專利名稱：用于控制將釋放氨的還原劑供至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)的噴射裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以減少氮氧化物排放為目的，用于控制將釋放氨的還原劑供給至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)的噴射裝置的方法，其中排氣凈化系統(tǒng)包含至少一個(gè)SCR催化轉(zhuǎn)化器。
背景技術(shù)：
已知有不同的排氣凈化系統(tǒng)。這些包括在外部使用進(jìn)給還原劑減少排氣中的氮氧化物含量的系統(tǒng)。還原劑通常通過(guò)噴射裝置的方式被噴射入排氣流。然后被布置在噴射裝置下游的所謂SCR催化轉(zhuǎn)化器影響實(shí)際的轉(zhuǎn)化。SCR(選擇性催化還原)是指在燃燒設(shè)備、廢料燃燒設(shè)備、燃?xì)廨啓C(jī)、工廠設(shè)備和發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中，氮氧化物的選擇性催化還原的技術(shù)。SCR催化轉(zhuǎn)化器中的化學(xué)反應(yīng)是選擇性的，也就是，優(yōu)先地，氧化氮(Ν0、Ν02)被還原，然而基本上抑制了不需要的副反應(yīng)(如例如二氧化硫氧化形成三氧化硫)。SCR催化轉(zhuǎn)化器通常與炭煙顆粒過(guò)濾器和氧化催化劑轉(zhuǎn)換器結(jié)合使用。在上述還原反應(yīng)中需要還原劑，其中氨(NH3)通常被用作還原劑。在此，期望的氨通常不可被直接使用，也就是以純粹的形式，而是以32. 5%的尿素水溶液的形式被使用，在工業(yè)中統(tǒng)一被稱為AdBlue 。在DIN70070中規(guī)定成分。期望的氨之所以沒(méi)有以純粹的形式承載在車上，是因?yàn)樵撐镔|(zhì)是危險(xiǎn)的。氨對(duì)皮膚和粘膜(尤其是眼睛)具有腐蝕性的影響，此外氨在空氣中形成爆炸混合物。當(dāng)上述尿素溶液被噴射到熱的排氣流中時(shí)，通過(guò)分解反應(yīng)由其形成氨和二氧化碳。然后，在被布置在下游的SCR催化轉(zhuǎn)換器中，可使用以這種方式產(chǎn)生的氨。在氨和排氣中的氮氧化物的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，發(fā)生了歸中反應(yīng)，其中形成水(H2O )和氮(N2)。通過(guò)SCR催化轉(zhuǎn)化器，通常在兩種不同的催化轉(zhuǎn)化器類型之間做出區(qū)分。一種類型基本由二氧化鈦，五氧化二釩和氧化鎢組成。另一種類型使用沸石。噴射的尿素量取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的氮氧化物排放，并且因此依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)目前的旋轉(zhuǎn)速度和扭矩。依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)未經(jīng)處理的排放物，尿素水溶液的消耗相當(dāng)于所使用柴油燃料的約2至8%。因此，有必要車上提供相應(yīng)的容器容積，這被認(rèn)為是不利方面的一部分。特別地，因?yàn)樘峁┝祟~外的容器，所以這不利于使用在柴油運(yùn)行的客運(yùn)機(jī)動(dòng)車輛中。通過(guò)選擇性催化還原的方式，在很大程度上移除了排氣中的氮氧化物。與同樣是已知的柴油顆粒過(guò)濾器(DPF)或者是LNT (稀NOx捕集器)催化轉(zhuǎn)化器相反，沒(méi)有多余的燃料消耗量，減少污染物，因?yàn)榕c上述催化轉(zhuǎn)化器相反，在運(yùn)行過(guò)程中，SCR催化轉(zhuǎn)化器不會(huì)使用任何從最佳的燃燒條件暫時(shí)偏離。當(dāng)在多功能車輛中使用SCR技術(shù)時(shí)，用于運(yùn)行期望的例如以AdBlue 形式的氨被進(jìn)一步增加。由于氨的特別的屬性，其可作為另一運(yùn)行介質(zhì)被承載在車上的高級(jí)鋼或所料容器中，并且被連續(xù)地噴射到排氣流中。結(jié)果，除了 SCR催化轉(zhuǎn)化器和噴射系統(tǒng)之外，除了柴油箱，需要第二個(gè)通常較小的容器。此外，應(yīng)注意，在運(yùn)行過(guò)程中，可以不同的方式噴射AdBlue 。到目前為止，通過(guò)所謂的進(jìn)給比的方式，AdBlue 已適于排氣質(zhì)量流量中的NOx。在此，如果所給尿素劑量過(guò)多，由此形成的氨不再能夠與NOx反應(yīng)。在這種不正確的注入的情況下，氨能夠進(jìn)入環(huán)境中。由于氨是可被察覺(jué)的，即使是非常小的濃度，這也會(huì)導(dǎo)致不愉快的氣味。應(yīng)注意，SCR催化轉(zhuǎn)化器能夠吸附氨。正如多數(shù)吸附和解吸過(guò)程中的情形，吸附SCR催化轉(zhuǎn)化器材料表面上的氨還高度依賴于溫度。因此，在相對(duì)低的排氣溫度下，能夠吸附相對(duì)大量的氨，其中如果通過(guò)上述與氮氧化物的歸中反應(yīng)的方式，氨在其間仍未被消耗，在高溫下，再次解吸氨。在運(yùn)行在過(guò)程中，連續(xù)地改變內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的工況所帶來(lái)的影響使排氣溫度也連續(xù)地改變，從而SCR催化轉(zhuǎn)化器的溫度連續(xù)地改變，轉(zhuǎn)而其中的氨吸附能力進(jìn)而也連續(xù)地改變。因此，難于給還原劑定量，該劑量足以為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行狀態(tài)提供期望數(shù)量的氨。例如，注入SCR催化轉(zhuǎn)化器的還原劑(例如，氨)的量通常是基于期望的氨存儲(chǔ)水平和估算的氨存儲(chǔ)水平之間的差異的，其中基于催化劑溫度、催化劑老化、SCR入口處的氨濃度等等，確定所估算的氨的存儲(chǔ)量。這種注入氨的機(jī)制不會(huì)提供對(duì)迅速改變排氣狀態(tài)的快速響應(yīng)。例如，如果加速器踩加速器踏板出現(xiàn)導(dǎo)致排氣溫度增加，在溫度傳感器響應(yīng)于催化劑溫度改變的時(shí)候，將從SCR中解吸出大量的氨，從而導(dǎo)致氨泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者在此已認(rèn)識(shí)到上述途徑的問(wèn)題所在，并且提供了至少部分地解決上述問(wèn)題的方法。在一個(gè)例子中，一種控制將釋放氨的還原劑供給至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)中從而減少氮氧化物排放的噴射裝置的方法，所述排氣凈化系統(tǒng)包含至少一個(gè)具有η個(gè)單元的SCR催化轉(zhuǎn)化器，所述單元在排氣通流方向串聯(lián)布置，并且在所述單元中能夠存儲(chǔ)氨，所述方法包含在排氣入口溫度為Ttl時(shí)，確定期望氨負(fù)荷程度，并且確定緊位于所述SCR催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣中的氨分壓；通過(guò)將所述SCR催化轉(zhuǎn)化器的所有η個(gè)單元中的每個(gè)單元i的每個(gè)單個(gè)的氨負(fù)荷程度相加，確定所述SCR催化轉(zhuǎn)化器的實(shí)際氨負(fù)荷程度，其中每個(gè)單元i的單個(gè)的氨負(fù)荷程度被確定為所述單元i的溫度Ti和在上游方向緊鄰的相鄰單元1-Ι的氨輸出分壓的函數(shù)；以及確定所述實(shí)際氨負(fù)荷程度和所述期望氨負(fù)荷程度之間的不同。如果所述實(shí)際氨負(fù)荷程度小于所述期望氨負(fù)荷程度，則增加噴射的氨的量；并且如果所述實(shí)際氨負(fù)荷程度超過(guò)所述期望氨負(fù)荷程度，則減少噴射的氨的量。以這種方式，為了使NOx轉(zhuǎn)換達(dá)到最大，并且使氨泄漏的量達(dá)到最小，使用SCR催化器的一維模型，可解決SCR催化轉(zhuǎn)化器中的氨存儲(chǔ)/釋放的動(dòng)態(tài)。通過(guò)將SCR催化器分至若干個(gè)離散的單元，可確定每個(gè)單元中的氨負(fù)荷，而不是確定整個(gè)催化器的氨負(fù)荷的單一值。因此，SCR催化器模型可解決催化器的溫度變化，例如由于突然加速或者減速的情況下將出現(xiàn)的溫度變化。當(dāng)單獨(dú)或者結(jié)合附圖時(shí)，將通過(guò)以下詳細(xì)說(shuō)明，更清晰地明白本發(fā)明的上述優(yōu)勢(shì)和其他優(yōu)勢(shì)以及特征。應(yīng)理解，提供上述概要是為了以簡(jiǎn)化的形式介紹所選概念，其將在詳細(xì)說(shuō)明中進(jìn)一步說(shuō)明。這并不意味著確立要求保護(hù)的主題事項(xiàng)的關(guān)鍵或本質(zhì)特征，其范圍僅由所附權(quán)利要求限定。另外，所要求保護(hù)的主題事項(xiàng)不被限制于解決上述或在本發(fā)明中任何部分指出的任何不利的實(shí)施方式。


圖1示出用于SCR催化器的示例性三維值矩陣的平面圖。圖2示出多缸式發(fā)動(dòng)機(jī)的單個(gè)汽缸的原理圖。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于調(diào)整還原劑噴射量的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了這樣的方法，對(duì)于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的變化工況，其能夠盡可能地將足夠的還原劑量注入排氣中，其中首先在不會(huì)注入過(guò)高的還原劑量的情況下，應(yīng)達(dá)到盡可能完全地消除氮氧化物的排放，過(guò)高的還原劑量將會(huì)導(dǎo)致在引言中所述的不期望的氨釋放。為了達(dá)到減少氮氧化物排放的目的，通過(guò)用于控制將釋放氨的還原劑供給至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)的噴射裝置的方法實(shí)現(xiàn)所述的目標(biāo)，其中排氣凈化系統(tǒng)包含至少一個(gè)具有η個(gè)單元的SCR催化轉(zhuǎn)化器，其中單元在排氣通流方向按順序布置，并且在單元中能夠存儲(chǔ)氨，其中所述方法包含下列步驟a.在排氣入口溫度為TO時(shí)定義期望氨負(fù)荷程度
權(quán)利要求
1.一種控制將釋放氨的還原劑供給至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)中從而減少氮氧化物排放的噴射裝置的方法，所述排氣凈化系統(tǒng)包含一個(gè)具有η個(gè)單元的SCR催化轉(zhuǎn)化器，所述η個(gè)單元在排氣通流方向串聯(lián)布置，并且在所述單元中能夠存儲(chǔ)氨，所述方法包含 在排氣入口溫度為Ttl時(shí)，確定期望氨負(fù)荷程度，并且確定緊位于所述SCR催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣中的氨分壓； 通過(guò)將所述SCR催化轉(zhuǎn)化器的所有η個(gè)單元中的每個(gè)單元i的每個(gè)單個(gè)的氨負(fù)荷程度相加，確定所述SCR催化轉(zhuǎn)化器的實(shí)際氨負(fù)荷程度，其中每個(gè)單元i的單個(gè)的氨負(fù)荷程度被確定為所述單元i的溫度Ti和在上游方向緊鄰的相鄰單元1-Ι的氨輸出分壓的函數(shù)； 確定所述實(shí)際氨負(fù)荷程度和所述期望氨負(fù)荷程度之間的不同； 如果所述實(shí)際氨負(fù)荷程度小于所述期望氨負(fù)荷程度，則增加噴射的氨的量；并且 如果所述實(shí)際氨負(fù)荷程度超過(guò)所述期望氨負(fù)荷程度，則減少噴射的氨的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述SCR催化轉(zhuǎn)化器的單元數(shù)量η被設(shè)置為至少4個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中測(cè)量緊位于所述SCR催化轉(zhuǎn)化器上游的所述排氣入口溫度Ttl以及緊位于所述SCR催化轉(zhuǎn)化器下游的排氣出口溫度TEnd。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中測(cè)量緊位于所述SCR催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣中的氨分壓以及緊位于所述SCR催化轉(zhuǎn)化器下游的氨分壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中只有當(dāng)所述實(shí)際氨負(fù)荷程度與所述期望氨負(fù)荷程度偏差為至少2%時(shí)，才調(diào)整被噴射的氨的量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在與所述期望氨負(fù)荷程度比較之前，所述實(shí)際氨負(fù)荷程度被提供一校正因子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)單元i的所述實(shí)際氨負(fù)荷程度被確定為所述單元i的溫度Ti和在上游方向緊鄰的相鄰單元1-Ι的氨輸出分壓的函數(shù)的方式為存儲(chǔ)三維值矩陣，該三維值矩陣針對(duì)所述SCR催化轉(zhuǎn)化器中使用的催化轉(zhuǎn)化器材料，包含作為溫度和氨分壓的函數(shù)的所述氨負(fù)荷程度，并且從該三維值矩陣讀出所述單元i在溫度Ti以及氨輸出分壓下時(shí)的所述實(shí)際氨負(fù)荷程度的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在100°C到800°C的溫度范圍內(nèi)，在所述三維值矩陣中存儲(chǔ)所述氨負(fù)荷程度的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中每5°C就在所述三維值矩陣中存儲(chǔ)所述氨負(fù)荷程度的至少一個(gè)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在O到3000ppm的氨分壓或者氨濃度范圍內(nèi)，在所述三維值矩陣中存儲(chǔ)所述氨負(fù)荷程度的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中每20ppm的氨濃度就在所述三維值矩陣中存儲(chǔ)至少一個(gè)氨負(fù)荷程度的值。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中基于Langmuir等溫線或者Brunauer-Emmet-Teller等溫線,通過(guò)對(duì)氨負(fù)荷程度的先前測(cè)量，建立所述三維值矩陣。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每秒至少發(fā)生一次所述實(shí)際氨負(fù)荷程度的確定。
14.一種用于選擇性催化還原(SCR)裝置方法，其包含 基于期望的氨存儲(chǔ)量和估算的氨存儲(chǔ)量之間的差異，調(diào)整被噴射至所述SCR催化器的氨量，其中所述估算的氨存儲(chǔ)量包含所述SCR催化器的多個(gè)單元中每個(gè)單元的單元氨存儲(chǔ)量之和，而每個(gè)單元氨存儲(chǔ)量基于該單元溫度和上游單元的氨濃度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述SCR催化器在軸向方向上被分成所述多個(gè)單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述多個(gè)單元中的每個(gè)單元體積相等。
17.一種用于SCR催化器的方法，其包含 響應(yīng)于踩踏板事件，降低噴射至所述SCR催化器的氨且該降低的量由所述踩踏板事件導(dǎo)致的預(yù)測(cè)的SCR氨釋放確定，其中所述預(yù)測(cè)的SCR氨釋放基于所述SCR催化器的多個(gè)單元中的每個(gè)單元的單元氨存儲(chǔ)量之和，而每個(gè)單元氨存儲(chǔ)量基于該單元溫度和上游單元的氨濃度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中基于所述SCR催化器兩側(cè)的溫差、質(zhì)量空氣流量以及所述SCR催化器的空間速度，確定每個(gè)單元的溫度。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包含，響應(yīng)于松踏板事件，增加噴射至所述SCR催化器的氨。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包含基于所述SCR催化器下游的氨量，調(diào)整噴射至所述SCR催化器的氨。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種為了達(dá)到減少氮氧化物排放的目的，通過(guò)用于控制將釋放氨的還原劑供給至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)的噴射裝置的方法，其中排氣凈化系統(tǒng)包含至少一個(gè)具有n個(gè)單元的SCR催化轉(zhuǎn)化器，其中n個(gè)單元在排氣通流方向按串聯(lián)布置，并且在所述單元中能夠存儲(chǔ)氨。
文檔編號(hào)F01N3/20GK103061854SQ20121040928
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者Y·M·S·雅各布, M·巴萊諾維奇, J·哈姆森 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司