排氣后處理系統(tǒng)和用于運(yùn)行該系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供的用于接收排氣的排氣系統(tǒng)(6)。排氣系統(tǒng)(6)包括第一SCR催化器(10)和定位在所述第一SCR催化器(10)下游的第二SCR催化器(16)。第一噴射器(44)設(shè)置在所述第一SCR催化器(10)上游，且第二噴射器(64)設(shè)置在所述第二SCR催化器(16)上游。排氣系統(tǒng)(6)進(jìn)一步包括：氣態(tài)氨供給裝置(40)，其被流體地連接到所述第一噴射器(44)，以通過(guò)所述第一噴射器(44)將氣態(tài)氨供給到所述排氣；以及含氨還原劑存儲(chǔ)器(60)，其被流體地連接到所述第二噴射器(64)，以通過(guò)所述第二噴射器(64)將諸如尿素的流體含氨還原劑供給到所述排氣。第一SCR催化器(10)具有比所述第二SCR催化器(16)小的體積以快速加熱所述第一SCR催化器(10)。
【專利說(shuō)明】排氣后處理系統(tǒng)和用于運(yùn)行該系統(tǒng)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于接收排氣的排氣系統(tǒng)，其中排氣系統(tǒng)包括第一 SCR催化器、定位在所述第一 SCR催化器下游的第二 SCR催化器、設(shè)置在所述第一 SCR催化器上游的第一噴射器和設(shè)置在所述第二 SCR催化器上游的第二噴射器。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是柴油驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)、但也包括現(xiàn)有技術(shù)的其他發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了包含數(shù)種空氣污染物的排氣，包括一氧化碳(CO)，碳?xì)浠衔?HC)，氮氧化物NO和NO2 (NOx)以及包含含碳物質(zhì)的微粒物質(zhì)(PM)，或碳煙。
[0003]隨著對(duì)于環(huán)境問(wèn)題和健康危險(xiǎn)防護(hù)的日益增加的關(guān)注，排氣法規(guī)變得越來(lái)越嚴(yán)格。
[0004]為降低排氣中的NOx的量，一些發(fā)動(dòng)機(jī)裝配有選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)將NOx和氨(NH3)的混合物轉(zhuǎn)化為氮?dú)?N2)和水(H2O)。例如，文獻(xiàn)US2008/0060348A1示出了用于還原NOx的排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括第一 SCR催化器、第二 SCR催化器和定位在所述第一和第二 SCR催化器之間的微粒過(guò)濾器。然而，在低溫排氣條件期間，諸如在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)之后，或在低溫運(yùn)行期間，例如低速城市行駛條件下，此系統(tǒng)具有有限的去除以上所述的污染物的效率。因此，為了在低溫排氣條件期間將在微粒過(guò)濾器中存儲(chǔ)的PM的有效的基于NO2的氧化與移除以上所述的NOx污染物的最大效率結(jié)合，根據(jù)本發(fā)明的還原劑配給限定和專門的運(yùn)行策略的進(jìn)一步改進(jìn)是有益的。
[0005]與有效的排氣處理系統(tǒng)相關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題一般是對(duì)于SCR催化器的運(yùn)行所要求的氨源的相對(duì)短的再填充的間隔。
[0006]與有效的排氣處理系統(tǒng)相關(guān)的再另一個(gè)問(wèn)題是系統(tǒng)的物理尺寸和現(xiàn)代車輛中的有限的可利用空間，從而使得排氣后處理系統(tǒng)的安放是困難的。
[0007]因此，需要去除以上所述缺點(diǎn)的改進(jìn)的排氣后處理系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供用于接收排氣的本發(fā)明的排氣系統(tǒng)和用于運(yùn)行該系統(tǒng)的方法，其中避免了前述問(wèn)題。所述排氣系統(tǒng)包括第一 SCR催化器、定位在所述第一 SCR催化器下游的第二 SCR催化器、設(shè)置在所述第一 SCR催化器上游的第一噴射器和設(shè)置在所述第二SCR催化器上游的第二噴射器。
[0009]本發(fā)明的目的至少部分地通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分的特征實(shí)現(xiàn)，其中所述排氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括:氣態(tài)氨供給裝置，該氣態(tài)氨供給裝置被流體地連接到所述第一噴射器，以通過(guò)所述第一噴射器將氣態(tài)氨供給到所述排氣；以及含氨還原劑存儲(chǔ)器，該含氨還原劑存儲(chǔ)器被流體地連接到所述第二噴射器，以通過(guò)所述第二噴射器將諸如尿素的流體含氨還原劑供給到所述排氣。所述第一 SCR催化器具有與所述第二 SCR催化器相比較小的體積以快速加熱所述第一 SCR催化器。
[0010]本發(fā)明的布置優(yōu)選地具有兩個(gè)清晰的運(yùn)行模式:低溫排氣運(yùn)行模式和高溫排氣運(yùn)行模式。在低溫排氣運(yùn)行模式中，氣態(tài)氨被噴射到第一 SCR催化器上游，這有效地還原了排氣的NOx。一般地，在此運(yùn)行模式中，不通過(guò)第二噴射器噴射含氨還原劑。在高溫排氣運(yùn)行模式中，將含氨還原劑噴射到第二 SCR催化器上游，這有效地還原了排氣的NOx。一般地，在此運(yùn)行模式中，不通過(guò)第一噴射器噴射氣態(tài)氨。本發(fā)明的布置總體上不僅導(dǎo)致冷啟動(dòng)和低溫排氣運(yùn)行條件期間的明顯改進(jìn)的NOx排放控制，而且導(dǎo)致排氣后處理系統(tǒng)的維持得長(zhǎng)的維護(hù)間隔，以及改進(jìn)的排氣系統(tǒng)的封裝。
[0011]本發(fā)明的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)為與現(xiàn)有技術(shù)相比在降低的排氣溫度下也通過(guò)第一 SCR催化器執(zhí)行有效的NOx還原，使得NOx的催化還原可在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)的較早階段執(zhí)行。在此技術(shù)效果方面，存在多個(gè)潛在原因:
[0012]第一 SCR催化器具有比第二 SCR催化器小的體積。對(duì)于任何給定的物質(zhì)，物體的熱容量與其所含的物質(zhì)的量直接成比例。因此，與體積較大的SCR催化器相比，體積較小的SCR催化器的溫度更迅速地升高，原因是與較大的SCR催化器相比小的SCR催化器的熱容量較小。
[0013]SCR催化器需要氨，以用于催化去除排氣中的NOx排放物。當(dāng)噴射諸如尿素的流體含氨還原劑時(shí)，所述還原劑的在排氣通道內(nèi)分解為活性反應(yīng)劑氣態(tài)氨的分解反應(yīng)需要在噴射位置處的排氣的一定的溫度水平以大體上完全分解，所述溫度水平例如一般大約為200°C。含氨還原劑的噴射因此不能在遠(yuǎn)低于所述溫度水平下初始化，因此明顯地限制了NOx排放物降低效率。然而，通過(guò)提供氣態(tài)氨而不是流體含氨還原劑，不需要等到排氣已達(dá)到所述的溫度水平才噴射。因此，NOx排放物降低可在較低的溫度下初始化，從而允許使用SCR催化器的完全活性溫度窗，例如低到大約150°C的溫度。
[0014]此外，本發(fā)明的布置因此也導(dǎo)致當(dāng)進(jìn)入低溫排氣允許條件，諸如交通堵塞、低速城市行駛條件等時(shí)的改進(jìn)的NOx排放物控制，因?yàn)橄到y(tǒng)可總是在需要時(shí)如上所述從高溫排氣運(yùn)行模式返回到低溫排氣運(yùn)行模式。
[0015]具有小的第一 SCR催化器的本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)是所述催化器的靠近發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪增壓器的空間非常有限的出口的簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)。第一 SCR催化器的相對(duì)小的尺寸允許其更接近發(fā)動(dòng)機(jī)的布置。因此，第一 SCR催化器的尺寸的限制是支持本發(fā)明的改進(jìn)的NOx排放物還原的因素。在第一 SCR催化器上游添加氣態(tài)氨實(shí)現(xiàn)了非常短的混合距離，這利用了在渦輪增壓器出口的正下游處造成的湍流，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了緊湊的封裝方案。
[0016]本發(fā)明的另外的發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是由將活性反應(yīng)劑氨布置到本發(fā)明的第一和第二 SCR催化器的特定供給布置導(dǎo)致的。將氣態(tài)氨供給到第一 SCR催化器與將諸如尿素的流體含氨還原劑供給到第二 SCR催化器的結(jié)合通過(guò)對(duì)于所述第一和第二氨源的智能的配給策略而允許了排氣后處理系統(tǒng)的延長(zhǎng)的維護(hù)間隔，從而使得所述系統(tǒng)更有效、可靠和成本有效。例如，通過(guò)僅在低溫排氣運(yùn)行模式期間，諸如冷啟動(dòng)和一定的城市行駛條件期間經(jīng)由第一噴射器將氣態(tài)氨供給到第一 SCR催化器，且當(dāng)?shù)诙?SCR催化器處達(dá)到一定的排氣溫度時(shí)經(jīng)由第二噴射器將含氨還原劑供給到第二 SCR催化器同時(shí)停止氣態(tài)氨的供給，第一以及第二SCR催化器或多或少地非同時(shí)地運(yùn)行。可通過(guò)本發(fā)明的布置實(shí)現(xiàn)的該類型的配給策略不僅實(shí)現(xiàn)了非常高的NOx轉(zhuǎn)化效率而無(wú)任何對(duì)于燃料經(jīng)濟(jì)性的負(fù)面影響，而且導(dǎo)致了排氣后處理系統(tǒng)的明顯地延長(zhǎng)的維護(hù)間隔，即在氨源的再填充或更換之間的更長(zhǎng)的時(shí)間段。當(dāng)然，在第一或第二噴射器處的噴射之間可具有更不明顯的過(guò)渡，且第一或第二 SCR催化器和兩個(gè)SCR催化器的催化運(yùn)行可構(gòu)造為在過(guò)渡階段同時(shí)具有催化活性。
[0017]具有大體上非同時(shí)的配給策略的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)排氣系統(tǒng)中設(shè)置有微粒過(guò)濾器時(shí)微粒過(guò)濾器的更有效的基于NO2的PM再生過(guò)程，因?yàn)榛旧蟽H當(dāng)氣態(tài)氨向第一 SCR催化器的配給已停止時(shí)才可能進(jìn)行的基于NO2的PM再生過(guò)程導(dǎo)致催化成分的更低的熱降級(jí)和更低的燃料經(jīng)濟(jì)性負(fù)面影響，如在下文的詳細(xì)描述中更詳細(xì)地描述。在基于NO2的PM再生過(guò)程可進(jìn)行的溫度范圍內(nèi)，例如250至450°C，含氨還原劑例如尿素向第二 SCR催化器的配給完全地活化，使得即使當(dāng)氣態(tài)氨向第一 SCR催化器的配給已停止也維持了排放物合格。
[0018]另外的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)實(shí)施從屬權(quán)利要求的特征的一個(gè)或數(shù)個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，所述第一 SCR催化器的體積在所述第二 SCR催化器的體積的5%至60%的范圍內(nèi)，特別地在所述第二 SCR催化器的體積的5%至40%的范圍內(nèi)，且更特別地在所述第二 SCR催化器的體積的10%至25%的范圍內(nèi)。在用于重型卡車的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，所述體積的常用值對(duì)于第一 SCR催化器是大約5至10升，且對(duì)于第二 SCR催化器是大約40升。第一 SCR催化器的有限的體積導(dǎo)致更快的加熱和所述第一 SCR催化器的靠近發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪增壓器出口的簡(jiǎn)化的定位。由于有限的體積，第一 SCR催化器可能不具有單獨(dú)地提供足以去除發(fā)動(dòng)機(jī)的上運(yùn)行載荷區(qū)中的即在高功率需求時(shí)的NOx排放物的催化器的容量，但在通常與冷啟動(dòng)和低溫排氣城市行駛相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件下，即對(duì)于相對(duì)低的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行載荷，所述容量是足夠的。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，所述排氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括位于所述第二 SCR催化器下游的氨氧化催化器。在排氣后處理系統(tǒng)的端部處的氨氧化催化器可去除排氣內(nèi)的在第二 SCR催化器中未反應(yīng)的任何殘余氨，這通過(guò)殘余氨的氧化實(shí)現(xiàn)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，所述排氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括定位在所述第一和第二 SCR催化器之間的微粒過(guò)濾器。取決于所使用的燃料類型，產(chǎn)生了或多或少的碳煙和微粒物質(zhì)。例如，柴油燃料產(chǎn)生了更多的碳煙且因此通常需要微粒過(guò)濾器以實(shí)現(xiàn)合法的排放規(guī)格，而諸如天然氣或二甲醚的燃料一般產(chǎn)生小量的碳煙，因此通常消除了對(duì)于微粒過(guò)濾器的需求。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，所述排氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括氧化催化器，該氧化催化器位于所述第一SCR催化器下游且位于所述微粒過(guò)濾器上游。氧化催化器用于將碳?xì)浠衔锖鸵谎趸佳趸癁槎趸己退?。氧化催化器也升高了排氣的溫度。氧化催化器布置在第?SCR催化器上游，該第二 SCR催化器構(gòu)造為在正常公路行駛期間和其他正常和高溫排氣運(yùn)行條件期間用作單獨(dú)的SCR催化器。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，第一 SCR催化器是釩基(例如，V205/Ti02/W03)催化器，且所述第二SCR催化器是沸石基催化器。使用釩基催化器作為第一 SCR催化器是有利的，因?yàn)榇祟愋偷拇呋鞑灰驨O2進(jìn)行NOx排放物的有效的選擇性催化還原?；旧显诰驮诎l(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪增壓器出口后方的排氣內(nèi)不存在N02。此外，在帶有高硫燃料(例如，>300ppm的硫)的混合燃料的情況中，一些沸石基SCR催化器需要高溫，例如600°C的溫度，以去除吸收的硫樣品以恢復(fù)SCR催化器性能。釩基SCR催化器一般非常耐受硫，且不需要高溫以去除吸收的硫樣品。
[0023]第二 SCR催化器優(yōu)選地通過(guò)沸石基催化器形成，因?yàn)榉惺呋骶哂袑挼幕钚詼囟却?，良好的耐熱性和有效的NOx還原，但第二 SCR催化器可替代地也由釩基催化器形成。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，氣態(tài)氨供給裝置可通過(guò)數(shù)個(gè)方式實(shí)施。例如，可提供一個(gè)或更多個(gè)保持加壓氨氣的氣瓶且將其聯(lián)接到第一噴射器，使得可在冷啟動(dòng)時(shí)或類似的條件下立即在第一 SCR催化器上游噴射氣態(tài)氨。氣瓶的替換和處理也相對(duì)容易。根據(jù)替代實(shí)施例，可提供存儲(chǔ)容器，所述存儲(chǔ)容器構(gòu)造為存儲(chǔ)堿土金屬氯化物鹽，該堿土金屬氯化物鹽用作所述氣態(tài)氨的來(lái)源。容器優(yōu)選地通過(guò)電線等加熱，因此便于氣態(tài)氨的釋放。在固體存儲(chǔ)介質(zhì)諸如堿土金屬氯化物鹽中運(yùn)輸氨導(dǎo)致滿意的安全性和氨源的處理，且僅需要小量的熱來(lái)釋放氣態(tài)氨。根據(jù)另一個(gè)替代，氣態(tài)氨供給裝置可包括存儲(chǔ)容器，該存儲(chǔ)容器保持溶解在諸如水的溶劑中的氨的溶液。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，所述第一噴射器通過(guò)金屬管形成，所述金屬管通過(guò)所述排氣系統(tǒng)的排氣通道的側(cè)壁，且具有在所述排氣通道內(nèi)的排氣開(kāi)口，使得來(lái)自所述氣態(tài)氨供給裝置的氣態(tài)氨可通過(guò)所述金屬管被供給到所述排氣通道內(nèi)的排氣流。如前所述，第一 SCR催化器優(yōu)選地定位為非?？拷l(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪增壓器出口以迅速加熱。然而，構(gòu)造為向第一 SCR催化器供給以氣態(tài)氨且布置在第一 SCR催化器上游的第一噴射器必須因此定位為更靠近所述出口。因此存在的問(wèn)題是在第一噴射器的位置處的極高的熱。通過(guò)僅由金屬管來(lái)形成第一噴射器，其中該金屬管被布置為接收來(lái)自氨供給裝置的氣態(tài)氨且利用排氣開(kāi)口將氣態(tài)氨釋放在排氣通道內(nèi)，第一噴射器極為耐熱，從而導(dǎo)致第一噴射器的可靠的且成本有效的設(shè)計(jì)和實(shí)施。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，所述第一噴射器不含由熱塑性材料或其他熱敏材料制成的部分。如所述，提供耐熱的第一噴射器改進(jìn)了系統(tǒng)穩(wěn)定性且降低了成本。將氣態(tài)氨添加到第一 SCR催化器上游與相應(yīng)地噴射諸如尿素的含氨流體相比也實(shí)現(xiàn)了非常短的混合距離。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，電子控制器構(gòu)造為控制利用所述第一噴射器的氣態(tài)氨的噴射，使得氣態(tài)氨通過(guò)所述第一噴射器向所述排氣的供給限制于如下運(yùn)行模式，其中與所述第一 SCR催化器相關(guān)的溫度Tsm高于第一溫度T1,且與所述第二 SCR催化器相關(guān)的溫度Tsai2低于第二溫度T2,因此在所述排氣利用所述第二 SCR催化器的NOx轉(zhuǎn)化效率低的溫度下，至少部分地促進(jìn)所述排氣的高NOx轉(zhuǎn)化效率。第一 SCR催化器的活性溫度窗的下端由所述第一值T1限定，低于所述溫度水平不再完成有效的NOx還原。此外，如前所述，系統(tǒng)構(gòu)造為當(dāng)與所述第二 SCR催化器相關(guān)的溫度Tsai2已達(dá)到第二值T2時(shí)停止在第一 SCR催化器上游的氣態(tài)氨的噴射。
[0028]本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是由將活性反應(yīng)劑氨布置到本發(fā)明的第一和第二 SCR催化器的特定供給布置導(dǎo)致的。向第一 SCR催化器的氣態(tài)氨供給和向第二 SCR催化器的流體含氨還原劑諸如尿素的供給的結(jié)合通過(guò)對(duì)于所述氨源的智能的配給策略而允許了排氣后處理系統(tǒng)的延長(zhǎng)的維護(hù)間隔，從而使得所述系統(tǒng)更有效、可靠和成本有效。例如，通過(guò)僅在低溫排氣運(yùn)行模式期間，諸如冷啟動(dòng)和一定的城市行駛條件期間經(jīng)由第一噴射器將氣態(tài)氨供給到第一 SCR催化器，且當(dāng)?shù)诙?SCR催化器處達(dá)到一定的排氣溫度時(shí)經(jīng)由第二噴射器將含氨還原劑供給到第二 SCR催化器同時(shí)停止氣態(tài)氨的供給，第一以及第二 SCR催化器或多或少地非同時(shí)地運(yùn)行?？赏ㄟ^(guò)本發(fā)明的布置實(shí)現(xiàn)的該類型的配給策略不僅實(shí)現(xiàn)了非常高的NOx轉(zhuǎn)化效率而無(wú)任何對(duì)于燃料經(jīng)濟(jì)性的負(fù)面影響，而且還導(dǎo)致了排氣后處理系統(tǒng)的明顯地延長(zhǎng)的維護(hù)間隔，即在氨源的再填充或更換之間的更長(zhǎng)的時(shí)間段。更具體而言，含氨存儲(chǔ)容器的更換可在正常的車輛維護(hù)間隔期間執(zhí)行，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油維護(hù)間隔期間執(zhí)行。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，與所述第一 SCR催化器相關(guān)的溫度Tsail是所述第一 SCR催化器正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且與所述第二 SCR催化器相關(guān)的溫度Tsai2是所述第二 SCR催化器正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第一值T1大約為120°C，優(yōu)選地大約為150°C，且所述第二值T2大約為270°C，優(yōu)選地大約為250°C。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，電子控制器構(gòu)造為控制利用所述第二噴射器的流體含氨還原劑的噴射，使得含氨還原劑通過(guò)所述第二噴射器向所述排氣的供給限制于如下運(yùn)行模式，其中與所述第二 SCR催化器相關(guān)的溫度水平Tsai2高于第三值T3,所述第三值T3與第二 SCR催化器的活性溫度窗的下端對(duì)應(yīng)。第二值T2可設(shè)定為等于T3，使得當(dāng)?shù)诙娚淦魈幍膰娚溟_(kāi)始時(shí)，第一噴射器處的噴射結(jié)束。
[0031]替代地，第二值可布置為高于第三值T3 —定的水平，使得通過(guò)第一和第二噴射器發(fā)生一定的噴射重疊。換言之，通過(guò)第二值T2和第三值T3限定的重疊溫度范圍意味著在從一個(gè)SCR催化器到另一個(gè)SCR催化器的NOx催化還原的轉(zhuǎn)換和啟動(dòng)期間，第一和第二 SCR催化器都臨時(shí)地處于同時(shí)運(yùn)行模式中。電子控制器一般地允許排氣后處理系統(tǒng)的快速和經(jīng)濟(jì)的控制，特別是對(duì)于本發(fā)明的系統(tǒng)所使用的特定的配給策略。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，與所述第二 SCR催化器相關(guān)的所述溫度TSCR2是所述第二 SCR催化器的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第三值T3為200°C，優(yōu)選地為250°C。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，所述第一 SCR催化器布置為在下游距所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管出口或渦輪機(jī)排氣出口小于0.6米處，優(yōu)選地在下游距排氣歧管出口或渦輪機(jī)排氣出口小于0.4米處，且更優(yōu)選地在下游距排氣歧管出口或渦輪機(jī)排氣出口小于0.25米處。通過(guò)將第一SCR催化器布置為更靠近排氣歧管出口或如果設(shè)置了渦輪增壓器布置為更靠近渦輪機(jī)排氣出口，經(jīng)過(guò)第一 SCR催化器的排氣將變得更熱，因此便于所述催化器的更迅速的加熱。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，電子控制器構(gòu)造為控制利用所述第二噴射器的流體含氨還原劑的噴射。電子控制器一般地允許排氣后處理系統(tǒng)的快速和經(jīng)濟(jì)的控制，特別是對(duì)于本發(fā)明的系統(tǒng)所使用的特定的配給策略。
[0035]根據(jù)本發(fā)明，所述第二噴射器設(shè)置在所述微粒過(guò)濾器的下游。該布置防止含氨還原劑進(jìn)入DPF。
[0036]本發(fā)明的目的至少部分地通過(guò)權(quán)利要求17的特征實(shí)現(xiàn)，更具體地通過(guò)排氣系統(tǒng)的運(yùn)行方法實(shí)現(xiàn)，所述排氣系統(tǒng)包括:第一 SCR催化器；第二 SCR催化器，其定位在所述第一SCR催化器下游；第一噴射器，其設(shè)置在所述第一 SCR催化器的上游，和第二噴射器，其設(shè)置在所述第二 SCR催化器上游，其中，所述方法包括如下步驟:控制利用第一噴射器的氣態(tài)氨的噴射，使得氣態(tài)氨通過(guò)所述第一噴射器向所述排氣的供給限制于如下運(yùn)行模式，其中與所述第一 SCR催化器相關(guān)的溫度(Tsail)高于第一值(T1),且與所述第二 SCR催化器相關(guān)的溫度(Tsai2)低于第二值(T2),因此在所述排氣利用所述第二 SCR催化器的NOx轉(zhuǎn)化效率低的溫度下至少部分地促進(jìn)所述排氣的高NOx轉(zhuǎn)化效率。
[0037]根據(jù)所述方法的第一實(shí)施例，與所述第一 SCR催化器(10)相關(guān)的溫度(TSCRl)是所述第一 SCR催化器(10)正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且與所述第二 SCR催化器(16)相關(guān)的溫度(Tsai2)是所述第二 SCR催化器(16)正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第一值(T1)為120°C，優(yōu)選地為150°C，且所述第二值(T2)為270°C，優(yōu)選地為250°C。
[0038]根據(jù)第二實(shí)施例，該方法包括如下步驟:控制利用所述第二噴射器的流體含氨還原劑的噴射，使得含氨還原劑通過(guò)所述第二噴射器向所述排氣的供給限制于如下運(yùn)行模式，其中與所述第二 SCR催化器相關(guān)的溫度水平(Tsai2)高于第三值(T3)。
[0039]根據(jù)所述方法的第一實(shí)施例，與所述第二 SCR催化器相關(guān)的所述溫度(Tsai2)是所述第二 SCR催化器的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第三值(T3)為200°C，優(yōu)選地為250。。。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中:
[0041]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)；并且
[0042]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的典型的配給策略。

【具體實(shí)施方式】
[0043]在后文中將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的多個(gè)方面，所述附圖用于進(jìn)行說(shuō)明，而并非對(duì)于本發(fā)明的限制。
[0044]在汽車工業(yè)中，選擇性催化還原(SCR)廣泛用于還原NOx排放物，其中最常用的技術(shù)是使用尿素(NH2CONH2)作為用于催化去除NOx排放物的氨(NH3)的前體。本發(fā)明不限制于將尿素作為含氨還原劑，且可替代地使用當(dāng)前使用在SCR應(yīng)用中的其他還原劑類型，諸如氨水。SCR催化器的NOx效率的降低具有雙重溫度依賴性，這限制了低溫排氣條件期間的效率。用于NOx去除的催化還原的反應(yīng)率取決于溫度，其中活性溫度窗一般地在例如150°C的催化器溫度下開(kāi)始，也取決于供應(yīng)氣體的NOx排放物的NO = NO2的比值。
[0045]在尿素用作SCR的還原劑的情況中，分解反應(yīng)、即尿素發(fā)生熱解和水解以產(chǎn)生氣態(tài)氨和二氧化碳對(duì)于溫度有很大的依賴性。如果SCR催化器上游的排氣溫度低于一定的溫度水平，例如200°C，則存在尿素分解不完全的風(fēng)險(xiǎn)，因此限制了 NOx的去除效率。也存在聚合反應(yīng)期間形成不希望的固體副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)，從而導(dǎo)致SCR催化器的阻塞和排氣后處理系統(tǒng)的增加的背壓。
[0046]在具有多種類型的催化器的組合的排氣后處理系統(tǒng)中，有益的是將柴油機(jī)氧化催化器(DOC)和柴油機(jī)微粒過(guò)濾器(DPF)布置在SCR催化器上游。原因之一是對(duì)于D0C，溫度需要高于一般稱為啟動(dòng)溫度的一定閾值水平，以激活CO和HC的轉(zhuǎn)化以及NO到NO2的氧化。
[0047]對(duì)于DPF，執(zhí)行通常已知為再生的過(guò)程，以氧化且去除收集在微粒過(guò)濾器內(nèi)的含碳的PM，且存在兩個(gè)已知的主要氧化機(jī)構(gòu)。為了利用排氣流內(nèi)的殘余氧實(shí)現(xiàn)相對(duì)迅速的再生，微粒過(guò)濾器的溫度需要升高到明顯高于在柴油機(jī)運(yùn)行中通常地遇到的排氣溫度的水平，例如550至650°C。如果將NO2、而非氧用作氧化劑，則DPF的再生可在明顯更低的溫度(例如，250至450°C)下執(zhí)行。而基于NOJ^PM再生過(guò)程比基于氧的再生慢，優(yōu)點(diǎn)包括催化器部件的熱降級(jí)更低，以及對(duì)于燃料經(jīng)濟(jì)性的負(fù)面影響更低。另外，更低的排氣溫度能夠使得對(duì)于NOx排放物的下游的選擇性催化還原具有更高的效率。
[0048] 基于NO2的再生過(guò)程一般地通過(guò)將DPF定位在DOC下游來(lái)得以增強(qiáng)。如果SCR催化器布置在DPF上游，則由于在SCR催化器下游不存在NOx排放而使基于NO2的再生的效率較低。因此，最佳的解決方案一般是將SCR催化器定位在DOC和DPF下游。
[0049]雖然該構(gòu)造對(duì)于DPF中的有效的PM再生是有利的，但該排氣后處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)在于，SCR催化器的冷啟動(dòng)特性以及對(duì)于NOx排放的控制非常不理想。需要大量的熱量來(lái)升高DOC和DPF單元的溫度，以獲得對(duì)于SCR催化器的足夠高的工作溫度，且實(shí)現(xiàn)諸如尿素的含氨還原劑的配給。另外，可能在排氣后處理中在SCR催化器前造成溫度損失。由于以上所述原因，SCR催化器的NOx降低效率可能由于其在所選擇的排氣后處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的相對(duì)地遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)的位置而受到限制。
[0050]將SCR催化器定位在DPF上游導(dǎo)致其他的問(wèn)題。必須將氨還原劑噴射器定位在SCR催化器上游，因此非?？拷鼫u輪增壓器。然而，氨還原劑噴射器一般地對(duì)于高溫暴露非常敏感，且具有龐大的設(shè)計(jì)，這可能導(dǎo)致在靠近渦輪增壓器出口處的、可利用的封裝空間通常非常有限的封裝問(wèn)題。另外，一般需要一定的混合長(zhǎng)度，例如最少0.50m,以用于諸如尿素的氨還原劑在SCR催化器前的分解，從而對(duì)安裝進(jìn)一步提出了幾何封裝的要求。另外，為使尿素在SCR催化器前完全分解，排氣溫度應(yīng)大致為200°C。在低溫下或在冷啟動(dòng)后短期內(nèi)，NOx降低效率因此主要受到尿素分解率的限制，而非受到SCR催化器的SCR反應(yīng)率的限制。
[0051]在本發(fā)明中，SCR的活性溫度范圍明顯地增加，這通過(guò)改進(jìn)SCR催化器的溫度條件并且通過(guò)去除對(duì)于活性反應(yīng)劑氨的除尿素分解的溫度限制來(lái)實(shí)現(xiàn)。DPF的再生可進(jìn)一步主要是基于NO2的再生，從而保證有效的、有害性更低的且更經(jīng)濟(jì)的再生。
[0052]在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明性的排氣系統(tǒng)。對(duì)于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)2，排氣流4包含排氣系統(tǒng)6，所述排氣系統(tǒng)6依次包括較小的第一選擇性催化還原催化器10，也稱為柴油機(jī)氧化催化器(DOC)的氧化催化器12，用于收集來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的微粒物質(zhì)的微粒過(guò)濾器14，和用于降低NOx排放物的較大的第二選擇性催化還原催化器16。氨氧化催化器18可定位在第二選擇性催化還原催化器16下游以用于轉(zhuǎn)化過(guò)剩的氨。
[0053]氣態(tài)氨的供應(yīng)源定位在第一選擇性催化還原催化器10上游。來(lái)自氣態(tài)氨供給裝置40的受控的配給率的氨氣被引導(dǎo)通過(guò)管道42，且通過(guò)第一噴射器44進(jìn)入到第一選擇性催化還原催化器10上游的排氣流4內(nèi)。第一噴射器44定位在第一選擇性催化還原催化器10的正上游。
[0054]氨供給裝置40可通過(guò)多種方式構(gòu)成。根據(jù)第一優(yōu)選示例，氨供給裝置40通過(guò)保持加壓氨氣的氣體容器來(lái)形成。氨氣的供應(yīng)率可通過(guò)電子控制單元30通過(guò)例如質(zhì)量流量控制裝置來(lái)控制。
[0055]根據(jù)第二示例，氨供給裝置40通過(guò)帶有堿土金屬氯化物鹽(SrC12、CaCl2或MgC12)的容器形成，所述氨供給裝置40易于存儲(chǔ)氨，氨具有堿土金屬氯化物與氨的化學(xué)絡(luò)合物的形式，例如Sr(NH3)6C12、Ca (NH3) 8C12或Mg (NH3) 6C12。包含氨的容器可裝配有加熱裝置，以將化絡(luò)合物初步分解成堿土金屬氯化物鹽和氨，因此升高氣態(tài)氨的分壓。氣態(tài)氨的配給率在此也可由電子控制單元30通過(guò)例如質(zhì)量流量控制裝置來(lái)控制。
[0056]根據(jù)第三示例，通過(guò)保持了溶解在例如水的溶劑內(nèi)的氨的溶液的容器形成氨供給裝置40。氨氣的供應(yīng)率可由電子控制單元30通過(guò)例如泵單元來(lái)控制。
[0057]包含諸如尿素的含氨還原劑的存儲(chǔ)器60被連接到泵送單元62。電子控制單元30控制泵送單元62和流體向第二噴射器64的流速，該第二噴射器64定位在第二選擇性催化還原催化器16上游。第二噴射器64定位在第二選擇性催化還原催化器16的正上游。第二噴射器64定位在氧化催化器12的下游。第二噴射器64定位在微粒過(guò)濾器14的下游。
[0058]向燃料配給單元70供應(yīng)來(lái)自燃料容器(未示出)的燃料供給72，且燃料配給單元70可將燃料配給到所述排氣后處理系統(tǒng)6內(nèi)的氧化催化器12的上游。燃料配給單元70通過(guò)電子控制單元30控制，且其運(yùn)行目的是將排氣溫度升高到如下水平，即使得在微粒過(guò)濾器14上加載的含碳PM的氧化效率得以增強(qiáng)，以將PM快速氧化，而既不破壞氧化催化器12也不破壞微粒過(guò)濾器14的整體性。未燃燒的燃料可替代地由內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射器在合適的噴射時(shí)機(jī)被臨時(shí)供給到排氣系統(tǒng)。
[0059]排氣后處理系統(tǒng)6的控制借助于多個(gè)氣體感測(cè)裝置執(zhí)行。第一 NOx排放物傳感器20可裝配在發(fā)動(dòng)機(jī)2的正下游，以評(píng)價(jià)供應(yīng)氣體NOx排放物水平。第二 NOx排放物傳感器28裝配在氨氧化催化器18的正下游，以評(píng)價(jià)釋放到外界環(huán)境的排氣的NOx排放物水平。第一溫度傳感器22定位在較小的第一選擇性催化還原催化器10的上游。第二溫度傳感器24定位在微粒過(guò)濾器14的上游，且第三溫度傳感器26定位在微粒過(guò)濾器14的下游。
[0060]感測(cè)單元20、22、24、26和28的相應(yīng)的測(cè)量信號(hào)被供應(yīng)到電子控制單元30，由所述電子控制單元30如前所述地控制第一和第二噴射器44、64以及燃料配給單元70。來(lái)自NOx傳感器20和28的測(cè)量信號(hào)被引導(dǎo)到電子控制單元30作為還原劑配給策略的輸入。
[0061]圖2中圖示了在通常的發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)期間的配給策略。在上部的圖中，時(shí)間沿X軸線繪制且各SCR催化器的溫度在y軸上繪制，中部的圖很示意性地圖示了在y軸上繪制的第一噴射器44的對(duì)應(yīng)的配給活動(dòng)的而時(shí)間沿X軸繪制，且下部的圖相同地示意性地圖示了在I軸上繪制的第二噴射器64的對(duì)應(yīng)的配給活動(dòng)，其中時(shí)間沿X軸繪制。所述每個(gè)噴射器44,64的配給活動(dòng)通過(guò)的電子控制單元30控制，且在此僅通過(guò)兩個(gè)狀態(tài)圖示:開(kāi)或關(guān)。最初，在發(fā)動(dòng)機(jī)剛冷啟動(dòng)的時(shí)刻h時(shí)，第一和第二 SCR催化器10、16的溫度Tsail、Tsai2接近環(huán)境溫度Ta,且不通過(guò)第一或第二噴射器44、64執(zhí)行噴射。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，由于第一 SCR催化器10的位置靠近發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪增壓器出口以及第一 SCR催化器10的相對(duì)小的熱容量，熱排氣迅速將所述第一 SCR催化器10加熱。如清晰地圖示，第一 SCR催化器10比第二SCR催化器16升溫快得多。
[0062]在時(shí)刻&時(shí)，與第一 SCR催化器10相關(guān)的溫度已達(dá)到第一值T1，例如150°C，該第一值T1表示了所述第一 SCR催化器10的活性溫度窗的下端，且初始化利用第一噴射器44的氣態(tài)氨噴射，如在中部的圖中所圖示。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，電子控制單元30基于由第一溫度傳感器22測(cè)量到的排氣的溫度來(lái)確定第一 SCR催化器的溫度。時(shí)刻h取決于許多因素，諸如SCR催化器的類型，發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸，功率輸出等，且可通常為大約I分鐘。
[0063]在時(shí)刻t2時(shí)，與第二 SCR催化器相關(guān)的溫度已達(dá)到第二值T2，例如250°C，該第二值T2表示了可通過(guò)第二 SCR催化器16實(shí)現(xiàn)有效的NOx還原的最低溫度，且可實(shí)現(xiàn)含氨還原劑的通過(guò)熱解和水解的有效分解以產(chǎn)生氣態(tài)氨。時(shí)刻t2取決于許多因素，諸如SCR催化器的類型，發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸，功率輸出，含氨還原劑等，且可通常為大約10分鐘。在該時(shí)間點(diǎn)，利用第一噴射器44的氣態(tài)氨噴射被中斷且替代地初始化利用第二噴射器64的流體含氨還原劑的噴射，如在圖2的中部的圖和下部的圖中所圖示。從利用第一噴射器44的噴射到利用第二噴射器64的噴射的過(guò)渡可瞬時(shí)地實(shí)現(xiàn)，或具有一定的重疊，在所述重疊中第一和第二噴射器44、64同時(shí)運(yùn)行以總是保證NOx排放物的有效還原。在所公開(kāi)的實(shí)施例中，電子控制單元30基于由第二溫度傳感器26測(cè)量到的排氣的溫度確定第二 SCR催化器的溫度。
[0064]如果在隨后的運(yùn)行中，在低溫運(yùn)行條件下運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)，且排氣溫度下降到低于第二SCR催化器的前述閾值(例如250°C )，則在第一噴射器44處又可重新開(kāi)始?xì)鈶B(tài)氨的噴射，且可停止或限制在第二噴射器64處的含氨還原劑的噴射，以避免尿素的不完全分解和在第二 SCR催化器上游的排氣管線中形成固體副產(chǎn)物。
[0065]該類型的動(dòng)態(tài)配給策略實(shí)現(xiàn)了非常高的NOx轉(zhuǎn)化效率，并且對(duì)于燃料經(jīng)濟(jì)性的沒(méi)有負(fù)面影響。此外，策略可被調(diào)試，以通過(guò)在基于NO2的PM再生過(guò)程開(kāi)始變得具有活性的溫度下例如在250°C的溫度下停止向第一 SCR催化器10的氨配給來(lái)允許微粒過(guò)濾器14的有效的基于NO2的PM再生過(guò)程。
[0066]另外，氣態(tài)氨的消耗可被限制，以延長(zhǎng)氨供給裝置40的全部氨內(nèi)容物被排空前的時(shí)間。
[0067]當(dāng)氨供給裝置40的全部氨內(nèi)容物被排空時(shí)需要執(zhí)行將氨再填充到氨供給裝置40中，這通過(guò)以氨飽和的單元替換整個(gè)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于許多車輛應(yīng)用，此替換必須相對(duì)頻繁地進(jìn)行，特別是對(duì)于以高載荷運(yùn)行并且具有供應(yīng)氣體NOx排放物的大質(zhì)量流量的車輛。由于缺少?gòu)V泛分布此單元的基礎(chǔ)設(shè)施而產(chǎn)生了對(duì)于維護(hù)的實(shí)際問(wèn)題。相比之下，用于廣泛分布以商品名AdBlue?或DEF命名的商用尿素溶液的基礎(chǔ)設(shè)施在許多市場(chǎng)中建立，且甚至正在世界范圍內(nèi)在更多的市場(chǎng)中建立。
[0068]本發(fā)明的明顯的優(yōu)點(diǎn)是氨供給裝置40的尺寸設(shè)定以及涉及氣態(tài)氨和諸如尿素的含氨還原劑的動(dòng)態(tài)配給策略可被控制，使得氨供給裝置40僅需要在正常的車輛維護(hù)間隔時(shí)替換。氨供給裝置40的分布僅需延伸到常規(guī)的維護(hù)站，使得省去了用于該氨供給裝置40的廣泛分布的基礎(chǔ)設(shè)施。諸如尿素的含氨還原劑到存儲(chǔ)器60的再填充可利用例如Ad BI ue?或DEF的商用尿素溶液的廣泛分布來(lái)執(zhí)行。
[0069]本發(fā)明與以上所述的構(gòu)思相比的優(yōu)點(diǎn)是第一配給設(shè)備包括帶有非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)的金屬管42和第一噴射器44，這可容易地抵抗高溫且具有最小的空間要求。第一噴射器44優(yōu)選地由金屬管的端部處的開(kāi)口形成。質(zhì)量流量控制裝置一般是溫度敏感的，且在本發(fā)明中可定位為遠(yuǎn)離靠近渦輪增壓器的熱表面。對(duì)于氨氣配給，要求例如0.25m的相對(duì)短的混合長(zhǎng)度以實(shí)現(xiàn)在第一 SCR催化器10的橫截面上的均勻的氨氣分布。與使用尿素作為還原劑相比，在本發(fā)明中在低溫下的NOx減少效率不受到氨分解率的限制，因?yàn)檫€原劑以希望的反應(yīng)劑氨的形式被添加?？梢虼耸褂玫谝?SCR催化器10的完全活性溫度窗。
[0070]術(shù)語(yǔ)“SCR催化器”的體積在此考慮為限定了從催化器基體的外部幾何尺寸導(dǎo)出的幾何體積。
[0071]在權(quán)利要求中提及的附圖標(biāo)記不應(yīng)視作限制權(quán)利要求所保護(hù)的主旨的程度。如所認(rèn)識(shí)到的，本發(fā)明能夠在多個(gè)明顯方面變型，而所有變型不偏離所附權(quán)利要求的范圍。因此，附圖及其描述被視作本質(zhì)上是說(shuō)明性的且不是限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于接收排氣的排氣系統(tǒng)(6)，所述排氣系統(tǒng)(6)包括: 第一 SCR催化器(10)； 第二 SCR催化器(16)，所述第二 SCR催化器(16)位于所述第一 SCR催化器(10)的下游； 第一噴射器(44)，所述第一噴射器(44)設(shè)置在所述第一 SCR催化器(10)的上游；和 第二噴射器(64)，所述第二噴射器(64)設(shè)置在所述第二 SCR催化器(16)的上游， 其特征在于，所述排氣系統(tǒng)(6)進(jìn)一步包括: 氣態(tài)氨供給裝置(40)，所述氣態(tài)氨供給裝置(40)被流體連接到所述第一噴射器(44)，以通過(guò)所述第一噴射器(44)將氣態(tài)氨供給到所述排氣； 含氨還原劑存儲(chǔ)器(60)，所述含氨還原劑存儲(chǔ)器(60)被流體連接到所述第二噴射器(64)，以通過(guò)所述第二噴射器(64)將諸如尿素這樣的流體含氨還原劑供給到所述排氣，其中，所述第一 SCR催化器(10)的體積小于所述第二 SCR催化器(16)的體積，以快速加熱所述第一 SCR催化器(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述第一SCR催化器(10)的體積是所述第二 SCR催化器(16)的體積的5%至60%，優(yōu)選地是所述第二 SCR催化器(16)的體積的5%至40%， 更優(yōu)選地是所述第二 SCR催化器(16)的體積的10%至25%。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述排氣系統(tǒng)(6)進(jìn)一步包括氨氧化催化器(18)，所述氨氧化催化器(18)位于所述第二 SCR催化器(16)的下游。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，微粒過(guò)濾器(14)位于所述第一 SCR催化器(10)和所述第二 SCR催化器(16)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述排氣系統(tǒng)(6)進(jìn)一步包括氧化催化器(12)，所述氧化催化器(12)位于所述第一 SCR催化器(10)的下游和所述微粒過(guò)濾器(14)的上游。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述第一SCR催化器(10)是釩基催化器，所述第二 SCR催化器(16)是沸石基催化器。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述氣態(tài)氨供給裝置(40)包括: 存儲(chǔ)容器，所述存儲(chǔ)容器被構(gòu)造為存儲(chǔ)堿土金屬氯化物鹽，所述堿土金屬氯化物鹽是所述氣態(tài)氨的來(lái)源，或 對(duì)溶解在諸如水這樣的溶劑內(nèi)的氨溶液進(jìn)行保持的存儲(chǔ)容器；或 用于對(duì)加壓氨氣進(jìn)行保持的氣瓶。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述第一噴射器(44)由金屬管(42)形成，所述金屬管穿過(guò)所述排氣系統(tǒng)(6)的排氣通道的側(cè)壁，且在所述排氣通道內(nèi)具有排氣開(kāi)口，從而使得來(lái)自所述氣態(tài)氨供給裝置(40)的氣態(tài)氨能夠通過(guò)所述金屬管(42)而被供給到所述排氣通道內(nèi)的排氣流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述第一噴射器(44)不含由熱塑性材料或其他熱敏材料制成的部分。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，電子控制器(30)被構(gòu)造為對(duì)利用所述第一噴射器(44)所進(jìn)行的氣態(tài)氨的噴射加以控制，使得通過(guò)所述第一噴射器(44)來(lái)向所述排氣供給氣態(tài)氨限制于如下運(yùn)行模式:其中，與所述第一 SCR催化器(10)相關(guān)的溫度(Tsm)高于第一值(T1),與所述第二 SCR催化器(16)相關(guān)的溫度(Tsck2)低于第二值(T2),從而在所述排氣的、利用所述第二 SCR催化器(16)進(jìn)行的NOx轉(zhuǎn)化效率較低的溫度下，至少部分地促進(jìn)所述排氣具有較高的NOx轉(zhuǎn)化效率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，與所述第一SCR催化器(10)相關(guān)的所述溫度(Tsm)是所述第一 SCR催化器(10)的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，與所述第二 SCR催化器(16)相關(guān)的所述溫度(Tscr2)是所述第二 SCR催化器(16)的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第一值(T1)為120°C，優(yōu)選為150°C，且所述第二值(T2)為270°C，優(yōu)選為250°C。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，電子控制器(30)被構(gòu)造為對(duì)利用所述第二噴射器(64)所進(jìn)行的流 體含氨還原劑的噴射加以控制，使得通過(guò)所述第二噴射器(64)來(lái)將含氨還原劑供給至所述排氣限于如下運(yùn)行模式:與所述第二SCR催化器(16)相關(guān)的溫度(Tsai2)高于第三值(T3)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，與所述第二SCR催化器(16)相關(guān)的所述溫度(Tsai2)是所述第二 SCR催化器(16)的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第三值(T3)為200°C，優(yōu)選為2500C ο
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述第一SCR催化器(10)被布置為在下游距所述發(fā)動(dòng)機(jī)(2)的排氣歧管出口或潤(rùn)輪機(jī)排氣出口小于0.6米，優(yōu)選地，所述第一 SCR催化器(10)被布置為在下游距排氣歧管出口或渦輪機(jī)排氣出口小于0.4米，且更優(yōu)選地，在下游距排氣歧管出口或渦輪機(jī)排氣出口小于0.25米。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，電子控制器(30)被構(gòu)造為對(duì)利用所述第二噴射器(64)所進(jìn)行的流體含氨還原劑的噴射加以控制。
16.根據(jù)權(quán)利要求4或5中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述第二噴射器(46)被設(shè)置在所述微粒過(guò)濾器(14)的下游。
17.—種運(yùn)行排氣系統(tǒng)(6)的方法，所述排氣系統(tǒng)包括: 第一 SCR催化器(10)； 第二 SCR催化器(16)，所述第二 SCR催化器(16)位于所述第一 SCR催化器(10)的下游； 第一噴射器(44)，所述第一噴射器(44)設(shè)置在所述第一 SCR催化器(10)的上游；和 第二噴射器(64)，所述第二噴射器(64)設(shè)置在所述第二 SCR催化器(16)的上游， 其中，所述方法包括如下步驟: 對(duì)利用第一噴射器(44)所進(jìn)行的氣態(tài)氨的噴射加以控制，使得通過(guò)所述第一噴射器(44)將氣態(tài)氨供給至所述排氣供給限制于如下運(yùn)行模式:其中，與所述第一 SCR催化器(10)相關(guān)的溫度(Tsm)高于第一值(T1),與所述第二 SCR催化器(16)相關(guān)的溫度(Tsck2)低于第二值(T2),從而在所述排氣的、利用所述第二 SCR催化器(16)進(jìn)行的NOx轉(zhuǎn)化效率較低的溫度下，至少部分地促進(jìn)所述排氣具有較高的NOx轉(zhuǎn)化效率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，與所述第一SCR催化器(10)相關(guān)的溫度(Tsail)是所述第一 SCR催化器(10)的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，與所述第二 SCR催化器(16)相關(guān)的溫度(Tsai2)是所述第二 SCR催化器(16)的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第一值(T1)為120°C，優(yōu)選為150°C ;所述第二值(T2)為270°C，優(yōu)選為250°C。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，包括如下步驟: 對(duì)利用所述第二噴射器(64)所進(jìn)行的流體含氨還原劑的噴射加以控制，使得通過(guò)所述第二噴射器(64)來(lái)將含氨還原劑供給至所述排氣限制于如下運(yùn)行模式:與所述第二 SCR催化器(16)相關(guān)的溫度(Tsai2)高于第三值(T3)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，與所述第二SCR催化器(16)相關(guān)的所述溫度(Tsce2)是所述第二 SCR催化器(16)的正上游的區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第三值(T3)為200°C，優(yōu)選為 250°C。
21.一種用于接收排氣的排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括: 第一 SCR催化器； 第二 SCR催化器，所述第二 SCR催化器位于所述第一 SCR催化器的下游； 第一噴射器，所述第一噴射器設(shè)置在所述第一 SCR催化器的上游；和 第二噴射器，所述第二噴射器設(shè)置在所述第二 SCR催化器的上游， 其中，所述排氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 氣態(tài)氨供給裝置，所述氣態(tài)氨供給裝置被流體地連接到所述第一噴射器，以通過(guò)所述第一噴射器將氣態(tài)氨供 給到所述排氣； 含氨還原劑存儲(chǔ)器，所述含氨還原劑存儲(chǔ)器被流體地連接到所述第二噴射器，以通過(guò)所述第二噴射器將諸如尿素這樣的流體含氨還原劑供給到所述排氣； 其中，所述第一 SCR催化器的體積小于所述第二 SCR催化器的體積，以快速加熱所述第一 SCR催化器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的排氣系統(tǒng)，所述第一SCR催化器的體積是所述第二 SCR催化器的體積的5 %至60 %，優(yōu)選地是所述第二 SCR催化器的體積的5 %至40 %，且更優(yōu)選地是所述第二 SCR催化器的體積的10%至25%。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述排氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括氨氧化催化器，所述氨氧化催化器位于所述第二 SCR催化器的下游。
24.根據(jù)權(quán)利要求21至23中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其中，微粒過(guò)濾器位于所述第一 SCR催化器和所述第二 SCR催化器之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述排氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括氧化催化器，所述氧化催化器位于所述第一 SCR催化器的下游，且位于所述微粒過(guò)濾器的上游。
26.根據(jù)權(quán)利要求21至25中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述第一SCR催化器是釩基催化器，所述第二 SCR催化器是沸石基催化器。
27.根據(jù)權(quán)利要求21至26中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述氣態(tài)氨供給裝置包括: 存儲(chǔ)容器，所述存儲(chǔ)容器被構(gòu)造為存儲(chǔ)堿土金屬氯化物鹽，所述堿土金屬氯化物鹽是所述氣態(tài)氨的來(lái)源，或 對(duì)溶解在諸如水這樣的溶劑內(nèi)的氨溶液進(jìn)行保持的存儲(chǔ)容器；或 用于對(duì)加壓氨氣進(jìn)行保持的氣瓶。
28.根據(jù)權(quán)利要求21至27中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述第一噴射器由金屬管形成，所述金屬管穿過(guò)所述排氣系統(tǒng)的排氣通道的側(cè)壁，且在所述排氣通道內(nèi)具有排氣開(kāi)口，從而使得來(lái)自所述氣態(tài)氨供給裝置的氣態(tài)氨能夠通過(guò)所述金屬管而被供給到所述排氣通道內(nèi)的排氣流。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述第一噴射器不含由熱塑性材料或其他熱敏材料制成的部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求21至29中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其中，電子控制器被構(gòu)造為對(duì)利用所述第一噴射器所進(jìn)行的氣態(tài)氨的噴射加以控制，使得通過(guò)所述第一噴射器來(lái)向所述排氣供給氣態(tài)氨限制于如下運(yùn)行模式:其中，與所述第一 SCR催化器相關(guān)的溫度(Tsm)高于第一值(T1),與所述第二 SCR催化器相關(guān)的溫度(Tsai2)低于第二值(T2),從而在所述排氣的、利用所述第二 SCR 催化器進(jìn)行的NOx轉(zhuǎn)化效率較低的溫度下，至少部分地促進(jìn)所述排氣具有較高的NOx轉(zhuǎn)化效率。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的排氣系統(tǒng)，其中，與所述第一SCR催化器相關(guān)的所述溫度(Tscei)是所述第一 SCR催化器的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，與所述第二 SCR催化器相關(guān)的所述溫度(Tsai2)是所述第二 SCR催化器的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第一值(T1)為120°C，優(yōu)選為150°C ;所述第二值(T2)為270°C，優(yōu)選為250°C。
32.根據(jù)權(quán)利要求21至31中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其中，電子控制器被構(gòu)造為對(duì)利用所述第二噴射器所進(jìn)行的流體含氨還原劑的噴射加以控制，使得通過(guò)所述第二噴射器來(lái)將含氨還原劑供給至所述排氣限制于如下運(yùn)行模式:其中，與所述第二 SCR催化器相關(guān)的溫度水平(Tsai2)高于第三值(T3)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的排氣系統(tǒng)，其中，與所述第二SCR催化器相關(guān)的所述溫度(Tsce2)是所述第二 SCR催化器的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第三值(T3)為200°C，優(yōu)選為250°C。
34.根據(jù)權(quán)利要求21至33中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述第一SCR催化器被布置為在下游距所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管出口或渦輪機(jī)排氣出口小于0.6米，優(yōu)選地，所述第一 SCR催化器被布置為在下游距排氣歧管出口或渦輪機(jī)排氣出口小于0.4米，且更優(yōu)選地在下游距排氣歧管出口或渦輪機(jī)排氣出口小于0.25米。
35.根據(jù)權(quán)利要求21至34中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其中，電子控制器(30)被構(gòu)造為對(duì)利用所述第二噴射器(64)所進(jìn)行的流體含氨還原劑的噴射加以控制。
36.根據(jù)權(quán)利要求34或35中的任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述第二噴射器被設(shè)置在所述微粒過(guò)濾器的下游。
37.一種運(yùn)行排氣系統(tǒng)的方法，所述排氣系統(tǒng)包括: 第一 SCR催化器； 第二 SCR催化器，所述第二 SCR催化器位于所述第一 SCR催化器的下游； 第一噴射器，所述第一噴射器被設(shè)置在所述第一 SCR催化器的上游；和 第二噴射器，所述第二噴射器被設(shè)置在所述第二 SCR催化器的上游， 其中，所述方法包括如下步驟: 對(duì)利用第一噴射器所進(jìn)行的氣態(tài)氨的噴射加以控制，使得通過(guò)所述第一噴射器將氣態(tài)氨供給至所述排氣限制于如下運(yùn)行模式:其中，與所述第一 SCR催化器相關(guān)的溫度(Tsail)高于第一值(T1),與所述第二 SCR催化器相關(guān)的溫度(Tsai2)低于第二值(T2),從而在所述排氣的、利用所述第二 SCR催化器(16)進(jìn)行的NOx轉(zhuǎn)化效率較低的溫度下，至少部分地促進(jìn)所述排氣具有較高NOx的轉(zhuǎn)化效率。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，與所述第一SCR催化器相關(guān)的溫度(Tsail)是所述第一 SCR催化器的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，與所述第二 SCR催化器相關(guān)的所述溫度(Tsce2)是所述第二 SCR催化器的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第一值(T1)為120°C，優(yōu)選為150°C ;所述第二值(T2)為270°C，優(yōu)選為250°C。
39.根據(jù)權(quán)利要求37或38所述的方法，所述方法包括如下步驟:對(duì)利用所述第二噴射器所進(jìn)行的流體含氨還原劑的噴射加以控制，使得通過(guò)所述第二噴射器將含氨還原劑供給至所述排氣限制于如下運(yùn)行模式:其中，與所述第二 SCR催化器相關(guān)的溫度水平(Tsai2)高于第三值(T3)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，與所述第二SCR催化器相關(guān)的所述溫度(Tsai2)是所述第二 SCR催化器的正上游區(qū)域中的排氣的溫度，且所述第三值(T3)為200°C，優(yōu)選為250。
【文檔編號(hào)】F01N3/20GK104053871SQ201180075859
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月23日
【發(fā)明者】澤倫·烏德, 約翰·科斯格倫 申請(qǐng)人:沃爾沃拉斯特瓦格納公司