专利名称：排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法
技术领域：
本发明涉及排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法。
背景技术：
根据本发明的方法用在排气后处理装置中，该排气后处理装置具有冊,存储催化 转化器(也称为用于稀空燃比搡作的氮氧化物捕集器，或简称UT即"稀N0,捕集器) 和SCR催化转化器，该SCR催化转化器定期地经受使用浓空燃比的操作阶段，以便促 使N(X存储催化转化器的再生。
NO,存储催化转化器吸收和存储由内燃发动机在稀空燃比操作阶段中放出的氮氧 化物(N0x)。 一旦NO,存储催化转化器的N0x分子饱和，就需要使用浓空燃比的操作 阶段(浓空燃比操作通常持续几秒)以清洁所述NO,存储催化转化器。这时，允许存 储的冊x分子的释放和减少形成无污染负载(non-contaminant-laden)的成分，该成 分主要为氮、二氧化碳及水蒸气。所述清洁过程的频率由N0x排放程度和NO,存储催 化转化器的存储能力确定，其中存储能力取决于排气温度。
此外，NO,存储催化转化器还存储在放出的排气中包含的硫酸盐，硫酸盐会导致 NO,存储催化转化器的劣化及其NO,存储能力的降低。为减少NO,存储催化转化器中存 储的硫酸盐，即触发脱硫过程，NO,存储催化转化器必须加热到通常为600'C到700°C 的高温，并供应还原气体，为此内燃发动机在浓空燃比操作模式中操作一定时期。这 会导致NO,存储催化转化器的严重的热老化过程，结果NOx存储催化转化器的转化效 率大幅度减少直到其使用寿命的结東。
在浓空燃比操作阶段，还可能产生氨(NH》。产生的氨的量主要取决于排气中的 空燃比、NO,存储催化转化器中的N0x负载、NOx存储催化转化器的温度、排气质量流 率及NO,存储催化转化器的老化程度。随着NOx存储催化转化器由于热劣化而逐步老 化以及由于累积的硫酸盐，NO,存储催化转化器的存储能力及其转化存储的氮氧化物 的能力受到较大地不利影响。这不可避免地导致氨(NHJ的形成，特别是在浓空燃比 工况中，氨(冊3)的形成可以归因于从N0x存储催化转化器释放的氮氧化物和NOx存储
催化转化器的入口处的排气流中的氮氧化物。
为阻止冊3从排气尾管排放，在N(h存储催化转化器的下游设置SCR催化转化器 (即选择性催化还原的催化转化器)。所述SCR催化转化器以被动方式操作，通过在 浓空燃比阶段中存储NOx存储催化转化器产生的氨。由于在NOx存储催化转化器的下 游方向上逃逸的NO,排放物减少，然后存储的氨在稀空燃比操作阶段中较慢地消耗。
4EP 1 435 437 Al例如公开在稀混合物(lean-mix )发动机中使用的用于NO,排 气后处理的装置，其中NO,存储催化转化器可以与SCR催化转化器结合使用以便使用 在N0,存储催化转化器中产生的氨(NH3),以在排气流通过N(X存储催化转化器之后减 少排气流中保留的氮氧化物。
NO,存储催化转化器的再生过程的触发通常取决于NOx存储催化转化器的NO,负载 状态发生，其中在浓空燃比操作阶段中，被动操作的SCR催化转化器存储在NO,.存储 催化转化器中产生的氨并消耗所述氨。
发明内容
本发明的一个目的是提供排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法，该排气 后处理装置具有NOx存储催化转化器和SCR催化转化器，这允许NO,存储催化转化器 更高效率的再生。
通过一种操作排气后处理装置的方法和排气后处理装置实现上述目的。
在根据本发明用于操作排气后处理装置的方法中，该排气后处理装置具有冊<存 储催化转化器和SCR催化转化器，NO,存储催化转化器用于存储来自内燃发动机供应 的排气的氮氧化物，SCR催化转化器设置在NO,存储催化转化器的下游用于选择性地 催化还原供应到该SCR催化转化器的排气中的氮氧化物。取决于作为排气后处理装置 的状态特征的状态变量值，触发用于再生NOx存储催化转化器的至少一个再生阶段。
该方法的特征在于取决于NO,存储催化转化器的老化状态选择考虑用于触发再生 阶段的标准的状态变量。
根据本发明，提供一种考虑NO,存储催化转化器的老化状态优化使用浓空燃混合 物的清洁过程的执行的策略。
在常规的方法中，取决于使用浓空燃混合物的NO,存储催化转化器的NO,负载状 态发生清洁过程的触发，且在新的未老化的NO,存储催化转化器的情况下被动操作的 SCR催化转化器(在浓空燃比操作阶段中SCR催化转化器存储NO,存储催化转化器中 产生的氨并消耗所述氨)适当地表示最佳方法，因为在这种情况下，整体的氮氧化物 转化主要由N(^存储催化转化器的存储和转化效率确定。
然而，所述方法在老化的NO,存储催化转化器的情况中不再是最佳的，关于对整 体的NO,转化的主要贡献，发生从NO、存储催化转化器到SCR催化转化器的转换，同 时N0、存储催化转化器的功能然后基本上减少到产生氨(NH3)用于SCR催化转化器。
本发明基于实施使用浓空燃混合物的清洁过程的定时取决于NOx存储催化转化器 的老化状态的构思。更精确地，在具有相对较新的未老化的N(X存储催化转化器的装 置中，主要取决于冊(存储催化转化器的NOx的负载发生清洁或再生的触发(即它们 的开始和结東)，而随着NO,存储催化转化器的老化增加，主要取决于SCR催化转化 器的氨负载控制使用浓空燃混合物的清洁过程的启用和停用。根据一个优选的实施例，还考虑NOx存储催化转化器的老化状态，进行在NO-存 储催化转化器的入口处的排气混合物的空燃比(入值)的控制。更精确地，在具有相 对较新的未老化的NOx存储催化转化器的装置中，所述控制发生关联于N0x存储催化 转化器中的优化的N0,转化，而在具有老化的NOx存储催化转化器的装置中，所述控 制发生关联于NOx存储催化转化器中的优化的冊3产生。
对于NOx存储催化转化器中的优化的N0x转化，特别是有可能在从0. 90到1. 0的 范围内设定X标称值。对于NO,存储催化转化器中的优化的氨产生，特别是有可能在 0. 80到0. 90的范围内设定入标称值。
本发明还涉及具有N0、存储催化转化器和SCR催化转化器的排气后处理装置，N0X 存储催化转化器用于存储来自内燃发动机供应的排气中的氮氧化物，SCR催化转化器 设置在NO、存储催化转化器的下游用于选择性地催化还原供应到SCR催化转化器的排 气中的氮氧化物，其中该排气后处理装置还包括用于确定冊x存储催化转化器的N0X 负载的装置、用于确定SCR催化转化器的NH3负载的装置、及用于触发NOx存储催化 转化器的再生阶段的设备。该装置的特征在于用于触发NO,存储催化转化器的再生阶 段的设备设计为取决于NO,存储催化转化器的老化状态，基于NO,存储催化转化器的 NO、负载或基于SCR催化转化器的冊3负载触发再生阶段。
关于排气后处理装置的优点和优选的实施例，结合根据本发明的方法参考上述陈述。
本发明的更多的实施例可以从说明书和从属权利要求中获得。 在下文基于优选的实施例和参考附图进一步说明本发明。
图1示出实施根据本发明的方法的排气后处理装置的示意图2示出说明NO,存储催化转化器的老化对其NOx存储能力的影响的图表； 图3-图5示出说明根据本发明的方法的图表。
具体实施例方式
图1示意性地示出用于处理内燃发动机的排气的排气后处理装置，其中从内燃发 动机产生的排气5首先流过NO,存储催化转化器lO且随后通过设置在所述NOx存储催 化转化器10的下游的SCR催化转化器20。
从图2和图3可以看出，N(h存储催化转化器10的有效存储能力随着NO,存储催 化转化器的逐步老化(对应于图3中的曲线"1" 、"2"及"3")进一步下降'其 中在图3中由"A"仅示意性表示的相对低温区域，劣化主要归因于硫酸盐的累积， 在图3中由"B"表示的相对高温区域中，劣化主要归因于热导致的老化。
根据本发明的方法的实施方案考虑所述老化影响在下文参考图4和图5说明。根据本发明，随着N0x存储催化转化器10的逐步老化，从使用N0,存储催化转化 器10的NOx负载状态作为触发再生阶段的标准(比较图4a-4b中的实线)转换到使用 SCR催化转化器"的丽3负载作为触发再生阶段的标准(比较图4a-4b中的虛线)。 再生阶段触发或结東的时刻由图4a和图4b中每种情况中所示的矩形曲线或矩形信号 表示。
在使用相对较新的未老化的N0x存储催化转化器10的情况中(对应于图2中的"I" 指示的区域)决定触发的因素如图4a所示为NO,存储催化转化器10的N0x负载(单 位为克)，在使用老化的NO,存储催化转化器10的情况中(对应于图2中的"II"指 示的区域)触发如图4b所示由SCR催化转化器20的冊3负载(单位为克)确定。如 下文详细说明。
1) 状态"I"(=未老化的N0x存储催化转化器)
根据图4a,在使用相对较新的未老化的N0x存储催化转化器10的情况中(状态 "I"),若NOx存储催化转化器10的N0x负载超过阈值，即满足以下条件 负载—N0X >阔值—NO, (UNT， mfEg) (1) 则触发再生阶段。其中负载-NO,表示N0x存储催化转化器10的N0x负载，闺值—N0X
表示规定的阈值，t^t表示NOx存储催化转化器10中的基质温度，mf&表示排气质量流率。
同时，在状态"I",取决于N0x存储催化转化器10的N0x负载和排气质量流率 设定在N0x存储催化转化器10的入口处的空燃比的标称值(U标称值")，以这样 的方式优化NOx存储催化转化器10中的N0x转化或最小化还原剂的流出。 此外，在状态"I",若满足以下条件 负载—N0X <阈值—NOx (tLNT, mfEg) (2)
或若满足以下条件，
L下游-LNT <阈值(3)
即一旦NOx存储催化转化器10的下游的空燃比(L下游-LNT)降到低于阈值(阈 值,则结東再生阶段。
2) 状态"II"(=老化的NOx存储催化转化器)
根据图4b,对于老化的NOx存储催化转化器10的情况(状态"II"),若SCR 催化转换器20的NH3负载降到低于阈值，即满足以下条件
负载-丽3 <阔值-冊3 (tSM， mfEB) (4)
则触发再生阶段。其中，负载—冊3表示SCR催化转换器20的冊3负载，阈值-NH; 表示规定的阈值，Wk表示SCR催化转换器20的基质温度，mf^表示排气质量流率。
同时，在状态"II",取决于N0x存储催化转化器10的冊x负载和排气质量流 率设定在N0x存储催化转化器10的入口处的空燃比的标称值("Mf称值")'以这 样的方式优化冊3再生。
7此外，在状态"n",若满足以下条件
负载—NH3 >阈值-卵3 (tSCR, rafEg) (5)
或若满足以下条件，
人一下游-SCR <阈值2 —X (6) 即一旦SCR催化转化器20的下游的空燃比(L下游-SCR)降到小于阈值(阈值
2- 入)，则结東再生阶段。
3)在状态"r'和"n"之间的转换区域
在状态"r'和"n"之间的转换区域，存在以下两个条件中的一个 负载—N0X 〉阈值—N0x—AF (tLNT, mfEg, AF) (7a) 负载—NH3 <阈值—NH3—AF (tSCR, mfBg, AF) (7b)
这个两个条件可以用作触发再生阶段的标准。其中AF表示作为N0x存储催化转 化器10的老化状态特征的老化因数，阈值-N0x-AF和阔值-冊3-AF表示取决于所述老 化因数的阈值。因此，在转换区域，若NOx存储催化转化器10的NOx负载超过阈值 (阈值-N0x — AF)或若SCR催化转换器20的冊3负载降到低于阈值(阈值—NH卜AF), 则发生再生阶段，其中所述阈值取决于作为N0x存储催化转化器10的老化状态特征 的因数AF。
此外，在状态"i"和"n"之间的转换区域，若满足以下两个条件中的一个
负载—N0X <阈值—NOx—AF (U盯，mfEg, AF) (8a) 及
负载—NH3 >阈值—NH卜AF (tSCR, mfBg, AF) (8b) 或若满足以下条件
入一下游-SCR <阈值(9)
即一旦SCR催化转化器20的下游的空燃比(L下游—SCR)降到小于阈值(阈值
3- 人)，则结東再生阶段。
至于在NOx存储催化转化器10的入口处的空燃比，在状态"r'和"n"之间的转换
区域中，根据图5中的图表进行所述空燃比的设定。
若再生阶段已触发(步骤SIO),判断(步骤S20)是否在NOx存储催化转化器 10下游的空燃比a值)小于阈值(阈值3-X)。若为否，则取决于NOx存储催化转化 器10的NOx负载和排气质量流率设定NOx存储催化转化器10的上游的空燃比的标称 值，以这样的方式最优化NOx存储催化转化器10中的NOx转化和最小化还原剂的流 出(步骤S30)。然而，若NOx存储催化转化器10下游的空燃比a值)小于阈值(阈 值3i)时，取决于NOx存储催化转化器10的NOx负载和排气质量流率设定空燃比 的标称值("Mf称值")，以这样的方式最优化M3产生(步骤S40)。
权利要求
1.一种操作排气后处理装置的方法，所述排气后处理装置具有NOx存储催化转化器(10)和SCR催化转换器(20)，所述NOx存储催化转化器(10)用于存储来自内燃发动机供应的排气(5)中的氮氧化物，所述SCR催化转换器(20)设置在所述NOx存储催化转化器(10)的下游用于选择性地催化还原供应到所述SCR催化转换器(20)的排气中的氮氧化物，其中取决于作为所述排气后处理装置的状态特征的状态变量值，触发用于再生所述NOx存储催化转化器(10)的至少一个再生阶段，其中，取决于所述NOx存储催化转化器(10)的老化状态选择考虑用于触发再生阶段的标准的状态变量。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，随着所述冊x存储催化转化器(10) 的逐步老化，从第一模式转换到第二模式，在所述第一模式中所述NO,存储催化转化 器(10)的NO,负载状态用作考虑用于触发再生阶段的标准的状态变量，在所述第二 模式中，所述SCR催化转换器(20)的冊3负载用作考虑用于触发再生阶段的标准的 状态变量。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一模式中，若满足以下条件负载-NOx >阈值—NOx (kNT， mfEs),则触发再生阶段，其中负载-NO,表示所述NOx存储催化转化器(10)的NO,负载， 阈值JO,表示阈值，^T表示所述NOx存储催化转化器(10)的基质温度，以及mfEg表 示排气质量流率。
4. 如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述第二模式中，若满足以下 条件负载—NH3 <阈值-冊3 (tSM， mfBg)，则触发再生阶段，其中负载-NH3表示所述SCR催化转换器(20)的冊3负载，阈值 -丽3表示阈值，t^表示所述SCR催化转换器(20)的基质温度，以及mfEg表示排气 质量流率。
5. 如上述权利要求中的任意一个所述的方法，其特征在于，取决于所述NO、存储 催化转化器(IO)的老化状态控制NOx存储催化转化器(10)的入口处的空燃比。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，随着所述NO,存储催化转化器(10)的逐步老化，从对于NO,存储催化转化器(10)中发生的NO,的转化所述NO,存储催化 转化器(10)的入口处的空燃比的优化转换到对于N(K存储催化转化器(10)中发生 的冊3产生所述N0x存储催化转化器(10)的入口处的空燃比的优化。
7. 如上述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，随着NOx存储催化 转化器(10)的逐步老化，从冊x存储催化转化器(10)的入口处的空燃比的标称值 在0. 90到1. 0的范围内转换到NO,存储催化转化器(IO)的入口处的空燃比的标称值 在0. 80到0. 90的范围内。
8. —种排气后处理装置，所述排气后处理装置具有NO,存储催化转化器(10) 和SCR催化转换器(20),所述NO,存储催化转化器(10)用于存储来自内燃发动机 供应的排气(5)的氮氧化物，所述SCR催化转换器(20)设置在所述NO,存储催化转 化器(10)的下游用于选择性地催化还原供应到NO,存储催化转化器(10)的排气中 的氮氧化物，其中所述排气后处理装置还包括用于确定所述NO,存储催化转化器(10) 的N0x负载的装置、用于确定SCR催化转化器(20)的NH3负载的装置、用于触发所 述NO,存储催化转化器(10)的再生阶段的设备，其中，用于触发所述NO,存储催化 转化器(10)的再生阶段的设备设计为取决于所述NOx存储催化转化器(10)的老化 状态，基于所述NOx存储催化转化器(10)的NOx负载或基于所述SCR催化转换器UO) 的NH3负载触发再生阶段。
全文摘要
本发明涉及排气后处理装置及操作排气后处理装置的方法。该排气后处理装置具有NO<sub>x</sub>存储催化转化器(10)和SCR催化转换器(20)，所述NO<sub>x</sub>存储催化转化器(10)用于存储来自内燃发动机供应的排气(5)中的氮氧化物，所述SCR催化转换器(20)设置在所述NO<sub>x</sub>存储催化转化器(10)的下游用于选择性地催化还原供应到所述SCR催化转换器(20)的排气中的氮氧化物，取决于作为排气后处理装置的状态特征的状态变量值触发用于再生NO<sub>x</sub>存储催化转化器(10)的至少一个再生阶段。其中取决于NO<sub>x</sub>存储催化转化器(10)的老化状态选择考虑用于触发再生阶段的标准的状态变量。本发明可实现NO<sub>x</sub>存储催化转化器高效率的再生。
文档编号F01N3/20GK101592060SQ20091014652
公开日2009年12月2日 申请日期2009年5月26日 优先权日2008年5月28日
发明者亚西尔·雅各布 申请人:福特环球技术公司