[发明专利]SCR催化剂氨表面覆盖度估测和控制

说明书

领域

本公开内容涉及内燃机的废气后处理系统，并且更具体地涉及估测和控制在选择性催化还原(SCR)催化剂上的氨表面覆盖度的装置、系统和方法。

背景

近年来，内燃机的废气排放规定已经变得更加严格。内燃机的NO_x和颗粒的规定排放足够低，以致在许多情况下排放水平无法满足改进的燃烧技术。因此，在发动机上使用后处理系统以减少有害废气排放正在增加。为了减少NO_x排放，利用NO_x减少系统，包括选择性催化还原(SCR)系统，以将NO_x(NO和一部分的NO₂)转化为N₂和其它化合物。SCR系统利用还原剂，例如柴油机废气处理液(diesel exhaust fluid)(DEF)，典型地为氨，以及SCR催化剂，转化NO_x。现行的SCR系统可以产生高NO_x转化率，允许燃烧技术关注动力和效率。然而，现行的SCR系统也存在一些缺点。

大多数SCR系统生成氨，用于还原由内燃机产生的废气中存在的NO_x。当仅在SCR催化剂处于适当条件时可以得到适量的氨时，氨用于还原NO_x。由于不期望操作纯氨，所以许多系统利用备选的化合物，比如尿素，其在进入SCR催化剂之前汽化和分解成氨。许多利用尿素给料以产生氨的SCR系统依赖于随着发动机NO_x排放物出现将尿素实时输送至SCR催化剂。尿素给料器相比于发动机瞬态，比如质量流量、温度和排放物，具有相对缓慢的物理动力学。因此，尿素给料器动力学可以显著影响SCR控制系统，特别是在瞬时操作条件期间。例如，基于操作条件，尿素动力学可产生过量的氨，使得氨从SCR催化剂中逃逸(slip)，或者引起氨的缺乏，造成过量的NO_x进入大气。

一些现行的SCR系统通过利用许多SCR催化剂制剂固有的氨存储能力考虑了尿素给料的动力学和内燃机通常迅速的瞬间性质。某些现行的系统确定SCR催化剂是否处于氨存储(吸附)或氨喷射(脱附)温度。当SCR催化剂存储氨时，系统注射尿素，直至充满催化剂。当SCR催化剂喷射氨时，系统停止注射并允许存储的氨释放并且还原NO_x。现行的以该方式追踪SCR催化剂温度的系统存在一些缺点。例如，在SCR催化剂上存储的氨的量随温度变化。然而，现行的系统采取低于特定温度的存储量，并且高于该特定温度时没有存储。因此，控制可以显著地在特定温度附近切换，仅在低于特定温度显著地高估氨存储能力，而仅在高于特定温度显著地低估氨存储能力。

概述

针对本领域的现状并且尤其针对本领域中通过现行的废气后处理系统尚未完全解决的问题和需求，开发了本申请的主题。因此，本申请的主题已经开发以提供使用存储在SCR催化剂上的氨减少NO_x排放物的装置、系统和方法，其克服了现有技术的废气后处理系统的至少一些缺点。

根据一个实施方式，用于控制内燃机系统的SCR系统的装置包括氨存储模块和还原剂给料模块。氨存储模块基于进入SCR催化剂的过量氨流速和进入SCR催化剂的过量NO_x流速中的一个确定SCR系统的SCR催化剂上的氨存储表面覆盖度以及氨补偿值。还原剂给料模块基于氨补偿值产生还原剂给料指令。在一些执行方式中，氨存储模块利用专用于确定当前氨表面覆盖度和氨补偿值的前馈模型。

在该装置的某些执行方式中，氨存储模块包括模式确定模块，其基于预校正的零氨逃逸阈值确定SCR系统的操作模式为氨吸附模式、氨脱附模式和中性模式中的一个。模式确定模块确定：当进入SCR催化剂的废气的氨/NO_x比大于预校正的零氨逃逸阈值时，SCR系统在氨吸附模式中操作；当氨/NO_x比小于预校正的零氨逃逸阈值时，在氨脱附模式中操作；以及当氨/NO_x比等于预校正的零氨逃逸阈值时，在中性模式中操作。