CN102486112A - 预测存储在DeNOx催化剂处的SOx的方法以及利用该方法的排放系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预测存储在DeNOx催化剂处的SOx的方法以及利用该方法的排放系统。用于预测存储在脱氮(DeNOx)催化剂处的硫氧化物(SOx)的方法可以包括：计算在DeNOx催化剂处被毒化的SOx的质量流；计算从DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流；并且通过对被毒化的SOx的质量流减去被释放的SOx的质量流而获得的值进行求和，从而计算在DeNOx催化剂处被毒化的SOx量。利用该方法的排放系统可以包括：发动机，所述发动机具有第一喷射器；排放管道；第二喷射器，所述第二喷射器安装在所述排放管道处并且喷射还原剂；DeNOx催化剂，所述DeNOx催化剂安装在所述排放管道处，并且通过利用还原剂对所述排放气体中包含的SOx或氮氧化物(NOx)或两者进行还原；以及控制部分，所述控制部分电连接到该系统并且执行计算和控制。

Description

预测存储在DeNOx催化剂处的SOx的方法以及利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日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2010-0122245号的优先权，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存储在脱氮(DeNOx)催化剂处的硫氧化物(SOx)量的方法以及利用该方法的排放系统。更特别地，本发明涉及一种用于精确地预测实际存储在DeNOx催化剂处的SOx量的方法以及一种排放系统，该排放系统通过利用所述方法而控制DeNOx催化剂的再生时机(regeneration timing)以及待喷射的还原剂的量。 

背景技术

一般而言，经过排放歧管从发动机流出的排放气体被驱动进入安装在排放管道处的催化转化器内，并且在其中进行净化。之后，排放气体在通过消声器的同时其噪声减小，然后排放气体通过尾管排入空气中。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道中。 

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催化剂中被还原。 

近来，将稀薄NOx捕获(lean NOx trap，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催化剂释放所吸附的NOx。从LNT催化剂释放所吸附的NOx称为再生。 

然而，由于在DeNOx催化剂处吸附NOx的材料是碱性材料，所以包含在排放气体中的SOx(通过对包含在燃料或发动机油中的硫成分进行氧化而形成的材料)和NOx也被吸附。DeNOx催化剂的硫毒化(sulfur poisoning)使得DeNOx催化剂的净化效率变差。相应地，用于DeNOx催化剂的脱硫处理也是必需的。 

如果DeNOx催化剂处所毒化的SOx量大于或等于预定量，则控制发动机进入脱硫模式，从而根据用于排放系统的常规脱硫方法而释放在DeNOx催化剂中所毒化的SOx。此时，由于应当考虑发动机的驱动状态、排放气体的温度、DeNOx催化剂的入口和出口的拉姆达(lambda)，所以大量的发动机控制单元(ECU)存储器可能是必需的，并且处理速度会较低。 

此外，在DeNOx催化剂的入口和出口之间的温差在脱硫时较大。难以选择用于脱硫的参考温度，并且需要大量变量和映射表(maps)。 

因此，当忽视发动机驱动状态的变化，而通过利用DeNOx催化剂的入口温度和拉姆达而控制脱硫。相应地，DeNOx催化剂的老化和燃料经济性会变差。 

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

本发明的各个方面致力于提供一种用于预测存储在DeNOx催化剂处的硫氧化物SOx的方法，其优点是通过限定DeNOx催化剂的最佳温度、排放气体通过DeNOx催化剂的最佳体积速度(volume speed)、DeNOx催化剂的入口的最佳拉姆达以及还原剂的最佳质量流，从而精确地预测实际存储在DeNOx催化剂处的SOx量。 

本发明的各个方面进一步致力于提供一种排放系统，其优点是在所精确预测的SOx存储量的基础上精确地确定DeNOx催化剂的再生时机以及还原剂的喷射量。 

根据本发明的用于预测存储在DeNOx催化剂处的SOx的示例性方法可以包括：计算在当前的车辆驱动状态下在DeNOx催化剂处被毒化的SOx的质量流；计算在当前的车辆驱动状态下从DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流；并且通过对在DeNOx催化剂处被毒化的SOx的质量流减去从DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流而获得的值进行求和(integrate)，从而计算在DeNOx催化剂处被毒化的SOx量。 

在DeNOx催化剂处被毒化的SOx的质量流可以基于排放气体中的SOx的质量流、排放气体通过DeNOx催化剂的体积速度、DeNOx催化剂的温度以及当前存储在DeNOx催化剂处的SOx量而进行计算。 

在DeNOx催化剂处被毒化的SOx的质量流的计算可以包括：根据DeNOx催化剂的温度计算单位体积的SOx存储容量；通过利用所述单位体积的SOx存储容量和DeNOx催化剂的有效体积计算当前SOx存储容量；通过利用所述当前SOx存储容量和当前所存储的SOx量计算相对SOx存储水平；根据所述相对SOx存储水平计算参考SOx存储效率；并且通过利用所述参考SOx存储效率和在排放气体中的SOx的质量流计算存储在DeNOx催化剂处的SOx的质量流。 

所述参考SOx存储效率可以根据排放气体通过DeNOx催化剂的体积速度和DeNOx催化剂的温度而进行修正。 

从DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流可以基于DeNOx催化剂的入口的拉姆达、还原剂的实际质量流、发动机速度、当前燃料喷射量、DeNOx催化剂的出口的拉姆达、当前所存储的SOx量以及DeNOx催化剂的温度而进行计算。 

从DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流的计算可以包括：根据发动机速度和当前燃料喷射量计算释放效率；通过利用所述释放效率和还原剂的质量流计算参考SOx释放质量流；并且通过修正所述参考SOx释放质量流而计算从DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流。 

所述参考SOx释放质量流可以通过利用根据DeNOx催化剂的入口的拉姆达的第一修正系数、根据DeNOx催化剂的出口的拉姆达的第二修正系数以及根据DeNOx催化剂的温度和所述当前所存储的SOx量的第三修正系数中的至少一个系数进行修正。 

所述方法可以进一步包括：通过对从DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流进行求和而计算从DeNOx催化剂中除去的SOx量。 

根据本发明的示例性排放系统可以包括：排放管道，排放气体流经所述排放管道，所述排放气体在具有第一喷射器的发动机处生成，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道处并且喷射还原剂；DeNOx催化剂，所述DeNOx催化剂安装在所述第二喷射器的下游的所述排放管道处，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SOx或氮氧化物(NOx)或两者进行还原；以及控制部分，所述控制部分根据发动机的驱动状态预测在所述DeNOx催化剂处被存储的SOx量以及从所述DeNOx催化剂中被除去的SOx量，其中所述控制部分基于所述排放气体中的SOx的质量流、排放气体通过所述DeNOx催化剂的体积速度、所述DeNOx催化剂的温度以及当前所存储的SOx量计算在所述DeNOx催化剂处被毒化的SOx的质量流，并且基于所述DeNOx催化剂的入口的拉姆达、还原剂的实际质量流、发动机速度、当前燃料喷射量、所述DeNOx催化剂的出口的拉姆达、当前所存储的SOx以及所述DeNOx催化剂的温度计算从所述DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流。 

所述控制部分可以通过对在所述DeNOx催化剂处被毒化的SOx的质量流减去从所述DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流而获得的值进行求和，从而计算在所述DeNOx催化剂处被毒化的SOx量。 

所述控制部分可以通过对从所述DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流进行求和而计算从所述DeNOx催化剂中除去的SOx量。 

所述控制部分可以根据所述DeNOx催化剂的温度计算单位体积的SOx存储容量，可以通过利用所述单位体积的SOx存储容量和所述DeNOx催化剂的有效体积计算当前SOx存储容量，可以通过利用所述当前SOx存储容量和当前所存储的SOx量计算相对SOx存储水平，可以根据所述相对SOx存储水平计算参考SOx存储效率，并且可以通过利用所述参考SOx存储效率和在排放气体中的SOx的质量流计算存储在DeNOx催化剂处的SOx的质量流。 

所述参考SOx存储效率可以根据排放气体通过DeNOx催化剂的体积速度和DeNOx催化剂的温度而进行修正。 

所述控制部分可以根据发动机速度和当前燃料喷射量计算释放效率，可以通过利用所述释放效率和还原剂的质量流计算参考SOx释放质量流，并且可以通过修正所述参考SOx释放质量流而计算被释放的SOx的质量流。 

所述参考SOx释放质量流可以通过利用根据所述DeNOx催化剂的入口的拉姆达的第一修正系数、根据所述DeNOx催化剂的出口的拉姆达的第二修正系数以及根据所述DeNOx催化剂的温度和所述当前所存储的SOx量的第三修正系数中的至少一个系数进行修正。 

还原剂可以是燃料。 

所述排放系统可以进一步包括燃料裂化催化剂，所述燃料裂化催化剂设置在所述第二喷射器和所述DeNOx催化剂之间的所述排放管道处，并且对燃料进行分解。 

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为根据本发明的示例性排放系统的示意图。 

图2为显示根据本发明的示例性控制部分的输入和输出的关系的方框图。 

图3为根据本发明的用于预测在DeNOx催化剂处存储的SOx的示例性方法的流程图。 

图4为用于计算根据本发明的示例性方法的在DeNOx催化剂处被毒化的SOx的质量流的流程图。 

图5为用于计算根据本发明的示例性方法的从DeNOx催化剂被释放的SOx的质量流的流程图。 

应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计 特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。 

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。 

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所示，用于内燃机的示例性排放系统可以包括发动机10、排放管道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被集中在排放歧管16中并且被排放至外部。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-burn gasoline engine)。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流动至燃烧室12内，并且火花塞安装在燃烧室12的上部处。在各个实施方案中，可以使用压缩比小于或等于16.5的具有不同压缩比的发动机。 

排放管道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安装在排放管道20处，从而去除包含在排放气体中的HC、CO、微粒物质(PM)、NOx和其它物质。 

排放气体再循环装置80安装在排放管道20处，并且从发动机10排放的排放气体通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的下游安装在排放管道20处，并且检测通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的下游安装于排放管道20处，电连接至控制部分50，并且根据控制部分50的控制执行将燃料附加喷射至排放管道20内。 

微粒过滤器30在第二喷射器90的下游安装在排放管道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设置在第二喷射器90和DeNOx催化剂40之间。在此，作为实例，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可以被覆盖在微粒过滤器30的前部。 

燃料裂化催化剂32通过催化反应拆断燃料中包含的碳化合物的链环(chain)，从而分解碳化合物。也就是说，燃料裂化催化剂32通过热裂化拆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合(oxygenated)HC、CO和H2的碳氢化合物。在此，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。 

热裂化的实例进行如下。 

C16H34→2n-C8H17^*→n-C6H13^*→n-C4H9^*→C2H5^*→C2H4C16H34→8C2H4+H2 

在这里，^*的意思是基团(radical)。 

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，并且捕获包含在通过排放管道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用作微粒过滤器30的实例。然而，也可以使用其它类型的微粒过滤器30，例如，催化微粒过滤器(CPF)，以代替使用上述的微粒物质过滤设备30。 

此外，氧化催化剂可以覆盖于微粒过滤器30处。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覆盖于微粒过滤器30的特定区域处，或者可以均匀地覆盖于微粒过滤器30的整个区域处。 

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道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安装在排放管道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部分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(post-inject)，从而使得捕获在微粒过滤器30中的PM燃烧。相似地，第二喷射器90能够对燃料进行附加喷射(additionally inject)，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道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执行所释放的NOx的还原反应，从而净化包含在排放气体中的NOx。 

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。在此DeNOx催化剂40分割为多个部分，并且在各个实施方案中优选为两个部分。分割的原因在于，覆盖在每一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(slip)。然而，可以使用这样的DeNOx催化剂40，其中相同的金属比率覆盖于整个区域处。 

此外，第二氧传感器62在DeNOx40的上游安装在排放管道20处，并且第三氧传感器70在DeNOx催化剂40的下游安装在排放管道20 处。第二氧传感器62检测包含在流动到DeNOx催化剂40内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用于内燃机的示例性排放系统是否有效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道20处。然而，除了将第二氧传感器62附加地安装在排放管道20处之外，包含在流动到DeNOx催化剂40内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、燃料消耗以及发动机运行记录的至少一个来进行估算。在本说明书中，由第二氧传感器62检测到的值称为DeNOx催化剂的入口的拉姆达。 

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时机(timing)进行控制。从而，控制部分50控制DeNOx催化剂40，以释放所吸附的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，控制部分50控制燃料的附加喷射。 

此外，控制部分50控制排放气体中的HC和NOx的比率。如果该比率大于或等于预定比率，则控制部分50激活DeNOx催化剂40中的NOx的还原反应。该预定比率可以是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的比率。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的状态而改变由第二喷射器90喷射的燃料喷射模式。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控制第一喷射器14和第二喷射器90，从而当在DeNOx催化剂40处被毒化的SOx量大于或等于预定量的时候对燃料进行附加喷射。在这种情况下，在DeNOx催化剂40处被毒化的SOx通过附加喷射的燃料而被除去。在DeNOx催化剂40处被毒化的SOx 通过附加喷射的燃料而被除去称为DeNOx催化剂40的脱硫或再生。因此，在本说明书中，DeNOx催化剂40的再生意指在DeNOx催化剂40处被吸附的NOx或SOx的任一种或者其它有害物质被释放。 

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以对燃料进行后喷射，从而激活DeNOx催化剂40中的NOx的还原反应，以代替第二喷射器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，LNT催化剂用作DeNOx催化剂40的实例，但是DeNOx催化剂40并不限制于此。 

在下文中，将具体描述DeNOx催化剂40的示例性实施方案。 

DeNOx催化剂40包括覆盖在载体上的多层，在各个实施方案中优选为第一催化剂层和第二催化剂层。第一催化剂层设置为接近排放气体，并且第二催化剂层设置为接近载体。 

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-)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。弱碱性氧化物用作这样的吸附材料。包含碱性金属或碱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，将具体描述示例性DeNOx催化剂40的操作。 

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扩散到第二催化剂层内并且被吸附在其中。 

在燃料从第二喷射器90进行附加喷射的情况下，附加喷射的燃料通过燃料裂化催化剂，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并且通过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，通过所释放的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。 

图2的方框图显示了在根据本发明的示例性实施方案的用于预测存储在DeNOx催化剂中的SOx的方法中使用的控制部分的输入和输出的关系。 

如图2所示，SOx质量流检测器100、排放气体质量流检测器110、第三温度传感器60、第四温度传感器65、第一氧传感器25、进气质量流检测器120、还原剂喷射量检测器130、燃料喷射量检测器140、发动机速度传感器150和第三氧传感器70电连接到控制部分50，并且将其检测到的值传输至控制部分50。 

SOx质量流检测器100检测包含在通过DeNOx催化剂40的入口的排放气体中的SOx的质量流。典型地，控制部分50通过考虑空气-燃料混合物的燃烧状态、排放气体的温度、发动机的出口的拉姆达、DeNOx催化剂的入口的拉姆达、DeNOx催化剂的入口和出口之间的温差等等而对包含在排放气体中的SOx的质量流进行预测。 

排放气体质量流检测器110检测通过排放管道20的排放气体的质量流，第三温度传感器60检测DeNOx催化剂40的入口温度，并且第四温度传感器65检测DeNOx催化剂40的出口温度。 

由第三温度传感器60和第四温度传感器65检测到的温度可以用于通过预定计算来确定DeNOx催化剂40的温度。此时，可以使用SOx 根据温度的存储特性。然而，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检测发动机10的出口的拉姆达。进气质量流检测器120安装在进气管道处，并且检测在一次循环的过程中的进气的质量流。 

还原剂喷射量检测器130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部分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。此外，控制部分50可以从还原剂的喷射量估算还原剂的质量流。 

燃料喷射量检测器140检测当前喷射的燃料喷射量。近来，燃料通过主喷射和引燃喷射(pilot injection)进行喷射。因此，燃料喷射量检测器140检测在一次循环过程中供给至燃烧室12的主喷射量和引燃喷射量。此外，因为燃料喷射量由控制部分50进行负荷控制，所以当前燃料喷射量能够通过读取当前负荷值进行检测。 

发动机速度传感器150通过曲轴的相变来检测发动机速度，并且第三氧传感器70检测DeNOx催化剂40的出口的拉姆达。 

控制部分50基于各检测值而确定发动机的驱动条件、燃料喷射量、燃料喷射时机、燃料喷射模式、燃料的附加喷射量(即，还原剂的喷射量)、附加喷射时机(即，再生时机)以及附加喷射模式，并且输出用于控制第一喷射器14和第二喷射器90的信号。此外，控制部分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的附加喷射或者两者而执行。另外，控制部分50计算存储在DeNOx催化剂40处的SOx的质量流和从DeNOx催化剂40释放的SOx的质量流，并且在此基础上计算存储在DeNOx催化剂40处的SOx量和通过脱硫被除去的SOx量。 

除了图2中所示的传感器外，可以理解，根据本发明的内燃机的示例性排放系统可以包括其它传感器。 

图3中所示的示例性方法的流程图用于预测根据本发明的在DeNOx催化剂处存储的SOx。在步骤S200处，SOx质量流检测器100检测在DeNOx催化剂40的入口处的排放气体中包含的SOx的质量流； 在步骤S210处，排放气体质量流检测器110检测排放气体的质量流；在步骤S220处，第三温度传感器60检测DeNOx催化剂40的入口温度；在步骤S230处，第四温度传感器65检测DeNOx催化剂40的出口温度；在步骤S240处，第一氧传感器25检测发动机出口的拉姆达；并且在步骤S250处，进气质量流检测器120检测进气质量流。 

此外，在步骤S260处，还原剂喷射量检测器130检测喷射到排放气体内的还原剂量，并且控制部分50在还原剂的喷射量的基础上估算还原剂的质量流。 

此外，在步骤S270处，燃料喷射量检测器140通过对所检测到的燃料喷射量进行求和而检测总燃料喷射量；在步骤S280处，发动机速度传感器150检测发动机速度；在步骤S290处，燃料喷射量检测器140检测当前喷射的燃料量；并且在步骤S300处，第三氧传感器70检测DeNOx催化剂40的出口的拉姆达。 

在步骤S310处，控制部分50基于排放气体的质量流计算通过DeNOx催化剂40的排放气体的体积速度。排放气体的体积速度是可以影响本发明的示例性实施方案的性能的因素。然而，对于在何种状态下计算排放气体的体积速度存在某些异议。通过各种实践所公知的是，在标准状态下计算得到的排放气体的体积速度可能是适合的。在标准状态下的排放气体的体积速度SV可以由方程(1)进行计算。 

方程(1) $\mathrm{SV}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{exh}}\·R\·T_{\mathrm{std}}}{P\·V_{\mathrm{cat}}}\·1000l/m^3$

其中， 

表示排放气体的质量流，R表示理想气体常数，T_std表示298.15K的标准温度，P表示排放气体的100000Pa的标准压力，并且V_cat表示催化剂的体积。 

在步骤S320处，控制部分50基于DeNOx催化剂40的入口温度和出口温度而计算DeNOx催化剂40的温度。 

此外，在步骤S330处，控制部分50计算DeNOx催化剂40的入口的拉姆达；并且在步骤S340处，控制部分50计算还原剂的实际质量流。 

DeNOx催化剂40的入口的拉姆达是用于计算从DeNOx催化剂40中除去的SOx的质量流的因数。DeNOx催化剂40的入口的拉姆达可以通过第二氧传感器62而检测。然而，由于第二氧传感器62存在不 精确和时间延迟，所以DeNOx催化剂40的入口的拉姆达可以由方程(2)进行计算。 

方程(2) ${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{Total}}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Air}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{total}}\·L_{\mathrm{st}}}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Air}}}{({\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{external}}+{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{internal}})\·L_{\mathrm{st}}}$

其中，λ_Total表示DeNOx催化剂的入口的拉姆达， 

表示进气质量流， 

表示燃料的总质量流(燃料的质量流和还原剂的质量流的总和)， 

表示燃料的质量流， 

表示还原剂的质量流，并且Lst表示按化学计量的空气/燃料比率。 

此外，燃料的质量流可以由方程(3)进行计算。 

方程(3) ${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{internal}}=q_{\mathrm{Fuel},\mathrm{internal}}\·i\·z\·n$

其中，q_{Fuel，internal}表示燃料喷射量，i表示汽缸每旋转一次的燃烧次数，z表示汽缸的数量，并且n表示发动机速度。将方程(3)代入方程(2)，就得到方程(4)。 

方程(4) ${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{Total}}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Air}}}{({\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{external}}+q_{\mathrm{Fuel},\mathrm{internal}}\·i\·z\·n)\·L_{\mathrm{st}}}$

此外，DeNOx催化剂40的入口的拉姆达可以由方程(5)进行计算。 

方程(5) 

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{Total}}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Air}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{total}}\·L_{\mathrm{st}}}=\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Air}}}{(\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Air}}}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{internal}}\·L_{\mathrm{st}}}+{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{external}}+)\·L_{\mathrm{st}}}$

$=\frac{1}{\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{internal}}}+\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{external}}\·L_{\mathrm{st}}}{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Air}}}}$

同时，还原剂的实际质量流 

可以由方程(6)进行计算。 

方程(6) 

${\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{reduction}}={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Fuel},\mathrm{total}}\·(1-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{total}})-\frac{{\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{Air}}}{L_{\mathrm{st}}}\·(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{total}}}-1)$

其中， 

表示燃料的总质量流。 

在步骤S350处，控制部分50计算在DeNOx催化剂40处存储的SOx量；并且在步骤S360处，控制部分50在此基础上计算在DeNOx催化剂40处被毒化的SOx的质量流。 

在DeNOx催化剂40处存储的SOx量可以通过在先行再生之后余留在DeNOx催化剂40处的SOx量和在DeNOx催化剂40处存储的新的SOx量而进行计算。 

下面将参考图4具体描述用于计算在DeNOx催化剂40处存储的SOx的质量流的过程。 

如图4所示，在步骤S500处，控制部分50根据DeNOx催化剂40的温度计算单位体积的SOx存储容量。根据DeNOx催化剂40的温度的单位体积的SOx存储容量可以存储在预定映射表处。 

在步骤S510处，控制部分50通过利用单位体积的SOx存储容量和有效体积计算当前SOx存储容量。 

之后，在步骤S520处，控制部分50通过利用当前SOx存储容量和当前所存储的SOx量而计算相对SOx存储水平。相对SOx存储水平可以通过当前所存储的SOx量除以当前SOx存储容量而进行计算。 

在步骤S530处，控制部分50根据相对SOx存储水平计算参考SOx存储效率。根据相对SOx存储水平的参考SOx存储效率可以存储在预定映射表处。 

之后，在步骤S540处，控制部分50根据排放气体的体积速度和DeNOx催化剂40的温度而计算经修正的SOx存储效率。根据体积速度和催化剂温度的修正系数可以存储在预定的映射表处，并且控制部分50可以通过将修正系数和参考SOx存储效率相乘而计算经修正的SOx存储效率。 

之后，在步骤S550处，控制部分50通过利用经修正的SOx存储效率和排放气体中的SOx的质量流而计算在DeNOx催化剂40处存储的SOx的质量流。也就是说，在DeNOx催化剂40处存储的SOx的质量流可以通过将经修正的SOx存储效率和排放气体中的SOx的质量流相乘而进行计算。 

下面将参考图5具体描述用于计算从DeNOx催化剂40释放的SOx的质量流的过程。在步骤S370处，可以执行该计算。 

如图5所示，在步骤S600处，控制部分50通过利用发动机速度和当前所喷射的燃料量而计算释放效率。根据发动机速度和当前燃料喷射量的释放效率可以存储在预定的映射表处。 

在步骤S610处，控制部分50通过利用释放效率和还原剂的质量 流而计算参考SOx释放质量流。例如，参考SOx释放质量流可以通过将释放效率和还原剂的质量流相乘而进行计算。 

之后，在步骤S620处，控制部分50根据DeNOx催化剂的入口的拉姆达计算第一修正系数；在步骤S630处，控制部分50根据DeNOx催化剂的出口的拉姆达计算第二修正系数；并且在步骤S640处，控制部分50根据DeNOx催化剂的温度和当前被毒化的SOx量计算第三修正系数。 

之后，在步骤S370处，控制部分50通过利用参考SOx释放质量流和第一、第二和第三修正系数而计算所释放的SOx的质量流。例如，所释放的SOx的质量流可以通过将参考SOx释放质量流和第一、第二与第三修正系数相乘而进行计算。 

再次参考图3，在步骤S380处，控制部分50对通过在DeNOx催化剂40处被毒化的SOx的质量流减去从DeNOx催化剂40释放的SOx的质量流获得的值进行求和；并且在步骤S390处，控制部分50计算在DeNOx催化剂40处被毒化的SOx量。 

此外，在步骤S400处，控制部分50对从DeNOx催化剂40释放的SOx的质量流求和；并且在步骤S410处，控制部分50计算通过脱硫而从DeNOx催化剂40除去的SOx量。 

如上所述，由于可以精确地预测在DeNOx催化剂处存储的SOx量，所以根据本发明可以提高排放系统的脱硫效率。 

由于还原剂的再生时机和喷射量根据存储在DeNOx催化剂处的精确地SOx量而受到控制，所以可以提高燃料经济性。 

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”或“下”、“前”或“后”等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。 

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 (16)

1.一种用于预测存储在脱氮催化剂处的硫氧化物的方法，包括：

计算在当前的车辆驱动状态下在脱氮催化剂处被毒化的硫氧化物的质量流；

计算在当前的车辆驱动状态下从脱氮催化剂被释放的硫氧化物的质量流；并且

通过对在脱氮催化剂处被毒化的硫氧化物的质量流减去从脱氮催化剂被释放的硫氧化物的质量流而获得的值进行求和，从而计算在脱氮催化剂处被毒化的硫氧化物量。

2.根据权利要求1所述的用于预测存储在脱氮催化剂处的硫氧化物的方法，其中在脱氮催化剂处被毒化的硫氧化物的质量流基于排放气体中的硫氧化物的质量流、排放气体通过脱氮催化剂的体积速度、脱氮催化剂的温度以及在脱氮催化剂处当前所存储的硫氧化物量而进行计算。

3.根据权利要求2所述的用于预测存储在脱氮催化剂处的硫氧化物的方法，其中在脱氮催化剂处被毒化的硫氧化物的质量流的计算包括：

根据脱氮催化剂的温度计算单位体积的硫氧化物存储容量；

通过利用所述单位体积的硫氧化物存储容量和脱氮催化剂的有效体积计算当前硫氧化物存储容量；

通过利用所述当前硫氧化物存储容量和当前所存储的硫氧化物量计算相对硫氧化物存储水平；

根据所述相对硫氧化物存储水平计算参考硫氧化物存储效率；并且

通过利用所述参考硫氧化物存储效率和在排放气体中的硫氧化物的质量流计算存储在脱氮催化剂处的硫氧化物的质量流。

4.根据权利要求3所述的用于预测存储在脱氮催化剂处的硫氧化物的方法，其中所述参考硫氧化物存储效率根据排放气体通过脱氮催化剂的体积速度和脱氮催化剂的温度而进行修正。

5.根据权利要求1所述的用于预测存储在脱氮催化剂处的硫氧化物的方法，其中从脱氮催化剂被释放的硫氧化物的质量流基于脱氮催化剂的入口的拉姆达、还原剂的实际质量流、发动机速度、当前燃料喷射量、脱氮催化剂的出口的拉姆达、当前所存储的硫氧化物量以及脱氮催化剂的温度而进行计算。

6.根据权利要求5所述的用于预测存储在脱氮催化剂处的硫氧化物的方法，其中从脱氮催化剂被释放的硫氧化物的质量流的计算包括：

根据发动机速度和当前燃料喷射量计算释放效率；

通过利用所述释放效率和还原剂的质量流计算参考硫氧化物释放质量流；并且

通过修正所述参考硫氧化物释放质量流而计算从脱氮催化剂被释放的硫氧化物的质量流。

7.根据权利要求6所述的用于预测存储在脱氮催化剂处的硫氧化物的方法，其中所述参考硫氧化物释放质量流通过利用根据脱氮催化剂的入口的拉姆达的第一修正系数、根据脱氮催化剂的出口的拉姆达的第二修正系数以及根据脱氮催化剂的温度和所述当前所存储的硫氧化物量的第三修正系数中的至少一个系数而进行修正。

8.根据权利要求1所述的用于预测存储在脱氮催化剂处的硫氧化物的方法，进一步包括：通过对从脱氮催化剂被释放的硫氧化物的质量流进行求和而计算从脱氮催化剂中除去的硫氧化物量。

9.一种排放系统，包括：

发动机，所述发动机具有第一喷射器，所述第一喷射器将燃料喷射到燃烧室内；

排放管道，在所述发动机处生成的排放气体流经所述排放管道；

第二喷射器，所述第二喷射器安装在所述排放管道处并且喷射还原剂；

脱氮催化剂，所述脱氮催化剂在所述第二喷射器的下游安装于所述排放管道处，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硫氧化物或氮氧化物或两者进行还原；以及

控制部分，所述控制部分电连接所述第一喷射器、所述第二喷射器和所述脱氮催化剂，并且根据发动机的驱动状态预测在所述脱氮催化剂处被存储的硫氧化物量以及从所述脱氮催化剂中被除去的硫氧化物量；

其中所述控制部分基于所述排放气体中的硫氧化物的质量流、排放气体通过所述脱氮催化剂的体积速度、所述脱氮催化剂的温度以及当前所存储的硫氧化物量计算在所述脱氮催化剂处被毒化的硫氧化物的质量流，并且基于所述脱氮催化剂的入口的拉姆达、还原剂的实际质量流、发动机速度、当前燃料喷射量、所述脱氮催化剂的出口的拉姆达、当前所存储的硫氧化物量以及所述脱氮催化剂的温度计算从所述脱氮催化剂被释放的硫氧化物的质量流。

10.根据权利要求9所述的排放系统，其中所述控制部分通过对在所述脱氮催化剂处被毒化的硫氧化物的质量流减去从所述脱氮催化剂被释放的硫氧化物的质量流而获得的值进行求和，从而计算在所述脱氮催化剂处被毒化的硫氧化物量。

11.根据权利要求9所述的排放系统，其中所述控制部分通过对从所述脱氮催化剂被释放的硫氧化物的质量流进行求和而计算从所述脱氮催化剂中除去的硫氧化物量。

12.根据权利要求9所述的排放系统，其中所述控制部分根据所述脱氮催化剂的温度计算单位体积的硫氧化物存储容量，通过利用所述单位体积的硫氧化物存储容量和所述脱氮催化剂的有效体积计算当前硫氧化物存储容量，通过利用所述当前硫氧化物存储容量和当前所存储的硫氧化物量计算相对硫氧化物存储水平，根据所述相对硫氧化物存储水平计算参考硫氧化物存储效率，并且通过利用所述参考硫氧化物存储效率和在排放气体中的硫氧化物的质量流计算存储在所述脱氮催化剂处的硫氧化物的质量流。

13.根据权利要求12所述的排放系统，其中所述参考硫氧化物存储效率根据排放气体通过所述脱氮催化剂的体积速度和所述脱氮催化剂的温度而进行修正。

14.根据权利要求9所述的排放系统，其中所述控制部分根据发动机速度和当前燃料喷射量计算释放效率，通过利用所述释放效率和还原剂的实际质量流计算参考硫氧化物释放质量流，并且通过修正所述参考硫氧化物释放质量流而计算从所述脱氮催化剂被释放的硫氧化物的质量流。

15.根据权利要求14所述的排放系统，其中所述参考硫氧化物释放质量流通过利用根据所述脱氮催化剂的入口的拉姆达的第一修正系数、根据所述脱氮催化剂的出口的拉姆达的第二修正系数以及根据所述脱氮催化剂的温度和所述当前所存储的硫氧化物量的第三修正系数中的至少一个系数进行修正。

16.根据权利要求9所述的排放系统，其中还原剂是燃料；并且

其中所述排放系统进一步包括燃料裂化催化剂，所述燃料裂化催化剂在所述第二喷射器和所述脱氮催化剂之间设置于所述排放管道处，并且对燃料进行分解。

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