用於選擇性催化還原的多種還原劑的處理的製作方法

2023-09-10 13:38:15 2

專利名稱：用於選擇性催化還原的多種還原劑的處理的製作方法
技術領域：
本發明涉及車輛上用作廢氣排放控制系統中的還原劑的傳輸和存儲的系統和方法。
背景技術：
氨或者尿素可以存儲在車輛上用作排氣排放控制系統中的還原劑。 在一些情況下，如在發動器啟動期間，可以使用由該還原劑系統產生的氨蒸汽，如美國專利2006/0117741中所描述的。例如，氨蒸汽可以輸送到存儲單元 和使用排氣熱或者電熱的反應器。進而，該蒸汽被導入排氣中，在排氣管中在催 化劑的作用下與廢氣N0x反應。然而，本發明人意識到這樣的系統存在的幾個問題。例如，在各種高溫狀況 中會無意中產生氨蒸汽。這樣有可能增加系統中的壓力並使得氨逸出到空氣中而 沒有在排氣中反應。例如，在氨蒸汽不可以被傳遞到廢氣中的運行狀況下，系統 中的高溫會產生升高的壓力並超出所需值。或者，在發動機關閉之後以及當車輛 可能停駐在封閉區域中時，殘留的熱量和周圍的熱量可能會充分地增加蒸汽壓 力，並且可能導致不被控制的(un-metered )冊3從該還原劑系統，或者通過廢 氣或者通過其他路徑逸出。發明內容因此，本發明的一個方案是提供一種搡作車輛上還原劑傳送和存儲系統的方 法。該方法包括在第一存儲裝置中存儲包含氨的液體，在該第一存儲裝置中生成 氨蒸汽，在第二存儲裝置中存儲所述生成的氨蒸汽，以及將所述蒸汽從該第二存 儲裝置排入發動機廢氣，以及利用與該還原劑傳送和存儲系統連通的空氣出口在 至少一個所述存儲或排出過程中降低壓力或者建立真空。在這種方法中，有可能降低蒸汽壓力並且減少逸出系統的不被控制的氨。例 如，在蒸汽被排出之前可以輸送到該第二存儲裝置，因此，能夠減少逃逸氨的排 放。另一個例子，當使空氣從該第二存儲裝置中釋放或分離出存儲的氨時，可以 排放系統中的蒸汽。進一步，通過稍後在廢氣中使用存儲的氨，可以達到更高的 氨(或尿素)的有效使用率，有可能減少用戶增加氨(或尿素)的數量或頻率。請注意，可以使用各種卸壓或真空洩放形式。例如，可以使用真空洩放閥， 減壓閩，或者空氣開口。


圖1顯示了內燃機和控制器系統的示例。圖2為管理用於SCR過程多種還原劑的系統的示例性實施例。 圖3為在SCR過程中用氨或尿素還原氮氧化物的概括性的簡圖。 圖4為基於發動機運行狀態而操作排放控制系統的方法的示例性實施例。 圖5A-5D為還原劑管理系統的多種供應和存儲模式的簡圖。 圖6描述了用於管理用在SCR過程中的液體還原劑和氣體還原劑的系統的示例 性實施例。圖7描述了用於管理用在SCR過程中的液體還原劑和氣體還原劑的系統的另一 個示例性實施例。圖8描述了用於管理用在SCR過程中的液體還原劑和氣體還原劑的系統的又一 個示例性實施例。圖9-IO描述了方法的示例性實施例的流程圖，這些方法基於引入的另一種還原 劑藥劑數量而確定加入SCR過程還原劑藥劑數量，並且控制基於排放的氨的數量控 制提供至排氣系統的尿素的量。
具體實施方式
附圖和本說明描繪和記述了用於處理用在SCR過程中的多種還原劑的系統的各 種作為示例的實施例。此處所記述的實施例包括用於存儲第一還原劑的第一存儲裝 置，其附加到位於用於還原各種發動機排放物的催化劑的上遊的排氣系統中。在特 定的條件下，該第一還原劑可與空氣的組分(如水蒸氣)反應和/或分解而形成第二 還原劑。隨著時間過去，在該第一存儲裝置中的第二還原劑的壓力會升高，其會導 致該第二還原劑從該第一存儲裝置中不受控制的釋放出。為了有助於防止這種釋放， 這裡所記述的實施例也包括用於存儲該第二還原劑的第二存儲裝置。存儲在該第二 存儲裝置中的該第二還原劑至少臨時地與該第一還原劑同時使用，或者與之分離使 用，以處理內燃機的廢氣。在這個方法中，該系統可以避免第二還原劑不可控制的 釋放到該排氣系統中。參見圖l，所示為直噴式內燃機IO,包括多個燃燒室且由電子引擎控制器12控 制。發動機10的燃燒室30包括燃燒室壁32,活塞36位於其中，並且與曲軸40相 連接。在一個例子中，活塞36包括一個凹部或碗狀凹陷(未示)以形成具有可選的 分層或均質水平的空氣和燃料進氣或者，也可以使用平頂活塞。所示的燃燒室30通過進氣門52與進氣歧管44相連通，通過排氣門54與排氣 歧管48相連通。所示燃料噴射器66直接與燃燒室30相連，用於向其中直接輸送液 態燃料，以與通過電子驅動器68從控制器12接收的信號脈衝寬度dfpw成比例地直接向其中供給噴射的燃料。燃料被輸送到包括燃料箱，燃料泵，和燃料管的燃料系 統(未示)。在一些實施例中，發動機10可以包括多個燃燒室，每個具有多個進氣 和/或排氣門。進一步，所示排氣再循環(EGR)歧管130與排氣歧管48和進氣歧管44相連通。 所示EGR冷卻器132與控制器12相連通，用於在到達進氣歧管44之前冷卻EGR。還 示出，用於控制EGR流量的EGR控制閥136以及用於監控EGR歧管130中的排氣壓 力的壓力傳感器134。所示進氣歧管44通過節氣門板62與節氣門體58相連通。在 此具體例子中，節氣門板62與電動馬達94相連，這樣控制器12可以通過電動馬達 94來控制節氣門板62的位置。控制器12驅動燃料噴射器66，從而形成具有所需空燃比的混合物。控制器12 控制通過燃料噴射器66輸送的燃料量，這樣在燃燒室30內的空燃比混合物可以有 選擇地為基本處於(或接近)化學計量值，或濃於化學計量值，或者稀於化學計量 值。進一步，控制器12配置成為驅動燃料噴射器66,從而在一個循環中，可以執行 多種燃料噴射。所示催化轉化器70與排氣歧管48相連通，以及所示SCR催化劑72位於催化轉 化器70的下遊。還原劑源73設置為在控制器12的引導下向SCR催化劑72上遊的 排氣系統71引入一種或多種還原劑。還原劑源73可以配置為根據第一還原劑輸入 75和第二還原劑輸入77的指示向發動機排氣中引入多種還原劑。這個特徵將在下面 更詳細的記述。如圖l所示，控制器12是常規的微計算機，包括微處理器單元102, 輸入/輸出埠 104,用於執行程序和校正值的電子存儲介質，在此具體例子中如圖 所示為只讀存儲晶片106,隨機存取存儲器108,保活存儲器IIO，以及常規數據總 線。控制器12如圖所示接收連接在發動機10的傳感器的各種信號。在前面所討論 的那些信號之外，包括來自連接到節氣門體58的質量空氣流量傳感器100的吸入 質量空氣流量(MAF)測量值、來自連接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發動機 冷卻劑溫度(ECT)、來自連接到曲軸40的霍爾效應傳感器118的齒面點火傳感器 信號(PIP)指示發動機轉速(RPM)、來自節氣門位置傳感器120的節氣門位置(TP)、 及來自傳感器122的絕對歧管壓力信號(MAP)。控制器12也可接收來自位於SCR 催化劑72上遊的NOx傳感器122的與廢氣NOx濃度有關的信號，和/或來自氨傳感 器124的與從還原劑源73加入到還原劑中的氨濃度有關的信號。發動機轉速信號RPM 是由控制器12根據信號PIP以常規的方式產生的，以及歧管壓力信號MAP提供發動 機負荷的指示。發動機10內的燃燒可以有多種類型，依賴於運行的環境。圖l描繪了壓燃式發 動機，可以理解的是下面所記述的實施例可用於任何合適的發動機，包括但不限於， 柴油和汽油壓燃式發動機，點燃式發動機，直噴或者氣道噴射發動機，等等。進一 步，可以使用多種燃料和/或燃料混合物，如汽油，柴油，H2,乙醇，甲烷和/或它們的結合。圖2所示為更詳細的發動機10排放控制系統200的一個例子的框圖。排放控制 系統200包括排氣系統71和還原劑源73。如下面所記述的，還原劑源73可以管理 多種還原劑的存儲和使用。這裡所指的還原劑源73可以是還原劑管理系統。雖然圖 2所示為一個具體的還原劑管理系統，但可以使用各種替代物，如此處所記述的例子 所示的替代物。如圖所示還原劑管理系統73與排氣系統在催化轉化器(圖2中未示出，如SCR 催化轉化器)上遊位置連接。進一步， 一種或多種還原劑可以通過管道75,管線74 和/或管線77或它們的一些組合而進入排氣系統71。還原劑管理系統73包括用於存 儲一定量的第一還原劑222的第一存儲裝置220。依據第一還原劑222的化學和物理 特性，在特定的條件下，第一還原劑222可能會反應(例如，與一些空氣組分)或 分解而形成第二還原劑224。經過一段時間(舉例來說，在車輛運行或發動機/車輛關閉期間)，第二還原劑 224的產生會導致第一存儲裝置220中的蒸汽壓力增大。因此，為了有助於控制第一 存儲裝置2"或系統73中的壓力，減壓閥225配置為在某個蒸汽壓力下向第二存儲 裝置230釋放一定量的第二還原劑224，雖然第二還原劑224可以經過管線74直接 釋放入排氣流中。第二存儲裝置230同樣地可配置為將可控數量的第二還原劑224 經過管線77釋放入排氣系統71中。在這種方式中，還原劑管理系統73可允許可控 數量的第一和第二還原劑被釋放入排氣系統71中，其中至少一種還原劑可在下遊催 化劑(如SCR催化劑)處反應。進一步，這種釋放可以是同時進行的，分別進行， 或者其組合。在一些實施例中，存儲在第一存儲裝置220中的第一還原劑222可以是含水尿 素。在此處所記述的示例實施例中，第一存儲裝置220可包括存儲箱，也可以使用 其他的存儲裝置。如上面所提到的，在各種條件下(例如，加熱，外熱，空氣壓力低，等等)尿 素可與多種空氣組分反應(例如，水蒸汽，氧氣，等等)，從而分解並生成氨蒸汽。 減壓閥225可以配置為處於選定的壓力、發動機循環或時間間隔等打開，以將至少 一部分氨蒸汽從第一存儲裝置220中釋放至第二存儲裝置230。第二存儲裝置230可 以捕獲並存儲該氨蒸汽。第二存儲裝置230可以化學、物理或其組合的方式存儲氨。 氨一直被儲存直到控制12促使從第二存儲裝置230向排氣系統71釋放氨蒸汽。在 一個例子中，第二存儲裝置230通過吸附劑材料以催化反應或物理方式保留氨和/或 HNCO,然而，該設備可包括一種可在更高壓力下將冊3以氣相存儲在其中的不具有吸 附劑的空體積。第二存儲裝置230可以包含任何適合於存儲氨的吸附劑材料。例如，第二存儲 裝置230可包括在陶瓷載體上的一種低溫存儲沸石(zeolUe)塗層。在另一個例子中，第二存儲裝置230可以是活性碳濾罐。其他的適合的吸收劑材料包括但不限於分子篩(例如，沸石，氧化鋁，矽石，活性碳，等等)；氧化物，碳酸鹽，和鹼金 屬氫氧化物；以及金屬磷酸鹽，包括但不限於鈥和鋯的磷酸鹽。在一個例子中，氨 可通過化學吸附而被吸附在表面上，或者以化學和物理方式被吸附在該存儲裝置的 材料中。在另一個例子中，可以使用酸性吸附劑材料存儲NH3。在一個例子中，經過裝置230的氣體中的氨的濃度可驅使氨的存儲/釋放。例如， 當處於選定溫度下的較高濃度的氨從裝置220經過裝置230時，氨可以被存儲。而 當新鮮空氣經過裝置230時，氨可以被釋放(並且傳輸到廢氣或者另一存儲位置)。 這樣，可以使用臨時存儲而使氣體排出，並因此降低系統中的壓力，其中臨時存儲 的氨可隨後被恢復並用於系統中。圖3示意性說明在一個示例SCR過程中用氨和/或尿素還原氮氧化物。指向SCR催化劑的箭頭表示化學試劑，而從方框出來的箭頭表示產物。排氣系統71中的氮氧化物與SCR催化劑72中的氮和/或尿素反應可形成對環境無害的產物排放到大氣中，如氮，二氧化碳以及水。 一些示例的SCR反應如下。第一，加入排氣系統71的尿素會分解為氨，如下 formula see original document page 9氨可根據各種不同的反應路徑依次與SCR催化劑中的NOx反應，包括但不限於以下的一個或多個4M9 + 4冊3 +02 4 4iV2 + 6//2(92M92 + 4服3 + 02 — 3W2 + 6//206N02 +讓3 + 7N2 + 12H20 NO + N02 + 2NH3 + 2N2 + 3H20可能需要引入一定量的一種或多種還原劑，如尿素和/或氨，至排氣系統71，數 量一般來源於上述N0x還原反應的化學劑量或者是存儲在控制器12的查詢表。具體地，引入排氣系統的尿素和/或氨的數量可基於來自傳感器的信息。例如，來自排氣 系統71內的傳感器的輸出信號，如NOx傳感器，可以指明廢氣中的NOx量。在另一 個例子中，來自該還原劑管理系統中的傳感器的輸出信號，如氨傳感器，可指明可 由第二存儲裝置230排出的氨的量。這樣，控制器12可促使還原劑管理系統73相 應地向排氣系統71引入一定數量的尿素和/或氨。從而，通過在SCR催化劑還原廢 氣中的NOx可基本上消耗尿素和/或氨。然而，在一些情況下，減少氨逃逸是有好處的。具體地，氨逃逸可能是由向排 氣系統71中引入了過多量的尿素和/或氨導致的。還原劑管理系統73可控制該還原 劑，這樣可以基本上阻止過量的尿素和/或氨進入排氣系統71 (也就是，進入排氣系 統的尿素和/或氨主要是被消耗掉)。這樣，至少由於未受控氨釋放引起的氨逃逸可被大大地降低。下面將描述更多關於響應運行狀態和傳感器信息而控制一種或多種 還原劑源至廢氣的例子。圖4可說明運行順序的一個實施例，其可用於降低氮逃逸。具體地，可以通過 一種搡作還原劑管理系統73的方法來控制尿素和氨的存儲和傳輸，其可至少部分地 依據不同的發動機狀況而定，以及具體地是基於發動機關閉狀態。例如，在發動機 停止狀態下(其可包括車輛停止狀態，或者在混合動力汽車示例中的車輛運行狀態)， 由於從尿素存儲箱向排氣系統中釋放氨，氨逃逸可能會發生在一些排放控制系統中 (也就是，被釋放至排氣中的氨沒有起反應)。圖4所示的示例程序400概略說明排放控制系統運行的一個示例實施例，其在 排放控制系統200中管理氨以處理在發動機停止狀態期間氨的產生。例如，可能由 於有傳導至該氨/尿素存儲系統的外部熱量而產生氨。在一個例子中，殘留的發動機 /排氣熱量與周圍熱量結合可導致產生氨蒸汽從而升高蒸汽壓力。這種情況可通過在 發動機停止狀態期間存儲蒸汽而處理，這些蒸汽稍後將被引入廢氣中用於降低排放。首先，在410,發動機關閉，其可開始一種在此處被稱為發動機停止狀態的狀態。 在一個實施例中，該發動機可以是車輛上的內燃機，其中在發動機停止狀態期間該 車輛是停止的。在另一個實施例中，可在內燃機的發動機停止狀態期間該車輛使用 電動馬達或者各種其他驅動部件(例如，燃料電池等等)。在內燃機的發動機停止狀態期間，在420處，在該還原劑管理系統中可能會以 各種方式產生氨。具體地，尿素會在周圍的溫度下與存儲箱中的水和/或空氣反應以 產生氨。進一步，熱量可促進尿素分解為氨。這樣，發動機先前運行的殘留熱量至 少會部分地促進存儲箱中氨的產生。參見圖2，存儲的尿素的反應可導致第一存儲裝置220中氨氣壓力的升高，其中 第一存儲裝置220可以是尿素存儲箱。該尿素存儲箱中的壓力可通過將氨經過管線 74釋放到排氣系統71或者經過減壓閥225釋放到第二存儲裝置230或它們的組合而 降低。具體地，減壓閩225可配置為在某些情況下打開以減輕存儲箱中的蒸汽壓力。 例如，減壓閥225可在選定的壓力下打開。回到圖4，在430處，氨可被吸收在第二 存儲裝置230中。例如，減壓閥225可配置為一直打開直到控制器促使該閥關閉。這樣，在發動機停止狀態期間的至少一部分時間內，來自該存儲箱的氨的濃度可能 在第二存儲裝置230中增加。接著，在440處，啟動內燃機。在450處，可從第二存儲裝置230中釋放出氨 並在選定的發動機/排氣條件下排入排氣系統71。例如，在發動機轉速升高後，以及 在SCR催化劑達到選定的運行溫度後，存儲的氨可排放至廢氣中並用於降低廢氣中 產生的NOx。在一個例子中，排放量和排放頻率兩者至少之一可根據運行狀況，比如，排氣溫度，催化劑溫度，發動機轉速，發動機負荷，或其組合進行調整。進一步， 控制器12可對不同的狀態作出響應使氨從第二存儲裝置230排出或對其進行調整。作為一個具體的例子，控制器12可響應來自溫度傳感器的反饋信號而使氨排出，其中，該溫度傳感器可設置在還原劑管理系統73下遊的排氣或SCR還原劑中。另一個例子，控制器U可響應氨傳感器的反饋信號而使氨排出，所述氨傳感器可檢測存儲 在第二存儲裝置中的氨的濃度。這樣，就有可能在發動機停止狀態期間，至少在選定的狀態期間，對蒸汽產生 進行處理。現在參見圖5A-5D，這些框圖展示各種可使用的還原劑管理模式，包括存儲，排 出等等。例如，模式可包括從第一存儲裝置220或第二存儲裝置230中的至少一個 有選擇地傳輸氨，其中，通過一個或多個通至大氣的通風口/連結促進氨的傳輸。進 一步，空氣通風口可以是安全閥，其可以減壓或減低建立的真空(或可基於需要的 效果而在卸壓和真空洩放之間交替)或可響應於所需要的氨和/或尿素的傳輸方向而 變化。具體地，如圖5A所示，還原劑管理系統73可包括與第一存儲裝置220 (例如， 尿素存儲箱)相連的第一空氣閥510,和/或可與第二存儲裝置相連的第二空氣閥520, 其中每個閥可配置為卸壓或真空洩放或如所述的變化。該空氣閥可配置為調節如圖2 所示的還原劑管理系統73中的空氣流量，或配置為調節流出系統的蒸汽流量。可以 理解的是，離開圖2所示的還原劑管理系統73的還原劑通常傳遞到空氣和/或排氣 系統71中。例如，可選地，尿素可在任何適合的模式中從存儲箱傳輸至SCR,以至 少部分地補充從第二存儲裝置排出的氨，或可以單獨提供尿素。具體地參見圖5A,簡圖530描述了一種在還原劑管理系統73中的還原劑流動路 徑，其中該流動包括在該存儲箱產生的氨蒸汽至第二存儲裝置230的流動。簡圖530 所描述的流動路徑可被稱為一種存儲模式。在此處所描述的存儲模式的一個實施例中，廢氣中的NOx可在SCR催化劑中被 從該存儲箱引入到排氣系統(如虛線箭頭75)的液態尿素還原。所存儲的尿素可產 生氨蒸汽，其可以被輸送到第二存儲裝置230,其中，氨蒸汽可存儲在第二存儲裝置 230中直到控制器2促使排出狀態。在另一個實施例中，控制器12可以不促使還原劑釋放入排氣系統71。例如，在 發動機停止狀態期間，引入排氣系統71的尿素和/或氨會導致氨逸出。這樣，尿素 也可能不會被引入排氣系統71。然而，由於殘留髮動機熱在該存儲箱中產生的氨蒸 汽可被發送至第二存儲裝置。這樣，升高的蒸汽壓力可被降低，儘管控制器12可以 不促使還原劑釋放到排氣系統71中。在存儲模式下促進氨從該存儲箱向第二存儲裝置230傳輸是有好處的。例如， 空氣閩520可配置為打開。這樣，在第二存儲裝置230中建立的壓力就可以被釋放， 從而離開還原劑管理系統73的空氣基本上不帶氨並且更多的氨可進入第二存儲裝置 230且存儲在那裡。在另一個實施例中，空氣閩510可配置為在某些壓力下打開，這 樣空氣就可以被吸入該存儲箱。這麼做，該存儲箱中的真空可在某些情況下洩放，如在向排氣系統提供尿素期間氨的濃度低的情況下。具體地參見圖5B，簡圖560描述了還原劑管理系統73中帶有還原劑流動路徑的 存儲設備排放搡作模式，其中該流動通常可包括存儲在該第二存儲裝置230的氨蒸 汽至排氣系統71的流動。空氣閥520可配置為打開，這樣空氣可被引入該第二存儲 裝置230,其中可通過壓力差將空氣引入第二存儲裝置230，例如位於氨蒸汽進入排 氣系統n的入口處的文丘裡裝置或泵。進一步，離開第二存儲裝置的空氣可至少部 分地充滿氨蒸汽，其被引入排氣系統71以選擇性及催化還原NOx。如圖5B所示，在存儲裝置排出期間，在存儲箱中的尿素可生成氨而導致箱內的 氨蒸汽壓力上升。這樣，排放操作可以終止，蒸汽可再次由於200中的壓力而存儲 在230中。同樣，可根據圖530通過至少臨時向第二存儲裝置230傳輸蒸汽和/或向 根據圖570所描述模式的排氣系統71引入氨而使該存儲箱優選地得到洩放。在一個例子中，可通過在引入空氣之前先對其進行加熱來促進氨從第二存儲裝 置230的釋放。例如，排放控制系統200可包括加熱設備(未示)，其可設在空氣 閥5"和第二存儲裝置230之間。在另一個例子中，排放控制系統200可發送一部 分熱廢氣，這樣就可預熱空氣。現在具體參見圖5C，圖570描述了還原劑管理系統73中帶有還原劑流動路徑的 存儲箱排放搡作模式，其中該流動通常可包括存儲在存儲箱的氨蒸汽向排氣系統71 的流動。具體地，空氣閥510可配置為打開，這樣空氣可被引入該存儲箱以洩放真 空，所述真空是由於為了選擇性和催化還原NOx或者由於溫度變化而從存儲箱向排 氣系統71釋放氨所引起的。。具體參見圖5D，圖580描述了在還原劑管理系統73中帶有還原劑流動路徑的存 儲箱和設備排放模式，其中該流動通常可包括存儲在存儲箱和第二存儲裝置230中 的氨蒸汽向排氣系統71的流動。空氣閥510和/或空氣閥520可配置為打開，這樣 空氣可被引入該存儲箱和存儲裝置220以洩放真空，所述真空是由於為了選擇性和 催化還原NOx、或者是由於溫度變化而從存儲箱向排氣系統71釋放氨所引起的。進一步，離開存儲箱的氨與離開第二存儲裝置230的氨可在連接點590相交， 在該處可設置三通閥。這樣，控制器12可在圖5A和5B所描述的模式之間切換。進 一步，此處所描述的這些閥門可以調整以控制排放控制系統200中的氨的流量。圖6-8說明管理液體還原劑(例如，尿素溶液)和氣體還原劑(例如，由尿素 產生的氨氣)的系統的三個示例實施例。這三個實施例共享多個共同的組件。例如， 這些作為示例的實施例的每個都包括存儲第一還原劑222的第一存儲裝置220，存儲 第二還原劑224的第二存儲裝置230,以及具有單向壓力閥225的導管625,其流體 連接在第一存儲裝置220和第二存儲裝置230之間，有選擇地將第二還原劑224釋 放入第二存儲裝置230用於稍後釋放入排氣系統71。另外，如下面將更詳細說明的， 可設置傳感器640以測量第二還原劑輸入77中的氣相組分的濃度。進一步，圖6-8的每個示例實施例包括空氣閥510以洩放該存儲箱中的壓力和/或真空，以及填充通道695以允許補充第一還原劑222。雖然所示導管625直接與第一存儲裝置220和第 二存儲裝置230連接，應理解該導管625可包括中間結構。這裡所使用的術語"導 管"表示在第一存儲裝置220和第二存儲裝置230之間的流體路徑，其可包含多種 不同結構。應理解的是，上述組件以及下面圖6-8描繪的方法中所特有的組件的操作均可 由控制器U控制，是通過存儲在控制器12上的存儲器106, 108中可由處理器102 執行的代碼來控制的。此外，應理解此處所描述的具體實施例僅作為示例，並且其 他的實施例可僅包括所描述結構的子集，和/或未示的任何合適的附加結構。現在參見圖6描繪的實施例，還原劑管理系統600,除上面所描述的結構之外， 還包括用於調節進入第二存儲裝置230的氨蒸汽的流量的存儲閥610,以及用於控制 從該第二存儲裝置230進入排氣系統71的氨蒸汽的流量的排放閥620。在一個實施例中，存儲閥610可保持在常開位置，而排放閥620可保持在常閉 位置。這個狀態可用圖530圖解說明，為存儲模式。其允許經由該單向壓力閥225 釋放的過多的氨蒸汽存儲在第二存儲裝置230中。然後，在某些條件下，例如第二 存儲裝置230中存儲的氨濃度升高或者在選定的發動機運行條件下，控制器12可關 閉存儲閥225並打開排放閥620。這個模式可用圖570圖解說明，為存儲裝置排放模 式。在存儲裝置排放模式下運行允許氨經過排放閥620按照如下方式引入排氣系統 71。第一，位於第二還原劑輸入77的出口的文丘裡裝置650可製造低壓區域，從而 引起經過管道660的空氣流並使空氣流入第二存儲裝置230。在位置670離開該第二 存儲裝置230的空氣可包括氨蒸汽的大部分分壓。然後在這個空氣中的氨蒸汽可通 過文丘裡裝置650經過第二還原劑輸入77而被吸入該排氣系統71，其中裝置650位 於排氣管中。現在參見圖7描述的實施例，還原劑管理系統700,除在排放控制系統600中所 包括的結構之外，還包括空氣泵710。在這個實施例中，該排放模式，除了包括關閉 存儲閥610和打開排放閥620之外，可包括操作空氣泵710以引起經過管道760的 空氣流並使空氣流入第二存儲裝置230。由空氣泵710所引起的空氣流可從第二存儲 裝置經第二還原劑輸入向排氣系統71輸送氨。由於空氣泵710所產生的壓力差，在 這個實施例中可以省略文丘裡裝置650。進一步，來自該車輛其他位置的壓縮空氣可 附加於或者替代空氣泵10使用，如來自發動機進氣系統的渦輪壓縮機或渦輪增壓器 的壓縮空氣。現在參見圖8所描繪的實施例，還原劑管理系統800包括第一存儲裝置220,第 二存儲裝置230,單向壓力閥630,真空閥690,填充通道695，以及文丘裡裝置650。 然而，還原劑管理系統800不包括存儲閥610和淨化閩620。而是，設有與填充通道 685連接的空氣閥510,控制器12可有選擇地將其打開，以允許經由第一存儲裝置"0和第二存儲裝置230吸入空氣，從而通過由文丘裡裝置650形成的低壓區域將氨 蒸汽輸送入排氣系統71。應理解的是，單向壓力閥630也可在這個排放過程中打開 以確保足夠的空氣流過第二存儲裝置230。正如上所述的，向排氣系統增加尿素和氨(或任何其他適合的還原劑)可以多 種方式進行。例如，控制器12可包含可執行代碼以通過任何適合的系統組件(包括 但不限於閥門，泵，噴射器等)控制至排氣系統的適量氨的增加。在一些實施例中，該系統可配置為響應反饋控制來控制增加的量。例如，在一 些實施例中，控制器12可根據從傳感器640接收的反饋調節加入該排氣系統的第一 還原劑和第二還原劑的數量。在一些實施例中，傳感器640可為氨傳感器，而在其 他的實施例中，傳感器640可以是N0x傳感器。進而，在另外的實施例中，氨傳感 器和N0x傳感器兩者，可連同任何其他合適的一個或多個傳感器同時使用。在另外 的實施例中，控制器12可配置為基於發動機工作狀態確定N0x的濃度，和/或可配 置為基於變量(如經過第二存儲裝置的空氣流速，等等)估算從第二存儲裝置230 增加到排氣系統的氨的濃度。現在參看圖9,所示為用於管理向排氣系統增加多種還原劑的方法900的示例實 施例。方法900可通過各種方法實現，例如，在一些實施例中，方法900可通過執 行存儲在控制器12上的代碼實現。方法900首先包括，步驟910，確定排氣系統71中廢氣中NOx的濃度。確定NOx 濃度的例子包括但不限於，接收來自NOx傳感器的信號，和/或根據發動機運行狀況 (如轉速和負荷)確定一個估算的NOx濃度。還可以各種形式估算NOx的量，如NOx 水平，NOx濃度，和/或每體積流量的N0x質量流速。接著，在步驟920,方法900包括確定是否要求從第二存儲裝置排出氨。多種狀 況或事件可用於確定什麼時候要求排出氨。例如，包括但不限於，當第二存儲裝置 230中的氨的壓力超過門限壓力時要求排出；在預設的發動機運行時間隔(例如，一 定的時間間隔或者一定數量的發動機循環)後要求排出，當發動機運行狀況提供了 一個排出的機會時要求排出，和/或當存儲在230中的還原劑數量達到預設程度時要 求排出，等等。如果沒有排出氨的要求，那麼方法900執行步驟930，在此確定增加到廢氣中的 尿素數量，然後執行步驟940，在此將所確定數量的尿素例如通過75增加到廢氣中。 增加到廢氣中的尿素數量可以多種方式確定。在一些實施例中，控制器12可接收來 自NOx傳感器的標示在廢氣中的NOx濃度的輸入，然後控制器12可根據這個輸入確 定和/或調整增加到廢氣中的尿素數量。在另外的實施例中，根據發動機運行狀況估 算廢氣中NOx的濃度，以及相關數量的尿素可增加到排氣系統中。在另外的實施例 中，尿素可以恆定速度增加到排氣系統中。在選定了傳感器輸入和發動機運行狀況 而加入的氨的量可以計算或預先確定，並且將其存儲在控制器12的査詢表中，且可基於輸入的運行狀況進行調整。另一方面，如果要求排出氨，那麼方法900執行950,在這一步，氨被加入到排 氣系統並被執行排出。在傳感器640為氨傳感器的實施例中，控制器12可控制或調 整向排氣系統加入氨的速度，例如，通過控制進入排氣系統的氨的流量。或者，可 以預先選定的速度向排氣系統增加氨。如上所述，在一些實施例中，氨可被加入排氣系統而不包括任何尿素。在另一 些實施例中，將氨從該第二存儲裝置中與尿素同時加入排氣系統。在氨從該第二存 儲裝置與尿素同時加入排氣系統的情況下，方法900可包括步驟960,確定和/或提 供在避免氨逸出的同時為了適應加入的氨而加入到該排氣系統的尿素的減少量，以 及然後向該排氣系統970增加所確定數量的尿素。該加入排氣系統的尿素的減少量可通過多種方法確定。例如，控制器12可通過 確定加入該排氣系統的氨的量或濃度，以及也確定發動機10的廢氣中NOx的量或濃 度，然後確定加入多少尿素以完全還原廢氣中的全部NOx,來確定加入廢氣中的尿素 的減少量。可由源於NOx還原反應化學計量法的一個或多個函數計算要加入的尿素 量，或者通過存儲在控制器12上的査詢表來確定。這樣，根據已加入排氣系統的氨 的濃度或數量的變量和/或關於發動機10廢氣中NOx濃度數量的變量，調整要加入 廢氣的尿素量。這樣，就有可能在各種狀況下控制到廢氣的還原劑加入，並且在管理氨蒸汽的 排出的同時管理分離的還原劑傳輸，以實現改進的NOx還原並降低氨逸出。參見圖5A-5D,這些還原劑管理模式說明來自如虛線75所示的存儲箱中的液態 尿素可獨立於圖530所示的氨而供應，或者至少暫時與如圖570所示的存儲箱中的 氨同時供應，或者至少暫與如圖560所示的存儲箱中的氨同時供應，或者是上述方 式的組合。進而，存儲箱中的氨可如圖570所示獨立供應，或者如圖580所示與第 二存儲裝置230的氨同時供應，其中可不供應尿素(即，虛線540可不供應)。圖10是一個實施例的另 一個流程圖1000,其說明了基於從第二存儲裝置230排 出的氨的數量來控制供給排氣系統71的尿素量。這樣，在1010控制器12可確定是 否啟動氨排出，否則程序結東。可如本文所述響應來自控制器12的多個反饋信號而 啟動氨排出。例如，控制器12可響應第二存儲裝置230中氨的濃度而促使存儲裝置 實施氨排出。在1020,氨排出可以較低的流量水平開始。這樣，經過導管625的流量可通過 閥門(如存儲閥610)來降低或局部受阻。進而，位於連接點590的閥門，如排放閥 620或三通閥可配置為打開，這樣氨可排至排氣系統71。然而，在初始時期或一定 的持續期間，來自第二存儲裝置230的氨流量可能會足夠低。在這種狀況中，響應 於廢氣傳感器或者是指示氨(或其他還原劑)排出量的傳感器的反饋，可引入和/或 調整(如，降低)液態尿素至排氣泉統71以補償低的氨流量。這樣，當氨從第二存儲裝置230流出時，調整來自存儲箱的尿素可考慮到氨蒸汽的供應。進一步，當流 量較低時可以一開始就釆用這種補償，以降低在計算/測量需要排出多少氨時產生的誤差的影響。然後， 一旦發現存儲裝置230的這種狀態，就可按照如下所示增加流 量。具體地，在一定時期或選定的持續時間(或排出足夠提及的氨蒸汽)後，在1020, 氨流動可能進入氨以較高流量從第二存儲裝置釋放出的流動模式。此時，傳感器， 如傳感器640,可持續檢測從第二存儲裝置230釋放出的氨的數量或濃度。這樣，在 1040，用來補充被排放至排氣系統71的氨的數量，並經由輸入管75向排氣系統71 供應的尿素的數量可被確定和/或調整。在1050,程序可根據例如與第二存儲裝置230相連的傳感器確定第二存儲裝置 230中氨的濃度。控制器12可確定第二存儲裝置230中氨的濃度是否超過門限濃度。 如果否，程序繼續1070中的排出，並且程序可如此重複直至第二存儲裝置230中的 濃度低於該門限氨濃度。如果是，程序可繼續至1060,其中可配置在排放控制系統 200中的閥門，使得從第二存儲裝置230至排氣系統71的流量相應地被減小或者受 阻。可以理解的是，在此所描述的處理順序並不是實現所述這些作為示例的實施例 的特徵和好處所必需的要求，只是為了容易說明和記述。 一個或多個圖示步驟或功 能可依據所使用的特定策略而重複執行。此外，所描述的步驟可用圖表表示要編程 到例如發動機控制系統中為傳感器的計算機可讀介質中的代碼。此處所公開的用來 管理用於SCR過程的多種還原劑的系統和方法的實施例實際上是示例性的，並且這 些具體的實施例並不應認為具有限制意義，因為可能會有許多變化。本發明所公開 的主題內容包括此處所公開的用於對NOx吸附器脫硫的各種系統和方法和其他特徵、 功能和/或屬性的全部新穎的和非顯而易見的組合和子組合。本申請的權利要求特別 指出認為是新穎的且非顯而易見的特定的組合和子組合。這些權利要求會提及"一 個"要素或"第一"要素或其同等物，這樣的權利要求應當理解為包括一個或多個 這樣的要素的結合，而不是要求排除兩個或兩個以上這樣的要素。所公開的特徵、 功能、元素和/或屬性的其它組合及子組合可以通過本發明權利要求的修改或通過在 本申請或相關申請中提供新的權利要求來請求保護。這樣的權利要求，無論是在範 圍上比原始權利要求更寬、更窄、等價或不同，都應被視為包括在本發明的主題之 內。
權利要求
1、一種操作車輛還原劑傳輸和存儲系統的方法，包括在第一存儲裝置中存儲含氨的流體；在第一存儲裝置中產生氨蒸汽；在第二存儲裝置中存儲產生的氨蒸汽；以及從所述第二存儲裝置向發動機排氣系統排出所述存儲的氨蒸汽；以及通過連接在所述還原劑傳輸和存儲系統中的空氣通風口，在所述存儲和排出的至少一個過程中洩放壓力或洩放建立的真空。
2、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述空氣通風口包括一個從所述 第二存儲裝置朝向空氣的開口。
3、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，含氨的流體包括尿素。
4、 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述第二存儲裝置通過吸附材料 催化地保持氨。
5、 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於進一步包括，向排氣中噴射所述含 氨流體，以及基於排氣狀況和從所述吸附材料釋放的氨的數量而調整噴射的量。
6、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述空氣通風口包括減壓閥。
7、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述空氣通風口包括一個真空洩 放閥。
8、 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於進一步包括基於排氣溫度調整噴射量。
9、 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，在所述第二存儲裝置中的吸附材 料包括沸石，氧化鋁，矽石，活性碳，鹼土金屬氧化物，鹼土金屬碳酸鹽，鹼土金 屬的氫氧化物，磷酸鈦，磷酸鋯的至少一種。
10、 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，包括調節與所述第一和第二存 儲裝置中至少一個相連的閥門以調節氨蒸汽流量。
11、 根據權利要求io所述的方法，其特徵在於，所述氨蒸汽的流量是指流至發動機排氣的流量。
12、 根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述氨蒸汽的流量是指流至第 二存儲裝置的流量。
13、 根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述氨蒸汽的流量是指從第二存儲裝置流出的流量。
14、 一種操作車輛還原劑傳輸和存儲系統的方法，包括 在第一存儲裝置中存儲含氨的流體； 在第一存儲裝置中產生氨蒸汽； 在第二存儲裝置中存儲產生的氨蒸汽；以及 從所述第二存儲裝置向發動機排氣系統排出所述存儲的氨蒸汽；以及 通過連接在所述還原劑傳輸和存儲系統中的空氣通風口，在所述存儲和排出的每個過程中洩放壓力或洩放建立的真空。
15、 根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，所述空氣通風口包括從所述第二存儲裝置朝向空氣的開口，並且當存儲氨時，所述蒸汽在通過所述空氣通風口離 開之前存儲在所述第二存儲裝置中，以及所述第二存儲裝置通過所述開口吸入空氣 以向所述排氣系統排出存儲的氨。
16、 根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，含氨的流體包括尿素。
17、 根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述第二存儲裝置通過吸附材 料催化地保持氨。
18、 一種裝置，包括 內燃機；包含催化劑的排放處理系統；還原劑管理系統，適應於在催化劑上遊位置向所述排放處理系統引入第一和第 二還原劑，其中，所述還原劑管理系統包括適於存儲所述第一還原劑的第一還原劑存儲裝置，適 於存儲所述第二還原劑的第二還原劑存儲裝置，連接所述第一還原劑存儲裝置和所述第二還原劑存儲裝置的導管，以及空氣通風口，其中，所述第二還原劑由所述第 一還原劑反應和分解至少一個而生成；以及控制器，適於控制所述還原劑管理系統以有選擇地促使所述第一還原劑和第二 還原被引入所述排放處理系統。
19、 根據權利要求18所述的裝置，其特徵在於，所述第一還原劑是尿素，所述第二還原劑是氨，所述裝置還包括沿著所述導管設置用於連接所述第一存儲裝置和 所述第二存儲裝置的閥門，其中所述閥門是可操作為有選擇地允許所述第二還原劑 流到所述第二存儲裝置，以及所述裝置進一步包括位於所述第二存儲裝置中的吸附 材料，並且其中所述吸附材料包括在陶瓷載體上的沸石塗層。
20、 根據權利要求18所述的裝置，其特徵在於，所述第一還原劑是尿素，並且 其中所述第二還原劑是氨，以及所述還原劑管理系統進一步包括延伸於所述第一存 儲裝置和第二存儲裝置兩者至少一個與所述排放處理之間的流體通道，以及在所述 排放處理系統處液體通路終端的文丘裡裝置，其中所述文丘裡裝置位於發動機的排 氣管中。
21、 根據權利要求18所述的裝置，其特徵在於，所述裝置進一步包括與所述第 二存儲裝置流體相通的空氣壓縮設備。
22、 根據權利要求18所述的裝置，其特徵在於，所述空氣通風口連接在空氣與 所述第二存儲裝置之間，其中所述第二還原劑在通過所述空氣通風口離開進入空氣 之前被所述第二存儲裝置中的材料吸附，以及其中所述第二存儲裝置通過所述開口 吸入空氣以將存儲的還原劑排入所述排氣系統。
全文摘要
一種操作車輛還原劑傳輸和存儲系統的方法，包括在第一存儲裝置中存儲含氨的流體，在第一存儲裝置中產生氨蒸汽，在第二存儲裝置中存儲產生的氨蒸汽，從該第二存儲裝置向發動機排氣中排出所述存儲的蒸汽，通過連接在該還原劑傳輸和存儲系統的空氣通風口，在所述存儲和排出的至少一個過程中洩放壓力或建立真空。
文檔編號F01N3/10GK101220761SQ200710153600
公開日2008年7月16日 申請日期2007年9月18日 優先權日2006年9月18日
發明者喬瓦尼·卡瓦泰奧, 克里斯多福·奧伯斯基, 威廉·洛納, 米切爾·J·范·紐斯塔特, 蒂莫西·韋布 申請人:福特環球技術公司