用于柴油发动机的尾气处理系统和方法

用于柴油发动机的尾气处理系统和方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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)。
[0004]图1显示了一种典型的DPF再生过程。在设定点Rn，由线LI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。
[0005]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。
[0006]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步骤之前蓄积了尚硫负荷，因此并不能完全避免白烟。
[0007]因此，希望提供更有效的柴油发动机DeSOx方式。

【发明内容】

[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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°C至850°C的范围内，优选550 °C至750 °C，最优选600 V至680 V。
[0013]根据本申请的一种可行实施方式，所述脱硫温度在350°C至700°C的范围内，优选400 °C 至 650 °C，最优选 400 °C 至 550 °C。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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】
[0020]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；
[0021]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；
[0022]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；
[0023]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
[0024]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】
[0025]下面参照附图描述本申请的一些优选实施方式
[0026]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I，其主要包括布置在发动机I的排气管2中的DOC 3，在DOC 3下游布置在排气管2中的DPF 4，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。
[0027]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DPF 4的再生。
[0028]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。
[0029]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DPF 4布置，用于检测排气管2中DPF 4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DPF 4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DPF 4的再生。
[0030]其它测量值也可以被用来确定DPF再生条件。
[0031]根据本申请，DPF 4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DPF 4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DOC 3的上游，以便也用以实现D0C3的DeSOx。加热器件可以是附加的燃油喷射器、电加热器等等。
[0032]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I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DOC 3中燃烧，以升高流经DOC 3和DPF 4的尾气的温度。
[0033]升高的尾气温度引起DPF 4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DOC 3和/SDPF 4受损。因此，DPF再生温度可以设置在500°C至850°C的范围内，优选550°C至750°C，最优选600°C至680°C。
[0034]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。
[0035]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。
[0036]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。
[0037]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。此夕卜，DPF再生操作优选和与其相邻的D