[發(fā)明專利]SCR排放控制系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880101237.1
• 申請日: 2008-07-16
• 公開（公告）號: CN101784331A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏志勇;C·Y·梁
• 申請（專利權(quán)）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: B01D53/94
• 分類號: B01D53/94;F02D41/02
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 蘇娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明整體上涉及用于SCR過程的控制器，更具體地，涉及計算所噴射的還原試劑的量的控制器。

背景技術(shù)

發(fā)動機廢氣排放對于發(fā)動機制造商來說變得越來越重要。政府和管理機構(gòu)針對多種公路和越野車輛執(zhí)行越來越嚴格的排放標準。車輛發(fā)動機排出的廢氣中污染物的含量必須是根據(jù)發(fā)動機的類型、尺寸和/或等級來進行控制。制造商必須開發(fā)新技術(shù)以在向消費者提供高性能和經(jīng)濟型的設(shè)備的同時滿足這些標準。

發(fā)動機制造商為了滿足廢氣流污染物法規(guī)所采用的一種方法是使用選擇性催化還原(“SCR”)催化劑來凈化發(fā)動機廢氣流中的氮氧化物(“NOx”)。SCR系統(tǒng)的工作原理是在有催化劑的情況下，向發(fā)動機廢氣流中釋放諸如氨(“NH₃”)等還原劑。NH₃可以儲存在催化劑的表面涂層上，在該處NH₃與廢氣流中的NOx反應(yīng)生成對環(huán)境無害的產(chǎn)物，例如氮氣(“N₂”)和水(“H₂O”)。SCR過程的化學反應(yīng)過程可以通過下述反應(yīng)式來表示：

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)

反應(yīng)式(1)描述了氨吸附于催化劑或從催化劑解吸附，反應(yīng)式(2)到(4)是“脫NOx”反應(yīng)，描述在有催化劑的情況下還原劑與NOx之間的反應(yīng)，而反應(yīng)式(5)描述了氨的氧化。

通常希望廢氣流中被轉(zhuǎn)化為H₂O和N₂的NOx的量最大化。為了實現(xiàn)這一目標，需要增加儲存在催化劑表面上的NH₃的量。但是，NH₃也可能從催化劑解吸附，并被催化劑下游的廢氣流帶走釋放入大氣中(即流失)。由于未發(fā)生反應(yīng)的NH₃釋放入大氣中被浪費，因此不希望發(fā)生NH₃流失。NH₃解吸附速率很大程度上取決于催化劑的溫度。當催化劑的溫度上升時，NH₃從催化劑表面解吸附的速率指數(shù)式上升。

與發(fā)動機或渦輪機基本在穩(wěn)定工況下操作的工業(yè)用或固定SCR應(yīng)用不同，公路卡車和越野機械使用的移動式SCR系統(tǒng)經(jīng)受瞬變的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載。在低負載和低溫的瞬時循環(huán)周期下，催化劑的表面可以儲存大量的NH₃。當發(fā)動機負載增加時，排氣溫度增加且熱的廢氣流迅速加熱SCR催化劑，從而導致所存儲的NH₃解吸附。解吸附的NH₃可能進入廢氣流并且被排入大氣中。

一種在仍然試圖保持良好的NOx轉(zhuǎn)換率的同時克服NH₃流失的方法是基于模型的控制。基于模型的控制器使用內(nèi)部模型來計算有效地與NOx反應(yīng)并減少NOx且同時不造成流失所需要的還原劑的適合的量。但是，對描述包括反應(yīng)式(1)到(5)的SCR過程的微分方程求解可能需要大量的計算并且難以實時地進行。

C.M.Schar等人的名稱為“Control-Oriented?Model?of?an?SCRCatalytic?Converter?System”的SAE論文2004-01-0153(’0153論文)中示出了一種描述反應(yīng)式(1)到(5)以控制SCR過程的方法。具體說來，’0153論文中公開了一種使用Eiley-Rideal機理來描述SCR過程的控制導向的SCR模型。

4NH₃(ads)+4NOx+O₂→4N₂+6H₂O????????????(6)