專利名稱：稀氮氧化物排放控制系統(tǒng)和方法
稀氮氧化物排放控制系統(tǒng)和方法 相關(guān)申請的交叉引用 在典型的SCR過程中，N0X與由配料系統(tǒng)噴射進將要被吸 收到SCR催化劑上的廢氣流中的還原劑發(fā)生反應(yīng)。所噴射的配料試劑 (例如，尿素)分解從而形成氨(NH3)。卵3與N0x反應(yīng)從而將N0x還 原為氮(N2)和水(H20)。 TWC30和SCR單元32通過化學(xué)反應(yīng)去除廢氣中的NO,和其 他排放物。在TWC30處，當(dāng)發(fā)動機12中的空氣-燃料(A/F)比為濃時， 氮氧化物(N0X)與廢氣中的一氧化碳(CO)、氫氣(H2)、碳?xì)寤?物(HC )和水(H20 )反應(yīng)從而生成氨NH3。 SCR單元32存儲在TWC30 中產(chǎn)生的NH3。當(dāng)發(fā)動機12中的A/F比為稀時，SCR單元32中存儲的 N&和SCR催化劑與廢氣中的NOx反應(yīng)從而生成氮氣(N2)和H力。
0022SCR單元32可通過廢氣、還原性添加劑(例如尿素)和 SCR催化劑之間的化學(xué)反應(yīng)去除廢氣中的NO"廢氣流中的熱量導(dǎo)致尿 素水溶液分解成服3和氪氰酸(HNCO )。這些分解產(chǎn)物進入SCR單元32， 在SCR單元32中，HNCO進一步分解成氣相冊3并且氣相冊3被吸收。 所吸收的仰3與廢氣中的N(X反應(yīng)從而形成&0和N2。0023] 在SCR單元32處于最佳溫度范圍內(nèi)時，SCR單元32可 最有效地(即，接近100%)存儲在TWC30中產(chǎn)生的NH3。最佳溫度范圍 取決于多種因素，包括SCR催化劑類型或涂層。例如，最佳溫度范圍 可大約在25(TC與350。C之間。 進氣系統(tǒng)18可包括檢測空氣質(zhì)量流率的空氣流量計40。 排氣系統(tǒng)28包括氧氣(02)傳感器42,氧氣(02)傳感器42檢測TWC30 下游的廢氣中的02濃度。排氣系統(tǒng)28可包括NO,傳感器44、仰3傳感 器46和溫度傳感器48。 NOx傳感器44檢測排氣歧管26處的廢氣中的 NOx濃度。NH3傳感器46檢測TWC30下游的廢氣中的仰3濃度。溫度傳 感器48可檢測SCR單元32和TWC30之間的廢氣溫度，如

圖1所示。 替代性地，溫度傳感器48可檢測SCR單元32或TWC30中的廢氣溫度。
0025]控制模塊20基于NH3存儲水平通過燃料泵14和燃料噴射 器16控制發(fā)動機12中的A/F比?？刂颇K20接收來自02傳感器42 的02濃度?？刂颇K20可接收來自空氣流量計40的空氣質(zhì)量流率、 來自NO,傳感器44的NO,濃度、來自冊3傳感器46的冊3濃度和來自溫 度傳感器48的廢氣溫度。 NH3存儲水平判定模塊200可基于來自NO,質(zhì)量流率判定 模塊206的NO,質(zhì)量流率判定NH3存儲水平的增大量。更具體地說，NH3 存儲水平判定模塊200可基于對于檢測到的每克N(X產(chǎn)生0. 5克卵3的 關(guān)系來計算NH3存儲水平的增大量，該關(guān)系可基于來自溫度傳感器48 的廢氣溫度而進行修改。替代性地，仰3存儲水平判定模塊200可基于 來自冊3傳感器46的N&濃度、來自空氣流量計40的空氣質(zhì)量流率和 來自燃料控制模塊202的燃料質(zhì)量流率來判定NH3存儲水平的增大量。 當(dāng)NH3存儲水平未超過最低NH3存儲水平時，控制在步驟 316中設(shè)定A/F比為濃并且在步驟318中判定TWC后A/F比是否為濃。 當(dāng)TWC后A/F比不為濃時，控制返回到步驟306。當(dāng)TWC后A/F比為濃 時，控制在步驟320中判定N0x質(zhì)量流率、在步驟322中判定仰3存儲 水平的增大量以及在步驟324中判定目標(biāo)NH3存儲水平?？刂瓶苫贜0X 質(zhì)量流率、A/F比和廢氣溫度判定NH3存儲水平的增大量。替代性地， 控制可基于卵3濃度、空氣質(zhì)量流率和燃料質(zhì)量流率判定NH3存儲水平 的增大量?？刂瓶捎嬎隳繕?biāo)NH3存儲水平使得其大小高于SCR單元32 的最低NH3存儲水平并且低于SCR單元32的NH3飽和點。例如，控制 可將目標(biāo)NH3存儲水平設(shè)定在SCR單元32的N&飽和點以下20°/。到30% 的范圍內(nèi)。
[0040在步驟326中，控制判定NH,存儲水平是否超過目標(biāo)NH3 存儲水平。當(dāng)NH3存儲水平未超過目標(biāo)NH3存儲水平時，控制返回到步 驟318并且繼續(xù)監(jiān)測NH;存儲水平。當(dāng)Nm存儲水平超過目標(biāo)仰3存儲 水平時，控制返回到步驟302。
[0041現(xiàn)在參考圖4,曲線圖示出了 A/F比控制信號、由此引起 的SCR單元處的服3和NOx累積進入質(zhì)量以及由此引起的SCR單元中的 NH3水平。A/F比控制信號在稀和濃操作之間調(diào)節(jié)。然而，A/F比控制信 號通常調(diào)節(jié)為稀操作以改善燃料經(jīng)濟性。
[00421 如上所述，TWC催化劑在濃操作期間與NOx和其他廢氣排 放物反應(yīng)從而生成存儲在SCR單元中的NH3,而且所存儲的仰3隨后在 稀操作期間與廢氣中的NOx反應(yīng)從而生成比和H20。因此，在濃操作期 間，SCR單元處的NH3累積進入質(zhì)量增大，并且在稀操作期間，SCR單 元處的NOx累積進入質(zhì)量增大。此外，SCR單元中的冊3水平在濃操作 期間增大并且在稀操作期間減少。
[0043A/F比可在稀和濃之間調(diào)節(jié)，使得稀NOx(即，在稀操作 期間產(chǎn)生的NOx)與濃NOx(即，在濃操作期間產(chǎn)生的N0X)平衡并且在
10稀操作期間消耗的卵3質(zhì)量與在濃操作期間產(chǎn)生的冊3質(zhì)量平衡。所描
迷的A/F比控制信號被偏移以便形成稍微過量的卵3排放物并確保有力 的N(X還原。調(diào)節(jié)A/F比以平衡NOx和NH3導(dǎo)致在沒有過量排放物和燃 料消耗的情況下有效地減少NOx。此外，平衡N0x和NH3可使得無需設(shè)置 LNT和配料系統(tǒng)，或減少為了充分還原N0X而必須噴射的配料試劑的量。 調(diào)節(jié)A/F比為濃的持續(xù)時間過長可使燃料經(jīng)濟性劣化并且使NH3水平增 大到高于SCR單元的NH3存儲容量，這會導(dǎo)致過量的HC和CO排放物。 調(diào)節(jié)A/F比為稀的持續(xù)時間過長可降低NH3存儲水平，這導(dǎo)致過量的N0X 排放物。
[00441 現(xiàn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員通過前述描述能夠認(rèn)識到，本發(fā)明 的寬泛教導(dǎo)能夠以各種形式來實施。因此，雖然本發(fā)明包括特定示例， 但是，本發(fā)明的真實范圍不應(yīng)該局限于此，因為在研究了附圖、說明 書和所附權(quán)利要求書的基礎(chǔ)上，其他改型對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變 得顯而易見。
權(quán)利要求
1.一種控制系統(tǒng)，包括NH3存儲水平判定模塊，所述NH3存儲水平判定模塊判定排氣系統(tǒng)中的NH3存儲水平；和燃料控制模塊，所述燃料控制模塊基于所述NH3存儲水平控制發(fā)動機中的空氣-燃料(A/F)比。
2. 如權(quán)利要求l所述的控制系統(tǒng)，還包括最低卵3存儲水平判定模 塊，所述最低NH3存儲水平判定模塊基于廢氣溫度判定最低NH3存儲水 平。
3. 如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃料控制模塊在所述 NH3存儲水平超過所述最低NH3存儲水平時將所述A/F比設(shè)定為稀。
4. 如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃料控制模塊在所述 NH3存儲水平未超過所述最低NH3存儲水平時將所述A/F比設(shè)定為濃。
5. 如權(quán)利要求l所述的控制系統(tǒng)，還包括目標(biāo)NH3存儲水平判定模 塊，所述目標(biāo)NH3存儲水平判定模塊基于廢氣溫度判定目標(biāo)NH3存儲水平。
6. 如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中，所述燃料控制模塊在所述
7. 如權(quán)利;求l所述的控制系統(tǒng)，還包括NOx質(zhì)量流率判定模塊，所 述N0x質(zhì)量流率判定模塊基于N0x濃度判定N0x質(zhì)量流率。
8. 如權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其中，所述NH3存儲水平判定模塊 基于所述N0x質(zhì)量流率判定所述NH3存儲水平的變化。
9. 如權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中，所述NH3存儲水平判定模塊 還基于廢氣溫度、催化劑類型和所述A/F比中的至少一個判定所述NH3 存儲水平的所述變化。
10. 如權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中，所述NH3存儲水平判定模塊 基于先前的冊3存儲水平和所述卵3存儲水平的所述變化判定所述仰3存 儲水平。
11. 一種方法，包括 判定排氣系統(tǒng)中的NH3存儲水平；和基于所述NH3存儲水平控制發(fā)動機中的空氣-燃料(A/F)比。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括基于廢氣溫度判定最低NH3存儲水平。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括當(dāng)所述關(guān)3存儲水平超過所述最低NH3存儲水平時將所迷A/F比設(shè)定為稀。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，還包括當(dāng)所述冊3存儲水平未超過所述最低NH3存儲水平時將所述A/F比設(shè)定為濃。
15. 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括基于廢氣溫度判定目標(biāo)NH3存儲水平。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括當(dāng)所述NH3存儲水平超過所述目標(biāo)NH3存儲水平時將所述A/F比設(shè)定為稀。
17. 如權(quán)利要求ll所述的方法，還包括基于NOx濃度判定NOx質(zhì)量流率。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括基于所述NO,質(zhì)量流率判定所述NH3存儲水平的變化。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括還基于廢氣溫度、催化劑類型和所述A/F比中的至少一個判定所述NH3存儲水平的所述變化。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括基于先前的冊3存儲水平和所述NH3存儲水平的所述變化判定所述NH3存儲水平。
全文摘要
本發(fā)明涉及稀氮氧化物排放控制系統(tǒng)和方法，更具體地涉及一種控制系統(tǒng)，其包括判定排氣系統(tǒng)中的NH₃存儲水平的NH₃存儲水平判定模塊和基于NH₃存儲水平控制發(fā)動機中的空氣-燃料(A/F)比的燃料控制模塊。本發(fā)明還涉及一種方法，其包括判定排氣系統(tǒng)中的NH₃存儲水平和基于NH₃存儲水平控制發(fā)動機中的A/F比。
文檔編號F02D41/00GK101660456SQ20091017137
公開日2010年3月3日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者D·B·布朗, D·J·克利里, W·李 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司