CN105804841B - 控制吸附在催化器中氨量的方法及使用该方法的排放系统 - Google Patents

控制吸附在催化器中氨量的方法及使用该方法的排放系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种控制吸附在催化器中氨量的方法及使用该方法的排放系统，其中控制吸附在选择性催化还原(SCR)催化器中的氨(NH3)量的方法可以包括：基于根据SCR催化器温度的NH3吸附特性而确定考虑安全系数的目标NH3吸附量；根据当前行驶情况而确定预测的NH3反应量；以及根据目标NH3吸附量和预测的NH3反应量而控制尿素的注入。

Description

控制吸附在催化器中氨量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2014年9月17日提交的韩国专利申请第10-2014-0123355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
本发明涉及一种控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法以及使用该方法的排放系统。更具体地，本发明涉及一种控制吸附在选择性催化还原(SCR)催化器中的氨量的方法以及使用该方法的排放系统，其通过在避免NH3从SCR催化器中漏掉(slip)的同时在SCR催化器中吸附更多的氨(NH3)，从而改进了SCR催化器的性能。
背景技术
一般而言，经过排气歧管从发动机排出的排放气体被推动进入安装在排气管处的催化净化器内，并且在其中进行净化。之后，排放气体在穿过消声器的同时其噪声减小，随后排放气体通过排气尾管排入空气中。催化净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气管中。
选择性催化还原(SCR)催化器是这种催化净化器的一种类型。
在SCR催化器中，还原剂(例如尿素、氨、一氧化碳和碳氢化合物(HC))与氮氧化物的反应比与氧的反应更好。
设置有SCR催化器的车辆排放系统包括尿素槽和喷射模块。喷射模块将还原剂(例如尿素)通过排气管注入排放气体，进而SCR催化器有效地净化氮氧化物。
由喷射模块注入的还原剂在SCR催化器中被吸附在SCR催化器中，如果包含氮氧化物的排放气体经过SCR催化器，则所述还原剂被释放，且与氮氧化物反应。
但是，吸附在SCR催化器中的还原剂的量与SCR催化器的温度紧密相关。因此，如果大于在SCR催化器当前温度中能够吸附的还原剂的最大量的还原剂含量被吸附在SCR催化器中，则部分还原剂会从SCR催化器中漏掉。
通常将氨用作SCR催化器的还原剂。如果氨从SCR催化器中漏掉，则漏掉的氨可能会发出臭味，而引起客户的抱怨。因此，防止还原剂从SCR催化器中漏掉是非常重要的。
根据控制吸附在SCR催化器中的NH3含量的传统方法，控制SCR催化器从而吸附通过将SCR催化器当前温度的最大NH3含量除以充分大的安全系数而得到的NH3含量。也就是说，控制SCR催化器而吸附小于最大NH3含量的NH3含量，从而避免NH3从SCR催化器中漏掉。因此，SCR催化器可能表现不佳。
另外，由于SCR催化器表现不佳，所以SCR催化器的体积应该有所增加。
公开于本发明的背景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
本发明的各个方面旨在提供一种控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法及使用该方法的排放系统，其优势为通过避免NH3从SCR催化器中漏掉的同时在SCR催化器中吸附更多的NH3，从而改进了SCR催化器的性能，并且减小了SCR催化器的体积。
根据本发明的各个方面，控制吸附在选择性催化还原(SCR)催化器中的氨(NH3)量的方法可以包括：基于根据SCR催化器温度的NH3吸附特性而确定考虑安全系数的目标NH3吸附量；根据当前行驶情况而确定预测的NH3反应量；以及根据目标NH3吸附量和预测的NH3反应量而控制尿素的注入。
考虑安全系数的目标NH3吸附量可以从根据SCR催化器温度的NH3吸附特性和根据SCR催化器温度的安全系数确定。
根据当前行驶情况的预测的NH3反应量可以基于在当前行驶情况下从发动机中排出的NOx量和在SCR催化器当前温度下的NOx净化率而确定。
可以控制尿素的注入从而使对应于目标NH3吸附量与预测的NH3反应量之和的NH3含量被吸附在SCR催化器中。
当SCR催化器的当前温度高于或等于尿素转化温度时，可以进行确定考虑安全系数的目标NH3吸附量的步骤。
根据SCR催化器温度的NH3吸附特性和根据SCR催化器温度的安全系数或考虑安全系数的目标NH3吸附量，以及根据当前行驶情况的预测的NH3反应量可以被存储在车辆的非易失性存储器中。
根据本发明的各个方面，排放系统可以包括：发动机、还原剂供应器、选择性催化还原(SCR)催化器和控制器，所述发动机通过燃烧空气与燃料的混合物而产生驱动扭矩，并且通过排气管将燃烧期间产生的排放气体排出；所述还原剂供应器安装在发动机下游的排气管上，并且适用于将尿素或氨注入排放气体，其中尿素分解为氨；所述选择性催化还原催化器安装在位于还原剂供应器下游的排气管上，且适用于吸附氨，并使用吸附、注入或分解的氨减少包含在排放气体中的氮氧化物；所述控制器适用于接收SCR催化器温度的信息和当前行驶情况的信息，从而确定考虑安全系数的目标NH3吸附量，确定根据当前行驶情况的预测的NH3反应量，并且根据目标NH3吸附量和预测的NH3反应量，控制从还原剂供应器注入的尿素或氨的量。
考虑安全系数的目标NH3吸附量可以从根据SCR催化器温度的氨吸附特性和根据SCR催化器温度的安全系数确定。
根据当前行驶情况的预测的NH3反应量可以基于在当前行驶情况下从发动机中排出的NOx量和SCR催化器当前温度下的NOx净化率而被确定。
控制器可以控制从还原剂供应器中注入的尿素或氨的注入量，从而使对应于目标NH3吸附量与预测的NH3反应量之和的NH3含量被吸附在SCR催化器中。
只有当SCR催化器的当前温度高于或等于尿素转化温度时，控制器可以适用于确定考虑安全系数的目标NH3吸附量。
根据SCR催化器温度的NH3吸附特性和根据SCR催化器温度的安全系数或考虑安全系数的目标NH3吸附量，以及根据当前行驶情况的预测的NH3反应量可以被存储在车辆的非易失性存储器中。
如上所述，本发明的各个实施方案可以通过避免氨从选择性催化还原催化器中漏掉的同时在选择性催化还原催化器中吸附更多NH3，从而改进选择性催化还原催化器的性能，并且减小选择性催化还原催化器的体积。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
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描述，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为根据本发明的进行控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的示例性方法的排放系统的框图。
图3为根据本发明的控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的示例性方法的流程图。
图4为显示根据温度、考虑了安全系数的目标NH3吸附量和预测的反应量的NH3吸附量的图。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理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、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示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，应当理解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。
图1为根据本发明的各个实施方案的排放系统的示意图。
如图1所示，当发动机10中产生的排放气体经过选择性催化还原(SCR)催化器30时，排放气体中的氮氧化物被移除。如果需要，可以使用微粒过滤器和/或氧化催化器，所述微粒过滤器用于捕获包含在排放气体中的微粒物质，所述氧化催化器用于氧化包含在排放气体中的一氧化碳或碳氢化合物。图1中所示的排放系统显示了应用本发明精神的排放系统的简化布局，且应理解本发明的范围并不限于图1所示的排放系统。
发动机10使得其中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16，从而接收进入燃烧室12的空气，并且发动机10连接至排气歧管18，从而使得在燃烧过程中产生的排放气体被收集在排气歧管18中并被排放至外部。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。
排气管20连接至排气歧管18，从而适用于将排放气体排放至车辆的外部。
SCR催化器30被安装在排气管20上，且适用于使用还原剂将包含在排放气体中的氮氧化物还原为氮气。
为此，排放系统进一步包括尿素槽、尿素泵以及喷射模块34。另外，在本发明中通过喷射模块34注入尿素，但是喷射模块34并不只限于注入尿素。也就是说，喷射模块34可以注入氨。进一步地，除了氨之外的还原剂可以与氨一起被注入或被单独注入。
喷射模块34将通过尿素泵泵入的尿素注入排气管20。喷射模块34安装在在发动机10和SCR催化器30之间的排气管20上，并且在进入SCR催化器30之前将尿素注入排放气体。注入到排放气体的尿素分解为氨，并且分解的氨用做氮氧化物的还原剂。
同时，在此说明书中描述的尿素槽、尿素泵以及喷射模块为还原剂供应器的示例，并且应理解本发明的范围并不限于还原剂供应器的示例。也就是说，其他类型的还原剂供应器可以用在本发明的各个实施方案中。
排放系统进一步包括多个传感器，所述传感器包括第一NOx传感器32、温度传感器36以及第二NOx传感器38。
第一NOx传感器32安装在SCR催化器30上游的排气管20上，并且检测在SCR催化器上游的包含在排放气体中的NOx量。
温度传感器36安装在SCR催化器30上游的排气管20上，或安装在SCR催化器30中，并且检测在SCR催化器30上游或在SCR催化器30中的排放气体的温度。为了更好的理解和描述的方便，本发明中所描述的SCR催化器30的温度为位于SCR催化器30上游的排放气体的温度，或在SCR催化器30中的排放气体的温度。
第二NOx传感器38安装在位于SCR催化器30下游的排气管20上，并且检测在SCR催化器30下游的包含在排放气体中的NOx量。在各个实施方案中，可以基于下述量而代替使用第二NOx传感器38对位于SCR催化器30下游的NOx量进行预测：排放流动速度、发动机的操作历史、SCR催化器30的温度、还原剂的注入量和/或吸附在SCR催化器30中的还原剂的量。
排放系统进一步包括控制器40。控制器40分别基于第一NOx传感器32、第二NOx传感器38以及温度传感器36的检测而控制喷射器14和喷射模块34的操作。
图2为根据本发明的各个实施方案的执行控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法的排放系统的框图。
温度传感器36检测SCR催化器30的温度，并且将与其对应的信号传递至控制器40。
第一NOx传感器32检测在SCR催化器30上游的包含在排放气体中的NOx量，并且将与其对应的信号传递至控制器40。
第二NOx传感器38检测在SCR催化器30下游的包含在排放气体中的NOx量，并且将与其对应的信号传递至控制器40。
排放系统进一步包括各个传感器，所述各个传感器包括油门踏板位置传感器44以及用于检测当前行驶情况的车辆速度传感器46。
油门踏板位置传感器44检测油门踏板的位置，并且将与其对应的信号传递至控制器40。
车辆速度传感器46检测当前车辆速度，并且将与其对应的信号传递至控制器40。
控制器40基于由温度传感器36检测的SCR催化器30的温度而确定考虑安全系数的目标NH3吸附量，所述控制器40基于由油门踏板位置传感器44、车辆速度传感器46、第一NOx传感器32、第二NOx传感器38以及温度传感器36检测的值，根据当前行驶情况而确定预测的NH3反应量，并且所述控制器40基于目标NH3吸附量和预测的NH3反应量而控制由喷射模块34注入的尿素量。
另外，控制器40可以基于在SCR催化器30下游包含在排放气体中的NOx而评估SCR催化器30的性能，由第二NOx传感器38检测在SCR催化器30下游包含在排放气体中的NOx。
并且，控制器40可以基于车辆的行驶情况而控制由喷射器14喷射的燃料量和喷射时间。
控制器40可以由一个或多个通过预定程序激活的处理器而实现，且预定程序可以被编程，从而执行根据本发明的各个实施方案的控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法中的每个步骤。
同时，控制器40可以包括存储器42。在本发明的示例中显示存储器42被设置在控制器40中，但并不限于此。存储器42可以为非易失性存储器。
如图4所示，根据SCR催化器30温度的NH3吸附特性和根据SCR催化器温度的安全系数或考虑安全系数的目标NH3吸附量，以及根据当前行驶情况的预测的NH3反应量可以被存储在存储器42中。
图3为根据本发明的各个实施方案的控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法的流程图。
如图3所示，当点火开关(ignition key)在步骤S100中被接通时，根据本发明的各个实施方案的控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法开始。
如果点火开关在步骤S100中被接通，则温度传感器36在步骤S110中检测SCR催化器30的当前温度，并且将其对应的信号传递至控制器40。
如果控制器40接收对应于SCR催化器30的当前温度的信号，则控制器40在步骤S120中确定SCR催化器30的当前温度是否高于或等于尿素转化温度。在此，尿素转化温度为这样的温度：由喷射模块34注入的尿素在此可以被分解为氨，且分解的氨可以被吸附在SCR催化器30中。如果尿素在温度低于尿素转化温度时被注入，则尿素不能分解为氨，也不能够被吸附在SCR催化器30中，如果被分解则会从SCR催化器30中漏掉。所以，根据本发明的各个实施方案的方法在温度高于或等于尿素转化温度时可以被正常操作。
如果SCR催化器30的当前温度在步骤S120中小于尿素转化温度，则此方法返回至步骤S100。如果SCR催化器30的当前温度在步骤S120中高于或等于尿素转化温度，则控制器40在步骤S130中确定考虑安全系数的目标NH3吸附量。如图4所示，根据SCR催化器30温度的NH3吸附特性和根据SCR催化器温度的安全系数或考虑安全系数的目标NH3吸附量，以及根据当前行驶情况的预测的NH3反应量可以被存储在控制器40的存储器42中。所以，控制器40可以从存储器42读取在SCR催化器当前温度的考虑安全系数的目标NH3吸附量。由于存储器42为非易失性存储器，所以考虑安全系数的目标NH3吸附量不会从存储器42中被擦除。
同时，可以通过将根据SCR催化器30温度的NH3吸附特性乘以根据SCR催化器30温度的安全系数而得到考虑安全系数的目标NH3吸附量。在此情况下，由于氮氧化物的净化特性根据SCR催化器30的温度而改变，所以安全系数也根据SCR催化器30的温度而改变。
此后，控制器40在步骤S140中确定根据当前行驶情况的预测的NH3反应量。即，控制器40基于油门踏板的位置、当前车辆速度、燃料喷射量以及燃料喷射时间而预测当前行驶情况，基于预测的行驶情况而预测从发动机排出的NOx量，且基于SCR催化器30的当前温度而预测NOx净化率。所以，控制器40基于从发动机排出的NOx量和NOx净化率，根据当前行驶情况而确定预测的NH3反应量。根据当前行驶情况的预测的NH3反应量为NH3的预测量，其将通过在SCR催化器30中与NOx的反应而被移除。即使SCR催化器30吸附的NH3比预测的NH3反应量更多，预测的NH3反应量也会通过与NOx的反应而被移除。所以，NH3不会从SCR催化器30中漏掉。也就是说，更多的NH3被吸附，但NH3不会漏掉。
之后，控制器40根据目标NH3吸附量和预测的NH3反应量而控制喷射模块34，从而控制注入排放气体中的尿素量。如图4所示，控制器40控制注入排放气体的尿素，从而使对应于考虑安全系数的目标NH3吸附量与在SCR催化器当前温度预测的NH3反应量之和的NH3量被吸附在SCR催化器30中。
之后，控制器40返回至步骤S100，并且在点火开关被接通期间重复步骤S100至步骤S150。
如图4所示，与只考虑安全系数的传统方法相比较，根据本发明的各个实施方案的SCR催化器30在相同的SCR催化器30温度下吸附的NH3更多。所以，可以利用SCR催化器30的全部性能，并且可以减小SCR催化器30的体积。
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。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在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 (10)

1.一种控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法，包括：
基于根据选择性催化还原催化器温度的NH3吸附特性，确定考虑安全系数的目标NH3吸附量；
根据当前行驶情况，确定预测的NH3反应量；以及
根据目标NH3吸附量和预测的NH3反应量，控制尿素的注入，
其中控制尿素的注入从而使对应于目标NH3吸附量和预测的NH3反应量之和的NH3量被吸附在选择性催化还原催化器中。
2.根据权利要求1所述的控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法，其中考虑安全系数的目标NH3吸附量从根据选择性催化还原催化器温度的NH3吸附特性和根据选择性催化还原催化器温度的安全系数确定。
3.根据权利要求1所述的控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法，其中根据当前行驶情况的预测的NH3反应量基于在当前行驶情况下从发动机中排出的NOx量和在选择性催化还原催化器当前温度下的NOx净化率而确定。
4.根据权利要求1所述的控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法，其中当选择性催化还原催化器的当前温度高于或等于尿素转化温度时，进行确定考虑安全系数的目标NH3吸附量的步骤。
5.根据权利要求1所述的控制吸附在选择性催化还原催化器中的氨量的方法，其中根据选择性催化还原催化器温度的NH3吸附特性和根据选择性催化还原催化器温度的安全系数或考虑安全系数的目标NH3吸附量，以及根据当前行驶情况的预测的NH3反应量被存储在车辆的非易失性存储器中。
6.一种排放系统，包括：
发动机，所述发动机通过燃烧空气与燃料的混合物而产生驱动扭矩，并且经过排气管将燃烧期间产生的排放气体排出；
还原剂供应器，所述还原剂供应器安装在所述发动机下游的排气管上，并且适用于将尿素或氨注入排放气体，其中尿素分解为氨；
选择性催化还原催化器，所述选择性催化还原催化器安装在位于所述还原剂供应器下游的排气管上，且适用于吸附氨，并使用吸附、注入或分解的氨减少包含在排放气体中的氮氧化物；
控制器，所述控制器适用于接收选择性催化还原催化器温度的信息和当前行驶情况的信息，从而确定考虑安全系数的目标NH3吸附量，确定根据当前行驶情况的预测的NH3反应量，并且根据目标NH3吸附量和预测的NH3反应量，控制从所述还原剂供应器注入的尿素或氨的量，其中所述控制器控制从所述还原剂供应器中注入的尿素或氨的注入量，从而使对应于目标NH3吸附量与预测的NH3反应量之和的NH3量被吸附在选择性催化还原催化器中。
7.根据权利要求6所述的排放系统，其中考虑安全系数的目标NH3吸附量从根据选择性催化还原催化器温度的氨吸附特性和根据选择性催化还原催化器温度的安全系数确定。
8.根据权利要求6所述的排放系统，其中根据当前行驶情况的预测的NH3反应量基于在当前行驶情况下从所述发动机中排出的NOx量和在选择性催化还原催化器当前温度的NOx净化率而确定。
9.根据权利要求6所述的排放系统，其中只有当选择性催化还原催化器的当前温度高于或等于尿素转化温度时，所述控制器适用于确定考虑安全系数的目标NH3吸附量。
10.根据权利要求7所述的排放系统，其中根据选择性催化还原催化器温度的NH3吸附特性和根据选择性催化还原催化器温度的安全系数或考虑安全系数的目标NH3吸附量，以及根据当前行驶情况的预测的NH3反应量能够被存储在车辆的非易失性存储器中。
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