SCR催化剂中过量NH₃的存储控制的制作方法

专利名称：SCR催化剂中过量NH₃的存储控制的制作方法
技术领域：
本发明公开涉及排气处理系统，并且更具体的是涉及一种含有选择性催化 还原(SCR)催化剂(catalyst)的排气处鹏统中的过量NH3存储控制。
背景技术：
这部分的内容只是衝，关当前公开的背景信息并不可離M^先技术。
内燃iaM烧空气和燃料的混合物以产生传动力矩。燃舰程产生的鹏从
发动机中排入大气。鹏包MM化物(NOx)、 二氧化碳(C02)、 一氧化碳(CO) 和颗粒。NOx是用来描^要由一氧化氮(NO)和二氧化氮(N02)组成的废 气的术语。祠忾后处理系统处理鹏以便在i^释放到大气之前斷氐其排放量。 在示例的排气后处S^、统中，计量系统将定量试剂(dosing昭ent)(如尿素)在 选择性催化还原(SCR)催化齐啲上游注入排气中注入。排气和定量试剂的混 合物在SCR催化剂上反应以陶氐释放到大气的NOx的量。
定量试剂与NOx在SCR催化剂上反应以便实现NOx的减少。更具体地， 定量试剂分解形成氨(NH3)，它是与NOx反应中的还原剂。以下示例的化学关 系式描述了NOx的还原
4NO+4NH3"K)2 — 4N2+6H20
4NH3+2NO+2N02 —4N2+6H20
3N02+4NH3 —3.5N2+6H20
为了完成战NOx的还原，SCR催化剂要在其中存储NH3。为了有效使 用SCR催化剂，NH3的存储水平必须,在一个合理的水平。更具体地，NOx 的还原^t化效率者贩决于NH3的存储水平。为了在不同的操作割牛下保持高 的转化效率，必须要保持NH3的存储。但是，当SCR催化剂的旨升高时， NH3的7jC平必须降低以避免NH3的流失(如从SCR催化剂中释放出过量的 NH3)，这样会陶氐催化剂的转化效率。

发明内容
因此，本发明公开掛共了一种调翻忾后处理系统的催化剂中NH3的存储量的方法。该方法包括根据在催化剂的上游注入排气流的定量试剂的剂量率
(dosing rate )来确定输入催化剂中NH3的质量和确定催化剂输出的NH3质量(即 在催化剂中的消耗)。在催化剂中NH3的累积质量是根据输入催化剂中NH3的 质量和催化剂输出的NH3质量来计算的。根据催化剂中NH3的累积质量来调整 剂量率。
在一^f寺征中，催化剂输出的NH3质量根据分别位于催化剂上游和下游的 NOx传ig^产生的信号来确定。
在另一错征中，该方法进一步包括根据催化剂的鹏来确定催化剂的转 化效率。催化剂输出的NH3质量根据基准剂量率(base dosing mte)(如化学计 量的)和转化效率来确定。
在另Ht征中，该方法进一步包括监湖鹏化齐啲》鹏并且当催化剂的鹏 超过临界鹏时设置催化剂中NH3的累积淚歸于零。在这样的方式中，说明 了其中的催化齐杯具有樹可存储潜力的操作区域。
在其它的特征中，该方法进一步包括根据催化剂的，确定催化剂的最大 NH3存储质量。剂量 据NH3的最大存储质量来调整。过量NH3存储的比率 根据催化剂中NH3的累积质量和NH3的最大存储质量来计算，其中剂量 据 过量NH3存储的比率来调节。例如，调整因素(adjustment factor)根据过量NH3 存储的比率来确定，其中剂量報据戶脱调整因素来调节。调节定量试剂以保 t^量NH3存储的比率小于l。
从这里的描述可以看出其进一步的适用范围。可以理解本发明的描述和具 体实施例仅仅用来说明发明的目的，而并不限制本发明所公开的范围。


这里描写的附图仅仅用来说明发明的目的，而并不限制本发明以樹可方式 所公开的范围。
图i是具有排气处理系统的发动机系统的功能框图，其中戶;f^排气系统包
繊择性催舰原(SCR)催化剂；
图2是说明本发明公开的过量NH3存储控制所执行的示例步骤的流程图3 ^!量NH3的存储控制所执行的示例模块的功能框图4是用来确定^A SCR催化剂中NH3的累积值的示例模块的功能框图5A是用来确定排出SCR催化剂中NH3的累积值的示例模块的功能框图5B是用来确定排出SCR催化剂中NH3的累积值的示例的、可选的模土央 的功能框图；和
图6是依照本发明所公开的过量NH3存储控制的用来确定过量NH3的存储 倍增器的示例模块功能框图。 发明详细描述
以下的说明仅仅是本质上的示例，而并不限制本发明的公开、应用或i顿。 为了清楚的目的，同样的参考号码在附图中用来表示同一元件。这里所使用的 术语模i央涉及特定功能,电路(ASIC)、电子电路、执行一或多个软件或固件 禾聘的处理机(共享的、专用的、或组)和存储器、组雜辑电路、或其它提 供戶，功能的适合的元件。
现在参考图1，图M地说明了一个示例的，系统10。，系统10包括 发动机系统12和扫汽后处理系统14。发动机系统12包括具有汽缸18、进气歧 管20和排气歧管22的发动机16。空气舰节流阀24^Aia气歧管20。空气 与燃料混合并且空气和燃料的混合 汽缸18中燃烧以驱动活塞(未标出)。 尽管图示了一个汽缸18，但是可以想到发动机12可以包括客妙卜的汽缸18。例 如，具有2、 3、 4、 5、 6、 8、 10、 12和16个汽缸的发动机都是可预料的。从 燃料源26中掛共燃料并{顿喷射器28 SA到空气流中。燃料水平传繊30对 于燃料源26中燃料的数量是很灵敏的。可以预料，本发明所公开的内容可以用 于稀薄燃烧汽油发动机和柴油机。
fflil燃^l禾驴^^并JJ^从汽缸18中排出至鹏一气歧管22中。排气 后处理系统14处理縦圣的鹏以便在其释放到大气之前斷氐排放量。排气后处 理系统14包括if4系统32、柴油氧化催化剂(DOC) 34、 NOx传自36、 NOx 传繊37和用来当作选择性催j极原(SCR)催化剂的催化剂(器)38。
相对于催化剂(器)38来说，NOx传,36作为上游NOx传S^和NOx 传感器37作为下游NOx传感器。NOx传感器36、 37都对于废气中NOx的水平 很敏感并且之后立即分别产生信号。上游NOx的质量流率(mass flow mte) 根据NOx传感器36产生的信号来确定。同样地，下游NOx的质量 流率(<。皿)也根据NOx传感器37产生的信号来确定。
》驢传繊TA、 Tb和Tc都位于髓排方爐耻不同的点。例如，鹏传 Ta位于DOC34的上游，皿传,Tb位于催化剤38的上游和^传感 器Tc位于催化剂38的下游。DOC34与jt^反应以降低j^的排放量。也可以 预料到柴油颗米敏滤器(DPF) 40可以位于催化剂30的下游迚滤柴油颗粒以进 一步降低排放量。颠倒SCR催化剂和DPF柳,也是可以预料的。
计量系统(dosing system) 32包括定量试剂喷射器42、定量试剂存储槽44 和定量试剂供应传繊46。计量系统32将定量试剂(如尿素)选择性地注入排 气流以进一步降低排放量。更具体地，ftA至鹏一气流中定量试剂的鹏( ) 通过这里描述的一或多个不同的传ii^产生的信号来确定。废气和定量试剂的 混合物在催化剂38中反应以进一步斷氐鹏的排方爐。
控制模±央50 fflil本发明公开的过量NH3的存储控制来调节定量试剂的流 速。过量NH3的存储控制器会保持监控输入(附鹏w)和输出(m柳丽)催化 剂38的NH3的质量。此外，过量NH3的存储控制器根据计算的剤itS根据催 化剂38的最大NH3存储能力(附 )作出校正。
,基于定量试剂或还原剂(如尿素)的输入质量流率(即L )来确定。
是已知的并且 ±游N0x传^ 36产生的信号来确定。附柳，进一iKl 过排气^3I^确定，排气^BI3M:maf、已知燃料的^3I和其他常i^计算。
丽是在催化剂38中与N0x反应的NH3量，并且该M31^鍾、 謹和 时间增量(dt)之间的差分来计算。常数的设定用来将这种差分转化成催化剂 38的NHs输出质量(附腦證)(即消耗的NH》。 證和w柳丽的差分(A附柳3) 作为在催化剂38中存储的NH3质量。
存储的NH3 (Am,)与附鹏腿相比较，其中附鹏層根据催化剂38的温 度(TCAr)来确定。调节 ，以保持A附，在 w的期望百分比。在一个实 施例中，采用单一比率(z'薦謡)。在另一个实施例中，闭环控制选点作为m柳丽 的一部分。这样，由热瞬变弓胞的从催化剂38中NH3的释放可以被斷氐。
根据<,，以g/hour来计，定量试剂的浓度(DAooNc)，定量试剂的^f量 (DA雨)(如在尿素的存在下，60.06g/mol)， NH3的分子量(NH3mw)(如 17.031g/mol)和关于NH3的定量试剂的分解系数(kDEC)来计算朋3输入催化 剂38的质量流率(&m3W)(如g/s)。 DAconc以定量试剂占定量试剂溶液的百 分比(如32.5%表示1份的定量试剂溶液中含有0.325份的定量试剂)来确定。 kDEc以每摩尔定量试剂中NH3的摩尔i^规定(如，以尿素为例，lmol的尿素分解成2mol的NH3; kDEd=2)。 H3W根据下面的M式来计算
二 f(y/g^ ^ ' "cojvc . A:脏.W3鮮 H、
附柳，、s^片-，Ann nj- 、丄J
3600 iX4層
其中3600是每小时至lj秒的时间转化系数(k，)。
^柳3瞎(如，以—来计)是在催化剂38中消耗的NH3的质M^流率并且 根据以g/s来计的^。皿、以g/s来计的 。^ 、NOx的針量(N(W)和NH3丽 (如17.031g/md)来计算。N(W是变量，但是任意的NOxmw "以{顿(如 NO246.055g/mol)，因为它可以在这里描述的^^、式中相互抵消。 ,根据下面的关系式来计算
(2)
一 L附WOWS —附WOAX)S
X根据N02的上游百分比从1到1.333变化。^。皿和 ，都根据下面的 关系式来计算
，
其中A皿是排气的质量流率和^W，是排气的好量(如用g拥^/mo1 排气来计)。
、證和油鹏瞎都乘以时间增量(dt)(如1秒)以分别提供 證和 附柳3。w ，它们都用克计。Am鹏以附鹏讽和w,離的差来确定并且认为A附鹏是 存储在催化剂38中过量的NH3。对A附鹏(如，在计算A附鹏之前或者m柳，和
附鹏離)积分以衛共随着时间的累积值(Am柳腿)。A附柳腿乘以附鹏層得
用作查询表的输入以査取过量存储的累积值(kEXcssTORE)，该{皿馈
至啦制模土央50调整、。査询表在存储器中储存并M这样的方式校准以^^
NH3STOREMAX的某期望存储比率(iDSR)下kexcSSTORE等于1。例如，如果^，w比 b级低，那么體的kexcSSTORE要大于l并且反之亦然。在一个实施例中，这个
功能是用反馈控制系统(如PID控制模块)来实现的。
控制iim完全低于l以便避免发生NH3的流失。为了斷氏累积體，在没 有产生大量的NH3存储的高温催化操作中(即当TcAT大于临界温度(T皿))， A附^^^将重新设置。催化温度(TCAr)根据，传感信号(如从一个或多个 、鹏传感器TA， TB， Tc和/或与催化剂一体化的^t传離(图中未标出))来确定。因为T，增加NH3sTOREMAX斷氏，因此使衞 升高。这会导致^!>
的定量试剂i憎到催化剂38中并且因此减少了的NH3。M重新设置A附鹏，， 可以M^、从催化剂38 BW放的NH3。
如上文戶，，NH3sTOREMAx是在给定的T，下最大可能存储的NH3。下文
描述的是确定NH3storemax的方法。催化剂38，和它的排气后处鹏统，在直
温下稳定并且催化剂用所有存储的NH3清洗(即ffl;在催化剂中不掛共定量试 剂，禾咽此无输入的NH3)。雜，Am網匿重新體到0g。在某一时间(to)， 根据过量NH3与NOx的摩尔比率来fflih定量试剂的供应从而卩M: NH3的供应。 下游NOx传感器37和上游NOx传感器36的转化效tt最大值稳定并且^较 后的时间(t》将会开始降低(即当下游NOx传離37检测NH3时)。此时，
读出A附腦醒以樹共大致的nh3storemax的值。转化效^m据下面的絲式来
计算
<formula>formula see original document page 10</formula>% (4)
参考图2，将详细描述由过量NH3控制器实现的示例步骤。在步骤200中， 控制mi定Tc^是否大于TraR。如果Tcat大于Ttor，在步骤202中控制器设置 A附鹏函等于0并且回送到步骤200中。如果TCAr低于T^r，在步骤204中控
制 定/ 柳，。在步骤206中，控制翻定w冊3瞎。在步骤M8中，控制器 确定Am^ 。在步骤210中，控制器确定，
在步骤212中，控制器根据m鹏層和A附柳菌来计算!腦腦。在步骤214
中，控制器根据^c来确定kExcSSTORE。在步骤216中控制器根据kExcSSTORE 来调整^并且控制器停止。但是，可以预料，当发动+JUE行时，上文描述的示
例控制器将会在预定时间间隔和速率下继续M步骤200循环到216中。
参考图3，将详细描述执行过量NH3控制器的示例模块。示例模i央包括 附w讀模块300、附柳丽模块302、求和模块304、定1^式剂控制模块306和比 较模块308。如上文描述的， 證模块300根据^来确定 證。如上文描 述的以及下文关于图5A的详细描述，Ww30[/r模±央302根据的^o孤和^。咖来 确定附朋丽。可选地，如下文关于图5B的进一步详细描述，w,離模块302 根据的 (酬来确定附鹏匿。 (謹)是化学计量的NH3的量。
求和模±央304确定 讀和m柳丽的差量Am鹏。定量试剂控制模土央306监测Am鹏匿并且在此基础上调整 。如上文所述的，定量试剂控制模块306 也可以根据对比模±央308的信号选择重新设置Am腦咖。更特别地，对比模土央 308将Tc^与TTOR进行对比。如果Tcat高于Ttor，对比模块308的信号会显示 需要重新设置Am顯匿。如果Tc虹低于TW，对比模块308的信号会显示不需
要重新^SAw柳3C謝。
参考图4，将详细描^来计算 讀的示例模块。示例丰莫土央包括第一乘》去 模±央400，第一除法模±央402，第1瞎三单独的乘法模±央404、 406，第二除法 模块408、第四乘法模块410和加法模块412。如上文戶皿，模±央400、 402、 404、 406、 408根据关系式1处理A^ 、 DAoonc、 DA彦、kDEC、 NH3丽和k謂以提 供A腦,w。第四乘法模块410用dt乘以 腿以掛共附證w。可任选地，加法模 块412累积w柳，的值以Jif共累积的m腦讽( 讀，)。
参考图5A，将详细描述用来计算附^3。『的示例模块。示例模块包括求和 模块500,除法模块502，第一、第，第三乘法模块^^虫的504、 505、 506， 和加法模±央508。模±央500、 502、 504、 505处理A船孤、/<。孤、NOx磨和NH3雨 以^f共&鹏離。第三乘法模i央506用dt乘以A鹏離以掛共附柳層。可任选地， 加法模块508累积m鹏證的值以掛共累积的附w，w )。劍门再次指出， NOx和NH3之间的摩尔比率X根据上游N02的。/。在1到1.333之间变化。
关于图5B，将详细描述用来计算附^，的可选的示例模块。正如下文进 一步描述的一样，示例模±央最初根据 謂和催化剂的转化效率(CE (%))来 计算^^n。^。 CE (%)根据包括，但不限于Tc虹、空速和N02比率的很多因素 来确定。
示例模i央包括第一乘法模块510，第一除法模±央512，第二第三和第四乘 法模±央单独的514、 516、 517，第二除法模块518、第五^^去模土央520、第三除 法模块522、第六乘法模±央524和加法模块526。如上文所述的，模块510、 512、 514、 516、 517、 518根据^^、式1处理<，,、DAcoNC、 DA丽、kDEC、 NH3丽
和ki謹以iif共A柳，。第三除法模i央用CE (%)除以100以掛共转化效率的小 数值，然后它在第顿法模i央520中乘以A柳，以掛共A柳匿。第六乘法模块 52斗用dt乘以A腦隱以掛共附顺3證。可任iMk，加法模块526累积w網縦的 值以提供m鹏瞎，。再次，NOx和NHg之间的摩尔比率X根据上游NC^的yo 在l到1.333之间变化。参考图6，将详细描述用来计算knxcssTORE的示例模块。示例模块包括
模±央600，加法模±央602，除法模i央604和kExcssTORE模块606。如上文 戶服的，附鹏疆模块600根据TcAT和Vcxr来确定附膨層。加法模i央602累积 A附腦的值以樹共A附腦譜。但是，因为加法模块412和508、 526根据 證醒 和附鹏離譲将会掛共A附網謹，所以，如果包括图4和5A、 5B中的加法模土央 412和508、 526，加法模块602可以放弃。如果没有$|{共加法模±央412和508、 526，那么就要^f共加法模块602。除法模块604以A附冊3隱和附鹏層的比率来
确定 lEXCSNH3。
如上文戶，的，kExc^TORE模块606确定kExcsSTORE。
本领域技术人员由前面描述可以働率，本发明的主要的教导可以以各种方 式实施。因此，，当用其中的具体实施例来描述本发明时，本发明的真实范围并 不能限制在其范围内，因为本领域技术人员在研究附图、说明书和以下权利要 求的基础上得到其它改变是非常明显的。
权利要求
1. 一种调整在排气后处理系统的催化剂中存储的NH3量的方法，该方法包括根据在催化剂的上游注入排气流的定量试剂的剂量率来确定输入催化剂中NH3的质量；确定催化剂输出的NH3质量；根据所述输入催化剂中NH3的质量和催化剂中所述的NH3的输出质量来计算在催化剂中NH3的累积质量；和根据催化剂中所述的NH3的累积质量来调整剂量率。
2、 如权利要求l戶腿的方法，其中戶脱的催化剂输出的NH3质量根据分 别位于催化剂上游和下游的NOx传ii^产生的信号来确定。
3、 如权利要求1戶腿的方法，其中该方法进一步包括根据催化剂的^* 确定催化剂的转化效率，其中戶，的催化剂输出的NH3质量根据基准剂量率和 转化效率来确定。
4、 如权利要求1臓的方法，该方法进一步包括 监测催化剂的鹏和当戶;M催化齐啲、MOT31临界鹏时，體催化剂中戶脱的NH3的累积^量等于零。
5、 如权利要求1所述的方法，该方法进一步包括根据催化剂的，来确定 催化剂的最大NH3存储质量，其中戶;M的剂量^f据阮述的NH3的最大存储质 量来调整。
6、 如权利要求5戶，的方法，该方法进一步包括根据催化剂中戶，的NH3 的累积质量和戶腿的NH3的最大存储质量来计算过量NH3存储的比率，其中所述的齐糧對艮据戶;f^i量NH3存储的比率来调节。
7、 如权利要求6戶腿的方法，该方法进一步包括根据戶腿的过量NH3存 储的比率来确定调整因素，其中所述的齐糧 据所述的调整因素来调节。
8、 如权利要求6戶腿的方法，其中调节臓的定量试剂以保持戶脱的过量 NH3存储的比率小于1。
9、 一种调整其催化剂中存储的NH3量的祠忾后处麟统，该系统包括第一模块，用来根据在催化剂上游的注入祠汽流的定量试剂的剂量率来确 定输入催化剂中NH3的质量；第二模块，用来确定催化剂输出的NH3质量；第三模块，用来根据催化剂中所述的NH3的输入质量和催化剂中所述的 NH3的输出质量来计算在催化剂中NH3的累积质量；和第四模块，用来根据催化剂中戶腐的NH3的累积v^量来调觀糧率。
10、 如权利要求9戶脱的排气后处麟统，其中戶腿的催化剂输出的NH3 质量根据分别位于催化剂上游和下游的NOx传繊产生的信号来确定。
11、 如权利要求9戶腿的排气后处麟统，该系繊一步包括第五模块， 用来根据催化剂的温度来确定催化剂的转化效率，其中所述的催化剂输出的 NH3质量根据鋭隹剂量率和转化效率来确定。
12、 如权利要求9戶舰的排气后处麟统，该系鄉一步包括用来监测催 化齐lj鹏的^g传繊，其中，当所述催化剂的鹏超过临界鹏时，第四模 块设置催化剂中戶脱的NH3的累积眉量等于零。
13、 如权利要求9戶脱的排气后处理系统，该系鄉一步包括第五模块， 用来根据催化剂的M^来确定催化剂的最大NH3存储质量，其中根据所述的 NH3的最大存储质量来调^^M的剂量率。
14、 如权利要求13戶腿的排气后处鹏统，该系縦一步包括第六模块， 用来根据催化剂中戶腿的NH3的累积质量和戶腿的NH3的最大存储质量来计算 过量NH3存储的比率，其中戶，的齐懂斜艮据过量NH3存储的比率来调节。
15、 如权利要求14戶腿的排气后处麟统，该系鄉一步包括第七模块， 用来根据所述的过量NH3存储的比率来确定调整因素，其中根据戶腿的调整因 素来调节戶，的剂量率。
16、 如权利要求14戶脱的排气后处鹏统，其中调节戶腿的定量试剂以保 持所述的过量NH3存储的比率小于1 。
17、 一种调整在排^处理系统的催化剂中存储的NH3量的方法，该方法包括根据催化剂的上游注入排气流的定量试剂的剂量率来确定输入催化剂中 NH3的质量；确定催化剂输出的NH3质量；根据戶诚的输入催化剂中NH3的质量和戶脱的催化剂输出的NH3质量来计算在催化剂中NH3的累积质量；确定催化剂的最大NH3存储质量；根据0M的NH3的最大存储质量和戶，的催化剂中NH3的累积JI量来计算过量NH3存储的比率；和根据戶，的过量NH3存储的比率来调节戶，的剂量率，以保持戶M的过量 NH3存储的比率小于1。
18、 如权利要求17戶舰的方法，其中戶脱的催化剂输出的NH3质量根据 分别位于催化剂上游和下游的NOx传,产生的信号来确定。
19、 如权利要求17戶脱的方法，该方法进一步包括根据催化剂的^g来确 定催化剂的转化效率，其中所述的催化剂输出的NH3质量根据基准剂量率和转 化效率来确定。
20、 如权利要求17戶舰的方法，该方法进一步包括 监测催化剂的鹏和当戶腿催化剂的^mi临界鹏时，设置催化剂中戶脱的NH3的累积质 量等于零。
21、 如权利要求17戶脱的方法，该方法进一步根据催化剂的離和催化剂 的体积中的至少一错确定臓的NH3的最大存储质量。
22、 如权利要求21所述的方法，itt"法进一步包括根据戶;M的过量NH3 存储的比率来确定调整因素，其中戶腿的齐懂^t据戶脱的调整因素来调节。
全文摘要
本发明涉及一种调整在排气后处理系统的催化剂中存储的NH₃量的方法，其包括根据在催化剂的上游注入排气流的定量试剂的剂量率来确定输入催化剂中NH₃的质量和确定催化剂输出的NH₃质量。在催化剂中NH₃的累积质量是根据输入催化剂中NH₃的质量和催化剂输出的NH₃质量来计算的。剂量率根据催化剂中NH₃的累积质量来调整。
文档编号F01N9/00GK101285412SQ20081010928
公开日2008年10月15日 申请日期2008年4月10日 优先权日2007年4月10日
发明者C·E·索尔布里格 申请人:通用汽车环球科技运作公司