專利名稱：排氣后處理系統(tǒng)(eats)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于凈化來自柴油發(fā)動機的排氣的方法和設(shè)備， 更特別地，本發(fā)明涉及一種用于凈化來自柴油發(fā)動機的排氣的方法和設(shè) 備，所述方法和設(shè)備能夠除去所述排氣中包含的顆粒和NOx。
背景技術(shù)：
汽車市場中目前的規(guī)章已經(jīng)越來越多地要求改善當前車輛的燃料 經(jīng)濟性并降低排放。這些規(guī)章必須與消費者對車輛的高性能和快速響應(yīng) 的要求相平衡。
柴油發(fā)動機具有高達約52%的效率，因此是化石能量的最佳轉(zhuǎn)換 器。NC^排放濃度取決于局部氧原子濃度和局部溫度。然而，所述高效 率只有在升高的燃燒溫度下才是可能的，在所述升高的燃燒溫度下，高 NOx水平是不可避免的。而且，通過內(nèi)部手段(空氣/燃料比)抑制NOx 形成有引起顆粒增加的趨勢，這被稱為NOx-顆粒權(quán)衡(tradeoff)。另外， 來自柴油發(fā)動機的排氣中的過量氧阻止了用于降低NOx的化學計量3 效催化劑技術(shù)的使用，所述技術(shù)從八十年代后期起被用于汽油發(fā)動機汽 車。
考慮到保護環(huán)境和節(jié)約有限的化石能源，降低來自柴油發(fā)動機的 排氣中的氮氧化物(NO》和顆粒物(PM)己經(jīng)變成非常重要的問題。
對于將來的法規(guī)(USIO、 EUVI等)，可能必須在排氣系統(tǒng)中具有柴 油氧化催化劑(DOC)、柴油顆粒過濾器(DPF)和選擇性催化還原(SCR) 催化劑的組合。當優(yōu)化缸內(nèi)燃燒以使燃料效率最大化時，通常會在排氣中得到高
NOx水平。就當今嚴格的排放法規(guī)而言，這是個問題，因為后處理系統(tǒng) 只能減少一定量的NOx。因此，燃料效率與滿足排放標準之間存在權(quán)衡。
較低的發(fā)動機排出的NOx還減少了被動DPF再生。這可能導致 02基DPF再生(在可用時)的頻率上升，從而趨于以加速的速度使EATS 系統(tǒng)(DOC+DPF+SCR)惡化。因此，更少的被動再生可能導致需要具有 更大的EATS系統(tǒng)，來補償惡化的增加。在02基再生過程中還存在額 外的燃料消耗。

發(fā)明內(nèi)容
如上面所解釋的，存在與用于凈化來自柴油發(fā)動機的排氣的現(xiàn)有 技術(shù)方法和設(shè)備相關(guān)的問題。
本發(fā)明的目的是提供至少減少上述問題的排氣后處理系統(tǒng)和方法。
由獨立權(quán)利要求的特征實現(xiàn)該目的。其它權(quán)利要求和說明書公開 了本發(fā)明的有益示例性實施方案。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，排氣后處理系統(tǒng)包括設(shè)置在柴油發(fā)動機 下游的柴油顆粒過濾器單元(DPFU)。選擇性催化還原(SCR)裝置被設(shè)置 成與所述DPFU流體連通，在所述DPFU下游和所述SCR上游設(shè)置第 一噴射器，所述第一噴射器用于將還原劑供應(yīng)到排氣中。在所述SCR 下游設(shè)置至少一個NOx傳感器，所述NOx傳感器用于向NOx協(xié)調(diào)器提 供至少一個NOx信號。在所述SCR上游和/或下游設(shè)置至少一個溫度傳 感器，所述溫度傳感器用于向所述NOx協(xié)調(diào)器提供至少一個溫度信號。 設(shè)置所述NOx協(xié)調(diào)器，以根據(jù)所述至少一個NOx信號和/或所述至少一 個溫度信號的值將所述柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)換成高NOx模式或低NOx模式。本發(fā)明的優(yōu)點在于它使得被動煙灰生成(passive soot generation)最 大化。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于可以將主動02基再生的次數(shù)維持在最小。
本發(fā)明的還一個優(yōu)點在于它允許低的燃料和還原劑消耗，同時保 持NOx排放低于法規(guī)水平。
本發(fā)明的還一個優(yōu)點在于它允許優(yōu)化發(fā)動機在合適的尾排NOx水 平下的最低的燃料消耗。
本發(fā)明的又一個優(yōu)點在于它還優(yōu)化了 SCR催化劑NOx轉(zhuǎn)化速率的 使用。
還一個優(yōu)點在于它允許優(yōu)化發(fā)動機的被動再生。 本發(fā)明的還一個優(yōu)點在于可以將主動02基再生的次數(shù)維持在最小。
本發(fā)明的還一個優(yōu)點在于它補償了環(huán)境影響(不同的轉(zhuǎn)化速率)和/ 或補償了對SCR和發(fā)動機的老化影響。
本發(fā)明的還一個優(yōu)點在于它允許檢測SCR系統(tǒng)的問題。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于將可能使用更小的SCR-催化劑，得到成 本、空間和重量益處。
可以通過改變例如一個或多個下列參數(shù)排氣再循環(huán)(EGR)的量、 增壓壓力(boost pressure)、燃料噴射定時、燃料噴射壓力、燃料噴射次
10數(shù)，將發(fā)動機轉(zhuǎn)換成所述低或高NOx模式。當NOx信號高于預定閾值 時，可以進行所述從高NOx模式到低NOx模式的轉(zhuǎn)換。當NOJ言號低 于預定閾值并且所述溫度信號處于第一溫度Tl和第二溫度T2之間時， 可以進行所述從低NOJ莫式到高NOx模式的轉(zhuǎn)換。所述從低NOx模式 到高NOx模式的轉(zhuǎn)換也可以取決于罐內(nèi)NOx還原劑的含量。
在本發(fā)明的示例性實施方案中，所述DPFU包括涂覆有氧化催化 劑材料的DPF。其優(yōu)點在于可以進一步降低空間、重量和成本。
在還一個示例性實施方案中，在所述柴油發(fā)動機與所述DPFU之 間設(shè)置熱發(fā)生器。所述實施方案的優(yōu)點在于無論發(fā)動機的負荷和RPM 如何，都可以按需要獲得最優(yōu)的EATS工作溫度。
在本發(fā)明的還一個示例性實施方案中，將N02還原催化劑設(shè)置在 所述DPFU和所述SCR之間并與其流體連通。該實施方案的優(yōu)點在于 無論EATS的使用年限如何，都可以優(yōu)化SCR的NO/N02定量(ration)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述排氣后處理方法包括如下操作將 NO氧化成N02并將燃燒粒子捕集到設(shè)置成與柴油發(fā)動機流體連通的柴 油顆粒過濾器單元(DPFU)中，在布置成與所述DPF流體連通的選擇性 催化還原(SCR)裝置中將N02還原成NO,通過在所述DPFU下游和所 述SCR上游布置的第一噴射器將還原劑噴射到排氣中，將來自在所述 SCR下游設(shè)置的至少一個NOx傳感器的NOx信號提供給NOx協(xié)調(diào)器， 由在所述SCR上游和/或下游設(shè)置的至少一個溫度傳感器提供溫度信號 至所述NOx協(xié)調(diào)器，根據(jù)所述至少一個NOx信號和/或所述至少一個溫 度信號的值將所述柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)換成高NOx模式或低NOx模式。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種在計算機可讀媒介上可存儲的計算 機程序包括用于包括下列操作的方法的程序代碼將NO氧化成N02 并將燃燒粒子捕集到設(shè)置成與柴油發(fā)動機流體連通的柴油顆粒過濾器來自在所述SCR下游設(shè)置 的至少一個NO,傳感器的NOx信號提供給NOx協(xié)調(diào)器，將來自在所述 SCR上游和/或下游設(shè)置的至少一個溫度傳感器的溫度信號提供給所述 NOx協(xié)調(diào)器，根據(jù)所述至少一個N(X信號和/或所述至少一個溫度信號 的值將所述柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)換成高NOx模式或低NOx模式。
當在連接到互聯(lián)網(wǎng)的計算機上運行時，該計算機程序可以適合下 載到支持單元或其組件之一上。


下面參考附圖更詳細地描述被引用作為示例的本發(fā)明實施方案。 在附圖中
圖1顯示了與內(nèi)燃機流體連接的本發(fā)明排氣后處理系統(tǒng)的第一示 例性實施方案的示意說明。
圖2顯示了與內(nèi)燃機流體連接的本發(fā)明排氣后處理系統(tǒng)的第二示 例性實施方案的示意說明。
圖3顯示了與內(nèi)燃機流體連接的本發(fā)明排氣后處理系統(tǒng)的第三示 例性實施方案的示意說明。
圖4顯示了與內(nèi)燃機流體連接的本發(fā)明排氣后處理系統(tǒng)的第四示 例性實施方案的示意說明。
圖5顯示了與內(nèi)燃機流體連接的本發(fā)明排氣后處理系統(tǒng)的第五示 例性實施方案的示意說明。
在附圖中，相同或相似的元件由相同的附圖標記指代。附圖僅僅 是示意表示，并非旨在描繪本發(fā)明的具體參數(shù)。而且，附圖旨在僅僅描 述本發(fā)明的典型實施方案，因此不應(yīng)被認為是限制本發(fā)明的范圍。
具體實施例方式
在圖1中，示意顯示了本發(fā)明排氣后處理系統(tǒng)(EATS) 100的第一 示例性實施方案。所述EATS與內(nèi)燃機110如柴油發(fā)動機流體連接。所 述EATS 100包括柴油顆粒過濾器單元(DPFU) 125、選擇性催化還原 (SCR) 150、第一還原劑噴射器145、溫度傳感器156、 NOx傳感器148 和NOx協(xié)調(diào)器112。
DPFU 125與內(nèi)燃機110是直接流體連通的。所述DPFU 125包括 柴油氧化催化劑(DOC) 120和柴油顆粒過濾器(DPF) 130。DOC 120在該 實施方案中布置于所述DPF 130上游。
在DOC 120中發(fā)生的反應(yīng)可以如下表示
(1) NO+l/202 —N02。
DOC120中的溫度特別取決于催化劑材料；HC、 CO和02含量以 及質(zhì)量流量。DOC120中的催化反應(yīng)可以在約20(TC開始，其最大催化 反應(yīng)溫度可以為約300 400°C。在達到最大反應(yīng)溫度后，反應(yīng)可以減 弱，這種減弱取決于平衡反應(yīng)，其中下列逆反應(yīng)比方程式(l)更具溫度 依賴性
(2) N02—l/2 02 + NO。
DOC 120通常構(gòu)造成由堇青石或金屬制成的整體結(jié)構(gòu)的形式。所 述整體結(jié)構(gòu)可以涂覆有堿金屬氧化物和貴金屬形式的催化材料，所述貴 金屬可以是鉑和/或鈀。
在DPF (130)中發(fā)生的反應(yīng)可以如下表示
(3) 2N02 + C —NO + C02。
DPF 130中的溫度可能受到DPF 130內(nèi)的煙灰層的厚度影響并且 可能低達約200°C，但在超過250'C時變得有效。在高于約700'C的溫度下，DPF 130本身和在所述DPF 130下游布置的催化劑的老化可能受 到嚴重影響。
DPF 130可以由堇青石或碳化硅或燒結(jié)金屬粉末的多孔形式制成。 所述多孔形式可以涂覆有堿金屬氧化物和貴金屬形式的催化材料，所述 貴金屬可以是鉑和/或鈀。
如果DPF 130內(nèi)捕集了太多煙灰，這可能是由太低的溫度和/或太 低的來自發(fā)動機的NO/煙灰引起的，可以使用所述DPFU 125上游的任 選熱發(fā)生器以便將DPF 130加熱到適當?shù)墓ぷ鳒囟?。所述熱發(fā)生器可以 采用不同的形式。在第一示例性實施方案中，通過在圖1中用111指示 的將柴油后噴射到內(nèi)燃機110的一個或多個汽缸中和/或?qū)⒉裼蛧娚涞?所述DOC 120上游的排氣系統(tǒng)中，可以按需要升高DPF 130的溫度。 DOC 120中的反應(yīng)可以處于由方程式(4)，而不是由上面(l)所示的方程 式所示的這種環(huán)境下
(4) 3 02 + 2CH2 — 2C02 + 2H20 。
反應(yīng)(4)的溫度特別取決于HC的含量。所述反應(yīng)可以在200'C開始 以達到約350'C的DOC出口溫度，并且可以在280'C開始以達到600°C 的峰溫度。
DOC 120中的催化材料和/或溫度決定方程式(l)或(4)中的哪一個 占主導。如果DOC 120的目的是升高排氣的溫度，則可以優(yōu)化(4)號反 應(yīng)，而如果DOC120的目的是產(chǎn)生NO2，則可以優(yōu)化(l)號反應(yīng)。
熱發(fā)生器的另一個例子可以是電加熱的催化劑。
如果NO/煙灰高，則只需要將DOC 120中的溫度升至約400'C， 以除去抑制(l)號反應(yīng)的SOx。在DPF 130中發(fā)生的另一個反應(yīng)如下
(5) 02 + C —C02。
反應(yīng)(5)的溫度為約600°C ，如果過濾器涂覆有催化劑或者如果燃料 添加有催化劑，則該溫度可以適當降低。更低的溫度可能使得必須向燃 料中添加催化劑材料，所述催化劑材料又被煙灰粒子吸附。
SCR 150在該實施方案中布置于所述DPFU 125下游。在SCR 150 中可能發(fā)生的反應(yīng)可以如下
(6) 4NO + 4NH3 + 02 — 4N2 + 6H20
(7) 2NO + 2N02 + 4NH3 — 4N2 + 6H20
(8) 6N02 + 8NH3 — 7N2 + 12H20
(9) 4N02 + 4NH3 — 2N2 + 2N20 + 6H20 。
因為(7)號反應(yīng)是反應(yīng)(6) (9)中最快的反應(yīng)，并且為了避免(9)號反 應(yīng)，所以需要將NO/N02比率保持在約50:50。
(7)號反應(yīng)在SCR 150中約200°C以上的溫度范圍內(nèi)可能是有效的， 然而所述反應(yīng)在遠遠更低的溫度開始，但溫度越低，反應(yīng)越慢。(6)號 反應(yīng)在SCR 150中的起始溫度可以為約250°C 。起點和溫度范圍稍微受 到SCR 150中的催化材料選擇影響。
SCR 150可以構(gòu)造成由堇青石或金屬制成的整體結(jié)構(gòu)的形式。所述 結(jié)構(gòu)可以在含有若干量的氧化鎢的氧化鈦頂部涂覆氧化釩或涂覆有包 括沸石的涂層。所述沸石可以包括一些鐵或銅內(nèi)容物或一些其它適當?shù)?反離子。還存在延伸向整體結(jié)構(gòu)的氧化釩催化劑，即催化劑和結(jié)構(gòu)是由 相同的材料制成的。
在如圖1所示的實施方案中，將噴射器145布置在DPFU 125和 SCR 150之間。所述噴射器在所述SCR 150上游噴射還原劑材料。所述還原劑材料可以是尿素、氨、吸收在水中的氨、碳酸銨或可以吸附氨的 金屬氯化物鹽。
NOx協(xié)調(diào)器112接收來自NOx傳感器148和溫度傳感器156的信 息。通過使用NOx傳感器和溫度傳感器，可能優(yōu)化SCR系統(tǒng)的效率。 SCR系統(tǒng)150的效率可以取決于溫度和/或老化狀態(tài)，并且可以優(yōu)化不 同的發(fā)動機模式以獲得最佳的總體效率?？梢杂脺囟葌鞲衅?56和NOx 傳感器148測定瞬間SCR效率。
當SCR催化劑150和排放物的物理/化學狀態(tài)允許良好的NOx轉(zhuǎn)化 時，可能例如轉(zhuǎn)換到適合更高的DPF 130被動再生的模式。其影響參數(shù) 為例如溫度、排放物質(zhì)量流量、NOx的組成、吸附的氨、吸附的毒物(作 為烴和金屬)以及熱降解的狀態(tài)。當SCR 150的效率范圍允許高NOy轉(zhuǎn) 化時，可能例如轉(zhuǎn)換到高NOx模式，得到更好的被動DPF 120再生。 通常，高NOx模式還可以得到更低的燃料消耗但更高的還原劑消耗。 在SCR 150處于非高NOx轉(zhuǎn)化的狀態(tài)時的情況下，例如SCR 150的溫 度暫時處于較低水平，可以降低來自發(fā)動機的NOx排放以獲得所需的 NOx尾管排放。
通過在所述SCR 150下游設(shè)置的NOx傳感器148測定發(fā)動機排出 的NOx排放。NOJ專感器148測定(和NOx轉(zhuǎn)化速率)被用于控制發(fā)動機 排出的NOx。發(fā)動機排出的NOx是由NOx協(xié)調(diào)器112控制的連續(xù)值。 NC^協(xié)調(diào)器112使用兩種固定模式之間的函數(shù)，以便獲得所需的發(fā)動機 排出的NOx。 SCR150中的轉(zhuǎn)化速率將不會迅速改變，但SCR150之后 的NOx水平將追隨進入SCR 150的NOx水平。這樣就可能具有通過提 供有來自NOd專感器148和溫度傳感器156的信息的NOx協(xié)調(diào)器112 控制的閉環(huán)控制。NOx協(xié)調(diào)器既是控制器又具有所需的控制值(閾值)。 如果發(fā)動機一直處于低NOx模式(-高煙灰)，則其可能是催化劑受損的 指征。提供有來自溫度傳感器156的溫度信號和來自NOd專感器148的 NOx信號的NOx協(xié)調(diào)器112可以根據(jù)所述信號的值，將發(fā)動機設(shè)置成至 少兩種不同的模式，即高NOx模式和低NOx模式。NOJ辦調(diào)器調(diào)節(jié)發(fā) 動機的管理，即所述NOx協(xié)調(diào)器可以特別改變一個或多個下列參數(shù) 排氣再循環(huán)(EGR)的程度；改變渦輪增壓機的增壓壓力；改變進入燃燒 室的主要和/或輔助燃料噴射器的定時；改變?nèi)剂蠂娚涞膲毫?；改變?nèi)?燒室內(nèi)的溫度；和/或改變發(fā)動機每個工作循環(huán)的燃料噴射次數(shù)。例如， 提高的EGR導致下降的NOx，提高的增壓壓力導致提高的NOx，延遲 的燃料噴射定時導致下降的NOx。
在從第一溫度T1到第二溫度T2的溫度間隔內(nèi)，SCR 150具有最 優(yōu)或最佳的工作范圍，且N02到NO的轉(zhuǎn)化能力高。第一溫度T1和第 二溫度T2的值特別取決于SCR 150的類型和SCR 150的使用年限。所 述溫度間隔，尤其是第一溫度Tl，取決于NO/N02比率，而NO/N02 比率又取決于前面EATS組分的狀態(tài)。T1和T2還受到排氣空速的影響。 就老化的SCR150而言，與嶄新的SCR150相比，溫度間隔將更狹窄。 SCR 150可能被特別是HC和/或氨暫時毒化，即如果SCR 150在低溫 Tl下長期使用，則轉(zhuǎn)化能力將降至低值?？梢酝ㄟ^升高SCR 150的溫 度來消除所述毒化。溫度的升高可以通過不同手段來實現(xiàn)，例如在SCR 150上游設(shè)置的獨立的熱發(fā)生器、將流體噴射到SCR 150上游的燃燒室 和/或排放系統(tǒng)內(nèi)、通過可調(diào)節(jié)的節(jié)氣門(restriction)提高SCR 150上游 的背壓。
NOx協(xié)調(diào)器112要從高NOx模式變成低NOx模式，這要求來自NOx 傳感器的過濾信號高于預定閾值。閾值可以是法定值的分數(shù)(接近一)。 通常法定值作為特定值給出，因此必須將信號轉(zhuǎn)換成該值。
NOx協(xié)調(diào)器112要從低NOx模式變成高NOx模式，這要求來自NOx 傳感器148的過濾信號低于某一值，并且由來自溫度傳感器156的溫度 信號給出的SCR 150的溫度處于Tl和T2之間和/或DPF中的煙灰水平高于預定值。該煙灰值可以由DPF上的壓降或通過物理模型關(guān)聯(lián)。
可以說只要NOx傳感器148檢測到低值，即低于閾值，就使用高 NOx模式。如果從低NOx模式轉(zhuǎn)換到高NOx模式并且NOd專感器148 檢測到NOx水平高于所述閾值，則所述NOx協(xié)調(diào)器112立即轉(zhuǎn)換回低 NOJ莫式。這將意味著會發(fā)生一些臨時NOx排放，通常這可能是閾值太 寬(generous)的結(jié)果。這可能是由未經(jīng)充分測定的參數(shù)如毒物或催化劑 老化而引起的。通過統(tǒng)計處理這些事件，可以適當關(guān)聯(lián)閾。如果將閾值 設(shè)定為更嚴格的值，可能就不會發(fā)生這種情況。
圖2顯示了本發(fā)明的另一個示例性實施方案。該實施方案與圖1 公開的實施方案之間的區(qū)別僅在于，在所述SCR 150下游設(shè)置了第二溫 度傳感器157并在所述SCR150上游設(shè)置了第二NOJ專感器147。在該 實施方案中，在所述SCR上游將具有第一溫度傳感器，在所述SCR150 下游將具有第二溫度傳感器，在所述SCR上游將具有第一 NOd專感器， 并且在所述SCR 150下游將具有第二 NOJ專感器。該裝置的優(yōu)點在于， 將更好地控制SCR 150內(nèi)外的溫度，還更好地控制SCR 150內(nèi)外的 NOx。結(jié)果這樣就可能縮短從一個模式轉(zhuǎn)換到另一個模式的響應(yīng)時間。
圖3顯示了本發(fā)明排氣后處理系統(tǒng)(EATS) 100的另一個示例性實 施方案。所述實施方案與前述實施方案的區(qū)別僅在于，DPFU 125包括 涂覆有DOC材料122的DPF,而不像在圖1中所述DOC 120和DPF 130 是獨立的單元。其它特征使用與圖l相同的附圖標記，因此不需要進一 步闡述，因為功能和結(jié)構(gòu)可能是相同的。與圖l所示實施方案的另一個 區(qū)別在于省略了噴射器111。顯然，所述噴射器111也可以從圖1所示 的實施方案中省略，即圖l中的噴射器lll是任選的。
在圖2的DPFU 125中發(fā)生的反應(yīng)與在圖1所示的DPF 130禾BDOC 120中發(fā)生的反應(yīng)相似，即(1)號和(3)號反應(yīng)。在圖4中，顯示了本發(fā)明排氣后處理系統(tǒng)(EATS) 100的另一個示 例性實施方案。該實施方案與圖1所示實施方案的區(qū)別在于，在內(nèi)燃機 110和DPFU125之間布置了獨立的熱發(fā)生器121。因此，與圖2和圖3 的實施方案類似，省略了噴射器lll。所述獨立的熱發(fā)生器121可以在 所述DPFU125上游的排放系統(tǒng)中包括柴油燃燒器或可調(diào)節(jié)的節(jié)氣門。
圖5顯示了本發(fā)明排氣后處理系統(tǒng)(EATS) 100的又一個示例性實 施方案。該實施方案與圖1所示實施方案的區(qū)別在于，將N02還原催 化劑140和SCR 150布置為組合的單元155，并在所述組合單元155上 游設(shè)置噴射器135。在一個實施方案中，將所述N02還原催化劑140布 置為SCR基底上的區(qū)域涂層，即SCR基底的至少第一部分可以涂覆有 N02還原催化劑材料并且所述SCR基底的至少第二部分可以涂覆有 SCR催化劑材料?？梢愿淖僋02和SCR催化劑材料的區(qū)域涂層順序。 在一個實施方案中，在SCR涂層的第二區(qū)域上游存在N02催化劑涂層 的第一區(qū)域。在另一個實施方案中，存在多處相互隔開的N02涂層， 其間設(shè)置SCR涂層。
在替換實施方案中，所述N02還原催化劑140和所述SCR 150被 布置為獨立的單元。
在又一個示例性實施方案中，所述N02還原催化劑材料可以布置 為DPF基底上的區(qū)域涂層，即DPF基底的至少第一部分可以涂覆有 DOC還原催化劑材料并且所述DPF基底的至少第二部分可以涂覆有 N02催化劑材料?？梢愿淖僋02和DOC催化劑材料的區(qū)域涂層順序。 在一個實施方案中，在N02涂層的第二區(qū)域上游存在DOC催化劑涂層 的第一區(qū)域。在另一個實施方案中，存在多處相互隔開的DOC涂層， 其間設(shè)置N02涂層。
在所述N02還原催化劑140中，可以發(fā)生下列反應(yīng) (10) 2N02 + CH2 — NO + CO + H20(11) 3N02 + CH2 —NO + C02 + H20。
從(10)號和(11)號反應(yīng)中，顯而易見N02還原催化劑140將N02 還原成NO。如果沒有N02還原催化劑140，其是在DOC 120/DPF 130 中的最優(yōu)被動再生和HC氧化與SCR系統(tǒng)150中的高N(X轉(zhuǎn)化之間的 權(quán)衡。通過在DPF 130和/或DPFU 125下游添加N02還原催化劑140， 可以解決這種權(quán)衡問題。N02還原催化劑140充當平衡器，以平衡進入 SCR 150的N02/NO比率。N02還原催化劑140將允許在DOC 120和/ 或DPF 130上負荷高的貴金屬(良好的NO-和HC-氧化)，同時可以實現(xiàn) SCR 150的最優(yōu)N02/NO比率。可以通過在所述N02還原催化劑140 上游由135指示的噴射器添加還原劑如燃料(HC基燃料如柴油)或尿素， 以獲得N02—NO還原。在另一個實施方案中，所述噴射器135和145 可以是單一的單元，即一個噴射器為SCR 150和N02還原催化劑140 二者噴射還原劑。
就N02還原催化劑140而言，還可能使老化的SCR系統(tǒng)150具有 最優(yōu)的被動再生和HC-氧化，同時仍然保持嶄新系統(tǒng)的高NOx轉(zhuǎn)化。還 將可能使用更小的SCR-催化劑150，得到成本、空間和重量益處。
N02還原催化劑140中的溫度可以為約25(TC至約600'C，更多的 細節(jié)可以在WO 2006/040533中找到。N02還原催化劑140可以基于沸 石材料，更多的細節(jié)可以在WO 2006/040533中找到。
在本發(fā)明的還一個示例性實施方案中，具有DPF基底上的N02催 化劑區(qū)域涂層和SCR基底上的N02催化劑區(qū)域涂層的組合。這樣的N02 涂層可以被設(shè)置為在所述DPF和/或SCR單元之一或兩者之上單一區(qū)域 或多個區(qū)域。
可以使用NOx傳感器148和/或溫度傳感器156中的任何一個或兩 個，將發(fā)動機排出的NOx連續(xù)控制在高和低NOx模式的水平之間。盡管已經(jīng)在不同的附圖中示意了不同的實施方案，但應(yīng)當理解附 圖所示實施方案的組合也是可能的。例如，可以將圖1的實施方案與圖 2的實施方案組合，另一種組合可以是圖l與圖3。對于本領(lǐng)域技術(shù)人 員來說，顯然任何一個實施方案都可以與任何一個或多個其它實施方案 組合。
應(yīng)當理解本發(fā)明不限于上述和附圖所示的實施方案；相反，技術(shù)
人員將意識到，可以在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)進行許多改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種排氣后處理系統(tǒng)，其包括-設(shè)置在柴油發(fā)動機下游的柴油顆粒過濾器單元(DPFU)，-設(shè)置成與所述DPFU流體連通的選擇性催化還原(SCR)裝置，-設(shè)置在所述DPFU下游和所述SCR上游的第一噴射器，所述第一噴射器用于將還原劑供應(yīng)到排氣中，-設(shè)置在所述SCR下游的至少一個NOx傳感器，所述NOx傳感器用于向NOx協(xié)調(diào)器提供至少一個NOx信號，和-設(shè)置在所述SCR上游和/或下游的至少一個溫度傳感器，所述溫度傳感器用于向所述NOx協(xié)調(diào)器提供至少一個溫度信號，其中-所述NOx協(xié)調(diào)器被設(shè)置用于，根據(jù)所述至少一個NOx信號和/或所述至少一個溫度信號的值將所述柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)換成高NOx模式或低NOx模式。
2. 權(quán)利要求1的排氣后處理系統(tǒng)，其中通過改變一個或多個下列 參數(shù)排氣再循環(huán)(EGR)的量、增壓壓力、燃料噴射定時、燃料噴射壓 力、燃料噴射次數(shù)，將所述柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)換成所述低NOx模式或高NOx 模式。
3. 權(quán)利要求1或2的排氣后處理系統(tǒng)，其中當NOx信號高于預定 閾值時，進行所述從高NOx模式到低NOx模式的轉(zhuǎn)換。
4. 權(quán)利要求3的排氣后處理系統(tǒng)，其中NOx信號的所述閾值與排 放法定值有關(guān)。
5. 權(quán)利要求1的排氣后處理系統(tǒng)，其中當NOx信號低于預定閾值 并且所述溫度信號處于第一溫度Tl和第二溫度T2之間時，進行所述 從低NC^模式到高NOx模式的轉(zhuǎn)換。
6. 權(quán)利要求5的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述預定閾值取決于一個或多個下列參數(shù)排氣流量和/或N02/NO比率，并且是可進一步調(diào)整的。
7. 權(quán)利要求5的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述第一溫度Tl、 T2取 決于一個或多個下列參數(shù)排氣流量和/或N02/NO比率，并且是可進 一步調(diào)整的。
8. 權(quán)利要求l的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述從低NC^模式到高NOx 模式的轉(zhuǎn)換進一步取決于DPFU中尿素的含量和/或煙灰的預計量。
9. 權(quán)利要求1的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述SCR被設(shè)置在所述 DPFU下游。
10. 權(quán)利要求1的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述DPFU是涂覆有氧化 催化劑的柴油顆粒過濾器(DPF)。
11. 權(quán)利要求1的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述DPFU包括能夠在柴 油顆粒過濾器(DPF)上游將NO轉(zhuǎn)化成N02的柴油氧化催化劑(DOC)。
12. 權(quán)利要求4的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述DOC被設(shè)置在所述 DPF上游。
13. 權(quán)利要求1或2的排氣后處理系統(tǒng)，其中熱發(fā)生器被設(shè)置在所 述柴油發(fā)動機和所述DPFU之間。
14. 權(quán)利要求4的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述熱發(fā)生器由能夠?qū)⑷?料轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水的DOC組成。
15. 權(quán)利要求4的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述熱發(fā)生器由燃燒器組成。
16. 權(quán)利要求1的排氣后處理系統(tǒng)，其進一步包括設(shè)置成與所述DPFU和所述SCR流體連通的N02還原催化劑。
17. 權(quán)利要求9的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述N02還原催化劑被 設(shè)置在所述DPFU的下游和所述SCR的上游。
18. 權(quán)利要求7的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述N02還原催化劑作 為區(qū)域涂層被布置在所述SCR上，和/或作為區(qū)域涂層被布置在所述 DPFU上。
19. 一種排氣后處理方法，其包括下列操作-將NO氧化成N02，并將燃燒粒子捕集到設(shè)置成與柴油發(fā)動機流 體連通的柴油顆粒過濾器單元(DPFU)中，-在布置成與所述DPF流體連通的選擇性催化還原(SCR)裝置中 將N02還原成NO，-通過布置在所述DPFU下游和所述SCR上游的第一噴射器將還原劑噴射到排氣中，-從設(shè)置在所述SCR下游的至少一個NOx傳感器提供NOx信號至NO,協(xié)調(diào)器，-從設(shè)置在所述SCR上游和/或下游的至少一個溫度傳感器提供溫 度信號至所述NOx協(xié)調(diào)器，以及-根據(jù)所述至少一個NOx信號和/或所述至少一個溫度信號的值， 將所述柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)換成高NOx模式或低NOx模式。
20. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其中通過改變一個或多個下 列參數(shù)排氣再循環(huán)(EGR)的量、增壓壓力、燃料噴射定時、燃料噴射 壓力、燃料噴射次數(shù)，將所述柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)換成所述低NOx模式或高 NOx模式。
21. 權(quán)利要求19或20的排氣后處理方法，其中當NOx信號高于 預定閾值時，進行所述從高NOx模式到低NOx模式的轉(zhuǎn)換。
22. 權(quán)利要求21的排氣后處理方法，其中NOJ言號的所述閾值與 排放法定值有關(guān)。
23. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其中當NOJ言號低于預定閾 值并且所述溫度信號處于第一溫度Tl和第二溫度T2之間時，進行所 述從低NOx模式到高NOx模式的轉(zhuǎn)換。
24. 權(quán)利要求23的排氣后處理方法，其中所述預定閾值取決于一 個或多個下列參數(shù)排氣流量和/或N02/NO比率，并且是可進一步調(diào) 整的。
25. 權(quán)利要求23的排氣后處理方法，其中所述第一溫度Tl、 T2 取決于一個或多個下列參數(shù)排氣流量和/或N02/NO比率，并且是可進一步調(diào)整的。
26. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其中所述從低NOx模式到高 NOx模式的轉(zhuǎn)換進一步取決于DPFU中尿素的含量和/或煙灰的預計量。
27. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其進一步包括用氧化催化劑 材料涂覆柴油顆粒過濾器(DPF)的操作。
28. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其進一步包括下列操作將 能夠?qū)⑺鯪O轉(zhuǎn)化成N02的柴油氧化催化劑(DOC)設(shè)置成與能夠捕集 所述燃燒粒子的柴油顆粒過濾器(DPF)流體連通。
29. 權(quán)利要求28的排氣后處理方法，其中在所述DPF上游設(shè)置所述DOC。
30. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其進一步包括在所述柴油發(fā) 動機和所述DPFU之間設(shè)置熱發(fā)生器的操作。
31. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其中所述熱發(fā)生器由能夠?qū)?燃料轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水的柴油氧化催化劑(DOC)組成。
32. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其中所述熱發(fā)生器由燃燒器 組成。
33. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其進一步包括在所述N02還 原催化劑下游設(shè)置N02傳感器的操作。
34. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其進一步包括下列操作 -將所述N02還原催化劑作為區(qū)域涂層應(yīng)用到DPF上，以及 -在所述區(qū)域涂層上游布置所述第一噴射器。
35. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其進一步包括下列操作-將所述N02還原催化劑作為區(qū)域涂層布置到所述SCR裝置上，以及-將所述第一和第二噴射器作為單個單元布置在所述DPFU的下 游以及所述N02還原催化劑和SCR裝置的上游。
36. 權(quán)利要求19的排氣后處理方法，其進一步包括下列操作-將所述N02還原催化劑作為區(qū)域涂層布置在所述SCR裝置上， 以及作為區(qū)域涂層布置在所述DPF上，和-在所述N02還原催化劑區(qū)域涂層的上游將所述第一噴射器布置 在所述DPF上。
37. —種計算機可讀存儲器，其包括用于運行權(quán)利要求19 36中任一項的方法的程序代碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種排氣后處理系統(tǒng)，其包括設(shè)置在柴油發(fā)動機下游的柴油顆粒過濾器單元(DPFU)；設(shè)置成與所述DPFU流體連通的選擇性催化還原(SCR)裝置；設(shè)置在所述DPFU下游和所述SCR上游的第一噴射器，所述第一噴射器用于將還原劑供應(yīng)到排氣中；設(shè)置在所述SCR下游的至少一個NO_x傳感器，所述NO_x傳感器用于向NO_x協(xié)調(diào)器提供至少一個NO_x信號；設(shè)置在所述SCR上游和/或下游的至少一個溫度傳感器，所述溫度傳感器用于向所述NO_x協(xié)調(diào)器提供至少一個溫度信號，其中所述NO_x協(xié)調(diào)器被設(shè)置用于，根據(jù)所述至少一個NO_x信號和/或所述至少一個溫度信號的值將所述柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)換成高NO_x模式或低NO_x模式。
文檔編號F01N9/00GK101617109SQ200880005848
公開日2009年12月30日 申請日期2008年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月21日
發(fā)明者克里斯特·阿爾姆, 漢斯·貝爾恩萊爾, 約翰·本特松, 英厄馬爾·?？怂固貍?申請人:沃爾沃拉斯特瓦格納公司