净化排放气体的系统和方法
【专利说明】净化排放气体的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年11月22日提交的韩国专利申请第10_2013_0143254号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
[0003]本发明涉及净化排放气体的系统和方法，更特别地，涉及能够在所有驱动条件下改进氮氧化物的净化效率的净化排放气体的系统和方法。
【背景技术】
[0004]通常，通过排放歧管从发动机流出的排放气体被驱动进入安装在排放管处的催化转化器内，并在其中进行净化。之后，排放气体在穿过消声器的同时其噪声减小，然后排放气体通过尾管排入空气中。催化转化器对包含在排放气体中的污染物进行净化。此外，用于俘获包含在排放气体中的微粒物质(PM)的微粒过滤器安装在排放管中。
[0005]脱氮催化器(DeNOx催化器)是这种催化转化器的一种类型，并且对包含在排放气体中的氮氧化物(NOx)进行净化。如果将还原剂(例如，尿素、氨、一氧化碳和碳氢化合物(HC))供给至排放气体，则包含在排放气体中的NOx通过与还原剂的氧化还原反应而在DeNOx催化器中被还原。
[0006]近来,将贫NOx讲(lean NOx trap, LNT)催化器用作这样的DeNOx催化器。LNT催化器在空气/燃料比稀薄时吸收包含在排放气体中的NOx，在空气/燃料比为稠密气氛时释放吸收的NOx并将释放的氮氧化物和包含在排放气体中的氮氧化物还原。
[0007]然而，如果排放气体的温度很高(例如，排放气体的温度高于400° C)，则LNT不能净化包含在排放气体中的氮氧化物。特别地，如果再生用于俘获包含在排放气体中的微粒物质(PM)的微粒过滤器或者去除LNT的硫中毒，则排放气体的温度极高地增加。因此，排放气体中包含的氮氧化物没有被净化，且被排放至车辆的外部。
[0008]公开于该发明【背景技术】部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般【背景技术】的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0009]本发明的各个方面旨在提供净化排放气体的系统和方法，其具有在所有驱动条件下通过根据排放气体的温度区分DeNOx机构来改进氮氧化物的净化效率的优点。
[0010]净化排放气体的系统可以包括发动机、贫NOx阱(LNT)、配量模块、在柴油微粒过滤器上的选择性催化还原催化器(SDPF)和控制器，所述发动机包括用于向所述发动机内喷射燃料的喷射器，所述发动机通过燃烧空气和燃料的混合物产生动力，并将在燃烧过程中产生的排放气体通过排放管排放至所述发动机的外部，所述贫NOx阱(LNT)安装在所述排放管上，并适用于在稀薄的空气/燃料比时吸收包含在所述排放气体中的氮氧化物(NOx)，在稠密的空气/燃料比时释放吸收的氮氧化物，所述贫NOx阱(LNT)将包含在所述排放气体中的氮氧化物或所述释放的氮氧化物还原，所述配量模块安装在所述排放管上，并适用于将还原剂喷入所述排放气体，所述在柴油微粒过滤器上的选择性催化还原催化器(SDPF)安装在所述配量模块下游的排放管上，并适用于俘获包含在所述排放气体中的微粒物质，并使用通过所述配量模块喷射的还原剂还原包含在所述排放气体中的氮氧化物，所述控制器在排放气体的温度低于瞬变温度时使用LNT进行脱氮(DeNOx)，在排放气体的温度高于或等于瞬变温度时使用SDPF进行脱氮。
[0011]所述控制器适用于将空气/燃料比控制成稠密，从而在所述排放气体的温度低于瞬变温度且在LNT中吸收的NOx量大于或等于预定NOx量时使LNT去除氮氧化物。
[0012]所述控制器控制所述配量模块在所述排放气体的温度达到尿素转化温度时喷射所述还原剂，使得所述还原剂吸收在所述SDPF中。
[0013]由配量模块喷射的还原剂的量基于如下因素确定:所述SDPF的内部温度、在SDPF中吸收的还原剂的量、根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性、根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性以及在发动机的空气/燃料比控制成稠密从而释放/还原在LNT中吸收的NOx的条件下LNT的NOx逃逸(slip)特性。
[0014]所述控制器当排放气体的温度高于或等于瞬变温度时将空气/燃料比控制成接近化学计量的空气/燃料比的稠密的空气/燃料比从而释放在LNT中吸收的NOx，并控制所述配量模块喷射还原剂从而还原从LNT释放的NOx或在SDPF中的排放气体中包含的NOx。
[0015]由所述配量模块喷射的所述还原剂的量基于如下因素确定:所述SDPF的内部温度、在SDPF中吸收的还原剂的量、根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性、根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性以及在稠密的空气/燃料比时根据驱动条件的LNT的NOx逃逸特性。
[0016]所述控制器适用于升高所述排放气体的温度从而进行SDPF的再生，并控制所述配量模块喷射所述还原剂，从而使SDPF在需要再生SDPF时还原包含在所述排放气体中的NOx。
[0017]由所述配量模块喷射的所述还原剂的量基于如下因素确定:所述SDPF的内部温度、在SDPF中吸收的还原剂的量、根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性、根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性、根据驱动条件和在稠密的空气/燃料比时排放气体的温度的LNT的NOx逃逸特性以及在再生SDPF时来自LNT的NOx排放量。
[0018]所述控制器适用于通过重复稠密的空气/燃料比和稀薄的空气/燃料比来进行LNT的脱硫，并控制所述配量模块喷射所述还原剂，从而使SDPF在需要LNT脱硫时还原包含在所述排放气体中的NOx。
[0019]由所述配量模块喷射的所述还原剂的量基于如下因素确定:所述SDPF的内部温度、在SDPF中吸收的还原剂的量、根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性、根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性、在稠密的空气/燃料比时根据驱动条件的LNT的NOx逃逸特性以及在LNT脱硫时来自LNT的NOx排放量。
[0020]所述系统可以进一步包括安装在所述配量模块和所述SDPF之间的排放管上的混合器，所述混合器均匀地混合所述还原剂和所述排放气体。
[0021]所述SDPF可以进一步包括额外的选择性催化还原催化器(SCR)，其用于通过使用由所述配量模块喷射的所述还原剂还原包含在所述排放气体中的氮氧化物。
[0022]在本发明的另一方面中，净化排放气体的方法可以包括:检测所述排放气体的温度，将所述排放气体的温度与瞬变温度进行比较，在所述排放气体的温度低于所述瞬变温度时通过控制燃烧环境来去除在贫NOx阱(LNT)处的排放气体中包含的氮氧化物，在所述排放气体的温度高于或等于所述瞬变温度时通过喷射还原剂来去除在柴油微粒过滤器(SDPF)处的排放气体中包含的氮氧化物。
[0023]当在LNT中吸收的NOx量大于或等于预定的NOx量时通过将空气/燃料比控制成稠密来进行在LNT处的排放气体中包含的氮氧化物的去除。
[0024]在将空气/燃料比控制成稠密，LNT处的排放气体中包含的氮氧化物的去除可以进一步包括:确定排放气体的温度是否达到尿素转化温度，当所述排放气体的温度达到尿素转化温度时确定所述还原剂的目标喷射量，以及根据所述还原剂的目标喷射量喷射所述还原剂。
[0025]还原剂的目标喷射量基于如下因素确定:所述SDPF的内部温度、在SDPF中吸收的还原剂的量、根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性、根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性以及在将发动机的空气/燃料比控制成稠密从而释放/还原在LNT中吸收的NOx的条件下LNT的NOx逃逸特性。
[0026]在SDPF处的排放气体包含的氮氧化物的去除可以包括基于如下因素确定还原剂的目标喷射量以及根据还原剂的目标喷射量喷射还原剂:SDPF的内部温度,在SDPF中吸收的还原剂的量，根据SDPF的内部温度的还原剂的吸收/氧化特性，根据SDPF的内部温度的还原剂的释放特性，以及在稠密的空气/燃料比时根据驱动条件的LNT的NOx逃逸特性。
[0027]在确定还原剂的目标喷射量前，在SDPF处的排放气体包含的氮氧化物的去除可以进一步包括确定是否需要SDPF的再生，当需要SDPF的再生时进行SDPF的再生，其中当再生SDPF时还原剂的目标喷射量通过另外考虑来自LNT的NOx排放量来确定。
[0028]在确定还原剂的目标喷