CN101265826B - 氨蒸气管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

氨蒸气管理系统及方法
技术领域
本发明涉及氨蒸气管理系统及方法，更特别地，涉及管理发动机用的含氨还原剂供给系统产生的蒸气的方法。
背量技术
氨或尿素可以存储在汽车上，在排气排放控制系统中用作还原剂。
在某些工况下，如补给氨或尿素期间，可以使用还原剂系统中产生的氨蒸气，如美国专利公开2006/0117741号所述。例如，可以将氨蒸气引导至存储装置和使用来自排气的以催化方式产生的热量或电产生的热量的反应器。此外，也可以将氨蒸气引导至排气中以在排气流中的催化剂中与排气NOx反应。
然而，发明人在此认识到此类系统的几个问题。例如，如在各种SCR(选择性催化还原)催化剂温度工况下，氨蒸气在排气中的使用效率可能较低。
发明内容
因此，在一种方法中，提供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。该方法包括：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所述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从所述第二存储装置吹扫到所述发动机燃烧室下游。在一个实施例中，所述第一工况是第一温度工况，所述第二工况是第二温度工况。在另一个实施例中，该方法还包括在第三温度工况下将所述存储的蒸气从所述第二存储装置吹扫到所述第一存储装置，其中所述第三温度工况低于所述第一温度工况和所述第二温度工况。
在另一种方法中，可以使用一种管理汽车发动机用的含氨还原剂供给系统产生的蒸气的方法。该方法包括存储还原剂供给系统产生的含氨蒸气，及基于工作温度，如各区域的温度，将所述存储的氨吹扫(purge)到发动机内选择的区域中。
因此，可以基于工况将还原剂引导至发动机内的各个区域中。例如，在较高的工作温度下，氨可以在燃烧室中还原第一个量的NOx，然后在下游SCR催化剂中还原残留的NOx。在另一个示例中，在较低的工作温度下，氨可以用于补给尿素或氨存储装置并在以后释放到系统中。以此方式，可以减小蒸气压力并减少离开系统的未计量(un-metered)的氨。此外，通过以后在排气中使用存储的氨，可以实现更高的氨(或尿素)使用率，从而可以减少用户添加氨(或尿素)的量或频率。
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NOx。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。
最后，在又一种示例方法中，在补给还原剂期间存储氨或尿素并在以后吹扫氨或尿素(到发动机中、到排气中或回到燃料箱中)，可以减少在补给还原剂期间可能释放到大气中的蒸发排放物。因此，可以减少令汽车操作者烦心的氨蒸气的量。
附图说明
图1示出内燃发动机和控制系统的示例实施例；
图2示出管理还原过程中使用的多种还原剂的系统的示例实施例；
图3示出还原过程中氮氧化物由氨和尿素还原的示意图；
图4是基于发动机的工作状态操作排放控制系统的方法的实施例；
图5A-图5F是还原剂管理系统的一组供给和存储模式的示意表示；
图6是基于所引入的另一种还原剂的量确定应添加到还原过程中的还原剂的量的方法的示例实施例的流程图；及
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。
具体实施方式
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NOx。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。
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。
燃烧室30如图所示通过进气门52a和排气门54a与进气歧管44和排气歧管48连通。燃料喷射器66如图所示直接连接到燃烧室30，用于与经现有的电子驱动器68从控制器12接收的信号脉冲宽度(fpw)成比例地向其中直接供给液体燃料。燃料被供给至包括燃料箱、燃料泵及燃料导管的燃料系统(未示出)。在某些实施例中，发动机10可以包括多个燃烧室，每个燃烧室具有多个进气门和/或排气门。
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。
控制器12启动燃料喷射器66以便形成具有期望空燃比的混合气。控制器12控制由燃料喷射器66供给的燃料的量，以便可以选择燃烧室30中的混合气的空燃比，使其基本上处于(或接近)化学计量空燃比、比化学计量空燃比浓的值，或比化学计量空燃比稀的值。此外，控制器12配置为启动燃料喷射器66以便在一个循环期间执行多次燃料喷射。
催化转化器70如图所示与排气歧管48连通，催化剂72如图所示位于催化转化器70的下游。提供还原剂源73以根据控制器12的指令将一种或多种还原剂引入SCR催化剂72上游的排气系统71中或引入燃烧室30上游的进气歧管44中或执行这些动作的某种组合。特别是，还原剂可以在各个位置(如第一还原剂输入通道75、第二还原剂输入通道77等)进入排气系统71。或者，还原剂可以例如通过进气歧管输入通道76进入进气歧管44。
控制器12如图1所示为常规微型计算机，其中包括：微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、用于可执行程序和校准值的电子存储媒体，在该具体示例中如图所示为只读存储器芯片(ROM)106、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110，及常规数据总线。
除上述信号之外，控制器12如图所示还接收来自连接到发动机10的传感器的各种信号，包括来自连接到节气门体58的质量空气流量传感器100的吸入质量空气流量(MAF)测量值；来自连接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；指示发动机转速(RPM)的来自连接到曲轴40的霍尔效应传感器118的齿面点火传感器信号(PIP)；及来自节气门位置传感器120的节气门位置TP。控制器12还可以接收来自位于SCR催化剂72上游的NOx传感器122的与排气NOx浓度相关的信号，和/或来自氨传感器124的与从还原剂源73添加的还原剂中的氨浓度相关的信号。发动机转速信号RPM可以按常规的方式由控制器12通过信号PIP产生，而歧管压力信号MAP可以提供对发动机负荷的指示。
发动机10中的燃烧取决于工况可以是各种类型的燃烧。虽然图1示出了压缩点火发动机，但应理解，下文中所述的实施例可以用在任何适合的发动机中，包括但不限于使用柴油和汽油的压缩点火发动机、火花点火发动机、直喷式或进气道喷射式发动机等。
图2详细示出发动机10的排放控制系统200的示例的框图。特别是，燃烧室30如图所示与进气歧管44和排气歧管48连通，其中排气歧管如图所示进一步与催化转化器70连通。催化剂72，如SCR催化剂，可以通过排气系统71连接到催化转化器。此外，排放控制系统200可以包括用于管理多种还原剂的存储和利用的还原剂源73(如还原剂存储、供给和吹扫管理系统)。虽然图2示出一个具体的还原剂管理系统，但可以使用各种替代系统，如由本文中所述的示例示出的替代系统。
还原剂管理系统73如图所示连接到燃烧室30上游的进气歧管44及催化剂72，如SCR催化剂上游的排气系统71。因此，还原剂管理系统73可以将还原剂(如氨和/或尿素的混合物)选择性地(如通过进气歧管44)引入到燃烧室30中或其上游，和/或在燃烧室30下游引入到排气系统71(如引导至SCR催化剂72之前)。特别是，可以通过第一进气输入通道76或第二进气输入通道81将一种或多种还原剂引入进气歧管44。类似地，可以通过第一排气输入通道75、第二排气输入通道77、第三排气输入通道74，或其某种组合，将一种或多种还原剂引入排气系统71。
还原剂管理系统73可以包括用于存储一定量的第一还原剂222的第一存储装置220。取决于第一还原剂222的化学特性和物理特性，在某些工况下，第一还原剂222可以反应(例如与大气成分反应)或分解以形成第二还原剂224。
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。
在某些实施例中，存储在第一存储装置220中的第一还原剂222可以是尿素水溶液。第一存储装置220可以包括用于本文中所述的示例实施例的存储箱，然而也可以使用其他存储装置。
如上所述，尿素水溶液可以在各种条件下(如加热、外部热量、大气压降低等)与各种大气成分(如，水蒸气、氧气等)反应，从而分解并释放出氨蒸气。减压阀225可以配置为在选择的压力、发动机循环或时间间隔等条件下开启，以将至少部分氨蒸气从第一存储装置220释放到第二存储装置230中。例如，减压阀225可以配置为在补给存储箱之前在发动机/汽车停机期间开启。类似地，再循环阀227可以配置为例如在存储装置230中选择的还原剂浓度下开启。第二存储装置230可以捕获并存储氨蒸气以便例如减少在补给存储箱期间释放到大气中的氨。第二存储装置230可以用化学方式、物理方式，或两种方式的组合存储氨。可以存储氨直到控制器12指示从第二存储装置230中释放氨蒸气。
第二存储装置230可以包含任何适合用于存储氨的吸附剂材料。例如，第二存储装置230可以包括陶瓷载体上的低温存储沸石涂层(washcoat)。在另一个示例中，第二存储装置230可以是碳罐。适合的吸附剂材料的其他示例可以包括但不限于分子筛(如沸石、氧化铝、硅石、活性碳等)；碱土金属的氧化物、碳酸盐和氢氧化物；及金属磷酸盐，包括但不限于钛和锆的磷酸盐。在一个示例中，可以通过化学吸附将氨吸附到表面上，或以化学方式或物理方式将氨吸附到存储装置内的材料中。
在某些实施例中，经过第二存储装置230的气体中的氨浓度可以促成氨的存储/释放。例如，在较高浓度的氨在选择的温度下从第一存储装置220经过第二存储装置230时，氨将被存储。然而，在新鲜空气经过第二存储装置230时，氨将被释放。以此方式，可以使用临时存储以允许气体排出从而降低系统中的压力，其中以后可以在系统中恢复并使用临时存储的氨。
该系统可以按各种方式使用从第二存储装置230中恢复的氨蒸气。在某些工况下，可以将来自第二存储装置230的氨蒸气引入排气系统71。因此，可以将氨吸附在SCR催化剂72中以还原排气中的NOx。或者，可以将来自第二存储装置230的氨蒸气引入燃烧室30上游的进气歧管44中或引入燃烧室30中。在某些工况下，引入进气歧管44中的氨可以至少部分地还原燃烧室30和/或排气歧管48中的NOx。
因此，氨可以至少部分地转化在系统中不包括催化剂的一部分，如燃烧室30中的NOx，和/或可以选择性地以催化方式在SCR催化剂72中还原NOx，或采取两种方式的某种组合。
图3示意性地示出还原过程300的示例中氨和/或尿素对氮氧化物的转化。指向框310的箭头表示化学反应剂320，而由框310引出的箭头表示反应产物330。氮氧化物在与氨和/或尿素的反应中可以形成更加环保的产物，如氮、二氧化碳及水以排放到大气中。在某些实施例中，氨和/或尿素可以在SCR催化剂72中选择性地发生催化反应。在其他实施例中，氨和/或尿素可以通过不包括催化剂的机制，如热分解发生反应。某些示例反应如下文所示。
首先，尿素可以按下述化学反应方程式分解为氨：
CO(NH2)2-->NH3+HNCO
HNCO+H2O-->NH3+CO2
接下来，氨可以根据各种不同的反应路径和NOx反应，包括但不限于下述的一个或多个化学反应方程式：
4NO+4NH3+O2-->4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2-->3N2+6H2O
6NO2+8NH3-->7N2+12H2O
NO+NO2+2NH3-->2N2+3H2O
需要引入一定量的一种或多种还原剂，如尿素和/或氨，该量一般可以通过上述NOx还原反应的化学配比或存储在控制器12中的查找表得到。特别是，所引入的尿素和/或氨的量可以基于来自传感器的信息。例如，来自传感器，如NOx传感器的输出信号可以指示系统的某些区域中的NOx量。在另一个示例中，来自还原剂管理系统中的传感器，如氨传感器的输出信号可以指示可从第二存储装置230吹扫的氨的量。因此，控制器12可以指示还原剂管理系统73相应地引入一定量的尿素和/或氨到排气系统71中。这样，可以通过在SCR催化剂处还原排气中的NOx基本上消耗完尿素和/或氨。
然而，在某些工况下有利的是减少释放到环境中的氨。特别是，氨释放会在补给存储箱时发生。还原剂管理系统73可以控制还原剂以将氨基本上包含在第二存储装置230中而不从存储箱的颈部逸出。以此方式，可以减少氨的释放。
图4示出可用于减少来自尿素存储箱的蒸发排放物的释放的操作序列的实施例。特别是，可以通过可至少部分地取决于各种发动机工况，特别是基于发动机停机工况和/或还原剂补给工况，操作还原剂管理系统73的方法以调节还原剂，如尿素和/或氨的存储和传输。当在正常的发动机运行期间产生氨时，由发动机产生的NOx量足以基本上消耗完所产生的氨。然而，在发动机停机工况下，发动机产生的NOx量减少，从而氨会被释放到大气中。因此，可以使用本文中所述的方法以减少由请求补给尿素存储箱的输出信号指示的发动机停机期间释放的蒸发排放物。例如，在发动机停机工况(可包括汽车停机工况或在混合动力电动汽车的示例中的汽车运行工况)期间，可以在补给还原剂存储箱之前、期间和/或之后将氨从存储箱释放到环境中。虽然图4示出用于发动机停机工况的操作序列，但应理解，本文中所述的方法可以在各种其他发动机工况下，如发动机正常运行期间使用。
图4所示的示例例程400示出可管理排放控制系统200中的氨以处理发动机停机工况下，如补给存储箱期间的氨产生的排放控制系统操作的示例实施例的示意表示。例如，可以将外部热量传输至氨/尿素存储系统而产生氨。在一个示例中，残留的发动机/排气热量与环境热量结合会产生使蒸气压力升高的氨蒸气。这样的情况可以通过在发动机停机工况下存储蒸气并在以后将存储的蒸气引入进气歧管和/或引入排气中以减少排放来处理。
首先，在410，请求在存储箱中补给还原剂。特别是，来自存储箱中的传感器的输出信号可以指示需要补给还原剂以保持适合的排放控制。因此，在420，例如汽车控制板上的指示灯可以提示汽车操作者关闭发动机以便补给存储箱。因此，在430，发动机执行停机，其中停机可以开始在本文中称为发动机停机工况的工况。在一个实施例中，发动机可以是可在发动机停机工况下停机的汽车中的燃烧发动机。在另一个实施例中，汽车可以在燃烧发动机的发动机停机工况下使用电动马达或各种其他驱动装置(如燃料电池等)。
在440，在燃烧发动机的发动机停机工况下，可以在还原剂管理系统中以各种方式产生氨。特别是，尿素可以在环境温度下在存储箱中与水和/或氧反应以产生氨。此外，热量有助于使尿素分解为氨。因此，前一次发动机操作残留的热量可以至少部分地加速存储箱中的氨产生。
回到图2，存储的尿素的反应可以使第一存储装置220中氨气的压力升高，其中第一存储装置220可以是尿素存储箱。通过将氨经还原剂输入通道74释放到排气系统71或释放到进气歧管44或经减压阀225释放到第二存储装置230或这些方式的某种组合，可以减小存储箱中的压力。特别是，减压阀225可以配置为在某些工况下开启以减小存储箱中的蒸气压力。例如，减压阀225可以在补给存储箱之前、期间和/或之后在发动机/汽车停机工况下开启。在另一个示例中，减压阀225可以在选择的压力下开启。
回到图4，在450，可以将氨吸附在第二存储装置230中。例如，减压阀225可以配置为保持开启，直到控制器指示该阀关闭。因此，在发动机停机工况的持续期的至少一部分期间，来自存储箱的氨的浓度在第二存储装置230中会增加。这样，可以减小存储箱中的氨的蒸气压力。降低存储箱中的氨蒸气压力会减少释放到大气中的氨。因此，当在460将还原剂引入到存储箱中时，第二存储装置230中的氨吸附会减少在补给阀或补给装置处释放到环境中的氨量。
然后，在470，起动燃烧发动机。在480，在选择的发动机/排气工况下可以使氨从第二存储装置230脱附并吹扫到排气系统71中。例如，在发动机加速转动(run-up)之后并在SCR催化剂达到选择的工作温度之后，可以将存储的氨吹扫到排气中并用于还原排气中产生的NOx。在一个示例中，可以基于如排气温度、催化剂温度、发动机转速、发动机负荷这样的工况或其组合，调节吹扫量或吹扫频率中的至少一个。此外，控制器12可以响应于各种工况调节或启用以第二存储装置230中的氨进行的吹扫。作为一个具体示例，控制器12可以响应于来自温度传感器的反馈信号启用氨吹扫，其中温度传感器可以位于排气中、还原剂管理系统73下游的SCR催化剂中，或第二存储装置中。或者，温度传感器可以指示环境温度。在另一个示例中，控制器12可以响应于来自可检测存储在第二存储装置中的氨的浓度的氨传感器和/或压力传感器的反馈信号启用氨吹扫。
以此方式，至少可以在选择的工况下解决发动机停机工况下的蒸气产生的问题。
现参考图5A-图5F，用框图示意性地示出可以使用的各种还原剂管理模式，包括存储、吹扫等。例如，模式可以包括选择性地传输来自第一存储装置220和第二存储装置230中的至少一个的氨，其中氨传输可以在一个或多个通气孔/到大气的连接的辅助下进行。此外，大气通气孔可以是可减小压力累积或真空累积(或可以基于期望的效果在释放压力和释放真空之间交替)或可以响应于期望的氨和/或尿素的传输方向改变的减压阀。在某些工况，如压力升高的情况下，一个或多个通气孔/到大气的连接可以将压力从系统释放到环境中。因此，附加装置(未示出)可以流体连通地位于通气孔和大气之间。具体来说，如图5A所示，还原剂管理系统73包括可以连接到第一存储装置220(即尿素存储箱)的第一通大气阀510和/或可以连接到第二存储装置的第二通大气阀520，其中任何一个阀可以配置为释放压力累积或真空累积或按上文所述改变。通大气阀可以配置为调节进入图2中的还原剂管理系统73的大气空气流，或调节离开系统的蒸气流。应理解，离开图2中的还原剂管理系统73的还原剂可以基本上引导至进气歧管44或排气系统71或两者的某种组合。
具体参考图5A，图530示出还原剂管理系统73中的还原剂流路，其中该流总体上包括存储箱中产生的氨蒸气到第二存储装置230的流。图530示出的流路可以称为存储模式。
在本文示出的存储模式的一个实施例中，可以在SCR催化剂中通过经第一排气输入通道75从存储箱引入排气系统的液体尿素还原排气中的NOx。存储的尿素可以产生可引导至第二存储装置230的氨蒸气，其中氨蒸气可以存储在第二存储装置230中，直到控制器12指示吹扫工况。
在另一个实施例中，控制器12可以不指示从还原剂管理系统73中释放还原剂。例如，在发动机停机工况下，引入排气系统71的尿素和/或氨会造成氨泄漏(ammoniaslip)。因此，不能将尿素引入排气系统71。然而，可以将例如由于残留发动机热量在存储箱中产生的氨蒸气引导至第二存储装置。以此方式，升高的蒸气压力会减小，尽管控制器12不指示将还原剂释放到排气系统71中。此外，在发动机停机工况下，经还原剂供给通道80向存储箱供给还原剂。例如，汽车操作者可以响应于存储箱所含尿素少于选择的量的指示用尿素补给存储箱。因此，可以将存储箱中产生的氨蒸气引导至第二存储装置以便减少在操作者补给存储箱时释放到大气中的氨蒸气。
有利的是在存储模式期间有助于将氨从存储箱传输至第二存储装置230。例如，通大气阀520可以配置为开启。这样，可以释放第二存储装置230中的压力累积，以使离开还原剂管理系统73的空气基本上不含氨并使更多氨蒸气进入第二存储装置230并存储在其中。在另一个示例中，通大气阀510可以配置为在一定压力下开启以将大气空气吸入存储箱。这样，可以在某些工况下，如向排气系统供给尿素期间氨产生量低的工况下释放存储箱内的真空。
图5B-图5D示出用于吹扫第二存储装置230的各种模式。特别是，可以将从第二存储装置230吹扫的氨如本文中所述引导至存储箱、经进气歧管吸入燃烧室，和/或释放到排气系统71中。此外，通大气阀520可以配置为开启以将大气空气引入第二存储装置230，其中可以通过压力差，如使用文丘里装置或泵将大气空气引入第二存储装置230。结果，离开第二存储装置的大气空气可以至少部分地对可溶解在尿素溶液中或可还原发动机中的燃烧反应产生的NOx的氨蒸气饱和。
在某些实施例中，在引入空气之前加热大气空气有助于从第二存储装置230中释放氨。例如，排放控制系统200可以包括位于通大气阀520和第二存储装置230之间的加热装置(未示出)。在另一个示例中，排放控制系统200可以引导一部分热排气以预热大气空气。
具体参考图5B，图560示出吹扫第二存储装置的模式，该模式中总体上包括使存储在第二存储装置230中的氨蒸气流到存储箱以使氨溶解在尿素溶液中。在一个实施例中，通过泵经通大气阀520吸入大气空气有助于氨蒸气的流动。例如，沿通道78定位的泵可以将吸入还原剂管理系统的大气空气经通大气阀520引导至存储箱中，在存储箱中氨可以溶解到尿素溶液中。然而，存储箱中的尿素溶液可能对溶解的氨饱和，从而使存储箱内的氨蒸气压力升高。因此，可以基于排放控制系统200中的压力结束图560所示的工作模式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/或根据图590和图595示出的模式从存储箱中释放氨，可以优选地释放存储箱的压力。
具体参考图5C，图570示出用于存储装置吹扫操作的还原剂管理系统73中的还原剂流路，其中该流总体上包括存储在第二存储装置230中的氨蒸气到燃烧室30上游的进气歧管44的流。阀505可以配置为开启以将氨蒸气选择性地吸入燃烧室30以还原催化转化器上游的NOx，或还原催化转化器70中或SCR催化剂72中的NOx，或采用这些方式的某种组合。
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。
具体参考图5D，图580示出用于存储装置吹扫操作的还原剂管理系统73中的还原剂流路，其中该流总体上包括存储在第二存储装置230中的氨蒸气到排气系统71的流。此外，通大气阀520可以配置为开启以将大气空气引入第二存储装置230，其中可以通过压力差，如使用氨蒸气进入排气系统71的入口点处的文丘里装置或泵将大气空气引入第二存储装置230。
现具体参考图5E，图590示出用于存储箱吹扫的还原剂管理系统73中的还原剂流路，其中该流总体上包括存储在存储箱中的氨蒸气到排气系统71的流。具体来说，通大气阀510可以配置为开启以将大气空气引入存储箱，以释放为了选择性催化还原NOx或由于温度改变从存储箱中释放氨到排气系统71而产生的真空。
具体参考图5F，图595示出用于存储箱吹扫的还原剂管理系统73中的还原剂流路，其中该流总体上包括存储在存储箱中的氨蒸气到燃烧室30上游的进气歧管44的流。阀507可以配置为开启以将氨蒸气选择性地吸入燃烧室30以用非催化方式还原催化转化器上游的NOx，或还原催化转化器70中或SCR催化剂72中的NOx，或采用这些方式的某种组合。可以用各种方式如本文所公开将尿素和氨(或任何其他适合的还原剂)添加到发动机和/或排气系统中。例如，控制器12可以包括用于控制通过包括但不限于阀、泵、喷射器等的任何适合的系统组件将适合的量的还原剂添加到发动机和/或排气系统中的可执行代码。
在某些实施例中，该系统可以配置为响应于反馈控制来控制添加的量。例如，在某些实施例中，控制器12可以基于从传感器124接收的反馈调节添加到排气系统中的第一还原剂和第二还原剂的量。在某些实施例中，传感器124可以是氨传感器。在其他实施例中，控制器12可以基于来自传感器122的反馈调节还原剂的量，其中传感器122可以是例如NOx传感器640。此外，在其他实施例中，可以使用氨传感器和NOx传感器两者，以及一个或多个任何其他适合的传感器。在其他实施例中，控制器12可以配置为基于发动机工况确定NOx的浓度，和/或可以配置为基于如经过第二存储装置的空气流率等这样的变量，估计从第二存储装置230添加到排气系统中的氨的浓度。
现参考图6，示出用于管理多种还原剂到排气系统的添加的方法600的一个示例实施例。方法600可以按各种方式实现，例如在某些实施例中，通过存储在控制器12中的代码的执行可以实现方法600。
方法600首先包括在610，确定排气系统71中的排气中的NOx浓度。确定NOx浓度的示例包括但不限于：接收来自NOx传感器的信号，和/或通过发动机工况，如转速和负荷确定估计的NOx浓度。此外，NOx的量可以估计为各种形式，如NOx水平、NOx浓度，和/或NOx的单位体积流量的质量流率。
接下来，方法600包括在620，确定是否请求了以第二存储装置230中的氨进行吹扫。各种工况或事件可用于确定何时请求氨吹扫。其示例包括但不限于：在第二存储装置230中的氨压力超过阈值压力时请求吹扫、在预定的发动机工作时间间隔(例如，时间间隔或发动机循环数)之后请求吹扫、在发动机工况提供吹扫机会时请求吹扫，和/或在存储在第二存储装置230中的还原剂的量达到预定水平时请求吹扫等。
如果未请求氨吹扫，则方法600进入630，其中确定添加到排气中的尿素的量，然后进入640，其中例如经第一排气输入通道75将所确定的量的尿素添加到排气中。可以按各种方式确定添加到排气中的尿素的量。在某些实施例中，控制器12可以接收来自NOx传感器的指示排气中的NOx浓度的输入，然后控制器12通过该输入确定和/或调节添加到排气中的尿素的量。在其他实施例中，可以通过发动机工况估计排气中的NOx浓度，并将相关的量的尿素添加到排气系统中。在其他实施例中，可以按恒定的速率将尿素添加到排气系统中。可以计算出或预先确定对应选择的传感器输入或发动机工况添加的氨的量，并将其存储在控制器12中的查找表内并基于输入的工况调节。
另一方面，如果请求了氨吹扫，则方法600进入650，其中将氨添加到排气系统中并执行吹扫。在某些实施例中，控制器12可以通过例如基于传感器124控制进入排气系统的氨流，控制或调节进入排气系统的氨添加速率。或者，可以按预先选择的速率添加氨。
如上所述，在某些实施例中，可以将氨添加到排气系统中而不添加任何尿素。在其他实施例中，可以将来自第二存储装置的氨和尿素同时添加到排气系统中。在将来自第二存储装置的氨和尿素同时添加到排气系统中时，方法600可以包括在660确定和/或提供添加到排气系统中的尿素的减少的量以适应所添加的氨，同时避免氨泄漏，然后在670添加所确定的量的尿素到排气系统中。
可以按各种方式确定添加到排气系统中的尿素的减少的量。例如，通过确定添加到排气系统中的氨的量或浓度，并确定发动机10的排气中的NOx的量或浓度，然后确定添加多少尿素来完全还原排气中的所有NOx，控制器12可以确定添加到排气中的尿素的减少的量。添加的尿素的量可以通过从NOx还原反应的化学配比导出的一个或多个函数计算得出，或可以通过存储在控制器12中的查找表确定。以此方式，可以响应于添加到排气系统中的氨的量或浓度的变化，和/或发动机10的排气中的NOx的量或浓度的变化，调节添加到排气中的尿素的量。
还原剂管理系统73可以在进入SCR催化剂72之前，在燃烧室30上游、燃烧室30处和/或燃烧室30下游选择性地引入还原剂。特别是，控制器12可以基于各种工况指示氨吹扫。例如，控制器12可以响应于第二存储装置230中的氨浓度指示存储装置进行吹扫。因此，可以将氨引入进气歧管44和/或排气系统71以还原NOx。或者，可以将氨引导至存储箱以溶解在尿素溶液中。可以基于包括排气温度、发动机燃烧温度等的各种工况，将氨引入系统中的各个区域，如引导至存储箱、进气歧管，和/或排气系统。
图7是示出对其中可基于各种工况，如温度引入氨的区域的控制的实施例的另一个流程图700。因此，控制器12在710确定是否启用氨吹扫，否则例程结束。可以如本文中所述响应于来自控制器12的各种反馈信号启用氨吹扫。
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。
因此，在730，如本文中所述基于各种工况选择氨吹扫模式。在一个实施例中，燃烧室30的温度可以处在有助于氨在燃烧室中还原NOx的温度范围中。例如，控制器12可以响应于来自燃烧室30中的温度传感器的输出信号指示从第二存储装置230到进气歧管44的氨吹扫，其中温度可以指示适合于用氨对NOx进行非催化式还原的工况。在另一个实施例中，SCR催化剂72中的温度可以适合于在其中进行高度的NOx转化。例如，控制器12可以响应于来自SCR催化剂72中的温度传感器的输出信号指示对排气系统71进行氨吹扫。在又一个实施例中，尿素存储箱中的各种工况可以适合于将氨溶解到尿素水溶液中。例如，存储箱可以在发动机停机之后一段时间达到相对低的温度，以使从第二存储装置230吹扫的氨基本上溶解在尿素溶液中。在另一个示例中，控制器12可以响应于指示适合于高溶解度氨的尿素溶液的浓度的浓度传感器的输出信号，指示对存储箱进行氨吹扫。
以此方式，可以在各种工况下控制进入排气的还原剂添加，并管理氨蒸气的吹扫以及独立的还原剂供给，以实现改进的NOx还原并减少氨泄漏。

Claims (9)

1.一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；
在第一工况下将所述存储的蒸气从所述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从所述第二存储装置吹扫到所述发动机燃烧室下游；以及
响应于添加到排气系统中的氨蒸气的量，调节从所述第一存储装置添加到排气中的含氨流体的量，其中所述含氨流体为尿素溶液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工况是大气温度工况和存储温度工况中的至少一个。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一工况是第一温度工况，所述第二工况是第二温度工况。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一温度工况高于所述第二温度工况。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括在第三温度工况下将所述存储的蒸气从所述第二存储装置吹扫到所述第一存储装置，其中所述第三温度工况低于所述第一温度工况和所述第二温度工况。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述存储的蒸气在燃烧室的下游吹扫到发动机的排气中以在催化剂中反应，其中所述催化剂是SCR催化剂。
7.一种用于发动机的吹扫含氨蒸气的方法，包括：
在第一存储装置中存储含氨流体；
在所述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；
在第一工况下将所述含氨蒸气供给到所述发动机的燃烧室上游的第一区域，并在第二工况下将所述含氨蒸气供给至不同的第二区域，所述第二区域为第一存储装置。
8.一种补给用于汽车发动机的含氨还原剂供给系统的方法，包括：
在第一存储装置中存储含氨流体；
在用含氨流体补给所述第一存储装置的过程的至少一部分期间，将所述补给产生的氨蒸气存储在第二存储装置中；及
在所述存储之后，在较低的工作温度下吹扫所述存储的氨蒸气至所述第一存储装置以使得所述氨蒸气至少部分溶解在所述第一存储装置的所述含氨流体中。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在发动机运行工况下吹扫所述存储的氨。
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