废气后处理系统及与该系统相关的方法
【专利摘要】本发明涉及一种废气后处理系统(2)，所述废气后处理系统(2)被适配为适于减少N2O的量，所述N2O在设置于来自内燃机(3)的废气流中的选择性催化还原的催化式废气净化器(SCR催化式废气净化器)(6)和/或氨逃逸催化剂(ASC催化剂)(4)中产生，该废气后处理系统(2)包括被布置在可任选的ASC催化剂(4)的上游的废气管(8)中的SCR催化式废气净化器(6)，并且来自内燃机(3)的废气在经由废气口(10)被释放到周围环境中之前，通过SCR催化式废气净化器(6)和ASC催化剂(4)，该废气后处理系统(2)进一步包括注射设备(12)，所述注射设备(12)被适配为以配给频率F将还原剂注入到SCR催化式废气净化器(6)的上游的废气管(8)中的废气中。废气后处理系统进一步包括被适配为产生控制信号(16)的控制单元(14)，所述控制信号(16)旨在调整配给频率F，以使得SCR催化式废气净化器(6)和/或ASC催化剂(4)中产生的N2O的量最少，同时保持所添加的还原剂的量。本发明还涉及一种用于废气后处理系统的方法。
【专利说明】废气后处理系统及与该系统相关的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种废气后处理系统和与根据独立权利要求的前序部分的该系统有 关的方法。该方法和系统尤其适于减少一氧化二氮N20的排放。
【背景技术】
[0002] 内燃机燃烧空气和燃料混合物，以便产生驱动转矩。燃烧过程产生从发动机释放 到大气中的废气。废气在其中包含氮氧化物（N0X)、二氧化碳（C02)、一氧化碳（C0)、和颗粒。 N0X是用于说明主要由一氧化氮（N0)和二氧化氮（N02)构成的废气的统称。废气后处理系 统处理废气排放，以便在将它们释放到大气前减少排放。在一个示例性废气后处理系统中， 配给系统将还原剂注入选择性催化还原的催化式废气净化器（SCR催化式废气净化器）上 游的废气。废气与还原剂混合物在SCR催化式废气净化器中进行反应，从而减少了释放到 大气中的N0X的量。
[0003] 还原剂的一个示例是液态尿素，如可以在市场上获得的AdBlue?。这个流体是无 毒的尿素水溶液，其用于以化学方式减少氮氧化物的排放，尤其是在重型柴油机动力车辆 中。
[0004] 还原剂在SCR催化式废气净化器中与N0X反应以实现N0X减少。具体而言，还原剂 分解，形成氨（NH3)，又与N0X反应，形成水和氮气（N2)。
[0005] 为了实现上述的N0X减少，必须将NH3储存在SCR催化式废气净化器中。为了SCR 催化式废气净化器能够有效地工作，储存程度必须足够。更具体地，N0X减少或者转化效率 取决于储存程度。必须保持NH3的储存，以便在不同运行条件下保持高转化效率。然而，随 着SCR催化式废气净化器中温度升高，必须相应地减小NH3程度以防止NH3 (即从SCR催化 式废气净化器释放出过剩的NH3)的释放，这会降低催化剂的转化效率。
[0006] 总之，为了满足更严格的环境要求，越来越多的车辆生产商使用SCR催化式废气 净化器系统来净化氮氧化物（N0X)的柴油废气。这通过将氨溶液注入到SCR催化式废气净 化器来完成，其有助于将N0X颗粒转化为氮气和水。鉴于燃料经济性和环境考虑，废气净化 策略应考虑在避免注入过多的氨的同时必须转化足够量的N0X。
[0007] 至少一种柴油机氧化催化剂（DOC)也用于废气后处理系统中，且一个或多个柴油 机颗粒过滤器（DFP)也常常涂敷有催化剂涂层。其目的是部分产生足够量的N02，以实现由 DPF捕获的烟灰的惰性氧化。这按照如下反应式进行：C+2N02 -C02+2N0。
[0008] 在SCR催化式废气净化器中没有为了期望的减少而消耗掉全部氨的那些情况下， 可以将它储存在SCR催化式废气净化器中，夹杂在来自SCR催化式废气净化器的废气中带 走，或者在SCR催化式废气净化器中反应以形成N20。为了避免不希望出现的氨排放，将所 谓的氨逃逸催化剂（下文中的ASC催化剂）用于SCR催化式废气净化器的下游，以便处理 任何残留的氨。
[0009] ASC催化剂的功能部分地取决于废气的温度，其方式为如果氨在ASC的温度较高 且混合物有利的条件下在ASC催化剂中被氧化，则将主要产生N0X。另一方面，如果氨在ASC 中的条件不太有利的情况下被氧化，就会代之以产生N20 (-氧化二氮）。SCR催化式废气净 化器储存氨的能力随着温度增大而减小，结果是，氨于是会偏向于或者离开SCR催化式废 气净化器，或者转变为N20。结果，ASC催化剂通常仅在高温下获得高程度的氨。N20排放因 而会取决于SCR催化式废气净化器和ASC催化剂的温度。在条件不太有利的情况下，氨和 N20的量会在ASC催化剂的下游减小，同时会释放N20。由于N20是极强的温室气体，比二氧 化碳大约强300倍，因此希望减小N20在大气中的排放。
[0010] 公开的专利申请EP-2143901说明了一种方法，旨在估计车辆废气中产生的N20的 量。这部分通过感测在SCR催化式废气净化器的上游和下游的N20浓度来实现。到那时基 于这些估计来调节尿素配给，由此能够减少废气净化处理中一氧化二氮的形成。
[0011] US-5270025涉及一种方法，用于在减少N0X同时减少一氧化二氮排放。尿素和诸 如谷氨酸盐之类的额外物质的组合用于调节排放。
[0012] US-5547650说明了一种废气净化系统，其中，通过加热废气来去除N20,最后， US-2009/0324453说明了一种用于通过尿素配给的废气的N0X净化的催化剂。
[0013] 因而需要减少一氧化二氮的排放，并且本发明的目的是实现一种改进的废气后处 理系统，其中，减少或完全避免了N20的排放。
【发明内容】
[0014] 前述目的通过在独立权利要求中限定的本发明来实现。
[0015] 在从属权利要求中限定了优选实施例。
[0016] 本发明总体上涉及一种用于减少一氧化二氮排放的方法，具体而言，涉及一种用 于废气后处理系统的方法，所述废气后处理系统被适配为减少N20的量，所述N20在设置于 来自内燃机的废气流中的选择性催化还原的催化式废气净化器（SCR催化式废气净化器） 中和/或氨逃逸催化剂（ASC催化剂）中产生，其中，废气后处理系统包括布置在可任选的 ASC催化剂的上游的SCR催化式废气净化器，在其上还原剂被适配为以配给频率F添加到 SCR催化式废气净化器的上游的废气流。根据该方法，调整配给频率F，以使得在SCR催化 式废气净化器和/或ASC催化剂中产生的N20的量最少，同时保持所添加的还原剂的量。
[0017] 根据一个实施例，调整配给频率，以使得当SCR催化式废气净化器和/或ASC催化 剂的上游的废气温度高于预定的阈值时，所述配给频率增大。例如，与温度低于阈值的情况 相比，配给频率的增大使得所述频率加倍。
[0018] 本发明还包括一种废气后处理系统，在其中实施了前述的方法。
[0019] 以脉冲的方式添加还原剂，其中，当前配给频率通常落入0. 1-10HZ的范围内。
[0020] 本发明基于发明人的理解：通过以与当前所用频率的相比较高的频率添加还原 齐[J，减小了在SCR催化式废气净化器中反应且从SCR催化式废气净化器排出的废气中的还 原剂的变化，这在减少产生于SCR催化式废气净化器中或随后的ASC催化剂中的N20的量 的方面是有利的。
[0021] 根据本发明，与以传统方式设定的配给频率相比，配给频率必须等于或高于2Hz， 同时保持还原剂的总配给量。
[0022] 通过控制还原剂的配给，在一些情况下，可以调节一氧化二氮的形成并从而减少 它。可以使用用于提供还原剂的现有硬件，而无需SCR催化式废气净化器/ASC催化剂的改 变，这是有利的，因为在现有系统中实施本发明的成本将较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是示意性示出本发明的一个实施例的方框图。
[0024] 图2显示了旨在说明本发明的曲线图。
[0025] 图3是示出根据本发明一个实施例的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026] 现在将参考附图来详细说明本发明。
[0027] 图1显示了示出本发明一个实施例的方框图。本发明涉及一种废气后处理系统2， 被适配为使得在设置于来自内燃机3的废气流中的选择性催化还原的催化式废气净化器 (SCR催化式废气净化器）6和/或氨逃逸催化剂（ASC催化剂）4中产生的N20的量最少。 ASC催化剂旨在氧化废气中的氨，以便由此减少氨的释放。
[0028] 废气后处理系统包括被布置在可任选的ASC催化剂4的上游的废气管8中的SCR 催化式废气净化器6,且来自内燃机3的废气由此在经由废气口 10释放到周围环境中之前 通过SCR催化式废气净化器6和任何ASC催化剂4。废气后处理系统进一步包括注射设备 12,其被适配为以配给频率F将还原剂注入到SCR催化式废气净化器6的上游的废气管8 中的废气中。
[0029] 还原剂（例如尿素）由此通过注射设备12被注入到SCR催化式废气净化器6的 上游的废气管8中的废气中。注射设备12包括被布置在废气管8中的注射喷嘴等形式的 一个或多个注射元件26,以及用于与它的还原剂连接的储存容器22。注射设备12还包括 连接到调节元件24的控制元件20。调节元件24由控制元件20控制，所述控制元件基于内 燃机3和催化式废气净化器6的主要运行条件，并依据来自控制单元14的控制信号16来 确定要将多大量的还原剂注入废气中。
[0030] 还原剂例如可以是尿素（CO(NH2) 2)、氨（NH3)或者碳氢化合物（燃料）。还原剂由 注射设备12通过在配给时间段L(L= 1/F)以配给频率F注射还原剂来添加，将配给时间 段定义为在两个相连注射的起点之间的时间，在所述配给时间段的可调配给时间t过程中 进行注射，其中，〇〈t〈L。通过改变用于还原剂的注射的配给频率F和/或配给时间t来改 变注射的还原剂的量。
[0031] 还可以通过改变配给压力（即，在注射过程中施加到还原剂的压力）来改变所添 加的还原剂的量。这可以以结合改变配给频率F和/或配给时间t的方式进行。
[0032] 根据本发明，废气后处理系统2包括被适配为产生控制信号16的控制单元14,所 述控制信号旨在调整配给频率F，以使得在SCR催化式废气净化器和/或ASC催化剂中产生 的N20的量最少，同时保所持添加的还原剂的量。
[0033] 根据一个实施例，调整配给频率F，以使得在SCR催化式废气净化器上游的还原剂 的量/含量中的变化低于预定的阈值AR，其中，AR为+/-5%。
[0034] 例如，调整配给频率F，以使得在SCR催化式废气净化器上游的还原剂的量/含量 中的变化低于预定的阈值AR，其中，AR为+/-1%。
[0035] 根据另外的实施例，调整配给频率F，以使得在ASC催化剂上游的还原剂的量/含 量中的变化低于预定的阈值AR，其中，AR为+/-5%。
[0036] 还原剂的量/含量中的变化例如可以基于以下的一个或多个，通过文件夹/表格 或适合的公式来建模：
[0037] -配给频率；
[0038] -注入的总还原剂流量；
[0039] _还原剂配给进行期间的时间的份额（例如，表示为在两个初期配给之间的时间 的百分比（％));
[0040] -废气流量（例如,每分钟的废气kg数）；
[0041] -废气温度
[0042] 在某些运行情况下并借助某些传感器的设置，N0X和NH3传感器可以发出以与配给 相同的频率振荡的信号，并且一个或多个这种信号的幅度于是也可以以单独的或者与一个 或多个前述参数相结合的方式包含在模型中。
[0043] 因而可以以多个适合的方式之一来确定在SCR催化式废气净化器和/或ASC催化 剂上游的还原剂的量/含量中的变化。在此基础上，可以确定/调整配给频率F，以使得在 SCR催化式废气净化器和/或ASC催化剂上游的还原剂的量/含量中结果得到的变化将低 于预定的阈值AR。
[0044] 配给频率F的调整优选地使得配给频率F增大且配给时间减少。例如，这可以以 将配给频率F加倍且配给时间减半来实现。在图2中示出了这个示例，其显示了两个图，其 中，上面的图显示了以配给时间t对还原剂以多个脉冲方式进行配给，配给时间t因而是调 节元件开启且将还原剂注入废气流中的时间期间。在此情况下，配给时间段是L，这表示配 给频率F= 1/L。下面的图示出了本发明的实施例，其中，将配给频率F加倍且配给时间减 半。这表示在相同时间期间中释放了相同量的还原剂。
[0045] 在图2的两个图中还指明了这两个情况的还原剂的含量；将这些含量标明为R1和 R2。
[0046] 在上面的图中，其中，配给频率是F，同时注入相对大量的还原剂使得并非所有的 注入的还原剂都有时间在SCR催化式废气净化器中被消耗掉，而是一部分会夹杂在废气中 被带到ASC催化剂，其中剩余的氨在某些条件下会被氧化为N0X，而在不同条件下，例如在低 废气流的温度下，它会代之以被释放为N20。
[0047] 在下面的图中，将配给频率F加倍且配给时间减半，S卩，在相同时间期间中释放了 相同量的还原剂。在此情况下，在某些条件下，较少量的氨会被夹带到ASC催化剂，因为更 大份额的还原剂会有时间在SCR催化式废气净化器中被消耗掉，N20的释放会低于在上面的 图中所示的情况。
[0048] 图2清楚地示出了与曲线R1相比，曲线R2显示的作为还原剂含量均衡的结果的 本发明的优点。这是显而易见的，因为曲线R2的变化小于曲线R1的变化。
[0049] 根据一个实施例，配给频率至少为2Hz。
[0050] 根据另外的实施例，废气后处理系统包括温度传感器18,其适于测量在SCR催化 式废气净化器6和/或ASC催化剂4的上游的废气流中的温度。将读出的温度T传送到控 制单元14。在控制单元14中，将读出温度与预定的阈值Tth相比，如果读出温度T高于Tth， 就调整配给频率，以使得其增大。配给频率中的增大例如可以使得频率与温度低于所述阈 值Tth时相比而加倍。预定的阈值Tth例如在300-450°C范围中。
[0051] 如上所述地布置温度传感器的一个可替换方案是代之以测量与废气流中的温度 相关的温度，并基于在测量温度与废气流中的温度之间的已知关系来计算废气流的温度。 根据另外的可替换方案，代之以使用计算模型来确定废气流中的温度，其中，模型利用了多 个其他已知的参数以便确定温度。将按照以上指出的可替换方案测量或确定的温度T发送 到控制单元14,在其中执行上述的比较。
[0052] 根据另一个实施例，正相反配给频率F依据在SCR催化式废气净化器和/或ASC催 化剂的上游的废气流的温度而被连续调整，其方式为增加的温度导致增加的频率。将温度 和配给频率的相关值、自然地与还原剂的释放相关的其他参数例如存储在控制单元14中 的表格中。
[0053] 本发明还包括一种用于废气后处理系统的方法，适配为减少在设置在来自内燃机 的废气流中的选择性催化还原的催化式废气净化器（SCR催化式废气净化器）中和/或氨 逃逸催化剂（ASC催化剂）中产生的队0的量，其中，ASC催化剂旨在氧化废气流中的氨。废 气后处理系统包括布置在可任选的ASC催化剂上游的SCR催化式废气净化器。还原剂适于 以配给频率F添加到SCR催化式废气净化器上游的废气流。以上参考图1更详细地说明了 系统，在此将参考该说明。
[0054] 该方法包括调整配给频率F，以使得在保持添加的还原剂的量的同时，在SCR催化 式废气净化器和/或ASC催化剂中产生的N20的量最少。
[0055] 根据方法的一个实施例，调整配给频率，以使得在SCR催化式废气净化器和/或 ASC催化剂的上游的还原剂的量/含量中的变化低于预定的阈值AR，其中，AR是+/-5%。
[0056] 例如，调整配给频率F，以使得在SCR催化式废气净化器的上游的还原剂的量/含 量中的变化低于预定的阈值AR，其中，AR是+/-1%。
[0057] 根据另外的实施例，调整配给频率F，以使得在ASC催化剂上游的还原剂的量/含 量中的变化低于预定的阈值AR，其中，AR是+/-5%。
[0058] 配给频率F的调整优选地使得配给频率F增大且配给时间减少。例如，这可以以 将配给频率F加倍且配给时间减半来实现。
[0059] 根据又一个实施例，方法包括测量在SCR催化式废气净化器和/或ASC催化剂的 上游的废气流中的温度。将读出的温度T传送到控制单元。在控制单元中，将读出温度与 预定的阈值Tth相比，如果读出温度T高于Tth，就调整配给频率F以使得其增大。借助图3 中的流程图示意性地示出了这个实施例。在此还参考了上述的确定温度的可替换方式。
[0060] 配给频率中的增大例如可以使得配给频率与温度低于所述阈值Tth的情况相比而 加倍。预定的阈值Tth例如在300-450°C范围中。
[0061] 根据另一个实施例，正相反配给频率F依据在SCR催化式废气净化器和/或ASC催 化剂的上游的废气流的温度而被连续调整，其方式为增大的温度导致增大的配给频率。将 温度和配给频率的相关值、自然地与还原剂的释放相关的其他参数例如存储在控制单元14 中的表格中。
[0062] 本发明不局限于上述的优选实施例。可以使用多个可替换方案、变型和等同形式。 因此，前述实施例不应视为限制本发明的保护范围，而是在所附权利要求书中限定本发明 的保护范围。
【权利要求】
1. 一种用于废气后处理系统的方法，所述废气后处理系统被适配为减少N20的量，所述 N20在设置于来自内燃机的废气流中的选择性催化还原的催化式废气净化器（SCR催化式废 气净化器）中和/或氨逃逸催化剂（ASC催化剂）中产生，其中，所述废气后处理系统包括 布置在ASC催化剂的上游的SCR催化式废气净化器，并且其中，还原剂被适配为以配给频率 F添加到所述SCR催化式废气净化器的上游的所述废气流，所述方法的特征在于，所述方法 包括调整所述配给频率F，以使得在所述SCR和/或所述ASC催化剂中产生的N 20的量最少， 同时保持所添加的还原剂的量。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，调整所述配给频率，以使得所述SCR催化式废气 净化器的上游的还原剂的量的变化低于预定的阈值AR，其中，AR是+/-5%。
3. 根据权利要求1或2任意一项所述的方法，其中，调整所述配给频率，以使得所 述SCR催化式废气净化器的上游的还原剂的量的变化低于预定的阈值AR，其中，AR是 +/_1 。
4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，调整所述配给频率，以使得所述 ASC催化剂的上游的还原剂的量低于预定的阈值AR，其中，AR是+/-5%。
5. 根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述方法包括对所述配给频率的 所述调整，以使得所述配给频率F增大且配给时间t减少。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述配给频率F的所述增大使得所述配给频率加 倍且所述配给时间t减半。
7. 根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，当所述SCR和/或所述ASC催化剂 的上游的所述废气流的温度高于预定的阈值时，调整所述配给频率以使得所述配给频率增 大。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，与所述温度低于所述阈值的情况相比，所述配给 频率的所述增大使得所述配给频率加倍。
9. 根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述预定的阈值位于300-450°C的范围中。
10. 根据权利要求7所述的方法，其中，依据所述SCR催化式废气净化器和/或所述ASC 催化剂的上游的所述废气流的温度来连续调整所述频率，其方式为增大的温度导致增大的 配给频率。
11. 根据权利要求1-10中任意一项所述的方法，其中，所述配给频率等于或高于2Hz。
12. -种废气后处理系统（2)，所述废气后处理系统（2)被适配为减少N20的量，所述 N20在设置于来自内燃机（3)的废气流中的选择性催化还原的催化式废气净化器（SCR催 化式废气净化器）（6)和/或氨逃逸催化剂（ASC催化剂）（4)中产生，其中，所述废气后处 理系统（2)包括被布置在ASC催化剂（4)的上游的废气管（8)中的SCR催化式废气净化器 (6)，并且来自内燃机（3)的所述废气在经由废气口（10)被释放到周围环境中之前，通过所 述SCR催化式废气净化器（6)和所述ASC催化剂（4)，其中，所述废气后处理系统（2)进一 步包括注射设备（12)，所述注射设备（12)被布置为以配给频率F将还原剂注入到所述SCR 催化式废气净化器（6)的上游的所述废气管（8)中的所述废气中，所述系统特征在于：所述 废气后处理系统包括被适配为产生控制信号（16)的控制单元（14)，所述控制信号（16)旨 在调整所述配给频率F，以使得在所述SCR催化式废气净化器（6)和/或所述ASC催化剂 (4)中产生的N20的量最少，同时保持所添加的还原剂的量。
13. 根据权利要求12所述的废气后处理系统，其中，调整所述配给频率F，以使得所述 SCR催化式废气净化器（6)的上游的还原剂的量的变化低于预定的阈值AR，其中，AR是 +/_5 *% 〇
14. 根据权利要求12或13所述的废气后处理系统，其中，调整所述配给频率F，以使得 所述SCR催化式废气净化器（6)的上游的还原剂的量的变化低于预定的阈值AR，其中，AR 是 +/_1 *% 〇
15. 根据权利要求12-14中任意一项所述的废气后处理系统，其中，调整所述配给频率 F，以使得所述ASC催化剂（4)的上游的还原剂的量的变化低于预定的阈值AR，其中，AR 是 +/_5 *% 〇
16. 根据权利要求12-15中任意一项所述的废气后处理系统，其中，所述配给频率F的 所述调整使得所述配给频率F增大且配给时间t减少。
17. 根据权利要求16所述的废气后处理系统，其中，所述配给频率F的所述增大使得所 述配给频率F加倍且所述配给时间t减半。
18. 根据权利要求12-17中任意一项所述的废气后处理系统，其中，所述系统包括温度 传感器（18)，所述温度传感器（18)被适配为测量所述SCR催化式废气净化器（6)和/或 所述ASC催化剂（4)的上游的所述废气流中的所述温度，并且其中，当所述SCR和/或所述 ASC催化剂的上游的所述废气流的温度高于预定的阈值时，调整所述配给频率以使得所述 配给频率增大。
19. 根据权利要求18所述的废气后处理系统，其中，与所述温度低于所述阈值的情况 相比，所述配给频率的所述增大使得所述配给频率加倍。
20. 根据权利要求18或19所述的废气后处理系统，其中，所述预定的阈值位于 300-450°C的范围中。
21. 根据权利要求18所述的废气后处理系统，其中，依据所述SCR催化式废气净化器 和/或所述ASC催化剂的上游的所述废气流的温度来连续调整所述频率，其方式为增大的 温度导致增大的配给频率。
22. 根据权利要求12-21中任意一项所述的废气后处理系统，其中，所述配给频率等于 或高于2Hz。
【文档编号】F01N3/20GK104271910SQ201380023372
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2012年5月3日
【发明者】O·斯滕洛斯 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司