用于处理选择性催化剂还原系统的NH₃泄漏的系统和方法

专利名称：用于处理选择性催化剂还原系统的NH₃泄漏的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于处理选择性催化剂还原系统的NH3泄漏的系统和方法。
背景技术：
氮氧化物(例如，NOx)可以借助于选择性还原催化剂/选择性催化还原器(SCR)在车辆排气系统中被处理。该SCR将NOx还原成队和!120。在一些系统中，SCR可以与诸如氨(NH3)的还原剂配合，以便当SCR中具有足够的温度时还原N0X。氨可以从储罐通过喷射器被喷射给SCR。但是，如果过量的氨通过喷射器被提供给SCR，则氨会穿过SCR并进入大气。已经研究出模型来估算储存在SCR中的氨的量，以便使得能够在氨泄漏通过SCR之前停止氨的喷射。尽管如此，由于建模和系统输入(例如原料气NOx、喷射器误差，尿素质量)误差，氨仍然会泄漏通过SCR。此外，泄漏通过SCR的NH3是被浪费的尿素。

发明内容
本文的发明人已经认识到上面提到的缺点并且已经研发出一种用于控制和再利用车辆排气系统HN3泄漏的系统，其包括设置在发动机下游的车辆排气系统中的第一SCR ;设置在车辆排气系统中的第二 SCR ;以及包括将NH3泄漏从第一 SCR引导到第二 SCR的指令的控制器，该控制器包括将排气从第二 SCR引导到第一 SCR的附加指令。通过将来自第一 SCR的NH3泄漏存储在第二 SCR中并且将排气从第二 SCR引导到第一 SCR，能够减少从车辆排气系统到大气的NH3泄漏并且回收泄漏的NH3以用于在SCR中进一步还原NOx并降低尿素成本。具体说，已经泄漏通过第一 SCR的NH3能够储存在第二SCR中并且然后通过解吸/去吸附而返回到第一 SCR，以致NOx能够在第一 SCR中由泄漏的NH3附加地处理。以这种方式,能够更好地利用已经被喷射到排气系统的NH3来还原N0X。在另一个实施例中，提供一种NH3泄漏控制系统。该系统包括设置在发动机下游的排气系统中的第一 SCR ;设置在该排气系统中与该第一 SCR平行的第二 SCR ;以及控制器，该控制器包括将第一 SCR NH3泄漏引导到第二 SCR的指令以及在第一 SCR NH3泄漏少于阈值水平之后减少储存在第二 SCR中的NH3的量的指令。该NH3泄漏控制系统还包括设置在排气系统中的第一 SCR上游且在发动机下游的NH3喷射器。在另一个实施例中，该NH3泄漏控制系统还包括用于响应排气系统中的压力调节通过第二 SCR的流动/流(flow)的附加控制器指令。在另一个实施例中，该NH3泄漏控制系统还包括用于调节四个排气门的状态以使得通过第二 SCR的流动反向的附加控制器指令。在另一个实施例中，该NH3泄漏控制系统还包括用于保持流动沿单一方向通过该第一 SCR的附加控制器指令。在另一个实施例中，提供一种用于控制SCR NH3泄漏的方法。该方法包括将NH3从第一 SCR导引到第二 SCR ;将NH3储存在第二 SCR中；使排气从第二 SCR流到第一 SCR。在另一个实施例中，当NH3储存在第二 SCR中时通过第二 SCR的排气流是沿着第一方向，并且其中当借助于NOx还原来消耗NH3时通过第二 SCR的排气流是沿着第二方向。
在另一个实施例中，响应超过阈值的NH3的感测水平将NH3从第一 SCR导引到第二SCR。在另一个实施例中，NH3仅仅喷射给第一 SCR。在另一个实施例中，根据排气系统中的压力调节排气从第二 SCR到第一 SCR的排
气流动。在另一个实施例，排气响应第一 SCR的温度从第二 SCR流到第一 SCR，并且其中储存在第二 SCR处的NH3的至少一部分在第一 SCR处通过还原NOx被消耗。本发明具有若干优点，具体说，这种方法可以改进NH3在车辆排气系统中的利用。
而且，该方法可以减少来自车辆的NH3排放物的量。还有，由于SCR NH3能够被再循环返回到主要SCR70，所以该方法还能够减少在车辆排气系统中所用的NH3的量。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，提供上面的概述是为了以简单的形式引进选择的构思，这种构思在详细描述中进一步描述。这并不意味着视为所主张主题的关键的或基本的特征，所主张主题的范围由详细描述之后的权利要求唯一地限定。而且，所主张的主题不限于解决上面指出的任何缺点的装置或本发明的任何部分。


图I示出发动机和排气系统的示意图；图2示出示范性发动机和第二排气系统；图3和图4示出用于图I和图2所示的排气系统的预计性能数据；以及图5示出用于处理储存在排气系统中的NH3的示范性方法的流程图。
具体实施例方式本发明涉及在车辆排气系统中储存和使用NH3。图I示出具有用于处理NOx和储存NH3的两个SCR的排气系统的一个例子。图2示出在排气系统中用于处理NOx、喷射NH3并存储NH3的可替代例子。图3和图4示出用于能够储存NH3并处理NOx的排气系统的示范性预计信号。图5示出用于处理NOx并储存已经泄漏通过SCR的NH3的示范性流程图。参考图1，包括多个汽缸的内燃发动机10——图I示出其中一个汽缸——由电子发动机控制器12控制。发动机10包括燃烧室30和在其中设置活塞36的汽缸壁32，并且活塞36连接于曲轴40。燃烧室30被示为通过相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。进气门和排气门中的每个均可以由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可以通过进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以通过排气凸轮传感器57确定。燃料喷射器66被示为设置成将燃料直接喷射到汽缸30中，对于本领域的技术人员来说这就是通常所说的直接喷射。燃料喷射器66提供与来自控制器12的信号的脉冲宽度成比例的液体燃料。燃料由包括燃料箱、燃料泵和燃料集合管/燃料导轨(未示出)的燃料系统(未示出)提供给燃料喷射器66。可以通过改变气门位置来调节流到燃料泵(未示出)的流动，从而调节由燃料系统输送的燃料压力。此外，计量阀可以被设置在燃料集合管中或附近以用于闭环燃料控制。进气歧管44被示为与可选的电子节气门62连通，该电子节气门调节节流板64的位置，以控制来自发动机进气管46的空气流动。空气通过空气过滤器42进入发动机进气管46。当随着活塞接近上止点压缩冲程燃料自动点火时在燃烧室30中开始燃烧。在一些例子中，通用排气氧(UEGO)传感器(未示出)可以在NOx传感器126附近在排放装置70上游连接于排气歧管48。在其他的例子中，NOx传感器126可以被省去并且氧传感器被设置在其位置。在又一些例子中，第二 UEGO传感器可以被设置在一个或更多个排气后处理装置的下游。在这个例子中，第二 NOx传感器128被设置在排放控制装置的下游。排放装置70被示出设置在排气歧管48下游的发动机排气系统中。排放装置70可以是SCR。可替代地，排放装置70可以是微粒过滤器和氧化催化剂块。排放装置72被示为
被设置成与排放装置70并联。在一个例子中，排放装置72可以是SCR。NOx传感器128被示为被设置在排放装置70和72的上游。排气门88被示为被设置在排放装置70和72的下游。在一个例子中，排气门88可以是蝶阀，其具有能够在完全打开位置和完全关闭位置之间被递增地调节的位置。排气门80被示为被设置在排气装置72的下游并且在通到排气装置70所处的排气通道的排气通道内。排气门84被示为被设置在排气装置72的上游而不在排气装置70的上游。在一个例子中，响应由压力传感器138测量的在排放控制装置上游的排气系统中的压力，来调节排气门88的位置。具体说，当排气门80和84处在打开位置时，在来自汽缸30的压力脉冲之间，排气门88部分地关闭并且然后再打开，从而引导一些排气离开排放控制装置70到排放控制装置72。随着由于气门重迭和发动机排气压力所引起的排气歧管48中的压力变化，当在排气门88处的排气压力升高而排放控制装置70上游的排气压力减小时，离开排放控制装置70的一部分排气可以流进排放控制装置72内。因此，响应排气歧管48中的排气压力来调节排气门88的位置，以便引发从排放控制装置的出口到排放控制装置72的流动。在排放控制装置70的上游而不是排放控制装置72的上游的位置处，NH3可以被喷射给排气系统。NH3可以通过喷射器98喷射。NH3经由泵95从储罐93供给喷射器98。从控制器12向喷射器98供给信号以控制到排放控制装置70的NH3流动。可以在NH3传感器处感测NH3，可以用NOx传感器128在SCR 70下游感测N0X。在图I中控制器12被示为常规微型计算机，其包括微处理单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/o) 104、只读存储器(ROM) 106、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM)110和常规的数据总线。控制器12被示为接收来自连接于发动机10的传感器的各种信号，除了前面讨论的那些信号之外，还包括来自连接于冷却套114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT);连接于加速器踏板130用于感测由脚132调节的加速器位置的位置传感器134 ;来自排气压力传感器138的排气压力；来自连接于进气歧管44的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120 (例如，热线式空气流量计)的进入发动机的空气质量的测量；以及来自传感器58的节气门位置测量。也可以感测大气压力(传感器未示出)以用于由控制器12处理。在本发明的优选方面，对于曲轴的每一转，发动机位置传感器118产生预定数量的等间隔脉冲，由此能够确定发动机转速(RPM)。在一些实施例中，发动机可以连接于混合动力车辆中的电动马达/电池系统。混合动力车辆可以具有并联的结构、串联的结构或它们的变化或组合。在运行期间，发动机10内的每个汽缸通常经历四冲程循环该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。在进气冲程期间，一般而言，排气门54关闭而进气门52打开。空气经由进气歧管46被引入到燃烧室30内，并且活塞36运动到汽缸底部以便增大燃烧室30内的容积。在活塞36接近汽缸底部并且在其冲程的末尾(例如，当燃烧室30处在其最大容积)的位置通常被本领域的技术人员叫做下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54都关闭。活塞36朝着汽缸盖运动以便压缩燃烧室30内的空气。在活塞36处在其冲程末尾并且最接近汽缸盖(例如，当燃烧室30处在最小容积)的位置通常被
本领域的技术人员叫做上止点(TDC)。在其后叫做喷射的过程中，燃料被引入到燃烧室中。在一些例子中，在单个汽缸循环期间燃料可以被多次喷射给汽缸。在其后叫做点火的过程中，喷射的燃料通过压缩点火或通过诸如火花塞(未示出)的已知点火装置被点火，从而导致燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀的气体将活塞36推回到BDC。曲轴40将活塞运动转换成旋转轴的旋转转矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开以将燃烧的空气-燃料混合物释放到排气歧管48并且活塞返回到TDC。应当指出，上面的描述仅仅作为一个例子，并且进气和排气门的打开和/或关闭正时可以变化，例如，提供正的或负的气门重叠、延迟的进气门关闭或各种其他例子。而且，在一些例子中可以用两冲程循环而不是四冲程循环。现在参考图2，图2示出用于处理NOx并储存NH3的可替代排气系统200。发动机10通过排气管或排气导管48排放燃烧的空气-燃料混合物。发动机排气可以经由三通阀202从排气管48被导引到排放控制装置70或排放控制装置72。控制器12根据向控制器12的输入来调节三通阀202的位置。在一个例子中，当在默认状态时，三通阀202将排气经由排气管220从排气管48引导到排放控制装置72。排气中的NOx浓度可以由NOx传感器250感测。NH3可以从泵95和储罐93经由NH3喷射器98被喷射给排放控制装置70上游的排气管220。当不处在默认状态时，三通阀202可以将排气从排气管48引导到排气管240。穿过排放控制装置70的排气离开前往排气管222。排气中的NOx浓度可以由NOx传感器128感测。由于NH3泄漏通过排放控制装置70所导致的在排气中的NH3可以由NH3传感器136感测(如果利用这种传感器的话)。否则，可以使用内部泄漏感测算法来指示出NH3的泄漏。流过排气管222的排气根据三通阀206的位置被引导到排气管226或排气管230。在默认位置，三通阀206将排气引导到排气管226。当不在默认位置时，三通阀206将排气从排气管222引导到排气管230。控制器12供给信号以改变三通阀206的位置。排气从排气管226流到大气。通过排气管230的排气可以经由三通阀208行进到排气管232或排气管234。在默认位置，三通阀208允许排气从排气管230流到排气管234，或反之亦可。当不在默认位置时，三通阀208允许排气从排气管230流到排气管232，或反之亦可。排放控制装置72可以根据三通阀202、206、208和204的位置经由排气管234或236接收排气。在默认位置，三通阀204允许排气从排气管236流到排气管242，或反之亦可。当不在默认位置时，三通阀204允许排气从排气管240流到排气管236，或反之亦可。在第一运行模式期间，排气门202和296在默认位置运行，以致排气从发动机10流到排放控制装置70并且到大气。当由NOx传感器128感测到NOx浓度大于阈值水平时，NH3可以喷射给排放控制装置70。如果NH3传感器或通过算法检测到NH3泄漏大于阈值水平时，排气门206改变状态以允许排气从排气管222流到排气管230并且排气系统进入第二运行模式。在第二运行模式期间，排气门202允许排气从排气管48流到排气管220。通过改变排气门206的状态，排气也从排气管222流到排气管230。排气门208处在默认位置，其中排气从排气管230流到排气管234。而且，排气门204被设置在默认状态以便允许排气从排气管236流到排气管242。因此，在离开进入大气之前排气从发动机行进到排放控制装置70并且之后行进到排放控制装置72。以这种方式，可以泄漏通过排放控制装置70的NH3可以被储存在排放控制装置72中。当泄漏通过排放控制装置70的NH3小于阈值水平时，排气系统200退出第二模式。排气系统200可以进入第三模式，在第三模式中被储存在排放控制装置72内的NH3被解吸到排放控制装置70。·在第三运行模式中，排气门202允许排气从排气管48流到排气管240。通过改变排气门204的状态，排气也从排气管240流到排气管236。排气门204不在默认位置，在此排气从排气管240流到排气管236。而且，排气门208不在默认状态，从而允许排气从排气管234流到排气管232。于是排气和NH3进入排气管220和排放控制装置70。排气离开排放控制装置70并且通过处在默认位置的排气门206流到排气管222和226。因此在离开进入大气之前排气从发动机10行进到排放控制装置72并且然后行进到排放控制装置70。以这种方式，由于从排放控制装置70泄漏的原因被储存在排放控制装置72中的NH3可以被传输回排放控制装置70以还原N0X。因此，图I和图2中的系统用于控制车辆排气系统NH3泄漏，其包括设置在发动机下游的车辆排气系统中的第一 SCR ;设置在车辆排气系统中的第二 SCR ;以及包括从第一SCR引导NH3泄漏到第二 SCR的指令的控制器，该控制器包括从第二 SCR引导排气到第一SCR的附加指令。通过将NH3泄漏存储在一个SCR中并且然后利用被储存在第二 SCR中的NH3,能够减少NH3泄漏和NH3的利用。该系统还包括第一气门和第二气门，并且其中控制器调节第一气门的状态以便从第一 SCR引导NH3泄漏到第二 SCR。在一个例子中，该系统包括，其中该控制器包括调节第二气门的状态以便引导排气从第二 SCR到第一 SCR的进一步指令。此外，该系统包括，其中该控制器包括用于使排气沿着两个方向流过第二 SCR的进一步指令。因此，通过转换排气流动方向，NH3能够被储存在SCR中和从SCR解吸。该系统包括，其中该控制器包括用于使得排气仅沿单一方向流过第一 SCR的进一步指令。该系统还包括沿着排气流动方向被设置在第一 SCR下游的蝶阀。该蝶阀允许排气流动被引导到次要SCR 72。该系统还包括控制器，其中该控制器包括在第一 SCR的温度超过阈值温度之后用于从第二 SCR引导排气到第一 SCR的进一步指令。在另一个例子中，图I和图2的系统提供一种NH3泄漏控制系统，其包括设置在发动机下游的排气系统中的第一 SCR ;设置在排气系统中的与该第一 SCR并联的第二 SCR ;以及控制器，该控制器包括引导第一 SCR NH3泄漏到第二 SCR的指令以及在第一 SCR NH3泄漏小于阈值水平之后减少储存在第二 SCR中的NH3的量的指令。该NH3泄漏控制系统还包括从第一 SCR弓丨导SCR NH3泄漏到第二 SCR的第一气门，其中该第一气门被设置在第一排气路径中，并且其中该第一气门沿着来自第一 SCR的排气流动的方向被设置在第一 SCR的下游。该NH3泄漏控制系统还包括从第二 SCR引导排气到第一 SCR的第二气门，其中该第二气门被设置在第二排气路径中，该第二排气路径与第一排气路径并联。在另一个例子中，该NH3泄漏控制系统还包括被设置在排气系统中的第一 SCR上游并且在发动机的下游的NH3喷射器。该NH3泄漏控制系统还包括用于响应排气系统中的压力来调节通过第二 SCR的流动的附加控制器指令。以这种方式，能够调节通过次要SCR 72的排气流动。该NH3泄漏控制系统还包括用于调节四个排气门的状态以便使得通过第二 SCR的流动反向的附加控制器指令。该NH3泄漏控制系统还包括用于保持流动沿着单一方向通过第一 SCR的附加控制器指令。参考图3，图3示出操作图I的排气系统的预计顺序的例子。可以由图I的控制器12通过执行根据图5的方法的指令来提供图3的顺序。从该图的顶部起的第一图示出主要SCR(例如图I的排放控制装置70)下游的NOx的浓度。在排气系统中的NOx的浓度沿着Y轴线的箭头的方向增加。X轴线表示时间并且·时间从图的左侧向右侧增加。从该图的顶部起的第二图示出喷射给主要SCR (例如图I的排放控制装置70)的NH3的量。NH3的流动速率沿着Y轴线的箭头的方向增加。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。因此，能够通过增加NH3的流动速率以及增加向主要SCR喷射NH3的时间量来增加喷射给主要SCR的NH3的量。从该图的顶部起的第三图示出通过主要SCR (例如图I的排放控制装置70)的NH3泄漏的量。该NH3泄漏比率浓度(rate concentration)沿着Y轴线的箭头的方向增加。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。随着由于泄漏时间增加以及随着泄漏浓度增加，泄漏通过主要SCR 70的NH3的量增加。从该图的顶部起的第四图示出主要SCR (例如图I的排放控制装置70)上游的排气压力。该排气压力沿着Y轴线的箭头的方向增加。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。从该图的顶部起的第五图示出排气门88的位置。当排气位置处在较高水平时，排气门88处在打开状态。当排气位置处在靠近X轴线的较低水平时，排气门88处在关闭状态。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。从该图的顶部起的第六图示出图I排气系统中的排气门80的位置。当排气门信号处在较低水平时，排气门80处在关闭状态。当排气门信号处在较高水平时，排气门80处在打开状态。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。从该图的顶部起的第七图示出图I排气系统中的排气门84的位置。当排气门信号处在较低水平时，排气门84处在关闭状态。当排气门信号处在较高水平时，排气门84处在打开状态。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。在时间T。，低水平/少量的NOx通过主要SCR (例如排放控制装置70)。而且，NH3不被喷射给主要SCR 70来还原发动机排气中的N0X。还有非常少的MV流过该主要SCR 70并且主要SCR 70上游的排气压力相对低。排气门88处在完全打开位置处或附近，而排气门80和84关闭。因此，发动机排气流过主要SCR 70，在此NOx被还原成N2和H2O。在时间T1,NOx以高于阈值水平302的水平通过主要SCR。因此，NH3喷射开始并且NH3被供给到主要SCR 70以还原发动机排气中的N0X。NH3的流动速率处在较高速率，以致可以开始NOx还原。由于NH3被主要SCR 70解吸并且用来还原流入该SCR内的NOx，因此还存在非常少的NH3流过该主要SCR 70。排气门88保持完全打开位置，而排气门80和84关闭。因此，NH3被喷射给主要SCR 70，而不是喷射给次要SCR (例如，排放控制装置72)。在时间T2,通过主要SCR 70的NOx被减少到低于阈值水平304的水平。因此，停止NH3喷射。此外，通过主要SCR 70的NH3的泄漏率大于阈值水平306。因此，图I的排气系统中的排气门88的位置关闭以引导一些排气流到次要SCR (例如，图I的排放控制装置72)。通过至少部分地关闭排气门88，一部分NH3可以从图I系统中的主要SCR 70被引导到次要SCR 72。关闭排气门88导致主要SCR 70上游的排气压力升高。随着主要SCR 70上游的排气压力增加，排气门88开始打开。因此，根据主要SCR 70上游的排气压力调节排
气门88的位置。在一些例子中，响应主要SCR 70上游的排气压力的峰值和谷值来调节排气门88的位置。例如，在压力峰值期间，排气门88进一步打开。另一方面，在压力谷值期间，排气门88进一步关闭。以这种方式，一部分排气和NH3可以从主要SCR 70被引导到次要SCR 72以储存NH3。排气门80和84被打开以允许排气流入次要SCR 72。在时间T3,泄漏通过主要SCR 70的NH3被减少到低于阈值水平308的水平。因此，排气门88打开，而排气门80和84关闭。因此，停止NH3从主要SCR 70储存到次要SCR 72。而且，随着主要SCR 70继续保持并使用先前喷射的NH3来还原NOx，在发动机排气中的NOx浓度被示为在低水平。随着排气门88进一步打开，发动机排气压力减小。在时间T4,随着主要SCR的70中的NH3被消耗，NOx再一次以高于阈值水平302的水平通过主要SCR 70。但是由于NH3已经被储存在次要SCR 72中，所以储存在次要SCR 72中的NH3的一部分能够被引导到主要SCR 70以还原N0X。因此排气门88关闭而排气门80和84打开。而且，由于通过使得排气通过次要SCR 72流到主要SCR 70来提供供给到主要SCR 70的NH3的一部分，因此NH3以比在上一个NH3喷射循环期间喷射NH3时更低的供给速率被喷射给主要SCR 70。在时间T5,通过主要SCR 70的NOx被减少到低于阈值水平304的水平。因此，停止从次要SCR 72到主要SCR 70的排气流动以及NH3喷射。具体说，排气门80和84被关闭而排气门88被进一步打开。以这种方式，能够响应主要SCR 70下游的排气系统中的NOx和NH3的量来调节排气门80、84和88。现在参考图4，图4示出操作图2的排气系统的预计顺序。由图2的控制器12通过执行根据图5的方法的指示/指令来提供图4的顺序。从该图的顶部起的第一图示出主要SCR (例如，图2的排放控制装置70)下游的NOx的浓度。在排气系统中的NOx的浓度沿着Y轴线的箭头的方向增加。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。从该图的顶部起的第二图示出喷射给主要SCR (例如图2的排放控制装置70)的NH3的量。NH3的流动速率沿着Y轴线的箭头的方向增加。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。从该图的顶部起的第三图示出泄漏通过主要SCR (例如图2的排放控制装置70)的NH3的量。NH3泄漏比率浓度沿着Y轴线的箭头的方向增加。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。从该图的顶部起的第四图示出在该顺序期间排气门202的位置。当信号处在较高水平时，排气门202允许发动机排气从排气管48流到排气管220或者反之亦可。当信号处在较低水平时，排气门202允许发动机排气从排气管48流到排气管240或者反之亦可。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。从该图的顶部起的第五图示出在该顺序期间排气门206的位置。当信号处在较高水平时，排气门206允许发动机排气从排气管222流到排气管226，或反之亦可。当信号处在较低水平时，排气门206允许发动机排气从排气管222流到排气管230，或反之亦可。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。从该图的顶部起的第六图示出在该顺序期间排气门208的位置。当信号处在较高水平时，排气门208允许发动机排气能够从排气管230流到排气管234，或反之亦可。当信
号处在较低水平时，排气门208允许发动机排气从排气管230流到排气管232，或反之亦可。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。从该图的顶部起的第七图示出示出在该顺序期间排气门204的位置。当信号处在较高水平时，排气门204允许发动机排气从排气管236流到排气管242，或反之亦可。当信号处在较低水平时，排气门204允许发动机排气从排气管236流到排气管240，或反之亦可。X轴线表示时间并且时间从图的左侧向右侧增加。在时间Tci,低水平的NOx通过主要SCR (例如，排放控制装置70)。而且，NH3不喷射给主要SCR 70来还原发动机排气中的N0X。泄漏通过该主要SCR 70的NH3水平以及主要SCR 70上游的排气压力均相对低。排气门202、206、208和204处在默认位置。因此，允许发动机排气流过主要SCR 70，以致NOx能够被还原成N2和H20。在时间T1, NOx以高于阈值水平402的水平通过主要SCR 70。因此，开始NH3喷射并且NH3被供给到主要SCR 70以还原发动机排气中的N0X。NH3的流动速率处在较高的速率，以致可以开始NOx还原。由于NH3被主要SCR 70吸收并且用来还原流入该SCR的N0X，因此还有非常少的NH3流过主要SCR 70。排气门202、206、208和204保持在默认状态，同时NH3被喷射给排气系统。在时间T2,通过主要SCR 70的NOx被减少到低于阈值水平404的水平。因此，停止NH3喷射。此外，通过主要SCR 70的NH3的泄漏率大于阈值水平406。结果，图2的系统中的排气门206的位置改变状态，以将所有的排气流从主要SCR 70引导到次要SCR(例如，图2的排放控制装置72)。因此，根据通过主要SCR 70的NH3泄漏来调节排气门206的位置。以这种方式。来自发动机10的基本所有排气和来自SCR 70的基本所有NH3泄漏均可以被引导到次要SCR 72，以致泄漏通过主要SCR70的NH3被储存在次要SCR 72中。排气门202,208和204保持位于默认状态。因此排气系统200能够被转换到NH3储存模式。在时间T3,泄漏通过主要SCR 70的NH3被减少到低于阈值水平408的水平。因此，排气门206转换回到默认状态，在该状态通过主要SCR 70的排气被引导到排气管226，且然后到大气。因此，响应少于阈值水平的NH3泄漏停止NH3从主要SCR 70储存到次要SCR 72中。而且，随着主要SCR 70继续保持并使用先前喷射的NH3来还原N0X，在发动机排气中的NOx的浓度被示为在低水平。排气门202、208和204保持在默认位置。
在时间T4，随着主要SCR 70中的NH3被消耗，NOx再一次以高于阈值水平402的水平通过主要SCR 70。但是，由于NH3已经被储存在次要SCR 72中，所以储存在次要SCR 72中的NH3的一部分能够被引导到主要SCR 70以还原Ν0χΟ因此，排气门202,208和204的运行状态被改变以利用储存在次要SCR 72中的NH3。当排气门202经由来自控制器12的命令改变运行状态时，发动机排气从排气管48流到排气管240。发动机排气从排气管240流到排气管236并且通过次要SCR 72到排气管234。随着通过解吸而从次要SCR 72释放NH3，在主要SCR 70中的NH3增加。排气门208将排气从排气管234引导到排气管232。排气从排气管232流到排气管220并且进入主要SCR 70。排气离开主要SCR 70并且在进入排气管226之前流过排气门206。排气离开排气管226到大气中。应当指出，在进入次要SCR 72之前发动机排气可以通过排气门202到排气门204。在通过排气门206进入排气管226之前，排气通过排气门208离开次要SCR 72。因此，如果需要，储存在次要SCR 72中的NH3可以通过发动机排气被消耗，而不使发动机排气通过SCR70。NH3的喷射也在时间T4被再次激活，即使以低于在时间T1时的流动速率。喷射给主要SCR 70的NH3的流动速率可以被减少，因为储存在次要SCR 72中的一些NH3还原排气·中的NOx并且由于储存在次要SCR 72中的一些NH3能够在主要SCR 70中被收集并使用来还原流过主要SCR70的气体中的N0X。在时间T5,主要SCR 70下游的NOx被减少到低于阈值水平404的水平。因此，排气门202、208和204的运行状态被返回到默认运行状态。而且，NH3喷射被停止，以致NH3泄漏通过主要SCR 70的可能性很小。以这种方式，储存在次要SCR 72中的NH3能够稍后被主要SCR 70利用。现在参考图5，图5示出用于处理储存在图I中的排放系统中的NH3的方法的流程图。经由诸如图I的控制器12的控制器执行图5中的方法，以提供图3和图4所示的运行顺序。在502，方法500判断流过主要SCR (例如，图I的排放装置70)的排气是否包括高于阈值量的NOx浓度。在一个例子中，NOx浓度可以通过NOx传感器来感测。如果NOx浓度高于阈值量，则方法500进行到504。否则方法500退出。应当指出，在一个例子中，发动机排气仅仅被引导通过主要SCR而不被引导通过次要SCR 72，以致在预计NH3泄漏通过主要SCR 70时，次要SCR 72具有储存NH3的能力。在504，方法500开始喷射NH3给主要SCR 70上游位置处的且除非NH3通过主要SCR 70否则被喷射的NH3将不到达次要SCR (例如图I的排放装置72)的路径中的排气系统。在一个例子中，喷射的NH3的流动速率可以基于主要SCR 70下游的浓度。在另一个例子中，喷射给主要SCR 70的NH3的流动速率可以与诸如发动机转速和负载的发动机工况有关。可以通过激活NH3泵并打开NH3喷射器来喷射NH3。在NH3喷射被激活之后方法500进行到506。在506，方法500判断是否检测到NH3泄漏大于通过主要SCR 70的阈值水平。在一个例子中，NH3泄漏可以用设置在主要SCR 70下游的NH3传感器检测。如果没有检测到NH3泄漏，则继续NH3喷射并且方法500返回到504。如果检测到NH3泄漏，则方法500进行到508。在另一个例子中，在没有检测到NH3的情况下，方法500可以进行到508。例如，一个模型可以估算储存在主要SCR 70中的NH3的量。如果在没有检测到通过主要SCR 70的NH3泄漏的情况下储存在主要SCR 70中的NH3的估算量超过阈值水平，则可以停止NH3的喷射并且方法500进行到退出。在508，来自主要SCR (例如图I和图2的排放装置70)的排气被引导到次要SCR(例如图I和图2的排放装置72)，以储存已经泄漏通过主要SCR 70的順3。在一个例子中，可以通过响应主要SCR 70上游的排气压力调节位于主要SCR 70下游的气门的位置，从而将排气从主要SCR 70引导 到次要SCR 72。图I和图3提供一种用于响应排气压力和通过主要SCR 70的NH3泄漏来调节下游排气门的示范性系统和顺序。在如图2的系统和图4的顺序所示的另一个例子中，离开主要SCR 70的基本所有排气均响应通过主要SCR 70的NH3泄漏被引导到次要SCR72。具体说，图2的排气门206的状态被改变成使得在离开主要SCR 70之后排气流到次要SCR 72，而不是流到大气。以这种方式，泄漏通过主要SCR70的NH3能够储存在次要SCR 72中。在至少一部分发动机排气被引导到次要SCR 72之后，方法500进行到510。在510，方法500停止对主要SCR 70的NH3喷射。在一个例子中，可以通过关闭喷射器并且停用NH3泵来停止NH3的喷射。在NH3的喷射停止之后方法500进行到512。在512，方法500判断通过主要SCR 70的基本上所有NH3泄漏是否已经被引导到次要SCR 72以用于储存。在一个例子中，当通过主要SCR70的NH3泄漏少于阈值水平时，可以判定通过主要SCR 70的基本上所有NH3泄漏均已经被引导到次要SCR 72。通过主要SCR 70的NH3泄漏可以由设置在主要SCR 70下游的NH3传感器来确定，例如，图I和图2的NH3传感器136。在其他例子中，可以判定NH3的阈值量是否已经被收集并储存在次要SCR72中。如果来自主要SCR 70的基本上所有NH3泄漏或来自主要SCR 70的阈值量的NH3泄漏已经被收集并且储存在次要SCR 72中，则方法进行到514。否则方法500返回到508。在514，方法500继续进行以消耗储存在次要SCR 72中的NH3。在一个例子中，储存在次要SCR 72中的NH3还原发动机排气中的NOx并且通过解吸向主要SCR 70供应NH3。例如，图I的系统按照图3的顺序运行，以便响应通过主要SCR 70的NOx泄漏和主要SCR 70上游的排气压力，调节排气门(例如，排气门88)的位置。具体说，当主要SCR 70上游的排气压力由于气门正时和将排气供给主要SCR 70的汽缸的汽缸压力的原因而下降时，调节排气门的位置以增加主要SCR 70的出口处的压力，使得排气流过次要SCR 72。在一个例子中，当SCR 70上游的排气压力减少时，调节排气门88的位置以增加SCR下游的排气压力。因此，SCR 70下游的排气压力被控制成与该SCR上游的排气压力异相，以驱动排气流过次要 SCR 72。在另一个例子中，图2的系统的排气门被调节成引导基本所有的发动机排气到次要SCR 72，而不是将发动机排气直接发送到主要SCR 70。流到次要SCR 72的排气然后与从次要SCR 72解吸的NH3 —道被直接引导到主要SCR 70。从次要SCR 72解吸的NH3还原流过主要SCR 70的N0X。而且，当排气从发动机被引导到次要SCR 72且然后到主要SCR 70时，附加的NH3可以被喷射在主要SCR 70的上游。以这种方式，从次要SCR 72解吸的NH3和喷射的NH3可以参与在主要SCR 70中的NOx的还原。在一个例子中，喷射给主要SCR 70的NH3的量可以根据对储存在次要SCR 72中的NH3估算的量而减少。例如，如果O. 2克的NH3储存在次要SCR 72中，那么喷射的NH3的量可以按照储存在次要SCR 72中的NH3的量的百分比减少(例如，O. I克，或储存的NH3量的50%)。可以经由还原通过次要SCR 72的NOx或者经由从次要SCR 72解吸NH3并利用解吸的NH3转化主要SCR 70中的NOx来消耗储存在次要SCR72中的NH3。随着从次要SCR 70消耗NH3,方法500进行到516。在516，方法500判断储存在次要SCR 72中的NH3是否被消耗到少于阈值水平。在一个例子中，对储存在次要SCR 72中的NH3量的判断可以基于流出次要SCR 72的NOx的量。如果流出次要SCR 72的NOx的量增加，则可以判定储存在次要SCR 72中的NH3少于阈值水平。例如，如果当流入次要SCR 72的NOx的量不增加时图2中NOx传感器250指示出流出次要SCR 72的NOx增加，则可以判定储存在次要SCR 72中的NH3的量少于阈值水平。如果储存在次要SCR 72中的NH3的量少于阈值水平，则方法500进行到518。否则，方法500返回514，在此继续消化储存在次要SCR 72中的NH3。在518，方法500阻止排气流动到次要SCR 72。在一个例子中，图I的系统通过关闭排气门80和84停止排气流动到次要SCR 72。在另一个例子中，图2的系统通过调节排气门202、206、208和204的运行状态以致发动机排气从发动机10流到主要SCR 70而不流到次要SCR 72，从而停止排气流动到次要SCR 72。排气离开主要SCR 70并且被引导到大气而不被引导到次要SCR 72。在次要SCR 72从发动机排气流动被断开之后方法500进行到退出。以这种方式，当排气不流过次要SCR 72时，可以在主要SCR 70出口处检测NH3泄漏。NH3可以被导引到次要SCR 72以用于储存。在不再从主要SCR 70检测到NH3泄漏时，排气可以从次要SCR 72被导引到主要SCR 70，以致储存在次要SCR 72中的NH3可以在主要SCR 70中通过还原排气NOx被消耗。因此，图5的方法用于控制SCR NH3泄漏，其包括从第一 SCR导引NH3到第二 SCR ；将NH3储存在第二 SCR中；以及使排气从第二 SCR流到第一 SCR。该方法还包括，当NH3被储存在第二 SCR中时通过第二 SCR的流动沿第一方向，并且当NH3通过NOx还原被消耗时通过第二 SCR的流动沿第二方向。该方法包括，响应超过阈值的感测NH3水平，将NH3从第一SCR导引到第二 SCR。在一个示例中，该方法包括NH3仅被喷射到第一 SCR。该方法还包括，根据排气系统中的压力来调节从第二 SCR到第一 SCR的排气流动。该方法还包括，响应第一 SCR的温度使得排气从第二 SCR流到第一 SCR，以及储存在第二 SCR处的至少一部分NH3在SCR处通过还原NOx被消耗。正如本领域的技术人员所明白的，图5中公开的方法可以表示任何数目处理对策的其中一个或更多个，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。因此，所示的各种步骤或功能可以以所示的顺序进行、同时进行或在一些情况下被省略。同样，为了实现这里所述的目的、特征和优点，处理的次序不是必需要求的，而是为了容易示出和描述而提供。虽然没有明白地示出，但是本领域的技术人员将会认识到，一个或更多个所示的步骤、方法或功能根据所用的特定策略可以重复地进行。总而言之。本领域的技术人员阅读上面的描述将会想起不脱离本发明的精神实质和范围的许多变化和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或替代性燃料配置运行的单缸、12、13、14、15、V6、V8、V10、V12和V16发动机可以有利地使用本发明。
权利要求
1.一种用于控制车辆排气系统NN3泄漏的系统，包括 设置在发动机下游的车辆排气系统中的第一 SCR ； 设置在该车辆排气系统中的第二 SCR ;以及 包括将来自所述第一 SCR的NH3泄漏引导到所述第二 SCR的指令的控制器，该控制器包括从所述第二 SCR引导排气到所述第一 SCR的附加指令。
2.根据权利要求I所述的系统，还包括第一气门和第二气门，并且其中所述控制器调节该第一气门的状态以将来自所述第一 SCR的NH3泄漏引导到所述第二 SCR。
3.根据权利要求2所述的系统，其中该控制器包括调节该第二气门的状态以从所述第二 SCR引导排气到所述第一 SCR的进一步指令。
4.根据权利要求I所述的系统，其中该控制器包括用于使排气沿着两个方向流过所述第二 SCR的进一步指令，其中该控制器包括用于使排气只沿单一方向流过该第一 SCR的进一步指令。
5.根据权利要求I所述的系统，还包括沿着排气流动的方向被设置在该第一SCR下游的蝶阀。
6.根据权利要求I所述的系统，其中该控制器包括用于在所述第一SCR的温度超过阈值温度之后从所述第二 SCR引导排气到所述第一 SCR的进一步指令。
7.一种NH3泄漏控制系统，包括 设置在发动机下游的排气系统中的第一 SCR ； 设置在该排气系统中与该第一 SCR平行的第二 SCR ；以及 控制器，该控制器包括引导第一 SCR NH3泄漏到所述第二 SCR的指令以及在第一 SCRNH3泄漏少于阈值水平之后减少储存在所述第二 SCR中的NH3的量的指令。
8.根据权利要求7所述的NH3泄漏控制系统，还包括引导SCRNH3泄漏从所述第一 SCR到所述第二 SCR的第一气门，其中该第一气门被设置在第一排气路径中，并且其中该第一气门沿着来自所述第一 SCR的排气流动的方向被设置在该第一 SCR的下游。
9.根据权利要求8所述的NH3泄漏控制系统，还包括引导排气从所述第二SCR到所述第一 SCR的第二气门，其中该第二气门被设置在第二排气路径中，该第二排气路径与所述第一排气路径平行。
10.一种用于控制SCR NH3泄漏的方法，包括 将NH3从第一 SCR导引到第二 SCR ； 将所述NH3储存在第二 SCR中；以及 使排气从所述第二 SCR流到所述第一 SCR。
全文摘要
本发明公开一种用于储存已经泄漏通过第一SCR的NH3的系统和方法。在一个例子中，NH3被储存在第二SCR中并且通过解吸被释放给第一SCR。该系统和方法可以减少NH3的消耗并且增加NH3在排气系统中的利用。
文档编号F01N3/20GK102877923SQ20121023039
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月4日 优先权日2011年7月15日
发明者A·布拉默, D·尤帕海雅 申请人:福特环球技术公司