CN109281737B - 控制和监测氧化催化剂装置的方法 - Google Patents

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Abstract

废气***包括能够接收废气并氧化一种或多种可燃烧碳氢化合物(HC)和一种或多种氮氧化物(NOx)物质的氧化催化剂(OC)；设置在所述OC下游并与所述OC流体连通的选择性催化还原装置(SCR)；以及设置在所述SCR上游的上游NOx传感器和设置在所述SCR下游的下游NOx传感器。用于控制***的方法包括依次向OC和SCR提供废气，测量上游废气NOx浓度，测量下游废气NOx浓度，通过从上游废气NOx浓度减去下游废气NOx浓度来确定NOx差异，以及将所述NOx差异与差异阈值进行比较以确定OC还原性能。该方法在OC高于NOx到NH3的转化产率阈值时和/或在富燃条件下进行。

Description

控制和监测氧化催化剂装置的方法
背景技术
在内燃机(ICE)的燃烧循环期间，空气/燃料混合物被提供给ICE的汽缸。空气/燃料混合物被压缩和/或点燃和燃烧以提供输出扭矩。燃烧后，ICE的活塞迫使汽缸中的废气通过排气阀开口排出并进入排气***。从ICE、特别是柴油发动机排放的废气是一种非均相混合物，其包含气体排放物，例如一氧化碳(CO)、未燃烧的碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOX)，以及构成颗粒物的凝聚相材料(液体和固体)。液体可以包括例如水和碳氢化合物。
废气处理***可以在一个或多个部件中使用催化剂，所述一个或多个部件被配置用于完成后处理过程，例如还原NOx，以产生氮(N2)和水(H2O)的更可接受的废气成分。一种用于减少NOx排放的废气处理技术是选择性催化还原装置(SCR)，其通常包括其上设置有复合催化剂的基底或载体。使废气通过催化剂将某些或所有废气成分转化为所需化合物，例如非调节废气组分。还原剂通常被喷射到SCR上游的热废气中，分解成氨，并被SCR吸收。然后，氨在SCR催化剂的存在下将NOx还原成氮气和水。另一种类型的废气处理装置是氧化催化剂(OC)装置，其通常位于SCR的上游，以起到多种催化功能，包括氧化HC和CO物质。此外，OC可以将NO转化为NO2以改变废气的NO：NOx比率，从而提高下游SCR的NOx还原效率。在一些应用(例如汽油发动机)中，三效催化剂可用于将NOx还原功能以及HC和CO氧化功能结合在单个废气处理装置中。确保在各种运行条件下，特别是通过SCR适当地还原NOX物质仍然是一个挑战。
发明内容
提供了一种用于诊断废气处理***的方法，其中所述***可以包括具有催化组合物(CC)并且能够接收废气并氧化一种或多种可燃烧碳氢化合物(HC)和一种或多种氮氧化物(NOx)物质的氧化催化剂装置(OC)；设置在所述OC下游并与所述OC流体连通，并且配置成在还原剂存在下存储NOx物质并还原NOx物质的选择性催化还原装置(SCR)；以及设置在SCR上游的上游NOx传感器和设置在SCR下游的下游NOx传感器。所述方法包括依次向OC和SCR提供废气，使用上游NOx传感器测量上游废气NOx浓度，使用下游NOx传感器测量下游废气NOx浓度，通过从上游废气NOx浓度减去下游废气NOx浓度来确定NOx差异，以及将NOx差异与差异阈值进行比较以确定OC性能。高于差异阈值的NOx差异可以表示合适的OC NOx氧化性能。SCR还原剂负载可以低于约1％和/或SCR可以低于NOx起燃温度，同时废气被提供给OC。提供给OC的废气可以是内燃机产生的浓相废气。上游NOx传感器可以设置在OC的上游。OC可以高于NH3转化产率阈值。CC可以是一种或多种铂族金属。SCR可以是选择性催化还原过滤装置。上游NOx传感器和下游NOx传感器可以各自对NOx和NH3交叉敏感。
还提供了一种用于诊断废气处理***的方法，其中所述***可以包括具有催化组合物(CC)并且能够接收废气并氧化一种或多种可燃烧碳氢化合物(HC)和一种或多种氮氧化物(NOx)物质的氧化催化剂装置(OC)；设置在所述OC下游并与所述OC流体连通，并且配置成在还原剂存在下存储NOx物质并还原NOx物质的选择性催化还原装置(SCR)；以及设置在SCR上游的上游NOx传感器和设置在SCR下游的下游NOx传感器。所述方法可以包括在一个时间范围内向OC提供废气，随后向SCR提供废气；在所述时间范围内使用上游NOx传感器测量上游废气NOx浓度；在所述时间范围内使用下游NOx传感器测量下游废气NOx浓度；从所述时间范围内上游废气NOx浓度的积分减去所述时间范围内下游废气NOx浓度的积分，以确定在所述时间范围内由OC产生的NH3的量；以及将产生的NH3的量与NH3阈值进行比较，以确定OC性能。NH3的量高于NH3阈值表示合适的OC性能。在所述时间范围内，SCR还原剂负载可以足够低，使得SCR内没有明显的NOx还原发生，并且OC可以高于NOx到NH3的转化产率阈值。所述***还可以包括与OC和SCR流体连通的颗粒过滤装置(PF)，并且所述方法还可以包括在所述时间范围之前进行高温PF再生。提供给OC的废气可以由以小于或等于0.97的lambda比运行的内燃机产生，其中lambda比是实际的ICE空燃比除以ICE化学计量空燃比。OC性能可以是NOx氧化性能。NH3转化产率阈值可以是这样一个温度，当高于所述温度时，NOx到NH3转化产率高于约90％。
还提供了一种用于诊断柴油内燃机(ICE)废气处理***的氧化催化剂装置(OC)的方法，其中所述***包括柴油ICE，其配置成接收空气/燃料混合物，燃烧空气/燃料混合物，并且经由废气管道将燃烧产物作为废气排出；氧化催化剂装置(OC)，其具有催化组合物(CC)，能够经由废气管道从ICE接收废气，并且氧化废气中的一种或多种可燃烧碳氢化合物(HC)和一种或多种氮氧化物(NOx)物质；选择性催化还原装置(SCR)，其设置在OC下游并与OC流体连通，并且配置成在还原剂的存在下存储NOx物质并还原NOx物质；以及设置在OC下游和SCR上游的上游NOx传感器和设置在SCR下游的下游NOx传感器。所述方法可以包括在一个时间范围内将来自ICE的废气依次提供给OC和SCR，其中OC高于NH3转化产率阈值并且废气的氧含量比在空气-燃料化学计量条件下运行的ICE产生的废气的氧含量低至少3％；使用上游NOx传感器测量所述时间范围内的上游废气NOx浓度；使用下游NOx传感器测量所述时间范围内的下游废气NOx浓度；通过从上游废气NOx浓度减去下游废气NOx浓度来确定所述时间范围内的NOx差异；将所述NOx差异与差异阈值进行比较以确定OC NOx还原性能；以及将所述OC NOx还原性能与OC NOx氧化性能相关联。差异阈值可以预先校准，或者使用数据图来确定。在所述时间范围内，OC的温度可以高于NOx到NH3的转化产率阈值。SCR还原剂负载可以足够低，使得SCR内不发生明显的NOx还原。CC可以是一种或多种铂族金属。CC能够在ICE在化学计量和/或稀燃条件下运行时氧化NOx，并且能够在ICE在富燃条件下运行时将NOx还原成NH3。提供给OC的废气可以由以约0.91至约0.98的lambda比运行的内燃机产生，其中lambda比是实际的ICE空燃比除以ICE化学计量空燃比。ICE可以为车辆提供动力。
通过下面对示例性实施例的详细描述和附图，示例性实施例的其他目的、优点和新颖特征将变得更加明显。
附图说明
图1示出了根据一个或多个实施例的废气处理***的示意图；以及
图2示出了根据一个或多个实施例的用于监测和/或诊断废气处理***的方法的流程图。
具体实施方式
此处描述本公开的实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是示例，其他实施例可以采取各种替代形式。附图并不一定是成比例的；某些特征可能被放大或最小化，以显示特定部件的细节。因此，此处公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅是教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的那样，参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，可能需要符合本公开教导的特征的各种组合和修改，以实现特定应用或实施方案。
一般而言，本公开涉及用于监测氧化催化剂装置(OC)的催化性能的方法，所述氧化催化剂装置将OC的还原活性与其氧化能力相关联。随着时间的推移，由于催化剂中毒等因素，OC的催化活性可能下降。具体而言，所述方法监测OC在特定条件下将NOx还原成NH3的能力，并将还原活性与OC在不同条件下氧化NOx物质的能力相关联。此处使用的“NOx”是指一种或多种氮氧化物。NOx物质可以包括NyOx物质，其中y>0、x>0。氮氧化物的非限制性示例可以包括NO、NO2、N2O、N2O2、N2O3、N2O4和N2O5。此处公开的方法特别适用于内燃机(ICE)废气处理***，但也可以预见其他应用。此处描述的方法与ICE***密切相关，ICE***可以包括但不限于柴油发动机***、汽油直接喷射***和均质充气压燃发动机***。ICE可以包括连接到曲轴的多个往复式活塞，曲轴可以可操作地连接到传动系，例如车辆传动系，以给车辆提供动力(例如，向传动系传递牵引扭矩)。例如，ICE可以是任何发动机配置或应用，包括各种车辆应用(例如汽车、船舶等)以及各种非车辆应用(例如泵、发电机等)。虽然ICEs可以在车辆背景下描述(例如，产生扭矩)，但是其他非车辆应用也在本公开的范围内。因此，当提及车辆时，该公开应当被解释为适用于ICE的任何应用。
图1示出了利用一个或多个OC来处理和/或监测气体物质，例如由ICE1产生的废气8的物质的废气处理***100。***100通常包括一个或多个废气管道9和一个或多个下游废气处理装置。上游和下游相对于来自ICE1的废气8的流动方向而限定。如此处所使用的，被描述为彼此上游和/或下游的多个元件必须彼此流体连通。可以包括若干段的废气管道9将废气8从ICE 1输送到废气处理***100的各种废气处理装置。ICE 1被包括在***100中仅仅是为了说明的目的，并且此处的公开不限于ICE提供的气体源。还应当理解，此处所公开的实施例可适用于处理任何废气流，包括NOx、一氧化碳(CO)、HC或期望由OC燃烧或氧化的其他化学物质。
ICE 1可以包括一个或多个汽缸(未示出)，每个汽缸能够容纳能够在其中往复运动的活塞(未示出)。空气和燃料在所述一个或多个汽缸中燃烧，从而使相应的活塞在其中往复运动。活塞可以连接到曲轴(未示出)，曲轴可操作地连接到车辆传动系(未示出)，以便例如向其传递牵引扭矩。废气8通常可以包括：CO、HC、水和氮氧化物(NOx)。此处使用的废气成分不限于气体物质。HC是指包括氢和碳的可燃烧化学物质，并且通常包括汽油、柴油等的一种或多种化学物质。废气8从ICE 1排出，并依次连通到OC 10和选择性催化还原装置(SCR)20。还原剂喷射器30配置成将还原剂36喷射到OC 10下游和SCR 20上游的废气管道9中。***100可任选地包括例如如图所示设置在SCR 20下游的颗粒过滤装置(PF)40。废气8例如可以经由车辆排气管从***100排出。
***100还可以包括经由多个传感器可操作地连接的控制模块50，以监测ICE 1和/或废气处理***100。如这里所使用的，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。控制模块50可操作地连接到ICE 1、OC 10、SCR 20、PF 40和/或一个或多个传感器。如图所示，控制模块50与布置在SCR 20上游的上游NOx传感器60和布置在SCR 20下游的下游NOx传感器62通信。上游NOx传感器60和下游NOx传感器62可以与废气管道9流体连通，以便例如提取废气8样本。上游NOx传感器60可以可选地设置在OC的上游。上游NOx传感器60和下游NOx传感器62配置成检测靠近它们在废气管道9内的位置的NOx水平，并产生对应于NOx水平的NOx信号。在一些实施例中，NOx水平可以包括浓度、质量流率或体积流率。由NOx传感器产生的NOx信号例如可以由控制模块50解释。NOx传感器60和62的缺点是对NOx和NH3交叉敏感，其中由NOx物质产生的传感器信号与由NH3物质产生的信号不可区分。
一般来说，SCR 20包括能够存储和利用还原剂36和催化剂以将NOx物质还原成所需化学物质的所有装置，所述化学物质包括例如双原子氮、含氮惰性物质或被认为是可接受的排放物的物质。还原剂36可以是氨(NH3)，例如无水氨或氨水，或者由能够分解成NH3的富氮和富氢物质，例如尿素(CO(NH2)2)产生。另外或替代地，还原剂36可以是能够在废气8和/或热量的存在下分解或反应以形成氨的任何化合物。在各种实施方案中，还原剂36可以用水稀释。在还原剂36用水稀释的实施方案中，热量(例如来自废气)蒸发水，氨被供应到SCR 20。非氨还原剂可以根据需要用作氨的全部或部分替代物。在还原剂36包括尿素的实施方案中，尿素与废气反应以产生氨，氨被供应到SCR 20。下面的等式(1)提供了通过尿素分解产生氨的示例性化学反应。
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (1)
应当理解，等式(1)仅仅是说明性的，并不意味着将尿素或其它还原剂36分解限制在特定的单个机构中，也不排除其它机构的操作。尿素有效分解成NH3通常需要超过约200℃的温度，并且取决于尿素的注入量，例如相对于废气8的流速，尿素可以在低于约200℃的温度下结晶。因此，还原剂36喷射事件和/或剂量通常基于***温度和废气8流速等来确定，使得尿素分解产率最大化并且尿素结晶最小化。
等式(2)-(6)提供了涉及氨的NOx还原的示例性化学反应。
6NO+4NH3→5N2+6H2O (2)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (3)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (4)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (5)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (6)
应当理解，等式(2)-(6)仅仅是说明性的，并不意味着将SCR 20限制在一个或多个特定的NOx还原机构中，也不排除其他机构的操作。SCR20可以配置成执行上述NOx还原反应、上述NOx还原反应的组合以及其他NOx还原反应中的任何一个。
如图1所示，SCR 20包括封装在壳或罐中的催化组合物(CC)22，该壳或罐通常限定上游侧20'(即入口)和下游侧20”(即出口)，并设置成与废气管道9和任选的其它废气处理装置(例如OC 10)流体连通。壳或罐可以包括相对于废气成分基本上惰性的材料，例如不锈钢。SCR 20配置成在上游侧20′接收废气8和还原剂36。还原剂36可从还原剂储存器(未示出)供应，并在SCR 20上游的位置处经由喷射器30或其它合适的输送装置喷射到废气管道9中。还原剂36可以是气体、液体或水溶液的形式，例如尿素水溶液。还原剂36可以与喷射器30中的空气混合，以帮助喷射的喷雾分散。湍流器38(即混合器)也可以设置在废气管道9内靠近喷射器30和/或SCR 20处，以进一步帮助还原剂36与废气8在整个SCR20中，特别是在整个CC 22中的彻底混合和/或均匀分布。湍流器38可以包括固定或可移动体，其配置成混合、蒸发和/或以其他方式接触管道9内的还原剂36。例如，湍流器38可以包括旋转体，所述旋转体包括一个或多个叶片。湍流器38可以包括金属或导电材料。
CC 22可以是多孔的高表面积材料，其可以在还原剂36如氨的存在下有效地运行以转化废气8中的NOx成分。例如，催化剂组合物可以包含浸渍有一种或多种贱金属组分的沸石，所述贱金属组分例如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钒(V)、钠(Na)、钡(Ba)、钛(Ti)、钨(W)及其组合。在特定的实施例中，催化剂组合物可以包含浸渍有铜、铁或钒中的一种或多种的沸石。在一些实施例中，沸石可以是β型沸石、Y型沸石、ZM5沸石或任何其它结晶沸石结构，例如菱沸石或USY(超稳定Y型)沸石。在特定的实施例中，沸石包括菱沸石。在特定的实施例中，沸石包括SSZ。合适的CC 22可以具有高的热结构稳定性，特别是当与PF一起使用时，或者当结合到选择性催化还原过滤装置(SCRF)中时，所述选择性催化还原过滤装置通过高温废气烟尘燃烧技术再生。CC 22可以可选地进一步包括一种或多种贱金属氧化物作为促进剂，以进一步减少SO3的形成并延长催化剂寿命。在一些实施例中，一种或多种贱金属氧化物可以包括WO3、Al2O3和MoO3。在一个实施例中，WO3、Al2O3和MoO3可以与V2O5组合使用。
SCR 20可以具有起燃温度，高于该起燃温度，CC 22表现出期望的或合适的催化活性或产率(例如，NOx物质的还原)。起燃温度可以取决于包括CC 22的催化材料的类型以及SCR 20中存在的催化材料的量，以及其他因素。例如，包括V2O5的CC 22可以具有约300℃的起燃温度。在另一示例中，包括铁浸渍沸石的CC 22可以具有约350℃的起燃温度。在另一示例中，包括铜浸渍沸石的CC 22可以具有约150℃的起燃温度。当SCR 20在低于其起燃温度的温度下运行时，可能发生非期望的NOx增加和NH3泄漏，其中NOx和/或NH3在未反应或未储存的状态下通过SCR 20。在寒冷条件下，NOx增加和NH3泄漏在发动机启动后会立即成为特别大的问题。NOx增加也可以通过例如柴油发动机中通常实施的稀燃策略而加剧。稀燃策略协调高于化学计量空气与燃料质量比的燃烧，以提高燃料经济性，并产生具有相对高O2和NOx物质含量的热废气。在某些情况下，高O2含量可进一步抑制或防止NOx物质的还原。
CC 22可以设置在基体上，例如金属或陶瓷砖、板或整体蜂窝结构。CC 22例如可以作为涂层沉积在基体上。整体蜂窝结构可以包括每平方英寸数百至数千个平行的流通单元，但其它配置也是合适的。每个流通单元可以由壁表面限定，CC 22可以涂覆在所述壁表面上。基体可以由能够承受与废气8相关的温度和化学环境的材料形成。可以使用的材料的一些具体示例包括陶瓷，例如挤出堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、透锂长石或者耐热和耐腐蚀金属，例如钛或不锈钢。基底可以包括例如非硫酸化二氧化钛材料。如下所述，基体可以包括加热器40、与加热器40邻接或靠近加热器40。废气处理装置的一个示例是SCRF，其除了提供颗粒过滤能力之外，还提供SCR的催化方面。一般而言，SCRF包括应用于过滤基底的CC 22，过滤基底是例如陶瓷或SiC壁流式整体过滤器、缠绕或填充纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等。在一些实施例中，SCRF过滤基底可以包括加热器40、与加热器40邻接或邻近加热器40，如下所述。
SCR 20可以存储(即吸收和/或吸附)还原剂以与废气8相互作用。例如，还原剂可以作为氨存储在SCR内。在SCR 20运行期间，喷射的还原剂36可以存储在SCR 20中，并且随后在与NOx物质的还原反应期间消耗。给定的SCR具有还原剂容量或其能够存储的还原剂或还原剂衍生物的量。存储在SCR内的还原剂相对于SCR容量的量可以被称为SCR“还原剂负载”，并且在一些情况下可以被表示为％负载(例如90％还原剂负载)。
***100包括设置在SCR 20下游的PF 40。仅作为示例，PF 40可以包括柴油颗粒过滤器(DPF)。PF 40运行以过滤碳、烟尘和其它颗粒的废气8。PF 40通常包括封装在壳或罐中的过滤器，例如陶瓷或SiC壁流式整体过滤器。罐可以由例如不锈钢构成，并且具有与废气管道9流体连通的入口和出口。在一些实施例中，废气处理***100还可以包括选择性催化还原过滤装置(SCRF)。在一些实施例中，废气处理***100可以包括SCRF作为SCR 20和PF40的替代物。除了PF的颗粒过滤能力之外，SCR通常还提供SCR的催化方面。例如，SCRF可以包括浸入含有SCR催化组分的涂层中的过滤载体或基底。随着时间的推移，PF和SCRF会积聚颗粒物，必须通过高温燃烧进行再生。例如，可以使用后喷射策略来再生PF。后喷射策略是通过添加或替换燃料喷射事件来修改正常的ICE喷射策略。在ICE(例如ICE 1)运行过程中，燃料和空气被喷射到汽缸中并燃烧，从而使汽缸内的活塞往复运动，活塞随后将机械功传递给相关联的曲轴。在活塞通过燃烧事件移动期间或之后，燃烧产物作为废气从汽缸排出。后喷射策略包括在第一空气-燃料混合物已经在汽缸内被输送或产生之后将燃料喷射或以其他方式输送到发动机汽缸中，但是使得后喷射的燃料在汽缸内充分或完全燃烧。或者，在一些情况下，后喷射燃料仅部分燃烧，废气包括更大量的未燃烧燃料(例如HC)。通过将额外的燃料引入汽缸中，后喷射相应地将额外的热量赋予从汽缸排出的废气，这随后可以帮助再生PF。后喷射策略可以被称为“富燃模式”，其中ICE 1接收比化学计量燃烧比更富燃料的空气/燃料混合物。当在富燃模式下运行时，相对于空气-燃料化学计量ICE运行模式，ICE 1可以排放具有增加的HC含量和减少的氧含量的废气流。后喷射策略还可以包括减少提供给一个或多个ICE汽缸的空气量，以增加富燃模式的幅度。通常，富燃模式可能需要后喷射策略并减少输送到一个或多个ICE汽缸的空气量。
OC 10是包括催化组合物(CC)12并配置成接收废气8的流通装置。OC 10通常用于氧化各种废气8物质，包括HC、CO和NOx物质。CC 12可以容纳在具有入口(即上游)开口和出口(即下游)开口的壳体(例如金属壳体)内，或者配置成提供结构支撑并促进流体(例如废气)流过OC 10。壳体理想地可以包括相对于废气成分基本上惰性的材料，例如不锈钢，并且可以包括任何合适的形状或尺寸，包括圆柱形隔室。所述隔室还可以包括附接特征，例如位于隔室入口开口附近的圆柱形入口管和位于隔室出口开口附近的圆柱形出口管，用于将OC10流体耦合到废气管道9和/或废气处理***100的另一部件。应当理解，包括壳体的OC 10可以包括一个或多个附加部件，用于促进OC 10或废气处理***100的运行，包括但不限于各种传感器。
CC 12可以包括许多不同的催化活性材料及其物理配置，并且可以可选地包括基底，例如多孔陶瓷基质等。催化活性材料可以包括铂族金属催化剂、金属氧化物催化剂及其组合。合适的铂族金属可以包括Pt、Pd、Rh、Ru、Os或Ir，或其组合，包括其合金。在一个实施例中，合适的金属包括Pt、Pd、Rh及其组合，包括其合金。合适的金属氧化物催化剂可以包括例如氧化铁、氧化锌、氧化铝、钙钛矿及其组合。在一个实施例中，CC 12可以包括Pt和Al2O3。在许多实施例中，CC 12包括浸渍有一种或多种催化活性贱金属组分的沸石。沸石可以包括β型沸石、Y型沸石、ZM5沸石或任何其它结晶沸石结构，例如菱沸石或USY(超稳定Y型)沸石。在特定的实施例中，沸石包括菱沸石。在特定的实施例中，沸石包括SSZ。应该理解，CC 12不限于所提供的具体示例，并且可以包括能够氧化HC和CO物质、还原NOx物质和可选地氧化NOx物质的任何催化活性装置。特别地，在柴油氧化催化剂中使用的CC可以在特定条件下氧化HC、CO和NOx物质，并且在其他条件下还原NOx。在另一示例中，三效催化剂，例如与汽油ICE结合使用的三效催化剂，可以氧化HC和CO，并在某些条件下还原NOx。
OC 10可以储存和/或氧化废气8中的NOx物质，NOx物质例如可能在燃料燃烧期间形成。例如，在一些实施例中，OC 10可以用于将NO转化为NO2，以优化下游SCR和/或SCRF的废气NO：NO2比率，所述下游SCR和/或SCRF通常在废气进料流的NO：NO2比率为约1：1时运行效率更高。因此，在许多实施例中，OC 10设置在可选的SCR和SCRF装置的上游。OC 10可以具有起燃温度，高于该起燃温度，CC 12表现出与NOx物质的氧化有关的期望的或合适的催化活性。OC 10NOx氧化起燃温度也可以对应于由CC 12存储的NOx物质的释放温度。起燃温度可以取决于包括CC 12的催化材料的类型以及OC 10中存在的催化材料的量，以及其他因素。通常，CC 12可以具有约150℃至约200℃的NOx氧化起燃温度。例如，一些CC 12在约230℃下实现NOx物质的50％转化。当OC 10在低于其NOx氧化起燃温度的温度下运行时，从OC 10连通到下游SCR 20的废气8的NO2：NOx比率不是最佳。
OC 10可以另外或替代地存储HC和/或催化废气中HC和CO物质的氧化(例如燃烧)。燃烧通常涉及在氧气存在下氧化HC和/或CO物质以产生热量、水和CO2。在一些情况下，例如，由于燃料的非期望的不完全燃烧，HC和/或CO可能存在于废气8中。在其他情况下，HC可以存在于废气8中，以实施各种ICE 1和/或***100控制策略。例如，OC 10可以用于放热氧化HC，以帮助***100的一个或多个废气处理装置达到起燃温度。OC 10可以另外或替代地用于氧化HC，以实现后喷射和辅助喷射再生策略。后喷射策略，例如用于PF和/或催化剂再生的策略，操纵发动机校准，使得后喷射到发动机汽缸中的燃料以至少部分未燃烧的状态排出到废气***100中。当后喷射燃料接触OC 10时，燃料氧化过程中释放的热量被传递给废气处理***，可以帮助再生各种处理装置，例如特定的过滤器PF和SCRF。类似地，辅助喷射策略，例如用于PF和/或催化剂再生的辅助喷射策略，将燃料喷射到ICE 1下游的***100中，以使燃料与OC 10接触，随后由燃料的放热燃烧释放热量。
OC 10可以具有起燃温度，高于该起燃温度，CC 12表现出与CO和/或HC物质的氧化有关的期望的或合适的催化活性。OC 10CO和/或HC起燃温度也可以对应于由CC 12存储的CO和/或HC物质的释放温度。起燃温度可以取决于包括CC 12的催化材料的类型以及OC 10中存在的催化材料的量，以及其他因素。例如，一些CC 12可以具有约150℃至约175℃的CO氧化起燃温度。例如，一些CC 12可以具有约175℃至约250℃的HC氧化起燃温度。当OC 10在低于其CO和/或HC氧化起燃温度的温度下运行时，可能发生非期望的CO和/或HC增加。
用于诊断OC催化性能的方法在机会可用性和准确性方面都受到限制。此处提供了用于监测OC的催化性能的方法，该方法利用了NOx传感器的交叉灵敏性和OC 10在特定条件下将NOx催化转化为NH3的现象。特别地，在富燃条件和高温(例如大于约350℃)下，氧化催化剂材料(例如CC 12)可以将NOx物质还原成NH3。通过OC 10将NOx物质还原成NH3可以与OC10NOx氧化能力相关联，其例如可以用于监测OC 10性能。NOx物质还原成NH3和NOx物质的氧化可以由相同的催化元素(即CC 12)催化，在一些实施例中，该催化元素可以包括PGM。
图2示出了用于诊断废气处理***的方法200。方法200将参考***100进行描述，但不应被解释为受所描述的***100的特定配置的限制。方法200包括210，依次提供废气8至OC 10和SCR 20；220，测量SCR 20上游的NOx浓度(例如经由上游NOx传感器60)；230，测量SCR 20下游的NOx浓度(例如经由下游NOx传感器62)；240，确定上游-下游NOx差异；250，使用NOx差异确定OC20性能。上游NOx浓度和下游NOx浓度可以包括例如在一个时间范围内的平均浓度。上游NOx传感器60和下游NOx传感器62可以对NOx和NH3交叉敏感。在步骤210处，废气8可以由ICE 1依次提供至OC 10和SCR 20，ICE 1可以可选地为车辆提供动力。例如，提供210、测量220和测量230可以在一个时间范围内发生。OC 10包括CC 12，其能够在OC 10低于NOx到NH3的转化产率阈值(例如，ICE 1在化学计量和/或稀燃条件下运行)时氧化NOx，如下所述，并且能够在OC 10高于NOx到NH3的转化产率阈值(例如，ICE 1在富燃条件下运行)时将NOx还原为NH3。
在方法200的实施过程中(例如，在所述时间范围内)，OC可以高于NOx到NH3的转化产率阈值。NOx到NH3的转化产率阈值通常是OC 10温度、提供给OC 10的废气8中的氧含量和CC 12的量(例如，OC 10PGM负载)中的一个或多个的函数，其中较高的OC 10温度、废气8中的较低的氧含量以及CC 12较高的催化负载会增加NOx到NH3的转化产率。可以针对特定的OC 10(例如，具有特定的PGM负载)确定OC 10温度和废气8中的氧含量，使得期望量的NOx经由CC 12被还原为NH3。合适的NOx还原产率可以是例如至少约90％、至少约95％或约99％。在其它实施例中，合适的NOx还原产率可以包括任何可测量的产率，或者可以通过例如模型来解释。
合适的DOC温度可以是例如至少约350℃。例如，期望的废气8中的氧含量可以低于在化学计量条件下运行的ICE产生的废气8中的氧含量。在方法200的实施过程中，相对于在化学计量条件下运行的ICE 1产生的废气8的HC水平，废气8可以可选地包括增加的HC水平。在方法200的实施过程中，ICE 1可以在富燃模式下运行并产生浓相废气8。具体的化学计量空燃比可以根据例如大气的成分和/或燃料的成分而变化。ICE富燃运行模式或浓相废气可以由lambda比(λ)统一定义，lambda比由实际空燃比除以化学计量空燃比计算而得。相应地，在化学计量条件下λ＝1，在稀燃条件下λ>1，在富燃条件下λ<1。在一个实施例中，提供给OC 10的废气8由以小于或等于0.97的lambda比运行的ICE 1产生(即，比在空气燃料化学计量条件下运行的ICE 1产生的废气8中的氧含量低至少3％)。在一些实施例中，提供给OC 10的废气8由以约0.91至约0.98的lambda比运行的ICE 1产生。
在一些实施例中，SCR 20可以具有低于约1％的还原剂36负载，和/或SCR 20可以低于其NOx起燃温度。在其他实施例中，SCR 20可以具有足够低的还原剂36负载，使得SCR内没有明显的NOx还原发生，和/或SCR 20可以低于其NOx起燃温度。在一些实施例中，方法200可选地包括在提供210、测量220和测量230之前首先进行PF 40高温再生。PF 40再生可以确保高OC 10温度和低SCR 20还原剂36负载。
在上述条件下，OC 10将使废气8中存在的NOx的至少一部分还原成NH3，并且OC 10下游的废气8将包括NH3和可选的NOx，其中NOx表示废气8中未还原成NH3的NOx的量或浓度。当废气8随后进入SCR 20时，NH3将存储在CC 22中。低SCR 20还原剂36负载将允许废气8中的任何NOx以未还原的状态通过SCR 20，并随后由下游NOx传感器62检测。基于在***100的特定条件下预期的OC 10的NOx到NH3的产率，离开OC 10的废气8中的NOx的量或浓度可以表现出OC 10催化(即还原)能力的不足。该NOx量等于NOx差异，其可以通过240从上游NOx浓度减去下游NOx浓度来确定。类似地，在一个实施例中，NOx差异可以包括NH3的量，所述NH3的量通过从所述时间范围内上游废气NOx浓度的积分减去所述时间范围内下游废气NOx浓度的积分来计算，以确定在所述时间范围内由OC产生的NH3的量。
可以确定差异阈值(即，存在于OC 10下游的废气8中的可接受的最大NOx量，或者由OC 10产生的可接受的最小NH3量)，以识别OC 10的可接受的还原能力的最小水平，并且该差异阈值对于***100的各种运行参数(即，OC 10温度、废气8的氧浓度等)可以是唯一的。例如，在***100的特定运行条件下，模型可以确定CC 12的NOx到NH3的转化产率(例如5％、50％、90％、99.999％)。该转化产率可以用于确定差异阈值。可以使用包括对应于***100的一个或多个方面的多个值的数据图来预校准或确定差异阈值，例如，ICE校准、废气8NOx浓度、废气8HC浓度和CC 12温度等。类似地，差异阈值可以专用于特定的OC 10。例如，较高的CC 12的量(例如PGM)将增加NH3的形成，因此应该将阈值设置得更高。类似地，包括Pt的CC 12将比包括Pt、Pd和Rh的CC3形成更多的NH3，因此应该具有更高的阈值。
将NOx差异与差异阈值进行比较可以表示OC 10催化(即还原)性能的适宜性。例如，大于差异阈值的NOx差异可以表示不合适的OC 10催化还原性能。更重要的是，OC 10还原性能的适宜性可以与OC 10氧化性能的适宜性相关联。因此，在确定OC 10将NOx还原成NH3的催化能力时，可以确定OC 10氧化NOx、HC和CO等中的一种或多种的催化能力。更具体地，OC 10在NOx到NH3的转化产率阈值处或之上(例如，在富燃条件下)将NOx还原为NH3的催化能力可以与OC 10在NOx到NH3的转化产率阈值之下(例如，在化学计量或稀燃条件下)氧化NOx、HC和CO等中的一种或多种的催化能力相关联。
尽管上面描述了示例性实施例，但这些实施例并不旨在描述权利要求所包含的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性词语，而不是限制性词语，应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前所述，各种实施例的特征可以被组合以形成可能没有明确描述或示出的本发明的其他实施例。尽管各种实施例可以被描述为在一个或多个期望特性方面相对于其他实施例或现有技术实施方案具有优点或更优越，但是本领域普通技术人员认识到，一个或多个特征或特性可以被折衷以实现期望的整体***属性，这取决于特定的应用和实施方案。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、组装容易性等。因此，在一个或多个特性方面被描述为不如其他实施例或现有技术实施方案理想的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用而言是理想的。

Claims (10)

1.一种用于诊断废气处理***的方法，其中所述***包括具有催化组合物并且能够接收废气并氧化一种或多种可燃烧碳氢化合物和一种或多种氮氧化物物质的氧化催化剂装置；设置在所述氧化催化剂装置下游并与所述氧化催化剂装置流体连通，并且配置成在还原剂存在下存储氮氧化物物质并还原所述氮氧化物物质的选择性催化还原装置；以及设置在所述选择性催化还原装置上游的上游氮氧化物传感器和设置在所述选择性催化还原装置下游的下游氮氧化物传感器；所述方法包括：
依次向所述氧化催化剂装置和所述选择性催化还原装置提供废气；
使用所述上游氮氧化物传感器测量上游废气氮氧化物浓度；
使用所述下游氮氧化物传感器测量下游废气氮氧化物浓度；
通过从所述上游废气氮氧化物浓度减去所述下游废气氮氧化物浓度来确定氮氧化物差异；以及
将所述氮氧化物差异与差异阈值进行比较以确定氧化催化剂装置性能，其中高于所述差异阈值的氮氧化物差异表示合适的氧化催化剂装置氮氧化物氧化性能；
其中所述选择性催化还原装置还原剂负载低于1%和/或所述选择性催化还原装置的温度低于氮氧化物起燃温度，同时废气被提供给所述氧化催化剂装置。
2.一种用于诊断废气处理***的方法，其中所述***包括具有催化组合物并且能够接收废气并氧化一种或多种可燃烧碳氢化合物和一种或多种氮氧化物物质的氧化催化剂装置；设置在所述氧化催化剂装置下游并与所述氧化催化剂装置流体连通，并且配置成在还原剂存在下存储氮氧化物物质并还原所述氮氧化物物质的选择性催化还原装置；以及设置在所述选择性催化还原装置上游的上游氮氧化物传感器和设置在所述选择性催化还原装置下游的下游氮氧化物传感器；所述方法包括：
在一个时间范围内向所述氧化催化剂装置提供废气，随后向所述选择性催化还原装置提供废气；
在所述时间范围内使用所述上游氮氧化物传感器测量上游废气氮氧化物浓度；在所述时间范围内使用所述下游氮氧化物传感器测量下游废气氮氧化物浓度；
从所述时间范围内所述上游废气氮氧化物浓度的积分减去所述时间范围内所述下游废气氮氧化物浓度的积分，以确定在所述时间范围内由所述氧化催化剂装置产生的NH3的量；以及
将产生的NH3的量与NH3阈值进行比较，以确定氧化催化剂装置性能，其中NH3的量高于所述NH3阈值表示合适的氧化催化剂装置性能；
其中在所述时间范围内，选择性催化还原装置还原剂负载足够低，使得所述选择性催化还原装置内没有明显的氮氧化物还原发生，并且所述氧化催化剂装置的氮氧化物到NH3的转化产率高于氮氧化物到NH3的转化产率阈值。
3.一种用于诊断柴油内燃机废气处理***的氧化催化剂装置的方法，其中所述***包括：柴油内燃机，其配置成接收空气/燃料混合物，燃烧所述空气/燃料混合物，并且经由废气管道将燃烧产物作为废气排出；氧化催化剂装置，其具有催化组合物，能够经由所述废气管道从所述内燃机接收废气，并且氧化所述废气中的一种或多种可燃烧碳氢化合物和一种或多种氮氧化物物质；选择性催化还原装置，其设置在所述氧化催化剂装置下游并与所述氧化催化剂装置流体连通，并且配置成在还原剂的存在下存储氮氧化物物质并还原所述氮氧化物物质；以及设置在所述氧化催化剂装置下游和所述选择性催化还原装置上游的上游氮氧化物传感器和设置在所述选择性催化还原装置下游的下游氮氧化物传感器；所述方法包括：
在一个时间范围内将来自所述内燃机的废气依次提供给所述氧化催化剂装置和所述选择性催化还原装置，其中所述氧化催化剂装置高于NH3转化产率阈值并且所述废气的氧含量比在空气-燃料化学计量条件下运行的所述内燃机产生的废气的氧含量低至少3%；
在所述时间范围内使用所述上游氮氧化物传感器测量上游废气氮氧化物浓度；
在所述时间范围内使用所述下游氮氧化物传感器测量下游废气氮氧化物浓度；
通过从所述上游废气氮氧化物浓度减去所述下游废气氮氧化物浓度来确定所述时间范围内的氮氧化物差异；
将所述氮氧化物差异与差异阈值进行比较以确定氧化催化剂装置氮氧化物还原性能；以及
将所述氧化催化剂装置氮氧化物还原性能与氧化催化剂装置氮氧化物氧化性能相关联。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中提供给所述氧化催化剂装置的所述废气包括由内燃机产生的浓相废气。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述催化组合物包括一种或多种铂族金属。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述选择性催化还原装置包括选择性催化还原过滤装置。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述上游氮氧化物传感器和所述下游氮氧化物传感器各自对氮氧化物和NH3交叉敏感。
8.根据权利要求2-3中任一项所述的方法，其中所述***还包括与所述氧化催化剂装置和所述选择性催化还原装置流体连通的颗粒过滤装置，并且所述方法还包括在所述时间范围之前进行高温颗粒过滤装置再生。
9.根据权利要求3所述的方法，其中所述催化组合物能够在所述内燃机在化学计量和/或稀燃条件下运行时氧化氮氧化物，并且能够在所述内燃机在富燃条件下运行时将氮氧化物还原成NH3。
10.根据权利要求3所述的方法，其中提供给所述氧化催化剂装置的所述废气由以0.91至0.98的lambda比运行的内燃机产生，其中所述lambda比包括实际的内燃机空燃比除以内燃机化学计量空燃比。
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