CN106437960A

CN106437960A - 双催化剂加热系统

Info

Publication number: CN106437960A
Application number: CN201610628213.8A
Authority: CN
Inventors: M·巴莱诺维奇; F·格贝尔; M·A·施奈德; M·赖歇特; F·D·斯迈特; P·罗丝
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2017-02-22
Also published as: DE102016213322A1; US9968886B2; DE102016213322B4; US20170037799A1

Abstract

本发明涉及双催化剂加热系统。提供了用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理的方法和系统。在一个示例中，排气后处理包括布置在排气管中的至少两个催化剂装置，以及布置在两个催化剂之间的用于还原剂的进给装置，并且还包括在第一催化剂的进口处的第一加热装置和在第一加热装置下游的第二加热装置，该系统适合用于氮氧化物的还原。

Description

双催化剂加热系统

相关申请的交叉参考

本申请要求于2015年8月5日提交的德国专利申请No.102015214906.4的优先权，该专利的全部内容在此以引用的方式并入以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理的系统，特别是用于经由被引入到排气流中的还原剂来还原氮氧化物的系统，该系统具有布置在排气管中的至少两个催化剂装置，和至少两个加热装置。

背景技术

柴油机排气的后处理尤其被用于还原排气中的氮氧化物含量。用于该目的的一个已知的方法为“选择性催化还原”(SCR)。在SCR中，氮氧化物通过还原剂氨在催化剂的作用下被还原成水和氮。照惯例，氨以尿素溶液(例如，AdBlue)的形式被引入到SCR催化剂前面的排气管中。催化剂理想上被提供用于水解。

如果尿素溶液被引入到排气管中，那么氨和异氰尿酸由尿素通过热分解形成，且然后氨和二氧化碳由异氰尿酸通过水解形成。

然而，本文的发明人已经认识到此类柴油机气体的后处理手段的潜在问题。举例来说，以上讨论的方法可需要足够高的排气温度用于使反应以最佳方式继续进行。例如，含尿素的还原剂的放热-水解转化在低温下不工作。进一步地，SCR反应也依赖于温度。低于150℃，可事实上不存在反应，而在高于220℃下几乎100％的反应发生。而且，反应效率取决于各种氮氧化物的比。在低排气温度的状况下，例如，在城市交通中，SCR催化剂中的转化效率相对低。甚至在从发动机释放的排气温度高时，由于一种或多种其它排气催化剂下游的SCR催化剂的位置(例如，如排气管中的第二元件或第三元件)，排气的热能可损失在燃烧发动机和SCR催化剂之间。因而，到达SCR催化剂的排气可能不够热。

因此，本公开的目标在于为还原剂的分解和SCR的进行提供足够高的温度。

发明内容

本发明的第一方面涉及用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理的系统，该系统包括排气管；布置在排气管中的第一催化剂装置；布置在排气管中的第一催化装置下游的第二催化剂装置；布置在第一催化剂装置与第二催化剂装置之间用于喷射还原剂的进给装置(feed device)；布置在第一催化剂装置的进口处的第一加热装置和布置在第一催化剂装置下游的第二加热装置；以及控制装置。

该系统的优点可包括具有根据操作情况增加排气的温度的能力。因而，在起动燃烧发动机之后，能够立即开始催化剂的操作。另外，将尿素溶液后方喷射到暖表面(诸如第一催化剂的背面)上，与在较低的温度下进一步向下游喷射相对照，增加了排气排放物的分解。本发明的进一步的有利实施例从另外的独立权利要求和从属权利要求、说明书、附图和例示性实施例中将变得容易理解。

在本申请中，术语“还原剂”也被用于还原剂的前体，例如用于尿素或尿素水溶液，即使实际的还原剂是从尿素在转化反应中形成的氨。换言之，还原剂是间接提供的。

术语“催化剂装置”被用于概指包含至少一种催化剂的技术单元。催化剂装置中可布置多个催化剂。例如，催化剂装置的基体的一部分涂覆有催化活性层，为此术语“带有催化剂的涂层”也用于本申请。

在一个示例中，第一加热装置被布置在第一催化剂装置的进口。第一加热装置有利地用于加热进入第一催化剂装置的排气以便达到氧化催化剂的操作温度或者间接用于加热SCR催化剂。这样，可不考虑SCR催化剂关于排气管中其它排气催化剂的位置而使在SCR催化剂处的排气足够热。

在另一个示例中，第一加热装置涂覆有氧化催化剂。借助于经由第一加热装置达到必要温度，因此碳氢化合物和一氧化碳能够在起动燃烧发动机的短时间内在氧化催化剂上被氧化。贫NOx捕集器(LNT)也可布置在第一催化剂装置中。LNT被用于在燃烧发动机以贫燃料混合物操作期间存储氮氧化物。当所存储在氮氧化物在富混合物操作中被释放时，氮氧化物被释放并且在SCR催化剂上被还原。SCR催化剂可布置在第一催化剂装置中，有利地在下游端处，即在出口处。

第二加热装置也可布置在第一催化剂装置的出口处。第二加热装置有利地用于加热排气以便达到SCR催化剂的操作温度或直接用于将SCR催化剂加热到其操作温度。

如果第二加热装置布置在第一催化剂装置的出口处，那么其可涂覆有用于选择性催化还原的催化剂和/或涂覆有水解催化剂。由于也可借助于第二加热装置针对SCR催化剂的操作生成用于尿素热分解的必要温度，因此该布置有利地允许从LNT释放的氮氧化物的还原。除还原氮氧化物的功能之外，SCR催化剂也具有水解功能，从而使其可能例如将尿素转化成氨并且使用它进一步还原氮氧化物。除SCR涂层以外，也能够布置单独的水解催化剂。

第二加热装置也能够处于第一催化剂装置与第二催化剂装置之间的更远地下游。SCR涂层可被应用到在第一催化剂装置中且在第一催化剂装置与第二催化剂装置之间的排气管中的第二加热装置的布置。

在进一步的示例中，在根据本发明的系统中，在第一催化剂装置与第二催化剂装置之间布置至少一个混合器。混合器有利地用于使引入到排气管中的还原剂均匀分布，从而避免沉积在排气管中，尤其是在尿素的情况下。此外，混合器使还原剂能够在第一催化剂单元的出口处被馈送，从而确保其可在那里用于在SCR催化剂上还原氮氧化物。这样，可沿与排气流通过第一催化剂单元的方向相反的面向后方的方向将还原剂喷射到第一催化剂单元中。

本发明的第二方面涉及具有根据以上所述的本发明的排气系统的机动车辆。因此根据本发明的机动车辆具有带有排气管和控制装置的系统，在排气管中布置了至少一个第一催化剂装置和一个布置在第一催化剂装置下游的第二催化剂装置以及布置在两个催化剂装置之间的用于还原剂的进给装置，在该系统中第一加热装置布置在第一催化剂装置的进口处并且第二加热装置布置在第一催化剂装置下游。

本发明的第三方面涉及用于借助于根据本发明的系统还原氮氧化物的排气后处理的方法，该方法包括：起动燃烧发动机，然后接通(switch on)第一加热装置，然后当达到第一温度阈值时引入还原剂，并且然后接通第二加热装置。

该方法的优点相当于根据本发明的系统的优点。

在根据本发明的方法的一个示例中，在达到第二温度阈值的情况下在进一步的步骤中切断(switch off)第二加热装置。当获得用于放热-水解转化和SCR功能的足够高的排气温度时，达到第二温度阈值。在这种情况下，借助于第二加热装置的另外的加热可以不是必要的。

在又一个示例中，在第二加热装置被接通的情况下可切断第一加热装置。然而，在第二加热装置接通的同时第一加热装置保持接通也是可能的。

附图说明

通过附图更详细地阐明本发明，其中：

图1示出了发动机的示意图。

图2示出了发动机的排气后处理系统的示意图。

图3示出了排气后处理系统的替代实施例的示意图。

图4示出了用于操作用于还原氮氧化物的排气后处理系统的方法。

图5示出了展示用于操作还原氮氧化物的排气后处理系统的示例映射图。

具体实施方式

现在参考图1，其示出了多汽缸发动机10的一个汽缸的的示意图，该发动机可包括在车辆的推进系统中。发动机10可至少部分地通过包括控制器12的控制系统115和经由输入设备130通过来自车辆操作者的输入来控制。在该示例中，输入设备130包括加速器踏板和用于生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(例如，汽缸)30可包括带有定位于其中的活塞36的燃烧室壁32。活塞36可联接到曲轴40以便活塞的往复运动被转变为曲轴的回转运动。曲轴40可经由中间变速器系统联接到车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动器马达可经由飞轮(未示出)联接到曲轴40以使启用发动机10的起动操作。

燃烧室30可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气空气并且可经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够选择性地分别经由进气门52和排气门54与燃烧室连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在图1所描绘的示例中，进气门52和排气门54可经由各自的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动来控制。凸轮致动系统51和53可各自包括一个或多个凸轮并且可利用可通过控制器12操作的凸轮轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一种或多种以改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可分别由位置传感器55和57确定。在替代实施例中，进气门52和/或排气门54可通过电动气门致动来控制。例如，汽缸30可选择地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动来控制的排气门。

在一些实施例中，发动机10中的每个汽缸都可被配置有用于将燃料提供到汽缸的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸30被示出包括一个燃料喷射器66。燃料喷射器66被示出直接联接到汽缸30用于将燃料直接喷射到汽缸。也将清楚的是，在燃烧循环期间，汽缸30可从多个喷射器接收燃料。

在一个示例中，发动机10可为通过压缩点火燃烧空气和柴油燃料的柴油机。在另一些非限制性实施例中，发动机10可为用于通过压缩点火和/或火花点火燃烧包括汽油、生物柴油或包含混合燃料的酒精(例如，汽油和乙醇或汽油和甲醇)的不同燃料的柴油混合动力式的。

进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，可通过控制器12经由提供至节气门62所包括的电动马达或致动器的信号来改变节流板64的位置，该配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以这种方式，可操作节气门62以改变提供给其它发动机汽缸中的燃烧室30的进气空气。节流板64的位置可通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可包括分别用于向控制器12提供信号MAF和MAP的质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122。

进一步地，排气再循环(EGR)系统可将期望部分的排气从排气通道48经由EGR通道140按规定路线运送到进气歧管44。可通过控制器12经由EGR阀142改变所提供的EGR的量。如所描绘的，EGR系统进一步包括EGR传感器144，该EGR传感器144可布置在EGR通道140内并且可提供压力、温度和排气浓度中的一个或多个的指示。

排气系统128包括联接到排气后处理系统70上游的排气通道48的排气传感器126。排气传感器126可为用于提供排气空/燃比的指示的任何适合的传感器，诸如例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热型EGO)、NOx、HC或CO传感器。排气处理系统70被示出沿着排气传感器126下游的排气通道48布置。

排气处理系统70可包括多个排放控制装置。例如，排气处理系统70可包括通向沿着排气通道48设置的第一催化剂装置80的进口158。第一催化剂装置80可进一步容纳第一加热装置146、氧化催化剂148和SCR催化剂152。第二加热装置154位于第一催化剂装置80的出口160。第一混合器136可另外见于出口160中，第一混合器136的后面是沿着第一催化剂装置80下游的排气管48的第二混合器138。进给装置84可设置在第一催化剂装置80的下游和第二催化剂82的上游。第二催化剂装置82可沿着第一催化剂装置80下游的排气管48设置并且包括SCR催化剂156。柴油颗粒过滤器(DPF)86可沿着第二催化剂82下游的排气管设置。在又一些示例中，被配置有SCR涂层的DPF能够被提供为第二催化剂82。例如，排气管可以包括加热器-DOC(或者LNT)-SCR条-加热器-SDPF-底层SCR构造。进一步详细描述排气后处理系统70的系统组件可见于以下的图2中。

温度传感器87、88、90、92和94和NOx传感器91可设置在沿着排气处理系统70中每个装置的上游和下游的排气管48的点处。举例来说，如图1所示，温度传感器87可被放置在第一催化剂装置80的上游并且可被用于检测通过进口158进入第一催化剂装置80的排气的温度。描述示例传感器的另外的示例可更详细地见于本文。

发动机10可进一步包括控制系统115。控制系统115可容纳控制器12，控制器12在图1中被示出为微型计算机，该微型计算机包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、在特定示例中被示出为只读存储器芯片(ROM)106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和数据总线。控制器12可与联接到发动机10的传感器连通并且因此被配置用于接收从来自联接到发动机10的传感器的各种信号，除先前讨论过的那些信号之外，还包括：来自质量空气流量传感器120的引入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自联接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；来自传感器88的第一催化剂装置的温度；来自传感器91的排气管中的氮氧化物；来自联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型)的表面点火感测信号(PIP)；来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)；来自压力传感器122的歧管绝对压力信号(MAP)；以及来自排气传感器126的排气成分浓度。发动机转速信号RPM可由控制器12根据信号PIP生成。

存储介质只读存储器芯片106能够用表示可由微处理器单元102执行的用于实行以下所述的例程以及可预料的但未具体列出的其它变体的指令的非临时性计算机可读数据来编程。本文参考图2至图3描述了示例例程。

如以上所述，图1仅示出了多汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸都可同样地包括其自己的一组进气门/排气门、燃料喷射器等等。

现在转向图2，其示出了根据图1中的发动机系统的排气后处理系统70的示意图。来自燃烧发动机(未示出)的排气穿过排气干48。理想上，燃烧发动机为自点火燃烧发动机。

第一催化剂装置80沿排气的流动方向布置在排气管48中。第一加热装置146布置在第一催化剂装置80的进口158处。第一加热装置146被氧化催化剂148覆盖，即，被相应的催化活性涂层覆盖。氧化催化剂148理想上为柴油氧化催化剂。氧化催化剂148被放置在SCR催化剂152的上游，两者皆位于第一催化剂装置中。在另一些示例中，LNT能够被用于代替氧化催化剂。第一催化剂后方包括SCR条并且在前方带有LNT的实施例有利地能够实现在待由SCR条利用的富吹扫(purge)期间的原位产生的NH₃。

NOx在柴油气体的燃烧期间产生并且由此密集地聚集在所得的排气排放物中。排气经由进口158进入第一催化剂装置80并且流过氧化催化剂148。其中氧化催化剂148包括DOC，催化剂将NO氧化成NO₂，从而能够增强下游SCR NOx还原。在氧化催化剂包括LNT的示例中，催化剂可以在富吹扫期间存储并还原NOx。还在能够由SCR下游利用的富吹扫期间产生额外的NH₃。NOx的进一步的转化发生在SCR催化剂处并且取决于进入SCR催化剂152的NO₂/NOx比。

如以上所提及的，在低温操作期间，诸如城市驾驶，SCR催化剂中的转化效率能够保持相对低。在该实施例中，SCR发生在排气系统的上游。由于第一加热装置158，流到第一催化剂装置80中的排气的温度可被增加，从而增加了SCR催化剂中的温度并且提高了转化效率。另外的组件可有助于用于被提高的转化效率的温度控制，如在以下进一步详细阐明的。

第二加热装置154布置在第一催化剂装置80的出口160处。第二加热装置154被SCR催化剂152覆盖，即，被相应的涂层覆盖。加热装置可电操作，但作为替代，也可使用其它能源来操作。

进给装置84在空间上接近第一催化剂装置80的出口160布置。借助于进给装置84，还原剂或被催化转化成还原剂的物质的溶液从相应的贮存器(未示出)被引入到排气管48中，从而允许溶液直接进给到出口160上。由此处，溶液可进入与SCR催化剂152和/或布置在那里的任选的水解催化剂接触。

进给装置84可被设计为喷射装置但也能够包括其它用于引入物质、理想上的液体或水溶液的有利设计。在所述溶液中的尿素被放热且水解转化成氨。作为一种选择，使用剂AdBlue。作为替代，在氨能以气态形式可用的状况下其也可能以气态被直接引入；然而，这不是常规实践。

混合器136布置在第一催化剂装置80与第二催化剂装置82之间的排气管48中，直接空间上接近第一催化剂装置80的出口160。混合器136有利地用于混合被喷射的还原剂与排气，从而避免沉积在排气管中，尤其是在尿素的情况下。此外，混合器使还原剂能够在第一催化剂单元的出口处被馈送，从而确保其可在那里用于在SCR催化剂上还原氮氧化物。

如以上所提及的，为经由SCR还原排气排放物，NOx进一步通过主动尿素溶液(AdBlue)的定量给料被NH3还原。在低温下，尿素到NH3的转化效率是低的。在高温下，用水解催化剂(诸如SCR催化剂)将尿素溶液喷射到暖表面上能够进一步改善过程。从而，后方喷射到暖SCR催化剂152上与向下游喷射相对照，可有利于转化。SCR催化剂152的表面可通过从排气管48流到第一催化剂装置80中的排气加热。可以以更高的速率通过第一加热装置158和第二加热装置154获得另外的加热。另外，容纳第二加热装置154的第一催化剂装置148的背面可涂覆有SCR涂层(铜、铁沸石或五氧化二钒基)。该涂层也具有水解功能，从而帮助将尿素分解成NH3。进一步地，NH3可存储在第一催化剂装置80上，使其容易地用于与离开氧化催化剂148的NOx反应。

第二催化剂装置82布置在排气管48中、第一催化剂装置80的下游。特别地，第二催化剂装置82容纳SCR催化剂156。与在第一催化剂装置80中的一样，SCR催化剂可由例如铜、铁沸石或五氧化二钒组成。另外，第二催化剂装置82可具有在出口区域(未示出)中的氨阻隔催化剂，该氨阻隔催化剂被用于氧化不被消耗为用于氮氧化物的还原剂的氨，以确保该氨不被释放到环境中。

在替代实施例中，水解催化剂也能够另外地布置在第一催化剂装置80中以确保尿素(未示出)的快速水解，同时具有所述水解催化剂与SCR催化剂152一起布置或单独布置在那里的可能性。然而，作为替代，水解催化剂也可布置在第一催化剂装置80与第二催化剂装置82之间的排气管中。另外，在第一催化剂装置80中也可布置特定过滤器(诸如图1中的DPF86)或其它对于本领域技术人员熟悉的排气后处理装置例如贫NOx捕集器(LNT)。

NOx传感器91可布置排气管48中第一催化剂80的下游和第二催化剂82的上游，排气管48连接两个催化剂装置。

混合器138此外在排气管48中沿第二催化剂装置82的方向向下游布置。与混合器136一样，混合器138有利地用于被引入到排气管中的还原剂的均匀分布。系统中也可能只存在一个混合器136。在系统中也可能不存在混合器。混合器的类型和数目取决于系统以及氨分布的需要。

在系统70中可能存在进一步的催化剂装置，并且这些催化剂装置能够布置在第一催化剂装置80的上游和第二催化剂装置82的下游。然后第一加热装置146理想上布置在首先处于相应的布置中的催化剂装置的进口处。然后第二加热装置154理想上空间接近进给装置84布置。

控制系统115被示出接收来自多个传感器16(本文描述了其各种示例)的信息并且将控制信号发送到多个致动器81(本文描述了其各种示例)。控制系统115包括控制器12。控制器12可接收来自各种传感器的输入数据。例如，传感器16可包括位于第一催化剂装置80上游的传感器并且可用于检测通过进口158进入第一催化剂装置80的排气的温度，该传感器诸如传感器87。再如，传感器16可包括放置在第一催化剂装置14中用于检测第一催化剂装置80的加热的传感器，诸如传感器88。再如，传感器16可包括放置在第一催化剂装置80的下游用于检测从第一催化剂装置80流到第二催化剂装置82的排气温度的传感器，诸如传感器90。又如，传感器16可包括位于第一催化剂装置80下游用于检测被选择性催化还原遗漏的潜在氮氧化物的传感器，诸如传感器91。最后例如，传感器16可包括感测离开第二催化剂装置82的排气的温度的传感器，诸如传感器92。

根据图2中的实施例，系统70为直线的或直列式系统。已经考虑了系统的其它可能的配置，诸如L形、T形或U形。催化剂能够基于陶瓷或金属。

作为替代，图3示出了以第二加热装置154布置在第一催化剂装置80与第二催化剂装置82之间的排气管48中即直接在第二催化剂装置82的进口的前面为特征的排气后处理系统的不同实施例。这里，水解催化剂和第二加热装置154能够与彼此结合布置。在这种情况下，不存在对涂覆在第一催化剂装置80的出口上的SCR的需要。然而，在第一催化剂装置80中存在LNT的情况下可提供此类涂层。进一步地，与图2中的实施例对比，尿素水溶液不直接进给到出口160上，而是相反地朝向第二催化剂装置82沿着排气流向前喷射。这样，还原剂沿排气流通过第二催化剂的方向朝向第二催化剂的进口通过喷射被引入。

如果LNT布置在第一催化剂装置80中，在富吹扫期间的NOx主要在LNT催化剂上还原。排气NOx的离开LNT的部分然后能够在下游SCR催化剂上被还原。

在图4中，示出了响应于发动机冷起动使用加热装置(诸如图1中的第一加热装置146和第二加热装置154)用于加热双催化剂系统(诸如图1中的第一催化剂装置80和第二催化剂装置82)的示例例程400。例程进一步在发动机运转的操作状况期间在一个示例中使用尿素水溶液的后方喷射结合选择性催化还原。

在405处开始，例程包括估计和/或测量发动机工况。所估计的状况可包括例如发动机转速、扭矩需求、发动机负载、发动机温度、排气催化剂温度、排气空燃比、升压需求等等。

例程400在410处继续确定当前状况是否表示冷发动机起动状况。在一个示例中，如果发动机温度或在发动机起动时的周围温度低于阈值温度，确认发动机冷起动状况。在一个示例中，阈值为排气催化剂起燃温度的函数。如果确定其不是发动机冷起动，那么可推测发动机足够暖并且例程400前进到415。在415处，在暖发动机状况下，例程400包括将还原剂诸如尿素溶液喷射到第一催化剂上。在一个示例中，尿素水溶液被后方喷射在第一加热装置的下游(诸如到第一催化剂上)，由此使得尿素喷射到第一催化剂中的方向与排气流通过第一催化剂的方向相反。在另一个示例中，尿素水溶液被前方喷射在第一加热装置的上游(诸如到第一砖的进口上)，由此使得尿素喷射到第一催化剂的方向与排气流通过第一催化剂的方向相同。在一个示例中，尿素溶液可经由进给装置诸如图1中的进给装置84被引入到第一催化剂下游的排气管中。来自暖发动机的排气随着其流过那里加热第一催化剂装置。在第一催化剂的后方喷射尿素水溶液为反应链以最佳方式继续进行提供暖表面。另外，沿与排气流相反的方向后方喷射还原剂使在排气流到第二催化剂中之前能够增强排气与还原剂的混合，在第二催化剂处还原剂用于排气组分的选择性催化还原。因而，改善了第二催化剂中排气排放物的催化处理。

所喷射的尿素的量基于操作状况，诸如发动机转速、扭矩需求、发动机负载、发动机温度、排气催化剂温度、排气空燃比、升压需求和所推测的或所估计的SCR催化剂上的NH₃负载。尿素的量也可以基于到SCR催化剂的NOx进给(如通过NOx传感器测量的或者经由模型估计的)。举例来说，控制器可使用其中输入为排气催化剂温度、SCR前的NOx水平、以及存储的NH₃水平中的一个或者多个，并且输出为尿素的量的查阅表基于计算确定用于喷射的尿素的量。

如果确认发动机冷起动，那么例程400继续进行到420。在420处，位于第一催化剂上游端处的第一加热装置(诸如图1中的第一加热装置146)经由控制器将接通装置的信号发送到加热装置致动器来接通。在本文第一加热装置先于第二加热装置(位于第一加热装置的下游端处)被激活，以便增快排气中一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NO)的氧化速度。这样，第一催化剂的温度可被升高到其中第一氧化催化剂被激活的水平。例如，第一加热装置可被操作以将第一催化剂的温度升高到170℃或高于170℃。在425处，在操作第一装置的同时，禁用第二加热装置(诸如图1中的第二加热装置154)。具体地，在启用第一加热装置时，禁用第二加热装置。根据这个，将清楚的是，在一些示例中第一加热装置和第二加热装置可互相排他地操作。

在430处，确定第一催化剂的温度是否大于第一阈值。在一个示例中，第一催化剂的温度可基于第一催化剂的进口或出口处的排气的温度来推测。可替代地，温度可通过联接到第一催化剂(例如，到砖)的温度传感器来估计。

如果没有达到第一温度阈值，那么在435处，例程包括维持第一加热装置激活直到达到目标温度为止。在440处，第二加热装置保持停用。这样，排气的温度能够以受控的方式增加。

如果达到第一温度阈值(例如，如果温度处于180℃或高于180℃)，那么例程400移动到445，其中还原剂被喷射到在第一催化剂处的排气管中。在一个示例中，所喷射的还原剂为尿素水溶液。在替代示例中，所喷射的还原剂为氨。还原剂可经由进给装置诸如图1至图3中的进给装置84引入。在一个示例中，还原剂经由后方喷射被引入。进给装置被定位在第一催化剂装置的出口处的排气管之上，其中喷嘴与第一催化剂装置的后方成一定角指向。因而，还原剂沿排气流的相反方向喷射，与排气朝向第二催化剂装置流出第一催化剂装置的出口一样。任选地，在450处在喷射还原剂的同时第一装置保持接通。同样，响应于在喷射还原剂的同时超过第一温度阈值，在455处接通第二加热装置。因而，后方喷射可发生在SCR催化剂的暖表面上。热效应使尿素的热分解和水解都加速，从而确保氨可用于还原排气中的氮氧化物。在该过程中，SCR催化剂也具有水解作用并且因此支持尿素转化成氨。一定数量的氨能够被存储在SCR催化剂中，从而确保氨可用于还原包含在排气中甚至在第一催化剂装置诸如图1中的第一催化剂装置80中的氮氧化物。

将清楚的是，在一些示例中，第一加热装置和第二加热装置可互相排他地操作。即，当超过第一温度阈值时，在第一加热装置被关闭时第二加热装置被打开。同样地，当低于第一温度阈值时，在第一加热装置被启用时第二加热装置被维持禁用。

这样，在冷状况期间，通过将第一催化剂装置和排气加热到第一阈值，可更好地确保尿素被更快地转化成氨，以及在氨-排气混合物涌入到第二催化剂装置(诸如图1中的第二催化剂装置82)之前排气与氨混合良好。这使氨能够以更有用的形式在下游SCR催化剂诸如图1中的SCR催化剂156处用作还原剂。另外，在上游催化剂处的还原剂的喷射和所得的经改善的上游混合使氨能够被存储在第二下游SCR催化剂装置中。过量的氨能够在布置在第二催化剂装置中的氨阻隔催化剂处(或者氨泄漏催化剂处)被氧化。

例程400可继续到460以确定排气的温度是否继续足够高以超过第二温度阈值。在一个示例中，第一催化剂的温度可基于在第一催化剂的进口或出口处的排气的温度来推测。可替代地，温度可通过联接到第一催化剂的温度传感器来估计。第二温度阈值可表示这样的排气温度，高于该排气温度第一催化剂是足够暖的以用于还原剂的分解和SCR的进行。

如果没有达到第二温度阈值，那么在465处，例程包括维持第一加热装置激活。进一步地，在470处，例程400包括也维持第二加热装置激活。这样，第一加热装置和第二加热装置二者都保持激活直到达到目标温度为止。通过加热第一催化剂装置的两端，确保排气加热。

如果达到第二温度阈值，(例如，如果温度处于或高于250℃)，在475处，例程包括任选地维持第一加热装置激活。在替代示例中，当达到第二温度阈值时，第一加热装置可被停用。进一步地，在480处，第二加热装置可被停用。这样，排气的温度能够以受控的方式降低。

如在此使用的，排气温度包括第一催化剂的温度。当该温度被用于激活第一加热器时，针对第二加热器的切换状况可以基于第二催化剂温度。而且，第一加热器在冷起动之后不必被立即接通/切换到开启。例如，可以存在一些最小温度Tmin1，高于该Tmin1，加热器被切换到开启。例如，针对第一加热器的切换状况能够包括Tmin1＜Tex1＜Tmax1，而针对第二加热器的切换状况可以包括Tmin2＜Tex2＜Tmax2。Tex1和Tex2分别可以是用于第一加热器和第二加热器切换的通用温度。它们之间可能存在区别。替代地，它们在一些示例中可以相同。

任选地，在485处可根据第三温度阈值评估排气温度。第三温度阈值可表示足够高以允许第一加热装置在490处被切断的排气温度。这样，如果超过第三温度阈值，即，如果排气是足够热的，那么可切断两个加热装置。进一步地，为根据所需或通行温度控制第一加热装置和第二加热装置的接通和切断，在系统中布置控制装置(未示出)。控制装置可与图1至图3中的控制器115类似。控制装置被配置为带有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，用于：响应于第一催化剂处的排气的温度低于第一阈值，致动第一加热装置；以及响应于第一催化剂处的排气的温度高于第一阈值，喷射一定量的还原剂并且致动第二装置。这里，也可基于模型接通或切断加热装置。此外控制取决于燃烧发动机的参数，例如，速度、燃料和排气质量流量。例程400可结束。

这样，例程400可包括：在发动机起动后，接通联接到第一催化剂的进口的第一加热装置，第一催化剂布置在排气通道中的第二催化剂的上游；以及当排气温度达到第一温度阈值时，经由进给装置将还原剂引入到第一催化剂与第二催化剂之间的排气通道中；以及接通联接到第一催化剂的出口的第二加热装置。

现在参考图5中的示例详细阐述示出了基于排气温度调节第一加热装置和第二加热装置的示例映射图。

具体地，图5中的映射图500在曲线505处描绘了发动机转速的变化、在510处描绘了排气温度的变化、在515处描绘了尿素水溶液喷射的调节、在520处描绘了对第一加热装置的调节，以及在525处描绘了对第二加热装置的调节。如以上解释的，排气的后处理可受限于排气自身的温度。后处理可包括用于通过以尿素溶液形式的还原剂氨还原氮氧化物的SCR。溶液经由背面喷射经由进给装置被喷射到第一催化剂装置的下游。对于还原剂的分解和SCR的进行需要足够高的排气温度。随着发动机起动和停止，排气的温度可波动。加热装置被用于使排气和/或催化剂砖变暖以维持足够高的温度，以用于任选的SCR转化。

在t0处，接收发动机起动命令(曲线505)。由于此刻周围温度较低，发动机起动可为冷起动并且排气的温度(曲线510)可不够高以激活排气催化剂。响应于发动机起动命令，发动机被起动转动并且第一加热装置被激活(曲线520)以增加CO、HC和NO的氧化时间。第一加热装置被联接到排气管路中的第一排气催化剂装置的上游端。激活第一加热装置包括致动开关以使电流流过第一加热装置。因为第一加热装置足以升高排气温度，所以此刻第二加热装置被维持禁用(曲线525)。同样，由于排气温度不够高，不启用尿素水溶液喷射(曲线515)。

继续映射图500，在t0与t1之间，响应于发动机起动转动，发动机转速开始增加(曲线505)。进一步地，响应于第一加热装置的激活(曲线520)，排气的温度朝向第一阈值(Thr_1)增加(曲线510)。由于发动机汽缸燃烧排气温度也升高。在t1处，排气温度达到第一阈值(Thr_1)。响应于排气温度的升高，在t1处激活尿素水溶液喷射(曲线515)。这包括控制器将信号发送到联接到尿素喷射器的驱动器以改变来自喷射器的尿素喷射的脉冲宽度。在本文尿素喷射器被定位于第一催化剂的下游，由此使得尿素沿与排气流通过第一催化剂的方向相反的方向朝向第一催化剂的下游端经由后方喷射被喷射。这改善了还原剂与排气的混合。同样响应于排气温度达到第一阈值，第一加热装置在t1处被禁用(曲线520)。在替代示例中，在达到第一阈值之后第一加热装置可继续被激活(曲线522)，在启用尿素水溶液喷射的时候在整段时间内如此。

同样响应于排气温度达到第一阈值，第二加热装置可被激活(曲线525)。第二加热装置联接到第一催化剂装置的下游端并且被激活以进一步帮助被喷射到第一催化剂装置中的尿素的分解成NH₃。进一步地，通过操作第二加热装置，可更好地确保排气为暖的并且随着其流到下游第二催化剂装置与还原剂混合，从而改善排气排放物在第二催化剂处的催化处理。

在一个示例中，如由实线520和实线525所示，第一加热装置和第二加热装置以互相排他的方式操作，其中当启用第一加热装置时第二加热装置被禁用，并且当第一加热装置被禁用时启用第二加热装置。然而，在其它示例中，如虚线522所示，第一加热装置和第二加热装置可基于所需的催化剂加热的量被同时操作。

在t1与t2之间，发动机转速继续增加(曲线505)，其中随着发动机燃烧进行排气温度相应地增加(曲线510)。在t2处，响应于排气温度增加到比第一阈值高的第二温度阈值(Thr_2)，第二加热装置可被停用(曲线525)。第二温度阈值可表示足够高以支持第二催化剂装置中的SCR反应的排气的温度。在其中第一加热装置被激活的实施例中，第一加热装置可保持激活(曲线522)以维持排气温度足够暖以用于催化剂激活。在联接在第一催化剂与第二催化剂之间的混合器操作以在排气与还原剂的混合物流到第一催化剂之前混合被喷射的还原剂与排气流的时候，在该时间期间继续还原剂喷射。

应当理解的是混合器是简单的被动装置，其特别地被构造成使得所得的流动动力导致在下游催化剂处接收的排气的良好混合。

在t3处，排气的温度足够暖以超过第三温度阈值(Thr_3)。响应于排气温度超过比第一温度阈值和第二温度阈值中的每个都高的第三温度阈值，如果第一加热装置先前没有被停用，那么其可被禁用(522)。第二加热装置被保持停用(曲线525)。这样，当排气温度达到第三温度阈值时，第一加热装置和第二加热装置中的每个都被切断。

在t4处，响应于发动机关机命令，燃料和尿素喷射被禁用并且发动机转速开始下降(曲线505)。响应于发动机转速的下降，排气的温度开始下降(曲线510)。

在t5处，接收发动机重新起动命令，响应于该发动机重新起动命令，发动机被起动转动并且恢复加燃料。因为该发动机在先前的关机之后很快起动，所以排气温度已经足够高。因此在t6处，尿素喷射被启用以解决排气排放物而无需操作第一加热装置或第二加热装置中的任一个。

这样，可改善排气排放物顺应性。通过基于氧化催化剂处的排气温度操作氧化催化剂上游的加热装置和氧化催化剂下游的加热装置中的一个或多个，可更好地确保氧化催化剂和下游还原催化剂两者的激活。通过同时朝向氧化催化剂的下游端后方喷射还原剂，在混合物经过还原催化剂之前被加热的排气可更好地与还原剂混合。通过促进还原催化剂的激活并且改善排气与还原剂的混合，提高了下游催化剂处的还原的效率。总的来说，促进了催化剂激活并且改善了排气排放物质量。

在一个实施例中，一种用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理系统，该排气后处理系统包括：排气管；布置在排气管中的第一催化剂装置；布置在排气管中的第一催化剂装置下游的第二催化剂装置；布置在第一催化剂装置和第二催化剂装置中用于喷射还原剂的进给装置；布置在第一催化剂装置的进口处的第一加热装置和布置在第一催化剂装置下游的第二加热装置；以及控制装置。在用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理系统的第一示例中，进一步包括其中第二加热装置布置在第一催化剂装置的出口处。用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理系统的第二示例任选地包括第一示例并且进一步包括其中第一加热装置涂覆有氧化催化剂。用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理系统的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或多个，并且进一步包括其中第二加热装置涂覆有选择性催化还原催化剂和水解催化剂中的一种或多种。用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理系统的第四示例任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或每个，并且进一步包括其中第二催化剂装置包括用于选择性催化还原的催化剂并且其中第一催化剂装置包括贫NOx捕集器。用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理系统的第五示例任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个或每个，并且进一步包括布置在第一催化剂装置和第二催化剂装置之间的至少一个混合器。用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理系统的第六示例任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个或每个，并且进一步包括其中控制装置被配置有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，用于：响应于在第一催化剂处的排气的温度低于第一阈值，致动第一加热装置；以及响应于在第一催化剂处的排气的温度高于第一阈值，喷射一定量的还原剂并且致动第二加热装置。用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理系统的第七示例任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个或每个，并且进一步包括，响应于在第一催化剂处的排气的温度高于第二阈值，第二阈值大于第一阈值，停用第一加热装置和第二加热装置中的每个同时继续还原剂的喷射。

在第二实施例中，方法包括排气后处理，排气后处理包括在发动机起动以后，接通联接到第一催化剂的进口的第一加热装置，第一催化剂布置在排气通道中第二催化剂的上游；以及当排气温度达到第一温度阈值时，经由进给装置将还原剂引入到第一催化剂与第二催化剂之间的排气通道中；以及接通联接到第一催化剂的出口的第二加热装置。在方法的第一示例中，方法进一步包括其中当排气温度达到第二温度阈值时，切断第二加热装置并且继续还原剂的引入，其中第二温度阈值高于第一温度阈值高。方法的第二示例任选地包括第一示例，并且进一步包括其中当第二加热装置被接通时切断第一加热装置。方法的第三示例任选地包括第一示例和第二示例中的一个或两者，并且进一步包括当排气温度达到第三温度阈值时，切断第一加热装置和第二加热装置中的每个，其中第三温度阈值高于第一温度阈值和第二温度阈值中的每一个。方法的第四示例任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或每个，并且进一步包括其中第一催化剂包括氧化催化剂和贫NOx捕集器中的一种并且其中第二催化剂包括选择性还原催化剂和水解催化剂中的一种。方法的第五示例任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个或每个，并且进一步包括在布置在第一催化剂与第二催化剂之间的混合器处混合所喷射的还原剂与排气。方法的第六示例任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个或每个，并且进一步包括其中引入还原剂包括沿排气流通过第二催化剂的方向朝向第二催化剂的进口喷射还原剂。方法的第七示例任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个或每个，并且进一步包括其中引入还原剂包括沿排气流通过第二催化剂的方向朝向第二催化剂的进口喷射还原剂。

在第三实施例中，方法包括发动机排气，发动机排气包括响应于发动机冷起动状况，致动联接到第一排气氧化催化剂的进口的第二加热器以升高排气温度，第一催化剂布置在第二选择性还原催化剂的上游；以及响应于排气温度超过第一阈值，在将一定量的还原剂向后方喷射到第一催化剂的出口上的同时致动联接到第一排气氧化催化剂的出口的第二加热器，喷射的方向与排气流的方向相反。在方法的第一示例中，方法进一步包括其中在致动第二加热器的同时禁用第二加热器。方法的第二示例任选地包括第一示例，并且进一步包括其中响应于排气温度超过比第一阈值高的第二阈值，至少禁用第二加热器；继续喷射还原剂；以及在排气与还原剂流到第二催化剂中之前在联接在第一催化剂与第二催化剂之间的混合器处混合所喷射的还原剂与排气流。方法的第三示例任选地包括其中响应于排气温度超过比第二阈值高的第三阈值，禁用第一加热器。

应注意，本文所包括的示例控制和估计例程包括能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和例程可作为可执行指令存储在非临时性存储器中并且可通过包括控制器的控制系统结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件来实现。本文所公开的具体例程可表示任何数目的处理策略诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等中的一种或多种。照此，所说明的各种动作、操作和/或功能可以以所说明的顺序、平行地或在一些情况下省略地实行。同样地，处理的次序不一定是获得本文所述示例实施例的特征和优点所必需的，而是提供说明和描述的便利。取决于所使用的特定处理策略，可重复地实行所说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个。进一步，所述动作、操作和/或功能可用图形表示被编程到发动机控制系统中计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码，其中所述动作可通过结合电子控制器执行系统中的指令来实现，该系统包括各种发动机硬件组件。

将清楚的是，本文所公开的配置和例程在本质上为示例性的，并且这些具体实施例不应视为具有限制意义，因为许多变化都是可能的。例如，以上技术可被应用到V-6、I-4、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合及子组合。

本领域技术人员将清楚的是，虽然参考一个或多个示例以举例的方式描述了本发明，但其不限于所公开的示例并且可构建其它示例而不背离由所附权利要求限定的本发明的范围。

下列权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可提到“一个”元件或“第一”元件或其等价体。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类元件的合并，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。可通过修正本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合及子组合。此类权利要求，无论在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相等或不同，也被认为包括在本公开的主题内。

Claims

1.一种用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理的系统，所述系统包括：

排气管；

第一催化剂装置，所述第一催化剂装置布置在所述排气管中；

第二催化剂装置，所述第二催化剂装置布置在所述排气管中的所述第一催化剂装置的下游；

用于喷射还原剂的进给装置，所述进给装置布置在所述第一催化剂装置与所述第二催化剂装置之间；

第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置布置在所述第一催化剂装置的进口处，所述第二加热装置布置在所述第一催化剂装置的下游；以及

控制装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二加热装置布置在所述第一催化剂装置的出口处。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一加热装置涂覆有氧化催化剂。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二加热装置涂覆有选择性催化还原催化剂和水解催化剂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二催化剂装置包括用于选择性催化还原的催化剂并且其中所述第一催化剂装置包括贫NOx捕集器。

6.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括至少一个混合器，其布置在所述第一催化剂装置与所述第二催化剂装置之间。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制装置被配置有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，用于：

响应于所述第一催化剂处的排气的温度低于第一阈值，致动所述第一加热装置；以及

响应于所述第一催化剂处的排气的所述温度高于所述第一阈值，喷射一定量的所述还原剂并且致动所述第二加热装置。

8.根据权利要求7所述的系统，其中响应于所述第一催化剂处的排气的所述温度高于第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值，停用所述第一加热装置和所述第二加热装置中的每个并且继续所述还原剂的喷射。

9.一种用于排气后处理的方法，所述方法包括：

在发动机起动后，

接通联接到第一催化剂的进口的第一加热装置，所述第一催化剂布置在排气通道中的第二催化剂的上游；并且

当排气温度达到第一温度阈值时，

经由进给装置将还原剂引入到所述第一催化剂与所述第二催化剂之间的所述排气通道中；以及

接通联接到所述第一催化剂的出口的第二加热装置。

10.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括，当所述排气温度达到第二温度阈值时，切断所述第二加热装置并且继续所述还原剂的引入，其中所述第二温度阈值高于所述第一温度阈值。

11.根据权利要求9所述的方法，其中当所述第二加热装置被接通时，所述第一加热装置被切断。

12.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括，当所述排气温度达到第三温度阈值时，切断所述第一加热装置和所述第二加热装置中的每个，其中所示第三温度阈值高于所述第一温度阈值和所述第二温度阈值中的每个。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一催化剂包括氧化催化剂和贫NOx捕集器中的一种，并且其中所述第二催化剂包括选择性还原催化剂和水解催化剂中的一种。

14.根据权利要求12所述的方法，所述方法进一步包括，在布置在所述第一催化剂与所述第二催化剂之间的混合器处，混合所述喷射的还原剂与排气。

15.根据权利要求9所述的方法，其中引入所述还原剂包括，沿与排气流通过所述第一催化剂的方向相反的方向，朝向所述第一催化剂的出口喷射所述还原剂。

16.根据权利要求9所述的方法，其中引入所述还原剂包括沿排气流通过所述第二催化剂的方向，朝向所述第二催化剂的进口喷射所述还原剂。

17.一种用于发动机排气的方法，所述方法包括：

响应于发动机冷起动状况，

致动联接到第一排气氧化催化剂的进口的第一加热器以升高排气温度，所述第一催化剂布置在第二选择性还原催化剂的上游；并且

响应于所述排气温度超过第一阈值，

致动联接到所述第一排气氧化催化剂的出口的第二加热器同时将一定量的还原剂向后方喷射到所述第一催化剂的所述出口上，所述喷射的方向与排气流的方向相反。

18.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括，在致动所述第二加热器时，禁用所述第一加热器。

19.根据权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括，响应于所述排气温度超过高于所述第一阈值的第二阈值，至少禁用所述第二加热器；中止所述还原剂的喷射；以及在排气与还原剂的混合物流到所述第二催化剂中之前，在联接在所述第一催化剂与所述第二催化剂之间的混合器处混合所述喷射的还原剂与排气流。

20.根据权利要求19所述的方法，所述方法进一步包括，响应于所述排气温度超过高于所述第二阈值的第三阈值，禁用所述第一加热器。