专利名称：排气后处理系统以及排气净化方法
技术领域：
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的排气后处理系统以及排气 净化方法。
背景技术：
专利文献US 6，467，257 Bl公开了 一种排气后处理系统，该系统具有设 置在用于选择性催化还原(SCR)氮氧化物(NOx)的催化器下游的用于 除去排气中的炭黑颗粒的颗粒过滤器。
未审定公开说明书EP 1 469 173 Al公开了 一种排气后处理系统，其中 在SCR催化器的上游设置有氧化催化器，在该SCR催化器的下游布置颗 粒过滤器。在氧化催化器与SCR催化器之间连接有换热器。排气可在该换 热器处冷却或者也可以旁通过该换热器。为了通过使累积的炭黑燃烧而再 生颗粒过滤器，用单独的燃烧器为颗粒过滤器供给热能。
未审定公开说明书DE 103 47 133A1公开了一种排气后处理系统，其 中在SCR催化器的下游设置具有燃料定量装置的氧化催化器。氧化催化器 下游设置颗粒过滤器。在SCR催化器的上游设置另一个氧化催化器。
发明内容
本发明的目的是，提供一种排气后处理系统以及一种排气净化方法， 通过该方法能够4吏各部件功能优化地运行。
根据本发明，所述目的由独立权利要求的特征部分实现。 由其它的权利要求可得到本发明的有利的实施形式和改进方案。
根据本发明的排气后处理系统设计成，可以与内燃机的出口 /排气门
(Ausgang)处的排气温度无关地设定NOx催化器装置和用于除去颗粒的 装置的各自的工作温度。与已知的排气后处理系统不同的是，优选包括至 少一个SCR催化器的NOx催化器装置的和用于除去颗粒的装置的功能优 化的布置，该布置主要取决于可用来设定各个工作温度的部件。优选地， 所述部件是在NOx催化器装置的入口侧的用于产生热效应
(warmeWnung)的单元以及在用于除去颗粒的装置的入口处的用于主动/ 有效提升排气温度的装置。
优选地，除了在用于除去颗粒的装置的上游的用于主动提升排气温度 的装置外，还设置有用于产生热效应以调节NOx催化器装置的温度的单 元，其中NOx催化器装置可以与内燃机的排气温度不相关联。用于除去颗 粒的装置以及NOx催化器装置都可以以功能优化的方式工作。用于产生热 效应的单元使优选的SCR催化器能够在转化氮氧化物(NOx)方面优化地 工作。为了这个目的，可调节SCR催化器的温度。此外，可以将第二氧化 催化器的温度设定成，使得能够使用燃料定量装置。因此，NOx催化器装 置以及用于除去颗粒的装置的功能性不再与内燃机的排气温度相关联。排 气后处理系统因此可以以与内燃机不相关联的方式工作。
优选地，用于产生热效应的单元布置在NOx催化器装置的上游以及第 一氧化催化器装置的下游。
或者，用于产生热效应的单元也可以布置在第一氧化催化器装置的上游。
此外，除具有至少一个氧化催化器的第二氧化催化器装置外，用于主 动提升排气温度的装置可以还包括至少一个燃料定量装置。这里，氧化催 化器装置可设计成单流道式(einflutig)或双流道式(zweiflutig)，其中 可以为每个氧化催化器单独设置燃料定量装置。或者，可i殳置一个燃料定 量装置用以共同供给主动提升排气温度的装置的所有氧化催化器。 NOx催化器装置同样可设计成单流道式或双流道式。 此外，用于除去颗粒的装置可以具有至少一个颗粒过滤器，其中用于
除去颗粒的装置可设计成单流道式或双流道式。
在用于除去颗粒的装置的下游可设置第三氧化催化器装置。 这里，第三氧化催化器装置可设计成单流道式或双流道式。 如果用于除去颗粒的装置具有合适的颗粒过滤器催化涂层，则可以省
去第二和/或第三氧化催化器单元。
在第一氧化催化器单元的上游，和/或在用于产生热效应的单元的下
游，和/或在NOx催化器装置的上游，和/或在NOx催化器装置的下游，和 /或在第二氧化催化器装置的上游，和/或在用于除去颗粒的装置的上游，和 /或在用于除去颗粒的装置的下游，可设置至少一个温度传感器。
合适地，可在NOx催化器装置的下游设置氨传感器，通过该氨传感器 可更好地调节向NOx催化器装置中进行的还原剂(特别是尿素水溶液)的 添力口。
优选地，可在NOx催化器装置的下游，和/或在第一氧化催化器装置 的上游"i殳置NOx传感器。在NOx催化器装置下游的布置允许更好地调节 还原剂的添加和/或可能的车载诊断(OBD)。车载诊断是指在行驶期间 监测与排气相关的构件和系统，以及检测、例如通过警示灯显示和在车间 中向扫描工具传输故障。此外，可保护有危险的构件(诸如催化器)。在 第一氧化催化器装置上游的布置可用于量化未处理的排放以及由此导致的 NOx催化器装置的需求。
可在用于除去颗粒的装置的上游和下游分别设置压力传感器。这样便 实现了对用于除去颗粒的装置中的炭黑含量和/或灰尘含量的估计，并由此 调节燃料定量装置。
根据本发明的在排气后处理系统中的排气净化方法规定除了用于除 去颗粒的装置外，NOx催化器装置也可以根据需要与内燃机的排气温度无 关地工作。
优选地，如果需要向NOx催化器装置中定量供给还原剂的调节工作和 /或用于主动提升排气温度的装置的调节工作，并且NOx催化器装置和/或 用于主动提升排气温度的装置的第二氧化催化器处于各自的优选温度范围
之外，则可启动用于产生热效应以调节NOx催化器装置的温度的单元。 另外，如果用于除去颗粒的装置的压力损失的增加超过一阈值，和/
或在用于提升排气温度的装置开启的情况下用于除去颗粒的装置中的预期
温度超过一界限值，和/或用于除去颗粒的装置的负载超过一容许界限值，
则可进行用于主动提升排气温度的装置的调节工作。
有利地，在用于提升排气温度的装置开启的情况下，用于除去颗粒的
装置的平均温度在550C与850"C之间，优选在600"C与800。C之间。
有利地，在用于提升排气温度的装置的调节工作中，所述用于提升排
气温度的装置的氧化催化器装置的温度高于250n ，优选高于300r 。
基于附图中所示的优选实施例，在下文中更详细地说明本发明的其它 优点和细节，而在本发明不受这些实施例的限制。 附图中
图1示出了具有单流道式排气管的优选的排气后处理系统的第一实施
例，
图2示出了具有单流道式排气管的优选的排气后处理系统的另一实施
例，
图3示出了部分地具有双流道式排气管的优选的排气后处理系统的另 一实施例，
图4示出了部分地具有双流道式排气管的优选的排气后处理系统的另 一实施例，
图5示出了部分地具有双流道式排气管和单流道式排出侧氧化催化器 的优选的排气后处理系统的另一实施例。
具体实施例方式
附图中，功能相同的部件用相同的附图标记表示。
图1示出了本发明的第一实施例。第一实施例中，内燃机(未示出)
的优选的排气后处理系统10在排气的流动方向70上串联有首先是第一 氧化催化器装置20、用于为排气脱氮的NOx催化器装置30(优选带有SCR 催化器32)、用于主动提升排气温度的装置40、用于除去颗粒的装置50 以及第三氧化催化器装置60。
在两个第一部件(即，第一氧化催化器单元20与用于为排气脱氮的 NOx催化器装置30)之间，用于产生热效应以调节NOx催化器装置30 的温度的影响单元(infusive Einheit) 22引入热量。影响单元22的能量引 入可以通过燃烧液态和/或气态物质，和/或通过辐射，和/或通过电能，和/ 或通过换热器，和/或通过热气流实现。单元22用于设定对NOx催化器装 置30中的NOx还原有利的温度，以及为具有氧化催化器42的用于主动提 升排气温度的装置40提供适合于用于除去颗粒的单元50的主动/有效再生 的温度。
另一影响单元36为SCR催化器32导入还原剂或还原剂的前体 (Ausgangsmittel)，例如尿素水溶液，碳氢化合物等。在第一氧化催化 器20中，尽可能完全地将未燃的碳氢化合物、 一氧化碳和颗粒氧化成一氧 化氮(NO)而部分氧化成二氧化氮(N02)。单元36将还原剂(例如尿 素溶液)喷射到由单元22以适当的温度加热的排气流中，在排气中所述还 原剂水解成氨(NH3 )和二氧化碳(C02 )。在自身的选择性还原中，NH3 然后与NO/N02混合物反应生成氮和水。该反应在通常由在陶瓷基底上(涂 布的)过渡金属(元素)化合物构成的催化剂上进行。在下游的用于主动 提升排气温度的单元40的第二氧化催化器42中可转化未使用的NH3部 分。
用于主动提升排气温度的单元40除氧化催化器42之外还包括燃料定 量装置46,通过该燃料定量装置可向排气管中定量供给需要的燃料，以通 过所述燃料的氧化而在氧化催化器42中建立适当的温度。所产生的热效应 可用于设置在下游的用于除去颗粒的装置50的颗粒过滤器52的主动的、 可调节的再生，而不需要使处于当前工作条件的内燃机适应这种再生阶段。 氧化催化器42可以由颗粒过滤器52的适当的催化涂层代替或补充。
颗粒过滤器52优选地包括用于抑留排气中所含的炭黑颗粒的单元，该 炭黑颗粒在由单元40相应地提高排气温度的情况下可被烧掉。颗粒过滤器 52可设计成包括或不包括催化涂层。
具有氧化催化器62的第三氧化催化器装置60用于氧化排气中的在主 动提升排气温度的单元40工作期间未完全氧化的成分。氧化催化器装置 60可以由颗粒过滤器52的适当的催化涂层替代或补充。
未示出可能存在的、适当地布置的温度传感器、氨传感器、NOx传感 器、压力传感器。
因此可在第一氧化催化器单元20的上游，和/或在用于产生热效应的 单元22的下游，和/或在NOx催化器装置30的上游，和/或在NOx催化器 装置30的下游，和/或在用于主动提升排气温度的装置40的上游，和/或在 用于除去颗粒的装置50的上游，和/或在用于除去颗粒的装置50的下游， 设置至少一个温度传感器。(传感器)设置在笫一氧化催化器单元20的上 游，使得能够估计在氧化催化器单元20的出口处的排气中的N02的比例。 通过(传感器)设置在用于产生热效应的单元22的下游，可能验证该单元 22的功能性，在必要时检测出故障。(传感器)设置在NOx催化器装置 30的上游和/或NOx催化器装置30的下游使得能够通过单元36调节还原 齐'J的添力i^
在NOx催化器装置30的下游的布置氨传感器使得能够通过单元36 更好地调节还原剂的添加。
在NOx催化器装置30的下游布置NOx传感器能够通过单元36更好 地调节还原剂的添加和/或更好地进行诊断(车载诊断)。在第一氧化催化 器装置20的上游的布置实现了 对未处理的排放以及由此而对NOx催化 器装置30的子系统的要求进行量化。
通过分别在用于除去颗粒的装置50的上游和下游布置压力传感器，可 估计出颗粒过滤器52中的炭黑含量或灰分含量，以及由此对燃料定量装置 46进行调节。
另外，还设置了控制单元(附图中未示出)，该控制单元连接至各传
感器，以调节用于产生热效应的单元22、用于定量供给还原剂的单元36 以及燃料定量装置46，并与控制内燃机的一般的发动机控制单元通信。
图2示出了图1中的排气后处理系统10的替代实施例，其中用于产生 热效应的单元22布置在第一氧化催化器装置20的上游。部件的布置在其 它方面相同。在以下的实施例中，单元22可以布置在第一氧化催化器装置 20的上游或下游。
图3的实施例示出了排气后处理系统10的另一优选的变型，其中NOx 催化器装置30、用于主动提升排气温度的单元40、用于除去颗粒的装置 50以及第三氧化催化器装置60分别设计成双流道式。针对各个部件的单 流道的实施例所说明的功能性、实施形式和可选形式基本上也适用于双流 道式的部件。
第一氧化催化器单元20以单流道布置在流道分支处的上游。用于定量 供给还原剂的单元36由两个SCR催化器32， 34共用。
这里，NOx催化器装置30包括在流路上并联连接的两个SCR催化器 32、 34。用于主动提升排气温度的装置40包括在流路上并联连接的两个氧 化催化器42、 44，用于除去颗粒的装置50包括在流路上并联连接的两个 颗粒过滤器52、 54，氧化催化器装置60包括在流路上并联连接的两个氧 化催化器62、 64。
如图2的实施例中，在第一氧化催化器装置20的入口处布置有用于提 供热效应的影响单元22，在第一氧化催化器装置20与NOx催化器装置30 上游的流道分支处72的上游之间，设置有用于为NOx催化器装置30的 SCR催化器32 、 34供给还原剂的单元36 。
在流道总管74中，在NOx催化器装置30的下游，设置有用于主动提 升排气温度的单元40的两个氧化催化器42、 44的燃料定量装置46。
在第三氧化催化器单元60的下游，NOx催化器装置30的双流道式排 气管、用于主动提升排气温度的单元40和第三氧化催化器单元60都汇集 到流道总管76中。
图4示出了与图3相对应的排气后处理系统10的实施例，该系统与图
3的区别在于燃料定量装置46单独地设置在用于主动提升排气温度的单 元40的各个氧化催化器42、 44的各自的流道中。燃料定量装置46的这种 双重的设计使得能够调节流道总管74的下游的温度。
图5示出了才艮据本发明的排气后处理系统10的另一变型，该变形在^艮 大程度上与图4中的双流道构型相一致。然而，在示出的实施例中，第三 氧化催化器单元60设计成在流道总管76的下游的单流道式(结构)。
对于示例性实施例中所示的所有的双流道布置，也可省去在第三氧化 催化器单元60的下游的流道总管76;如必要，也可省去在NOx催化器单 元30下游的流道总管74。
对于用于供给还原剂的单元36的调节工作，优选的是，SCR催化器 温度为最低150。C，优选为最低200"C最高500C优选为最高500C。当 内燃机的未处理的NOx排放高于法规要求的界限值时，启动单元36。
对于NOx还原工作，优选的是，第一氧化催化器单元20的温度为最
低i2ox:,优选为最低i5ox:，而scR催化器的温度为最低isox:，优选
最低200。C。
对于燃料定量装置46的可调节操作，优选是，第二氧化催化器42或 第二氧化催化器42、 44的温度高于280。C，优选为高于300'C。如果用于 除去颗粒的单元50负载的炭黑和/或灰分致使超过了所产生的经过颗粒过 滤器52、 54的压力损失的增加的阈值(例如，在50-200mbar的范围内)， 和/或如果颗粒过滤器52、 54中预期的温度超过某一阈值(例如在700。C至 800。C的范围内)，和/或如果颗粒过滤器52、 54的负载超过某一阈值(例 如2g/l至15g/1)，则启动燃料定量装置。
在燃料定量装置46工作期间，优选是，颗粒过滤器52、 54的平均温 度最低550。C，优选为最低600X:最高850X:,优选为最高800'C。
用于产生热效应的单元22适当地设计成，能够在发动机系统变量的整 个状态空间内工作。如果需要用于定量供给还原剂的单元36的调节工作和 /或燃料定量装置46的调节工作，并且SCR催化器温度或氧化催化器42 或氧化催化器42、 44的温度不处于各自的优选范围内，则启动单元22。
权利要求
1. 一种排气后处理系统，该系统包括在内燃机的排气流动方向(70)上串联设置的，供排气穿流的第一氧化催化器装置(20)，用于为排气脱氮的NOx催化器装置(30)，具有至少一个第二氧化催化器装置的、用于主动提升排气温度的装置(40)，以及用于除去颗粒的装置(50)，其特征在于，可以与内燃机的出口处的排气温度无关地设定NOx催化器装置(30)和用于除去颗粒的装置(50)的各自的工作温度。
2. 根据权利要求1所述的排气后处理系统， 其特征在于，设置有用于产生热效应以调节NOx催化器装置(30)的温度的单元 (22)。
3. 根据权利要求2所述的排气后处理系统， 其特征在于，用于产生热效应的单元(22)布置在NOx催化器装置(30)的上游、 第一氧化催化器装置(20)的下游。
4. 根据权利要求3所述的排气后处理系统， 其特征在于，用于产生热效应的单元(22)布置在第一氧化催化器装置(20)的上游。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的排气后处理系统， 其特征在于，用于主动提升排气温度的装置(40)在第二氧化催化器装置的上游包 括至少一个燃料定量装置(46)。
6. 根据权利要求5所述的排气后处理系统， 其特征在于，氧化催化器装置设计成双流道式。
7. 根据权利要求6所述的排气后处理系统， 其特征在于，为每个氧化催化器(42, 44)单独设置燃料定量装置(46)。
8. 根据权利要求6所述的排气后处理系统， 其特征在于，一个燃料定量装置(46 )共同地供给用于主动提升排气温度的装置(40 ) 的所有氧化催化器(42， 44)。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的排气后处理系统， 其特征在于，NOx催化器装置(30)设计成双流道式。
10. 根据上述权利要求中任一项所述的排气后处理系统， 其特征在于，用于除去颗粒的装置(50)具有至少一个颗粒过滤器(52)。
11. 根据权利要求10所述的排气后处理系统， 其特征在于，用于除去颗粒的装置(50)设计成双流道式。
12. 根据上述权利要求中任一项所迷的排气后处理系统， 其特征在于，将用于主动提升排气温度的装置(40)的氧化催化器(42, 44)和/ 或第一氧化催化器(20)集成到用于除去颗粒的装置(50)中。
13. 根据上述权利要求中任一项所述的排气后处理系统， 其特征在于，在用于除去颗粒的装置(50 )的下游设置有第三氧化催化器装置(60 )。
14. 根据权利要求13所述的排气后处理系统， 其特征在于，第三氧化催化器装置(60)设计成单流道式。
15. 根据权利13所述的排气后处理系统， 其特征在于， 第三氧化催化器装置(60)设计成双流道式。
16. 根据上述权利要求中任一项所述的排气后处理系统， 其特征在于，在第一氧化催化器单元(20)的上游，和/或在用于产生热效应的单元 (22)的下游，和/或在NOx催化器装置(30)的上游，和/或在NOx催化 器装置(30)的下游，和/或在用于主动提升排气温度的装置(40)的上游， 和/或在用于除去颗粒的装置(50 )的上游，和/或在用于除去颗粒的装置(50 ) 的下游，设置至少一个温度传感器。
17. 根据上述权利要求中任一项所述的排气后处理系统， 其特征在于，在NOx催化器装置(30)的下游设置氨传感器。
18. 根据上述权利要求中任一项所述的排气后处理系统， 其特征在于，在NOx催化器装置(30)的下游，和/或在第一氧化催化器装置(20) 的上游设置NOx传感器。
19. 根据上述任一项权利要求所述的排气后处理系统， 其特征在于，在用于除去颗粒的装置(50)的上游和下游分别设置压力传感器。
20. —种排气后处理系统中的排气净化方法，该系统包括在内燃机 的排气流动方向(70)上串联设置的第一氧化催化器装置(20)，用于为 排气脱氮的NOx催化器装置(30 ),用于主动提升排气温度的装置(40 )， 以及用于除去颗粒的装置(50)，其特征在于，NOx催化器装置(30)和用于除去颗粒的装置(50)根据需要与内燃 机的出口处的排气温度无关地工作。
21. 根据权利要求20所述的方法， 其特征在于，如果需要向NOx催化器装置(30)中定量供给还原剂的调节工作和/ 或用于主动提升排气温度的装置(40 )的调节工作，并且NOx催化器装置 (30)和/或用于主动提升排气温度的装置(40)的一个或多个氧化催化器 (42， 44)不在各自的优选温度范围内，则启动用于产生热效应以调节NOx催化器装置(30)的温度的单元(22)。
22. 根据权利要求20或21所述的方法， 其特征在于，如果用于除去颗粒的装置(50 )超过一压力损失的增加和/或在用于提 升排气温度的装置(40)开启的情况下用于除去颗粒的装置(50)中的预 期温度超过界限值，和/或用于除去颗粒的装置(50)的负载超过一容许界 限值，则进行用于主动提升排气温度的装置(40)的调节工作。
23. 根据权利要求20至22中任一项所述的方法， 其特征在于，在用于提升排气温度的装置(40)开启的情况下，用于除去颗粒的装 置(50)的平均温度在550。C与850"C之间，优选在600C与800"C之间。
24. 根据权利要求20至23中任一项所述的方法， 其特征在于，在用于提升排气温度的装置(40)的调节工作中，所述用于提升排气 温度的装置的氧化催化器装置的温度高于250C优选高于300匸。
全文摘要
本发明涉及一种排气后处理系统，该系统包括在内燃机的排气流动方向(70)上串联设置的第一氧化催化器装置(20)，用于为排气脱氮的NOx催化器装置(30)，具有至少一个第二氧化催化器装置的、用于主动提升排气温度的装置(40)，以及用于除去颗粒的装置(50)。其中，可以与内燃机的出口处的排气温度无关地设定NO<sub>x</sub>催化器装置(30)和用于除去颗粒的装置(50)各自的工作温度。
文档编号F01N3/20GK101395348SQ200780007726
公开日2009年3月25日 申请日期2007年3月1日 优先权日2006年3月3日
发明者A·楚施拉格, A·高巴赫, C·埃斯佩, T·布罗恩 申请人:戴姆勒股份公司