步驟106中確定冷凝水含量低于規(guī)定的冷凝物閾值，則到達步驟110，并且步驟110可以可選地還取決于在步驟108中氨含量是否被確定為低于規(guī)定的氨閾值。因此，在步驟110中由控制器22提供dose信號以致動噴射裝置18，并且預定量的柴油機排氣處理流體被配給到排氣系統(tǒng)10中。

圖3圖示地示出了示例性測試情形，其被執(zhí)行以評價將柴油機排氣處理流體配給到含冷凝物的排氣后處理裝置中的效果，并且其帶來了改進的配給策略，諸如圖2中所示策略。沿橫軸示出時間，例如其以秒測量。沿著豎軸，加速踏板百分比指的是加速踏板被下壓的總距離相對于可實現(xiàn)的最大距離之比。該測量結(jié)果類似于各種發(fā)動機或驅(qū)動參數(shù)，諸如節(jié)氣門開度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速（即rpm）、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩或者車輛速度。

在第一時間段220，發(fā)動機12（在環(huán)境溫度下）被操作由較長的非操作時段間隔開的多個短時段（例如，每個時段小于或等于200秒，每個時段小于或等于500秒等等）。在操作時段期間，加速踏板不被下壓，或者僅被下壓最小量（例如，總行程的百分之十）。在時間段220期間，發(fā)動機12有意地經(jīng)歷多個重復的冷起動。例如，發(fā)動機12被冷起動且運行200秒，被關(guān)斷1400秒，并且重復。在操作中，發(fā)動機12沒有運行足夠長的時間來顯著增加排氣系統(tǒng)10的溫度或使配給成為必需。因為在初始時間段220中在短操作時段期間溫度沒有顯著增加，所以發(fā)動機12和排氣系統(tǒng)10在隨后的長時間中斷中冷卻回到環(huán)境溫度，使得每次冷起動均導致來自排氣的冷凝水形成在排氣后處理裝置14內(nèi)的一個或多個涂層36上。

這種冷凝水積聚在整個初始時間段220中持續(xù)。在一系列冷起動的最后一次之后，發(fā)動機12運行足夠長以允許配給柴油機排氣處理流體的時間段230（例如，2000秒）。直接跟著多個冷起動時間段220的時間段230確保了柴油機排氣處理流體被配給到冷凝物飽和（即被水浸）的涂層36中。

加速踏板然后被保持為更大下壓量（如所示總行程的百分之三十二），這增加了排氣后處理裝置14的總溫度。這個時間段240從涂層36移除了所有的柴油機排氣處理流體和冷凝水，從而有效地清空了排氣后處理裝置14。一旦涂層36被清空，則發(fā)動機12和排氣系統(tǒng)10冷卻以返回到初始發(fā)動機和排氣系統(tǒng)參數(shù)（例如，處于環(huán)境溫度、空的涂層等等），以便可以開始下一循環(huán)。

圖3的測試循環(huán)被重復許多次以便評價向水浸涂層36中配給柴油機排氣處理流體的效果。當柴油機排氣處理流體與涂層36上的冷凝物結(jié)合時，產(chǎn)生堿性混合物。當涂層36在多次循環(huán)后暴露于堿性混合物（特別是具有ph12或更大的混合物）時，會在一些涂層配方中發(fā)生化學反應(yīng)，這會導致涂層36分解或者剝離。

如圖4所示的實驗結(jié)果示出了在向水浸涂層36中配給柴油機排氣處理流體之后nox轉(zhuǎn)化效率的損失。在測試中，如圖3中概述的，該測試被設(shè)計成快速且重復地向排氣后處理裝置14的水浸涂層34中配給排氣處理流體，在排氣后處理裝置14的可實現(xiàn)的nox轉(zhuǎn)化效率如圖4所示那樣顯著減小之前僅少量循環(huán)（例如，57個循環(huán)）被運行。然而，當冷凝水積聚并且在低溫下與柴油機排氣處理流體混合時，效率的損失能夠更大，從而可能減少涂層36的使用壽命。如圖4所示，當在規(guī)定數(shù)量的測試循環(huán)之后在220攝氏度下規(guī)律地配給時，排氣后處理裝置14的轉(zhuǎn)化效率下降百分之三十八。在240攝氏度下，效率下降百分之二十八，并且在330攝氏度下，效率下降百分之十一。

圖5a-圖5b涉及替代性排氣后處理裝置414。但是，圖5a-圖5b的替代性排氣后處理裝置414能夠用于參考圖1-圖4在前文描述的結(jié)構(gòu)和方法，作為排氣后處理裝置14及其附隨的單個溫度傳感器26的代替品。在圖5a中示出了在具有多個涂層434a-c的排氣后處理裝置414內(nèi)的溫度傳感器426a-d的陣列的一個特定示例的示意圖。提供溫度傳感器426a-c的陣列，如所示，針對每個催化劑基體和涂層434a-c提供一個溫度傳感器。另外，入口溫度傳感器426d被提供在排氣導管416內(nèi)、在排氣后處理裝置414的上游。這些傳感器426a-d被連接到控制器422，該控制器422收集并存儲來自傳感器426a-d的輸出?？刂破?22可以類似于圖1的控制器22，只不過具有來自排氣后處理裝置414的附加輸入。

圖5b圖示地示出了響應(yīng)于緊密重復的冷起動的圖5a的傳感器426a-d的輸出436a-d。每個輸出436a-d數(shù)字上對應(yīng)于相應(yīng)傳感器426a-d，例如，輸出436a是傳感器426a的輸出。在該特定測試中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速438增加（例如，達到在次豎軸上的如所示的1200rpm）較短時間段（例如，200秒；橫軸）且之后返回靜止（即，0rpm）。在大于所述較短時間段的時間長度（例如，1500秒）之后，允許排氣后處理裝置414冷卻，發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度438再次增加（例如，1200rpm）較短時間段（例如，150秒）。沿排氣后處理裝置414的長度的各點處的溫度響應(yīng)被示出，如主豎軸所表示的。如圖所示，由于冷凝物的熱量，入口傳感器426d記錄的溫度（輸出436d）明顯小于最后的催化劑基體和涂層434c的溫度（輸出436c）。隨著在排氣冷凝物中水蒸發(fā)，熱被釋放。隨著發(fā)動機12第二次運行，由基體和涂層傳感器426a-c記錄的溫度相對于入口處的溫度（輸出436d）增加示出了非常小的增加。這表明基體和涂層434a-c是飽和的，或者至少第一基體和涂層434a是飽和的。這提供了對排氣后處理裝置414內(nèi)的冷凝水含量的指示。以此方式，溫度響應(yīng)能夠提供對排氣后處理裝置414內(nèi)的冷凝水的指示，但是溫度沿裝置414的長度變化并且其他因素可影響冷凝物含量。因此，相比于不配給直到觀察到特定溫度值，確定排氣后處理裝置414的冷凝水含量可以提供對安全的配給時機的更精確且有效的指示。