氨评估方法

摘要

用于确定储存单元中的固体氨储存材料的饱和度的方法包括：激活加热器以从储存材料释放氨，直至储存单元的压力达到预定压力。然后该方法使得加热器停止活动，并确定在加热器停止活动时候的储存单元的压力的衰退速率。该方法响应衰退速率评估氨储存介质的饱和度。根据一些实施方式，确定衰退速率可包括：测量储存单元的压力从第一压力阈值跌落到第二压力阈值所需的时间。

权利要求

1.一种用于确定储存单元中的可逆固体氨储存材料的饱和度的方法，所述储存单元装配有加热器以释放氨，所述方法包括：监测储存单元的压力；

检测加热器的停止活动；

在检测到加热器的停止活动之后，测量储存单元的压力从第一压力阈值跌落到第二压力阈值所需的时间；以及响应测得的时间评估氨储存介质的饱和度，其特征在于，评估步骤包括访问使得测得的时间与饱和度相互关联的查找表。

2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括响应评估的饱和水平，为用户提供饱和水平的指示。

3.一种用于确定储存单元中的固体氨储存材料的饱和度的方法，所述储存单元装配有加热器以释放氨，所述方法包括：激活加热器以从固体氨储存材料释放氨，直至储存单元的压力达到预定压力；

使加热器停止活动；

确定在加热器停止活动时候的储存单元的压力的衰退速率；以及其特征在于，所述方法还包括：响应衰退速率评估氨储存介质的饱和度。

4.如权利要求3所述的方法，所述方法还包括监测储存单元的压力的步骤。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，确定衰退速率的步骤还包括测量储存单元的压力从第一压力阈值跌落到第二压力阈值所需的时间。

6.一种用于确定储存单元中的固体氨储存材料的饱和度的系统，所述储存单元装配有加热器以释放氨，所述系统包括：传感器，其配置成感应储存单元的内压力并响应其产生压力信号；以及控制器，其配置成监测压力信号，选择性地激活加热器以从储存材料释放氨，直至储存单元的压力达到预定压力，使加热器停止活动以允许储存单元中的压力衰退，确定储存单元的压力的衰退速率，以及其特征在于，所述控制器还配置成响应确定的衰退速率来确定氨储存介质的饱和度。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，控制器通过如下方式确定衰退速率：测量压力信号从第一压力阈值跌落到第二压力阈值所需的时间。

8.如权利要求6所述的系统，所述系统还包括与储存单元连接的阀，以控制氨从储存单元的释放，并且其中，控制器还配置成控制阀的致动。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述传感器使储存单元和阀相连。

说明书

氨评估方法

技术领域

[0001] 本申请涉及一种用于确定储存单元中的可逆固体氨储存材料的饱和度的方法，还涉及一种用于确定储存单元中的固体氨储存材料的饱和度的系统。

背景技术

[0002] 选择性催化还原(SCR)常用于从内燃机，例如柴油机或其他贫燃(汽油)发动机产生的废气去除NOx(即，氮的氧化物)。在此类系统中，通过如下方式连续地从废气去除NOx：在进入能够实现NOx的高转化的SCR催化剂之前，向废气中注入还原剂。

[0003] 氨常用作SCR系统中的还原剂。通过受控地注入气态氨、水性氨或者间接地作为溶于水中的尿素，将氨引入废气中。位于废气流中的SCR催化剂引起废气中存在的NOx和NOx还原剂(例如，氨)之间的反应，将NOx还原/转化为氮和水。

[0004] 例如，在许多应用中，例如用于车辆的SCR系统，以容器中加压液体形式的氨储存可能过于危险，涉及吸收在固体中的储存方法可规避无水液体氨的安全隐患。例如，金属氨络物盐是氨吸收材料，其可用作氨的固体储存介质，其进而可用作例如SCR中的还原剂，以对来自车辆内燃机的NOx排放物进行还原，参见例如美国专利第8,088,201号和WO 1999/01205。可通过热解吸附从氨络物盐释放氨，例如通过储存容器的外部加热，参见例如美国专利申请公开号2010/0086467。氨从储存容器中、并且临时储存作为缓冲体积中的气体的吸附或吸收固体储存介质(颗粒形式的Sr(NH3)8Cl2或者Ca(NH3)Cl2等)释放。根据发动机的当前运行状态，通过电子控制器的控制，给料供给到车辆排气系统的反应体积中的氨量。

[0005] 在行驶中消耗氨，作为结果，储存介质随时间减少。最终，罐中的氨耗尽，必须再装填或者进行替换。过早地替换罐显然是不合乎希望的，因为这会导致例如成本增加和车辆停机时间的增加。相反地，如果用户等待过长来对罐进行再填充或替换，则SCR系统可能停止正确地工作，导致不合乎希望的NOx排放。因此，希望能够确定储存容器的填充水平并当罐接近耗尽时提醒用户。

发明内容

[0006] 本文所述的本发明的技术的方面和实施方式涉及用于评估固体氨储存介质的饱和水平的一种或多种系统和方法。

[0007] 本发明技术的至少一些实施方式涉及用于确定储存单元中的可逆固体氨储存材料的饱和度的方法。储存单元装配有加热器以释放氨。方法包括监测储存单元的压力并检测加热器的停止活动(deactivation)。在检测到加热器的停止活动之后，该方法测量储存单元的压力从第一压力阈值P1跌落到第二压力阈值P2所需的时间。然后方法响应测得的时间评估氨储存介质的饱和度。

[0008] 在一些实施方式中，评估步骤包括访问使得测得的时间与饱和度相互关联的查找表。

[0009] 根据至少一些实施方式，该方法可进一步响应评估的饱和水平来表明饱和水平。

[0010] 根据本发明技术的至少一个实施方式的某些其他方面，用于确定储存单元中的固体氨储存材料的饱和度的方法包括：激活加热器以从储存材料释放氨，直至储存单元的压力达到预定压力。然后该方法使得加热器停止活动，并确定在加热器停止活动时候的储存单元的压力的衰退速率。该方法响应衰退速率评估氨储存介质的饱和度。根据一些实施方式，确定衰退速率可包括：测量储存单元的压力从第一压力阈值P1跌落到第二压力阈值P2所需的时间。

[0011] 本发明技术的一个或多个实施方式涉及用于确定储存单元中的固体氨储存材料的饱和度的系统。储存单元包括加热器以从储存材料释放氨。系统包括压力传感器和控制器。压力传感器感应储存单元的内压力并响应其产生压力信号。控制器配置成监测压力信号并选择性地激活加热器以释放氨，直至储存单元的压力达到预定压力。控制器还配置成使加热器停止活动以允许储存单元中的压力衰退，确定储存单元的压力的衰退速率，以及响应确定的衰退速率来确定氨储存介质的饱和度。在一些实施方式中，控制器通过如下方式确定衰退速率：测量压力信号从第一压力阈值P1跌落到第二压力阈值P2所需的时间。

附图说明

[0012] 图1是可用于实践本发明技术的至少一个实施方式的示例性氨储存和给料系统的示意图。

[0013] 图2显示了氨饱和水平和压力衰退之间的关系的示意图。

[0014] 图3是根据本发明技术的至少一个实施方式的用于评估固体氨储存介质的饱和水平的示例性方法的流程图。

具体实施方式

[0015] 下面将参见附图更详细地描述本发明技术的实施方式的各个例子，其中显示了实施方式的此类例子。通篇中同样的附图标记表示同样的元件。但是，本发明技术的其他实施方式可以是许多不同的形式，并且不仅限于本文所示的实施方式。相反地，这些实施方式是代表本发明技术的例子。基于本发明的权益的全部范围由权利要求书所示。

[0016] 图1所示是示例性氨储存和给料系统10的实施方式的示意图。在所示的实施方式中，氨储存和给料系统10包括主储存单元12和启动储存单元14。在图1的例子中，主储存单元12由单储存容器构成，其保持氨储存材料。但是应理解的是，主储存单元12的储存材料可以保持在不止一个容器中。相比于主储存单元12，启动储存单元14可以较小，以促进快速启动。构成主储存单元12的其他容器的数量和尺寸可以根据设计和性能参数发生变化，包括例如，所需的总氨量储备和主储存单元的启动时间。可以结合被动单向阀、主动阀、压力传感器、压力切换器等，以各种不同的方式进行数个储存容器的连接。美国专利公开号第2010/0086467(“467公开文献”)提供了储存单元的尺寸和数量的额外细节和考量，其全文通过引用结合入本文。

[0017] 储存单元12、14与给料阀18流体连接，根据氨消耗过程或系统22(例如，选择性催化还原(SCR)系统)的要求，来自储存单元12、14的氨通过所述给料阀18进行给料。电子控制单元20控制给料阀18的操作，以控制氨从储存和给料系统10到消耗系统22的传递。

[0018] 压力传感器30、32分别监测主储存单元12和启动储存单元14中的压力，并产生表示感应到的压力的信号。ECU20与压力传感器30、32相连，用于接收压力信号。

[0019] 分别为主储存单元12和启动储存单元14提供加热单元26、28，例如电加热器。加热单元26、28可分别置于主储存单元12和启动储存单元14容器内。

[0020] 可操作ECU20以对加热单元26、28相互独立地进行控制(例如，切换开关和/或进行调节)，例如通过控制提供给它们的功率。ECU20可编程以调节启动加热单元28的操作，以将启动储存单元14中的压力Ps初始地提升至其激活压力。一旦到达启动储存单元14的激活压力，调节启动加热单元28的开关，以维持启动储存单元14中的压力Ps位于其激活或者约为激活。当启动加热单元28循环关闭时，主加热单元26循环打开，以将主储存单元12中的压力PM逐渐提升至其激活压力。在启动模式过程中，对主加热单元26和启动加热单元28进行调节，以维持启动储存单元14约为其激活压力，同时在启动加热单元28关闭的时间期间，提升主储存单元12中的压力PM。因此，可以将启动加热单元28中的压力快速地提升至激活压力，从而使得系统可以开始从启动储存单元14供给还原剂。一旦主储存单元12中的压力PM到达其激活压力，系统/方法转变为主模式，其中从主储存单元12供给还原剂。在主模式过程中，启动加热单元28可以保持未激活，同时调节主加热单元26的开关，以维持主储存单元12中的压力位于其激活压力或者约为激活压力。因为加热单元26、28从未同时激活，所以可以降低例如来自车辆能源系统的功率要求。

[0021] 根据至少一些实施方式，阀可以与主储存单元12和启动储存单元14流体连接。在一些实施方式中，阀可以是被动单向阀36。当其下游压力(即，启动储存单元14中的压力)高于其上游压力(即，低于主储存单元12中的压力)时，单向阀36关闭，并且当上游压力变得高于下游压力，单向阀36打开。因此，单向阀36允许主储存单元12用氨对较小(快速)的启动储存单元14进行再饱和，例如，以下情况：其中系统10关闭(因为当主储存单元12更为饱和时，主储存单元12中的压力会高于启动储存单元14中的压力)，或者其中，已经停止了启动储存单元14的加热同时继续对主储存单元12进行加热。这增加了较小的、启动储存单元能够进行快速启动的可能性。同时，单向阀36防止氨从较小启动储存单元14引入到主储存单元12(当后者的压力较高时，特别是启动过程中)。

[0022] ECU20还配置成控制给料阀18，例如，通过为给料阀提供可变给料目标值(例如，给料目标值规定了给料阀的打开的某个程度)。在图1所示的实施方式中，氨储存和给料系统10用于供给还原剂(即，氨)，用来对内燃机40排放的废气中的NOx进行选择性催化还原(SCR)。ECU 20(或者另一控制器)控制氨从储存和给料系统10通过给料阀18传递进入排气系统42。给料阀18可位于排气系统42中催化剂44的上游。随着氨注入到排气系统42中，其与废气混合并且该混合物流动通过催化剂44。催化剂44引起废气中存在的NOx与NOx还原剂(例如，氨)之间的反应，以将NOx转化为氮和水，然后它们从排气管48排出并进入环境中。虽然结合用于发动机排气的SCR对系统10进行描述，但是应理解的是，系统可用于在其他应用中供给氨，例如氨用作燃料电池的能量载体或者氨用于化学反应中的反应物或添加剂，如上文所述的467公开文献进一步详述。

[0023] 本发明技术的某些方面涉及用于确定储存单元(例如，主储存单元12和/或辅助储存单元14)中的固体氨储存材料的饱和度的系统。出于说明目的，下面结合主储存单元12描述系统。为了确定储存单元12的氨饱和水平，ECU 20可初始地激活加热单元26，以从固体氨储存材料释放氨。加热单元26可保持激活，例如通电的(energized)，直至主储存单元中的压力达到预定值，例如主储存单元的激活压力。应理解的是，可以在氨储存和给料系统10的正常操作过程中进行该步骤，例如在系统10的加电之后，或者可以作为独立过程的一部分进行，用于评估主储存单元12的饱和水平。

[0024] ECU 20通过监测压力传感器30的输出来监测主储存单元12中的压力。一旦主储存单元12中的压力达到预定压力，ECU 12使得加热单元26停止活动。当加热单元停止活动时，ECU 20继续监测压力信号，以确定储存单元的压力的衰退速率。ECU20配置成响应确定的衰退速率来确定氨储存介质的饱和度。在这点上，储存单元12的热惯性会作为储存单元的饱和水平的函数发生变化。具体来说，储存单元的热惯性会随着储存单元变得更空(即，随着饱和水平下降)而下降。该概念如图2所示，其显示了变化的衰退速率与饱和水平的关系。可以看出，从完全的储存单元开始的压力衰退慢于从仅部分完全的储存单元开始的压力衰退。因此，压力衰退速率可用于评估储存单元12的饱和水平。

[0025] 根据至少一些实施方式，ECU 20可通过如下方式确定衰退速率：测量压力信号从第一压力阈值P1跌落到第二压力阈值P2所需的时间。在一些实施方式中，ECU 20可通过访问使得测得的时间与饱和度相互关联的查找表来确定饱和水平。

[0026] 在一些实施方式中，ECU 20可配置成为用户提供储存单元的饱和水平的指示。例如，方法可包括对为用户提供评估的饱和水平的输出指示的显示器进行控制。作为替代或补充，该方法可包括当评估的饱和水平跌落到低于预定值(例如，最大值的10％)时，提供警报。警报可以采取各种形式，例如声音和/或视觉警报。

[0027] 图3是根据本发明技术的至少一个实施方式的用于评估固体氨储存介质的饱和水平的方法300的至少一个实施方式的流程图。该方法可用于例如，确定主储存单元12和/或启动储存单元14的饱和水平。出于说明目的，下面结合主储存单元12描述该方法。

[0028] 该方法从步骤305开始。然后控制经过步骤310，其中，所述方法激活加热单元26以从储存介质释放氨。所述方法继续加热主储存单元12，直至其压力储存单元达到预定压力。在这一点上，所述方法继续循环通过步骤315，直至主储存单元12的压力大于或等于预定压力。一旦储存单元中的压力达到预定压力，控制通过步骤320，其中，所述方法使得加热单元
26停止活动。

[0029] 然后控制通过步骤325，其中所述方法300确定在加热单元26停止活动时候的储存单元12的压力的衰退速率。在一些实施方式中，可通过如下方式确定衰退速率：测量储存单元的压力从第一压力阈值P1跌落到第二压力阈值P2所需的时间。

[0030] 然后控制通过步骤330，其中，方法300基于步骤325中确定的衰退速率评估储存单元12的饱和水平。根据至少一些实施方式，方法300可通过如下方式确定衰退速率：测量压力信号从第一压力阈值P1跌落到第二压力阈值P2所需的时间。在一些实施方式中，方法300可通过访问使得测得的时间与饱和度相互关联的查找表来确定饱和水平。

[0031] 在一些实施方式中，方法300还可包括步骤335，为用户提供储存单元的饱和水平的指示。例如，方法300可包括对为用户提供评估的饱和水平的输出指示的显示器进行控制。作为替代或补充，方法300可包括当评估的饱和水平跌落到低于预定值(例如，最大值的10％)时，提供警报。警报可以采取各种形式，例如声音和/或视觉警报。

[0032] 在一些实施方式中，方法可用于确定当SCR系统被激活之后，例如当车辆停止之后的时间段的饱和水平。

[0033] 虽然描述本发明具有示例性实施方式，该申请旨在覆盖采用本文所述的通用原理的任意变化形式、用途或变形。预期的是，本领域技术人员可设计各种变化形式和等价形式，而不背离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。此外，本申请旨在覆盖属于本发明所属领域的已知或常规实践内的与本发明相偏离之处。