处理排气流的方法和排气处理系统技术方案

根据本发明专利技术，提供了一种处理排气流的方法和排气处理系统，所述排气流由内燃机中的燃烧产生并包括氮氧化物NOx。所述方法包括对于排气流中的包括氮、碳和氢中的一种或多种的化合物进行第一氧化。此外，执行排气流中的第一添加剂的第一供给的控制。执行这种控制的目的是防止烟灰的累积超过布置在排气处理系统中的催化过滤器中的烟灰阈值Sth。这种烟灰阈值Sth至少取决于内燃机的操作状况，这影响排气流的流动的水平。使用被包括在催化过滤器中的至少部分催化涂层的还原特性并且使用所供给的第一添加剂执行排气流中的氮氧化物NOx的第一还原。此外，排气流中的烟灰颗粒被捕获并且被氧化。进行排气流中第二添加剂的第二供给的控制，随后使用还原催化装置中的第一和/或第二添加剂执行排气流中的氮氧化物NOx的第二还原。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】处理排气流的方法和排气处理系统
本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的处理排气流的方法。本专利技术还涉及根据权利要求38的前序部分的布置成处理排气流的排气处理系统。本专利技术还涉及实施根据本专利技术的方法的计算机程序和计算机程序制品。
技术介绍
下列背景描述构成对本专利技术的背景的描述，并且由此无需必然构成现有技术。与就主要在市区中的污染和空气质量方面的增加的政府利益相关，已经在许多管辖区域中起草了与来自内燃机的排放有关的排放标准和法规。这种排放标准通常包括限定来自例如车辆中的内燃机的排气排放的可接受的限度的要求。例如，通常通过用于大多数车型的这些标准来监管氮氧化物NOx、碳氢化合物CxHy、一氧化碳CO和颗粒物PM的排放水平。装备有内燃机的车辆通常在不同程度上导致这种排放。在本文中，将主要针对其用于车辆中的应用来描述本专利技术。然而，本专利技术可以用于使用内燃机的实质上所有的应用中，例如在诸如船舶之类的舰艇或飞机/直升机中，其中，用于这种应用的法规和标准限制了来自内燃机的排放。在致力于遵守这些排放标准的过程中，由内燃机的燃烧所导致的排气被进行处理(净化)。一种处理来自内燃机的排气的常用方法包括所谓的催化净化过程，这就是装备有内燃机的车辆通常包括至少一种催化器的原因。存在不同类型的催化器，其中根据例如车辆中所使用的燃烧概念、燃烧策略和/或燃料类型和/或待净化的排气流中的化合物的类型，不同的相应类型的催化器可能是适用的。与至少下文中被称为氮氧化物NOx的含氮气体(一氧化氮、二氧化氮)相关，车辆通常包括催化器，其中向由内燃机中的燃烧所产生的排气流供给添加剂，以便将氮氧化物NOx主要还原成氮气和水蒸气。SCR(选择性催化还原)催化器是主要用于重型货车的这类还原的常用类型的催化器。SCR催化器通常使用氨NH3或者其中可产生/形成氨的成分作为添加剂以降低排气中的氮氧化物NOx的量。添加剂被喷射到由位于催化器上游的内燃机所产生的排气流中。向催化器添加的添加剂以氨NH3的形式被吸附(存储)在催化器中，使得可在排气中的氮氧化物NOx与可经由添加剂获得的氨NH3之间发生氧化还原反应。现代内燃机是一种在该发动机和排气处理之间存在协作和相互影响的系统。具体来说，在排气处理系统的还原氮氧化物NOx的能力和内燃机的燃料效率之间存在相关性。对于内燃机而言，在发动机的燃料效率/总效率与由其产生的氮氧化物NOx之间存在相关性。该相关性表明，对于给定系统，在所产生的氮氧化物NOx和燃料效率之间存在正相关性，换言之，可致使被允许排放更多氮氧化物NOx的发动机通过例如对喷射时机的更为最优的选择来消耗更少的燃料，该选择可能产生较高的燃烧效率。类似地，在所产生的颗粒质量PM和燃料效率之间通常存在负相关性，这意味着来自发动机的颗粒质量PM的增加排放与增大的燃料消耗有关。该相关性是广泛使用包括SCR催化器的排气处理系统的背景，其目的是在燃料消耗和颗粒物排放方面朝向所产生的数量相对较多的氮氧化物NOx来优化发动机。随后在排气处理系统中实施这些氮氧化物NOx的还原，该排气处理系统由此也可包括SCR催化器。因此，通过发动机和排气处理系统的设计中的使得发动机和排气处理相互补充的集成方法来实现高燃料效率连同颗粒物PM和氮氧化物NOx的低排放。
技术实现思路
在一定程度上，可以通过增加被包括在排气处理系统中的基底的体积来增强排气处理系统的性能，这尤其降低了由于通过基底的排气流的不均匀分布而造成的损失。同时，较大的基体体积提供较大的背压，这可能由于较高的转化率而抵消燃料效率的增益。较大的基底体积还导致增加的成本。因此，重要的是能够优化地使用排气处理系统，例如通过避免尺寸过大和/或通过限制排气处理系统在尺寸和/或制造成本方面的差异。还存在包括催化颗粒过滤器SCRF的现有技术排气处理系统，诸如WO2014044318。催化颗粒过滤器是包括催化涂层的过滤器，其特征在于涂层可以用于还原氮氧化物NOx。然而，这些现有技术的排气处理系统经常遇到与催化过滤器SCRF中的烟灰氧化不足有关的问题。这些问题至少部分归因于被包括在氮氧化物NOx的还原中的反应与被包括在烟灰氧化中的反应相比更快的事实。总的来说，这意味着很难找到解决方案以实现优化的燃料消耗和高效的排气处理两者。这意味着相对于燃料消耗和排气处理两者能够以尽可能优化的方式使用系统变得非常重要。因此需要对排气处理系统中的功能进行优化。因此，本专利技术的一个目的是提供一种方法和系统，其可以提供对于当今的排气处理系统的功能的优化，因此在变化的状况下提供高性能和良好功能。这种目的通过按照权利要求1的特征部分的上述方法来实现。这种目的还通过按照权利要求38的特征部分的上述排气处理系统、以及上述计算机程序和计算机程序制品来实现。根据本专利技术提供一种用于处理由内燃机中的燃烧产生的排气流的方法和排气处理系统。排气流包括氮氧化物NOx，所述氮氧化物至少包括一氧化氮NO和二氧化氮NO2。排气流中的包括氮、碳和氢中的一种或多种的化合物的第一氧化通过布置在排气处理系统中的第一氧化催化器来执行。第一添加剂到排气流中的第一供给的控制使用布置在第一氧化催化器下游的第一剂量装置来执行。执行第一供给的这种控制的目的是防止烟灰的累积超过布置在第一剂量装置下游的催化过滤器中的烟灰阈值Sth。所述烟灰阈值Sth取决于内燃机的影响所述排气流的流动的水平的至少一个或多个操作状况。排气流中的氮氧化物NOx的第一还原使用被包括在催化过滤器中的至少部分催化涂层的还原特性并且使用所供给的第一添加剂来执行。通过使用催化过滤器，排气流中的烟灰颗粒被捕获并且被氧化。第二添加剂到排气流中的第二供给的控制使用布置在催化过滤器下游的第二剂量装置来执行。排气流中的氮氧化物NOx的第二还原接下来用使用设置在第二剂量装置下游的还原催化装置中的第一和第二添加剂中的至少一种来执行。根据本专利技术的不同实施方式，第一还原的主动控制可以通过利用第一剂量装置对于第一添加剂的第一施加进行主动控制来执行。根据本专利技术，执行第一添加剂的第一施加的所述主动控制，使得足够基于NO2的烟灰氧化在催化过滤器中发生，这意味着可以控制催化过滤器中的烟灰氧化。因此，根据本专利技术，控制第一剂量物质的第一供给，使得相对较少的添加剂被施加，这意味着并非排气流中的所有可用的二氧化氮NO2在催化过滤器中的氮氧化物的还原中被消耗。换言之，控制第一添加剂的第一供给，使得二氧化氮NO2通常对于催化过滤器中的烟灰氧化而言是可用的。因此，本专利技术提供对于由催化过滤器经历的被动基于NO2的烟灰氧化不足的问题的解决方案。应当注意的是，使用添加剂的第一供给和催化过滤器，结合第二添加剂的第二供给以及排气处理系统中的催化过滤器下游的还原催化装置，有助于第一添加剂的这种不足量施加。氮氧化物在催化过滤器以及在还原催化装置中进行还原的双重可能性，导致并非所有的二氧化氮NO2需要在催化过滤器中被消除。剩余的二氧化氮NO2然后可以用于氧化存储在催化过滤器中的烟灰。根据本专利技术，排气处理系统的结构因此，得益于氮氧化物NOx的还原的双重可能性，有助于催化过滤器中的改进的烟灰氧化，因为可以确保足够的基于NO2的烟灰氧化。此外，根据本专利技术的一些实施方式，可以执行排气环境的主动控制，所述排气环境例如包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理由内燃机(301)中的燃烧产生的排气流(303)的方法，其特征在于：‑使用第一氧化催化器(310)对于所述排气流中的包括氮、碳和氢中的一种或多种的化合物进行第一氧化(210)；‑使用布置在所述第一氧化催化器(310)下游的第一剂量装置(371)控制(220)第一添加剂到所述排气流(303)中的第一供给(230)，其中执行所述第一供给(230)的所述控制(220)的目的在于防止烟灰的累积超过布置在所述第一剂量装置(371)下游的催化过滤器(320)中的烟灰阈值Sth，其中所述烟灰阈值Sth至少取决于所述内燃机(301)的一个或多个操作状况，影响所述排气流(303)的流动的水平；‑使用被包括在所述催化过滤器(320)中的至少部分催化涂层中的还原特性并且使用所述第一添加剂对于所述排气流(303)中的氮氧化物NOx进行第一还原(240)‑使用所述催化过滤器(320)捕获并氧化(250)所述排气流(303)中的烟灰颗粒；以及‑使用布置在所述催化过滤器(320)下游的第二剂量装置(372)控制(260)第二添加剂到所述排气流(303)中的第二供给(270)；‑使用布置在所述第二剂量装置(372)下游的还原催化装置(330)中的所述第一和所述第二添加剂中的至少一种对于所述排气流(303)中的氮氧化物NOx进行第二还原(280)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.27 SE 1551110-81.一种处理由内燃机(301)中的燃烧产生的排气流(303)的方法，其特征在于：-使用第一氧化催化器(310)对于所述排气流中的包括氮、碳和氢中的一种或多种的化合物进行第一氧化(210)；-使用布置在所述第一氧化催化器(310)下游的第一剂量装置(371)控制(220)第一添加剂到所述排气流(303)中的第一供给(230)，其中执行所述第一供给(230)的所述控制(220)的目的在于防止烟灰的累积超过布置在所述第一剂量装置(371)下游的催化过滤器(320)中的烟灰阈值Sth，其中所述烟灰阈值Sth至少取决于所述内燃机(301)的一个或多个操作状况，影响所述排气流(303)的流动的水平；-使用被包括在所述催化过滤器(320)中的至少部分催化涂层中的还原特性并且使用所述第一添加剂对于所述排气流(303)中的氮氧化物NOx进行第一还原(240)-使用所述催化过滤器(320)捕获并氧化(250)所述排气流(303)中的烟灰颗粒；以及-使用布置在所述催化过滤器(320)下游的第二剂量装置(372)控制(260)第二添加剂到所述排气流(303)中的第二供给(270)；-使用布置在所述第二剂量装置(372)下游的还原催化装置(330)中的所述第一和所述第二添加剂中的至少一种对于所述排气流(303)中的氮氧化物NOx进行第二还原(280)。2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述烟灰阈值Sth执行所述第一供给(230)的所述控制，其目的是实现在所述催化过滤器(320)中获得基于二氧化氮NO2的所需的烟灰氧化。3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中基于所述烟灰阈值Sth对于所述第一添加剂的所述第一供给(230)进行所述控制(220)导致，除了所述内燃机(301)的时间受限的特殊操作状况之外，能够在所述催化过滤器中得到用于促进所述催化过滤器(320)中的烟灰颗粒的所述氧化的二氧化氮NO2。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述时间受限的特殊操作状况包括所述内燃机(301)的瞬态操作状况。5.根据权利要求3-4中的任一项所述的方法，其中所述时间受限的特殊操作状况在时间上受限，使得能够实质上避免烟灰的所述累积超过烟灰阈值Sth，因为除了所述时间受限的特殊操作状况占优势之外，能够在所述催化过滤器中得到用于促进烟灰颗粒的所述氧化的二氧化氮NO2。6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其中，所述时间受限的特殊操作状况包括所述氮氧化物NOx的所述第一还原(240)被给予与烟灰颗粒的所述氧化相比更高优先级的操作模式。7.根据权利要求3-6中任一项所述的方法，其中，所述时间受限的特殊操作状况包括以下中的一个或多个：-与增加的功率输出相关的操作状况；以及-与冷启动相关的操作状况。8.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中基于所述烟灰阈值Sth对于所述第一添加剂的所述第一供给(230)进行所述控制(220)导致能够在所述催化过滤器中得到用于促进所述催化过滤器(320)中的烟灰颗粒的氧化的二氧化氮NO2。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述内燃机(301)的影响所述流动的所述水平的所述一个或多个操作状况包括来自以下组中的一个或多个：-所述内燃机(301)的发动机转速，-由所述内燃机(301)发出的扭矩，-来自所述内燃机(301)的功率输出，-所述内燃机(301)的排气再循环水平(EGR水平)；-由所述内燃机(301)使用的换气结构的功能；-作用在所述排气流(303)上的排气制动器的功能；-入口阻尼器的功能，所述入口阻尼器影响通向所述内燃机(301)的进气；以及-所述内燃机(301)的状态。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中基于所述一个或多个操作状况执行对于所述烟灰阈值Sth的确定，使得所述烟灰阈值Sth对于导致所述流动的较高水平的一个或多个操作状况而言被分配有较小值，并且对于导致所述流动的较低水平的一个或多个操作状况而言被分配有较大值。11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述流动的所述水平与烟灰的所述累积对于所述内燃机(301)的燃料消耗的影响有关。12.根据权利要求11所述的方法，其中烟灰的所述累积在所述流动的高水平下比在所述流动的低水平下对于所述燃料消耗造成更大影响。13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述第一供给(230)的所述控制(220)和/或所述第二供给(270)的所述控制(260)取决于所述内燃机(301)的一个或多个附加操作状况，所述一个或多个附加操作状况包括以下组中的一个或多个：-操作所述内燃机(301)的燃料类型；-所述内燃机(301)的所使用的操作模式；以及-所述内燃机(301)操作所处的高度。14.根据权利要求1-13之一所述的方法，其中所述烟灰阈值Sth的确定还基于排气处理系统(350)的一个或多个操作状况，所述排气处理系统布置成处理所述排气流(303)，所述确定包括来自以下组中的一个或多个：-所述催化过滤器(320)的状态；以及-布置成处理所述排气流(303)的排气处理系统(350)中的一个或多个部件(310，371，320，372，330，311)的状态。15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中所述第一供给(230)的所述控制(220)和/或所述第二供给(270)的所述控制(260)取决于布置成处理所述排气流(303)的排气处理系统(350)对于氮氧化物NOx的总还原。16.根据权利要求1-15中任一项所述的方法，其中所述烟灰阈值Sth的确定还基于包括所述内燃机(301)的车辆的一个或多个操作状况，所述确定包括以下中的一个或多个：-所述车辆(100)的重量；-所述车辆(100)的用途；和-所述车辆(100)正在由驾驶员驾驶。17.根据权利要求1-16中任一项所述的方法，其中所述烟灰阈值Sth的确定导致小于所述催化过滤器(320)的最大物理填充水平的烟灰阈值Sth。18.根据权利要求1-17中的任一项所述的方法，其中所述一个或多个操作状况包括一个或多个测量操作状况、模拟操作状况和/或预测操作状况。19.根据权利要求1-18中任一项的方法，其中使用布置在所述催化过滤器(320)下游和所述第二剂量装置(372)上游的第二氧化催化器(311)执行所述排气流(303)中的氮氧化物NO和不完全氧化的碳化合物中的一种或多种的第二氧化。20.根据权利要求1-19中任一项所述的方法，其中控制所述内燃机(301)以产生加热所述第一氧化催化器(310)和所述催化过滤器(320)中的至少一个的热量，使得所述催化过滤器(320)达到转化氮氧化物NOx的预定性能。21.根据权利要求1-20中任一项所述的方法，其中分别使用所述第一剂量装置(371)和所述第二剂量装置(372)中的一个来控制所述第一添加剂的所述第一供给(230)和所述第二添加剂的所述第二供给(270)中的至少一个以增加到一水平，在所述水平下，存在所述添加剂的沉淀物出现的风险。22.根据权利要求1-21中任一项所述的方法，其中所述第一添加剂的所述第一供给(230)和所述第二添加剂的所述第二供给(270)中的至少一个分别使用所述第一剂量装置(371)和所述第二剂量装置(372)降低，随后所述第一和第二添加剂中的至少一种的残余物通过所述排气流中的热量来消除，其中如果能够在所述降低之后提供执行所述方法的排气处理系统(350)所需的总催化功能，则执行所述供给的所述降低。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述所需的催化功能取决于所述内燃机(301)的当前测量操作状况、模拟操作状况和/或预测操作状况。24.根据权利要求22-23中任一项所述的方法，其中所述供给的所述降低构成所述供给的中断。25.根据权利要求1-24中任一项所述的方法，其中基于所述催化过滤器(320)的一个或多个特性和/或操作状况来执行所述第一添加剂的所述第一供给(230)的所述控制(220)。26.根据权利要求1-25中任一项所述的方法，其中还基于所述还原催化装置(330)的一个或多个特性和/或操作状况来执行所述第一添加剂的所述第一供给(230)的所述控制(220)。27.根据权利要求1-26中任一项所述的方法，其中基于所述还原催化装置(330)的一个或多个特性和/或操作状况来执行所述第二添加剂的所述第二供给(270)的所述控制(220)。28.根据权利要求1-27中任一项所述的方法，其中基于所述催化过滤器(320)的一个或多个特性和/或操作状况来执行所述第二添加剂的所述第二供给(270)的所述控制(220)。29.根据权利要求25-26中任一项所述的方法，其中所述催化过滤器(320)和所述还原催化装置(330)的所述特性分别涉及以下组中的一个或多个：-所述催化过滤器(320)的催化还原特性；-所述催化过滤器(320)的催化还原特性和氧化特性；-所述还原催化装置(330)的催化特性；-所述催化过滤器(320)的催化器类型；-所述第一还原催化装置(330)的催化器类型；-所述催化过滤器(320)起作用的温度区间；-所述第一还原催化装置(330)起作用温度区间；-所述催化过滤器(320)的氨覆盖水平；和-所述还原催化装置(330)的氨覆盖水平。30.根据权利要求25-29中任一项所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·尼尔松，
申请(专利权)人：斯堪尼亚商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE