专利名称：用于使来自scr催化剂的氨泄露最少的方法
技术领域：
本发明涉及用于减少来自具有SCR催化剂的内燃发动机排气后处理装置的氨排放物的方法和系统。
背景技术：
近来，内燃发动机后处理装置已经配备有催化系统来还原NOx，其基于NOx在SCR(选择性催化还原)催化剂上与氨的重组反应生成氮气和水。所需要的氨通常由外部源——像为水基尿素溶液的AdBlue ——提供。替代地，氨可以通过特定的催化剂从排气中的NOx就地合成。不管前面提到的哪个方法用来提供特定排气后处理装置中的氨，都难以控制合适的氨水平生成率或剂量，特别是在发动机的不同工况期间。除了减少来自内燃发动机，例如根据EU6或其他法规的柴油机的NOx排放物之外，同样重要的是使还原剂(例如氨)的排放物最少。换句话说，提供如下的系统是没有意义的，该系统还原NOx，另一方面又排放不同类型排放物。这个任务变得具有挑战性，因为NOx的选择性还原催化剂(SCR)对于氨来说是很好的吸收剂，并且未反应的氨在运行期间能够从催化剂逃逸出。当排气流速和温度快速增加时，例如在车辆加速期间，这尤其在瞬态级被观察到。为了降低氨泄露已经提出若干种对策。一种方法是基于测量来自柴油机的供给气体中NO和NO2的浓度来控制选择性催化反应。这种方法公开在美国专利US7，613，561B1中。根据两种组分的浓度、排气流速和温度，用于NO和NO2的转换需要的氨的量经由控制单元计算。在美国专利US7，497，076B1中提出另一种方法，其描述了提供给发动机用于减少NOx排放物的排放控制系统。该系统包括氨喷射器、用于控制氨喷射器的控制器和催化剂，其中该控制器包括用于传输关于所用的氨的量和还原的NOx的量的信息的传输器。在美国专利US5，628，186中，描述了用于添加还原剂的另一种方法。根据这个出版物，还原剂的添加通过检测来自发动机和催化剂的运行参数来控制。随后是从NOx测量确定所需要的氨的量的步骤。然后根据催化剂的性能调节氨喷射。类似的方法还在美国专利US6，119，448、US5, 950, 422和US7, 200, 990中描述。在所有情况下，利用还原剂量的添加的计算，以便改善NOx转换并且防止还原剂到环境中的有害渗漏。另一种方法公开在美国专利US7，722，845B2和US7，780, 934B2中。在这些出版物中，在SCR催化剂的下游提供氨氧化催化剂以便防止还原剂渗漏到环境中。这种附加的催化剂包含大量的钼族金属。因此，这种附加的催化剂使后处理装置甚至更加昂贵，并且因此应当避免。
简言之，尽管许多方法应对还原剂喷射的控制并避免还原剂渗漏到环境中，但是仍然存在控制氨泄露的问题，特别是在瞬态条件下，当发生排气流速和温度快速增加时。
发明内容
因此，提出一种用于减少来自具有SCR催化剂的发动机排气后处理装置的氨排放物的方法。该方法包括确定排气后处理装置中的NOx和/或氨的浓度，分别比较NOx和/或氨浓度的确定值与氨和NOx的标称值，并且如果实际的或短期预测的氨浓度高于相应的标称值，就用较高排气NOx浓度控制(trigger)发动机状态。以这种方式，根据检测的氨水平高于标称值，可以调节发动机状态，以增加发动机排出的NOx排放物。在排气中的额外的NOx可以与排气后处理装置中的氨进行反应，因此 降低氨泄露。因此，来自发动机排气后处理装置中的氨泄露在任何工况下能够被减少，同时保持低NOx水平，而不明显增加成本。从下面单独的或结合附图的详细描述将容易明白本发明的上面的优点和其他优点和特征。应当明白，提供上面的概述以便以简化的形式引入选择的概念，这些概念在详细描述中进一步描述。这并不意味着视为所要求保护主题的关键的或必要的特征，所要求保护主题的范围由详细描述之后的权利要求唯一地限定。而且，所要求保护的主题不限于解决上面或本公开的任何部分指出的任何缺点的实施。
图I是多汽缸发动机的单个汽缸的示意图。图2是示出根据本公开的实施例用于减少氨泄露的方法的流程图。图3是示出根据本公开的实施例用于增加发动机排出的NOx水平的方法的流程图。图4是示出在NEDC期间在标称的和增加的NOx水平NH3泄露(或逃逸)的示例曲线图。图5是示出在NEDC期间在标称的和增加的NOx水平积累的尾管NOx的示例曲线图。
具体实施例方式在用相对稀的燃烧运行的发动机系统中，例如在柴油发动机中，产生高NOx水平。为了控制这些NOx排放物，发动机系统可以包括选择性催化剂还原(SCR)装置，其被配置成利用喷射的诸如氨或尿素的还原剂转化NOx。虽然SCR装置在减少NOx排放物方面是有效的，但是在一些状况下，可以从该装置释放过量的氨。为了控制这种氨泄露，例如，可以通过减少EGR量来提高发动机排出的NOx水平。在排气中存在的过量的NOx可以在SCR装置与过量的氨起反应，从而减少氨泄露的量。可以控制发动机NOx排放物的增加使得SCR装置下游的尾管NOx排放物不增加到高于期望的门限。本发明背后的想法是已经发现氨泄露的发生可以被认为是在发动机排气中缺少NOx，换句话说，人们可以得出结论，由于与解吸的氨起反应的反应物的量不足，即缺少NOx，在SCR系统中在这些条件下发生氨泄露。虽然所有最近的方法应对直接减少氨的量，但是本发明干涉发动机的运行状况，以便产生较高的NOx水平，从而以如下方式平衡NOx与氨的比即在它们反应之后最终非常低浓度的两种物质离开排气尾管。具有高于所期望的氨浓度的风险可以是例如，由于发现储存在催化器中的氨的总量太高，或由于SCR催化剂的其他参数或工作条件(温度、质量流等)具有不适宜的趋向造成的。本发明的方法和系统可以用在许多应用中，例如用在具有柴油驱动的发动机、汽油驱动的发动机等的客车和商业车辆。图I是包括SCR装置和用于执行图2-3的方法的控制器的示范性发动机。图4和图5图解说明在执行图2-3的方法期间的示范性氨水平和NOx水平。现在转向图1，图I示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，该发动机10可以 包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统并且由经由输入装置130来自车辆操作者132的输入控制。在这个例子中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，汽缸)30可以包括活塞36设置在其中的燃烧室壁32。在一些实施例中，燃烧室30里面的活塞36的面可以具有碗形(bowl)。活塞36可以连接于曲轴40以便活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统连接于车辆的至少一个驱动轮。而且，起动机可以经由飞轮连接于曲轴40，以使能发动机10的起动操作。燃烧室30可以经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气并且经由排气通道48排放燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以通过相应的进气门52和排气门54选择地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多进气门和/或两个或更多排气门。进气门52可以根据进气凸轮51的凸角打开和关闭。同样，排气门可以根据排气凸轮53的凸角打开和关闭。进气凸轮51和排气凸轮53的相位可以相对于曲轴40变化。可替代地，可变的气门致动器可以是电子液压的或能够实现气门致动的任何其他可想到的机构。在一些条件期间，控制器12可以改变提供给连接于进气凸轮51和排气凸轮53的致动器的信号，以控制相应的进气门和排气门的打开和关闭。进气门52和排气门54的位置可以分别由气门位置传感器55和57确定。在替代实施例中，进气门52和排气门54中的一个或更多个可以由一个或更多电致动器致动，并且可以利用凸轮廓线转换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统其中一个或更多个，以改变气门操作。例如。汽缸30可以替代地包括经由电气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。燃料喷嘴66被示出为直接连接于燃烧室30，用于与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成正比地将燃料直接喷射到其中。以这种方式，燃料喷嘴66提供通常所说的直接燃料喷射到燃烧室30中。燃料喷嘴可以例如安装在燃烧室的侧面或燃烧室的顶部。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送给喷嘴
66ο在选择的运行模式下，点火系统88响应来自控制器12的火花提前信号SA通过火花塞92为燃烧室30提供点火火花。虽然在一些实施例中，示出火花点火部件，但是燃烧室30或发动机10的一个或更多个其他燃烧室可以用压缩点火模式运行，具有或不具有点火火花。进气通道42可以包括分别具有节流板64和65的节气门62和63。在这个具体的例子中，节流板64和65的位置可以经由提供给包括在节气门62和63中的电机或致动器——通常叫做电子节气门控制(ETC)的结构——的信号由控制器12改变。以这种方式，可以操作节气门62和63以改变提供给燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气。节流板64和65的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。压力、温度和质量空气流量可以沿着进气通道42和进气歧管44在各种位置测量。例如，进气通道42可以包括用于测量通过节气门63进入的清洁空气质量流的质量空气流量传感器120。清洁空气质量流可以经由MAF传递到控制器12。
发动机10还可以包括压缩装置，诸如包括设置在进气歧管44上游的至少一个压缩机162的涡轮增压器或机械增压器。对于涡轮增压器，压缩机162可以至少部分地由沿着排气通道48设置的涡轮机164驱动(例如，经由轴)。对于机械增压器，压缩机162可以至少部分地由发动机和/或电机驱动，并且可以不包括涡轮机。因此，经由涡轮增压器或机械增压器提供给发动机的一个或更多个汽缸的压缩量可以由控制器12改变。增压空气冷却器154可以包括在压缩机162的下游和进气门52的上游。例如，增压空气冷却器154可以被配置成冷却通过经由压缩机162的压缩已经被加热的冷气体。在一个实施例中，增压空气冷却器154可以在节气门62的上游。压力、温度和质量空气流量可以例如用传感器145或147在压缩机162的下游测量。测量的结果可以分别从传感器145和147经由信号148和149传递到控制器12。此外，在所公开的实施例中，EGR (排气再循环)系统可以将排气的期望部分从排气通道48引导到进气歧管44。图I示出高压EGR (HP-EGR)系统和低压EGR (LP-EGR)系统，但是替代实施例可以只包括LP-EGR系统。HP-EGR通过HP-EGR通道140从涡轮机164的上游引导到压缩机162的下游。提供给进气歧管44的HP-EGR的量可以经由HP-EGR阀142由控制器12改变。LP-EGR通过LP-EGR通道150从涡轮机164的下游引导到压缩机162的上游。提供给进气歧管44的LP-EGR的量可以经由LP-EGR阀152由控制器12改变。HP-EGR系统可以包括HP-EGR冷却器146，并且LP-EGR系统可以包括LP-EGR冷却器158，例如，从而从EGR气体排出热给发动机冷却剂。在一些条件下，EGR系统可以用来调节燃烧室30中空气和燃料混合物的温度，例如以便控制NOx产生。因此，希望测量或估计EGR质量流。EGR传感器可以设置在EGR通道内，并且可以提供质量流、压力、温度、O2的浓度以及排气浓度中的一个或更多个的指示。例如，HP-EGR传感器144可以设置在HP-EGR通道140中。在一些实施例中，一个或更多个传感器可以定位在LP-EGR通道150内，以提供压力、温度、通过LP-EGR通道再循环的排气的空燃比中一个或更多个的指示。通过LP-EGR通道150改变方向的排气可以在位于LP-EGR通道150和进气通道42的结合处的混合点用新鲜进气稀释。具体说，通过与第一进气节气门63(定位在发动机进气的进气通道中，压缩机的上游)配合调节LP-EGR阀152，可以调节EGR流的稀释。LP-EGR流的百分比稀释可以从发动机进气流中传感器145的输出推知。具体说，传感器145可以被定位在第一进气节气门63的下游，LP-EGR阀152的下游和第二主进气节气门62的上游，因此在主进气节气门或靠近主进气节气门的LP-EGR稀释可被精确地确定。传感器145可以是，例如，诸如UEGO传感器(宽域排气氧传感器)的氧传感器。排气传感器126被不出连接于润轮机164下游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的任何合适传感器，例如线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧)、两级氧传感器或EGO、HEGO (加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。在一个实施例中，排气传感器126可以是NOx传感器，其被配置成提供发动机排出的NOx水平的指示，例如，在发动机下游和任何排放控制装置上游的排气中的NOx水平。排放控制装置71、72和76沿着排气传感器 126下游的排气通道48设置。在所示的实施例中，装置71可以是选择性催化还原(SCR)系统、而装置72和76可以是柴油氧化催化剂(DOC)、柴油微粒过滤器(DPF)、三元催化剂(TWC)、NOx收集器、各种其他排放控制装置或其组合。例如，装置72可以是D0C，而装置76可以是DPF。在一些实施例中，DPF76可以位于SCR71和D0C72的下游(如图I所示)，而在其他的实施例中，DPF76可以设置在D0C72的上游。在一些实施例中，替代的设置也是可能的，例如D0C72和/或DPF76设置在SCR71的上游。如果装置71是SCR系统，则可以提供还原剂容器73，以储存诸如尿素或NH3的还原剂。容器73可以连接于将还原剂喷射到装置71的上游的排气中或喷射到装置71中的喷嘴75，以便还原装置71中的NOx。而且，可以提供混合器74，以确保排气流中还原剂的足够混合。尿素可以与进入SCR中的发动机供给气体NOx的量成比例地喷射。附加的NOx传感器127可以设置在装置71、72和76的下游，以通过比较来自传感器127的下游NOx读数和来自传感器126的上游NOx读数提供该装置的效率的指示。而且，在一些实施例中，氨传感器128可以设置在装置71、72和76的下游，以提供通过SCR的氨泄露的指示。控制器12在图I中被示出为微型计算机，包括微处理单元(CPU) 102、输入/输出(I/O)端口 104、在这个具体例子中示为只读存储芯片(ROM) 106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和数据总线。控制器12可以接收来自连接于发动机10的传感器的各种信号，除了上面提到的那些信号之外，还包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量计(MAF)的测量；来自连接于冷却套114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT);来自连接于曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)以及来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP。发动机速度信号RPM可以由控制器12从信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用来提供进气歧管中真空或压力的指示。注意，可以利用上述传感器的各种组合，例如MAF传感器而没有MAP传感器，或反之亦然。在理想配比运行期间，MAP传感器可以给出发动机转矩的指示。而且，这个传感器与检测的发动机速度一道能够提供引进到汽缸中的进气(包括空气)的估计。在一个例子中，也用作发动机速度传感器的传感器118在曲轴的每一旋转可以产生预定数目的等间隔的脉冲。存储介质只读存储器106可以用计算机可读的数据和编程，该数据表示由处理器102可执行的指令，用于执行下面描述的方法及预计的但未具体列出的其他变体。如上所述，图I示出多汽缸发动机的仅仅一个汽缸，并且每个汽缸可以同样包括其自己的进气/排气门、燃料喷嘴、火花塞等的集合。为了使氨泄露最少，控制器12包括用于预测催化剂状态、氨填充水平，并且采用一种控制方法作为工具以保持催化剂的最佳工作条件、还原剂(氨)的供给以及在该气体供给中的NOx的浓度的指令。这可以包括根据来自氨传感器128的信号确定通过SCR71的氨泄露的量。如果氨泄露的量高于门限，则可以减少按照规定的路线发送给发动机的EGR量，以便增加进入SCR71的NOx排放物。该增加的NOx可以与过量的氨在SCR71中发生反应，减少氨泄露。EGR减少的程度可以根据来自下游NOx传感器127的反馈进行控制，以便保持至大气中的NOx排放低于合适的门限。除了减少EGR，还可以调节燃料喷射量和/或正时以增加NOx。此外，还可以调节由涡轮增压器提供的增压压力量。因此本公开也针对用于减少氨排放物的系统，该系统包括具有SCR催化剂的内燃发动机排气后处理装置和控制装置，控制装置包括用于确定排气后处理装置中的NOx的浓度和/或氨浓度、分别比较NOx和/或氨浓度的确定值与氨和NOx的标称值，并且控制(trigger)发动机状态,使得当氨浓度高于相应的标称值时在排气中产生较高的NOx浓度 的指令。本发明的结构能够与用于使排放物最少的其他措施——像已知的还原剂(尿素水溶液、固体尿素、氨等)的剂量控制——组合。此外，还可以控制氧化剂的水平。这种组合的控制对策允许两个反应物最少的泄露，在这种情况下表示最少的排放物。这里分别描述的方法和装置可以利用测量的和/或模型预计的供给气体中的NOx和/或氨排放物水平。换句话说，确定NOx和/或氨的浓度的一种可能性是直接测量排气流中的这些浓度。为了这种测量，相应的NOx和/或氨传感器配备在排气系统中。与NOx和/或氨浓度的确定无关，可以测量排气流的其他参数，例如排气温度和/或流速。代替NOx和/或氨的浓度的测量，在考虑测量的排气温度和/或流速的情况下，可以通过从模型计算计算预期的相应浓度来确定NOx和/或氨浓度。这种数据可以在用于每种类型发动机的测试台上确定，针对多种工况，该发动机与特定后处理装置单独地组合。收集的数据越多，得到的来自模型计算的预测越精确。模型计算可以提供预计的或短期预测的氨泄露的水平。短期预测的氨泄露量可以是预计在下一个时间间隔内发生的氨泄露量，例如在一秒钟内、五分钟内、一个发动机循环内、十个发动机循环内等。在任何情况下，NOx、氨的浓度、排气温度和/或流速的测量可以在SCR催化剂的上游和/或下游和/或SCR催化剂内进行。如果测量氨浓度，则相应的传感器应当设置在SCR催化剂的下游。根据本公开的实施例，发动机状态的控制(trigger)包括减少或关闭通常存在于许多内燃发动机中的排气再循环(EGR)系统。此外，还可以改变喷射量和正时以及增压压力以实现期望的NOx变化。在下面说明该系统的功能性。在运行期间，该系统确定可能的氨泄露。这通过确定排气系统中的NOx和/或氨浓度来进行。一旦已经检测或预计导致潜在氨泄露的过量氨，发动机就转换到产生较大已知量的NOx的运行模式。这以这样的方式进行，即产生的NOx的量对应于与解吸的氨发生反应刚好需要的量，因此，与基线情况相比，氨泄露减少而不增加NOx排放物。图2图解说明用于减少氨泄露的方法200。方法200可以根据存储在控制器12上的指令由控制器12进行。方法200包括，在202确定发动机运行参数。发动机运行参数可以包括从传感器126确定的发动机排出的NOx水平、从传感器127确定的尾管NOx水平、从传感器128确定的尾管氨水平、排气温度和/或SCR温度以及排气质量流量。也可以确定其他的运行参数，例如发动机速度、发动机载荷等。在204，判断通过SCR装置的氨泄露水平是否超过门限。正如前面所说明的，SCR装置可以利用氨来转化排气中的NOx排放物。但是，如果过量的氨存在于SCR中，则其可以被释放，引起氨泄露。氨泄露的水平可以根据来自氨传感器128的反馈来确定。在其他的实施例中，氨泄露可以根据来自NOx传感器127的反馈确定。传感器127可以既检测NOx水平又检测氨水平。此外，该水平的氨泄露可以是排气温度和质量流量的函数。而且，在其他实施例中，氨泄露可以通过模型来确定，该模型利用诸如发动机速度和载荷、排气温度、质量流量、NOx水平和还原剂喷射量(例如喷射到SCR装置中的氨或尿素的量)的输入来预测氨泄露水平。氨泄露的门限水平可以是适当的门限。它可以是固定的门限，因此它不随着条件而改变。门限可以是零 ，因此任何的氨泄露水平都超过该门限。或者门限可以是调节的氨排放水平。在一些实施例中，该门限可以基于运行参数改变。例如，在低排气温度条件期间，或NOx转化低于最大效率的其他条件期间，可以容许较高水平的氨泄露。如果氨泄露水平不超过门限，方法200就返回以保持发动机排出的NOx在当前水平。如果该水平超过门限，则方法200进行到206以判断排气系统中微粒过滤器上的载荷是否低于门限。正如前面所说明的，为了减轻氨泄露，可以调节发动机参数以增加发动机排出的NOx。但是这些调节也可以使在燃烧期间产生的微粒增加。微粒过滤器被配置成捕获微粒并且周期性地将微粒燃烧掉。如果微粒过滤器已经包括相对高的微粒载荷，它可能不能够容忍产生的额外微粒物质，因此，增加排气背压和/或微粒排放物。微粒载荷门限可以是合适的门限，高于该门限则不能容忍额外的微粒。因此，如果微粒过滤器上的载荷超过门限，则方法200返回以保持发动机排出的NOx水平在当前水平。如果微粒过滤器上载荷不超过门限，则方法200进行到208以提高发动机排出的NOx水平，这将关于图3更详细地说明。一些发动机运行参数可以被调节以增加发动机排出的NOx。但是正如在210所指示的，这些参数被调节到保持尾管NOx低于门限的程度。现在回到图3，图3示出用于提高发动机排出的NOx水平的方法300。方法300可以响应提高发动机排出的NOx水平的指示由控制器12执行，以减轻来自SCR装置的氨泄露。方法300包括，在302，判断EGR是否高于门限。由于排气中较低的氧含量降低燃烧温度，所以EGR通常用来还原NOx排放物。但是，汽缸充气中较低的氧含量在一些条件期间也可能引起燃烧不稳定性。因此，在某些条件期间，可以以相对低的水平向发动机提供EGR，或完全不提供。这种条件包括冷启动之后、或在低速或低载荷条件期间。如果EGR高于门限，贝U方法300进行到304以减少被引导到发动机的EGR的量。EGR减少的程度可以基于氨泄露的量。而且，EGR可以被减少到不引起尾管NOx排放物的后续增加的量。因此，EGR的减少可以是在减少氨泄露和保持NOx排放物低于期望门限之间的平衡。在306，如果EGR已经减少和允许的一样多的量并且氨泄露仍然被检测到，则调整燃料喷射量和/或燃料喷射正时，以进一步提高发动机排出的NOx水平。在308，如果EGR量的减少和对燃料喷射参数的调节不足以减少氨泄露，则可以调节增压压力以进一步增加发动机排出的NOx。返回到302，如果EGR不高于门限，则方法300进行到310，以保持EGR在其当前量。由于EGR低于门限，因此降低氨的足够的EGR减少量可能是不可能的。替代的是，在312，可以通过调节燃料喷射参数增加发动机排出的NOx。而且，在314，如果在对燃料参数进行调节之后仍然检测到氨泄露，则可以调节增压压力水平。这样做，可以减少氨泄露，甚至在当EGR未启用(并且因此不能用于作为提高发动机排出的NOx水平的机制)的条件期间。因此图2的方法200和图3的方法300提供一种发动机方法，包括在指定的条件期间响应通过SCR催化剂的氨泄露，如果EGR量高于门限，则通过首先减少EGR量来增加发动机排出的NOx排放物，并且如果在减少EGR量后仍然检测到氨泄露，则通过调节燃料喷射正时和/或燃料喷射量来增加发动机排出的NOx排放物。EGR量可以根据氨泄露的量和尾管NOx排放物的量来减少一定水平。氨泄露的水平可以通过氨传感器、通过NOx传感器来确定，或根据模型预测，该模型具有包括排气温度、质量流量、NOx水平和还原剂喷射量的输入。如果EGR量高于门限，·则发动机排出的NOx排放物可以通过调节增压压力来增加。如果EGR量低于门限，则发动机排出的NOx排放物可以通过调节燃料喷射正时和/或量，并且然后通过调节增压压力来增加。指定的条件可以是微粒过滤器上的载荷低于门限。该方法包括如果指定的条件不满足则不增加发动机排出的NOx排放物。换句话说，该方法包括通过增加发动机排出的NOx预测和检测开始的氨泄露和反应，以从SCR催化剂滴定(titrate)过量的氨。通过减少或关闭发动机EGR流能够实现这种NOx增加。由于使PGM为基的氨泄露催化剂(ASC)过剩，本发明还可以大大减少催化元件的成本。用下面的例子更详细地说明本发明。已经进行了数值模拟以说明该方法的效率。基本的配料(dosing)对策引起在一系列NEDC循环上的明显的NH3泄露水平。NOx转化率高但是NH3泄露水平不可接受。当检测到NH3泄露时(或者根据传感器或者根据模型)，通过增加NOx (例如减少或关闭EGR流)，能够大大降低NH3泄露水平。同时由于在催化剂中存在足够的NH3以降低这个提高的NOx水平，因此NOx尾管排放物不增加。在图4中，在NEDC期间，较大的峰值(由暗线表示)表示在标称水平的尾管氨泄露例子，而当NOx水平响应检测的氨泄露而增加时，较小的峰值(由亮线表示)指示氨泄露。因此，当SCR上游的NOx水平提高时，氨泄露大大减少。正如本发明中所用的，标称的可以指示氨和/或NOx的基本水平。即，标称的或基本的水平可以是不执行本文所描述的方法而由发动机产生的氨或NOx的量，或可以是在实施该方法期间针对工况由发动机产生标准的、未调节的量。图5示出在NEDC期间在NOx标称水平和提高水平累积的NOx的例子。NOxin对应于发动机排出的水平，而NOxout对应于尾管水平。提高的NOx水平由实线示出，其中发动机排出的水平(NOxin)以第一条较高的实线示出。标称NOx水平由虚线示出，其中发动机排出的NOx为第一条较高的虚线。对于标称的和提高的NOx水平，尾管NOx水平相对低，作为在SCR中NOx转化的结果。因此甚至当增加NOx以减少氨泄露时，尾管NOx也保持低于可接受的排放门限。应当明白，本文所公开的结构和方法在性质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本发明的主题包括这里公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
权利要求具体指出认为新颖的和非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一种”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或更多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的组合或子组合可以通过对这些权利要求的修改或其他相关申请的新权利 要求来主张。这些权利要求，无论比原权利要求在范围上是更宽、更窄、相等或不同都被认为包含在本发明的主题内。
权利要求
1.一种用于减少来自具有SCR催化剂的发动机排气后处理装置的氨排放物的方法。该方法包括 确定在所述排气后处理装置中的NOx和/或氨的浓度； 分别比较NOx和/或氨浓度的确定值与氨和NOx的标称值； 如果实际的或短期预测的氨浓度高于相应的标称值，则用较高排气NOx浓度控制发动机状态。
2.根据权利要求I的方法，其中测量或估计排气温度和/或流速。
3.根据权利要求2的方法，其中NOx和/或氨的浓度的确定是在考虑测量的排气温度和/或流速的情况下，通过从模型计算计算预期的相应浓度来完成的。
4.根据权利要求I的方法，其中NOx和/或氨的浓度的确定是通过测量或估计其相应的浓度来完成。
5.根据权利要求I的方法，其中发动机状态的控制包括减少或关闭排气再循环系统。
6.根据权利要求I的方法，其中发动机状态的控制包括调节喷射量和喷射正时和/或改变增压压力。
7.根据权利要求I的方法，其中测量NOx的浓度、排气温度和/或流速在所述SCR催化剂的上游和/或下游和/或所述SCR催化剂的里面完成，并且其中氨的测量在所述SCR催化剂的下游完成。
8.一种用于减少氨排放物的系统，该系统包括 具有SCR催化剂的内燃发动机排气后处理装置；和 包括指令的控制装置，所述指令用于 确定所述排气后处理装置中的NOx和/或氨的浓度； 分别比较NOx和/或氨浓度的确定值与氨和NOx的标称值； 控制发动机状态，使得当氨浓度高于相应的标称值时，在排气中产生较高的NOx的浓度。
9.根据权利要求8的系统，其中该控制装置还包括用于测量NOx和/或氨的浓度的指令。
10.根据权利要求8的系统，其中该控制装置还包括用于测量排气温度和/或流速的指令。
11.根据权利要求10的系统，其中比较NOx的确定值还包括收集模型计算数据，以便在考虑测量的排气温度和/或流速的情况下，通过从该模型计算数据计算预期的相应浓度来确定NOx和/或氨的浓度。
12.根据权利要求10的系统，其中所述NOx的浓度、排气温度和/或流速在所述SCR催化剂的上游和/或下游和/或所述SCR催化剂的里面测量，并且其中所述氨的浓度在所述SCR催化剂的下游测量。
13.根据权利要求8的系统，其中控制发动机状态还包括减少或关闭排气再循环系统，并且在一些条件下调节喷射量和喷射正时和/或增压压力。
14.一种发动机方法,包括 在指定的条件期间响应通过SCR催化剂的氨泄露， 如果EGR量高于门限，则通过首先减少所述EGR量来增加发动机排出的NOx排放物，并且 如果在减少所述EGR量后仍然检测到氨泄露，则通过调节燃料喷射正时和/或喷射量来增加发动机排出的NOx排放物。
15.根据权利要求14的方法，其中所述EGR量根据来自设置在所述SCR催化剂下游的氨传感器的反馈减少。
16.根据权利要求14的方法，其中所述EGR量减少到保持尾管NOx排放物低于门限的水平。
17.根据权利要求14的方法，还包括，如果所述EGR量高于所述门限，并且如果在调节燃料喷射正时和/或量之后检测到氨泄露，于是通过调节增压压力来增加发动机排出的NOx排放物。
18.根据权利要求14的方法，还包括，如果所述EGR量低于所述门限，则通过调节燃料喷射正时和/或量来增加发动机排出的NOx排放物。
19.根据权利要求14的方法，其中根据排气温度、排气质量流量、NOx水平和还原剂喷射量估计氨泄露。
20.根据权利要求14的方法，其中所述指定的条件包括微粒过滤器上的载荷低于门限，该方法还包括如果所述指定的条件不满足则不增加发动机排出的NOx排放物。
全文摘要
本发明公开一种用于使来自SCR催化剂的氨泄露最少的方法。提供用于减少氨泄露的实施例。在一个例子中，一种用于减少来自具有SCR催化剂的发动机排气后处理装置的氨排放物的方法，该方法包括确定排气后处理装置中的NOx和/或氨的浓度，分别比较NOx和/或氨浓度的确定值与氨和NOx的标称值，并且如果实际的或短期预测的氨浓度高于相应的标称值，则用较高的排气NOx浓度控制发动机状态。以这种方式，可以减少氨泄露而不使燃料经济性下降。
文档编号F01N3/20GK102852603SQ20121022786
公开日2013年1月2日 申请日期2012年7月2日 优先权日2011年6月30日
发明者A·A·杜布科夫, M·巴莱诺维奇, J·哈姆森, R·乌克罗派克, B·P·卡伯里 申请人:福特环球技术公司