CN109595059A - 用于选择性催化还原装置的脱硫方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种用于使处理排气的SCR装置脱硫的脱硫方法。脱硫方法包括将还原剂喷射到SCR装置上游的或进入SCR装置的排气中并且升高排气的温度。

Description

用于选择性催化还原装置的脱硫方法
引言
本公开涉及用于内燃机的排气***，并且更具体地涉及使用选择性催化还原(SCR)单元以进行排放控制的排气***。
从内燃机、特别是柴油发动机排出的排气是一种非均质混合物，其含有诸如一氧化碳(“CO”)、未燃烧的碳氢化合物(“HC”)以及氮氧化物(“NOx”)、硫氧化物(“SOx”)等气态排放物以及构成颗粒物质(“PM”)的冷凝相材料(液体和固体)。通常被设置在催化剂载体或基板上的催化剂组合物被设置在发动机排气***中作为后处理***的一部分，以将某些或全部这些排气成分转化为未经调节的排气组分。
排气处理***通常包括选择性催化还原(SCR)装置。SCR装置包括其上设置有SCR催化剂以减少排气中的NOx的量的基板。典型的排气处理***还包括喷射还原剂(诸如例如氨(NH3)、尿素(CO(NH2)2等))的还原剂输送***。SCR装置利用NH3来还原NOx。例如，当在合适的条件下向SCR装置供应适量的NH3时，在SCR催化剂存在下NH3与NOx反应以减少NOx排放。
排气中的SOx中存在硫会使SCR催化剂“中毒”或失活。由于SCR催化剂暴露于SOx，SCR催化剂还原NOx的能力降低，因此NOx转化效率降低。为了恢复NOx转化效率，需要经由脱硫(即，SCR催化剂的再生)从SCR催化剂中除去SOx。SCR催化剂的脱硫可以通过经由内燃机中的燃料的燃烧将排气温度升高到550℃以上来实现。然而，这种脱硫方法由于SCR催化剂暴露于如此高的温度而导致燃料消耗增加和SCR催化剂降解。因此，希望提供用于SCR装置脱硫的改进方法。
发明内容
本文描述了一种用于处理包括内燃机的机动车辆中的排气的排放控制***。排放控制***包括选择性催化还原(SCR)装置和可操作地连接到SCR装置的控制器。控制器被配置为执行脱硫方法以通过将还原剂喷射到SCR装置上游的或进入SCR装置的排气中并且升高排气的温度来使SCR装置脱硫。
在一个方面中，控制器被编程为喷射还原剂并且将排气的温度升高达选定持续时间。排放控制***进一步包括温度传感器，其可操作地连接到排气并且与排气流体连通。温度传感器可操作地连接到控制器。脱硫方法进一步包括测量排气的温度，并且在排气的温度升高之后，将排气的温度保持在预定温度直到选定持续时间结束。排气的温度升高到300℃到500℃。选定持续时间等于或大于10分钟。
在另一个方面中，排放控制***进一步包括下游NOx传感器，其可操作地连接到排气并且与排气流体连通。下游NOx传感器被设置在SCR装置的下游并且可操作地连接到控制器，并且被配置为测量来自下游NOx传感器的排气的下游NOx值。脱硫方法进一步包括测量来自下游NOx传感器的下游NOx值。如果下游NOx值等于或大于NOx阈值，则发起还原剂的喷射和排气温度的升高。还原剂的喷射和排气温度的升高持续直到以下至少一项：选定持续时间结束以及测量到下游的NOx值等于或小于选定NOx值。
在又一方面中，排放控制***进一步包括：下游NOx传感器，其可操作地连接到排气并且与排气流体连通，该下游NOx传感器被设置在SCR装置的下游并且可操作地连接到控制器，；以及上游NOx传感器，其可操作地连接到排气并且与排气流体连通，该上游NOx传感器被设置在SCR装置的上游并且可操作地连接到控制器。下游NOx传感器被配置为测量来自下游NOx传感器的排气的下游NOx值。上游NOx传感器被配置为测量来自上游NOx传感器的排气的上游NOx值。脱硫方法进一步包括测量来自下游NOx传感器的下游NOx值、测量来自上游NOx传感器的上游NOx值，以及使用下游NOx值和上游NOx值来确定NOx转化效率。如果NOx转化效率等于或小于NOx转化效率下限，则发起还原剂的喷射和排气温度的升高。还原剂的喷射和排气温度的升高持续直到以下至少一项：选定持续时间结束以及确定NOx转化效率等于或大于选定NOx转化效率。本文进一步描述了一种包括上述排放控制***的车辆。
一种用于具有内燃机和排放控制***的机动车辆中的选择性催化还原(SCR)装置的脱硫方法，其包括将还原剂喷射到排气中并且升高排气的温度。在还原剂的喷射期间，还原剂与下游NOx值的摩尔比为0.5:1到4:1。在一个示例中，基于排气的总重量，还原剂的喷射量等于或大于200重量ppm。在另一方面中，
一种用于控制来自包括内燃机的机动车辆的排气中的排放的方法包括使用上述脱硫方法来处理SCR装置中的排气并且使SCR装置脱硫。
从以下结合附图的具体实施方式中，本公开的以上特征和优点以及其它特征和优点将容易显而易见。
附图说明
其它特征、优点和细节仅借助于示例出现在具体实施方式中，该详细描述参考附图，其中：
图1描绘了根据一个或多个实施例的包括内燃机和排放控制***的机动车辆；
图2说明了根据一个或多个实施例的排放控制***的示例性部件；
图3说明了用于控制来自包括内燃机的机动车辆的排气中的排放的说明性方法的流程图；
图4说明了用于SCR装置的脱硫的说明性方法的流程图；
图5说明了用于SCR装置的脱硫的另一种说明性方法的流程图；以及
图6说明了示例1和2的NOx转化效率的图。
具体实施方式
为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中所说明的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，应当理解的是，由此不旨在限制本公开的范围。具体实施方式仅仅具有说明性本质，而不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，在整个附图中，对应的附图标号指示相同或对应的部分和特征。如本文所使用，术语模块是指可以包括执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或成组的)以及存储器模块的处理电路、组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其它合适部件。
另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、范例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不必被解释为比其它实施例或设计更优选或更具优势。术语“至少一个”和“一个或多个”应当被理解为包括大于或等于1的任何整数，即，一个、两个、三个、四个等。术语“多个”应当被理解为包括大于或等于2的任何整数，即，两个、三个、四个、五个等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
如本文所示和所述，将呈现本公开的各种特征。各种实施例可以具有相同或类似的特征，因此相同或类似的特征可以用相同的附图标记来标记，但是前面有指示示出特征的图的不同的第一数字。因此，例如，图X中所示的元件“a”可以被标记为“Xa”，并且图Z中的类似特征可以被标记为“Za”。虽然可以在一般意义上使用类似的附图标记，但是将描述各种实施例，并且各种特征可以包括如本领域技术人员将明白的改变、变更、修改等，而无论是明确描述的还是本领域技术人员将明白的。
根据一个实施例的一方面的机动车辆在图1中总体上用10指示。机动车辆10以皮卡车的形式示出。应当理解的是，机动车辆10可以采用各种形式，包括汽车、商业运输工具、轮船等。机动车辆10包括具有发动机舱14、乘客舱15和载货车板17的车身12。发动机舱14容纳内燃机***24，其在所示的说明性实施例中可以包括柴油发动机26。内燃机***24包括流体连接到后处理或排放控制***34的排气***30。由内燃机(ICE)***24产生的排气通过排放控制***34以减少可以通过排气出口管36排放到环境的排放。
应当注意的是，本文描述的技术方案与ICE***24密切相关，这些ICE***可以包括但不限于柴油发动机***26和汽油发动机***。ICE***24可以包括附连到曲轴的多个往复运动活塞，该曲轴可以操作地附接到传动系(诸如车辆传动系)以对机动车辆提供动力(例如，将牵引转矩输送到传动系)。例如，ICE***24可以为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)。虽然可以在车辆背景下(例如，产生转矩)描述ICE 24，但是其它非车辆应用也在本公开的范围内。因此，当提及机动车辆时，本公开应当被解释为适用于ICE***24的任何应用。
另外，ICE***24通常可以表示能够产生包括气态(例如NOx、O2)、含碳和/或颗粒物质的排气流的任何装置，并且本文的公开因此应当被解释为适用于所有这样的装置。如本文所使用，“排气”是指可能需要处理的任何化学物质或化学物质的混合物，并且包括气态、液态和固态物质。例如，排气流可以包含一种或多种NOx物质、一种或多种SOx物质、一种或多种液态碳氢化合物物质以及一种或多种固体颗粒物质(例如，灰)的混合物。应当进一步理解的是，本文公开的实施例可以适用于处理不包括含碳和/或颗粒物质的流出物流，并且在这样的范例中，ICE 24通常也可以表示能够产生包括这种物质的流出物流的任何装置。排气颗粒物质通常包括含碳烟尘，以及与ICE排气密切相关或形成在排放控制***34内的其它固体和/或液体含碳物质。
如本文所使用，“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且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。如本文所使用，“SOx”是指一种或多种硫氧化物。SOx物质可以包括SyOx物质，其中y>0且x>0。硫氧化物的非限制性示例可以包括SO、SO2、S2O、S2O2、SO3、SO4、S6O2以及S7O2。
图2说明了根据一个或多个实施例的排放控制***34的示例性部件。应当注意的是，虽然在上述示例中ICE***24包括柴油发动机26，但是本文描述的排放控制***34可以在各种发动机***中实施。排放控制***34促进NOx存储量和/或处理材料的控制、监测和再生以控制由ICE***24产生的排气。例如，本文的技术方案提供了用于控制和再生SCR装置的方法，其中SCR装置被配置为从排气源接收排气流。
可以包括若干节段的排气管道214将来自发动机26的排气216输送到排放控制***34的各种排气处理装置。例如，如所说明，排放控制***34包括SCR装置220。在一个或多个示例中，SCR装置220可以包括选择性催化过滤器(SCRF)装置，其除了颗粒过滤能力之外还提供SCR的催化方面。替代地或另外，SCR装置220也可以被涂覆在溢流基板上。如可以明白的是，排放控制***34可以包括各种附加处理装置，包括氧化催化剂(OC)装置218和颗粒过滤器装置(未示出)等。
如可以明白的是，OC装置218可以为本领域中已知的各种溢流氧化催化剂装置。在各种实施例中，OC装置218可以包括溢流金属或陶瓷块体基板224。基板224可以被包装在具有与排气管道214流体连通的入口和出口的不锈钢壳体或罐中。基板224可以包括设置在其上的氧化催化剂化合物。氧化催化剂化合物可以作为修补基面涂层涂敷，并且可以含有铂族金属，诸如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其它合适的氧化催化剂或其组合。OC装置218用于处理未燃烧的气态和非挥发性HC和CO，它们被氧化形成二氧化碳和水。修补基面涂层包括被设置在块体基板224或下面的修补基面涂层表面上的组成不同的材料层。催化剂可以含有一个或多个修补基面涂层，并且每个修补基面涂层可以具有独特的化学催化功能。在SCR装置220中，用于SCR功能和NH3氧化功能的催化剂组合物可以驻留在基板224上的不连续的修补基面涂层中，或者替代地，用于SCR装置220和NH3氧化功能的组合物可以驻留在基板224上的不连续的纵向区域中。
SCR装置220可以被设置在OC装置218的下游。在一个或多个示例中，SCR装置220包括可以为壁流式过滤器的过滤器部分222，其被配置为从排气216中过滤或捕集碳和其它颗粒物质。过滤器部分222可以为例如陶瓷砖、板结构或任何其它合适的结构(诸如块体蜂窝结构，其包括每平方英寸数百至数千个平行的溢流孔)，但是其它配置也是合适的。每个溢流孔可以由壁表面限定，在壁表面上可以对SCR催化剂组合物进行修补基面涂敷。过滤器部分222可以由能够承受与排气216相关联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，诸如经挤压堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、石榴石或耐热和耐腐蚀金属(诸如钛或不锈钢)。过滤器部分222可以包括例如非硫酸化TiO2材料。在至少一个示例性实施例中，过滤器部分222形成为颗粒过滤器(PF)，诸如柴油颗粒过滤器(DPF)。过滤器部分222(即，PF)可以例如使用陶瓷壁流式块体排气过滤器基板(未示出)来构造，该过滤器部分被包装在刚性耐热壳体或罐中。过滤器部分222具有与排气管道214流体连通的入口和出口，并且可随着排气216流过其中而捕集颗粒物质。应当明白的是，陶瓷壁流式块体过滤器基板本质上仅仅是示例性的，并且过滤器部分222可以包括其它过滤器装置，诸如卷绕或包装式纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等。
在处理排气以控制排放期间，SCR装置220接收还原剂230。可以从还原剂供应源234供应还原剂230。在一个或多个示例中，使用喷射器236或其它合适的输送方法将还原剂230在SCR装置220上游的位置喷射到排气管道214中。还原剂230可以为气体、液体或水溶液(诸如尿素水溶液(例如，柴油排气流体(DEF)))的形式。在一个或多个示例中，还原剂230可以与喷射器236中的空气混合以帮助喷射的还原剂230的扩散。被设置在过滤器部分222上的含修补基面涂层的催化剂或溢流催化剂或壁流式过滤器可以减少排气216中的NOx成分。SCR装置220利用诸如氨(NH3)等还原剂230来还原NOx。含修补基面涂层的催化剂可以含有多孔和高表面积材料，诸如沸石以及诸如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)或钒(V)、钠(Na)、钡(Ba)、钛(Ti)、钨(W)和其组合等一种或多种贱金属组分，其可以有效地操作以在NH3的存在下转化排气216的NOx成分。在特定实施例中，催化剂组合物可以含有浸渍有铜、铁或钒中的一种或多种的沸石。在一些实施例中，沸石可以为β-型沸石、Y型沸石、ZM5沸石或任何其它结晶沸石结构，诸如菱沸石或USY(超稳定Y型)沸石。在特定实施例中，沸石包括菱沸石。在特定实施例中，沸石包括SSZ。特别是当与颗粒过滤器(PF)装置串联使用时，或者当被结合到经由高温排气烟尘燃烧技术再生的SCRF装置中时，合适的SCR催化剂组合物可以具有高热结构稳定性。在一个或多个示例中，湍流器(即，混合器)(未示出)也可以被设置在排气管道214内紧邻喷射器236和/或SCR装置220，以进一步帮助还原剂230与排气216完全混合和/或均匀分布在整个SCR装置220中。
SCR催化剂组合物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降低SO3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。
在一个或多个示例中，排放控制***34进一步包括控制模块238，其经由多个传感器可操作地连接以监测发动机26和/或排气排放处理***34。如本文所使用，术语模块是指执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器的处理电路、组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其它合适部件。例如，控制模块238可以执行如本文所述的控制过程以及如本文所述的SCR化学模型250。控制模块238可以操作地连接到ICE***24、SCR装置220和/或一个或多个传感器。如所示，传感器可以包括上游NOx传感器240和被设置在SCR装置220的下游的下游NOx传感器242。NOx传感器240和242中的每一个与排气管道214中的排气216进行流体连通。在一个或多个示例中，上游NOx传感器240被设置在ICE***24的下游以及SCR装置220和喷射器236的上游。上游NOx传感器240和下游NOx传感器242检测靠近它们在排气管道214内的位置的NOx水平，并且产生与NOx水平对应的NOx信号。在一些实施例中，NOx水平可以包括浓度、质量流量或体积流量。例如，由NOx传感器240、242产生的NOx信号可以由控制模块238解译。控制模块238可以可选地与被设置在SCR装置220上游的一个或多个温度传感器(诸如上游温度传感器244)进行通信。
排放控制***34的传感器可以进一步包括至少一个压力传感器246(例如，压差传感器)。压差传感器246可以确定SCR装置220两端的压力差(即，Δp)。虽然说明了单个压差传感器246，但是应当明白的是，可以使用多个压力传感器来确定SCR装置220的压力差。例如，第一压力传感器(未示出)可以被设置在SCR装置220的入口处并且第二压力传感器(也未示出)可以被设置在SCR 220的出口处。因此，由第二压力传感器检测到的压力与由第一压力传感器检测到的压力之间的差异可以指示SCR 220两端的压力差。应当注意的是，在其它示例中，传感器可以包括与本文所说明/描述的传感器不同的、附加的或更少的传感器。
SCR催化剂通常使用还原剂230将NOx物质(例如，NO和NO2)还原成未调节组分。这样的组分包括(例如)并非NOx物质的一种或多种物质，诸如双原子氮、含氮惰性物质或被认为是可接受的排放物的物质。还原剂230可以为氨(NH3)(诸如无水氨或氨水)或由氮和富氢物质(诸如尿素(CO(NH2)2)产生。另外或替代地，还原剂230可以为能够在排气216和/或热量存在下分解或反应以形成氨的任何化合物。反应式(1)到(5)提供了用于涉及氨的NOx还原的示例性化学反应。
6NO+4NH3→5N2+6H2O (1)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (2)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (3)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (4)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (5)
应当明白的是，反应式(1)到(5)仅仅是说明性的，而并不意味着将SCR装置220限制为特定的NOx还原机制或多个NOx还原机制，也不排除其它机制的操作。SCR装置220可以被配置为执行任何一种上述NOx还原反应、上述NOx还原反应的组合以及其它NOx还原反应。
虽然内燃机中使用的燃料可以包括但不限于超低硫柴油，但是由于排气中存在SOx，可能发生非希望的平行反应。反应式(6)到(9)提供可能发生并且使SCR催化剂中毒的SOx的示例性化学反应。
SO2+1/2O2→SO3 (6)
NH3+SO3+H2O→NH4HSO4 (7)
4NH3+2SO3+O2+2H2O→2(NH4)2SO4 (8)
2NH3+2SO3+O2+2H2O→2NH4(HSO4) (9)
NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4 (10)
在一个或多个实施例中，硫可以与诸如SCR催化剂中的铜等活性金属反应以形成CuSO4，从而进一步使催化剂失活。应当明白的是，反应式(6)到(10)以及所描述的硫与活性金属的反应仅仅是说明性的，而并不意味着将SCR装置220限制为特定还原机制或多个还原机制，也不排除其它机制的操作。
在脱硫期间，反应式(6)到(10)的一个或多个逆反应或发生硫酸铜和硫酸铵的分解，从而将硫氧化物释放到排气中。还原剂可以充当该反应的催化剂，并且允许在较低温度下发生逆反应。
在各种实施方案中，还原剂230可以用水稀释。在还原剂230用水稀释的实施方案中，热(例如，来自排气)蒸发水，并且氨被供应到SCR装置220。根据需要，非氨还原剂可以用作氨的全部或部分替代物。在还原剂230包括尿素的实施方案中，尿素与排气反应以产生氨，并且氨被供应到SCR装置220。下面的反应(11)提供了经由尿素分解产生氨的示例性化学反应。
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (11)
应当明白的是，反应式(11)仅仅是说明性的，而并不意味着将尿素或其它还原剂230分解限制为特定的单一机制中，也不排除其它机制操作。
SCR催化剂可以存储(即，吸收和/或吸附)还原剂230以与排气216相互作用。例如，还原剂230可以作为氨存储在SCR装置220或催化剂内。给定的SCR装置220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。相对于SCR催化剂容量，存储在SCR装置220内的还原剂230的量可以被称为SCR“还原剂装载量”，并且在一些范例下可以被指示为％装载量(例如，90％还原剂装载量)。在SCR装置220的操作期间，喷射的还原剂230存储在SCR催化剂中并且在与NOx物质的还原反应期间消耗。在一个或多个实施例中，可以连续补充还原剂230。确定要喷射的还原剂230的精确量将排气排放保持在可接受的水平。排放控制***34内(例如，SCR装置220内)的还原剂水平不足可能导致(例如，经由车辆尾管)来自该排放控制***的非期望NOx物质排放(“NOx渗漏”)，而过量的还原剂230喷射可以导致非期望量的还原剂230未反应地通过SCR装置220或者作为非期望反应产物离开SCR装置220。例如，SCR配量逻辑可以用于命令还原剂230配量和其调整，并且可以由控制模块238实施。
可以通过SCR化学模型250确定还原剂喷射配量速率(例如，每秒克数)，该SCR化学模型基于来自一次或多次还原剂230的喷射的信号(例如，来自喷射器236的反馈)和上游NOx(例如，来自也被标示为NOx1的上游NOx传感器240的NOx信号)来预测存储在SCR装置220中的还原剂230的量。SCR化学模型250进一步预测从SCR 220排出的排气216的NOx水平。SCR化学模型250可以由控制模块238实施。例如，SCR化学模型250可以随时间由一个或多个过程值更新。
在一个或多个示例中，从经过SCR装置220的排气216中除去的NOx的百分比可以被称为SCR装置220的NOx转化效率。控制模块238可以基于分别由第一(上游)NOx传感器240和第二(下游)NOx传感器242产生的NOxin和NOxout信号来确定SCR装置220的NOx转化效率。例如，控制模块238可以基于以下反应式来确定SCR装置220的NOx转化效率：
SCReff＝(NOxin–NOxout)/NOxin(12)
期望的转化效率可以由许多因素确定，诸如SCR催化剂类型的特性和/或***的操作条件(例如，ICE***24的操作参数)。然而，在一些范例中，在ICE的稳态操作模式中，由于SOx在SCR催化剂上的积聚，排气中的硫可以使SCR催化剂的部分SCR催化剂失活或中毒。这种情况导致SCR装置220下游的排气216中的NOx转化效率降低或NOx浓度或流量降低，这可能导致非期望的NOx渗漏。这导致SCR装置220的操作不能在SCR装置220下游的排气216中完全实现期望的NOx转化率或期望的NOx浓度或流量，或者相反地可能引入过量的还原剂230。在这种条件下，SCR装置220的脱硫恢复了SCR装置220的NOx转化效率的至少一部分以确保期望的排放。
本文描述的技术特征促进排放控制***34使SCR催化剂脱硫并且使SCR催化剂再生以达到初始NOx转化效率(即，暴露于硫之前SCR装置的NOx转化效率)处或附近的NOx转化效率。在检测到NOx渗漏、检测到NOx转化效率降低时或者在选定时间间隔时，SCR催化剂的脱硫方法可以包括将还原剂喷射到SCR装置上游的或进入SCR装置的排气中并且使排气温度升高。令人惊讶的是，在排气温度升高的同时将还原剂喷射到排气中，脱硫可以在比先前使用的温度(例如，大于550℃)更低的温度(例如，300℃到500℃)下执行，在先前使用的温度下不会在脱硫期间喷射还原剂。另外，与不包括将还原剂喷射到排气中的脱硫方法相比，还原剂的存在导致SCR装置220在脱硫后具有更高的NOx转化效率。在一个或多个示例中，SCR装置220的NOx转化效率可以再生为等于或大于SCR装置220的初始NOx转化效率的90％，或等于或大于95％，或等于或大于99％。另外，在一个或多个示例中，由于使用还原剂，可以在更短的时间内完成脱硫。
在脱硫期间喷射还原剂可以是与处理排气以控制排放期间使用的还原剂剂量相同或不同的剂量(例如，更高的剂量)。还原剂配量速率可以适于在SCR装置220下游的排气216中实现期望的NOx浓度或流量，或者实现期望的NOx转化效率。另外，随着温度升高，诸如当NH3存储水平接近最大NH3存储水平时，NH3可以从SCR催化剂解吸。脱硫期间的还原剂配量速率可以考虑该解吸，以及考虑还原剂供应230中存在的还原剂的量以避免还原剂供应的非期望的或过早的耗尽。在一个或多个实施例中，随着温度升高(例如，升高到400℃和更高)，从SCR催化剂解吸的还原剂的量接近最大NH3存储水平，并且存储在SCR催化剂中的NH3的量为零。在脱硫期间喷射还原剂230允许较低的温度用于脱硫并且可以提供附加的NOx还原。在一个或多个示例中，在脱硫期间喷射的还原剂的摩尔比与下游NOx值为0.5:1到4:1(即，NH3的摩尔比可以是下游NOx值的0.5倍到4倍)。例如，下游NOx值可以是百万分之200重量份数(ppm)，并且喷射的NH3可以50ppm到800ppm的量喷射。在下游NOx值为400ppm的示例中，NH3可以以200ppm到1,600ppm的量喷射，实现有效的脱硫以获得再生SCR催化剂的高NOx转化效率。
可以通过增加内燃机消耗的燃料来产生排气来控制温度的升高。在一个或多个示例中，可以通过控制器238基于选定的燃料消耗率(例如，馈送到内燃机的预定增加的燃料速率)来实施排气温度的升高。在其它示例中，可以基于由温度传感器244测量的温度来实施排气温度的升高。可以升高排气温度直到达到选定温度，然后保持脱硫方法的剩余持续时间。例如，温度可以升高到300℃到500℃，或者升高到350℃到450℃。
如上所述，可以基于(例如，SCR装置220的下游的)排气中的NOx水平、NOx转化效率或者以选定时间间隔发起脱硫方法。如本文所讨论的，参考图3和4，在下游排气中测量的NOx水平可以触发控制器238实施脱硫方法。在一个或多个示例中，NOxout信号可以超过NOx阈值(例如，指示NOx渗漏的预定NOx值)，并且作为响应，控制器238可以通过发起喷射还原剂和升高排气温度来实施脱硫方法。如本文所讨论的，参考图5，由控制器238计算的NOx转化效率可以等于或小于NOx转化效率下限。作为响应，控制器238可以实施脱硫方法。替代地，控制器238可以选定时间间隔实施脱硫方法。例如，可以基于ICE 24使用的预定时间间隔、流过SCR装置220的排气量或消耗的燃料量来实施脱硫。
无论发起脱硫方法的基础如何，脱硫方法的持续时间(即，还原剂喷射的持续时间和排气温度的升高)以及脱硫方法的结束也可以不同的变量来预测。如本文所述，参考图3，脱硫方法可以由控制器238实施选定持续时间(即，预定时间量)。如本文中参考图4所述，可以继续脱硫直到达到等于或小于选定NOx值的下游NOx值。选定NOx值可以是预定NOx值(例如，零或小于NOx阈值但是大于零的NOx值)。如本文中参考图5所述，可以继续脱硫直到达到等于或小于选定NOx转化效率的NOx转化效率。选定NOx转化效率可以与初始NOx转化效率、初始NOx转化效率的预定百分比或预定NOx转化效率相同(例如，NOx转化效率大于NOx转化效率下限，但是小于初始NOx转化效率)。
NOx阈值、选定NOx值、NOx转化效率下限以及选定NOx转化效率可以取决于排放目标和排放***规格。在一个或多个实施例中，在某个发动机操作条件下的选定NOx转化效率可以为90％。如果NOx转化效率降低超过10％(使得NOx转化效率低于80％)，则可以发起SCR催化剂的脱硫。在一个示例中，在DPF再生期间可以发生脱硫，DPF再生用于以每300英里到700英里的频率燃烧DPF中的烟灰。由于还原剂喷射而降低脱硫温度使得DPF再生和SCR脱硫相结合是可行的，因为在一些排放控制***中实现的SCR温度是400℃。如果可以用DPF再生来执行脱硫，则SCR催化剂NOx转化效率不会因脱硫而降低。如果NOx转化效率降低，则可能是由于某些其它原因引起的。
利用NOx值或NOx转化效率作为发起脱硫方法的基础的这种技术的使用可以有利地防止在不需要或者延迟SCR装置220脱硫时增加还原剂的使用或燃料的消耗。
在SCR装置的脱硫期间，在一个或多个示例中，可以通过燃烧捕集在过滤器基板中的颗粒物质来同时执行过滤器部分222的再生。
图3说明了根据一个或多个实施例的用于控制排气中的排放的示例性方法300的流程图。在一个或多个示例中，方法300由控制器238实施。替代地，方法300由一个或多个电路实施。在一个或多个示例中，方法300通过执行可以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或存储的逻辑来实施。
方法300包括处理SCR装置220中的排气以控制排放，如在305处所示。方法300继续使用脱硫方法310对SCR装置220进行脱硫。脱硫方法310包括测量由发动机产生的排气的下游NOx值，如在过程步骤315所示。在处理SCR装置220中的排气的过程步骤期间，对下游NOx值的测量可以在周期性的时间间隔或连续地进行。在一个实施例中，在与车辆10正在驾驶(例如，燃料喷射、发动机转速或发动机负载大致上恒定)并且在NOx转化效率不会降低或者由于硫中毒或另一种其它操作变化而不会大幅降低的条件对应的稳态操作条件期间，下游NOx值可以低于NOx阈值。
如果控制器238在过程步骤320处确定下游NOx值等于或大于NOx阈值，则该方法将还原剂喷射到SCR装置220上游的或进入SCR装置220的排气中并且升高排气温度达选定持续时间(例如，由计时器设定的持续时间，诸如10分钟或另一个预定持续时间)，如在过程步骤325处所示。然而，如果确定下游NOx值低于NOx阈值，则该方法继续处理SCR装置220中的排气，如在过程步骤305处所示，并且周期性地测量下游NOx值并将其与NOx阈值进行比较。在一个或多个实施例中，取决于与排放控制***34相关联的因素和操作参数，可以选择用于脱硫方法的选定持续时间作为可校准时间间隔。例如，选定持续时间可以基于SCR催化剂的预测脱硫速率，其基于1)选定的还原剂喷射速率和2)SCR催化剂中由于暴露于因燃烧预定量的超低硫燃料产生的排气而出现的硫的预测量。
NOx阈值可以对应于预定NOx浓度，诸如37.5ppm(或另一个值)。例如，可以将预定值校准到被认为可接受的模拟下游NOx值。应当注意，在一个或多个示例中，所使用的NOx测量值可以是NOx流量或另一个NOx属性(而不是NOx浓度)。
该方法进一步包括测量排气温度并且将排气温度保持在选定温度，直到在过程步骤330处的选定持续时间结束。在结束脱硫方法310时，SCR装置已经再生，并且排放控制***34的正常操作在过程步骤305处恢复处理SCR装置220中的排气。
图4说明了根据一个或多个实施例的用于脱硫的示例性方法400的流程图。在一个实施例中，方法400被实施和执行作为如关于图3所描述的脱硫方法310的替代。该方法采用下游NOx传感器242来评估操作并且推断SCR装置220的状态。在一个或多个示例中，方法400也由控制器238实施。替代地，方法400由一个或多个电路实施。在一个或多个示例中，方法400通过执行可以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或存储的逻辑来实施。
方法400在过程步骤405处使用NOx传感器242发起测量下游NOx值。转到过程步骤410，在一个实施例中，该方法继续评估排放控制***34的状态。在过程步骤410处，控制器238接收下游NOx水平并将其与NOx阈值进行比较。如果下游NOx值大于或等于NOx阈值(预定NOx值)，则脱硫方法400发起过程步骤415以使SCR催化剂脱硫。然而，如果下游NOx值不大于或等于NOx阈值，则控制器238继续周期性地测量并接收来自下游NOx传感器242的NOx测量值，直到测量的下游NOx值大于或等于NOx阈值。
在过程步骤415发起SCR催化剂的脱硫时，方法400将还原剂喷射到SCR装置220的上游或者喷射到SCR装置220中，并且升高排气温度。在进行过程步骤415的同时，方法400在过程步骤425处继续周期性地从下游NOx传感器242接收过程步骤420处的NOx测量值，直到确定下游NOx值等于或小于选定NOx值。如果下游NOx值不等于或小于选定NOx值，则该方法继续执行过程步骤415、420和425。如果下游NOx值等于或小于选定NOx值(第二预定值)，则控制器238结束还原剂的喷射和排气温度的升高，如在430处所示。因此，确定SCR催化剂的脱硫完成并且SCR装置220下游的NOx水平低于期望的预定水平。
图5说明了根据一个或多个实施例的用于脱硫的示例性方法500的流程图。在一个实施例中，方法500被实施和执行作为如关于图3所描述的脱硫方法310的替代。该方法采用下游NOx传感器242和上游NOx传感器242来评估操作并且推断SCR装置220的状态。在一个或多个示例中，方法500也由控制器238实施。替代地，方法500由一个或多个电路实施。在一个或多个示例中，方法500通过执行可以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或存储的逻辑来实施。
图5的脱硫方法500在过程步骤505处发起使用SCR装置220下游的NOx传感器242测量下游NOx值，并且在过程步骤510使用SCR装置220上游的NOx传感器240测量上游NOx值。转到过程步骤515，在一个实施例中，该方法继续通过使用下游NOx值和上游NOx值确定NOx转化效率来评估排放控制***34的状态。
在过程步骤520处，脱硫方法500继续使控制器238将NOx转化效率与NOx转化效率下限(预定NOx转化效率值)进行比较。如果NOx转化效率等于或小于NOx转化效率下限，则方法500发起过程步骤525以使SCR催化剂脱硫。然而，如果NOx转化效率不等于或小于NOx转化效率下限，则控制器238继续周期性地测量和接收来自下游NOx传感器242的NOx测量值和来自上游NOx传感器240的NOx测量值，直到NOx转化效率被确定为等于或小于NOx转化效率下限，并且该方法继续执行过程步骤505、510、515和520。
在过程步骤525发起SCR催化剂的脱硫时，方法500将还原剂喷射到SCR装置220的上游或者喷射到SCR装置220中，并且升高排气温度。在进行过程步骤525的同时，该方法在过程步骤530处继续以在过程步骤530和535处周期性地接收来自下游NOx传感器242的NOx测量值和来自上游NOx传感器240的NOx测量值，直到在过程步骤540处确定NOx转化效率等于或大于选定NOx转化效率(第二预定值)。如果NOx转化效率不等于或大于选定NOx转化效率，则该方法继续执行过程步骤525、530、535和540。如果NOx转化效率等于或大于选定NOx转化效率，则控制器238结束还原剂的喷射和排气温度的升高，如在过程步骤545所示。因此，确定充分恢复NOx转化效率并且SCR催化剂脱硫完成。
本文的技术特征促进在内燃机中使用的排放控制***更有效地再生SCR催化剂，该SCR催化剂至少部分地因其中硫的存在和积累而中毒。具体地，脱硫方法使用还原剂以在脱硫期间允许有较低的温度(例如，300℃到500℃)，这导致SCR催化剂的降解较少或没有降解，并且在脱硫期间消耗的燃料较少。
在硬件架构方面，这样的计算装置可以包括处理器、存储器，以及经由本地接口通信地耦合的一个或多个输入和/或输出(I/O)装置接口。本地接口可以包括例如但不限于一个或多个总线和/或其它有线或无线连接。本地接口可以具有为了简单起见省略了的附加元件，诸如用于实现通信的控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、中继器和接收器。另外，本地接口可以包括地址、控制和/或数据连接以实现上述部件之间的适当通信。
当计算装置在操作中时，处理器可以被配置为执行存储在存储器内的软件以将数据传送到存储器和从存储器传送数据，并且通常根据软件控制计算装置的操作。存储器中的软件全部或部分由处理器读取，可能在处理器内缓冲，然后被执行。处理器可以是用于执行软件的硬件装置，尤其是存储在存储器中的软件。处理器可以是定制的或商业上可用的处理器、中央处理单元(CPU)、与计算装置相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片集的形式)，或通常执行软件的任何装置。
存储器可以包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器(RAM，诸如DRAM、SRAM、SDRAM、VRAM等))和/或非易失性存储器元件(例如，ROM、硬盘驱动器、磁带、CD-ROM等)中的一个或组合。另外，存储器可以结合电子、磁性、光学和/或其它类型的存储介质。注意，存储器也可以具有分布式架构，其中各种部件彼此远程地定位，但是可以由处理器接入。
存储器中的软件可以包括一个或多个单独的程序，每个程序包括用于实施逻辑功能的可执行指令的有序列表。被实施为软件的***部件还可以被解释为源程序、可执行程序(目标代码)、脚本或包括要执行的一组指令的任何其它实体。当被配置为源程序时，该程序经由可以包括或可以不包括在存储器中的编译器、汇编器、解译器等来翻译。
可以耦合到***I/O接口的输入/输出装置可以包括输入装置，诸如键盘、鼠标、扫描仪、麦克风、相机、接近装置等。另外，输入/输出装置还可以包括输入/输出装置，例如但不限于打印机、显示器等。最后，输入/输出装置可以进一步包括作为输入和输出进行传送的装置，例如但不限于调制器/解调器(调制解调器；用于接入另一个装置、***或网络)、射频(RF)或其它收发器、电话接口、桥接器、路由器等。
应当注意的是，图3、4和5示出了软件的可能实施方案的架构、功能和/或操作。就此而言，可以将一个或多个框解译为表示模块、代码段或部分，其包括用于实施指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意的是，在一些替代实施方案中，框中提到的功能可以不按顺序发生和/或根本不发生。例如，连续示出的两个框实际上可以大致上同时执行，或者这些框有时可以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。
应当注意的是，本文描述的任何功能可以被实施在任何计算机可读介质中以供指令执行***、设备或装置使用或与其结合使用，该***、设备或装置诸如基于计算机的***、包含处理器的***或者可以从指令执行***、设备或装置获取指令并执行指令的其它***。在本文件的背景中，“计算机可读介质”包含、存储、传送、传播和/或传输程序以供指令执行***、设备或装置使用或与其结合使用。计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体***、设备或装置。计算机可读介质的更具体示例(非详尽列表)包括便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM)(电子)、只读存储器(ROM)(电子)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)(电子)以及便携式光盘只读存储器(CDROM)(光学)。
示例
初始NOx转化效率：使用具有下列组合物的排气测试在含有10重量％水的空气中在750℃下老化72小时的SCR催化剂(在菱沸石形式的沸石载体上的铜金属)的NOx转化效率：10体积％氧气、5体积％水、8体积％二氧化碳以及400ppm(体积)NO，它们全部是基于排气的总体积。馈送给SCR催化剂的排气的空速为40,000/小时，而温度为250℃。
中毒的SCR催化剂NOx转化效率：SCR催化剂在250℃的温度下暴露于SO2(4克/升排气)以获得中毒的SCR催化剂。然后如前段所述测试中毒的SCR催化剂的NOx转化效率。
示例1：然后通过升高排气温度并将温度保持在450℃达30分钟同时将200ppm的氨喷射到SCR催化剂上游的排气中来使中毒的SCR催化剂脱硫。然后在250℃下测量NOx转化效率。
示例2：通过升高排气温度并将温度保持在450℃达30分钟使中毒的SCR催化剂脱硫。然后在250℃下测量NOx转化效率。
如图6中所示，示例1的SCR催化剂再生到NOx转化效率为98％，而示例2的SCR催化剂再生到较低的NOx转化效率90％。因此，表明在脱硫期间喷射还原剂可以快速地提高NOx转化效率，同时允许使用低温。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不旨在限制本公开。如本文所使用，除非背景另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。应进一步理解的是，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时规定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。
虽然已经参考说明性实施例描述了以上公开，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，希望本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于处理包括内燃机的机动车辆中的排气的排放控制***，所述排放控制***包括：
选择性催化还原(SCR)装置；以及
控制器，其可操作地连接到所述SCR装置并且被配置为执行脱硫方法以通过以下各项使所述SCR装置脱硫：
将还原剂喷射到所述SCR装置上游的排气或进入所述SCR装置的排气中，以及
提高所述排气的温度。
2.根据权利要求1所述的排放控制***，其中所述控制器被编程为喷射所述还原剂并且将所述排气的所述温度升高达选定持续时间。
3.根据权利要求2所述的排放控制***，进一步包括温度传感器，其可操作地连接到所述排气并且与所述排气流体连通，所述温度传感器可操作地连接到所述控制器，
其中脱硫方法进一步包括，
测量所述排气的所述温度，以及
在所述排气的所述温度升高之后，将所述排气的所述温度保持在预定温度直到所述选定持续时间结束。
4.根据权利要求1所述的排放控制***，其中所述排气的所述温度升高到300℃到500℃。
5.根据权利要求1所述的排放控制***，进一步包括：
下游NOx传感器，其可操作地连接到所述排气并且与所述排气流体连通，所述下游NOx传感器被设置在所述SCR装置的下游并且可操作地连接到所述控制器，
其中所述下游NOx传感器被配置为测量来自所述下游NOx传感器的所述排气的下游NOx值，并且
其中所述脱硫方法进一步包括，
测量来自所述下游NOx传感器的所述下游NOx值，
其中如果所述下游NOx值等于或大于NOx阈值，则发起所述还原剂的喷射和所述排气温度的升高。
6.根据权利要求1所述的排放控制***，进一步包括：
下游NOx传感器，其可操作地连接到所述排气并且与所述排气流体连通，所述下游NOx传感器被设置在所述SCR装置的下游并且可操作地连接到所述控制器；以及
上游NOx传感器，其可操作地连接到所述排气并且与所述排气流体连通，所述上游NOx传感器被设置在所述SCR装置的上游并且可操作地连接到所述控制器，
其中所述下游NOx传感器被配置为测量来自所述下游NOx传感器的所述排气的下游NOx值，并且
其中所述上游NOx传感器被配置为测量来自所述上游NOx传感器的所述排气的上游NOx值，并且
其中所述脱硫方法进一步包括，
测量来自所述下游NOx传感器的下游NOx值，
测量来自所述上游NOx传感器的上游NOx值，以及
使用所述下游NOx值和所述上游NOx值来确定NOx转化效率，
其中如果所述NOx转化效率等于或小于NOx转化效率下限，则发起所述还原剂的喷射和所述排气温度的升高。
7.一种包括权利要求1所述的排放控制***的车辆。
8.一种用于使处理排气的SCR装置脱硫的脱硫方法，包括：
将还原剂喷射到所述SCR装置上游的或进入所述SCR装置的排气中；以及
提高所述排气的温度。
9.根据权利要求8所述的脱硫方法，其中所述还原剂的喷射和所述温度的升高持续选定持续时间以使所述SCR装置脱硫。
10.一种用于控制来自包括内燃机的机动车辆的排气中的排放的方法，包括：
处理SCR装置中的所述排气；以及
使用权利要求8所述的脱硫方法使所述SCR装置脱硫。
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