CN102348877A - 排气后处理系统的运行方法和排气后处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种排气后处理系统(100)的运行方法，所述排气后处理系统(100)至少包括微粒过滤器(42)和脱氮催化转化器(44)，所述微粒过滤器(42)用于从发动机(10)的排气中截留碳烟，所述脱氮催化转化器(44)用于使发动机(10)的排气中的氮氧化物还原。所述微粒过滤器(42)的运行状况和所述脱氮催化转化器(44)的运行状况彼此同步以执行所述微粒过滤器(42)的再生，同时所述催化转化器(44)提供高于预定极限的氮氧化物转化效率。

Description

排气后处理系统的运行方法和排气后处理系统
技术领域
本发明涉及排气后处理系统的运行方法和排气后处理系统。
背景技术
排气后处理系统用于减少车辆的排放。针对诸如重载卡车等的商用车辆的柴油机而制订的未来法规要求减少排放。可以使用微粒过滤器系统来减少车辆的碳烟排放。通常，在数天至数个星期的行驶之后，微粒过滤器被填满且必须再生。
在EP-A1-1 882 829中公开了一种排气后处理系统，其中在柴油微粒过滤器上游布置有氧化催化剂。该系统还包括用于检测过滤器内的微粒物的量的装置，并且，当微粒的量超过极限时，发出再生信号。为使该过滤器再生，对相关的发动机参数进行控制以便达到期望的温度。也可以手动触发该微粒过滤器的再生。为升高排气温度以用于再生，可以向排气中喷射未燃烧的燃料。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种允许微粒过滤器的受控再生的、排气后处理系统的运行方法。本发明的另一个目的是提供一种改进的后处理系统。
通过独立权利要求的特征实现了上述目的。其他权利要求及说明书公开了本发明的有利实施例。
提出了一种排气后处理系统的运行方法，该系统至少包括微粒过滤器和脱氮催化转化器(deNOx catalytic converter)，该微粒过滤器用于从发动机的排气中截留碳烟，该脱氮催化转化器用于使发动机的排气中的氮氧化物还原。微粒过滤器的运行状况和脱氮催化转化器的运行状况彼此同步以执行微粒过滤器的再生，同时所述催化转化器提供高于预定极限的氮氧化物转化效率。
微粒过滤器的运行状况和脱氮催化转化器的运行状况能够同步，从而微粒过滤器能够在脱氮催化转化器的有利运行条件和微粒过滤器的有利运行条件下再生。这能够在微粒过滤器的碳烟水平已达到预定值时或者在脱氮催化转化器在有利的运行状况下运行时进行。有利地，发动机能够设定为在带有增加的氮氧化物NOx输出和更高排气温度的模式下运行。优选地，提供二氧化氮NO2而非氧来烧掉微粒过滤器内的碳烟。这将激活微粒过滤器的基于NO2的再生，其中NO2使聚积在微粒过滤器内的碳烟氧化。当微粒过滤器内的碳烟水平降低到期望水平之后，发动机模式能够返回到带有正常的NOx生成水平和较低排气温度的正常运行条件。
微粒过滤器的利用NO2进行的主动再生能够在发动机以及车辆处于行驶模式时完成。微粒过滤器的基于NO2的再生的激活甚至能够在车辆停驻的停车状态下被触发。例如，驾驶员能够通过按下按钮或开关来手动激活该再生，这相应地将发动机设定为带有增加的NOx生成和更高排气温度的模式。优选地，在足够高的温度下、在排气中存在足够多的NO2时完成微粒过滤器的再生。
有利地，发动机的这种运行模式(“热模式”)可通过适当调整如下项来增强：排气再循环、空气质量流量(例如，通过调整可变几何涡轮机(VGT)的涡轮机几何形状)、碳氢化合物到排气中的后喷射、进气节气门的设定和/或排气压力调节器(EPG)装置。
有利地，发动机的该热模式被控制为使得生成在上极限和下极限之间的排气温度。方便地，上温度极限能够通过脱氮催化剂来设定，该设定的根据是：如果催化剂暴露于过高的温度则会产生催化剂老化的不利影响；而下温度极限能够通过脱氮催化剂来设定，该设定的根据是：在微粒过滤器再生期间对于消除排放的不利影响。
同时，如果脱氮催化转化器的运行状况使得以高效率对氮氧化物NOx进行转化，则微粒过滤器的再生对于排放来说可以是中性的，或者该再生至少可以在预定极限内变化。能够通过对脱氮催化转化器的NOx转化率的确定来触发微粒过滤器的再生运行状况与具有高的NOx转化率的脱氮催化转化器的运行状况的同步，尤其是在选择性催化还原(SCR)下的同步。这例如能够通过两个NOx传感器来容易地完成，其中一个NOx传感器位于脱氮催化转化器上游，另一个NOx传感器位于脱氮催化转化器下游。位于脱氮催化转化器上游的NOx传感器可以是虚拟传感器或真实的传感器，该虚拟传感器的信号由发动机的运行参数以及位于发动机与脱氮催化转化器之间的部件的运行参数中导出。优选地，位于脱氮催化转化器下游的NOx传感器是真实的传感器。方便地，这两个NOx传感器能够与定时器和/或确定该微粒过滤器的碳烟载荷的差压传感器联接。
有利地，能够避免在非常高的温度下引起的自发碳烟燃烧和过滤器损坏的风险。该微粒过滤器能够以受控方式主动再生。优选地，通过利用二氧化氮(NO2)氧化微粒过滤器内的碳烟来完成过滤器再生。这种主动的碳烟再生可以在300℃至350℃范围内的低温下进行。与此相比，利用氧进行的主动再生将需要600℃以上的远远更高的温度，这可能对微粒过滤器下游的催化转化器有不利影响。
有利地，可以允许微粒过滤器的较高的碳烟载荷以及更长的再生时间间隔，而无损坏该微粒过滤器的风险。特别地，不必对微粒过滤器内的全部碳烟载荷进行氧化，因为微粒过滤器的再生可以在必要时中断。微粒过滤器的再生也能够在随后的时间内容易地重新开始。与此相比，利用氧而非NO2进行的再生将需要使微粒过滤器内的所有碳烟均氧化，这样会产生高的排气温度，而不可能停止再生。
所述方法能够在相对低的温度下执行。因此，能够防止排气后处理系统内的部件因为高温而导致损坏。能够减少催化转化器的老化，例如减少柴油氧化催化剂的老化。特别地，能够减少微粒过滤器下游的部件的老化。
有利地，如果必须实现排气温度的升高，则能够使具有提高背压的装置的形式的、诸如蝶阀等的用于升高温度的硬件最少，或者甚至不必向排气中喷射碳氢化合物。
根据本发明的有利的方法步骤，能够关于如下项中的至少一个来对运行状况进行同步：微粒过滤器和/或脱氮催化转化器的运行温度；排气成分；调整至少一个所述运行状况的正时。有利地，能够实现用于脱氮催化转化器的正确而有效的运行的适当温度范围以及作为用于微粒过滤器内的碳烟的氧化剂的足够量的NO2。
根据本发明的有利的方法步骤，能够改变脱氮催化转化器上游的还原剂的用量，使得氮氧化物排放保持恒定或在确定的范围内变化。有利地，微粒过滤器的再生可以对于排放来说基本中性的方式执行。
根据本发明的有利的方法步骤，微粒过滤器下游的排气的运行温度和脱氮催化转化器上游的排气的运行温度可以局限于脱氮催化转化器能允许的上限温度。这能够减少催化转化器因为暴露于高的排气温度而造成的老化。
根据本发明的有利的方法步骤，微粒过滤器下游的排气温度和另外的催化转化器上游的排气温度可局限于该另外的催化转化器能允许的上限温度。这能够减少该另外的催化转化器因为暴露于高的排气温度而造成的老化。这种另外的催化转化器可以是用于对排气中残留的还原剂例如碳氢化合物和/或氨进行氧化的氧化催化转化器。这种催化转化器有时也称为清洁催化转化器。
根据本发明的有利的方法步骤，能够针对排气后处理器系统的一个或多个部件的老化效应而对微粒过滤器和/或催化转化器的运行状况进行补偿。有利地，这能够优化微粒过滤器的再生和排放。
根据本发明的有利的方法步骤，微粒过滤器的运行状况和脱氮催化转化器的运行状况至少能够在发动机的运行期间连续同步。微粒过滤器能够在脱氮催化转化器处于将NOx高效转化为氮和水的高效模式时再生。当脱氮催化转化器的运行条件开始变得更低效时，可以停止再生。如果脱氮催化转化器再次达到高效转化模式，则可以重新进行该微粒过滤器的再生。在时间上平均来说，微粒过滤器能够保持在具有低碳烟载荷的状态。
根据本发明的有利的方法步骤，微粒过滤器的运行状况和脱氮催化转化器的运行状况能够在发动机的运行期间被定期同步。微粒过滤器的再生模式能够在良好定义的时间点上执行，这些时间点可根据车辆等的期望的运行模式或环境条件来选择。
根据本发明的另一个方面，提出了一种用于执行本发明的方法的排气后处理系统，其中设置有控制单元，该控制单元适于使微粒过滤器的的运行状况和脱氮催化转化器的运行状况彼此同步，以在微粒过滤器的再生阶段期间增加用于使微粒过滤器内的碳烟氧化的二氧化氮的量并提高催化转化器内的氮氧化物转化率。方便地，能够实现微粒过滤器的、对于排放来说基本中性的受控再生。微粒过滤器的再生能够通过受控的方式停止并根据需要而重新开始。该再生能够通过在排气中提供足量的二氧化氮来主动触发。该微粒过滤器的再生可利用二氧化氮来实现，与可在600℃至650℃范围内的、远远更高的温度下运行的利用氧进行的再生相比，这能够在例如300℃至350℃之间的、明显较低的温度下使碳烟氧化。因此，能够避免排气过热。
根据本发明的有利实施例，所述脱氮催化转化器可以是选择性催化还原催化转化器。选择性催化还原(SCR)催化转化器能够将NOx有效转化为氮和水。
根据本发明的有利实施例，在微粒过滤器和脱氮催化转化器之间可以布置有氧化催化剂。该氧化催化剂能够将一氧化碳和碳氢化合物以及NO氧化为NO2。
根据本发明的有利实施例，所述微粒过滤器能够布置在脱氮催化转化器上游，由此保护了脱氮催化转化器的性能不受所谓的催化剂毒剂的负面影响，在SCR催化剂的情况下，该催化剂毒剂可以是钾、磷、硫、碳烟、碳氢化合物等。
所述微粒过滤器能够布置在脱氮催化转化器下游，以减少该脱氮催化转化器上游的热质量。在低温行驶循环或所需的冷起动条件下的NOx转化方面，该措施允许脱氮催化转化器具有有利的启动温度。
根据本发明的有利实施例，在微粒过滤器、脱氮催化转化器及氧化催化转化器的下游可以布置有清洁催化剂。该清洁催化转化器例如能够消除排气中的经由脱氮催化转化器漏出的可能某些量的氨。
优选地，本发明能够用于诸如重型卡车、中型卡车或轻型卡车等的商用车辆。
附图说明
从以下对本发明实施例的详细描述中，可以最好地理解本发明以及上述及其他目的和优点，但本发明不限于这些实施例，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的排气后处理系统的概略图；
图2a示意性地示出了在模拟低温循环的动态循环中的一般温度分布线，而图2b示意性地示出了显示碳烟的积聚和再生的曲线，其中，在发动机的运行循环内在这种温度分布线下碳烟发生积聚(图2b)；
图3示意性地示出了基于NO2的碳烟烧除所需的、作为排气温度的函数的NOx/碳烟比的示例；
图4示意性地示出了利用数个输入参数来激活微粒过滤器的主动的基于NO2的再生行为的碳烟触发水平的示意性表示；
图5示意性地示出了流程图，该流程图图示了基于SCR催化转化器的NOx还原性能的再生逻辑触发；
图6示意性地示出了流程图，该流程图图示了基于柴油微粒过滤器内的碳烟载荷的再生逻辑触发；并且
图7示意性地示出了一条曲线，该曲线图示了对于载有碳烟的过滤器来说、作为温度的函数的对碳烟微粒的NO2转化几率。
具体实施方式
在附图中，相同或相似的元件由相同的附图标记表示。这些附图仅是示意性表示，并非旨在展示本发明的具体参数。此外，这些附图仅旨在描绘本发明的典型实施例，因此不应视为限制本发明的范围。
图1描绘了根据本发明的排气后处理系统100的概略图。发动机10配备有用于排气再循环的EGR系统，以将排气从发动机10的排气歧管14经由再循环管线34传送到发动机10的的进气歧管12。
在发动机10的正常运行期间，进气空气经由涡轮增压器20的压缩机24、进气管线26和增压空气冷却器28引导到EGR混合室30内。在EGR混合室30内，进气空气与来自排气管线16且被引导经过再循环管线34和EGR冷却器36的一部分排气进行混合。EGR阀32控制EGR的质量流量，并因此控制该发动机输出的NOx排放。术语“NOx”包括一氧化氮NO和二氧化氮NO2。排气流被引导通过排气管线16，经过涡轮增压器20的涡轮机22，并流向用于对微粒进行控制的柴油微粒过滤器42和用于对尾管内的NOx进行控制的脱氮催化转化器44，例如SCR催化转化器。在脱氮催化转化器44的上游，可以布置有喷射器58。喷射器58能够将例如尿素或氨的还原剂喷射到排气流中，这有助于在脱氮催化转化器44中的催化剂上将NOx还原为N2。
在微粒过滤器42的上游，可以布置有氧化催化转化器(未示出)，该氧化催化转化器将排气中的NO转化为NO2，该NO2可用在微粒过滤器42内。为了产生热量，该氧化催化转化器还可以烧掉喷射到排气流中的碳氢化合物。
在未示出的一个实施例中，排气后处理系统100的部件可按照如下顺序排列：即，氧化催化转化器-柴油微粒过滤器-氧化催化转化器(可选)-脱氮催化转化器-清洁催化转化器(可选)。
在未示出的另一个实施例中，排气后处理系统100的部件可按照如下顺序排列：即，氧化催化转化器-脱氮催化转化器-氧化催化转化器(可选)-柴油微粒过滤器-清洁催化转化器(可选)。
在经过该排气后处理系统100中的各个单元之后，洁净的排气被排放到环境中。
控制单元70联接到排气后处理系统100的多个传感器和部件。虽然控制单元70被描绘为单个部件，但也可提供与这些传感器及部件联接的多个控制单元。
控制单元70连接到位于微粒过滤器42上游的温度传感器46以及位于微粒过滤器42下游和脱氮催化转化器44上游的温度传感器48。差压传感器50提供与微粒过滤器42的载荷状态有关的信息。在脱氮催化转化器44的上游和下游，布置有NOx传感器52、54，它们提供了与排气中的NOx量有关的信息。此外，控制单元70还可以联接到EGR阀32和涡轮增压器20。
位于脱氮催化转化器44上游的NOx传感器52可以是虚拟传感器或真实的传感器，所述虚拟传感器的“信号”由发动机的运行参数以及位于发动机10与脱氮催化转化器44之间的部件的运行参数中导出。优选地，位于脱氮催化转化器44下游的NOx传感器54是真实的传感器。通过将这两个NOx传感器52、54与定时器和/或确定微粒过滤器42的碳烟载荷的差压传感器50联接，能够感测到具有高的NOx转化率的脱氮催化转化器44的运行状况。
采用了燃烧控制和排气排放控制的新构思以及明显提高了其燃料效率的未来发动机将导致可用于使排气后处理系统100内的部件保持正常工作的排气能量更低，即排气后处理系统100内的温度较低。如图2a所示，当前的特定行驶循环例如公交车循环、垃圾车循环已具有相同类型的问题。
图2a示出了模拟低温循环的动态循环中的一般温度分布线，而图2b描绘了表示碳烟的积聚和再生的曲线，其中，在发动机的运行循环期间在图2a所示的温度分布线下碳烟发生积聚，例如在市内行驶时遇到的低温循环，典型地，例如垃圾车循环或公交车循环情况下的低温循环。
曲线A显示了从发动机(图1中的10)排出的排气温度，而曲线B显示了离开微粒过滤器(图1中的42)的排气的排气温度。该排气的温度是接近于200℃的低温。
图2b中的曲线C显示了在图2a所示的此动态循环期间碳烟如何在微粒过滤器(图1中的42)内积聚。曲线D示出了基于NO2的再生的结果，其中，积聚在微粒过滤器(图1中的42)内的碳烟被NO2氧化30分钟。
低的发动机输出温度与满足未来的严格排放法规所需的必要发动机输出NOx排放一起排除了使用被动连续再生(CRT再生)来进行微粒过滤器(图1中的42)的再生。如图3可见，在车辆的许多行驶循环中，碳烟与NOx之比(碳烟/NOx)以及微粒过滤器(图1中的42)内的温度可能不足。使碳烟氧化所需的NO2的量随着排气温度的降低而急剧增加，且所需的NO2的量在300℃以上的温度下较低。被动CRT再生可以在远高于300℃的温度下发生。
参考图1，根据本发明，提出了排气后处理系统100的运行方法，该排气后处理系统100至少包括微粒过滤器42和脱氮催化转化器44，该微粒过滤器42用于从发动机10的排气中截留碳烟，该脱氮催化转化器44用于使发动机10的排气中的氮氧化物还原，其中，该微粒过滤器42的运行状况和脱氮催化转化器44的运行状况彼此同步，以在微粒过滤器42的再生阶段期间增加用于使微粒过滤器42内的碳烟氧化的氮氧化物的量和/或提高该催化转化器44内的氮氧化物转化率。存在解决NOx含量低(相应地，NO2含量低)和温度问题的数种可能性。
升高排气温度的一个有利的可能性是改变发动机10的燃烧模式，从而通过降低EGR流量来增加发动机输出的NOx排放。此措施导致更有效的燃烧，从而产生更高的能量，同时在经由EGR冷却器36的冷却系统内具有更少的能量损失。可通过流到排气后处理系统100中的排气质量流来获得更多能量。
升高排气温度的另一个有利的可能性例如包括：对通向发动机的进气空气进行节流、在涡轮机上使用排气再循环阀(DRV)、在排气管线内使用碳氢化合物喷射器、燃料向发动机气缸内的延后喷射、或者燃烧另外的碳氢化合物的独立的燃烧器等。
升高排气温度的另一个有利的可能性包括：改变尿素的喷射特性，从而降低排气系统内的尿素含量，由此影响使尿素蒸发以及使尿素分解为氨和水所需的总热量。
通过升高排气温度，能够在通常不允许进行基于NO2的再生的发动机条件下实现这种基于NO2的微粒过滤器再生。该基于NO2的再生能够主动地被触发且不需要如CRT再生过程中那样连续进行。该主动的基于NO2的再生是可选的且对于排放来说是中性的，而且它高度取决于脱氮催化转化器44的NOx还原效率，即脱氮催化转化器44例如SCR催化转化器的转化效率。
脱氮催化转化器44的NOx转化效率取决于允许在脱氮催化转化器44内的催化剂上发生将NOx还原为N2的化学反应的最低温度。在使用尿素作为还原剂的情况下，一个确定参数是用于将尿素水解为氨的温度，其在大约200℃至250℃下实现。使用可存储氨的SCR催化剂能够将NOx至N2的转化反应的温度降低到低于200℃，这对于冷启动来说也是非常方便的。
可存储氨的催化剂的示例是基于沸石的材料，例如含Fe的沸石或含Cu的沸石、以及含钒的压出物。
另一方面，因为许多可存储氨的SCR催化剂是基于沸石的催化剂，所以避免超过针对这种SCR催化剂的严重老化的最高可允许温度是非常有利的。
该最高温度通过脱氮催化转化器44和/或可提供的清洁催化转化器的材料特性来确定，且该最高温度通常在600℃至650℃的范围内。
对于微粒过滤器42的基于氧的再生，所需的温度远高于600℃，其中对再生过程的控制极其困难。该最高温度能够由温度传感器46、48监测。如果使用例如二氧化铈的燃料添加剂来促进低于600℃的温度下的、基于氧的再生，则仍然非常重要的是避免温度在再生期间升高到该最高温度以上。因此，在低温下，基于NO2的再生优于基于氧的再生。
当要执行微粒过滤器42的、主动的基于NO2的再生时，如图4、图5和图6中更详细地示出的，该再生行为取决于微粒过滤器42内的碳烟载荷以及脱氮催化转化器44的NOx转化率。
一般的，根据本发明的、主动的基于NO2的再生可允许的碳烟载荷高于基于氧的再生，这是因为：对于基于NO2的再生行为来说，与基于氧的再生行为相比，作为时间的函数的、通过放热氧化反应而产生的温度升高较低。有利地，在微粒过滤器42的利用NO2进行的再生期间，能够容易地防止超过最高温度。
图4描绘了利用数个输入参数来激活微粒过滤器的主动的基于NO2的再生行为的碳烟触发水平的示意性表示，所述数个输入参数例如是EGR输入参数p_a、VGT输入参数p_b、正时参数p_c、针阀打开压力(NOP)参数p_d。
定义了四个水平的碳烟载荷SL，即低碳烟载荷SL_l、中等碳烟载荷SL_m、高碳烟载荷水平SL_h、严重碳烟载荷水平SL_c。这些碳烟载荷水平对应于不同的发动机优化特性，其中低碳烟载荷SL_l对应于燃料优化的发动机特性(op_f)，中等碳烟载荷SL_m对应于温度优化的发动机特性(op_t)，高碳烟载荷SL_h对应于温度和NOx或NO2优化的发动机特性(op_t，NOx)，而严重碳烟载荷SL_c对应于紧急NOx再生的发动机特性(op_ereg)。
基于这些输入参数，可从发动机映射(map_sel)中选择所期望的发动机优化特性，该发动机映射可包含在发动机控制器内。能够连续地选择这些参数，即不是选择离散的数值水平，因此可以选择居间的值，例如1.5、1.6、1.7，而不是只能选择1或2等。
图5示出了流程图，该流程图图示了基于SCR催化转化器44的NOx还原性能的再生逻辑触发。为排气后处理系统100的部件赋予的附图标记可参考图1所示的部件。
在步骤200中，读取温度传感器信号和NOx传感器信号(图1中的温度传感器46、48，NOx传感器52、54)。在步骤202中，在脱氮催化转化器44和/或微粒过滤器42上游检查实际温度是否大于等于预定的最低温度T1。特别地，可以使用来自两个位置的T信号。还检查脱氮催化转化器44内的NOx转化效率η_NOx是否大于等于预定的最低效率η1。
如果这两个条件都满足(在该流程图中为“是”)，则该进程进行到步骤204并且读取碳烟载荷SL、碳烟定时器SL_tim、再循环的排气EGR的量、针阀打开压力(NOP)参数p_d、以及可变几何涡轮机VGT的状态。该状态可通过各种参数来描述，例如涡轮机速度、涡轮机挡板的开度、气体压力和气体温度等。
如果在步骤202中，温度和NOx转化率均低于其所需的水平(在该流程图中为“否”)，则在步骤210中触发热模式。在该热模式中，发动机被设定为在带有增加的氮氧化物NOx输出和更高的排气温度的模式下运行。该热模式可以包括对如下项的适当调整：排气再循环、空气质量流量(例如，通过调整可变几何涡轮机(VGT)的涡轮机几何尺寸)、碳氢化合物到排气中的后喷射、进气节气门的设定和/或EPG装置。该EPG装置(EPG＝排气压力调节器)是产生导致发动机工作更困难的背压的装置。
在该热模式结束时，在步骤212中再次读取温度传感器信号和NOx传感器信号。在步骤214中，在微粒过滤器42上游检查当前的实际温度是否大于等于预定的最低温度T1，并检查该脱氮催化转化器44内的当前NOx转化效率η_NOx是否大于等于预定的最低效率η1。如果并非如此(在该流程图中为“否”)，则该进程跳转回步骤210并依次重复步骤210、212和214。如果超过了最低温度T1和最低效率η1(在该流程图中为“是”)，则该进程跳转到步骤204并读取碳烟载荷SL、碳烟定时器SL_tim、再循环的排气EGR的量、针阀打开压力(NOP)参数p_d、以及可变几何涡轮机VGT的状态。该状态可通过各种参数来描述，例如涡轮机速度、涡轮机挡板的开度、气体压力和气体温度等。
在步骤206中，检查碳烟载荷SL是否大于等于预定的第一水平SL1(低水平)和/或碳烟定时器SL_tim是否大于等于预定的时间参数ST1。如果未达到第一碳烟水平SL1和/或未达到用于碳烟再生的预定时间ST1(在该流程图中为“否”)，则在步骤208中对执行控制次序的下一次情形进行估计。然后，该进程中止于步骤240。
如果在步骤206中达到了第一碳烟水平SL1和/或达到了用于碳烟再生的预定时间ST1(在该流程图中为“是”)，则该进程向前执行到步骤220，并且，取决于碳烟载荷SL，通过在发动机控制器的发动机映射中选择所期望的发动机优化特性，所述进程将继续向前执行。
在步骤220中，读取温度传感器信号和NOx传感器信号。在随后的步骤222中，检查碳烟载荷SL是否在第一低水平SL1和第二最小碳烟载荷SL2之间。如果碳烟载荷在所述极限之内(在该流程图中为“是”)，则在步骤224中、在发动机映射中选择燃料优化的发动机特性op_f。该进程然后跳转到步骤206，在此步骤206中，决定是向前执行到步骤208和240还是回到步骤220并继续执行到步骤222。
如果在步骤222中判定碳烟载荷SL在所述极限之外(在该流程图中为“否”)，则在步骤226中检查碳烟载荷是否在第二中等碳烟载荷SL2和第三高碳烟载荷SL3之间。如果是这种情况(在该流程图中为“是”)，则在步骤228中、在发动机映射中选择温度优化的发动机特性op_t，并且该进程跳转到步骤206，在此步骤206中，决定是向前执行到步骤208和240还是回到步骤220并继续执行到步骤222。
如果在步骤226中判定碳烟载荷SL在所述极限之外(在该流程图中为“否”)，则在步骤230中检查碳烟载荷是否在第三高碳烟载荷SL3和第四严重碳烟载荷SL4之间。如果是这种情况(在该流程图中为“是”)，则在步骤232中、在发动机映射中选择温度和NOx优化的发动机特性op_t，NOx，且该进程跳转到步骤206，在此步骤206中，决定是向前执行到步骤208和240还是回到步骤220并继续执行到步骤222。
如果在步骤230中判定碳烟载荷SL在所述极限之外(在流程图中的“否”)，则在步骤234中检查碳烟载荷是否大于第四严重碳烟载荷SL4。如果是这种情况(在该流程图中为“是”)，则在步骤236中、在发动机映射中选择紧急NOx优化的发动机特性op_ereg，且该进程跳转到步骤206，在此步骤206中，决定是向前执行到步骤208和240还是回到步骤220并继续执行到步骤222。
如果在步骤230中判定碳烟载荷SL低于严重碳烟载荷SL4(在该流程图中为“否”)，则该进程跳转到步骤206，在此步骤206中，决定是向前执行到步骤208和240还是回到步骤220并继续执行到步骤222。
图6描绘了流程图，该流程图图示了基于柴油微粒过滤器42内的碳烟载荷的再生逻辑触发。为排气后处理系统100的部件赋予的附图标记可参考图1所示的部件。
在步骤300中读取碳烟载荷SL、碳烟定时器SL_tim、再循环的排气EGR的量、针阀打开压力(NOP)参数p_d、以及可变几何涡轮机VGT的状态。该状态能够通过多种参数来描述，例如涡轮机速度、涡轮机挡板的开度、气体压力和气体温度等。在步骤302中，检查碳烟载荷SL是否大于等于预定的第一水平SL1(低水平)并且/或碳烟定时器SL_tim是否大于等于预定的时间参数ST1。如果未达到第一碳烟水平SL1和/或未达到用于碳烟再生的预定时间ST1(在该流程图中为“否”)，则在步骤304中对执行控制次序的下一次情形进行估计。然后，该进程中止于步骤340。
如果在步骤302中达到了第一碳烟水平SL1和/或达到了用于碳烟再生的预定时间ST1(在该流程图中为“是”)，则该进程继续执行到步骤306，在此步骤306中，读取温度传感器信号和NOx传感器信号(图1中的温度传感器46、48，NOx传感器52、54)。
在随后的步骤308中，在脱氮催化转化器和/或微粒过滤器42上游检查实际温度是否大于等于预定的最低温度T1，并检查该脱氮催化转化器44内的NOx转化效率η_NOx是否大于等于预定的最低效率η1。如果这两个条件都满足(在该流程图中为“是”)，则该进程继续执行到步骤320，并且，取决于碳烟载荷SL，通过在发动机控制器的发动机映射中选择所期望的发动机优化特性，所述进程将继续向前执行。
如果在步骤308中，温度和NOx转化率均低于其所需的水平(在该流程图中为“否”)，则在步骤310中执行热模式。在该热模式中，发动机被设定为在带有增加的氮氧化物NOx输出和更高的排气温度的模式下运行。该热模式可以包括对如下项的适当调整：排气再循环、空气质量流量(例如，通过调整可变几何涡轮机(VGT)的涡轮机几何尺寸)、碳氢化合物到排气中的后喷射、进气节气门的设定和/或EPG装置。
在该热模式结束时，在步骤312中再次读取温度传感器信号和NOx传感器信号。在步骤314中，在脱氮催化转化器44和/或微粒过滤器42上游检查当前的实际温度是否大于等于预定的最低温度T1，并检查脱氮催化转化器44内的当前NOx转化效率η_NOx是否大于等于预定的最低效率η1。如果并非如此(在该流程图中为“否”)，则该进程跳转回步骤310并依次重复步骤310、312和314。如果超过了最低温度T1和最低效率η1(在该流程图中为“是”)，则该进程跳转到步骤320。
在步骤320中，检查碳烟载荷SL是否在第一低水平SL1和第二最低碳烟载荷SL2之间。如果碳烟载荷在所述极限之内(在该流程图中为“是”)，则在步骤322中、在发动机映射中选择燃料优化的发动机特性op_f。该进程然后跳转到步骤302，在此步骤302中，决定是向前执行到步骤304和340还是回到步骤306并继续执行到步骤308。
如果在步骤320中判定碳烟载荷SL在所述极限之外(在该流程图中为“否”)，则在步骤324中检查碳烟载荷是否在第二中等碳烟载荷SL2和第三高碳烟载荷SL3之间。如果是这种情况(在该流程图中为“是”)，则在步骤326中、在发动机映射中选择温度优化的发动机特性op_t，并且该进程跳转到步骤302，在此步骤302中，决定是向前执行到步骤304和340还是回到步骤306并继续执行到步骤308。
如果在步骤324中判定碳烟载荷SL在所述极限之外(在该流程图中为“否”)，则在步骤328中检查碳烟载荷是否在第三高碳烟载荷SL3和第四严重碳烟载荷SL4之间。如果是这种情况(在该流程图中为“是”)，则在步骤330中、在发动机映射中选择温度和NOx优化的发动机特性op_t，NOx，且该进程跳转到步骤302，在此步骤302中，决定是向前执行到步骤304和340还是回到步骤306并继续执行到步骤308。
如果在步骤328中判定碳烟载荷SL在所述极限之外(在该流程图中为“否”)，则在步骤332中检查碳烟载荷是否大于第四严重碳烟载荷SL4。如果是这种情况(在该流程图中为“是”)，则在步骤334中、在发动机映射中选择紧急NOx优化的发动机特性op_ereg，且该进程跳转到步骤302，在此步骤302中，决定是向前执行到步骤304和340还是回到步骤306并继续执行到步骤308。
如果在步骤332中判定碳烟水平SL低于严重碳烟载荷SL4(在该流程图中为“否”)，则该进程跳转到步骤302，在此步骤302中，决定是向前执行到步骤304和340还是回到步骤306并继续执行到步骤308。
图7显示了一条曲线，该曲线图示了对于载有碳烟的过滤器来说、作为温度的函数的对碳烟微粒的NO2转化几率。作为示例，微粒过滤器载有2g/l的碳烟。如图可见，NO2转化几率在低温时较低，在高温时较高。作为示例，在大约220℃处，NO2转化率为10％，在大约320℃处，NO2转化率为50％，而在大约430℃处，NO2转化率为90％。例如，如果在微粒过滤器的上游布置有氧化催化转化器，则所述氧化催化转化器不仅能够将排气中含有的NO氧化为随后可用于烧掉微粒过滤器内的碳烟的NO2，而且能够通过使喷射到排气流中的碳氢化合物燃烧而产生热量。
如果排气温度过低而不能引起微粒过滤器的有效的、基于NO2的再生，则碳氢化合物(即燃料)的喷射有利于升高温度。碳氢化合物能够在微粒过滤器上游在氧化催化剂上燃烧，并升高从氧化催化剂排放的排气的温度。当氧化催化剂氧化碳氢化合物时，所述氧化催化剂不能同时将NO转化为NO2。这导致无碳烟再生或低的碳烟再生。为了避免氧化催化剂由于碳氢化合物而“中毒”，可以利用碳氢化合物的短脉冲喷射。

Claims (30)

1.一种排气后处理系统(100)的运行方法，所述排气后处理系统(100)至少包括微粒过滤器(42)和脱氮催化转化器(44)，所述微粒过滤器(42)用于从发动机(10)的排气中截留碳烟，所述脱氮催化转化器(44)用于使发动机(10)的排气中的氮氧化物还原，其中，所述微粒过滤器(42)的运行状况和所述脱氮催化转化器(44)的运行状况彼此同步以执行所述微粒过滤器(42)的再生，同时所述催化转化器(44)提供高于预定极限的氮氧化物转化效率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过如下项中的至少一项来同步所述微粒过滤器(42)的运行状况和所述脱氮催化转化器(44)的运行状况：
-所述微粒过滤器(42)和所述脱氮催化转化器(44)的运行温度；
-排气成分；
-所述微粒过滤器的再生的正时以及所述脱氮催化转化器(44)中的高的氮转化率。
3.根据权利要求1或2所述的方法系统，其中，提供了一定量的二氧化氮，尤其增加了二氧化氮的量，以用于所述微粒过滤器(42)的再生。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法系统，其中，改变所述脱氮催化转化器(44)上游的还原剂的用量，使得氮氧化物排放保持恒定或在确定的范围内变化。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述微粒过滤器(42)下游的排气的运行温度和所述脱氮催化转化器(44)上游的排气的运行温度局限于所述催化转化器(44)能允许的上限温度。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述微粒过滤器(42)下游的排气温度和另外的催化转化器上游的排气温度局限于所述另外的催化转化器能允许的上限温度。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，针对所述排气后处理器系统(100)的一个或多个部件的老化效应，对所述微粒过滤器(42)和/或所述催化转化器(44)的运行状况进行补偿。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述微粒过滤器(42)的运行状况和所述脱氮催化转化器(44)的运行状况至少在发动机(10)的运行期间被连续同步。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述微粒过滤器(42)的运行状况和所述脱氮催化转化器(44)的运行状况至少在发动机(10)的运行期间被定期同步。
10.一种用于执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的排气后处理系统(100)，其中设置有控制单元(70)，所述控制单元(70)适于使所述微粒过滤器(42)的运行状况和所述脱氮催化转化器(44)的运行状况彼此同步，以在所述微粒过滤器(42)的再生阶段期间增加用于使所述微粒过滤器(42)内的碳烟氧化的二氧化氮的量并且/或提高所述催化转化器(44)内的氮氧化物转化率。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述脱氮催化转化器(44)是选择性催化还原转化器。
12.根据权利要求9或10所述的系统，其中，在所述微粒过滤器(42)和所述脱氮催化转化器(44)之间布置有氧化催化剂。
13.根据权利要求9至11中的任一项所述的系统，其中，所述微粒过滤器(42)布置在所述脱氮催化转化器(44)上游。
14.根据权利要求9至11中的任一项所述的系统，其中，所述微粒过滤器(42)布置在所述脱氮催化转化器(44)下游。
15.根据权利要求9至13中的任一项所述的系统，其中，在所述微粒过滤器(42)、所述脱氮催化转化器(44)和所述氧化催化转化器的下游布置有清洁催化剂。
16.一种排气后处理系统的运行方法，所述排气后处理系统至少包括微粒过滤器和脱氮催化转化器，所述微粒过滤器用于从发动机的排气中截留碳烟，所述脱氮催化转化器用于使发动机的排气中的氮氧化物还原，其中，所述微粒过滤器的运行状况和所述脱氮催化转化器的运行状况彼此同步以执行所述微粒过滤器的再生，同时所述催化转化器提供高于预定极限的氮氧化物转化效率。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，通过如下项中的至少一项来同步所述微粒过滤器的运行状况和所述脱氮催化转化器的运行状况：
-所述微粒过滤器和所述脱氮催化转化器的运行温度；
-排气成分；
-所述微粒过滤器的再生的正时以及所述脱氮催化转化器中的高的氮转化率。
18.根据权利要求16或17所述的方法系统，其中，提供了一定量的二氧化氮，尤其增加了二氧化氮的量，以用于所述微粒过滤器的再生。
19.根据权利要求16所述的方法系统，其中，改变所述脱氮催化转化器上游的还原剂的用量，使得氮氧化物排放保持恒定或在确定的范围内变化。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述微粒过滤器下游的排气的运行温度和所述脱氮催化转化器上游的排气的运行温度局限于所述催化转化器能允许的上限温度。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，所述微粒过滤器下游的排气温度和另外的催化转化器上游的排气温度局限于所述另外的催化转化器能允许的上限温度。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，针对排气后处理器系统的一个或多个部件的老化效应，对所述微粒过滤器和/或所述催化转化器(44)的运行状况进行补偿。
23.根据权利要求16所述的方法，其中，所述微粒过滤器的运行状况和所述脱氮催化转化器的运行状况至少在发动机的运行期间被连续同步。
24.根据权利要求16所述的方法，其中，所述微粒过滤器的运行状况和所述脱氮催化转化器的运行状况至少在发动机的运行期间被定期同步。
25.一种用于执行根据权利要求16所述的方法的排气后处理系统，其中设置有控制单元，所述控制单元适于使所述微粒过滤器的运行状况和所述脱氮催化转化器的运行状况彼此同步，以在所述微粒过滤器的再生阶段期间增加用于使所述微粒过滤器内的碳烟氧化的二氧化氮的量并且/或提高所述催化转化器内的氮氧化物转化率。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述脱氮催化转化器是选择性催化还原转化器。
27.根据权利要求25所述的系统，其中，在所述微粒过滤器和所述脱氮催化转化器之间布置有氧化催化剂。
28.根据权利要求25所述的系统，其中，所述微粒过滤器布置在所述脱氮催化转化器上游。
29.根据权利要求25所述的系统，其中，所述微粒过滤器布置在所述脱氮催化转化器下游。
30.根据权利要求25所述的系统，其中，在所述微粒过滤器、所述脱氮催化转化器和所述氧化催化转化器的下游布置有清洁催化剂。
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