双催化剂加热系统技术方案

本发明专利技术涉及双催化剂加热系统。提供了用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理的方法和系统。在一个示例中，排气后处理包括布置在排气管中的至少两个催化剂装置，以及布置在两个催化剂之间的用于还原剂的进给装置，并且还包括在第一催化剂的进口处的第一加热装置和在第一加热装置下游的第二加热装置，该系统适合用于氮氧化物的还原。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考本申请要求于2015年8月5日提交的德国专利申请No.102015214906.4的优先权，该专利的全部内容在此以引用的方式并入以用于所有目的。
本专利技术涉及用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理的系统，特别是用于经由被引入到排气流中的还原剂来还原氮氧化物的系统，该系统具有布置在排气管中的至少两个催化剂装置，和至少两个加热装置。
技术介绍
柴油机排气的后处理尤其被用于还原排气中的氮氧化物含量。用于该目的的一个已知的方法为“选择性催化还原”(SCR)。在SCR中，氮氧化物通过还原剂氨在催化剂的作用下被还原成水和氮。照惯例，氨以尿素溶液(例如，AdBlue)的形式被引入到SCR催化剂前面的排气管中。催化剂理想上被提供用于水解。如果尿素溶液被引入到排气管中，那么氨和异氰尿酸由尿素通过热分解形成，且然后氨和二氧化碳由异氰尿酸通过水解形成。然而，本文的专利技术人已经认识到此类柴油机气体的后处理手段的潜在问题。举例来说，以上讨论的方法可需要足够高的排气温度用于使反应以最佳方式继续进行。例如，含尿素的还原剂的放热-水解转化在低温下不工作。进一步地，SCR反应也依赖于温度。低于150℃，可事实上不存在反应，而在高于220℃下几乎100％的反应发生。而且，反应效率取决于各种氮氧化物的比。在低排气温度的状况下，例如，在城市交通中，SCR催化剂中的转化效率相对低。甚至在从发动机释放的排气温度高时，由于一种或多种其它排气催化剂下游的SCR催化剂的位置(例如，如排气管中的第二元件或第三元件)，排气的热能可损失在燃烧发动机和SCR催化剂之间。因而，到达SCR催化剂的排气可能不够热。因此，本公开的目标在于为还原剂的分解和SCR的进行提供足够高的温度。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理的系统，该系统包括排气管；布置在排气管中的第一催化剂装置；布置在排气管中的第一催化装置下游的第二催化剂装置；布置在第一催化剂装置与第二催化剂装置之间用于喷射还原剂的进给装置(feeddevice)；布置在第一催化剂装置的进口处的第一加热装置和布置在第一催化剂装置下游的第二加热装置；以及控制装置。该系统的优点可包括具有根据操作情况增加排气的温度的能力。因而，在起动燃烧发动机之后，能够立即开始催化剂的操作。另外，将尿素溶液后方喷射到暖表面(诸如第一催化剂的背面)上，与在较低的温度下进一步向下游喷射相对照，增加了排气排放物的分解。本专利技术的进一步的有利实施例从另外的独立权利要求和从属权利要求、说明书、附图和例示性实施例中将变得容易理解。在本申请中，术语“还原剂”也被用于还原剂的前体，例如用于尿素或尿素水溶液，即使实际的还原剂是从尿素在转化反应中形成的氨。换言之，还原剂是间接提供的。术语“催化剂装置”被用于概指包含至少一种催化剂的技术单元。催化剂装置中可布置多个催化剂。例如，催化剂装置的基体的一部分涂覆有催化活性层，为此术语“带有催化剂的涂层”也用于本申请。在一个示例中，第一加热装置被布置在第一催化剂装置的进口。第一加热装置有利地用于加热进入第一催化剂装置的排气以便达到氧化催化剂的操作温度或者间接用于加热SCR催化剂。这样，可不考虑SCR催化剂关于排气管中其它排气催化剂的位置而使在SCR催化剂处的排气足够热。在另一个示例中，第一加热装置涂覆有氧化催化剂。借助于经由第一加热装置达到必要温度，因此碳氢化合物和一氧化碳能够在起动燃烧发动机的短时间内在氧化催化剂上被氧化。贫NOx捕集器(LNT)也可布置在第一催化剂装置中。LNT被用于在燃烧发动机以贫燃料混合物操作期间存储氮氧化物。当所存储在氮氧化物在富混合物操作中被释放时，氮氧化物被释放并且在SCR催化剂上被还原。SCR催化剂可布置在第一催化剂装置中，有利地在下游端处，即在出口处。第二加热装置也可布置在第一催化剂装置的出口处。第二加热装置有利地用于加热排气以便达到SCR催化剂的操作温度或直接用于将SCR催化剂加热到其操作温度。如果第二加热装置布置在第一催化剂装置的出口处，那么其可涂覆有用于选择性催化还原的催化剂和/或涂覆有水解催化剂。由于也可借助于第二加热装置针对SCR催化剂的操作生成用于尿素热分解的必要温度，因此该布置有利地允许从LNT释放的氮氧化物的还原。除还原氮氧化物的功能之外，SCR催化剂也具有水解功能，从而使其可能例如将尿素转化成氨并且使用它进一步还原氮氧化物。除SCR涂层以外，也能够布置单独的水解催化剂。第二加热装置也能够处于第一催化剂装置与第二催化剂装置之间的更远地下游。SCR涂层可被应用到在第一催化剂装置中且在第一催化剂装置与第二催化剂装置之间的排气管中的第二加热装置的布置。在进一步的示例中，在根据本专利技术的系统中，在第一催化剂装置与第二催化剂装置之间布置至少一个混合器。混合器有利地用于使引入到排气管中的还原剂均匀分布，从而避免沉积在排气管中，尤其是在尿素的情况下。此外，混合器使还原剂能够在第一催化剂单元的出口处被馈送，从而确保其可在那里用于在SCR催化剂上还原氮氧化物。这样，可沿与排气流通过第一催化剂单元的方向相反的面向后方的方向将还原剂喷射到第一催化剂单元中。本专利技术的第二方面涉及具有根据以上所述的本专利技术的排气系统的机动车辆。因此根据本专利技术的机动车辆具有带有排气管和控制装置的系统，在排气管中布置了至少一个第一催化剂装置和一个布置在第一催化剂装置下游的第二催化剂装置以及布置在两个催化剂装置之间的用于还原剂的进给装置，在该系统中第一加热装置布置在第一催化剂装置的进口处并且第二加热装置布置在第一催化剂装置下游。本专利技术的第三方面涉及用于借助于根据本专利技术的系统还原氮氧化物的排气后处理的方法，该方法包括：起动燃烧发动机，然后接通(switchon)第一加热装置，然后当达到第一温度阈值时引入还原剂，并且然后接通第二加热装置。该方法的优点相当于根据本专利技术的系统的优点。在根据本专利技术的方法的一个示例中，在达到第二温度阈值的情况下在进一步的步骤中切断(switchoff)第二加热装置。当获得用于放热-水解转化和SCR功能的足够高的排气温度时，达到第二温度阈值。在这种情况下，借助于第二加热装置的另外的加热可以不是必要的。在又一个示例中，在第二加热装置被接通的情况下可切断第一加热装置。然而，在第二加热装置接通的同时第一加热装置保持接通也是可能的。附图说明通过附图更详细地阐明本专利技术，其中：图1示出了发动机的示意图。图2示出了发动机的排气后处理系统的示意图。图3示出了排气后处理系统的替代实施例的示意图。图4示出了用于操作用于还原氮氧化物的排气后处理系统的方法。图5示出了展示用于操作还原氮氧化物的排气后处理系统的示例映射图。具体实施方式现在参考图1，其示出了多汽缸发动机10的一个汽缸的的示意图，该发动机可包括在车辆的推进系统中。发动机10可至少部分地通过包括控制器12的控制系统115和经由输入设备130通过来自车辆操作者的输入来控制。在该示例中，输入设备130包括加速器踏板和用于生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(例如，汽缸)30可包括带有定位于其中的活塞36的燃烧室壁32。活塞36可联接到曲轴40以便活塞的往复运动被转变为曲轴的回转运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理的系统，所述系统包括：排气管；第一催化剂装置，所述第一催化剂装置布置在所述排气管中；第二催化剂装置，所述第二催化剂装置布置在所述排气管中的所述第一催化剂装置的下游；用于喷射还原剂的进给装置，所述进给装置布置在所述第一催化剂装置与所述第二催化剂装置之间；第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置布置在所述第一催化剂装置的进口处，所述第二加热装置布置在所述第一催化剂装置的下游；以及控制装置。

【技术特征摘要】
2015.08.05 DE 102015214906.41.一种用于机动车辆中的燃烧发动机的排气后处理的系统，所述系统包括：排气管；第一催化剂装置，所述第一催化剂装置布置在所述排气管中；第二催化剂装置，所述第二催化剂装置布置在所述排气管中的所述第一催化剂装置的下游；用于喷射还原剂的进给装置，所述进给装置布置在所述第一催化剂装置与所述第二催化剂装置之间；第一加热装置和第二加热装置，所述第一加热装置布置在所述第一催化剂装置的进口处，所述第二加热装置布置在所述第一催化剂装置的下游；以及控制装置。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二加热装置布置在所述第一催化剂装置的出口处。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一加热装置涂覆有氧化催化剂。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二加热装置涂覆有选择性催化还原催化剂和水解催化剂中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二催化剂装置包括用于选择性催化还原的催化剂并且其中所述第一催化剂装置包括贫NOx捕集器。6.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括至少一个混合器，其布置在所述第一催化剂装置与所述第二催化剂装置之间。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制装置被配置有存储在非临时性存储器上的计算机可读指令，用于：响应于所述第一催化剂处的排气的温度低于第一阈值，致动所述第一加热装置；以及响应于所述第一催化剂处的排气的所述温度高于所述第一阈值，喷射一定量的所述还原剂并且致动所述第二加热装置。8.根据权利要求7所述的系统，其中响应于所述第一催化剂处的排气的所述温度高于第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值，停用所述第一加热装置和所述第二加热装置中的每个并且继续所述还原剂的喷射。9.一种用于排气后处理的方法，所述方法包括：在发动机起动后，接通联接到第一催化剂的进口的第一加热装置，所述第一催化剂布置在排气通道中的第二催化剂的上游；并且当排气温度达到第一温度阈值时，经由进给装置将还原剂引入到所述第一催化剂与所述第二催化剂之间的所述排气通道中；以及接通联接到所述第一催化剂的出口的第二加热装置。10.根据权利要求9所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·巴莱诺维奇，F·格贝尔，M·A·施奈德，M·赖歇特，F·D·斯迈特，P·罗丝，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US