CN107806358B - 用于控制废气处理系统的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于控制废气处理系统的方法，其中该系统包括由废气源供应至选择性催化还原(SCR)装置和颗粒过滤装置的废气流。该方法包括检测靠近SCR装置的还原剂沉积物的阈值水平，并且响应于该阈值水平而起始选择性催化还原装置服务。使用还原剂沉积物模型检测还原剂沉积物的阈值水平，该还原剂沉积物模型包括：使用测量的工艺变量确定实际的SCR NOx转换率；以及将实际的SCR NOx转换率与校准的NOx转换率值进行比较。使用废气流量和系统温度值来确定校准的NOx转换率值，该废气流量和系统温度值基本上对应于确定实际的SCR NOx转换率的工艺变量。该装置服务可包括升高废气温度或颗粒过滤装置的主动再生。

Description

用于控制废气处理系统的方法
引言
在内燃机(ICE)的燃烧循环期间，将空气/燃料混合物提供给ICE的汽缸。空气/燃料混合物被压缩和/或点火并且燃烧以提供输出转矩。在燃烧之后，ICE的活塞强制汽缸中的废气排出排气阀开口并进入排气系统中。从ICE、具体柴油发动机中排出的废气是不均匀混合物，其含有诸如一氧化碳(CO)、未燃烧烃和氮氧化物(NOx)的气态排放物以及构成颗粒物质的凝相材料(液体和固体)。含有过多氧气的排气进料流中的NOX排放物的还原对于车辆制造商而言是具有挑战的。
废气处理系统可以采用被配置用于实现诸如还原NOx以产生氮气 (N2)和水(H2O)的更可容忍排气组分的后处理工艺的一个或多个部件中的催化剂。用于还原NOx排放物的一种类型的排气处理技术是选择性催化还原(SCR)装置，其通常包括上面设置有催化剂化合物的基板或支撑件。排气流经催化剂转换期望化合物中的某些或所有排气组分，诸如未调节的废气成分。还原剂通常被喷射至SCR上游的热废气中、分解成氨，并且被SCR装置吸收。接着在SCR催化剂存在下，氨将NOx还原成氮气和水。
位于SCR上游和/或下游的颗粒过滤器(PF)可用于捕获烟尘，且烟尘可在再生循环期间周期性地焚烧。水蒸气、氮气和还原的排放物此后排出该排气系统。可以将PF和SCR集成为选择性催化还原过滤器(SCRF)。
发明内容
根据示例性实施例的方面，提供了一种用于控制废气处理系统的方法。废气处理系统可包括由废气源供应至选择性催化还原装置和颗粒过滤装置的废气流。颗粒过滤装置可在选择性催化还原装置上游。另外地或替代地，废气处理系统包括由废气源供应至选择性催化还原过滤装置供应的废气流。废气源可包括ICE，诸如汽油或柴油ICE。用于控制废气处理系统的方法包括检测靠近SCR装置的还原剂沉积物的阈值水平，并且响应于该阈值水平而起始选择性催化还原装置服务。该方法可进一步包括在起始选择性催化还原装置服务之前满足次要条件。选择性催化还原装置可包括升高废气温度或颗粒过滤器的主动再生。
根据示例性实施例的方面，一种用于检测还原剂沉积物的阈值水平的方法包括使用测量的工艺变量确定实际的SCR NOx转换率；以及将实际的 SCR NOx转换率与校准的NOx转换率值进行比较以确定NOx转换率差异。可使用废气流量和系统温度值来确定校准的NOx转换率值，该废气流量和系统温度值基本上对应于确定实际的SCR NOx转换率的工艺变量。将实际的SCR NOx转换率与校准的NOx转换率值进行比较可包括将一段时间内的若干对应的实际SCR NOx转换率值和校准的NOx转换率值进行比较。
虽然本文的许多实施例是关于在NOx选择性催化还原装置中使用的氨还原剂来描述的，但是本文的实施例通常适用于利用可积聚并导致装置故障的各种还原剂的选择性催化还原装置替代物。
从示例性实施例和附图的以下详细描述中，示例性实施例的其它目的、优点和新颖特征将变得更显而易见。
附图说明
图1A示出了根据一个或多个实施例的废气处理系统的示意图；
图1B说明了根据一个或多个实施例的选择性催化还原过滤装置；
图2A说明了根据一个或多个实施例的用于控制废气处理系统的方法；
图2B说明了根据一个或多个实施例的用于还原剂沉积模型的流程图；以及
图2C说明了根据一个或多个实施例的用于控制废气处理系统的方法。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开实施例仅仅是实例且其它实施例可呈现各种和替代性形式。图式不一定按比例绘制；某些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节并不解释为限制，而仅仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域一般技术人员将理解的是，参考任何一个图式说明并描述的各个特征可结合一个或多个其它图式中说明的特征以产生未明确说明或描述的实施例。所说明的特征组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，特定应用或实施方案可期望与本公开的教导一致的特征的各个组合和修改。
选择性催化还原(SCR)装置通常用于处理由ICE供电的车辆的废气。精确地识别对SCR装置再生的需要不仅赋予车辆操作者更大的便利性和效用，而且还可增强车辆本身的性能。例如，ICE的制造商制定了发动机操作控制策略以满足客户的需求并且符合排放控制和燃料经济性的各种规定。一种这样的发动机控制策略包括以当量稀的空气/燃料比操作发动机以提高燃料经济性并减少温室气体排放。使用压缩点火(柴油)和火花点火发动机均可进行这种操作。当发动机以稀(过量氧气)空气/燃料比操作时，所得到的燃烧条件(例如，温度、过量氧气)导致较高的发动机排放 NOx。本文的实施例允许车辆在延长SCR再生之间的时间段的同时实现改进的燃料经济性和减少的温室气体排放。
以下描述本质上仅仅是示例性的，并且不意图限制本公开、其应用或用途。如本文所使用，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或成组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能性的其它合适部件。
现在参考图1A，示例性实施例涉及用于还原ICE 12的已调节废气组分的废气处理系统10。本文所述的废气处理系统10可在各种发动机系统中实施，该发动机系统可包括但不限于柴油发动机系统、汽油直喷系统和均质充气压燃发动机系统。发动机将在本文被描述用于生成用于车辆的转矩，但是其它非车辆应用也在本公开的范围内。因此，当提及车辆时，此公开内容应被解释为适用于ICE的任何应用。另外，ICE 12通常可表示能够生成包括NOx物种的废气流15的任何装置，且因此本文的公开内容应被解释为适用于所有这样的装置。应当进一步理解的是，本文公开的实施例可适用于处理不包括NOx物种的流出物流，且在这种情况下，ICE 12也可通常表示能够生成不包括NOx物种的流出物流的任何装置。
废气处理系统10通常包括一个或多个废气导管14和一个或多个排气处理装置。可包括若干段的废气导管14将废气15从ICE 12输送至废气处理系统10的各种废气处理装置。在某些示例性实施例中，废气15可包括 NOx物种。如本文所使用，“NOx”是指一种或多种氮氧化物。NOx物种可包括NyOx物质，其中y>0且x>0。氮氧化物的非限制性实例可包括NO、 NO2、N2O、N2O2、N2O3、N2O4和N2O5。
在所说明的实施例中，废气处理系统10的装置包括SCR装置26和颗粒过滤(PF)装置30。所示的实施方案将PF装置30和SCR催化剂124 设置在公共壳体中，但是此实施方案是可选的，且为SCR催化剂124和 PF装置30提供分立壳体的实施方案是合适的。另外，在许多实施例中， PF装置30可设置在SCR装置26上游。可明白的是，本公开的废气处理系统10可包括图1A中所示的一个或多个排气处理装置的各种组合和/或其它排气处理装置(未示出)，并且不限于本实例。例如，废气处理系统 10可选地包括氧化催化剂(OC)装置(未示出)、吸收剂颗粒的溢流容器 (未示出)、电加热催化剂(EHC)装置(未示出)以及其组合。废气处理系统10可进一步包括经由许多传感器可操作地连接以监测发动机12和 /或废气处理系统10的控制模块50。
上文公开的可选OC装置可包括(例如)可包装在不锈钢外壳或罐中的溢流金属或陶瓷单块基板，该不锈钢外壳或罐具有与废气导管14流体连通的入口和出口。基板可包括设置在其上的氧化催化剂化合物。氧化催化剂化合物可作为修补基面涂层涂敷，并且可含有诸如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)的铂族金属或诸如钙钛矿的其它金属氧化物催化剂，或其组合。 OC装置用于处理未燃烧的气态和非挥发性未燃烃和CO，该烃和CO被氧化以形成二氧化碳和水。在某些实施例中，诸如柴油氧化催化剂(DOC) 装置的OC装置可位于SCR上游以将NO转换为NO2以在SCR中进行优先处理。
上文公开的吸收剂颗粒的可选溢流容器可位于可选的OC装置下游。上文公开的吸收剂颗粒的溢流容器可包括(例如)可包装在不锈钢外壳或罐中的溢流金属或陶瓷单块基板，该不锈钢外壳或罐具有与废气导管14 流体连通的入口和出口。基板可包括吸水颗粒的修补基面涂层，诸如(例如)氧化铝颗粒、活性炭颗粒、吸水沸石材料、吸水分子筛材料和金属- 有机骨架(“MOF”)材料。具体地，吸水颗粒配置成用于在阈值温度以下临时存储从废气15中收集的水。在一个实施例中，阈值温度为约100℃。废气15将吸收剂颗粒的溢流容器加热至阈值温度。一旦吸收剂颗粒的溢流容器达到阈值温度，基本上所有被吸收的水均被释放。
上面公开的可选EHC装置可设置在OC装置和吸收剂颗粒的溢流容器二者的下游。EHC装置包括单块和电加热器，其中电加热器被选择性地启动并加热该单块。电加热器连接至对其供电的电源。EHC装置可由任何合适的导电材料(诸如缠绕或堆叠的金属单块)构成。氧化催化剂化合物可作为修补基面涂层涂敷至EHC装置，并且可含有诸如铂(“Pt”)、钯(“Pd”)、铑(“Rh”)的铂族金属或其它合适的氧化催化剂，或其组合。
SCR装置26可设置在ICE 12的下游。在某些实施例中，SCR装置26 可设置在可选EHC装置、吸收剂颗粒的可选溢流容器、可选OC装置以及其组合的下游。一般而言，SCR装置26包括利用还原剂36和催化剂将 NO和NO2还原为无害成分的所有装置。(译者注：有误，根据105可知) SCR装置26可包括(例如)可包装在不锈钢外壳或罐中的溢流金属或陶瓷单块基板，该不锈钢外壳或罐具有与废气导管14流体连通的入口和出口。基板可包括涂敷至其上的SCR催化剂组合物。SCR催化剂组合物通常是多孔和高表面积材料，其可在还原剂36(诸如氨)的存在下有效地操作来转换率废气15中的NOx组分。例如，催化剂组合物可含有沸石和一种或多种贱金属成分，诸如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)或钒(V)、钠 (Na)、钡(Ba)、钛(Ti)、钨(W)、铜(Cu)以及其组合。在某些实施例中，沸石可为β-型沸石、Y型沸石、ZM5沸石或任何其它结晶沸石结构，诸如菱沸石或USY(超稳定Y型)沸石。当与PF装置30串联使用时，合适的SCR催化剂组合物可具有高热结构稳定性，该SCR催化剂组合物经由高温排气烟尘燃烧而再生。
SCR催化剂组合物可经基面涂敷至基板主体上，该基板主体容置在与废气导管14和可选的其它排气处理装置流体连通的罐内。基板主体可(例如)为陶瓷砖、板结构或任何其它合适的结构(诸如单块蜂窝结构，其包括每平方英寸数百至数千个平行的溢流孔)，但是其它配置也是合适的。每个溢流孔可由壁表面限定，在壁表面上可对SCR催化剂组合物进行基面涂敷。基板主体可由能够承受与废气15相关联的温度和化学环境的材料形成。可使用的材料的某些具体实例包括陶瓷，诸如经挤压堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、石榴石或耐热和耐腐蚀金属(诸如钛或不锈钢)。
SCR装置26通常使用还原剂36将NOx物种(例如NO和NO2)还原成无害成分。无害成分包括(例如)并非NOx物种的物种、双原子氮、含氮惰性物种或被认为是可接受的排放物的物种中的一种或多种。还原剂36 可为氨(NH3)(诸如无水氨或氨水)或由氮和富氢物质(诸如尿素 (CO(NH2)2)生成。另外或替代地，还原剂36可为能够在废气15存在下分解或反应以形成氨的任何化合物。反应式(1)至(5)为涉及氨的NOx还原提供了示例性的化学反应。
6NO+4NH3→5N2+6H2O (1)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (2)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (3)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (4)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (5)
应当明白的是，反应式(1)至(5)仅仅是说明性的，并且不意味着将SCR装置26限制为一个或数个特定的NOx还原机构，也不排除其它机构的操作。SCR装置26可配置成执行上述NOx还原反应、上述NOx还原反应的组合以及其它NOx还原反应中的任一种。
在各种实施方案中，还原剂36可用水稀释。在用水稀释还原剂36的实施方案中，热量(例如，来自排气)将水蒸发，且向SCR装置26供应氨。根据需要，非氨还原剂可用作氨的全部或部分替代物。在还原剂36 包括尿素的实施方案中，尿素与废气发生反应以产生氨，且向SCR装置 26供应氨。SCR装置26可存储(即，吸收和/或吸附)由还原剂36供应的氨以与废气15相互作用。下面的反应式(6)提供经由尿素分解的氨产生的示例性化学反应。
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (6)
应当明白的是，反应式(6)仅仅是说明性的，并且不意味着将尿素或其它还原剂36的分解限制为特定的单个机构，也不排除其它机构的操作。
可从还原剂供应源(未示出)供应还原剂36并且使用喷射器46或将还原剂36输送至废气15的其它合适方法在SCR装置26的上游位置处将还原剂喷射至废气导管14中。还原剂36可为气体、液体或水溶液(诸如尿素水溶液)的形式。还原剂36可与喷射器46中的空气混合以帮助已喷射的喷雾的分散。混合器或湍流器48也可设置在废气导管14内紧靠喷射器46以进一步帮助还原剂36与废气15的充分混合和/或甚至分布在整个 SCR装置26中。
在某些实施例中，两个或更多个SCR装置可相对于废气15的流动串联定向，并且配置成使得还原剂36的一部分可泄漏或通过上游SCR装置 26并且被至少一个下游SCR装置接收。在这种配置中，“氨泄漏”可被实施为有意的设计方面。然而，当氨通过SCR装置26但由于氨过度喷射至废气导管14中、废气15低温(此时氨不会发生反应)或降解的SCR催化剂而不发生反应时，氨泄漏也可能发生。
如所示，PF装置30可设置在SCR装置26的下游或可设置在SCR装置26的上游。仅作为示例，PF装置30可包括柴油机颗粒过滤器(DPF)。 PF装置30用于过滤废气15中的碳、烟尘和其它颗粒。PF装置30包括过滤器23。仅作为示例，PF装置30可使用陶瓷或SiC壁流单块过滤器23 来配置，该过滤器可包装在由例如不锈钢构成的外壳或罐中并且具有与废气导管14流体连通的入口和出口。应当理明白的是，陶瓷或SiC壁流单块过滤器本质上仅仅是示例性的，且PF装置30可包括其它过滤装置，诸如缠绕或填充纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等。陶瓷或SiC壁流单块过滤器23可具有由纵向延伸壁限定的多个纵向延伸通道。通道包括具有开放入口端和封闭出口端的入口通道的子集以及具有封闭入口端和开放出口端的出口通道的子集。通过入口通道的入口端进入过滤器23的废气15被强制通过相邻的纵向延伸壁迁移至出口通道。其通过此壁流机构，废气15被此壁流机构滤除碳和其它颗粒。已过滤的颗粒沉积在入口通道的纵向延伸壁上，并且随时间变化，将具有增加由IC发动机12经历的废气15的背压的效果。
在某些实施例中，排气处理系统10可进一步包括选择性催化还原过滤(SCRF)装置。在某些实施例中，排气处理系统10可包括作为SCR装置26和PF装置30的替代的SCRF装置。图1B说明了SCRF装置40，其可包括浸入含有活性催化剂成分28(即，催化剂28)的修补基面涂层35 中的载体或基板34。通常，修补基面涂层35可涂敷或涂覆在基板34的表面上用于吸收还原剂35(未示出)。基板34可为多孔的，且修补基面涂层 35可涂敷或涂覆在孔内的基板34的表面上。基板34可包括与如上所述的 SCR装置26相似的结构和材料或任何其它合适的结构。例如，基板34可由碳化硅(SiC)、堇青石或任何其它合适的高度多孔的基板形成。在SCRF 装置40的操作中，与SCR装置26一样，可使用还原剂喷射器46(未示出)和可选湍流器48(未示出)涂敷还原剂36(未示出)。当涂敷时，还原剂36通常诸如通过吸附和/或吸收设置在修补基面涂层35上以与废气 15相互作用。当排气15通过SCRF装置40时，从发动机12中排放的颗粒物质可收集在SCRF装置40中。因此，SCRF装置40可包括用于收集颗粒物质的颗粒过滤器，诸如过滤器38。应当理解的是，对SCRF装置40 提供的描述不意味着限制SCRF装置的定义，也不排除结合本文所述的实施例使用各种附加或替代的SCRF设计。
随时间变化，诸如PF装置30和/或SCRF装置40的过滤装置可积聚颗粒物质并且必须被再生。例如，特定物质的积聚可能降低PF装置30或 SCRF装置40的效率。再生通常涉及PF装置30和/或SCRF装置40中的积聚的颗粒物质的氧化或燃烧。例如，碳质烟尘颗粒可在再生过程期间中被氧化以产生气态二氧化碳。在许多情况下，再生包括升高废气15的温度。通过诸如调整发动机校准参数的许多方法可实现升高废气15的温度。当PF装置30和/或SCRF装置40已积聚例如确定量的颗粒物质时，可实施一种或多种再生技术。例如，可基于PF装置30的重量、百分比容量或基于其它因素来设定颗粒物质的确定量。一种或多种再生技术可以例如随机时间或以规定的时间间隔实施。
再生可包括车辆的正常操作，其生成足够温度的废气15以清除PF装置30和/或SCRF装置40中的某些或所有积聚的颗粒物质。另外或替代地，再生可包括利用可选EHC来对废气处理系统10施加热量并且清除PF装置30和/或SCRF装置40中的某些或所有积聚的颗粒物质。另外或替代地，再生可包括利用氧化催化剂，诸如上述的可选OC装置。当燃烧后的喷射燃料利用废气15从ICE 12中排出并且与氧化催化剂接触时，燃料氧化期间释放的热量被施加给废气处理系统10以清除PF装置30和/或SCRF装置40中某些或所有积聚的颗粒物质。应当明白的是，上述再生技术仅仅是说明性的，并且不意味着排除其它附加或替代再生技术的使用或适用性。PF装置30和/或SCRF装置40的再生技术可被分类为主动或被动再生，如下面将描述的。
控制模块50可操作地连接至发动机12和还原剂喷射器46。控制模块50可进一步可操作地连接至上述可选的排气处理装置。图1A说明了与位于废气导管14中的两个温度传感器52和54通信的控制模块50。第一温度传感器52位于SCR装置26的上游，且第二温度传感器54位于SCR装置26的下游。温度传感器52和54向控制模块50发送电信号，其各自指示具体位置中的废气导管14中的温度。控制模块50还与两个NOx传感器60和62通信，这两个NOx传感器与废气导管14流体连通。具体地，第一上游NOx传感器60位于ICE 12的下游以及SCR装置26的上游以检测NOx浓度水平。第二下游NOx传感器62位于SCR装置26的下游以在具体位置中检测废气导管14中的NOx浓度水平。在所有这样的实施例中，SCR装置26可包括SCRF装置40。
还原剂36的喷射质量的精确量对于将废气15且具体是NOx、排放物维持在可接受水平是重要的。可通过诸如SCR装置26和/或SCRF装置40 的上游的NOx浓度、SCR装置26和/或SCRF装置40的下游的NOx浓度、下游氨浓度、下游温度、发动机12的转矩输出、排气流量、排气压力、发动机12转速(例如rpm)、发动机12的进气口的一个或多个准则、其它合适的准则以及其组合来确定还原剂36的喷射给料速率(例如，克/秒)。例如，上游NOx传感器60可在SCR装置26和/或SCRF装置40的上游位置处测量排气中的NOx。仅作为示例，上游NOx传感器60可测量NOx的质量流速(例如，克/秒)、NOx的浓度(例如，百万分率)或NOx的量的另一合适度量。在此实例中，上游NOx浓度可用于确定合适的还原剂36 喷射给料速率。另外或替代地，还原剂36给料速率可基于排气15或其它系统10的成分的温度来确定。例如，温度传感器54可测量SCR装置26 和/或SCRF装置40下游的排气的温度。温度传感器54可基于SCR装置 26和/或SCRF装置40下游的排气的温度生成温度信号并且将其传达至控制模块50。废气15以及SCR和/或SCRF催化剂温度影响SCR和/或SCRF 系统的操作。NOx的催化转换率在低温下降低，且因此可减少或停止还原剂36的给料以防止氨和其它尿素分解产物的排放并防止还原剂36沉积在系统部件上。例如，还原剂36喷射的低温截止点可为约200℃至约250℃。
一般而言，还原剂36的给料速率可通过控制模块50使用一个或多个准则(例如上述准则)连续地确定。在连续确定还原剂36的给料速率时，可起始给料调整，其中还原剂36的给料速率增加或降低。例如，还原剂 36的给料速率可调整成在SCR装置26和/或SCRF装置40下游的废气15 中实现期望的NOx浓度或流速，或实现期望的SCR装置26和/或SCRF装置40的NOx转换率。下游NOx传感器62可与氨交叉敏感，且因此输出 NOx信号也可反映SCR装置26和/或SCRF装置40下游的排气中的氨。下游NOx传感器62可基于SCR装置26和/或SCRF装置40下游的排气中的NOx和/或氨生成输出NOx和/或氨信号并且将其传达至控制模块50。因此，可起始给料调整以实现例如期望的NOx排气浓度。在某些实施例中，这种给料调整仅在低温截止点以上起始。给料调整可连续地或以规定的间隔起始。另外或替代地，可响应于具体事件或一组条件来起始给料调整。
在SCR装置26和/或SCRF装置40的使用期间，还原剂36沉积物形成在废气导管14、还原剂喷射器46、湍流器48、SCR装置26和/或SCRF 装置40中的一个或多个上并且抑制NOx物种的转换。还原剂36沉积物可包括例如还原剂36和/或其分解和/或反应产物(诸如氨、硝酸铵、硫酸铵、未水解尿素和三聚氰胺)的积聚。在这样的情况下，起始的给料调整可归因于还原剂36沉积物。响应于还原剂36沉积物而增加还原剂36的剂量的给料调整可进一步降低SCR装置26和/或SCRF装置40的性能并且由于还原剂36沉积物的加剧而增加氨泄漏等其它问题。因为还原剂36沉积物不能纯粹地与车辆里程或ICE 12操作时间可靠地相关，所以可能无需起始SCR装置26和/或SCRF装置40的维护以减轻潜在的SCR装置26和/ 或SCRF装置40的故障。
在某些情况下，已经发现PF装置30和/或SCRF装置40的再生例如通过将升高SCR装置26中或其附近的温度减少或消除还原剂36沉积物。明显地或适当地减少或消除还原剂36沉积物的PF装置30和/或SCRF装置40再生技术可被称为主动再生技术。未明显地或适当地减少或消除还原剂36沉积物的PF装置30和/或SCRF装置40再生技术可被称为被动再生技术。因此，当PF装置30和/或SCRF装置40进行高被动再生和/或未能起始足够的主动再生以适当地减少或消除还原剂36沉积物时，过量的还原剂36沉积物可导致SCR装置26和/或SCRF装置40失效。例如，将 PF装置定向在SCR装置上游的废气处理系统可表现出非常高的PF被动再生。某些SCRF装置类似地表现出高被动再生。
可通过主动再生的频率或主动再生的量值(例如，温度)来限定足够的主动再生。还原剂36沉积物的适当减少或消除可被限定为充分减少或消除还原剂36沉积物以防止SCR装置26和/或SCRF装置40失效或延迟 SCR装置26和/或SCRF装置40失效持续限定使用时间段。SCR装置26 和/或SCRF装置40失效可包括还原剂喷射器46堵塞、不能保持期望的 NOx物种转换率，和/或不能防止氨泄漏达到阈值(例如，每单位时间或废气15的每单位体积内通过SCR装置26和/或SCRF装置40但未反应的氨的克数)。
在某些实施例中，主动和被动再生可通过施加至还原剂沉积物36的热量或通过还原剂36沉积物经由施加热量实现的温度来限定。对还原剂 36沉积物施加热量可包括直接和间接施加热量二者。例如，被动再生可在约250℃至约450℃的温度范围内发生，而主动再生可在高于约500℃的温度下或在约500℃与约650℃之间的温度范围内发生。应当明白的是，这些温度范围仅仅是说明性的，并且不意味着将主动和被动再生技术限制为特定温度范围，或一定施加主动和被动再生技术必须由温度范围限定的要求。例如，主动再生可在高于300℃的温度下发生。另外，如果使用温度范围来限定主动和被动再生，那么本领域技术人员将认识到，温度将基于诸如废气处理系统10的应用(例如，车辆应用)、所利用的还原剂36、还原剂36沉积物的本质和组合物以及SCR装置26和/或SCRF装置40的几何形状和成分等许多其它因素的各种因素而变化。
在实例中，当废气15的温度适合于再生PF装置30和/或SCRF装置 40但不能明显地或适当地减少或消除还原剂36沉积物时，车辆的正常操作可被分类为被动再生。在这样的实例中，车辆的正常操作可在低速、短持续时间和/或在寒冷天气期间发生。相反，当废气15的温度可明显地或适当地减少或消除还原剂36沉积物时，车辆的正常操作可被分类为主动再生。在这样的实例中，车辆的正常操作可在高速、长持续时间和/或在温暖天气期间发生。
在实例中，当可选EHC装置不向还原剂36沉积物施加热量或由该 EHC装置施加于还原剂36沉积物的任何热量不会明显或适当地减少或消除还原剂36沉积物时，利用该EHC装置可被分类为被动再生。在这样的实例中，EHC装置可位于SCR装置26和/或SCRF装置40的下游。相反，当可选EHC装置向还原剂36沉积物施加足够量的热量从而明显或适当地减少或消除还原剂36沉积物时，利用该EHC装置可被分类为主动再生。在这样的实例中，EHC装置可位于SCR装置26和/或SCRF装置40的上游或附近。
在实例中，当可选OC装置不向还原剂36沉积物施加热量或由该OC 装置施加于还原剂36沉积物的任何热量不会明显或适当地减少或消除还原剂36沉积物时，利用该OC装置可被分类为被动再生。在这样的实例中， OC装置可位于SCR装置26和/或SCRF装置40的下游。相反，当可选 OC装置向还原剂36沉积物施加足够量的热量从而明显或适当地减少或消除还原剂36沉积物时，利用该OC装置可被分类为主动再生。在这样的实例中，OC装置可位于SCR装置26和/或SCRF装置40的上游或附近。
因为各种PF装置30和/或SCRF装置40的再生技术可被分类为被动和主动二者，和/或因为PF装置30和/或SCRF装置40的高被动再生可能不会触发对主动再生的需要，和/或因为没有可靠的预测器来用于主动再生发生，所以PF装置30和/或SCRF装置40再生和车辆里程不是用于经由主动再生来防止SCR装置26和/或SCRF装置40失效的可靠离散变量。具体地，配备利用SCR装置和/或SCRF装置上游的PF装置的废气处理系统的车辆可表现出高的被动再生，并且能够在PF装置主动再生之间进行长距离和/或长时间的操作。例如，利用在SCR装置和/或SCRF装置上游的PF装置的柴油发动机动力车辆可操作超过3,000英里而不需要或触发 PF装置主动再生。
图2A说明了用于控制废气处理系统的方法200，其包括检测210靠近 SCR装置的还原剂沉积物的阈值水平以及响应于该阈值水平而起始220 SCR装置服务。在某些实施例中，还原剂喷射器以及废气导管的某些部分可被认为靠近SCR装置。还原剂沉积物的阈值水平可包括最小还原剂沉积物阈值。例如，还原剂沉积物阈值可被限定为积聚的沉积物的质量、特定位置(例如，靠近喷射器46)上的沉积物的厚度和/或如下文将描述的NOx转换率差异。SCR装置可包括SCR装置和SCRF装置中的一个或多个，但是也可能可选地利用SCR装置和SCRF装置二者。如上所述，包括SCRF 装置的SCR装置利用还原剂进行操作。废气处理系统可包括由废气源供应至SCR装置和PF装置中的一个或多个的废气流。PF装置可在一个或多个SCR装置的上游或下游。废气处理系统可包括位于SCR装置和/或SCRF 装置的上游、SCR装置和/或SCRF装置的下游或其组合的两个或更多个 PF装置。在SCR装置包括SCRF装置的某些实施例中，分立PF装置可被认为是可选的，并且可从系统中省略。废气源可包括例如ICE。ICE可为车辆供电。废气流可包括一个或多个NOx物种。
检测210还原剂沉积物的阈值水平可通过利用还原剂沉积物模型来实现。另外或替代地，还原剂沉积物的阈值水平可由传感器或其它手段确定。图2B说明了用于还原剂沉积物模型250的流程图。模型250包括确定255 实际的SCR NOx转换率并且将实际的SCR NOx转换率与校准的NOx转换率值进行比较260。使用测量的工艺变量确定实际的SCR NOx转换率。例如，可使用诸如分别测量SCR装置26的上游和下游的NOx浓度的第一上游NOx传感器60和第二下游NOx传感器62的一个或多个NOx传感器来确定255的实际SCR NOx转换率。另外或替代地，可适当地采用能够提供实时NOx转换率的其它方法。
NOx转换率值是指转换为期望的、惰性的或其它可接受的物质(例如， N2、H2O)中的一种或多种的NOx物种的百分比。校准的NOx转换率值可基于系统温度和排气流(例如克/秒)中的一个或多个来确定。系统温度可包括SCR装置26和/或废气15的温度。校准的NOx转换率值可被表示为工艺变量的函数(例如，废气流速-NOx转换率效率等温线)或矩阵。例如，下表1说明了在各种温度和排气流条件下SCR装置的示例性NOx转换率矩阵。
表1：SCR NOx转换率矩阵：
Figure BDA0001398795320000141
校准的NOx转换率值可为SCR装置所特有的。可在还原剂喷射器、废气导管或SCR装置附近基本上没有还原剂沉积物的情况下来确定校准的NOx转换率值。可用还原剂喷射器、废气导管或SCR装置附近的还原剂沉积物的正常操作水平来确定校准的NOx转换率值。当将实际的SCR NOx转换率与校准的NOx转换率值进行比较260时，选择校准值使得确定校准的NOx转换率的工艺变量(例如，温度和废气流速)基本上类似于测量实际的SCR NOx转换率的工艺变量。
测量的实际SCR NOx转换率与经校准的NOx转换率值之间(即，较低的实际SCR NOx转换率相对于校准的NOx转换率值)的差异可指示还原剂沉积物的存在。这样的差异可例如通过经验校准而转化为还原剂沉积物值(例如，还原剂沉积物的克数)。因此，检测210还原剂沉积物的阈值水平可包括将使用模型250确定的还原剂沉积物值与还原剂沉积物的阈值水平进行比较。还原剂沉积物的阈值水平可被表示为例如积聚的沉积物的总重量(例如3.0克)。还原剂沉积物的阈值水平可经由理论或经验方法预定和/或基于当前的工艺变量确定。例如，可使用SCR装置的寿命来修改还原剂沉积物随时间变化的阈值水平。另外或替代地，还原剂沉积物的阈值水平可被表示为NOx转换率差异，并且直接和测量的实际SCR NOx转换率与校准的NOx转换率值之间的差异进行比较。
将实际的SCR NOx转换率与校准的NOx转换率值进行比较260可包括将一段时间内的若干对应实际的SCR NOx转换率值与校准的NOx转换率值进行比较，使得操作噪声(例如，临时装置故障、工艺变量的波动) 没有不正确地暗示实现还原剂沉积物阈值。因此，方法200可利用还原剂沉积物值和/或NOx转换率差异作为给定时间段内的平均值。
当已经检测到210还原剂沉积物的阈值水平时，可起始SCR装置服务。 SC装置服务可包括更换SCR装置、升高废气温度或起始主动PF装置再生。在某些实施例中，升高废气温度与主动PF装置再生相互排斥(即，升高废气温度不会氧化或燃烧PF装置中的积聚的颗粒物质，或不明显地氧化或燃烧PF装置中的积聚的颗粒物质)。主动PF装置再生可包括通常操作废气源、利用(例如)电加热催化剂以及利用氧化催化剂装置。主动PF 装置再生可包括例如通常升高的废气温度。另外或替代地，主动PF装置再生可包括本领域已知但本文未明确公开的其它主动PF装置再生方法。主动PF装置再生可包括分立PF装置的主动再生、SCRF装置的主动再生以及其组合。
方法200可进一步包括如图2C中所示的可选特征。图2C说明了用于控制废气处理系统的方法201，其包括检测210还原剂沉积物的阈值水平、满足215次要条件，以及响应于此而起始220SCR装置服务。次要条件可包括由废气源供电的车辆的最小里程阈值、最小硫储量阈值、最小SCR装置寿命阈值、最小氨泄漏阈值、自从最近的SCR装置服务阈值以来的最小持续时间阈值、给料调整或其组合。硫储量阈值可被限定为SCR装置内积聚的硫的质量。硫储量阈值可通过硫储量模型(诸如充当温度和时间中的一个或多个的函数的模型)来确定。另外或替代地，还原剂沉积物的阈值水平可由传感器或其它手段确定。SCR装置寿命阈值可基于从SCR装置的首次使用以来测量的累计寿命或通过SCR装置的累积操作时间来确定。氨泄漏阈值可被限定为例如在SCR装置的下游测量的速率(例如，0.5克/ 秒)。自从最近的SCR装置服务阈值以来的持续时间可包括自从最近的 SCR装置服务以来所经过的总时间、自从最近的SCR装置服务以来废气源所经过的操作时间或自从最近的SCR装置服务(废气源为车辆供电)以来所经过的里程中的一个或多个。例如，用于在车辆上起始主动PF或SCRF 再生的次要条件可包括自从上次主动再生以来的500英里阈值。
给料调整可包括增加还原剂给料速率。例如，给料调整可包括相对于基准还原剂给料速率增加还原剂给料速率。可如上所述或通过其它方法确定基准还原剂喷射给料速率。例如，可基于废气源的操作条件、废气温度、废气处理系统附近的环境温度以及其组合来确定基准还原剂给料速率。可测量SCR装置上游的废气温度。可测量SCR装置中或附近的废气温度。例如，废气源的操作条件可包括由废气源供电的车辆的速度和/或由废气源供电的车辆的里程。
相对于基准还原剂给料速率增加还原剂给料速率可被限定为规定值 (例如，还原剂给料速率的5克/秒增加)或倍数(例如，1.5倍的基准还原剂给料速率)。仅作为示例，包括给料速率的1.2倍增加的给料调整可被认为是给料速率的正常变化，而包括给料速率的1.5倍增加的给料调整可被认为是主动PF装置和/或SCRF装置再生适当地起始时的阈值。在某些实施例中，给料调整可包括满足或超过阈值还原剂给料速率。例如，阈值还原剂给料速率可被限定为规定值(例如，每秒5克还原剂给料速率)。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并不希望这些实施例描述由权利要求书涵盖的所有可能形式。用在说明书中的词汇是描述性词汇，而不是限制性的词汇，且应当理解的是，可以进行各种变化而并不脱离本公开的精神和范围。如先前所述，各个实施例的特征可组合成形成可以不明确描述或说明的本发明的进一步实施例。虽然各个实施例就一个或多个期望特性而言可能已经描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术实施方案，但是本领域一般技术人员认识到，可牺牲一个或多个特征或特性以实现取决于具体应用和实施方案的期望整体系统属性。这些属性可包括(但不限于)成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场适销性、外观、包装、大小、服务能力、重量、可制造性、便于组装等。因而，就一个或多个特性而言，描述为所需性不及其它实施例或现有技术实施方案的实施例不在本公开的范围之外并且对于特定应用可为所需的。

Claims (9)

1.一种用于控制包括由废气源供应至选择性催化还原SCR装置和颗粒过滤装置的废气流的废气处理系统的方法，所述方法包括：
检测靠近所述SCR装置的还原剂沉积物的阈值水平，其中还原剂沉积物的阈值水平被表示为NOx转换率差异，并使用还原剂沉积物模型被检测，包括：
使用测量的工艺变量确定实际的SCR NOx转换率，所述工艺变量包括废气流量和系统温度值，以及
将所述实际的SCR NOx转换率与校准的NOx转换率值进行比较以确定NOx转换率差异；以及
响应于所述阈值水平而起始选择性催化还原装置服务，其中所述SCR装置服务包括颗粒过滤装置的主动再生。
2.根据权利要求1所述的方法，其中主动再生包括升高所述废气温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中主动再生包括利用电加热催化剂和利用氧化催化剂装置中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述实际SCR NOx转换率与所述校准的NOx转换率值进行比较包括将一段时间内的若干对应的实际SCR NOx转换率值与所述校准的NOx转换率值进行比较。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述SCR装置和颗粒过滤装置包括单个选择性催化还原过滤装置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述颗粒过滤装置定向在所述SCR装置的上游。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在起始所述SCR装置服务之前满足次要条件，其中所述次要条件包括还原剂沉积物阈值、由所述废气源供能的车辆的里程阈值、硫储量阈值、SCR装置寿命阈值、NH3泄漏阈值、自从最近的SCR装置服务以来的持续时间、还原剂给料调整中的一个或多个。
8.一种用于确定选择性催化还原SCR装置中还原剂沉积物的存在的方法，所述方法包括：
使用测量的工艺变量确定实际的SCR NOx转换率，所述工艺变量包括废气流量和系统温度值；以及
将所述实际的SCR NOx转换率与校准的NOx转换率值进行比较以确定NOx转换率差异，其中NOx转换率差异表示还原剂沉积物的阈值水平。
9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述实际SCR NOx转换率与所述校准的NOx转换率值进行比较包括将一段时间内的若干对应的实际SCR NOx转换率值与所述校准的NOx转换率值进行比较。
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