BR102016006895A2

BR102016006895A2 - sistemas e método para controle de injeção de ureia ou amônia

Info

Publication number: BR102016006895A2
Application number: BR102016006895A
Authority: BR
Inventors: Maruthi Narasinga Rao Devarakonda
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2016-10-18
Also published as: CN106050371A; KR20160122649A; EP3081776B1; US9435244B1; CA2925371A1; JP6687451B2; CN106050371B; EP3081776A1; JP2016200146A

Abstract

trata-se de um sistema que inclui um sistema de pós-tratamento de escape (10) configurado para tratar emissões de um motor de combustão (12). o sistema de pós-tratamento de escape (10) inclui um conjunto de catalisador de redução catalítica seletiva (scr) (34) e pelo menos uma sonda de frequência de rádio (rf) (36) disposta dentro do conjunto de catalisador de scr (34). um controlador (28) é acoplado ao sistema de pós-tratamento de escape (10) e utiliza uma estimativa de armazenamento de nh3 (68) medida pela pelo menos uma sonda de rf (36) e uma estimativa de armazenamento de nh3 (68) determinada por um modelo de estimativa de armazenamento de nh3 (56) para emitir uma ação de controle (54) para um sistema de injeção de redutor (38). o modelo de estimativa de armazenamento de nh3 (56) utiliza concentrações medidas de óxidos de nitrogênio (nox) (58) no fluido a montante (40) ou a jusante do catalisador de scr e/ou concentrações medidas de nh3 (60) no fluido a montante (40) ou a jusante do catalisador de scr, e a medição de armazenamento de nh3 (70) a partir da pelo menos uma sonda de rf (36) para determinar a estimativa de armazenamento de nh3 (68).

Description

“SISTEMAS E MÉTODO PARA CONTROLE DE INJEÇÃO DE UREIA OU AMÔNIA” Antecedentes da Invenção [001] A matéria revelada no presente documento refere-se a um sistema de pós-tratamento de escape para um motor de combustão interna e, mais especificamente, ao controle de uma injeção de redutor.

[002] Motores (por exemplo, motores de combustão interna como motores de movimento alternado ou turbinas a gás) queimam uma mistura de combustível e ar para gerar gases de combustões que aplicam uma força de acionamento a um componente do motor (por exemplo, para mover um pistão ou acionar uma turbina). Subsequentemente, os gases de combustão saem do motor como um escape, que pode ser submetido a sistemas de tratamento de escape (por exemplo, pós-tratamento) que incluem um ou mais conversores catalíticos (por exemplo, conjunto de redução catalítica seletiva (SCR)) para reduzir as emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) convertendo-se NOx e outras emissões em subprodutos menos nocivos. Entretanto, os níveis redutores devem ser controlados precisamente para alcançar a redução de NOx desejada.

Breve Descrição [003] Certas realizações condizentes com o escopo da invenção originalmente reivindicada são resumidas abaixo. Essas realizações não são destinadas a limitar o escopo da invenção reivindicada, mas, de preferência, essas realizações são destinadas apenas a fornecer um breve resumo das possíveis formas da invenção. De fato, a invenção pode abranger uma variedade de formas que podem ser similares ou diferentes das realizações estabelecidas abaixo.

[004] De acordo com uma primeira realização, um sistema inclui um sistema de pós-tratamento de escape configurado para tratar emissões de um motor de combustão. O sistema de pós-tratamento de escape inclui um conjunto de catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) que recebe um fluido a partir do motor de combustão, em que o conjunto de catalisador de SCR tem uma entrada e uma saída e pelo menos uma sonda de frequência de rádio (RF) disposta dentro do catalisador de SCR e configurada para medir o armazenamento de amônia (NH3) do catalisador de SCR. O sistema de pós-tratamento de escape também inclui um sistema de injeção configurado para injetar NH3 ou ureia no fluido a montante da entrada do catalisador de SCR. O sistema de pós-tratamento inclui adicionalmente um controlador acoplado de modo comunicativo ao sistema de pós-tratamento de escape, em que o controlador é configurado para controlar operações do sistema de pós-tratamento de escape e para receber sinais representativos das medidas de concentrações de óxidos de nitrogênio (NOx) no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR, para receber sinais representativos das medidas de concentrações de NH3 no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR, ou qualquer combinação dos mesmos. O controlador também é configurado para receber um sinal representativo da medição de armazenamento de NH3 a partir da pelo menos uma sonda de RF. Um modelo de estimativa de armazenamento de NH3 é configurado para determinar uma estimativa de armazenamento de NH3 com base pelo menos nos sinais representativos das medidas de concentrações de NOx no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR, nos sinais representativos das medidas de concentrações de NH3 no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR, ou qualquer combinação dos mesmos. O controlador utiliza pelo menos tanto a estimativa de armazenamento de NH3 estimada quanto à medição de armazenamento de NH3 para emitir uma ação de controle para o sistema de injeção.

[005] De acordo com uma segunda realização, um controlador de um sistema de pós-tratamento de escape é configurado para tratar emissões de um motor de combustão e para receber sinais representativos de medidas de concentrações de amônia (NH3) ou óxidos de nitrogênio (NOx) dentro de um fluido a montante de um conjunto de catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). O controlador pode receber sinais representativos das medidas de concentrações de NH3 ou NOx no fluido a jusante do catalisador de SCR. O controlador utiliza um modelo de estimativa de armazenamento de NH3 para determinar uma estimativa de armazenamento de NH3 do catalisador de SCR com base nas medidas de concentrações de NOx no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR e/ou nas medidas de concentrações de NH3 no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR. O controlador recebe um sinal representativo de uma medição de armazenamento de NH3 do catalisador de SCR a partir de pelo menos uma sonda de RF disposta dentro do catalisador de SCR. O controlador também controla uma quantidade de ureia ou amônia injetada por um sistema de injeção no fluido a montante de uma entrada do conjunto de catalisador de SCR com base pelo menos tanto na medição de armazenamento de NH3 quanto na estimativa de armazenamento de NH3.

[006] De acordo com uma terceira realização, um método para controlar injeção de ureia ou amônia (NH3) em um fluido a montante de uma entrada de um conjunto de catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) inclui a utilização de um controlador para receber sinais representativos de medidas de concentrações de óxidos de nitrogênio (NOx) e/ou NH3 a montante e/ou a jusante do conjunto de catalisador de SCR, e receber sinais representativos de uma medição de armazenamento de NH3 do conjunto de catalisador de SCR a partir de pelo menos uma sonda de frequência de rádio (RF) disposta dentro do catalisador de SCR. O método também inclui utilizar um modelo de estimativa de armazenamento de NH3 para determinar uma estimativa de armazenamento de NH3 com base pelo menos nos sinais representativos das medidas de concentrações de NOx no fluido a montante e/ou a jusante do catalisador de SCR e/ou nos sinais representativos das medidas de concentrações de NH3 no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR para determinar a estimativa de armazenamento de NH3. O método inclui adicionalmente emitir uma ação de controle para um sistema de injeção com base pelo menos em parte na estimativa de armazenamento de NH3 e na medição de armazenamento de NH3, em que o sistema de injeção injeta uma quantidade de NH3 ou ureia no fluido a montante da entrada do conjunto de catalisador de SCR.

Breve Descrição dos Desenhos [007] Essas e outros recursos, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem entendidos quando a seguinte descrição detalhada for lida com referência aos desenhos anexos, nos quais caracteres semelhantes representam partes semelhantes ao longo dos desenhos, em que: A Figura 1 é um diagrama esquemático de uma realização de um sistema de tratamento de escape (por exemplo, pós-tratamento) acoplado a um motor; A Figura 2 é um diagrama de blocos de uma realização de um controlador (por exemplo, uma unidade de controle eletrônica (ECU)); A Figura 3 é um diagrama esquemático da operação funcional do controlador para controlar e/ou monitorar o sistema de tratamento de escape da Figura 1; e A Figura 4 é um fluxograma de uma realização de um método implantado em computador para controlar uma quantidade de NH3 ou ureia injetada a montante de um conjunto SCR.

Descrição Detalhada [008] Uma ou mais realizações específicas da presente invenção serão descritas abaixo. Em um esforço para fornecer uma descrição concisa dessas realizações, todos os recursos de uma implantação real podem não ser descritos no relatório descritivo. Deve ser observado que no desenvolvimento de qualquer implantação real desse tipo, como em qualquer projeto de engenharia, inúmeras decisões específicas de implantação devem ser feitas para alcançar os objetivos específicos dos desenvolvedores, como conformidade com as restrições relacionadas ao sistema e relacionadas ao negócio, que podem variar de uma implantação para outra. Além disso, deve-se observar que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas seria, contudo, uma tarefa rotineira de fabricação e produção para aqueles de habilidade comum que têm o benefício desta revelação.

[009] Ao apresentar os elementos de várias realizações da presente invenção, os artigos “um”, “uma”, “o”, “a” e “dito” e “dita” são destinados a significar que existem um ou mais dos elementos. Os termos “que compreende”, “que inclui” e “que tem” são destinados a serem inclusivos e significam que podem existir elementos adicionais além dos elementos listados.

[010] A presente revelação é direcionada a sistemas e métodos que utilizam sistemas de pós-tratamento para redução de emissões de um escape de motor. Em particular, realizações da presente revelação utilizam um conjunto de catalisador (por exemplo, redução catalítica seletiva (SCR)) configurada para controlar ativamente a redução de emissões de um escape de motor por um sistema de injeção de redutor. O sistema de injeção de redutor pode ser utilizado para controlar a quantidade de redutor (por exemplo, ureia) injetado em um fluido a montante do conjunto de catalisador de SCR. O conjunto de catalisador de SCR inclui um ou mais sensores de frequência de rádio (RF) dispostos dentro do conjunto de catalisador de SCR de modo que uma medição de armazenamento de amônia (NH3) é emitida para um controlador. O controlador também utiliza um modelo de estimativa de armazenamento de NH3. O controlador recebe como entrada para o modelo de estimativa de armazenamento de NH3, informações que pertencem às entradas de motor (por exemplo, temperatura de escape, taxa de fluxo de escape) por meio de sensores dispostos no motor ou dentro do escape. O controlador também recebe como entrada para o modelo de estimativa de armazenamento de NH3, informações incluindo, mas que não se limitam a, concentrações de emissões (por exemplo, NOx, NH3, etc.) a montante e/ou a jusante do conjunto de catalisador de SCR por meio de sensores (por exemplo, sensores de NOx, sensores de NH3j etc.) dispostos a montante e/ou a jusante do conjunto de catalisador de SCR. Com base nas informações recebidas, o modelo de armazenamento de NH3 estima uma estimativa de armazenamento de NH3 para o catalisador de SCR. O controlador utiliza a estimativa de armazenamento de NH3 e a medição de armazenamento de NH3 para calcular um valor de erro ou sinal de controle teta. O sinal de controle teta pode ser utilizado pelo controlador (por exemplo, em um algoritmo de controle de injeção de ureia/NH3) juntamente com medições de NOx e/ou NH3 para gerar um comando de injeção de ureia/NH3 para ajustar ou manter uma quantidade de ureia/NH3 injetada a montante do conjunto de catalisador de SCR. O sistema e métodos revelados permitem monitoramento e/ou controle mais precisos de emissões de NOx e NH3, especialmente mediante condições de operação de motor de queima pobre.

[011] Agora, voltando-se aos desenhos e com referência à Figura 1, é ilustrado um diagrama esquemático de um sistema de tratamento de escape (por exemplo, pós-tratamento) 10 acoplado a um motor 12. Conforme descrito em detalhes abaixo, o sistema de tratamento de escape revelado 10 monitora e controla o tratamento de emissões. Durante a operação, o motor 12 gera gases de combustão usados para aplicar uma força de acionamento a um componente do motor 12 (por exemplo, um ou mais pistões ou turbinas). Os gases de combustão saem subsequentemente do motor 12 como um escape 13, o que inclui uma variedade de emissões (por exemplo, NOx, HC, CO, etc.). O sistema de tratamento de escape 10 trata essas emissões para gerar emissões menos severas (nitrogênio (N2), dióxido de carbono (CO2), água, etc.). Conforme representado, o sistema de tratamento de escape 10 inclui conversores catalíticos ou conjuntos de catalisadores, tais como o conjunto de catalisador de SCR 34. Em realizações que incluem o conjunto de catalisador de SCR 34, o motor 12 pode ser operado como um motor de queima pobre, que gera emissões de NOx que exigem redução ou outro tratamento por meio do conjunto de catalisador de SCR 34. O conjunto de catalisador de SCR 34, através de sua atividade catalítica, reduz NOx por meio de múltiplas reações. Por exemplo, NOx pode ser reduzido por meio de um redutor gasoso (por exemplo, ureia) para gerar N2, C02, e H20, e NOx podem ser reduzidos por meio de anidro ou amônia aquosa para gerar N2 e H20. Diversas reações secundárias podem ocorrer com anidro ou amônia aquosa resultando em sulfato de amônia e hidrogeno-sulfato de amônia. O conjunto de catalisador de SCR 34 inclui uma entrada 52 para receber o escape 13 do motor 12 e uma saída 41 para descarregar um fluido de pós-tratamento 43 por meio de uma saída de catalisador de SCR 42. Um conduto de fluido 50 é disposto entre o motor 12 e o conjunto de catalisador de SCR 34. Outro equipamento (por exemplo, um filtro particulado, purificador, ou outro equipamento de operação) pode estar presente entre o motor 12 e o conjunto de catalisador de SCR 34 para preparar o conjunto de catalisador de SCR 34 para receber 0 escape 13. Especificamente, o conduto de fluido 50 é acoplado ao motor 12 para direcionar o escape 13 para a entrada de catalisador de SCR 52 do conjunto de catalisador de SCR 34, portanto, permitir a comunicação fluida entre os mesmos.

[012] O sistema de injeção de redutor 38 pode ser utilizado para controlar a quantidade de redutor (por exemplo, ureia) injetado no fluido a montante 40 do conjunto de catalisador de SCR 34. Se o motor 12 está operando mediante uma condição de combustível mais rica, a quantidade de redutor (por exemplo, ureia) injetado pode ser maior quando o motor 12 opera de modo mais pobre. Controlar a quantidade de ureia injetada permite maior eficiência de redução NOx na saída de catalisador de SCR 42. Desse modo, quando o motor 12 opera mediante condições mais ricas, o sistema de injeção de redutor 38 pode injetar maiores quantidades de ureia conforme necessário para alcançar a eficiência de redução de NOx. De modo similar, quando o motor 12 produz menos emissões de NOx, uma menor quantidade de ureia é injetada por meio do sistema de injeção de redutor 38.

[013] O motor 12 pode incluir um motor de combustão interna como um motor de movimento alternado (por exemplo, motor de múltiplos tempos como um motor de dois tempos, motor de quatro tempos, motor de seis tempos, etc.) ou um motor de turbina a gás. O motor 12 pode operar em uma variedade de combustíveis (por exemplo, gás natural, diesel, gás de síntese, gasolina, etc.). O motor 12 pode operar como um motor de queima pobre ou um motor de queima rica. O motor 12 é acoplado a uma unidade de controle de motor (por exemplo, controlador) 14 que controla e monitora as operações do motor 12. O controlador de motor 14 inclui processar conjunto de circuitos (por exemplo, processador 16) e conjunto de circuitos de memória (por exemplo, memória 18). O processador 16 pode executar instruções para executar a operação do motor 12. Um escape 13 na saída de motor inclui várias emissões (por exemplo, NOx, hidrocarbonetos, NH3) que são emitidas em várias temperaturas e taxas de fluxo. Os sensores 15 são acoplados a ou a jusante do motor 12 e são configurados para medir a temperatura e taxas de fluxo dos vários parâmetros de escape 13. Vários sensores 19 podem ser dispostos a jusante do motor 12 e a montante de um conjunto de catalisador de SCR 34.

Os sensores 19 podem incluir um ou mais sensores de amônia (NH3) pré-SCR 20 e/ou um ou mais sensores de óxidos de nitrogênio (NOx) pré-SCR 22 configurados para mediras concentrações dos NH3 e NOx, respectivamente, na corrente de fluido 13. Um controlador de injeção de redutor (por exemplo, NH3/ureia) 28 pode receber as medidas de concentrações a partir dos sensores de NH3 pré-SCR 24 e/ou dos sensores de NOx pré-SCR 22. O controlador de injeção de redutor 28 pode receber medidas de concentrações de NH3 e/ou NOx a jusante de um conjunto de catalisador de SCR 34 a partir dos sensores 23. Os sensores 23 podem incluir sensores de amônia (NH3) pós-SCR 24 e/ou sensores de óxidos de nitrogênio (NOx) pós-SCR 26 configurados para medir as concentrações dos NH3 e NOx, respectivamente, no fluido existente em uma saída de catalisador de SCR 42. O controlador de injeção de redutor 28 inclui processar conjunto de circuitos (por exemplo, processador 30) e conjunto de circuitos de memória (por exemplo, memória 32). O processador 30 pode executar instruções para executar a operação do motor 12. O controlador de injeção de redutor 28 é configurada para executar uma ação de controle 54 para o sistema de injeção 38. Por exemplo, o controlador de injeção de redutor 28 pode fazer com que o sistema de injeção 38 mantenha ou altere uma quantidade de redutor (por exemplo, NH3 ou ureia) injetado no fluido a montante 40 da entrada 52 do conjunto de catalisador de SCR 34.

[014] A Figura 2 é um diagrama de blocos de uma realização de um controlador 21. Conforme mencionado acima, um controlador 14 geralmente controla a operação do sistema de combustão interna 12, e um controlador 28 controla o sistema de injeção de redutor 38. Em algumas realizações, um único controlador 21 pode controlar tanto a operação do sistema de combustão interna 12 quanto o sistema de injeção de redutor 38. O controlador 21 inclui código não transitório ou instruções armazenadas em um meio legível por máquina (por exemplo, memória 25) e usados por um processador (por exemplo, processador 27) para implantar as técnicas reveladas no presente documento. A memória 25 pode armazenar várias tabelas e/ou modelos (por exemplo, modelos de software que representam e/ou que simulam vários aspectos do sistema de combustão 12, do sistema de injeção 38, e de cada componente dos sistemas 12 e 38). Em certas realizações, a memória 25 pode ser inteira ou parcialmente removível do controlador 21. O controlador 21 recebe um ou mais sinais de entrada a partir dos sensores (entradai . . . entradan) que incluem entradas de motor 62, e outros componentes (por exemplo, interface de usuário) do sistema 10 e emite um ou mais sinais de saída (saídai . . . saídan). Os vários sinais de entrada podem incluir saídas de motor (por exemplo, temperatura, taxa de fluxo), concentrações de emissões (por exemplo, concentração de NH3), ou outras condições de operação do sistema de pós-tratamento 10. Os sinais de saída podem incluir um ajuste para um comando de injeção (por exemplo, ação de controle 54) ou outro ajuste no sistema. O controlador 21 pode utilizar um ou mais tipos de modelos (por exemplo, modelos com base em software executáveis por um processador). Por exemplo, os modelos podem incluir modelos estatísticos, tal como modelos de análise de regressão. A análise de regressão pode ser usada para encontrar funções com capacidade de modelar tendências futuras dentro de uma certa faixa de erro. As técnicas de associação podem ser usadas para encontrar relação entre variáveis. Além disso, os dados utilizados com os modelos podem incluir dados históricos, dados empíricos, dados com base em conhecimento, e assim por diante.

[015] O controlador 21 pode incluir um determinador de ação de controle para ajustar uma quantidade aceitável de redutor para ser injetado. Em certas realizações, o controlador 21 pode incluir um controlador proporcional integral derivado (PID). O determinador de ação de controle pode ser com base em software, com base em hardware ou uma combinação de ambos. O determinador de ação de controle pode determinar um nível inicial de emissões de ΝΟχ desejado que sai do conjunto de catalisador de SCR 34 com base em um dentre parâmetros de operação recebidos dos sensores 19, 23 dispostos por todo o sistema de pós-tratamento 10 e/ou outra entrada, tal como uma medição de armazenamento de NH3 70 determinada por meio de uma ou mais sondas de RF 36 dispostas dentro do conjunto de catalisador de SCR 34. Em certas realizações, um modelo de estimativa de armazenamento de NH3 56 (por exemplo, um modelo com base em software executável por um processador), que pode ser armazenado na memória 25 do controlador 21, pode ser utilizado por um estimador de armazenamento de NH3 57 para determinar uma estimativa de armazenamento de NH3 68. Os parâmetros de operação confiaram-se ao modelo de estimativa de armazenamento de NH3 56 que pode incluir medidas de concentrações de NH3 e/ou óxidos de nitrogênio a montante 40 e/ou a jusante 45 do conjunto de catalisador de SCR 34, entradas de motor 62, e a medição de armazenamento de NH370 medida pelas sondas de RF 36. O controlador 21 pode, dessa forma, emitir uma ação de controle 54 para o sistema de injeção de redutor 38, com base pelo menos em parte na estimativa de armazenamento de NH3 68, nas entradas de motor 62, e na medição de armazenamento de NH3 70. Em certas realizações, o controlador 21 pode determinar um valor de erro de armazenamento de NH3 72 entre a estimativa de armazenamento de NH3 68 e a medição de armazenamento de NH3 70 e emitir a ação de controle 54 com base pelo menos em parte no valor de erro de armazenamento de NH3 72.

[016] A Figura 3 é um diagrama esquemático da operação funcional do controlador para controlar e/ou monitorar o sistema de tratamento de escape 10 da Figura 1. Uma medição de armazenamento de NH3 70 medida por meio de sondas de RF 36 é utilizada em um controlador de injeção de redutor 28 em conjuntos de catalisadores de redução catalítica seletiva (SCR) 34. Conforme representado, um sistema de injeção de redutor 38 é configurado para injetar uma quantidade de redutor (por exemplo, ureia ou amônia) em um fluido a montante 40 do conjunto de catalisador de SCR 34. A quantidade de redutor é controlada por meio de um sistema de injeção de redutor 38, que utiliza um controlador de injeção de redutor 28 para emitir uma ação de controle 54. Por exemplo, a ação de controle 54 emitida pelo controlador de injeção de redutor 28 pode exigir uma taxa de fluxo maior de redutor (por exemplo, ureia ou amônia) a ser injetada no fluido a montante 40 do conjunto de catalisador de SCR 34 de modo que ocorra uma maior eficiência de redução. O controlador de injeção de redutor 28 utiliza diversas variáveis em um modelo de estimativa de armazenamento de amônia (NH3) 56. Um estimador de armazenamento de NH3 57 utiliza o modelo de estimativa de armazenamento de NH3 56 para determinar uma estimativa de armazenamento de NH3 68. As variáveis utilizadas no modelo de estimativa de armazenamento de NH3 56 podem incluir uma concentração de NOx pré-SCR 58 recebida dos sensores de NOx pré-SCR 22, uma concentração de NH3 pré-SCR 60 recebida dos sensores de NH3 pré-SCR 24, e/ou entradas de motor 62 (por exemplo, taxas de fluxo de escape e temperatura de escape que saem do motor), ou qualquer combinação dos mesmos. Em algumas realizações, o modelo de estimativa de armazenamento de NH3 56 pode ser usado para estimar NO, individual N02, e/ou concentrações de NH3 a montante e/ou a jusante do conjunto de catalisador de SCR 34. O modelo de estimativa de armazenamento de NH3 56 utiliza pelo menos essas variáveis, em adição às entradas de operação de motor 62. As entradas de motor 62 são representativas de vários parâmetros de motor. O motor 12 inclui uma pluralidade de sensores 15 dispostos por todo o sistema 12 para medir os parâmetros de motor (por exemplo, concentrações de emissões em gases de escape gerados pelo motor 12, taxas de fluxo de emissões, temperaturas de emissões, etc.) e para fornecer retroalimentação (por exemplo, por meio de sinais representativos dos parâmetros de motor) para o controlador de injeção de redutor 28. Por exemplo, um ou mais sensores 15 podem ser dispostos dentro ou adjacentes ou próximos ao (por exemplo, a jusante) motor 12 e a montante do conjunto de catalisador de SCR 34. O um ou mais sensores 15 pode medir uma concentração de NH3, NOx, ou outras emissões ou espécies no escape 13 gerado pelo motor 12 antes do tratamento (por exemplo, por meio do conjunto SCR 34). Com base pelo menos em parte em retroalimentação a partir do um ou mais sensores 15, o controlador de injeção de redutor 28 pode determinar se o motor 12 e se o motor 12 está em operação mediante uma condição de combustível mais rica. Quando o motor 12 opera mediante uma condição de combustível mais rica, as emissões resultantes são geralmente maiores e exigem redução da emissão para formar emissões mais brandas. O modelo de estimativa de armazenamento de NH3 56 utiliza pelo menos essas variáveis para gerar uma estimativa de armazenamento de NH3 68.

[017] A estimativa de armazenamento de NH3 68 é utilizada pelo controlador de injeção de redutor 28 para gerar a ação de controle 54. O controlador de injeção de redutor 28 utiliza uma medição de armazenamento de NH3 70 para gerar a ação de controle 54. A medição de armazenamento de NH3 70 é recebida por meio das sondas de RF 36 dispostas dentro do conjunto de catalisador de SCR 34. As sondas de RF 36 emitem uma medição de tensão para determinar a quantidade de NH3 armazenada dentro do conjunto de catalisador de SCR 34. Em algumas realizações, o controlador de injeção de redutor 28 pode ser um controlador derivativo integral proporcional. O controlador de injeção de redutor 28 utiliza a estimativa de armazenamento de NH3 68 e a medição de armazenamento de NH3 70 para calcular um valor de erro 72 (por exemplo, sinal de controle teta) como a diferença entre a estimativa de armazenamento de NH3 68 e a medição de armazenamento de ΝΗ3 70. Em algumas realizações, o valor de erro de armazenamento 72 pode utilizar NO, N02, e/ou concentrações de NH3 estimadas pelo modelo de estimativa de armazenamento de NH3 56 para emitir a ação de controle 54. O algoritmo de controle de injeção de redutor 76 tenta minimizar o erro ajustando-se o processo para emitir a ação de controle 54 com base no valor de erro de armazenamento de NH3 72, a concentração de NOx pós-SCR 64, e a concentração de NH3 pós-SCR 66. A ação de controle 54 pode incluir um comando de injeção que aumenta ou que reduz a quantidade do redutor, que aumenta ou que reduz a temperatura do redutor, e assim por diante. O controlador de injeção de redutor 28 pode fornecer um sinal perceptivo por usuário que indica a necessidade para a ação corretora. Por exemplo, um indicador textual ou visual pode ser fornecido para um exibidor do controlador de injeção de redutor 28 ou um exibidor em dispositivo remoto. Além disso, um sinal visual (por exemplo, por meio de um dispositivo de emissão de luz tal como um LED) ou sinal audível (por exemplo, por meio de um alto-falante) pode ser fornecido no controlador de injeção de redutor 28 ou em um dispositivo remoto. O controlador de injeção de redutor 28 inclui processar conjunto de circuitos (por exemplo, processador 30) e conjunto de circuitos de memória (por exemplo, memória 32). O processador 30 pode executar instruções para monitorar parâmetros de sistema (condição de operação de combustível (por exemplo, condição de combustível rica), níveis de emissões (por exemplo, NOx), etc.), regular (por exemplo, manter) a taxa de fluxo ou temperatura do fluido 40 que entra na entrada 52 do conjunto SCR 34. Essas instruções podem ser codificadas em programas ou armazenadas em código em um meio legível por computador não transitório tangível (por exemplo, um disco óptico, dispositivo de estado sólido, chip, firmware) como a memória 32. O processador 30 também pode acessar tabelas ou valores armazenados na memória 32. Em certas realizações, o sistema de injeção de redutor 38 pode ser acionado ativamente por meio de uma bomba ou injetor. Em outras realizações, o sistema de injeção de redutor 38 pode ocorrer por meio de incorporação passiva.

[018] A Figura 4 é um fluxograma de uma realização de um método implantado em computador 90 para controlar uma quantidade de NH3 ou ureia injetada a montante 40 de um conjunto SCR 34. Todas ou algumas das etapas do método 90 podem ser executadas pelo controlador de injeção de redutor 28 (por exemplo, com a utilização do processador 30 para executar programas e acessar dados armazenados na memória 32). O método 90 inclui adicionalmente receber parâmetros de operação reais a partir do motor (bloco 92). O método 90 pode incluir receber concentrações de NOx dentro de um fluido a montante e/ou a jusante do conjunto SCR (bloco 94) e/ou receber concentrações de NH3 dentro de um fluido a montante e/ou a jusante do conjunto de catalisador de SCR (bloco 96). O método 90 inclui adicionalmente utilizar um modelo de estimativa de armazenamento de NH3 para determinar uma estimativa de armazenamento de NH3 (bloco 98). O método pode incluir adicionalmente receber uma estimativa de armazenamento de NH3 por meio de sondas de RF (bloco 100). O método 90 pode incluir adicionalmente determinar e corrigir o valor de erro entre a estimativa de armazenamento de NH3 e a medição de armazenamento de NH3 e para emitir a ação de controle com base no valor de erro de armazenamento de NH3, e determinar um valor de erro de NOx entre a concentração de NOx pré-SCR e a concentração de NOx pós-SCR (bloco 102) para emitir a ação de controle com base no valor de erro de NOx (bloco 104). A ação emitida pode incluir aumentar ou diminuir a taxa de fluxo do redutor, que aumenta ou que reduz a temperatura do redutor, e assim por diante. Se a redução de NOx desejada é alcançada, o controlador de injeção de redutor mantém o comando de injeção de redutor atual para continuar a atual eficiência de redução.

[019] Os efeitos da técnica das realizações reveladas incluem sistemas e métodos que utilizam sistemas de pós-tratamento para redução de emissões de um escape de motor. As realizações da presente revelação utilizam um conjunto de catalisador (por exemplo, redução catalítica seletiva (SCR)) configurada para controlar ativamente a redução de emissões de escape por um sistema de injeção de redutor. O sistema de injeção de redutor pode ser utilizado para controlar a quantidade de redutor (por exemplo, ureia ou NH3) injetado em um fluido a montante do conjunto de catalisador de SCR. O conjunto de catalisador de SCR inclui sensores de frequência de rádio (RF) dispostos dentro do conjunto de catalisador de SCR de modo que uma medição de armazenamento de amônia (NH3) seja emitida para um controlador. O controlador também utiliza um modelo de estimativa de armazenamento de NH3. O modelo de estimativa de armazenamento de NH3 recebe informações que pertencem às entradas de motor (por exemplo, temperatura de escape, taxa de fluxo de escape) por meio de sensores dispostos no motor ou dentro do escape. O modelo de estimativa de armazenamento de NH3 recebe informações incluindo, mas que não se limitam a, concentrações de emissões (por exemplo, NOx, NH3, etc.) a montante e/ou a jusante do conjunto de catalisador de SCR por meio de sensores (por exemplo, sensores de NOx, sensores de NH3, etc.) dispostos a montante e/ou a jusante do conjunto de catalisador de SCR. Com base nas informações recebidas, o modelo de armazenamento de NH3 estima uma estimativa de armazenamento de NH3 para o catalisador de SCR. O controlador utiliza a estimativa de armazenamento de NH3 e a medição de armazenamento de NH3 para calcular um valor de erro ou sinal de controle teta que o controlador utiliza para gerar um sinal de controle teta. O sinal de controle teta pode ser utilizado pelo controlador (por exemplo, em um algoritmo de controle de injeção de ureia/NH3) juntamente com medições de NOx e/ou NH3 para gerar um comando de injeção de ureia/NH3 (por exemplo, ajustar, manter) para controlar uma quantidade de ureia/NH3 injetada a montante do conjunto de catalisador de SCR. O sistema e métodos revelados permitem monitoramento e/ou controle mais precisos de emissões de NOx e NH3, especialmente mediante condições de operação de motor de queima pobre.

[020] A presente descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer pessoa versada na técnica pratique a invenção, incluindo produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistemas, e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram às pessoas versadas na técnica. Tais outros exemplos são destinados a estar dentro do escopo das reivindicações se possuírem elementos estruturais que não os diferenciem da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais em relação à linguagem literal das reivindicações.

Reivindicações

Claims

1. SISTEMA, caracterizado pelo fato de que compreende: um sistema de pós-tratamento de escape configurado para tratar emissões de um motor de combustão, em que o sistema de pós-tratamento de escape compreende: um conjunto de catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) configurado para receber um fluido do motor de combustão, em que o conjunto de catalisador de SCR tem uma entrada e uma saída; pelo menos uma sonda de radiofrequência (RF) disposta dentro do catalisador de SCR e configurada para medir armazenamento de amônia (NH3) do catalisador de SCR; um sistema de injeção configurado para injetar NH3 ou ureia no fluido a montante da entrada do catalisador de SCR; um controlador acoplado de modo comunicativo ao sistema de pós-tratamento de escape, em que o controlador é configurado para controlar operações do sistema de pós-tratamento de escape e para receber sinais representativos das concentrações medidas de óxidos de nitrogênio (NOx) ou NH3 no fluido a montante do catalisador de SCR, para receber sinais representativos das concentrações medidas de NOx ou NH3 no fluido a jusante do catalisador de SCR, ou qualquer combinação dos mesmos; e um sinal representativo da medição de armazenamento de NH3 da pelo menos uma sonda de RF; e um modelo de estimativa de armazenamento de NH3 configurado para determinar uma estimativa de armazenamento de NH3 com base pelo menos nos sinais representativos das concentrações medidas de NOx ou NH3 no fluido a montante do catalisador de SCR ou nos sinais representativos das concentrações medidas de NOx ou NH3 no fluido a jusante do catalisador de SCR, ou qualquer combinação dos mesmos; em que o controlador é configurado para utilizar pelo menos tanto a estimativa de armazenamento de NH3 estimada quanto a medição de armazenamento de NH3 para emitir uma ação de controle para 0 sistema de injeção.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um primeiro sensor de NOx disposto a montante da entrada do catalisador de SCR e configurado para medir a concentração de NOx no fluido a montante da entrada, ou disposto a jusante da saída do catalisador de SCR e configurado para medir a concentração de NOx no fluido a jusante da saída.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um primeiro NH3 sensor disposto a montante da entrada do catalisador de SCR e configurado para medir a concentração de NH3 no fluido a montante da entrada, ou disposto a jusante da saída do catalisador de SCR e configurado para medir a concentração de NH3 no fluido a jusante da saída.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um ou mais sensores configurados para medir os parâmetros operacionais do motor de combustão.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o controlador recebe os parâmetros operacionais do motor de combustão e utiliza o modelo de estimativa de armazenamento de NH3 para determinar a estimativa de armazenamento de NH3 com base pelo menos em parte nos parâmetros operacionais.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ação de controle compreende ajustar uma quantidade de NH3 ou ureia injetado no fluido a montante da entrada do catalisador de SCR.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para receber sinais representativos das concentrações medidas de (NOx) e NH3 no fluido a montante do catalisador de SCR.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende o motor de combustão acoplado ao sistema de pós-tratamento de escape.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para determinar um valor de erro de armazenamento de NH3 entre a estimativa de armazenamento de NH3 e a medição de armazenamento de NH3 e para emitir a ação de controle com base no valor de erro de armazenamento de NH3.

10. SISTEMA, caracterizado pelo fato de que compreende: um controlador de um sistema de pós-tratamento de escape configurado para tratar emissões de um motor de combustão, em que o controlador é configurado para receber sinais representativos de concentrações medidas de amônia (NH3) ou óxidos de nitrogênio (NOx) dentro de um fluido a montante de um conjunto de catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) ou para receber sinais representativos das concentrações medidas de NH3 ou (NOx) no fluido a jusante do catalisador de SCR, ou qualquer combinação dos mesmos, para utilizar um modelo de estimativa de armazenamento de NH3 para determinar uma estimativa de armazenamento de NH3 do catalisador de SCR com base nas concentrações medidas de NOx no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR e/ou nas concentrações medidas de NH3 no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR, para receber um sinal representativo de uma medição de armazenamento de NH3 do catalisador de SCR de pelo menos uma sonda de radiofrequência (RF) disposta dentro do catalisador de SCR, e para controlar uma quantidade de ureia ou amônia injetada por um sistema de injeção no fluido a montante de uma entrada do conjunto de catalisador de SCR com base pelo menos tanto na medição de armazenamento de NH3 quanto na estimativa de armazenamento de NH3.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para receber sinais representativos dos parâmetros medidos do motor de combustão.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para utilizar o modelo de estimativa de armazenamento de NH3 para determinar uma estimativa de armazenamento de NH3 com base pelo menos em parte nos parâmetros operacionais medidos.

13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o controlador é um controlador proporcional integral derivativo.

14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para determinar um valor de erro de armazenamento de NH3 entre a estimativa de armazenamento de NH3 e a medição de armazenamento de NH3 e para emitir a ação de controle com base no valor de erro de armazenamento de NH3.

15. MÉTODO PARA CONTROLAR INJEÇÃO DE UREIA OU AMÔNIA (NH3), em um fluido a montante de uma entrada de um conjunto de catalisador de redução catalítica seletiva (scr) acoplado a um motor de combustão, caracterizado pelo fato de que compreende: utilizar um controlador para: receber sinais representativos de concentrações medidas de óxidos de nitrogênio (NOx) e/ou NH3 a montante e/ou a jusante do conjunto de catalisador de SCR; e receber sinais representativos de uma medição de armazenamento de NH3 do conjunto de catalisador de SCR de pelo menos uma sonda de radiofrequência (RF) disposta dentro do catalisador de SCR; utilizar um modelo de estimativa de armazenamento de NH3 para determinar uma estimativa de armazenamento de NH3 com base pelo menos nos sinais representativos das concentrações medidas de NOx no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR e/ou nos sinais representativos das concentrações medidas de NH3 no fluido a montante ou a jusante do catalisador de SCR para determinar a estimativa de armazenamento de NH3; e emitir uma ação de controle para um sistema de injeção, com base pelo menos em parte na estimativa de armazenamento de NH3 e na medição de armazenamento de NH3, em que o sistema de injeção injeta uma quantidade de NH3 ou ureia no fluido a montante da entrada do conjunto de catalisador de SCR.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende utilizar o controlador para: determinar um valor de erro de armazenamento de NH3 entre a estimativa de armazenamento de NH3 e a medição de armazenamento de NH3; e emitir a ação de controle com base no valor de erro de NH3.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a ação de controle compreende gerar um comando de injeção de NH3 ou ureia que ajusta uma taxa de injeção de NH3 ou ureia para alcançar um nível de emissão de NOx desejado que sai do conjunto de SCR.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a ação de controle compreende receber sinais representativos de parâmetros operacionais medidos do motor de combustão.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a ação de controle compreende utilizar o modelo de estimativa de armazenamento de NH3 para determinar a estimativa de armazenamento de NH3 com base pelo menos em parte nos parâmetros operacionais.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que os parâmetros operacionais compreendem uma taxa de fluxo de escape e uma temperatura de um escape que sai do motor de combustão.