CN101922330A - 排气净化*** - Google Patents

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Abstract

一种排气净化***，其包括排气通道、氧化催化剂、选择性催化还原催化剂、尿素水供应装置，第一加热机构和控制器。从内燃发动机排出的排气流过排气通道。用于将排气中所含有的一氧化氮氧化为二氧化氮的氧化催化剂设置在排气通道中。选择性催化还原催化剂设置在氧化催化剂的下游。尿素水供应装置在选择性催化还原催化剂的上游将尿素水供应到排气通道中。第一加热机构加热氧化催化剂。控制器控制第一加热机构以调节氧化催化剂的温度，使得流入选择性催化还原催化剂的排气中所含有的一氧化氮与二氧化氮之间的摩尔比变为一比一。

Description

排气净化***
技术领域
本发明涉及一种排气净化***，并且更具体地涉及包括尿素选择性催化还原(SCR)***的排气净化***，其中尿素选择性催化还原(SCR)***用于对从柴油发动机排出的排气中所含有的氮氧化物(NOx)进行净化。
背景技术
已经开发尿素SCR***以减少从柴油发动机排出的排气中所含有的NOx。在尿素SCR***中，使用称为SCR催化剂的催化剂以通过使NOx与由尿素水的水解而产生的氨进行反应来实现净化。
当一氧化氮(NO)与二氧化氮(NO2)之间的摩尔比为一比一时，SCR催化剂的净化效率得到最大化。然而，在普通排气中NO的含量通常大于NO2的含量。为了使NO和NO2之间的摩尔比接近一比一，已实施如下措施：在SCR催化剂的上游提供氧化催化剂以对一部分NO进行氧化从而形成NO2。
通过氧化催化剂将NO转化为NO2取决于氧化催化剂的温度。在氧化催化剂的温度相对较低的情况下，还原力大于氧化力，以致增加了穿过氧化催化剂的排气中所含有的NO的摩尔比。
日本专利申请文献No.08-338229中公开了一种排气净化***，该排气净化***用于通过使用电加热器来加热氧化催化剂以增加穿过氧化催化剂的排气中所含有的NO2的摩尔比。
在包括传统尿素SCR***的排气净化***中，当氧化催化剂的温度相对较低时，例如在冷启动时，流入SCR催化剂的排气中所含有的NO的摩尔比增加。因而降低了SCR催化剂对于NOX的净化效率。
排气中的NO与NO2之间的摩尔比根据柴油发动机的运行条件如燃料喷射量和发动机转速的不同而变化。因而，如果将上述文献中所公开的排气净化***应用于传统的尿素SCR***，那么通过使用电加热器来加热氧化催化剂以增加NO2的摩尔比未必能确保流入SCR催化剂中的排气中所含有的NO与NO2之间的摩尔比变为一比一，也未必能确保使SCR催化剂的净化效率最大化。
本发明旨在提供一种排气净化***，在该排气净化***中，无论柴油发动机的运行条件如何，都可以使SCR催化剂的净化效率最大化。
发明内容
根据本发明，排气净化***包括排气通道、氧化催化剂、选择性催化还原催化剂、尿素水供应装置、第一加热机构和控制器。从内燃发动机排出的排气流过排气通道。用于将排气中所含有的一氧化氮氧化为二氧化氮的氧化催化剂设置在排气通道中。选择性催化还原催化剂设置在氧化催化剂的下游。尿素水供应装置在选择性催化还原催化剂的上游将尿素水供应到排气通道中。第一加热机构加热氧化催化剂。控制器控制第一加热机构以调节氧化催化剂的温度，使得在流入选择性催化还原催化剂的排气中所含有的一氧化氮与二氧化氮之间的摩尔比变为一比一。
通过结合附图进行且以示例的方式说明本发明原理的以下描述，本发明的其它方面和其它优点将变得显而易见。
附图说明
参照对当前为优选的实施方式的以下描述以及附图，可以最佳地理解本发明及其目标和优点，在附图中：
图1为示出根据本发明的第一优选实施方式的排气净化***的示意图；
图2为示出通过图1的排气净化***中的氧化催化剂将NO转化为NO2的温度依从关系；
图3为在图1的排气净化***的电子控制单元(ECU)中存储的数据图；以及
图4为示出根据本发明的第二优选实施方式的排气净化***的示意图。
具体实施方式
以下参照图1到图3对根据本发明的第一优选实施方式的排气净化***进行描述。参照示出了根据本发明的第一优选实施方式的排气净化***的图1，用于对排气中所含有的一部分NO进行氧化从而形成NO2的氧化催化剂3设置在排气通道2中，从用作内燃发动机的柴油发动机1中排出的排气流过该排气通道2。用于去除排气中所含有的颗粒物质(PM)的柴油颗粒过滤器(DPF)4设置在氧化催化剂3的下游。用于通过使NOx与由尿素水的水解产生的氨进行反应以形成氮和水来减少NOx的选择性催化还原(SCR)催化剂5设置在DPF 4的下游。用于对残留在SCR催化剂5中且未进行反应或被消耗的氨进行氧化的氧化催化剂6设置在SCR催化剂5的下游。用作为尿素水供应装置的尿素水供应喷管设置在DPF 4与SCR催化剂5之间并连接至尿素水罐(未示出)以在SCR催化剂5的上游处供应尿素水。
电加热器8布置在氧化催化剂3的上游端面上，电加热器8用作为可操作以对用于加热氧化催化剂3的温度进行调节的第一加热机构。温度传感器9布置在处于氧化催化剂3下游的位置处。在第一优选实施方式中，由温度传感器9检测的温度被认为是氧化催化剂3的温度。电加热器8和温度传感器9电连接至电控制单元(ECU)10或电连接至用作为控制器的发动机控制单元。
以下对根据本发明的第一优选实施方式的排气净化***的运行进行描述。从柴油发动机1排到排气通道2中的排气首先流入氧化催化剂3，在氧化催化剂3处，排气中所含有的一部分NO被氧化从而形成NO2。然后，穿过氧化催化剂3的排气流入DPF 4，在DPF 4处，排气中所含有的颗粒物质(PM)沉淀在DPF 4上，并且沉淀的PM与排气中所含有的NO2进行反应，因而被燃烧并被去除。然后，穿过DPF4的排气流入SCR催化剂5。
如上所述，当NO与NO2之间的摩尔比为一比一时，SCR 5对NOx的净化效率变为最大。从柴油发动机1排出的排气中所含有的NO与NO2之间的摩尔比取决于柴油发动机1的燃料喷射量和发动机转速。参照图2，通过氧化催化剂3进行的NO向NO2的转化取决于氧化催化剂3的温度。因此，ECU 10基于柴油发动机1的燃料喷射量和发动机转速的数据来控制电加热器8以调节氧化催化剂3的温度，使得流入SCR催化剂5的排气中所含有的NO与NO2之间的摩尔比变为一比一。
具体地，ECU 10具有数据图，该数据图包括通过试验获得的与柴油发动机1不同的相应的燃料喷射量和发动机转速相关联的氧化催化剂3的温度的数据，如图3所示，在这些温度下，穿过氧化催化剂3和DPF 4的排气中所含有的NO与NO2之间的摩尔比为一比一。在柴油机发动机1的运行过程中，以预定的时间间隔确定柴油发动机1的燃料喷射量和发动机转速，并且从图3的数据图中计算出在NO与NO2之间的摩尔比为一比一时氧化催化剂3的温度。因此，ECU 10控制电加热器8的运行从而加热氧化催化剂3，使得之后由温度传感器9检测的温度变得与从图3中的数据图中获得的温度基本上相同。
再次参照图1，当被调节以使得NO与NO2之间的摩尔比变为一比一的排气流入SCR催化剂5时，从位于SCR催化剂5的上游的尿素水供应喷管7供应到排气通道2中的尿素水被水解以形成氨和二氧化氮。然后，氨与在排气中的NOx进行反应从而形成氮和水。残留在SCR催化剂5中且未进行反应或被消耗的氨在氧化催化剂6中被氧化。如此，排气被净化并排到大气中。
如上所述，根据本发明的第一优选实施方式的排气净化***可通过对为氧化催化剂3提供的电加热器8进行控制来调节氧化催化剂3的温度以使得流入SCR催化剂5的排气中所含有的NO与NO2之间的摩尔比变为一比一，因此无论柴油发动机1的运行条件如何都使SCR催化剂5的净化效率最大化。排气中的PM由设置在氧化催化剂3与SCR催化剂5之间的DPF 4从排气中去除。
以下对根据本发明的第二优选实施方式的排气净化***进行描述。相同的参考标记表示与图1中的部件基本上相似的部件，并省略对这些部件的描述。
根据第二优选实施方式的排气净化***具有附加的电加热器211和附加的温度传感器212，附加的电加热器211用作为设置在SCR催化剂5的上游端面上以加热SCR催化剂5的第二加热机构，附加的温度传感器212布置在SCR催化剂5的下游。在第二优选实施方式中，由温度传感器212检测的温度被认为是SCR催化剂5的温度。电加热器211和温度传感器212电连接至用作为控制器的ECU 210。
通常，SCR催化剂5变得最具活性时的温度处于200℃至500℃的范围内。因此，ECU 210控制电加热器211以使得由温度传感器212为SCR催化剂5所检测的温度处于200℃至500℃的范围内。因而，根据第二优选实施方式的排气净化***的有利之处在于：例如在SCR催化剂5的温度仍为低的冷启动时，可以通过由电加热器211加热SCR催化剂5来缩短在获得充分的净化效率之前的时间。
在第一优选实施方式和第二优选实施方式中，电加热器8的表面可涂有一层氧化催化剂3使得氧化催化剂3由电加热器8支撑，因而作为电加热催化剂(EHC)被提供。类似地，在第二优选实施方式中，电加热器211也可以在其表面上涂有一层SCR催化剂5使得SCR催化剂5由电加热器211支撑。在这种布置中，可以使排气净化***的尺寸减小。
在第一优选实施方式和第二优选实施方式中，可以省去DPF 4。在这种情况下，制作出这样的数据图，该数据图包括通过实验获得的与柴油发动机1不同的相应的燃料喷射量和发动机转速相对应的氧化催化剂3的温度的数据，在这些温度下，穿过氧化催化剂3的排气中所含有的NO与NO2之间的摩尔比为一比一。

Claims (10)

1.一种排气净化***，包括：
排气通道(2)，从内燃发动机(1)排出的排气流过所述排气通道(2)；
氧化催化剂(3)，所述氧化催化剂(3)用于将所述排气中含有的一氧化氮氧化为二氧化氮，其中，所述氧化催化剂(3)设置在所述排气通道(2)中；
选择性催化还原催化剂(5)，所述选择性催化还原催化剂(5)设置在所述氧化催化剂(3)的下游；
尿素水供应装置(7)，所述尿素水供应装置(7)在所述选择性催化还原催化剂(5)的上游将尿素水供应到所述排气通道(2)中；以及
第一加热机构(8)，所述第一加热机构(8)加热所述氧化催化剂(3)，
其特征在于，所述排气净化***还包括控制器(10，210)，所述控制器(10，210)控制所述第一加热机构(8)以调节所述氧化催化剂(3)的温度，使得流入到所述选择性催化还原催化剂(5)中的排气中的一氧化氮与二氧化氮之间的摩尔比变为一比一。
2.根据权利要求1所述的排气净化***，其特征在于，所述氧化催化剂(3)在所述排气通道(2)中由所述第一加热机构(8)支撑。
3.根据权利要求1所述的排气净化***，其特征在于，所述第一加热机构(8)设置在所述氧化催化剂(3)的上游，并且温度传感器(9)设置在所述氧化催化剂(3)的下游，其中，所述第一加热机构(8)和所述温度传感(9)电连接至所述控制器(10，210)。
4.根据权利要求1所述的排气净化***，其特征在于，所述控制器(10，210)控制所述第一加热机构(8)以基于所述内燃发动机(1)的燃料喷射量和发动机转速来调节所述氧化催化剂(3)的温度。
5.根据权利要求4所述的排气净化***，其特征在于，所述控制器(10，210)包括与所述内燃发动机(1)的相应的燃料喷射量和发动机转速相关联的所述氧化催化剂(3)的温度的数据，其中，所述控制器(10，210)以预定的时间间隔从所述数据中计算出在一氧化氮与二氧化氮之间的摩尔比为一比一时的所述氧化催化剂(3)的温度。
6.根据权利要求1所述的排气净化***，还包括对所述选择性催化还原催化剂(5)进行加热的第二加热机构(211)。
7.根据权利要求6所述的排气净化***，其特征在于，所述选择性催化还原催化剂(5)在所述排气通道(2)中由所述第二加热机构(211)支撑。
8.根据权利要求6所述的排气净化***，其特征在于，所述控制器(210)控制所述第二加热机构(211)，使得所述选择性催化还原催化剂(5)的温度处于预定的范围内。
9.根据权利要求8所述的排气净化***，其特征在于，所述预定的范围为从200℃到500℃。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的排气净化***，还包括设置在所述氧化催化剂(3)与所述选择性催化还原催化剂(5)之间的柴油颗粒过滤器(4)。
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