專利名稱：排氣后處理裝置及操作排氣后處理裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及排氣后處理裝置及操作排氣后處理裝置的方法。
背景技術：
根據(jù)本發(fā)明的方法用在排氣后處理裝置中，該排氣后處理裝置具有冊,存儲催化 轉化器(也稱為用于稀空燃比搡作的氮氧化物捕集器，或簡稱UT即"稀N0,捕集器) 和SCR催化轉化器，該SCR催化轉化器定期地經(jīng)受使用濃空燃比的操作階段，以便促 使N(X存儲催化轉化器的再生。
NO,存儲催化轉化器吸收和存儲由內燃發(fā)動機在稀空燃比操作階段中放出的氮氧 化物(N0x)。 一旦NO,存儲催化轉化器的N0x分子飽和，就需要使用濃空燃比的操作 階段(濃空燃比操作通常持續(xù)幾秒)以清潔所述NO,存儲催化轉化器。這時，允許存 儲的冊x分子的釋放和減少形成無污染負載(non-contaminant-laden)的成分，該成 分主要為氮、二氧化碳及水蒸氣。所述清潔過程的頻率由N0x排放程度和NO,存儲催 化轉化器的存儲能力確定，其中存儲能力取決于排氣溫度。
此外，NO,存儲催化轉化器還存儲在放出的排氣中包含的硫酸鹽，硫酸鹽會導致 NO,存儲催化轉化器的劣化及其NO,存儲能力的降低。為減少NO,存儲催化轉化器中存 儲的硫酸鹽，即觸發(fā)脫硫過程，NO,存儲催化轉化器必須加熱到通常為600'C到700°C 的高溫，并供應還原氣體，為此內燃發(fā)動機在濃空燃比操作模式中操作一定時期。這 會導致NO,存儲催化轉化器的嚴重的熱老化過程，結果NOx存儲催化轉化器的轉化效 率大幅度減少直到其使用壽命的結東。
在濃空燃比操作階段，還可能產生氨(NH》。產生的氨的量主要取決于排氣中的 空燃比、NO,存儲催化轉化器中的N0x負載、NOx存儲催化轉化器的溫度、排氣質量流 率及NO,存儲催化轉化器的老化程度。隨著NOx存儲催化轉化器由于熱劣化而逐步老 化以及由于累積的硫酸鹽，NO,存儲催化轉化器的存儲能力及其轉化存儲的氮氧化物 的能力受到較大地不利影響。這不可避免地導致氨(NHJ的形成，特別是在濃空燃比 工況中，氨(冊3)的形成可以歸因于從N0x存儲催化轉化器釋放的氮氧化物和NOx存儲
催化轉化器的入口處的排氣流中的氮氧化物。
為阻止冊3從排氣尾管排放，在N(h存儲催化轉化器的下游設置SCR催化轉化器 (即選擇性催化還原的催化轉化器)。所述SCR催化轉化器以被動方式操作，通過在 濃空燃比階段中存儲NOx存儲催化轉化器產生的氨。由于在NOx存儲催化轉化器的下 游方向上逃逸的NO,排放物減少，然后存儲的氨在稀空燃比操作階段中較慢地消耗。
4EP 1 435 437 Al例如公開在稀混合物(lean-mix )發(fā)動機中使用的用于NO,排 氣后處理的裝置，其中NO,存儲催化轉化器可以與SCR催化轉化器結合使用以便使用 在N0,存儲催化轉化器中產生的氨(NH3),以在排氣流通過N(X存儲催化轉化器之后減 少排氣流中保留的氮氧化物。
NO,存儲催化轉化器的再生過程的觸發(fā)通常取決于NOx存儲催化轉化器的NO,負載 狀態(tài)發(fā)生，其中在濃空燃比操作階段中，被動操作的SCR催化轉化器存儲在NO,.存儲 催化轉化器中產生的氨并消耗所述氨。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供排氣后處理裝置及操作排氣后處理裝置的方法，該排氣 后處理裝置具有NOx存儲催化轉化器和SCR催化轉化器，這允許NO,存儲催化轉化器 更高效率的再生。
通過一種操作排氣后處理裝置的方法和排氣后處理裝置實現(xiàn)上述目的。
在根據(jù)本發(fā)明用于操作排氣后處理裝置的方法中，該排氣后處理裝置具有冊<存 儲催化轉化器和SCR催化轉化器，NO,存儲催化轉化器用于存儲來自內燃發(fā)動機供應 的排氣的氮氧化物，SCR催化轉化器設置在NO,存儲催化轉化器的下游用于選擇性地 催化還原供應到該SCR催化轉化器的排氣中的氮氧化物。取決于作為排氣后處理裝置 的狀態(tài)特征的狀態(tài)變量值，觸發(fā)用于再生NOx存儲催化轉化器的至少一個再生階段。
該方法的特征在于取決于NO,存儲催化轉化器的老化狀態(tài)選擇考慮用于觸發(fā)再生 階段的標準的狀態(tài)變量。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種考慮NO,存儲催化轉化器的老化狀態(tài)優(yōu)化使用濃空燃混合 物的清潔過程的執(zhí)行的策略。
在常規(guī)的方法中，取決于使用濃空燃混合物的NO,存儲催化轉化器的NO,負載狀 態(tài)發(fā)生清潔過程的觸發(fā)，且在新的未老化的NO,存儲催化轉化器的情況下被動操作的 SCR催化轉化器(在濃空燃比操作階段中SCR催化轉化器存儲NO,存儲催化轉化器中 產生的氨并消耗所述氨)適當?shù)乇硎咀罴逊椒?，因為在這種情況下，整體的氮氧化物 轉化主要由N(^存儲催化轉化器的存儲和轉化效率確定。
然而，所述方法在老化的NO,存儲催化轉化器的情況中不再是最佳的，關于對整 體的NO,轉化的主要貢獻，發(fā)生從NO、存儲催化轉化器到SCR催化轉化器的轉換，同 時N0、存儲催化轉化器的功能然后基本上減少到產生氨(NH3)用于SCR催化轉化器。
本發(fā)明基于實施使用濃空燃混合物的清潔過程的定時取決于NOx存儲催化轉化器 的老化狀態(tài)的構思。更精確地，在具有相對較新的未老化的N(X存儲催化轉化器的裝 置中，主要取決于冊(存儲催化轉化器的NOx的負載發(fā)生清潔或再生的觸發(fā)(即它們 的開始和結東)，而隨著NO,存儲催化轉化器的老化增加，主要取決于SCR催化轉化 器的氨負載控制使用濃空燃混合物的清潔過程的啟用和停用。根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，還考慮NOx存儲催化轉化器的老化狀態(tài)，進行在NO-存 儲催化轉化器的入口處的排氣混合物的空燃比(入值)的控制。更精確地，在具有相 對較新的未老化的NOx存儲催化轉化器的裝置中，所述控制發(fā)生關聯(lián)于N0x存儲催化 轉化器中的優(yōu)化的N0,轉化，而在具有老化的NOx存儲催化轉化器的裝置中，所述控 制發(fā)生關聯(lián)于NOx存儲催化轉化器中的優(yōu)化的冊3產生。
對于NOx存儲催化轉化器中的優(yōu)化的N0x轉化，特別是有可能在從0. 90到1. 0的 范圍內設定X標稱值。對于NO,存儲催化轉化器中的優(yōu)化的氨產生，特別是有可能在 0. 80到0. 90的范圍內設定入標稱值。
本發(fā)明還涉及具有N0、存儲催化轉化器和SCR催化轉化器的排氣后處理裝置，N0X 存儲催化轉化器用于存儲來自內燃發(fā)動機供應的排氣中的氮氧化物，SCR催化轉化器 設置在NO、存儲催化轉化器的下游用于選擇性地催化還原供應到SCR催化轉化器的排 氣中的氮氧化物，其中該排氣后處理裝置還包括用于確定冊x存儲催化轉化器的N0X 負載的裝置、用于確定SCR催化轉化器的NH3負載的裝置、及用于觸發(fā)NOx存儲催化 轉化器的再生階段的設備。該裝置的特征在于用于觸發(fā)NO,存儲催化轉化器的再生階 段的設備設計為取決于NO,存儲催化轉化器的老化狀態(tài)，基于NO,存儲催化轉化器的 NO、負載或基于SCR催化轉化器的冊3負載觸發(fā)再生階段。
關于排氣后處理裝置的優(yōu)點和優(yōu)選的實施例，結合根據(jù)本發(fā)明的方法參考上述陳述。
本發(fā)明的更多的實施例可以從說明書和從屬權利要求中獲得。 在下文基于優(yōu)選的實施例和參考附圖進一步說明本發(fā)明。


圖1示出實施根據(jù)本發(fā)明的方法的排氣后處理裝置的示意圖2示出說明NO,存儲催化轉化器的老化對其NOx存儲能力的影響的圖表； 圖3-圖5示出說明根據(jù)本發(fā)明的方法的圖表。
具體實施例方式
圖1示意性地示出用于處理內燃發(fā)動機的排氣的排氣后處理裝置，其中從內燃發(fā) 動機產生的排氣5首先流過NO,存儲催化轉化器lO且隨后通過設置在所述NOx存儲催 化轉化器10的下游的SCR催化轉化器20。
從圖2和圖3可以看出，N(h存儲催化轉化器10的有效存儲能力隨著NO,存儲催 化轉化器的逐步老化(對應于圖3中的曲線"1" 、"2"及"3")進一步下降'其 中在圖3中由"A"僅示意性表示的相對低溫區(qū)域，劣化主要歸因于硫酸鹽的累積， 在圖3中由"B"表示的相對高溫區(qū)域中，劣化主要歸因于熱導致的老化。
根據(jù)本發(fā)明的方法的實施方案考慮所述老化影響在下文參考圖4和圖5說明。根據(jù)本發(fā)明，隨著N0x存儲催化轉化器10的逐步老化，從使用N0,存儲催化轉化 器10的NOx負載狀態(tài)作為觸發(fā)再生階段的標準(比較圖4a-4b中的實線)轉換到使用 SCR催化轉化器"的麗3負載作為觸發(fā)再生階段的標準(比較圖4a-4b中的虛線)。 再生階段觸發(fā)或結東的時刻由圖4a和圖4b中每種情況中所示的矩形曲線或矩形信號 表示。
在使用相對較新的未老化的N0x存儲催化轉化器10的情況中(對應于圖2中的"I" 指示的區(qū)域)決定觸發(fā)的因素如圖4a所示為NO,存儲催化轉化器10的N0x負載(單 位為克)，在使用老化的NO,存儲催化轉化器10的情況中(對應于圖2中的"II"指 示的區(qū)域)觸發(fā)如圖4b所示由SCR催化轉化器20的冊3負載(單位為克)確定。如 下文詳細說明。
1) 狀態(tài)"I"(=未老化的N0x存儲催化轉化器)
根據(jù)圖4a,在使用相對較新的未老化的N0x存儲催化轉化器10的情況中(狀態(tài) "I"),若NOx存儲催化轉化器10的N0x負載超過閾值，即滿足以下條件 負載—N0X >闊值—NO, (UNT， mfEg) (1) 則觸發(fā)再生階段。其中負載-NO,表示N0x存儲催化轉化器10的N0x負載，閨值—N0X
表示規(guī)定的閾值，t^t表示NOx存儲催化轉化器10中的基質溫度，mf&表示排氣質量流率。
同時，在狀態(tài)"I",取決于N0x存儲催化轉化器10的N0x負載和排氣質量流率 設定在N0x存儲催化轉化器10的入口處的空燃比的標稱值(U標稱值")，以這樣 的方式優(yōu)化NOx存儲催化轉化器10中的N0x轉化或最小化還原劑的流出。 此外，在狀態(tài)"I",若滿足以下條件 負載—N0X <閾值—NOx (tLNT, mfEg) (2)
或若滿足以下條件，
L下游-LNT <閾值(3)
即一旦NOx存儲催化轉化器10的下游的空燃比(L下游-LNT)降到低于閾值(閾 值,則結東再生階段。
2) 狀態(tài)"II"(=老化的NOx存儲催化轉化器)
根據(jù)圖4b,對于老化的NOx存儲催化轉化器10的情況(狀態(tài)"II"),若SCR 催化轉換器20的NH3負載降到低于閾值，即滿足以下條件
負載-麗3 <闊值-冊3 (tSM， mfEB) (4)
則觸發(fā)再生階段。其中，負載—冊3表示SCR催化轉換器20的冊3負載，閾值-NH; 表示規(guī)定的閾值，Wk表示SCR催化轉換器20的基質溫度，mf^表示排氣質量流率。
同時，在狀態(tài)"II",取決于N0x存儲催化轉化器10的冊x負載和排氣質量流 率設定在N0x存儲催化轉化器10的入口處的空燃比的標稱值("Mf稱值")'以這 樣的方式優(yōu)化冊3再生。
7此外，在狀態(tài)"n",若滿足以下條件
負載—NH3 >閾值-卵3 (tSCR, rafEg) (5)
或若滿足以下條件，
人一下游-SCR <閾值2 —X (6) 即一旦SCR催化轉化器20的下游的空燃比(L下游-SCR)降到小于閾值(閾值
2- 入)，則結東再生階段。
3)在狀態(tài)"r'和"n"之間的轉換區(qū)域
在狀態(tài)"r'和"n"之間的轉換區(qū)域，存在以下兩個條件中的一個 負載—N0X 〉閾值—N0x—AF (tLNT, mfEg, AF) (7a) 負載—NH3 <閾值—NH3—AF (tSCR, mfBg, AF) (7b)
這個兩個條件可以用作觸發(fā)再生階段的標準。其中AF表示作為N0x存儲催化轉 化器10的老化狀態(tài)特征的老化因數(shù)，閾值-N0x-AF和闊值-冊3-AF表示取決于所述老 化因數(shù)的閾值。因此，在轉換區(qū)域，若NOx存儲催化轉化器10的NOx負載超過閾值 (閾值-N0x — AF)或若SCR催化轉換器20的冊3負載降到低于閾值(閾值—NH卜AF), 則發(fā)生再生階段，其中所述閾值取決于作為N0x存儲催化轉化器10的老化狀態(tài)特征 的因數(shù)AF。
此外，在狀態(tài)"i"和"n"之間的轉換區(qū)域，若滿足以下兩個條件中的一個
負載—N0X <閾值—NOx—AF (U盯，mfEg, AF) (8a) 及
負載—NH3 >閾值—NH卜AF (tSCR, mfBg, AF) (8b) 或若滿足以下條件
入一下游-SCR <閾值(9)
即一旦SCR催化轉化器20的下游的空燃比(L下游—SCR)降到小于閾值(閾值
3- 人)，則結東再生階段。
至于在NOx存儲催化轉化器10的入口處的空燃比，在狀態(tài)"r'和"n"之間的轉換
區(qū)域中，根據(jù)圖5中的圖表進行所述空燃比的設定。
若再生階段已觸發(fā)(步驟SIO),判斷(步驟S20)是否在NOx存儲催化轉化器 10下游的空燃比a值)小于閾值(閾值3-X)。若為否，則取決于NOx存儲催化轉化 器10的NOx負載和排氣質量流率設定NOx存儲催化轉化器10的上游的空燃比的標稱 值，以這樣的方式最優(yōu)化NOx存儲催化轉化器10中的NOx轉化和最小化還原劑的流 出(步驟S30)。然而，若NOx存儲催化轉化器10下游的空燃比a值)小于閾值(閾 值3i)時，取決于NOx存儲催化轉化器10的NOx負載和排氣質量流率設定空燃比 的標稱值("Mf稱值")，以這樣的方式最優(yōu)化M3產生(步驟S40)。
權利要求
1.一種操作排氣后處理裝置的方法，所述排氣后處理裝置具有NOx存儲催化轉化器(10)和SCR催化轉換器(20)，所述NOx存儲催化轉化器(10)用于存儲來自內燃發(fā)動機供應的排氣(5)中的氮氧化物，所述SCR催化轉換器(20)設置在所述NOx存儲催化轉化器(10)的下游用于選擇性地催化還原供應到所述SCR催化轉換器(20)的排氣中的氮氧化物，其中取決于作為所述排氣后處理裝置的狀態(tài)特征的狀態(tài)變量值，觸發(fā)用于再生所述NOx存儲催化轉化器(10)的至少一個再生階段，其中，取決于所述NOx存儲催化轉化器(10)的老化狀態(tài)選擇考慮用于觸發(fā)再生階段的標準的狀態(tài)變量。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，隨著所述冊x存儲催化轉化器(10) 的逐步老化，從第一模式轉換到第二模式，在所述第一模式中所述NO,存儲催化轉化 器(10)的NO,負載狀態(tài)用作考慮用于觸發(fā)再生階段的標準的狀態(tài)變量，在所述第二 模式中，所述SCR催化轉換器(20)的冊3負載用作考慮用于觸發(fā)再生階段的標準的 狀態(tài)變量。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一模式中，若滿足以下條件負載-NOx >閾值—NOx (kNT， mfEs),則觸發(fā)再生階段，其中負載-NO,表示所述NOx存儲催化轉化器(10)的NO,負載， 閾值JO,表示閾值，^T表示所述NOx存儲催化轉化器(10)的基質溫度，以及mfEg表 示排氣質量流率。
4. 如權利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述第二模式中，若滿足以下 條件負載—NH3 <閾值-冊3 (tSM， mfBg)，則觸發(fā)再生階段，其中負載-NH3表示所述SCR催化轉換器(20)的冊3負載，閾值 -麗3表示閾值，t^表示所述SCR催化轉換器(20)的基質溫度，以及mfEg表示排氣 質量流率。
5. 如上述權利要求中的任意一個所述的方法，其特征在于，取決于所述NO、存儲 催化轉化器(IO)的老化狀態(tài)控制NOx存儲催化轉化器(10)的入口處的空燃比。
6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，隨著所述NO,存儲催化轉化器(10)的逐步老化，從對于NO,存儲催化轉化器(10)中發(fā)生的NO,的轉化所述NO,存儲催化 轉化器(10)的入口處的空燃比的優(yōu)化轉換到對于N(K存儲催化轉化器(10)中發(fā)生 的冊3產生所述N0x存儲催化轉化器(10)的入口處的空燃比的優(yōu)化。
7. 如上述權利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，隨著NOx存儲催化 轉化器(10)的逐步老化，從冊x存儲催化轉化器(10)的入口處的空燃比的標稱值 在0. 90到1. 0的范圍內轉換到NO,存儲催化轉化器(IO)的入口處的空燃比的標稱值 在0. 80到0. 90的范圍內。
8. —種排氣后處理裝置，所述排氣后處理裝置具有NO,存儲催化轉化器(10) 和SCR催化轉換器(20),所述NO,存儲催化轉化器(10)用于存儲來自內燃發(fā)動機 供應的排氣(5)的氮氧化物，所述SCR催化轉換器(20)設置在所述NO,存儲催化轉 化器(10)的下游用于選擇性地催化還原供應到NO,存儲催化轉化器(10)的排氣中 的氮氧化物，其中所述排氣后處理裝置還包括用于確定所述NO,存儲催化轉化器(10) 的N0x負載的裝置、用于確定SCR催化轉化器(20)的NH3負載的裝置、用于觸發(fā)所 述NO,存儲催化轉化器(10)的再生階段的設備，其中，用于觸發(fā)所述NO,存儲催化 轉化器(10)的再生階段的設備設計為取決于所述NOx存儲催化轉化器(10)的老化 狀態(tài)，基于所述NOx存儲催化轉化器(10)的NOx負載或基于所述SCR催化轉換器UO) 的NH3負載觸發(fā)再生階段。
全文摘要
本發(fā)明涉及排氣后處理裝置及操作排氣后處理裝置的方法。該排氣后處理裝置具有NO_x存儲催化轉化器(10)和SCR催化轉換器(20)，所述NO_x存儲催化轉化器(10)用于存儲來自內燃發(fā)動機供應的排氣(5)中的氮氧化物，所述SCR催化轉換器(20)設置在所述NO_x存儲催化轉化器(10)的下游用于選擇性地催化還原供應到所述SCR催化轉換器(20)的排氣中的氮氧化物，取決于作為排氣后處理裝置的狀態(tài)特征的狀態(tài)變量值觸發(fā)用于再生NO_x存儲催化轉化器(10)的至少一個再生階段。其中取決于NO_x存儲催化轉化器(10)的老化狀態(tài)選擇考慮用于觸發(fā)再生階段的標準的狀態(tài)變量。本發(fā)明可實現(xiàn)NO_x存儲催化轉化器高效率的再生。
文檔編號F01N3/20GK101592060SQ20091014652
公開日2009年12月2日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權日2008年5月28日
發(fā)明者亞西爾·雅各布 申請人:福特環(huán)球技術公司