CN102486110B - 用于预测DeNOx催化剂的再生的方法及使用该方法的排放系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于预测DeNOx催化剂的再生的方法及使用该方法的排放系统，该方法能够精确地预测在再生后残留在DeNOx催化剂中的NOx量和NO2量，该排放系统控制DeNOx催化剂的再生正时以及还原剂的喷射量。该方法可以包括：计算还原剂的总质量流；通过利用还原剂的总质量流而计算在硝酸还原反应中使用的还原剂的质量流、在NO2还原反应中使用的还原剂的质量流、以及被简单氧化的还原剂的质量流；通过利用在硝酸还原反应中使用的还原剂的质量流以及在NO2还原反应中使用的还原剂的质量流而计算释放的NO2质量流和还原的NO2质量流；计算从DeNOx催化剂滑移的NO2质量流；并且基于释放的NO2质量流、还原的NO2质量流以及滑移的NO2质量流计算在再生后残留在DeNOx催化剂处的NO2质量和NOx质量。

Description

用于预测DeNOx催化剂的再生的方法及使用该方法的排放系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月2日提交的韩国专利申请第10-2010-0121836号的优先权及权益，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种用于预测DeNOx催化剂的再生(regeneration)的方法以及使用该方法的排放系统。更特别而言，本发明涉及一种用于预测DeNOx催化剂的再生的方法，其能够精确地预测在再生之后残留在DeNOx催化剂中的NOx量和NO2量，并且本发明涉及排放系统，其使用该方法控制DeNOx催化剂的再生正时以及还原剂的喷射量。

背景技术

一般而言，穿过排放歧管(exhaustmanifold)从发动机流出的排放气体被驱动进入安装在排放管处的催化转化器，并且在其中进行净化。之后，在穿过消声器的同时排放气体的噪音减小，然后排放气体通过尾管排入空气。催化转化器对包含在排放气体中的污染物进行净化。此外，用于俘获包含在排放气体中的微粒物质(PM)的微粒过滤器安装在排放管中。

脱氮催化剂(DeNOx催化剂)是这种催化转化器的一种类型，并且对包含在排放气体中的氮氧化物(NOx)进行净化。如果将还原剂(例如，尿素、氨、一氧化碳和碳氢化合物(HC))供给至排放气体，则包含在排放气体中的NOx通过与还原剂的氧化还原反应而在DeNOx催化剂中还原。

近来，稀薄NOx俘获(leanNOxtrap,LNT)催化剂被用作这样的DeNOx催化剂。当发动机在稀薄大气中运行时，LNT催化剂吸附包含在排放气体中的NOx，并且当发动机在稠密大气中运行时，LNT催化剂释放吸附的NOx。从LNT催化剂释放所吸附的NOx称为再生。

根据用于再生LNT催化剂的常规方法，基于发动机的驱动条件对包含在排放气体中的NOx的含量进行预测，通过包含在排放气体中的NOx量对存储在LNT催化剂中的NOx量进行预测，并且当存储在LNT催化剂中的NOx量大于或等于预定量时喷射还原剂或者控制燃烧大气。为了成功地执行用于再生LNT催化剂的常规方法，应当精确地预测存储在LNT催化剂中的NOx量。此外，为了预测存储在LNT催化剂中的NOx量，应当精确地预测包含在排放气体中的NOx量以及在先行再生之后残留在LNT催化剂中的NOx和NO2量。韩国专利申请NO.10-2010-0115239和No.10-2010-0115238公开了用于精确地预测包含在排放气体中的NOx量的方法。因此，本说明书将在下文中公开用于精确地预测在先行再生之后残留在LNT催化剂中的NOx和NO2量的方法。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面提供了一种用于预测DeNOx催化剂的再生的方法，其优点是考虑在NOx的还原反应中实际使用的还原剂的量以及DeNOx催化剂老化(aging)的量，从而精确地预测再生之后残留在DeNOx催化剂中的NOx和NO2的量。

本发明的各个方面提供了一种排放系统，其优点是根据所预测的NOx的再生状态精确地预测DeNOx催化剂的再生正时以及还原剂的喷射量。

根据本发明的各个方面的用于预测DeNOx催化剂的再生的方法可以包括：计算还原剂的总质量流；通过利用还原剂的总质量流，而计算在硝酸还原反应(nitratereductionreaction)中使用的还原剂的质量流、在NO2还原反应中使用的还原剂的质量流、以及被简单氧化的还原剂的质量流；通过利用在硝酸还原反应中所使用的还原剂的质量流以及NO2还原反应中所使用的还原剂的质量流而计算释放的NO2的质量流和还原的NO2的质量流；计算从DeNOx催化剂滑移的(slipped)NO2的质量流；并且基于释放的NO2的质量流、还原的NO2的质量流以及滑移的NO2的质量流，计算在再生之后残留在DeNOx催化剂处的NO2的质量和NOx的质量。

还原剂的总质量流可以通过利用还原剂的利用效率和所喷射的还原剂的质量流而进行计算。

还原剂的利用效率可以通过利用排放气体的质量流以及DeNOx催化剂的老化而进行计算。

硝酸还原反应中所使用的还原剂的质量流，可以通过利用DeNOx催化剂的温度、DeNOx催化剂的入口的拉姆达、存储在DeNOx催化剂中的NOx的质量以及还原剂的总质量流而进行计算。

NO2还原反应中所使用的还原剂的质量流，可以通过利用存储在DeNOx催化剂中的NO2的质量、DeNOx催化剂的温度以及还原剂的总质量流而进行计算。

被简单氧化的还原剂的质量流，可以通过利用DeNOx催化剂的温度、发动机出口的拉姆达以及还原剂的总质量流而进行计算。

从DeNOx催化剂滑移的NO2的质量流，可以通过利用NO2滑移效率(slipefficiency)、存储在DeNOx催化剂中的NO2的质量以及DeNOx催化剂的温度而进行计算。

NO2滑移效率可以通过利用DeNOx催化剂的老化、DeNOx催化剂的初始滑移效率以及老化后的DeNOx催化剂的滑移效率而进行计算。

根据本发明的各个方面的排放系统可以包括：排放管，排放气体经过所述排放管流动，所述排放气体在具有第一喷射器的发动机处产生，所述第一喷射器将燃料喷射到燃烧室内；第二喷射器，所述第二喷射器安装在所述排放管处并且喷射还原剂；DeNOx催化剂，所述DeNOx催化剂在所述第二喷射器的下游安装在所述排放管处，并且通过利用由所述第二喷射器所喷射的还原剂对所述排放气体中包含的NOx进行还原；以及控制单元，所述控制单元控制所述第二喷射器从而对所述DeNOx催化剂进行再生，并且计算在再生之后残留在所述DeNOx催化剂中的NO2的质量和NOx的质量，其中所述控制单元计算所述DeNOx催化剂的再生中所使用的还原剂的总质量流，计算分别在硝酸还原反应、NO2还原反应以及还原剂的简单氧化还原反应中所使用的还原剂的每一个质量流，并且通过利用还原剂的每一个质量流计算从所述DeNOx催化剂释放的NO2的质量流以及还原的NO2的质量流。

所述控制单元可以通过NO2滑移效率、存储在所述DeNOx催化剂中的NO2的质量以及所述DeNOx催化剂的温度，而对从所述DeNOx催化剂滑移的NO2的质量流进行计算。

所述控制单元可以通过从所述DeNOx催化剂释放的NO2的质量流、还原的NO2的质量流以及滑移的NO2的质量流，而对在再生之后残留在所述DeNOx催化剂中的NO2的质量和NOx的质量进行计算。

所述控制单元可以通过还原剂的利用效率和所喷射的还原剂的质量流而对还原剂的总质量流进行计算。

所述控制单元可以通过所述排放气体的质量流和所述DeNOx催化剂的老化而对还原剂的利用效率进行计算。

所述控制单元可以通过所述DeNOx催化剂的温度、所述DeNOx催化剂的入口的拉姆达、存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量以及还原剂的总质量流，而对硝酸还原反应中所使用的还原剂的质量流进行计算。

所述控制单元可以通过存储在所述DeNOx催化剂中的NO2的质量、所述DeNOx催化剂的温度以及还原剂的总质量流，而对NO2还原反应中所使用的还原剂的质量流进行计算。

所述控制单元可以通过所述DeNOx催化剂的温度、发动机出口的拉姆达以及还原剂的总质量流，而对还原剂的简单氧化反应中所使用的还原剂的质量流进行计算。

所述控制单元可以通过所述DeNOx催化剂的老化、所述DeNOx催化剂的初始滑移效率以及老化后的DeNOx催化剂的滑移效率，而对NO2滑移效率进行计算。

还原剂可以是燃料。

所述排放系统可以在所述第二喷射器和所述DeNOx催化剂之间安装在所述排放管上，并且可以进一步包括用于使燃料分解的燃料裂化催化剂。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1是排放系统的示意图，根据本发明的用于预测DeNOx催化剂的再生的示例性方法能够应用于该排放系统。

图2的框图显示了在根据本发明的用于预测DeNOx催化剂的再生的示例性方法中使用的控制单元的输入和输出的关系。

图3是根据本发明的用于预测DeNOx催化剂的再生的示例性方法的流程图。

图4的流程图显示了参与本发明的各个实施方案中的每一个反应的还原剂的每一个质量流的计算。

具体实施方式

下面将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

如图1中所示，用于内燃机的排放系统包括发动机10、排放管20、排放气体再循环(EGR)装置80、燃料裂化催化剂32、微粒过滤器30、DeNOx催化剂40以及控制单元50。

发动机10燃烧混合了燃料和空气的空气-燃料混合物，从而将化学能转化为机械能。发动机10连接至进气歧管18，从而在燃烧室12中接收空气，并且发动机10连接至排放歧管16，从而使得在燃烧过程中产生的排放气体收集在排放歧管16中并且排放至外部。第一喷射器14安装在燃烧室12中，从而将燃料喷射到燃烧室12内。

在这里以柴油发动机为例，但是也可以使用稀燃汽油发动机(lean-burngasolineengine)。在使用汽油发动机的情况下，空气-燃料混合物经过进气歧管18流入到燃烧室12内，并且火花塞安装在燃烧室12的上部处。

此外，可以使用具有各种压缩比的发动机，压缩比可以小于或等于16.5。

排放管20连接至排放歧管16，从而将排放气体排放至车辆的外部。微粒过滤器30和DeNOx催化剂40安装在排放管20处，从而去除包含在排放气体中的HC、CO、PM和NOx。

排放气体再循环装置80安装在排放管20处，并且从发动机10排放的排放气体穿过排放气体再循环装置80。此外，排放气体再循环装置80连接至进气歧管18，从而通过将排放气体的一部分与空气混合而对燃烧温度进行控制。燃烧温度的这种控制是通过由控制单元50的控制，来对供给至进气歧管18的排放气体的量进行控制而实现的。

第一氧传感器25在排放气体再循环装置80的下游安装在排放管20处，并且检测穿过排放气体再循环装置80的排放气体中的氧量。在本说明书中，由第一氧传感器检测的值称为发动机出口的拉姆达。

第二喷射器90，在排放气体再循环装置80的下游安装在排放管20处，电连接至控制单元50，并且根据控制单元50的控制执行将燃料附加喷射到排放管20内。

微粒过滤器30在第二喷射器90的下游安装在排放管20处。燃料裂化催化剂设置在微粒过滤器30的上游处。在这种情况下，燃料裂化催化剂32布置在第二喷射器90和DENOx催化剂40之间。在这里，燃料裂化催化剂32与微粒过滤器30分离设置，但是燃料裂化催化剂32可以涂覆在微粒过滤器30的前部。

燃料裂化催化剂32通过催化反应切断燃料中包含的碳化合物的链环，从而使碳化合物分解。也就是说，燃料裂化催化剂32通过热裂化切断了构成碳氢化合物的链环并且使得燃料分解。因此，附加喷射的燃料的有效反应面积增大，从而产生了包括高反应性氧(氧合(oxygenated)HC)、CO和H2的碳氢化合物。

热裂化按照以下方式进行。

C16H34→2n-C8H17*→n-C6H13*→n-C4H9*→C2H5*→C2H4

C16H34→8C2H4+H2

在这里，*的意思是基团(radical)。

在这里，碳氢化合物代表包含在排放气体和燃料中的由碳和氢构成的所有化合物。

一种微粒过滤器30(其是一种类型的微粒过滤器30)安装于燃料裂化催化剂32的下游，并且俘获包含在穿过排放管20排放的排放气体中的微粒物质(PM)。在本说明书中，微粒物质过滤设备30和微粒过滤器30用于代表相同的过滤器。然而，也可以不使用这种微粒过滤器30而使用其它类型的微粒过滤器30(例如，催化微粒过滤器(CPF))。

此外，氧化催化剂可以被涂覆于微粒过滤器30。这样的氧化催化剂将包含在排放气体中的HC和CO氧化为CO2，并且将包含在排放气体中的NO氧化为NO2。氧化催化剂可以主要涂覆于微粒过滤器30的特定区域，或者可以均匀地涂覆于微粒过滤器30的整个区域。

第一温度传感器35在燃料裂化催化剂32的上游安装在排放管20处，并且检测燃料裂化催化剂32的入口温度。第二温度传感器36安装在燃料裂化催化剂32的下游处，并且检测燃料裂化催化剂32的出口温度或微粒过滤器30的入口温度。

同时，压力差传感器55安装在排放管20处。压力差传感器55检测微粒过滤器30的入口和出口之间的压力差，并且将与之对应的信号传递至控制单元50。当由压力差传感器55检测到的压力差高于或等于第一预定压力的时候，控制单元50控制微粒过滤器30进行再生。在这种情况下，第一喷射器14能够对燃料进行后喷射，从而使得俘获在微粒过滤器30中的PM燃烧。相反地，第二喷射器90能够对燃料进行附加喷射，从而使得微粒过滤器30再生。

DeNOx催化剂40在微粒过滤器30的下游安装在排放管20处。DeNOx催化剂40吸附包含在排放气体中的NOx，并且通过燃料的附加喷射而释放所吸附的NOx。此外，DeNOx催化剂40执行释放的NOx的还原反应，从而对包含在排放气体中的NOx进行净化。

第三温度传感器60和第四温度传感器65分别安装在DeNOx催化剂40的上游和下游处，从而对DeNOx催化剂40的入口温度和出口温度进行检测。在这里，DeNOx催化剂40分为两个部分。DeNOx催化剂40分为两个部分的原因是，涂覆在每个部分处的金属比率可以改变，从而执行特定功能。例如，接近发动机10的DeNOx催化剂40的第一部分的耐高温能力通过增大钯(Pd)比率而得以增强，并且通过增大铂(Pt)比率而防止碳氢化合物从DeNOx催化剂40的第二部分滑移。相反地，可以使用DeNOx催化剂40，其中相同的金属比率覆盖于其整个区域处。

此外，第二氧传感器62在DeNOx催化剂40的上游安装在排放管20处，第三氧传感器70在DeNOx催化剂40的下游安装在排放管20处。第二氧传感器62检测流入到DeNOx催化剂40内的排放气体中的含氧量，并将与之对应的信号传递至控制单元50，从而帮助控制单元50执行排放气体的稀薄/稠密控制。此外，第三氧传感器70用于监测根据本发明的各个实施方案的用于内燃机的排放系统是否正常地对包含在排放气体中的有害物质进行净化。在这里，在本说明书中示例性描述的是第二氧传感器62附加地安装在排放管20处。然而，除了将第二氧传感器62附加地安装在排放管20处之外，流入到DeNOx催化剂40内的排放气体中的含氧量，还可以基于第一氧传感器25和第三氧传感器70的检测值、燃料消耗以及发动机运行历史的至少一个来进行估计。在本说明书中，由第二氧传感器62检测的值称为DeNOx催化剂的入口的拉姆达。

控制单元50基于从每个传感器传递的信号而确定发动机的驱动条件，并且基于发动机的驱动条件对燃料的附加喷射量和附加喷射正时进行控制。从而，控制单元50控制DeNOx催化剂40来释放所吸附的NOx。例如，在吸附在DeNOx催化剂40中的NOx量大于或等于预定值的情况下，控制单元50控制燃料进行附加喷射。

此外，控制单元50将排放气体中的HC与NOx的比值控制为大于或等于预定比值，从而激活DeNOx催化剂40中的NOx的还原反应。该预定比值可以是5。

同时，控制单元50基于发动机的驱动条件而计算存储在DeNOx催化剂40中的NOx量、NOx从DeNOx催化剂40的后部的滑移量以及HC与NOx的比值。这样的计算是根据由各种实验所确定的映射表而完成的。

此外，控制单元50根据发动机的驱动条件、发动机的状态或者DeNOx催化剂40的状态而改变由第二喷射器90喷射的燃料的喷射模式。在这里，通过考虑发动机的运行周期来假定发动机的状态，并且通过考虑DeNOx催化剂40的老化来假定DeNOx催化剂40的状态。

此外，控制单元50执行微粒过滤器30的再生。

同时，控制单元50可以控制第一喷射器14对燃料进行后喷射，从而激活DeNOx催化剂40中的NOx的还原反应，而不是进行第二喷射器90的附加喷射。在这种情况下，后喷射的燃料在燃料裂化催化剂32处转化为高反应性还原剂，并且促进DeNOx催化剂40中NOx的还原反应。因此可以理解，在本说明书和权利要求书中，所述附加喷射包括后喷射。

在本说明书中举例说明的是，LNT催化剂被用作DeNOx催化剂40，但并不限制于此。

在下文中，将具体描述DeNOx催化剂40的一个实例。

DeNOx催化剂40包括在载体上涂覆的第一催化剂层和第二催化剂层。第一催化剂层布置为更靠近排放气体，并且第二催化剂层布置为更靠近载体。

第一催化剂层对包含在排放气体中的NOx进行氧化，并且通过与包含在未燃烧的燃料或排放气体中的HC的氧化还原反应而对氧化的NOx的一部分进行还原。此外，氧化的NOx的剩余部分扩散到第二催化剂层内。

第二催化剂层吸附从第一催化剂层扩散的NOx，并且通过附加喷射的燃料而释放所吸附的NOx，从而在第一催化剂层处对所吸附的NOx进行还原。扩散到第二催化剂层的NOx在第二催化剂层处被吸附为硝酸(NO3^ˉ)型。此外，从第二催化剂层释放的NOx改变为NO2型，并且移动到第一催化剂层。NO2的一部分被还原，NO2的另一部分滑移，并且NO2的其它部分被吸附在第一催化剂层处。

第二催化剂层包括吸附材料。弱碱性氧化物被用作这样的吸附材料。包含碱性金属或碱性稀土金属的氧化物用作弱碱性氧化物，并且更特别地，包含钡的氧化物可以用作弱碱性氧化物。

在下文中，将具体描述DeNOx催化剂40的运行。

在燃料并未从第二喷射器90进行附加喷射的情况下，包含在排放气体中的NOx在第一催化剂层中被氧化。氧化的NOx的一部分通过与排放气体中包含的HC的氧化还原反应而还原成N2。在这个阶段，包含在排放气体中的HC被氧化为CO2。

此外，氧化的NOx的剩余部分以及包含在排放气体中的NOx扩散进入第二催化剂层并且被吸附在其中。

在燃料从第二喷射器90进行附加喷射的情况下，附加喷射的燃料穿过燃料裂化催化剂，此时燃料转化为低分子量的HC。此外，低分子量的HC的部分转化为氧合HC并且穿过DeNOx催化剂40。

此时，NOx通过与HC的置换反应而从第二催化剂层释放。此外，通过释放的NOx与HC和氧合HC的氧化还原反应，在第一催化剂层中，NOx被还原为N2，并且HC和氧合HC被氧化为CO2。

这样就净化了包含在排放气体中的NOx和HC。

如图2所示，排放气体质量流检测器100、催化剂老化检测器110、还原剂喷射检测器120、NOx检测器130、第三温度传感器60、第四温度传感器65、第一氧传感器25以及第二氧传感器62电连接到控制单元50，并且这些传感器和检测器的检测值被传递到控制单元50。

排放气体质量流检测器100对穿过排放管20的排放气体的质量流进行检测。

催化剂老化检测器110对DeNOx催化剂40的老化进行检测。催化剂老化可以通过考虑发动机10的运行历史、DeNOx催化剂40的再生历史以及在再生之后DeNOx催化剂40的入口和出口之间的温度差而进行确定。

还原剂喷射检测器120对还原剂的当前喷射量进行检测。因为还原剂的喷射量受到控制单元50的负荷控制(duty-controlled)，所以还原剂的当前喷射量可以通过读取当前负荷值而进行检测。

第三温度传感器60对DeNOx催化剂40的入口温度进行检测。

第四温度传感器65对DeNOx催化剂40的出口温度进行检测。

由第三温度传感器60和第四温度传感器65检测到的温度，用于通过预定计算来确定DeNOx催化剂40的温度。相反地，DeNOx催化剂40的入口温度或DeNOx催化剂40的出口温度可以用作DeNOx催化剂40的温度。

第一氧传感器25检测穿过EGR装置80的排放气体中包含的氧量。如上所述，由第一氧传感器25检测到的值表示为发动机出口的拉姆达。

第二氧传感器62检测流入到DeNOx催化剂40内的排放气体中包含的氧量。如上所述，由第二氧传感器62检测到的值表示为DeNOx催化剂40的入口的拉姆达。

控制单元50基于各检测值而确定发动机的驱动条件、燃料喷射量、燃料喷射正时、燃料喷射模式、燃料的附加喷射量(即，还原剂的喷射量)、附加喷射正时(即，再生正时)以及附加喷射模式，并且将用于控制第一喷射器14和第二喷射器90的信号输出到第一喷射器14和第二喷射器90。此外，控制单元50基于由压力差传感器55检测到的值控制微粒过滤器30的再生。如上文所述，微粒过滤器30的再生通过第一喷射器14的后喷射或者第二喷射器90的附加喷射而执行。此外，控制单元50计算从第二催化剂层释放的NO2的质量流、还原为氮气的NO2的质量流以及从DeNOx催化剂40滑移的NO2的质量流，并且在此基础上计算再生之后残留在第二催化剂层处的硝酸的质量以及残留在第一催化剂层处的NO2的质量。

同时，除了图2中所示的传感器之外，根据本发明的各个实施方案的内燃机的排放系统还包括多个传感器，但是为了更好地理解以及便于说明，将省略其描述。

请参考图3和图4，在步骤S210，排放气体质量流检测器100对排放气体的质量流进行检测；在步骤S220，催化剂老化检测器110对DeNOx催化剂40的老化进行检测；在步骤S230，还原剂喷射检测器120对喷射到排放气体内的还原剂的质量流进行检测；并且在步骤S240，基于第三温度传感器60和第四温度传感器65的检测值而对DeNOx催化剂40的温度进行检测。

此外，在步骤250，基于残留在第二催化剂层处的NOx量以及在先的再生之后在第二催化剂层处新吸附的NOx量，控制单元50对DeNOx催化剂40中吸附的NOx量进行检测；在步骤S260，第一氧传感器25对发动机出口的拉姆达进行检测；并且在步骤S270，第二氧传感器62对催化剂入口的拉姆达进行检测。同时，由于第一氧传感器25和第二氧传感器62的误差及时间延迟的原因，发动机的出口以及DeNOx催化剂40的入口的拉姆达可以通过如下方程进行计算。

在此，λ_ExhMnf表示发动机的出口的拉姆达，m_Air表示新鲜空气的质量，m_Fuel和m_Fuel,int表示喷射到发动机的燃料量，表示还原剂的质量流，L_st表示化学计量的空气/燃料比值，n表示发动机速度，i表示燃烧周期的次数，并且z表示汽缸数量。

在步骤S280，控制单元50通过利用排放气体的质量流和DeNOx催化剂40的老化而通过预定映射图对还原剂的利用效率进行计算；并且在步骤S290，控制单元50通过利用还原剂的利用效率以及所喷射的还原剂的质量流而对参与在DeNOx催化剂40中发生的反应的还原剂的总质量流进行计算。

之后，在步骤S300，控制单元50对参与每一个反应的还原剂的质量流进行计算。

下面，将参考图4具体描述参与每一个反应的还原剂的质量流的计算。

在步骤S420，控制单元50通过利用DeNOx催化剂40的温度、DeNOx催化剂40的入口的拉姆达以及存储在DeNOx催化剂40中的NOx量而通过预定映射图对第一反应系数k1进行计算，该第一反应系数k1用于对硝酸还原反应中所使用的还原剂的质量流进行计算。

此外，在步骤S430，控制单元50通过利用DeNOx催化剂40的温度以及DeNOx催化剂40中吸附的NO2量而通过预定映射图对第二反应系数k2进行计算，该第二反应系数k2用于对NO2还原反应中所使用的还原剂的质量流进行计算。在步骤S340，控制单元50通过利用残留在DeNOx催化剂40中的NO2量以及在先行再生之后在DeNOx催化剂40中新吸附的NO2量而对DeNOx催化剂40中吸附的NO2量进行检测。

此外，在步骤S440，控制单元50通过利用发动机10的拉姆达而对排放气体中包含的氧浓度进行计算；并且在步骤S450，控制单元50通过利用DeNOx催化剂40的温度以及在排放气体中包含的氧浓度而对第三反应系数k3进行计算，该第三反应系数k3用于对与氧进行简单氧化反应中所使用的还原剂的质量流进行计算。

之后，在步骤S470，控制单元50通过将第一反应系数k1、第二反应系数k2和第三反应系数k3相加而计算总反应系数k；在步骤S480，控制单元50通过使第一反应系数k1除以总反应系数k而计算第一反应系数比值r1；在步骤S490，控制单元50通过使第二反应系数k2除以总反应系数k而计算第二反应系数比值r2；并且在步骤S500，控制单元50通过使第三反应系数k3除以总反应系数k而计算第三反应系数比值r3。

之后，在步骤S310，控制单元50通过利用第一反应系数比值r1以及还原剂的总质量流而对硝酸还原反应中所使用的还原剂的质量流进行计算；在步骤S320，控制单元50通过利用第二反应系数比值r2以及还原剂的总质量流而对NO2还原反应中所使用的还原剂的质量流进行计算；并且在步骤S330，控制单元50通过利用第三反应系数比值r3以及还原剂的总质量流而对被简单氧化的还原剂的质量流进行计算。

在步骤S300，在对每一个反应中所使用的还原剂的质量流进行计算之后，在步骤S350，控制单元50对从第二催化剂层释放的NO2的质量流进行计算。从第二催化剂层释放的NO2的质量流基于方程1进行计算。

方程1 $\left(2\·x+\frac{y}{2}\right)\·M_{ad}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_2+C_x{H}_y\→\left(2\·x+\frac{y}{2}\right)\·M_{ad}O+(4\·x+y)\·{\mathrm{NO}}_2+x\·{\mathrm{CO}}_2+\frac{y}{2}\·H_{2}O$

如果钡(Ba)用作M_ad(碱性或碱性稀土金属)并且C₃H₆用作C_xH_y，则方程1如下。

9*BaNO₃₂+C₃H₆→9*BAO+18NO₂+3*CO₂+3*H₂O

因此，从第二催化剂层释放的NO2的质量流能够通过利用方程1而由还原剂的总质量流、第一反应系数比值、NO2的摩尔质量以及还原剂的摩尔质量进行计算。

此外，在步骤S360，控制单元50对从第一催化剂层还原的NO2的质量流进行计算。从第一催化剂层还原的NO2的质量流基于方程2进行计算。

方程2 $\left(x+\frac{y}{4}\right)\·{\mathrm{NO}}_2+C_x{H}_y\→\left(\frac{x}{2}+\frac{y}{8}\right)\·N_2+x\·{\mathrm{CO}}_2+\frac{y}{2}\·H_{2}O$

如果C₃H₆用作C_xH_y，则方程2如下。

4.5*NO₂+C₃H₆→2.25*N₂+3*CO₂+3*H₂O

因此，从第一催化剂层还原的NO2的质量流能够通过利用方程2而由还原剂的总质量流、第二反应系数比值、NO2的摩尔质量以及还原剂的摩尔质量进行计算。

此外，在步骤S330，控制单元50基于方程3而对被简单氧化的还原剂的质量流进行计算。

方程3 $C_x{H}_y+\left(x+\frac{y}{4}\right)\·O_2\→x\·{\mathrm{CO}}_2+\frac{y}{2}\·H_{2}O$

如果C₃H₆用作C_xH_y，则方程3如下。

C₃H₆+4.5*O₂→3*CO₂+3*H₂O

在步骤S370，控制单元50通过利用DeNOx催化剂40的老化、DeNOx催化剂40的初始滑移效率以及老化后的DeNOx催化剂40的滑移效率而对DeNOx催化剂40的当前滑移效率进行计算。此外，在步骤S380，控制单元通过利用DeNOx催化剂40的当前滑移效率、DeNOx催化剂40的温度以及在DeNOx催化剂40中吸附的NO2量而对滑移的NO2的质量流进行计算。之后，在步骤S390，控制单元50对通过从释放的NO2的质量流中减去还原的NO2的质量流和滑移的NO2的质量流而计算出的值求积分。

因此，在步骤S400，对再生之后残留在DeNOx催化剂40中的NOx量进行计算，并且在步骤S410对在再生之后残留在DeNOx催化剂40中的NO2量进行计算。

如上所述，由于在再生之后残留在DeNOx催化剂中的NOx量和NO2量可以被精确地预测，并且被用于后续再生，所以根据本发明可以提高NOx的净化效率。

由于还原剂的再生正时和喷射量根据DeNOx催化剂中吸附的精确的NOx量和NO2量而受到控制，所以可以提高燃料经济性。

此外，由于能够预测在DeNOx催化剂中吸附的精确的NOx量和NO2量，所以可以防止对DeNOx催化剂进行超裕度设计，并且可以减少在DeNOx催化剂中所使用的贵金属的量。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (18)

1.一种排放系统，包括：

排放管，排放气体经过所述排放管流动，所述排放气体由具有第一喷射器的发动机产生，所述第一喷射器将燃料喷射到燃烧室内；

第二喷射器，所述第二喷射器安装在所述排放管处并且喷射还原剂；和

DeNOx催化剂，所述DeNOx催化剂在所述第二喷射器的下游安装在所述排放管处，并且通过利用由所述第二喷射器所喷射的还原剂对所述排放气体中包含的NOx进行还原；

其特征在于，所述排放系统还包括：

控制单元，所述控制单元控制所述第二喷射器从而对所述DeNOx催化剂进行再生，并且计算在再生之后残留在所述DeNOx催化剂中的NO2的质量和NOx的质量，

其中所述控制单元计算所述DeNOx催化剂的再生中所使用的还原剂的总质量流，计算分别在硝酸还原反应、NO2还原反应以及还原剂的简单氧化还原反应中所使用的还原剂的每一个质量流，并且通过利用还原剂的每一个质量流来计算从所述DeNOx催化剂释放的NO2的质量流以及还原的NO2的质量流。

2.根据权利要求1所述的排放系统，其中所述控制单元通过NO2滑移效率、存储在所述DeNOx催化剂中的NO2的质量以及所述DeNOx催化剂的温度而对从所述DeNOx催化剂滑移的NO2的质量流进行计算。

3.根据权利要求2所述的排放系统，其中所述控制单元通过从所述DeNOx催化剂释放的NO2的质量流、还原的NO2的质量流以及滑移的NO2的质量流而对在再生之后残留在所述DeNOx催化剂中的NO2的质量和NOx的质量进行计算。

4.根据权利要求1所述的排放系统，其中所述控制单元通过还原剂的利用效率以及所喷射的还原剂的质量流而对还原剂的总质量流进行计算。

5.根据权利要求4所述的排放系统，其中所述控制单元通过所述排放气体的质量流和所述DeNOx催化剂的老化而对还原剂的利用效率进行计算。

6.根据权利要求1所述的排放系统，其中所述控制单元通过所述DeNOx催化剂的温度、所述DeNOx催化剂的入口的拉姆达、存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量以及还原剂的总质量流而对硝酸还原反应中所使用的还原剂的质量流进行计算，其中流入到DeNOx催化剂内的排放气体中的含氧量称为DeNOx催化剂的入口的拉姆达。

7.根据权利要求1所述的排放系统，其中所述控制单元通过存储在所述DeNOx催化剂中的NO2的质量、所述DeNOx催化剂的温度以及还原剂的总质量流而对NO2还原反应中所使用的还原剂的质量流进行计算。

8.根据权利要求1所述的排放系统，其中所述控制单元通过所述DeNOx催化剂的温度、发动机出口的拉姆达以及还原剂的总质量流而对还原剂的简单氧化反应中所使用的还原剂的质量流进行计算，其中穿过排放气体再循环装置的排放气体中的氧量称为发动机出口的拉姆达。

9.根据权利要求1所述的排放系统，其中所述控制单元通过所述DeNOx催化剂的老化、所述DeNOx催化剂的初始滑移效率以及老化后的DeNOx催化剂的滑移效率而对NO2滑移效率进行计算。

10.根据权利要求1所述的排放系统，其中所述还原剂是燃料，并且

其中所述排放系统在所述第二喷射器和所述DeNOx催化剂之间安装在所述排放管上，并且进一步包括用于使燃料分解的燃料裂化催化剂。

11.一种用于预测DeNOx催化剂的再生的方法，包括：

计算还原剂的总质量流；

通过利用还原剂的总质量流而计算在硝酸还原反应中使用的还原剂的质量流、在NO2还原反应中使用的还原剂的质量流、以及被简单氧化的还原剂的质量流；

通过利用在硝酸还原反应中所使用的还原剂的质量流以及NO2还原反应中所使用的还原剂的质量流而计算释放的NO2的质量流和还原的NO2的质量流；

计算从DeNOx催化剂滑移的NO2的质量流；并且

基于释放的NO2的质量流、还原的NO2的质量流以及滑移的NO2的质量流而计算在再生之后残留在DeNOx催化剂处的NO2的质量和NOx的质量。

12.根据权利要求11所述的用于预测DeNOx催化剂的再生的方法，其中还原剂的总质量流通过利用还原剂的利用效率和所喷射的还原剂的质量流而进行计算。

13.根据权利要求12所述的用于预测DeNOx催化剂的再生的方法，其中还原剂的利用效率通过利用排放气体的质量流以及DeNOx催化剂的老化而进行计算。

14.根据权利要求11所述的用于预测DeNOx催化剂的再生的方法，其中在硝酸还原反应中所使用的还原剂的质量流通过利用DeNOx催化剂的温度、DeNOx催化剂的入口的拉姆达、存储在DeNOx催化剂中的NOx的质量以及还原剂的总质量流而进行计算，其中流入到DeNOx催化剂内的排放气体中的含氧量称为DeNOx催化剂的入口的拉姆达。

15.根据权利要求11所述的用于预测DeNOx催化剂的再生的方法，其中在NO2还原反应中所使用的还原剂的质量流通过利用存储在DeNOx催化剂中的NO2的质量、DeNOx催化剂的温度以及还原剂的总质量流而进行计算。

16.根据权利要求11所述的用于预测DeNOx催化剂的再生的方法，其中被简单氧化的还原剂的质量流通过利用DeNOx催化剂的温度、发动机出口的拉姆达以及还原剂的总质量流而进行计算，其中穿过排放气体再循环装置的排放气体中的氧量称为发动机出口的拉姆达。

17.根据权利要求11所述的用于预测DeNOx催化剂的再生的方法，其中从DeNOx催化剂滑移的NO2的质量流通过利用NO2滑移效率、存储在DeNOx催化剂中的NO2的质量以及DeNOx催化剂的温度而进行计算。

18.根据权利要求17所述的用于预测DeNOx催化剂的再生的方法，其中NO2滑移效率通过利用DeNOx催化剂的老化、DeNOx催化剂的初始滑移效率以及老化后的DeNOx催化剂的滑移效率而进行计算。