CN102486111B - 预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法及使用该方法的排放系统 - Google Patents

Abstract

一种预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法及使用该方法的排放系统，通过该方法能够对实际存储在DeNOx催化剂中的NOx量进行精确预测，并且该排放系统控制DeNOx催化剂的再生正时，并通过使用所述方法而控制被喷射的还原剂的量。所述方法可以包括：对存储在DeNOx催化剂的NOx中的质量流量进行计算；计算从DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量；计算从DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量；并且通过利用存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量、从DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量以及从所述DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量来计算出实际存储在所述DeNOx催化剂中的NOx量。

Description

预测DeNOx催化剂中的NOx装载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No.10-2010-0122235的优先权和权益，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法及使用该方法的排放系统。更具体而言，本发明涉及一种预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法，通过该方法能够对实际存储在DeNOx催化剂中的NOx量进行精确预测，并且本发明涉及一种排放系统，其通过使用所述方法来控制DeNOx催化剂的再生正时以及被喷射的还原剂的量。

背景技术

一般而言，穿过排放歧管从发动机流出的排放气体被驱动到安装在排放管上的催化转化器当中，并且在其中被净化。然后，在穿过消声器时排放气体的噪音减小，然后排放气体通过尾管而排入到空气当中。催化转化器对包含在排放气体中的污染物进行净化。此外，用于捕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，将稀薄NOx捕获(leanNOxtrap，LNT)催化剂用作这样的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催化剂中对被吸附的NOx进行释放被称为再生。

根据传统的用于对LNT催化剂进行再生的方法，基于发动机的驱动条件对包含在排放气体中的NOx量进行预测，存储在LNT催化剂中的NOx量从包含在排放气体中的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的时候，则喷射还原剂或者控制燃烧大气。为了成功地执行传统的用于对LNT催化剂进行再生的方法，应当精确地预测存储在LNT催化剂中的NOx量。此外，为了精确地预测存储在LNT催化剂中的NOx量，包含在排放气体中的NOx量应当被精确地预测。韩国专利申请No.10-2010-0115239和No.10-2010-0115238中公开了一种用来精确预测包含在排放气体中的NOx量的方法，并且在韩国专利申请No.10-2010-0121836中公开了一种用来精确预测在先前再生之后在DeNOx催化剂中剩余的NOx量和NO2量的方法。因此，以下将在本说明书中公开一种用来精确预测存储在DeNOx催化剂中的NOx量的方法。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，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一般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预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法，其具有的优点是：考虑到DeNOx催化剂的催化剂老化和催化剂温度，而对实际存储在DeNOx催化剂中的NOx量进行精确预测。

本发明的各个方面提供了一种排放系统，其具有的优点是：基于所预测的NOx存储量来精确地预测DeNOx催化剂的再生正时和还原剂的喷射量。

根据本发明的各个方面的一种预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法，可以包括：对存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量进行计算；计算从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量；计算从所述DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量；并且通过利用存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量、从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量以及从所述DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量来计算出实际存储在所述DeNOx催化剂中的NOx量。

对存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量进行计算可以包括：根据催化剂温度来计算每体积的NOx存储容量；通过使用所述每体积的NOx存储容量和DeNOx催化剂的有效体积来计算实际的NOx存储容量；通过使用所述实际的NOx存储容量和实际的NOx存储量来计算相对的NOx存储级别；通过使用所述相对的NOx存储级别和所述催化剂温度来计算参考的NOx存储效率；对所述参考的NOx存储效率进行修正；并且通过使用已修正的NOx存储效率和排放气体中的NOx的质量流量来计算存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量。

所述参考的NOx存储效率可以基于所述排放气体的体积速度而进行初次修正，并可以基于实际的NO2/NOx比率来进行二次修正。

基于所述排放气体的体积速度来对参考的NOx存储效率进行的初次修正可以包括：基于所述排放气体的体积速度和催化剂老化来计算第一修正系数；并且将所述参考的NOx存储效率乘以所述第一修正系数。

所述催化剂老化可以包括热降解和由硫抑制引起的老化。

基于实际的NO2/NOx比率而对参考的NOx存储效率进行二次修正可以包括：基于所述实际的NO2/NOx比率来计算第二修正系数；并且将初次修正的参考的NOx存储效率乘以所述第二修正系数。

计算从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量可以包括：计算当前的NOx存储量是最大NOx存储量下的催化剂温度；确定当前的催化剂温度是否低于或等于当前的NOx存储量是最大NOx存储量下的催化剂温度；并且在当前的催化剂温度高于当前的NOx存储量是最大NOx存储量下的催化剂温度的情况下，从当前的NOx存储量中减去当前催化剂温度下的最大NOx存储量。

在当前的催化剂温度低于或等于当前的NOx存储量是最大NOx存储量下的催化剂温度的情况下，NOx可以不从所述DeNOx催化剂中热释放。

根据本发明的其它方面的一种排放系统，可以包括：排放管，排放气体通过该排放管进行流动，所述排放气体在发动机处产生，该发动机具有将燃料喷射到燃烧室当中的第一喷射器；第二喷射器，该第二喷射器安装在所述排放管中并喷射还原剂；DeNOx催化剂，该DeNOx催化剂在所述第二喷射器的下游安装在所述排放管中，并利用由所述第二喷射器喷射的还原剂来对包含在所述排放气体中的NOx进行还原；以及控制部分，该控制部分根据发动机的驱动条件来对存储在DeNOx催化剂中的NOx量进行预测，其中所述控制部分计算存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量、从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量以及从所述DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量，并且该控制部分通过从存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量中减去从DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量以及从DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量，而对存储在DeNOx催化剂中的NOx量进行预测。

所述控制部分可以根据催化剂温度和DeNOx催化剂的有效体积而利用每体积的NOx存储容量来计算NOx存储容量，通过利用所述NOx存储容量和实际的NOx存储量来计算相对的NOx存储级别，并通过利用所述相对的NOx存储级别和催化剂温度来计算参考的NOx存储效率，并通过利用所述参考的NOx存储效率和排放气体中的NOx质量流量来计算存储在DeNOx催化剂中的NOx的质量流量。

所述参考的NOx存储效率可以基于所述排放气体的体积速度和催化剂老化来进行初次修正。

所述参考的NOx存储效率可以基于实际的NO2/NOx比率来进行二次修正。

所述催化剂老化可以包括热降解和由硫抑制引起的老化。

所述控制部分可以计算能够在当前的催化剂温度下被存储的最大NOx量，并通过从当前的NOx存储量中减去能够在当前的催化剂温度下被存储的最大NOx量，来计算出从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx质量流量。

在从当前的NOx存储量中减去所述能够在当前催化剂温度下被存储的最大NOx量所获得的值是正值的情况下，可以通过将该值除以预定时间来计算从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx质量流量。

在从所述当前的NOx存储量中减去所述能够在当前催化剂温度下被存储的最大NOx量所获得的值是负值的情况下，从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx质量流量可以为零。

所述还原剂可以是燃料。

在这种情况下，所述排放系统还可以包括燃料裂化催化剂，该燃料裂化催化剂在所述第二喷射器和所述DeNOx催化剂之间布置在所述排放管上，并对所述燃料进行分解。

本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是示例性排放系统的示意图，根据本发明的预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法能够应用于该排放系统。

图2是框图，其显示了根据本发明的预测DeNOx催化剂中的NOx装载的示例性方法中所使用的控制部分的输入和输出之间的关系。

图3是根据本发明的预测DeNOx催化剂中的NOx装载的示例性方法的流程图。

图4是根据本发明的对存储在DeNOx催化剂中的NOx质量流量进行计算的示例性流程图。

图5是根据本发明的计算从DeNOx催化剂中热释放的NOx质量流量的示例性流程图。

图6是显示存储在DeNOx催化剂中的NOx量根据温度的曲线图。

具体实施方式

接下来将具体参考本发明的各个实施例，在附图中和以下的描述中示出了这些实施例的实例。虽然本发明与示例性实施例相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，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替换、修改、等效形式以及其它实施例。

如图1中所示，用于内燃发动机的排放系统可以包括发动机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以及控制部分50。

发动机10使得燃料和空气混合的空气-燃料混合物燃烧，从而将化学能转化为机械能。发动机10连接至进气歧管18，从而接收燃烧室12中的空气，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，从而将燃料喷射进入燃烧室12。

在这里以柴油发动机作为例子，但是也可以使用稀燃汽油发动机。在使用汽油发动机的情况下，空气-燃料混合物穿过进气歧管18流动进入燃烧室12，火花塞安装于燃烧室12的上部。

此外，可以使用具有各种压缩比(例如小于或等于16.5的压缩比)的发动机。

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安装于排放管20以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安装于排放管20，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部分50的控制而对供给至进气歧管18的排放气体的量进行控制而执行的。

第一氧传感器25在排放气体再循环装置80的下游安装于排放管20，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，被第一氧传感器检测出的值称为发动机出口的朗姆达(lambda)。

第二喷射器90在排放气体再循环装置80的下游安装于排放管20，该第二喷射器90电连接至控制部分50，并且根据控制部分50的控制来执行将燃料附加喷射进入排放管20。

微粒过滤器30在第二喷射器90的下游安装于排放管20。燃料裂化催化剂设置在微粒过滤器30的上游。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可以涂设在微粒过滤器30的前部。

燃料裂化催化剂32通过催化剂反应切断了包含在燃料当中的碳化合物的链环，从而对碳化合物进行分解。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对燃料进行分解。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(氧化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^*→C2H4C16H34→8C2H4+H2

在这里，^*的意思是基团。

在这里，碳氢化合物代表包含在排放气体和燃料中的包括碳和氢的所有化合物。

微粒物质过滤设备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，也可以不使用微粒物质过滤设备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，氧化催化剂可以涂设于微粒过滤器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设于微粒过滤器30的特定区域，或者可以均匀地涂设于微粒过滤器30的整个区域。

第一温度传感器35在燃料裂化催化剂32的上游安装于排放管20，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安装于燃料裂化催化剂32的下游，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安装于排放管20。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部分50。当由压力差传感器55检测的压力差高于或等于第一预定压力的时候，控制部分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的下游安装于排放管20。DeNOx催化剂40对包含在排放气体中的NOx进行吸附，并且通过燃料的附加喷射而释放被吸附的NOx。此外，DeNOx催化剂40执行被释放的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分别安装于DeNOx催化剂40的上游和下游，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，涂设在每个部分上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的第一部分40的抗热能力通过增大钯(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第二部分40滑移。相反地，可以使用DeNOx催化剂40，其中相同的金属比率涂设于整个区域。

此外，第二氧传感器62在DeNOx催化剂40的上游安装于排放管20，第三氧传感器70在DeNOx催化剂40的下游安装于排放管20。第二氧传感器62检测包含在流入到DeNOx催化剂40中的排放气体中的氧量，并将与之对应的信号传递至控制部分50，从而帮助控制部分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示例性实施方案的用于内燃发动机的排放系统是否正常地对包含在排放气体中的有害材料进行净化。在这里，在本说明书中示例性描述的是第二氧传感器62附加安装于排放管20。然而，除了将第二氧传感器62附加安装于排放管20之外，包含在流入到DeNOx催化剂40中的排放气体中的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、燃料消耗和发动机运行历史的至少一个来进行估计。在本说明书中，被第二氧传感器62检测的值称为DeNOx催化剂的入口的朗姆达。

控制部分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，控制部分50对DeNOx催化剂40进行控制，以释放被吸附的NOx。例如，在吸附到DeNOx催化剂40中的NOx量大于或等于预定值的情况下，控制部分50对待被附加喷射的燃料进行控制。

此外，控制部分50将排放气体中的HC与NOx的比率控制为大于或等于预定比率，从而激活DeNOx催化剂40中的NOx的还原反应。预定比率可以是5。

同时，控制部分50基于发动机的驱动条件对存储在DeNOx催化剂40中的NOx量、从DeNOx催化剂40的后部处滑移的NOx量以及HC与NOx的比率进行计算。这样的计算是根据由各个实验限定的映射表而完成的。

此外，控制部分50根据发动机的驱动条件、发动机的状态或者DeNOx催化剂40的状态而改变通过第二喷射器90进行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，控制部分50执行微粒过滤器30的再生。

同时，控制部分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中的氮氧化物的还原反应，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。但是并非限制于此。

在下文中，将具体描述DeNOx催化剂40的一个例子。

DeNOx催化剂40包括在载体上涂设的第一和第二催化剂层。第一催化剂层布置为接近排放气体，第二催化剂层布置为接近载体。

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被氧化的NOx的一部分进行还原。此外，被氧化的NOx的剩余部分扩散进入第二催化剂层。

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被吸附的NOx，从而使得吸附的NOx在第一催化剂层处进行还原。扩散至第二催化剂层的NOx作为硝酸根(NO3^-)类型而在第二催化剂层中被吸附。此外，从第二催化剂层释放的NOx改变成NO2类型，并移动至第一催化剂层。一部分NO2被还原，另一部分NO2进行滑移，并且NO2的其他部分则吸附在第一催化剂层上。

第二催化剂层包括吸附材料。弱碱性氧化物用作这样的吸附材料。包含碱金属或碱土金属的氧化物用作弱碱氧化物，并且更加特别地，包含钡的氧化物可以用作弱碱氧化物。

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。一部分被氧化的NOx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，被氧化的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HC。此外，低分子的HC的部分转化为氧化的HC并且穿过DeNOx催化剂40。

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

因此，包含在排放气体中的NOx和HC被净化。

如图2所示，NOx检测器100、NO2检测器110、硫抑制检测器120、排放气体质量流量检测器130、第三温度传感器60、第四温度传感器65、发动机速度传感器140、燃料喷射量检测器150、进气质量流量检测器160和还原剂喷射量检测器170电连接至控制部分50，并且它们的检测值传递至控制部分50。

NOx检测器100对穿过DeNOx催化剂40的入口的包含在排放气体中的NOx量进行检测。大体而言，控制部分50基于空气-燃料混合物的燃烧状态、排放气体的温度、在发动机出口处的空气/燃料比率、以及在DeNOx催化剂入口处的空气/燃料比率来预测NOx量。或者，能够检测NOx量的传感器可以安装在排放管20上。

NO2检测器110检测包含在穿过DeNOx催化剂40的入口的排放气体中的NO2量。大体而言，控制部分50基于空气-燃料混合物的燃烧状态、排放气体的温度、在发动机出口处的空气/燃料比率、以及在DeNOx催化剂入口处的空气/燃料比率来预测NO2量。或者，能够检测NO2量的传感器可以安装在排放管20上。

硫抑制检测器120检测在DeNOx催化剂40中抑制的硫的质量。大体而言，将根据发动机的运行时间的硫抑制量和总的喷射燃料量存储在映射图中，并且控制部分50通过使用所述映射图，从发动机的运行时间和总的喷射燃料量来预测在DeNOx催化剂40中抑制的硫的质量。

排放气体质量流量检测器130对穿过排放管20的排放气体的质量流量进行检测。

第三温度传感器60检测DeNOx催化剂40的入口温度。

第四温度传感器65检测DeNOx催化剂40的出口温度。

通过预定计算，被第三温度传感器60和第四温度传感器65检测出的温度用来确定DeNOx催化剂40的温度。相反地，DeNOx催化剂40的入口温度或者DeNOx催化剂40的出口温度可以用作DeNOx催化剂40的温度。

发动机速度传感器140从曲轴的相位改变中来检测发动机速度。

燃料喷射量检测器150对当前喷射的燃料喷射量进行检测。最近，燃料是通过主喷射和引燃喷射来进行喷射的。因此，燃料喷射量检测器150对一个循环期间供给至燃烧室12的主喷射量和引燃喷射量进行检测。此外，因为燃料喷射量受到控制部分50的负载控制，因此能够通过阅读当前的负载值来检测当前的燃料喷射量。

进气质量流量检测器160安装在进气管上，并检测一个循环期间流动的进气质量流量。

还原剂喷射量检测器170检测还原剂的当前喷射量。因为还原剂的喷射量受到控制部分50的负载控制，因此可以通过阅读当前的负载值来检测当前的还原剂喷射量。

控制部分50基于检测的值而确定了发动机的驱动条件、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(亦即，还原剂的喷射量)、附加喷射正时(亦即，再生正时)和附加的喷射模式，并将用于控制第一和第二喷射器14和90的信号输出至第一和第二喷射器14和90。此外，控制部分50基于压力差传感器55的检测值来控制微粒过滤器30的再生。如上所述，微粒过滤器30的再生是通过第一喷射器14的后喷射或者第二喷射器90的附加喷射来执行的。并且，控制部分50对存储在DeNOx催化剂40中的NOx的质量流量、从DeNOx催化剂40中热释放的NOx的质量流量以及从DeNOx催化剂40中化学释放的NOx的质量流量进行计算，基于这些来对存储在DeNOx催化剂40中的NOx量进行计算。

同时，除了图2中所示的传感器以外，根据本发明的各个实施方案的内燃发动机的排放系统包括多个传感器，但是为了更好理解并方便描述，将省略这些传感器的描述。

在步骤S200中，NOx检测器100对DeNOx催化剂40的入口处的排放气体中所包含的NOx的质量和质量流量进行检测，NO2检测器110对在DeNOx催化剂40的入口处的排放气体中包含的NO2量进行检测，并且在步骤S210中，控制部分50检测DeNOx催化剂40入口处的NO2/NOx比率。

此外，在步骤S220中，硫抑制检测器120检测DeNOx催化剂40中的抑制的硫的质量，在步骤S230中，排放气体质量流量检测器130检测排放气体的质量流量，在步骤S240中，第三温度传感器60检测DeNOx催化剂40的入口温度，在步骤S250中，第四温度传感器65检测DeNOx催化剂40的出口温度，在步骤S260中，发动机速度传感器140检测发动机速度，并且在步骤S270中，燃料喷射量检测器150检测供给至发动机10的总的燃料喷射量。

进气质量流量检测器160检测一个循环期间的进气质量，并且在步骤S280中，控制部分50基于一个循环期间的进气质量来检测一个循环期间供给至每个气缸的进气质量流量。

此外，在步骤S290中，还原剂喷射量检测器170检测喷射至排放气体的还原剂的质量流量。

在步骤S300中，控制部分50基于DeNOx催化剂40的入口和出口温度来计算DeNOx催化剂40的温度。

此外，在步骤S310中，控制部分50计算排放系统的朗姆达。亦即，在步骤S320中，第一氧传感器25检测发动机出口的朗姆达，在步骤S330中，第二氧传感器62检测DeNOx催化剂40的入口的朗姆达。同时，由于第一和第二氧传感器25和62的不精确性和时间延迟的原因，发动机出口的朗姆达和DeNOx催化剂40的入口的朗姆达可以从以下等式中计算得出。

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ExhMnf}}=\frac{m_{\mathrm{Air}}}{m_{\mathrm{Fuel}}\·L_{\mathrm{st}}}$

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{LntUs}}=\frac{m_{\mathrm{Air}}}{(m_{\mathrm{Fuel},\mathrm{int}}+\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{ext}}\·60s/\min }{n\·i\·z})L_{\mathrm{st}}}$

此处，λ_ExhMnf表示发动机出口的朗姆达，m_Air表示新鲜空气的质量，m_Fuel和m_Fule，int表示喷射到发动机的燃料量，表示还原剂的量，L_st表示化学计量的空气/燃料比率，n表示发动机速度，i表示燃烧循环的数量，z表示气缸数量。

在步骤S340中，控制部分50计算DeNOx催化剂40的老化，并在步骤S350中计算穿过DeNOx催化剂40的排放气体的体积速度。

DeNOx催化剂40的老化包括热降解和由硫抑制引起的老化。DeNOx催化剂40的热降解在高温下快速进行，并且根据发动机的运行时间和DeNOx催化剂40的温度的热降解存储在预定的映射图中。因此，控制部分50通过使用预定的映射图来计算DeNOx催化剂40的热降解。同时，如上所述，由硫抑制引起的老化通过硫抑制检测器120而进行检测。

穿过DeNOx催化剂的排放气体的体积速度SV通过以下等式来进行计算。

$\mathrm{SV}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{exh}}\·R\·(T_{\mathrm{LNT}}+273.15)}{P\·V_{\mathrm{cat}}}\·1000l/m^3$

此处，表示排放气体的质量流量，R表示理想气体常数，T_LNT表示DeNOx催化剂40的温度，P表示排放气体的压力，V_cat表示催化剂的体积。

在步骤S360中，控制部分50计算存储在DeNOx催化剂40中的NOx量，并在步骤S370和S380中，基于该计算的NOx量来分别计算存储在DeNOx催化剂40中的NOx的质量流量和DeNOx催化剂40的实际NOx存储容量。

在DeNOx催化剂40中存储的NOx量是通过先前再生之后在DeNOx催化剂40中剩余的NOx量、以及先前再生之后存储在DeNOx催化剂40中的NOx量来进行计算的。

将参考图4来具体描述对存储在DeNOx催化剂40中的质量流量和DeNOx催化剂40的实际NOx存储容量进行计算的过程。

如图4所示，在步骤S500中，控制部分50根据DeNOx催化剂40的温度来计算每体积的NOx存储容量。根据DeNOx催化剂40的温度的每体积的NOx存储容量存储在预定映射图中。

在步骤S510中，控制部分50通过使用每体积的NOx存储容量和有效体积来计算实际的NOx存储容量。

之后，在步骤S520中，控制部分50通过使用实际的NOx存储容量和实际存储的NOx量来计算相对的NOx存储级别。通过将实际存储的NOx量除以实际的NOx存储容量而计算得出相对的NOx存储级别。

在步骤S530中，控制部分50从相对的NOx存储级别和DeNOx催化剂40的温度来计算参考的NOx存储效率。根据相对的NOx存储级别和DeNOx催化剂40的温度的参考的NOx存储效率被存储在预定的映射图中。

之后，在步骤S540中，控制部分50基于排放气体的体积速度和催化剂老化对参考的NOx存储效率进行初次修正。亦即，控制部分50基于排放气体的体积速度和催化剂老化来计算第一修正系数，并通过将所述参考的NOx存储效率乘以第一修正系数来对参考的NOx存储效率进行初次修正。

之后，在步骤S550中，控制部分50基于实际的NO2/NOx比率来对参考的NOx存储效率进行二次修正。亦即，控制部分50基于实际的NO2/NOx比率来计算第二修正系数，并且通过将初次修正的参考的NOx存储效率与第二修正系数相乘，来对参考的NOx存储效率进行二次修正。

之后，在步骤S560中，控制部分50通过利用已修正的NOx存储效率和排放气体中的NOx的质量流量来对存储在DeNOx催化剂40中的NOx的质量流量进行计算。亦即，通过将已修正的NOx存储效率乘以排放气体中的NOx的质量流量来计算出存储在DeNOx催化剂40中的NOx的质量流量。

之后，在步骤S390中，控制部分50计算从DeNOx催化剂40中热释放的NOx的质量流量。将参考图5来详细描述用于计算从DeNOx催化剂40中热释放的NOx的质量流量的过程。

如图5所示，在步骤S300中，控制部分50计算DeNOx催化剂40的温度T，并在步骤S360中计算存储在DeNOx催化剂40中的NOx量。

之后，在步骤S610中，控制部分50计算当前存储的NOx量是最大NOx存储量下的DeNOx催化剂40的温度T’。图6是显示存储在DeNOx催化剂40中的NOx量根据温度的曲线图。参考图6，如果当前存储在DeNOx催化剂40中的NOx量是A1的话，则A1是最大NOx存储量下的DeNOx催化剂40的温度T’是T1。

之后，在步骤S620中，控制部分50确定T是否高于T’。

如果在步骤S620中T低于或等于T’，则在步骤S650中，从DeNOx催化剂40中热释放的NOx量是0。

如果在步骤S620中T高于T’的话，则在步骤S640中，控制部分50从当前存储的NOx量中减去在当前的DeNOx催化剂40温度下能够被存储的最大NOx量，并且将在步骤S640中计算的值除以预定时间(大体上是完全释放NOx所需的时间)来计算出从DeNOx催化剂40中热释放的NOx的质量流量。例如，如果当前的DeNOx催化剂40温度是T2，在T2下存储在DeNOx催化剂40中的最大NOx量是A2。因此，A1减去A2计算得出的d1是从DeNOx催化剂40中热释放的NOx量，并且从DeNOx催化剂40中热释放的NOx的质量流量是通过将d1除以预定时间而计算得出的。

之后，在步骤S400中，控制部分50计算从DeNOx催化剂40中化学释放的NOx的质量流量。为此，在步骤S410中，控制部分50计算从DeNOx催化剂40中释放的NO2的质量流量，并且在步骤S420中计算从DeNOx催化剂40中滑移的NO2的质量流量。由于步骤S400在韩国专利申请No.10-2010-0121836中已经公开，因此省略其详细描述。此外，应当理解，韩国专利申请No.10-2010-0121836的整个内容(例如说明书、附图和权利要求)都包含在本说明书当中。

在步骤S430中，控制部分50计算并未被净化并且排放至大气的NOx的质量流量。亦即，通过以下等式来计算排放至大气的NOx的质量流量。

排放至大气的NOx的质量流量＝包含在排放气体中的NOx的质量流量-(存储在DeNOx催化剂中的NOx的质量流量-从DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量)+从DeNOx催化剂中滑移的NOx的质量流量

此外，在步骤S440中，从存储在DeNOx催化剂40中的NOx的质量流量中减去从DeNOx催化剂40中热释放的NOx的质量流量和从DeNOx催化剂40中化学释放的NOx的质量流量，控制部分50对由此计算得出的值进行合并。因此，在步骤S450中，控制部分50计算实际存储在DeNOx催化剂40中的NOx量。

此外，在步骤S460中，从存储在DeNOx催化剂40中的NOx的质量流量中减去从DeNOx催化剂40中热释放的NOx的质量流量和从DeNOx催化剂40中滑移的NOx的质量流量，控制部分50对由此计算得出的值进行合并。因此，在步骤S470中，控制部分50计算出DeNOx催化剂40的入口和出口之间的NOx量的差值。

如上所述，由于存储在DeNOx催化剂中的NOx量可以被精确预测，因此根据本发明可以提高NOx的净化效率。

由于再生正时和还原剂的喷射量根据存储在DeNOx催化剂中的NOx量而受到控制，因此可以提高燃油经济性。

此外，由于能够预测存储在DeNOx催化剂中的精确NOx量，因此可以防止对DeNOx催化剂的过度设计，并且可以减少用在DeNOx催化剂中的贵金属的量。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语上、前或后等是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据中述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于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不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (16)

1.一种预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法，包括：

对存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量进行计算；

计算从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量；

计算从所述DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量；并且

通过利用存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量、从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量以及从所述DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量来计算出实际存储在所述DeNOx催化剂中的NOx量；

其中，对存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量进行计算包括：

根据催化剂温度来计算每体积的NOx存储容量；

通过使用所述每体积的NOx存储容量和DeNOx催化剂的有效体积来计算实际的NOx存储容量；

通过使用所述实际的NOx存储容量和实际的NOx存储量来计算相对的NOx存储级别；

通过使用所述相对的NOx存储级别和所述催化剂温度来计算参考的NOx存储效率；

对所述参考的NOx存储效率进行修正；并且

通过使用已修正的NOx存储效率和排放气体中的NOx的质量流量来计算存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量。

2.如权利要求1所述的预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法，其中所述参考的NOx存储效率基于所述排放气体的体积速度而进行初次修正，并基于实际的NO2/NOx比率来进行二次修正。

3.如权利要求2所述的预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法，其中基于所述排放气体的体积速度来对参考的NOx存储效率进行的初次修正包括：

基于所述排放气体的体积速度和催化剂老化来计算第一修正系数；并且

将所述参考的NOx存储效率乘以所述第一修正系数。

4.如权利要求3所述的预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法，其中所述催化剂老化包括热降解和由硫抑制引起的老化。

5.如权利要求2所述的预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法，其中基于实际的NO2/NOx比率而对参考的NOx存储效率进行二次修正包括：

基于所述实际的NO2/NOx比率来计算第二修正系数；并且

将初次修正的参考的NOx存储效率乘以所述第二修正系数。

6.一种预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法，包括：

对存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量进行计算；

计算从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量；

计算从所述DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量；并且

通过利用存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量、从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量以及从所述DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量来计算出实际存储在所述DeNOx催化剂中的NOx量；

其中，计算从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量包括：

计算当前的NOx存储量是最大NOx存储量下的催化剂温度；

确定当前的催化剂温度是否低于或等于当前的NOx存储量是最大NOx存储量下的催化剂温度；并且

在当前的催化剂温度高于当前的NOx存储量是最大NOx存储量下的催化剂温度的情况下，从当前的NOx存储量中减去当前催化剂温度下的最大NOx存储量。

7.如权利要求6所述的预测DeNOx催化剂中的NOx装载的方法，其中在当前的催化剂温度低于或等于当前的NOx存储量是最大NOx存储量下的催化剂温度的情况下，NOx不从所述DeNOx催化剂中热释放。

8.一种排放系统，包括：

排放管，排放气体通过该排放管进行流动，所述排放气体在发动机处产生，该发动机具有将燃料喷射到燃烧室当中的第一喷射器；

第二喷射器，该第二喷射器安装在所述排放管中并喷射还原剂；

DeNOx催化剂，该DeNOx催化剂在所述第二喷射器的下游安装在所述排放管上，并利用由所述第二喷射器喷射的还原剂来对包含在所述排放气体中的NOx进行还原；以及

控制部分，该控制部分根据发动机的驱动条件来对存储在DeNOx催化剂中的NOx量进行预测，

其中所述控制部分计算存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量、从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量以及从所述DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量，并且该控制部分通过从存储在所述DeNOx催化剂中的NOx的质量流量中减去从DeNOx催化剂中热释放的NOx的质量流量以及从DeNOx催化剂中化学释放的NOx的质量流量，而对存储在DeNOx催化剂中的NOx量进行预测。

9.如权利要求8所述的排放系统，其中所述控制部分根据催化剂温度和DeNOx催化剂的有效体积而利用每体积的NOx存储容量来计算NOx存储容量，通过利用所述NOx存储容量和实际的NOx存储量来计算相对的NOx存储级别，并通过利用所述相对的NOx存储级别和催化剂温度来计算参考的NOx存储效率，并通过利用所述参考的NOx存储效率和排放气体中的NOx质量流量来计算存储在DeNOx催化剂中的NOx的质量流量。

10.如权利要求9所述的排放系统，其中所述参考的NOx存储效率基于所述排放气体的体积速度和催化剂老化来进行初次修正。

11.如权利要求10所述的排放系统，其中所述参考的NOx存储效率基于实际的NO2/NOx比率来进行二次修正。

12.如权利要求10所述的排放系统，其中所述催化剂老化包括热降解和由硫抑制引起的老化。

13.如权利要求8所述的排放系统，其中所述控制部分计算能够在当前的催化剂温度下被存储的最大NOx量，并通过从当前的NOx存储量中减去能够在当前的催化剂温度下被存储的最大NOx量，来计算出从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx质量流量。

14.如权利要求13所述的排放系统，其中，在从当前的NOx存储量中减去能够在当前催化剂温度下被存储的最大NOx量所获得的值是正值的情况下，通过将该值除以预定时间来计算从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx质量流量。

15.如权利要求13所述的排放系统，其中，在从当前的NOx存储量中减去所述在当前催化剂温度下被存储的最大NOx量所获得的值是负值的情况下，从所述DeNOx催化剂中热释放的NOx质量流量为零。

16.如权利要求8所述的排放系统，其中所述还原剂是燃料，并且

其中所述排放系统还包括燃料裂化催化剂，该燃料裂化催化剂在所述第二喷射器和所述DeNOx催化剂之间布置在所述排放管上，并对所述燃料进行分解。