CN101592062A - 废气后处理装置及其再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废气后处理装置及其再生方法。一种废气后处理装置，其包括废气经过的排气管，安装在排气管中的颗粒材料催化剂(PMC)，该颗粒材料催化剂收集包含在废气中的颗粒材料并由NO2再生，以及控制部分，该控制部分增加由发动机提供的NOx量，从而根据车辆的行驶条件对于预定的时间段增加提供给PMC以改进PMC再生效率的NO2量。

Description

废气后处理装置及其再生方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2008年5月29日提交的韩国专利申请号10-2008-0050298的优先权，在此为了所有目的引入该申请的全部内容作为参考。
技术领域
[0002]本发明涉及一种废气后处理装置，更具体而言，涉及一种废气后处理装置及其方法，用于再生颗粒材料催化剂(PMC)。
背景技术
[0003]与普通发动机相比，以高压缩比操作的柴油发动机的NOx生成量降低了大于30％，但是CO和THC比普通发动机增加了两至三倍。
[0004]多种后处理设备被安装在车辆上以除去包含在废气中的有害物质，例如NOx、CO、THC、烟灰、颗粒材料(PM)等，以对应于北美柴油机等级2/BIN5(North America diesel Tier2/BIN5)的规则或者EURO 6的规则。
[0005]所述后处理设备包括安装在排气管上以处理非甲烷烃(NMHC)的柴油机氧化催化剂(DOC)和置于DOC的下游侧面用于收集烟灰和PM的颗粒材料催化剂(PMC)。
[0006]DOC将诸如CO、HC和NO的有害物质通过与涂覆于陶瓷载体上的铂基催化剂的反应而氧化为CO2和H2O，同时通过下述式1提高了NO2的浓度。
式1 2NO+O2→2NO2
[0007]此外，PMC物理地收集包含在废气中的烟灰和PM，并通过下式2由在DOC中生成的NO2再生。
式2 2NO2+C→CO2+2NO
[0008]然而，随着烟灰和PM收集量的增加，其再生效率迅速降低。
[0009]此处在PMC的前侧面和后侧面安装了压差传感器以检测烟灰和PM的收集量，并由此根据收集量确定将要通过后注入(post-injection)再生的PMC的再生定时(regeneration timing)。
[0010]在常规柴油机车辆上不能安全地进行PMC的再生，并且随着车辆行程的增加，废气的质量恶化。
[0011]特别地，由于EURO 5的废气规则比EURO 4的加强了大于40％，因而将增加通过PMC的NOx。
[0012]但是，由于缺乏NOx，PMC不能被充分再生而使得再生效率恶化，并且由于烟灰和PM的累积，增加了背压从而增加了燃料消耗并恶化了车辆的排放量。
[0013]当增加铂基涂覆量从而增加NOx以充分再生PMC时，也增加了生产成本。
[0014]此外，当仅通过燃料的后注入再生PMC时，燃料/空气比恶化并增加了燃料消耗。
[0015]在本发明背景技术部分所公开的信息只是用于加强对本发明总体背景的理解，而不应该被认为是承认或者以任何形式暗示了该信息形成了本领域技术人员已知的现有技术。
发明内容
[0016]本发明的多方面涉及提供一种废气后处理装置及其再生方法，其优点在于在预定的循环中通过增加NOx的生成量安全地再生颗粒材料催化剂。
[0017]在本发明的一个方面，废气后处理装置可以包括废气经过的排气管，安装在排气管中的颗粒材料催化剂(PMC)，该颗粒材料催化剂收集包含在废气中的颗粒材料并由NO2再生，和/或控制部分，该控制部分增加由发动机提供的NOx量，从而根据车辆的行驶条件对于预定的时间段增加提供给PMC以改进PMC再生效率的NO2量。
[0018]预定的时间段可以为大约十分钟。
[0019]废气后处理装置可以进一步包括柴油机氧化催化剂(DOC)，所述柴油机氧化催化剂安装在发动机和PMC之间以净化废气，并且利用由发动机提供的NOx生成NO2。
[0020]DOC可以包括其上涂覆铂的陶瓷载体，以将CO、HC和NO转化为CO2、H2O和NO2。
[0021]PMC可以收集烟灰和颗粒材料，并且通过与由DOC提供的NO2的反应除去收集的烟灰和颗粒材料而得以再生。
[0022]确定车辆的驱动条件得以满足，因此控制部分对于预定的时间段增加NOx量，同时车辆总的综合行驶距离比预定的行驶距离长，在发动机被操作后的行驶时间段经过预定的行驶时间段。
[0023]控制部分可以对于预定的时间段控制空气/燃料比、EGR阀开启率、注入定时延迟率、和/或涡轮增压器的叶片角，以增加NOx量。
[0024]控制部分可以关闭EGR阀使废气不再循环至发动机的燃烧室从而提高燃烧室中的温度。
[0025]控制部分可以延迟燃料的注入定时以增加NOx量。
[0026]控制部分可以调节涡轮增压器的叶片的开启率以减少进气量，以使燃料的浓度以及NOx的浓度升高从而提高废气的温度。
[0027]预定的行驶距离可以为大约10,000千米。
[0028]预定的行驶时间段可以为大约100小时。
[0029]在本发明的另一方面，废气后处理装置的再生方法可以包括确定步骤，其中检测车辆的总的综合行驶距离、车辆的行驶距离和在发动机被操作后的行驶时间段以确定在再生步骤中的PMC的条件是否得以满足，和/或再生步骤，其中通过增加提供给PMC的NOx的量再生PMC，所述NOx对于预定的时间段由发动机生成，同时确定在再生步骤中的PMC的条件得以满足，其中预定的时间段为大约十分钟。
[0030]当总的综合行驶距离比预定的行驶距离长，且在发动机被操作后的行驶时间段经过预定的行驶时间段时，可以确定在再生步骤中的PMC的条件得以满足。
[0031]预定的行驶距离可以为大约10,000千米，预定的行驶时间段为大约100小时。
[0032]控制部分可以对于预定的时间段控制空气/燃料比、EGR阀开启率、注入定时延迟率、和/或涡轮增压器的叶片角，以增加NOx量。
[0033]控制部分可以关闭EGR阀使废气不再循环至发动机的燃烧室从而提高燃烧室中的温度。
[0034]控制部分可以延迟燃料的注入定时以增加NOx量。
[0035]控制部分可以调节涡轮增压器的叶片的开启率以减少进气量，以使燃料的浓度以及NOx的浓度升高从而提高废气的温度。
[0036]本发明的方法和装置具有其它特征和优点，根据附图及后面的具体实施方式这些特征和优点将变得明朗，或者说这些特征和优点在附图及后面的具体实施方式中进行了更具体的说明，附图合并于此，与具体实施方式一起用于解释本发明的特定原理。
附图说明
[0037]图1显示了根据本发明的例示性实施方案的柴油机车辆的进气和排气系统。
[0038]图2显示了根据本发明的例示性实施方案的柴油机车辆中的后处理设备的再生流程图。
具体实施方式
[0039]现在将具体参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的例子在附图中进行说明并且在下面进行描述。虽然将结合例示性实施方案描述本发明，但是应该理解的是，当前的描述并不是意在将本发明限制在这些例示性实施方案中。相反，本发明意在不仅覆盖例示性实施方案，还覆盖可能包括在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种选择形式、修改形式、等价形式和其它实施方案。
[0040]图1显示了根据本发明的各种实施方案的柴油机车辆的进气和排气系统。
[0041]在柴油机车辆中，涡轮增压器(T/C)30的叶轮31被安装在发动机10的排气管的一个部分中，与叶轮31相连的涡轮32被安装在进气管上，以将进气涡轮增压进入发动机10。
[0042]柴油机氧化催化剂(DOC)50被置于叶轮31的下游侧面，颗粒材料催化剂(PMC)60被置于DOC 50的下游侧面。
[0043]DOC 50包括其上涂覆铂(Pt)的陶瓷载体，并通过与催化剂的氧化反应将诸如CO、HC和NO的有害物质转换为CO2、H2O和NO2。
[0044]温度传感器51被安装在DOC 50的上游侧面，温度传感器52被安装在DOC 50的下游侧面从而在DOC 50的前面和后面检测废气的温度，并将检测的信号传递至控制部分100。
[0045]PMC 60物理地收集包含在经过DOC 50的废气中的烟灰和颗粒材料(PM)，并利用NO2去除烟灰和PM。
[0046]NOx传感器61置于PMC 60的下游侧面，以将与NOx的净化效率有关的信号传递至控制部分100。
[0047]在PMC 60的下游侧面，安装消声器70以降低废气的噪音。
[0048]在发动机被操作的条件下，控制部分100对于大约10分钟的预定的时间段提高了NOx的量以再生PMC 60，同时车辆总的综合行驶距离比预定的行驶距离长，在车辆的发动机被操作后的行驶时间段比预定的行驶时间段长。
[0049]预定的行驶距离可以设为10,000千米，预定的行驶时间段可以设为100小时。
[0050]如果上述条件得以满足，则控制部分100对于大约10分钟的预定的时间段关闭EGR阀使废气不再循环至燃烧室，由此升高了燃烧室的温度以增加废气中的NOx量。
[0051]而且，控制部分100对于预定的时间段(即大约十分钟)延迟了注入定时以增加NOx。
[0052]而且，控制部分100对于大约10分钟的预定的时间段调节T/C 30的叶片的开启率以减少进气量，由此使燃料的浓度以及NOx的浓度升高以提高废气的温度。
[0053]如上所述，控制部分100控制诸如EGR阀开启率、注入定时延迟率和在循环中涡轮增压器叶片的开启率等多个因素，或者控制这些因素中的至少一个因素以增加NOx的生成。
[0054]下面将参照附图详细描述根据本发明的各种实施方案的控制废气后处理装置的方法。
[0055]图2显示了根据本发明的各种实施方案的柴油机车辆中的后处理设备的再生流程图。
[0056]在发动机被操作的条件下(S101)，控制部分100通过车辆速度传感器检测车辆速度并分析对应于经空气流量传感器20检测的空气量而确定的燃料量(S102)，并通过车辆速度和燃料量确定车辆的运行状态(S103)。
[0057]接着，由行程计算机检测车辆总的综合行驶距离(S104)，其中确定总的综合行驶距离是否达到预定的行驶距离，例如10,000千米(S105)。
[0058]当总的综合行驶距离大于在S105中的预定的行驶距离时，由行程计算机读取在发动机被操作后的行驶时间段(S106)，确定在发动机被操作后的行驶时间段是否达到预定的行驶时间段，例如大约100小时(S107)。
[0059]当总的综合行驶距离低于预定的行驶距离(S105)时，或者在发动机被操作后的行驶时间段没有达到预定的行驶时间段(S107)时，不再生PMC 60，因此进行正常的行驶。
[0060]但是，当总的综合行驶距离大于预定的行驶距离，且在发动机被操作后的行驶时间段经过预定的行驶时间段时，控制部分100推断再生PMC 60的条件得以满足(S108)。
[0061]据此，控制部分100打开EGR阀以阻止废气流入燃烧室，因此燃烧温度升高以提高废气的排气温度(S109)。经过该过程，增加了来自发动机的NOx生成，从而使得在DOC 50中生成并供给PMC 60的NO2的量增加(S110)。
[0062]而且，控制部分100延迟了燃料注入定时并调节了T/C 30的叶片角度从而减少进气量，由此空气/燃料率变大从而增加NOx的生成。
[0063]据此，DOC 50生成大量的NO2从而充分再生PMC 60。
[0064]此后，在S111中，确定对于预定的时间段是否执行了用于增加NOx的操作。如果还没有经过预定的时间段，则返回S109重复增加NOx，如果预定的时间段已经经过，则返回正常的行驶状态。
[0065]与上述操作相关，如果预定的行驶距离和预定的行驶时间段的条件得以满足，则执行安全地再生PMC 60的操作。
[0066]据此，由于背压降低，PMC获得了安全的净化效率，因此降低了燃料消耗并节省了DOC的催化剂。
[0067]为了方便在所附权利要求中解释和精确定义，术语“前”和“后”用于描述例示性实施方案的特征，并参考在图中所示的这些特征的位置。
[0068]前面对本发明的具体例示性实施方案的描述是为了说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择例示性实施方案并进行描述以解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的不同例示性实施方案及其不同选择和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (20)

1、一种废气后处理装置，其包括：
废气经过的排气管；
安装在排气管中的颗粒材料催化剂PMC，该颗粒材料催化剂收集包含在废气中的颗粒材料，并由NO2再生；以及
控制部分，该控制部分增加由发动机提供的NOx量，从而根据车辆的行驶条件对于预定的时间段增加提供给PMC以改进PMC再生效率的NO2量。
2、根据权利要求1所述的废气后处理装置，其中所述预定的时间段为大约十分钟。
3、根据权利要求1所述的废气后处理装置，进一步包括柴油机氧化催化剂DOC，所述柴油机氧化催化剂安装在发动机和PMC之间以净化废气，并且利用由发动机提供的NOx生成NO2。
4、根据权利要求3所述的废气后处理装置，其中所述DOC包括其上涂覆铂的陶瓷载体，以将CO、HC和NO转化为CO2、H2O和NO2。
5、根据权利要求3所述的废气后处理装置，其中PMC收集烟灰和颗粒材料，并且通过与由DOC提供的NO2的反应除去收集的烟灰和颗粒材料而得以再生。
6、根据权利要求1所述的废气后处理装置，其中确定车辆的行驶条件得以满足，因此控制部分对于预定的时间段增加NOx量，同时车辆总的综合行驶距离比预定的行驶距离长，在发动机被操作后的行驶时间段经过预定的行驶时间段。
7、根据权利要求1所述的废气后处理装置，其中控制部分对于预定的时间段控制空气/燃料比、EGR阀开启率、注入定时延迟率、和/或涡轮增压器的叶片角，以增加NOx量。
8、根据权利要求7所述的废气后处理装置，其中控制部分关闭EGR阀使废气不再循环至发动机的燃烧室从而提高燃烧室中的温度。
9、根据权利要求7所述的废气后处理装置，其中控制部分延迟燃料的注入定时以增加NOx量。
10、根据权利要求7所述的废气后处理装置，其中控制部分调节涡轮增压器的叶片的开启率以减少进气量，以使燃料的浓度以及NOx的浓度升高从而提高废气的温度。
11、根据权利要求6所述的废气后处理装置，其中所述预定的行驶距离为大约10,000千米。
12、根据权利要求6所述的废气后处理装置，其中所述预定的行驶时间段为大约100小时。
13、一种废气后处理装置的再生方法，该方法包括：
确定步骤，其中检测车辆的总的综合行驶距离、车辆的行驶距离和在发动机被操作后的行驶时间段以确定在再生步骤中PMC的条件是否得以满足；以及
再生步骤，其中通过增加提供给PMC的NOx量再生PMC，所述NOx对于预定的时间段由发动机生成，同时确定在再生步骤中PMC的条件得以满足。
14、根据权利要求13所述的废气后处理装置，其中所述预定的时间段为大约十分钟。
15、根据权利要求13所述的废气后处理装置的再生方法，其中当总的综合行驶距离比预定的行驶距离长，且在发动机被操作后的行驶时间段经过预定的行驶时间段时，确定在再生步骤中PMC的条件得以满足。
16、根据权利要求13所述的废气后处理装置的再生方法，其中预定的行驶距离为大约10,000千米，预定的行驶时间段为大约100小时。
17、根据权利要求13所述的废气后处理装置的再生方法，其中控制部分对于预定的时间段控制空气/燃料比、EGR阀开启率、注入定时延迟率、和/或涡轮增压器的叶片角，从而增加NOx量。
18、根据权利要求13所述的废气后处理装置的再生方法，其中控制部分关闭EGR阀使废气不再循环至发动机的燃烧室从而提高燃烧室中的温度。
19、根据权利要求13所述的废气后处理装置的再生方法，其中控制部分延迟燃料的注入定时以增加NOx量。
20、根据权利要求13所述的废气后处理装置的再生方法，其中控制部分调节涡轮增压器的叶片的开启率以减少进气量，以使燃料的浓度以及NOx的浓度升高从而提高废气的温度。
CNA2008101888467A 2008-05-29 2008-12-30 废气后处理装置及其再生方法 Pending CN101592062A (zh)

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