CN102989316A - 用于柴油发动机排气系统的加热的喷射系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于柴油发动机排气系统的加热的喷射系统。本发明公开了喷射还原剂的实施例。在一个例子中,一种用于将还原剂供给到内燃发动机的排气净化系统中以便还原氮氧化物排放物的喷射装置包括喷射器和用于汽化第一和第二还原剂的汽化装置,该喷射装置连接于用于第一还原剂的一个储存容器和用于第二还原剂的储存容器,该第一和第二还原剂在室温下是液体。

Description

用于柴油发动机排气系统的加热的喷射系统
相关申请
本申请要求2011年9月8日提交的欧洲专利申请No.11180569.3的优先权,为了所有的目的其整个内容通过参考结合于此。
技术领域
本发明涉及为了还原氮氧化物排放物,特别是还原柴油发动机的氮氧化物排放物,用于将还原剂供给到内燃发动机的排气系统中的喷射装置。
背景技术
各种排气净化系统从以前的系统是已知的。根据第一种可能性,NOx从流过的排气流吸收并暂时储存在LNT(稀NOx收集器)中。由于LNT的储存容量的固有的限制,因此经常除去储存的NOx。为此,发动机的运行参数从储存过程期间的稀模式改变到浓模式。在浓模式中,发动机以化学计量的燃料相对于燃烧空气的量运行。这导致具有一氧化碳(CO)和烃(HC)的燃烧后的排气的增浓。同时,浓模式使排气温度升高。结果,在LNT催化转化器中的温度升高,其中在浓脉冲模式期间,来自排气的CO和HC更多地进入LNT中。
LNT催化转化器具有铂族金属涂层。其催化储存的NOx与起还原剂作用的CO和HC之间的各种氧化还原反应,其中NOx转化成氮气和水,在储存的NOx转化之后,发动机切换回到稀模式并且再开始储存循环。
在常规的LNT催化转化器中用于还原储存的NOx所用的贵金属大大增加这些催化转化器的成本。而且,这种系统的制造比较昂贵。还有,一些催化转化系统对诸如硫化氢和其他含硫化合物的催化剂毒物很敏感,硫化氢和其他含硫化合物在含硫燃料的燃烧期间可以产生并且影响催化作用。所述化合物通常也可以由贵金属涂层适当地(duly)分解,但是为此目的使用的高催化转换器温度大大缩短催化转化器的寿命。
上面所述类型的LNT催化转化器例如已经从EP 1 004 347B1知道。所述文献中公开的催化转化器具有两层结构,其中第一层负责NOx储存而第二层包含有助于NOx的分解的贵金属化合物。所述催化转化器保持连续的稀/浓,也就是说不交替工作,并且在这里得到流过的氮氧化物的大约20%至30%的转化效率。
除了上面提到的LNT催化转换器之外,利用外部输入的还原剂还原排气中的氮氧化物的其他催化转化器系统也是已知的。还原剂通常借助于喷射装置喷射到排气流中。然后设置在喷射装置下游的所谓的SCR催化转化器实现实际的转换。SCR(选择性催化还原)是指燃烧装置、废物燃烧装置、燃气涡轮、工业装置和发动机的排气中的氮氧化物的选择性催化还原技术。SCR催化转化器中的化学反应是选择性的,也就是说,优选地,氮氧化物(NO、NO2)被还原,而不希望的次要反应(诸如,例如二氧化硫的氧化形成三氧化硫)基本上被抑制。SCR催化转化器通常与炭烟颗粒过滤器和氧化催化转换器结合使用。
对于上面提到的还原反应需要还原剂,其中氨(NH3)通常用作还原剂。在这里,一般不直接用氨,也就是说,不用纯氨,而是用32.5%尿素水溶液形式的氨,在行业中一律叫做
Figure BDA00002117973500021
成分按照DIN 70070调制。为什么氨不以纯净形式携带在车辆上的原因是这种物质是有害的。氨对皮肤和粘膜(具体说是眼睛上的)有刺激作用,而且,在空气中形成爆炸混合物。
当上面提到的尿素溶液喷射到热排气流中时,尿素溶液通过分解反应形成氨和二氧化碳。于是以这种方式生成的氨在设置于下游SCR催化转化器中得到。在氨与排气中氮氧化物转化期间发生反歧化/归中(comproportionation)反应,其中形成水(H2O)和氮(N2)。在SCR催化转化器的情况下,在两种不同类型的催化转化器之间通常存在区别。一种类型基本由二氧化钛、五氧化二钒和氧化钨构成。另一种类型利用沸石。
喷射的尿素的量决定于发动机的氮氧化物排放物,因此决定于发动机的当前旋转速度和转矩。尿素-水溶液的消耗根据未处理的发动机排放物相当于所用柴油燃料的大约2%至8%。因此需要设置在车上的相应的容器容积,这被认识到是部分地不利的。具体说,这与柴油运行的客用车量中的使用相反,因为设置附加的容器。
通过选择性催化还原在很大的程度上从排气中去除氮氧化物。与柴油微粒过滤器(DPF)或上面提到的LNT相反,没有为了还原污染物的过量的燃料消耗,因为与上面提到的催化转换器相反,在运行期间SCR催化转化器不利用从最佳燃烧状态的暂时的偏离。
当在商用车辆中利用SCR技术时,例如,为了运行
Figure BDA00002117973500031
形式的氨使得出现进一步需要。由于其特定的性质,它作为在高级钢或塑料容器中的另一种运行介质装载车上并且连续地喷射到排气流中。结果,除了SCR催化转化器和喷射系统之外,还需要除了柴油燃料箱之外的第二个通常较小的容器。
而且,应当指出,在运行期间,可以以可变的方式喷射
Figure BDA00002117973500032
通过所谓的供给比将
Figure BDA00002117973500033
适配于排气质量流中的NOx迄今已成为必要。在这里,如果太多的尿素投配在其中,从尿素形成的氨不再与NOx反应。在这种不正确投配的情况下,氨能够进入环境中。由于即使很小浓度,氨也能够感受到,这产生令人不愉快的气味。
而上面提到的催化反应在高排气温度下以足够高的速率发生,在低排气温度下的转化效率一般是不令人满意的。SCR催化转化器通常能够充分地储存氮氧化物一定的时间周期,例如,直到发动机排气管路在运行温度下并且排气流具有该被指示的温度。但是,最佳运行的最低排气温度例如在城市驾驶条件下经常不能实现,因此,在一定运行周期之后,SCR催化转化器的最大储存容量被超过,并且氮氧化物进入环境中。
同时,排气温度可能不足以将定量(quantitative)的尿素分解为氨和二氧化氮,因此不能产生足够量的氨。后一个问题通过增加喷射的尿素量至少部分地适当补偿,但是形成的催化活性的氨的实际的量于是难以预计。如果喷射的尿素量增加,可能出现多于SCR催化转化器所消耗的氨的情况,结果,这些氨进入环境中。由于令人不愉快的气味并且从毒理学方面这是不希望的。
为了解决这个问题,DE 103 48 800A1提出一种柴油排气后处理系统,其中还原剂通过加热元件达到指示的温度。通过加热装置,以尿素水溶液的形式供给的还原剂被汽化并且分解,以便释放氨,当喷射到排气流中时基本与排气温度无关。结果,实际存在于排气流中的还原剂的量与排气温度无关。
类似的系统从DE 10 2006 049 591A1和DE 10 2007 029 674A1知道,其中同样,尿素溶液形式的还原剂通过电操作的热交换器预先加热,并且以气态形式喷射到排气流中。
正如在引言中已经说明的,尿素溶液的使用与一些问题有关,具体说除了燃料本身之外还需要另一种装载在车上可以再填充的液体。
因此EP 0 708 230B1公开一种用于自动点火的内燃发动机的排气后处理的装置,在这种装置中,通过柴油发动机的燃料泵,柴油燃料通过SCR催化转化器上游的喷射器被引进到排气流中。也就是说,在所述的设置中,不用氨释放系统,而是用柴油燃料作为还原剂。以便在上述的设置中,柴油燃料以气态的形式喷射到排气系统中而与排气温度无关,在喷射装置附近设置加热塞,通过该加热塞柴油燃料被加热到高于其汽化温度之上。所述溶液具有适当的优点,即与上面所述的系统相反不需要提供用于经常产生空间问题的尿素水溶液的附加的储存容器,特别是在客车的情况下。
但是在所述系统中,比较大的柴油燃料量用于消除氮氧化物被部分地认识到是不利的,这最终增加燃料消耗。而且,这里进而又形成反应产物,这种反应产物对排气值具有不利的影响或通过相应的装置(即通常为催化转化器)再一次被除去。喷射的柴油燃料的剩余物可以在排气系统中产生不希望的沉积。
发明内容
本文的发明人已经认识到与上述途径相关的问题,并且提供一种至少部分地解决这些问题的方案。因此提供一种用于将还原剂供给到内燃发动机的排气净化系统中以便还原氮氧化物排放物的喷射装置。该喷射装置包括喷射器和用于汽化第一和第二还原剂的汽化装置,该喷射装置连接于用于第一还原剂的一个储存容器和用于第二还原剂的储存容器,该第一和第二还原剂在室温下是液体。
利用所述两种不同还原剂是有利的,因为通过在保持相同的氮氧化物消除速率的同时部分地替代尿素溶液,附加地装载在车上的尿素溶液的消耗能够大大地减少。同时,通过尿素溶液与柴油燃料结合,可以大大减少从柴油燃料喷射产生的附加的污染物部分。而且,通过利用释放氨的液体减少附加的燃料消耗。
以这种方式,不管其温度如何,利用最少量的还原剂完全消除排气流中的氮氧化物是可能的。此外,可以最大可能程度避免排气系统的其他污染物载荷和污染。
换句话说,上述途径提供利用两种液体还原剂,其在被喷射到排气流中之前变成气态。为此,汽化装置例如可以具有电操作的加热装置,具体说加热塞。
从下面单独的或结合附图的具体实施方式将容易明白本发明的上述优点和其他优点以及特征。
应当明白,提供上面的概述是为了以简单的形式引进选择的构思,这种构思在详细描述中进一步描述。这并不意味着指出所主张主题的关键的或本质的特征,所主张主题的范围由权利要求唯一地限定。而且,所主张的主题不限于解决上面或本发明的任何部分指出的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出作为现有技术用于尿素水溶液的已知的喷射装置。
图2示出根据本发明的用于尿素水溶液和柴油燃料的喷射装置。
图3是图示用于还原氮氧化物的示范性方法的流程图。
图4是图示用于喷射还原剂的示范性方法的流程图。
具体实施方式
现在转向图1,图1示意地示出根据以前知道的系统的柴油发动机的布局,该柴油燃料机具有连接的类似于DE 103 48 800A1的排气净化系统1。该系统包括具有涡轮增压的柴油发动机形式的往复式活塞发动机2,这种柴油发动机经由空气滤清器3在其进气侧上吸入新鲜空气,所述新鲜空气由涡轮增压器4的压缩机4a预先压缩。以本质上已知的方式,涡轮增压器4的压缩机4a经由共同的轴由在排气侧的其涡轮4b驱动。
往复式活塞发动机2的燃烧气体通过由多个排气管段构成的排气管路5排放。氧化催化转化器6设置在涡轮增压器4的下游的排气管路5中,沿着排气管路5的下游方向在氧化催化转化器6的出口侧连接于SCR催化转化器7,SCR催化转化器7的出口进而连接于尾部消音器8。在氧化催化转化器6和SCR催化转化器7之间设置用于尿素水溶液
Figure BDA00002117973500061
的喷射装置9。经由所述喷射装置,通过还原剂供给管路10供给的尿素水溶液用电操作的加热元件汽化并且因而以气态形式引入排气管路5中。
在涡轮柴油发动机2运行期间产生的氮氧化物起初储存在SCR催化转化器中,并且通过在与加热元件11或热排气接触时的尿素的分解反应期间产生的氨气,在反歧化/归中(comproportionation)反应中被转化成水蒸气和氮气。
图1中的排气净化系统1仅依靠尿素来还原SCR装置中的氮氧化物。但是,这样做需要比较大的尿素容器来提供所述的尿素。这种大的容器占据车辆中的紧凑空间的大量空间,因此增加总体尺寸,降低车辆的效率。下面参考图2描述本发明的排气净化系统,通过利用两种还原剂使尿素容器的尺寸最小化。设置喷射装置,该喷射装置构造成同时喷射储存在分开的容器中的两种还原剂。
根据本发明的喷射装置原则上可以用在具有SCR催化转化器的任何类型的排气处理系统中。除了SCR催化转化器之外,还可以以本质上已知的方式使用诸如LNT或炭烟颗粒过滤器的其他催化转化器。因此本发明还涉及用于还原氮氧化物的用于内燃发动机的排气净化系统,该排气净化系统包括SCR催化转化器和设置在该SCR催化转化器上游的根据本发明的喷射装置,并且还包括诸如LNT和/或炭烟颗粒过滤器的另外可选的净化元件,它们选择地设置在喷射装置的上游或SCR催化转化器的下游。作为SCR催化转化器,原则上可以利用本质上已知的任何SCR催化转化器。该原则同样适用于诸如LNT和/或炭烟颗粒过滤器的可选地设置的另外的净化元件。
在根据本发明的喷射装置的有利的改进中,第一还原剂是释放氨的液体,具体说是诸如
Figure BDA00002117973500071
的尿素水溶液,而第二还原剂是烃,具体说是诸如柴油燃料的燃料。
柴油燃料对32.5%的尿素溶液的比可以在很宽的范围上变化,并且也可以单个地作为车辆运行参数的函数。上面所述浓度的尿素水溶液对柴油燃料之间的比,也就是说
Figure BDA00002117973500072
对柴油燃料之间的比位于从1:10到10:1的范围内,优选在1:8到8:1的范围内。
根据本发明的喷射装置还可以构造成使得氨管道从用于释放氨的液体的储存容器延伸,而燃料管道从燃料储存容器延伸,这个氨管道和燃料管道在经由还原剂管道接入连接于喷射器的三通阀。通过该三通阀,借助于例如电致动的调节单元,能够可变地,具体说作为发动机运行参数的函数,调节上面提到的两种还原剂之间的容积比。
即使尿素水溶液和柴油燃料不能彼此均质地混合,两种还原剂尽可能以均匀地分布的方式引进到排气流中也是有利的。为此,可以提供混合装置,该混合装置优选设置在还原剂管道中。通过所述混合装置从上面提到的液体还原剂能够产生乳化液。
为了在还原剂被引进排气流中之前使它们尽可定量(quantitative)的汽化,有利的是还原剂管道沿着还原剂供给方向朝着加热装置引导。
在根据本发明的喷射装置的另一种改进中,所述喷射装置被分配为用于第一和第二还原剂的至少一个供给装置,这个供给装置具体设置在还原剂管道中。以这种方式能够确保还原剂的连续流。例如,泵用作供给装置。所述泵还可以形成供给压力,使得还原剂在正压力的情况下被迫朝着加热装置流动并且然后进入排气流中。以这种方式,还原剂在汽化之前,例如能够通过喷雾器喷射器最终分配,这进一步加速汽化过程。
在根据本发明的喷射装置的优选实施例中,该混合装置结合在供给装置中。
本发明还涉及用于还原排气流中的氮氧化物的方法,具体说还原柴油内燃发动机的排气中的氮氧化物的方法,该方法包括通过SCR催化转化器的排气后处理,其中通过设置在SCR催化转化器上游的喷射装置,在室温下为液体的第一和第二还原剂通过加热装置至少部分地被汽化,并通过喷射器混合于排气流。
本发明还涉及利用烃(具体说是柴油燃料)与释放氨的还原剂(具体说诸如
Figure BDA00002117973500081
的尿素水溶液)的混合物,用于还原排气器中的(具体说柴油内燃发动机的排气中的)氮氧化合物。
图2示出具有根据本发明的喷射装置的21的排气净化系统20,该喷射装置21用于将还原剂供给涡轮柴油发动机2的排气中。在这里,相同的参考符号用来表示与图1的已知装置中的部件相同的部件。因此下面将描述两种系统的明显的区别。
喷射装置21连接于用于第一和第二还原剂的一个储存容器22、23,也就是说一方面32.5%的尿素水溶液,另一方面柴油燃料。从用于尿素水溶液的储存容器22的连接通过氨管道24实现,而从用于柴油燃料的储存容器23的连接通过燃料管道25实现。氨管道24和柴油燃料管道25在可电控的三通阀26的外面开口,从该三通阀延伸出接入喷射器的还原剂管道27。所述喷射器由喷雾器喷射器(这里未示出)构成。在还原剂管道27中提供具有一体结合的混合单元的供给装置28,通过该具有一体结合的混合单元的供给装置28,两种还原剂通过该供给装置28被供给、混合并且在压力下被迫使进入喷射器。在该喷射器中,还原剂流被朝着加热装置29引导。该加热装置29由电加热的加热塞构成,通过该加热装置尿素水溶液和柴油燃料的混合物被汽化,并且在该过程中,在所述气态混合物被供给到SCR催化转化器7上游的该部分排气管道5之前,尿素至少部分地分解成氨和二氧化碳。
发动机控制器30包括:微处理器单元、输入/输出端口、用于可执行的程序和校准值的电子存储介质,例如只读存储器芯片、随机存取存储器、保活存储器和数据总线。控制器30可以接收来自连接于发动机2的传感器的各种信号,包括:来自质量空气流量传感器的引进的质量空气流量(MAF)的测量;来自温度传感器的发动机冷却液温度(ECT);来自连接于发动机曲轴的霍尔效应传感器(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节流阀位置传感器的节流阀位置(TP);以及来自压力传感器的绝对歧管压力信号MAP。发动机速度信号RPM可以由控制器30从信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可以用来提供进气歧管中的真空或压力的指示。应当指出,可以用上述传感器的各种组合,例如没有MAP传感器的MAF传感器,或反之亦然。在化学计量运行期间,MAP传感器可以给出发动机转矩的指示。而且,这个传感器,与检测到的发动机速度一起能够提供引入汽缸中的进气(包括空气)的估算。在一个例子中,也用作发动机速度传感器的霍尔效应传感器在曲轴的每一转可以产生预定数目的等间隔脉冲。控制器30可以发送信号以控制各种发动机致动器,包括阀26、加热装置29和其他致动器。
控制器30的存储介质只读存储器可以用计算机可读的数据以及预期到但未具体列出的其他变量编程,这些数据表示用于进行下面描述的方法且由处理器可执行的指令。
可以选择地设置包括在SCR催化转化器7的上游或下游的附加部件。例如,LNT或炭烟颗粒过滤器可以设置在SCR催化转化器7的上游或下游。如图2所示,诸如柴油微粒过滤器的炭烟过滤器12设置在SCR催化转化器7的下游。
图3是图示用于还原排气流中的氮氧化物的方法300的流程图。方法300可以在包括SCR催化剂和如上面所述的根据本发明的喷射装置的发动机中执行。方法300包括,在步骤302,将排气从发动机引导到SCR催化剂。正如前面所说明的,排气可以包括诸如碳氧化物的各种排放物,其可以通过包括SCR催化剂的一个或多个排气排放控制装置转化成无毒化合物(例如氧气、水等)。
SCR催化剂依靠外部还原剂选择性地催化氮氧化物的还原反应。正如前面所说明的,喷射装置构造成为SCR催化剂供给以烃基的还原剂(例如柴油燃料)和释放氨的还原剂(例如尿素)。因此,方法300包括,在步骤304,喷射释放氨的还原剂和/或烃还原剂到SCR装置上游或进口的排气中。喷射装置可以同时喷射单一的还原剂或喷射两种还原剂到排气中。与每种喷射的还原剂有关比例和量的附加细节将在下面参考图4讨论。
在步骤306,方法300包括将还原剂汽化并混合到排气中。喷射装置可以包括诸如加热塞的加热器,以加热并汽化还原剂。以这种方式,可以独立于排气的温度进行还原剂的汽化。也可以提供混合器以将还原剂混合到排气中。而且,用来提供用于喷射的还原剂的供给装置(例如泵)可以压缩还原剂,因此促进还原剂的汽化和混合。
在步骤308,由于还原剂的喷射,排气中的氮氧化物在SCR催化剂中被还原。在氮氧化物被还原和/或储存在SCR催化剂中之后,如步骤310所示,排气离开SCR催化剂并到大气中。然后方法300结束。
图4图示用于将还原剂喷射到SCR催化剂中的方法400。方法400可以在诸如控制器30的发动机控制器中进行。方法400可以用上面描述的方法300进行,以便确定用于喷射的两种还原剂的量和比例。方法400包括,在步骤402确定发动机运行参数。确定发动机运行参数可以包括发动机速度、发动机载荷、排气温度、空气-燃料比、每种还原剂的容器水平/液面和其他参数。
在步骤404,方法400根据运行参数判断车辆是否以单独-尿素模式运行。在单独-尿素模式期间,只有尿素(或其他释放氨的还原剂)被喷射到SCR中而没有烃。当烃容器液面低时,或者当状态比较有利于利用尿素而不是烃时,例如当排气温度比较高和/或当发动机速度和载荷状态表明发动机产生高水平的NOx(例如,高发动机载荷状态)时,车辆可以用单独-尿素模式运行。如果确定车辆不是以单独-尿素模式运行,则方法400进行到410,这将在下面描述。
如果发动机以单独-尿素模式运行,方法400进行到步骤406,以根据工况确定喷射尿素的量。例如,如果发动机以高载荷运行,则比在低载荷下运行喷射更多的尿素。在步骤408,三通阀的位置设置成仅仅喷射尿素,并且然后方法400返回。
如果车辆不是以单独-尿素模式运行,则方法400在步骤410确定车辆是否以单独-烃模式运行。如果尿素容器是空的或液面低、如果排气具有低温(在低温下尿素汽化效率低)、和/或NOx水平比较低,可以表明是单独-HC模式。而且,如果喷射部位下游的柴油微粒过滤器(DPF)正在进行再生事件,则可以喷射烃以促进DPF的再生。如果车辆以单独-HC模式运行,则方法400进行到步骤412,以确定喷射的烃的量。烃的量可以基于NOx水平、DPF再生状态和排气温度以及空气-燃料比,或其他参数。在步骤414,阀位置设置成仅仅喷射烃,并且然后方法400返回。
返回到步骤410,如果确定车辆不是以单独-HC模式运行,于是车辆以双还原剂模式运行,并且方法400进行到步骤416,以确定尿素对烃之比以及喷射的还原剂的总量。尿素对HC的比可以根据条件变化。例如,在高载荷期间,可以产生高水平的NOx,并且因此可以比低NOx条件下喷射更高水平的尿素。在另一个例子中,如果排气温度低(例如,低于下游催化剂的起燃温度),在相同的条件下可以比温度较高时喷射更多的烃,喷射的烃可以升高排气的温度。在又一个例子中,喷射的每种还原剂的量可以基于每种还原剂的容器液面。如果烃还原剂是储存在发动机燃料箱中的柴油燃料,并且如果燃料箱接近于用空,则喷射大量柴油燃料可能是不利的,并且因此可以喷射较多的尿素。其他参数用于确定还原剂的量是可能的。
在步骤418,三通阀位置设置成以上面确定的有关比例喷射尿素和烃两者。然后方法400返回。
因此方法400根据工况提供调节两种还原剂的量和/或比例。在一些条件下,例如在下游的炭烟颗粒过滤器的再生事件期间,喷射烃比喷射尿素来帮助促进再生更加有益,并且因此还原剂的混合物包含较多的烃(或只包含烃)。在诸如高发动机载荷的其他条件下,喷射尿素可能是更有利的,并且因此还原剂的混合可以包含较多的尿素。而且,当还原剂的量和比变化时,可以相应地调节其他参数。例如,当还原剂的比例变化时,可以调节构造成汽化喷射的还原剂的加热装置。由于尿素在比柴油燃料高的温度下汽化,所以如果还原剂混合物包含的尿素比烃多,则可以调节加热装置,以加热到较高的温度和/或加热较长的时间。
应当明白,本文所公开的结构和方法在性质上是示范性的,并且这些具体的实施例不被认为是限制性的,因为许多变化是可能的。例如,上述技术可以用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本发明的主题包括本文所公开的各种系统和结构、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
权利要求具体指出认为新颖且非显而易见的一些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当理解为包括一个或多个这种元件的结合,既不要求也不排除两个或两个以上的这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合或子组合可以通过修改这些权利要求或通过在本申请和相关申请中提出新权利要求来主张。这些权利要求,比原权利要求在范围上无论是更宽、更窄、等同或不同都被认为包含在本发明的主题内。

Claims (20)

1.一种用于将还原剂供给到内燃发动机的排气净化系统中以便还原氮氧化物排放物的喷射装置,所述喷射装置包括:
喷射器,和
用于汽化第一和第二还原剂的汽化装置,所述喷射装置连接于用于所述第一还原剂的一个储存容器和用于所述第二还原剂的储存容器,所述第一和第二还原剂在室温下是液体。
2.根据权利要求1所述的喷射装置,其中所述汽化装置具有电操作的加热装置。
3.根据权利要求2所述的喷射装置,其中所述电操作的加热装置包括加热塞。
4.根据权利要求1所述的喷射装置,其中所述第一还原剂是释放氨的液体,并且其中所述第二还原剂是烃化合物。
5.根据权利要求4所述的喷射装置,其中所述第一还原剂包括尿素水溶液,而所述第二还原剂包括柴油燃料。
6.根据权利要求4所述的喷射装置,其中氨管道从用于释放氨的液体的储存容器延伸,而燃料管道从燃料储存容器延伸,所述氨管道和燃料管道接入三通阀,该三通阀经由还原剂管道连接于所述喷射器。
7.根据权利要求6所述所述的喷射装置,其中混合装置设置在所述还原剂管道中。
8.根据权利要求6所述的喷射装置,其中所述还原剂管道沿着供给方向朝着所述加热装置延伸。
9.根据权利要求1所述的喷射装置,其中所述喷射装置被分配给用于所述第一和第二还原剂的至少一种供给装置,所述供给装置设置在还原剂管道中。
10.根据权利要求9所述的喷射装置,其中混合装置一体结合在所述供给装置中。
11.一种用于还原氮氧化物排放物的内燃发动机排气净化系统,包括:
权利要求1所述的喷射装置;
设置在所述喷射装置下游的SCR催化转化器;和
选择性地设置在所述喷射装置的上游或所述SCR催化转化器下游的LNT和/或炭烟颗粒过滤器。
12.一种用于还原排气中的氮氧化物排放物的方法,包括:
经由SCR催化转化器处理排气流;
经由加热装置至少部分地汽化在室温下为液体的第一和第二还原剂,通过设置在所述SCR催化转化器上游的喷射装置喷射所述第一和第二还原剂;以及
通过喷射器将所述第一和第二还原剂混合到排气流中。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述第一还原剂对所述第二还原剂的体积比为10:1至1:10。
14.根据权利要求12所述的方法,其中所述第一还原剂对所述第二还原剂的体积比为8:1至1:8。
15.一种方法,包括:
通过烃化合物与释放氨的还原剂的混合物还原柴油内燃发动机的排气中的氮氧化物。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述烃化合物包括柴油燃料。
17.根据权利要求15所述的方法,其中所述还原剂包括尿素水溶液。
18.根据权利要求15所述的方法,其中所述混合物包括在1:8至8:1范围内的释放氨的所述还原剂对所述烃化合物之比。
19.根据权利要求15所述的方法,其中在下游炭烟过滤器的再生事件期间所述混合物包括的烃化合物比释放氨的还原剂多。
20.根据权利要求15所述的方法,其中在高发动机载荷状态期间所述混合物包括的释放氨的还原剂比烃化合物多。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105051342A (zh) * 2013-03-15 2015-11-11 洋马株式会社 发动机装置
CN107548430A (zh) * 2016-04-28 2018-01-05 株式会社小松制作所 排出气体后处理单元及作业车辆
CN108071455A (zh) * 2016-11-10 2018-05-25 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化装置和排气净化装置的控制方法
CN108533365A (zh) * 2017-03-03 2018-09-14 通用汽车环球科技运作有限责任公司 具有可变排气处理喷射器系统的车辆排气系统
CN108744970A (zh) * 2017-07-24 2018-11-06 深圳市中兰环保科技股份有限公司 一种燃气锅炉与沼气内燃机的联合脱硝系统
CN110017196A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 株式会社电装 喷射控制器

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011105419B4 (de) * 2011-06-09 2015-04-16 Mehldau & Steinfath Umwelttechnik Gmbh Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden
US10458302B2 (en) 2015-08-20 2019-10-29 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust aftertreatment system with ammonia gas generator
CN108138626A (zh) * 2015-08-20 2018-06-08 天纳克汽车经营有限公司 具有氨气发生器的排气后处理系统
US9702291B2 (en) 2015-11-03 2017-07-11 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust aftertreatment system with ammonia gas generator
FR3043570B1 (fr) * 2015-11-13 2020-08-07 Ifp Energies Now Fluide pour la depollution des moteurs thermiques et modes de preparation desdits fluides par emulsification
US9790830B2 (en) 2015-12-17 2017-10-17 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust after-treatment system including electrolysis generated H2 and NH3
US10036291B2 (en) 2016-01-20 2018-07-31 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust after-treatment system including ammonia and hydrogen generation
DE102019210415B4 (de) * 2019-07-15 2021-03-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Abgasnachbehandlung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040098971A1 (en) * 2002-11-21 2004-05-27 Devesh Upadhyay Diesel aftertreatment systems
JP2006009606A (ja) * 2004-06-23 2006-01-12 Hino Motors Ltd 還元剤供給装置
DE102006022599A1 (de) * 2006-05-15 2007-11-22 Siemens Ag Einspritzvorrichtung, Anordnung der Einspritzvorrichtung in einer Brennkraftmaschine und Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4436415A1 (de) 1994-10-12 1996-04-18 Bosch Gmbh Robert Einrichtung zum Nachbehandeln von Abgasen einer selbstzündenden Brennkraftmaschine
DE19854794A1 (de) 1998-11-27 2000-05-31 Degussa Katalysator für die Reinigung der Abgase eines Dieselmotors
ATE444801T1 (de) * 2004-12-30 2009-10-15 Grundfos Nonox As Dosierpumpenaggregat
US20070119153A1 (en) 2005-11-29 2007-05-31 Pierz Patrick M Superheated urea injection for aftertreatment applications
DE102007029674A1 (de) 2007-06-27 2009-01-08 Emcon Technologies Germany (Augsburg) Gmbh Baugruppe sowie Verfahren zur Stickoxidminderung in einer sauerstoffhaltigen Gasströmung
FR2919339A1 (fr) * 2007-07-24 2009-01-30 Peugeot Citroen Automobiles Sa Ligne d'echappement de gaz equipee de systemes de depollution pour moteur a combustion interne de vehicule automobile fonctionnant en melange pauvre.
US8281570B2 (en) * 2007-08-09 2012-10-09 Caterpillar Inc. Reducing agent injector having purge heater
FR2928688B1 (fr) * 2008-03-17 2016-02-05 Faurecia Sys Echappement Vaporisateur de carburant pour ligne d'echappement de vehicule automobile.
DE102008063515A1 (de) * 2008-12-18 2010-06-24 Deutz Ag Verdampfer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040098971A1 (en) * 2002-11-21 2004-05-27 Devesh Upadhyay Diesel aftertreatment systems
JP2006009606A (ja) * 2004-06-23 2006-01-12 Hino Motors Ltd 還元剤供給装置
DE102006022599A1 (de) * 2006-05-15 2007-11-22 Siemens Ag Einspritzvorrichtung, Anordnung der Einspritzvorrichtung in einer Brennkraftmaschine und Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105051342A (zh) * 2013-03-15 2015-11-11 洋马株式会社 发动机装置
CN105051342B (zh) * 2013-03-15 2018-03-16 洋马株式会社 发动机装置
CN107548430A (zh) * 2016-04-28 2018-01-05 株式会社小松制作所 排出气体后处理单元及作业车辆
CN108071455A (zh) * 2016-11-10 2018-05-25 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化装置和排气净化装置的控制方法
US10450923B2 (en) 2016-11-10 2019-10-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine and control method for exhaust gas control apparatus
CN108533365A (zh) * 2017-03-03 2018-09-14 通用汽车环球科技运作有限责任公司 具有可变排气处理喷射器系统的车辆排气系统
CN108744970A (zh) * 2017-07-24 2018-11-06 深圳市中兰环保科技股份有限公司 一种燃气锅炉与沼气内燃机的联合脱硝系统
CN110017196A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 株式会社电装 喷射控制器
CN110017196B (zh) * 2018-01-09 2022-06-14 株式会社电装 喷射控制器

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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