CN102052125A - 排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种排气系统,可以包括捕集过滤器;氮氧化物净化催化剂,以去除排放气体的氮氧化物;喷射器,该喷射器选择性地将燃料喷射到所述排气管线中;燃料裂化催化剂,该燃料裂化催化剂布置于所述喷射器和所述捕集过滤器之间的排气管线上,将已喷射的燃料转换成还原剂;以及控制部分,该控制部分控制所述喷射器在预定时间周期下喷射预定量的燃料,从而将所述捕集过滤器的温度提高至预定再生温度,并对捕集在所述捕集过滤器中的颗粒材料进行去除,其中所述控制部分检测所述燃料裂化催化剂的降解率,并根据所述降解率而改变所述捕集过滤器的预定再生温度。

Description

排气系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年11月2日提交的韩国专利申请No.10-2009-0105016的优先权,该申请的全部内容结合于此,以用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种排气系统。更加具体而言,本发明涉及一种排气系统,其对包含在排放气体中的颗粒材料进行捕集,并在预定条件下去除已被捕集的颗粒材料。
背景技术
通常而言,通过发动机的排气歧管排出的排放气体被诱导穿过安装在排气管中间的催化转化器,以进行净化,并且当排放气体穿过尾管而被排放到外部之前穿过消声器的时候,排放气体的噪音被减少。
所述催化转化器对包含在排放气体中的污染材料进行处理。进一步地,颗粒过滤器安装在排气管上,以对包含在排放气体中的颗粒物质(PM)进行捕集。
选择催化还原装置是一种类型的催化转化器。诸如一氧化碳、混合烃(THC)等的还原剂在选择催化还原装置(SCR)中与氮氧化合物反应而不与氧气反应,这就是为什么它被称作选择催化还原装置(SCR)的原因。
在内燃发动机当中(所述选择催化还原装置安装至该内燃发动机),根据排放气体中的氮氧化合物的量而持续并额外地注入燃料。因此,烃能够从选择催化还原装置中逃脱,增大了燃料消耗。
并且,当持续供应还原剂的时候,在排气管中也持续进行氧化/还原反应。因此,催化剂的持久性由于反应热而变差,所述反应热是在氧化/还原反应的过程中形成的。
公开于本背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种排气系统,其具有根据催化剂的降解率而改变再生温度的优点。
在本发明的一个方面当中,所述排气系统可以包括:捕集过滤器,该捕集过滤器位于排气管线上,以对排放气体的颗粒材料进行捕集;氮氧化物净化催化剂,该氮氧化物净化催化剂布置于所述捕集过滤器的下游侧,以去除所述排放气体的氮氧化物;喷射器,该喷射器选择性地将燃料喷射到所述排气管线中;燃料裂化催化剂,该燃料裂化催化剂布置于所述喷射器和所述捕集过滤器之间的排气管线上,将已喷射的燃料转换成还原剂,并提高其下游侧的温度,以及控制部分,该控制部分控制所述喷射器在预定时间周期下喷射预定量的燃料,从而将所述捕集过滤器的温度提高至预定再生温度,并对捕集在所述捕集过滤器中的颗粒材料进行去除,其中所述控制部分检测所述燃料裂化催化剂的降解率,并根据所述降解率而改变所述捕集过滤器的预定再生温度。
所述燃料裂化催化剂可以包括DOC(柴油氧化催化剂)。
所述氮氧化物净化催化剂可以利用通过所述燃料裂化催化剂形成的还原剂来在所述氮氧化物净化催化剂中分离并还原氮氧化物。
当捕集在所述氮氧化物净化催化剂中的氮与所述排放气体中的HC(烃)的比例低于预定值的时候,控制器可以控制所述喷射器在所述预定时间周期下将所述预定量的燃料喷射到所述排放气体当中。
所述控制部分可以利用所述燃料裂化催化剂的上游侧和下游侧之间的温度差来检测所述燃料裂化催化剂的降解率,并在所述喷射器喷射燃料之后确定了所述温度差小于预定值的时候改变所述降解率。
所述控制部分可以利用所述氮氧化物净化催化剂的上游侧和下游侧之间的温度差来检测该氮氧化物净化催化剂的降解率,并且在所述喷射器喷射燃料之后确定了所述温度差大于或等于预定值的时候改变所述降解率。
所述控制部分可以通过利用所述燃料裂化催化剂的上游侧和下游侧之间的氧浓度差来检测该燃料裂化催化剂的降解率,并在所述喷射器喷射燃料之后确定了所述氧浓度差大于预定值的时候改变所述降解率。
所述控制部分可以通过利用所述氮氧化物净化催化剂的净化比例来检测所述燃料裂化催化剂的降解率,并且在确定了所述氮氧化物净化催化剂的净化比例大于或等于预定值的时候改变所述降解率。
当所述燃料裂化催化剂的上游侧和下游侧之间的温度差小于预定值、所述氮氧化物净化催化剂的上游侧和下游侧之间的温度差小于预定值、所述燃料裂化催化剂的上游侧和下游侧之间的氧浓度差大于预定值并且所述氮氧化物净化催化剂的净化比例大于或等于预定值的时候,所述控制部分可以补偿所述喷射器的预定喷射量和预定时间周期。
所述喷射器可以包括第一喷射器或第二喷射器,所述第一喷射器被构造成将燃料喷射到进气空气或者发动机的气缸当中,所述第二喷射器位于所述排气管线上。
在本发明的另一方面当中,一种控制排气系统的方法,可以包括以下步骤:确定是否满足氮氧化物净化催化剂的再生条件或者捕集过滤器的再生条件;当满足一个或者两个所述再生条件的时候,在预定时间周期下喷射预定量的燃料来作为还原剂;确定燃料裂化催化剂的前侧和后侧之间的第一温度差是否大于或等于第一预定值;确定所述氮氧化物净化催化剂的前侧和后侧之间的第二温度差是否大于或等于第二预定值;确定所述燃料裂化催化剂的上游和所述氮氧化物净化催化剂的下游之间的氧浓度差是否大于第三预定值,以及;当所述第一温度差小于所述第一预定值、所述第二温度差大于或等于所述第二预定值、所述氧浓度差大于所述第三预定值并且所述氮氧化物净化催化剂的净化比例大于或等于第四预定值的时候,改变所述捕集过滤器的再生目标温度,其中所述捕集过滤器位于排气管线上;所述氮氧化物净化催化剂布置于所述捕集过滤器的下游侧;并且所述燃料裂化催化剂布置于所述喷射器和所述捕集过滤器之间的排气管线上。
所述方法还可以包括:当所述第一温度差大于或等于所述第一预定值、所述第二温度差小于所述第二预定值、所述氧浓度差大于所述第三预定值并且所述氮氧化物净化催化剂的净化比例大于或等于第四预定值的时候,补偿所述喷射器的预定喷射量和预定时间周期。
所述方法还可以包括:当所述第一温度差大于或等于所述第一预定值、所述第二温度差大于或等于所述第二预定值并且所述氧浓度差大于所述第三预定值的时候,确定为正常行驶状态。
如上所述,如果燃料裂化催化剂的降解率大于预定值,则改变所述捕集过滤器的再生温度,从而提高了捕集过滤器的再生效率。
此外,CO/THC很难通过捕集过滤器而逃离,从而防止了氮氧化物净化催化剂的降解。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式,本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
附图说明
图1是根据本发明的示例性排气系统的示意图。
图2A和图2B是根据本发明的示例性排气系统的控制流程图。
图3是显示了在根据本发明的示例性排气系统中,还原剂喷射量以及催化剂的前后之间的温度差的图。
图4是显示了在根据本发明的示例性排气系统当中,取决于行程距离的催化剂的前后之间的温度差的图。
图5A和图5B是显示装配到根据本发明的示例性排气系统中的捕集过滤器的特性的图。
应理解的是,附图呈现了阐述本发明基本原理的各个特征的一定程度的简化表示,从而不一定是按比例绘制的。本文所公开的本发明的特定设计特征,包括例如特定尺寸、定向、位置以及形状,将部分地由具体意图的应用以及使用环境所确定。
在附图中,附图标记在全部的几个附图中表示本发明的相同或者等效的部分。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的各个实施方案,这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述,但是应当意识到,本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反,本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案,而且覆盖可以被包括在由权利要求书所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
图1是根据本发明的示例性实施方案的排气系统的示意图。
参考图1,排气系统包括发动机100、排气管线110、第一氧传感器140a、喷射器120、第三温度传感器T4、燃料裂化催化剂140、第四温度传感器T5、捕集过滤器150、第一温度传感器T6、氮氧化物净化催化剂130、第二氧传感器140b以及第二温度传感器T7。
控制部分105可以实现成编制了预定程序的至少一个微处理器,该预定程序可以包括一组指令,用来执行根据本发明的示例性实施方案的方法。
在排气管线110上,第一氧传感器140a、喷射器120、第三温度传感器T4、燃料裂化催化剂140、第四温度传感器T5、捕集过滤器150、第一温度传感器T6、氮氧化物净化催化剂130、第二氧传感器140b以及第二温度传感器T7顺次布置。
第一氧传感器140a和第二氧传感器140b检测穿过排气管线10的氧浓度差,并将检测到的信号传递至控制部分105。
控制部分105检测捕集过滤器150或氮氧化物净化催化剂130的再生时机(timing),并取决于再生时机而控制喷射器来喷射燃料。
通过喷射器120喷射的燃料穿过燃料裂化催化剂140,并被活化来转换成诸如烃等等的还原剂。燃料裂化催化剂140执行DFC(柴油燃料裂化),其对柴油燃料进行活化。
并且,在本发明示例性的实施方案中,燃料裂化催化剂140可以是DOC(柴油氧化催化剂),或者可以包括执行DOC功能的催化剂,所述DOC对排放气体的有害材料进行氧化或还原。
捕集过滤器150对从发动机中排放的排放气体的颗粒材料进行过滤,并取决于再生循环来燃烧而去除已过滤的颗粒材料。此处,捕集在捕集过滤器150当中的颗粒材料可以在高于预定温度的条件下而被去除。
在这种情况下,在捕集过滤器150当中的捕集的颗粒材料通过从发动机100中喷射的燃料而燃烧。
同时,捕集在氮氧化物净化催化剂130当中的氮和排放气体的HC的比例提前设定在映射数据当中,控制部分105对真实行驶条件下的HC与NOx的比例来与映射数据的预定值相比较,如果HC与NOx的比例低于预定值的话,则操作喷射器120来将燃料喷射到排放气体当中。
控制部分105基于从传感器中检测到的信号和映射数据来控制燃料喷射量和喷射时机,其控制方式使得捕集在氮氧化物净化催化剂130当中的氮氧化物被解除吸附,从而被还原剂还原。
图2A和图2B是根据本发明的示例性实施方案的排气系统的控制流程图。
参考图2A和图2B,排气系统的控制方法包括一组指令,其用来执行零步骤S200、第一步骤S201、第二步骤S202、第三步骤S203、第四步骤S204、第五步骤S205、第六步骤S206、第八步骤S208、第九步骤S200、第十步骤S210、第十一步骤S211、第十二步骤S212、第十三步骤S213、第十四步骤S214、第十五步骤S215、第十六步骤S216、第十七步骤S217和第十八步骤S218。
在零步骤S200当中,启动发动机100,在第一步骤S201中,确定是否满足氮氧化物净化催化剂130的再生条件或者捕集过滤器的再生(直接脱硫)条件。
如果满足所述条件,则在第二步骤S202中,喷射器120喷射燃料作为还原剂。
如果喷射器120喷射燃料,则在第三步骤S203中,对燃料裂化催化剂140的上游侧和下游侧之间的温度差进行检测,并对氮氧化物净化催化剂130的上游侧和下游侧之间的温度差进行检测。
进一步地,在第三步骤S203中,对第一氧传感器140a和第二氧传感器140b之间的氧浓度差进行检测。
如果在第四步骤S204中确定了燃料裂化催化剂140的前侧和后侧之间的温度差大于预定值的话,则在第五步骤S205中确定氮氧化物净化催化剂130的前侧和后侧之间的温度差是否大于预定值,如果所述温度差大于预定值的话,则在第六步骤S206中确定第一氧传感器140a和第二氧传感器140b之间的氧浓度差是否大于预定值。
如果在第四步骤S204、第五步骤S205和第六步骤S206中,燃料裂化催化剂140的前侧和后侧之间的温度差、氮氧化物净化催化剂130的前侧和后侧之间的温度差、以及第一氧传感器140a和第二氧传感器140b之间的氧浓度差分别大于预定值的话,那么就确定为正常行驶状态,燃料裂化催化剂140和氮氧化物净化催化剂130并未变差。
如果确定了燃料裂化催化剂140和氮氧化物净化催化剂130并未被降解,则在第八步骤S208中,发动机100正常运转。
如果在第四步骤S204中燃料裂化催化剂140的前侧和后侧之间的温度差小于预定值的话,则执行第十四步骤S214、第十五步骤S215和第十六步骤S216。
如果在第十四步骤S214中氮氧化物净化催化剂130的前/后温度差大于预定值并且如果在第十五步骤S215中第一氧传感器和第二氧传感器140b之间的氧浓度差大于预定值的话,则在第十六步骤S216中确定氮氧化物净化催化剂130的氮氧化物净化比例是否小于预定值。
计算氮氧化物净化催化剂130的净化比例的方法是已知的,因此在根据本发明示例性实施方案的本说明书中省略了具体描述。
在第十六步骤S216中,确定被降解的燃料裂化催化剂140是否在最大性能的预定范围内工作。
如果在第十六步骤S216中氮氧化物净化催化剂130的氮氧化物净化比例小于预定值,那么在第十七步骤S217中确定燃料裂化催化剂140不工作,接着点亮事故备用灯。
进一步地,如果在第十六步骤S216中确定了氮氧化物净化催化剂130具有预定净化比例,那么在第十八步骤S218中,捕集过滤器150的再生温度根据燃料裂化催化剂140的降解率而改变。
如果在第五步骤S205中氮氧化物净化催化剂130的前/后温度差小于预定值、并且如果在第九步骤S209中第一氧传感器140a和第二氧传感器140b之间的氧浓度差大于预定值的话,则在第十步骤S210中确定氮氧化物净化催化剂130的氮氧化物净化比例是否大于或等于预定值。
如果在第十步骤S210中确定了氮氧化物净化催化剂130的氮氧化物净化比例大于或等于预定值,则在第十三步骤S213中对喷射器的喷射量进行补偿,以形成喷射器120的二级喷射。
然而,如果在第十步骤S210中确定了氮氧化物净化催化剂130的氮氧化物净化比例小于预定值,那么则在第十一步骤S211中点亮事故备用灯,并切断喷射器120的二级喷射。
如上所述,捕集过滤器150的降解能够基于温度传感器T4和T5之间的温度差来进行计算,该温度传感器T4和T5位于燃料裂化催化剂140的前侧和后侧。换言之,随着温度差变小,降解率就变大。
可以通过试验来设定前/后温度差与捕集过滤器150的降解率之间的关系。
例如,如果捕集过滤器150的降解率低的话,那么捕集过滤器150的再生温度可以变化到相对较低的值,如果捕集过滤器150的降解率高的话,那么捕集过滤器150的再生温度可以变化到相对较高的值。
在本发明的示例性实施方案当中,可以根据预定的映射数据来改变捕集过滤器150的再生温度。进一步地,可以根据捕集过滤器150的降解率而改变捕集过滤器150的再生温度、再生循环和再生时间。
图3是显示了在根据本发明的示例性实施方案的排气系统中,还原剂喷射量以及催化剂的前后之间的温度差的图。
参考图3,随着通过喷射器120而作为还原剂来喷射的燃料喷射量变大,氮氧化物净化催化剂130或燃料裂化催化剂140的前/后温度差也变大。
由于已喷射的燃料穿过氧化物净化催化剂130或燃料裂化催化剂140以进行氧化,因此高温的排放气体供应到其后侧。
图4是显示了在根据本发明的示例性实施方案的排气系统当中,取决于行程距离的催化剂的前后之间的温度差的图。
参考图4,如果预定条件相同的话,那么随着发动机运行时间或车辆的行程距离变长,氮氧化物净化催化剂130或燃料裂化催化剂140的前/后温度差变小。
换言之,随着行程距离的变长,包含在氮氧化物净化催化剂130或燃料裂化催化剂140中的催化剂元素被降解,并且其性能变差。
因此,在燃料通过喷射器120而被喷射之后,当已喷射的燃料穿过催化剂的时候,其氧化率降低,从而供应至其后侧的排放气体的温度也被相对降低。
图5A和图5B是显示装配到根据本发明的示例性实施方案的排气系统中的捕集过滤器的特性的图。
参考图5A,水平轴表示根据其变差率的捕集过滤器,竖直轴表示捕集过滤器的再生效率。
在相同条件下,其中捕集量是8g/L,再生温度是580℃,传统的捕集过滤器的再生效率是大约85%,根据本发明的示例性实施方案的捕集过滤器作为低温的再生类型的再生效率是大约98%。
与通常的捕集过滤器不同,低温再生催化剂涂覆在捕集过滤器当中。从而,在捕集了相同量的PM(颗粒材料)的情况下,在相对的低温下获得了高的再生效率。
如果应用了低温再生催化剂,则喷射量被减少。从而节省了燃料,并且催化剂的降解速度变缓。
参考图5B,水平轴显示了两个捕集过滤器,其中一个降解率低,另一个降解率高,竖直轴显示了根据降解率的再生效率。
在捕集过滤器在620℃下进行再生的情形下,具有低降解率的捕集过滤器的再生效率是大约88%,而具有高降解率的捕集过滤器的再生效率是大约92%。
换言之,随着降解率的增大,需要在更高的温度下再生,从而提高了再生效率。
进一步地,所述燃料裂化催化剂可以包括氧化催化剂功能或者可以改变成根据本发明示例性实施方案的图1、图2A和图2B中的氧化催化剂。
氧化催化剂的功能是通过氧化/还原反应对包含在排放气体当中的有害材料进行净化,并且在本发明的示例性实施方案中,燃料裂化催化剂可以具有氧化催化剂功能,以用来对包含在排放气体当中的有害材料进行净化。
为了便于在权利要求中解释和精确定义,术语“上游”、“下游”、“前”或“后”用于参考在图中所示的示例性实施方案的特征的位置来描述这些特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。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。选择示例性实施方案并进行描述是为了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各种示例性实施方案及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (13)

1.一种排气系统,包括:
捕集过滤器,该捕集过滤器位于排气管线上,以对排放气体的颗粒材料进行捕集;
氮氧化物净化催化剂,该氮氧化物净化催化剂布置于所述捕集过滤器的下游侧,以去除所述排放气体的氮氧化物;
喷射器,该喷射器选择性地将燃料喷射到所述排气管线中;
燃料裂化催化剂,该燃料裂化催化剂布置于所述喷射器和所述捕集过滤器之间的排气管线上,将已喷射的燃料转换成还原剂,并提高其下游侧的温度;以及
控制部分,该控制部分控制所述喷射器在预定时间周期下喷射预定量的燃料,从而将所述捕集过滤器的温度提高至预定再生温度,并对捕集在所述捕集过滤器中的颗粒材料进行去除,
其中所述控制部分检测所述燃料裂化催化剂的降解率,并根据所述降解率而改变所述捕集过滤器的预定再生温度。
2.如权利要求1所述的排气系统,其中所述燃料裂化催化剂包括柴油氧化催化剂。
3.如权利要求1所述的排气系统,其中所述氮氧化物净化催化剂利用通过所述燃料裂化催化剂形成的还原剂来在所述氮氧化物净化催化剂中分离并还原氮氧化物。
4.如权利要求3所述的排气系统,其中,当捕集在所述氮氧化物净化催化剂中的氮与所述排放气体中的HC的比例低于预定值的时候,控制器控制所述喷射器在所述预定时间周期下将所述预定量的燃料喷射到所述排放气体当中。
5.如权利要求3所述的排气系统,其中所述控制部分利用所述燃料裂化催化剂的上游侧和下游侧之间的温度差来检测所述燃料裂化催化剂的降解率,并在所述喷射器喷射燃料之后确定了所述温度差小于预定值的时候改变所述降解率。
6.如权利要求5所述的排气系统,其中所述控制部分利用所述氮氧化物净化催化剂的上游侧和下游侧之间的温度差来检测该氮氧化物净化催化剂的降解率,并且在所述喷射器喷射燃料之后确定了该氮氧化物净化催化剂的上游侧和下游侧之间的温度差大于或等于预定值的时候改变所述降解率。
7.如权利要求6所述的排气系统,其中所述控制部分通过利用所述燃料裂化催化剂的上游侧和下游侧之间的氧浓度差来检测该燃料裂化催化剂的降解率,并在所述喷射器喷射燃料之后确定了所述氧浓度差大于预定值的时候改变所述降解率。
8.如权利要求7所述的排气系统,其中所述控制部分通过利用所述氮氧化物净化催化剂的净化比例来检测所述燃料裂化催化剂的降解率,并且在确定了所述氮氧化物净化催化剂的净化比例大于或等于预定值的时候改变所述降解率。
9.如权利要求3所述的排气系统,其中当所述燃料裂化催化剂的上游侧和下游侧之间的温度差小于预定值、所述氮氧化物净化催化剂的上游侧和下游侧之间的温度差小于预定值、所述燃料裂化催化剂的上游侧和下游侧之间的氧浓度差大于预定值并且所述氮氧化物净化催化剂的净化比例大于或等于预定值的时候,所述控制部分补偿所述喷射器的预定喷射量和预定时间周期。
10.如权利要求1所述的排气系统,其中所述喷射器包括第一喷射器或第二喷射器,所述第一喷射器被构造成将燃料喷射到进气空气或者发动机的气缸当中,所述第二喷射器位于所述排气管线上。
11.一种控制排气系统的方法,包括以下步骤:
确定是否满足氮氧化物净化催化剂的再生条件或者捕集过滤器的再生条件;
当满足一个或者两个所述再生条件的时候,在预定时间周期下喷射预定量的燃料来作为还原剂;
确定燃料裂化催化剂的前侧和后侧之间的第一温度差是否大于或等于第一预定值;
确定所述氮氧化物净化催化剂的前侧和后侧之间的第二温度差是否大于或等于第二预定值;
确定所述燃料裂化催化剂的上游和所述氮氧化物净化催化剂的下游之间的氧浓度差是否大于第三预定值;以及
当所述第一温度差小于所述第一预定值、所述第二温度差大于或等于所述第二预定值、所述氧浓度差大于所述第三预定值并且所述氮氧化物净化催化剂的净化比例大于或等于第四预定值的时候,改变所述捕集过滤器的再生目标温度,
其中所述捕集过滤器位于排气管线上;
所述氮氧化物净化催化剂布置于所述捕集过滤器的下游侧;并且
所述燃料裂化催化剂布置于所述喷射器和所述捕集过滤器之间的排气管线上。
12.如权利要求11所述的控制排气系统的方法,还包括:
当所述第一温度差大于或等于所述第一预定值、所述第二温度差小于所述第二预定值、所述氧浓度差大于所述第三预定值并且所述氮氧化物净化催化剂的净化比例大于或等于第四预定值的时候,补偿所述喷射器的预定喷射量和预定时间周期。
13.如权利要求11所述的控制排气系统的方法,还包括:
当所述第一温度差大于或等于所述第一预定值、所述第二温度差大于或等于所述第二预定值并且所述氧浓度差大于所述第三预定值的时候,确定为正常行驶状态。
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