Scr催化劑上的氨存儲的制作方法
【專利摘要】一種系統(tǒng)和方法，用于通過處理某些數(shù)據(jù)計算在一時間間隔期間的多個時刻存儲在SCR催化劑上的氨的量，這些數(shù)據(jù)包括在該時間間隔期間引入到廢氣流中的氨的總量，通過處理某些數(shù)據(jù)計算在多個時刻中的每個時刻NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率，這些數(shù)據(jù)包括從上游和下游NOx傳感器獲得的NOx測量結果，以及在該時間間隔上建立NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率與存儲在SCR催化劑上的氨的量之間的相關性，該相關性包括所計算的NOx的催化轉化的效率以及所計算的在多個時刻中的每個時刻存儲在SCR催化劑上的氨的量。
【專利說明】SCR催化劑上的氨存儲
【技術領域】
[0001]本公開一般涉及氣態(tài)燃燒產(chǎn)物流中的氧化氮(NOx)的選擇性催化還原(SCR)，尤其涉及用于在一時間間隔上建立通過將氨(NH3)引入到流中而引起的NOx到氮(N2)和水(H2O)的催化轉化的效率與存儲在用于催化轉化流中的NOx的SCR催化劑上的氨的量之間的相關性的系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]一種用于內(nèi)燃機廢氣后處理的技術利用SCR使得在廢氣中的NOx和引入到SCR催化劑上游的內(nèi)燃機廢氣系統(tǒng)中的氨(NH3)之間能夠發(fā)生某些化學反應以夾帶廢氣流向其表面上存儲有氨的SCR催化劑。這些反應將NOx轉化成氮(N2)和水(H2O),這兩種組分在地球的大氣中是充足的。在某些這些反應中NOx和NH3是僅有的反應物，而在其它反應中可能存在于廢氣中的氧(O2)是第三反應物。
[0003]將足量的氨引入以維持SCR催化劑的表面上存在氨，其中在SCR催化劑的表面上發(fā)生還原NOx的化學反應。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]可按多種方式中的任何方式來測量引入廢氣系統(tǒng)中的氨的量。但是，該測量結果并不一定等于被消耗的用于還原NOx的氨的量。氨被存儲在SCR催化劑的表面上，并且有些時候，例如當廢氣流開始時，過量的氨被引入用于構建存儲在SCR催化劑上的氨的量。當存儲在SCR催化劑上的氨的量達到SCR催化劑的最大氨存儲容量時，超過還原NOx所需量的任何量的氨不被消耗，而是通過SCR催化劑并進入大氣中。這種過量被稱為氨泄漏。
[0005]本公開主題涉及在一時間間隔上建立通過將氨(NH3)引入到廢氣流中而引起的NOx到氮(N2)和水(H2O)的催化轉化的效率與存儲在用于催化轉化流中的NOx的SCR催化劑上的氨的量之間的相關性。
[0006]在該時間間隔的開始，存儲在SCR催化劑上的氨的量少于SCR催化劑的最大氨存儲容量。該量可以是零。控制由氨輸送系統(tǒng)引入到廢氣流中的氨的量以構建以SCR催化劑的最大氨存儲容量為目標同時避免氨泄漏的存儲在SCR催化劑上的氨的量。當存儲在SCR催化劑上的氨的量達到SCR催化劑的最大氨存儲容量時，氨的連續(xù)引入繼續(xù)嘗試在SCR催化劑上構建氨存儲，但是在該點上發(fā)生氨泄漏。可由SCR催化劑下游的氨傳感器檢測氨泄漏。
[0007]所公開主題的一個一般方面涉及如獨立權利要求1所述的內(nèi)燃機。
[0008]所公開主題的另一個一般方面涉及如獨立權利要求5所述的方法。
[0009]所公開主題的另一個一般方面涉及如獨立權利要求9所述的系統(tǒng)。
[0010]參考以下作為本公開一部分的附圖，以上
【發(fā)明內(nèi)容】
伴隨著在以下【具體實施方式】中呈現(xiàn)的對本公開的進一步詳細的描述?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1是通過與引入廢氣的氨的化學反應利用SCR還原內(nèi)燃機廢氣中的NOx的內(nèi)燃機的一般不意圖。
[0012]圖2是例示圖1中呈現(xiàn)的NOx還原系統(tǒng)的細節(jié)的示圖。
[0013]圖3是用于估計在圖2的NOx還原系統(tǒng)中由與NOx的化學反應消耗的還原劑(NH3)的量的算法的示圖。
[0014]圖4是示出在一時間間隔上與時間成函數(shù)關系的存儲在SCR催化劑上的氨的量的曲線圖。
[0015]圖5是示出在與圖4相同的時間間隔上發(fā)生的NOx轉化的效率的曲線圖。
【具體實施方式】
[0016]圖1示出可用于固定或移動應用的代表性內(nèi)燃機10。例如，內(nèi)燃機10可以是柴油機，其包括形成許多內(nèi)燃機汽缸12的結構，其中燃料通過燃料噴射器14噴射到內(nèi)燃機汽缸12中以與在用于控制空氣從進氣歧管20到相應內(nèi)燃機汽缸12的進入的汽缸進氣閥18打開時已經(jīng)通過進氣系統(tǒng)16進入內(nèi)燃機汽缸12的燃燒室空間中的空氣燃燒。可能存在于當代柴油機的進氣系統(tǒng)中的其它組件(例如渦輪增壓器壓縮器和增壓空氣冷卻器)未被示出。
[0017]內(nèi)燃機10還包括廢氣系統(tǒng)22，其中通過該廢氣系統(tǒng)22將在燃燒室空間中的用于操作內(nèi)燃機10的所噴射燃料的燃燒所產(chǎn)生的內(nèi)燃機廢氣輸送至大氣。汽缸排氣閥24控制廢氣從相應內(nèi)燃機汽缸12進入到排氣歧管26，以通過廢氣系統(tǒng)22進一步輸送。
[0018]廢氣系統(tǒng)22包括用于在廢氣進入大氣之前對其進行處理的廢氣后處理系統(tǒng)28?？赡艽嬖谟诋敶裼蜋C的廢氣系統(tǒng)中的其它組件(例如渦輪增壓器渦輪)未被示出。
[0019]基于處理器的內(nèi)燃機控制模塊(ECM) 30控制內(nèi)燃機操作的多個方面，諸如通過燃料噴射器14向內(nèi)燃機汽缸12添加燃料。通過對各種輸入數(shù)據(jù)(一般用附圖標記32來指示)進行處理來完成控制，以產(chǎn)生用于控制由各種設備執(zhí)行的功能的控制數(shù)據(jù)。
[0020]在圖2中詳細示出廢氣后處理系統(tǒng)28，其包括強制廢氣通過的結構。所示的特殊結構包括具有軸向長度的通常圓柱形的外殼34、位于上游軸向末端的廢氣入口 36以及位于下游軸向末端的廢氣出口 38。箭頭40指示廢氣流入、流經(jīng)以及流出外殼34的內(nèi)部空間的方向。
[0021]在其內(nèi)部空間中，外殼34包含位于廢氣入口 36下游的柴油氧化催化劑(DOC) 42以及位于D0C42下游的SCR催化劑44。通過廢氣入口 36進入外殼34的內(nèi)部空間的廢氣被強制首先通過D0C42并且隨后在通過廢氣出口 38離開之前通過SCR催化劑44。D0C42通過去除某些夾帶的物質(zhì)(例如，柴油微粒物質(zhì)的可溶有機餾份)來處理內(nèi)燃機廢氣。SCR催化劑44根據(jù)諸如以下的化學反應通過還原NOx來處理內(nèi)燃機廢氣:
[0022]4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20
[0023]N0+N02+2NH3 — 2N2+3H20
[0024]6N02+8NH3 — 7N2+12H20
[0025]SCR催化劑44可以是不僅還原NOx而且俘獲夾帶的微粒物質(zhì)(煙灰)的類型，并且因此需要不時地再生。
[0026]氨供給46存儲用于NOx還原的氨。來自供給46的氨由氨輸送系統(tǒng)通過導管48引入到外殼34的內(nèi)部，其中導管48具有位于D0C42下游且在SCR催化劑44上游的位置處的出口 50。圖2旨在描繪氨在廢氣流中的良好分布，這與如何將其完成使得可在SCR催化劑44的盡可能大的表面積上保證氨的持續(xù)存在的特定結構細節(jié)無關。
[0027]基于處理器的氨劑量控制器52通過處理各種數(shù)據(jù)(包括來自與其通信的ECM30的數(shù)據(jù))來控制氨輸送系統(tǒng)將氨從氨供給46引入到外殼34?？刂破?2還根據(jù)用于估計在廢
氣通過廢氣系統(tǒng)22時由NOx的轉化所消耗的氨的量的算法來處理數(shù)據(jù)。作為_
提交的共同享有的待審專利申請N0._ (律師卷號7180)的主題的該算法54將參考
圖3進行說明。
[0028]該算法處理指示在出口 50的上游位置測量的NOx量的數(shù)據(jù)以及指示在SCR催化劑44的下游位置測量的NOx量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)由D0C42上游的上游NOx傳感器56和下游NOx傳感器58來分別提供，這兩個傳感器均在圖2中示出。假設NOx傳感器58對氨不敏感，那么它應當提供在任何氨泄漏存在的情況下對NOx的合理準確測量。NOx傳感器56可由足夠準確的虛擬NOx傳感器來替代。
[0029]控制器52處理來自NOx傳感器56的指示未經(jīng)處理(即，“內(nèi)燃機排出”)的廢氣中的NOx量的數(shù)據(jù)以及來自NOx傳感器58的指示在已由SCR使用存儲在SCR44的表面上的氨來處理的廢氣中的NOx量的數(shù)據(jù)。該處理執(zhí)行第一計算60，其產(chǎn)生一分數(shù)，該分數(shù)與由下游NOx傳感器58指示的NOx量除以由上游NOx傳感器56指示的NOx量相等。第二計算62從I中減去所計算的分數(shù)，留下表示已被還原的NOx的分數(shù)的所得分數(shù)。
[0030]通過使用以上給出的三個化學反應以及計算62的結果，算法54執(zhí)行為還原NOx至步驟62計算的所得分數(shù)的而消耗的氨的量的計算64。但是，該計算的結果僅僅基于反應的化學性質(zhì)而沒有考慮廢氣流量。因此通過計算66來計算對實際消耗的估計，該計算將計算64的結果乘以按任何適當方式測量或估計的廢氣流量。取決于廢氣流量的測量單位，可能需要計算68將計算66的結果轉換成氨消耗的所需單位。
[0031]控制器52的處理器還根據(jù)另一算法來處理數(shù)據(jù)，該算法可用于a)通過處理某些數(shù)據(jù)計算在一時間間隔期間的多個時刻存儲在SCR催化劑44上的氨的量，這些數(shù)據(jù)包括在該時間間隔期間由氨輸送系統(tǒng)引入到廢氣系統(tǒng)22中的氨的總量，b)通過處理某些數(shù)據(jù)計算在多個時刻中的每個時刻NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率，這些數(shù)據(jù)包括從上游NOx傳感器56和下游NOx傳感器58獲得的NOx測量結果，以及c)在該時間間隔上建立NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率與存儲在SCR催化劑44上的氨的量之間的相關性。該相關性包括所計算的NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率以及所計算的在多個時刻中的每個時刻存儲在SCR催化劑44上的氨的量。
[0032]圖4示出開始于零秒的時間間隔T，在零秒時廢氣首先開始流經(jīng)廢氣系統(tǒng)22且氨首先開始被引入到廢氣系統(tǒng)22中。跡線70表示在時間間隔T期間作為時間函數(shù)的存儲在SCR催化劑44上的氨的量函數(shù)關系。跡線70由控制器52的處理器產(chǎn)生，該處理器計算在時間間隔T期間的多個時刻中的每個時刻存儲在SCR催化劑44上的氨的量。通過測量在開始于零秒且結束于計算的時刻的一時間段上已經(jīng)引入到廢氣系統(tǒng)22中的氨的總量在多個時刻中的每個時刻執(zhí)行該計算。從這些測量結果中的每一個中減去從零秒時刻開始消耗的氨的量的計算結果。該差是在該時刻存儲在SCR44上的氨的量。
[0033]隨后在圖4中示出的曲線圖上描繪與多個時刻中的每個時刻相關的在該多個時刻存儲在SCR44上的氨的量以創(chuàng)建跡線70?？刂破?2控制在時間間隔T上將氨向廢氣流的引入，這是通過使SCR催化劑44上的氨存儲以不連續(xù)的增量構建來進行的，在每個增量之后控制氨的引入以將存儲在SCR催化劑44上的氨的量維持基本恒定直至氨存儲被增加緊隨其后的氨的增量，如跡線70所示。
[0034]圖2示出氨傳感器72存在于后處理系統(tǒng)28的下游用于檢測氨泄漏。圖4示出第二跡線74，其公開泄漏開始的時刻。在跡線70上，該時刻限定SCR催化劑44的最大氨存儲容量。圖4示出在SCR催化劑44上構建氨發(fā)生而無任何顯著泄漏的方式，因此作為結果，顯著泄漏的開始正確地指示SCR44的最大氨存儲容量。
[0035]圖5以百分比轉化的形式示出在時間間隔T的初始階段期間的NOx轉化的跡線76。通過處理來自上游NOx傳感器56和下游NOx傳感器58的NOx測量結果產(chǎn)生跡線76。通過利用時刻，跡線76和跡線70可被相關從而使SCR催化劑44的存儲容量與NOx轉化的
效率相關。
【權利要求】
1.一種內(nèi)燃機，包括: 燃燒室，在所述燃燒室內(nèi)燃料被燃燒以操作所述內(nèi)燃機； 進氣系統(tǒng)，用于支持燃燒的空氣是通過所述進氣系統(tǒng)被引入所述燃燒室的； 廢氣系統(tǒng)，所述廢氣系統(tǒng)包括SCR催化劑，由所述燃燒室中的燃燒所產(chǎn)生的廢氣通過所述廢氣系統(tǒng)進入大氣； 氨輸送系統(tǒng)，所述氨輸送系統(tǒng)用于在所述SCR催化劑上游將氨引入到所述廢氣系統(tǒng)中以便夾帶廢氣流去往所述SCR催化劑，以構建所述SCR催化劑上的氨存儲； 上游NOx傳感器，其位于將氨向所述廢氣系統(tǒng)的引入的上游； 下游NOx傳感器，其位于所述SCR催化劑的下游；以及 用于控制由所述氨輸送系統(tǒng)將氨向所述廢氣系統(tǒng)的引入的處理器，使氨在一時間間隔上以足夠的量引入而無顯著的氨泄漏越過所述SCR催化劑直至存儲在所述SCR催化劑上的氨的量基本上達到所述SCR催化劑的最大氨存儲容量； 所述處理器還包括算法，所述算法用于a)通過處理某些數(shù)據(jù)計算在所述時間間隔期間的多個時刻存儲在所述SCR催化劑上的氨的量，所述數(shù)據(jù)包括在所述時間間隔期間由所述氨輸送系統(tǒng)引入到所述廢氣系統(tǒng)中的氨的總量，b)通過處理某些數(shù)據(jù)計算在所述多個時刻中的每個時刻NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率，所述數(shù)據(jù)包括從所述上游NOx傳感器和所述下游NOx傳感器獲得的NOx測量結果，以及c)在所述時間間隔上建立NOx通過氨向N2和H2O的催化 轉化的效率與存儲在所述SCR催化劑上的氨的量之間的相關性，所述相關性包括所計算的NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率以及所計算的在所述多個時刻中的每個時刻存儲在所述SCR催化劑上的氨的量。
2.如權利要求1所述的內(nèi)燃機，其特征在于，所述算法還用于控制在所述時間間隔上由所述氨輸送系統(tǒng)將氨向所述廢氣流的引入，這是通過使所述SCR催化劑上的氨存儲以不連續(xù)的增量構建來進行的，其中在每個增量之后控制氨的引入以將存儲在所述SCR催化劑上的氨的量維持基本恒定直至所述SCR催化劑上的氨存儲被增加緊隨其后的氨的增量。
3.如權利要求1所述的內(nèi)燃機，其特征在于，包括位于所述SCR催化劑下游的用于檢測氨泄漏的氨傳感器。
4.如權利要求3所述的內(nèi)燃機，其特征在于，所述處理器還用于在所述時間間隔期間將存儲在所述SCR催化劑上的氨的量與由所述氨傳感器所檢測的氨泄漏的量相關聯(lián)。
5.一種建立存儲在SCR催化劑上的氨與NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率之間的相關性的方法，其中所述SCR催化劑將包含燃燒產(chǎn)物的廢氣流中的NOx催化轉化，所述方法包括: 控制由所述氨輸送系統(tǒng)將氨向所述SCR催化劑上游的所述廢氣流的引入，使氨在一時間間隔上以足夠的量引入而無顯著的氨泄漏越過所述SCR催化劑直至存儲在所述SCR催化劑上的氨的量基本上達到所述SCR催化劑的最大氨存儲容量，以及 在所述時間間隔期間，執(zhí)行算法以a)通過處理某些數(shù)據(jù)計算在所述時間間隔期間的多個時刻存儲在所述SCR催化劑上的氨的量，所述數(shù)據(jù)包括在所述時間間隔期間由所述氨輸送系統(tǒng)引入到所述廢氣流中的氨的總量，b)通過處理某些數(shù)據(jù)計算在所述多個時刻中的每個時刻NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率，所述數(shù)據(jù)包括從氨向所述廢氣流的引入上游的上游NOx傳感器和所述SCR催化劑下游的下游NOx傳感器獲得的NOx測量結果，以及C)在所述時間間隔上建立NOx轉化效率與存儲在所述SCR催化劑上的氨之間的相關性，所述相關性包括所計算的NOx轉化效率以及所計算的在所述多個時刻中的每個時刻存儲在所述SCR催化劑上的氨。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，包括:通過使氨存儲在所述SCR催化劑上以不連續(xù)的增量構建來控制由所述氨輸送系統(tǒng)在所述時間間隔上將氨向所述廢氣系統(tǒng)的引入，并且在存儲在所述SCR催化劑上的氨的量已被增加每個增量之后，控制對氨的引入以將存儲在 所述SCR催化劑上的氨的量維持基本恒定直至所述SCR催化劑上的氨存儲被增加緊隨其后的氨的增量。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，包括通過位于所述SCR催化劑下游的氨傳感器來檢測氨泄漏。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，還包括在所述時間間隔期間將存儲在所述SCR催化劑上的氨的量與由所述氨傳感器所檢測的氨泄漏的量相關聯(lián)。
9.一種建立存儲在SCR催化劑上的氨的量與NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率之間的相關性的系統(tǒng)，其中所述SCR催化劑將包含燃燒產(chǎn)物的廢氣流中的NOx催化轉化，所述系統(tǒng)包括: 氨輸送系統(tǒng)，所述氨輸送系統(tǒng)用于將氨引入到位于所述SCR催化劑上游的所述廢氣流中以便夾帶廢氣流去往所述SCR催化劑以在所述SCR催化劑上構建氨存儲； 上游NOx傳感器，其位于將氨向所述廢氣系統(tǒng)的引入的上游； 下游NOx傳感器，其位于所述SCR催化劑的下游；以及 用于控制由所述氨輸送系統(tǒng)將氨向所述廢氣流的引入的處理器，使氨在一時間間隔上以足夠的量而無顯著的氨泄漏越過所述SCR催化劑直至存儲在所述SCR催化劑上的氨的量基本上達到所述SCR催化劑的最大氨存儲容量； 所述處理器還包括算法，所述算法用于a)通過處理某些數(shù)據(jù)計算在所述時間間隔期間的多個時刻存儲在所述SCR催化劑上的氨的量，所述數(shù)據(jù)包括在所述時間間隔期間由所述氨輸送系統(tǒng)引入到所述廢氣流中的氨的總量，b)通過處理某些數(shù)據(jù)計算在所述多個時刻中的每個時刻NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率，所述數(shù)據(jù)包括從所述上游NOx傳感器和所述下游NOx傳感器獲得的NOx測量結果，以及c)在所述時間間隔上建立NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率與存儲在所述SCR催化劑上的氨的量之間的相關性，所述相關性包括所計算的NOx通過氨向N2和H2O的催化轉化的效率以及所計算的在所述多個時刻中的每個時刻存儲在所述SCR催化劑上的氨的量。
10.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述算法還用于控制在所述時間間隔上由所述氨輸送系統(tǒng)將氨向所述廢氣流的引入，這是通過使所述SCR催化劑上的氨存儲以不連續(xù)的增量構建來進行的，其中在每個增量之后控制氨的引入以將存儲在所述SCR催化劑上的氨的量維持基本恒定直至所述SCR催化劑上的氨存儲被增加緊隨其后的氨的增量。
11.如權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括位于所述SCR催化劑下游的用于檢測氨泄漏的氨傳感器。
12.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還用于在所述時間間隔期間將存儲在所述SCR催化劑上的氨的量與由所述氨傳感器所檢測的氨泄漏的量相關聯(lián)。
【文檔編號】F01N3/20GK104033217SQ201310542001
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權日:2012年11月5日
【發(fā)明者】N·辛格, M·J·米勒, A·拉克, P·恰林錢諾德 申請人:萬國引擎知識產(chǎn)權有限責任公司