專利名稱：用于控制尾氣后處理系統(tǒng)的控制方法及尾氣后處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
中己知的各種不同方式來完成。優(yōu)選情況下，可以根據(jù)反應(yīng)
2N02+C—2NO+C02使用N02將捕獲的煙炱被動(dòng)氧化。
為了進(jìn)行有效的被動(dòng)再生，需要將尾氣溫度建立在臨界限度之上， 優(yōu)選在25(T C以上，以提供足夠量的N02。進(jìn)入到顆粒過濾器60的 尾氣中的N02的量可以由氧化催化劑20通過將NO氧化成N02而增加。
依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)12排放的煙炱和NOx (NOx=NO， N02)，在尾氣 溫度高于25(T C時(shí)，煙炱的被動(dòng)燃燒可以保持顆粒過濾器60中的煙 炱水平較低。但是，對于某些發(fā)動(dòng)機(jī)排放來說，NOx/煙炱的比率太低 而不能通過N02燃燒煙炱。代替煙炱的被動(dòng)燃燒，可以通過用氧在高 溫下、優(yōu)選在大約600。 C下燃燒煙炱來除去它。這可以通過在尾氣后 處理系統(tǒng)10中提供燃燒器或通過向尾氣中添加燃料、在顆粒過濾器60 上游的氧化催化劑上燃燒來實(shí)現(xiàn)。燃燒器的活化或添加燃料在再生階 段中進(jìn)行，再生階段一般在每小時(shí)1到3刻鐘的范圍內(nèi)。
在顆粒過濾器60的下游和SCR催化劑70的上游中，尾氣含有一 種或多種成分例如NO和N02，它們可以在SCR催化劑70中脫氧化。
SCR催化劑70的主要任務(wù)是用還原劑將NOx即NO和N02還原 成氮?dú)釴2和水H20。在SCR催化劑70上，氨NH3與NOx反應(yīng)形成氮 氣。通常情況下，在載體上將脲注入尾氣，通過尾氣的溫度在尾氣和 催化劑70中將脲熱解或水解成NH3。還原劑例如NH3或脲，通過例如 注射器62 (用SCR催化劑70上游的粗箭頭表示)加入到SCR催化劑 70上游的尾氣中。SCR催化劑70的效率很大程度上依賴于尾氣的溫度、 尾氣的空速和進(jìn)入SCR催化劑70的尾氣中的N02/NO比率。
依賴于NOx的種類，存在三種可能的主要化學(xué)反應(yīng) (a) 4NO + 4NH3 + 02 — 4N2 + 6H20(b) NO + N02 + 2NH3 —2N2 + 3H20
(c) 6N02 + 8NH3 —7N2 + 12H20
反應(yīng)(b)、即尾氣含有等量的或至少近似等量的N02和NO時(shí)， 具有最高的效率，并且在低于20(T C及以上的尾氣溫度下是有效的。 反應(yīng)(a)、即尾氣中的NOx主要由NO構(gòu)成時(shí)，在300° C時(shí)變得有效， 對于反應(yīng)(c)、即尾氣中的NOx主要由N02構(gòu)成時(shí)，在基于釩的SCR 催化劑上效率比反應(yīng)(a)低，在基于沸石的催化劑上比反應(yīng)(a)更有效， 但是沒有反應(yīng)(b)有效。此外，在基于沸石的催化劑上，存在反應(yīng)(c)的 不利的競爭性反應(yīng)，產(chǎn)生了溫室氣體N20: (d) 4N02 + 4NH3 — 2N20 + 2N2 + 6H20。
因此，為了獲得高的效率，SCR催化劑70中N02/NOx的比率為 0.5 (即N02/NO的比率為1)是有利的，然而應(yīng)該避免更高的N02/NO 比率，因?yàn)樵阝C催化劑上效率最低，或者如果使用沸石的話為了避免 N20的形成。此外，顆粒過濾器60的被動(dòng)再生得益于高的NO2濃度。 因此，理想的N02/NO比率是1，所以至少接近1的比率是有利的，并 且優(yōu)選不超過1，即選擇的具體比率是NO2/NO=0.8±0.2、優(yōu)選為 NO2/NO=0.9±0.1、更優(yōu)選為NO2/NO=0.95±0.05。如果N02/NO的比率 接近l，那么反應(yīng)(b)發(fā)生的可能性最高。
正如可以在圖4中看到的，N02的形成將依賴于尾氣質(zhì)量流量和 氧化催化劑20的溫度。圖4顯示了氧化催化劑20下游和顆粒過濾器 60中N02/N(^的比率作為氧化催化劑20中反應(yīng)溫度的函數(shù)。除了流 量和溫度依賴性之外，氧化催化劑20在較低溫度下吸收可以包含在尾 氣中的硫，并在溫度高于350。 C時(shí)釋放硫。如果駕駛條件使得氧化催 化劑20吸收大量的硫，N02的形成將被破壞。顆粒過濾器60之后的 N02含量也將依賴于顆粒過濾器的狀況。顆粒過濾器60可以具有涂覆 的氧化催化劑，以便在那里也有N02形成。然后N02在煙炱上反應(yīng)變 回NO，這將依賴于顆粒過濾器60中煙炱的量和溫度。具體來說，曲線A表示在顆粒過濾器60中具有低煙炱載量時(shí) N02/NOx比率的溫度依賴性，表明最大值為大約0.75，在250° C和300 ° C之間。曲線B代表了高的尾氣流量和低的煙炱載量，指出了在大 約300° C的比曲線A更高的溫度下大約0.6的較低的最大值。曲線C 代表了顆粒過濾器60中高的煙炱載量，指出了在大約250° C的與曲 線A和B相比較低的溫度下接近0.5的甚至更低的最大值，曲線D代 表了低的煙炱載量和氧化催化劑20的硫中毒，指出了在300° C和400 ° C之間的與曲線A、 B和C相比更高的溫度下大約為0.5的低的最大 值。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)12發(fā)動(dòng)時(shí)，在開始時(shí)沒有煙炱負(fù)載，因此在顆粒過濾器 60中沒有煙炱燃燒。但是，煙炱由發(fā)動(dòng)機(jī)12排出，在顆粒過濾器60 中開始沉積煙炱濾餅。煙炱的濾餅沉積的厚度對應(yīng)于煙炱收集的速度 等于煙炱與N02反應(yīng)的速度時(shí)達(dá)到的平衡。在較高負(fù)荷以及典型較高 的尾氣溫度下，該反應(yīng)進(jìn)行得較快，意味著顆粒過濾器60中煙炱的量 小于較低負(fù)荷時(shí)的量。達(dá)到平衡所需的時(shí)間在幾分鐘到幾小時(shí)的范圍 內(nèi)。例如，從低負(fù)荷變化到高負(fù)荷，例如一個(gè)小時(shí)的城市行駛中，意 味著在高負(fù)荷階段開始時(shí)濾餅的厚度遠(yuǎn)超過經(jīng)過半小時(shí)的行駛后。
有利的是，優(yōu)選的控制方法可以內(nèi)在地考慮到顆粒過濾器60中的 煙炱載量以及氧化催化劑20中的硫載量。
優(yōu)選情況下，對于發(fā)動(dòng)機(jī)12的變化的負(fù)載條件，N02/NO的比率 保持在預(yù)定的值。優(yōu)選情況下，選擇比率接近于1并優(yōu)選不超過1，例 如 NO2/NO=0.8±0.2 、 優(yōu)選為 NO2/NO=0.9±0.1 、 更優(yōu)選為 NO2/NO=0.95±0.05。優(yōu)選情況下，這可以通過特別是在N02傳感器的 幫助下，控制通過氧化催化劑20的流量，使足夠的尾氣流過旁路管線 22,以便在進(jìn)入SCR催化劑70之前N02/NOx的比率不超過0.5 (即 N02/NO的比率不超過1)來進(jìn)行。通過這種方式，被動(dòng)的煙炱氧化(C+ 2N02—C02 + 2NO)可以實(shí)現(xiàn)，并使最快和最具選擇性的SCR反應(yīng) (2NH3 + NO + N02 — 2N2 + 3H20)被最大化，較慢和非選擇性的反 應(yīng)(例如3N02 + 4NH3)被最小化，這些都將最小化N02和N20的排 放。優(yōu)選情況下，建立起想要的不超過1的N02/NO比率，以便選定 的化學(xué)反應(yīng)(b)發(fā)生的可能性超過每個(gè)單獨(dú)的其它化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的可能 性。因?yàn)樵摲磻?yīng)也具有高的效率，如果成分N02和NO均存在，特別 是當(dāng)N02/NO比率接近1時(shí)，該反應(yīng)將以高的速度自動(dòng)觸發(fā)。反應(yīng)速 度對應(yīng)于也增加了的特定化學(xué)反應(yīng)的可能性。
有利的是，控制可以在

圖1中顯示的放置在顆粒過濾器60下游的 N02傳感器50的幫助下實(shí)現(xiàn)?？蛇x地，傳感器50可以放置在SCR催 化劑70的下游，以提供較慢的響應(yīng)。N02傳感器50可以用虛擬傳感器 代替，該虛擬傳感器從可獲得的參數(shù)例如尾氣流量、氧化催化劑20和 顆粒過濾器60中的溫度、來自發(fā)動(dòng)機(jī)12的NO和N02流量、來自發(fā) 動(dòng)機(jī)12的煙炱流量和顆粒過濾器60中的煙炱載量，來計(jì)算NCb的含 量。某些參數(shù)可以被測量，某些可以從其它傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算 出來。
優(yōu)選的控制方法可以例如通過使用標(biāo)準(zhǔn)的PID控制(PID二比例積 分微分)根據(jù)NCb和NOx傳感器信號改變旁路管線22的閥門設(shè)置，來 改變通過氧化催化劑的流量?？梢酝ㄟ^基于尾氣質(zhì)量流量、氧化催化 劑20中的溫度、氧化催化劑20中的硫含量和顆粒過濾器60中的煙炱 載量作為輸入?yún)?shù)構(gòu)建4維圖譜來使用開環(huán)控制?？梢愿鶕?jù)例如圖4 中顯示的那些曲線來構(gòu)建4維圖譜。但是，用于傳感器50的兩個(gè)參數(shù) 煙炱載量和硫含量應(yīng)該以用于虛擬傳感器相同的方式來計(jì)算。
虛擬NOx傳感器是相當(dāng)復(fù)雜的模型，優(yōu)選由所引用給出的下列子 模型組成
"發(fā)動(dòng)機(jī)出口 NOv":在發(fā)動(dòng)機(jī)出口處NOx的量可以通過傳感器
或具有例如下列輸入的模型來估算負(fù)載或燃料量、燃料噴射的定時(shí)、發(fā)動(dòng)機(jī)速度、攝入的空氣壓力、攝入的空氣溫度、EGR (EGR=尾氣 再循環(huán))量和攝入的空氣濕度。這些是發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)和感應(yīng)的值。建 立模型可以有幾種方法?？梢曰趫D譜，其中所有或至少某些相關(guān)參 數(shù)是或者可以通過圖譜中設(shè)立的校正因子進(jìn)行校正。也可以是以神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)建立的模型。
"尾氣流量":尾氣流量可以從測量到的空氣攝入流量和燃料量、
或從根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)速度、攝入的空氣壓力、攝入的空氣溫度、EGR量和 發(fā)動(dòng)機(jī)的體積效率計(jì)算出的空氣攝入流量來計(jì)算或推演。
"氧化催化劑中的尾氣流量":氧化催化劑20中的尾氣流量可以
從閥門開口測量或計(jì)算。
"催化劑中的溫度":溫度例如氧化催化劑20上游的溫度可以被
測量。通過使用適當(dāng)?shù)男盘栠^濾器，測量到的值以及進(jìn)入氧化催化劑
20的尾氣流量，可以作為參數(shù)代表實(shí)際的催化劑溫度。可選地，可以
使用簡單的熱平衡來計(jì)算溫度。
"氧化催化劑中的硫"優(yōu)選情況下計(jì)算氧化催化劑20中的硫含 量。例如，計(jì)算可以衍生自括號中的參數(shù)(催化劑中的硫含量)=(一
秒鐘之前催化劑中的硫含量)+ (在一秒鐘內(nèi)從尾氣吸收的硫)-(在 一秒鐘內(nèi)解吸附的硫)。參數(shù)"在一秒鐘內(nèi)從尾氣吸收的硫"是該秒
過程中消耗的燃料和潤滑油中的硫含量乘以一個(gè)系數(shù)，其中該系數(shù)在o
到1之間并具有溫度依賴性，其可以例如從含有系數(shù)的溫度依賴性值 的圖譜推導(dǎo)出來。參數(shù)"在一秒鐘內(nèi)解吸附的硫"是一秒鐘以前氧化
催化劑20中的硫含量乘以另一個(gè)溫度依賴性系數(shù)，該系數(shù)可以以與上
面描述的第一個(gè)系數(shù)以相同的方式推導(dǎo)出來。
"催化劑中的NQ，形成":氧化催化劑20中N02的形成可以根 據(jù)參數(shù)尾氣流量、催化劑中的溫度和硫含量在三維圖譜中內(nèi)推來推導(dǎo)出來。也可以使用以硫含量、溫度、尾氣流量和氧氣濃度作為輸入?yún)?數(shù)的物理模型來計(jì)算它。模型可以是例如N02比形成速度為krCN(yC02 以及N02比分解速度為k2'CN02，其中h和k2是溫度依賴性和硫含量 依賴性參數(shù)，C分別是NO、 N02和02的濃度。將比速度對催化劑體 積進(jìn)行積分。如果在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域中存在廣范圍的HC含量，或者 如果使用HC噴射器，那么HC水平也是模型的輸入?yún)?shù)，例如作為比 速率的分母(l+Ka'CHC) 。 Ka是(溫度依賴性的)平衡常數(shù)。
"從顆粒過濾器出來的NO/':從顆粒過濾器60釋放的N02的量， 是進(jìn)入顆粒過濾器60的N02的量、在顆粒過濾器60中形成的N02(如 果沒有在顆粒過濾器60中提供用于N(^產(chǎn)生的催化性層，該值為0) 與顆粒過濾器60中煙炱消耗的N02之間的差值。在顆粒過濾器60中 形成的N02可以按照與氧化催化劑20中形成的N02相同的方式(參見 上文)、優(yōu)選為物理模型來計(jì)算。在顆粒過濾器60中煙炱消耗的NO2
與顆粒過濾器60中煙炱的量成正比，可以表示成比速度k3.CN02《煙食。 同樣，k3是溫度依賴性參數(shù)，C是N02和煙炱的相應(yīng)濃度。
"顆粒過濾器中的煙炱載量":顆粒過濾器60中的煙炱載量可以 從顆粒過濾器60上測量到的壓力降和/或使用模型推導(dǎo)出來，該模型為 (當(dāng)前顆粒過濾器60中的煙炱)=(當(dāng)前時(shí)間以前的時(shí)間顆粒過濾器 60中的煙炱)+ (在當(dāng)前時(shí)間中從發(fā)動(dòng)機(jī)排放的煙炱)-(在當(dāng)前時(shí) 間中被N02燃燒的煙炱)。在當(dāng)前時(shí)間中被N02燃燒的煙炱由"從顆 粒過濾器出來的N02"模型給出，在當(dāng)前時(shí)間中從發(fā)動(dòng)機(jī)排放的煙炱 由煙炱傳感器或與"發(fā)動(dòng)機(jī)出口 NOx"模型類似的模型給出。由于煙 炱的特征隨著時(shí)間而變化的事實(shí)，使用壓力降來計(jì)算顆粒過濾器60中 煙炱的量可能導(dǎo)入某些誤差。因此，優(yōu)選使用模型來計(jì)算煙炱載量， 并使用壓力降作為模型的定性檢驗(yàn)。
通過根據(jù)組分之間的所需比率、特別是N02/NO的比率控制通過 氧化催化劑20的尾氣流量，以及通過在組分之間建立起比率，使得在SCR催化劑70中、在給定的反應(yīng)溫度下， 一個(gè)特定的化學(xué)反應(yīng)、特別 是選自一組可能的化學(xué)反應(yīng)(a)、 (b)和(c)中的反應(yīng)(b)，可以在尾氣的組 分與SCR催化劑70的催化劑物質(zhì)之間發(fā)生，實(shí)現(xiàn)NO、 N02以及同時(shí)
煙炱的有效去除。
現(xiàn)在具體參考圖1，該圖描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，提供了 第一種流量控制裝置以控制通過氧化催化劑20的尾氣流量。流量控制 裝置被設(shè)計(jì)成可控制的閥30，它通過將尾氣流分成進(jìn)入氧化催化劑20 的第一個(gè)部分和進(jìn)入旁路管線22的第二個(gè)部分來控制尾氣流量。兩個(gè) 流量部分在顆粒過濾器60的上游再次混合。旁路管線22被提供在氧 化催化劑20的外部，通過它尾氣可以繞過氧化催化劑20。旁路管線 22從氧化催化劑20上游的第一個(gè)分支點(diǎn)16處開始，在氧化催化劑20 下游的第二個(gè)分支點(diǎn)18處結(jié)束。
通過氧化催化劑20的尾氣流量可以根據(jù)尾氣成分的成員之間、特 別是N02和NO之間的所需比率進(jìn)行控制。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)12的運(yùn)行的變 化，維持預(yù)定的N02/NO比率。此外，按照另一個(gè)有利的實(shí)施方案(未 顯示)，可以在旁路管線22中提供氧化催化劑(圖1)，從而允許改 變設(shè)備的空速。
現(xiàn)在重新參考回圖4，例如曲線A的點(diǎn)Al表示在高的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載 下的恒定狀態(tài)，在大約350° C下在顆粒過濾器60中具有低的煙炱載 量。對應(yīng)于曲線C的點(diǎn)C1，具有厚的濾餅。僅僅基于溫度的控制方法 沒有考慮到可用的N02量的巨大差別。旁路管線22將被打開以減少 N02的含量，在用于氧化催化劑20的溫度變化的典型時(shí)間尺度的1分 鐘內(nèi)有大約1/4的尾氣被分流。但是，在這一分鐘之內(nèi)，顆粒過濾器 60中的煙炱載量還沒有改變太多，使得N02/NO的比率將比優(yōu)選比率 低得多?？紤]到氧化催化劑20的硫中毒的影響(曲線D)，如果控制 方法只考慮溫度，N02的量將非常低，使得在平衡條件下濾餅的厚度可 能突升，這對于顆粒過濾器60來說可能變得危險(xiǎn)。有利的是，優(yōu)選的控制方法內(nèi)在地考慮到了顆粒過濾器60中煙炱載量變化的時(shí)間尺度，
以及氧化催化劑20中硫的影響。
在顆粒過濾器60和SCR催化劑70之間，提供了用于感應(yīng)進(jìn)入SCR 催化劑70的尾氣中包含的N02的量的傳感單元40。傳感單元40包含 安裝在排氣管線14中顆粒過濾器60下游的N02敏感性傳感器50，以 及分別通過數(shù)據(jù)線48和46與傳感器50和閥30相連的控制單元42。 可選地，裝置44可以與控制單元42相連，用于根據(jù)參數(shù)66、例如發(fā) 動(dòng)機(jī)12的運(yùn)行參數(shù)和/或安裝在上面描述的尾氣后處理系統(tǒng)10中的一 種或多種催化劑20、 60、 70的運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算進(jìn)入SCR催化劑70的 N02的量。
圖2a和2b描述了本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，其中通過氧化 催化劑20的流量的控制被替換成改變尾氣在氧化催化劑20中的空速。 尾氣后處理系統(tǒng)10的總體構(gòu)型與圖1中描述的相同。為了避免不必要 的重復(fù)，將主要討論圖2a和2b的兩個(gè)實(shí)施方案之間的涉及通過氧化催 化劑20的流量控制的差異。對于相同的部件和裝置，參考圖1的描述。
在圖2a和2b中，圖1的實(shí)施方案中的閥30被控制氧化催化劑20 中尾氣的空速的單元所代替，例如與氧化催化劑20相連的閉合單元28。 例如，氧化催化劑20可以形成蜂窩狀的整體，帶有通道24、 26，尾氣 通過這些通道從催化劑入口流向催化劑出口 。閉合單元28當(dāng)在其特定 運(yùn)行位置之間切換時(shí)，可以關(guān)閉或打開氧化催化劑20中的通道26。在 閉合單元28的幫助下，氧化催化劑20中可以用于尾氣的通道24和26 的總數(shù)可以改變。如果通過第一個(gè)運(yùn)行位置中的閉合單元28關(guān)閉通道 26 (圖2a)，尾氣氣流被迫通過通道24，從而減少了可用于尾氣的催 化劑體積。在這種情況下，只產(chǎn)生少量的N02。如果閉合單元28被 切換到另一個(gè)運(yùn)行位置，通道24和通道26被打開。尾氣可以流過所 有的通道24和26，提供了更多的催化劑物質(zhì)用于氧化尾氣，并導(dǎo)致 N02的輸出增加(圖2b)。圖3示意性描述了圖2a和2b中顯示的氧化催化劑20。氧化催化 劑20含有閉合單元28,它含有多個(gè)可繞軸旋轉(zhuǎn)的板28a，它們可以傾 斜以打開或關(guān)閉通道26。在圖3中，每個(gè)板28a處的曲線箭頭表示板 28a從打開位置移動(dòng)到關(guān)閉位置。
此外或可選地，閉合單元28可以含有一個(gè)或多個(gè)有孔的孔隙(未 顯示)，帶有多個(gè)開口，其可以在氧化催化劑20的前側(cè)面縱向移動(dòng)。 有利的情況下，兩個(gè)這樣的在開口之間具有不同間距的孔隙，可以以 交疊的方式安裝在氧化催化劑20的前側(cè)面上，并相對彼此縱向移動(dòng)， 以便在一個(gè)位置上第一個(gè)孔隙的某些開口與另一個(gè)重疊的孔隙的開口 重疊，第一個(gè)開口重疊的其它開口被另一個(gè)孔隙關(guān)閉，但是在另一個(gè) 位置上，更多的或所有的開口可以讓尾氣通過。
此外地或可選地，可以在上面描述的閉合單元28 (未顯示)的幫 助下，改變每個(gè)通道24和26的有效橫截面。
此外(未顯示)，通道24和26可以表現(xiàn)出例如不同的直徑和/或 裝備有不同的催化性物質(zhì)和/或裝備有不同密度的催化性物質(zhì)。在通道 24和/或通道26中提供催化性物質(zhì)的密度梯度，也是可能的。密度梯 度的方向可以從氧化催化劑20的一側(cè)到另一側(cè)，與尾氣流動(dòng)成一定的 角度。當(dāng)閉合單元28覆蓋住氧化催化劑20的一部分通道24和/或通道 26和覆蓋被除去時(shí)，催化反應(yīng)性的變化強(qiáng)于通道體積的增加或減少。
優(yōu)選的閉合單元28的另一個(gè)實(shí)施方案(未顯示)是提供一種相機(jī) 透鏡膜片的可移動(dòng)的板，它可以改變暴露于尾氣的催化劑20的有效表 面。
優(yōu)選的氧化催化劑20的另一個(gè)實(shí)施方案(未顯示)是提供一種入 口設(shè)計(jì)，它在高的尾氣速度下將尾氣分配到整個(gè)區(qū)域，并在低的尾氣速度下將尾氣集中到中心。
閉合單元28與為進(jìn)入SCR催化劑70的尾氣中包含的N02的量的 提供感應(yīng)的傳感單元40相連，并通過數(shù)據(jù)連線46從傳感單元40的控 制單元42接受控制信號。安裝在排氣管線14中顆粒過濾器60下游的 N02敏感性傳感器50通過數(shù)據(jù)連線48與控制單元42相連。閉合單元 28可以與氧化催化劑20中的氣流導(dǎo)管組合和/或形成氧化催化劑20中 的氣流導(dǎo)管。
可選地，傳感單元40可以包含裝置44，用于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)12的運(yùn) 行參數(shù)和/或安裝在尾氣后處理系統(tǒng)10中的一種或多種催化劑20、 60、 70的運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算進(jìn)入SCR催化劑70的N02的量，從而形成虛擬 N02傳感器。
具體來說，虛擬傳感器可以是計(jì)算機(jī)程序的一部分，該程序含有 適合于執(zhí)行優(yōu)選控制方法、或當(dāng)該程序在可編程微機(jī)上運(yùn)行時(shí)適合用 在符合上面描述的至少一種特點(diǎn)的控制方法中的軟件編碼，并且當(dāng)在 與因特網(wǎng)相連的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，特別是可以下載到支持單元或其組 件之一上。
優(yōu)選的控制方法以及示例的優(yōu)選尾氣后處理系統(tǒng)允許在廣泛的發(fā) 動(dòng)機(jī)負(fù)載-速度工作區(qū)域內(nèi)控制并特別是最小化N02和N20以及煙炱的 排放，同時(shí)煙炱良好地被N02燃燒，而不需要將額外的燃料加入到尾 氣后處理系統(tǒng)中以減少排放。
總的來說，上面描述的本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施方案允許在實(shí)時(shí)條件下 運(yùn)行尾氣后處理系統(tǒng)。對于圖1中示例的與旁路管線22有關(guān)的實(shí)施方 案，以及圖2a、 2b和3中示例的與改變空速有關(guān)的實(shí)施方案來說，這 是可能的。按照另一個(gè)有利的實(shí)施方案，圖5描述了在圖1和2a、 2b和3中 描述的兩種實(shí)施方案的組合，含有優(yōu)選的尾氣后處理系統(tǒng)10，裝備有 可以繞過安裝在顆粒過濾器60上游的氧化催化劑20的旁路管線22， 其中氧化催化劑20表現(xiàn)出可變的空速，以控制作為后續(xù)的SCR催化劑 70的輸入所需的某種N02/NO氣體混合物的產(chǎn)生。對于裝置的進(jìn)一步 詳細(xì)情況，參考圖1、 2a、 2b和3的描述。
為了最適化N02/N0比率的實(shí)時(shí)控制，將緩沖器與旁路管線22相 連也是可能的(圖1，圖5)?？赡馨l(fā)生特別的情況或發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)， 這時(shí)產(chǎn)生的某些量的尾氣不能以本發(fā)明的良好的方式處理，這是因?yàn)?氣體的體積太大和/或氣體混合物的組成太不平衡。在這樣的情況下，
將某些量的尾氣以受控的方式儲存在連接或可連接于尾氣系統(tǒng)10的催 化劑20的上游和/或下游的中間緩沖器中，可能是有利的。該緩沖器可 以或應(yīng)該以主動(dòng)的方式使用，通過從尾氣系統(tǒng)取出過量的尾氣體積或 向尾氣系統(tǒng)中注入缺少的尾氣體積，以便最優(yōu)化在一段較長的時(shí)期中 穩(wěn)定想要的N02/NO氣體混合物比率所需的化合物的混合物。該緩沖 器可以是固定的緩沖器，其中尾氣通常儲存在高于尾氣系統(tǒng)中的運(yùn)行 (平均)壓力的壓力下(緩沖器可以連接至將尾氣泵入緩沖器中的泵， 以及讓氣體從緩沖器出來的閥門)。或者，可以使用帶有可伸縮的壁 的緩沖器(類似氣球)。
權(quán)利要求
1.用于發(fā)動(dòng)機(jī)(12)的尾氣后處理系統(tǒng)(10)的控制方法，其中一種或多種尾氣成分在氧化催化劑(20)中被氧化，一種或多種尾氣成分通過尾氣的一種或多種成分與在選擇性催化還原催化劑(70)中設(shè)置的催化性物質(zhì)之間可能發(fā)生的一組不同類型的化學(xué)反應(yīng)而脫氧化，其中尾氣從氧化催化劑(20)流向選擇性催化還原催化劑(70)，其特征在于(a)根據(jù)一種或多種成分中的一對或多對之間的至少一個(gè)所需的比率來控制通過氧化催化劑(20)的尾氣流量，其中尾氣以一種或多種成分中的一對或多對之間的至少一個(gè)所需的比率進(jìn)入選擇性催化還原催化劑(70)；(b)在選擇性催化還原催化劑(70)的入口處建立起一種或多種成分中的一對或多對之間的至少一個(gè)所需的比率；(c)在選擇性催化還原催化劑(70)中選擇并建立起預(yù)先決定的反應(yīng)溫度或溫度范圍；(d)通過將尾氣通入到選擇性催化還原催化劑(70)中，增加在尾氣的一種或多種成分與所述在選擇性催化還原催化劑(70)中的催化劑物質(zhì)之間可能發(fā)生的一組不同化學(xué)反應(yīng)中的一種特定化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的可能性，其中該選定的特定化學(xué)反應(yīng)的所述反應(yīng)的可能性，高于沒有選中的各其它化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)的可能性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于通過將流量分成兩個(gè) 部分來控制通過氧化催化劑(20)的尾氣的流量，第一個(gè)部分流過氧 化催化劑(20)，第二個(gè)部分流過繞過氧化催化劑(20)的旁路管線(22)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于通過改變氧化催 化劑(20)中的尾氣空速來控制通過氧化催化劑(20)的尾氣的流量。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于建立起這樣 的比率，所述比率使得選定的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的速度超過每個(gè)單獨(dú)的其它化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的速度至少2倍，優(yōu)選至少5倍。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于一種或多種 成分之間的比率是N02/NO的比率接近1，并且優(yōu)選不超過l，特別是 比率NO2/NO=0.8±0.2 ， 優(yōu)選為 NO2/NO=0.9±0.1 ， 最優(yōu)選為 NO2/NO=0.951±0,05。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于根據(jù)安裝在 氧化催化劑(20)和選擇性催化還原催化劑(70)之間的顆粒過濾器(60)中包含的煙炱的量，建立起一種或多種成分之間的比率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于根據(jù)在顆粒過濾器 (60)中產(chǎn)生的N02的量，建立起一種或多種成分之間的比率。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于根據(jù)在氧化 催化劑(20)中產(chǎn)生的N02的量，建立起一種或多種成分之間的比率。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于根據(jù)吸附在 氧化催化劑(20)中的硫的量，建立起一種或多種成分之間的比率。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于根據(jù)在選 擇性催化還原催化劑(70)中提供的氨的量，建立起一種或多種成分 之間的比率。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于根據(jù)發(fā)動(dòng) 機(jī)(12)的運(yùn)行參數(shù)和/或安裝在尾氣后處理系統(tǒng)(10)中的一種或多 種催化劑(20， 60， 70)的運(yùn)行參數(shù)來計(jì)算進(jìn)料到旁路管線(22)中 的尾氣與進(jìn)料到氧化催化劑(20)中的尾氣的比率。
12. 按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法操作的尾氣后處理系統(tǒng)，其至少包含了在發(fā)動(dòng)機(jī)(12)的排氣管線(14)中安裝的氧化催 化劑(20)和選擇性催化還原催化劑(70),其特征在于-根據(jù)一種或多種成分中的一對或多對之間的至少一個(gè)所需的比 率可以控制通過氧化催化劑(20)的尾氣流量，其中尾氣以一種或多 種成分中的一對或多對之間的至少一個(gè)所需的比率進(jìn)入選擇性催化還 原催化劑(70);-在選擇性催化還原催化劑(70)的入口處建立起一種或多種成分 中的一對或多對之間的至少一個(gè)所需的比率；-在選擇性催化還原催化劑(70)中可以選擇并建立起預(yù)先決定的 反應(yīng)溫度或溫度范圍；-通過將尾氣通入選擇性催化還原催化劑(70)，增加了在尾氣的 一種或多種成分與所述在選擇性催化還原催化劑(70)中的催化劑物 質(zhì)之間可能發(fā)生的一組不同化學(xué)反應(yīng)中的一種特定化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的可 能性，其中該選定的特定化學(xué)反應(yīng)的所述反應(yīng)的可能性，高于沒有選 中的各其它化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)的可能性。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的尾氣系統(tǒng)，其特征在于提供了閥門 (30)，用于根據(jù)成分的成員之間的所需比率，為通過氧化催化劑(20)和通過繞過氧化催化劑(20)的旁路管線(22)的尾氣流量提供控制。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的尾氣系統(tǒng)，其特征在于提供了 一個(gè)或多個(gè)閉合單元(28)，用于控制在氧化催化劑(20)中尾氣的 空速。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12到14任一項(xiàng)所述的尾氣系統(tǒng)，其特征在于 顆粒過濾器(60)被安排在氧化催化劑(20)和選擇性催化還原催化 劑(70)之間。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12到15任一項(xiàng)所述的尾氣系統(tǒng)，其特征在于 提供了這樣的感應(yīng)單元(40)，其用于感應(yīng)進(jìn)入選擇性催化還原催化 劑(70)的尾氣中包含的N02的量。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的尾氣系統(tǒng)，其特征在于感應(yīng)單元(40) 含有安裝在排氣管線(14)中顆粒過濾器(60)下游的N02敏感性傳 感器(50)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的尾氣系統(tǒng)，其特征在于感應(yīng)單 元(40)含有裝置(44)，它通過根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)(12)的運(yùn)行參數(shù)和/或 安裝在尾氣后處理系統(tǒng)(10)中的一種或多種催化劑(20、 60、 70) 的運(yùn)行參數(shù)計(jì)算進(jìn)入選擇性催化還原催化劑(70)的N02的量，提供 了虛擬傳感器。
19. 可以儲存在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序，包含了可以在 至少包含了下列步驟的方法中使用的程序編碼(a) 根據(jù)一種或多種成分中的一對或多對之間的至少一個(gè)所需的 比率控制通過氧化催化劑(20)的尾氣流量，其中尾氣以一種或多種 成分中的一對或多對之間的至少一個(gè)所需的比率進(jìn)入選擇性催化還原 催化劑(70);(b) 在選擇性催化還原催化劑(70)的入口處建立起一種或多種成 分中的一對或多對之間的至少一個(gè)所需的比率；(c) 在選擇性催化還原催化劑(70)中選擇并建立起預(yù)先決定的反 應(yīng)溫度或溫度范圍；(d) 通過將尾氣通入選擇性催化還原催化劑(70)，增加了在尾氣 的一種或多種成分與所述在選擇性催化還原催化劑(70)中的催化劑 物質(zhì)之間可能發(fā)生的一組不同化學(xué)反應(yīng)中的一種特定化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的 可能性，其中該選定的特定化學(xué)反應(yīng)的所述反應(yīng)的可能性，高于沒有 選中的各其它化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)的可能性。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)(12)的尾氣后處理系統(tǒng)(10)的系統(tǒng)及控制方法，在該系統(tǒng)中一種或多種尾氣成分在氧化催化劑(20)中氧化，一種或多種尾氣成分在選擇性催化還原催化劑(70)中脫氧化，其中尾氣從氧化催化劑(20)流向選擇性催化還原催化劑(70)。提出了根據(jù)所需的一種或多種成分之間的比率控制通過氧化催化劑(20)的尾氣流量，其中尾氣以所需的一種或多種成分之間的比率進(jìn)入選擇性催化還原催化劑(70)；并在一種或多種組分之間建立起所需的比率，以便在選擇性催化還原催化劑(70)中，在給定的溫度下可以發(fā)生一種特定的化學(xué)反應(yīng)，該特定化學(xué)反應(yīng)選自一組可以在給定溫度下在尾氣的一種或多種成分與選擇性催化還原催化劑(70)中的催化劑物質(zhì)之間發(fā)生的可能的化學(xué)反應(yīng)，其中選定的特定化學(xué)反應(yīng)比每個(gè)單個(gè)的沒有被選中的其它化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的可能性更高。
文檔編號F01N3/20GK101646847SQ200880005888
公開日2010年2月10日 申請日期2008年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月21日
發(fā)明者倫納特·克爾德, 倫納特·安德森 申請人:沃爾沃拉斯特瓦格納公司