[发明专利]具有过滤装置的SCR系统的控制

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种用于SCR过程的控制系统，并且更特别是 涉及一种根据过滤装置处或其上游测量的温度来控制喷射还原剂的 量的控制系统。

背景技术

发动机废气排放对于发动机的制造商来说变得越来越重要。政 府和管理机构正在针对许多类型的公路车辆和非公路车辆颁布更加 严格的排放标准。从车辆发动机排放的废气流中污染物的含量必须 根据发动机的类型、尺寸和/或等级来调节。制造商们必须开发新技 术来满足这些标准，并同时为消费者提供高性能、成本有效的设备。

发动机制造商所采用的与废气流污染物规定相符合的一种方法 是使用选择性催化还原(“SCR”)催化器，以便从发动机废气流中 清除氮氧化物(“NO_X”)。在具有催化器的情况下，通过将例如氨 (“NH₃”)的还原剂释放到发动机废气流中来使得SCR系统工作。 NH₃可存储在催化器的与废气流中的NO_X反应以形成例如氮气(“N₂”) 和水(“H₂O”)的有利于环境的产品的表面涂层内。SCR过程的化 学反应可以通过如下反应式表示：

4NH₃(ads)+4NO+O₂→4N₂+6H₂O；           (2)

4NH₃(ads)+2NO+2NO₂→4N₂+6H₂O；         (3)

8NH₃(ads)+6NO₂→7N₂+12H₂O；            (4)

4NH₃(ads)+3O₂→2N₂+6H₂O.               (5)

反应式(1)描述氨从催化器吸附/解吸附，反应式(2)-(4) 是描述在具有催化剂的情况下还原剂和NO_X之间的反应的“脱NO_X” 反应，反应式(5)描述氨的氧化。

通常，制造商寻求使得废气流中的NO_X最大量地转换成H₂O和N₂。 为此，存储在催化器表面上的NH₃的量会增加。然而，NH₃也会从催 化器解吸附，并且通过催化器下游的废气流承载到NH₃释放到大气 (即逃逸)的位置。NH₃的逃逸是不希望的，这是由于未反应的NH₃被释放到大气中并被浪费了。NH₃的解吸附率主要取决于催化器的温 度。随着催化器的温度增加，NH₃从催化器表面的解吸附率呈指数增 加。

不同于发动机或涡轮机通常以稳定状态条件操作的工业的或固 定式SCR应用，用于公路车辆和非公路车辆的机动的SCR系统受到 瞬时发动机速度和载荷影响。瞬时发动机速度和载荷造成随着时间 变化的废气温度以及由此随着时间变化的催化器解吸附率。已经使 用自动控制器来尝试处理废气温度的瞬时变化，同时保持很好的NO_X转换并避免逃逸。

控制SCR过程的一种方法在2007年4月10日授予Gabrielsson 等人的美国专利7200990(’990专利)中得以描述。具体地，’990 专利披露了一种用于控制将还原剂喷射到来自内燃机的含有NO_X的 废气流中的方法。该方法的步骤1是对燃烧所产生的NO_X量进行化学 计算。该计算基于待燃烧空气的测量值、废气中的O₂含量的测量值 以及NO_X含量的测量值。步骤2根据与步骤1相同的三个测量值加上 催化器的废气入口和出口(即分别是催化器的上游和下游)的温度 测量值来计算最大可能或希望的NO_X转换率。来自于步骤1和2的结 果被用于步骤3，以便在理论上获得某个时刻喷射的尿素溶液的量。