氨蒸气管理系统及方法
2020-01-15

氨蒸气管理系统及方法

本发明涉及发动机的氨蒸气管理系统及方法,其中一种管理发动机用的含氨还原剂供给系统产生的蒸气的方法包括:在第一存储装置中存储含氨流体;在第一存储装置中产生氨蒸气并将所述产生的氨蒸气存储在第二存储装置中;及在第一工况下将所述存储的蒸气从第二存储装置吹扫到发动机燃烧室上游,而在第二工况下将所述存储的蒸气吹扫到发动机燃烧室下游。本发明的方法可以提高氨蒸气在排气中的使用效率。

进气歧管44如图所示通过节流板62与节气门体58连通。在该具体示例中,节流板62连接到电动马达94,以使节流板62的位置由控制器12通过电动马达94控制。

随着时间推移(如在汽车运行期间、在发动机/汽车停机期间、在补给还原剂期间),第二还原剂224的产生会造成第一存储装置220内的蒸气压力增加。因此,为了帮助控制第一存储装置220或系统73内的压力,在一定蒸气压力下,减压阀225可以配置为经存储管79释放一定量的第二还原剂224到第二存储装置230中,然而也可以通过第三排气输入通道74将第二还原剂224直接释放到排气流中。第二存储装置230类似地可以配置为通过第二排气输入通道77将控制下的量的第二还原剂224释放到排气系统71中。在某些工况下,第二存储装置230可以配置为将控制下的量的第二还原剂224释放到燃烧室30上游的进气歧管44中。在其他工况下,可以通过再循环管78将第二还原剂224释放到第一存储装置220中,其中第二还原剂224可以例如溶解到第一还原剂222中。以此方式,还原剂管理系统73可以允许控制下的量的第一还原剂和第二还原剂两者释放到排气系统71中,其中至少一种还原剂可以例如在下游的位置,如SCR催化剂处反应。此外,这样的释放可以同时进行、单独进行,或以两种方式的某种组合进行。

现参考图1,示出包括多个燃烧室并由电子发动机控制器12控制的直喷式内燃发动机10。发动机10的燃烧室30包括燃烧室侧壁32,活塞36位于其中并连接到曲轴40。在一个示例中,活塞36包括用于形成选定水平的空燃进气分层化或均质化的凹坑或凹腔(未示出)。或者,也可以使用盘形活塞。

随着时间推移(如在汽车运行期间、在发动机/汽车停机期间、在补给还原剂期间),第二还原剂224的产生会造成第一存储装置220内的蒸气压力增加。因此,为了帮助控制第一存储装置220或系统73内的压力,在一定蒸气压力下,减压阀225可以配置为经存储管79释放一定量的第二还原剂224到第二存储装置230中,然而也可以通过第三排气输入通道74将第二还原剂224直接释放到排气流中。第二存储装置230类似地可以配置为通过第二排气输入通道77将控制下的量的第二还原剂224释放到排气系统71中。在某些工况下,第二存储装置230可以配置为将控制下的量的第二还原剂224释放到燃烧室30上游的进气歧管44中。在其他工况下,可以通过再循环管78将第二还原剂224释放到第一存储装置220中,其中第二还原剂224可以例如溶解到第一还原剂222中。以此方式,还原剂管理系统73可以允许控制下的量的第一还原剂和第二还原剂两者释放到排气系统71中,其中至少一种还原剂可以例如在下游的位置,如SCR催化剂处反应。此外,这样的释放可以同时进行、单独进行,或以两种方式的某种组合进行。

N0+N02+2NH3—>2N2+3H20

在以还原剂管理系统中的氨进行吹扫期间,存储箱中的尿素会产生氨从而使存储箱内的氨蒸气压力升高。因此,可以基于排气控制系统200中的压力终止吹扫操作,以再次将蒸气存储在第二存储装置230中。此外,通过至少根据图530将蒸气临时地引导至第二存储装置230,和/或如本文中所述从还原剂管理系统中释放氨,可以优选地释放存储箱的压力。

附图和本说明书示出和描述用于管理蒸发排放物的存储和吹扫的系统的各种示例实施例,如相对于车载氨或尿素存储和计量系统所示。本文中所述的部分实施例包括用于存储还原剂的第一存储装置,以及用于向催化剂上游的排气系统供给存储的还原剂以还原各种发动机排放物的计量系统。此外,可以包括第二存储装置,用于捕获来自第一存储装置的蒸发排放物以减少释放到大气中的蒸发排放物。在选择的工况下,第二存储装置可能需要吹扫。可以将存储在第二存储装置中的蒸发排放物吹扫到第一存储装置中以溶解到第一还原剂中,或吹扫到系统中。例如,基于对热量的考虑或发动机工况,可以将蒸发排放物引入SCR催化剂中或引入到燃烧室中以还原N0X。以此方式,该系统可以利用发动机工况来通过经吹扫的蒸发排放物有效地还原NOx并减少第一存储装置中的蒸发排放物的释放。

接下来,方法700包括在720确定各种工况以便在730选择氨吹扫模式。在某些实施例中,可以使用排气温度。特别是,可以使用来自一个或多个温度传感器的输出信号或温度估计值来识别系统中的各个区域的温度。例如,可以识别燃烧室的工作温度。在另一个示例中,可以识别排气温度。在又一个示例中,可以识别尿素存储箱的温度。在其他实施例中,可以识别发动机10的工况,如发动机转速和/或负荷。在某些工况下,如各种发动机转速或负荷下,可以不将氨喷射到燃烧室30中。

首先,尿素可以按下述化学反应方程式分解为氨:

图7是基于各种工况从多个位置中选择引入还原剂的位置的方法的示例实施例的另一个流程图。

此外,在将存储的氨或尿素吹扫到发动机燃烧室中的示例方法中,可以在下游SCR催化剂之前减少一定量的N0X。以此方式,燃烧室和SCR催化剂的组合可以增加系统中还原的NOx的总量。因此,发动机可以在较稀混合气工况下运行以提高燃料效率。