專利名稱：用于確定容器中的固體氨存儲材料的飽和度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為氨消耗過程中的氨的來源的固體氨存儲材料的應用。通過加熱，利用與固體的受控制的熱脫附(thermaI desorpt ion ),使得可從可再充的固體存儲材料得到氨。具體而言，本發(fā)明涉及通過啟動期間的過程來確定存儲材料的近似的飽和程度(saturation level)的方法。這實現(xiàn)了類似于液體容器的填充程度的功能。
背景技術(shù)：
氨是在許多應用中廣泛使用的化學品。一種特定的應用是作為選擇性催化還原(SCR)來自燃燒過程的廢氣中的NOx的還原劑。對于大多數(shù)應用，特別是在汽車工業(yè)應用中，氨以加壓液體的形式存儲在容器中 太危險。尿素安全的，但是對于移動輸送氨來說是間接并且不切實際的方法，因為它要求通過涉及噴射、蒸發(fā)、熱分解和水解的過程((NH2)2CCHH2O — 2NH3+C02)來將尿素轉(zhuǎn)換成氨，這在低發(fā)動機負載或寒冷天氣的駕駛條件下是難以實現(xiàn)的。涉及分子氨在固體中的吸附或吸收的存儲方法可以規(guī)避無水液氨(anhydrousliquid ammonia)的安全性隱患，并消除分解液體還原劑所存在的問題。金屬氨絡(luò)物鹽(ammine salt)是氨吸收和脫附材料，這些材料可以用作氨的固體存儲介質(zhì)(參見，例如WO 2006/012903A2 )，而固體存儲介質(zhì)，如上文所提及的，又可以被用作選擇性催化還原中的還原劑來減少NOx排放量。對于用作汽車的NOx還原的氨源，對該功能的需求緊密地關(guān)系到排放立法和實際行車條件下的動態(tài)操作。氨存儲和提供系統(tǒng)(下面縮寫為ASDS)必須能夠在發(fā)動機啟動之后不久提供氨，以取得根據(jù)例如歐洲和US行駛工況(driving cycle)的車輛認證(vehiclecertification)。WO 2008/077652A2公開了通過使系統(tǒng)具有兩個主要功能來快速從固體存儲材料獲得氨的方法和設(shè)備通過例如電能加熱的小的操作部件，以及被用作執(zhí)行小部件的機載再飽和的源的較大的氨存儲部件。該方法和設(shè)備可以具有至少兩種類型的配置-如果較小部件中的材料對于氨吸收比大部件中的材料具有更大的粘結(jié)強度，那么較小部件可以在操作之后被動地從大容器中吸收氨一即使較大的部件沒有被加熱。-如果兩個容器中的材料相同，那么較大的容器配備有用于加熱的裝置，提供了從主容器達到合適的脫附壓力(desorption pressure)以再飽和較小部件的機會。優(yōu)化這樣的系統(tǒng)所要做的是能夠確定何時執(zhí)行較小存儲部件的再飽和一或更直接地，與容器中的液面?zhèn)鞲衅骶哂邢嗤愋偷墓δ艿姆椒?。弄?較小的)存儲部件要求(從較大的部件)再飽和的一種方式是它何時是空的。吸收氨的材料通常在溫度和脫附壓力之間具有明確的關(guān)系，以及如果在某一溫度無法形成所需的脫附壓力，那么存儲材料中的氨已耗盡一正如如果部件不包含任何水，則在汽鍋中不能產(chǎn)生蒸氣壓力一樣。WO 2009/156204A1公開了一種類似于WO 2008/077652A2的系統(tǒng)，但是添加了通過使用存儲部件的壓力測量值和溫度來將小存儲部件確定為空的特征。然而，不清楚這樣的方法實際上是否令人滿意地起作用。因此，需要一種使裝載有能夠吸收和脫附氨的材料的容器中的氨的飽和度能被確定或估計的新方法。優(yōu)選地，此方法應該不會在系統(tǒng)中引入新的成本高的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于確定被用作氨消耗過程(例如，利用內(nèi)燃過程選擇性還原車輛中的NOx)的氨源的固體氨存儲部件中的飽和程度的方法。利用加熱存儲部件，通過熱脫附從存儲材料中獲得氨。可以在每一冷啟動階段，例如當在不使用某一時間段之后對存儲部件進行加熱時的開頭0. 1-10分鐘，確定飽和度S (S=O是空，而S=I或S=100%是滿)。確定S的方法涉及-建立部件的初始溫度Tinit的知識。此溫度可以簡單地是在使用存儲部件的應用(車輛)中的別處測量到的周圍環(huán)境的溫度，如果該部件處于不工作模式達某一時間段，例 如，30分鐘或更多。-開始對部件加熱，并開始記錄有效加熱時間的持續(xù)時間(例如，以加熱的秒數(shù)來度量)?？闪磉x地，如果加熱器在恒定電壓供電(諸如PTC加熱元件)時沒有恒定功率輸出，則可以通過累積的能量(例如，能量輸入Q的焦耳或瓦特小時)來計算有效加熱時間。-作為加熱期間的時間的函數(shù)，測量(離散地或連續(xù)地)由固體存儲材料經(jīng)受溫度的上升所產(chǎn)生的脫附壓力。-記錄當達到給定壓力目標P
TARGET 時的時間 ^target (或者 Qtarget )。-使用tTAK；ET和Tinit的值來計算近似的飽和度S。一般描述已經(jīng)認識到，在開始加熱之后的啟動瞬時條件下，溫度不是恒定的并且材料可能部分地飽和。結(jié)果，在背景技術(shù)部分中提到的W02009/156204A1中公開的方法中，壓力的測量值以及來自存儲材料中的(或旁邊的)溫度傳感器的輸出值幾乎不能用于充分地確定飽和度。這樣的方法只允許確定部件何時是空的——而不能確定多長時間后會變空。這樣的方法的另一種困難是，小的存儲部件在重新生成之前的最后的周期將具有長的啟動時間(可能無法接受的長)，因為不能實際評估啟動部件何時在下一次冷啟動中的啟動中將不會表現(xiàn)得很好。最后，較小的存儲部件的滿的再飽和可能不能始終被獲取到，且已知的方法缺乏確定多少氨從主存儲部件輸送回到較小部件的能力。這可能進一步增加到較小存儲部件的飽和度的不確定性。使用tTAKeET和Tinit的值來計算近似的飽和度S可以基于例如以預期的或試驗性的映射數(shù)據(jù)或查詢表的形式來描述存儲部件的模型或算法?？梢詾榇鎯Σ考脑?，或者甚至具體地為所討論的單個部件，生成一組試驗性的映射數(shù)據(jù)或查詢表。這種S的估計可被用于(但不僅限于)下列特征-如果S低于臨界水平，即，在可以預料在下一次冷啟動時無法實現(xiàn)立法要求內(nèi)的適當?shù)膯訒r間的情況下，通過加熱一個或多個額外存儲部件來開始對(部分地)耗盡的存儲部件的再飽和，以獲取適當?shù)尿?qū)動力，以便使用太低的S-值再飽和(部分地)耗盡的部件。-S的知識可被用于對于例如汽車工業(yè)的機載診斷(0BD)，其中，對于知道與由內(nèi)燃機提供動力的車輛的排氣控制系統(tǒng)有關(guān)的功能硬件的操作狀態(tài)有某些要求。
在存儲部件沒有達到完全再飽和的狀態(tài)的情況下，本發(fā)明特別有益，在實際應用中在主存儲箱已經(jīng)被加熱以提供用于重新吸收氨的合適的壓力之后幾乎總是這樣的情況，因為它允許確定再飽和事件之后的獲取的S-值，而不僅僅依賴于達到S=I的假設(shè)。一些實施例具有存儲部件的特定配置，其中，加熱元件被放置在存儲材料的內(nèi)部(或嵌入)，從而存儲材料變?yōu)榕c周圍環(huán)境的絕熱體。這還提供了改進的降低操作過程中的功率消耗的機會，并改進稍后的再飽和，因為部件中的重新吸收會釋放必須從部件散發(fā)的熱量。如果從外部進行加熱，則再飽和慢得多，因為外部將要求隔熱，但是同時這對再飽和將具有負面效果。內(nèi)部加熱的一個特殊特征是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果加熱器在部件內(nèi)部，則tTARGET和S之間的聯(lián)系更明確，因為所有能量輸入在熱量損失到周圍環(huán)境之前都被散發(fā)到存儲材料中。如此，可以以更大的準確性來執(zhí)行對S的估計。根據(jù)另一可選特征，S的知識對于非常長的駕駛距離來說很重要，從而在駕駛期 間，存在較小部件用完氨或交叉臨界水平飽和程度的風險。在啟動期間估計了 S之后，算法可以另外包括-在啟動周期之后的駕駛過程中(其中，測量了tTA■或Qta■，并估計了 S)，計算定量的氨的量，并從估計的S-值中減去所述量，以得到減小飽和度的實時參數(shù)?？梢詫⒃隈{駛周期結(jié)束時的S的值與在下一個啟動階段獲取的值進行比較，即，S的實際值存儲在模型/算法/控制器中。-在延長的駕駛周期的過程中，由于氨的定量(dosing)，S參數(shù)減小?？刂破骺梢源_定在操作期間是否達到S的臨界水平，以及另外的存儲部件要求通過加熱來激活。這防止了較小部件被脫氣到在下一次冷啟動時可以獲得的合適的啟動時間的級別之下的情況。該方法的其他特征以及在要求參數(shù)S的知識的類似的應用中的使用在所公開的方法中是固有的，或通過下列對各實施例的詳細描述以及其附圖，將變得顯而易見。


圖1(A+B)示出了本發(fā)明的實施例的示例。部分A和B是指兩個不同的飽和狀態(tài)滿飽和(A)和部分地飽和(B)。圖例A1、A2、B1和B2是指存儲材料中的某些位置。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的算法的示例。圖3示出了以Sr(NH3)8Cl2作為容器中的氨存儲材料來驗證本發(fā)明的能力的試驗數(shù)據(jù)的示例。圖4示出了以Mn(NH3)6Cl2作為容器中的氨存儲材料來驗證本發(fā)明的能力的試驗數(shù)據(jù)的示例。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明作出并分析的特定啟動輪廓測量值的示例。圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的整個氨提供設(shè)備或系統(tǒng)的實施例。
具體實施例方式圖IA示出了其中可以應用本發(fā)明的設(shè)備的示例?？梢杂衫玟摶蜾X制成的存儲容器1，在存儲材料3內(nèi)部包含加熱元件2，且該容器具有可使氨在通過加熱的脫附過程中流出的出口管4，它還允許提供來自不同的源(例如，較大的存儲容器10 (圖6))的氨的壓力，以再飽和存儲材料。加熱器可以是具有電源5的電加熱器。利用連接到管4的壓力傳感器8 (圖6所示出的)來進行壓力測量。圖IB示出了相同部件，但是這里在通過對部件加熱脫附了一些氨之后存儲材料被部分地脫氣(degassed)。脫氣部分6通常與熱源最靠近，而飽和材料3則遠離熱源。線7示出了前沿(front)，材料在一側(cè)3完全飽和，而在另一側(cè)6部分地或完全脫氣。在現(xiàn)實中，這樣的明顯前沿不存在，但是可以作為整個容器的加權(quán)平均值來計算總體飽和度。例如，存儲容器I使氨可用于例如由柴油發(fā)動機14 (如圖6所示)驅(qū)動的車輛的廢氣15 (如圖6所示)中的選擇性催化還原(SCR)催化劑16 (圖6中所包括的)中的NOx轉(zhuǎn)換。在引言中，提及了關(guān)聯(lián)到來自固體的脫附壓力的簡單溫度測量 無法用于確定S，并且這從圖I顯而易見地看出。示出了固體中的兩個位置靠近加熱器的Al和BI，以及A2和B2遠離熱源。可以看出，將溫度傳感器置于加熱器內(nèi)部，置于容器的壁上或作為示例在點A1/B1或A2/B2將不會提供將熱力學(吸收材料的溫度和壓力關(guān)系)與飽和度關(guān)聯(lián)的機會。在加熱過程中將始終有存在于容器中的斜率，以及某一溫度級別無法關(guān)聯(lián)到通過脫附來提供氨壓力的材料的明確的均勻溫度。本發(fā)明的假設(shè)是，氨從存儲部件中的漸進的脫氣將增大從加熱器到部分地或完全飽和的材料的傳熱距離，并且這將引入從開始加熱的時間到移動溫度前沿達到飽和的材料的時間點的明確的延時。本發(fā)明的另一假設(shè)是，此時間延遲將與加熱開始之前存儲部件的初始溫度具有唯一關(guān)系。兩個假設(shè)都必須滿足，以便使本發(fā)明在例如其中使用存儲部件來使氨可用于在車輛的冷啟動之后不久通過SCR的NOx轉(zhuǎn)換的車輛的所有相關(guān)條件下起作用。如果初始溫度! 和飽和度S的幾乎所有的組合下的存儲部件具有用于達到某一希望的壓力級別Ptamet的所需的加熱時間tTAKeET的唯一值(或明確的間隔)，則可以作出與用于估計飽和度的可能的方法的關(guān)聯(lián)。這種壓力級別可以通過標準壓力傳感器8 (圖6)來測量，并且對于固體材料的這樣的應用，這樣的傳感器將必須存在，因為在初始預熱周期結(jié)束之后對部件的加熱必須受控制。圖2示出了在啟動過程中可以應用的算法結(jié)構(gòu)的示例。一旦在啟動過程中發(fā)現(xiàn)Tinit和tTAffi；ET的值，那么可以基于使用存儲部件的設(shè)計知識(例如，加熱器功率、大小、存儲材料)的模型或算法和/或依賴于(例如，試驗性的)映射數(shù)據(jù)或查詢表的計算來估計S。該算法可以另外使用導出的S-值的知識來評估該存儲部件是否要求從另一氨源一通常是能夠通過熱脫附從存儲材料3生成氨壓力的較大的存儲部件10—進行再飽和。圖3示出了驗證本發(fā)明的兩階段假設(shè)的試驗數(shù)據(jù)的一個示例。準備了類似于圖I的存儲部件。它是大小大約為300ml的不銹鋼容器I，其中包含例如通過230W電源5來供電的電熱元件2 (圖6)，并且包含SrCl26作為直接嵌入在加熱器2的周圍的氨吸收材料，在其完全飽和狀態(tài)下，它是Sr (NH3) 8C123的形式。該部件包含其飽和形式3的大約300g材料。數(shù)據(jù)示出了對于四種不同級別的S，作為Tinit的函數(shù)的達到Ptaket (3巴絕對壓力)的tTAffiET。Tinit是通過標準溫度傳感器9 (圖6)來測量的?？梢蕴峁┒块y門12 (圖6)來調(diào)節(jié)例如車輛的排氣管線中的氨的量。在測量壓力上升的過程中，優(yōu)選地，不通過定量閥門12來調(diào)節(jié)氨的量，以確保壓力的變化只是加熱的結(jié)果而不是壓力上升的結(jié)果，對還原的妨礙是由定量所導致的壓力。
已經(jīng)多次重復了作為變化的S和Tinit的函數(shù)的TAKeET的二維試驗性的映射，以便能夠在每一個測量值中作出置信間隔。令人驚訝的是，在不同的溫度級別和多個再飽和階段下的系統(tǒng)的瞬間操作導致如此窄的置信間隔，以至于實現(xiàn)本發(fā)明的預期概念。圖中標記為SI、S2、S3和S4的多個點將在下面的描述中使用。圖4示出了驗證本發(fā)明的兩階段假設(shè)的試驗數(shù)據(jù)的另一示例一但是使用不同的材料:Mn(NH3)6C12。發(fā)現(xiàn)非常明確的參數(shù)關(guān)聯(lián)和窄的標準偏差。盡管圖3和4代表驗證本發(fā)明的功能的試驗數(shù)據(jù)，但是它們還代表可以用于查詢表中的原始映射數(shù)據(jù)的示例。圖3和4給出輸入?yún)?shù)Tinit和tTAMET的二維空間中的S的映射值。進一步使用映射數(shù)據(jù)的示例如下-創(chuàng)建作為Tinit和tTAK；ET的連續(xù)的表面樣條函數(shù)來描述S的函數(shù)，并對于Tinit和 tTAEGET的任何給定組合計算S-創(chuàng)建基于Tinit和tTAffi；ET的最近的實測點的S-值來計算S的插值函數(shù)。作為示例，圖4上的點SI通過在Tinit=40° C的兩個最近的實測點之間內(nèi)插，給出70%的近似的S_值。另一示例是圖4上的點S3，其中點Tinit=-25° C和tTAffiET=650秒周圍的框中的四個最近的點被用于內(nèi)插，以獲取S=50%的近似的級別-創(chuàng)建多項式近似法函數(shù)，這些函數(shù)可以基于參數(shù)Tinit和^■的任何組合來計算S0試驗數(shù)據(jù)可以通過數(shù)學模型來替換或補充，該數(shù)學模型通過使用諸如部件的大小、存儲材料的熱容量和熱傳導性、加熱器的功率以及初始溫度來描述存儲部件的瞬時預熱動態(tài)特性，以對于S和Tinit的不同組合，模擬tTAK；ET值。圖5示出了變化的Tinit和S下的啟動階段的一些示例?？梢钥闯?，tTAKeET是S和Tinit的函數(shù)——如在圖3和4的大量的映射中所報告的。圖3和4包括基于在圖5上看到的這些類型的曲線的大量tTAKeET數(shù)據(jù)?？梢钥吹降氖荘軸上的不同的起始點。在非常低的Tinit，加熱之前的壓力靠近零巴，而在室溫下的Tinit靠近I巴。這實現(xiàn)另一可選特點當開始啟動階段時，T—可以與存儲材料的P-T關(guān)系(例如，范特霍夫(van’t Hoff)類型)的知識一起使用。壓力是溫度(T)的函數(shù)，即P=f (T)，并且如果Pinit不靠近f (Tinit)，那么控制器或算法可以確定存儲部件在周圍環(huán)境的溫度級別(測量為Tinit)之上或以下且不接近熱平衡。如果車輛只停了例如10分鐘并且然后再次啟動，則會發(fā)生這樣的事件。在這樣的情況下，預熱輪廓曲線(profile)將不會具有明確的參考點，因為它比周圍環(huán)境更熱并可能不會導致對S的可靠估計。控制器或算法可包括選擇丟棄在對于應用的模型/映射/查詢表的異常條件下作出的對S的估計的邏輯結(jié)構(gòu)。圖2示出了在啟動過程中可以應用的算法結(jié)構(gòu)的示例。在第一框中，建立部件的初始溫度Tinit的知識。在第二框中，開始對部件加熱，并開始記錄有效加熱時間t的持續(xù)時間或累積的能量Q。在第三框，作為加熱期間的時間的函數(shù)，測量一離散地或連續(xù)地一由固體存儲材料經(jīng)受溫度的上升所產(chǎn)生的脫附壓力。在第四框，記錄當部件達到給定壓力目標Ptaeget時的時間tTAK；ET (或者可另選地QTAReET)。在第五框，使用tTAK；ET和Tinit的值來計算近似的飽和度S。計算可以使用描述存儲部件的模型或算法來執(zhí)行和/或通過為此類部件，或具體地為所考慮的單個部件生成的(試驗性的或理論的)映射數(shù)據(jù)或查詢表來執(zhí)行。第六框示出了可選活動如果S低于臨界要求級別，則通過加熱一個或多個額外部件來開始對(部分地)耗盡的存儲部件的再飽和，以獲取適當?shù)尿?qū)動力，以便以非常低的S-值再飽和(部分地)耗盡的部件。優(yōu)選地，在開始例如進入車輛的排氣管線中的氨的定量之前的加熱時間間隔執(zhí)行這種方法。圖3示出了兩個點，SI和S2。作為一個示例，在部件的冷啟動期間，Tinit是20° C，以及達到目標壓力的時間大約是25秒。這導致與S=100%曲線交叉的映射點SI。假設(shè)當Tinit高于20° C時部件始終必須能夠在200秒(tmx的假定值)內(nèi)的劑量，那么可以遵循S=100%曲線，并推導點S2處的tTAK；ET仍位于200秒限制之下。因此，將不會要求再飽和，除非在關(guān)閉來自部件的氨釋放之前完成延長的脫氣。
圖4也示出了兩個點，被標記為SI和S2。在部件的冷啟動期間，1 是40° C，以及達到目標壓力的時間大約是250秒。這位于S=80%和S=60%曲線之間的映射點SI，即S可以被插入到大約70%處(使用內(nèi)插限制了對大量的映射數(shù)據(jù)或大小查詢表的需求)。對于圖4的示例，我們假設(shè)當Tinit在-0° C以上時(不同于圖3的另一種情況)部件始終必須能夠在300秒的tmx內(nèi)的劑量，那么可以遵循S=70%的虛線的內(nèi)插路徑，并得出該級別的S的tTAEGET值?？梢钥闯?，對于預期的tTAffi；ET值，S2將位于tmx=300秒以上，如此將要求再飽和。可以想象作為Tinit的函數(shù)的允許的啟動時間(tmx)的不同要求組合，并且這些組合將作為示例由立法需求給出或由達到車輛中的SCR催化劑的適當?shù)墓ぷ鳒囟鹊臅r間給出。該最大允許的啟動時間可以用臨界飽和值Scm來表達。通常，Scm不是零，但是它是當開始加熱時在冷啟動中仍給出適當?shù)亩糠秶δ芎蛦有阅艿哪骋惠^低的飽和程度(例如，在5-95%的間隔中)。值Sran還可被定義為給出存儲部件的某一所希望的工作距離(或運轉(zhuǎn)時間)的值。分析圖3和4，可以看出為什么根據(jù)一開始提及的W02009/156204A1可能在實際應用中難以起作用。圖3和4示出了甚至小的啟動部件也不能根據(jù)所需的時間-劑量執(zhí)行(當它是空一或者甚至接近是空的時)。對于一些部件在飽和度從100%飽和降到例如60%以及對于其他部件從100%降到例如20%的某一范圍內(nèi)操作是該系統(tǒng)的優(yōu)點。但是當部件被脫氣(S等于或非常接近0%)時，部件將具有無法接受的啟動時間。在本發(fā)明的另一實施例中，算法或模型計算在啟動階段之后的操作過程中所使用的氨的量，然后從在啟動周期獲取的S-值中減去所述量。以圖3作為示例，如果算法或控制器計算出部件已經(jīng)排除了氨，對應于S-值從100% (SI)降到40% (S3)，那么控制器可以估計對于Tinit = -20° C的tTAK；ET值會是點S4，即tTAK；ET高于200秒(tmx)且如果車輛在該時間點上停車會不滿足性能要求，以及將不會啟動加熱額外存儲部件以再飽和操作部件。還可以預見，在啟動階段車輛的行車條件可以被包括在計算中。作為示例，描述了存儲部件的映射數(shù)據(jù)和/或查詢表和/或數(shù)學模型考慮了由從存儲部件的外部的強制的熱對流所導致的向周圍環(huán)境添加的熱損失。這樣的校正項可包括(但不僅限于)對傳熱系數(shù)的估計，使用容器的表面積來估計將tTAK；ET值增大到超過如果部件被置于靜止空氣中所獲取的值的熱損失。本發(fā)明提高方法的可靠性的優(yōu)選實施例是，在容器中有存儲材料的相當稠密的和內(nèi)聚的結(jié)構(gòu)，即傳熱特性和熱容量是脫氣并且飽和形式下的固體材料性質(zhì)的結(jié)果，而不是例如由高孔隙度的固體或粒狀材料中的氣相特性支配。優(yōu)選地，容器中的其飽和形式的存儲材料的平均密度應該是其最高理論最大值的至少50%。Ptamet原則上可以具有任何值，但是優(yōu)選情況下它高于氨必須被定量的絕對壓力級并高于存儲材料在周圍環(huán)境的某一溫度級別(例如，在40° C測量的)的平衡壓力。作為示例，可以在從I. I巴到5巴的范圍選擇Ptamet，甚至可以在從I. 5巴到3. 5巴的范圍選擇更合適的值。Ptamet也可以在不同的間隔具有不同的值。作為示例，對于小于0° C的Tinit,Ptakcet可以不同于功能定量壓力的要求，因此甚至小于I巴(在開始加熱時，平衡壓力可以顯著低于I巴，例如0. 02巴)。對于超過40° C的Tinit，將在查詢表或映射數(shù)據(jù)中要求較高的Ptaket，因為一些存儲材料(例如，SrCl2)的平衡壓力在開始加熱之前可能已經(jīng)超出I巴。在某些實施例中，Ptaeget也可以被定義為壓差，從而tTAK；ET涉及在瞬時將壓力從一個級別提高到另一級別(例如從0. 8巴到I. 8巴)所需要的時間。這解決了存儲部件在各使用之間沒有完全地被熱平衡的情況，因此對好幾個小時還沒有操作的部件，對加熱具有稍微不同的響應。 優(yōu)選情況下，存儲材料是被壓縮到材料的理論單晶密度的至少50%的金屬氨絡(luò)合物(ammine complex)。SrCl2, CaCl2, MnCl2以及MgCl2或其混合物是在它們的非飽和狀態(tài)下的所希望的氨存儲材料的示例。也可以使用諸如沸石或活性炭之類的其他材料。圖6示出了固體氨存儲系統(tǒng)的示例性實施例。本發(fā)明(被實現(xiàn)為方法或設(shè)備)對于諸如用于通過SCR催化劑16來還原由內(nèi)燃機14提供動力的車輛的廢氣15中的NOx這樣的固體氨存儲系統(tǒng)特別有益，其中所述存儲系統(tǒng)具有下列特征中的一個或多個-較小的存儲部件I(例如，50ml到3升，包含存儲在存儲材料3中的25g到I.5kg的NH3),通過電源5的電能2來加熱，或通過其他裝置來加熱。-一個或多個較大的固體存儲部件10，帶有用于通過電源5加熱2a的裝置(例如，500ml到20升，包含400g到20kg存儲在存儲材料3a中的NH3),能夠存儲用于所希望的服務操作間隔(例如，25000km)的足夠的氨。-流送管4，溫度傳感器9，監(jiān)測在預熱過程中的壓力以便確定較小部件中的S的至少一個壓力傳感器8，以及一旦結(jié)束了預熱周期并達到功能壓力，則控制氨的流量的定量閥門12。-根據(jù)本發(fā)明的帶有映射數(shù)據(jù)、查詢表、模型和/或算法的控制器13，其允許S的估計，以及依賴于S的值的知識的相關(guān)診斷特征，和/或使用S和Sran的值來確定必須通過不同的源來再飽和存儲部件的時間，例如通過加熱2 —個或多個較大的存儲部件10。-一個或多個較大的存儲部件10和小部件I之間的閥門11，以當較大的部件10沒有被加熱因此具有較低的壓力時，避免氨從已加壓的部件I到較大的部件10的回流。閥門11可以是通過控制器來打開的主動閥門，但是它也可以是被動式的閥門(止回閥或單向閥)。-帶有具有選擇性催化還原腔16的排氣管線15的發(fā)動機(例如，柴油發(fā)動機)14，其中定量閥門12與排氣管線15流體連通，以便氨可以被定量加入到發(fā)動機14的下游以及SCR腔16的上游的排氣管線15中，以便它在SCR腔16中流動。概括地說，通過本發(fā)明所獲得的是估計固體存儲盒的飽和度的方式，該固體存儲盒:-與已經(jīng)在系統(tǒng)中實現(xiàn)的東西(存儲容器、存儲材料、加熱器以及氨氣連接)相比，不要求任何新的硬件。溫度傳感器已經(jīng)(在所有普通應用中)被放置在使用存儲容器的系統(tǒng)上的某處。此溫度傳感器不必集成在存儲部件中，這降低了存儲部件的成本。-在例如車輛的所有要求的環(huán)境條件下工作，通常降至低到-40°C。-不依賴于朝向(例如，與液面感應系統(tǒng)不同)，并可包括用于考慮車輛周圍的空氣對流的裝置。-建立有關(guān)何時需要對額外較大的存儲部件加熱以再飽和較小容器的知識。這樣的加熱可以通過來自車輛的發(fā)電機的電能來進行，以及如果獲取了這樣的加熱實例之間的 可能的最長時間間隔而同時仍知道較小部件可以根據(jù)需求執(zhí)行，它對燃油效率有積極的影響。
權(quán)利要求
1.一種用于估計存儲部件(I)中的可逆固體氨存儲材料(3)的飽和度(S)的方法，所述存儲部件(I)配備有用于釋放氨的加熱器(2 )和在所述用于確定所述飽和度(S )的方法中用于氨流動的連接管(4)，所述方法包括 a、在開始任何加熱之前利用所述存儲部件(I)中的或周圍的傳感器(9)來測量初始溫度(Tinit); b、開始加熱同時記錄加熱的有效時間(t)或由所述加熱器釋放的能量的量(Q); C、通過與所述存儲部件(I)流體連通的壓力傳感器(8)來測量由所述存儲部件(I)中的固體存儲材料所產(chǎn)生的脫附壓力； d、記錄當壓力達到某一目標壓力(Ptaket)時的時間(tTAK(;ET),或熱量(Qtakcet)； e、使用目標_壓力時間(tTAReET)或目標_壓力熱星(Qtarcet)以及初始溫度(Tinit)的值來計算近似的飽和度(S)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述存儲部件(I)是系統(tǒng)的一部分，其中，權(quán)利要求I所述的存儲部件(I)是鏈接到一個或多個額外部件的啟動部件或操作部件，所述一個或多個額外部件構(gòu)成配備有加熱器(2a)的較大的存儲容器(10)，以提供用于再飽和權(quán)利要求I所述的存儲部件的氨壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，計算在預熱周期之后的來自所述存儲部件(O的定量的氨的總量，以及從所述近似的飽和度(S)中減去所述總量，以得到所述飽和度的減小值的實時參數(shù)，其中在該預熱周期，測量目標-壓力時間(tTAK;ET)或目標-壓力熱量(Qtaeget )。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，當所述近似的飽和度(S)或飽和度的減小值的實時參數(shù)低于臨界要求飽和級別(Sran)時，通過加熱(2a)所述構(gòu)成較大的存儲容器(10)的至少一個額外部件來開始對完全或部分耗盡的存儲部件(I)的再飽和，以再飽和所述完全或部分耗盡的存儲部件(I)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，臨界飽和度要求級別(Sran)是按照所述存儲部件(I)能夠以比車輛認證要求的時間延遲短的時間延遲來提供氨的要求來定義的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5中任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，計算所述近似的飽和度(S)基于描述所述存儲部件(I)的模型或算法，或基于為存儲部件(I)的類型或具體地為所考慮的存儲部件(I)生成的映射數(shù)據(jù)或查詢表。
7.根據(jù)權(quán)利要求I到6中任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，所述近似的飽和度(S)是通過將測量的初始溫度(Tinit)和記錄的目標-壓力時間(tTAK；ET)或記錄的目標-壓力熱量(Qtamet)映射到所述飽和度(S)的值的數(shù)據(jù)來計算的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，試驗性的映射數(shù)據(jù)或查詢表包含所述初始溫度(Tinit)和所述目標-壓力時間(tTAK；ET)或所述目標-壓力熱量(Qtaket)的連續(xù)或離散的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求I到8中任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，所述能夠進行可逆氨存儲的氨存儲材料(3)是沸石、活性炭或諸如Sr(NH3)8Cl2、Ca(NH3)8Cl2, Mn(NH3)6Cl2或Mg (NH3) 6C12之類的金屬氨絡(luò)合物或其混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求I到9中任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，用于從所述存儲部件(I)釋放氨的加熱器(2)被置于所述存儲部件(I)內(nèi)部或嵌入在所述存儲材料(3)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求I到10中任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，Ptaket的值是在從I.I巴到5巴的范圍內(nèi)選擇的。
12.根據(jù)權(quán)利要求I到11中任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，所述目標壓力(Ptaeget)不是絕對值，而是被定義為從一個壓力級到較高壓力級的變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求I到12中任何一項權(quán)利要求所述的方法，其中，在加熱之前的測量的壓力(Pinit)和基于所述初始溫度(Tinit)計算出的壓力之間的差被用作由于所述存儲部件(I)和所述周圍環(huán)境之間的熱平衡的異?；蛭粗潭榷鴣G棄所述近似的飽和度(S)的估計的根據(jù)。
14.一種用于車輛的控制器(13)，使用固體氨存儲材料(3)來通過選擇性催化還原(16)去除NOx，所述控制器被編程為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I到13中任何一項權(quán)利要求所述的方法。
15.一種用于為氨消耗部件提供氨的設(shè)備，所述設(shè)備包括 -帶有能夠?qū)Π边M行可逆吸收或吸附和脫附的氨存儲材料(3)的存儲部件(1)，所述部件配備有加熱器(2)以通過脫附來釋放氨； -確定所述存儲部件(I)中的壓力的壓力傳感器(8 ); -確定Tinit的溫度傳感器(9)； -被編程為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I到13中任何一項權(quán)利要求所述的方法的控制器(13)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備包含配備有加熱器(2a)的一個或多個額外存儲部件(10)，以及所述加熱器被配置為，當所述近似的飽和度(S)已經(jīng)達到下閾值時，提供氨壓力以部分地或完全再飽和所述存儲部件(I )。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定容器中的固體氨存儲材料的飽和度的方法。提供了一種用于估計存儲部件(1)中的可逆固體氨存儲材料(3)的飽和度(S)的方法。存儲部件(1)配備有釋放氨的加熱器(2)以及用于氨流動的連接管(4)。在開始任何加熱之前，利用存儲部件(1)中的或周圍的傳感器(9)來測量初始溫度(TINIT)。開始加熱同時記錄加熱的有效時間(t)或由所述加熱器釋放的能量的量(Q)。通過與所述存儲部件(1)流體連通的壓力傳感器(8)來測量由所述存儲部件(1)中的固體存儲材料所產(chǎn)生的脫附壓力。記錄當所述壓力達到某一目標壓力(PTARGET)時的時間(tTARGET)，或熱量(QTARGET)。使用所述目標-壓力時間(tTARGET)或目標-壓力熱量(QTARGET)以及初始溫度(TINIT)的值來計算近似的飽和度(S)。
文檔編號F01N3/20GK102781835SQ201180011202
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者H·施密特, J·H·左森, J·約翰森, T·約翰內(nèi)森, U·J·奎德 申請人:氨合物股份公司