CN117869050A - 包含预热氧化催化剂的后处理*** - Google Patents

包含预热氧化催化剂的后处理*** Download PDF

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拉约曼德·达伯霍瓦拉
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Abstract

本申请涉及包含预热氧化催化剂的后处理***，具体涉及一种用于处理废气的后处理***，包括排气导管、预热氧化催化剂、被设置在预热氧化催化剂的下游的初级氧化催化剂和被设置在排气导管中在初级氧化催化剂的下游的选择性催化还原***。控制器被配置为确定选择性催化还原***的入口处的废气的温度。响应于温度低于阈值温度，控制器产生烃***信号，该烃***信号被配置为引起烃被***到预热氧化催化剂中或预热氧化催化剂的上游，以便将废气的温度升高到高于阈值温度。

Description

包含预热氧化催化剂的后处理***
本申请是申请日为2020年09月03日，申请号为202080061325.4，发明名称为“包含预热氧化催化剂的后处理***”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年9月13日提交的美国临时申请第62/900,220号的权益，其全部公开内容据此通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及后处理***领域，并且特别是涉及用于管理后处理***中的温度的***和方法。
背景技术
排气后处理***用于接收并且处理由内燃发动机产生的废气。通常，废气后处理***包括若干种不同部件中的任何一种，以降低废气中存在的有害排气排放物的水平。例如，用于柴油动力内燃发动机的某些废气后处理***包括选择性催化还原(SCR)***，该选择性催化还原(SCR)***包括被配制成在氨(NH3)的存在下将NOx(一些馏分中的NO和NO2)转化为无害的氮气(N2)和水蒸气(H2O)的催化剂。通常，在这样的后处理***中，排气还原剂(例如，诸如尿素的柴油机排气流体(DEF))被***到SCR***中以提供氨源，并与废气混合以部分地还原NOx气体。然后废气的还原副产物流体地连通至到包括在SCR***中的催化剂以使基本上所有的NOx气体分解成相对无害的副产物，这些相对无害的副产物从后处理***被排出。
在某些情况下，例如，当发动机被冷启动时，废气的温度可能太低，不能有效地分解还原剂并产生氨。此外，SCR***的SCR温度可能低于SCR***的最佳操作温度。这可能导致SCR***的催化转化效率低于期望的催化转化效率，这导致废气中更大量的NOx气体在穿过后处理***后被排放到环境中，这是不期望的。
概述
本文描述的实施方案总体上涉及用于加热流入后处理***的废气的***和方法，并且具体地，涉及包括预热氧化催化剂的后处理***，当进入后处理***的废气的温度低于阈值温度时，预热氧化催化剂燃烧***其中的烃，以便提高废气的温度。
在一些实施方案中，用于处理由发动机产生的废气的后处理***包括：排气导管，其被配置为接收废气；预热氧化催化剂；初级氧化催化剂，其被设置在预热氧化催化剂的下游；SCR***，其被设置在排气导管中在初级氧化催化剂的下游；和控制器。控制器被配置为：确定SCR***的入口处的废气的温度，以及响应于SCR***的入口处的废气的温度低于阈值温度，生成烃***命令，所述烃***命令被配置为引起烃被***到预热氧化催化剂中或被***到预热氧化催化剂的上游的废气中。预热氧化催化剂被配置为催化***的烃的燃烧，以便将废气的温度升高到高于阈值温度。
在一些实施方案中，控制器被配置为响应于废气的温度高于预热氧化催化剂的起燃温度而引起烃被***。
在一些实施方案中，后处理***还包括加热器，所述加热器是可操作地联接到预热氧化催化剂的，其中控制器被配置为响应于废气的温度低于预热氧化催化剂的起燃温度而选择性地激活加热器。
在一些实施方案中，控制器还被配置为：响应于废气的温度达到初级氧化催化剂的起燃温度但仍低于阈值温度，将烃***到初级氧化催化剂中或***到在预热氧化催化剂和初级氧化催化剂之间的废气中。
在一些实施方案中，控制器还被配置为：响应于SCR***的温度增加到等于或高于比阈值温度高的上阈值温度，停止烃的***。
在一些实施方案中，SCR***包括上游催化剂和被设置在上游催化剂的下游的下游催化剂。在一些实施方案中，上游催化剂包括FeZ催化剂。在一些实施方案中，下游催化剂包括CuZ催化剂。
在一些实施方案中，烃经由包括在后处理***中的烃***组件和/或经由发动机被***。在一些实施方案中，预热氧化催化剂具有低于初级氧化催化剂的起燃温度的起燃温度。
在一些实施方案中，后处理***还包括：被设置在预热氧化催化剂的上游的第一烃注入器；以及被设置在预热氧化催化剂和初级氧化催化剂之间的第二烃注入器。
在一些实施方案中，一种用于控制后处理***的操作的方法，该后处理***包括预热氧化催化剂、被设置在预热氧化催化剂的下游的初级氧化催化剂和被设置在初级氧化催化剂的下游的SCR***，所述方法包括：由控制器确定SCR***的入口处的废气的温度；以及响应于所述SCR***的入口处的废气的温度低于阈值温度，由所述控制器生成烃***命令，所述烃***命令被配置为引起烃被***到所述预热氧化催化剂中或者被***到所述预热氧化催化剂的上游的废气中，所述预热氧化催化剂被配置为催化所***的烃的燃烧，以便将废气的温度升高到高于阈值温度。
在一些实施方案中，响应于废气的温度高于预热氧化催化剂的起燃温度，由控制器引起烃被***。
在一些实施方案中，后处理***还包括加热器，所述加热器是可操作地联接到预热氧化催化剂的，并且其中所述方法还包括：响应于废气的温度低于预热氧化催化剂的起燃温度，由控制器引起加热器的激活。
在一些实施方案中，所述方法还包括：响应于废气的温度达到初级氧化催化剂的起燃温度但仍低于阈值温度，由控制器引起将烃***到初级氧化催化剂中或***到在预热氧化催化剂和初级氧化催化剂之间的废气中。
在一些实施例中，所述方法还包括：响应于选择性催化还原***的温度增加到等于或高于比阈值温度高的上阈值温度，由控制器停止烃的***。
在一些实施方案中，用于控制包括预热氧化催化剂、被设置在预热氧化催化剂的下游的初级氧化催化剂和被设置在初级氧化催化剂的下游的SCR***的后处理***的操作的控制器被配置为：确定SCR***的入口处的废气的温度；以及响应于SCR***的入口处的废气的温度低于阈值温度，生成烃***命令，该烃***命令被设置为引起烃被***到预热氧化催化剂中或者被***到预热氧化催化剂的上游的废气中，预热氧化催化剂被配置为催化***的烃的燃烧，以便将废气的温度升高到高于阈值温度。
在一些实施方案中，控制器响应于废气的温度高于预热氧化催化剂的起燃温度而产生烃***命令。
在一些实施方案中，后处理***还包括加热器，所述加热器是可操作地联接到预热氧化催化剂的，并且其中控制器还被配置为：响应于废气的温度低于预热氧化催化剂的起燃温度，选择性地激活加热器。
在一些实施方案中，控制器还被配置为：响应于废气的温度达到初级氧化催化剂的起燃温度但仍低于阈值温度，引起将烃***到初级氧化催化剂中或***到在预热氧化催化剂和初级氧化催化剂之间的废气中。
应当理解，前述构思和以下更详细讨论的另外的构思的所有组合(只要这样的概念不相互不一致)被预期为本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾的所要求保护的主题的所有组合被预期为本文公开的发明主题的一部分。
附图简述
结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本公开内容的前述和其他特征将变得更加充分明显。应当理解，这些附图仅描绘了根据本公开内容的若干种实施方式，并且因此不应被认为是对其范围的限制，将通过使用附图以附加的独特性和细节来描述本公开内容。
图1是根据实施方案的包括预热氧化催化剂的后处理***的示意图。
图2是示出了在没有预热废气的情况下(基线SM)和在废气被预热氧化催化剂预热的情况下(ccDOC+SM)，在冷启动时已经由发动机排放的废气的温度的图，该废气流向下游SCR***。
图3是示出了在没有预热废气的情况下(基线SM)和在废气被预热氧化催化剂预热的情况下(ccDOC+SM)，在热启动时由已经发动机排放的废气的温度的图，该废气流向下游SCR***。
图4是示出了在废气没有被预热的情况下(A1)和在废气被预热氧化催化剂预热的情况下(A5)，由于在冷启动时已经由发动机排放的废气而导致的SCR入口温度随时间的增加的图。
图5是示出了在废气没有被预热的情况下(A1)和在废气被预热氧化催化剂预热的情况下(A5)，由于在热启动时已经由发动机排放的废气而导致的SCR入口温度随时间的增加的图。
图6是示出了由不包括预热氧化催化剂的后处理***(ATS)(常规ATS)、包括预热氧化催化剂的后处理***(ccDOC+常规ATS)和包括预热氧化催化剂和可操作地联接到氧化催化剂的加热器的后处理***(2kW加热器+ccDOC+常规ATS)的尾管排放的NOx的量的条形图。
图7是根据实施方案的用于管理后处理***中的温度的方法的示意性流程图。
在整个下面的详细描述中参考了附图。在附图中，除非上下文另有规定，否则相似的符号通常标识相似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式不意图是限制性的。在不脱离此处呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实现方式，并且可以进行其他改变。将容易地理解，如在本文总体描述的和在附图中示出的，本公开内容的方面可以以多种不同的配置来布置、替换、组合和设计，所有这些都被明确地预期并且构成本公开内容的一部分。
详细描述
本文描述的实施方案总体上涉及用于加热流入后处理***的废气的***和方法，并且具体地，涉及包括预热氧化催化剂的后处理***，当进入后处理***的废气的温度低于阈值温度时，预热氧化催化剂燃烧***其中的烃，以便提高废气的温度。
可以在后处理***的尾管处实现超低NOx的后处理***(例如，NOx气体的减少大于50％-75％)对于满足未来柴油发动机的排放法规是期望的。满足超低NOx法规的关键瓶颈之一是常规的SCR***无法在低温，例如在低于约175摄氏度的温度转化NOx。由于常规的SCR***在低温的低活性，在冷启动期间，即当发动机在被冷却持续一段时间后启动而排放废气时，在尾管处排放大量的NOx。为了满足超低NOx法规，与当前的尾管NOx法规相比，需要超过50％-75％的尾管NOx减少。然而，未来的法规也要求较低的温室气体(例如，CO2)排放物。
已经提出了多种解决方案以满足超低NOx要求以及后处理***中包含的过滤器(例如柴油颗粒过滤器)的再生。这些包含，例如，通过增加在发动机中燃烧的燃料的量(例如，通过在富燃料条件下运行发动机)来增加发动机输出温度，以更快地加热SCR***并增加NOx转化效率。然而，这种方法降低燃料效率，因为较大量的燃料必须在发动机中燃烧以增加发动机输出废气温度，并且还增加CO2排放物。
另一种方法包括减少SCR***上游的热质量，与常规的后处理架构相比，这可能需要不同的架构。例如，一种方法包括移除上游过滤器并将过滤器定位在SCR***之后。然而，这种类型的架构在过滤器再生间隔方面具有很大的折衷，因为将SCR***放置在过滤器的上游消耗所有的NOx，导致最少或没有被动的烟尘氧化。这导致频繁的基于烟尘的再生事件。类似地，对于涉及降低SCR***上游的热质量的其他架构，通常存在显著的折衷，使得它们的实施变得困难。外部加热器可以可操作地联接到SCR***，以在发动机启动时提高其温度，但是这增加后处理***的功率消耗和复杂性。
这些方法的主要目的是在瞬态循环期间，即当废气处于低于SCR***的最佳操作温度(例如，低于约175摄氏度)的温度时，在尾管处获得超低NOx(例如，NOx减少超过75％)。这种低温废气通常在冷暖联邦测试程序(FTP)循环的前400-500秒期间由发动机排放，并且导致进入后处理***的废气中包含的初始量的约90％-95％的NOx被排放到环境中。这是因为SCR***在这些温度不起作用，并且由于低的温度，还原剂不能在冷暖循环的最初几秒钟内被定量供给。然而，如先前所描述的，常规方法具有若干个限制其可行性的缺点。
本文描述的***和方法的多种实施方案可以提供一个或更多个益处，包括例如：(1)通过被设置在SCR***上游的预热氧化催化剂，将进入SCR***的废气的温度升高到在瞬态阶段期间SCR***的操作的最佳温度；(2)在SCR***的上游提供较低的热质量；(3)允许与现有的后处理***简单集成；以及(4)在瞬态阶段期间在后处理***的尾管处提供超低NOx排放物。
图1是根据实施方式的后处理***100的示意图。后处理***100被配置为接收来自发动机10的废气(例如，柴油废气)并分解废气的成分，诸如例如NOx气体、CO等。后处理***100包括还原剂储罐110、还原剂***组件112、SCR***150、初级氧化催化剂120、预热氧化催化剂180和控制器170，并且还可以任选地包括烃***组件114、过滤器130、混合器140和氨氧化催化剂160。
发动机10可以是内燃发动机，例如，柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、生物柴油发动机、双燃料发动机、醇发动机、E85或任何其他合适的内燃发动机。
还原剂储罐110容纳还原剂，该还原剂被配制成通过被包括在SCR***150中的催化剂来促进废气的成分(例如，NOx气体)的还原。在废气是柴油机废气的实施方案中，还原剂可以包括提供氨源的柴油机排气流体(DEF)。合适的DEF可以包括尿素、尿素的水溶液或任何其他DEF(例如，在商品名下可获得的DEF)。在特定的实施方案中，还原剂包括包含32.5％的尿素和67.5％的去离子水的尿素水溶液。在其他实施方案中，还原剂包括包含40％的尿素和60％的去离子水的尿素水溶液。
还原剂***组件112流体地联接到还原剂存储罐110，并被配置为从还原剂存储罐110接收还原剂，并将还原剂***到流经后处理***100的废气中，例如，在SCR***150的上游。
SCR***150被配置为在氨的存在下接收并处理流经SCR***150的废气(例如，柴油废气)。后处理***100包括排气导管101，该排气导管101界定用于连通废气的排气流路。SCR***150被定位在排气导管101内。在一些实施方案中，排气导管101包括入口管102，该入口管102被定位在SCR***150上游并且被配置为接收来自发动机10的废气并将废气传送到SCR***150。排气导管101还可以包括出口管104，用于将经处理的废气排放到环境中。出口管104可以被联接到尾管。在一些实施方案中，SCR***150可以包括上游催化剂152(例如，FeZ催化剂)和下游催化剂154(例如，CuZ催化剂)。
初级氧化催化剂120(例如，柴油氧化催化剂)可以被设置在SCR***150的上游，并被配置为氧化可能存在于废气中的未燃烧的烃。过滤器130(例如，柴油颗粒过滤器)可以被设置在初级氧化催化剂120的下游和SCR***150的上游，并且被配置为过滤包含在废气中的颗粒物质(例如，烟尘、灰烬等)。在一些实施方案中，烃***组件114被配置为将烃***到初始氧化催化剂120上游的废气中。初级氧化催化剂120被配置为催化烃的燃烧，以便将废气的温度升高到足以再生过滤器130和/或SCR***150的温度。
在一些实施方案中，混合器140可以被设置在SCR***150的上游，并且被设置为在还原剂流入SCR***150之前促进还原剂与废气的混合。在一些实施方案中，氨氧化催化剂160可以被设置在SCR***150的下游，并被配置为处理任何可能仍未被SCR***150消耗的氨，即防止氨泄漏。
如本文先前描述的，在瞬态阶段期间，例如在冷发动机循环或热发动机循环期间，废气的温度可以低于阈值温度，例如低于约175摄氏度。在如此低的温度，还原剂可能不会完全分解，并且SCR***150可能在SCR***150的催化转化效率明显低于其最佳催化转化效率的温度操作。这可以导致从后处理***100排出的废气中的更高的NOx排放物。
为了在这种瞬态阶段期间提高废气的温度，后处理***100还包括被设置在初级氧化催化剂120上游的预热氧化催化剂180。预热氧化催化剂180可以包括被包覆的基底催化剂，例如，包括金属、堇青石、金属泡沫或任何其他基底。在一些实施方案中，预热氧化催化剂180可以被设置在入口管102中。在一些实施方案中，烃***组件114被配置为选择性地将烃***到预热氧化催化剂180中或***到预热氧化催化剂180上游的废气中。
在一些实施方案中，后处理***100可以包括被设置在预热氧化催化剂180上游的第一烃(HC)注入器116a，并且任选地还可以包括被设置在预热氧化催化剂180下游和初级氧化催化剂120上游的第二HC注入器116b。在一些实施方案中，烃***组件114可以被配置为经由第一HC注入器116a将烃***到预热氧化催化剂180上游的废气中。当由SCR温度传感器107测量的在SCR***150的入口处的废气的温度(SCR入口温度)低于阈值温度(例如，低于约175摄氏度)时，烃***组件114可以将烃***到预热氧化催化剂中或***到预热氧化催化剂180上游的废气中。在其他实施方案中，烃可以通过发动机10提供。
预热氧化催化剂180被配置为通过使烃燃烧来产生热量，其加热废气，并且从而加热下游的SCR***150。这增加SCR***150的催化转化效率，并且甚至在发动机10的瞬态阶段期间(例如，在冷启动或热启动时)导致超低的NOx排放物。预热氧化催化剂180被具体设计为在较低的温度使烃燃烧并产生热量。当烃(例如柴油燃料)被注入到预热氧化催化剂180上时，预热氧化催化剂180氧化那些烃并产生热量。该热量又可以更快地加热下游后处理部件，例如SCR***150。预热氧化催化剂180主要用于产生热量，用于更快地加热下游SCR***150，并且被设计为与初级氧化催化剂120相比提供有限的热量产生，例如当过滤器130填充有烟尘时，初级氧化催化剂120可以产生足够的热量以再生过滤器130。
在一些实施方案中，涡轮增压器184可以被安装在后处理***100的上游，使得废气在穿过预热氧化催化剂180并流向SCR***150之前流过涡轮增压器184。与初级氧化催化剂120相比，预热氧化催化剂180提供较低热质量的优点，因为预热氧化催化剂180被定位成更靠近涡轮增压器184，所以可以避免由于下降管造成的热损失，并且可以专门设计成用于通过使烃反应产生热量。预热氧化催化剂180还具有比初级氧化催化剂120更低的起燃温度(即，预热氧化催化剂180可以点燃烃的温度)，使得预热氧化催化剂180可以在更低的温度点燃烃，例如，在低于约175摄氏度的温度点燃烃。
在一些实施方案中，加热器182(例如，2kW加热器)可以可操作地联接到预热氧化催化剂180，并且被设置为选择性地加热预热氧化催化剂180，例如，当废气的温度低于预热氧化催化剂180的起燃温度时。使用加热器182提供另外的益处，即可以更早地定量供给烃，允许更好地控制NOx排放物。使用预热氧化催化剂180优选地是为了在发动机10中燃烧燃料，因为与在发动机10中燃烧燃料相比，在预热氧化催化剂180之上燃烧燃料通常具有更好的热效率。在其他实施方案中，预热氧化催化剂180可以包括电加热催化剂，例如，具有被设置为加热氧化催化剂的电绕组。
温度传感器103可以被设置在入口管102中，并且被配置为测量例如在通过涡轮增压器184之后由发动机10排放的废气的温度。SCR温度传感器107可以被设置在SCR***150的上游，例如，在SCR***150和初级氧化催化剂120之间，并且被设置为测量SCR入口温度。控制器170可操作地联接到烃***组件114、温度传感器103和SCR温度传感器107。在一些实施方案中，控制器170也可以可操作地联接到还原剂***组件112。控制器170可以包括一个或更多个被配置为执行如本文所描述的控制器170的操作的部件。例如，控制器170可以包括处理器(例如，微处理器、可编程逻辑控制器(PLC)芯片、ASIC芯片或任何其他合适的处理器)，其可以与存储器(例如，RAM、ROM或任何其他非暂时性计算机可读介质)通信。处理器可以被配置为执行存储在存储器上的指令、算法、命令或其他程序。控制器170还可以包括被配置为执行控制器170的多种操作的一个或更多个模块或电路。
控制器170被配置为确定流入后处理***100的废气的SCR入口温度。例如，控制器170可以从SCR温度传感器107接收温度信号，并确定SCR入口温度。响应于温度低于阈值温度，控制器170可以生成烃***命令，该烃***命令被配置为引起烃被***到预热氧化催化剂180中或被***到预热氧化催化剂180上游的废气中。例如，控制器170可以指示烃***组件114例如经由第一HC注入器116a将烃***到预热氧化催化剂180中或***到预热氧化催化剂180上游的废气中，或者命令发动机10将烃***到进入预热氧化催化剂180的废气中。在一些实施方案中，控制器170被配置为响应于废气的温度高于预热氧化催化剂180的起燃温度，将烃***到预热氧化催化剂180中或***到预热氧化催化剂180上游的废气中。
在一些实施方案中，加热器182可操作地联接到预热氧化催化剂180，控制器170可操作地联接到加热器182并被配置为响应于废气的温度低于预热氧化催化剂180的起燃温度而选择性地激活加热器182，以便将预热氧化催化剂180的温度升高到起燃温度。
通过预热氧化催化剂180预热废气也加热初级氧化催化剂120。一旦废气的温度达到初级氧化催化剂120的起燃温度，控制器170还可以指示烃***组件114将烃***到初级氧化催化剂120中或***到初级氧化催化剂120上游的废气中。初级氧化催化剂120随后使烃燃烧，这导致废气的温度的进一步升高，并且从而导致SCR***150的温度的进一步升高。
进一步扩展，在一些实施方案中，后处理***100可以包括被设置在预热氧化催化剂180上游的第一HC注入器116a和被设置在预热氧化催化剂180下游的第二HC注入器116b中的每一个。用于加热废气的烃可以通过发动机10或经由烃***组件114经由第一HC注入器116a并且在一些实施方案中还经由第二HC注入器116b***。此外，用于跨过初级氧化催化剂120燃烧的烃可以通过烃***组件114经由第二HC注入器116b***。任何合适的烃都可以被***到废气中，诸如例如柴油、汽油、丙烷、天然气等。经由发动机10或通过预热氧化催化剂180上游的第一HC注入器116a以及通过第二HC注入器116b的烃***可以彼此独立或相互依赖。
在烃可以被***到预热氧化催化剂180的上游和下游两者的一些实施方案中，控制器170可以被配置为响应于SCR入口温度低于阈值温度而开始烃的***。在这样的实施方案中，预热氧化催化剂180可以被定位成比初级氧化催化剂120更靠近涡轮增压器184。在一些实施方案中，烃可以被***到预热氧化催化剂180的上游和下游两者(例如，经由第一HC注入器116a和第二HC注入器16b两者)。在其他实施方案中，例如，当废气的温度高于预热氧化催化剂180的起燃温度时，烃可以仅被***到预热氧化催化剂180的上游(例如，经由第一HC注入器116a)。在又其他实施方案中，例如，当废气温度高于初级氧化催化剂120的起燃温度时，烃可以仅被***到预热氧化催化剂180的下游(例如，经由第二HC注入器116b)。在一些实施方案中，控制器170可以被配置为一旦SCR入口温度等于或大于上阈值温度(例如，大于约150摄氏度至500摄氏度)就停止燃料***。
如本文先前描述的，预热氧化催化剂180上游的烃***(例如，经由发动机10或通过烃***组件114通过第一HC注入器116a)可以基于预热氧化催化剂180的起燃温度。预热氧化催化剂180的起燃温度可以是***到废气中的烃的约50％由预热氧化催化剂180燃烧的温度。在一些实施方案中，预热氧化催化剂180的起燃温度可以在约125摄氏度至约300摄氏度的范围内。在一些实施方案中，控制器170被配置为响应于预热氧化催化剂180的入口温度(例如，由温度传感器103测量)或预热氧化催化剂180的床温度等于或大于预热氧化催化剂180的起燃温度，来启动在预热氧化催化剂180的上游或在预热氧化催化剂180上的烃***。
在一些实施方案中，控制器170被配置为基于初级氧化催化剂120的起燃温度，在预热氧化催化剂180的下游和初级氧化催化剂120的上游(例如，经由烃***组件114通过第二HC注入器116b)启动烃***。例如，控制器170可以响应于初级氧化催化剂入口温度(例如，由初级氧化催化剂入口温度传感器109测量)或初级氧化催化剂120的床温度等于或大于初级氧化催化剂120的起燃温度，指示烃***组件114将烃***到废气中。初级氧化催化剂120的起燃温度是初级氧化催化剂120能够燃烧被***到废气中的烃的约50％的温度。在一些实施方案中，初级氧化催化剂120的起燃温度可以在约150摄氏度至约400摄氏度的范围内。
如本文先前描述的，响应于预热氧化催化剂180的温度低于其起燃温度，控制器170可以被配置为激活加热器182，以便加热预热氧化催化剂180。在一些实施方案中，控制器170可以被配置为响应于SCR入口温度低于阈值温度而激活加热器182。控制器170可以被配置为响应于SCR入口温度等于或大于上阈值温度而停用(deactivate)加热器182。
在一些实施方案中，其中后处理***100被配置为在预热氧化催化剂180的上游(例如，经由发动机10或第一HC注入器116a)以及在预热氧化催化剂180的下游(例如，经由第二HC注入器116b)***烃，并且还包括加热器182，控制器170可以被配置为选择性地并且彼此独立地：(a)在预热氧化催化剂180的上游***烃；(b)在预热氧化催化剂180的下游***烃；和/或(c)响应于SCR入口温度低于温度阈值，激活加热器182。在其他实施方案中，在预热氧化催化剂180的上游和/或下游***烃和激活加热器182可以相互依赖地进行。
上述每一个的激活或停用可以基于SCR入口温度、预热氧化催化剂入口温度或床温度、初级氧化催化剂入口温度或床温度、废气流量、废气中的氧气浓度等中的一种或更多种。在一些实施方案中，加热器182可以在不***烃的情况下被激活。在其他实施方案中，烃可以在预热氧化催化剂180的上游或下游被***，而不激活加热器182。
在一些实施方案中，后处理***100可以仅被配置为例如经由发动机10或第一HC注入器116a通过烃***组件114在预热氧化催化剂180的上游***烃，并且第二HC注入器116b被排除。在这样的实施方案中，预热氧化催化剂180可以被定位成相对于涡轮增压器184更靠近初级氧化催化剂120。控制器170可以被配置为响应于SCR入口温度低于阈值温度，彼此独立或相互依赖地在预热氧化催化剂180的上游***烃和/或激活加热器182。控制器170还可以被配置为响应于SCR入口温度等于或大于上阈值温度，彼此独立或相互依赖地停用加热器182和/或烃***。上述每一个的激活或停用可以基于SCR入口温度、预热氧化催化剂入口温度或床温度、初级氧化催化剂入口温度或床温度、废气流量、废气中的氧气浓度等中的一种或更多种。
在预热氧化催化剂180的上游***烃可以基于预热氧化催化剂180的起燃温度，如本文先前描述的。在一些实施方案中，加热器182可以在不***烃的情况下被激活。在其他实施方案中，烃可以在预热氧化催化剂180的上游或下游被***，而不激活加热器182。
在一些实施方案中，控制器170可以被配置为从SCR温度传感器107接收SCR入口温度信号，并由此确定SCR入口温度。控制器170可以被配置为一旦SCR***温度等于或大于上阈值温度，例如约250摄氏度，就停止将烃***到预热氧化催化剂180或***到预热氧化催化剂180上游的废气中。控制器170可以响应于SCR***温度下降到低于上阈值温度而再次开始烃***。一旦废气和/或SCR***150的温度等于或大于阈值温度，控制器170就可以指示还原剂***组件112将还原剂***到废气中。
在烃由发动机10或加热器182上游的烃***组件114***的一些实施方案中，预热氧化催化剂180可以被排除，并且废气的预热可以仅由加热器182执行。在这样的实施方案中，控制器170可以被配置为响应于SCR入口温度小于温度阈值，彼此独立或相互依赖地激活加热器182和/或引起将烃***到加热器182上游的废气中。上述每一个的激活或停用可以基于SCR入口温度、预热氧化催化剂入口温度或床温度、初级氧化催化剂入口温度或床温度、废气流量、废气中的氧气浓度等中的一种或更多种。在一些实施方案中，加热器182可以在不***烃的情况下被激活。在其他实施方案中，烃可以在预热氧化催化剂180的上游或下游被***，而不激活加热器182。烃***可以基于初级氧化催化剂120的起燃温度，如本文先前描述的。加热器182可以实现更快的烃***。
图2-图6是经由通过用预热氧化催化剂预热废气来提高流经后处理***的废气的废气温度的多种模拟获得的图。例如，图2是示出了在冷启动时已经由发动机排放的废气的温度的图，该废气流向下游的SCR***而没有预热废气(基线SM)，并且其中废气由预热氧化催化剂预热(ccDOC+SM)。温度在后处理***中包含的过滤器的出口处被测量。在冷FTP循环期间，SCR***的温度可以被显著升高，如从图2中观察到的。
图3是示出了在热启动时已经由发动机排放的废气的温度的图，该废气流向下游的SCR***，而没有预热废气(基线SM)，并且其中废气由预热氧化催化剂预热(ccDOC+SM)。温度在后处理***中包括的过滤器的出口处被测量(例如，由SCR温度传感器107测量)。在热FTP循环期间，SCR***的温度可以被显著升高，如从图3中观察到的。
选定的烃定量供给标准对下游后处理部件的温度概况可以具有重大影响。预热氧化催化剂允许最佳的烃定量供给，这能够在较低的CO2排放物下实现更快的SCR***升温。在图4和图5中示出了稍微更好优化的烃定量供给策略的一个实例，以及它如何提高SCR***的SCR入口温度以及SCR***性能。
图4是示出了在废气没有被预热的情况下(A1)和在废气被预热氧化催化剂预热的情况下(A5)，由于在冷启动时已经由发动机排放的废气而导致的SCR入口温度随时间的增加的图。图5是示出了在废气没有被预热的情况下(A1)和在废气被预热氧化催化剂预热的情况下(A5)，由于在热启动时已经由发动机排放的废气而导致的SCR入口温度随时间的增加的图。如从图4和图5可以看出，用于后处理架构A5(具有预热氧化催化剂的架构)的优化的烃定量供给策略特别针对低温区域，并且其有助于更快地加热SCR***。此外，当SCR入口温度等于或大于约250摄氏度时，停止烃的定量供给，因此使排放到环境中的CO2的量最小化。
在具有预热氧化催化剂(A5)的后处理***中，烃在预热氧化催化剂之上燃烧能够实现下游SCR***的更快的加热和更好的温度。与不包括预热氧化催化剂的基线架构A1相比，对于A5，高于DEF定量供给阈值温度花费的时间％更大。此外，与A1相比，更好的SCR床温度导致A5的改善的SCR NOx转化效率。
图6是示出了由不包括预热氧化催化剂的后处理***(常规ATS)、包括预热氧化催化剂的后处理***(ccDOC+常规ATS)和包括预热氧化催化剂和可操作地联接到预热氧化催化剂的加热器的后处理***(2kW加热器+ccDOC+常规ATS)的尾管排放的NOx的量的条形图。
如从图6中可以看出，与常规ATS相比，利用优化的烃定量供给方法的ccDOC+常规ATS架构导致尾管NOx的超过60％的减少。此外，可以看出加热器的并入进一步改善***性能并降低***排出的NOx。由预热氧化催化剂(ccDOC)产生的热量不仅有助于SCR***上的NOx减少，而且还可以帮助过滤器中的烟灰的氧化，从而使***更加被动，并减少高温主动再生的需要。因此，带有ccDOC的后处理***架构能够以最小的燃料损失在***外实现超低NOx，并且有助于被动烟尘燃烧。
图7是用于管理后处理***100中的温度的示例性方法200的示意性流程图，后处理***100包括SCR***150、初级氧化催化剂120、被设置在初级氧化催化剂120上游的预热氧化催化剂180，并且还可以包括可操作地联接到预热氧化催化剂180的加热器182。虽然关于后处理***100进行了描述，但是方法200可以与包括预热氧化催化剂的任何其他后处理***一起使用。
在202，方法200包括确定进入后处理***的废气的温度。例如，控制器170可以基于来自SCR温度传感器107的温度信号来确定SCR入口温度。在204，控制器170确定SCR入口温度是否低于阈值温度。响应于确定废气温度高于阈值温度(204：否)，方法200返回到操作202。
然而，如果确定SCR入口温度小于阈值温度(204：是)，则在一些实施方案中，在206，方法200包括由控制器170确定废气温度是否等于或大于预热氧化催化剂180的起燃温度。响应于控制器170确定废气的温度高于起燃温度(206：是)，方法200进行到操作210，并且控制器170使得烃被***到预热氧化催化剂180中或者被***到预热氧化催化剂180上游的废气中(例如，经由发动机10或者经由烃***组件114通过第一HC注入器116a)。然而，如果控制器170确定废气的温度低于起燃温度(206：否)，则在208，控制器170指示加热器182加热预热氧化催化剂180，例如，直到废气的温度等于或大于预热氧化催化剂180的起燃温度。方法200然后前进到操作210，如本文先前描述的。控制器170然后可以指示还原剂***组件112将还原剂***到流经后处理***100的废气中。
在212，控制器170确定SCR入口温度(例如，基于来自SCR温度传感器107的温度信号)是否等于或大于上阈值温度(例如，等于或大于约250摄氏度)。响应于SCR入口温度小于上阈值温度(212：否)，方法200返回到操作210，并且控制器170继续将烃***到预热氧化催化剂180中或***到预热氧化催化剂180上游的废气中。然而，如果控制器170确定SCR入口温度等于或大于上阈值温度(212：是)，则在214，控制器170停止烃的***，并且方法200返回到操作202。
应当注意，如本文用于描述多种实施方案的术语“实例”意图指示，这样的实施方案是可能的实施方案的可能的实例、表示和/或说明(并且这样的术语不意图意味着这样的实施方案必须是特别的或极好的实例)。
如本文使用的术语“联接”及类似术语是指两个构件彼此直接或间接地接合。这样的接合可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这样的接合可以通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体形成为单个整体来实现，或者通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此附接来实现。
如本文所使用的，术语“约”通常意指所陈述的值的正或负10％。例如，约0.5将包括0.45和0.55，约10将包括9至11，约1000将包括900至1100。
重要的是注意到，多种示例性实施方案的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开内容中仅详细地描述了几个实施方案，但审阅本公开内容的本领域技术人员将容易地认识到，许多修改是可能的(例如，在多种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等上的变化)，而实质上不偏离本文描述的主题的新颖性教导和优点。此外，应当理解，来自本文公开的一种实施方案的特征可以与本文公开的其它实施方案的特征组合，如本领域中的普通技术人员将理解的。也可以在多种示例性实施方案的设计、操作条件和布置上做出其它替代、修改、变化和省略，而不偏离本发明的范围。
虽然本说明书包含许多特定的实施细节，但这些不应被解释为对任何发明或可以被要求保护内容的范围的限制，而是解释为特定发明的特定实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单一实施方式组合地实施。相反，在单一实施方式的上下文中描述的多种特征也可以在多个实施方式中单独实施或者在任何合适的子组合中实施。此外，尽管特征在上面可以被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初被这样要求保护，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或更多个特征可以从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。

Claims (19)

1.一种后处理***，包括：
发动机；和
后处理***，用于处理由所述发动机产生的废气，所述后处理***包括：
排气导管，其被配置为接收来自所述发动机的所述废气和烃；
预热氧化催化剂；
初级氧化催化剂，其被设置在所述预热氧化催化剂的下游；
选择性催化还原***，其被设置在所述排气导管中在所述初级氧化催化剂的下游；其中：
所述后处理***包括：
控制器，其被配置为：
确定所述选择性催化还原***的入口处的所述废气的温度，以及
响应于所述选择性催化还原***的所述入口处的所述废气的温度低于阈值温度，引起所述发动机向所述排气导管提供所述烃；并且
所述预热氧化催化剂被配置为催化所述烃的燃烧，以便将所述废气的温度升高到高于所述阈值温度。
2.根据权利要求1所述的后处理***，其中所述控制器被配置为响应于所述废气的温度高于所述预热氧化催化剂的起燃温度而引起所述发动机向所述排气导管提供所述烃。
3.根据权利要求2所述的后处理***，还包括加热器，所述加热器被可操作地联接到所述预热氧化催化剂，其中所述控制器被配置为响应于所述废气的温度低于所述预热氧化催化剂的所述起燃温度而选择性地激活所述加热器。
4.根据权利要求1所述的后处理***，还包括烃注入器，所述烃注入器被设置在所述预热氧化催化剂和所述初级氧化催化剂之间；
其中，所述控制器还被配置为：
响应于所述废气的温度达到所述初级氧化催化剂的起燃温度但仍低于所述阈值温度，引起所述烃注入器将第二烃***到在所述预热氧化催化剂和所述初级氧化催化剂之间的废气中。
5.根据权利要求1所述的后处理***，其中所述控制器还被配置为：
响应于所述选择性催化还原***的温度升高到等于或高于比所述阈值温度高的上阈值温度，引起所述发动机停止向所述排气导管提供所述烃。
6.根据权利要求1所述的后处理***，其中所述选择性催化还原***包括上游催化剂和被设置在所述上游催化剂的下游的下游催化剂。
7.根据权利要求6所述的后处理***，其中所述上游催化剂包括FeZ催化剂。
8.根据权利要求6所述的后处理***，其中所述下游催化剂包括CuZ催化剂。
9.根据权利要求1所述的后处理***，其中所述预热氧化催化剂具有低于所述初级氧化催化剂的起燃温度的起燃温度。
10.根据权利要求1所述的后处理***，还包括烃注入器，所述烃注入器被设置在所述预热氧化催化剂和所述初级氧化催化剂之间。
11.一种用于控制***的操作的方法，所述***包括发动机和后处理***，所述后处理***包括预热氧化催化剂、在所述预热氧化催化剂的下游的初级氧化催化剂和被设置在所述初级氧化催化器的下游的选择性催化还原***，所述方法包括：
由控制器确定所述选择性催化还原***的入口处的废气的温度；以及
响应于所述选择性催化还原***的所述入口处的所述废气的温度低于阈值温度，由所述控制器引起所述发动机提供烃，所述预热氧化催化剂被配置为催化所述烃的燃烧，以便将所述废气的温度升高到高于所述阈值温度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制器响应于所述废气的温度高于所述预热氧化催化剂的起燃温度而引起所述发动机提供所述烃。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述后处理***还包括加热器，所述加热器被可操作地联接到所述预热氧化催化剂，并且其中所述方法还包括：
响应于所述废气的温度低于所述预热氧化催化剂的所述起燃温度，由所述控制器引起所述加热器的激活。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：
响应于所述废气的温度达到所述初级氧化催化剂的起燃温度但仍低于所述阈值温度，由所述控制器引起设置在所述预热氧化催化剂和所述初级氧化催化剂之间的烃注入器***第二烃。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
响应于所述选择性催化还原***的温度升高到等于或高于比所述阈值温度高的上阈值温度，由所述控制器引起所述发动机停止所述烃的提供。
16.一种用于控制***的操作的控制器，所述***包括发动机和后处理***，所述后处理***包括预热氧化催化剂、被设置在所述预热氧化催化剂的下游的初级氧化催化剂和被设置在所述初级氧化催化器的下游的选择性催化还原***，所述控制器被配置为：
确定所述选择性催化还原***的入口处的废气的温度；以及
响应于所述选择性催化还原***的所述入口处的所述废气的温度低于阈值温度，引起所述发动机提供烃，所述预热氧化催化剂被配置为催化所述烃的燃烧，以便将所述废气的温度升高到高于所述阈值温度。
17.根据权利要求16所述的控制器，其中所述控制器响应于所述废气的温度高于所述预热氧化催化剂的起燃温度而引起所述发动机提供所述烃。
18.根据权利要求17所述的控制器，其中所述后处理***还包括加热器，所述加热器被可操作地联接到所述预热氧化催化剂，并且其中所述控制器还被配置为：
响应于所述废气的温度低于所述预热氧化催化剂的所述起燃温度，选择性地激活所述加热器。
19.根据权利要求17所述的控制器，还被配置为：
响应于所述废气的温度达到所述初级氧化催化剂的起燃温度但仍低于所述阈值温度，引起设置在所述预热氧化催化剂和所述初级氧化催化剂之间的烃注入器***第二烃。
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