[发明专利]用于控制尾气后处理系统的控制方法及尾气后处理系统

说明书

本发明涉及按照独立权利要求的前序部分所描述的用于控制尾气 后处理系统的控制方法以及尾气后处理系统。

碳颗粒和氮氧化物例如NO和NO₂、也被称为NO_x，是柴油发动 机尾气中的典型排放物。对于减少这种排放物的需求不断增加，并在 本技术领域中引发了各种不同的减少排放物的方法。在欧洲专利EP 1054722B1中，公开了尾气后处理系统，它将收集烟炱的颗粒过滤器 和氮氧化物还原催化剂合并在排气管中。为了除去烟炱，通过在氧化 催化剂中氧化NO产生了NO₂。收集在颗粒过滤器中的烟炱被NO₂氧 化。通过将氨注射到选择性催化还原催化剂(SCR催化剂)中，尾气 中剩余量的NO和NO₂在SCR催化剂中被还原成氮气。通过使用用于 特定SCR催化剂的适合的氧化催化剂，对尾气中NO₂和NO的比率进 行调整。例如，具有不同Pt含量的Pt/Al₂O₃氧化催化剂产生不同的 NO₂/NO比率。对于金属/沸石SCR催化剂来说，所有的NO都应该被 氧化成NO₂，对于基于稀土元素的SCR催化剂来说，需要高的NO₂/NO 比率，而对于基于过渡金属的SCR催化剂来说，NO₂和NO的混合气 体是优选的，而不是纯的或主要是NO₂或NO的气体。

氧化催化剂的设计通常必须在颗粒过滤器中烟炱的最适被动燃烧 与SCR催化剂中NO和NO₂的最适转化之间达成妥协。例如，在某些 发动机负荷下，只有不足够量的NO被氧化成NO₂，导致颗粒过滤器将 充满烟炱，SCR催化剂的效率由于NO的过剩而降低。在其它发动机 负荷下，氧化催化剂中NO₂的形成将太高，导致进入SCR单元的NO₂过剩，引起NO₂和N₂O的排放。尾气的组成在不同的发动机负荷下变 化很大。上面描述的同时发生的过程，对于发动机负荷和得到的尾气 中不同种类的成分的变化的量来说，只能在狭窄的范围内产生同时令 人满意的烟炱氧化和NO_x转化。

本发明的目的是提供改进的用于控制尾气后处理系统的控制方 法，以用于更广泛的发动机负荷和尾气组成范围。本发明的另一个目 的是提供改进的尾气后处理系统，其可以处理在宽范围内的发动机负 荷和尾气组成范围中产生的尾气。

这些目的通过独立权利要求的技术特征来实现。其它的权利要求 和说明书公开了本发明的有利的实施方案。

在本发明的第一个方面，提出了用于发动机尾气后处理系统的控 制方法，在该系统中一种或多种尾气成分在氧化催化剂中氧化，一种 或多种尾气成分在选择性催化还原催化剂中还原，其中尾气从氧化催 化剂流向选择性催化还原催化剂。在本文中，“选择性催化还原催化 剂”的表述有时用它的缩写形式“SCR催化剂”代替。根据所需的成 分之间的比率控制通过氧化催化剂的尾气流量，其中尾气以所需的成 分之间的比率进入SCR催化剂；并建立起组分之间的比率，以便在SCR 催化剂中在给定的反应温度下可以发生一种特定的化学反应，该特定 化学反应选自一组可以在尾气的成分与SCR催化剂中的催化剂材料之 间发生的可能的化学反应，其中选定的特定化学反应比每个单独的其 它化学反应发生的可能性更高。

流量的控制可以以不同的方式进行，例如通过使用可以绕过氧化 催化剂的固定的或可变的旁路，或通过改变尾气流入氧化催化剂的空 速。一般来说，化学反应器设计中的空速代表了进料的体积流量与反 应器体积之间的关系。空速表示在单位时间内可以处理进料反应器体 积的多少。

在有利的情况下，可以最优化尾气成分的选择性催化还原的效率， 并同时为安装在氧化催化剂和SCR催化剂之间的颗粒过滤器提供良好 的运行条件。与只能在发动机的几个运行点附近良好运行的现有技术 中的系统相比，尾气后处理系统能够良好运行的运行区域可以被扩大。 该方法使得可在成本、包装和耐久性方面更有效地进行尾气后处理。