选择性催化还原系统和减少发动机氮氧化物排放的方法技术方案

一种选择性催化还原系统及减少发动机氮氧化物排放的方法，该系统包括：第一催化器上游的具有选择性催化还原涂层的第一还原剂喷射器；第一催化器下游的第二还原剂喷射器；和第二还原剂喷射器下游的具有选择性催化还原涂层的第二催化器，第一催化器包括过滤器功能元件以捕集微粒。选择性催化还原系统包括：感测排气中的氮氧化物和氨的传感器；和控制器，基于NOx形成模型的输入来控制由第一、第二还原剂喷射器喷到排气中的还原剂量，该模型提供还原剂量的估计，控制器基于传感器信息精确调整还原剂量。第一催化器包括多个细长单元，它们交替具有封闭和开放的顶端和底端，气流通过单元的单元壁，单元壁的壁表面的上游侧和下游侧涂有不同的SCR涂层。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种选择性催化还原系统及减少发动机氮氧化物排放的方法，该系统包括：第一催化器上游的具有选择性催化还原涂层的第一还原剂喷射器；第一催化器下游的第二还原剂喷射器；和第二还原剂喷射器下游的具有选择性催化还原涂层的第二催化器，第一催化器包括过滤器功能元件以捕集微粒。选择性催化还原系统包括：感测排气中的氮氧化物和氨的传感器；和控制器，基于NOx形成模型的输入来控制由第一、第二还原剂喷射器喷到排气中的还原剂量，该模型提供还原剂量的估计，控制器基于传感器信息精确调整还原剂量。第一催化器包括多个细长单元，它们交替具有封闭和开放的顶端和底端，气流通过单元的单元壁，单元壁的壁表面的上游侧和下游侧涂有不同的SCR涂层。【专利说明】分案申请本申请是申请号为200680054961.4的中国专利申请的分案申请，上述申请的申请日为2006年6月13日，专利技术名称为“柴油机催化系统”。专利
本专利技术涉及选择性催化还原系统，该系统用于减少压燃式发动机的氮氧化物排放水平，该系统包括位于第一催化器上游的第一还原剂喷射器，该第一催化器包括选择性催化还原涂层。
技术介绍
至少从二十世纪七十年代早期起，在内燃机技术中，对排放的关注越来越多。对于SI (火花点燃式)发动机来说，在七十年代中期三元催化剂投放市场后，排放几乎不被认为是个问题。然而，对于Cl (压燃式)发动机，该情况稍加复杂；CI发动机具有氮氧化物(NOx^P微粒(烟灰)的固有高排放水平。由于在Cl发动机里发动机燃烧的本质，即大量的空气被导入汽缸，于是空气被压缩。随后，随发动机负荷的函数变化的一定量燃料被喷入该压缩空气中。喷射燃料将由于空气压缩所引起的高温而自燃。喷射燃料以扩散模式燃烧，即，燃烧速度或多或少地由喷射燃料和压缩空气之间的混合比率所控制。烟灰将形成在富燃料带并且NOx将形成在燃烧带中，该燃烧带具有高温并且留有足够的氧以形成N0X。关于减少Cl发动机排气中的NOx的排气后处理的一个阻碍是氧的存在；如之前的暗示，大量空气在燃料喷射以前被导入汽缸中。因此，与完全燃烧所有喷射燃料所需的空气量相比，汽缸中总有过剩空气。排气中的剩余空气使得使用标准三元催化剂来减少NOx排放成为不可能。烟灰(或微粒)也是Cl发动机的主要问题；如上述，烟灰形成于富燃料燃烧带。形成小燃料滴的高燃料喷射压力能显著减少烟灰形成，但是在能接受多高的喷射压力上存在着设计限制。有一些方法来减少Cl发动机中的NOx形成；最常见的方法是延迟喷射正时。通过延迟喷射正时，能减少最大燃烧温度，这将依次减少NOx形成。然而，该NOx的减少伴随着一些代价，即烟灰形成和燃料消耗都随着延迟喷射正时而增加。一种减少NOx排放的有效方法是使用SCR (选择性催化还原)排放后处理系统。常见的SCR系统包括涂有如沸石、V氧化物(如V205)、铜沸石、铁沸石或者适合SCR的其他已知材料的基质。不同于SI发动机的三元催化剂，SCR系统无法在仅由排气组成的环境中工作；一些附加的试剂必须加入排气中，如还原剂。常见的此种试剂是尿素，即(NH2)2CO,还有碳氢化合物或氢。SCR催化剂的效率，与行驶周期(driving cycle)有关，限于大约65 — 80%，并且其功能由于烟灰的存在而严重削弱。过滤器被用作烟灰散播的排气后处理；然而此种过滤器随发动机负荷情况变化而需要经常再生。该再生主要指排气温度通过任何方式增加，例如，通过极端延迟的燃料喷射、二次喷射、通过入口空气节流、或通过任何其他适合的方式。该增加的排气温度使过滤器捕集的烟灰微粒“燃尽”，也就是与氧一起在排气中反应以形成二氧化碳和水。然而，每一次再生后果导致了燃料经济性损失。现在和未来涉及NOx排放的法规实际上将使联合延迟燃料喷射、SCR系统和烟灰过滤器成为必须。这导致“恶性循环”，最终导致高燃料消耗，这又进一步导致温室效应增加和糟糕的运行经济性。如果该NOx排气后处理可以改善，则该恶性循环应该被打破；该燃料喷射正时可以被设置成设定的给定最小燃料经济性，这将跟着减少烟灰形成，进一步又将使NOx的减少更容易。所以本专利技术的目的是提供能够达到高的NOx转化因数的排气后处理系统。
技术实现思路
本专利技术通过位于第一催化器下游的第二还原剂喷射器和置于第二还原剂喷射器下游的第二催化器来解决了以上或其他问题，所述第二催化器包括选择性催化还原涂层。根据本专利技术的第一方面，提供了一种选择性催化还原系统，用于减少压燃式发动机的氮氧化物排放水平，该系统包括:位于第一催化器上游的第一还原剂喷射器，所述第一催化器包括选择性催化还原涂层；位于所述第一催化器下游的第二还原剂喷射器；和置于所述第二还原剂喷射器下游的第二催化器，并且该第二催化器包括选择性催化还原涂层，其中所述第一催化器包括过滤器功能元件，以捕集由压燃燃烧形成的微粒，其特征在于，所述选择性催化还原系统进一步包括:感测排气中的氮氧化物和氨的存在的传感器；以及控制器，所述控制器基于来自NOx形成模型的输入来控制由所述第一还原剂喷射器和第二还原剂喷射器喷射到排气中的还原剂量，所述NOx形成模型提供了对所述还原剂量的大致估计，并且，所述控制器基于来自所述传感器的信息来进一步精确调整所述还原剂量，其中，所述第一催化器包括多个细长单元，该多个细长单元分别交替地具有封闭和开放的顶端和底端，其中气流被促使通过构成所述单元的单元壁，所述单元壁的壁表面的上游侧和下游侧涂有不同的SCR涂层。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于减少压燃式发动机的氮氧化物排放的方法，其中的排气系统包括:位于第一催化器上游的第一还原剂喷射器，该第一催化器包括选择性催化还原涂层，所述第一催化器包括多个细长单元，所述单元的单元壁的壁表面的上游侧和下游侧涂有不同的SCR涂层；位于所述第一催化器下游的第二还原剂喷射器；和置于所述第二还原剂喷射器下游的第二催化器，并且该第二催化器包括选择性催化还原涂层，其中所述方法的特征在于如下步骤:a.捕集布置在所述第一催化器中的过滤器功能元件中的微粒，b.预测在所述第一催化器上游的排气气流中的氮氧化物含量，c.基于所述预测，计算要喷射到所述第一催化器上游的还原剂的量，d.喷射此预测的所述第一催化器上游的还原剂的量，e.测量所述第一催化器下游和所述第二催化器上游的排气气流中的剩余氮氧化物水平，f.相应地调节所喷射的还原剂的量，g.基于所述第二催化器上游的所述剩余氮氧化物水平，预测喷射到所述第二催化器上游的还原剂的量，h.测量所述第二催化器下游的氮氧化物水平，和1.相应地调节所述第二催化器上游所喷射的还原剂的量。在本专利技术的一个实施例中，第一催化器包括过滤器功能元件(filter function)以捕集由压燃燃烧形成的微粒。在此实施例中，第一催化器包括多个细长单元，这些单元分别交替地具有封闭和开放的顶端和底端，其中排气气流被促使通过组成该单元的单元壁，并且其中选择性催化还原涂层涂在壁的单侧或双侧。为了进一步给根据本专利技术的系统提供氧化能力，氧化催化涂层被涂在单元壁的上游侧。为精调由还原剂喷射器喷射的还原剂的量，感测排气中的氮氧化物和/或氨的存在的传感器可被布置在排气气流中。精调的一个实施例包括分别将传感器放置在所述过滤器的下游和第二催化器的下游。另一种实施例仅包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选择性催化还原系统（100），用于减少压燃式发动机（110）的氮氧化物排放水平，该系统包括：位于第一催化器（200）上游的第一还原剂喷射器（210），所述第一催化器（200）包括选择性催化还原涂层；位于所述第一催化器（200）下游的第二还原剂喷射器（310）；和置于所述第二还原剂喷射器（310）下游的第二催化器（300），并且该第二催化器（300）包括选择性催化还原涂层，其中所述第一催化器（200）包括过滤器功能元件，以捕集由压燃燃烧形成的微粒，其特征在于，所述选择性催化还原系统（100）进一步包括：感测排气中的氮氧化物和氨的存在的传感器（220、320）；以及控制器，所述控制器基于来自NOx形成模型的输入来控制由所述第一还原剂喷射器和第二还原剂喷射器（210、310）喷射到排气中的还原剂量，所述NOx形成模型提供了对所述还原剂量的大致估计，并且，所述控制器基于来自所述传感器（220、320）的信息来进一步精确调整所述还原剂量，其中，所述第一催化器（200）包括多个细长单元（260），该多个细长单元分别交替地具有封闭和开放的顶端和底端，其中气流被促使通过构成所述单元的单元壁（260a、b、c、d），所述单元壁的壁表面的上游侧和下游侧涂有不同的SCR涂层。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·欣茨，乔纳斯·扬森，汉斯·贝尔恩莱尔，乌尔里克·戈贝特，
申请(专利权)人：沃尔沃拉斯特瓦格纳公司，
类型：发明
国别省市：