与活性SCR组合的双LNT系统技术方案

本发明专利技术涉及与活性SCR组合的双LNT系统。为内燃发动机提供一种具有排气道、排气再循环系统、至少第一和第二氮氧化物储存催化剂以及活性选择性催化还原催化剂的布置，其中第二氮氧化物储存催化剂和选择性催化还原催化剂被布置在排气再循环系统的排气再循环管路的分支点的下游。此外，提供一种用于利用该布置控制排气后处理系统的方法。

Dual LNT system combined with active SCR

【技术实现步骤摘要】
与活性SCR组合的双LNT系统
本专利技术涉及内燃发动机的布置，其具有排气道、排气再循环系统、至少第一和第二氮氧化物储存催化剂以及活性选择性催化还原催化剂。
技术介绍
必须控制氮氧化物排放，以符合严格的法律规范。氮氧化物储存催化剂(也称为稀NOx捕集器，即LNT)用于从内燃发动机的排气中暂时吸附氮氧化物。此外，它们还完成一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)的氧化后处理任务。在内燃发动机的稀操作中出现的氮氧化物能够被储存在LNT中；为此，LNT将稀排气中包含的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)，且然后以硝酸盐的形式储存。LNT涂层中使用的吸附剂是例如氧化钡和/或其他氧化物。当LNT的储存容量被耗尽时，它必须被再生。在再生事件(净化)中，提供富的亚化学计量的排气状况，例如，通过用相应的燃料-空气混合物操作内燃发动机；储存的氮氧化物被再次解吸并且使用富排气中的成分(CO、HC)在LNT的催化活性组分上被还原成氮。除了为再生执行的净化外，如果排气例如因为内燃发动机的功率需求而变为亚化学计量的，则LNT也自然再生。此外，可以在选择性催化还原催化剂中还原从LNT释放的氮氧化物。LNT的储存容量受到排气温度以及其他因素的限制。现代LNT能够在约250-550℃的温度范围内以不同的效率储存氮氧化物。两个LNT的顺序布置允许LNT的有用温度范围变宽。然而，具有两个LNT的排气后处理系统具有LNT的高温度的缺点，LNT的高温度例如在高速公路行驶期间的重负荷下发生，增加燃料消耗以保证有效率的氮氧化物转化。一种可能性是在化学计量状况下在400℃和更高的温度状况下操作LNT。然而，在柴油动力内燃发动机中，就燃料消耗而言，化学计量操作是非常不经济的。因此，目的是在高排气温度下更好地控制燃料消耗和排放。
技术实现思路
该目的通过具有权利要求1的特征的布置来实现。本专利技术的进一步有利实施例和形式由次级和从属权利要求、附图和示例性实施例产生。本专利技术的第一方面涉及一种内燃发动机的布置，其具有排气道，至少一个低压排气再循环管路从所述排气道分支，并且在所述排气道中布置有排气后处理系统，其中所述排气后处理系统包括：-至少一个第一氮氧化物储存催化剂，-至少一个第二氮氧化物储存催化剂，其被布置在所述第一氮氧化物储存催化剂的下游，-至少一个颗粒过滤器，其被布置在所述第一氮氧化物储存催化剂的下游，以及-至少一个选择性催化还原催化剂，其被布置在所述第二氮氧化物储存催化剂的下游，其中所述排气再循环管路在所述第一氮氧化物储存催化剂下游和所述第二氮氧化物储存催化剂上游分支，并且其中用于引入还原剂的第一装置被布置在所述第二氮氧化物储存催化剂上游的所述排气道中，且用于引入还原剂的第二装置被布置在所述选择性催化还原催化剂上游的所述排气道中。该布置是有利的，因为它允许双LNT系统在所有状况下(特别是在重负荷下，例如在高速公路上行驶时)的有效率的操作。具有两个LNT的排气后处理系统中的活性SCR的布置即使在内燃发动机的高负荷下仍允许氮氧化物的有效率的转化而不会在两个LNT的操作期间显著增加燃料消耗。特别是如果第二LNT暴露于高于400℃的温度，则布置在下游的SCR达到其最佳操作温度。此外，有利的是，在排气再循环装置的分支点的上游没有设置用于还原剂(特别是用于尿素或氨)的引入装置。这不包括供应的氨的再循环及其在内燃发动机中转化为其他氮氧化物，这将需要进一步供应氨以还原氮氧化物。本专利技术特别适用于具有自点火内燃发动机的布置。因此，颗粒过滤器具体是柴油颗粒过滤器。优选地，为了支持再生，颗粒过滤器被催化涂覆；因此它也被称为cDPF。颗粒过滤器明确没有SCR涂层(sDPF)。有利地，cDPF具有比sDPF更高的烟灰颗粒储存容量，允许更有效地控制过滤器再生，并且由于高温而具有比sDPF更低的破裂或其他损坏的风险。此外，cDPF不需要氨来还原氮氧化物，氮氧化物可以通过滑移而逸出并进入排气再循环管路。颗粒过滤器优选地被布置在排气再循环管路的分支点的上游。优选地，SCR包括电加热元件。因此，即使在LNT通常不会达到高于400℃的排气温度的城市或乡村道路区域中的内燃发动机的操作中，也能够快速达到SCR的最佳操作温度。优选地，第一引入装置被构造成将燃料引入排气道中。燃料起还原剂的作用，因为其碳氢化合物也可以用于还原LNT中的氮氧化物。第一引入装置有利地是计量泵和/或喷射泵。理想地，燃料被点燃以提供相应富的排气用于还原。在燃料燃烧时出现的温度有利地用于加热SCR，其中引入的燃料的燃烧可以仅用于加热SCR。优选地，第二引入装置被构造成将水性尿素溶液引入排气道中。第二引入装置有利地是计量泵和/或喷射泵。通过尿素的水解，产生二氧化碳和氨。所得到的氨与排气中的氮氧化物在SCR催化剂处起反应以成为元素氮(N2)和水。替代地，也可以直接提供气态氨。两个LNT下游的活性SCR的布置有利地允许在高排气温度下的燃料经济操作，以及在还原LNT中的氮氧化物时在高温下可能发生的氨的捕获和储存。本专利技术的第二方面涉及一种具有根据本专利技术的布置的机动车辆。本专利技术的第三方面涉及一种利用根据本专利技术的布置控制用于还原氮氧化物的排气后处理系统的方法，其具有如下步骤：-操作所述内燃发动机，使得排气被引导通过所述排气道并且具有稀空气-燃料混合物，-增加所述内燃发动机的负荷，-确定所述第一氮氧化物储存催化剂上游的温度、所述第二氮氧化物储存催化剂上游的温度和所述选择性催化还原催化剂上游的温度，-当在所述第一氮氧化物储存催化剂上游超过第一温度阈值时，通过来自所述内燃发动机的富排气提供亚化学计量的排气状况，-当在所述第二氮氧化物储存催化剂上游超过第二温度阈值时，通过借助于第一引入装置将燃料引入所述排气道中，提供亚化学计量的排气状况，-当在所述选择性催化还原催化剂上游超过第三温度阈值时，借助于第二引入装置将还原剂引入所述排气道中。该方法的优点对应于根据本专利技术的布置的优点。在每个LNT和SCR的上游确定温度。温度可以借助于布置在排气道中的相应传感器和/或基于模型来确定。低于250℃，LNT仅用于储存氮氧化物。因此，第一和第二阈值优选为250℃。第三阈值优选为200℃，在该温度以上SCR达到其操作温度。低于该值，不引入尿素。在任何情况下，在富排气阶段期间氮氧化物被还原，由此尿素消耗保持较低。储存在LNT中的氮氧化物量和储存在SCR中的氨量基于模型确定。而且，排气中包含的氮氧化物的量可以基于模型确定。优选地，在该方法中，借助于第一引入装置引入还原剂，以便通过放热反应达到第三温度阈值。在这种情况下，还原剂是燃料，其除了提高温度外，还用于提供用于还原氮氧化物的富排气状况。优选地，在颗粒过滤器的再生期间借助于第二引入装置引入还原剂。在这种情况下，还原剂是氨或水性尿素溶液。在颗粒过滤器的再生期间，由于出现高温，极有可能发生氮氧化物从LNT被释放并且然后能够在SCR中被还原。除了温度外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃发动机(2)的布置(1)，其具有排气道(3)，至少一个低压排气再循环管路(6)从所述排气道分支，并且在所述排气道中布置有排气后处理系统，其中所述排气后处理系统包括：/n-至少一个第一氮氧化物储存催化剂(4)，/n-至少一个第二氮氧化物储存催化剂(7)，其被布置在所述第一氮氧化物储存催化剂(4)的下游，/n-至少一个颗粒过滤器(5)，其被布置在所述第一氮氧化物储存催化剂(4)的下游，和/n-至少一个选择性催化还原催化剂(9)，其被布置在所述第二氮氧化物储存催化剂(7)的下游，/n其中所述排气再循环管路(6)在所述第一氮氧化物储存催化剂(4)下游和所述第二氮氧化物储存催化剂(7)上游分支，并且其中用于引入还原剂(8)的第一装置被布置在所述第二氮氧化物储存催化剂(7)上游的所述排气道(3)中，且用于引入还原剂(10)的第二装置被布置在所述选择性催化还原催化剂(9)上游的所述排气道(3)中。/n

【技术特征摘要】
20180628 DE 102018210561.81.一种内燃发动机(2)的布置(1)，其具有排气道(3)，至少一个低压排气再循环管路(6)从所述排气道分支，并且在所述排气道中布置有排气后处理系统，其中所述排气后处理系统包括：
-至少一个第一氮氧化物储存催化剂(4)，
-至少一个第二氮氧化物储存催化剂(7)，其被布置在所述第一氮氧化物储存催化剂(4)的下游，
-至少一个颗粒过滤器(5)，其被布置在所述第一氮氧化物储存催化剂(4)的下游，和
-至少一个选择性催化还原催化剂(9)，其被布置在所述第二氮氧化物储存催化剂(7)的下游，
其中所述排气再循环管路(6)在所述第一氮氧化物储存催化剂(4)下游和所述第二氮氧化物储存催化剂(7)上游分支，并且其中用于引入还原剂(8)的第一装置被布置在所述第二氮氧化物储存催化剂(7)上游的所述排气道(3)中，且用于引入还原剂(10)的第二装置被布置在所述选择性催化还原催化剂(9)上游的所述排气道(3)中。


2.根据权利要求1所述的布置(1)，其中所述颗粒过滤器(5)被催化涂覆以支持再生。


3.根据权利要求1或2所述的布置(1)，其中所述颗粒过滤器(5)被布置在所述排气再循环管路(6)的分支点的上游。


4.根据前述权利要求中任一项所述的布置(1)，其中所述选择性催化还原催化剂(9)包括电加热元件。


5.根据前述权利要求中任一项所述的布置(1)，其中所述第一引入装置(8)被构造成将燃料引入所述排气道(3)中。


6.根据前述权利要求中任一项所述的布置(1)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·D·斯迈特，J·哈姆森，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US