CN101598055B - 排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法 - Google Patents

排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法，该排气后处理装置具有微粒过滤器和设置在排气后处理装置上游的氮氧化物收集器(310、410)，所述微粒过滤器的再生被重复地触发。根据本发明的方法包括以下步骤：确定微粒过滤器的负载状态；取决于微粒过滤器的负载状态设定氮氧化物收集器(310、410)中的期望的NOx浓度；及通过释放在氮氧化物收集器(310、410)中收集的NOx主动地触发微粒过滤器的基于NO2的再生。本发明可以免除昂贵的排气流喷射系统，防止在较长的炭烟再生过程中的燃料消耗的上升，以及减少柴油机微粒过滤器的尺寸。

Description

排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法
技术领域
本发明涉及排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法。
背景技术
柴油机微粒过滤器(DPF)用来收集炭烟微粒，但一旦炭烟负载达到上限时必须进行再生，在已知的用于炭烟再生的方法中，主动方法和被动方法之间有明显不同。
对于主动再生，在未使用添加剂的系统中，将柴油机微粒过滤器加热到相对较高温度(通常高于550℃)以便启动炭烟燃烧。要求最小氧含量(通常3％-5％)以保持炭烟燃烧。所述基于氧的炭烟再生的操作模式称为主动再生模式。
此外，当流进微粒过滤器的气体的NO2浓度足够高且过滤器温度位于预定的温度窗之内(通常在200℃到400℃之间)时，基于NO2的炭烟再生称为被动或连续再生(相应的装置称为“连续再生捕集器”或简称CRT)，因为所述基于NO2的炭烟再生通常发生在负载循环中(在稀空燃比操作模式中)。取决于排气中的NO2浓度和微粒过滤器中收集的炭烟量，在负载阶段中的所述被动再生模式因此发生在相对较低温度。
因此在负载循环中发生被动再生(基于NO2)，而周期性地启动或触发主动再生(基于O2)。在此，在高发动机转速或负载的操作阶段中所述主动再生的触发较少发生(因为在此阶段中发生被动再生)，在低发动机转速或负载的操作阶段中所述主动再生发生较频繁，因为在此阶段中仅通过基于O2的主动再生发生炭烟再生。
通常通过将排气温度增加到炭烟燃烧的范围中即550℃到600℃，以及在排气中的至少3％至5％的过量的氧气获得用于DPF再生的炭烟燃烧。取决于驱动模式，炭烟颗粒与氧气的反应可持续达20分钟直到柴油机微粒过滤器的再生完成。即使使用催化过滤器加速炭烟燃烧，再生所需的次数或驱动间隔仍位于所述数量级中。因此一方面再生的速度关联于油稀释，另一方面再生的速度关联于发动机/DPF系统的耐用性，因为尽管高温导致快速的再生，这还会导致油稀释增加，因为为了增加温度，要求附加的后喷射的燃料量。此外，取决于排气后处理装置的物理设计，例如若DPF设置为远离内燃发动机，在其他发动机构件的温度极限内(特别是考虑到涡轮温度)将在内燃发动机中产生的热量传输到DPF会成为问题。
由于再生需求的周期性发生，关于排气后处理装置的不同的设计方面和内燃发动机的操作开始起作用。首先，柴油机微粒过滤器的尺寸相关于基于内燃发动机的进气炭烟速率和在不同的驱动工况下确定再生过程的频率。此外，众所周知使用燃料后喷射过程增加排气温度具有使油底壳中油被柴油稀释的副作用。若油稀释的限制，所述稀释会特别是导致油的润滑特性的劣化和更快的发动机损耗。因此，发动机加热的校准质量、驾驶员的驾驶方式(对于油稀释在低负载驾驶特别地不利的，因为必须产生更多的热量用于再生)及再生过程的频率影响关于坚持的极限值和车辆的期望的油变化间隔的DPF的可控性。
根据一方面关于油稀释和另一方面关于DPF再生之间的相互作用，建议喷射附加的燃料到排气流中以便减弱要求自内燃发动机的排气的温度上升导致的油稀释效应。尽管这种方法会产生成功的减弱，但是所述方法要求附加的燃料量用于DPF再生。出于成本优化的原因，减少柴油机微粒过滤器(作为昂贵的构件)的尺寸是有利的。然而，这会导致更频繁的再生要求，因为在再生过程中收集较少的炭烟量。在此，排气流喷射器的增加减少了最终获得的成本节省。
总之，要求DPF系统设计更有效率，以便可以将完成碳烟再生所要求的时期减少到最小。
从DE 10040554A1已知通过上游氮氧化物收集器有助于微粒过滤器的炭烟再生，因为上游氮氧化物收集器提前负载氮氧化物。一旦排气流温度上升高于400℃，氮氧化物收集器在稀排气气流释放额外的NOx，这有助于下游微粒过滤器中的炭烟的烧尽。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法，以允许更高效率的炭烟的燃烧。
通过下述方法或下述装置实现上述目的。
一种操作排气后处理装置的方法，其中排气后处理装置具有微粒过滤器且设置在微粒过滤器的上游的氮氧化物收集器，所述微粒过滤器的再生被重复地触发，该方法具有以下步骤：
确定微粒过滤器的负载状态；
取决于微粒过滤器的负载状态设定氮氧化物收集器中的期望的NOx浓度；及
通过释放在氮氧化物收集器中收集的NOx主动地触发微粒过滤器的基于NO2的再生。
一种具有微粒过滤器和氮氧化物收集器的排气后处理装置，所述氮氧化物收集器设置在所述微粒过滤器的上游，其中该排气后处理装置设计为实施上述方法。
本发明基于在主动再生阶段中结合基于NO2的再生和基于O2的再生。相比较于被动再生，根据本发明，基于NO2的炭烟再生被主动地触发。
根据本发明，在柴油机微粒过滤器的上游，氮氧化物(NOx)被收集在氮氧化物收集器中，因此，通过控制的热脱附(通常在高于300℃的温度)释放NO2。因此，有可能至少在主动再生的初始阶段保持在氮氧化物收集器的入口处的排气中的NO2的初始浓度。
在炭烟负载接近于会发生损坏柴油机微粒过滤器的值的情况中，实施基于NO2的再生是有利的，因为基于NO2的再生发生的温度水平(通常在300℃)显著低于基于O2的再生发生的温度水平(通常至少在500℃发生)。
通过控制氮氧化物收集器的温度(及因此的NO2脱附率)和控制通过氮氧化物收集器的排气的质量流量基本上设定NO2的浓度水平。在此，可以实现通过氮氧化物收集器的排气的质量流量的控制，其中氮氧化物收集器设置与流路平行的旁通管路中，控制阀用来分配在主排气流路和旁通管路之间的流量。
此外，通过控制从内燃发动机产生的NOx进气设定NO2的浓度水平(在最简单的情况中，通过控制EGR率，其中相对较低的EGR率导致相对较高的NOx排放)。
DPF系统更高效率的设计具有免除昂贵的排气流喷射系统，防止在较长的炭烟再生过程中的燃料消耗的上升，可减少柴油机微粒过滤器的尺寸的优点，因为有可能一方面在DPF的尺寸和再生过程的数目之间，另一方面在油稀释和燃料消耗之间实现更有效的折衷。
从说明书和从属权利要求可以获得本发明的更多实施例。
基于优选实施例和参考附图说明本发明。
附图说明
图1a和图1b示出TGA测试的结果以示出存在或不存在催化剂在O2、NO2及O2+NO2条件下的炭烟燃烧速率；
图2示出说明实现结合表1的本发明的不同的可能配置的示意图；
图3-图4示出实现本发明的排气后处理装置的不同的可能配置的示意图；
图5示出取决于微粒过滤器的温度和炭烟负载绘制根据本发明的方法确定的期望的NO2初始浓度的图表。
具体实施方式
在已知的方法中，在DPF中，炭烟的氧化发生在以下两个主要反应中：
反应1：C+O2→CO2
反应2：C+NO2→CO+NO
虽然“反应1”通常在高于500℃的温度较明显，“反应2”在刚刚高于250℃的温度产生作用。在高于450℃时，系统中的NO2量通常较低，这是由于朝NO方向的平衡的转换，以便期望降低“反应2”的意义。
然而，各种测试示出实际过程更复杂。有多个线索显示存在氮氧化物(NOx)，即不一定仅是NO2，还提高通常仅期望反应1的相对较高温度上的炭烟转化率。
在图1a和图1b中示出一个示例中，其中在阿列钮斯(Arrhenius)图中示出TGA测试的结果，其中在O2、NO2及O2+NO2条件下存在或不存在催化剂测试炭烟燃烧率。
在高于550℃时，存在NO2用于未涂层的探针不会导致“反应1”(即C+O2的反应)的反应速度的改进。然而，对于具有催化剂探针，在整体温度范围上甚至在高于600℃的温度，NO2对炭烟氧化具有显著积极的影响。没有O2，在两种情况中，“反应2”(即C+NO2的反应)发生较慢，这表明“反应1”和“反应2”不能彼此分离地考虑，而应该作为一个反应考虑，其中总是要求存在O2。
因此，在所有的工况下或高于250℃的操作温度下，NOx可以视为增加反应1(即C+O2的反应)的催化剂。因此，在任何再生方案中，通过设计DPF系统和控制策略应提供足够的NOx量。明显地再生在相对较高温度(高于400℃到500℃)更有效率，因此有可能限制再生时间以便最小化关于油稀释的响应和燃料消耗的增加。
本发明基于在DPF再生中提供过量的NOx量以便减少或最小化再生的持续时间的构思。为此，使用在DPF再生之前收集NOx且当启用再生时释放NOx的装置。具有所述期望特征的NOx吸附器已知为不同化学组成的装置：
用在相对较低温度(即50℃到350℃的范围中)的NOx吸附收集器；
用于在相对较高温度(即在高于350℃(实际的温度极限取决于涂层且可以根据应用优化))的NOx的热脱附装置。
NOx吸附器或NOx脱附器可以放置在系统中的不同位置，如下文更详细地说明，所述位置定位于DPF上或DPF的上游。基于图2和表1示出发动机/DPF系统200的不同的可能配置。本发明在DPF形成排气后处理装置的最终构件的配置中特别有利。在该情况中，DPF设置为远离内燃发动机，以致很难达到基于O2的炭烟燃烧所要求的温度。
本发明在DPF设置在SCR催化转换器的下游的配置中也有利，因为SCR催化转换器的高效率，在DPF中仅发生较弱的被动再生。在该情况中，通过使用较慢地富集通过SCR催化转化器的氮氧化物的氮氧化物收集器，有可能发生释放氮氧化物用于在炭烟燃烧中最大化使用。在此，氮氧化物收集器具有又一个优点是从SCR催化转化器逃逸的NH3同样可以转换成在炭烟燃烧中使用的NOx。
对于最优化的收集和随后的释放，有可能在与主流路平行的次级旁通管路中根据图3a-3c设置氮氧化物收集器，通过用于在主流路和旁通管路之间分配排气流的主动控制阀301、302进行通过氮氧化物收集器的质量流量的控制。在此，根据图3a，在氮氧化物收集器310的负载时首先引导氮氧化物通过氮氧化物收集器310。当氮氧化物收集器310完全负载时，或在发生NOx脱附的温度范围内根据图3b排气流旁通过氮氧化物收集器310。在DPF的再生中(在DPF开始或一旦DPF的温度达到预定最小值时)如图3c所示再次发生排气流通过氮氧化物收集器310的流量以便获得最佳炭烟燃烧。
若氮氧化物收集器不是吸附/还原催化转换器，而是具有热脱附作用的吸附催化转化器，该方法是特别有利的，因为最优化氮氧化物的收集。在设计为LNT催化转换器的情况下，LNT催化转化器可以具有铂族金属，如铂(Pt)或钯(Pd)和/或铑(Rh)及例如包括钡的金属涂层，使用非金属涂层(例如基于氧化铝)同样是可能的且是有利的，因为没有发生明显的硫沉淀，因此不必主动脱硫，因为已在正常的再生温度发生收集的硫的热脱附。
图4a-图4c示出装置中的类似设置，其中SCR催化转化器420设置在主流路(即平行于设置在旁通管路中的氮氧化物收集器410)中，主动控制阀401、402用于在主流路和旁通管路之间分配排气流。
若达到NOx脱附的温度极限，发生明显的NOx释放，具体地通常在允许DPF再生的温度。DPF因此由于脱附比在没有NOx吸附装置的正常操作中“感测”到明显更高的NOx浓度，以致炭烟燃烧速率明显改善。此外，甚至在低于600℃的温度，炭烟燃烧明显且蔓延，系统过热的风险明显减少，因为大部分的炭烟微粒在达到高于600℃的温度时刻已转化。在该方面，能够更好地保护DPF，可以增加DPF的最大炭烟负载，这有利于最小化油稀释和最大化燃料节省。
表1
  配置   AT-1   AT-2   AT-3   AT-4   AT-5
  1   具有氮氧化物收集器涂层的DPF
  2   氮氧化物收集器   DPF
  3   DOC   具有氮氧化物收集器涂层的DPF
  4   DOC   氮氧化物收集器   DPF
  5   LNT   具有氮氧化物收集器涂层的DPF
  6   LNT   氮氧化物收集器   DPF
  7   DOC   LNT   具有氮氧化物收集器涂层的DPF
  8   DOC   LNT   氮氧化物收集器   DPF
  9   DOC   SCR   具有氮氧化物收集器涂层的DPF
  10   DOC   SCR   氮氧化物收集器   DPF
  11   DOC   SCR   氮氧化物收集器   具有氮氧化物收集器涂层的DPF
  配置   AT-1   AT-2   AT-3   AT-4   AT-5
  12   DOC   NOx吸附器   SCR   具有氮氧化物收集器涂层的DPF
  13   DOC   NOx吸附器   SCR   氮氧化物收集器   具有氮氧化物收集器涂层的DPF
  14   DOC   NOx吸附器   SCR   氮氧化物收集器   DPF
  15   DOC   具有氮氧化物收集器涂层的DPF   SCR
  16   DOC   氮氧化物收集器   DPF   SCR
  17   DOC   氮氧化物收集器   具有氮氧化物收集器涂层的DPF   SCR
  18   DOC   NOx吸附器   具有氮氧化物收集器涂层的DPF   SCR
在下文中，参考图5说明用于控制柴油机微粒过滤器再生的根据本发明的策略的一个实施方案。
首先，判断是否具有再生需求。若为是，基于图5，取决于微粒过滤器中收集的炭烟的量和微粒过滤器温度，确定要求收集的NOx量，即，要求收集的NOx量是微粒过滤器中收集的炭烟的量和微粒过滤器温度的函数。如图5所示，初始较高的收集的NOx量适用于相对较高的炭烟量。此外，在较低温度，因为NOx捕集器的收集能力通常较低，初始收集的NOx量的标称值设定到较低的值。在相对较高温度，NOx负载的标称值同样设定到较低的值，由于存在实施基于O2的再生的可能(由于在稀空燃比模式中较高的过滤器温度)，基于NO2的再生的需求较低。
若由于要求的收集的NOx量等于零需要O2基再生，则发生常规的再生。
否则，为了基于实际和要求的收集的NOx量实施基于NO2的再生，实施以下步骤：
计算氮氧化物收集器的收集能力(取决于氮氧化物收集器的气体速度和温度)；及
计算期望的收集的NOx负载和实际收集的NOx负载。
若期望的NOx负载(以％表示)高于阈值(例如100％)，则实施以下步骤：
若氮氧化物收集器的温度较低(例如低于200℃)，则启动加热模式，直到期望的NOx负载低于阈值(例如40％到70％)；
若氮氧化物收集器的温度较高(例如高于400℃)，则启动稀空燃比模式，直到期望的NOx负载低于阈值(例如40％到80％)；
保留在相应的模式中以便使氮氧化物收集器负载，且确定增加从内燃发动机流出的NOx的气体的需求(基于在期望的NOx负载百分比和实际的NOx负载百分比之间的不同)，直到收集的NOx负载大于或等于期望的初始状态(如图5所示)，或直到超过持续时间阈值。
若在氮氧化物收集器中收集的NOx量大于期望的负载，则实施以下步骤：
取决于当前的DPF温度、放热率、基于NO2的炭烟反应(所述温度应位于校准的阈值内)，计算微粒过滤器的入口处的排气中的期望的浓度；
基于从内燃发动机的出口供应的进气中的实际的NOx浓度和上述计算的期望的浓度，计算期望的NOx捕集器的温度；及
启动要求达到期望的NOx捕集器的温度的稀空燃比/加热模式；
再次发生判断是否随后出现再生需求。

Claims (8)

1.一种操作排气后处理装置的方法，所述排气后处理装置具有微粒过滤器和设置在所述微粒过滤器上游的氮氧化物收集器(310、410)，所述微粒过滤器的再生被重复地触发，其中，所述方法包括以下步骤：
确定所述微粒过滤器的负载状态；
取决于所述微粒过滤器的负载状态设定在所述氮氧化物收集器(310、410)中的期望的NOx浓度；及
通过释放在所述氮氧化物收集器中收集的NOx主动地触发所述微粒过滤器的基于NO2的再生；
其中，若在所述氮氧化物收集器(310、410)中收集的NOx浓度大于期望的负载，则实施以下步骤：
取决于所述微粒过滤器的当前温度、放热反应率、所述微粒过滤器中的基于NO2的炭烟反应，计算在所述微粒过滤器的入口处的排气中的期望的NOx浓度；
基于内燃发动机供应的进气中的实际的NOx浓度和所述微粒过滤器的入口处的期望的浓度，计算所述氮氧化物收集器(310、410)的期望的温度；及
启动要求达到所述氮氧化物收集器(310、410)的期望的温度的稀空燃比/加热模式。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述氮氧化物收集器(310、410)中的NOx浓度的控制包括以下措施中的至少一个：
控制所述氮氧化物收集器(310、410)的温度；
控制流过所述氮氧化物收集器(310、410)的质量流量；及
控制排气再循环率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氮氧化物收集器(310、410)设置在与主流路平行的旁通管路中，通过分配在所述主流路和旁通管路之间的排气流量来控制通过所述氮氧化物收集器(310、410)的质量流量。
4.如上述权利要求中的任一个所述的方法，其特征在于，当所述氮氧化物收集器(310、410)中的期望的NOx浓度高于阈值时，实施以下步骤中的至少一个：
若所述氮氧化物收集器(310、410)的温度低于第一温度阈值，启动加热模式以便加热所述氮氧化物收集器(310、410)，直到期望的NOx负载低于阈值；
若所述氮氧化物收集器(310、410)的温度低于第二温度阈值，启动稀空燃比模式，直到期望的NO2浓度低于阈值；
使所述氮氧化物收集器(310、410)收集NOx，直到收集的NOx浓度大于或等于期望的NOx浓度或超过持续时间阈值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
基于在所述氮氧化物收集器(310、410)的期望的NOx浓度和实际的NOx浓度之间的差，增加从内燃发动机流出的NOx气体的量。
6.一种具有微粒过滤器和氮氧化物收集器(310、410)的排气后处理装置，所述氮氧化物收集器(310、410)设置在所述微粒过滤器的上游，其中，所述排气后处理装置设计为实施在上述权利要求中的任一个所述的方法。
7.如权利要求6所述的排气后处理装置，其特征在于，所述氮氧化物收集器(310、410)设置在与主流路平行的旁通管路中。
8.如权利要求6或7所述的排气后处理装置，其特征在于，SCR催化转换器(420)设置在主流路中。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9273576B2 (en) * 2010-08-17 2016-03-01 Ford Global Technologies, Llc Method for reducing urea deposits in an aftertreatment system
SE536026C2 (sv) * 2010-08-31 2013-04-09 Scania Cv Ab Förfarande och system för avgasrening
DE102010038138B4 (de) * 2010-10-13 2014-10-16 Ford Global Technologies, Llc. Abgasanlage einer Brennkraftmaschine
GB201200784D0 (en) * 2011-12-12 2012-02-29 Johnson Matthey Plc Exhaust system for a lean-burn internal combustion engine including SCR catalyst
DE102013212733A1 (de) * 2013-06-28 2014-12-31 Volkswagen Ag Verfahren zur Regeneration eines mit Feststoffen verunreinigten Filterelements einer Abgasanlage und Abgasanlage
DE102016222012B4 (de) * 2015-12-18 2022-09-29 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zum Steuern eines NOx-Speicher-Katalysators
DE102018203300B4 (de) 2018-03-06 2023-07-06 Ford Global Technologies, Llc Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlung
DE102019219115A1 (de) * 2019-12-06 2021-06-10 Vitesco Technologies GmbH Abgassystem zur Abgasnachbehandlung und Verfahren zum Betreiben eines Abgassystems
CN113503204B (zh) * 2021-07-05 2022-09-20 同济大学 一种氧化剂主导的dpf主动再生装置及其控制方法
CN115111035B (zh) * 2022-05-09 2023-11-17 潍柴动力股份有限公司 双级氮氧化物转化器热管理系统的控制方法及控制装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1223312A1 (fr) * 2001-01-12 2002-07-17 Renault Système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion et procédé de pilotage d'un tel système
CN1425849A (zh) * 2001-12-12 2003-06-25 三菱自动车工业株式会社 废气排放控制装置
CN1461379A (zh) * 2001-04-19 2003-12-10 日产自动车株式会社 用于发动机的排气净化设备及其方法
DE10242303A1 (de) * 2002-09-12 2004-03-18 Robert Bosch Gmbh Abgasreinigungsanlage und Verfahren zur Reinigung von Absagen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2796985B1 (fr) * 1999-07-28 2002-09-06 Renault Systeme et procede de traitement des particules et des oxydes d'azote pour un moteur a combustion
DE10040554B4 (de) 2000-08-15 2013-05-02 Daimler Ag Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage mit Partikelfilter und Stickoxidspeicher
DE10148915B4 (de) * 2001-08-24 2012-07-19 Volkswagen Ag Vorrichtung zur Abgasreinigung bei Dieselmotoren
JP2004052680A (ja) * 2002-07-22 2004-02-19 Denso Corp 排ガス浄化装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1223312A1 (fr) * 2001-01-12 2002-07-17 Renault Système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion et procédé de pilotage d'un tel système
CN1461379A (zh) * 2001-04-19 2003-12-10 日产自动车株式会社 用于发动机的排气净化设备及其方法
CN1425849A (zh) * 2001-12-12 2003-06-25 三菱自动车工业株式会社 废气排放控制装置
DE10242303A1 (de) * 2002-09-12 2004-03-18 Robert Bosch Gmbh Abgasreinigungsanlage und Verfahren zur Reinigung von Absagen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2004-52680A 2004.02.19

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