CN104653256A - 净化排放气体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种净化排放气体的系统和方法，所述系统可以包括发动机、贫NOx阱（LNT）、配量模块、在柴油微粒过滤器上的选择性催化还原催化器（SDPF）和控制器，所述发动机包括喷射器，所述贫NOx阱适用于在稀薄空气/燃料比时吸收包含在排放气体中的氮氧化物（NOx），在稠密空气/燃料比时释放吸收的氮氧化物并将排放气体中包含的氮氧化物或释放的氮氧化物还原，所述配量模块适用于将还原剂喷入排放气体，所述在柴油微粒过滤器上的选择性催化还原催化器（SDPF）适用于俘获微粒物质并使用通过所述配量模块喷射的还原剂来还原氮氧化物，所述控制器在排放气体的温度可以小于瞬变温度时使用LNT进行脱氮（DeNOx），并在排放气体的温度可以高于或等于瞬变温度时使用SDPF进行脱氮。

Description

净化排放气体的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年11月22日提交的韩国专利申请第10-2013-0143254号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及净化排放气体的系统和方法，更特别地，涉及能够在所有驱动条件下改进氮氧化物的净化效率的净化排放气体的系统和方法。
背景技术
通常，通过排放歧管从发动机流出的排放气体被驱动进入安装在排放管处的催化转化器内，并在其中进行净化。之后，排放气体在穿过消声器的同时其噪声减小，然后排放气体通过尾管排入空气中。催化转化器对包含在排放气体中的污染物进行净化。此外，用于俘获包含在排放气体中的微粒物质（PM）的微粒过滤器安装在排放管中。
脱氮催化器（DeNOx催化器）是这种催化转化器的一种类型，并且对包含在排放气体中的氮氧化物（NOx）进行净化。如果将还原剂（例如，尿素、氨、一氧化碳和碳氢化合物（HC））供给至排放气体，则包含在排放气体中的NOx通过与还原剂的氧化还原反应而在DeNOx催化器中被还原。
近来，将贫NOx阱（lean NOx trap，LNT）催化器用作这样的DeNOx催化器。LNT催化器在空气/燃料比稀薄时吸收包含在排放气体中的NOx，在空气/燃料比为稠密气氛时释放吸收的NOx并将释放的氮氧化物和包含在排放气体中的氮氧化物还原。
然而，如果排放气体的温度很高（例如，排放气体的温度高于400°C），则LNT不能净化包含在排放气体中的氮氧化物。特别地，如果再生用于俘获包含在排放气体中的微粒物质（PM）的微粒过滤器或者去除LNT的硫中毒，则排放气体的温度极高地增加。因此，排放气体中包含的氮氧化物没有被净化，且被排放至车辆的外部。
公开于该发明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
本发明的各个方面旨在提供净化排放气体的系统和方法，其具有在所有驱动条件下通过根据排放气体的温度区分DeNOx机构来改进氮氧化物的净化效率的优点。
净化排放气体的系统可以包括发动机、贫NOx阱（LNT）、配量模块、在柴油微粒过滤器上的选择性催化还原催化器（SDPF）和控制器，所述发动机包括用于向所述发动机内喷射燃料的喷射器，所述发动机通过燃烧空气和燃料的混合物产生动力，并将在燃烧过程中产生的排放气体通过排放管排放至所述发动机的外部，所述贫NOx阱（LNT）安装在所述排放管上，并适用于在稀薄的空气/燃料比时吸收包含在所述排放气体中的氮氧化物（NOx），在稠密的空气/燃料比时释放吸收的氮氧化物，所述贫NOx阱（LNT）将包含在所述排放气体中的氮氧化物或所述释放的氮氧化物还原，所述配量模块安装在所述排放管上，并适用于将还原剂喷入所述排放气体，所述在柴油微粒过滤器上的选择性催化还原催化器（SDPF）安装在所述配量模块下游的排放管上，并适用于俘获包含在所述排放气体中的微粒物质，并使用通过所述配量模块喷射的还原剂还原包含在所述排放气体中的氮氧化物，所述控制器在排放气体的温度低于瞬变温度时使用LNT进行脱氮（DeNOx），在排放气体的温度高于或等于瞬变温度时使用SDPF进行脱氮。
所述控制器适用于将空气/燃料比控制成稠密，从而在所述排放气体的温度低于瞬变温度且在LNT中吸收的NOx量大于或等于预定NOx量时使LNT去除氮氧化物。
所述控制器控制所述配量模块在所述排放气体的温度达到尿素转化温度时喷射所述还原剂，使得所述还原剂吸收在所述SDPF中。
由配量模块喷射的还原剂的量基于如下因素确定：所述SDPF的内部温度、在SDPF中吸收的还原剂的量、根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性、根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性以及在发动机的空气/燃料比控制成稠密从而释放/还原在LNT中吸收的NOx的条件下LNT的NOx逃逸（slip）特性。
所述控制器当排放气体的温度高于或等于瞬变温度时将空气/燃料比控制成接近化学计量的空气/燃料比的稠密的空气/燃料比从而释放在LNT中吸收的NOx，并控制所述配量模块喷射还原剂从而还原从LNT释放的NOx或在SDPF中的排放气体中包含的NOx。
由所述配量模块喷射的所述还原剂的量基于如下因素确定：所述SDPF的内部温度、在SDPF中吸收的还原剂的量、根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性、根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性以及在稠密的空气/燃料比时根据驱动条件的LNT的NOx逃逸特性。
所述控制器适用于升高所述排放气体的温度从而进行SDPF的再生，并控制所述配量模块喷射所述还原剂，从而使SDPF在需要再生SDPF时还原包含在所述排放气体中的NOx。
由所述配量模块喷射的所述还原剂的量基于如下因素确定：所述SDPF的内部温度、在SDPF中吸收的还原剂的量、根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性、根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性、根据驱动条件和在稠密的空气/燃料比时排放气体的温度的LNT的NOx逃逸特性以及在再生SDPF时来自LNT的NOx排放量。
所述控制器适用于通过重复稠密的空气/燃料比和稀薄的空气/燃料比来进行LNT的脱硫，并控制所述配量模块喷射所述还原剂，从而使SDPF在需要LNT脱硫时还原包含在所述排放气体中的NOx。
由所述配量模块喷射的所述还原剂的量基于如下因素确定：所述SDPF的内部温度、在SDPF中吸收的还原剂的量、根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性、根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性、在稠密的空气/燃料比时根据驱动条件的LNT的NOx逃逸特性以及在LNT脱硫时来自LNT的NOx排放量。
所述系统可以进一步包括安装在所述配量模块和所述SDPF之间的排放管上的混合器，所述混合器均匀地混合所述还原剂和所述排放气体。
所述SDPF可以进一步包括额外的选择性催化还原催化器（SCR），其用于通过使用由所述配量模块喷射的所述还原剂还原包含在所述排放气体中的氮氧化物。
在本发明的另一方面中，净化排放气体的方法可以包括：检测所述排放气体的温度，将所述排放气体的温度与瞬变温度进行比较，在所述排放气体的温度低于所述瞬变温度时通过控制燃烧环境来去除在贫NOx阱（LNT）处的排放气体中包含的氮氧化物，在所述排放气体的温度高于或等于所述瞬变温度时通过喷射还原剂来去除在柴油微粒过滤器（SDPF）处的排放气体中包含的氮氧化物。
当在LNT中吸收的NOx量大于或等于预定的NOx量时通过将空气/燃料比控制成稠密来进行在LNT处的排放气体中包含的氮氧化物的去除。
在将空气/燃料比控制成稠密，LNT处的排放气体中包含的氮氧化物的去除可以进一步包括：确定排放气体的温度是否达到尿素转化温度，当所述排放气体的温度达到尿素转化温度时确定所述还原剂的目标喷射量，以及根据所述还原剂的目标喷射量喷射所述还原剂。
还原剂的目标喷射量基于如下因素确定：所述SDPF的内部温度、在SDPF中吸收的还原剂的量、根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性、根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性以及在将发动机的空气/燃料比控制成稠密从而释放/还原在LNT中吸收的NOx的条件下LNT的NOx逃逸特性。
在SDPF处的排放气体包含的氮氧化物的去除可以包括基于如下因素确定还原剂的目标喷射量以及根据还原剂的目标喷射量喷射还原剂：SDPF的内部温度，在SDPF中吸收的还原剂的量，根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性，根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性，以及在稠密的空气/燃料比时根据驱动条件的LNT的NOx逃逸特性。
在确定还原剂的目标喷射量前，在SDPF处的排放气体包含的氮氧化物的去除可以进一步包括确定是否需要SDPF的再生，当需要SDPF的再生时进行SDPF的再生，其中当再生SDPF时还原剂的目标喷射量通过另外考虑来自LNT的NOx排放量来确定。
在确定还原剂的目标喷射量前，在SDPF处的排放气体包含的氮氧化物的去除可以进一步包括确定是否需要LNT的脱硫，当需要LNT的脱硫时进行LNT的脱硫，其中当LNT脱硫时还原剂的目标喷射量通过另外考虑来自LNT的NOx排放量来确定。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将在纳入本文的附图以及随后与附图一起用于解释本发明的某些原理的具体实施方式中显现或更详细地阐明。
附图说明
图1为根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的系统的示意图。
图2是显示根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法中所用的控制器的输入和输出的关系的框图。
图3为根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法的流程图。
图4为根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法中使用LNT的DeNOx方法的流程图。
图5为根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法中使用SDPF的DeNOx方法的流程图。
图6为根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法中计算尿素的目标喷射量的方法的框图。
应了解，附图并不必须按比例绘制，其示出了某种程度上经过简化了的本发明的基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境加以确定。
在这些图形中，附图标记在贯穿附图的多幅图形中指代本发明的同样的或等同的部件。
具体实施方式
现在将详细提及本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例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结合加以描述，但是应当理解，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所附权利要求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。
下面将参考附图详细描述本发明的示例性实施方案。
图1为根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的系统的示意图。
如图1中所示，用于内燃机的排放系统包括发动机10、排放管20、排放气体再循环（EGR）装置30、贫NOx阱（LNT）40、配量模块50、微粒过滤器60和控制器70。
发动机10燃烧燃料和空气混合的空气/燃料混合物，从而将化学能转化成机械能。发动机10连接至进气歧管16，从而在燃烧室12中接收空气，并且发动机10连接至排放歧管18，从而使得在燃烧过程中产生的排放气体被收集在排放歧管18中并且被排放至外部。喷射器14安装在燃烧室12中，从而将燃料喷射到燃烧室12内。
在本文中以柴油发动机为例，但是也可以使用稀燃汽油发动机。在使用汽油发动机的情况下，空气/燃料混合物通过进气歧管16流动至燃烧室12内，并且火花塞安装在燃烧室12的上部。此外，如果使用直喷式汽油（GDI）发动机，则喷射器14安装在燃烧室12的上部。
此外，可以使用具有各种压缩比的发动机，优选为小于或等于16.5的压缩比。
排放管到20连接至排放歧管18，从而将排放气体排放至车辆的外部。LNT40、配量模块50和微粒过滤器60安装在排放管20上，从而去除包含在排放气体中的碳氢化合物、一氧化碳、微粒物质和氮氧化物。
排放气体再循环装置30安装在排放管道20上，排放自发动机10的排放气体的一部分通过排放气体再循环装置30供应回发动机10。此外，排放气体再循环装置30连接至进气歧管16，从而通过将排放气体的一部分与空气混合而对燃烧温度进行控制。燃烧温度的这种控制是通过控制器70对供给回进气歧管16的排放气体的量进行控制而进行的。因此，由控制器70控制的再循环阀可以安装在连接排放气体再循环装置30和进气歧管16的管线上。
第一氧气传感器72安装在排放气体再循环装置30下游的排放管20上。第一氧气传感器72检测经过排放气体再循环装置30的排放气体中的氧气量，并将与其相对应的信号传输至控制器70从而帮助由控制器70进行的排放气体的稀薄/稠密控制。在本说明书中，第一氧气传感器72的检测值被称为在LNT的上游处的空气/燃料比（拉姆达）。
此外，第一温度传感器74安装在排放气体再循环装置30的下游的排放管道20上，并且检测经过排放气体再循环装置30的排放气体的温度。
LNT40安装在排放气体再循环装置30下游的排放管20上。LNT40在稀薄的空气/燃料比时吸收包含在排放气体中的氮氧化物（NOx），在稠密的空气/燃料比时释放吸收的氮氧化物并还原包含在排放气体中的氮氧化物或释放的氮氧化物。此外，LNT40可以氧化包含在排放气体中的一氧化氮（CO）和碳氢化合物（HC）。
本文中，碳氢化合物代表包含在排放气体和燃料中的包括碳和氢的所有化合物。
第二氧气传感器76、第二温度传感器78和第一NOx传感器80安装在LNT40下游的排放管20上。
第二氧气传感器76检测流入微粒过滤器60的排放气体中包含的氧气量，并将与其相对应的信号传输至控制器70。控制器70基于第一氧气传感器72和第二氧气传感器76的检测值可以进一步进行排放气体的稀薄/稠密控制。在本说明书中，第二氧气传感器62的检测值被称为在过滤器的上游处的空气/燃料比（拉姆达）。
第二温度传感器78检测流入微粒过滤器60的排放气体的温度，并将与其相对应的信号传输至控制器70。
第一NOx传感器80检测流入微粒过滤器60的排放气体中包含的NOx量，并将与其相对应的信号传输至控制器70。由第一NOx传感器80检测的NOx量可以用于确定由配量模块50喷射的还原剂的量。
配量模块50安装在微粒过滤器60上游的排放管20上，并通过控制器70的控制将还原剂喷入排放气体。通常，配量模块50喷射尿素，所喷射的尿素经过水解并转化为氨。然而，还原剂不限于氨。为了便于说明，在后文中示例的是使用氨作为还原剂，配量模块50喷射尿素。然而，应理解在本发明的范围内还包括除了氨之外的还原剂，而不改变本发明的本质。
混合器55安装在配量模块50下游的排放管20上，并均匀地混合还原剂和排放气体。
微粒过滤器60安装在混合器55下游的排放管上，俘获包含在排放气体中的微粒物质，并使用由配量模块50喷射的还原剂还原包含在排放气体中的氮氧化物。出于这些目的，微粒过滤器60包括在柴油微粒过滤器上的选择性催化还原催化器（SDPF）62和额外的选择性催化还原催化器（SCR）64。
SDPF62通过将SCR涂布在DPF的沟槽限定的壁上而形成。通常，DPF包括多个入口沟槽和出口沟槽。入口沟槽的每一个包括一个打开的端部和另一个阻塞的端部，并接收来自DPF的前端的排放气体。此外，出口沟槽的每一个包括一个阻塞的端部和另一个打开的端部，并排放来自DPF的排放气体。通过入口沟槽流入DPF的排放气体通过分隔入口沟槽和出口沟槽的多孔壁进入出口沟槽。之后，排放气体从DPF通过出口沟槽排放。当排放气体经过多孔壁时，包含在排放气体中的微粒物质被俘获。此外，涂布在SDPF62上的SCR使用由配量模块50喷射的还原剂还原包含在排放气体中的氮氧化物。
额外的SCR64安装在SDPF62的后部。如果SDPF62完全净化氮氧化物，则额外的SCR64进一步还原氮氧化物。
同时，压差传感器66安装在排放管道20上。压差传感器66检测微粒过滤器60的前端部和后端部之间的压力差，并且将与其对应的信号传输至控制器70。如果压差传感器66检测的压力差大于预定压力，则控制器70可以控制微粒过滤器60再生。在此情况下，喷射器14对燃料进行后喷射，从而使俘获在微粒过滤器60中的微粒物质燃烧。
此外，第二NOx传感器82安装在微粒过滤器60下游的排放管20上。第二NOx传感器82检测从微粒过滤器60排放的排放气体中包含的氮氧化物的量，并将与其相对应的信号传输至控制器70。控制器基于第二NOx传感器82的检测值可以检查包含在排放气体中的氮氧化物在微粒过滤器60中是否被正常地去除。亦即，第二NOx传感器82可以用于评估微粒过滤器60的性能。
控制器70基于传输自每个传感器的信号来确定发动机的驱动条件，进行稀薄/稠密控制，并基于发动机的驱动条件来控制由配量模块50喷射的还原剂的量。例如，如果排放气体的温度低于瞬变温度，则控制器70通过稀薄/稠密控制来控制LNT40去除氮氧化物，如果排放气体的温度高于或等于瞬变温度，则控制器70通过喷射还原剂来控制微粒过滤器60去除氮氧化物。稀薄/稠密控制可以通过控制喷射器14喷射的燃料量来进行。
同时，控制器70计算SPDF62的内部温度、SDPF62中吸收的氨量、来自脱硫中的LNT40的NOx的排放量、微粒过滤器60的来自再生中的LNT40的NOx排放量以及发动机的驱动条件。出于这些目的，根据微粒过滤器60的内部温度的氨的吸收/氧化特性、根据微粒过滤器60的内部温度的氨的释放特性、在稠密的空气/燃料比时LNT40的NOx逃逸特性等存储在控制器70中。通过各种实验，根据微粒过滤器60的内部温度的氨的吸收/氧化特性、根据微粒过滤器60的内部温度的氨的释放特性和在稠密的空气/燃料比时LNT40的NOx逃逸特性等可以存储为映射图。
此外，控制器70控制微粒过滤器60的再生和LNT40的脱硫。
控制器70可以通过由预定程序启动的一个或多个处理器实现，所述预定程序可以被编程以进行根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法的每个步骤。
图2为显示根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法中所用的控制器的输入和输出的关系的框图。
如图2中所示，第一氧气传感器72、第一温度传感器74、第二氧气传感器76、第二温度传感器78、第一NOx传感器80、第二NOx传感器82和压差传感器66电连接至控制器70，并将检测值传输至控制器70。
第一氧气传感器72检测经过排放气体再循环装置30的排放气体中的氧气量，并将与其相对应的信号传输至控制器70。控制器70基于第一氧气传感器72检测的排放气体中的氧气量可以进行排放气体的稀薄/稠密控制。第一氧气传感器72的检测值可以表示为拉姆达（λ）。拉姆达意指实际空气量与化学计量空气量的比。如果拉姆达大于1，空气/燃料比为稀薄的。相反地，如果拉姆达小于1，则空气/燃料比为稠密的。
第一温度传感器74检测经过排放气体再循环装置30的排放气体的温度，并将与其相对应的信号传输至控制器70。
第二氧气传感器76检测流入微粒过滤器60的排放气体中的氧气量，并将与其相对应的信号传输至控制器70。
第二温度传感器78检测流入微粒过滤器60的排放气体的温度，并将与其相对应的信号传输至控制器70。
第一NOx传感器80检测流入微粒过滤器60的排放气体中包含的NOx量，并将与其相对应的信号传输至控制器70。
第二NOx传感器82检测从微粒过滤器60排放的排放气体中包含的NOx量，并将与其相对应的信号传输至控制器70。
压差传感器66检测微粒过滤器60的前端部和后端部之间压力差，并将与其相对应的信号传输至控制器70。
控制器70确定发动机的驱动条件、燃料喷射量、燃料喷射定时、燃料喷射模式、还原剂的喷射量、微粒过滤器60的再生定时、基于传输的值的LNT40的脱硫定时、以及将用于控制喷射器14和配量模块50的信号输出至喷射器14和配量模块50。
同时，除了在图2中显示的传感器之外的多个传感器可以安装在根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的系统中。然而，为了更好的理解和易于说明，将省略所述多个传感器的说明。
参考图3至图6，下文中将具体描述根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法。
图3为根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法的流程图，图4为根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法中使用LNT的DeNOx方法的流程图，图5为根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法中使用SDPF的DeNOx方法的流程图，图6为根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法中计算尿素的目标喷射量的方法的框图。
如图3中所示，在步骤S100根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法在发动机10的工作过程中执行。如果发动机10工作，则产生排放气体。产生的排放气体通过根据本发明的示例性实施方案的净化排放气体的方法进行净化。此外，在冷启动时或排放气体的温度较低时，包含在排放气体中的氮氧化物被吸收在LNT40中。
在步骤S110如果发动机10工作，则第一温度传感器74和第二温度传感器78检测排放管20的特定点处的排放气体的温度。本文中，排放气体的温度可以为由第一温度传感器74检测的值、由第二温度传感器78检测的值、或基于由第一和第二温度传感器74和78检测的值计算的在特定点处的排放气体的温度。亦即，排放气体的温度在根据本领域技术人员的意图的温度中选择。为了便于描述，在此说明书中排放气体的温度将意指流入微粒过滤器60的排放气体的温度，其由第二温度传感器78检测。然而，排放气体的温度不限于流入微粒过滤器60的排放气体的温度。
如果检测排放气体的温度，则在步骤120控制器70确定排放气体的温度是否高于或等于瞬变温度。本文中，瞬变温度可以根据排放气体的温度的选择而改变。例如，选择由第二温度传感器78检测的温度作为排放气体的温度，瞬变温度可以为但不限于250°C。
在步骤S120如果排放气体的温度低于瞬变温度，则在步骤S130控制器70进行使用LNT40的DeNOx。相反地，如果排放气体的温度高于或等于瞬变温度，则在步骤S140控制器70进行使用微粒过滤器60，特别是SDPF62的DeNOx。
参考图4将详细描述使用LNT40的DeNOx。
如果使用LNT40的DeNOx开始，则在步骤S200控制器70确定在LNT40中吸收的NOx量是否大于或等于预定的NOx量。
如果在LNT40中吸收的NOx量小于预定的NOx量，则控制器70返回至步骤S100，因为在LNT40中吸收的NOx不需要被净化。
如果在LNT40中吸收的NOx量大于或等于预定的NOx量，则在步骤S210控制器70确定排放气体的温度是否达到尿素转化温度。本文中，与瞬变温度相同，尿素转化温度可以根据排放气体的温度的选择而改变。例如，选择由第二温度传感器78检测的温度作为排放气体的温度，尿素转化温度可以为但不限于180℃。
在步骤S210如果排放气体的温度达不到尿素转化温度，则控制器70进行至步骤S250。
在步骤如果S210排放气体的温度达到尿素转化温度，则在步骤S220控制器70计算氨的目标吸收量。本文中，氨的目标吸收量是当LNT40中吸收的氮氧化物通过控制空气/燃料比为稠密而被释放并还原时将从SDPF62中的LNT40逃逸的氮氧化物还原需要的氨的吸收量。
亦即，当氮氧化物在LNT40中被还原时，氮氧化物的一部分没有在LNT40中被还原，并从LNT40逃逸。如果氨没有提前在SDPF62中被吸收，则逃逸的氮氧化物没有被净化，而是排放至车辆的外部。因此，从LNT40逃逸的氮氧化物可以通过在SDPF62中吸收氨来被提前净化。
同时，如果排放气体的温度达不到尿素转化温度，则供应的尿素可能不被转化成氨。因此，仅当排放气体的温度高于或等于尿素转化温度时喷射尿素并在SDPF62中提前吸收氨。
如果计算氨的目标吸收量，则在步骤S230控制器70根据氨的目标吸收量计算尿素的目标喷射量。将通过图6详细描述尿素的目标喷射量的计算。
在步骤S400第一NOx传感器80检测在SDPF62上游处的NOx量。此外，控制器70在步骤S410根据基于包括第一和第二温度传感器74和78的传感器的检测值的驱动条件来检测SDPF62的内部温度，并在S420预测在SDPF62中吸收的氨量。为了预测在SDPF62中吸收的氨量，控制器70在步骤S430和S440利用根据SDPF62的内部温度的氨的吸收/氧化特性和根据SDPF62的内部温度的氨的释放特性。亦即，在SDPF62中当前吸收的氨量可以从在SDPF62中在前吸收的氨量、在SDPF62中当前正被吸收的氨量、在SDPF62中当前正被氧化的氨量和当前正从SDPF62释放的氨量预测。
此外，控制器70在发动机的空气/燃料比控制成稠密以释放/还原在LNT40中吸收的NOx的条件下通过使用在步骤S450时的LNT40的NOx逃逸特性预测当氮氧化物在LNT40中还原时逃逸的NOx量。
另外，控制器70在步骤S460预测从脱硫中的LNT40排放的NOx量并在步骤S470预测从微粒过滤器60的再生中的LNT40排放的NOx量。
之后，控制器70在步骤S230和步骤S350基于在步骤S400至S470计算或预测的值来计算尿素的目标喷射量。在步骤S230，通过在步骤S400至S450计算或预测的值可以计算尿素的目标喷射量。在步骤S350，通过在步骤S400至S470计算或预测的值可以计算尿素的目标喷射量。
如上所述，在步骤S400至S470计算或预测的值可以根据驱动条件通过各种实验为预定的。
如果在步骤S230计算尿素的目标喷射量，则在步骤S235控制器70控制配量模块50根据尿素的目标喷射量喷射尿素。
之后，在步骤S240控制器70确定在SDPF62中吸收的氨量是否大于或等于氨的目标吸收量。如果在SDPF62中吸收的氨量小于氨的目标吸收量，则在步骤S235控制器70控制配量模块50继续喷射尿素。用于净化在稠密空气/燃料比时从LNT40逃逸的NOx的氨可以通过步骤S210至S240提前吸收在SDPF62中。
如果在SDPF62中吸收的氨量大于或等于氨的目标吸收量，则在步骤S250控制器70进行DeNOx。亦即，控制器70控制喷射器14增加燃料喷射量从而使得燃烧环境变为稠密。因此，释放在LNT40中吸收的NOx，从LNT40释放的NOx和包含在排放气体中的NOx在LNT40中被还原。包含在排放气体中的一氧化碳和碳氢化合物可以在此过程中被氧化。此外，通过在SDPF62中提前吸收的氨可以在SDPF62中还原从LNT40逃逸的NOx。
之后，在步骤S260控制器70确定在LNT40中吸收的NOx量是否小于或等于预定的NOx量。在步骤S260的预定的NOx量可以小于在步骤S200的预定的NOx量。
如果在步骤S260在LNT40中吸收的NOx量大于预定的NOx量，则控制器70返回至步骤S250并进行DeNOx。
如果在步骤S260在LNT40中吸收的NOx量小于预定的NOx量，则在步骤S270控制器70完成DeNOx。
之后，在步骤S280控制器70确定在SDPF62中吸收的氨量是否大于或等于氨的目标吸收量。如果DeNOx完成，则NOx几乎不逃逸至SDPF62，因为LNT40吸收NOx。因此，控制器70根据在SDPF62中吸收的氨量确定尿素喷射是否停止。亦即，控制器70继续喷射尿素直至在SDPF62中吸收的氨量大于或等于步骤S280的氨的目标吸收量。
如果在步骤S280在SDPF62中吸收的氨量大于或等于氨的目标吸收量，则控制器70在步骤S290停止尿素喷射并返回至步骤S100。
参考图5，下文中将详细描述使用SDPF62的DeNOx。
如果使用SDPF62的DeNOx开始，则在步骤S300控制器70基于压差传感器66检测的值确定是否需要SDPF62的再生。亦即，压差传感器66检测的压力差大于或等于预定的压力。
在步骤S300如果需要SDPF62的再生，则控制器70在步骤S310进行SDPF62的再生并进行至步骤S320。亦即，控制器70控制排放气体不进行再循环并控制喷射器14对燃料进行后喷射。因此，排放气体的温度升高。因此，在SDPF62中俘获的微粒物质被燃烧。
同时，如果排放气体不进行再循环，则排放气体中的NOx量增加。此外，如果排放气体的温度升高，则在LNT40中不吸收或净化NOx。因此，在计算尿素的目标喷射量时（参考图6），应考虑在SDPF62的再生中从LNT40排放的NOx量。
在步骤S300如果不需要SDPF62的再生，则在步骤S320控制器70确定在LNT40中中毒的硫量是否大于或等于预定的硫量。亦即，确定是否需要LNT40的脱硫。
在步骤S320如果在LNT40中中毒的硫量大于或等于预定的硫量，则在步骤S330进行LNT40的脱硫，并且控制器70进行至步骤S340亦即，控制器70控制喷射器14对燃料进行后喷射，从而升高排放气体的温度。此外，喷射器14喷射的燃料量控制成使得稠密空气/燃料比和稀薄空气/燃料比进行重复。
同时，如果排放气体的温度较高且空气/燃料比为稀薄，则LNT40不能吸收NOx，但如果空气/燃料比为稠密，则NOx的一部分在LNT40中被还原。因此，在计算尿素的目标喷射量中（参考图6）应考虑在LNT40的脱硫中从LNT40排放的NOx量。
在步骤S320如果在LNT40中中毒的硫量小于预定的硫量，则控制器70在步骤S340计算氨的目标吸收量，并在步骤S350根据氨的目标吸收量来计算尿素的目标喷射量。在步骤S340的氨的目标吸收量意指用于将SDPF62中的排放气体中包含的大部分NOx还原所需的氨的吸收量。因此，在步骤S340的氨的目标吸收量可以不同于在步骤S220的氨的目标吸收量。此外，在步骤S350的尿素的目标喷射量可以根据与计算在步骤S230的尿素的目标喷射量的相同的方法来计算。然而，在步骤S350考虑的变量可以不同于在步骤S230考虑的变量。亦即，根据驱动条件的LNT40的NOx逃逸特性是在步骤S230的主要变量，而从脱硫中的LNT40排放的NOx量或在SDPF62的再生中从LNT40排放的NOx量可以是在步骤S350的主要变量。
在步骤S350如果计算尿素的目标喷射量，则在步骤S360控制器70控制配量模块50根据尿素的目标喷射量喷射尿素。因此，包含在排放气体中的NOx在SDPF62中被还原。在此时，控制器70将空气/燃料比控制成接近化学计量的空气/燃料比的稠密气氛（λ>0.95）从而释放在LNT40中吸收的NOx并在SDPF62中净化释放的NOx。因此，由于空气/燃料比的控制可以防止燃料消耗。
之后，在步骤S370确定在SDPF62中吸收的氨量是否大于或等于氨的目标吸收量。通常，通过喷射尿素产生的氨一被吸收在SDPF62中就用于还原NOx，或者所述氨在没有吸收在SDPF62中同时进行使用SDPF62的DeNOx的情况下用于还原NOx。因此，在SDPF62中吸收的氨量难以达到氨的目标吸收量。然而，由于驱动条件的快速改变可能使Nox的产生小于预定的NOx产生量。在此情况下，在SDPF62中吸收的氨量可以达到氨的目标吸收量，且尿素喷射停止从而防止不需要的尿素的损耗。亦即，如果在步骤S370在SDPF62中吸收的氨量大于或等于氨的目标吸收量，则控制器70在步骤S380停止尿素喷射并返回至步骤S100。
相反地，如果在步骤S370在SDPF62中吸收的氨量小于氨的目标吸收量，则控制器70在步骤S360继续控制配量模块50喷射尿素。因此，包含在排放气体中的NOx在SDPF62中继续被还原。
如上所述，根据本发明的示例性实施方案的包括LNT和SDPF的净化排放气体的系统可以被有效地控制以改进包含在排放气体中的氮氧化物的净化效率。
为了便于解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”和“外”用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
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。它们并不会毫无遗漏，也不会将本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多修改和变化都是可能的。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它们的实际应用，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不同的选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同方案加以限定。

Claims (19)

1.一种净化排放气体的系统，其包括
发动机，所述发动机包括用于向所述发动机内喷射燃料的喷射器，所述发动机通过使空气和燃料的混合物燃烧来产生动力，并将在燃烧过程产生的排放气体通过排放管排放至所述发动机的外部；
贫NOx阱（LNT），所述贫NOx阱安装在所述排放管上，并适用于在稀薄空气/燃料比时吸收包含在所述排放气体中的氮氧化物（NOx），在稠密空气/燃料比时释放吸收的氮氧化物，并将包含在所述排放气体中的氮氧化物或所述释放的氮氧化物还原；
配量模块，所述配量模块安装在所述排放管上，并适用于将还原剂喷入所述排放气体；
在柴油微粒过滤器上的选择性催化还原催化器（SDPF），所述在柴油微粒过滤器上的选择性催化还原催化器安装在所述配量模块的下游的排放管上，并适用于俘获包含在所述排放气体中的微粒物质，并使用通过所述配量模块喷射的所述还原剂将包含在所述排放气体中的氮氧化物还原；以及
控制器，所述控制器在所述排放气体的温度低于瞬变温度时使用所述LNT进行脱氮（DeNOx），并在所述排放气体的温度高于或等于所述瞬变温度时使用所述SDPF进行脱氮。
2.根据权利要求1所述的净化排放气体的系统，其中所述控制器适用于将空气/燃料比控制成稠密，从而在所述排放气体的温度低于所述瞬变温度且在所述LNT中吸收的NOx量大于或等于预定NOx量时使所述LNT去除氮氧化物。
3.根据权利要求2所述的净化排放气体的系统，其中所述控制器控制所述配量模块在所述排放气体的温度达到尿素转化温度时喷射所述还原剂，使得所述还原剂吸收在所述SDPF中。
4.根据权利要求3所述的净化排放气体的系统，其中由所述配量模块喷射的所述还原剂的量基于如下因素确定：所述SDPF的内部温度、在所述SDPF中吸收的所述还原剂的量、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的吸收/氧化特性、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的释放特性以及在所述发动机的空气/燃料比控制成稠密从而释放/还原在所述LNT中吸收的NOx的条件下所述LNT的NOx逃逸特性。
5.根据权利要求1所述的净化排放气体的系统，其中所述控制器在所述排放气体的温度高于或等于所述瞬变温度时将空气/燃料比控制成接近化学计量的空气/燃料比的稠密的空气/燃料比从而释放在所述LNT中吸收的NOx，并控制所述配量模块喷射所述还原剂从而将从所述LNT释放的NOx或在所述SDPF中的排放气体中包含的NOx还原。
6.根据权利要求5所述的净化排放气体的系统，其中由所述配量模块喷射的所述还原剂的量基于如下因素确定：所述SDPF的内部温度、在所述SDPF中吸收的所述还原剂的量、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的吸收/氧化特性、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的释放特性以及在稠密的空气/燃料比时根据驱动条件的所述LNT的NOx逃逸特性。
7.根据权利要求1所述的净化排放气体的系统，其中所述控制器适用于升高所述排放气体的温度从而进行所述SDPF的再生，并控制所述配量模块喷射所述还原剂，从而使所述SDPF在需要所述SDPF的再生时还原包含在所述排放气体中的NOx。
8.根据权利要求7所述的净化排放气体的系统，其中由所述配量模块喷射的所述还原剂的量基于如下因素确定：所述SDPF的内部温度、在所述SDPF中吸收的所述还原剂的量、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的吸收/氧化特性、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的释放特性、在稠密的空气/燃料比时根据驱动条件和所述排放气体的温度的所述LNT的NOx逃逸特性以及在再生所述SDPF时来自所述LNT的NOx排放量。
9.根据权利要求1所述的净化排放气体的系统，其中所述控制器适用于通过重复稠密的空气/燃料比和稀薄的空气/燃料比来进行所述LNT的脱硫，并控制所述配量模块喷射所述还原剂，从而使SDPF在需要LNT的脱硫时还原包含在所述排放气体中的NOx。
10.根据权利要求9所述的净化排放气体的系统，其中由所述配量模块喷射的所述还原剂的量基于如下因素确定：所述SDPF的内部温度、在所述SDPF中吸收的所述还原剂的量、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的吸收/氧化特性、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的释放特性、在稠密的空气/燃料比时根据驱动条件的所述LNT的NOx逃逸特性以及在所述LNT脱硫时来自所述LNT的NOx排放量。
11.根据权利要求1所述的净化排放气体的系统，其进一步包括安装在所述配量模块和所述SDPF之间的排放管上的混合器，所述混合器均匀地混合所述还原剂和所述排放气体。
12.根据权利要求1所述的净化排放气体的系统，其中所述SDPF进一步包括额外的选择性催化还原催化器（SCR），其用于通过使用由所述配量模块喷射的所述还原剂还原包含在所述排放气体中的氮氧化物。
13.一种净化排放气体的方法，其包括
检测排放气体的温度；
将所述排放气体的温度与瞬变温度进行比较；
当所述排放气体的温度低于所述瞬变温度时，在贫NOx阱（LNT）处通过控制燃烧环境来去除包含在所述排放气体中的氮氧化物；以及
当所述排放气体的温度高于或等于所述瞬变温度时，在柴油微粒过滤器（SDPF）处通过喷射还原剂来去除包含在所述排放气体中的氮氧化物。
14.根据权利要求13所述的净化排放气体的方法，其中当在所述LNT中吸收的NOx量大于或等于预定的NOx量时通过将空气/燃料比控制成稠密来进行在所述LNT处的所述排放气体中包含的氮氧化物的去除。
15.根据权利要求14所述的净化排放气体的方法，其中在将空气/燃料比控制成稠密前，在所述LNT处的所述排放气体中包含的氮氧化物的去除进一步包括：
确定所述排放气体的温度是否达到尿素转化温度；
当所述排放气体的温度达到所述尿素转化温度时，确定所述还原剂的目标喷射量；以及
根据所述还原剂的目标喷射量喷射所述还原剂。
16.根据权利要求15所述的净化排放气体的方法，其中所述还原剂的目标喷射量基于如下因素确定：所述SDPF的内部温度、在所述SDPF中吸收的所述还原剂的量、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的吸收/氧化特性、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的释放特性以及在将所述发动机的空气/燃料比控制成稠密从而释放/还原在所述LNT中吸收的NOx的条件下所述LNT的NOx逃逸特性。
17.根据权利要求13所述的净化排放气体的方法，其中在所述SDPF处所述排放气体中包含的氮氧化物的去除包括：
基于如下因素确定所述还原剂的目标喷射量：所述SDPF的内部温度、在所述SDPF中吸收的所述还原剂的量、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的吸收/氧化特性、根据所述SDPF的内部温度的所述还原剂的释放特性以及在稠密的空气/燃料比时根据驱动条件的所述LNT的NOx逃逸特性；以及
根据所述还原剂的目标喷射量喷射所述还原剂。
18.根据权利要求17所述的净化排放气体的方法，其中在确定所述还原剂的目标喷射量前，在所述SDPF处的所述排放气体中包含的氮氧化物的去除进一步包括：
确定是否需要所述SDPF的再生；和
当需要所述SDPF的再生时进行所述SDPF的再生，
其中通过另外考虑当再生所述SDPF时来自所述LNT的NOx排放量来确定所述还原剂的目标喷射量。
19.根据权利要求17所述的净化排放气体的方法，其中在确定所述还原剂的目标喷射量前，在所述SDPF处的所述排放气体中包含的氮氧化物的去除进一步包括：
确定是否需要所述LNT的脱硫；和
当需要所述LNT的脱硫时进行所述LNT的脱硫，
其中通过另外考虑当所述LNT脱硫时来自所述LNT的NOx排放量来确定所述还原剂的目标喷射量。
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