專利名稱：廢氣后處理裝置及其再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣后處理裝置，更具體而言，涉及一種 廢氣后處理裝置及其方法，用于再生顆粒材料催化劑(PMC)。
背景技術(shù)：
與普通發(fā)動機相比，以高壓縮比操作的柴油發(fā)動機的NOx 生成量降低了大于30%，但是CO和THC比普通發(fā)動機增加了兩至三 倍。多種后處理設(shè)備被安裝在車輛上以除去包含在廢氣中的有 害物質(zhì)，例如N(X、 CO、 THC、煙灰、顆粒材料(PM)等，以對應(yīng)于 北美柴油機等級2/BIN5 (NorthAmericadieselTier2/BIN5)的規(guī)則或者 EUR0 6的規(guī)則。所述后處理設(shè)備包括安裝在排氣管上以處理非甲垸烴 (NMHC)的柴油機氧化催化劑(DOC)和置于DOC的下游側(cè)面用于 收集煙灰和PM的顆粒材料催化劑(PMC)。 DOC將諸如CO、 HC和NO的有害物質(zhì)通過與涂覆于陶瓷 載體上的鉑基催化劑的反應(yīng)而氧化為C02和H20，同時通過下述式1 提高了N02的濃度。
力K9+(92 —，(92此外，PMC物理地收集包含在廢氣中的煙灰和PM，并通 過下式2由在DOC中生成的N02再生。 力2甜2 + C — C<92 + 2脂
5
然而，隨著煙灰和PM收集量的增加，其再生效率迅速降低。此處在PMC的前側(cè)面和后側(cè)面安裝了壓差傳感器以檢測 煙灰和PM的收集量，并由此根據(jù)收集量確定將要通過后注入 (post-injection)再生的PMC的再生定時(regeneration timing)。在常規(guī)柴油機車輛上不能安全地進行PMC的再生，并且隨 著車輛行程的增加，廢氣的質(zhì)量惡化。特別地，由于EURO 5的廢氣規(guī)則比EURO 4的加強了大 于40%，因而將增加通過PMC的NOx。但是，由于缺乏NOx， PMC不能被充分再生而使得再生效 率惡化，并且由于煙灰和PM的累積，增加了背壓從而增加了燃料消 耗并惡化了車輛的排放量。當(dāng)增加鉑基涂覆量從而增加N(X以充分再生PMC時，也 增加了生產(chǎn)成本。此外，當(dāng)僅通過燃料的后注入再生PMC時，燃料/空氣比 惡化并增加了燃料消耗。在本發(fā)明背景技術(shù)部分所公開的信息只是用于加強對本發(fā) 明總體背景的理解，而不應(yīng)該被認(rèn)為是承認(rèn)或者以任何形式暗示了該 信息形成了本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的多方面涉及提供一種廢氣后處理裝置及其再生方 法，其優(yōu)點在于在預(yù)定的循環(huán)中通過增加NOx的生成量安全地再生顆 粒材料催化劑。在本發(fā)明的一個方面，廢氣后處理裝置可以包括廢氣經(jīng)過 的排氣管，安裝在排氣管中的顆粒材料催化劑(PMC)，該顆粒材料催 化劑收集包含在廢氣中的顆粒材料并由N02再生，和/或控制部分，該 控制部分增加由發(fā)動機提供的NOx量，從而根據(jù)車輛的行駛條件對于 預(yù)定的時間段增加提供給PMC以改進PMC再生效率的NCb量。預(yù)定的時間段可以為大約十分鐘。廢氣后處理裝置可以進一歩包括柴油機氧化催化劑和PMC之間以凈化廢 氣，并且利用由發(fā)動機提供的NOx生成N02。 DOC可以包括其上涂覆鉑的陶瓷載體，以將CO、 HC和 NO轉(zhuǎn)化為C02、 H20和N02。 PMC可以收集煙灰和顆粒材料，并且通過與由DOC提供 的N02的反應(yīng)除去收集的煙灰和顆粒材料而得以再生。確定車輛的驅(qū)動條件得以滿足，因此控制部分對于預(yù)定的 時間段增加NOx量，同時車輛總的綜合行駛距離比預(yù)定的行駛距離長， 在發(fā)動機被操作后的行駛時間段經(jīng)過預(yù)定的行駛時間段?？刂撇糠挚梢詫τ陬A(yù)定的時間段控制空氣/燃料比、EGR閥 開啟率、注入定時延遲率、和/或渦輪增壓器的葉片角，以增加NOx量?？刂撇糠挚梢躁P(guān)閉EGR閥使廢氣不再循環(huán)至發(fā)動機的燃 燒室從而提高燃燒室中的溫度?？刂撇糠挚梢匝舆t燃料的注入定時以增加NOx量?？刂撇糠挚梢哉{(diào)節(jié)渦輪增壓器的葉片的開啟率以減少進氣 量，以使燃料的濃度以及NOx的濃度升高從而提高廢氣的溫度。預(yù)定的行駛距離可以為大約10,000千米。預(yù)定的行駛時間段可以為大約100小時。在本發(fā)明的另一方面，廢氣后處理裝置的再生方法可以包 括確定步驟，其中檢測車輛的總的綜合行駛距離、車輛的行駛距離和 在發(fā)動機被操作后的行駛時間段以確定在再生步驟中的PMC的條件是 否得以滿足，和/或再生步驟，其中通過增加提供給PMC的NOx的量 再生PMC，所述NOx對于預(yù)定的時間段由發(fā)動機生成，同時確定在再 生步驟中的PMC的條件得以滿足，其中預(yù)定的時間段為大約十分鐘。當(dāng)總的綜合行駛距離比預(yù)定的行駛距離長，且在發(fā)動機被 操作后的行駛時間段經(jīng)過預(yù)定的行駛時間段時，可以確定在再生步驟 中的PMC的條件得以滿足。預(yù)定的行駛距離可以為大約10,000千米，預(yù)定的行駛時間 段為大約100小時。
控制部分可以關(guān)閉EGR閥使廢氣不再循環(huán)至發(fā)動機的燃 燒室從而提高燃燒室中的溫度。控制部分可以延遲燃料的注入定時以增加NOx量?？刂撇糠挚梢哉{(diào)節(jié)渦輪增壓器的葉片的開啟率以減少進氣 量，以使燃料的濃度以及NOx的濃度升高從而提高廢氣的溫度。本發(fā)明的方法和裝置具有其它特征和優(yōu)點，根據(jù)附圖及后 面的具體實施方式
這些特征和優(yōu)點將變得明朗，或者說這些特征和優(yōu) 點在附圖及后面的具體實施方式
中進行了更具體的說明，附圖合并于 此，與具體實施方式
一起用于解釋本發(fā)明的特定原理。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的例示性實施方案的柴油機車輛的 進氣和排氣系統(tǒng)。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的例示性實施方案的柴油機車輛中 的后處理設(shè)備的再生流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將具體參考本發(fā)明的各個實施方案，這些實施方案的 例子在附圖中進行說明并且在下面進行描述。雖然將結(jié)合例示性實施 方案描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是，當(dāng)前的描述并不是意在將本發(fā) 明限制在這些例示性實施方案中。相反，本發(fā)明意在不僅覆蓋例示性 實施方案，還覆蓋可能包括在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范 圍內(nèi)的各種選擇形式、修改形式、等價形式和其它實施方案。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的各種實施方案的柴油機車輛的進 氣和排氣系統(tǒng)。在柴油機車輛中，渦輪增壓器(T/C) 30的葉輪31被安 裝在發(fā)動機10的排氣管的一個部分中，與葉輪31相連的渦輪32被安 裝在進氣管上，以將進氣渦輪增壓進入發(fā)動機10。柴油機氧化催化劑(DOC) 50被置于葉輪31的下游側(cè)面， 顆粒材料催化劑(PMC) 60被置于DOC50的下游側(cè)面。 DOC 50包括其上涂覆鉑(Pt)的陶瓷載體，并通過與催化
8劑的氧化反應(yīng)將諸如CO、 HC和NO的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)換為C02、 H20和 N02。溫度傳感器51被安裝在DOC 50的上游側(cè)面，溫度傳感器 52被安裝在DOC 50的下游側(cè)面從而在DOC 50的前面和后面檢測廢 氣的溫度，并將檢測的信號傳遞至控制部分100。 PMC 60物理地收集包含在經(jīng)過DOC 50的廢氣中的煙灰和 顆粒材料(PM)，并利用N02去除煙灰和PM。 NOJ專感器61置于PMC 60的下游側(cè)面，以將與NOx的凈 化效率有關(guān)的信號傳遞至控制部分100。在PMC 60的下游側(cè)面，安裝消聲器70以降低廢氣的噪音。在發(fā)動機被操作的條件下，控制部分100對于大約10分鐘 的預(yù)定的時間段提高了 NOx的量以再生PMC 60，同時車輛總的綜合行 駛距離比預(yù)定的行駛距離長，在車輛的發(fā)動機被操作后的行駛時間段 比預(yù)定的行駛時間段長。預(yù)定的行駛距離可以設(shè)為10,000千米，預(yù)定的行駛時間段 可以設(shè)為100小時。如果上述條件得以滿足，則控制部分100對于大約10分鐘 的預(yù)定的時間段關(guān)閉EGR閥使廢氣不再循環(huán)至燃燒室，由此升高了燃 燒室的溫度以增加廢氣中的NOx量。而且，控制部分IOO對于預(yù)定的時間段(即大約十分鐘) 延遲了注入定時以增加NOx。而且，控制部分100對于大約IO分鐘的預(yù)定的時間段調(diào)節(jié) T/C 30的葉片的開啟率以減少進氣量，由此使燃料的濃度以及NOx的 濃度升高以提高廢氣的溫度。如上所述，控制部分100控制諸如EGR閥開啟率、注入定 時延遲率和在循環(huán)中渦輪增壓器葉片的開啟率等多個因素，或者控制 這些因素中的至少一個因素以增加NOx的生成。下面將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的各種實施方案的控 制廢氣后處理裝置的方法。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的各種實施方案的柴油機車輛中的 后處理設(shè)備的再生流程圖。
在發(fā)動機被操作的條件下(S101)，控制部分100通過車輛 速度傳感器檢測車輛速度并分析對應(yīng)于經(jīng)空氣流量傳感器20檢測的空 氣量而確定的燃料量(S102)，并通過車輛速度和燃料量確定車輛的運 行狀態(tài)(S103)。接著，由行程計算機檢測車輛總的綜合行駛距離(S104)， 其中確定總的綜合行駛距離是否達(dá)到預(yù)定的行駛距離，例如10,000千 米(S105)。當(dāng)總的綜合行駛距離大于在S105中的預(yù)定的行駛距離時， 由行程計算機讀取在發(fā)動機被操作后的行駛時間段(S106)，確定在發(fā) 動機被操作后的行駛時間段是否達(dá)到預(yù)定的行駛時間段，例如大約100 小時(S107)。當(dāng)總的綜合行駛距離低于預(yù)定的行駛距離(S105)時，或 者在發(fā)動機被操作后的行駛時間段沒有達(dá)到預(yù)定的行駛時間段(S107) 時，不再生PMC60，因此進行正常的行駛。但是，當(dāng)總的綜合行駛距離大于預(yù)定的行駛距離，且在發(fā) 動機被操作后的行駛時間段經(jīng)過預(yù)定的行駛時間段時，控制部分100 推斷再生PMC 60的條件得以滿足(S108)。據(jù)此，控制部分IOO打開EGR閥以阻止廢氣流入燃燒室， 因此燃燒溫度升高以提高廢氣的排氣溫度(S109)。經(jīng)過該過程，增加 了來自發(fā)動機的NOx生成，從而使得在DOC 50中生成并供給PMC 60 的N02的量增加(SllO)。而且，控制部分100延遲了燃料注入定時并調(diào)節(jié)了T/C 30 的葉片角度從而減少進氣量，由此空氣/燃料率變大從而增加NOx的生 成。據(jù)此，DOC50生成大量的NO2從而充分再生PMC60。此后，在Slll中，確定對于預(yù)定的時間段是否執(zhí)行了用于 增加NOx的操作。如果還沒有經(jīng)過預(yù)定的時間段，則返回S109重復(fù)增 力口NOx，如果預(yù)定的時間段已經(jīng)經(jīng)過，則返回正常的行駛狀態(tài)。與上述操作相關(guān)，如果預(yù)定的行駛距離和預(yù)定的行駛時間 段的條件得以滿足，則執(zhí)行安全地再生PMC 60的操作。據(jù)此，由于背壓降低，PMC獲得了安全的凈化效率，因此降低了燃料消耗并節(jié)省了 DOC的催化劑。為了方便在所附權(quán)利要求中解釋和精確定義，術(shù)語"前" 和"后"用于描述例示性實施方案的特征，并參考在圖中所示的這些 特征的位置。前面對本發(fā)明的具體例示性實施方案的描述是為了說明和 描述的目的。前面的描述并不想要成為毫無遺漏的，也不是想要把本 發(fā)明限制為所公開的精確形式，顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)很多改變和變化 都是可能的。選擇例示性實施方案并進行描述以解釋本發(fā)明的特定原 理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本 發(fā)明的不同例示性實施方案及其不同選擇和修改形式。本發(fā)明的范圍 意在由所附權(quán)利要求書及其等價形式所限定。
權(quán)利要求
1、一種廢氣后處理裝置，其包括廢氣經(jīng)過的排氣管；安裝在排氣管中的顆粒材料催化劑PMC，該顆粒材料催化劑收集包含在廢氣中的顆粒材料，并由NO2再生；以及控制部分，該控制部分增加由發(fā)動機提供的NOx量，從而根據(jù)車輛的行駛條件對于預(yù)定的時間段增加提供給PMC以改進PMC再生效率的NO2量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣后處理裝置，其中所述預(yù)定的時間 段為大約十分鐘。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的廢氣后處理裝置，進一步包括柴油機氧 化催化劑DOC，所述柴油機氧化催化劑安裝在發(fā)動機和PMC之間以 凈化廢氣，并且利用由發(fā)動機提供的NOx生成N02。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢氣后處理裝置，其中所述DOC包括 其上涂覆鉑的陶瓷載體，以將CO、HC和NO轉(zhuǎn)化為C02、H20和N02。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢氣后處理裝置，其中PMC收集煙灰 和顆粒材料，并且通過與由DOC提供的N02的反應(yīng)除去收集的煙灰和 顆粒材料而得以再生。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣后處理裝置，其中確定車輛的行駛 條件得以滿足，因此控制部分對于預(yù)定的時間段增加NOx量，同時車 輛總的綜合行駛距離比預(yù)定的行駛距離長，在發(fā)動機被操作后的行駛 時間段經(jīng)過預(yù)定的行駛時間段。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的廢氣后處理裝置，其中控制部分對于預(yù) 定的時間段控制空氣/燃料比、EGR閥開啟率、注入定時延遲率、和/或渦輪增壓器的葉片角，以增加NOx量。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢氣后處理裝置，其中控制部分關(guān)閉EGR閥使廢氣不再循環(huán)至發(fā)動機的燃燒室從而提高燃燒室中的溫度。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢氣后處理裝置，其中控制部分延遲燃 料的注入定時以增加NOx量。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢氣后處理裝置，其中控制部分調(diào)節(jié) 渦輪增壓器的葉片的開啟率以減少進氣量，以使燃料的濃度以及NOx 的濃度升高從而提高廢氣的溫度。
11、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢氣后處理裝置，其中所述預(yù)定的行 駛距離為大約10,000千米。
12、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的廢氣后處理裝置，其中所述預(yù)定的行 駛時間段為大約100小時。
13、 一種廢氣后處理裝置的再生方法，該方法包括 確定步驟，其中檢測車輛的總的綜合行駛距離、車輛的行駛距離和在發(fā)動機被操作后的行駛時間段以確定在再生步驟中PMC的條件是 否得以滿足；以及再生步驟，其中通過增加提供給PMC的NOx量再生PMC，所述 NOx對于預(yù)定的時間段由發(fā)動機生成，同時確定在再生步驟中PMC的 條件得以滿足。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣后處理裝置，其中所述預(yù)定的時 間段為大約十分鐘。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣后處理裝置的再生方法，其中當(dāng) 總的綜合行駛距離比預(yù)定的行駛距離長，且在發(fā)動機被操作后的行駛 時間段經(jīng)過預(yù)定的行駛時間段時，確定在再生步驟中PMC的條件得以滿足。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣后處理裝置的再生方法，其中預(yù)定的行駛距離為大約10,000千米，預(yù)定的行駛時間段為大約100小時。
17、 根據(jù)權(quán)利要求B所述的廢氣后處理裝置的再生方法，其中控 制部分對于預(yù)定的時間段控制空氣/燃料比、EGR閥開啟率、注入定時 延遲率、和/或渦輪增壓器的葉片角，從而增加NOx量。
18、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣后處理裝置的再生方法，其中控 制部分關(guān)閉EGR閥使廢氣不再循環(huán)至發(fā)動機的燃燒室從而提高燃燒室 中的溫度。
19、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣后處理裝置的再生方法，其中控 制部分延遲燃料的注入定時以增加NOx量。
20、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣后處理裝置的再生方法，其中控 制部分調(diào)節(jié)渦輪增壓器的葉片的開啟率以減少進氣量，以使燃料的濃 度以及NOx的濃度升高從而提高廢氣的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及廢氣后處理裝置及其再生方法。一種廢氣后處理裝置，其包括廢氣經(jīng)過的排氣管，安裝在排氣管中的顆粒材料催化劑(PMC)，該顆粒材料催化劑收集包含在廢氣中的顆粒材料并由NO<sub>2</sub>再生，以及控制部分，該控制部分增加由發(fā)動機提供的NO<sub>x</sub>量，從而根據(jù)車輛的行駛條件對于預(yù)定的時間段增加提供給PMC以改進PMC再生效率的NO<sub>2</sub>量。
文檔編號F01N3/28GK101592062SQ20081018884
公開日2009年12月2日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者金柱延 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社;起亞自動車株式會社