CN105026716B - 用于后处理组件的改进脱硫的系统、方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供用于确定SCR组件的硫值、确定SCR组件的硫值是否超过硫再生阈值以及响应于SCR组件的硫值超过所述硫再生阈值而增加进入SCR催化器的发动机NO量的系统、方法和设备。

Description

用于后处理组件的改进脱硫的系统、方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年2月16日提交的第61/765,715号临时申请的优先权，该申请的全部内容出于所有目的通过引用并入本文中。
背景技术
现代内燃机系统通常利用后处理装置来处理发动机排气并减少排气排放。常用的装置包括催化元件，诸如氧化催化器、催化微粒过滤器和选择性催化还原(SCR)系统。许多催化元件具有当随着时间的推移暴露于硫化合物时而被中和、去活化或经历降低的效力的催化剂材料。随着时间的推移由硫引起的去活化是累积过程，从而限制了催化组件的有效寿命，或者需要定期去除硫化合物。
目前公知的除硫方法需要使目标后处理组件达到非常高的温度，通常甚至要达到超过微粒过滤器的再生温度的温度。典型的除硫方法涉及超过650℃、700℃或750℃的温度。由于催化剂的组成、物理结构和材料、满足催化剂任务所需的活动水平，在900℃、850℃、800℃或更低温度处会发生催化剂的立即失效，从而限制后处理系统中在各种操作条件下的反应机制(例如，质量传递受限-孔扩散、体扩散或表面扩散、反应速率受限等)。即使在设计的除硫范围内的较低的温度下，也会发生催化器和其它组件的大大加速的老化。另外，在正常应用操作过程中通常不会经历或仅很少经历的需要高温的情况下，目前公知的脱硫操作可显著影响燃料经济性、发动机的任务性能和/或在操作过程中不实用，并且需要作为服务事件来进行脱硫。脱硫性能不理想，因为这会增加成本并导致系统的停机。
由于待再生的后处理组件通常与整个排气系统相联，所以，当除硫在应用操作过程中进行(例如，对于在野外的卡车)，甚至在一些情况下作为服务事件进行时，整个后处理系统与待再生组件类似地被加热。如果对单一后处理组件隔离进行加热，则去除和服务过程必须在该过程期间在使应用(例如，车辆)脱离下进行。
先前公知的除硫方法过程中经历的高温大大增加了后处理系统的催化器和其它组件的老化。另外，再生组件上游的组件可能需要被加热到甚至更高的温度，以适应系统中的热损失并确保下游再生组件达到所需的温度。该系统对组件老化和除硫的响应与温度大体呈指数关系。因此，除硫温度的微小控制变化大大延长除硫过程时间(低温)，导致除硫过程失败(温度过低)、大大增加催化组件或其它后处理组件的老化(高温)、或者导致催化组件或其它后处理组件的立即失效(温度过高)。脱硫过程中的温度控制不佳会导致过度老化以及延长的脱硫时间，因而，期望该领域有进一步发展。
发明内容
本文中所公开的一个实施方式涉及用于在确定SCR组件的硫值超过硫再生阈值之后增加进入选择性催化还原(SCR)催化器的、来自发动机的NO量的独特方法。在另一实施方式中，公开了包括内燃机、SCR组件、氧化催化器以及控制器的系统，其中，控制器构造为响应于确定SCR组件的硫值超过硫再生阈值而提供NO增加命令。在附加实施方式中，公开了一种设备，该设备构造为响应于SCR组件的硫值而提供催化器再生命令，并且响应于催化器再生命令而提供NO增加命令和NO2减少命令中的至少一种。
根据下文描述和附图，其它实施方式、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。
附图说明
图1是包括发动机和示例性排气后处理系统的系统的示意框图。
图2是在功能上执行某些操作以确定流量不平衡值的控制器的示意图。
图3是示出了在400℃的进料气体温度下在NO、NO2和NH3的各种选择性催化还原剂入口浓度下的除硫的线形图。
图4是示出了在400℃的进料气体温度下在用NO+NH3渐进处理下NOx转化的改善的线形图。
图5是示出了用于再生暴露于硫的SCR催化器的示例性过程的流程图。
具体实施方式
出于促进对本发明的原理的理解的目的，以下将参照附图中所示的实施方式，并使用具体语言对其进行描述。然而，应理解的是，并不旨在由此限制本发明的范围，并且本文中设想了本发明所涉及领域的技术人员通常进行的对所示实施方式的任何改变和进一步修改、和对本文中所示的本发明的原理的任何进一步应用。
参照图1，系统100包括产生具有NOx组分的排气的内燃机102。内燃机102可以是本领域中公知的任何种类，包括柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机或产生具有NOx的排气的任何其它发动机。系统100包括可操作地联接至排气的选择性催化还原(SCR)组件106。在示例性系统100中，排气通过SCR组件106，其中排气中的一部分NOx实时地或在吸附-反应循环或吸附-解吸-反应循环中被转化为N2。系统100还包括在SCR组件106的上游位置处可操作地联接至排气的氧化催化器104。氧化催化器104通过设计或作为操作的副作用对排气进行若干操作，包括排气中的氧化未燃烧的烃(HC)，以及通过将排气中的一部分NO氧化为NO2。排气中的NOx可作为NO和NO2存在，并且在某些实施方式中，内燃机102产生的NO比NO2多，并且在某些条件下，氧化催化器104有效地将NO转化为NO2，以使得在系统100的某些总体操作条件下，氧化催化器104下游的排气中的NO2量可显著高于氧化催化器104上游的排气中的NO2量。
排气还含有一定量的硫。硫可作为内燃机102中的燃料或各种润滑剂的组分存在。硫被吸附到SCR组件106上，从而取代用于NOx转化的催化剂位点，并“毒化”或降低SCR组件106的NOx转化效率。所吸附的硫是相对永久的状态，并且在目前公知的现有技术中，以显著的量将硫驱逐出来并使催化器再生需要非常高的温度。使催化器再生所需的高温可损坏SCR组件106、氧化催化器104或者发动机后处理系统的其它催化器或组件或缩短SCR组件106、氧化催化器104或者发动机后处理系统的其它催化器或组件的工作寿命。高温也相对昂贵(燃料经济性、零件磨损增加、使用寿命缩短等)，并且取决于内燃机102和系统100的工作循环和操作条件，高温不方便实现或不可能实现。
在某些实施方式中，该系统包括用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的装置。用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的装置的非限制性实例在下文进行描述，但本文所述的用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的任何装置都被设想为用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的装置。
用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的示例性装置包括提高排气温度。用于提高排气温度的示例性操作包括但不限于在内燃机102中提供后注入加燃料、延迟内燃机102中的燃料定时、在氧化催化器104的上游注入烃(例如，通过注入器112)以提高温度、部分关闭进气节流阀124、提高EGR流126的速率、部分关闭排气节流阀122、通过例如可变几何涡轮增压器(VGT)提高来自涡轮增压器(未示出)的反压。用以升高排气温度的操作是非限制性实例。本文设想了降低氧化催化器104的将NO转化为NO2的效率的任何排气温度操作。诸如增加EGR流126的速率的某些操作具有减少总NOx排放的竞争效果。因此，受益于本文的公开内容的本领域技术人员应理解的是，仅在某些操作条件下，增加总NOx的NO部分同时降低总NOx的竞争效果可导致进入SCR组件106的发动机输出NO增加。在不同的操作条件和/或操作时间下，在特定的系统中可使用各种用于增加进入SCR组件106的发动机输出NO的装置。
用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的另一非限制性装置包括围绕位于SCR催化器组件106上游的氧化催化器104旁通所有或一部分排气。例如，系统100可包括旁通阀118以及绕过所有或一部分氧化催化器104的旁通管线120。当气体绕过氧化催化器104时，氧化催化器104上不会发生NO到NO2的转化，并且进入SCR组件106的发动机输出NO的量由此增加。在某些实施方式中，旁通阀118响应于来自控制器108的氧化催化器旁通命令。
用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的另一非限制性装置包括增加来自内燃机102的NOx输出量。用以增加NOx输出量的非限制性示例性操作包括将内燃机102中的加燃料定时提前，包括将主注入定时提前和/或提供引燃注入事件。具有多个注入事件和/或成形注入事件的系统100可包括共轨燃料系统。在某些实施方式中，系统100包括命令EGR流量阀128降低EGR流126的速率以增加发动机输出NOx量的控制器108。受益于本文的公开内容的本领域技术人员应认识到的是，用以增加发动机输出NOx量的某些操作可具有降低氧化催化器104的温度的效果。因此，在某些操作条件下可使用某些操作和/或组件。例如，在某些操作条件下，EGR流126增加可导致进入SCR组件106的发动机输出NO量增加，并且在其它操作条件下，EGR流126减少可导致进入SCR组件106的发动机输出NO量降低。
用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的另一非限制性装置包括增大排气的排气流速。用于增大排气的排气流速的示例性和非限制性装置包括提供增大的发动机功率输出、提供传动比变化命令以及包括响应于该传动比变化命令的传动装置(未示出)的系统、打开排气节流阀122和/或进气节流阀124、和/或提供用于改变可变几何涡轮增压器(VGT)的命令。排气流速的增大会增大排气流在氧化催化器104中的空速，并且，在某些操作条件下，可降低氧化催化器104中的总体NO到NO2转化率，从而增加进入SCR组件106的发动机NO量。
用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的另一非限制性装置包括提供位于SCR催化器组件106上游的、具有增加的Pd量或增加的Pd:Pt比率的氧化催化器104。氧化催化器104的Pt含量具有比Pd或其它贵金属更高的、对NO到NO2的反应活性。因此，具有降低的Pt含量的氧化催化器配方在大多数操作条件下不太可能产生高的NO到NO2转化率。使用Pd可提供氧化能力，例如氧化未燃烧的烃或挥发性有机化合物，而不会过度生成NO2。对应于增加的Pd量或增加的Pd:Pt比率的、所包含Pd的量或Pd:Pt比率取决于具体系统，但设想到了与仅考虑氧化烃设计的系统以及专门设计用以对应于增加的Pd量增强NO2生成的任何系统相比导致较高量的Pd的任何量。另外或可替代地，可在旁通管线120中提供具有增加的Pd量或增加的Pd:Pt比率的氧化催化器104以在脱硫事件过程中使用。
用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的另一非限制性装置包括向位于SCR催化器组件106上游的氧化催化器104提供增加的量的还原剂、和/或向位于SCR催化器组件106上游的氧化催化器104提供一定量的未燃烧的HC。除一定量的未燃烧的HC量对氧化催化器104的效果(可升高氧化催化器104的温度)以外，一定量的未燃烧的HC量和/或其它还原剂，诸如通过例如还原剂注入器116在SCR组件104的上游注入的还原剂可与NO到NO2的反应竞争，以降低NO到NO2的总体转化率。
考虑具体系统的本领域技术人员通常具有足够的可用系统信息，以确定对EGR流126的速率、燃料定时、进气节流阀124和/或排气节流阀122、排气温度、排气流速的调整和/或本文所述的其它调整对进入SCR组件106的发动机NO量具有增加效果的操作条件。在某些操作条件下，进入SCR组件106的发动机NO量的响应可相对于EGR流126的速率、燃料定时和/或排气流速的调整相反。进入SCR组件106的发动机NO量可随排气温度、EGR流126的速率和/或取决于反应限制因素的排气流速、由发动机产生的NOx的量和/或在各种操作条件下在氧化催化器104中转化为NO2的NO的量变动或反向变动。各种响应增加或减少进入SCR组件106的发动机NO量的温度、排气流速和NOx浓度取决于氧化催化器104的催化剂组成、内燃机102的燃烧方式和性能、内燃机102的燃料系统以及涡轮增压器的类型和能力、以及氧化催化器104的孔结构和装载量。因此，虽然不能以任何细节预先指定其中任何给定的增加NO的装置均适用的系统条件，但是受益于本文的公开内容和通常可用的信息的本领域技术人员可容易地确定适用于系统的操作条件的增加NO的装置。
在某些实施方式中，系统100还包括构造为执行某些操作以增加进入SCR组件106的发动机NO量的控制器108。在某些实施方式中，控制器108构成包括具有存储、处理和通信硬件的一个或多个计算装置的处理子系统的一部分。控制器108可以是单个装置或分布式装置，并且控制器108的功能可以由硬件或软件来执行。
在某些实施方式中，控制器108包括构造为在功能上执行控制器108的操作的一个或多个模块。在某些实施方式中，控制器108包括催化器状态模块、催化器诊断模块和/或催化器恢复模块。本文中的包括模块的描述强调控制器108的各方面的结构独立性，并且示出了控制器108的操作和职责的一个分组。可将执行类似的总体操作的其它分组理解为在本申请的范围内。模块可以以硬件和/或在非瞬态计算机可读存储介质上的软件执行，并且模块可分布在各种硬件组件或软件组件中。对控制器108的操作的某些实施方式的更具体描述包括在参照图2的部分中。
本文所述的某些操作包括用以解释一个或多个参数的操作。本文中使用的解释包括通过本领域公知的任何方法接收值，包括至少从数据链路或网络通信接收值，接收指示值的电子信号(例如电压、频率、电流或PWM信号)，接收指示值的软件参数，从位于非瞬态计算机可读存储介质上的存储单元读取值，通过本领域公知的任何方式接收作为运行时间参数的值，和/或通过接收可通过其计算所解释的参数的值，和/或通过参照被解释为参数值的缺省值。
系统100包括示例性控制器108，该示例性控制器108解释SCR组件的硫值，确定SCR组件的硫值是否超过硫再生阈值，并且响应于SCR组件的硫值超过硫再生阈值而提供NO增加命令。用于增加进入SCR组件106的发动机NO量的装置响应于NO增加命令。用以解释SCR组件的硫值的控制器108的示例性和非限制性操作包括累积发动机操作时间、由内燃机102燃烧的燃料的量、自SCR组件106的最后一个硫再生事件的时间和/或内燃机102的润滑剂消耗量。另外或可替代地，还可跟踪附加潜在硫源，诸如从注入器112定量配给的烃。可与通过SCR组件106的硫的量相关的任何参数的累积或跟踪被设想为用以解释SCR组件的硫值的潜在操作。
参照图2，图中示出了包括控制器108的处理子系统200的示意图。控制器108包括多个输入，该多个输入包括发动机燃料量输入202、内燃机102的发动机操作持续时间输入204、SCR组件硫量输入206以及SCR组件的活性检查输入208。发动机燃料量输入202可以是由内燃机102燃烧的燃料的量和/或通过注入器或通过内燃机102中的非常迟的后注入而注入到排气系统中的燃料的量。SCR组件的活性检查输入208可以是催化器活性的主动或被动检查，包括在催化器上的NH3储存可以忽略的情况下在一段时间期间(例如，在高温操作期间)NOx到N2的转化率和/或NH3储存容量的检查。
控制器108还包括SCR组件的硫状态模块220和SCR催化器再生诊断模块。在图示的实施方式中，SCR组件的硫状态模块220被构造为接收和解释诸如来自控制器108内部的计数器的经过时间210以及硫累积量212，硫累积量212可以是存储在控制器108的存储位置中的SCR组件硫量输入206的集合。设想到的是，在某些实施方式中，SCR组件106可不包括经过时间210。SCR组件的硫状态模块220还构造为响应于经过时间210和硫累积量212确定SCR组件的硫值222，并将SCR组件的硫值222发送到SCR组件的催化器再生诊断模块230。
SCR组件的催化器再生诊断模块230被构造为接收和解释来自催化器状态模块的SCR组件的硫值222和硫再生阈值214，硫再生阈值214可以存储在控制器108的存储位置中。SCR组件的催化器再生诊断模块230还被构造为响应于SCR组件的硫值222和硫再生阈值214确定NO增加命令232和/或NO2减少命令234中的一个或多个。在某些实施方式中，SCR催化器再生诊断模块可还被构造为输出脱硫命令236，脱硫命令236包括指示在升高的温度下操作以恢复SCR组件106的催化活性的命令。
示例性控制器108包括SCR组件的硫状态模块220，SCR组件的硫状态模块220还响应于发动机燃料量输入204确定SCR组件的硫值222。另外或可替代地，SCR组件的硫状态模块220还可响应于内燃机操作持续时间输入206和/或SCR组件的活性检查输入208确定SCR组件的硫值222。
在某些实施方式中，NO增加命令232和/或NO2减少命令234可包括排气流速增加命令、EGR分数降低命令、进气节流阀命令、排气节流阀命令、排气温度升高命令、还原剂加入命令和/或氧化催化器旁通阀命令中的一个或多个。
参照图3，为SCR催化器采集的数据300包括示出NO入口310的第一曲线302、示出NO2入口312的第二曲线304、示出NH3入口314的第三曲线306以及示出位于SCR催化器出口处的SO2的第四曲线308。所有数据均在400℃的进料气体温度下采集。在所示数据的第一个10分钟中，将NO单独作为进料气体添加剂提供，并且在所示数据的第二个10分钟中，将NH3单独作为进料气体添加剂提供。在第四曲线308中可以看出，在单独存在NO或NH3的情况下，没有发生显著的SO2释放。在所示数据的第三个10分钟316中，NH3和NO以等摩尔比添加入进料气体中，显示出明显的SO2释放。在400℃下的SO2释放是低温下显著优于本领域公知的其它方式的性能，本领域公知的其它方式通常需要500℃-700℃的温度以在可接受的时间范围内从硫中毒再生SCR催化器。所示数据的第四个10分钟显示在进料气体中提供等摩尔的NO和NO2，并且第五个10分钟包括仅向进料气体中加入氨的阶段。所示数据的第六个10分钟318显示通过加入可使ANR(氨与NOx的比)为1的总量的氨而在进料气体中提供等摩尔的NO和NO2。在采集数据的温度下，仅向进料气体中加入NO和NH3，从而提供显著的SO2释放。具有标准的氧化催化器的、正常操作的发动机在SCR催化器组件处的较大部分的NOx为NO2，NO2分数可以是50％或更高。
参照图4，对于SCR催化器，绘制了数据集400的若干个操作曲线402、404、406。操作曲线402是在400℃下暴露于SOx 24小时后SCR催化器的NOx转化操作曲线。操作曲线406示出了在400℃下暴露于SOx10分钟后的SCR催化器的NOx转化操作曲线，其中以在操作中的发动机中通常观察到的浓度将等摩尔的NO和NH3加入进料气体中。操作曲线404示出了在400℃下暴露于SOx50分钟后的SCR催化器的NOx转化操作曲线，其中以在操作中的发动机中通常观察到的浓度将等摩尔的NO和NH3加入进料气体中。可以看出的是，NO与还原剂一起使用可显著降低SCR催化器在合理的时间内从硫暴露恢复所需的温度。本文所述的再生操作可作为服务事件进行，例如将催化器从应用(例如车辆)脱离并将SCR催化器置于服务单元中，或者通过将排气流转接器或其它专用服务装置置于该应用上以提供再生操作。另外或可替代地，再生操作可作为运行时间操作提供，从而恢复SCR催化器的一些活性。应用可包括两种再生类型，诸如运行时利用长时间的高负荷或升高的排气温度的短机会再生，以及作为维护或故障响应操作进行的较长的服务事件再生。
下文的示意性流程说明提供执行用于从硫暴露再生SCR催化器的过程的说明性实施方式。所示出的操作应理解为仅是示例性的，并且除非本文中明确说明与此相反，否则操作可组合或分开、添加或删除以及全部或部分重新排序。所示出的某些操作可由位于执行非瞬态计算机可读存储介质上的计算机程序产品的计算机执行，其中该计算机程序产品包括使计算机执行一个或多个操作或者对其它装置发出命令以执行一个或多个操作的指令。
图5示出了用于从硫暴露再生SCR催化器的示例性过程500的流程图。过程500开始于操作502，在操作502中进行用于从硫暴露再生SCR催化器106的过程。操作502可通过解释接通事件(key-on event)、完成循环、完成后重新开始过程500或者通过由操作者或技术人员开始而开始。
过程500继续到操作504以解释SCR组件的硫值。从操作504，过程500继续到有条件的操作506以确定SCR组件的硫值是否大于硫再生阈值。如果SCR组件的硫值小于或等于硫再生阈值，则过程500行进到操作510，在操作510，过程500结束。如果SCR组件的硫值大于硫再生阈值，则过程500继续到操作508，以增加进入SCR组件的发动机NO量。
在某些实施方式中，过程500还可包括通过包括以下中的至少一种的操作解释SCR组件的硫值的操作：确定已由发动机燃烧的燃料量；确定发动机的操作持续时间超过发动机操作持续时间阈值；确定自先前的硫再生操作已经过一段时间；确定累积量的硫已通过SCR组件；和/或执行SCR组件的催化器活性检查并确定SCR组件的催化器活性已下降到低于阈值。
过程500的某些其它实施方式包括下文描述的特征中的一个或多个。过程500可包括通过降低整个上游氧化催化器的NO到NO2的转化率来增加NO的量的操作，并且在某些实施方式中，该降低整个上游氧化催化器的NO到NO2的转化率的操作包括增加排气流速的操作。在某些实施方式中，用于增加排气流速的操作包括递增地打开进气节流阀和/或排气节流阀的操作。示例性过程500可包括通过降低发动机气体再循环(EGR)分数来增加NO的量的操作。另一示例性过程500可包括通过升高排气温度(EGT)、和/或通过向氧化催化器上游的排气通道中加入烃和/或向发动机的汽缸中加入烃升高EGT降低整个上游氧化催化器的NO到NO2的转化率的操作。在某些实施方式中，降低整个上游氧化催化器的NO到NO2的转化率的操作包括通过以下加入还原剂的操作：向氧化催化器上游的排气通道中加入烃、和/或向发动机的汽缸中加入烃。
另一示例性过程500可包括通过递增地打开绕过上游氧化催化器旁通至少一部分排气的旁通阀、和/或通过提供具有选择为产生低于至少一种所选发动机操作条件的阈值的NO2:NO比率的Pt:Pd比率上游氧化催化器来增加NO的量的操作。在某些实施方式中，所选发动机操作条件包括响应于脱硫发动机操作条件选择的发动机操作条件。
如从附图和上文给出的正文明显看出，本文设想了各种实施方式并公开了设备和方法的各个方面。例如，一个方面涉及包括以下的方法：操作发动机以产生具有NOx组分的排气，该发动机可操作地联接至用于接收排气的排气系统，该排气系统包括排气后处理系统，该排气后处理系统包括布置在排气流中的选择性催化还原(SCR)组件；解释该SCR组件的硫值；以及确定该硫值是否超过硫再生阈值。该方法还包括确定响应于该硫值大于该硫再生阈值进入该SCR组件的发动机NO量增加以及基于该发动机NO量增加而增加传送到该排气系统中的NO量。
在该方法的另一实施方式中，解释硫值并确定该硫值是否超过硫再生阈值包括从以下组成的操作中选择的操作：确定一定量的燃料已由发动机燃烧；确定发动机的操作持续时间超过发动机操作持续时间阈值；确定自从之前的硫再生操作已经过一段时间；以及确定累积量的硫已通过SCR组件。该实施方式还包括对SCR组件的催化器活性进行检查并确定SCR组件的催化器活性已下降到低于阈值。
在又一实施方式中，增加NO的量还包括以下中的至少一个：降低整个位于SCR组件上游的氧化催化器的NO到NO2的转化率；递增地打开构造为绕过位于SCR组件上游的氧化催化器旁通至少一部分排气的旁通阀；以及降低发动机气体再循环(EGR)分数。
在该实施方式的一个改进中，降低整个氧化催化器的NO到NO2的转化率包括增加排气流速以及升高排气温度(EGT)中的至少一个。在另一改进中，增加排气流速包括递增地打开进气节流阀和排气节流阀中的一个。在又一改进中，升高EGT包括通过以下中的至少一个加入还原剂：向氧化催化器上游的排气通道中加入烃以及向发动机的汽缸中加入烃。
在该实施方式的另一改进中，该改进还包括提供具有Pt:Pd比率选择为产生低于至少一个所选发动机操作条件的阈值的NO2:NO比率的氧化催化器。在又一改进中，该至少一个所选发动机操作条件包括响应于脱硫发动机操作条件而选择的发动机操作条件。
另一方面涉及系统，该系统包括产生具有NOx组分的排气的内燃机；可操作地联接至排气后处理系统的选择性催化还原(SCR)组件，该排气后处理系统可操作地联接至该内燃机以接收排气；在SCR组件的上游位置可操作地联接至排气后处理系统的氧化催化器；用于增加进入SCR组件的发动机NO量的装置；以及控制器。控制器构造为解释SCR组件的硫值，确定SCR组件的硫值是否超过硫再生阈值，以及响应于SCR组件的硫值超过硫再生阈值提供NO增加命令。用于增加进入SCR组件的发动机NO量的装置响应于NO增加命令。
该系统的实施方式包括用于增加进入SCR组件的发动机NO量的装置，该装置是用于增加排气的排气流速的装置。用于增加排气的排气流速的示例性装置和非限制性装置包括提供增加的发动机功率输出、提供传动比变化命令，并且包括响应于传动比变化命令的传动装置的系统，打开排气节流阀和/或进气节流阀、和/或提供可变几何涡轮增压器(VGT)变化命令，并且还包括响应于VGT变化命令的VGT的系统。
系统的另一实施方式包括用于增加进入SCR组件的发动机NO量的装置，该装置是用于升高排气温度(EGT)的装置。用于升高EGT的示例性装置和非限制性装置包括构造为将烃传送到位于SCR催化器组件上游的氧化催化器的装置，以等功率方式变化发动机操作点，变化发动机操作点，提供传动比变化命令，并且该系统包括响应于传动比变化命令的传动装置、排气节流阀和/或进气节流阀、可变几何涡轮增压器、烃定量配给器、共轨燃料系统、发动机燃烧方式的变化以及响应于发动机燃烧方式的变化的执行器、和/或紧密连接的氧化催化器。
该系统的又一实施方式包括用于增加进入SCR组件的发动机NO量的装置，该装置是用于对氧化催化器进行还原剂抑制的装置。用于还原剂抑制的示例性装置和非限制性装置包括在氧化催化器的上游位置可操作地联接至排气的还原剂提供器，并且在某些其它实施方式中，还原剂提供器包括HC注入器/定量配给器、用于提供未燃烧或仅部分燃烧的气缸内燃料的装置、还原剂注入器/定量配给器以及用于提供H2的装置。用于提供未燃烧或仅部分燃烧的气缸内燃料的示例性装置和非限制性装置包括后注入装置、非常迟的后注入装置、和/或阀定时调整装置。用于提供H2的示例性装置和非限制性装置包括压缩H2源、燃料重整器和/或电解装置。
系统的又一实施方式包括用于增加进入SCR组件的发动机NO量的装置，该装置是用于增加发动机的NOx通量的装置。用于增加发动机的NOx通量的示例性装置和非限制性装置包括降低发动机进料流的EGR量和/或EGR分数，升高或允许升高EGR量的温度，将加燃料定时值提前和/或调整阀定时值(例如，以提供增加的有效压缩比率)。示例性系统还包括旁通阀，旁通阀绕过氧化催化器选择性地旁通至少一部分排气，其中控制器还响应于NO增加命令而确定旁通量，并且其中旁通阀响应于NO增加命令。例如，控制器确定在目前的条件下氧化催化器对NO到NO2的转化效率，确定在氧化催化器入口处的NO量，并提供绕过在氧化催化器下游的排气中提供期望的NO量的氧化催化器旁通一部分排气的旁通命令。旁通阀可以是开闭阀或可变阀，并且可变旁通阀可以是连续可变阀或具有离散数的可用位置的阀。
在某些实施方式中，旁通阀可操作地联接至排气流和旁通流，其中旁通流绕过氧化催化器，并且该系统还包括可操作地联接至旁通流的第二氧化催化器。第二氧化催化器包括选择为产生低于至少一个所选发动机操作条件的阈值的NO2:NO比率的Pt:Pd比率，和/或第二氧化催化器包括低于第一氧化催化器的Pt:Pd比率的Pt:Pd比率。示例性所选发动机操作条件包括响应于脱硫发动机操作条件而选择的发动机操作条件，例如，足以从硫污染再生后处理组件的高温条件，足以提供足以从硫污染再生后处理组件的下游温度的温度和烃浓度，和/或足以提供使得在下游组件(例如，微粒过滤器)中产生脱硫温度的下游条件的温度和烃浓度。
在某些实施方式中，第一氧化催化器或唯一的氧化催化器包括选择为产生低于至少一种所选发动机操作条件的阈值的NO2:NO比率的Pt:Pd比率，至少一个所选发动机操作条件可以是脱硫发动机操作条件。在某些实施方式中，所选发动机操作条件是低于650℃、低于600℃、低于550℃、低于500℃、低于450℃、低于400℃、在350℃与450℃之间、在375℃与425℃之间、至少350℃、至少375℃、至少400℃、至少425℃、至少450℃、至少475℃和/或至少500℃的排气温度。
根据另一方面，设备包括SCR组件的硫状态模块，该模块构造为响应于SCR组件的硫量、经过时间和硫累积量中的至少一个解释SCR组件的硫值。该设备还包括SCR组件的催化器再生诊断模块，该模块构造为响应于来自SCR组件的硫状态模块的SCR组件的硫值硫以及再生阈值而提供NO增加命令、NO2减少命令和脱硫命令中的至少一个。
在该设备的一个实施方式中，SCR组件的硫状态模块还构造为响应于以下中的至少一个解释SCR组件的硫值：由发动机燃烧的燃料的量、发动机超过发动机操作持续时间阈值的操作持续时间、经过时间、硫累积量以及SCR组件的催化器活性检查。在另一实施方式中，NO增加命令、NO2减少命令和脱硫命令中的至少一个包括选自由以下组成的命令的命令中的至少一个：排气流速增加命令、EGR分数降低命令、进气节流阀命令、排气节流阀命令、排气温度升高命令、还原剂加入命令和氧化催化器旁通阀命令。
一组示例性实施方式是包括以下模块的设备：解释选择性催化还原(SCR)组件的硫值并提供SCR组件的硫值的SCR组件的硫状态模块；响应于接收SCR组件的硫值并比较SCR组件的硫值和硫再生阈值，从而提供NO增加/减少命令的催化器诊断模块。该设备的某些实施方式包括以下特征中的一个或多个。
尽管已经在附图和上文描述中对本发明详细地进行了说明和描述，但附图和上文描述应被认为是说明性的而不是限制性的，应理解的是，仅示出和描述了某些示例性实施方式。本领域技术人员应理解的是，在示例性实施方式中可进行许多修改，而不会实质上背离本发明。因此，所有这种修改都旨在包括在如以下权利要求所限定的本公开的范围内。
在阅读权利要求时，其意图是，除非在权利要求中明确说明相反的情况，否则当使用诸如“一个(a)”、“一个(an)”、“至少一个”或“至少一部分”的词语时，并不旨在将该权利要求限制到仅一个物项。除非明确说明相反的情况，否则当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，物项可包括物项的一部分和/或整个物项。

Claims (24)

1.一种用于后处理组件的改进脱硫的方法，其包括：
操作发动机以产生具有NOx组分的排气，所述发动机可操作地联接至用于接收所述排气的排气系统，所述排气系统包括排气后处理系统，所述排气后处理系统包括布置在所述排气的流中的选择性催化还原SCR组件；
解释所述SCR组件的硫值；
确定所述硫值是否超过硫再生阈值；
响应于所述硫值大于所述硫再生阈值确定进入所述SCR组件的发动机NO量增加；以及
基于所述发动机NO量增加而增大传送到所述排气系统中的NO量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，解释所述硫值并确定所述硫值是否超过所述硫再生阈值包括从由以下操作组成的操作中选择的操作：
确定所述发动机已燃烧一定量的燃料；
确定所述发动机的操作持续时间超过发动机操作持续时间阈值；
确定自先前的硫再生操作已经过一段时间；
确定累积量的硫已通过所述SCR组件；以及
对所述SCR组件的催化器活性进行检查，并确定所述SCR组件的催化器活性已下降到低于阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，增加所述NO量还包括以下操作中的至少一个：
降低位于所述SCR组件上游的整个氧化催化器的NO到NO2的转化率；
递增地打开构造为绕过位于所述SCR组件上游的氧化催化器旁通至少一部分排气的旁通阀；以及
降低发动机气体再循环EGR分数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，降低整个所述氧化催化器的NO到NO2的转化率包括增加排气流速和升高排气温度EGT中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，增加所述排气流速包括递增地打开进气节流阀和排气节流阀中的一个。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，升高所述EGT包括通过以下操作中的至少一个加入还原剂：
向所述氧化催化器上游的排气通道中加入烃；以及
向所述发动机的汽缸中加入烃。
7.根据权利要求3所述的方法，还提供具有Pt:Pd比率的氧化催化器，所述Pt:Pd比率选择为产生低于至少一种所选发动机操作条件的阈值的NO2:NO比率。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一种所选发动机操作条件包括响应于脱硫发动机操作条件而选择的发动机操作条件。
9.一种用于后处理组件的改进脱硫的系统，其包括：
内燃机，产生具有NOx组分的排气；
选择性催化还原SCR组件，可操作地联接至排气后处理系统，所述排气后处理系统可操作地联接至所述内燃机以接收所述排气；
氧化催化器，在所述SCR组件的上游位置处可操作地联接至所述排气后处理系统；
用于增加进入所述SCR组件的内燃机NO量的装置；以及
控制器，其构造为：
解释所述SCR组件的硫值；
确定所述SCR组件的硫值是否超过硫再生阈值；以及
响应于所述SCR组件的硫值超过所述硫再生阈值提供NO增加命令；
其中，用于增加进入所述SCR组件的所述内燃机NO量的装置响应于所述NO增加命令。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，用于增加进入所述SCR组件的所述内燃机NO量的装置包括以下装置中的至少一个：
用于增加所述排气的排气流速的装置；
用于升高排气温度EGT的装置；
用于对所述氧化催化器进行还原剂抑制的装置；以及
用于增加所述内燃机的NOx通量的装置。
11.根据权利要求10所述的系统，所述系统还包括传动装置和可变几何涡轮增压器VGT，其中，用于增加所述排气的所述排气流速的装置包括以下中的至少一个：
响应于来自所述控制器的内燃机功率输出增加命令而增加来自所述内燃机的内燃机功率输出；
响应于来自所述控制器的传动比变化命令的所述传动装置的传动比变化；
响应于来自所述控制器的排气节流阀打开命令的排气节流阀打开；
响应于来自所述控制器的进气节流阀打开命令的打开进气节流阀命令；以及
响应于来自所述控制器的VGT变化命令的VGT位置变化。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，用于升高所述EGT的装置包括以下中的至少一个：排气节流阀、可变几何涡轮增压器、烃定量配给器、内燃机燃烧方式的变化和响应于所述内燃机燃烧方式的变化的执行器、未燃烧或仅部分燃烧的气缸内燃料以及紧密连接的氧化催化器。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，用于还原剂抑制的装置包括在所述氧化催化器的上游位置可操作地联接至所述排气的还原剂提供器。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述还原剂提供器包括以下中的至少一个：HC注入器/定量配给器、提供未燃烧或仅部分燃烧的气缸内燃料的燃料注入器、还原剂注入器/定量配给器以及H2提供器。
15.根据权利要求10所述的系统，还包括排气再循环EGR系统，所述排气再循环EGR系统包括EGR流量阀，其中，用于增加所述NOx通量的装置包括以下中的至少一个：
控制所述EGR流量阀以减少内燃机进料流的EGR量；
控制所述EGR流量阀以降低内燃机进料流的EGR分数；
控制所述EGR流量阀以升高所述EGR量的温度；
将所述内燃机的多个气缸的加燃料定时值提前；以及
调整所述多个气缸的阀定时值。
16.根据权利要求10所述的系统，还包括旁通阀，所述旁通阀构造为绕过所述氧化催化器选择性地旁通所述排气的至少一部分，其中，所述控制器还构造为响应于所述NO增加命令确定旁通量，并且所述旁通阀响应于所述NO增加命令。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述旁通阀包括可变阀和开闭阀中的一个。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述旁通阀可操作地联接至所述排气流和旁通流，其中，所述旁通流绕过所述氧化催化器，所述系统还包括可操作地联接至所述旁通流的第二氧化催化器，所述第二氧化催化器包括选择为产生低于至少一种所选内燃机操作条件的阈值的NO2:NO比率的Pt:Pd比率。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述所选内燃机操作条件包括响应于脱硫内燃机操作条件选择的内燃机操作条件。
20.根据权利要求9所述的系统，其中，所述氧化催化器包含选择为产生低于至少一种所选内燃机操作条件的阈值的NO2:NO比率的Pt:Pd比率。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，至少一种所选内燃机操作条件包括处于选自由以下范围组成的EGT范围中的至少一个的EGT下的、所述SCR组件的操作：低于650℃、低于600℃、低于550℃、低于500℃、低于450℃、低于400℃、350℃与450℃之间、375℃与425℃之间、至少350℃、至少375℃、至少400℃、至少425℃、至少450℃、至少475℃以及至少500℃。
22.一种用于后处理组件的改进脱硫的设备，其包括：
控制器，包括多个模块，所述多个模块配置为控制包括内燃机以及接收通过所述内燃机的操作产生的排气的排气后处理系统的系统的操作，所述排气后处理系统包括选择性催化还原SCR组件，其中，所述多个模块包括：
SCR组件的硫状态模块，构造为响应于与所述内燃机的操作有关的硫累积量以及经过时间中的至少一个解释SCR组件的硫值；以及
SCR组件的催化器再生诊断模块，构造为响应于来自所述SCR组件的硫状态模块的所述SCR组件的硫值超过硫再生阈值提供增加所述排气后处理系统中的NO量的NO增加命令、减少所述排气后处理系统中的NO2量的NO2减少命令以及在升高的温度下操作所述排气后处理系统以恢复催化活性的脱硫命令。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述SCR组件的硫状态模块还构造为响应于以下中的至少一个解释所述SCR组件的硫值：由所述内燃机燃烧的燃料的量、所述内燃机超过内燃机操作持续时间阈值的操作持续时间以及SCR组件的催化器活性检查。
24.根据权利要求22所述的设备，其中，NO增加命令、NO2减少命令和脱硫命令中的至少一个包括以下中的至少一个：
排气流速增加命令；
排气再循环分数降低命令；
进气节流阀命令；
排气节流阀命令；
排气温度升高命令；
还原剂加入命令；以及
氧化催化器旁通阀命令。
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