СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫБРОСАМИ ОКСИДОВ АЗОТА ИЗ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F01N3/20 F01N11/00 

ОПИСАНИЕ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение предлагает способ обработки потока выхлопных газов согласно преамбуле пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, настоящее изобретение также предлагает систему обработки выхлопных газов, выполненную с возможностью обработки потока выхлопных газов, согласно преамбуле пункта 26 формулы изобретения, а также компьютерную программу и компьютерный программный продукт, посредством которых осуществляется способ согласно настоящему изобретению.

Уровень техники

Следующее описание уровня техники представляет собой описание уровня техники в той области, к которой относится настоящее изобретение, и, таким образом, оно не обязательно описывает предшествующий уровень техники.

В связи с повышенной озабоченностью государственных органов проблемами загрязнения и качества воздуха, главным образом, на городских территориях, во многих юрисдикциях разрабатываются стандарты и правила в отношении выбросов из двигателей внутреннего сгорания.

Такие стандарты выбросов часто состоят из требований, которые определяют допустимые предельные выбросы выхлопных газов из двигателей внутреннего сгорания, например, транспортных средств. Например, уровни выбросов оксидов азота NO_x, углеводородов C_xH_y, монооксида углерода CO и твердых частиц ТЧ часто регулируются такими стандартами для большинства типов транспортных средств. Транспортные средства, оборудованные двигателями внутреннего сгорания, как правило, производят такие выбросы в различной степени. В данном документе настоящее изобретение будет описано, главным образом, в отношении его применения в автомобилях. Однако настоящее изобретение может использоваться практически во всех приложениях, в которых используются двигатели внутреннего сгорания, включая, например, суда, такие как морские суда или самолеты/вертолеты, причем правила и стандарты для таких приложений ограничивают выбросы из двигателей внутреннего сгорания.

В целях соблюдения этих стандартов выбросов осуществляется обработка (очистка) выхлопных газы, которые образуются в процессе сгорания в двигателе внутреннего сгорания.

Распространенный способ обработки выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания представляет собой так называемый процесс каталитической очистки, и по этой причине транспортные средства, оборудованные двигателем внутреннего сгорания, обычно включают по меньшей мере один катализатор. Существуют разнообразные типы катализаторов, причем различные соответствующие типы могут оказываться подходящими, например, в зависимости от принципов сгорания, режимов сгорания и/или типов горючих материалов, которые используются в транспортных средствах, и/или типов соединений, от которых должен быть очищен поток выхлопных газов. Если рассматриваются по меньшей мере нитрозные газы (монооксид азота, диоксид азота), которые упоминаются далее как оксиды азота NO_x, транспортные средства часто включают катализатор, причем соответствующая добавка вводится в поток выхлопных газов, образующихся в результате сгорания в двигателе внутреннего сгорания, для восстановления оксидов азота NO_x, в первую очередь, до газообразного азота и водяного пара. Этот процесс более подробно описывается ниже.

Катализаторы селективного каталитического восстановления (СКВ) представляют собой обычно используемый тип катализаторов этой реакции восстановления, в первую очередь, для грузовых транспортных средств, причем для катализаторов СКВ обычно используется аммиак NH₃ или композиция, из которой может производиться/образовываться аммиак, в качестве добавки, которая уменьшает содержание оксидов азота NO_x в выхлопных газах. Эта добавка вводится в поток выхлопных газов, образующихся в двигателе внутреннего сгорания, выше по потоку относительно катализатора. Добавка, которая вводится в катализатор, адсорбируется (содержится) в катализаторе в форме аммиака NH₃, таким образом, что посредством этой добавки может происходить окислительно-восстановительная реакция между оксидами азота NO_x в выхлопных газах и аммиаком NH₃.

Современный двигатель внутреннего сгорания представляет собой систему, в которой осуществляется согласование и взаимодействие между работой двигателя и обработкой выхлопных газов. В частности, существует корреляция между способностью системы обработки выхлопных газов восстанавливать оксиды азота NO_x и эффективностью использования топлива в двигателе внутреннего сгорания. Для двигателя внутреннего сгорания находятся в взаимной корреляции эффективность использования топлива/полная эффективность двигателя и количество производимых двигателем оксидов азота NO_x. Это означает, что для данной системы существует положительная корреляция между количеством производимых оксидов азота NO_x и эффективностью использования топлива, другими словами, двигатель, для которого допускается выброс большего количества оксидов азота NO_x, может эксплуатироваться таким образом, чтобы расходовать меньше топлива, например, посредством более оптимального выбора режима впрыскивания, что позволяет получать более высокую эффективность сгорания. Аналогичным образом, часто наблюдается отрицательная корреляция между массой производимых твердых частиц и эффективностью использования топлива, и это означает, что при увеличении массы твердых частиц в выбросах двигателя повышается расход топлива. Эта корреляция представляет собой основу широкого применения систем обработки выхлопных газов, включающих катализатор СКВ, причем задача включает в себя этап, на которомбы оптимизировать двигатель в отношении расхода топлива и выбросов твердых частиц в направлении относительного увеличения производимого количества оксидов азота NO_x. Восстановление этих оксидов азота NO_x затем осуществляется в системе обработки выхлопных газов, которая, таким образом, может также включать катализатор СКВ. Таким образом, посредством комплексного подхода к конструкции двигателя и системы обработки выхлопных газов, согласно которому двигатель и система обработки выхлопных газов дополняют друг друга, высокая эффективность использования топлива может достигаться совместно с одновременным снижением выбросов как твердых частиц ТЧ, так и оксидов азота NO_x.

Раскрытие изобретения

Эксплуатационные характеристики системы обработки выхлопных газов можно в некоторой степени улучшить посредством увеличения объемов каталитических слоев, содержащихся в системе обработки выхлопных газов, что, в частности, уменьшает потери, связанные с неравномерным распределением потока выхлопных газов через каталитический слой. В то же время, увеличение объема каталитического слоя обеспечивает увеличение обратного давления, что может препятствовать повышению эффективности использования топлива за счет повышения степени превращения. Кроме того, увеличение объема каталитического слоя приводит к увеличению расходов. Таким образом, важно иметь возможность оптимального использования системы обработки выхлопных газов, например, за счет предотвращения чрезмерных размеров и/или посредством ограничения увеличения системы обработки выхлопных газов в отношении размера и/или производственных расходов.

Функциональность и эффективность катализаторов в целом и катализаторов восстановления в частности в значительной степени зависит от температуры над катализатором восстановления. Термин «температура над катализатором восстановления», который используется в настоящем документе, означает температуру внутри/вблизи потока выхлопных газов через катализатор восстановления. Каталитический слой приобретает эту температуру вследствие своей теплообменной способности. При низкой температуре над катализатором восстановления, как правило, оказывается неэффективным восстановление оксидов азота NO_x. Соотношение NO₂/NO_x в выхлопных газах обеспечивает определенный потенциал для увеличения каталитической активности, также и при менее высоких температурах выхлопных газов. Однако управление температуры над катализатором восстановления и соотношения NO₂/NO_x, как правило, оказывается затруднительным, поскольку эти параметры в значительной степени зависят от ряда факторов, например, от того, как водитель управляет транспортным средством. Например, температура над катализатором восстановления зависит от крутящего момента, требуемого от водителя и/или автоматической системы управления скорости, состояния участка дороги, на которой находится транспортное средство, и/или манеры вождения водителя.

Системы обработки выхлопных газов уровня техники, такие как системы, которые используют многие производители в целях соблюдения стандарта выбросов евро 6, часто включают первый катализатор окисления, улавливающий твердые частицы фильтр дизельного двигателя и катализатор восстановления. Эти системы уровня техники имеют проблемы, которые вызывают большая теплоемкость/тепловая инерция катализаторов/фильтров и большая теплоемкость/тепловая инерция остальных деталей системы обработки выхлопных газов, включая, например, выхлопные трубы, глушители и разнообразные соединения. Например, в случае холодного запуска, когда являются холодными как двигатель, так и система обработки выхлопных газов, и при дросселировании имеющих низкую температуру выхлопных газов, когда требуется больший крутящий момент, чем ранее, например, когда происходит переход от простого вождения в городских условиях к вождению на шоссе, или после холостого хода и отбора мощности именно большая теплоемкость/тепловая инерция улавливающего твердые частицы фильтра дизельного двигателя представляет собой основную причину того, что температура катализатора восстановления может лишь медленно увеличиваться в таких системах обработки выхлопных газов уровня техники. Таким образом, например, в случае холодного запуска и работы транспортного средства в условиях колебаний температуры и/или потока функциональность катализатора восстановления ухудшается, и соответственно, также ухудшается восстановление оксидов азота NO_x. В результате этого ухудшения может осуществляться неудовлетворительная очистка выхлопных газов, вызывая ненужный риск загрязнения окружающей среды. Кроме того, вследствие ухудшения функциональности катализатора восстановления, повышается риск несоблюдения установленных требований в отношении очистки выхлопных газов. Это ухудшение функциональности может также неблагоприятно воздействовать на расход топлива, поскольку в таком случае может потребоваться использование энергии топлива на увеличение температуры и эффективности катализатора восстановления посредством различных способов повышения температуры.

Соответственно, существует необходимость оптимизации работы современных систем обработки выхлопных газов.

Таким образом, одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ и систему, которые могут обеспечивать высокие эксплуатационные характеристики и хорошую функциональность в изменяющихся условиях.

Эта задача решается посредством указанного способа в соответствии с отличительной частью пункта 1 формулы изобретения. Эта задача также решается посредством указанной системы обработки выхлопных газов в соответствии с отличительной частью пункта 26 формулы изобретения 26, а также посредством указанной компьютерной программы и компьютерного программного продукта.

Согласно настоящему изобретению, предлагаются способ и система обработки выхлопных газов в целях обработки потока выхлопных газов, которые образуются в результате сгорания в двигателе внутреннего сгорания и включают оксиды азота NO_x.

Первое введение первой добавки в поток выхлопных газов осуществляется посредством использования первого дозирующего устройства, которое располагается в системе обработки выхлопных газов.

Первая добавка используется для первого воздействия на первое количество NO_{x_1} оксидов азота, который достигает первого устройства, расположенного ниже по потоку относительно первого дозирующего устройства, для воздействия на первое количество NO_{x_1} оксидов азота.

Второе введение второй добавки в поток выхлопных газов осуществляется посредством использования второго дозирующего устройства, которое располагается ниже по потоку относительно первого устройства.

Первая и/или вторая добавка используются для второго воздействия на второе количество NO_{x_2} оксидов азота, достигающего второго устройства, расположенного ниже по потоку относительно второго дозирующего устройства, для воздействия на второе количество NO_{x_2} оксидов азота.

Согласно настоящему изобретению по меньшей мере одно из первого введения и второго введения регулируется на основании полной способности первого устройства производить первое воздействие второго устройства производить второе воздействие, таким образом, что система обработки выхлопных газов обеспечивает требуемое полное воздействие на оксиды азота NO_x в потоке выхлопных газов.

Благодаря применению настоящего изобретения, первое и второе устройство используются таким образом, чтобы воздействовать, например, посредством восстановления, на количество оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов. Кроме того, регулируется введение добавки, что также регулирует воздействие на оксиды азота NO_x в отношении первого и второго устройства, соответственно, на основании полного воздействия на оксиды азота NO_x в системе, и это означает, что может оптимизироваться взаимодействие/согласование между воздействиями, которые производят первое и второе устройство.

Следовательно, первое воздействие на оксиды азота NO_x в первом устройстве здесь может регулироваться таким образом, что активность первого устройства представляет собой дополнение функции второго устройства. Аналогичным образом, второе воздействие на оксиды азота NO_x второго устройства можно регулироваться таким образом, что активность второго устройства представляет собой дополнение функции первого устройства.

Эти возможности оптимизации первого устройства и/или второго устройства обеспечивают общую эффективную очистку выхлопных газов, которая лучше отражает условия и/или характеристики полной системы обработки выхлопных газов.

Это означает, что настоящее изобретение может обеспечивать требуемое воздействие, такое как, например, требуемое восстановление оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов с учетом многочисленных различных условий. Соответственно, установленные законом требования и/или стандарты в отношении выбросов оксидов азота NO_x из системы обработки выхлопных газов могут выполняться в большем числе условий и/или режимов вождения, чем в случае использования систем уровня техники.

Если, например, улавливающий твердые частицы фильтр располагается между первым и вторым устройствами, это означает, что на первое и второе устройства воздействуют различные температурные условия/термические процессы, поскольку улавливающий твердые частицы фильтр характеризует значительная тепловая инерция/теплоемкость. Настоящее изобретение позволяет одновременно оптимизировать функции первого и второго устройств, принимая во внимание способность соответствующего устройства производить воздействие на оксиды азота NO_x в потоке выхлопных газов, таким образом, чтобы обеспечивалась общая требуемая способность.

Благодаря применению настоящего изобретения, может быть достигнута более высокая эффективность использования топлива для транспортного средства, поскольку существует возможность управления двигателем в режиме большее эффективного использования, таким образом, что достигается более высокая эффективность двигателя. Таким образом, благодаря использованию настоящего изобретения, могут быть получены улучшенные эксплуатационные характеристики и/или уменьшенные выбросы диоксида углерода CO₂.

Благодаря применению настоящего изобретения, доля оксидов азота NO_x, которую составляет диоксид азота NO₂, может активно регулироваться, чему способствует активное управление количеством оксидов азота NO_x выше по потоку относительно по меньшей мере одного каталитического слоя с окисляющим покрытием, например, включающим драгоценные металлы, в системе обработки выхлопных газов. Это управление соотношением NO₂/NO_x, помимо преимуществ в отношении эксплуатационных характеристик катализатора, таких как повышение степени превращения NO_x, способно также обеспечивать возможность сокращения выбросов, в частности диоксида азота NO₂, который образует весьма ядовитые выбросы, имеющие резкий запах. В результате этого могут обеспечиваться преимущества в случае возможного будущего введения отдельного установленного законом требования в отношении диоксид азота NO₂ за счет возможности сокращения выбросов диоксида азота NO₂. Это можно сравнить, например, с системой евро 6, в которой на содержание диоксида азота NO₂, которое образуется в результате очистки выхлопных газов, невозможно непосредственно воздействовать в самой системе обработки выхлопных газов, поскольку содержание диоксида азота NO₂ в системе евро 6 возникает вследствие использования/работы и не может регулироваться каким-либо другим способом.

Настоящее изобретение также имеет преимущество, заключающееся в том, что два взаимодействующих дозирующих устройства используются в сочетании для дозировки восстановителя, например, карбамида, выше по потоку относительно первого и второго устройств, что облегчает и упрощает смешивание и потенциальное испарение восстановителя, поскольку введение восстановителя распределяется между двумя физически раздельными положениями. Это уменьшает риск того, что восстановитель может осуществлять местное охлаждение системы обработки выхлопных газов, в результате чего могут потенциально образовываться отложения в точках введения восстановителя или ниже по потоку относительно этих точек.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано более подробно на прилагаемых чертежах, на которых аналогичные условные номера используются для обозначения аналогичных деталей, и в числе которых:

фиг.1 иллюстрирует примерное транспортное средство, для которого может использоваться настоящее изобретение,

фиг.2 иллюстрирует технологическую схему для способа обработки выхлопных газов согласно настоящему изобретению,

фиг.3 иллюстрирует примерную систему обработки выхлопных газов согласно настоящему изобретению,

фиг.4 иллюстрирует устройство управления, в котором может осуществляться способ согласно настоящему изобретению.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Фиг.1 схематично иллюстрирует примерное транспортное средство 100, включающее систему обработки выхлопных газов 150, которая может представлять собой систему обработки выхлопных газов 150 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Силовая передача включает двигатель внутреннего сгорания 101, который традиционным образом, через выходной вал 102 на двигателе внутреннего сгорания 101, обычно через маховое колесо, присоединяется к коробке передач 103 через муфту 106.

Двигатель внутреннего сгорания 101 регулируется системой управления двигателем посредством устройства 115 управления. Аналогичным образом, муфта 106 и коробка передач 103 могут регулироваться системой управления транспортного средства посредством одного или более соответствующих устройств управления (не представленных на чертеже). Естественно, силовая передача транспортного средства может также относиться к другому типу, такому как с традиционной автоматической коробкой передача, тип с гибридной силовой передачей и т.д.

Выходной вал 107 из коробки передач 103 приводит в действие колеса 113, 114 посредством главной передачи 108, такой как, например, традиционный дифференциал, и ведущие валы 104, 105 присоединенные к указанной главной передаче 108.

Транспортное средство 100 также включает систему обработки выхлопных газов/систему очистки выхлопных газов 150 для обработки/очистки выбросов выхлопных газов, образующихся в результате сгорания в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания 101, которая может состоять из цилиндров. Система обработки выхлопных газов 150 можно регулироваться системой управления транспортного средства посредством устройства 160 управления.

Согласно настоящему изобретению, предлагается способ обработки потока выхлопных газов, которые образуются в результате сгорания в двигателе внутреннего сгорания и включают оксиды азота NO_x. Данный способ можно проиллюстрировать посредством технологической схемы на фиг.2.

На первом этапе 210 способа осуществляется первое введение первой добавки в поток выхлопных газов посредством использования первого дозирующего устройства, расположенного в системе обработки выхлопных газов. Это первое введение может, согласно настоящему изобретению, регулироваться на основании полной способности описанного ниже первого устройства производить первое воздействие и способности и способности описанного ниже второго устройства производить второе воздействие, таким образом, что требуемое полное воздействие на оксиды азота NO_x в потоке выхлопных газов производится системой обработки выхлопных газов.

На втором этапе 220 способа первая добавка используется в целях первого воздействия на первое количество NO_{x_1} оксидов азота, достигающее первого устройства, расположенное ниже по потоку относительно первого дозирующего устройства, чтобы воздействовать на первое количество NO_{x_1} оксидов азота. Таким образом, здесь воздействие на первое количество NO_{x_1} оксидов азота осуществляется в первом устройстве.

На третьем этапе 230 способа осуществляется второе введение второй добавки в поток выхлопных газов посредством использования второго дозирующего устройства, расположенного ниже по потоку относительно первого устройства. Согласно настоящему изобретению, второе введение может регулироваться на основании полной способности первого устройства производить первое воздействие и способности описанного ниже второго устройства производить второе воздействие, таким образом, что требуемое полное воздействие оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов обеспечивается системой обработки выхлопных газов.

На четвертом этапе 240 способа первая и/или вторая добавка используется для второго воздействия на второе количество NO_{x_2} оксидов азота, достигающее второго устройства, расположенного ниже по потоку относительно второго дозирующего устройства, чтобы воздействовать на второе количество NO_{x_2} оксидов азота. Таким образом, здесь воздействие первого количества NO_{x_1} оксидов азота осуществляется во втором устройстве.

Таким образом, согласно настоящему изобретению по меньшей мере одно из первого введения и второго введения регулируется, и, таким образом, также по меньшей мере одно из соответствующего первого воздействия 220 и второго воздействия 240 на оксиды азота NO_x, на основании полной способности первого устройства производить первое воздействие 220 и способности второго устройства производить второе воздействие 240, таким образом, что требуемое полное воздействие на оксиды азота NO_x в потоке выхлопных газов производится системой обработки выхлопных газов.

Благодаря применению настоящего изобретения, может использоваться взаимодействие/согласование между воздействиями, которые производится первым и вторым устройствами, в целях осуществления оптимизированной обработки выхлопных газов в отношении оксидов азота NO_x.

Соответственно, первое 220 и второе 240, воздействие на оксиды азота NO_x могут здесь регулироваться таким образом, что активность первого устройства представляет собой дополнение функции второго устройства, и/или таким образом, что активность второго устройства представляет собой дополнение функции первого устройства. Эти возможности оптимизации первого устройства и/или второго устройства обеспечивают в результате общую эффективную очистку выхлопных газов, которая лучше отражает условия и/или характеристики полной системы обработки выхлопных газов.

Согласно одному варианту осуществления, катализатор окисления ДКО и улавливающий твердые частицы фильтр ДФЧ, расположенный ниже по потоку между первым устройством и вторым дозирующим устройством, предназначаются, чтобы окислять азотистые и/или углеводородные соединения 250, а также осуществлять фильтрацию и окисление сажи 260, соответственно. Согласно одному варианту осуществления, как окисление азотистые и/или углеводородные соединения 250, так и фильтрация и окисление сажи 260, могут осуществляться посредством по меньшей мере частично покрытого улавливающего твердые частицы фильтра пДФЧ.

Если улавливающий твердые частицы фильтр располагается между первым и вторым устройствами, это означает, что на первое и второе устройство воздействуют различные температурные условия/температурные процессы, поскольку улавливающий твердые частицы фильтр характеризует значительная тепловая инерция/теплоемкость, согласно настоящему изобретению, могут оптимизироваться функции как первого, так и. Второго устройства, принимая во внимание способность соответствующего устройства воздействовать на оксиды азота NO_x в потоке выхлопных газов, таким образом, что обеспечивается полная требуемая способность.

Требуемое полное воздействие на оксиды азота NO_x в потоке выхлопных газов, которое обеспечивает настоящее изобретение, и которое будет получено, может определяться на основании измеряемых в данное время, моделируемых и/или прогнозируемых условий работы для двигателя внутреннего сгорания, и/или на основании по меньшей мере одного порогового значения выбросов оксидов азота NO_x. Это пороговое значение может представлять собой или составлять пороговое значение, соответствующее установленному законом требованию в отношении выбросов оксидов азота NO_x, пороговое значение, определяемое органами власти и представляющее собой допустимые выбросы оксидов азота NO_x, и/или пороговое значение или стандарт, которому соответствуют требуемые максимальные выбросы оксидов азота NO_x.

Таким образом, настоящее изобретение может обеспечивать выполнение установленных законом требований или аналогичных правил в отношении выбросов в многочисленных разнообразных условиях работы.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, управление первого введения 210 первой добавки осуществляется таким образом, что обеспечивается уменьшение первого введения 210 первой добавки.

Согласно одному варианту осуществления, это уменьшение первого введения 210 может соответствовать прерыванию первого введения 210 первой добавки. Согласно варианту осуществления, такое прерывание является приемлемым, если второе устройство, посредством своего второго воздействия 240, может само производить требуемое полное воздействие на оксиды азота NO_x в потоке выхлопных газов. Другими словами, первое введение 210 можно регулироваться и прерываться, если может быть определено, что второе воздействие 240 является достаточным, чтобы соответствовать, например, установленным законом требованиям, которые распространяются на выбросы оксидов азота NO_x.

Такое прерывание первого введения 210 первой добавки означает, что первое воздействие 220 на первое количество NO_{x_1} оксидов азота значительно уменьшается таким образом, что первое количество NO_{x_1} оксидов азота может относительно без изменений проходить через первое устройство и достигать последующих компонентов в системе обработки выхлопных газов, например, следующий улавливающий твердые частицы фильтр ДФЧ, который, например, может представлять, собой по меньшей мере, частично покрытый улавливающий твердые частицы фильтр пДФЧ. Улавливающий твердые частицы фильтр ДФЧ/пДФЧ может использовать эту повышенную доступность NO_{x_1} оксидов азота для увеличения эффективности окисления сажи в фильтре.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, первое устройство может регенерироваться в течение и/или после уменьшения первого введения 210, причем это уменьшение может представлять собой, например, прерывание, такое как прерывание, описанное выше. В течение регенерации могут устраняться остатки первой добавки, которые накапливаются в первом устройстве.

Согласно одному варианту осуществления, уменьшение и/или прерывание первого введения 210 добавки может продолжаться в течение периода T_{stop_1}, который имеет продолжительность, соответствующую времени, которое требуется для устранения остатков первой добавки в первом устройстве, и/или времени, в течение которого второе устройство может быть способным производить требуемое воздействие на оксиды азота NO_x.

Способность первого устройства производить первое воздействие 220 может зависеть от ряда параметров. Каталитические характеристики первого устройства представляют собой такие параметры, и их могут определять, например, тип катализатора первого устройства, температурный интервал, в пределах которого первое устройство является активным, степень покрытия добавки для первого устройства и/или температура в первом устройстве.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, управление вторым введением 230 второй добавки предназначается для уменьшения второго введения 230 второй добавки.

Согласно одному варианту осуществления, уменьшение второго введения 230 может соответствовать прерыванию второго введения 230. Согласно варианту осуществления, управление, которое приводит к такому прерыванию второго введения 230, является приемлемым, если первое устройство может самостоятельно обеспечивать требуемое полное воздействие на оксиды азота NOx в потоке выхлопных газов через первое воздействие 220.

Второе устройство может регенерироваться в течение и/или после уменьшения и/или прерывания второго введения 230 второй добавки, таким образом, что могут устраняться остатки второй добавки, которые накапливаются во втором устройстве 332.

Согласно одному варианту осуществления, уменьшение и/или прерывание второго введения 230 добавки может продолжаться в течение периода T_{stop_2}, который имеет продолжительность, соответствующую времени, которое требуется для устранения остатков второй добавки во втором устройстве, и/или времени, в течение которого первое второе может быть способным производить требуемое воздействие на оксиды азота NO_x.

Способность второго устройства производить второе воздействие 240 может зависеть от ряда параметров, с которыми связаны каталитические характеристики второго устройства, которые могут представлять собой, например, включают тип катализатора для второго устройство, температурный интервал, в пределах которого второе устройство является активным, степень покрытия добавки для второго устройства и/или температура во втором устройстве.

Согласно одному варианту осуществления, управление первым введением 210 первой добавки и/или управление вторым введением 230 второй добавки, приводит к соответствующему увеличению первого введения 210 и/или второго введения 230.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, первое воздействие 220 на первое количество NO_{x_1} оксидов азота включает первое восстановление первого количества NO_{x_1} оксидов азота, посредством первого катализатора СКВ₁ селективного каталитического восстановления, после которого осуществляется восстановление оксидов азота NO_x, и/или окисление потенциальной добавки в потоке выхлопных газов посредством первого каталитического нейтрализатора НП₁ проскока. Таким образом, здесь первый катализатор СКВ₁ селективного каталитического восстановления располагается ниже по потоку относительно первого дозирующего устройства, и каталитический нейтрализатор НП проскока, располагается ниже по потоку относительно первого катализатора СКВ₁ селективного каталитического восстановления.

Управление первым введением 210 можно затем осуществляться таким образом, что первое введение 210 первой добавки увеличивается до тех пор, пока происходит проскок добавки из первого катализатора СКВ₁ селективного каталитического восстановления. Здесь проскок добавки может происходить вследствие степени заполнения/покрытия добавки в первом катализаторе СКВ₁ селективного каталитического восстановления, которая получается при увеличении первого введения 210, превышающего значение максимальной степени заполнения добавки в первом катализаторе СКВ₁ селективного каталитического восстановления. Другими словами, здесь первый катализатор СКВ₁ селективного каталитического восстановления заполняется добавкой в максимальной степени, что который приводит к весьма эффективному восстановлению оксидов азота NO_x в первом устройстве.

Здесь увеличение первого введения 210 первой добавки может осуществляться таким образом, что проскок добавки, проходящий из первого катализатора СКВ₁ селективного каталитического восстановления и достигающий первого каталитического нейтрализатора НП₁ проскока, может по существу содержаться и/или окисляться в первом каталитическом нейтрализаторе НП₁ проскока. Таким образом, практически не допускается увлечение добавки потоком выхлопных газов и неблагоприятное воздействие на функционирование компонентов расположенных ниже по потоку, таких как, например, катализатор окисления ДКО и/или улавливающий твердые частицы фильтр ДФЧ/пДФЧ,

Согласно одному варианту осуществления, первое количество NO_{x_1} оксидов азота может представлять первое соотношение NO_{2_1}/NO_{x_1}, между первым количеством диоксида азота NO_{2 1} и первым количеством NO_{x_1} оксидов азота, достигающим первого устройства. Значение (NO_{2_1}/NO_{x_1})_опр можно определяться для этого первого соотношения NO_{2_1}/NO_{x_1}, например, как измеряемое, моделируемое и/или прогнозируемое значение. Согласно этому варианту осуществления по меньшей мере один окисляющий компонент, такой как, например, катализатор окисления ДКО, может располагаться выше по потоку относительно первого устройства.

Согласно одному варианту осуществления первое введение 210 первой добавки может осуществляться на основании определяемого значения (NO_{2_1}/NO_{x_1})_опр и, соответственно, регулироваться таким образом, что быстрое восстановление, также называемое термином «быстрое СКВ», может использоваться в первом устройстве. Таким образом, первое введение 210 можно регулироваться таким образом, что восстановление в первом устройстве осуществляется в максимально возможной степени по путям реакций, которые включают как оксиды азота NO_x, так и диоксид азота NO₂. Соответственно, может быть также уменьшено требование в отношении объема катализатора. В процессе быстрого восстановления в реакции участвуют в равных частях монооксид азота NO и диоксид азота NO₂, и это означает, что оптимальное значение для молярного соотношения NO₂/NO_x составляет приблизительно 50%.

Соответствующее соотношение NO_{2_2}/NO_{x_2} между вторым количеством NO_{2_2} диоксида азота и вторым количеством NO_{x_2} оксидов азота_, достигающим второго устройства можно определяться и использоваться для управления второго введения 230 второй добавки. Таким образом, второе введение 230 затем регулируется на основании определяемого значения (NO_{2_2}/NO_{x_2})_опр для второго соотношения, и в результате этого быстрое восстановление может использоваться во втором устройстве. Согласно этому варианту осуществления по меньшей мере один окисляющий компонент, такой как, например, катализатор окисления ДКО, может располагаться выше по потоку относительно второго устройства.

Специалисту в данной области техники следует понимать, что способ обработки потока выхлопных газов согласно настоящему изобретению может также осуществляться посредством компьютерной программы, выполнение которой компьютером приводит к тому, что компьютер осуществляет данный способ. Компьютерная программа обычно состоит из части компьютерного программного продукта 403, причем компьютерный программный продукт включает подходящий энергонезависимый/постоянный/энергостойкий/устойчивый носитель цифровых данных, на котором содержится компьютерная программа. указанный энергонезависимый/постоянный/энергостойкий/устойчивый машиночитаемый носитель составляет подходящее запоминающее устройство, например ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), ППЗУ (программируемое постоянное запоминающее устройство), СППЗУ (стираемое ППЗУ), флэш-память, ЭСППЗУ (электрически стираемое ППЗУ), устройство жесткого диска и т.д.

Фиг.4 схематично иллюстрирует устройство 400 управления. Устройство 400 управления включает вычислительное устройство 401, который может по существу представлять собой процессор или микрокомпьютер подходящего типа, например, схема для обработки цифровых сигналов (процессор цифровых сигналов, ПЦС) или схема для заданной специальной функции (специализированная интегральная схема, СИС). Вычислительное устройство 401 присоединяется к блоку памяти 402, который устанавливается в устройстве 400 управления и передает вычислительному устройству 401, например, сохраненный программный код и/или сохраненные данные, которые требуются, чтобы вычислительное устройство 401 было способным осуществлять вычисления. Вычислительное устройство 401 также обеспечивает сохранение промежуточных или конечных результатов вычислений в блоке памяти 402.

Кроме того, устройство 400 управления оборудовано устройствами 411, 412, 413, 414 для приема и отправления входящих и исходящих сигналов. Эти входящие и исходящие сигналы могут содержать волновые формы, импульсы или другие признаки, которые могут определяться в качестве информации устройствами 411, 413 для приема входящих сигналов и могут преобразовываться в сигналы, которые могут быть обработаны вычислительным устройством 401. Эти сигналы затем направляются в вычислительное устройство 401. Устройства 412, 414 для отправления исходящих сигналов предназначаются, чтобы преобразовывать результаты из вычислительного устройства 401 в исходящие сигналы для передачи в другие части системы управления транспортного средства и/или одного или более компонентов, для которых предназначаются эти сигналы, например, таких как первое и/или второе дозирующие устройства.

Каждое из соединений к устройствам для приема и отправления входящих и исходящих сигналов может состоять из одного или более устройств, таких как кабель; информационная шина, такая как шина локальной сети контроллеров (ЛСК), шина передачи данных мультимедийных систем (ПДМС) или шина любой другой конфигурации; или беспроводное соединение.

Специалист в данной области техники понимает, что указанный компьютер может состоять из вычислительного устройства 401, и что указанное запоминающее устройство может состоять из блока памяти 402.

Как правило, системы управления в современных транспортных средствах составляют система коммуникационных шин, состоящая из одной или более коммуникационных шин для присоединения ряда электронных устройств управления (ЭУУ) или контроллеров, а также различные компоненты, установленные на транспортном средстве. Такая система управления может включать многочисленные устройства управления, и ответственность за выполнение определенной функции могут распределять между собой несколько устройств управления. Таким образом, транспортные средства представленного типа часто включают значительно большее число устройств управления, чем проиллюстрировано на фиг.4, что хорошо известно специалисту в данной области техники.

Настоящее изобретение, согласно представленному варианту осуществления, осуществляется в устройстве 400 управления. Однако настоящее изобретение может также осуществляться полностью или частично в одном или более других устройствах управления, уже существующих в транспортном средстве, или в устройстве управления, предназначенном для настоящего изобретения.

Здесь и далее в настоящем документе устройства часто описываются как предназначенные для осуществления этапов способа согласно настоящему изобретению. Это также означает, что данные устройства приспособлены и/или предназначены для осуществления этих технологических этапов.

Фиг.3 схематично иллюстрирует систему 350 обработки выхлопных газов, которая присоединяется через выхлопную трубу 302 к двигателю 301 внутреннего сгорания. Выхлопные газы, производимые в процессе сгорания в двигателе 301, другими словами, выхлопные газы в потоке 303, как показано стрелками, направляются в первое дозирующее устройство 371, которое располагается в системе 350 обработки выхлопных газов и производить первое введение 210 первой добавки в поток 303 выхлопных газов.

Система 350 обработки выхлопных газов включает первое устройство 331, расположенное ниже по потоку относительно первого дозирующего устройства 371 и предназначенное, чтобы производить первое воздействие 220 на первое количество NO_{x_1} оксидов азота, достигающее первого устройства 331. Для этого первого воздействия, которое осуществляется в первом устройстве 331, используется первая добавка, которая вводится в поток 303 выхлопных газов в течение первого введения 210.

Система 350 обработки выхлопных газов также включает второе дозирующее устройство 372, которое располагается ниже по потоку относительно первого устройства 331 и производит второе введение 230 второй добавки в поток 303 выхлопных газов.

Второе устройство 332 располагается ниже по потоку относительно второго дозирующего устройства 372 и выполнен с возможностью производить второе воздействие 240 на второе количество NO_{x_2} оксидов азота, достигающее второго устройства 332. Для этого второго воздействия 240 используется вторая добавка, которая вводится в поток выхлопных газов вторым дозирующим устройством 372.

Система 350 обработки выхлопных газов также включает по меньшей мере одно устройство 374 управления дозированием, которое выполнен с возможностью управления по меньшей мере одно из первого введения 210 и второго введения 230 на основании полной способности первого устройства 331 производить первое воздействие 220 и способности второго устройства 332 производить второе воздействие 240, таким образом, что системой 350 обработки выхлопных газов производится требуемое полное воздействие на оксиды азота NO_x в потоке 303 выхлопных газов.

Другими словами, устройство 374 управления дозированием регулирует одно или более устройств, представляющих собой первое дозирующее устройство 371 и второе дозирующее устройство 372, и/или насосы или аналогичные устройства, которые вводят добавки в эти дозирующие устройства 371, 372, таким образом, что достаточное полное количество добавки вводится в поток выхлопных газов посредством первого дозирующего устройства 371 и второго дозирующего устройства 372 в целях обеспечения требуемого полного воздействия на оксиды азота в потоке выхлопных газов NO_x.

Согласно настоящему изобретению, система обработки выхлопных газов имеет аналогичные преимущества, которые описаны выше для способа согласно настоящему изобретению и заключаются, например, в том, что действие первого устройства может регулироваться в целях дополнения действия второго устройства и наоборот, таким образом, что в целом обеспечивается эффективная очистка выхлопных газов, в которой учитываются условия и/или характеристики всей системы обработки выхлопных газов.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, система обработки выхлопных газов может включать первый катализатор окисления ДКО₁ 311, расположенный выше по потоку относительно первого дозирующего устройства 371, и/или второй катализатор окисления ДКО₂ 312, расположенный ниже по потоку относительно первого устройства 331, причем первый катализатор окисления ДКО₁ 311 и/или второй катализатор окисления ДКО₂ 312 в этом случае предназначаются для окисления азотистые соединения, углеродные соединения и/или углеводородные соединения в потоке 303 выхлопных газов в системе 350 обработки выхлопных газов.

В течение окисления в первом катализаторе окисления ДКО₁ 311 часть монооксида азота NO в потоке 303 выхлопных газов окисляется, образуя диоксид азота NO₂.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, первый катализатор гидролиза, который может представлять собой практически любое подходящее для гидролиза покрытие, и/или первый смеситель могут располагаться в сочетании с первым дозирующим устройством 371. Первый катализатор гидролиза и/или первый смеситель в этом случае используются для увеличения скорости разложения карбамида с образованием аммиака и/или для смешивания добавки с выхлопными газами, и/или для испарения добавки.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, система 350 обработки выхлопных газов включает улавливающий твердые частицы фильтр 320, расположенный ниже по потоку относительно первого устройства или расположенный ниже по потоку относительно второго катализатора окисления ДOC₂ 312, если он присутствует в системе. Улавливающий твердые частицы фильтр 320 предназначается для захвата и окисления частиц сажи. Поток 303 выхлопных газов здесь проходит через фильтрующую структуру улавливающего твердые частицы фильтра, где частицы сажи захватываются фильтрующей структурой из потока 303 выхлопных газов, проходящего через фильтр, и накапливаются и окисляются в улавливающем твердые частицы фильтре.

Первый катализатор окисления ДКО₁ 311 и/или второй катализатор окисления ДКО₂ 312 являются по меньшей мере частично покрытыми каталитическим окислительным покрытием, причем в таком окислительном покрытии может содержаться по меньшей мере один драгоценный металл, например, платина.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, улавливающий твердые частицы фильтр 320 представляет собой улавливающий твердые частицы фильтр дизельного двигателя (ДФЧ). Таким образом, этот фильтр используется, чтобы захватывать, удерживать и окислять частицы сажи из потока 303 выхлопных газов.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, улавливающий твердые частицы фильтр 320 представляет собой улавливающий твердые частицы фильтр пДФЧ, который является по меньшей мере частично покрытым каталитическим окислительным покрытием, причем в таком окислительном покрытии может содержаться по меньшей мере один драгоценный металл. Другими словами, улавливающий твердые частицы фильтр 320 могут по меньшей мере частично покрывать один или более драгоценных металлов, например, платина. Улавливающий твердые частицы фильтр пДФЧ, который включает окислительное покрытие, может обеспечивать более устойчивые условия для сохранения уровня диоксида азота NO₂ во втором устройстве 332. Кроме того, использование улавливающего твердые частицы фильтра пДФЧ, включающего окислительное покрытие, означает, что можно регулироваться значение соотношения NO₂/NO_x, другими словами, уровень NO₂. Согласно одному варианту осуществления, поскольку используется улавливающий твердые частицы фильтр пДФЧ, имеющий окислительное покрытие, в системе не требуется второй катализатор окисления ДКО₂ 312.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, первая и/или вторая добавка содержит аммиак NH₃ или карбамид, из которого может производиться/образовываться/высвобождаться аммиак. Эта добавка может представлять собой водный раствор карбамида AdBlue™. Первая и вторая добавка могут относиться к одному типу или к различным типам.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, система 350 обработки выхлопных газов включает систему 370 для введения добавки, которая включает по меньшей мере один насос 373, предназначенный для введения добавки, другими словами, например, аммиака или карбамида, в первое 371 и второе 372 дозирующие устройства.

Один пример такой системы 370 для введения добавки схематично проиллюстрирована на фиг.3, где система включает первое дозирующее устройство 371, которое располагается выше по потоку относительно первого устройства 331, и второе дозирующее устройство 372, которое располагается выше по потоку относительно второго устройства 332, соответственно. Первое и второе дозирующие устройства 371, 372, часто составляют дозирующие сопла, которые вводят добавку и перемешивают введенную добавку с потоком 303 выхлопных газов, причем добавку вводит по меньшей мере один насос 373 через трубопроводы 375 для добавки. По меньшей мере, один насос 373 принимает добавку из одного или более резервуаров 376 для добавки через один или более трубопроводов 377 между одним или несколькими резервуарами 376 и по меньшей мере одним насосом 373. Следует понимать, что добавка может присутствовать в жидкой форме и/или газообразной форме. В том случае, где добавка присутствует в жидкой форме, насос 373 представляет собой жидкостной насос, а один или более резервуаров 376 представляют собой жидкостные резервуары. В том случае, где добавка присутствует в газообразной форме, насос 373 представляет собой газовый насос, а один или более резервуаров 376 представляют собой газовые резервуары. Если одновременно используются газообразные и жидкие добавки, присутствуют несколько резервуаров и насосов, причем по меньшей мере один резервуар и один насос предназначаются для введения жидкой добавки, и по меньшей мере один резервуар и один насос предназначаются для введения газообразной добавки.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один насос 373 представляет собой объединенный насос, который вводит первую и вторую добавку в первое 371 и второе 372 дозирующее устройство, соответственно. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере один насос включает первый и второй насос, которые вводят первую и вторую добавку в первое 371 и второе 372 дозирующее устройство, соответственно. Конкретная функция системы введения добавок 370 хорошо описана в литературе уровня техники, и, таким образом, точный способ введения добавок не описывается подробно в настоящем документе. Однако температура в точке введения катализатора СКВ, как правило, должна быть выше, чем нижняя пороговая температура, чтобы предотвращать образование отложений и нетребуемых побочных продуктов, таких как нитрат аммония NH₄NO₃. Примерное значение такой нижней пороговой температуры может составлять приблизительно 200°C. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, система 370 для введения добавки включает устройство 374 управления дозированием, предназначенное, чтобы регулировать по меньшей мере один насос 373, таким образом, что добавка вводится в поток выхлопных газов. Устройство 374 управления дозированием включает, согласно одному варианту осуществления, первое регулирующее перекачивание устройство 378 предназначенное, чтобы регулировать по меньшей мере один насос 373, таким образом, что первая доза первой добавки вводится в поток 303 выхлопных газов посредством первого дозирующего устройства 371. Устройство 374 управления дозированием также включает второе регулирующее перекачивание устройство 379, предназначенное, чтобы регулировать по меньшей мере один насос 373, таким образом, что вторая доза второй добавки вводится в поток 303 выхлопных газов посредством второго дозирующего устройства 372.

Первая и вторая добавки обычно представляют собой добавку одного типа, например, карбамид. Однако согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, первая добавка и вторая добавка могут представлять собой различные типы, например, карбамид и аммиак, и это означает, что дозировка каждого из первого 331 и второго 332 устройств и, соответственно, также функция каждого из первого 331 и второго 332 устройств может оптимизироваться также в отношении типа добавки. Если используются добавки различных типов, резервуар 376 включает несколько субрезервуаров, в которых содержатся соответствующие добавки различных типов. Один или более насосов 373 могут использоваться для введения добавок различных типов в первое дозирующее устройство 371 и второе дозирующее устройство 372. Как упоминается выше, один или более резервуары и один или более насосов приспосабливаются в зависимости от состояния добавки, другими словами, от того, является ли добавка газообразной или жидкой.

Таким образом, один или более насосов 373 устройством управления 374 управления дозированием, которое производит регулирующие сигналы для управления введения добавки, и в результате этого требуемое количество вводится в поток 303 выхлопных газов посредством первого 371 и второго 372 дозирующих устройств, соответственно, которые располагаются выше по потоку относительно первого 331 и второго 332 устройств катализаторов восстановления, соответственно. Более конкретно, первое регулирующее перекачивание устройство 378 выполнен с возможностью управления объединенный насос или насос, предназначенный для первого дозирующего устройства 371, таким образом, что введение первой дозы в поток 303 выхлопных газов регулируется посредством первого дозирующего устройства 371. Второе регулирующее перекачивание устройство 379 выполнен с возможностью управления объединенный насос или насос, предназначенный для второго дозирующего устройства 372, таким образом, что введение второй дозы в поток 303 выхлопных газов регулируется посредством первого дозирующего устройства 372.

Система 350 обработки выхлопных газов может быть также оборудована одним или несколькими датчиками, такими как один или более датчиков NO_x, NO₂ и/или температуры 361, 362, 363, 364, 365, которые располагаются на впуске в катализатор окисления 311, на впуске в первое устройство 331, на выпуске из первого устройства 331, на впуске в катализатор окисления 312, на впуске во второе устройство 332 и/или на выпуске из второго устройства 332 и предназначаются для определения оксидов азота, диоксида азота и/или температуры в системе обработки выхлопных газов.

Устройство 360 управления выполнено с возможностью передавать регулирующие сигналы и/или сигналы, представляющие результаты измерений, осуществляемых одним или несколькими датчиками NO_x, NO₂ и/или температуры 361, 362, 363, 364, 365 по меньшей мере в одно дозирующее устройство 374. После этого по меньшей мере одно устройство 374 управления дозированием осуществляет управление введением веществ на основании таких регулирующих сигналов и/или сигналов с результатами измерений.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одно устройство 374 управления дозированием выполнено с возможностью управления первым введением 210 первой добавки, таким образом, что первое введение 210 уменьшается. Если второе устройство 332 посредством второго воздействия 240 выполнено с возможностью обеспечения требуемого полного воздействия на оксиды азота NO_x, то по меньшей мере одно устройство 374 управления дозированием может даже регулировать первое введение 210 таким образом, что осуществляется прерывание первого введения 210. Как упоминается выше, такое прерывание первого введения 210 может увеличивать эффективность в течение окисления сажи в следующем фильтре и/или может использоваться для регенерации первого устройства 331.

Согласно одному варианту осуществления, аналогичным образом по меньшей мере одно устройство 374 управления дозированием выполнено с возможностью управления вторым введением230 второй добавки таким образом, что второе введение 230 уменьшается. Если первое устройство 331 посредством первого воздействия 220 выполнено с возможностью обеспечения требуемого полного воздействия на оксиды азота NO_x по меньшей мере одно устройство 374 управления дозированием может регулировать второе введение 230 таким образом, что в результате управления осуществляется прерывание второго введения 230. Как упоминается выше, такое прерывание второго введения 230 может использоваться для регенерации второго устройства 332.

По меньшей мере, одно устройство 374 управления, проиллюстрированное на чертеже, включает отдельно обозначенные блоки 378, 379. Эти блоки 378, 379 могут быть также логически раздельными, но физически находиться в одном блоке, или они одновременно могут быть логически и физически совместно расположенными/работающими. Например, эти блоки 378, 379 могут соответствовать различным группам инструкций, например, в форме программного кода, который вводится и используется процессором, когда соответствующий блок является активным/используется для осуществления соответствующих технологических этапов.

Способ согласно настоящему изобретению может осуществляться практически во всех системах обработки выхлопных газов, включающих описанное выше первое дозирующее устройство 371, а также описанное выше первое устройство 331, описанное выше второе дозирующее устройство 372 и описанное выше второе устройство 332. Каждое из первого устройства 331 и второго устройства 332 может располагаться несколькими различными способами и иметь несколько различных характеристик/функций, как описывается в представленных ниже примерах.

Согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения, первое устройство 331 может включать один из катализаторов следующей группы:

первый катализатор СКВ₁ селективного каталитического восстановления;

первый катализатор СКВ₁ селективного каталитического восстановления, за которым следует расположенный ниже по потоку первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока, причем первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока выполнен с возможностью окисления остатка добавки и/или содействия первому катализатору СКВ₁ селективного каталитического восстановления в целях дополнительного восстановления оксидов азота NO_x в потоке 303 выхлопных газов;

первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока, выполненный с возможностью, в первую очередь, восстановления оксидов азота NO_x и, во вторую очередь, окисления добавки в потоке 303 выхлопных газов;

первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока, за которым следует расположенный ниже по потоку первый катализатор СКВ₁ селективного каталитического восстановления, причем первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока выполнен с возможностью окисления добавки и/или содействия первому катализатору СКВ₁ селективного каталитического восстановления в восстановлении оксидов азота NO_x в потоке 303 выхлопных газов;

первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока, за которым следует расположенный ниже по потоку первый катализатор СКВ₁ селективного каталитического восстановления, за которым следует расположенный ниже по потоку дополнительный первый каталитический нейтрализатор НП_1b проскока, причем первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока и/или дополнительный первый каталитический нейтрализатор НП_1b проскока, выполнен с возможностью окисления добавки и/или содействия первому катализатору СКВ₁ селективного каталитического восстановления в восстановлении оксидов азота NO_x в потоке 303 выхлопных газов; и

первый катализатор СКВ₁ селективного каталитического восстановления в комбинации с чисто окислительным покрытием в своей выпускной части; и

первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока, за которым следует расположенный ниже по потоку первый катализатор СКВ₁ селективного каталитического восстановления в комбинации с чисто окислительным покрытием в своей выпускной части, причем первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока выполнен с возможностью, в первую очередь, восстановления оксидов азота NO_x и, во вторую очередь, окисления добавки в потоке выхлопных газов.

Согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения, второе устройство 332 включает один из катализаторов следующей группы:

второй катализатор СКВ₂ селективного каталитического восстановления; и

второй катализатор СКВ₂ селективного каталитического восстановления, за которым следует расположенный ниже по потоку второй каталитический нейтрализатор НП₂ проскока, причем второй каталитический нейтрализатор НП₂ проскока выполнен с возможностью окисления остатка добавки, и/или содействия второму катализатору СКВ₂ селективного каталитического восстановления в целях дополнительного восстановления оксидов азота NO_x в потоке 303 выхлопных газов.

В настоящем документе катализатор селективного каталитического восстановления СКВ означает традиционный катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ). В катализаторах СКВ обычно используется добавка, часто представляющая собой аммиак NH₃ или композицию, из которой может производиться/образовываться аммиак, который используется для восстановления оксидов азота NO_x в выхлопных газах. Добавка вводится в поток выхлопных газов, образующийся из двигателя внутреннего сгорания, выше по потоку относительно катализатора, как описано выше. Добавка, которая вводится в катализатор, адсорбируется (содержится) в катализаторе в форме аммиака NH₃, таким образом, что может происходить окислительно-восстановительная реакция между оксидами азота NO_x в выхлопных газах и аммиаком NH₃, который вводится посредством добавки.

Каталитический нейтрализатор НП проскока, который упоминается в настоящем документе, представляет собой катализатор, который выполнен с возможностью окисления добавки и/или содействия катализатору селективного каталитического восстановления СКВ в восстановлении оксидов азота NO_x в указанном потоке 303 выхлопных газов. Использование первого каталитического нейтрализатора НП₁ проскока в первом устройстве 331 способствует большей нагрузке и, таким образом, улучшает использование первого катализатора СКВ₁ селективного каталитического восстановления, и он также способствует уменьшению начальной температуры («температура запуска») для восстановления NO_x. Каталитический нейтрализатор НП проскока может также окислять монооксид азота NO и/или углеводороды HC в потоке выхлопных газов, таким образом, что выделяется тепло/осуществляется экзотермическая реакция.

Чтобы обеспечить каталитический нейтрализатор НП₁ проскока и/или дополнительный первый каталитический нейтрализатор НП_1b проскока в первом устройстве 331, в котором каталитические нейтрализаторы проскока являются многофункциональными, и, соответственно, восстанавливать оксиды азота NO_x посредством использования добавки, и в который также окисляется добавка, используется ряд преимуществ системы обработки выхлопных газов. Здесь первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока и/или дополнительный первый каталитический нейтрализатор НП_1b проскока может использоваться в сочетании с первым катализатором восстановления СКВ₁, таким образом, что активность первого каталитического нейтрализатора НП₁ проскока и/или дополнительного первого каталитического нейтрализатора НП_1b проскока в отношении восстановления оксидов азота NO_x и окисления остатков добавки, а также характеристики отложения добавки для каталитических нейтрализаторов НП₁ и НП_1b проскока представляют собой дополнение функции первого катализатора восстановления СКВ₁. Сочетание этих характеристик для первого устройства 331, включающего первый катализатор восстановления СКВ₁, первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока и/или дополнительный первый каталитический нейтрализатор НП_1b проскока, означают, что первое устройство 331 может обеспечивать повышенную степень превращения. Кроме того, в результате использование первого каталитического нейтрализатора НП₁ проскока и/или дополнительного первого каталитического нейтрализатора НП_1b проскока в первом устройстве 331 создаются условия, которые делают возможным предотвращение неселективного окисления восстановителя, происходящего в компонентах, которые располагаются ниже по потоку относительно первого устройства 331 в системе обработки выхлопных газов, и в которых могут потенциально содержаться платиновые металлы.

Кроме того, исследования показали, что восстановление оксидов азота NO_x посредством первого многофункционального каталитического нейтрализатора НП₁ проскока и/или дополнительного первого каталитического нейтрализатора НП_1b проскока в первом устройстве 331 становится неожиданно эффективным. Это представляет собой результат достаточных количеств оксидов азота NO_x, которые присутствуют в потоке 303 выхлопных газов у первого каталитического нейтрализатора НП₁ проскока и/или у дополнительного первого каталитического нейтрализатора НП_1b проскока в первом устройстве 331, чтобы осуществлялось эффективное восстановление оксидов азота NO_x. Другими словами, относительно хорошая доступность оксидов азота NO_x у первого каталитического нейтрализатора НП₁ проскока и/или у дополнительного первого каталитического нейтрализатора НП_1b проскока может использоваться для достижения очень хороших эксплуатационных характеристик и/или очень высокая эффективность использования, когда многофункциональный каталитический нейтрализатор НП проскока и/или многофункциональный дополнительный первый каталитический нейтрализатор НП_1b проскока используется в первом каталитическом устройстве 331.

Первый катализатор СКВ₁ селективного каталитического восстановления, первый каталитический нейтрализатор НП₁ проскока и/или дополнительный первый каталитический нейтрализатор НП_1b проскока могут использоваться в целях производства тепла, например, посредством окисления углеводородов HC в потоке выхлопных газов, что способствует регенерации загрязненных серой компонентов, таких как катализатор и/или компоненты, расположенные ниже по потоку относительно катализатора. В результате регенерации загрязненных серой компонентов уменьшается количество серы, интеркалированной в компонентах.

Система согласно настоящему изобретению может быть выполнена с возможностью осуществления способа согласно всем вариантам осуществления, как описано выше и в формуле изобретения, причем система согласно соответствующему варианту осуществления обеспечивает описанные выше преимущества для соответствующего варианта осуществления.

Кроме того, специалисту в данной области техники следует понимать, что описанная выше система может быть модифицирована согласно различным вариантам осуществления способа согласно настоящему изобретению. Кроме того, настоящее изобретение предлагает моторное транспортное средство 100, например, грузовой автомобиль или автобус, содержащий по меньшей мере одну систему для обработки потока выхлопных газов.

Настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления изобретения, которые описаны выше, но включает и распространяется на все варианты осуществления в пределах объема независимых пунктов прилагаемой формулы изобретения.

Согласно настоящему изобретению предложены способ и система (350) обработки выхлопных газов для обработки потока (303) выхлопных газов, которые образуются в результате сгорания в двигателе (301) внутреннего сгорания и содержат оксиды азота NO_x. Данный способ включает в себя первое введение (210) первой добавки в поток (303) выхлопных газов, которое используется в целях первого воздействия (220) на первое количество NO_{x_1} оксидов азота, которое достигает первого устройства (331), выполненного с возможностью воздействия на первое количество NO_{x_1} оксидов азота. Данный способ также включает в себя второе введение (230) второй добавки в поток (303) выхлопных газов, которое используется для второго воздействия (240) на второе количество NO_{x_2} оксидов азота, которое достигает второго устройства (332), выполненного с возможностью воздействия на второе количество NO_{x_2} оксидов азота. Согласно настоящему изобретению по меньшей мере одним из первого введения (210) и второго введения (230) управляют на основании полной способности первого устройства (331) производить первое воздействие (220), способности второго устройства (332) производить второе воздействие (240) таким образом, что обеспечивается требуемое полное воздействие на оксиды азота NO_x в потоке (303) выхлопных газов посредством системы (350) обработки выхлопных газов. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ в системе (350) обработки выхлопных газов для обработки потока (303) выхлопных газов, которые образуются в результате сгорания в двигателе (301) внутреннего сгорания и содержат оксиды азота NO_x, отличающийся тем, что осуществляют:

первое введение (210) первой добавки в указанный поток (303) выхлопных газов посредством использования первого дозирующего устройства (371), расположенного в указанной системе (350) обработки выхлопных газов;

первое восстановление (220) первого количества NO_{x_1} оксидов азота, достигающего первого устройства (331), расположенного ниже по потоку относительно указанного первого дозирующего устройства (371), для восстановления указанного первого количества NO_{x_1} оксидов азота посредством использования указанной первой добавки, причем указанное первое восстановление (220) включает в себя первое восстановление указанного первого количества NO_{x_1} оксидов азота посредством первого катализатора (СКВ₁) селективного каталитического восстановления, после которого осуществляют восстановление оксидов азота NO_x и/или окисление потенциальной добавки в указанном потоке (303) выхлопных газов, посредством первого каталитического нейтрализатора (НП₁) проскока;

второе введение (230) второй добавки в указанный поток (303) выхлопных газов посредством использования второго дозирующего устройства (372), расположенного ниже по потоку относительно указанного первого устройства (331); и

второе восстановление (240) второго количества NO_{x_2} оксидов азота, достигающего второго устройства (332), расположенного ниже по потоку относительно указанного второго дозирующего устройства (372), для восстановления указанного второго количества NO_{x_2} оксидов азота посредством использования указанной первой и/или второй добавки; причем

по меньшей мере одним из указанного первого введения (210) и указанного второго введения (230) управляют на основании общей способности указанного первого устройства (331) обеспечивать указанное первое восстановление (220) и способности указанного второго устройства (332) обеспечивать указанное второе восстановление (240) таким образом, что требуемое полное восстановление указанных оксидов азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов обеспечивают указанной системой (350) обработки выхлопных газов; и

указанное управление указанным первым введением (210) указанной первой добавки приводит к увеличению указанного первого введения (210) указанной первой добавки, которое осуществляют таким образом, что проскок добавки из указанного первого катализатора (СКВ₁) селективного каталитического восстановления возникает и может, по существу, сохраняться и/или окисляться в указанном первом каталитическом нейтрализаторе (НП₁) проскока.

2. Способ по п.1, в котором указанное управление указанным вторым введением (230) приводит к уменьшению указанного второго введения (230).

3. Способ по п.2, в котором указанное уменьшение указанного второго введения (230) соответствует прерыванию указанного второго введения (230) указанной второй добавки, если указанное первое устройство (331) посредством указанного первого воздействия (220) способно обеспечивать указанное требуемое полное воздействие на указанные оксиды азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов.

4. Способ по любому из пп.2, 3, в котором указанное второе устройство (332) регенерируется в течение и/или после указанного уменьшения указанного второго введения (230).

5. Способ по п.4, в котором остатки указанной второй добавки, которые присутствуют в указанном втором устройстве (332), устраняют в процессе указанной регенерации.

6. Способ по любому из пп.1-3, в котором указанный проскок добавки зависит от степени заполнения добавки в указанном первом катализаторе (СКВ₁) селективного каталитического восстановления при указанном увеличении указанного первого введения (210), когда указанная первая добавка превышает максимальное значение степени заполнения добавки в указанном первом катализаторе (СКВ₁) селективного каталитического восстановления.

7. Способ по п.1, в котором указанное управление указанным вторым введением (230) указанной второй добавки приводит к увеличению указанного второго введения (230) указанной второй добавки.

8. Способ по любому из пп.1-3 или 7, в котором указанное требуемое полное восстановление указанных оксидов азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов определяют на основании измеряемых в данное время, моделируемых и/или прогнозируемых условий работы указанного двигателя (301) внутреннего сгорания.

9. Способ по любому из пп.1-3 или 7, в котором указанное требуемое полное восстановление указанных оксидов азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов определяют на основании по меньшей мере одного порогового значения выбросов оксидов азота NO_x.

10. Способ по п.9, в котором указанное по меньшей мере одно пороговое значение составляет одно или более из:

порогового значения, соответствующего установленному законом требованию в отношении выбросов оксидов азота NO_x;

порогового значения, определяемого органами власти и представляющего собой допустимые выбросы оксидов азота NO_x; и

порогового значения, представляющего собой требуемые максимальные выбросы оксидов азота NO_x.

11. Способ по любому из пп.1-3 или 7, в котором указанная способность указанного первого устройства (331) обеспечивать указанное первое восстановление (220) зависит от одного или более из:

каталитических характеристик указанного первого устройства (331);

типа катализатора для указанного первого устройства (331);

температурного интервала, в пределах которого указанное первое устройство (331) является активным;

степени заполнения добавки для указанного первого устройства (331) и

температуры в указанном первом устройстве (331).

12. Способ по любому из пп.1-3 или 7, в котором указанная способность указанного второго устройства (332) обеспечивать указанное второе восстановление (240) зависит от одного или более из:

каталитических характеристик указанного второго устройства (332);

типа катализатора для указанного второго устройства (332);

температурного интервала, в пределах которого указанное второе устройство (332) является активным;

степени заполнения добавки для указанного второго устройства (332) и

температуры в указанном втором устройстве (332).

13. Способ по любому из пп.1-3 или 7, в котором указанное первое количество NO_{x_1} оксидов азота соответствует первому соотношению NO_{2_1}/NO_{x_1} между первым количеством NO_{2_1} диоксида азота и первым количеством NO_{x_1} оксидов азота, достигающим указанного первого устройства (331); причем указанное первое введение (210) указанной первой добавки осуществляется на основании определяемого значения (NO_{2_1}/N_{Ox_1})_опр для указанного первого соотношения таким образом, что быстрое восстановление может использоваться в указанном первом устройстве (331).

14. Способ по п.13, в котором указанное определяемое значение для указанного первого соотношения (NO_{2_1}/NO_{x_1}) представляет собой одно из:

измеряемого значения;

моделируемого значения;

прогнозируемого значения.

15. Устройство управления для обработки потока (303) выхлопных газов, которые образуются в результате сгорания в двигателе (301) внутреннего сгорания, содержащее машиночитаемый носитель, содержащий код компьютерной программы, чтобы заставлять упомянутое устройство управления выполнять этапы способа по любому из пп. 1-14.

16. Система (350) обработки выхлопных газов, выполненная с возможностью обработки потока (303) выхлопных газов, которые образуются в результате сгорания в двигателе (301) внутреннего сгорания и содержат оксиды азота NO_x, отличающаяся тем, что

первое дозирующее устройство (371) расположено в указанной системе (350) обработки выхлопных газов с возможностью первого введения (210) первой добавки в указанный поток (303) выхлопных газов;

первое устройство (331) расположено ниже по потоку относительно указанного первого дозирующего устройства (371) с возможностью первого восстановления (220) первого количества NO_{x_1} оксидов азота, достигающего указанного первого устройства (331), посредством использования указанной первой добавки, причем указанное первое устройство (331) содержит первый катализатор (СКВ₁) селективного каталитического восстановления, за которым следует расположенный ниже по потоку первый каталитический нейтрализатор (НП₁) проскока, причем указанный первый каталитический нейтрализатор (НП₁) проскока выполнен с возможностью окисления остатка добавки и/или содействия первому катализатору (СКВ₁) селективного каталитического восстановления в целях дополнительного восстановления оксидов азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов;

второе дозирующее устройство (372) расположено ниже по потоку относительно указанного первого устройства (331) с возможностью второго введения (230) второй добавки в указанный поток (303) выхлопных газов;

второе устройство (332) расположено ниже по потоку относительно указанного второго дозирующего устройства (372) с возможностью второго восстановления (240) второго количества NO_{x_2} оксидов азота, достигающего указанного второго устройства (332), посредством использования указанной первой и/или второй добавки; и

по меньшей мере одно устройство (374) управления дозированием выполнено с возможностью управления по меньшей мере одним из указанного первого введения (210) и указанного второго введения (230) на основании полной способности указанного первого устройства (331) обеспечивать указанное первое восстановление (220) и для указанного второго устройства (332) обеспечивать указанное второе восстановление (240) таким образом, что требуемое полное восстановление указанных оксидов азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов обеспечивается указанной системой (350) обработки выхлопных газов, причем указанное по меньшей мере одно устройство (374) управления дозированием выполнено с возможностью управления указанным первым введением (210) указанной первой добавки таким образом, что указанное управление приводит к увеличению указанного первого введения (210) указанной первой добавки, и в результате этого возникает проскок добавки из указанного первого катализатора (СКВ₁) селективного каталитического восстановления, который может, по существу, сохраняться и/или окисляться в указанном первом каталитическом нейтрализаторе (НП₁) проскока.

17. Система (350) обработки выхлопных газов по п.16, в которой указанное по меньшей мере одно устройство (374) управления дозированием выполнено с возможностью управления указанным вторым введением (230) указанной второй добавки таким образом, что указанное второе введение (230) указанной второй добавки уменьшается.

18. Система (350) обработки выхлопных газов по п.16, в которой указанное по меньшей мере одно устройство (374) управления дозированием выполнено с возможностью управления указанным вторым введением (230) таким образом, что уменьшение указанного второго введения (230) соответствует прерыванию указанного второго введения (230) указанной второй добавки, если указанное первое устройство (331) посредством указанного первого восстановления (220) способно обеспечить указанное требуемое полное восстановление указанных оксидов азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов.

19. Система (350) обработки выхлопных газов по п.16, в которой указанное первое каталитическое устройство (331) содержит первый каталитический нейтрализатор (НП₁) проскока, за которым следует расположенный ниже по потоку первый катализатор (СКВ₁) селективного каталитического восстановления, за которым следует расположенный ниже по потоку дополнительный первый каталитический нейтрализатор (НП_1b) проскока, причем указанный первый каталитический нейтрализатор (НП₁) проскока и/или указанный дополнительный первый каталитический нейтрализатор (НП_1b) проскока выполнены с возможностью окисления добавки и/или содействия указанному первому катализатору (СКВ₁) селективного каталитического восстановления в восстановлении оксидов азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов.

20. Система (350) обработки выхлопных газов по п.17, в которой указанное первое каталитическое устройство (331) содержит первый каталитический нейтрализатор (НП₁) проскока, за которым следует расположенный ниже по потоку первый катализатор (СКВ₁) селективного каталитического восстановления, за которым следует расположенный ниже по потоку дополнительный первый каталитический нейтрализатор (НП_1b) проскока, причем указанный первый каталитический нейтрализатор (НП₁) проскока и/или указанный дополнительный первый каталитический нейтрализатор (НП_1b) проскока выполнены с возможностью окисления добавки и/или содействия указанному первому катализатору (СКВ₁) селективного каталитического восстановления в восстановлении оксидов азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов.

21. Система (350) обработки выхлопных газов по п.18, в которой указанное первое каталитическое устройство (331) содержит первый каталитический нейтрализатор (НП₁) проскока, за которым следует расположенный ниже по потоку первый катализатор (СКВ₁) селективного каталитического восстановления, за которым следует расположенный ниже по потоку дополнительный первый каталитический нейтрализатор (НП_1b) проскока, причем указанный первый каталитический нейтрализатор (НП₁) проскока и/или указанный дополнительный первый каталитический нейтрализатор (НП_1b) проскока выполнены с возможностью окисления добавки и/или содействия указанному первому катализатору (СКВ₁) селективного каталитического восстановления в восстановлении оксидов азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов.

22. Система (350) обработки выхлопных газов по любому из пп.16-21, в которой указанное второе устройство (332) содержит один из катализаторов следующей группы:

второй катализатор (СКВ₂) селективного каталитического восстановления и

второй катализатор (СКВ₂) селективного каталитического восстановления, за которым следует расположенный ниже по потоку второй каталитический нейтрализатор (НП₂) проскока, причем указанный второй каталитический нейтрализатор (НП₂) проскока выполнен с возможностью окисления остатка добавки и/или содействия указанному второму катализатору (СКВ₂) селективного каталитического восстановления для дополнительного восстановления оксидов азота NO_x в указанном потоке (303) выхлопных газов.