[发明专利]用于处理柴油机排气的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于处理柴油机排气的系统和方法，更具体地涉及用于处理非稳态柴油机排气的系统和方法。

背景技术

柴油机趋向于具有低的气相碳氢化合物和一氧化碳排放，但柴油机也趋向于具有相对高的氮氧化物(NOx)和微粒排放。因为NOx和微粒排放的标准变得更为严格，所以设计出用于减少这些排放的策略日益重要。

在柴油机中，能够在发动机下游使用DPF来从发动机排气中过滤掉微粒。如果在该DPF中收集了过多的积炭，则积炭可能以不受控的方式燃烧且可能使该DPF破裂或熔化。这种现象有时称为“失控”或不受控再生。也可能由于在DPF中积聚过多的积炭而导致其他问题，例如发动机背压升高，这可能对发动机运行有不利影响且影响燃料消耗量。

为避免前述问题(例如失控再生)，DPF通过烧掉积炭而被周期性清洁，这通过以通常不会严重损害该DPF的受控方式进行所谓的主动再生操作来完成。过滤器中的碳与排气流中的NO₂进行如下反应：NO₂+C→NO+CO和2NO₂+2C→N₂+CO₂。为了实现该期望的反应2NO₂+2C→N₂+CO₂，积炭微粒通常要求超过500至550℃的温度。此温度远高于通常的柴油机排气温度。

此问题的解决方法是在DPF上游安装加热器，例如燃烧器或电线圈，以将排气流温度升高到适于再生的温度，该技术通常称为“主动”再生。主动再生导致一些效率损失并且在过滤器上产生热应力，因此希望限制其使用。而且，必须注意确保不发生“失控”再生(即基本不受控的燃烧)，且不对过滤器造成损坏。

对主动再生的一种替代方案是所谓的被动再生。所聚集的微粒与排气流中的氧(通常为O₂和NO₂的形式)之间的反应通常自然地使得微粒的一部分氧化。然而，在通常的排气温度下，被动再生一般发生得过于缓慢而不能去除所积聚的微粒。为了提供足够的被动再生以保持DPF有效运行，可以使用催化剂。该催化剂可以是所谓的柴油机氧化催化剂(DOC)，其可以设置在DPF上游或设置在DPF上，且使排气流中的NO转化为NO₂，从而便于当NO₂与DPF中的微粒反应时进行被动再生。

为了降低NOx排放，可在排气流中设置诸如选择性催化还原催化剂(SCR)或稀燃NOx催化剂(LNC)等的NOx催化剂。SCR催化剂目前是最常用的，并且，在使用诸如沸石或V/Ti等的催化剂上的NH₃将NOx排放物还原为N₂方面，所述SCR催化剂非常有效。然而这些催化剂通常在相对高的温度下最有效，例如＞300℃，这通常高于在车辆应用中使用的柴油发动机的排气温度。

希望提供一种能够有效去除微粒物且降低NOx排放的、用于处理柴油机排气的系统和方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，用于处理柴油机排气的系统包括：发动机，该发动机产生柴油机排气流；柴油机微粒过滤器，该柴油机微粒过滤器位于发动机下游且适于从排气流中去除微粒；加热器，该加热器位于过滤器上游，适于将足量的能量输送给排气流，以使该过滤器主动再生；以及柴油机氧化催化剂，该柴油机氧化催化剂位于加热器上游，适于在排气流的温度高于柴油机氧化催化剂的起燃温度时使所述过滤器被动再生。

根据本发明的另一个方面，用于处理柴油机排气的系统包括：发动机，该发动机产生柴油机排气流；柴油机微粒过滤器，该柴油机微粒过滤器位于发动机下游且适于从排气流中去除微粒；加热器，该加热器位于过滤器上游且适于将能量输送给排气流；以及NOx还原催化剂，该NOx还原催化剂位于所述加热器下游。

根据本发明的又一个方面，用于处理柴油机排气的方法包括：通过柴油发动机产生柴油机排气流；利用该发动机下游的柴油机微粒过滤器从排气流中去除微粒；定期从加热器向过滤器上游的排气流输送足量的能量，以使所述过滤器主动再生；以及，定期将加热器上游的柴油机氧化催化剂加热到该柴油机氧化催化剂的起燃温度，以使所述过滤器被动再生。

根据本发明的又一个方面，用于处理柴油机排气的方法包括：通过柴油发动机产生柴油机排气流；利用该发动机下游的柴油机微粒过滤器从排气流中去除微粒；利用NOx还原催化剂在所述排气流内引起NOx还原；以及，从NOx催化还原剂上游的加热器输送足够的能量，以将该NOx还原催化剂的温度升高到处于通过该NOx还原催化剂进行NOx还原的最佳范围内的温度。

附图说明