凈化排放氣體的系統(tǒng)和方法
【專利說明】凈化排放氣體的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年11月22日提交的韓國專利申請(qǐng)第10_2013_0143254號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部內(nèi)容結(jié)合于此用于通過該引用的所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及凈化排放氣體的系統(tǒng)和方法，更特別地，涉及能夠在所有驅(qū)動(dòng)條件下改進(jìn)氮氧化物的凈化效率的凈化排放氣體的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]通常，通過排放歧管從發(fā)動(dòng)機(jī)流出的排放氣體被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入安裝在排放管處的催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)，并在其中進(jìn)行凈化。之后，排放氣體在穿過消聲器的同時(shí)其噪聲減小，然后排放氣體通過尾管排入空氣中。催化轉(zhuǎn)化器對(duì)包含在排放氣體中的污染物進(jìn)行凈化。此外，用于俘獲包含在排放氣體中的微粒物質(zhì)(PM)的微粒過濾器安裝在排放管中。
[0005]脫氮催化器(DeNOx催化器)是這種催化轉(zhuǎn)化器的一種類型，并且對(duì)包含在排放氣體中的氮氧化物(NOx)進(jìn)行凈化。如果將還原劑(例如，尿素、氨、一氧化碳和碳?xì)浠衔?HC))供給至排放氣體，則包含在排放氣體中的NOx通過與還原劑的氧化還原反應(yīng)而在DeNOx催化器中被還原。
[0006]近來,將貧NOx講(lean NOx trap, LNT)催化器用作這樣的DeNOx催化器。LNT催化器在空氣/燃料比稀薄時(shí)吸收包含在排放氣體中的NOx，在空氣/燃料比為稠密氣氛時(shí)釋放吸收的NOx并將釋放的氮氧化物和包含在排放氣體中的氮氧化物還原。
[0007]然而，如果排放氣體的溫度很高(例如，排放氣體的溫度高于400° C)，則LNT不能凈化包含在排放氣體中的氮氧化物。特別地，如果再生用于俘獲包含在排放氣體中的微粒物質(zhì)(PM)的微粒過濾器或者去除LNT的硫中毒，則排放氣體的溫度極高地增加。因此，排放氣體中包含的氮氧化物沒有被凈化，且被排放至車輛的外部。
[0008]公開于該發(fā)明【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的一般【背景技術(shù)】的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的各個(gè)方面旨在提供凈化排放氣體的系統(tǒng)和方法，其具有在所有驅(qū)動(dòng)條件下通過根據(jù)排放氣體的溫度區(qū)分DeNOx機(jī)構(gòu)來改進(jìn)氮氧化物的凈化效率的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]凈化排放氣體的系統(tǒng)可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)、貧NOx阱(LNT)、配量模塊、在柴油微粒過濾器上的選擇性催化還原催化器(SDPF)和控制器，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括用于向所述發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)噴射燃料的噴射器，所述發(fā)動(dòng)機(jī)通過燃燒空氣和燃料的混合物產(chǎn)生動(dòng)力，并將在燃燒過程中產(chǎn)生的排放氣體通過排放管排放至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的外部，所述貧NOx阱(LNT)安裝在所述排放管上，并適用于在稀薄的空氣/燃料比時(shí)吸收包含在所述排放氣體中的氮氧化物(NOx)，在稠密的空氣/燃料比時(shí)釋放吸收的氮氧化物，所述貧NOx阱(LNT)將包含在所述排放氣體中的氮氧化物或所述釋放的氮氧化物還原，所述配量模塊安裝在所述排放管上，并適用于將還原劑噴入所述排放氣體，所述在柴油微粒過濾器上的選擇性催化還原催化器(SDPF)安裝在所述配量模塊下游的排放管上，并適用于俘獲包含在所述排放氣體中的微粒物質(zhì)，并使用通過所述配量模塊噴射的還原劑還原包含在所述排放氣體中的氮氧化物，所述控制器在排放氣體的溫度低于瞬變溫度時(shí)使用LNT進(jìn)行脫氮(DeNOx)，在排放氣體的溫度高于或等于瞬變溫度時(shí)使用SDPF進(jìn)行脫氮。
[0011]所述控制器適用于將空氣/燃料比控制成稠密，從而在所述排放氣體的溫度低于瞬變溫度且在LNT中吸收的NOx量大于或等于預(yù)定NOx量時(shí)使LNT去除氮氧化物。
[0012]所述控制器控制所述配量模塊在所述排放氣體的溫度達(dá)到尿素轉(zhuǎn)化溫度時(shí)噴射所述還原劑，使得所述還原劑吸收在所述SDPF中。
[0013]由配量模塊噴射的還原劑的量基于如下因素確定:所述SDPF的內(nèi)部溫度、在SDPF中吸收的還原劑的量、根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的吸收/氧化特性、根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的釋放特性以及在發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣/燃料比控制成稠密從而釋放/還原在LNT中吸收的NOx的條件下LNT的NOx逃逸(slip)特性。
[0014]所述控制器當(dāng)排放氣體的溫度高于或等于瞬變溫度時(shí)將空氣/燃料比控制成接近化學(xué)計(jì)量的空氣/燃料比的稠密的空氣/燃料比從而釋放在LNT中吸收的NOx，并控制所述配量模塊噴射還原劑從而還原從LNT釋放的NOx或在SDPF中的排放氣體中包含的NOx。
[0015]由所述配量模塊噴射的所述還原劑的量基于如下因素確定:所述SDPF的內(nèi)部溫度、在SDPF中吸收的還原劑的量、根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的吸收/氧化特性、根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的釋放特性以及在稠密的空氣/燃料比時(shí)根據(jù)驅(qū)動(dòng)條件的LNT的NOx逃逸特性。
[0016]所述控制器適用于升高所述排放氣體的溫度從而進(jìn)行SDPF的再生，并控制所述配量模塊噴射所述還原劑，從而使SDPF在需要再生SDPF時(shí)還原包含在所述排放氣體中的NOx。
[0017]由所述配量模塊噴射的所述還原劑的量基于如下因素確定:所述SDPF的內(nèi)部溫度、在SDPF中吸收的還原劑的量、根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的吸收/氧化特性、根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的釋放特性、根據(jù)驅(qū)動(dòng)條件和在稠密的空氣/燃料比時(shí)排放氣體的溫度的LNT的NOx逃逸特性以及在再生SDPF時(shí)來自LNT的NOx排放量。
[0018]所述控制器適用于通過重復(fù)稠密的空氣/燃料比和稀薄的空氣/燃料比來進(jìn)行LNT的脫硫，并控制所述配量模塊噴射所述還原劑，從而使SDPF在需要LNT脫硫時(shí)還原包含在所述排放氣體中的NOx。
[0019]由所述配量模塊噴射的所述還原劑的量基于如下因素確定:所述SDPF的內(nèi)部溫度、在SDPF中吸收的還原劑的量、根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的吸收/氧化特性、根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的釋放特性、在稠密的空氣/燃料比時(shí)根據(jù)驅(qū)動(dòng)條件的LNT的NOx逃逸特性以及在LNT脫硫時(shí)來自LNT的NOx排放量。
[0020]所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括安裝在所述配量模塊和所述SDPF之間的排放管上的混合器，所述混合器均勻地混合所述還原劑和所述排放氣體。
[0021]所述SDPF可以進(jìn)一步包括額外的選擇性催化還原催化器(SCR)，其用于通過使用由所述配量模塊噴射的所述還原劑還原包含在所述排放氣體中的氮氧化物。
[0022]在本發(fā)明的另一方面中，凈化排放氣體的方法可以包括:檢測(cè)所述排放氣體的溫度，將所述排放氣體的溫度與瞬變溫度進(jìn)行比較，在所述排放氣體的溫度低于所述瞬變溫度時(shí)通過控制燃燒環(huán)境來去除在貧NOx阱(LNT)處的排放氣體中包含的氮氧化物，在所述排放氣體的溫度高于或等于所述瞬變溫度時(shí)通過噴射還原劑來去除在柴油微粒過濾器(SDPF)處的排放氣體中包含的氮氧化物。
[0023]當(dāng)在LNT中吸收的NOx量大于或等于預(yù)定的NOx量時(shí)通過將空氣/燃料比控制成稠密來進(jìn)行在LNT處的排放氣體中包含的氮氧化物的去除。
[0024]在將空氣/燃料比控制成稠密，LNT處的排放氣體中包含的氮氧化物的去除可以進(jìn)一步包括:確定排放氣體的溫度是否達(dá)到尿素轉(zhuǎn)化溫度，當(dāng)所述排放氣體的溫度達(dá)到尿素轉(zhuǎn)化溫度時(shí)確定所述還原劑的目標(biāo)噴射量，以及根據(jù)所述還原劑的目標(biāo)噴射量噴射所述還原劑。
[0025]還原劑的目標(biāo)噴射量基于如下因素確定:所述SDPF的內(nèi)部溫度、在SDPF中吸收的還原劑的量、根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的吸收/氧化特性、根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的釋放特性以及在將發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣/燃料比控制成稠密從而釋放/還原在LNT中吸收的NOx的條件下LNT的NOx逃逸特性。
[0026]在SDPF處的排放氣體包含的氮氧化物的去除可以包括基于如下因素確定還原劑的目標(biāo)噴射量以及根據(jù)還原劑的目標(biāo)噴射量噴射還原劑:SDPF的內(nèi)部溫度,在SDPF中吸收的還原劑的量，根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的吸收/氧化特性，根據(jù)SDPF的內(nèi)部溫度的還原劑的釋放特性，以及在稠密的空氣/燃料比時(shí)根據(jù)驅(qū)動(dòng)條件的LNT的NOx逃逸特性。
[0027]在確定還原劑的目標(biāo)噴射量前，在SDPF處的排放氣體包含的氮氧化物的去除可以進(jìn)一步包括確定是否需要SDPF的再生，當(dāng)需要SDPF的再生時(shí)進(jìn)行SDPF的再生，其中當(dāng)再生SDPF時(shí)還原劑的目標(biāo)噴射量通過另外考慮來自LNT的NOx排放量來確定。
[0028]在確定還原劑的目標(biāo)噴