專利名稱：氨蒸汽存儲和排放系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及搡作車輛上用作排放控制系統(tǒng)中的還原劑的傳輸和存儲系統(tǒng)的方法。背景抆術(shù)氨或者尿素可以存儲在車輛上用作排氣排放控制系統(tǒng)中的還原劑。 在一些情況下，如在發(fā)動器啟動期間，可以使用由該還原劑系統(tǒng)產(chǎn)生的氨蒸汽，如美國專利2006/0117741中所描述的。例如，氨蒸汽可以輸送到存儲單元和使用排 氣熱或者電熱的反應(yīng)器。進而，該蒸汽被導(dǎo)入排氣中，在排氣管中在催化劑的作用 下與廢氣N0x反應(yīng)。然而，本發(fā)明人意識到這樣的系統(tǒng)存在的幾個問題。例如，蒸汽還原劑和來自 存儲箱中的還原劑之間缺少協(xié)調(diào)可能導(dǎo)致不充足的還原劑供給，或過量的供給還原 劑。進一步，所傳送的蒸汽量的不確定性可能會進一步惡化這些問題，特別是在蒸 汽傳送是首次進行時。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個方案是提供一種操作車輛上還原劑傳送和存儲系統(tǒng)的方法。 所述方法包括在第一存儲裝置中存儲含氨的液體，在第一存儲裝置中生成氨蒸汽并 在第二存儲裝置中存儲所生成的氨蒸汽，將所存儲的蒸汽從第二存儲裝置排放到發(fā) 動機的排氣中，傳送所述包含氨的液體到發(fā)動機的排氣中，并且調(diào)整傳送至所述排 氣中的含氨液體的量和排放至所述排氣中的蒸汽的量的兩個量的至少一個，其中調(diào) 整所述一個量是基于所述另 一個量。以這種方式，可能協(xié)調(diào)蒸汽還原劑的傳送和來自存儲箱的分離的還原劑供給， 甚至在變化的操作狀態(tài)下。例如，在蒸汽還原劑最初的傳送期間，識別蒸汽的濃度 并通過存儲箱的還原劑傳送來對其進行補償。然后，可提高蒸汽傳送以有效地排放 存儲的蒸汽。這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)有效的協(xié)調(diào)。進一步，當(dāng)在排放期間蒸汽濃度改變時, 可利用對來自存儲箱的還原劑傳送的調(diào)整來維持對基于發(fā)動機搡作條件的總的還原 劑傳送的精確控制。


圖1顯示了內(nèi)燃機和控制器系統(tǒng)的示例。 圖2為管理用于SCR過程多種還原劑的系統(tǒng)的示例性實施例。圖3為在SCR過程中用氨或尿素還原氮氧化物的概括性的簡圖。 圖4為基于發(fā)動機運行狀態(tài)而操作排放控制系統(tǒng)的方法的示例性實施例。 圖5A-5D為還原劑管理系統(tǒng)的多種供應(yīng)和存儲模式的簡圖。 圖6描述了用于管理用在SCR過程中的液體還原劑和氣體還原劑的系統(tǒng)的示例 性實施例。圖7描述了用于管理用在SCR過程中的液體還原劑和氣體還原劑的系統(tǒng)的另一 個示例性實施例。圖8描述了用于管理用在SCR過程中的液體還原劑和氣體還原劑的系統(tǒng)的又一 個示例性實施例。圖9-10描述了方法的示例性實施例的流程圖，這些方法基于引入的另一種還原 劑藥劑數(shù)量而確定加入SCR過程還原劑藥劑數(shù)量，并且控制基于排放的氨的數(shù)量控 制提供至排氣系統(tǒng)的尿素的量。
具體實施方式
附圖和本說明描繪和記述了用于處理用在SCR過程中的多種還原劑的系統(tǒng)的各 種作為示例的實施例。此處所記述的實施例包括用于存儲第一還原劑的第一存儲裝 置，其附加到位于用于還原各種發(fā)動機排放物的催化劑的上游的排氣系統(tǒng)中。在特 定的條件下，該第一還原劑可與空氣的組分(如水蒸氣)反應(yīng)和/或分解而形成第二 還原劑。隨著時間過去，在該第一存儲裝置中的第二還原劑的壓力會升高，其會導(dǎo) 致該第二還原劑從該第一存儲裝置中不受控制的釋放出。為了有助于防止這種釋放， 這里所記述的實施例也包括用于存儲該第二還原劑的第二存儲裝置。存儲在該第二 存儲裝置中的該第二還原劑至少臨時地與該第一還原劑同時使用，或者與之分離使 用，以處理內(nèi)燃機的廢氣。在這個方法中，該系統(tǒng)可以避免第二還原劑不可控制的 釋放到該排氣系統(tǒng)中。參見圖l，所示為直噴式內(nèi)燃機IO,包括多個燃燒室且由電子引擎控制器12控 制。發(fā)動機10的燃燒室30包括燃燒室壁32，活塞36位于其中，并且與曲軸40相 連接。在一個例子中，活塞36包括一個凹部或碗狀凹陷(未示)以形成具有可選的 分層或均質(zhì)水平的空氣和燃料進氣或者，也可以使用平頂活塞。所示的燃燒室30通過進氣門52與進氣歧管44相連通，通過排氣門54與排氣 歧管48相連通。所示燃料噴射器66直接與燃燒室30相連，用于向其中直接輸送液 態(tài)燃料，以與通過電子驅(qū)動器68從控制器12接收的信號脈沖寬度dfpw成比例地直接向其中供給噴射的燃料。燃料被輸送到包括燃料箱，燃料泵，和燃料管的燃料系 統(tǒng)(未示)。在一些實施例中，發(fā)動機10可以包括多個燃燒室，每個具有多個進氣 和/或排氣門。進一步，所示排氣再循環(huán)(EGR)歧管130與排氣歧管48和進氣歧管44相連通。 所示EGR冷卻器1W與控制器12相連通，用于在到達進氣歧管44之前冷卻EGR。還 示出，用于控制EGR流量的EGR控制閥136以及用于監(jiān)控EGR歧管130中的排氣壓 力的壓力傳感器134。所示進氣歧管44通過節(jié)氣門板62與節(jié)氣門體58相連通。在 此具體例子中，節(jié)氣門板62與電動馬達94相連，這樣控制器12可以通過電動馬達 94來控制節(jié)氣門板62的位置。控制器12驅(qū)動燃料噴射器66,從而形成具有所需空燃比的混合物?？刂破?2 控制通過燃料噴射器66輸送的燃料量，這樣在燃燒室30內(nèi)的空燃比混合物可以有 選擇地為基本處于(或接近)化學(xué)計量值，或濃于化學(xué)計量值，或者稀于化學(xué)計量 值。進一步，控制器12配置成為驅(qū)動燃料噴射器66,從而在一個循環(huán)中，可以執(zhí)行 多種燃料噴射。所示催化轉(zhuǎn)化器70與排氣歧管48相連通，以及所示SCR催化劑72位于催化轉(zhuǎn) 化器70的下游。還原劑源73設(shè)置為在控制器12的引導(dǎo)下向SCR催化劑72上游的 排氣系統(tǒng)71引入一種或多種還原劑。還原劑源73可以配置為根據(jù)第一還原劑輸入 75和第二還原劑輸入77的指示向發(fā)動機排氣中引入多種還原劑。這個特征將在下面 更詳細的記述。如圖1所示，控制器12是常規(guī)的微計算機，包括微處理器單元102, 輸入/輸出端口 104,用于執(zhí)行程序和校正值的電子存儲介質(zhì)，在此具體例子中如圖 所示為只讀存儲芯片106,隨機存取存儲器108,保活存儲器IIO，以及常規(guī)數(shù)據(jù)總 線?？刂破?2如圖所示接收連接在發(fā)動機10的傳感器的各種信號。在前面所討論 的那些信號之外，包括來自連接到節(jié)氣門體58的質(zhì)量空氣流量傳感器100的吸入 質(zhì)量空氣流量(MAF)測量值、來自連接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動機 冷卻劑溫度(ECT)、來自連接到曲軸40的霍爾效應(yīng)傳感器118的齒面點火傳感器 信號(PIP)指示發(fā)動機轉(zhuǎn)速UPM)、來自節(jié)氣門位置傳感器120的節(jié)氣門位置(TP)、 及來自傳感器122的絕對歧管壓力信號(MAP)?？刂破?2也可接收來自位于SCR 催化劑72上游的NOx傳感器122的與廢氣NOx濃度有關(guān)的信號，和/或來自氨傳感 器124的與從還原劑源73加入到還原劑中的氨濃度有關(guān)的信號。發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號RPM 是由控制器12根據(jù)信號PIP以常規(guī)的方式產(chǎn)生的，以及歧管壓力信號MAP提供發(fā)動 機負荷的指示。發(fā)動機IO內(nèi)的燃燒可以有多種類型，依賴于運行的環(huán)境。圖l描繪了壓燃式發(fā) 動機，可以理解的是下面所記述的實施例可用于任何合適的發(fā)動機，包括但不限于, 柴油和汽油壓燃式發(fā)動機，點燃式發(fā)動機，直噴或者氣道噴射發(fā)動機，等等。進一 步，可以使用多種燃料和/或燃料混合物，如汽油，柴油，H2,乙醇，甲烷和/或它 們的結(jié)合。圖2所示為更詳細的發(fā)動機10排放控制系統(tǒng)200的一個例子的框圖。排放控制
系統(tǒng)200包括排氣系統(tǒng)71和還原劑源73。如下面所記述的，還原劑源73可以管理 多種還原劑的存儲和使用。這里所指的還原劑源73可以是還原劑管理系統(tǒng)。雖然圖 2所示為一個具體的還原劑管理系統(tǒng)，但可以使用各種替代物，如此處所記述的例子 所示的替代物。如圖所示還原劑管理系統(tǒng)73與排氣系統(tǒng)在催化轉(zhuǎn)化器(圖2中未示出，如SCR 催化轉(zhuǎn)化器)上游位置連接。進一步， 一種或多種還原劑可以通過管道75,管線74 和/或管線77或它們的一些組合而進入排氣系統(tǒng)71。還原劑管理系統(tǒng)73包括用于存 儲一定量的第一還原劑222的第一存儲裝置220。依據(jù)第一還原劑222的化學(xué)和物理 特性，在特定的條件下，第一還原劑222可能會反應(yīng)(例如，與一些空氣組分)或 分解而形成第二還原劑224。經(jīng)過一段時間(舉例來說，在車輛運行或發(fā)動機/車輛關(guān)閉期間)，第二還原劑 224的產(chǎn)生會導(dǎo)致第一存儲裝置220中的蒸汽壓力增大。因此，為了有助于控制第一 存儲裝置220或系統(tǒng)73中的壓力，減壓閥225配置為在某個蒸汽壓力下向第二存儲 裝置230釋放一定量的第二還原劑224,雖然第二還原劑224可以經(jīng)過管線74直接 釋放入排氣流中。第二存儲裝置230同樣地可配置為將可控數(shù)量的第二還原劑 經(jīng)過管線77釋放入排氣系統(tǒng)71中。在這種方式中，還原劑管理系統(tǒng)73可允許可控 數(shù)量的第一和第二還原劑被釋放入排氣系統(tǒng)71中，其中至少一種還原劑可在下游催 化劑(如SCR催化劑)處反應(yīng)。進一步，這種釋放可以是同時進行的，分別進行， 或者其組合。在一些實施例中，存儲在第一存儲裝置220中的第一還原劑222可以是含水尿 素。在此處所記述的示例實施例中，第一存儲裝置220可包括存儲箱，也可以使用 其他的存儲裝置。如上面所提到的，在各種條件下(例如，加熱，外熱，空氣壓力低，等等)尿 素可與多種空氣組分反應(yīng)(例如，水蒸汽，氧氣，等等)，從而分解并生成氨蒸汽。 減壓閥225可以配置為處于選定的壓力、發(fā)動機循環(huán)或時間間隔等打開，以將至少 一部分氨蒸汽從第一存儲裝置220中釋放至第二存儲裝置230。第二存儲裝置230可 以捕獲并存儲該氨蒸汽。第二存儲裝置230可以化學(xué)、物理或其組合的方式存儲氨。 氨一直被儲存直到控制12促使從第二存儲裝置230向排氣系統(tǒng)71釋放氨蒸汽。在 一個例子中，第二存儲裝置230通過吸附劑材料以催化反應(yīng)或物理方式保留氨和/或 HNCO，然而，該設(shè)備可包括一種可在更高壓力下將NH3以氣相存儲在其中的不具有吸附劑的空體積。第二存儲裝置230可以包含任何適合于存儲氨的吸附劑材料。例如，第二存儲 裝置230可包括在陶瓷載體上的一種低溫存儲沸石(zeolite)涂層。在另一個例子 中，第二存儲裝置230可以是活性碳濾罐。其他的適合的吸收劑材料包括但不限于 分子篩(例如，沸石，氧化鋁，硅石，活性碳，等等)；氧化物，碳酸鹽，和堿金
屬氫氧化物；以及金屬磷酸鹽，包括但不限于鈦和鋯的磷酸鹽。在一個例子中，氨 可通過化學(xué)吸附而被吸附在表面上，或者以化學(xué)和物理方式被吸附在該存儲裝置的 材料中。在另一個例子中，可以使用酸性吸附劑材料存儲NH3。在一個例子中，經(jīng)過裝置230的氣體中的氨的濃度可驅(qū)使氨的存儲/釋放。例如， 當(dāng)處于選定溫度下的較高濃度的氨從裝置220經(jīng)過裝置230時，氨可以被存儲。而 當(dāng)新鮮空氣經(jīng)過裝置230時，氨可以被釋放(并且傳輸?shù)綇U氣或者另一存儲位置)。 這樣，可以使用臨時存儲而使氣體排出，并因此降低系統(tǒng)中的壓力，其中臨時存儲 的氨可隨后被恢復(fù)并用于系統(tǒng)中。圖3示意性說明在一個示例SCR過程中用氨和/或尿素還原氮氧化物。指向SCR 催化劑的箭頭表示化學(xué)試劑，而從方框出來的箭頭表示產(chǎn)物。排氣系統(tǒng)71中的氮氧 化物與SCR催化劑72中的氮和/或尿素反應(yīng)可形成對環(huán)境無害的產(chǎn)物排放到大氣中， 如氮，二氧化碳以及水。 一些示例的SCR反應(yīng)如下。第一，加入排氣系統(tǒng)71的尿素會分解為氨，如下CO(服2)2 4服3 +冊COH VCO +丑20 ~>愿3 + C02氨可根據(jù)各種不同的反應(yīng)路徑依次與SCR催化劑中的NOx反應(yīng)，包括但不限于以下的一個或多個4M9 + 4冊3 +02— 4iV2 + 6//202M)2 + 4紐3 + 02 ~> 3iV2 + 6/f206N02 + 8NH3 7N2 + 12H20 NO + N02 + 2NH3 + 2N2 + 3H20可能需要引入一定量的一種或多種還原劑，如尿素和/或氨，至排氣系統(tǒng)71,數(shù) 量一般來源于上述NOx還原反應(yīng)的化學(xué)劑量或者是存儲在控制器12的查詢表。具體地，引入排氣系統(tǒng)的尿素和/或氨的數(shù)量可基于來自傳感器的信息。例如，來自排氣 系統(tǒng)71內(nèi)的傳感器的輸出信號，如N0x傳感器，可以指明廢氣中的NOx量。在另一 個例子中，來自該還原劑管理系統(tǒng)中的傳感器的輸出信號，如氨傳感器，可指明可 由第二存儲裝置230排出的氨的量。這樣，控制器12可促使還原劑管理系統(tǒng)73相 應(yīng)地向排氣系統(tǒng)71引入一定數(shù)量的尿素和/或氨。從而，通過在SCR催化劑還原廢 氣中的N0x可基本上消耗尿素和/或氨。然而，在一些情況下，減少氨逃逸是有好處的。具體地，氨逃逸可能是由向排 氣系統(tǒng)71中引入了過多量的尿素和/或氨導(dǎo)致的。還原劑管理系統(tǒng)73可控制該還原 劑，這樣可以基本上阻止過量的尿素和/或氨進入排氣系統(tǒng)71 (也就是，進入排氣系 統(tǒng)的尿素和/或氨主要是被消耗掉)。這樣，至少由于未受控氨釋放引起的氨逃逸可 被大大地降低。下面將描述更多關(guān)于響應(yīng)運行狀態(tài)和傳感器信息而控制一種或多種 還原劑源至廢氣的例子。200710153586.5說明書第6/12頁圖4可說明運行順序的一個實施例，其可用于降低氮逃逸。具體地，可以通過一種操作還原劑管理系統(tǒng)73的方法來控制尿素和氨的存儲和傳輸，其可至少部分地依據(jù)不同的發(fā)動機狀況而定，以及具體地是基于發(fā)動機關(guān)閉狀態(tài)。例如，在發(fā)動機 停止狀態(tài)下(其可包括車輛停止狀態(tài)，或者在混合動力汽車示例中的車輛運行狀態(tài))， 由于從尿素存儲箱向排氣系統(tǒng)中釋放氨，氨逃逸可能會發(fā)生在一些排放控制系統(tǒng)中 (也就是，被釋放至排氣中的氨沒有起反應(yīng))。圖4所示的示例程序400概略說明排放控制系統(tǒng)運行的一個示例實施例，其在 排放控制系統(tǒng)200中管理氨以處理在發(fā)動機停止狀態(tài)期間氨的產(chǎn)生。例如，可能由 于有傳導(dǎo)至該氨/尿素存儲系統(tǒng)的外部熱量而產(chǎn)生氨。在一個例子中，殘留的發(fā)動機 /排氣熱量與周圍熱量結(jié)合可導(dǎo)致產(chǎn)生氨蒸汽從而升高蒸汽壓力。這種情況可通過在 發(fā)動機停止狀態(tài)期間存儲蒸汽而處理，這些蒸汽稍后將被引入廢氣中用于降低排放。首先，在410，發(fā)動機關(guān)閉，其可開始一種在此處被稱為發(fā)動機停止狀態(tài)的狀態(tài)。 在一個實施例中，該發(fā)動機可以是車輛上的內(nèi)燃機，其中在發(fā)動機停止狀態(tài)期間該 車輛是停止的。在另一個實施例中，可在內(nèi)燃機的發(fā)動機停止狀態(tài)期間該車輛使用 電動馬達或者各種其他驅(qū)動部件(例如，燃料電池等等)。在內(nèi)燃機的發(fā)動機停止狀態(tài)期間，在420處，在該還原劑管理系統(tǒng)中可能會以 各種方式產(chǎn)生氨。具體地，尿素會在周圍的溫度下與存儲箱中的水和/或空氣反應(yīng)以 產(chǎn)生氨。進一步，熱量可促進尿素分解為氨。這樣，發(fā)動機先前運行的殘留熱量至 少會部分地促進存儲箱中氨的產(chǎn)生。參見圖2,存儲的尿素的反應(yīng)可導(dǎo)致第一存儲裝置220中氨氣壓力的升高，其中 第一存儲裝置220可以是尿素存儲箱。該尿素存儲箱中的壓力可通過將氨經(jīng)過管線 74釋放到排氣系統(tǒng)71或者經(jīng)過減壓閥225釋放到第二存儲裝置230或它們的組合而 降低。具體地，減壓閥225可配置為在某些情況下打開以減輕存儲箱中的蒸汽壓力。 例如，減壓閥225可在選定的壓力下打開?；氐綀D4，在430處，氨可被吸收在第二 存儲裝置230中。例如，減壓閥225可配置為一直打開直到控制器促使該閥關(guān)閉。 這樣，在發(fā)動機停止狀態(tài)期間的至少一部分時間內(nèi)，來自該存儲箱的氨的濃度可能 在第二存儲裝置230中增加。接著，在440處，啟動內(nèi)燃機。在450處，可從第二存儲裝置230中釋放出氨 并在選定的發(fā)動機/排氣條件下排入排氣系統(tǒng)71。例如，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高后，以及 在SCR催化劑達到選定的運行溫度后，存儲的氨可排放至廢氣中并用于降低廢氣中 產(chǎn)生的NOx。在一個例子中，排放量和排放頻率兩者至少之一可根據(jù)運行狀況，比如， 排氣溫度，催化劑溫度，發(fā)動機轉(zhuǎn)速，發(fā)動機負荷，或其組合進行調(diào)整。進一步， 控制器12可對不同的狀態(tài)作出響應(yīng)使氨從第二存儲裝置230排出或?qū)ζ溥M行調(diào)整。 作為一個具體的例子，控制器12可響應(yīng)來自溫度傳感器的反饋信號而使氨排出，其 中，該溫度傳感器可設(shè)置在還原劑管理系統(tǒng)73下游的排氣或SCR還原劑中。另一個
例子，控制器12可響應(yīng)氨傳感器的反饋信號而使氨排出，所述氨傳感器可檢測存儲 在第二存儲裝置中的氨的濃度。這樣，就有可能在發(fā)動機停止狀態(tài)期間，至少在選定的狀態(tài)期間，對蒸汽產(chǎn)生 進行處理。現(xiàn)在參見圖5A-5D，這些框圖展示各種可使用的還原劑管理模式，包括存儲，排 出等等。例如，模式可包括從第一存儲裝置220或第二存儲裝置230中的至少一個 有選擇地傳輸氨，其中，通過一個或多個通至大氣的通風(fēng)口/連結(jié)促進氨的傳輸。進 一步，空氣通風(fēng)口可以是安全閥，其可以減壓或減低建立的真空(或可基于需要的 效果而在卸壓和真空泄放之間交替)或可響應(yīng)于所需要的氨和/或尿素的傳輸方向而 變化。具體地，如圖5A所示，還原劑管理系統(tǒng)73可包括與第一存儲裝置220 (例如， 尿素存儲箱)相連的第一空氣閩510，和/或可與第二存儲裝置相連的第二空氣閥520, 其中每個閥可配置為卸壓或真空泄放或如所述的變化。該空氣閥可配置為調(diào)節(jié)如圖2 所示的還原劑管理系統(tǒng)73中的空氣流量，或配置為調(diào)節(jié)流出系統(tǒng)的蒸汽流量。可以 理解的是，離開圖2所示的還原劑管理系統(tǒng)73的還原劑通常傳遞到空氣和/或排氣 系統(tǒng)71中。例如，可選地，尿素可在任何適合的模式中從存儲箱傳輸至SCR,以至少部分地補充從第二存儲裝置排出的氨，或可以單獨提供尿素。具體地參見圖5A,簡圖530描述了一種在還原劑管理系統(tǒng)73中的還原劑流動路 徑，其中該流動包括在該存儲箱產(chǎn)生的氨蒸汽至第二存儲裝置230的流動。簡圖530 所描述的流動路徑可被稱為一種存儲模式。在此處所描述的存儲模式的一個實施例中，廢氣中的NOx可在SCR催化劑中被 從該存儲箱引入到排氣系統(tǒng)(如虛線箭頭75)的液態(tài)尿素還原。所存儲的尿素可產(chǎn) 生氨蒸汽，其可以被輸送到第二存儲裝置230，其中，氨蒸汽可存儲在第二存儲裝置 230中直到控制器2促使排出狀態(tài)。在另一個實施例中，控制器12可以不促使還原劑釋放入排氣系統(tǒng)71。例如，在 發(fā)動機停止狀態(tài)期間，引入排氣系統(tǒng)71的尿素和/或氨會導(dǎo)致氨逸出。這樣，尿素 也可能不會被引入排氣系統(tǒng)71。然而，由于殘留發(fā)動機熱在該存儲箱中產(chǎn)生的氨蒸 汽可被發(fā)送至第二存儲裝置。這樣，升高的蒸汽壓力可被降低，盡管控制器U可以 不促使還原劑釋放到排氣系統(tǒng)71中。在存儲模式下促進氨從該存儲箱向第二存儲裝置230傳輸是有好處的。例如， 空氣閥520可配置為打開。這樣，在第二存儲裝置230中建立的壓力就可以被釋放, 從而離開還原劑管理系統(tǒng)73的空氣基本上不帶氨并且更多的氨可進入第二存儲裝置 230且存儲在那里。在另一個實施例中，空氣閥510可配置為在某些壓力下打開，這 樣空氣就可以被吸入該存儲箱。這么做，該存儲箱中的真空可在某些情況下泄放， 如在向排氣系統(tǒng)提供尿素期間氨的濃度低的情況下。具體地參見圖5B,簡圖560描述了還原劑管理系統(tǒng)73中帶有還原劑流動路徑的
存儲設(shè)備排放操作模式，其中該流動通常可包括存儲在該第二存儲裝置230的氨蒸汽至排氣系統(tǒng)71的流動。空氣閥520可配置為打開，這樣空氣可被引入該第二存儲 裝置230,其中可通過壓力差將空氣引入第二存儲裝置230,例如位于氨蒸汽進入排 氣系統(tǒng)71的入口處的文丘里裝置或泵。進一步，離開第二存儲裝置的空氣可至少部 分地充滿氨蒸汽，其被引入排氣系統(tǒng)71以選擇性及催化還原NOx。如圖5B所示，在存儲裝置排出期間，在存儲箱中的尿素可生成氨而導(dǎo)致箱內(nèi)的 氨蒸汽壓力上升。這樣，排放搡作可以終止，蒸汽可再次由于200中的壓力而存儲 在230中。同樣，可根據(jù)圖530通過至少臨時向第二存儲裝置230傳輸蒸汽和/或向 根據(jù)圖570所描述模式的排氣系統(tǒng)71引入氨而使該存儲箱優(yōu)選地得到泄放。在一個例子中，可通過在引入空氣之前先對其進行加熱來促進氨從第二存儲裝 置230的釋放。例如，排放控制系統(tǒng)200可包括加熱設(shè)備(未示)，其可設(shè)在空氣 閩520和第二存儲裝置230之間。在另一個例子中，排放控制系統(tǒng)200可發(fā)送一部 分熱廢氣，這樣就可預(yù)熱空氣?，F(xiàn)在具體參見圖5C,圖570描述了還原劑管理系統(tǒng)73中帶有還原劑流動路徑的 存儲箱排放搡作模式，其中該流動通?？砂ù鎯υ诖鎯ο涞陌闭羝蚺艢庀到y(tǒng)71 的流動。具體地，空氣閥510可配置為打開，這樣空氣可被引入該存儲箱以泄放真 空，所述真空是由于為了選擇性和催化還原NOx或者由于溫度變化而從存儲箱向排 氣系統(tǒng)71釋放氨所引起的。。具體參見圖5D,圖580描述了在還原劑管理系統(tǒng)73中帶有還原劑流動路徑的存 儲箱和設(shè)備排放模式，其中該流動通?？砂ù鎯υ诖鎯ο浜偷诙鎯ρb置230中 的氨蒸汽向排氣系統(tǒng)71的流動?？諝忾y510和/或空氣閥520可配置為打開，這樣 空氣可被引入該存儲箱和存儲裝置220以泄放真空，所述真空是由于為了選擇性和 催化還原NOx、或者是由于溫度變化而從存儲箱向排氣系統(tǒng)71釋放氨所引起的。進一步，離開存儲箱的氨與離開第二存儲裝置230的氨可在連接點590相交， 在該處可設(shè)置三通閩。這樣，控制器12可在圖5A和5B所描述的模式之間切換。進 一步，此處所描述的這些閥門可以調(diào)整以控制排放控制系統(tǒng)200中的氨的流量。圖6-8說明管理液體還原劑(例如，尿素溶液)和氣體還原劑(例如，由尿素 產(chǎn)生的氨氣)的系統(tǒng)的三個示例實施例。這三個實施例共享多個共同的組件。例如， 這些作為示例的實施例的每個都包括存儲第一還原劑222的第一存儲裝置"0,存儲 第二還原劑224的第二存儲裝置230,以及具有單向壓力閥2"的導(dǎo)管"5,其流體 連接在第一存儲裝置220和第二存儲裝置230之間，有選擇地將第二還原劑"4釋 放入第二存儲裝置230用于稍后釋放入排氣系統(tǒng)71。另外，如下面將更詳細說明的， 可設(shè)置傳感器640以測量第二還原劑輸入77中的氣相組分的濃度。進一步，圖6-8 的每個示例實施例包括空氣閥510以泄放該存儲箱中的壓力和/或真空，以及填充通 道695以允許補充第一還原劑222。雖然所示導(dǎo)管625直接與第一存儲裝置"0和第
二存儲裝置230連接，應(yīng)理解該導(dǎo)管625可包括中間結(jié)構(gòu)。這里所使用的術(shù)語"導(dǎo) 管"表示在第一存儲裝置220和第二存儲裝置230之間的流體路徑，其可包含多種 不同結(jié)構(gòu)。應(yīng)理解的是，上述組件以及下面圖6-8描繪的方法中所特有的組件的搡作均可 由控制器12控制，是通過存儲在控制器12上的存儲器106, 108中可由處理器102執(zhí)行的代碼來控制的。此外，應(yīng)理解此處所描述的具體實施例僅作為示例，并且其 他的實施例可僅包括所描述結(jié)構(gòu)的子集，和/或未示的任何合適的附加結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在參見圖6描繪的實施例，還原劑管理系統(tǒng)600,除上面所描述的結(jié)構(gòu)之外， 還包括用于調(diào)節(jié)進入第二存儲裝置230的氨蒸汽的流量的存儲閩610,以及用于控制 從該第二存儲裝置230進入排氣系統(tǒng)71的氨蒸汽的流量的排放閥620。在一個實施例中，存儲閥610可保持在常開位置，而排放間620可保持在常閉 位置。這個狀態(tài)可用圖530圖解說明，為存儲模式。其允許經(jīng)由該單向壓力閩225 釋放的過多的氨蒸汽存儲在第二存儲裝置230中。然后，在某些條件下，例如第二 存儲裝置230中存儲的氨濃度升高或者在選定的發(fā)動機運行條件下，控制器12可關(guān) 閉存儲閩225并打開排放閥620。這個模式可用圖570圖解說明，為存儲裝置排放模 式。在存儲裝置排放模式下運行允許氨經(jīng)過排放閥620按照如下方式引入排氣系統(tǒng) 71。第一，位于第二還原劑輸入77的出口的文丘里裝置650可制造低壓區(qū)域，從而 引起經(jīng)過管道660的空氣流并使空氣流入第二存儲裝置230。在位置670離開該第二 存儲裝置230的空氣可包括氨蒸汽的大部分分壓。然后在這個空氣中的氨蒸汽可通 過文丘里裝置650經(jīng)過第二還原劑輸入77而被吸入該排氣系統(tǒng)71,其中裝置650位 于排氣管中?，F(xiàn)在參見圖7描述的實施例，還原劑管理系統(tǒng)700,除在排放控制系統(tǒng)600中所 包括的結(jié)構(gòu)之外，還包括空氣泵710。在這個實施例中，該排放模式，除了包括關(guān)閉 存儲閥610和打開排放閥620之外，可包括搡作空氣泵710以引起經(jīng)過管道760的 空氣流并使空氣流入第二存儲裝置230。由空氣泵710所引起的空氣流可從第二存儲 裝置經(jīng)第二還原劑輸入向排氣系統(tǒng)71輸送氨。由于空氣泵710所產(chǎn)生的壓力差，在 這個實施例中可以省略文丘里裝置650。進一步，來自該車輛其他位置的壓縮空氣可 附加于或者替代空氣泵10使用，如來自發(fā)動機進氣系統(tǒng)的渦輪壓縮機或渦輪增壓器 的壓縮空氣?，F(xiàn)在參見圖8所描繪的實施例，還原劑管理系統(tǒng)800包括第一存儲裝置220，第 二存儲裝置230,單向壓力閥630,真空閥690,填充通道695,以及文丘里裝置6M。 然而，還原劑管理系統(tǒng)800不包括存儲閥610和凈化閥620。而是，設(shè)有與填充通道 685連接的空氣閩510，控制器12可有選擇地將其打開，以允許經(jīng)由第一存儲裝置 220和第二存儲裝置230吸入空氣，從而通過由文丘里裝置650形成的低壓區(qū)域?qū)?蒸汽輸送入排氣系統(tǒng)71。應(yīng)理解的是，單向壓力閥630也可在這個排放過程中打開
以確保足夠的空氣流過第二存儲裝置230。正如上所述的，向排氣系統(tǒng)增加尿素和氨(或任何其他適合的還原劑)可以多 種方式進行。例如，控制器12可包含可執(zhí)行代碼以通過任何適合的系統(tǒng)組件(包括 但不限于閥門，泵，噴射器等)控制至排氣系統(tǒng)的適量氨的增加。在一些實施例中，該系統(tǒng)可配置為響應(yīng)反饋控制來控制增加的量。例如，在一些實施例中，控制器12可根據(jù)從傳感器640接收的反饋調(diào)節(jié)加入該排氣系統(tǒng)的第一 還原劑和第二還原劑的數(shù)量。在一些實施例中，傳感器640可為氨傳感器，而在其 他的實施例中，傳感器640可以是NOx傳感器。進而，在另外的實施例中，氨傳感 器和NOx傳感器兩者，可連同任何其他合適的一個或多個傳感器同時使用。在另外 的實施例中，控制器12可配置為基于發(fā)動機工作狀態(tài)確定NOx的濃度，和/或可配 置為基于變量(如經(jīng)過第二存儲裝置的空氣流速，等等)估算從第二存儲裝置230 增加到排氣系統(tǒng)的氨的濃度?，F(xiàn)在參看圖9，所示為用于管理向排氣系統(tǒng)增加多種還原劑的方法900的示例實 施例。方法900可通過各種方法實現(xiàn)，例如，在一些實施例中，方法900可通過執(zhí) 行存儲在控制器12上的代碼實現(xiàn)。方法900首先包括，步驟910，確定排氣系統(tǒng)71中廢氣中NOx的濃度。確定NOx 濃度的例子包括但不限于，接收來自NOx傳感器的信號，和/或根據(jù)發(fā)動機運行狀況 (如轉(zhuǎn)速和負荷)確定一個估算的NOx濃度。還可以各種形式估算NOx的量，如NOx 水平，NOx濃度，和/或每體積流量的NOx質(zhì)量流速。接著，在步驟920,方法900包括確定是否要求從第二存儲裝置排出氨。多種狀 況或事件可用于確定什么時候要求排出氨。例如，包括但不限于，當(dāng)?shù)诙鎯ρb置 230中的氨的壓力超過門限壓力時要求排出；在預(yù)設(shè)的發(fā)動機運行時間隔(例如，一 定的時間間隔或者一定數(shù)量的發(fā)動機循環(huán))后要求排出，當(dāng)發(fā)動機運行狀況提供了 一個排出的機會時要求排出，和/或當(dāng)存儲在230中的還原劑數(shù)量達到預(yù)設(shè)程度時要 求排出，等等。如果沒有排出氨的要求，那么方法900執(zhí)行步驟930,在此確定增加到廢氣中的 尿素數(shù)量，然后執(zhí)行步驟940,在此將所確定數(shù)量的尿素例如通過75增加到廢氣中。 增加到廢氣中的尿素數(shù)量可以多種方式確定。在一些實施例中，控制器12可接收來 自NOx傳感器的標示在廢氣中的NOx濃度的輸入，然后控制器U可根據(jù)這個輸入確 定和/或調(diào)整增加到廢氣中的尿素數(shù)量。在另外的實施例中，根據(jù)發(fā)動機運行狀況估 算廢氣中NOx的濃度，以及相關(guān)數(shù)量的尿素可增加到排氣系統(tǒng)中。在另外的實施例 中，尿素可以恒定速度增加到排氣系統(tǒng)中。在選定了傳感器輸入和發(fā)動機運行狀況 而加入的氨的量可以計算或預(yù)先確定，并且將其存儲在控制器n的查詢表中，且可基于輸入的運行狀況進行調(diào)整。另一方面，如果要求排出氨，那么方法900執(zhí)行950,在這一步，氨被加入到排氣系統(tǒng)并被執(zhí)行排出。在傳感器640為氨傳感器的實施例中，控制器12可控制或調(diào) 整向排氣系統(tǒng)加入氨的速度，例如，通過控制進入排氣系統(tǒng)的氨的流量?；蛘?，可 以預(yù)先選定的速度向排氣系統(tǒng)增加氨。如上所述，在一些實施例中，氨可被加入排氣系統(tǒng)而不包括任何尿素。在另一 些實施例中，將氨從該第二存儲裝置中與尿素同時加入排氣系統(tǒng)。在氨從該第二存儲裝置與尿素同時加入排氣系統(tǒng)的情況下，方法900可包括步驟960，確定和/或提 供在避免氨逸出的同時為了適應(yīng)加入的氨而加入到該排氣系統(tǒng)的尿素的減少量，以 及然后向該排氣系統(tǒng)970增加所確定數(shù)量的尿素。該加入排氣系統(tǒng)的尿素的減少量可通過多種方法確定。例如，控制器12可通過 確定加入該排氣系統(tǒng)的氨的量或濃度，以及也確定發(fā)動機10的廢氣中NOx的量或濃 度，然后確定加入多少尿素以完全還原廢氣中的全部NOx,來確定加入廢氣中的尿素 的減少量?？捎稍从贜Ox還原反應(yīng)化學(xué)計量法的一個或多個函數(shù)計算要加入的尿素 量，或者通過存儲在控制器12上的查詢表來確定。這樣，根據(jù)已加入排氣系統(tǒng)的氨 的濃度或數(shù)量的變量和/或關(guān)于發(fā)動機10廢氣中NOx濃度數(shù)量的變量，調(diào)整要加入 廢氣的尿素量。這樣，就有可能在各種狀況下控制到廢氣的還原劑加入，并且在管理氨蒸汽的 排出的同時管理分離的還原劑傳輸，以實現(xiàn)改進的NOx還原并降低氨逸出。參見圖5A-5D，這些還原劑管理模式說明來自如虛線75所示的存儲箱中的液態(tài) 尿素可獨立于圖530所示的氨而供應(yīng)，或者至少暫時與如圖570所示的存儲箱中的 氨同時供應(yīng)，或者至少暫與如圖560所示的存儲箱中的氨同時供應(yīng)，或者是上述方 式的組合。進而，存儲箱中的氨可如圖570所示獨立供應(yīng)，或者如圖580所示與第 二存儲裝置230的氨同時供應(yīng)，其中可不供應(yīng)尿素(即，虛線540可不供應(yīng))。圖10是一個實施例的另 一個流程圖1000,其說明了基于從第二存儲裝置230排 出的氨的數(shù)量來控制供給排氣系統(tǒng)71的尿素量。這樣，在1010控制器12可確定是 否啟動氨排出，否則程序結(jié)東?？扇绫疚乃鲰憫?yīng)來自控制器12的多個反饋信號而 啟動氨排出。例如，控制器12可響應(yīng)第二存儲裝置230中氨的濃度而促使存儲裝置 實施氨排出。在1020，氨排出可以較低的流量水平開始。這樣，經(jīng)過導(dǎo)管625的流量可通過 閥門(如存儲閥610)來降低或局部受阻。進而，位于連接點"0的閥門，如排放閥 620或三通閥可配置為打開，這樣氨可排至排氣系統(tǒng)71。然而，在初始時期或一定 的持續(xù)期間，來自第二存儲裝置230的氨流量可能會足夠低。在這種狀況中，響應(yīng) 于廢氣傳感器或者是指示氨(或其他還原劑)排出量的傳感器的反饋，可引入和/或 調(diào)整(如，降低)液態(tài)尿素至排氣系統(tǒng)71以補償?shù)偷陌绷髁俊＿@樣，當(dāng)氨從第二存 儲裝置230流出時，調(diào)整來自存儲箱的尿素可考慮到氨蒸汽的供應(yīng)。進一步，當(dāng)流 量較低時可以一開始就采用這種補償，以降低在計算/測量需要排出多少氨時產(chǎn)生的 誤差的影響。然后， 一旦發(fā)現(xiàn)存儲裝置230的這種狀態(tài)，就可按照如下所示增加流 量。具體地，在一定時期或選定的持續(xù)時間(或排出足夠提及的氨蒸汽)后，在1020,氨流動可能進入氨以較高流量從第二存儲裝置釋放出的流動模式。此時，傳感器，如傳感器640,可持續(xù)檢測從第二存儲裝置230釋放出的氨的數(shù)量或濃度。這樣，在 1040，用來補充被排放至排氣系統(tǒng)71的氨的數(shù)量，并經(jīng)由輸入管75向排氣系統(tǒng)71 供應(yīng)的尿素的數(shù)量可被確定和/或調(diào)整。在1050,程序可根據(jù)例如與第二存儲裝置230相連的傳感器確定第二存儲裝置 230中氨的濃度?？刂破?2可確定第二存儲裝置230中氨的濃度是否超過門限濃度。 如果否，程序繼續(xù)1070中的排出，并且程序可如此重復(fù)直至第二存儲裝置230中的 濃度低于該門限氨濃度。如果是，程序可繼續(xù)至1060,其中可配置在排放控制系統(tǒng) 200中的閥門，使得從第二存儲裝置230至排氣系統(tǒng)71的流量相應(yīng)地被減小或者受 阻?？梢岳斫獾氖牵诖怂枋龅奶幚眄樞虿⒉皇菍崿F(xiàn)所述這些作為示例的實施例 的特征和好處所必需的要求，只是為了容易說明和記述。 一個或多個圖示步驟或功 能可依據(jù)所使用的特定策略而重復(fù)執(zhí)行。此外，所描述的步驟可用圖表表示要編程 到例如發(fā)動機控制系統(tǒng)中為傳感器的計算機可讀介質(zhì)中的代碼。此處所公開的用來 管理用于SCR過程的多種還原劑的系統(tǒng)和方法的實施例實際上是示例性的，并且這 些具體的實施例并不應(yīng)認為具有限制意義，因為可能會有許多變化。本發(fā)明所公開 的主題內(nèi)容包括此處所公開的用于對NOx吸附器脫硫的各種系統(tǒng)和方法和其他特征、 功能和/或?qū)傩缘娜啃路f的和非顯而易見的組合和子組合。本申請的權(quán)利要求特別 指出認為是新穎的且非顯而易見的特定的組合和子組合。這些權(quán)利要求會提及"一 個"要素或"第一"要素或其同等物，這樣的權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)理解為包括一個或多個 這樣的要素的結(jié)合，而不是要求排除兩個或兩個以上這樣的要素。所公開的特征、 功能、元素和/或?qū)傩缘钠渌M合及子組合可以通過本發(fā)明權(quán)利要求的修改或通過在 本申請或相關(guān)申請中提供新的權(quán)利要求來請求保護。這樣的權(quán)利要求，無論是在范 圍上比原始權(quán)利要求更寬、更窄、等價或不同，都應(yīng)被視為包括在本發(fā)明的主題之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種操作車輛上還原劑傳送和存儲系統(tǒng)的方法，包括在第一存儲裝置中存儲含氨的液體；在所述第一存儲裝置中生成氨蒸汽并在第二存儲裝置中存儲所生成的氨蒸汽；將所述存儲的蒸汽從所述第二存儲裝置中排放至所述車輛的發(fā)動機的排氣中；傳送所述含氨的液體至所述發(fā)動機排氣中；并且并且調(diào)整傳送至所述排氣中的含氨液體的量和排放至所述排氣中的蒸汽的量的兩個量的至少一個，其中調(diào)整所述一個量是基于所述另一個量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的方法，其特征在于，基于所述排放至排氣中的蒸汽的 量調(diào)整所述傳送的含氨液體的量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，基于來自排氣中傳感器的信息估 算所述蒸汽的量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，基于來自還原劑傳送系統(tǒng)中的傳感器的信息估算所述蒸汽的量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述蒸汽的量減少時增加所傳送的含氨液體的量。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述蒸汽的量增加時減少所傳 送的含氨液體的量。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過還原劑傳送系統(tǒng)中的閥門調(diào) 整蒸汽的量。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，基于所述傳送的含氨液體的量調(diào) 整所排放的蒸汽的量。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述含氨液體的量減少時增加 所排放的氨蒸汽的量。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述含氨液體的量增加時減 少所排放的蒸汽的量。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過還原劑傳送系統(tǒng)中的閥門 調(diào)整所述排放的蒸汽的量，并且所述調(diào)整還基于對發(fā)動機排出的NOx的估算。
12、 一種操作車輛上還原劑傳送和存儲系統(tǒng)的方法，包括 在第一存儲裝置中存儲含氨的液體；在所述第一存儲裝置中生成氨蒸汽并在第二存儲裝置中存儲所生成的氨蒸汽； 將所述存儲的蒸汽從所述第二存儲裝置中排放至所述車輛的發(fā)動機的排氣中； 傳送所述含氨的液體至所述發(fā)動機排氣中；并且響應(yīng)所述排放至所述排氣中的蒸汽的量調(diào)整所傳送的含氨液體的量，并且基于 所述蒸汽的內(nèi)容物改變所述排放至所述排氣中的氨蒸汽的量。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法, 蒸汽中氨的濃度。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法, 改變所述蒸汽的量。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法, 量的蒸汽并然后導(dǎo)入大量的蒸汽。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法, 導(dǎo)入所述大量的蒸汽。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法, 濃度有關(guān)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法, 整所述含氨液體的量。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法, 放的蒸汽的量。其特征在于，所述蒸汽的內(nèi)容物包括在所述 其特征在于，通過還原劑傳送系統(tǒng)中的閥門 其特征在于，調(diào)整所述閩門使得先導(dǎo)入較少 其特征在于，在識別所述氨蒸汽的內(nèi)容物后 其特征在于，所述內(nèi)容物與所述蒸汽中的氨 其特征在于，基于發(fā)動機搡作條件進一步調(diào)其特征在于，基于發(fā)動機操作條件改變所排
20、 一種操作車輛上還原劑傳送和存儲系統(tǒng)的方法，包括: 在第一存儲裝置中存儲含氨的液體；在所述第一存儲裝置中生成氨蒸汽并在第二存儲裝置中存儲所生成的氨蒸汽； 將所述存儲的蒸汽從所述第二存儲裝置中排放至所述車輛的發(fā)動機的排氣中； 傳送所述含氨的液體至所述發(fā)動機排氣中；響應(yīng)所述排放至所述排氣中的蒸汽的量調(diào)整所傳送的含氨液體的量，并且基于 所述蒸汽的內(nèi)容物改變所述排放至所述排氣中的蒸汽的量；并且用所述傳送的含氨液體的量和所述排放的蒸汽的量在SCR催化劑中處理發(fā)動機 所生成的N0x。
全文摘要
一種操作車輛上還原劑傳送和存儲系統(tǒng)的方法，包括在第一存儲裝置中存儲含氨的液體；在所述第一存儲裝置中生成氨蒸汽并在第二存儲裝置中存儲所生成的氨蒸汽；將所述存儲的氨蒸汽從所述第二存儲裝置中排放至車輛發(fā)動機的排氣中；傳送所述含氨的液體至所述發(fā)動機排氣中；并且調(diào)整傳送至所述排氣中的含氨液體的量和排放至所述排氣中的蒸汽的量的兩個量的至少一個，其中調(diào)整所述一個量是基于所述另一個量。
文檔編號F01N3/20GK101149008SQ20071015358
公開日2008年3月26日 申請日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月18日
發(fā)明者喬瓦尼·卡瓦泰奧, 克里斯托弗·奧伯斯基, 威廉·洛納, 米切爾·J·范·紐斯塔特, 蒂莫西·韋布 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司