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CN111279057B - 包括对切换延迟及时校正的还原剂定量配给的系统和方法 - Google Patents

包括对切换延迟及时校正的还原剂定量配给的系统和方法 Download PDF

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CN111279057B CN201880069084.0A CN201880069084A CN111279057B CN 111279057 B CN111279057 B CN 111279057B CN 201880069084 A CN201880069084 A CN 201880069084A CN 111279057 B CN111279057 B CN 111279057B
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Abstract

一种控制器包括切换延迟电路，其被构造成确定还原剂注入器的打开延迟时间和闭合延迟时间，每个延迟时间基于电池电压和还原剂注入器线圈温度。定量配给电路被构造成确定电枢销必须处于完全打开位置以便使注入器注入第一数量的还原剂的打开时间。基于打开时间、打开延迟时间和闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间。致动时间涉及线圈必须被激励以使注入器注入第一数量的还原剂的时间。切换命令信号被传输到注入器，以在计算的致动时间内激励线圈，从而使注入器将第一数量的还原剂注入到废气流中。

Description

包括对切换延迟及时校正的还原剂定量配给的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月31日提交的美国专利申请第15/799,212号的优先权，该申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开大体上涉及用于在排气后处理系统中使用的选择性催化还原(“SCR”)系统的领域。
背景
通常，内燃发动机的管制的排放物包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和微粒。这样的规定在近年来已经变得更加严格。例如，来自柴油动力的发动机的NOx和微粒的管制的排放是足够低的，以致在许多情况下单独使用改进的燃烧技术不能满足排放水平。为了该目的，排气后处理系统越来越多地被用于降低存在于废气中的有害的排气排放物的水平。
常规的废气后处理系统包括用于降低存在于废气中的管制的污染物的水平的若干不同部件中的任一个。例如，SCR催化剂被构造成将NOx(以某一份额的NO和NO2)转化成氮气(N2)和水蒸气(H2O)。还原剂(典型地为以某种形式的氨(NH3))被加入到催化剂上游的废气中。NOx和NH3通过催化剂，并且发生催化反应，在该催化反应中，NOx和NH3转化成N2和H2O。
在许多常规的SCR系统中，使用NH3作为还原剂。典型地，由于安全考虑、费用、重量、缺乏基础设施和其他因素，而不直接使用纯NH3。替代地，许多常规系统利用柴油机排气处理液(“DEF”)，其典型地是尿素-水溶液。为了将DEF转化成NH3，DEF被注入到排气流流过的分解管中。所注入的DEF喷雾(spray)通过废气流加热，以使尿素-水溶液蒸发并且触发尿素分解成NH3。包括从尿素分解的NH3的废气混合物在流动通过分解管时进一步混合，并经过SCR催化剂，在其中NOx和NH3主要转化为N2和H2O。
概述
各种实施例涉及包括切换延迟电路的控制器，该切换延迟电路被构造成基于电池电压和还原剂注入器线圈温度来确定打开延迟时间。打开延迟时间涉及还原剂注入器的电枢销(armature pin)响应于还原剂注入器的还原剂注入器线圈被激励而从完全闭合位置到达完全打开位置所需的第一时间量。基于电池电压和还原剂注入器线圈温度来确定闭合延迟时间。闭合延迟时间涉及电枢销响应于还原剂注入器线圈被去激励(de-energized)而从完全打开位置到达完全闭合位置所需的第二时间量。定量配给(dosing)电路被构造成确定打开时间，该打开时间涉及电枢销必须处于完全打开位置以使还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第三时间量。基于打开时间、打开延迟时间和闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间。致动时间涉及还原剂注入器线圈必须被激励以使还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第四时间量。切换命令信号被传输到还原剂注入器以在计算的致动时间内激励还原剂注入器线圈，从而使还原剂注入器将第一数量的还原剂注入到废气流中。
各种其他实施例涉及一种方法，该方法包括基于电池电压和还原剂注入器线圈温度确定打开延迟时间。打开延迟时间涉及还原剂注入器的电枢销响应于还原剂注入器的还原剂注入器线圈被激励而从完全闭合位置到达完全打开位置所需的第一时间量。基于电池电压和还原剂注入器线圈温度来确定闭合延迟时间。闭合延迟时间涉及电枢销响应于还原剂注入器线圈被去激励而从完全打开位置到达完全闭合位置所需的第二时间量。确定打开时间，该打开时间涉及电枢销必须处于完全打开位置以使还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第三时间量。基于打开时间、打开延迟时间和闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间。致动时间涉及还原剂注入器线圈必须被激励以使还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第四时间量。切换命令信号被传输到还原剂注入器以在计算的致动时间内激励还原剂注入器线圈，从而使还原剂注入器将第一数量的还原剂注入到废气流中。
各种其他实施例涉及包括电池和还原剂注入器的系统。还原剂注入器包括线圈和与线圈操作地接合的电枢销。电枢销被构造成响应于线圈被激励而在完全闭合位置和完全打开位置之间移动。控制器可操作地耦合到电池和注入器。控制器被构造成解译电池的电池电压并解译线圈的线圈温度。基于电池电压和线圈温度确定打开延迟时间。基于电池电压和线圈温度确定闭合延迟时间。确定打开时间，该打开时间涉及电枢销必须处于完全打开位置以使还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第一时间量。基于打开时间、打开延迟时间和闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间。致动时间涉及还原剂注入器线圈必须被激励以使还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第二时间量。切换命令信号被传输到还原剂注入器以在计算的致动时间内激励还原剂注入器线圈，从而使还原剂注入器将第一数量的还原剂注入到废气流中。
根据结合附图时进行的以下详细描述，这些和其它的特征连同其组织和操作的方式将变得明显，其中贯穿下文描述的若干个附图，相同的元件具有相同的标记。
在下文的一个或更多个实施方案中可实现本公开的各方面：
1)一种控制器，包括：
切换延迟电路，其被构造成：
基于电池电压和还原剂注入器线圈温度确定打开延迟时间，所述打开延迟时间涉及还原剂注入器的电枢销响应于所述还原剂注入器的还原剂注入器线圈被激励而从完全闭合位置到达完全打开位置所需的第一时间量，以及
基于电池电压和还原剂注入器线圈温度确定闭合延迟时间，所述闭合延迟时间涉及所述电枢销响应于所述还原剂注入器线圈被去激励而从所述完全打开位置到达所述完全闭合位置所需的第二时间量；和
定量配给电路，其被构造成：
确定打开时间，所述打开时间涉及所述电枢销必须处于所述完全打开位置以使所述还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第三时间量，
基于所述打开时间、所述打开延迟时间和所述闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间，所述致动时间涉及所述还原剂注入器线圈必须被激励以使所述还原剂注入器注入所述第一数量的还原剂的第四时间量，以及
向所述还原剂注入器传输切换命令信号以在计算的致动时间内激励所述还原剂注入器线圈，从而使所述还原剂注入器将所述第一数量的还原剂注入到废气流中。
2)根据1)所述的控制器，其中，所述致动时间是(1)所述打开时间和(2)所述打开延迟时间与所述闭合延迟时间之间的差的总和。
3)根据1)所述的控制器，还包括操作条件电路，所述操作条件电路被构造成：
通过解译接收的排气温度值来确定排气温度；
通过解译接收到的还原剂罐温度值来确定还原剂罐温度；和
基于所述排气温度值和所述还原剂罐温度值中的每一个来确定所述还原剂注入器线圈温度。
4)根据3)所述的控制器，其中，所述操作条件电路还被构造成：
基于所述致动控制信号确定定量配给命令温度因子，所述定量配给命令温度因子与基于所述致动控制信号的占空比的所述还原剂注入器线圈温度的增加相关，
其中，所述还原剂注入器线圈温度还基于所述定量配给命令温度因子来估计。
5)根据1)所述的控制器，其中，所述打开延迟时间包括锚打开延迟时间和打开压力延迟时间，所述锚打开延迟时间涉及响应于所述还原剂注入器线圈被激励至所述电枢销开始移动为止的第五时间量，所述打开压力延迟时间与在所述还原剂注入器处还原剂的压力相关。
6)根据5)所述的控制器，其中，所述锚打开延迟时间包括锚打开延迟最大值和锚打开延迟补偿值之间的差，所述锚打开延迟最大值与所述电枢销响应于所述还原剂注入器线圈被激励而开始移动之前所需的最大时间相关，所述锚打开延迟补偿值基于所述电池电压和所述还原剂注入器线圈温度定义了相对所述锚打开延迟最大值的偏移。
7)根据1)所述的控制器，其中，所述闭合延迟时间包括锚闭合延迟时间和闭合压力延迟时间，所述锚闭合延迟时间涉及响应于所述还原剂注入器线圈被去激励至所述电枢销开始移动为止的第五时间量，所述闭合压力延迟时间与在所述还原剂注入器处还原剂的压力相关。
8)根据7)所述的控制器，其中，所述锚闭合延迟时间包括锚闭合延迟最小值和锚闭合延迟补偿因子的总和，所述锚闭合延迟最小值与所述电枢销响应于所述还原剂注入器线圈被去激励而开始移动之前所需的最小时间相关，所述锚闭合延迟补偿因子基于所述电池电压和所述还原剂注入器线圈温度定义了相对所述锚闭合延迟最小值的偏移。
9)根据1)所述的控制器，还包括泄漏电路，所述泄漏电路被构造成：
确定泄漏延迟，所述泄漏延迟与相对于电流被提供给所述还原剂注入器至还原剂压力变化被检测到为止的第六时间量相关；
基于所述泄漏延迟确定泄漏量；和
调整所述致动时间以补偿所述泄漏量。
10)根据1)所述的控制器，其中，所述切换命令信号包括拉入阶段和保持阶段，所述保持阶段包括在接通电平和断开电平之间调节提供给所述还原剂注入器的功率。
11)根据10)所述的控制器，其中，在所述保持阶段中经由脉宽调制来调制功率。
12)一种方法，包括：
基于电池电压和还原剂注入器线圈温度确定打开延迟时间，所述打开延迟时间涉及还原剂注入器的电枢销响应于所述还原剂注入器的还原剂注入器线圈被激励而从完全闭合位置到达完全打开位置所需的第一时间量；
基于电池电压和还原剂注入器线圈温度确定闭合延迟时间，所述闭合延迟时间涉及所述电枢销响应于所述还原剂注入器线圈被去激励而从所述完全打开位置到达所述完全闭合位置所需的第二时间量；
确定打开时间，所述打开时间涉及所述电枢销必须处于所述完全打开位置以使所述还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第三时间量；
基于所述打开时间、所述打开延迟时间和所述闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间，所述致动时间涉及所述还原剂注入器线圈必须被激励以使所述还原剂注入器注入所述第一数量的还原剂的第四时间量；以及
向所述还原剂注入器传输切换命令信号以在计算的致动时间内激励所述还原剂注入器线圈，从而使所述还原剂注入器将所述第一数量的还原剂注入到废气流中。
13)根据12)所述的方法，其中，所述致动时间是(1)所述打开时间和(2)所述打开延迟时间与所述闭合延迟时间之间的差的总和。
14)根据12)所述的方法，还包括：
通过解译接收的排气温度值来确定排气温度；
通过解译接收的还原剂罐温度值来确定还原剂罐温度；和
基于所述排气温度值和所述还原剂罐温度值中的每一个来确定所述还原剂注入器线圈温度。
15)根据14)所述的方法，还包括：
基于所述致动控制信号确定定量配给命令温度因子，所述定量配给命令温度因子与基于所述致动控制信号的占空比的所述还原剂注入器线圈温度的增加相关，
其中，所述还原剂注入器线圈温度还基于所述定量配给命令温度因子来估计。
16)根据12)所述的方法，其中，所述打开延迟时间包括锚打开延迟时间和打开压力延迟时间，所述锚打开延迟时间涉及响应于所述还原剂注入器线圈被激励至所述电枢销开始移动为止的第五时间量，所述打开压力延迟时间与在所述还原剂注入器处还原剂的压力相关。
17)根据16)所述的方法，其中，所述锚打开延迟时间包括锚打开延迟最大值和锚打开延迟补偿值之间的差，所述锚打开延迟最大值与所述电枢销响应于所述还原剂注入器线圈被激励而开始移动之前所需的最大时间相关，所述锚打开延迟补偿值基于所述电池电压和所述还原剂注入器线圈温度定义了相对所述锚打开延迟最大值的偏移。
18)根据12)所述的方法，还包括：
确定泄漏延迟，所述泄漏延迟与相对于电流被提供给所述还原剂注入器至还原剂压力变化被检测到为止的第六时间量相关；
基于所述泄漏延迟确定泄漏量；和
调整所述致动时间以补偿所述泄漏量。
19)根据12)所述的方法，其中，所述切换命令信号包括拉入阶段和保持阶段，所述保持阶段包括在接通电平和断开电平之间调节提供给所述还原剂注入器的功率。
20)一种系统，包括：
电池；
还原剂注入器，所述还原剂注入器包括：
线圈，和
电枢销，其与所述线圈操作地接合，所述电枢销被构造成响应于所述线圈被激励而在完全闭合位置和完全打开位置之间移动；和
控制器，其操作地耦合到所述电池和所述还原剂注入器，所述控制器构造成：
解译所述电池的电池电压，
解译所述线圈的线圈温度，
基于所述电池电压和所述线圈温度确定打开延迟时间，
基于所述电池电压和所述线圈温度确定闭合延迟时间，
确定打开时间，所述打开时间涉及所述电枢销必须处于所述完全打开位置以使所述还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第一时间量，
基于所述打开时间、所述打开延迟时间和所述闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间，所述致动时间涉及所述还原剂注入器线圈必须被激励以使所述还原剂注入器注入所述第一数量的还原剂的第二时间量，以及
向所述还原剂注入器传输切换命令信号以在计算的致动时间内激励所述还原剂注入器线圈，从而使所述还原剂注入器将所述第一数量的还原剂注入到废气流中。
21)根据20)所述的系统，其中，所述致动时间是(1)所述打开时间和(2)所述打开延迟时间与所述闭合延迟时间之间的差的总和。
22)根据20)所述的系统，还包括操作条件电路，所述操作条件电路被构造成：
通过解译接收的排气温度值来确定排气温度；
通过解译接收的还原剂罐温度值来确定还原剂罐温度；和
基于所述排气温度值和所述还原剂罐温度值中的每一个来确定所述线圈温度。
23)根据20)所述的系统，其中，所述切换命令信号包括拉入阶段和保持阶段，所述保持阶段包括在接通电平和断开电平之间调节提供给所述还原剂注入器的功率。
24)根据20)所述的系统，其中，所述打开延迟时间包括锚打开延迟时间和打开压力延迟时间，所述锚打开延迟时间涉及响应于所述还原剂注入器线圈被激励至所述电枢销开始移动为止的第五时间量，所述打开压力延迟时间与在所述还原剂注入器处的还原剂的压力相关。
25)根据20)所述的系统，其中，所述闭合延迟时间包括锚闭合延迟时间和闭合压力延迟时间，所述锚闭合延迟时间涉及响应于所述还原剂注入器线圈被去激励至所述电枢销开始移动为止的第五时间量，所述闭合压力延迟时间与在所述还原剂注入器处的还原剂的压力相关。
附图简述
在附图和下面的描述中阐述了一个或更多个实现方式的细节。本公开的其它特征、方面和优点根据说明书、附图以及权利要求将变得明显。
图1是示出了根据示例实施例的发动机系统的示意框图。
图2是示出了根据示例实施例的还原剂注入控制方案的控制图。
图3是示出了根据示例实施例的注入器定量配给波形的图。
将认识到，一些或所有附图是为了说明的目的的示意性表示。附图是为了说明一个或更多个实现方式的目的而被提供的，并且明确地理解附图将不用于限制权利要求的范围或含义。
详细描述
还原剂定量配给系统被构造成将精确量的还原剂注入到废气流中。还原剂的精确量被定义为使得SCR催化剂能够将废气中的NOx水平降低到可接受的水平，同时避免NH3泄漏(slip)。NH3泄漏是因将过量的还原剂注入到废气流中而使得一些NH3通过未反应的SCR催化剂而导致的。未反应的苛性NH3可被排放到外部大气中，并可积聚在排气后处理系统的其他部件上，从而降低性能。
在操作中，注入到废气流中的还原剂的量可以不同于预期的量。还原剂注入器包括线圈和电枢销，电枢销被构造成响应于被提供给线圈的电力而在闭合位置和打开位置之间移动。然而，在操作中，电枢销不会响应于被提供给线圈的电力而瞬时移动。电枢销响应于对线圈的激励或去激励而在闭合位置和打开位置之间移动所需的时间量被称为切换延迟。现有的还原剂定量配给系统未能充分考虑由切换延迟引起的还原剂定量配给误差。
各种实施例涉及用于通过及时(on-time)调节还原剂定量配给来控制还原剂到排气后处理系统中的注入以补偿还原剂注入器的切换延迟的系统和方法。切换延迟包括打开延迟时间和闭合延迟时间，它们各自基于电池电压、还原剂注入器线圈温度和还原剂压力中的至少一个来确定。打开延迟时间涉及电枢销响应于线圈被激励而从完全闭合位置到达完全打开位置所需的第一时间量。闭合延迟时间涉及电枢销响应于线圈被去激励而从完全打开位置到达完全闭合位置所需的第二时间量。
计算目标打开时间。目标打开时间涉及电枢销必须处于完全打开位置以使还原剂注入器注入目标量的还原剂而没有切换损耗的第三时间量。
基于打开时间、打开延迟时间和闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间。致动时间涉及线圈必须被激励以使还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第四时间量。因此，致动时间考虑了切换损耗。
切换命令信号被传输到还原剂注入器，以在计算的致动时间内激励线圈，从而使还原剂注入器将第一数量的还原剂注入到废气流中。
图1是示出了根据示例实施例的发动机系统100的示意框图。发动机系统100包括发动机102、排气后处理系统104、还原剂定量配给系统106、控制器108和电池110。
通常，排气后处理系统104被配置成去除存在于由发动机102产生的废气中的管制的污染物。排气后处理系统104与发动机102废气连通。排气后处理系统104包括分解管112和位于分解管112下游的SCR催化剂114。虽然在图1中未示出，但是排气后处理系统104也可以包括各种其他后处理部件，诸如DOC、微粒过滤器(诸如，柴油机微粒过滤器(DPF))、氨氧化(AMOX)催化剂、NOx储存催化剂等。
分解管112被构造成将还原剂(诸如尿素、氨水或DEF)转化成氨。将认识到，还原剂定量配给系统106被构造成可控制地将还原剂注入到分解管112中。注入到分解管112中的还原剂经历蒸发、热解和水解的过程以在排气后处理系统104内形成气态氨。
SCR催化剂114被构造成通过加速氨和废气的NOx之间的NOx还原成N2、H2O和/或CO2的过程来减少来自排气后处理系统104的NOx排放。
还原剂定量配给系统106包括还原剂注入器116、还原剂罐118和还原剂泵120。还原剂注入器116流体地且可操作地耦合到还原剂罐118和还原剂泵120(与还原剂罐118和还原剂泵120处于还原剂接收连通)。还原剂注入器116可操作地耦合到分解管112，以可控地将还原剂注入到穿过其中的废气流中。
还原剂注入器116包括位于壳体124内的电枢销122。线圈126围绕电枢销122延伸。电枢销122被构造成响应于被提供给线圈126的电力而在闭合位置和打开位置之间移动。因此，通过控制提供给线圈126的电力来控制注入分解管112中的还原剂的定时和量。
在操作中，电枢销122不会响应于被提供给线圈126的电力而瞬时移动。术语“锚打开(anchor open)延迟”是指响应于电力被提供给线圈126至电枢销122开始从闭合位置向打开位置移动为止所经过的时间量。术语“锚闭合延迟”是指响应于从线圈126移除电力至电枢销122开始从打开位置向闭合位置移动为止所经过的时间量。术语“打开延迟”是指响应于向线圈126提供电力至电枢销122从闭合位置到达打开位置为止所经过的时间量。术语“闭合延迟”是指响应于从线圈126移除电力至电枢销122从打开位置到达闭合位置为止所经过的时间量。将认识到，控制器108被构造成调节注入器控制信号(例如，切换命令信号)以考虑到这种延迟。
发动机系统100还包括与控制器108操作通信的各种传感器。例如，如图1所示，发动机系统100包括电池电压传感器128、排气温度传感器130、还原剂罐温度传感器132和注入压力传感器134。应当认识到，发动机系统100包括比图1所示的传感器更多的传感器。电池电压传感器128被构造成测量电池110两端的电压(VBATT)。排气温度传感器130被构造成测量分解管112上游的废气温度(T排气)。还原剂罐温度传感器132被构造成测量还原剂罐118中的还原剂的温度(TDEF_罐)。注入压力传感器134被构造成测量还原剂在还原剂注入器116处的压力(PDEF)。
控制器108通信地且可操作地耦合到发动机系统100的各种部件，诸如发动机102、电池110、还原剂注入器116、还原剂泵120、电池电压传感器128、排气温度传感器130、还原剂罐温度传感器132、注入压力传感器134和其他部件。在一些实施例中，控制器108是发动机控制模块(“ECM”)。在其他实施例中，控制器108是排气后处理控制器。控制器108被构造成基于监控的操作条件来控制发动机系统100的操作。例如，控制器108被构造成通过解译从电池电压传感器128、排气温度传感器130、还原剂罐温度传感器132、注入压力传感器134以及其他传感器和设备中的任何一个接收的测量值来监控操作条件。
将认识到，各种因素可以影响电枢销122响应向线圈126提供电力的移动。例如，电池110的电压、线圈126的温度和注入的还原剂的压力都可以影响电枢销122的响应。几个其他因素(诸如，排气温度、还原剂温度和还原剂定量配给的量)也可以影响电枢销122的响应。控制器108被构造成分析影响电枢销122的响应的因素，并调整切换命令信号以适应响应的变化，诸如打开和闭合延迟以及其他因素。
根据各种实施例，并且如下面进一步详细讨论的，控制器108被构造成控制还原剂注入器116和还原剂泵120的操作，以精确控制注入到分解管112中的还原剂的量和定时。更具体地，根据各种实施例，控制器108被构造成通过及时动态调节还原剂定量配给来控制还原剂注入器116，以补偿还原剂注入器116的切换延迟。在一些实施例中，控制器108根据VBATT、注入器线圈温度(T线圈)和PDEF中的一个或更多个来补偿还原剂注入器116的切换时间的变化。在一些实施例中，控制器108被构造成基于监测提供给还原剂注入器116的电流来测量切换延迟。
控制器108包括操作条件电路136、切换延迟电路138、泄漏电路140和定量配给电路142。
操作条件电路136与各种传感器和设备(诸如电池电压传感器128、排气温度传感器130、还原剂罐温度传感器132、注入压力传感器134以及其他传感器和设备)操作地通信。操作条件电路136被构造成接收和解译来自各种设备和传感器的测量值。控制器108的其他电路使用从各种测量值解译的操作条件来控制还原剂定量配给系统106的操作。
切换延迟电路138被构造成确定与还原剂注入器116在打开和闭合位置之间切换相关联的延迟时间。切换延迟电路138还被构造成修改切换命令信号以补偿所确定的延迟时间。
泄漏电路140被构造成确定由于切换延迟而从还原剂注入器116泄漏的还原剂的泄漏数量(例如，体积)。例如，泄漏电路140比较向还原剂注入器116提供电流和还原剂的压力的相应变化之间的延迟时间，以确定完全打开和完全闭合位置之间的泄漏数量，反之亦然。泄漏电路140还被构造成修改切换命令信号以补偿泄漏。
定量配给电路142被构造成生成切换命令信号并将其传输到还原剂注入器116，以可控制地将还原剂注入到分解管112中。切换命令信号由切换延迟电路138和泄漏电路140修改，以考虑到切换延迟。
传输到还原剂注入器116的切换命令信号包括拉入周期(pull-in period)，其后是保持周期。拉入周期定义了拉入时间，在此期间，恒定量的电力被提供给还原剂注入器116以激励线圈126。在拉入周期之后的保持周期定义了保持时间，在该保持时间期间，提供给还原剂注入器116的功率在接通(on)电平和断开(off)电平之间调节。包括拉入周期和保持周期的致动周期定义了向还原剂注入器116供电以由此控制还原剂定量配给的时间。换句话说，致动周期定义了线圈126被激励的时间。
图2是示出了根据实施例的还原剂注入控制方案200的控制图。还原剂注入控制方案200可由控制器108(图1)利用来控制还原剂注入器116的操作。结合还原剂注入控制方案200描述的参数也在图3的注入器定量配给波形300中示出，如下文进一步详细描述的。
线圈温度(T线圈)202可以(例如，经由温度传感器)直接确定或(经由其他传感器)间接确定。例如，在一个实施例中，操作条件电路136包括虚拟温度传感器，该虚拟温度传感器根据还原剂罐温度(TDEF_罐)204、排气温度(T排气)206和还原剂定量配给命令温度因子(T定量配给_CMD)208来确定线圈温度202。在一个实施例中，线圈温度202被计算为还原剂罐温度204乘以第一常数W1、排气温度206乘以第二常数W2、以及还原剂定量配给命令温度因子208乘以第三常数W3的总和。换句话说，T线圈202＝TDEF_罐204*W1+T排气206*W2+T定量配给_CMD 208*W3。
还原剂注入器阀打开时间(TOPN)210是还原剂注入器116必须处于打开位置以基于还原剂压力(PDEF)211和还原剂流速
Figure GDA0002893532990000141
212来注入特定数量(例如，质量)的还原剂的时间量。打开时间210通过基于还原剂压力211和还原剂流速212的定量配给命令表214来确定。
致动时间(TACT)216是还原剂注入器116被主动致动的总时间量。在一个实施例中，致动时间216是线圈126被激励的时间量。在一个实施例中，致动时间216是还原剂注入器116上脉宽调制(“PWM”)有效的时间量。针对特定的TOPN 210计算致动时间216。更具体地，致动时间216是(1)打开时间210和(2)打开延迟(TOPN_DLY)218和闭合延迟(TCLS_DLY)220之间的差的总和。换句话说，TACT 216＝TOPN 210+TOPN_DLY 218-TCLS_DLY 220。
打开延迟时间218是电枢销122在线圈126被激励时从完全闭合位置到达完全打开位置所花费的时间量。打开延迟时间218是锚打开延迟时间(TANCHR_OPN_DLY)222和打开压力延迟时间(TOPN_PRESS_DLY)224的函数。
锚打开延迟时间222是直到电枢销122由于响应于线圈126被激励所产生的磁力而开始移动的时间量。锚打开延迟时间222是锚打开延迟最大值(TANCHR_OPN_DLY_MAX)226和锚打开延迟补偿228(TANCHR_OPN_COMP)之间的差值。锚打开延迟最大值226是电枢销122由于响应于线圈126被激励所产生的磁力而开始移动之前所需的最大理论时间。锚打开延迟最大值226是对应于最小电池电压227和最大线圈温度202处的最坏情况值的可校准值。锚打开延迟补偿228是基于瞬时范围内电池电压227和线圈温度202值相对于锚打开延迟最大值的锚打开延迟时间222的补偿因子。锚打开延迟补偿228通过基于电池电压227和线圈温度202的锚打开延迟补偿表230来确定。应当理解，根据系统的初始条件，诸如电池电压227和线圈温度202的初始条件，诸如锚打开延迟补偿228的补偿可以是正的或负的。
打开压力延迟时间224是一个调节因子，该调节因子与电枢销122由于还原剂压力211而从完全闭合位置移动到完全打开位置的额外时间量相关。打开压力延迟时间224通过基于还原剂压力211的打开压力延迟表232确定。
闭合延迟时间220是电枢销122在线圈126被去激励时从完全打开位置到达完全闭合位置所花费的时间量。闭合延迟时间220是锚闭合延迟时间(TANCHR_CLS_DLY)234和闭合压力延迟时间(TCLS_PRESS_DLY)236的函数。锚闭合延迟时间234和闭合压力延迟时间236以类似于锚打开延迟时间222和打开压力延迟时间224的方式确定。
锚闭合延迟时间234是直到电枢销122由于响应于线圈126去激励所产生的磁力而开始移动的时间量。锚闭合延迟时间234是锚闭合延迟最小值(TANCHR_CLS_DLY_MIN)238和锚闭合延迟补偿(TANCHR_CLS_COMP)240的总和。锚闭合延迟最小值238是电枢销122由于响应于线圈126被去激励所产生的磁力而开始移动之前所需的最小理论时间。锚闭合延迟最小值238是对应于最小电池电压227和最大线圈温度202处的最坏情况值的可校准值。锚闭合延迟补偿240是基于瞬时范围内电池电压227和线圈温度202值的相对于锚闭合延迟最小值238的锚闭合延迟时间234的补偿因子。锚闭合延迟补偿240通过基于电池电压227和线圈温度202的锚闭合延迟补偿表242来确定。应当理解，根据系统的初始条件，诸如电池电压227和线圈温度202的初始条件，锚闭合延迟补偿240可以是正的或负的。
闭合压力延迟时间236是一个调节因子，该调节因子与电枢销122由于还原剂压力211而从完全打开位置移动到完全闭合位置的额外时间量相关。闭合压力延迟时间236通过基于还原剂压力211的闭合压力延迟表244确定。
如上提及的，由控制器108传输到还原剂注入器116的切换命令信号302包括拉入周期，其后是保持周期。总致动时间216是拉入周期的拉入时间(T拉入)246和保持周期的保持时间(T保持)248的总和。
拉入时间246是线圈126被激励直到电枢销122到达完全打开位置的时间量。拉入时间246被确定为锚打开延迟时间222、最大拉入时间常数(T拉入_MAX_CONST)250和拉入偏移252(T偏移)的函数。最大拉入时间常数250是在满足控制器108中的电流消耗极限之前还原剂注入器116处于拉入阶段的最大允许时间。拉入偏移252是电枢销122一旦开始移动而到达完全打开位置所需的时间量。拉入时间246是(1)锚打开延迟时间222和拉入偏移252之和以及(2)最大拉入时间常数250的最小值。换句话说，T拉入246＝MIN(TANCHR_OPN_DLY 222+T偏移252,T拉入_MAX_CONST 250)。拉入偏移252中的术语“偏移”用于传达在包括由于跨不同块的时间测量的同步引起的噪声的同时保证完全切换。
保持时间248是线圈126被激励以在计算的致动时间216内将电枢销保持在其位置(例如，在完全打开位置)的时间量。保持时间248是致动时间216和拉入时间246之间的差值。换句话说，T保持248＝TACT 216-T拉入246。
应当理解，尽管本文针对排气后处理系统中的还原剂注入器描述了用于及时校正注入器切换延迟的系统和方法，但是本文描述的系统和方法可以类似地在其他类型的注入系统中实施。例如，在一些实施方式中，用于及时校正注入器切换延迟的系统和方法与排气后处理系统中的未燃烧的碳氢化合物(例如，燃料)注入器一起使用。在其他实施方式中，用于及时校正注入器切换延迟的系统和方法与发动机燃料注入器一起使用。
图3是示出了根据示例实施例的注入器定量配给波形300的图。波形300包括随时间变化的注入器电流304、PWM 302和电枢位置306。波形300示出了上文结合图2描述的各种控制参数。具体而言，波形300示出了还原剂注入器阀打开时间(TOPN)210、致动时间(TACT)216、打开延迟时间(TOPN_DLY)218、闭合延迟时间(TCLS_DLY)220、锚打开延迟时间(TANCHR_OPN_DLY)222、打开压力延迟时间(TOPN_PRESS_DLY)224、锚闭合延迟时间(TANCHR_CLS_DLY)234、闭合压力延迟时间(TCLS_PRESS_DLY)236、拉入时间(T拉入)246和保持时间(T保持))248。
根据各种实施例且如图3所示，控制方案的某些参数是关于注入器电流304、PWM302和电枢销122的电枢位置306中的一个或更多个的某些特性来定义的。例如，308示出了锚打开延迟时间222。如上提及的，锚打开延迟时间222是直到电枢销122由于响应于线圈126被激励所产生的磁力而开始移动的时间量。如图3所示，锚打开延迟时间222可在308处由注入器电流304中的拐点指示，其表示电枢销122撞到止挡件。电枢位置306也在308处开始改变。
310示出了打开延迟时间218。如上提及的，打开延迟时间218是电枢销122在线圈126被激励时从完全闭合位置到达完全打开位置所花费的时间量。如图3所示，打开延迟时间218可以在电枢位置306达到全冲程打开位置时在310处指示。此时，电枢销122已经过渡穿过其全冲程，使得还原剂注入器116处于完全打开位置。换句话说，打开延迟时间218是将电枢移开(直到其撞到磁极铁芯止挡件)所花费的第一时间量加上针过渡穿过其全行程使得阀完全打开的第二时间量。
312示出了闭合延迟时间220。如上提及的，闭合延迟时间220是电枢销122在线圈126被去激励时从完全打开位置到达完全闭合位置所花费的时间量。如图3所示，闭合延迟时间220可以在电枢位置306达到全冲程闭合位置时在312处指示。此时，电枢销122已经过渡穿过其全冲程，使得还原剂注入器116处于完全闭合位置。换句话说，闭合延迟时间220是在电枢去激励之后针返回其闭合位置使得阀完全密封所花费的第一时间量。在一些实施例中，可以针对在打开延迟时间218和闭合延迟时间220时段期间针移动的过渡期间发生的任何泄漏来调整最终“开启”时间。检测这一点的方法之一是通过经验方法。
上文描述的示意性流程图和方法示意图通常作为逻辑流程图被陈述。因此，所描绘的顺序和标注的步骤或过程指示代表性的实施例。可以设想其他步骤、过程顺序和方法，其在功能、逻辑或效果上等效于示意性图中图示的方法的一个或更多个步骤或其部分。此外，在整个这个说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”或类似语言的提及意指关于该实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个这个说明书中的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“在示例实施例中”以及类似语言的出现可以但不一定都指同一实施例。
另外，提供所采用的格式和符号以解释示意性图的逻辑步骤并且所采用的格式和符号被理解为不限制由图所图示的方法的范围。尽管可在示意性图中采用各种箭头类型和线条类型，但是它们被理解为不限制对应的方法的范围。实际上，一些箭头或其他连接符(connector)可以被用于仅指示方法的逻辑流程。例如，箭头可以指示所描绘方法的列举步骤之间的未指定的等待或监测持续时间。另外，特定方法发生的顺序可以或可以不严格遵守所示出的对应的步骤的顺序。还将注意，框图和/或流程图中的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以通过执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统、或者专用硬件和程序代码的组合被实施。
在本说明书中所描述的许多功能性单元已经被标记为电路，以便更特别地强调其实现独立性。例如，电路可以被实现为硬件电路，该硬件电路包括定制的超大规模集成(VLSI)电路或门阵列，现成的半导体例如逻辑芯片、晶体管或其他分立部件。电路也可以在可编程硬件设备例如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备和诸如此类中实现。
如上提及的，电路也可以在机器可读介质中实现以用于由各种类型的处理器执行。可执行代码的识别出的电路可以例如包括可以例如被组织为对象、过程或功能的计算机指令的一个或更多个物理块或逻辑块。然而，识别出的电路的可执行指令不需要被物理地定位在一起，而是可以包括存储在不同位置的不同指令，其当在逻辑上被连接在一起时包括电路并实现该电路的规定目的。实际上，计算机可读程序代码的电路可以是单个指令或许多指令，并且甚至可以分布在若干不同的代码段上、在不同的程序当中以及跨越若干存储器设备。类似地，操作数据在本文中可以在电路内被识别并示出，并且可以体现在任何合适的形式中且被组织在任何适当类型的数据结构内。操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同的位置上，包括分布在不同的存储设备上，并且可以至少部分地仅作为电子信号存在于系统或网络上。
计算机可读介质(在本文也被称为机器可读介质或机器可读内容)可以是存储计算机可读程序代码的有形计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于，电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的、全息的、微机械的或半导体的系统、装置或设备或前述的任何合适的组合。如上文间接提到的，计算机可读存储介质的示例可以包括但不限于便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用盘(DVD)、光学存储设备、磁性存储设备、全息存储介质、微机械存储设备或前述项的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以为任何有形介质，该有形介质可以包含和/或存储用于由指令执行系统、装置或设备使用的和/或与指令执行系统、装置或设备结合使用的计算机可读程序代码。
用于实施本发明的方面的操作的计算机可读程序代码可以以一种或更多种编程语言的任何组合来编写，该一种或更多种编程语言包括面向对象的编程语言，诸如Java、Smalltalk、C++或类似语言，以及常规程序编程语言，诸如“C”编程语言或类似编程语言。
该程序代码也可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运行，使得存储在该计算机可读介质中的指令产生制造的物品，包括实现在示意性流程图和/或示意性框图的一个框或更多个框中指定的功能/动作的指令。
因此，在不背离其精神或实质特征的情况下，本公开可以以其他具体形式来实施。所描述的实施例将在所有方面被认为仅是说明性的而非限制性的。因此，本公开的范围由所附权利要求指示而不是由前面的描述指示。在权利要求的等同的含义和范围内的所有变化将被包括在它们的范围内。

Claims (25)

1.一种控制器，包括：
切换延迟电路，其被构造成：
基于电池电压和还原剂注入器线圈温度确定打开延迟时间，所述打开延迟时间涉及还原剂注入器的电枢销响应于所述还原剂注入器的还原剂注入器线圈被激励而从完全闭合位置到达完全打开位置所需的第一时间量，以及
基于电池电压和还原剂注入器线圈温度确定闭合延迟时间，所述闭合延迟时间涉及所述电枢销响应于所述还原剂注入器线圈被去激励而从所述完全打开位置到达所述完全闭合位置所需的第二时间量；和
定量配给电路，其被构造成：
确定打开时间，所述打开时间涉及所述电枢销必须处于所述完全打开位置以使所述还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第三时间量，
基于所述打开时间、所述打开延迟时间和所述闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间，所述致动时间涉及所述还原剂注入器线圈必须被激励以使所述还原剂注入器注入所述第一数量的还原剂的第四时间量，以及
向所述还原剂注入器传输切换命令信号以在计算的致动时间内激励所述还原剂注入器线圈，从而使所述还原剂注入器将所述第一数量的还原剂注入到废气流中。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述致动时间是(1)所述打开时间和(2)所述打开延迟时间与所述闭合延迟时间之间的差的总和。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，还包括操作条件电路，所述操作条件电路被构造成：
通过解译接收的排气温度值来确定排气温度；
通过解译接收到的还原剂罐温度值来确定还原剂罐温度；和
基于所述排气温度值和所述还原剂罐温度值中的每一个来确定所述还原剂注入器线圈温度。
4.根据权利要求3所述的控制器，其中，所述操作条件电路还被构造成：
基于致动控制信号确定定量配给命令温度因子，所述定量配给命令温度因子与基于所述致动控制信号的占空比的所述还原剂注入器线圈温度的增加相关，
其中，所述还原剂注入器线圈温度还基于所述定量配给命令温度因子来估计。
5.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述打开延迟时间包括锚打开延迟时间和打开压力延迟时间，所述锚打开延迟时间涉及响应于所述还原剂注入器线圈被激励至所述电枢销开始移动为止的第五时间量，所述打开压力延迟时间与在所述还原剂注入器处还原剂的压力相关。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中，所述锚打开延迟时间包括锚打开延迟最大值和锚打开延迟补偿值之间的差，所述锚打开延迟最大值与所述电枢销响应于所述还原剂注入器线圈被激励而开始移动之前所需的最大时间相关，所述锚打开延迟补偿值基于所述电池电压和所述还原剂注入器线圈温度定义了相对所述锚打开延迟最大值的偏移。
7.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述闭合延迟时间包括锚闭合延迟时间和闭合压力延迟时间，所述锚闭合延迟时间涉及响应于所述还原剂注入器线圈被去激励至所述电枢销开始移动为止的第五时间量，所述闭合压力延迟时间与在所述还原剂注入器处还原剂的压力相关。
8.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述锚闭合延迟时间包括锚闭合延迟最小值和锚闭合延迟补偿因子的总和，所述锚闭合延迟最小值与所述电枢销响应于所述还原剂注入器线圈被去激励而开始移动之前所需的最小时间相关，所述锚闭合延迟补偿因子基于所述电池电压和所述还原剂注入器线圈温度定义了相对所述锚闭合延迟最小值的偏移。
9.根据权利要求1或2所述的控制器，还包括泄漏电路，所述泄漏电路被构造成：
确定泄漏延迟，所述泄漏延迟与相对于电流被提供给所述还原剂注入器至还原剂压力变化被检测到为止的第六时间量相关；
基于所述泄漏延迟确定泄漏量；和
调整所述致动时间以补偿所述泄漏量。
10.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，所述切换命令信号包括拉入阶段和保持阶段，所述保持阶段包括在接通电平和断开电平之间调节提供给所述还原剂注入器的功率。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中，在所述保持阶段中经由脉宽调制来调制功率。
12.一种用于对还原剂注入器切换延迟及时校正的方法，包括：
基于电池电压和还原剂注入器线圈温度确定打开延迟时间，所述打开延迟时间涉及还原剂注入器的电枢销响应于所述还原剂注入器的还原剂注入器线圈被激励而从完全闭合位置到达完全打开位置所需的第一时间量；
基于电池电压和还原剂注入器线圈温度确定闭合延迟时间，所述闭合延迟时间涉及所述电枢销响应于所述还原剂注入器线圈被去激励而从所述完全打开位置到达所述完全闭合位置所需的第二时间量；
确定打开时间，所述打开时间涉及所述电枢销必须处于所述完全打开位置以使所述还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第三时间量；
基于所述打开时间、所述打开延迟时间和所述闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间，所述致动时间涉及所述还原剂注入器线圈必须被激励以使所述还原剂注入器注入所述第一数量的还原剂的第四时间量；以及
向所述还原剂注入器传输切换命令信号以在计算的致动时间内激励所述还原剂注入器线圈，从而使所述还原剂注入器将所述第一数量的还原剂注入到废气流中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述致动时间是(1)所述打开时间和(2)所述打开延迟时间与所述闭合延迟时间之间的差的总和。
14.根据权利要求12或13所述的方法，还包括：
通过解译接收的排气温度值来确定排气温度；
通过解译接收的还原剂罐温度值来确定还原剂罐温度；和
基于所述排气温度值和所述还原剂罐温度值中的每一个来确定所述还原剂注入器线圈温度。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
基于致动控制信号确定定量配给命令温度因子，所述定量配给命令温度因子与基于所述致动控制信号的占空比的所述还原剂注入器线圈温度的增加相关，
其中，所述还原剂注入器线圈温度还基于所述定量配给命令温度因子来估计。
16.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述打开延迟时间包括锚打开延迟时间和打开压力延迟时间，所述锚打开延迟时间涉及响应于所述还原剂注入器线圈被激励至所述电枢销开始移动为止的第五时间量，所述打开压力延迟时间与在所述还原剂注入器处还原剂的压力相关。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述锚打开延迟时间包括锚打开延迟最大值和锚打开延迟补偿值之间的差，所述锚打开延迟最大值与所述电枢销响应于所述还原剂注入器线圈被激励而开始移动之前所需的最大时间相关，所述锚打开延迟补偿值基于所述电池电压和所述还原剂注入器线圈温度定义了相对所述锚打开延迟最大值的偏移。
18.根据权利要求12或13所述的方法，还包括：
确定泄漏延迟，所述泄漏延迟与相对于电流被提供给所述还原剂注入器至还原剂压力变化被检测到为止的第六时间量相关；
基于所述泄漏延迟确定泄漏量；和
调整所述致动时间以补偿所述泄漏量。
19.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述切换命令信号包括拉入阶段和保持阶段，所述保持阶段包括在接通电平和断开电平之间调节提供给所述还原剂注入器的功率。
20.一种用于对还原剂注入器切换延迟及时校正的系统，包括：
电池；
还原剂注入器，所述还原剂注入器包括：
线圈，和
电枢销，其与所述线圈操作地接合，所述电枢销被构造成响应于所述线圈被激励而在完全闭合位置和完全打开位置之间移动；和
控制器，其操作地耦合到所述电池和所述还原剂注入器，所述控制器构造成：
解译所述电池的电池电压，
解译所述线圈的线圈温度，
基于所述电池电压和所述线圈温度确定打开延迟时间，所述打开延迟时间涉及所述电枢销响应于所述线圈被激励而从所述完全闭合位置到达所述完全打开位置所需的第一时间量，
基于所述电池电压和所述线圈温度确定闭合延迟时间，所述闭合延迟时间涉及所述电枢销响应于所述线圈被去激励而从所述完全打开位置到达所述完全闭合位置所需的第二时间量，
确定打开时间，所述打开时间涉及所述电枢销必须处于所述完全打开位置以使所述还原剂注入器注入第一数量的还原剂的第三时间量，
基于所述打开时间、所述打开延迟时间和所述闭合延迟时间中的每一个来确定致动时间，所述致动时间涉及所述还原剂注入器的所述线圈必须被激励以使所述还原剂注入器注入所述第一数量的还原剂的第四时间量，以及
向所述还原剂注入器传输切换命令信号以在计算的致动时间内激励所述还原剂注入器的所述线圈，从而使所述还原剂注入器将所述第一数量的还原剂注入到废气流中。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述致动时间是(1)所述打开时间和(2)所述打开延迟时间与所述闭合延迟时间之间的差的总和。
22.根据权利要求20所述的系统，还包括操作条件电路，所述操作条件电路被构造成：
通过解译接收的排气温度值来确定排气温度；
通过解译接收的还原剂罐温度值来确定还原剂罐温度；和
基于所述排气温度值和所述还原剂罐温度值中的每一个来确定所述线圈温度。
23.根据权利要求20所述的系统，其中，所述切换命令信号包括拉入阶段和保持阶段，所述保持阶段包括在接通电平和断开电平之间调节提供给所述还原剂注入器的功率。
24.根据权利要求20-23中任一项所述的系统，其中，所述打开延迟时间包括锚打开延迟时间和打开压力延迟时间，所述锚打开延迟时间涉及响应于所述还原剂注入器的所述线圈被激励至所述电枢销开始移动为止的第五时间量，所述打开压力延迟时间与在所述还原剂注入器处的还原剂的压力相关。
25.根据权利要求20-23中任一项所述的系统，其中，所述闭合延迟时间包括锚闭合延迟时间和闭合压力延迟时间，所述锚闭合延迟时间涉及响应于所述还原剂注入器的所述线圈被去激励至所述电枢销开始移动为止的第五时间量，所述闭合压力延迟时间与在所述还原剂注入器处的还原剂的压力相关。
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