CN105569779A - 用于柴油发动机的尾气处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于柴油发动机的尾气处理系统，其包括颗粒过滤器；和控制器，其包括颗粒过滤器再生模块，所述颗粒过滤器再生模块构造成在判断出达到了颗粒过滤器再生条件时即启动颗粒过滤器再生操作，所述颗粒过滤器再生操作通过将颗粒过滤器中的尾气温度升高到颗粒过滤器再生温度而实现；其中，控制器还包括脱硫模块，所述脱硫模块构造成基于尾气处理系统的脱硫要求而相对于所述颗粒过滤器再生操作独立地启动尾气处理系统的脱硫操作，所述脱硫操作通过将尾气处理系统中的尾气温度升高到脱硫温度而实现。还公开了一种尾气处理方法。根据本申请，可避免白烟。

Description

用于柴油发动机的尾气处理系统和方法

技术领域

本申请涉及一种用于柴油发动机的尾气处理系统和方法，其包括相对于尾气处理系统的柴油颗粒过滤器(DPF)的再生而言独立的脱硫功能。

背景技术

用于柴油发动机的尾气系统通常包括柴油氧化催化转化器(DOC)，其通过催化和氧化反应将柴油发动机尾气中的有毒污染物转化成无毒或毒性较小的气体，以及布置在DOC下游的DPF，用于捕集尾气中的颗粒物质即碳烟。随着DPF中捕集的碳烟量增多，尾气系统中的背压升高。通常需要升高尾气温度实现定期DPF再生，以使捕集的碳烟燃烧而降低尾气背压。

对于低硫柴油，DPF再生不会引起问题。然而，在某些国家，柴油中的硫含量较高，例如，可能达到0.5％或以上。在使用这样的含硫柴油时，在发动机运转期间，含硫成分会沉积在DOC中，并且可能沉积在DPF中。在DPF再生时，沉积的含硫成分在高尾气温度下被释放或解吸附。这一过程通常称作脱硫(DeSOx)。

图1显示了一种典型的DPF再生过程。在设定点Rn，由线L1表示的尾气温度被升高到适于DPF再生的温度，从而由线L2表示的DPF中的捕集碳烟量和由线L3表示的DOC中沉积的含硫成分的量都下降。

DPF再生中产生的SOx可能导致在低温外界空气中形成浓的“白烟”，这种白烟对环境和人都是有害的，应当避免或抑制。

现有技术公开了一种在DPF再生期间避免白烟的方法，其包括在每次DPF再生操作之前执行DeSOx步骤，DPF再生操作步骤紧跟着DeSOx步骤，如图2所示。该DeSOx步骤起始于设定点DeS，用于在低于DPF再生温度的温度下去除SOx，然后，在设定点Rn执行DPF再生。在现有技术公开的方法中，DeSOx步骤与DPF再生耦合，并且通过DPF控制器件触发。这样，不论尾气系统中含不含硫，在DPF再生之前都会执行DeSOx步骤，这对排放来说可能有负面作用。另外，DeSOx步骤不能独立地触发。此外，由于在这个DeSOx步骤之前蓄积了高硫负荷，因此并不能完全避免白烟。

因此，希望提供更有效的柴油发动机DeSOx方式。

发明内容

本申请旨在提供一种用于柴油发动机的尾气处理系统和方法，其能够有效且高效地去除沉积的含硫成分。

为此，根据本申请的一个方面，提供了一种用于柴油发动机的尾气处理系统，包括：颗粒过滤器；和控制器，其包括颗粒过滤器再生模块，所述颗粒过滤器再生模块构造成在判断出达到了颗粒过滤器再生条件时即启动颗粒过滤器再生操作，所述颗粒过滤器再生操作通过将颗粒过滤器中的尾气温度升高到颗粒过滤器再生温度而实现；其中，控制器还包括脱硫模块，所述脱硫模块构造成基于尾气处理系统的脱硫要求而相对于所述颗粒过滤器再生操作独立地启动尾气处理系统的脱硫操作，所述脱硫操作通过将尾气处理系统中的尾气温度升高到脱硫温度而实现。

根据本申请的一种可行实施方式，颗粒过滤器再生模块基于发动机的累积运行量和/或颗粒过滤器两侧的压差确定颗粒过滤器再生条件。

根据本申请的一种可行实施方式，所述脱硫模块在前后两次相继的颗粒过滤器再生操作之间启动一次脱硫操作，该脱硫操作与任何颗粒过滤器再生操作之间存在间隔。或者，所述脱硫模块在前后两次相继的颗粒过滤器再生操作之间启动多次脱硫操作，其中各脱硫操作之间存在间隔、优选规则间隔、例如相等的间隔，并且优选地，颗粒过滤器再生操作与其相邻的脱硫操作之间也存在间隔；并且进一步优选地，各次脱硫操作在相同的脱硫温度下或在不同的脱硫温度下进行。

根据本申请的一种可行实施方式，颗粒过滤器再生温度在500℃至850℃的范围内，优选550℃至750℃，最优选600℃至680℃。

根据本申请的一种可行实施方式，所述脱硫温度在350℃至700℃的范围内，优选400℃至650℃，最优选400℃至550℃。

根据本申请的一种可行实施方式，所述脱硫温度的范围低于所述颗粒过滤器再生温度的范围，从而在脱硫操作期间颗粒过滤器中捕集的颗粒物不被烧掉；或者，至少一次脱硫温度的范围与所述颗粒过滤器再生温度的范围至少部分地重合，从而在该脱硫操作期间颗粒过滤器中捕集的颗粒物被烧掉一部分。

根据本申请的一种可行实施方式，所述脱硫模块被构造可临时停用；和/或所述脱硫模块被构造成能够基于燃油质量、发动机的运转环境和发动机的常规运转状态来调节脱硫操作参数。

根据本申请的一种可行实施方式，尾气处理系统还包括布置在颗粒过滤器上游的氧化催化转化器，其中，所述脱硫模块被构造成去除氧化催化转化器中沉积的含硫成分。

根据本申请的一种可行实施方式，通过控制发动机的操作或通过使用主动加热器件来升高尾气温度。

根据本申请的另一个方面，提供了一种用于柴油发动机的尾气处理方法，包括：在达到发动机的尾气处理系统的颗粒过滤器再生条件时，即通过将颗粒过滤器中的尾气温度升高到颗粒过滤器再生温度而执行颗粒过滤器再生操作；以及基于尾气处理系统的脱硫要求，相对于所述颗粒过滤器再生操作独立地执行通过将尾气处理系统中的尾气温度升高到脱硫温度而实现的一或多次脱硫操作。

根据本申请，相对于颗粒过滤器再生操作独立地启动脱硫操作。这样。在颗粒过滤器再生操作时，可以避免或抑制白烟。

附图说明

图1是根据现有技术的不带DeSOx的DPF再生过程的示意性曲线图；

图2是根据现有技术的耦合有DeSOx的DPF再生过程的示意性曲线图；

图3是根据本申请的可行实施方式的发动机尾气处理系统的示意图；

图4是根据本申请的一个实施方式的发动机尾气处理方法的示意性曲线图；以及

图5是根据本申请的另一实施方式的发动机尾气处理方法的示意性曲线图。

具体实施方式

下面参照附图描述本申请的一些优选实施方式

如图3中示意性显示，根据本申请的一种可行实施方式，提供了一种用于柴油发动机的尾气处理系统1，其主要包括布置在发动机1的排气管2中的DOC3，在DOC3下游布置在排气管2中的DPF4，和控制器5，其包括DPF再生模块和DeSOx模块，这两个模块分别被构造成控制尾气处理系统的DPF再生操作和DeSOx操作。

根据本申请的一个实施方式，当达到DPF再生条件时，由控制器5的DPF再生模块即启动DPF4的再生。

根据本申请的一个实施方式，DPF再生条件可以基于发动机的累积运行量的阈值确定。累积运行量可以包括发动机消耗的柴油量，发动机的运转时间，装备有该发动机的车辆或其它设备的运行里程，等等。用于确定DPF再生条件的累积运行量的阈值可以根据一些因素被修正，如本领域中所知。

作为附加或替代措施，连接着控制器5的压差传感器6横跨DPF4布置，用于检测排气管2中DPF4上下游之间的压差。压差传感器6检测到的压差被控制器5的DPF再生模块用于判断DPF4的负荷状态，以确定DPF再生条件。当压差达到阈值时，控制器5启动DPF4的再生。

其它测量值也可以被用来确定DPF再生条件。

根据本申请，DPF4的再生通过升高尾气温度实现。各种升高尾气温度的方法可被用于此，例如，通过在DPF4上游添加由控制器5控制的主动加热器件(未示出)，实际上其位于DOC3的上游，以便也用以实现DOC3的DeSOx。加热器件可以是附加的燃油喷射器、电加热器等等。

可以理解，在本申请中采用主动加热器件是可行的，但由于这会增加尾气处理系统的成本而不是最优选的。为此，根据本申请的一种优选实施方式，控制器5的DPF再生模块通过控制发动机1的操作来升高尾气温度。例如，通过延迟发动机起燃角度和/或通过减小进气/燃油比(λ)，可以产生更多的未燃烧碳氢化合物，这些未燃烧碳氢化合物将在DOC3中燃烧，以升高流经DOC3和DPF4的尾气的温度。

升高的尾气温度引起DPF4中捕集的碳烟(主要是碳的形式的颗粒物)燃烧，以消除大部分碳烟。这里，如此升高的用于燃烧掉碳烟的尾气温度被称作“DPF再生温度”。DPF再生温度的级别会影响DPF的再生。例如，DPF再生温度高，则碳烟的燃烧更充分，且DPF的再生会加速，但如果温度过高，则可能导致DOC3和/或DPF4受损。因此，DPF再生温度可以设置在500℃至850℃的范围内，优选550℃至750℃，最优选600℃至680℃。

尾气处理系统还包括独立的DeSOx功能。为此，控制器5中可以包括DeSOx模块，其相对于DPF再生模块分立设置，用于基于尾气处理系统的DeSOx要求(例如，控制器5判断出燃油中含硫量达到一定值，并且尾气中的含硫成分会导致尾气处理系统中的部件性能劣化，例如硫中毒)而相对于DPF再生操作独立地启动DeSOx操作。

如前所述，本申请的DeSOx模块基于尾气处理系统的脱硫要求而相对于DPF再生操作独立地启动脱硫操作。这里所谓的“独立地启动脱硫操作”是指脱硫操作并不必然伴随着DPF再生操作，这两种操作之间没有关联，彼此独立地执行。

根据本申请的一个实施方式，可以在前后两次DPF再生操作之间执行一次DeSOx操作，该DeSOx操作与任何DPF再生操作之间存在间隔，从而将DeSOx操作和DPF再生操作明显分开。

根据本申请的另一个实施方式，可以在前后两次DPF再生操作之间执行多次DeSOx操作。各次DeSOx操作之间存在一定的间隔，优选规则的间隔、例如相等的间隔。此外，DPF再生操作优选和与其相邻的DeSOx操作之间存在间隔，该间隔可以等于各次DeSOx操作之间的间隔，从而将DeSOx操作和DPF再生操作明显分开。当然，本申请的范围也涵盖了在所述多次DeSOx操作中的最后一次DeSOx操作之后立即进行DPF再生操作的情况。

需要指出，这里所说的“间隔”，可以是发动机运转时间间隔，或装备有该发动机的车辆或其它设备的运行里程间隔。

图4和5显示了前面描述的尾气处理系统可以执行的DPF再生操作模式。这些操作也构成了根据本申请的尾气处理方法。

在图4和5中，横坐标表示发动机的累积运行量。如前所述，累积运行量可包括，但不限于，发动机耗用的柴油量，发动机的运转时间，装备有该发动机的车辆或其它设备的运行里程，等等。此外，线L1代表尾气温度，尤其是DOC3或DPF4中的温度，线L2代表DPF4中捕集的碳烟量，线L3代表尾气处理系统中聚集的含硫成分量，尤其是DOC3中、并且可能在DPF4中聚集的含硫成分量。纵坐标表示线L1、L2和L3的相对级别。

在图4所示实施方式中，在设定点Rn，DPF再生由控制器5通过将尾气温度、尤其是DPF4中的尾气温度升高到DPF再生温度而触发。DPF再生被持续一个DPF再生时段。该时段被确定为能够使得DPF4中捕集的碳烟量通过燃烧而消除到期望的程度，例如，消除80％以上。

在该DPF再生之前，一或多次DeSOx操作在设定点DeS1、DeS2、Des3…被触发，并且在该DPF再生之后、但在下一次DPF再生之前，后续的一或多次DeSOx操作在相应设定点(只有一个设定点在图4标记为DeS1’)被触发。

对于每次DeSOx，尾气温度、尤其是DOC3中的尾气温度被升高到DeSOx温度，其在图4所示实施方式中低于DPF再生温度。为了消除或解吸附SOx，DeSOx温度可以设置在350℃至700℃的范围，优选400℃至650℃，最优选400℃至550℃。

与DPF再生类似，DeSOx温度可以通过前面描述的主动加热器件升高。作为更为优选的替代措施，可由控制器5控制发动机1的操作实现，如前所述。

应指出，用于各次DeSOx操作的DeSOx温度可以彼此相同或不同，或者可以基于控制器5监视的实际条件而改变。

每次DeSOx操作中的DeSOx温度可以维持一个DeSOx时段。DeSOx时段通常短于DPF再生时段。当前后两次相继的DPF再生操作之间存在多次DeSOx操作时，每个DeSOx时段显著短于DPF再生时段。

从图4中可以看出，在每次DeSOx操作中，蓄积的含硫成分被消除到预期的程度，如线L3所表示，从而尾气处理系统中的硫负荷降低到非常低的程度。通过这种方式，在DPF再生操作期间，没有大量的含硫成分被释放，因此可以避免白烟。

在图4所示的实施方式中，DeSOx温度设置为低于DPF再生温度范围。这样，在每次DeSOx操作中，不会烧掉碳烟，而是只在DPF再生操作中去除碳烟，如线L2所表示。

在本申请的一种改型中，如图5所示，用于一次、多次甚至全部DeSOx操作的DeSOx温度范围设置成与DPF再生温度的范围至少部分地重合，例如DeSOx温度与DPF再生温度相同。根据这种实施方式，在这样的DeSOx操作中，不但蓄积的含硫成分被消除到预期的程度，如线L3所表示，而且一定比例的碳烟被烧掉，如线L2所表示。这样，在执行DPF再生时，只需要烧掉减小了的量的碳烟。因此，同图4中的实施方式相比，DPF再生时段可以缩短。图5中的实施方式的其它方面与图4中的类似，因而不再重复叙述。

根据一种可行实施方式，控制器5可以调节DeSOx操作中的操作参数，例如DeSOx温度，各DeSOx操作之间的间隔，等等，根据实际情况，并且考虑到一些因素，例如燃油质量，发动机或车辆的运转环境(空气质量，温度，海拔高度，路况，等等)，常规运行状态(低俗或高速，轻载或重载，等等)。计入了所有影响所述间隔的因素的查表可以存储在DeSOx模块中，用以确定该间隔。根据一种可行实施方式(尽管出于成本原因而不是最优选的)，硫传感器可以用于检测DOC3中的含硫成分量，从而控制器5可以基于硫传感器的检测数据来确定DeSOx的启动。

根据一种可行实施方式，控制器5可以在图4和5所示的DeSOx操作模式之间进行切换。此外，在一些状况下，例如，当控制器5判断出尾气处理系统中蓄积的含硫成分量很低，或当无硫燃料被使用时，控制器5可以不触发DeSOx操作。

本领域技术人员可对前面描述的细节做出各种修改。例如，为了更精确地控制DeSOx温度和DPF再生温度，尾气处理系统可以包括温度传感器(未示出)，所述温度传感器连接着控制器5a并且布置在DOC3上游和/或布置在DOC3和DPF4之间和/或布置在DPF4下游，用于监视在这位部位的排气管2中尾气温度。控制器5可以基于这些检测的温度调节DPF再生操作和DeSOx操作，一方面，要实现有效和高效的DeSOx和DPF再生，另一方面，要保护DOC3和DPF4。

此外，本申请的尾气处理系统和方法可被用于任何配备有DPF并且在尾气系统中有含硫成分沉积的柴油发动机(尾气系统可以带有或不带DOC，或带有其它类型的尾气处理部件)。

根据本申请，DeSOx操作的触发独立于DPF再生操作，以便独立地减小尾气处理系统中蓄积的含硫成分量。这样，在DPF再生操作期间，可以避免或抑制白烟。

同时，根据实际条件，DeSOx操作参数可被调节，并且DeSOx操作可被临时禁用。因此，尾气处理系统的灵活性可以提高，并且不会对排放产生负面作用。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (10)

1.一种用于柴油发动机的尾气处理系统，包括：

颗粒过滤器；和

控制器，其包括颗粒过滤器再生模块，所述颗粒过滤器再生模块构造成在判断出达到了颗粒过滤器再生条件时即启动颗粒过滤器再生操作，所述颗粒过滤器再生操作通过将颗粒过滤器中的尾气温度升高到颗粒过滤器再生温度而实现；

其中，控制器还包括脱硫模块，所述脱硫模块构造成基于尾气处理系统的脱硫要求而相对于所述颗粒过滤器再生操作独立地启动尾气处理系统的脱硫操作，所述脱硫操作通过将尾气处理系统中的尾气温度升高到脱硫温度而实现。

2.根据权利要求1所述的尾气处理系统，其中，颗粒过滤器再生模块基于发动机的累积运行量和/或颗粒过滤器两侧的压差确定颗粒过滤器再生条件。

3.根据权利要求1或2所述的尾气处理系统，其中，所述脱硫模块在前后两次相继的颗粒过滤器再生操作之间启动一次脱硫操作，该脱硫操作与任何颗粒过滤器再生操作之间存在间隔；或者

所述脱硫模块在前后两次相继的颗粒过滤器再生操作之间启动多次脱硫操作，其中各脱硫操作之间存在间隔、优选规则间隔、例如相等的间隔，并且优选地，颗粒过滤器再生操作与其相邻的脱硫操作之间也存在间隔；并且进一步优选地，各次脱硫操作在相同的脱硫温度下或在不同的脱硫温度下进行。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的尾气处理系统，其中，颗粒过滤器再生温度在500℃至850℃的范围内，优选550℃至750℃，最优选600℃至680℃。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的尾气处理系统，其中，所述脱硫温度在350℃至700℃的范围内，优选400℃至650℃，最优选400℃至550℃。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的尾气处理系统，其中，所述脱硫温度的范围低于所述颗粒过滤器再生温度的范围，从而在脱硫操作期间颗粒过滤器中捕集的颗粒物不被烧掉；或者

至少一次脱硫温度的范围与所述颗粒过滤器再生温度的范围至少部分地重合，从而在该脱硫操作期间颗粒过滤器中捕集的颗粒物被烧掉一部分。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的尾气处理系统，其中，所述脱硫模块被构造可临时停用；和/或

所述脱硫模块被构造成能够基于燃油质量、发动机的运转环境和发动机的常规运转状态来调节脱硫操作参数。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的尾气处理系统，还包括布置在颗粒过滤器上游的氧化催化转化器，其中，所述脱硫模块被构造成去除氧化催化转化器中沉积的含硫成分。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的尾气处理系统，其中，通过控制发动机的操作或通过使用主动加热器件来升高尾气温度。

10.一种用于柴油发动机的尾气处理方法，包括：

在达到发动机的尾气处理系统的颗粒过滤器再生条件时，即通过将颗粒过滤器中的尾气温度升高到颗粒过滤器再生温度而执行颗粒过滤器再生操作；以及

基于尾气处理系统的脱硫要求，相对于所述颗粒过滤器再生操作独立地执行通过将尾气处理系统中的尾气温度升高到脱硫温度而实现的一或多次脱硫操作。