CN104854321A - 包括催化颗粒过滤器的排气处理***、以及相应方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种排气处理***2，该排气处理***包括一个催化颗粒过滤器11、安装在该催化颗粒过滤器11下游的一个氮氧化物催化还原器具12、安装在该催化颗粒过滤器11上游的一个喷射器具13、用于确定该催化颗粒过滤器的温度的一个装置15、以及能够命令喷射还原剂的一个电子控制单元17。该电子控制单元17包括一个第一控制装置和一个第二控制装置，该第一控制装置能够命令喷射该还原剂以便获得与低于一个阈值的一个过滤器11温度相对应的储存在该过滤器11中的一个参考量的还原剂，该第二控制装置能够命令喷射该还原剂以便提供与大于所述阈值的一个过滤器11温度相对应的储存在器具12中的一个参考量的还原剂。

Description

包括催化颗粒过滤器的排气处理***、以及相应方法
本发明涉及一种用于处理排气的***和方法，特别是使用可以处理氮氧化物(NOx)、尤其是NO和NO2的催化颗粒过滤器。更准确地讲，本发明涉及一种用于在催化颗粒过滤器的热再生阶段处理氮氧化物的***和方法。
为了符合针对污染气体排放的逐渐减小的可接受的阈值，越来越复杂的气体处理***被放置在稀燃发动机、特别是柴油发动机的排气管线中。这些后处理***可以尤其减少颗粒和氮氧化物以及一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物的排放。
对于氮氧化物NOx而言，选择性催化还原(SCR)方法是一种已知的处理方法。该方法在于使用放置在发动机的排气管线中的催化器和喷射到排气管线中的还原剂来连续处理氮氧化物排放。该还原剂通常是能够以其分子形式或作为尿素注入的氨。如果是后者，则尿素被存储在该车辆中的一个贮存器中并且是在进入该催化器之前喷射并与排气混合的。该催化器通过该还原剂使氮氧化物的还原反应加速。
此外，为了限制排气中排入大气的颗粒量，还已知使用一个颗粒过滤器。该颗粒过滤器可以与氮氧化物的选择性还原催化器串联安装、或者可以与针对氮氧化物的选择性还原催化器组合。如果是后者，这被称作催化颗粒过滤器，该催化颗粒过滤器可以催化排气中包含的氮氧化物和过滤器烟尘颗粒的还原，这致使该***的成本和体积减少。
为了确保过滤出的烟尘被该催化颗粒过滤器去除并且防止燃烧式发动机的排气管线中的热量损失，有必要使该催化颗粒过滤器热再生。该催化颗粒过滤器的热再生是通过提高催化颗粒过滤器的温度直至烟尘燃烧来完成的。对于柴油车辆而言，在平均大约一百千米之后发生这样的再生。
然而，即使通过提高温度而提供了包含在催化颗粒过滤器中的催化材料的功效，但尽管如此，该再生还是导致了用来还原这些氮氧化物的还原剂大量释放到离开该催化颗粒过滤器的气体中。这种还原剂(通常是氨)是特别臭的并且有毒性。
专利申请FR 2 895 445描述了这样一种***，其中一个催化颗粒过滤器被安装在燃烧式发动机的排气管线上。一个还原剂喷射器被安装在所述过滤器的上游，并且该***包括一个控制装置，该控制装置可以在催化微粒过滤器的热再生之前和期间减少或中断排气线路中的还原剂的喷射，以防止任何氨泄漏。然而，在再生阶段停止还原剂的喷射降低了处理氮氧化物的功效，所以因此在排入大气中的排气中发现较高量的氮氧化物。
本发明旨在解决先前提出的这些技术问题。具体地讲，本发明的目标是提出一种能够限制还原剂泄露而同时针对烟尘和氮氧化物处理还产生更好的总功效的***。
根据一个特征，提出了一种针对由内燃发动机排出的排气的处理***，该***包括：安装在该发动机的排气管线中的、能够催化多种氮氧化物的还原的一个催化颗粒过滤器，安装在该催化颗粒过滤器上游的用于该排气管线中的一种还原剂的一个喷射器具，以及能够命令将该还原剂喷射到该排气管线中的一个电子控制单元。
该***还包括安装在该催化颗粒过滤器下游的一个氮氧化物催化还原器具。该氮氧化物还原催化器可以具有减小的体积并且仅用于在该催化颗粒过滤器的热再生过程中回收来自该催化颗粒过滤器的过剩还原剂。相应地，减少了释放在排气中的还原剂的量和氮氧化物的量，这意味着该***的总功效得以改善。
该***还包括确定该催化颗粒过滤器的温度的一个装置，并且该电子控制单元包括一个第一控制装置和一个第二控制装置，该第一控制装置可以命令将该还原剂喷射到该排气管线中以给出储存在该催化颗粒过滤器中的与该催化颗粒过滤器的一个低于阈值的温度相对应的一个特定量的还原剂，该第二控制装置可以命令将该还原剂喷射到该排气管线中以给出储存在该氮氧化物催化还原器具中的与该催化颗粒过滤器的一个大于所述阈值的温度相对应的一个特定量的还原剂。
相应地，该第一控制装置和第二控制装置可以根据该催化颗粒过滤器的温度来命令将该还原剂喷射到该排气管线中，以便调节和优化储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂的量(情况是在该催化颗粒过滤器呈现小于热再生温度的一个温度并且因此可以催化氮氧化物的选择性还原)、或者调节和优化储存在该氮氧化物选择性催化还原器具中的还原剂的量(情况是在该催化颗粒过滤器呈现大于热再生温度的一个温度并且因此释放还原剂到排气中)。相应地，有利地是通过根据该催化颗粒过滤器的温度范围来对该还原剂喷射命令加以适配地使用该氮氧化物选择性催化还原器具的。相应地，该***可以调节储存在该催化颗粒过滤器和该氮氧化物选择性催化还原器具中的还原剂的量。喷射和储存在这些不同的催化器中的还原剂的量是根据该温度(即根据该催化颗粒过滤器的运行模式)来适配的，以便在保留该***的NOx处理功效的同时防止任何还原剂的泄露。
优选地，该第一控制装置包括随该催化颗粒过滤器的温度、这些排气的流率以及这些氮氧化物的流率的变化而确定储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂的特定量的一个装置，并且该第二控制装置包括随该催化颗粒过滤器的温度、这些排气的流率以及这些氮氧化物的流率的变化而确定储存在该氮氧化物催化还原器具中的还原剂的特定量的一个装置。
储存在该催化颗粒过滤器或该氮氧化物选择性催化还原器具中的还原剂的特定量是根据该催化颗粒过滤器或该氮氧化物选择性催化还原器具的运行条件来确定的。相应地，根据这些运行条件，所储存的还原剂的这些特定量可以变化、并且因此改变该排气管线中的还原剂喷射命令。这些量被特别地确定成在这些给定的运行条件下使该催化颗粒过滤器或氮氧化物选择性催化还原器具提高氮氧化物处理功效。
优选地，该电子控制单元包括对储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂的有效量以及储存在该氮氧化物选择性催化还原器具中的还原剂的有效量进行估算的一个装置。此外，该第一控制装置包括随储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂的特定量与有效量之间的差值的变化而对还原剂喷射命令进行校正的一个装置，并且该第二控制装置包括随储存在该氮氧化物催化还原器具中的还原剂的特定量与有效量之间的差值的变化而对还原剂喷射命令进行校正的一个装置。除了所储存的还原剂的这些特定量，该电子控制单元还确定有效地储存在这两个用于处理氮氧化物的器具(催化颗粒过滤器和氮氧化物选择性催化还原器具)中的还原剂的量，以便确定喷射到该排气管线中的还原剂的量。
该***还包括在该排气管线中安装在还原剂喷射装置上游的一个氧化催化器具。
该***可以进一步包括一个传感器，该传感器被安装在该选择性催化还原器具的下游并且可以测量离开该选择性催化还原器具的氮氧化物和还原剂的总流率。
根据另一个特征，本发明还涉及一种针对由内燃发动机排出的排气的处理方法，该内燃发动机在其排气管线中装配有能够催化氮氧化物的还原的一个催化颗粒过滤器以及安装在该催化颗粒过滤器下游的一个氮氧化物催化还原器具，该处理方法包括：
-确定该催化颗粒过滤器的温度的一个第一步骤，
-当该催化颗粒过滤器的温度小于一个阈值时截留包含在这些排气中的颗粒并且对包含在这些排气中的氮氧化物进行选择性催化还原的一个第二步骤以及
-当该催化颗粒过滤器的温度大于所述阈值时燃烧被截留在该催化颗粒过滤器中的颗粒并且然后对包含在这些排气中的氮氧化物进行选择性催化还原的一个第三步骤。
该方法还包括将一种还原剂喷射到该排气管线中，该喷射步骤包括：
-在该第二步骤的过程中控制一次喷射来给出储存在该催化颗粒过滤器中的一个特定量的还原剂的一个第一步骤，以及
-在该第三步骤的过程中命令一次喷射来给出储存在该氮氧化物催化还原器具中的一个特定量的还原剂的一个第二步骤。
优选地，该第一喷射步骤包括随该催化颗粒过滤器的温度、这些排气的流率以及这些氮氧化物的流率的变化而确定储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂的特定量的一个步骤。
优选地，该第一喷射步骤包括估算储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂的有效量的一个步骤，以及随储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂的特定量与有效量之间的差值的变化而对喷射命令进行校正的一个步骤。
优选地，该第二喷射步骤包括随该催化颗粒过滤器的温度、这些排气的流率以及这些氮氧化物的流率的变化而确定储存在该氮氧化物催化还原器具中的还原剂的特定量的一个步骤。
优选地，该第二喷射步骤包括估算储存在该氮氧化物催化还原器具中的还原剂的有效量的一个步骤，以及随储存在该氮氧化物催化还原器具中的还原剂的特定量与有效量之间的差值的变化而对还原剂喷射命令进行校正的一个步骤。
在研究对本发明的以非限制性举例方式采取的一个实施例和附图的详细说明时，将会清楚本发明的其他权益和特征，在附图中：
-图1示意性地表示根据本发明的一个排气后处理***；以及
-图2表示展示了一个控制单元的一部分的构架的一个示意图。
图1以非常示意性的方式示出了一台内燃发动机1和一个排气后处理***2的总体结构。内燃发动机1包括例如至少一个汽缸3、一个进气歧管4、一个排气歧管5、装配有一个排气再循环阀7的一个排气再循环回路6、以及包括压缩机8a和涡轮机8b的一个涡轮压缩***8。
排气后处理***2包括一个排气管线9，在管线9中的排气流的意义上，将一个氧化催化器10、一个催化颗粒过滤器11以及一个氮氧化物选择性催化还原(SCR)器具12安装在该排气管线上。此外，用于一种还原剂(例如尿素)的一个喷射器13被安装在氧化催化器10的下游和催化颗粒过滤器11的上游。排气管线9还可以包括一个混合装置(未示出)，该混合装置被安装在喷射器13与催化颗粒过滤器11之间并且使由排气和该还原剂组成的混合物均匀化。应当注意到氧化催化器10可以被省去而不改变本发明。
***2还包括一个第一温度传感器14，该第一温度传感器被安装在氧化催化器10的上游并且可以感测在不同的排气处理阶段供应至该氧化催化器10的气体的温度(并且因此是氧化催化器10的温度)。***2还包括一个第二温度传感器15，该第二温度传感器被安装在催化颗粒过滤器11的上游并且可以感测在不同的排气处理阶段供应给该催化颗粒过滤器11的气体的温度(并且因此是催化颗粒过滤器11的温度)。***2还可以包括安装在氮氧化物选择性催化还原器具12下游的一个NOx传感器16。传感器16可以特别地测量在运行过程中离开排气管线9的氮氧化物的流率。
一个电子控制单元ECU 17特别地通过向汽缸3中的燃料喷射器发送特定值以及通过控制供应给这些汽缸3的空气量和由对阀门7的作用而回收的排气的流率来处理这些不同的信号和燃烧命令。
电子控制单元17还可以命令还原剂喷射器13将希望量的还原剂引入排气管线9中。
电子控制单元17包括对储存在催化颗粒过滤器11中的还原剂(例如氨)的有效量以及储存在氮氧化物选择性催化还原器具12中的还原剂(氨)的有效量进行估算的一个装置18。装置18特别地随由测量这些氮氧化物在它们离开选择性催化还原器具12时的流率的传感器16提供的值的变化并且随由喷射器13引入排气管线9中的还原剂的量的变化而估算量和
这些值和然后被发送到生成排气管线9中的还原剂喷射器13命令的一个装置19。
相应地，如图2中示出的，该生成装置19以下列各项作为输入：由估算装置18确定和发送的值和由温度传感器15测量的气体温度值、排气中的氮氧化物水平XNOx以及排气管线9中循环的排气的流率值Qexh。生成装置19包括一个第一控制装置20、一个第二控制装置21以及一个选择装置22(参见图2)。
第一控制装置20包括确定储存在催化颗粒过滤器11中的还原剂的一个特定量的一个装置23。确定装置23作为输入接收由第二传感器15测量的气体温度值T、这些排气中的氮氧化物水平XNOx以及排气流率值Qexh，并且根据一个图谱或一种算法确定储存在催化颗粒过滤器11中的还原剂的一个特定量该特定量可以赋予高的氮氧化物处理功效、低的还原剂消耗以及在催化颗粒过滤器11出口处的低的氨泄漏。相应地，该具体值是通过优化这些先前引用的参数来确立的。
然后将该具体值发送至一个比较装置25，该比较装置还接收由估算装置18确定的值比较装置25计算这两个值的差值：并且将该差值发送至一个校正装置26，该校正装置可以随差值Δ11的变化而校正该还原剂喷射命令。由此，校正装置26确定一个喷射命令Cn，该喷射命令可以随已经储存在催化颗粒过滤器11中的还原剂的有效量的变化而给出储存在所述过滤器11中的还原剂的特定量。具体地讲，如果量小于命令Cn使喷射到该排气管线中的还原剂增加。如果量大于命令Cn不会触发将还原剂喷射到该排气管线中。喷射命令Cn被发送至选择装置22。
第二控制装置21包括确定储存在选择性催化还原器具12中的还原剂的一个特定量的一个装置24。确定装置24作为输入接收由第二传感器15测量的气体温度值T、这些排气中的氮氧化物水平XNOx以及排气流率值Qexh，并且根据一个图谱或一种算法确定储存在用于氮氧化物的选择性催化还原器具12中的还原剂的特定量该特定量可以赋予高的氮氧化物处理功效、低的还原剂消耗以及在用于氮氧化物的选择性催化还原器具12出口处的低的氨泄漏。相应地，该具体值是通过优化这些先前引用的参数来确立的。
将该具体值发送至一个比较装置27，该比较装置还接收由估算装置18确定的值比较装置27计算这两个值的差值：并且将该差值发送至一个校正装置28，该校正装置可以随差值A12的变化而校正该还原剂喷射命令。由此，校正装置28确定一个喷射命令C12，该喷射命令可以随已经储存在选择性催化还原器具12中的还原剂的有效量的变化而给出储存在所述器具12中的还原剂的特定量。具体地讲，如果量小于命令C12使喷射到该排气管线中的还原剂增加。如果量大于命令C12不会触发将还原剂喷射到该排气管线中。喷射命令C12被发送至选择装置22。
选择装置22作为输入接收这些喷射命令Cn和C12、以及由第二传感器15测量的气体温度值T。当温度T小于一个阈值温度时，选择装置22根据命令C11控制喷射器13。当温度T大于一个阈值温度时，选择装置22根据命令C12控制喷射器13。
相应地，只要催化颗粒过滤器11的温度T还未达到该阈值温度(对应于催化颗粒过滤器11的热再生)，储存在该催化颗粒过滤器11中的还原剂的量就被调节成使该催化颗粒过滤器尽可能有效地运行。因此，主要是由催化颗粒过滤器11处理这些氮氧化物。选择性催化还原器具12未被命令激活(例如具有小于该催化材料的激活温度的一个温度)。然而，如果该选择性催化还原器具是激活的，则该选择性催化还原器具可以处理残留的氮氧化物或者捕获由催化颗粒过滤器11释放的还原剂的过剩痕量。
当催化颗粒过滤器11的温度T已经达到该阈值温度(对应于所述催化颗粒过滤器11的热再生或对应于一个解吸温度)时，在催化颗粒过滤器11出口处发生还原剂泄露。考虑到来自催化颗粒过滤器11的还原剂的泄露，于是储存在选择性催化还原器具12中的还原剂的量被调节成使其尽可能有效地运行，并且不再调节储存在催化颗粒过滤器11中的还原剂的量。因此，主要由选择性催化还原器具12处理这些氮氧化物，并且催化颗粒过滤器11中的还原剂的泄露被该选择性催化还原器具12捕获。
相应地，归功于排气管线9中存在的催化颗粒过滤器、选择性催化还原器具、以及这两个装置的随该催化颗粒过滤器的温度变化而变化的特定命令，就使得对来自燃烧式发动机的氮氧化物和来自该处理***的还原剂的泄露容易地加以控制和处理成为可能。

Claims (10)

1.一种针对由内燃发动机排出的排气的处理***(2)，包括：
-安装在该发动机的排气管线(9)中的、能够催化多种氮氧化物的还原的一个催化颗粒过滤器(11)，
-安装在该催化颗粒过滤器(11)下游的一个氮氧化物催化还原器具(12)，
-安装在该催化颗粒过滤器(11)上游的用于该排气管线(9)中的一种还原剂的一个喷射器具(13)，
-确定该催化颗粒过滤器的温度的一个装置(15)以及
-能够命令将该还原剂喷射到该排气管线(9)中的一个电子控制单元(17)，
其特征在于，该电子控制单元(17)包括一个第一控制装置(20)和一个第二控制装置(21)，该第一控制装置能够命令将该还原剂喷射到该排气管线中以给出储存在该催化颗粒过滤器(11)中的与该催化颗粒过滤器(11)的一个低于阈值的温度相对应的一个特定量的还原剂，该第二控制装置能够命令将该还原剂喷射到该排气管线中以给出储存在该氮氧化物催化还原器具(12)中的与该催化颗粒过滤器(11)的一个大于所述阈值的温度相对应的一个特定量的还原剂。
2.如权利要求1所述的处理***，其中该第一控制装置(20)包括随该催化颗粒过滤器的温度、这些排气的流率以及这些氮氧化物的流率的变化而确定储存在该催化颗粒过滤器(11)中的还原剂的特定量的一个装置(23)，并且其中该第二控制装置(21)包括随该催化颗粒过滤器的温度、这些排气的流率以及这些氮氧化物的流率的变化而确定储存在该氮氧化物催化还原器具(12)中的还原剂的特定量的一个装置(24)。
3.如权利要求2所述的处理***，其中该电子控制单元(17)包括估算储存在该催化颗粒过滤器(11)中的还原剂的有效量和储存在该氮氧化物催化还原器具(12)中的还原剂的有效量的一个装置(18)，并且其中该第一控制装置(20)包括随储存在该催化颗粒过滤器(11)中的还原剂的特定量与有效量之间的差值的变化而对还原剂喷射命令进行校正的一个装置(26)，并且其中该第二控制装置(21)包括随储存在该氮氧化物催化还原器具(12)中的还原剂的特定量与有效量之间的差值的变化而对还原剂喷射命令进行校正的一个装置(28)。
4.如权利要求1至3之一所述的处理***(2)，进一步包括在该排气管线(9)中安装在还原剂喷射装置(13)上游的一个氧化催化器具(10)。
5.如权利要求1至4之一所述的处理***(2)，进一步包括一个传感器(16)，该传感器被安装在该选择性催化还原器具(12)的下游并且能够测量离开该选择性催化还原器具(12)的氮氧化物和还原剂的总流率。
6.一种针对由内燃发动机排出的排气的处理方法，该内燃发动机在其排气管线中装配有能够催化氮氧化物的还原的一个催化颗粒过滤器(11)以及安装在该催化颗粒过滤器(11)下游的一个氮氧化物催化还原器具(12)，该处理方法包括：
-确定该催化颗粒过滤器(11)的温度的一个第一步骤，
-当该催化颗粒过滤器(11)的温度小于一个阈值时截留包含在这些排气中的颗粒并且对包含在这些排气中的氮氧化物进行选择性催化还原的一个第二步骤以及
-当该催化颗粒过滤器(11)的温度大于所述阈值时燃烧被截留在该催化颗粒过滤器(11)中的颗粒并且然后对包含在这些排气中的氮氧化物进行选择性催化还原的一个第三步骤，
其特征在于，该方法还包括将一种还原剂喷射到该排气管线中，该喷射步骤包括：
-在该第二步骤的过程中命令一次喷射来给出储存在该催化颗粒过滤器(11)中的一个特定量的还原剂的一个第一步骤，以及
-在该第三步骤的过程中命令一次喷射该给出储存在该氮氧化物催化还原器具(12)中的一个特定量的还原剂的一个第二步骤。
7.如权利要求6所述的方法，其中该第一喷射步骤包括随该催化颗粒过滤器的温度、这些排气的流率以及这些氮氧化物的流率的变化而确定储存在该催化颗粒过滤器(11)中的还原剂的特定量的一个步骤。
8.如权利要求6和7之一所述的方法，其中该第二喷射步骤包括随该催化颗粒过滤器的温度、这些排气的流率以及这些氮氧化物的流率的变化而确定储存在该氮氧化物催化还原器具中的还原剂的特定量的一个步骤。
9.如权利要求7所述的方法，其中该第一喷射步骤包括估算储存在该催化颗粒过滤器(11)中的还原剂的有效量的一个步骤，以及随储存在该催化颗粒过滤器(11)中的还原剂的特定量与有效量之间的差值的变化而对喷射命令进行校正的一个步骤。
10.如权利要求8所述的方法，其中该第二喷射步骤包括估算储存在该氮氧化物催化还原器具(12)中的还原剂的有效量的一个步骤，以及随储存在该氮氧化物催化还原器具(12)中的还原剂的特定量与有效量之间的差值的变化而对还原剂喷射命令进行校正的一个步骤。
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