CN109899140B - 评估选择性催化还原装置工况的方法 - Google Patents

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Abstract

选择性催化还原装置(SCR)评估方法包括：在将排气连通到SCR时，确定模拟放热阶段温度与测得的SCR放热出口排气温度之间的第一温度差(dT)，将第一dT与第一阈值进行比较，以及如果第一dT低于第一阈值则确定SCR性能是适宜的，或者如果第一dT高于第一阈值，则在水吸热阶段期间将排气连通到SCR，确定模拟吸热阶段温度与测得的SCR吸热阶段出口排气温度之间的第二dT，将第二dT与第二阈值进行比较，以及如果第二dT高于第二阈值则确定SCR性能是适宜的，或者如果第二dT低于第二阈值则确定SCR性能是不适宜的。该性能可以是SCR还原剂储存容量。

Description

评估选择性催化还原装置工况的方法
技术领域
本公开涉及排气处理系统，具体涉及评估选择性催化还原装置工况的方法。
背景技术
在内燃机(ICE)的燃烧循环期间，空气/燃料混合物被提供给ICE的气缸。空气/燃料混合物被压缩和/或点火并燃烧提供输出扭矩。燃烧之后，ICE的活塞迫使气缸中的排气通过排气阀口排出并进入排气系统。从ICE特别是柴油发动机排放的排气是含有气态排放物的非均质混合物，诸如一氧化碳(CO)、未燃碳氢化合物(HC)和氮的氧化物(NOx)，以及硫的氧化物(SOx)，还有含有颗粒物质的冷凝相材料(液态和固态)。
排气处理系统可以在配置用于完成后处理过程诸如还原NOx产生更多容许的排气成分氮气(N2)和水(H2O)的一个或多个组件中使用催化剂。一种类型的用于还原NOx排放物的排气处理技术是选择性催化还原装置(SCR)，其通常包括上面设置有催化剂化合物的基材或载体。使排气经过催化剂将某些或所有排气成分转化成所需的化合物，诸如非受管制的排气组分。还原剂一般被喷洒到SCR上游的热排气中，降解成氨，并被SCR吸收。然后氨在SCR催化剂存在下将NOx还原成氮气和水。
发明内容
提供用于评估选择性催化还原装置(SCR)工况的方法。方法包括在水吸热阶段期间将排气连通到SCR，用未校正水蒸发和/或冷凝影响的SCR热模型(未校正模型)确定水吸热阶段期间SCR的模拟吸热温度，测量水吸热阶段期间的SCR出口排气温度，确定模拟吸热温度与测得的SCR出口排气温度之间的温度差(dT)，将dT与阈值进行比较，以及如果dT高于阈值则确定SCR性能是适宜的，或者如果dT低于阈值则确定SCR性能是不适宜的。dT可以是水吸热阶段期间某个时间点时模拟吸热温度与测得的SCR出口排气温度之间的温度差。dT可以是至少部分水吸热阶段期间模拟吸热温度与测得的SCR出口排气温度之间的平均温度差。dT可以是至少部分水吸热阶段期间模拟吸热温度与测得的SCR出口排气温度之差的积分。水吸热阶段可以在通过未校正模型确定的SCR温度超过通过校正了水蒸发和/或冷凝影响的SCR热模型确定的SCR温度时开始。水吸热阶段可以在SCR上游排气温度的变化速率大于SCR下游排气温度的变化速率时开始。水吸热阶段可以在SCR下游排气温度的变化速率降至低于阈值时开始。未校正模型可以用通过连通到SCR的排气传递的能量和从环境传递到SCR的能量来确定SCR温度。连通到SCR的排气可以是由内燃机产生的。适宜的SCR性能可以是适宜的SCR还原剂储存容量。
还提供了评估SCR工况的其他方法。方法可以包括在水放热阶段期间将排气连通到SCR，用校正了水蒸发和/或冷凝影响的SCR热模型确定水放热阶段期间SCR的模拟放热阶段温度，测量水放热阶段期间的SCR放热阶段出口排气温度，确定模拟放热阶段温度与测得的SCR放热出口排气温度之间的第一温度差(dT)；将第一dT与第一阈值进行比较，以及如果第一dT低于第一阈值则确定SCR性能是适宜的。如果第一dT高于第一阈值，则该方法进一步包括在水吸热阶段将排气连通到SCR，用未校正水蒸发和/或冷凝影响的SCR热模型确定水吸热阶段期间SCR的模拟吸热阶段温度，测量水吸热阶段期间的SCR吸热阶段出口排气温度；确定模拟吸热阶段温度与测得的SCR吸热阶段出口排气温度之间的第二dT；将第二dT与第二阈值进行比较，以及如果第二dT高于第二阈值则确定SCR性能是适宜的，或者如果第二dT低于第二阈值则确定SCR性能是不适宜的。第一dT可以是水放热阶段期间某个时间点时的模拟放热温度与测得的SCR出口排气温度之间的温度差，而第二dT可以是水吸热阶段期间某个时间点时的模拟吸热温度与测得的SCR出口排气温度之间的温度差。第一dT可以是至少部分水放热阶段期间模拟的温度与测得的SCR出口排气温度之间的平均温度差，而第二dT可以是至少部分水吸热阶段期间模拟的温度与测得的SCR出口排气温度之间的平均温度差。第一dT可以是至少部分水放热阶段期间模拟放热温度与测得的SCR出口排气温度之差的积分，而第二dT可以是至少部分水吸热阶段期间模拟吸热温度与测得的SCR出口排气温度之差的积分。
当通过未校正模型确定的SCR温度超过通过校正了水蒸气和/或冷凝影响的SCR热模型确定的SCR温度时，水放热阶段可以结束，水吸热阶段开始。当SCR上游排气温度的变化速率大于SCR下游排气温度的变化速率时，水放热阶段可以结束，水吸热阶段开始。当SCR下游排气温度的变化速率降至低于阈值时，水放热阶段可以结束，水吸热阶段开始。连通到SCR的排气可以是由内燃机产生的。第一阈值和/或第二阈值可以确定为确保排气中的NOx物质在SCR内被适当地转化。适宜的SCR性能可以是适宜的SCR还原剂储存容量。
根据以下示例性实施方式的具体实施方式和附图，示例性实施方式的其他目标、优势和新型特征将变得更清楚。
附图说明
图1示出了根据一个或多个实施方式的排气处理系统；
图2示出了根据一个或多个实施方式的用于多个选择性催化还原装置(SCR)的温度数据；
图3示出了根据一个或多个实施方式用于监测SCR性能的方法；以及
图4示出了根据一个或多个实施方式用于监测SCR性能的方法。
具体实施方式
本文将对本公开的实施方式进行描述。然而，应当理解，所公开的实施方式仅仅是示例，其他实施方式可以采用各种形式和替代形式。附图不一定是成比例的；有些特征可能被放大或缩小一边显示特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅仅是用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，结合任一附图示出和描述的各特征可以与一幅或多幅其他附图中示出的特征组合产生未明确示出或描述的实施方式。所示特征的组合提供典型应用的代表性实施方式。然而，对于特定的应用或实施，可能需要与本公开的教导一致的各种特征组合和修改。
大体上，本公开属于对氮氧化物物质(NOx)储存和/或处理材料、装置以及系统的控制和监测。具体地，本公开提供用于控制选择性催化还原装置(SCR)的方法，其中SCR配置成从排气源接收排气流。SCR进一步配置成接收还原剂，诸如在下文将描述的可变加料剂量下。本文提供用于对SCR的热特性进行监测和模拟的方法，其考虑SCR与冷凝和/或蒸发水之间的能量交换。本文提供的方法允许提高的SCR监测精度，特别是与SCR的还原剂储存容量相关的监测精度。如本文所使用的，“NOx”是指一种或多种氮氧化物。NOx物质可以包括NyOx物质，其中y>0且x>0。氮氧化物的非限制性实例可以包括NO、NO2、N2O、N2O2、N2O3、N2O4和N2O5。
图1示出了排气处理系统100，该排气处理系统100使用一个或多个SCR用于处理和/或监测气体物质诸如由ICE 1产生的排气8。本文所描述的排气处理系统100可以在各种ICE系统中实施，包括但不限于柴油发动机系统、汽油直接喷射系统和均质充气压燃发动机系统。本文所描述的排气处理系统100可以可选地在各种其他非ICE系统中实施，诸如产生并排出包含NOx物质的料流的燃烧炉、锅炉和任何其他相关应用。本文将描述ICE用于产生用于交通工具的扭矩，其他非交通工具用途也在本公开的范围内。因此当提及交通工具时，这种公开应当解释为适用于ICE的任何应用。而且，系统100中所包括的任选ICE 1仅仅用于说明的目的，本文的公开并不限于由ICE提供的气体源。应当进一步理解的时，本文所公开的实施方式可以适用于任何排气流的处理，该排气流包括期望由SCR处理的NOx或其他化学物质。
ICE 1可以包括一个或多个能各自容纳可以在其中往复运动的活塞(未示出)的气缸2。ICE 1包括用于将空气4运送到一个或多个气缸2的进气口3，以及能将燃料6运送到一个或多个气缸的燃料注入系统5。空气4和燃料6在一个或多个气缸内燃烧，由此使附属的活塞在其中往复运动。例如，活塞可以连接到曲轴(未示出)，曲轴可操作地连接到交通工具传动系(未示出)以便将牵引扭矩传递给交通工具传动系。ICE 1可以包含任何发动机配置或应用，包括各种交通工具应用(例如，汽车、船舶等)，以及各种非交通工具应用(例如，泵、发电机等)。排气8可以通常包括：CO、HC、水和NOx，以及其他。如本文所使用的，排气的成分不限于气态物质。HC是指包含氢和碳的可燃烧化学物质，通常包括汽油、柴油燃料或类似物中的一种或多种化学物质。排气8通过排气歧管7从ICE 1排出并通过排气管道9连通到SCR12。例如，排气8可以通过排气管10从系统100排出。
排气处理系统100可以包括一个或多个过程传感器，包括进气传感器21、上游SCR12 O2传感器22、上游SCR 12温度传感器23、下游SCR 12压力传感器24和下游PF压力传感器25。例如，环境传感器26可以测量环境状况诸如环境温度和环境压力。进气传感器21可以代表能测量空气流速、湿度、O2浓度和/或温度以及其他的一个或多个传感器。如本领域技术人员将理解的，在各实施方式中，所描述的各传感器数量可多可少，和/或根据实现对系统100进行适当监测的需要而在整个系统100中占据不同的位置。包括传感器21、22、23、24、25和/或26在内的过程传感器可以可操作地连接到电子发动机控制模块(ECM)20，电子发动机控制模块(ECM)20可以配置用于根据本文所描述的控制方法和策略完成对系统100的控制或监测功能。如本文所使用的，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多个软件或者固件程序的处理器(共享、专用或者组合)和存储器、组合逻辑电路，和/或提供所描述功能的其他适当组件。
SCR 12是包含催化组合物(CC)13并配置用于接受排气8的流通装置。一般而言，SCR12包括利用还原剂36和催化组合物(CC)13来将NOx物质转化成无害组分的所有装置。SCR12配置用于接受还原剂，诸如以可变的加料速率。还原剂36可以由还原剂供应源(未示出)来供应并在SCR 12上游的位置用注入器46或其他合适的运送方法注入到排气管道9。例如，还原剂36可以是气体、液体或水溶液诸如尿素水溶液的形式。还原剂36可以在注入器46中与空气混合以帮助注入喷雾的分散。还可以在排气管道9内靠近注入器46和/或SCR 12设置紊流器或混合器(未示出)，以进一步帮助还原剂36与排气8的完全混合和/或甚至在整个SCR12内的分布。
CC 13可以施用于基材本体，诸如陶瓷砖、板结构，或者任何其他适当的结构诸如每平方英寸包括数百至数千各平行流通小室的整体蜂窝状结构，尽管其他构造也是适宜的。基材本体可以由能够耐受与排气8相关的温度和化学环境的材料形成。可以使用的材料的一些具体实例包括陶瓷诸如挤出的堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、透锂长石或者耐热耐腐蚀金属诸如钛或不锈钢。例如，基材可以包含非硫酸化TiO2材料。一般而言，基材本体是高度多孔的。在一些实施方式中，基材本体可以是颗粒过滤器装置(即，如选择性还原过滤器装置(SCRF)中所使用的)。
CC 13可以容纳在具有入口(即，上游)开口和出口(即，下游)开口的壳体诸如金属壳体内，或者以其他方式配置用于提供结构支撑并促进流体(例如，排气)流动通过SCR 12。如本文所使用的，相对于下游组件位于上游的组件通常意味着它离ICE 1相对更近，或者排气8到达上游组件先于下游组件。壳体可以理想地包含相对于排气成分基本惰性的材料，诸如不锈钢，且可以包含包括圆柱形隔室在内的任何合适的形状或尺寸。隔室进一步可以包括连接部件，诸如位于入口开口附近的圆柱形入口管和位于隔室出口开口附近的圆柱形出口管用于将SCR 12流体联接到排气管道9和/或排气处理系统100的另一组件。应当知晓的是，SCR 12，包括壳体在内，可以包括一个或多个附加组件用于辅助SCR 12或排气处理系统100的运行。
CC 13通常是多孔且高表面积材料，其可以在还原剂36诸如氨的存在下有效操作转化排气8中的NOx物质。例如，CC 13可以包含浸渍有一种或多种贱金属组分诸如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钒(V)、钠(Na)、钡(Ba)、钛(Ti)、钨(W)，以及它们的组合的沸石。在特定实施方式中，CC 13可以包含浸渍有铜、铁或钒中的一种或多种的沸石。在一些实施方式中，沸石可以是β型沸石、Y型沸石、ZM5沸石，或者任何其他结晶沸石结构诸如菱沸石或USY(超稳Y型)沸石。在特定实施方式中，沸石包含菱沸石。在特定实施方式中，沸石包含SSZ。适宜的CC13可以具有高的热结构稳定性，特别是当与颗粒过滤器装置串联使用或者合并到SCRF装置中时，颗粒过滤器装置和SCRF装置都通过高温排气碳烟燃烧技术而再生。
CC 13可以任选地进一步包含一种或多种贱金属氧化物作为助剂，以进一步减少SO3的形成并延长CC 13寿命。贱金属氧化物特别适合用于氧化钒催化剂SCR。在一些实施方式中，一种或多种贱金属氧化物可以包括WO3、Al2O3和MoO3。在一个实施方式中，WO3、Al2O3和MoO3可以与V2O5组合使用。
SCR 12通常使用还原剂36来将NOx物质(例如，NO和NO2)转化成无害组分。例如，无害组分包括不是NOx物质的一种或多种物质，诸如双原子氮、含氮惰性物质，或者视为是可接受排放物的物质。还原剂36可以是氨(NH3)，诸如无水氨或氨水，或者由氨和富氢物诸如尿素(CO(NH2)2)形成的氨。另外地或可选地，还原剂36可以是能在排气8和/或热存在下降解或形成氨的任何化合物。方程(1)-(5)提供用于涉及氨的NOx还原的示例性化学反应。
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)
应当知晓的是，方程(1)-(5)仅仅是说明性的，并不意味着将SCR 12限制为特定的NOx还原机制，也不排除其他机制的运行。SCR 12可以配置成进行上述NOx还原反应的任意一种，上述NOx还原反应的组合，以及其他NOx还原反应。
在各种实施中，可以用水稀释还原剂36。在用水稀释还原剂36的实施中，热量(例如，来自排气)使水蒸发，并将氨供应给SCR 12。可以根据需要用非氨还原剂作为氨的完全或部分替代。在还原剂36包括尿素的实施中，尿素与排气反应产生氨，氨被供应给SCR 12。下列方程(6)提供通过尿素降解产生氨的示例性化学反应。
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (6)
应当知晓的是，方程(6)仅仅是说明性的，并不意味着将尿素或还原剂36降解限制成特定的单一机制，也不排除其他机制的运行。
SCR 12(即，CC 13和/或基材本体)可以储存(即，吸收和/或吸附)用于与排气8相互反应的还原剂。例如，还原剂可以作为氨储存在SCR内。许多SCR 12的CC 13和/或基材本体包含高量的沸石或其他多孔材料，后者通常将还原剂36储存能力贡献给SCR 12。给定的SCR具有还原剂容量，或者它所能储存的还原剂或还原剂衍生物的量。储存在SCR内相对于SCR容量的还原剂的量可以称为SCR“还原剂负载量”，在有些情形下可以表示为a％负载量(例如，90％的还原剂负载量)。在SCR 12的运行期间，注入的还原剂36被储存于SCR并在与NOx物质的还原反应期间被消耗，且必须连续进行补充。确定精确的待注入还原剂36的量对于维持排气8排放物在可接受的水平至关重要，还原剂水平不足的系统100(例如，SCR 12内的)会导致不理想的从系统(例如，交通工具尾部排气管)排放NOx物质(“NOx泄漏”)，而过量的还原剂36注入会导致不理想的流过SCR 12的未反应还原剂36或者作为不期望的反应产物离开SCR的还原剂36的量(“还原剂逃逸”)。还原剂逃逸和NOx泄漏还可以在SCR低于“熄火”温度时发生，此时装置根据需要而没有催化活性或没有效，和/或不发挥作用。例如，许多SCR NOx还原催化剂可以具有约150℃-约200℃的熄火温度。例如，可以用SCR 12加料逻辑来命令还原剂36加料，及其调整，且可以通过ECM 20来执行。
随着SCR 12老化，还原剂容量通常减少。因此，准确地确定SCR 12的还原剂容量对于确保适宜的排气8物质(例如，NOx物质)的转化和预防还原剂逃逸至关重要。本文提供用于通过监测SCR内水的冷凝和/或蒸发来确定SCR工况和/或性能的方法。因为通常不能对CC13进行直接的温度测量，各种方法依赖于推断的、计算的或以其他方式模拟的CC 13和/或SCR 12附近区域的温度，来使用可用的过程数据进行确定。可以用热模型来确定系统(例如，CC 13)和/或多个子系统(例如，CC 13的砖14)的温度特性。在一些实施方式中，多个子系统可以基本包含作为整体的系统。热模型可以通过例如ECM 20来实施。
热量传递到系统诸如SCR 12、CC 13或砖14的速率可以用方程(7)来模拟：
Figure GDA0002811221120000071
其中，每给定单位时间(dt)能量传递的总量(Q_Total)等于进入系统的排气的热能(Q_Exhaust)加上与环境的能量交换(Q_Environment)。Q_Exhaust包括进入系统的排气焓(即，热能)。就系统100而言，Q_Exhaust可以用SCR 12入口温度(例如，上游的SCR 12温度)和排气8流速来确定。在一些实施方式中，SCR 12入口温度可以包含ICE 1排气歧管7出口温度。就系统100而言，可以通过进入ICE 1的空气4和燃料6的量、燃料6在ICE 1内的燃烧特性以及所用的相关ICE 1注入策略(例如，贫或富注入策略)来确定总的排气8流量以及排气8物质浓度。Q_Environment包括由于系统与其周围环境相互作用而引入到系统或系统损失的热量。在系统100被交通工具使用的一个实例中，Q_Environment可以考虑交通工具附近的环境状况(例如，温度)和/或交通工具的速度。如本文所使用的，“环境”是指布置系统100或布置其中使用系统100的交通工具的环境。例如，SCR 12或系统100的环境压力可以是SCR 12或系统100所处位置处的大气压力。
可以用通过方程(1)限定的热传递速率来确定给定时间框架内传给系统的总热量Q_Total。Q_Total可以是翻译成在具体时刻或给定时间框架内CC 13和/或砖14的温度。具体地，例如，Q_Total可以用SCR 12的物理尺寸和组成(例如，CC13、基材本体和/或容器的热容和质量)来翻译成温度或ΔT。例如，可以通过ECM 20实施方程7和这种相关的计算。
进入SCR 12的排气8通常包括水。在一定的温度和运行工况下，水可以冷凝，或者以其他方式吸收和/或吸附在SCR 12内或CC 13上。在这种情形期间，观察到“放热”，其中热量通过水的冷凝而加入到系统中。类似地，在一定的温度和运行工况下，水可以在SCR 12内蒸发，或者以其他方式从CC 13解吸。在这种情形期间，观察到“吸热”，其中热量通过水的蒸发被移到系统。这种效应借助具有高的水吸附和/或吸收能力的沸石CC 13和其他材料时尤其清楚明显，诸如氧化铝(Al2O3)、堇青石和碳化硅(SiC)。可以用方程(8)对热传递到系统诸如SCR 12、CC 13或砖14的速率模拟成考虑水放热和吸热：
Figure GDA0002811221120000081
其中每给定单位时间(dt)能量传递的总量(Q_Total)等于Q_Exhaust、Q_Environment以及借助SCR 12或CC 13冷凝和/或蒸发水之间交换的能量(Q_H2O)之和。方程(8)可以称为“校正模型”，方程(7)可以称为“未校正模型”。
Q_H2O可以包括通过水冷凝在CC 13上或CC 13附近而传给SCR 12或CC 13的热量，或者通过水从CC 13或CC 13附近蒸发而从SCR 12或CC13移走的热量，且可以基于CC 13附近的相对湿度来确定。相对湿度包含系统工况(即，温度和压力)下系统中水分压与平衡蒸汽压的比例，且通常基于进入SCR 12的排气8的比湿(即，水含量)、CC 13附近排气8的压力以及CC 13的温度来确定。
排气8中的水分可以包括来自一种或多种来源的水，包括存在于运送给一个或多个ICE 1气缸2的空气4中的水、存在于运送给一个或多个ICE 1气缸2的燃料6中的水，以及燃料6在ICE 1中燃烧产生的水，以及其他来源。燃料6燃烧期间产生的水可以通过适合于空气4、燃料6和/或ICE 1的燃烧方程来计算。例如，可以修改用于燃料6在ICE 1内燃烧的阿伦尼乌斯方程来确定水作为排气8中O2浓度的函数。例如，排气8中的O2浓度可以通过传感器22进行测量，或者模拟。例如，可以在ICE 1下游或SCR 12上游的位置处对CC13附近排气8的压力进行测量或模拟。在一些实施方式中，排气8压力可以包含环境压力和PF 17上的压力降(例如通过传感器24和25测得的)之和，且进一步任选适当时考虑排气管道9和其他排气处理装置内的压力降。在一些实施方式中，排气8内连通到SCR 12的水可以考虑到水在SCR 12内/SCR 12上游的组件(例如，氧化催化装置)上的冷凝。
图2示出了随时间绘制的用于一个或多个SCR 12的代表性温度数据。具体地，数据开始于ICE 1启动的时间＝0秒。为了本文所公开的方法的目的，如下文将描述的，时间＝0秒代表ICE 1冷启动或在SCR 12低于所需的温度时启动的时间，或者接近ICE 1冷启动或在SCR 12低于所需的温度时启动的时间。101示出了SCR 12入口附近的排气8温度(EG_IN)，例如如传感器23测得的。SCR 12出口附近的排气8温度(EG_OUT)在105处示出用于未成熟的(即，未老化的)SCR 12，在106处示出用于老化的SCR 12，在107处示出用于“最佳性能不可接受”(BPU)的SCR 12。例如，BPU SCR 12代表在该工况下排气8不再被适当地处理的SCR 12工况。110示出了用于SCR 12的未校正模型温度，而111示出了用于SCR 12的校正模型温度。如下文将更详细描述的，放热阶段121的末尾和吸热阶段122的开始在时间上示于120。例如，可以注意到的是，BPU SCR 12在放热阶段121表现出比老化的SCR更低的温度，部分原因是使水冷凝的容量减少。这种减少的容量可以与减少的储存还原剂36进而适当地转化排气8物质(例如，NOx)的容量相关。
图3示出了用于监测或以其他方式确定SCR性能的方法202。将参照系统100(包括使用系统100的交通工具)描述下文所描述的方法202以及方法201，然而，该方法不应解释为受其特征限制。方法202包含在水吸热阶段122期间将排气8连通到SCR 12的步骤221，确定水吸热阶段期间SCR的模拟吸热温度的步骤222，测量水吸热阶段122期间的SCR出口排气温度的步骤223，确定模拟吸热温度与测得的SCR出口排气温度之间的温度差(dT)的步骤224，将dT与阈值进行比较的步骤225，以及针对系统100或利用系统100的交通工具发起控制动作的步骤226。在有些实施方式中，控制动作可以包含确定SCR性能。例如，发起控制动作的步骤226可以包含如果dT高于阈值则确定SCR性能是适宜的，或者如果dT低于阈值则确定SCR性能是不适宜的。例如，适宜的性能可以包含通过SCR 12对排气8物质的适当转化，或者SCR 12的还原剂36储存容量。控制动作可以另外或可选地包含(例如，通过交通工具仪表板指示器向交通工具乘员或操作员)发出装置性能信号，或者操纵ICE 1校准以排放更少的NOx排放物。确定水吸热阶段期间SCR的模拟吸热温度的步骤222和测量水吸热阶段期间SCR出口排气温度的步骤223可以包含针对相同时间或时间段测量和确定对应的单一温度或多个温度。
SCR的模拟吸热温度可以包含通过没有水校正的惰性模型确定的温度。在一个实施方式中，没有水校正的惰性模型可以通过方程(7)的未校正模型来描述。dT可以包含水吸热阶段122期间某个时间点时的模拟吸热温度(用未校正模型)与测得的SCR出口排气温度之间的温度差。在另一实施方式中，dT可以包含至少部分、基本全部或者全部的水吸热阶段122期间模拟吸热温度(用未校正模型)与测得的SCR出口排气温度之间的平均温度差。在另一实施方式中，dT可以包含至少部分、基本全部或者全部的水吸热阶段122期间模拟吸热温度(用未校正模型)与测得的SCR出口排气温度之差的积分。在这三个所描述的实施方式中，dT阈值是温度值，然而该方法可以类似地用能量值代替dT阈值、测得的以及模拟的SCR温度来实施。
当SCR 12低于冷凝在它上面的水开始蒸发的温度(例如，接近交通工具ICE 1的冷起动)时，方法202被适当地实施。SCR的温度可以用未校正模型(例如，方程(7))和校正模型(例如，方程(8))来模拟，吸热阶段122可以通过未校正模型交叉(即，超过)校正模型的点来限定(如图2中的120所示)。吸热阶段122可以可选地通过SCR 12上游排气8温度的变化速率大于SCR 12下游排气8温度的变化速率时的点来限定。类似地，吸热阶段122可以可选地通过SCR 12下游排气8温度的变化速率降至低于阈值时的点来限定。例如，阈值可以是校准的阈值。吸热阶段通常在SCR 12上或SCR 12附近所有或基本所有冷凝的水蒸发了时结束。例如，对于特定的SCR 12，吸热阶段的结束可以通过校准的温度值来限定。
图4示出了用于监测或以其他方式确定SCR性能的方法201。方法201包含在水放热阶段期间将排气连通到SCR的步骤211，确定水放热阶段期间SCR的模拟放热阶段温度的步骤212，测量水放热阶段121期间SCR放热阶段出口排气温度的步骤213，确定模拟放热阶段温度与测得的SCR放热出口排气温度之间的第一温度差(dT)的步骤214，将第一dT与第一阈值进行比较的步骤215，以及针对系统100或利用系统100的交通工具发起控制动作的步骤216。确定水放热阶段期间SCR的模拟放热阶段温度的步骤212和测量水放热阶段121期间SCR出口排气温度的步骤213可以包括针对相同时间或时间段测量和确定对应的单个温度或多个温度。SCR的模拟放热温度可以包含通过有水校正的惰性模型确定的温度。在一个实施方式中，有水校正的惰性模型可以通过方程(8)的校正模型来描述。第一dT可以包含水放热阶段121期间某个时间点时模拟放热温度(用校正模型)与测得的SCR出口排气温度之间的温度差。在另一实施方式中，第一dT可以包含至少部分、基本全部或全部水放热阶段121期间模拟放热温度(用校正模型)与测得的SCR出口排气温度之间的平均温度差。在另一实施方式中，第一dT可以包含至少部分、基本全部或全部水放热阶段121期间模拟放热温度(用校正模型)与测得的SCR出口排气温度之差的积分。在这三个所描述的实施方式中，第一dT阈值是温度值，然而该方法可以类似地用能量值代替第一dT阈值、测得的以及模拟的SCR温度来实施。
在一些实施方式中，发起控制动作的步骤216可以包含确定SCR性能。例如，发起控制动作的步骤216可以包含如果第一dT低于第一阈值则确定SCR性能是适宜的，或者如果第一dT高于第一阈值则实施方法201。如果第一dT低于第一阈值，则能确定多孔的CC 13和/或基材载体(例如，沸石)能吸附和/或吸收水。因为水和还原剂(例如，NH3)吸附和/或吸收都类似地与CC 13和/或基材载体的可用表面积和SCR的储存容量相关，SCR冷凝和“储存”水的能力可以有利地用于确定SCR对连通到SCR的NOx物质转化的能力。方法201不能可靠地预测不适宜的SCR 12，因为在有些情形下，SCR可能已经在ICE 1启动之前含有冷凝水了，在这种情形下，SCR储存容量就会被预测不足。因此，如果第一dT高于第一阈值，应实施方法202来测量SCR的水蒸发。
方法202包含在水吸热阶段122期间将排气8连通到SCR 12的步骤221，确定水吸热阶段期间SCR的模拟吸热温度的步骤222，测量水吸热阶段期间的SCR出口排气温度的步骤223，确定模拟吸热温度与测得的SCR出口排气温度之间的第二dT的步骤224，将第二dT与第二阈值进行比较的步骤225，以及针对系统100或利用系统100的交通工具发起控制动作的步骤226。在一些实施方式中，控制动作可以包含确定SCR性能。例如，发起控制动作的步骤226可以包含如果第二dT高于第二阈值则确定SCR性能是适宜的，或者如果第二dT低于第二阈值则确定SCR性能是不适宜的。例如，适宜的性能可以包含通过SCR 12对排气8物质的适当转化，或者SCR 12的还原剂36储存容量。SCR的模拟吸热温度可以包含通过没有H2O校正的惰性模型确定的温度。在一个实施方式中，没有H2O校正的惰性模型可以通过方程(7)的未校正模型来描述。
第一阈值和/或第二阈值确定为确保排气内的NOx物质在SCR内被适当地转化。例如，第一阈值和/或第二阈值可以基于从代表性SCR收集或针对排放最大量的适宜排放物的代表性SCR(例如，BPU SCR)模拟的数据来确定。水放热阶段121可以在ICE 1冷启动时，或者在SCR 12处于水在SCR 12内可以冷凝的温度时开始。在一个实施方式中，水放热阶段121可以在50℃左右开始。因为微孔的SCR 12成分可以在排气8连通通过那儿时产生真空，在一些实施方式中，放热阶段121可以在高于100℃时开始，或者超过100℃时发生，诸如高达约130℃。如上所述，水放热阶段121可以在水吸热阶段122开始时或者接近水吸热阶段122开始时结束。
虽然上文对示例性实施方式进行了描述，但是并不意味着这些实施方式描述了权利要求所涵盖的所有可能形式。本说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前所述，各实施方式的特征可以组合形成可能未被明确描述或说明的本发明的其他实施方式。虽然针对一个或多个期望的特性，可能已经描述了各种实施方式以提供优点或者比其他实施方式或现有技术的实施方式更优选，但是本领域的普通技术人员应认识到可根据特定应用和实施方式对一个或多个特征或特性进行折中以实现期望的整体系统属性。这些属性可以包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、适销性、外观、封装、大小、适用性、重量、可制造性、组装容易性等。因此，针对一个或多个特性而言，被描述为相对于其他实施方式或现有技术实施方式而言不那么理想的实施方式不在本公开的范围之外，并且可能对于特定应用是理想的。

Claims (12)

1.一种用于评估选择性催化还原装置(SCR)的工况的方法，所述方法包含：
在水吸热阶段将排气连通到所述选择性催化还原装置；
用未校正水蒸发和/或冷凝影响的选择性催化还原装置热模型确定所述水吸热阶段所述选择性催化还原装置的模拟吸热温度；
测量所述水吸热阶段选择性催化还原装置出口排气温度；
确定所述模拟吸热温度与测得的选择性催化还原装置出口排气温度之间的温度差(dT)；
将所述温度差与阈值进行比较；以及
如果所述温度差高于所述阈值则确定所述选择性催化还原装置的性能是适宜的；或者
如果所述温度差低于所述阈值则确定所述选择性催化还原装置的性能是不适宜的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述选择性催化还原装置上游排气温度的变化速率大于所述选择性催化还原装置下游排气温度的变化速率，或者所述选择性催化还原装置下游排气温度的变化速率降至低于阈值时，所述水吸热阶段开始。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述未校正水蒸发和/或冷凝影响的选择性催化还原装置热模型，用通过连通到所述选择性催化还原装置的排气传递的能量和从环境传递到所述选择性催化还原装置的能量来确定所述选择性催化还原装置温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中连通到所述选择性催化还原装置的所述排气是由内燃机产生的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中适宜的选择性催化还原装置性能包含适宜的选择性催化还原装置还原剂储存容量。
6.一种用于评估选择性催化还原装置(SCR)的工况的方法，所述方法包含：
在水放热阶段将排气连通到所述选择性催化还原装置；
用校正了水蒸发和/或冷凝影响的选择性催化还原装置热模型确定所述水放热阶段期间所述选择性催化还原装置的模拟水放热阶段温度；
测量所述水放热阶段期间的选择性催化还原装置水放热阶段出口排气温度；
确定所述模拟水放热阶段温度与测得的选择性催化还原装置放热出口排气温度之间的第一温度差(dT)；
将所述第一温度差与第一阈值进行比较；以及
如果所述第一温度差低于所述第一阈值则确定选择性催化还原装置性能是适宜的；或者
如果所述第一温度差高于所述第一阈值，则：
在水吸热阶段将排气连通到所述选择性催化还原装置；
用没有校正水蒸发和/或冷凝影响的选择性催化还原装置热模型确定所述水吸热阶段所述选择性催化还原装置的模拟水吸热阶段温度；
测量所述水吸热阶段期间的选择性催化还原装置水吸热阶段出口排气温度；
确定所述模拟水吸热阶段温度与测得的选择性催化还原装置水吸热阶段出口排气温度之间的第二温度差；
将所述第二温度差与第二阈值进行比较；以及
如果所述第二温度差高于所述第二阈值则确定所述选择性催化还原装置的性能是适宜的；或者
如果所述第二温度差低于所述第二阈值则确定所述选择性催化还原装置的性能是不适宜的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一温度差包含所述水放热阶段期间某个时间点时模拟放热温度与测得的选择性催化还原装置出口排气温度之间的温度差，和/或所述第二温度差包含所述水吸热阶段期间某一时间点时模拟吸热温度与测得的选择性催化还原装置出口排气温度之间的温度差。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一温度差包含至少部分所述水放热阶段期间模拟温度与测得的选择性催化还原装置出口排气温度之间的平均温度差，和/或所述第二温度差包含至少部分所述水吸热阶段期间模拟温度与测得的选择性催化还原装置出口排气温度之间的平均温度差。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一温度差包含至少部分所述水放热阶段期间模拟放热温度与测得的选择性催化还原装置出口排气温度之差的积分，和/或所述第二温度差包含至少部分所述水吸热阶段期间模拟吸热温度与测得的选择性催化还原装置出口排气温度之差的积分。
10.根据权利要求6所述的方法，其中当通过未校正的模型确定的选择性催化还原装置温度超过通过校正了水蒸发和/或冷凝影响的选择性催化还原装置热模型确定的选择性催化还原装置温度时，所述水放热阶段结束和/或所述水吸热阶段开始。
11.根据权利要求6所述的方法，其中连通到所述选择性催化还原装置的所述排气是由内燃机产生的。
12.根据权利要求6所述的方法，其中适宜的选择性催化还原装置性能包含适宜的选择性催化还原装置还原剂储存容量。
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