专利名称：柴油后处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及处理来自柴油燃烧过程，例如柴油压缩发动机，的排气的系统和方法， 且更具体地涉及减少来自柴油压缩发动机的氮氧化物(NOx)以及颗粒物质(PM)的系统。
背景技术：
环境条例提倡提高要求减少来自柴油燃烧过程，尤其是来自柴油压缩发动机，的 ΝΟ,ΠΡΜ的排放限值。虽然柴油颗粒过滤器(DPF)能够实现要求的PM (其通常是煤烟形式的碳质颗粒)减少，但是仍然需要能够提供NOx减少以及DPF提供的颗粒物质减少的改进系统。对此，已经建议系统在DPF上游设置柴油氧化催化剂(DOC)以便提高排气中与聚集在DPF内的煤烟反应的NO2的水平，从而产生理想的DPF再生(通常又称为被动再生)。然而，这种系统在300°C以下的温度下会受限且通常会在整个氧化催化剂产生压降，这在设计系统的其余部分时是必须解决的。此外，可以将燃料，例如氢或碳氢燃料，输送至DOC的上游，以便在DPF内产生高于600 °F的温度(通常又称为主动再生)。
发明内容
根据本发明的一个特征，提供一种柴油排气处理系统以便处理来自柴油燃烧过程的排气。该系统包括燃烧器，该燃烧器接收排气且选择性地用火焰加热排气以便在升高的温度下将排气供应给系统的其余部分；柴油颗粒过滤器(DPF)，其连接在燃烧器下游以便从其接收排气；选择性催化还原催化剂(SCR)以及NOx捕集器中的至少一个，连接在柴油颗粒过滤器下游以便从其接收排气。作为一个特征，系统还包括柴油氧化催化剂，其连接在燃烧器下游以便从其接收排气且连接在DPF上游以便将排气输送至DPF。在进一步的特征中，系统还包括位于燃烧器下游和DOC上游的燃料喷射器。在一个特征中，系统还包括柴油氧化催化剂，其连接在DPF下游以便从其接收排气且连接在SCR上游以便将排气输送至SCR。根据一个特征，燃烧器包括至少一个燃料喷射器和至少一个点火器。作为一个特征，选择性催化还原催化剂以及NOx捕集器中的至少一个是选择性催化还原催化剂且还包括连接在催化剂下游的还原剂喷射器。
根据本发明的一个特征，提供一种处理来自柴油燃烧过程的柴油排气的方法。所述方法包括如下步骤
(a)通过燃烧柴油燃烧过程下游的排气流中的燃料来选择性地提高排气的温度；
(b)通过使碳氧化进入步骤(a)提供的升温的排气内来从过滤器中除去煤烟；以及
(c)除去步骤(b)提供的排气中携带的N0X。 在一个特征中，该方法还包括在步骤(b)之前，使得来自步骤(a)的排气通过氧化催化剂从而产生NO2的步骤。作为进一步特征，该方法还包括在步骤(a)之后且在步骤(b) 之前将燃料喷射进入排气的步骤。在进一步特征中，该方法还包括在步骤(c )之前，使得来自步骤(b )的排气通过氧化催化剂从而产生NO2的步骤。根据一个特征，步骤(a)包括将燃料喷射进入排气和使燃料点火的步骤。作为一个特征，步骤(C)包括使排气通过选择性催化还原催化剂上方从而将NOxR 化成N2。在一个特征中，步骤(c)包括捕集NOx。通过阅读整个说明书，包括所附权利要求和附图，本发明的其它目的、特征和优势将变得显而易见。
图1是体现本发明的柴油排气处理系统以及柴油燃烧发动机的概图。图2至图4是与图1类似的图示，但是其示出了柴油排气处理系统的可替代实施例。
具体实施例方式提供的柴油排气后处理系统10处理来自柴油燃烧过程14，例如柴油压缩发动机 16，的排气12。排气12通常包含氮的氧化物(N0X)，例如除了别的以外，氧化氮(NO)以及二氧化氮(NO2),颗粒物质(PM)、碳氢化合物、一氧化碳(CO)以及其它燃烧副产物。系统10包括燃烧器18，该燃烧器选择性地将升高温度的排气12供应给系统10的其余部分；柴油颗粒过滤器(DPFM0，其连接在燃烧器18下游以便从其接收排气12 ；NOx还原装置22，例如选择性催化还原催化剂(SCR)24，如图1所示，或贫燃NOx捕集器沈，如图2 所示，其连接在DPF20下游以便从其接收排气12。为了克服贫燃发动机(例如，柴油压缩发动机16)的排气12内的低操作温度，使用DPF20的主动再生过程，其中在燃烧器18内点燃燃料以便产生火焰观，该火焰可以将排气12加热至允许DPF20内的PM氧化的升高温度。 此外，与这种主动再生一起，或单独地，燃烧器18可以用相似的方式来将排气12加热至提高SCRM的转化效率的升高温度。有益地，燃烧器18可以选择性地或持续地提供这种升高温度，而不依赖任何特定发动机操作条件，包括当排气12排出发动机16时在排气12内产生低温(< 300 °C)的操作条件。因此，系统10可以进行工作，而无需对发动机控制进行调離
iF. ο优选地，燃烧器18包括一个或多个喷射合适燃料的喷射器30，几个合适燃料的示例是氢和碳氢化合物，以及充氧剂(例如空气)，其与排气内已携带的未燃燃料一起由一个或多个点火器(例如，火花塞32)点燃。对此，每个喷射器30可以是喷射燃料和充氧剂的组合喷射器，或喷射燃料或充氧剂之一的特定喷射器。优选地，提供图示为34的控制系统以便使用任何合适的处理器、传感器、流控制阀、电圈等监测和控制通过喷射器30的流以及由点火器32进行的点火。DPF20可以具有许多公知的任意合适的结构或类型。任何合适的催化剂都可以用于SCR24，其示例包括任何合适结构或类型的铜基、铁基以及钒基催化剂。优选地，系统10还包括同样是任何合适结构和类型的还原剂喷射器 36，其可以将氮还原剂，例如氨，尿素、碳氢化合物、氢或合成气引入排气12从而在正确条件下将排气12内的NOx含量优选地减少至少25%且最多为99%。此时，SCR的温度很大程度上取决于所用还原剂的类型。喷射器36可以由加压还原剂源(未示出)供应且由控制器 34或单独控制器(未示出)控制。参考图2，任何合适结构和类型的贫燃NOx捕集器沈均可以使用且优选地在使用贫燃料一空气混合物的操作条件下存储NO2，在使用富燃料一空气混合物的操作条件下将存储的NO2还原成N2和02。对此，虽然不是优选的，可以将所需的补充碳氢燃料喷射至捕集器沈上游，以便在捕集器沈内产生富燃料一空气条件，这有助于从存储的NO2中形成N2、 H2O 和 CO2。在操作期间，系统10是否需要DPF20的主动再生可以基于多个参数或参数的组合来决定，例如DPF压降、DPF煤烟块、预定操作时间设定点以及燃料消耗率。类似地，DPF20 的主动再生可以基于多个参数或参数的组合来终止，例如DPF压降、DPF煤烟块以及预定再生时间设定点。在主动再生期间，可以基于多个参数或参数的组合经由喷射器30来喷射燃料和空气，参数包括排气12的流率、排气12内的氧气浓度、排气12至DPF20的入口温度以及排气12从DPF20出来的出口温度，同时通过点火器离子化检测或者比较排气12至燃烧器18的入口温度以及排气12从燃烧器18出来的出口温度来监测火焰稳定性。使用SCRM和/或贫燃NOx捕集器沈的相应的合适参数的相似控制方案可以有效利用燃烧器18，以便提高性能和/或提供再生。应当理解与需要过量燃料喷射进发动机或系统以便获得合适的DPF再生的已知后处理系统相比，系统10可以提高燃料效率。还应当理解尤其与依靠被动或主动再生的系统相比，通过将排气通过DPF上游的DOC来为DPF的被动再生提供足够NO2使得燃烧器18 可以设计用于通过燃烧器18的排气12内的较低压降。还应当理解排气12通过SCRM上游的DPF20往往会阻尼SCR24内的热波动，这会简化还原剂喷射的控制。参照图3，示出了系统10的可替代实施例，其中D0C40连接在燃烧器18和DPF20 之间以便在有利于被动再生的操作条件下，为DPF20的被动再生在排气12内提供某种水平的N02。这会减小燃烧器18对主动再生的需要，从而提高系统10的整体燃料效率。图4示出了与图3类似的系统10的又一实施例，但是其具有添加在DPF20与SCR24 之间的又一 D0C42，从而提供额外NO2以便优化SCR24内的反应。作为系统10的又一替代方式，燃料喷射器44可以添加在燃烧器18与D0C40之间以便选择性地提供额外燃料，从而在特定操作条件下增强D0C40内的反应以及在排气内产生额外量的NO2,额外燃料的两个示例是碳氢燃料和氢。
权利要求
1.一种处理来自柴油燃烧过程的排气的柴油排气处理系统，该系统包括燃烧器，该燃烧器接收所述排气且选择性地用火焰加热所述排气以将升高温度的所述排气供应给所述系统的其余部分；柴油颗粒过滤器，其连接在所述燃烧器下游以便从其接收所述排气；以及选择性催化还原催化剂以及NOx捕集器中的至少一个，其连接在所述柴油颗粒过滤器下游以便从其接收所述排气。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括柴油氧化催化剂，其连接在所述燃烧器下游以便从其接收所述排气且连接在所述柴油颗粒过滤器上游以便将所述排气输送至所述柴油颗粒过滤器。
3.根据权利要求2所述的系统，还包括柴油氧化催化剂，其连接在所述柴油颗粒过滤器下游以便从其接收所述排气且连接在所述选择性催化还原催化剂上游以便将所述排气输送至所述选择性催化还原催化剂。
4.根据权利要求2所述的系统，还包括位于所述燃烧器下游和所述DOC上游的燃料喷射器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述燃烧器包括至少一个燃料喷射器和至少一个点火器。
6.根据权利要求1所述的系统，其中选择性催化还原催化剂以及NOx捕集器中的该至少一个是选择性催化还原催化剂且还包括连接在所述催化剂上游的还原剂喷射器。
7.—种处理来自柴油燃烧过程的柴油排气的方法，所述方法包括如下步骤(a)通过燃烧所述柴油燃烧过程下游的所述排气流中的燃料来选择性地提高所述排气的温度；(b)通过氧化进入由步骤(a)提供的升高温度的所述排气的碳来从过滤器中除去煤烟；以及(c)除去步骤(b)提供的所述排气中携带的N0X。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括在步骤(b)之前，使得来自步骤(a)的所述排气通过氧化催化剂从而产生NO2的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在步骤(c)之前，使得来自步骤(b)的所述排气通过氧化催化剂从而产生NO2的步骤。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括在步骤(a)之后且在步骤(b)之前将燃料喷射进入所述排气的步骤。
11.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(a)包括将燃料喷射进入所述排气和使所述燃料点火的步骤。
12.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(c)包括将所述排气通过选择性催化还原催化剂上方从而将NOx转化成N2。
13.根据权利要求7所述的方法，其中步骤(c)包括捕集N0X。
全文摘要
提供的柴油排气后处理系统(10)处理来自柴油燃烧过程(14)，例如柴油压缩发动机(16)，的排气(12)。系统(10)包括燃烧器(18)，该燃烧器选择性地将升高温度的排气(12)供应给系统(10)的其余部分；柴油颗粒过滤器(20)，其连接在燃烧器(18)下游以便从其接收排气(12)；NOx还原装置(22)，其连接在过滤器(20)下游以便从其接收排气。
文档编号B01D53/56GK102438729SQ201080018588
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月27日 优先权日2009年4月27日
发明者J. 科特尔巴 A., 冈多根 A., A. 耶金 D., E. 杰克逊 T., 加纳 T. 申请人:坦尼科汽车营业公司