包括催化颗粒过滤器的排气处理系统、以及相应方法
【专利说明】包括催化颗粒过滤器的排气处理系统、以及相应方法
[0001] 本发明涉及一种用于处理排气的系统和方法，特别是使用可以处理氮氧化物 (NOx)、尤其是NO和NO 2的催化颗粒过滤器。更准确地讲，本发明涉及一种用于在催化颗粒 过滤器的热再生阶段处理氮氧化物的系统和方法。
[0002] 为了符合针对污染气体排放的逐渐减小的可接受的阈值，越来越复杂的气体处理 系统被放置在稀燃发动机、特别是柴油发动机的排气管线中。这些后处理系统可以尤其减 少颗粒和氮氧化物以及一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物的排放。
[0003] 对于氮氧化物NOx而言，选择性催化还原（SCR)方法是一种已知的处理方法。该 方法在于使用放置在发动机的排气管线中的催化器和喷射到排气管线中的还原剂来连续 处理氮氧化物排放。该还原剂通常是能够以其分子形式或作为尿素注入的氨。如果是后 者，则尿素被存储在该车辆中的一个贮存器中并且是在进入该催化器之前喷射并与排气混 合的。该催化器通过该还原剂使氮氧化物的还原反应加速。
[0004] 此外，为了限制排气中排入大气的颗粒量，还已知使用一个颗粒过滤器。该颗粒过 滤器可以与氮氧化物的选择性还原催化器串联安装、或者可以与针对氮氧化物的选择性还 原催化器组合。如果是后者，这被称作催化颗粒过滤器，该催化颗粒过滤器可以催化排气中 包含的氮氧化物和过滤器烟尘颗粒的还原，这致使该系统的成本和体积减少。
[0005] 为了确保过滤出的烟尘被该催化颗粒过滤器去除并且防止燃烧式发动机的排气 管线中的热量损失，有必要使该催化颗粒过滤器热再生。该催化颗粒过滤器的热再生是 通过提高催化颗粒过滤器的温度直至烟尘燃烧来完成的。对于柴油车辆而言，在平均大约 一百千米之后发生这样的再生。
[0006] 然而，即使通过提高温度而提供了包含在催化颗粒过滤器中的催化材料的功效， 但尽管如此，该再生还是导致了用来还原这些氮氧化物的还原剂大量释放到离开该催化颗 粒过滤器的气体中。这种还原剂（通常是氨）是特别臭的并且有毒性。
[0007] 专利申请FR 2 895 445描述了这样一种系统，其中一个催化颗粒过滤器被安装 在燃烧式发动机的排气管线上。一个还原剂喷射器被安装在所述过滤器的上游，并且该系 统包括一个控制装置，该控制装置可以在催化微粒过滤器的热再生之前和期间减少或中断 排气线路中的还原剂的喷射，以防止任何氨泄漏。然而，在再生阶段停止还原剂的喷射降低 了处理氮氧化物的功效，所以因此在排入大气中的排气中发现较高量的氮氧化物。
[0008] 本发明旨在解决先前提出的这些技术问题。具体地讲，本发明的目标是提出一种 能够限制还原剂泄露而同时针对烟尘和氮氧化物处理还产生更好的总功效的系统。
[0009] 根据一个特征，提出了一种针对由内燃发动机排出的排气的处理系统，该系统包 括：安装在该发动机的排气管线中的、能够催化多种氮氧化物的还原的一个催化颗粒过滤 器，安装在该催化颗粒过滤器上游的用于该排气管线中的一种还原剂的一个喷射器具，以 及能够命令将该还原剂喷射到该排气管线中的一个电子控制单元。
[0010] 该系统还包括安装在该催化颗粒过滤器下游的一个氮氧化物催化还原器具。该氮 氧化物还原催化器可以具有减小的体积并且仅用于在该催化颗粒过滤器的热再生过程中 回收来自该催化颗粒过滤器的过剩还原剂。相应地，减少了释放在排气中的还原剂的量和 氮氧化物的量，这意味着该系统的总功效得以改善。
[0011] 该系统还包括确定该催化颗粒过滤器的温度的一个装置，并且该电子控制单元包 括一个第一控制装置和一个第二控制装置，该第一控制装置可以命令将该还原剂喷射到该 排气管线中以给出储存在该催化颗粒过滤器中的与该催化颗粒过滤器的一个低于阈值的 温度相对应的一个特定量的还原剂，该第二控制装置可以命令将该还原剂喷射到该排气管 线中以给出储存在该氮氧化物催化还原器具中的与该催化颗粒过滤器的一个大于所述阈 值的温度相对应的一个特定量的还原剂。
[0012] 相应地，该第一控制装置和第二控制装置可以根据该催化颗粒过滤器的温度来命 令将该还原剂喷射到该排气管线中，以便调节和优化储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂 的量（情况是在该催化颗粒过滤器呈现小于热再生温度的一个温度并且因此可以催化氮 氧化物的选择性还原）、或者调节和优化储存在该氮氧化物选择性催化还原器具中的还原 剂的量（情况是在该催化颗粒过滤器呈现大于热再生温度的一个温度并且因此释放还原 剂到排气中）。相应地，有利地是通过根据该催化颗粒过滤器的温度范围来对该还原剂喷射 命令加以适配地使用该氮氧化物选择性催化还原器具的。相应地，该系统可以调节储存在 该催化颗粒过滤器和该氮氧化物选择性催化还原器具中的还原剂的量。喷射和储存在这些 不同的催化器中的还原剂的量是根据该温度（即根据该催化颗粒过滤器的运行模式）来适 配的，以便在保留该系统的NOx处理功效的同时防止任何还原剂的泄露。
[0013] 优选地，该第一控制装置包括随该催化颗粒过滤器的温度、这些排气的流率以及 这些氮氧化物的流率的变化而确定储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂的特定量的一个 装置，并且该第二控制装置包括随该催化颗粒过滤器的温度、这些排气的流率以及这些氮 氧化物的流率的变化而确定储存在该氮氧化物催化还原器具中的还原剂的特定量的一个 装置。
[0014] 储存在该催化颗粒过滤器或该氮氧化物选择性催化还原器具中的还原剂的特定 量是根据该催化颗粒过滤器或该氮氧化物选择性催化还原器具的运行条件来确定的。相应 地，根据这些运行条件，所储存的还原剂的这些特定量可以变化、并且因此改变该排气管线 中的还原剂喷射命令。这些量被特别地确定成在这些给定的运行条件下使该催化颗粒过滤 器或氮氧化物选择性催化还原器具提高氮氧化物处理功效。
[0015] 优选地，该电子控制单元包括对储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂的有效量以 及储存在该氮氧化物选择性催化还原器具中的还原剂的有效量进行估算的一个装置。此 外，该第一控制装置包括随储存在该催化颗粒过滤器中的还原剂的特定量与有效量之间的 差值的变化而对还原剂喷射命令进行校正的一个装置，并且该第二控制装置包括随储存在 该氮氧化物催化还原器具中的还原剂的特定量与有效量之间的差值的变化而对还原剂喷 射命令进行校正的一个装置。除了所储存的还原剂的这些特定量，该电子控制单元还确定 有效地储存在这两个用于处理氮氧化物的器具（催化颗粒过滤器和氮氧化物选择性催化 还原器具）中的还原剂的量，以便确定喷射到该排气管线中的还原剂的量。
[0016] 该系统还包括在该排气管线中安装在还原剂喷射装置上游的一个氧化催化器具。
[0017] 该系统可以进一步包括一个传感器，该传感器被安装在该选择性催化还原器具的 下游并且可以测量离开该选择性催化还原器具的氮氧化物和还原剂的总流率。
[0018] 根据另一个特征，本发明还涉及一种针对由内燃发动机排出的排气的处理方法， 该内燃发动机在其排气管线中装配有能够催化氮氧化物的还原的一个催化颗粒过滤器以 及安装在该催化颗粒过滤器下游的一个氮氧化物催化还原器具，该处理方法包括：
[0019] -确定该催化颗粒过滤器的温度的一个第一步骤，
[0020] -当该催化颗粒过滤器的温度小于一个阈值时截留包含在这些排气中的颗粒并且 对包含在这些排气中的氮氧化物进行选择性催化还原的一个第二步骤以及
[0021] -当该催化颗粒过滤器的温度大于所述阈值时燃烧被截留