Scr催化剂上的氨存储的制作方法
Scr催化剂上的氨存储的制作方法
【专利摘要】一种系统和方法，用于通过处理某些数据计算在一时间间隔期间的多个时刻存储在SCR催化剂上的氨的量，这些数据包括在该时间间隔期间引入到废气流中的氨的总量，通过处理某些数据计算在多个时刻中的每个时刻NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率，这些数据包括从上游和下游NOx传感器获得的NOx测量结果，以及在该时间间隔上建立NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率与存储在SCR催化剂上的氨的量之间的相关性，该相关性包括所计算的NOx的催化转化的效率以及所计算的在多个时刻中的每个时刻存储在SCR催化剂上的氨的量。
【专利说明】SCR催化剂上的氨存储
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及气态燃烧产物流中的氧化氮(NOx)的选择性催化还原(SCR)，尤其涉及用于在一时间间隔上建立通过将氨(NH3)引入到流中而引起的NOx到氮(N2)和水(H2O)的催化转化的效率与存储在用于催化转化流中的NOx的SCR催化剂上的氨的量之间的相关性的系统和方法。
【背景技术】
[0002]一种用于内燃机废气后处理的技术利用SCR使得在废气中的NOx和引入到SCR催化剂上游的内燃机废气系统中的氨(NH3)之间能够发生某些化学反应以夹带废气流向其表面上存储有氨的SCR催化剂。这些反应将NOx转化成氮(N2)和水(H2O),这两种组分在地球的大气中是充足的。在某些这些反应中NOx和NH3是仅有的反应物，而在其它反应中可能存在于废气中的氧(O2)是第三反应物。
[0003]将足量的氨引入以维持SCR催化剂的表面上存在氨，其中在SCR催化剂的表面上发生还原NOx的化学反应。
【发明内容】
[0004]可按多种方式中的任何方式来测量引入废气系统中的氨的量。但是，该测量结果并不一定等于被消耗的用于还原NOx的氨的量。氨被存储在SCR催化剂的表面上，并且有些时候，例如当废气流开始时，过量的氨被引入用于构建存储在SCR催化剂上的氨的量。当存储在SCR催化剂上的氨的量达到SCR催化剂的最大氨存储容量时，超过还原NOx所需量的任何量的氨不被消耗，而是通过SCR催化剂并进入大气中。这种过量被称为氨泄漏。
[0005]本公开主题涉及在一时间间隔上建立通过将氨(NH3)引入到废气流中而引起的NOx到氮(N2)和水(H2O)的催化转化的效率与存储在用于催化转化流中的NOx的SCR催化剂上的氨的量之间的相关性。
[0006]在该时间间隔的开始，存储在SCR催化剂上的氨的量少于SCR催化剂的最大氨存储容量。该量可以是零。控制由氨输送系统引入到废气流中的氨的量以构建以SCR催化剂的最大氨存储容量为目标同时避免氨泄漏的存储在SCR催化剂上的氨的量。当存储在SCR催化剂上的氨的量达到SCR催化剂的最大氨存储容量时，氨的连续引入继续尝试在SCR催化剂上构建氨存储，但是在该点上发生氨泄漏。可由SCR催化剂下游的氨传感器检测氨泄漏。
[0007]所公开主题的一个一般方面涉及如独立权利要求1所述的内燃机。
[0008]所公开主题的另一个一般方面涉及如独立权利要求5所述的方法。
[0009]所公开主题的另一个一般方面涉及如独立权利要求9所述的系统。
[0010]参考以下作为本公开一部分的附图，以上
【发明内容】
伴随着在以下【具体实施方式】中呈现的对本公开的进一步详细的描述。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是通过与引入废气的氨的化学反应利用SCR还原内燃机废气中的NOx的内燃机的一般不意图。
[0012]图2是例示图1中呈现的NOx还原系统的细节的示图。
[0013]图3是用于估计在图2的NOx还原系统中由与NOx的化学反应消耗的还原剂(NH3)的量的算法的示图。
[0014]图4是示出在一时间间隔上与时间成函数关系的存储在SCR催化剂上的氨的量的曲线图。
[0015]图5是示出在与图4相同的时间间隔上发生的NOx转化的效率的曲线图。
【具体实施方式】
[0016]图1示出可用于固定或移动应用的代表性内燃机10。例如，内燃机10可以是柴油机，其包括形成许多内燃机汽缸12的结构，其中燃料通过燃料喷射器14喷射到内燃机汽缸12中以与在用于控制空气从进气歧管20到相应内燃机汽缸12的进入的汽缸进气阀18打开时已经通过进气系统16进入内燃机汽缸12的燃烧室空间中的空气燃烧。可能存在于当代柴油机的进气系统中的其它组件(例如涡轮增压器压缩器和增压空气冷却器)未被示出。
[0017]内燃机10还包括废气系统22，其中通过该废气系统22将在燃烧室空间中的用于操作内燃机10的所喷射燃料的燃烧所产生的内燃机废气输送至大气。汽缸排气阀24控制废气从相应内燃机汽缸12进入到排气歧管26，以通过废气系统22进一步输送。
[0018]废气系统22包括用于在废气进入大气之前对其进行处理的废气后处理系统28。可能存在于当代柴油机的废气系统中的其它组件(例如涡轮增压器涡轮)未被示出。
[0019]基于处理器的内燃机控制模块(ECM) 30控制内燃机操作的多个方面，诸如通过燃料喷射器14向内燃机汽缸12添加燃料。通过对各种输入数据(一般用附图标记32来指示)进行处理来完成控制，以产生用于控制由各种设备执行的功能的控制数据。
[0020]在图2中详细示出废气后处理系统28，其包括强制废气通过的结构。所示的特殊结构包括具有轴向长度的通常圆柱形的外壳34、位于上游轴向末端的废气入口 36以及位于下游轴向末端的废气出口 38。箭头40指示废气流入、流经以及流出外壳34的内部空间的方向。
[0021]在其内部空间中，外壳34包含位于废气入口 36下游的柴油氧化催化剂(DOC) 42以及位于D0C42下游的SCR催化剂44。通过废气入口 36进入外壳34的内部空间的废气被强制首先通过D0C42并且随后在通过废气出口 38离开之前通过SCR催化剂44。D0C42通过去除某些夹带的物质(例如，柴油微粒物质的可溶有机馏份)来处理内燃机废气。SCR催化剂44根据诸如以下的化学反应通过还原NOx来处理内燃机废气:
[0022]4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20
[0023]N0+N02+2NH3 — 2N2+3H20
[0024]6N02+8NH3 — 7N2+12H20
[0025]SCR催化剂44可以是不仅还原NOx而且俘获夹带的微粒物质(烟灰)的类型，并且因此需要不时地再生。
[0026]氨供给46存储用于NOx还原的氨。来自供给46的氨由氨输送系统通过导管48引入到外壳34的内部，其中导管48具有位于D0C42下游且在SCR催化剂44上游的位置处的出口 50。图2旨在描绘氨在废气流中的良好分布，这与如何将其完成使得可在SCR催化剂44的尽可能大的表面积上保证氨的持续存在的特定结构细节无关。
[0027]基于处理器的氨剂量控制器52通过处理各种数据(包括来自与其通信的ECM30的数据)来控制氨输送系统将氨从氨供给46引入到外壳34。控制器52还根据用于估计在废
气通过废气系统22时由NOx的转化所消耗的氨的量的算法来处理数据。作为_
提交的共同享有的待审专利申请N0._ (律师卷号7180)的主题的该算法54将参考
图3进行说明。
[0028]该算法处理指示在出口 50的上游位置测量的NOx量的数据以及指示在SCR催化剂44的下游位置测量的NOx量的数据。这些数据由D0C42上游的上游NOx传感器56和下游NOx传感器58来分别提供，这两个传感器均在图2中示出。假设NOx传感器58对氨不敏感，那么它应当提供在任何氨泄漏存在的情况下对NOx的合理准确测量。NOx传感器56可由足够准确的虚拟NOx传感器来替代。
[0029]控制器52处理来自NOx传感器56的指示未经处理(即，“内燃机排出”)的废气中的NOx量的数据以及来自NOx传感器58的指示在已由SCR使用存储在SCR44的表面上的氨来处理的废气中的NOx量的数据。该处理执行第一计算60，其产生一分数，该分数与由下游NOx传感器58指示的NOx量除以由上游NOx传感器56指示的NOx量相等。第二计算62从I中减去所计算的分数，留下表示已被还原的NOx的分数的所得分数。
[0030]通过使用以上给出的三个化学反应以及计算62的结果，算法54执行为还原NOx至步骤62计算的所得分数的而消耗的氨的量的计算64。但是，该计算的结果仅仅基于反应的化学性质而没有考虑废气流量。因此通过计算66来计算对实际消耗的估计，该计算将计算64的结果乘以按任何适当方式测量或估计的废气流量。取决于废气流量的测量单位，可能需要计算68将计算66的结果转换成氨消耗的所需单位。
[0031]控制器52的处理器还根据另一算法来处理数据，该算法可用于a)通过处理某些数据计算在一时间间隔期间的多个时刻存储在SCR催化剂44上的氨的量，这些数据包括在该时间间隔期间由氨输送系统引入到废气系统22中的氨的总量，b)通过处理某些数据计算在多个时刻中的每个时刻NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率，这些数据包括从上游NOx传感器56和下游NOx传感器58获得的NOx测量结果，以及c)在该时间间隔上建立NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率与存储在SCR催化剂44上的氨的量之间的相关性。该相关性包括所计算的NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率以及所计算的在多个时刻中的每个时刻存储在SCR催化剂44上的氨的量。
[0032]图4示出开始于零秒的时间间隔T，在零秒时废气首先开始流经废气系统22且氨首先开始被引入到废气系统22中。迹线70表示在时间间隔T期间作为时间函数的存储在SCR催化剂44上的氨的量函数关系。迹线70由控制器52的处理器产生，该处理器计算在时间间隔T期间的多个时刻中的每个时刻存储在SCR催化剂44上的氨的量。通过测量在开始于零秒且结束于计算的时刻的一时间段上已经引入到废气系统22中的氨的总量在多个时刻中的每个时刻执行该计算。从这些测量结果中的每一个中减去从零秒时刻开始消耗的氨的量的计算结果。该差是在该时刻存储在SCR44上的氨的量。
[0033]随后在图4中示出的曲线图上描绘与多个时刻中的每个时刻相关的在该多个时刻存储在SCR44上的氨的量以创建迹线70。控制器52控制在时间间隔T上将氨向废气流的引入，这是通过使SCR催化剂44上的氨存储以不连续的增量构建来进行的，在每个增量之后控制氨的引入以将存储在SCR催化剂44上的氨的量维持基本恒定直至氨存储被增加紧随其后的氨的增量，如迹线70所示。
[0034]图2示出氨传感器72存在于后处理系统28的下游用于检测氨泄漏。图4示出第二迹线74，其公开泄漏开始的时刻。在迹线70上，该时刻限定SCR催化剂44的最大氨存储容量。图4示出在SCR催化剂44上构建氨发生而无任何显著泄漏的方式，因此作为结果，显著泄漏的开始正确地指示SCR44的最大氨存储容量。
[0035]图5以百分比转化的形式示出在时间间隔T的初始阶段期间的NOx转化的迹线76。通过处理来自上游NOx传感器56和下游NOx传感器58的NOx测量结果产生迹线76。通过利用时刻，迹线76和迹线70可被相关从而使SCR催化剂44的存储容量与NOx转化的
效率相关。
【权利要求】
1.一种内燃机，包括: 燃烧室，在所述燃烧室内燃料被燃烧以操作所述内燃机； 进气系统，用于支持燃烧的空气是通过所述进气系统被引入所述燃烧室的； 废气系统，所述废气系统包括SCR催化剂，由所述燃烧室中的燃烧所产生的废气通过所述废气系统进入大气； 氨输送系统，所述氨输送系统用于在所述SCR催化剂上游将氨引入到所述废气系统中以便夹带废气流去往所述SCR催化剂，以构建所述SCR催化剂上的氨存储； 上游NOx传感器，其位于将氨向所述废气系统的引入的上游； 下游NOx传感器，其位于所述SCR催化剂的下游；以及 用于控制由所述氨输送系统将氨向所述废气系统的引入的处理器，使氨在一时间间隔上以足够的量引入而无显著的氨泄漏越过所述SCR催化剂直至存储在所述SCR催化剂上的氨的量基本上达到所述SCR催化剂的最大氨存储容量； 所述处理器还包括算法，所述算法用于a)通过处理某些数据计算在所述时间间隔期间的多个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨的量，所述数据包括在所述时间间隔期间由所述氨输送系统引入到所述废气系统中的氨的总量，b)通过处理某些数据计算在所述多个时刻中的每个时刻NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率，所述数据包括从所述上游NOx传感器和所述下游NOx传感器获得的NOx测量结果，以及c)在所述时间间隔上建立NOx通过氨向N2和H2O的催化 转化的效率与存储在所述SCR催化剂上的氨的量之间的相关性，所述相关性包括所计算的NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率以及所计算的在所述多个时刻中的每个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨的量。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述算法还用于控制在所述时间间隔上由所述氨输送系统将氨向所述废气流的引入，这是通过使所述SCR催化剂上的氨存储以不连续的增量构建来进行的，其中在每个增量之后控制氨的引入以将存储在所述SCR催化剂上的氨的量维持基本恒定直至所述SCR催化剂上的氨存储被增加紧随其后的氨的增量。
3.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，包括位于所述SCR催化剂下游的用于检测氨泄漏的氨传感器。
4.如权利要求3所述的内燃机，其特征在于，所述处理器还用于在所述时间间隔期间将存储在所述SCR催化剂上的氨的量与由所述氨传感器所检测的氨泄漏的量相关联。
5.一种建立存储在SCR催化剂上的氨与NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率之间的相关性的方法，其中所述SCR催化剂将包含燃烧产物的废气流中的NOx催化转化，所述方法包括: 控制由所述氨输送系统将氨向所述SCR催化剂上游的所述废气流的引入，使氨在一时间间隔上以足够的量引入而无显著的氨泄漏越过所述SCR催化剂直至存储在所述SCR催化剂上的氨的量基本上达到所述SCR催化剂的最大氨存储容量，以及 在所述时间间隔期间，执行算法以a)通过处理某些数据计算在所述时间间隔期间的多个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨的量，所述数据包括在所述时间间隔期间由所述氨输送系统引入到所述废气流中的氨的总量，b)通过处理某些数据计算在所述多个时刻中的每个时刻NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率，所述数据包括从氨向所述废气流的引入上游的上游NOx传感器和所述SCR催化剂下游的下游NOx传感器获得的NOx测量结果，以及C)在所述时间间隔上建立NOx转化效率与存储在所述SCR催化剂上的氨之间的相关性，所述相关性包括所计算的NOx转化效率以及所计算的在所述多个时刻中的每个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括:通过使氨存储在所述SCR催化剂上以不连续的增量构建来控制由所述氨输送系统在所述时间间隔上将氨向所述废气系统的引入，并且在存储在所述SCR催化剂上的氨的量已被增加每个增量之后，控制对氨的引入以将存储在 所述SCR催化剂上的氨的量维持基本恒定直至所述SCR催化剂上的氨存储被增加紧随其后的氨的增量。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括通过位于所述SCR催化剂下游的氨传感器来检测氨泄漏。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括在所述时间间隔期间将存储在所述SCR催化剂上的氨的量与由所述氨传感器所检测的氨泄漏的量相关联。
9.一种建立存储在SCR催化剂上的氨的量与NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率之间的相关性的系统，其中所述SCR催化剂将包含燃烧产物的废气流中的NOx催化转化，所述系统包括: 氨输送系统，所述氨输送系统用于将氨引入到位于所述SCR催化剂上游的所述废气流中以便夹带废气流去往所述SCR催化剂以在所述SCR催化剂上构建氨存储； 上游NOx传感器，其位于将氨向所述废气系统的引入的上游； 下游NOx传感器，其位于所述SCR催化剂的下游；以及 用于控制由所述氨输送系统将氨向所述废气流的引入的处理器，使氨在一时间间隔上以足够的量而无显著的氨泄漏越过所述SCR催化剂直至存储在所述SCR催化剂上的氨的量基本上达到所述SCR催化剂的最大氨存储容量； 所述处理器还包括算法，所述算法用于a)通过处理某些数据计算在所述时间间隔期间的多个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨的量，所述数据包括在所述时间间隔期间由所述氨输送系统引入到所述废气流中的氨的总量，b)通过处理某些数据计算在所述多个时刻中的每个时刻NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率，所述数据包括从所述上游NOx传感器和所述下游NOx传感器获得的NOx测量结果，以及c)在所述时间间隔上建立NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率与存储在所述SCR催化剂上的氨的量之间的相关性，所述相关性包括所计算的NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率以及所计算的在所述多个时刻中的每个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨的量。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述算法还用于控制在所述时间间隔上由所述氨输送系统将氨向所述废气流的引入，这是通过使所述SCR催化剂上的氨存储以不连续的增量构建来进行的，其中在每个增量之后控制氨的引入以将存储在所述SCR催化剂上的氨的量维持基本恒定直至所述SCR催化剂上的氨存储被增加紧随其后的氨的增量。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，包括位于所述SCR催化剂下游的用于检测氨泄漏的氨传感器。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于在所述时间间隔期间将存储在所述SCR催化剂上的氨的量与由所述氨传感器所检测的氨泄漏的量相关联。
【文档编号】F01N3/20GK104033217SQ201310542001
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2012年11月5日
【发明者】N·辛格, M·J·米勒, A·拉克, P·恰林钱诺德 申请人:万国引擎知识产权有限责任公司
【专利摘要】一种系统和方法，用于通过处理某些数据计算在一时间间隔期间的多个时刻存储在SCR催化剂上的氨的量，这些数据包括在该时间间隔期间引入到废气流中的氨的总量，通过处理某些数据计算在多个时刻中的每个时刻NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率，这些数据包括从上游和下游NOx传感器获得的NOx测量结果，以及在该时间间隔上建立NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率与存储在SCR催化剂上的氨的量之间的相关性，该相关性包括所计算的NOx的催化转化的效率以及所计算的在多个时刻中的每个时刻存储在SCR催化剂上的氨的量。
【专利说明】SCR催化剂上的氨存储
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及气态燃烧产物流中的氧化氮(NOx)的选择性催化还原(SCR)，尤其涉及用于在一时间间隔上建立通过将氨(NH3)引入到流中而引起的NOx到氮(N2)和水(H2O)的催化转化的效率与存储在用于催化转化流中的NOx的SCR催化剂上的氨的量之间的相关性的系统和方法。
【背景技术】
[0002]一种用于内燃机废气后处理的技术利用SCR使得在废气中的NOx和引入到SCR催化剂上游的内燃机废气系统中的氨(NH3)之间能够发生某些化学反应以夹带废气流向其表面上存储有氨的SCR催化剂。这些反应将NOx转化成氮(N2)和水(H2O),这两种组分在地球的大气中是充足的。在某些这些反应中NOx和NH3是仅有的反应物，而在其它反应中可能存在于废气中的氧(O2)是第三反应物。
[0003]将足量的氨引入以维持SCR催化剂的表面上存在氨，其中在SCR催化剂的表面上发生还原NOx的化学反应。
【发明内容】
[0004]可按多种方式中的任何方式来测量引入废气系统中的氨的量。但是，该测量结果并不一定等于被消耗的用于还原NOx的氨的量。氨被存储在SCR催化剂的表面上，并且有些时候，例如当废气流开始时，过量的氨被引入用于构建存储在SCR催化剂上的氨的量。当存储在SCR催化剂上的氨的量达到SCR催化剂的最大氨存储容量时，超过还原NOx所需量的任何量的氨不被消耗，而是通过SCR催化剂并进入大气中。这种过量被称为氨泄漏。
[0005]本公开主题涉及在一时间间隔上建立通过将氨(NH3)引入到废气流中而引起的NOx到氮(N2)和水(H2O)的催化转化的效率与存储在用于催化转化流中的NOx的SCR催化剂上的氨的量之间的相关性。
[0006]在该时间间隔的开始，存储在SCR催化剂上的氨的量少于SCR催化剂的最大氨存储容量。该量可以是零。控制由氨输送系统引入到废气流中的氨的量以构建以SCR催化剂的最大氨存储容量为目标同时避免氨泄漏的存储在SCR催化剂上的氨的量。当存储在SCR催化剂上的氨的量达到SCR催化剂的最大氨存储容量时，氨的连续引入继续尝试在SCR催化剂上构建氨存储，但是在该点上发生氨泄漏。可由SCR催化剂下游的氨传感器检测氨泄漏。
[0007]所公开主题的一个一般方面涉及如独立权利要求1所述的内燃机。
[0008]所公开主题的另一个一般方面涉及如独立权利要求5所述的方法。
[0009]所公开主题的另一个一般方面涉及如独立权利要求9所述的系统。
[0010]参考以下作为本公开一部分的附图，以上
【发明内容】
伴随着在以下【具体实施方式】中呈现的对本公开的进一步详细的描述。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是通过与引入废气的氨的化学反应利用SCR还原内燃机废气中的NOx的内燃机的一般不意图。
[0012]图2是例示图1中呈现的NOx还原系统的细节的示图。
[0013]图3是用于估计在图2的NOx还原系统中由与NOx的化学反应消耗的还原剂(NH3)的量的算法的示图。
[0014]图4是示出在一时间间隔上与时间成函数关系的存储在SCR催化剂上的氨的量的曲线图。
[0015]图5是示出在与图4相同的时间间隔上发生的NOx转化的效率的曲线图。
【具体实施方式】
[0016]图1示出可用于固定或移动应用的代表性内燃机10。例如，内燃机10可以是柴油机，其包括形成许多内燃机汽缸12的结构，其中燃料通过燃料喷射器14喷射到内燃机汽缸12中以与在用于控制空气从进气歧管20到相应内燃机汽缸12的进入的汽缸进气阀18打开时已经通过进气系统16进入内燃机汽缸12的燃烧室空间中的空气燃烧。可能存在于当代柴油机的进气系统中的其它组件(例如涡轮增压器压缩器和增压空气冷却器)未被示出。
[0017]内燃机10还包括废气系统22，其中通过该废气系统22将在燃烧室空间中的用于操作内燃机10的所喷射燃料的燃烧所产生的内燃机废气输送至大气。汽缸排气阀24控制废气从相应内燃机汽缸12进入到排气歧管26，以通过废气系统22进一步输送。
[0018]废气系统22包括用于在废气进入大气之前对其进行处理的废气后处理系统28。可能存在于当代柴油机的废气系统中的其它组件(例如涡轮增压器涡轮)未被示出。
[0019]基于处理器的内燃机控制模块(ECM) 30控制内燃机操作的多个方面，诸如通过燃料喷射器14向内燃机汽缸12添加燃料。通过对各种输入数据(一般用附图标记32来指示)进行处理来完成控制，以产生用于控制由各种设备执行的功能的控制数据。
[0020]在图2中详细示出废气后处理系统28，其包括强制废气通过的结构。所示的特殊结构包括具有轴向长度的通常圆柱形的外壳34、位于上游轴向末端的废气入口 36以及位于下游轴向末端的废气出口 38。箭头40指示废气流入、流经以及流出外壳34的内部空间的方向。
[0021]在其内部空间中，外壳34包含位于废气入口 36下游的柴油氧化催化剂(DOC) 42以及位于D0C42下游的SCR催化剂44。通过废气入口 36进入外壳34的内部空间的废气被强制首先通过D0C42并且随后在通过废气出口 38离开之前通过SCR催化剂44。D0C42通过去除某些夹带的物质(例如，柴油微粒物质的可溶有机馏份)来处理内燃机废气。SCR催化剂44根据诸如以下的化学反应通过还原NOx来处理内燃机废气:
[0022]4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20
[0023]N0+N02+2NH3 — 2N2+3H20
[0024]6N02+8NH3 — 7N2+12H20
[0025]SCR催化剂44可以是不仅还原NOx而且俘获夹带的微粒物质(烟灰)的类型，并且因此需要不时地再生。
[0026]氨供给46存储用于NOx还原的氨。来自供给46的氨由氨输送系统通过导管48引入到外壳34的内部，其中导管48具有位于D0C42下游且在SCR催化剂44上游的位置处的出口 50。图2旨在描绘氨在废气流中的良好分布，这与如何将其完成使得可在SCR催化剂44的尽可能大的表面积上保证氨的持续存在的特定结构细节无关。
[0027]基于处理器的氨剂量控制器52通过处理各种数据(包括来自与其通信的ECM30的数据)来控制氨输送系统将氨从氨供给46引入到外壳34。控制器52还根据用于估计在废
气通过废气系统22时由NOx的转化所消耗的氨的量的算法来处理数据。作为_
提交的共同享有的待审专利申请N0._ (律师卷号7180)的主题的该算法54将参考
图3进行说明。
[0028]该算法处理指示在出口 50的上游位置测量的NOx量的数据以及指示在SCR催化剂44的下游位置测量的NOx量的数据。这些数据由D0C42上游的上游NOx传感器56和下游NOx传感器58来分别提供，这两个传感器均在图2中示出。假设NOx传感器58对氨不敏感，那么它应当提供在任何氨泄漏存在的情况下对NOx的合理准确测量。NOx传感器56可由足够准确的虚拟NOx传感器来替代。
[0029]控制器52处理来自NOx传感器56的指示未经处理(即，“内燃机排出”)的废气中的NOx量的数据以及来自NOx传感器58的指示在已由SCR使用存储在SCR44的表面上的氨来处理的废气中的NOx量的数据。该处理执行第一计算60，其产生一分数，该分数与由下游NOx传感器58指示的NOx量除以由上游NOx传感器56指示的NOx量相等。第二计算62从I中减去所计算的分数，留下表示已被还原的NOx的分数的所得分数。
[0030]通过使用以上给出的三个化学反应以及计算62的结果，算法54执行为还原NOx至步骤62计算的所得分数的而消耗的氨的量的计算64。但是，该计算的结果仅仅基于反应的化学性质而没有考虑废气流量。因此通过计算66来计算对实际消耗的估计，该计算将计算64的结果乘以按任何适当方式测量或估计的废气流量。取决于废气流量的测量单位，可能需要计算68将计算66的结果转换成氨消耗的所需单位。
[0031]控制器52的处理器还根据另一算法来处理数据，该算法可用于a)通过处理某些数据计算在一时间间隔期间的多个时刻存储在SCR催化剂44上的氨的量，这些数据包括在该时间间隔期间由氨输送系统引入到废气系统22中的氨的总量，b)通过处理某些数据计算在多个时刻中的每个时刻NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率，这些数据包括从上游NOx传感器56和下游NOx传感器58获得的NOx测量结果，以及c)在该时间间隔上建立NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率与存储在SCR催化剂44上的氨的量之间的相关性。该相关性包括所计算的NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率以及所计算的在多个时刻中的每个时刻存储在SCR催化剂44上的氨的量。
[0032]图4示出开始于零秒的时间间隔T，在零秒时废气首先开始流经废气系统22且氨首先开始被引入到废气系统22中。迹线70表示在时间间隔T期间作为时间函数的存储在SCR催化剂44上的氨的量函数关系。迹线70由控制器52的处理器产生，该处理器计算在时间间隔T期间的多个时刻中的每个时刻存储在SCR催化剂44上的氨的量。通过测量在开始于零秒且结束于计算的时刻的一时间段上已经引入到废气系统22中的氨的总量在多个时刻中的每个时刻执行该计算。从这些测量结果中的每一个中减去从零秒时刻开始消耗的氨的量的计算结果。该差是在该时刻存储在SCR44上的氨的量。
[0033]随后在图4中示出的曲线图上描绘与多个时刻中的每个时刻相关的在该多个时刻存储在SCR44上的氨的量以创建迹线70。控制器52控制在时间间隔T上将氨向废气流的引入，这是通过使SCR催化剂44上的氨存储以不连续的增量构建来进行的，在每个增量之后控制氨的引入以将存储在SCR催化剂44上的氨的量维持基本恒定直至氨存储被增加紧随其后的氨的增量，如迹线70所示。
[0034]图2示出氨传感器72存在于后处理系统28的下游用于检测氨泄漏。图4示出第二迹线74，其公开泄漏开始的时刻。在迹线70上，该时刻限定SCR催化剂44的最大氨存储容量。图4示出在SCR催化剂44上构建氨发生而无任何显著泄漏的方式，因此作为结果，显著泄漏的开始正确地指示SCR44的最大氨存储容量。
[0035]图5以百分比转化的形式示出在时间间隔T的初始阶段期间的NOx转化的迹线76。通过处理来自上游NOx传感器56和下游NOx传感器58的NOx测量结果产生迹线76。通过利用时刻，迹线76和迹线70可被相关从而使SCR催化剂44的存储容量与NOx转化的
效率相关。
【权利要求】
1.一种内燃机，包括: 燃烧室，在所述燃烧室内燃料被燃烧以操作所述内燃机； 进气系统，用于支持燃烧的空气是通过所述进气系统被引入所述燃烧室的； 废气系统，所述废气系统包括SCR催化剂，由所述燃烧室中的燃烧所产生的废气通过所述废气系统进入大气； 氨输送系统，所述氨输送系统用于在所述SCR催化剂上游将氨引入到所述废气系统中以便夹带废气流去往所述SCR催化剂，以构建所述SCR催化剂上的氨存储； 上游NOx传感器，其位于将氨向所述废气系统的引入的上游； 下游NOx传感器，其位于所述SCR催化剂的下游；以及 用于控制由所述氨输送系统将氨向所述废气系统的引入的处理器，使氨在一时间间隔上以足够的量引入而无显著的氨泄漏越过所述SCR催化剂直至存储在所述SCR催化剂上的氨的量基本上达到所述SCR催化剂的最大氨存储容量； 所述处理器还包括算法，所述算法用于a)通过处理某些数据计算在所述时间间隔期间的多个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨的量，所述数据包括在所述时间间隔期间由所述氨输送系统引入到所述废气系统中的氨的总量，b)通过处理某些数据计算在所述多个时刻中的每个时刻NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率，所述数据包括从所述上游NOx传感器和所述下游NOx传感器获得的NOx测量结果，以及c)在所述时间间隔上建立NOx通过氨向N2和H2O的催化 转化的效率与存储在所述SCR催化剂上的氨的量之间的相关性，所述相关性包括所计算的NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率以及所计算的在所述多个时刻中的每个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨的量。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，所述算法还用于控制在所述时间间隔上由所述氨输送系统将氨向所述废气流的引入，这是通过使所述SCR催化剂上的氨存储以不连续的增量构建来进行的，其中在每个增量之后控制氨的引入以将存储在所述SCR催化剂上的氨的量维持基本恒定直至所述SCR催化剂上的氨存储被增加紧随其后的氨的增量。
3.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于，包括位于所述SCR催化剂下游的用于检测氨泄漏的氨传感器。
4.如权利要求3所述的内燃机，其特征在于，所述处理器还用于在所述时间间隔期间将存储在所述SCR催化剂上的氨的量与由所述氨传感器所检测的氨泄漏的量相关联。
5.一种建立存储在SCR催化剂上的氨与NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率之间的相关性的方法，其中所述SCR催化剂将包含燃烧产物的废气流中的NOx催化转化，所述方法包括: 控制由所述氨输送系统将氨向所述SCR催化剂上游的所述废气流的引入，使氨在一时间间隔上以足够的量引入而无显著的氨泄漏越过所述SCR催化剂直至存储在所述SCR催化剂上的氨的量基本上达到所述SCR催化剂的最大氨存储容量，以及 在所述时间间隔期间，执行算法以a)通过处理某些数据计算在所述时间间隔期间的多个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨的量，所述数据包括在所述时间间隔期间由所述氨输送系统引入到所述废气流中的氨的总量，b)通过处理某些数据计算在所述多个时刻中的每个时刻NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率，所述数据包括从氨向所述废气流的引入上游的上游NOx传感器和所述SCR催化剂下游的下游NOx传感器获得的NOx测量结果，以及C)在所述时间间隔上建立NOx转化效率与存储在所述SCR催化剂上的氨之间的相关性，所述相关性包括所计算的NOx转化效率以及所计算的在所述多个时刻中的每个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括:通过使氨存储在所述SCR催化剂上以不连续的增量构建来控制由所述氨输送系统在所述时间间隔上将氨向所述废气系统的引入，并且在存储在所述SCR催化剂上的氨的量已被增加每个增量之后，控制对氨的引入以将存储在 所述SCR催化剂上的氨的量维持基本恒定直至所述SCR催化剂上的氨存储被增加紧随其后的氨的增量。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，包括通过位于所述SCR催化剂下游的氨传感器来检测氨泄漏。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括在所述时间间隔期间将存储在所述SCR催化剂上的氨的量与由所述氨传感器所检测的氨泄漏的量相关联。
9.一种建立存储在SCR催化剂上的氨的量与NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率之间的相关性的系统，其中所述SCR催化剂将包含燃烧产物的废气流中的NOx催化转化，所述系统包括: 氨输送系统，所述氨输送系统用于将氨引入到位于所述SCR催化剂上游的所述废气流中以便夹带废气流去往所述SCR催化剂以在所述SCR催化剂上构建氨存储； 上游NOx传感器，其位于将氨向所述废气系统的引入的上游； 下游NOx传感器，其位于所述SCR催化剂的下游；以及 用于控制由所述氨输送系统将氨向所述废气流的引入的处理器，使氨在一时间间隔上以足够的量而无显著的氨泄漏越过所述SCR催化剂直至存储在所述SCR催化剂上的氨的量基本上达到所述SCR催化剂的最大氨存储容量； 所述处理器还包括算法，所述算法用于a)通过处理某些数据计算在所述时间间隔期间的多个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨的量，所述数据包括在所述时间间隔期间由所述氨输送系统引入到所述废气流中的氨的总量，b)通过处理某些数据计算在所述多个时刻中的每个时刻NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率，所述数据包括从所述上游NOx传感器和所述下游NOx传感器获得的NOx测量结果，以及c)在所述时间间隔上建立NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率与存储在所述SCR催化剂上的氨的量之间的相关性，所述相关性包括所计算的NOx通过氨向N2和H2O的催化转化的效率以及所计算的在所述多个时刻中的每个时刻存储在所述SCR催化剂上的氨的量。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述算法还用于控制在所述时间间隔上由所述氨输送系统将氨向所述废气流的引入，这是通过使所述SCR催化剂上的氨存储以不连续的增量构建来进行的，其中在每个增量之后控制氨的引入以将存储在所述SCR催化剂上的氨的量维持基本恒定直至所述SCR催化剂上的氨存储被增加紧随其后的氨的增量。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，包括位于所述SCR催化剂下游的用于检测氨泄漏的氨传感器。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于在所述时间间隔期间将存储在所述SCR催化剂上的氨的量与由所述氨传感器所检测的氨泄漏的量相关联。
【文档编号】F01N3/20GK104033217SQ201310542001
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2012年11月5日
【发明者】N·辛格, M·J·米勒, A·拉克, P·恰林钱诺德 申请人:万国引擎知识产权有限责任公司
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