[发明专利]用于还原SCR催化器上的NOx排放物的装置、系统和方法

说明书

领域

本公开内容涉及控制内燃发动机的氮氧化物(NO_x)排放，且更特别涉及用选择催化还原(SCR)催化器来控制NO_x的装置、系统和方法。

背景

最近数年间，内燃发动机的排放法规已经越来越严格。规定的内燃发动机的NO_x和颗粒物排放是足够低的，以至于在许多情况下，改进的燃烧技术也不能满足排放水平。因此，逐渐加大了在发动机上使用后处理系统来减少排放。为了还原NO_x排放物，NO_x还原催化器，包括选择催化还原(SCR)系统，用于将NO_x(一些部分中是NO和NO₂)转化成N₂和其他化合物。SCR系统使用还原剂，通常是氨来还原NO_x。目前可以利用的SCR系统可以产生高的NO_x转化率，这允许燃烧技术集中在功率和效率。然而，目前可以利用的SCR系统还存在一些缺陷。

SCR系统产生氨来还原NO_x。当在合适的条件下，在SCR催化器处正好可利用合适量的氨时，氨用于还原NO_x。然而，如果还原反应速率太低的话，或如果废气中存在过量的氨，那么氨可能漏出排气管。氨是极其刺激性的和不期望的排放物。因此，即使数十ppm的泄漏也会产生问题。另外，由于不期望操作纯氨，所以许多系统利用替代的化合物，诸如尿素，尿素在废气流中蒸发并分解成氨。目前可利用的SCR系统将注入的尿素看作注入的氨，且并不考虑尿素蒸发和水解成组分化合物，诸如氨和异氰酸。因此，尿素可能在SCR的下游分解成氨，造成氨泄漏，且比控制机构估计得少的氨可用于NO_x还原，这造成尾管处较高的NO_x排放。

当发动机出现NO_x排放时，利用尿素的定量给料来产生氨的SCR系统依赖于尿素到SCR催化器的实时输送。与诸如烃注入器的其他化学注入器相比，尿素定量给料器具有相对慢的物理动力学。因此，尿素定量给料器可以显著影响SCR控制系统。

一些目前可利用的SCR系统通过利用许多SCR催化器制剂的固有的氨存储容量考虑了尿素定量给料的动力学和内燃发动机的通常快速的瞬态性质。

一种目前可利用的方法在尿素定量给料开始之前，在发动机NO_x峰值(NO_xspike)(或上升)开始时引入时间延迟，以及在尿素定量给料结束之前，在NO_x峰值之后(或下降)引入时间延迟。通常，发动机NO_x峰值将会造成废气和SCR催化器的温度升高，此温度升高可能导致催化器上储存的氨释放。当发动机功率输出用作直接估计发动机NO_x排放的替代物时，事实尤其如此。氨释放提供了用于还原发动机排出NO_x的氨，而延迟尿素注入防止过多的氨漏出废气。当NO_x降低时，发动机废气和SCR催化器的温度通常降低，且因此，持续的尿素注入(在使尿素注入下降之前的延迟)提供了氨以存储在SCR催化器上并再填充催化器。

在许多常见的情形中，时间延迟法在SCR催化器中产生期望的结果。然而，在一些情形中，时间延迟法可能产生不期望的结果且甚至产生与最佳响应相反的响应。例如，因任何原因导致的EGR部分的减少造成发动机排出NO_x峰值，且废气温度降低。在利用发动机排出功率作为NO_x排放的替代物的时间延迟系统中，变化将可能被忽视且标准量的注入的尿素将引起NO_x排放的增加。在认识到发动机排出NO_x峰值的时间延迟系统中，该系统延迟注入产生氨的尿素。由于SCR催化器上的温度是相对较低的，所以减少了从催化器释放的还原NO_x的氨的量，这导致NO_x排放的增加。在峰值事件结束时，废气温度升高(因设计的EGR部分的恢复)，而NO_x排放降低。SCR催化器排出来自减少的储存容量的氨，同时尿素注入器持续向系统中添加氨而没有可用于还原的NO_x。因此，系统可以对向下的循环泄漏大量的氨。

其他目前可利用的系统确定SCR催化器是在氨储存(吸附)温度还是氨排出(脱附)温度下。当SCR催化器正在储存氨时，系统注入尿素直至催化器是充满的。当SCR催化器正在排出氨时，系统停止注入并允许储存的氨释放且还原NO_x。