СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРВОЙ И ВТОРОЙ ПОДАЧИ ДОБАВКИ В ПОТОК ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ИЗ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
METHOD AND SYSTEM FOR THE FIRST AND SECOND SUPPLY OF ADDITIVE TO THE FLOW OF EXHAUST GAS FROM THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу для системы очистки выходных газов в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение относится также к системе очистки выхлопных газов, предназначенной для очистки потока выхлопных газов в соответствии с преамбулой пункта 31 формулы изобретения. Изобретение относится также к компьютерной программе и компьютерному программному продукту, которые осуществляю способ по настоящему изобретению.
Уровень техники изобретения
Нижеследующее описание уровня техники изобретения составляет описание уровня техники настоящего изобретения и, следовательно, не обязательно должно определять предшествующий уровень техники.
В связи с повышенным интересом правительства к тому, что касается загрязнения и качества воздуха, в первую очередь, в городских зонах, во многих юрисдикциях были разработаны проекты стандартов и регламентов в отношении выбросов от двигателей внутреннего сгорания.
x
x
y
Такие стандарты на выбросы часто состоят из требований, определяющих допустимые пределы выбросов выхлопных газов из двигателей внутреннего сгорания от, например, транспортных средств. Например, уровни выбросов оксидов азота NO, углеводородов CH, монооксида углерода CO и частиц PM часто регулируются такими стандартами для большинства типов транспортных средств. Транспортные средства, оборудованные двигателями внутреннего сгорания, обычно, становятся причиной таких выбросов в различной степени.
В попытке привести в соответствие с этими стандартами на выбросы, выхлопные газы, возникающие в результате процесса сгорания в двигателе внутреннего сгорания, подвергают обработке (очищают).
x
x
Распространенный способ очистки выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания состоит из так называемого процесса каталитической очистки, и поэтому транспортные средства, оборудованные двигателем внутреннего сгорания, обычно содержат, по меньшей мере, один катализатор. Имеются различные типы катализаторов, при этом разные соответствующие типы могут быть подходящими в зависимости от, например, принципа сгорания, стратегий сгорания и/или типов топлива, которые используются в транспортных средствах, и/или типов соединений, подлежащих восстановлению в потоке выхлопных газов. Что касается, по меньшей мере, азотистых газов (монооксида азота, диоксида азота), называемых ниже оксидами азота NO, транспортные средства часто содержат катализатор, причем в поток выхлопных газов, возникающий вследствие сгорания в двигателе внутреннего сгорания, подается добавка для восстановления оксидов азота NO, главным образом, до газообразного азота и водяного пара.
3
x
3
x
3
Катализаторы SCR (SCR - селективное каталитическое восстановление) являются катализаторами обычно используемого типа для восстановления такого типа, в основном, для грузовых автомобилей большой грузоподъемности. Катализаторы SCR обычно используют аммиак NH или композицию, из которой может получен/образоваться аммиак, в качестве добавки для снижения количества оксидов азота NO в выхлопных газах. Добавку впрыскивают в поток выхлопных газов, образующийся в двигателе внутреннего сгорания, выше по потоку от катализатора. Добавка, добавляемая к катализатору, адсорбируется (откладывается) в катализаторе в форме аммиака NH, так что между оксидами азота NO в выхлопных газах и аммиаком NH, доступным благодаря добавке, может происходить окислительно-восстановительная реакция.
x
x
x
x
x
x
x
Современный двигатель внутреннего сгорания является системой, в которой имеет место взаимодействие и взаимное влияние между двигателем и очисткой выхлопных газов. А именно, существует корреляция между способностью системы очистки выхлопных газов восстанавливать оксиды азота NO и эффективностью сжигания топлива двигателем внутреннего сгорания. Для двигателя внутреннего сгорания, между эффективностью сжигания топлива в двигателе/общим коэффициентом полезного действия двигателя и оксидами азота NO, производимых двигателем, существует корреляция. Эта корреляция означает, что для данной системы, между образуемыми оксидами азота NO и эффективностью сжигания топлива существует прямая зависимость, другими словами, двигатель, которому разрешается выпускать больше оксидов азота NO, можно вынудить расходовать меньше топлива посредством, например, более оптимального регулирования момента впрыска, что может дать более высокую полноту сгорания. Аналогично, между полученной массой PM частиц и эффективностью сжигания топлива часто существует обратная зависимость, означающая, что увеличенный выброс массы PM частиц из двигателя связан с повышенным расходом топлива. Данная корреляция является предпосылкой широкого применения систем очистки выхлопных газов, содержащих катализатор SCR, целью которых является оптимизация двигателя в отношении расхода топлива и выброса частиц в направлении образования сравнительно большего количества оксидов азота NO. Затем восстановление упомянутых оксидов азота NO выполняется в системе очистки выхлопных газов, которая поэтому также может содержать катализатор SCR. Через интегрированный подход при проектировании двигателя и системы очистки выхлопных газов, где двигатель и очистка выхлопных газов дополняют друг друга, можно обеспечить высокую эффективность сжигания топлива совместно с низкими выбросами как частиц PM, так и оксидов азота NO.
Краткое описание изобретения
Эффективность очистки выхлопных газов можно до некоторой степени повысить увеличением объемов субстрата, содержащихся в системах очистки выхлопных газов. В частности, можно снизить потери, обусловленные неравномерным распределением течения выхлопных газов. Однако, увеличенные объемы субстрата непосредственно сказываются на стоимости изготовления и/или производства. Увеличенный объем субстрата приводит также к росту противодавления, которое противодействует потенциальному приросту расхода топлива благодаря повышенной степени конверсии, обусловленной увеличенным объемом.
Поэтому важно иметь возможность оптимального применения системы очистки выхлопных газов, например, благодаря исключению завышения размеров и/или благодаря ограничению распространения системы очистки выхлопных газов по размеру и/или стоимости изготовления.
x
Системы очистки выхлопных газов предшествующего уровня техники часто имеют проблемы, связанные с неудовлетворительным окислением сажи в фильтре, расположенном в системе, для улавливания и окисления частиц сажи, например, сажевом фильтре DPF (дизельных выхлопов), в по меньшей мере частично покрытом сажевом фильтре cDPF или каталитическом фильтре SCRF. Упомянутые проблемы зависят, по меньшей мере, частично, от того, что реакции, которые заключаются в восстановлении оксидов азота NO, происходят быстрее, чем реакции, составляющие окисление сажи.
В общем, это означает, что сложно найти решение для достижения как оптимизированного расхода топлива, так и эффективной очистки выхлопных газов. Это означает, что крайне важно наличие возможности использования системы наиболее оптимальным способом в отношении как расхода топлива, так и очистки выхлопных газов. Соответственно, существует потребность в оптимизации действия систем очистки выхлопных газов.
Поэтому, одной целью настоящего изобретения является создание способа и системы, которые могут обеспечить оптимизацию действия системы очистки выхлопных газов и, следовательно, высокую эффективность и надежное функционирование в изменяющихся условиях.
Данная цель достигается с помощью вышеупомянутого способа в соответствии с отличительной частью пункта 1 формулы изобретения. Данная цель достигается также с помощью вышеупомянутой системы очистки выхлопных газов в соответствии с отличительной частью пункта 31 формулы изобретения и вышеупомянутых компьютерной программы и компьютерного программного продукта.
x
2
В соответствии с настоящим изобретением, таким образом, предлагаются способ и система очистки выхлопных газов для очистки потока выхлопных газов, который образуется в результате сгорания в двигателе внутреннего сгорания. Поток выхлопных газов содержит, помимо прочего, оксиды азота NO, включающие в себя, по меньшей мере, монооксид азота NO и диоксид азота NO.
Способ содержит оценку, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации для системы очистки выхлопных газов, при этом такая оценка основана на представлении участка дороги перед транспортным средством.
x_1
Выполняется первая подача первой добавки в поток выхлопных газов, при этом упомянутая первая добавка используется при, по меньшей мере, первом восстановлении первого количества оксидов азота NO в потоке выхлопных газов в первом устройстве каталитического восстановления в системе очистки выхлопных газов. Управление упомянутой первой подачей выполняется на основании оцененного, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации.
x_2
Выполняется вторая подача второй добавки в поток выхлопных газов, при этом вторая добавка используется при втором восстановлении второго количества оксидов азота NO в потоке выхлопных газов во втором устройстве каталитического восстановления, расположенном ниже по потоку от первого устройства каталитического восстановления. Управление упомянутой второй подачей также может выполняться на основании оцененного, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации.
x_1
В соответствии с настоящим изобретением, управление первой подачей добавки выполняется на основании оцененного, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации таким образом, чтобы первое устройство каталитического восстановления находилось под воздействием субстехиометрических условий по отношению к первой добавке и первому количеству оксидов азота NO. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, управление второй подачей добавки также может выполняться на основании оцененного, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает активное управление первым этапом восстановления посредством активного управления первого введения первой добавки с помощью первого дозирующего устройства, и активного управления вторым восстановлением посредством активного управления второго введения второй добавки с помощью второго дозирующего устройства.
В соответствии с настоящим изобретением, активное управление первой подачей первой добавки и/или второй подачей второй добавки основано на оцененном, по меньшей мере, одном будущем условии эксплуатации, который, в свою очередь, базируется на информации об участке дороги впереди. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, может выполняться оценка будущих условий эксплуатации. Поскольку система знает, какие условия эксплуатации будут вероятны в будущем, первое и/или второе введение можно оптимизировать в соответствии с такими будущими условиями эксплуатации. Это означает, что появляется возможность с упреждением вводить первую добавку, то есть, вводить ее заранее, для условия эксплуатации, который наступит, как спрогнозировала система. Другими словами, подача добавки может, например, временно увеличиваться перед восходящим уклоном, после нисходящего уклона или при аналогично возрастающих производимых мощностях, чтобы с упреждением (заранее) удовлетворять прогнозируемым будущим потребностям.
x_1
x_1
Появляется также возможность вводить первую добавку таким образом, чтобы первое устройство каталитического восстановления, в течение некоторого времени, то есть, в среднем, подвергалось воздействию субстехиометрических условий управляемым образом по отношению к первой добавке и первому количеству оксидов азота NO. Это возможно потому, что система будет способна, на основании оцениваемых будущих условий эксплуатации, прогнозировать, когда, в некоторых специальных условиях эксплуатации, потребуется введение, дающее стехиометрические условия или условия избытка по сравнению со стехиометрическим количеством по отношению к первой добавке и к первому количеству оксидов азота NO для первого устройства каталитического восстановления.
x
x
x
Возможность вводить добавку упомянутым образом, то есть, с относительно небольшим охватом в течение некоторого времени, облегчается также применением двух восстановительных этапов, первого восстановления в первом устройстве каталитического восстановления и второго восстановления во втором устройстве каталитического восстановления. При использовании двух восстановительных этапов, от первого восстановления не требуется удаления всех оксидов азота NO, поскольку второе восстановление может удалить остаток оксидов азота NO в потоке выхлопных газов до того, как поток выбрасывается в атмосферу. Соответственно, первой и/или второй подачей добавки можно управлять таким образом, чтобы первое восстановление и второе восстановление совместно имели следствием требуемое/желательное/запрашиваемое общее каталитическое действие, чтобы для системы очистки выхлопных газов обеспечивалась требуемая степень конверсии оксидов азота NO. Применение активного управления введением в соответствии с настоящим изобретением дает, в результате, неожиданно значительные преимущества для системы с двумя восстановительными этапами, поскольку, при этом, в течение относительно длительных периодов можно поддерживать субстехиометрическое состояние при первом восстановлении, и одновременно можно получать высокую эффективность посредством симбиотического применения двух восстановительных этапов.
x
2
Однако, субстехиометрическое состояние может прерываться в некоторых специальных условиях работы/условиях эксплуатации для того, чтобы обеспечивать приемлемую очистку выхлопных газов. Благодаря оценке будущих условий эксплуатации, выполняемой в соответствии с настоящим изобретением, упомянутые специальные условия эксплуатации можно идентифицировать заранее, то есть, до того, как они случаются, так что активное введение добавки можно регулировать очень точно, как по времени, так и по количеству, чтобы удовлетворять требования в данных специальных условиях эксплуатации. Таким образом, информация об участке дороги впереди используется для оптимизации активного управления подачей первой /или второй добавок, чтобы обеспечивать точное и сбалансированное введение до и/или при специальных условиях эксплуатации. Поскольку, когда применяют настоящее изобретение, можно получать данный надежный контроль над специальными условиями эксплуатации и соответствующие регулировки введения, то можно также выполнять относительно небольшую подачу первой добавки в течение некоторого времени. Другими словами, в периоды между специальными условиями эксплуатации можно использовать низкие значения соотношения аммиак/оксиды азота (ANR - отношение аммиака к NO) для первого устройства каталитического восстановления. Это приводит, помимо прочего, к тому, что в фильтре, который расположен в системе очистки выхлопных газов, для улавливания и окисления частиц сажи, например, сажевом фильтре DPF, по меньшей мере частично покрытом сажевом фильтре cDPF или каталитическом фильтре SCRF, может происходить значительное окисление сажи на основе NO. В результате, окисление сажи в фильтре можно держать под контролем.
2
x
2
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, управление первой подачей первого дозируемого вещества выполняется таким образом, что в течение некоторого времени вводится относительно небольшое количество добавки, что означает, что не весь диоксид азота NO, доступный в потоке выхлопных газов, потребляется при восстановлении оксидов азота NO в первом устройстве каталитического восстановления. Другими словами, управление первой подачей первой добавки выполняется таким образом, что диоксид азота NO обычно доступен для окисления сажи в фильтре.
2
2
Как упоминалось выше, использование первой подачи добавки и первого устройства каталитического восстановления в комбинации со второй подачей второй добавки и вторым устройством каталитического восстановления способствует упомянутому уменьшению количества введения первой добавки. Двойная возможность восстановления оксидов азота в первом устройстве каталитического восстановления, а также во втором устройстве каталитического восстановления означает, что не весь диоксид азота NO следует непрерывно удалять в первом устройстве каталитического восстановления. Избыточный диоксид азота NO можно использовать для окисления сажи, которая отложилась в фильтре.
x
2
Конфигурация системы очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением способствует, таким образом, благодаря двойной возможности восстановления оксидов азота NO, улучшенному окислению сажи в каталитическом фильтре SCRF. Это обеспечивает получение достаточного окисления сажи на основе NO.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, введение можно также выполнять на основании будущих условий эксплуатации таким образом, что степень заполнения/охвата добавки для первого и/или второго устройств каталитического восстановления становится максимальным без проскока/остатка добавки, возникающих ниже по потоку от первого и второго устройств каталитического восстановления, соответственно.
Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, на основании оцениваемых будущих условий эксплуатации можно выполнять активное управление средой выхлопных газов, содержащей, например, температуру потока выхлопных газов в первом устройстве каталитического восстановления. В данном случае, среда выхлопных газов может быть, например, окисляющей, с достаточной доступностью воздуха, или среда может быть восстановительной, с ограниченной доступностью воздуха. Таким образом, впрыск в двигатель можно использовать для влияния на среду выхлопных газов.
В соответствии с разными вариантами осуществления настоящего изобретения, активное управление температурой можно выполнять регулировкой соотношения воздух/топливо (значение лямбда) в двигателе внутреннего сгорания, при этом сниженный расход воздуха повышает температуру, и повышенный расход воздуха снижает температуру. Например, соотношение воздух/топливо можно изменять изменением условия сгорания двигателя.
Расходом воздуха через систему очистки выхлопных газов и, соответственно, также температурой данной системы можно также управлять посредством управления коробкой передач в транспортном средстве на основании будущих условий эксплуатации, поскольку использование разных шестерен дает, в результате, разные расходы воздуха через систему очистки выхлопных газов.
2
x
2
x
2
x
2
x
2
x
В соответствии с одним вариантом осуществления, настоящее изобретение обеспечивает управление соотношением NO/NO между количеством диоксида азота NO и количеством оксидов азота NO в потоке выхлопных газов на основании будущих условий эксплуатации. Таким образом, например, посредством активного управления можно избежать слишком высоких значений упомянутого соотношения, при этом, например, можно избежать NO/NO>50%, поскольку значение соотношения можно снижать путем активного управления. Значение соотношения NO/NO можно также повышать, когда значение является слишком низким, например, если NO/NO<50%.
Настоящее изобретение имеет преимущество также в том, что применены два взаимодействующих дозирующих устройства в комбинации с дозированием восстановителя, например, мочевины, выше по потоку от первого и второго устройств каталитического восстановления, что облегчает и способствует смешение и возможное испарение восстановителя, поскольку впрыск восстановителя разделяется между двумя физически отдельными местами. Это снижает риск локального охлаждения восстановителем системы очистки выхлопных газов, что может, теоретически, формировать отложения в местах, в которых впрыскивается восстановитель или ниже по потоку от таких мест.
Краткое описание фигур
Изобретение подробно поясняется ниже, вместе с прилагаемыми чертежами, на которых сходные позиции применяются для сходных частей, и где:
Фигура 1 - пример транспортного средства, которое может содержать настоящее изобретение,
Фигура 2 - блок-схема для способа очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением,
Фигура 3 - пример системы очистки выхлопных газов в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения,
Фигура 4 - устройство управления, в котором может быть осуществлен способ в соответствии с настоящим изобретением,
x
Фигура 5 - пример влияния повышенного уровня NO.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Фигура 1 схематически изображает примерное транспортное средство 100, содержащее систему 150 очистки выхлопных газов, которая может быть системой 150 очистки выхлопных газов в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Силовой агрегат содержит двигатель 101 внутреннего сгорания, который обычным образом, посредством выходного вала 102 двигателя 101 внутреннего сгорания, обычно, через маховик, соединен с коробкой 103 передач через сцепление 106.
Двигателем 101 внутреннего сгорания управляют посредством системы управления транспортным средством через устройство 115 управления. Аналогично, сцеплением 106 и коробкой 103 передач можно управлять посредством системы управления транспортным средством, с помощью одного или более применимых устройств управления (не показанных). Естественно, силовой агрегат транспортного средства может также относиться к другому типу, например, типу с обычной автоматической коробкой передач, типу с гибридным силовым агрегатом и т.п.
Выходной вал 107 коробки 103 передач приводит в действие колеса 113, 114 через конечную передачу 108, например, обычный дифференциал и валы 104, 105 привода колес, соединенные с упомянутой конечной передачей 108.
Транспортное средство 100 содержит также систему 150 обработки выхлопных газов/очистки выхлопных газов для обработки/очистки выбросов отработавших газов, образующихся в результате сгорания в камерах сгорания, которые могут состоять из цилиндров, двигателя 101 внутреннего сгорания. Система 150 очистки выхлопных газов может управляться системой управления транспортным средством через устройство 160 управления, которое также может быть соединено с двигателем и/или с устройством 115 управления двигателем.
x
x
2
В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ очистки потока выхлопных газов, который образуется в результате сгорания в двигателе внутреннего сгорания и содержит оксиды азота NO. Как упоминалось выше, оксиды азота NO содержат монооксид азота NO и диоксид азота NO. Предлагаемый способ может быть проиллюстрирован с помощью блок-схемы на фигуре 2.
На первом этапе 210 способа, по меньшей мере, одно будущее условие эксплуатации для системы очистки выхлопных газов оценивается на основании представления участка дороги перед транспортным средством 100.
x_1
На втором этапе 220 способа выполняется первая подача первой добавки в поток выхлопных газов, при этом такая добавка используется, по меньшей мере, на третьем этапе 230 при первом восстановлении первого количества оксидов азота NO в потоке выхлопных газов в первом устройстве каталитического восстановления в системе очистки выхлопных газов. Управление данной первой подачей может выполняться на основании оцениваемого, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации.
x_2
На четвертом этапе 240 способа выполняется вторая подача второй добавки в поток выхлопных газов, при этом упомянутая добавка используется на пятом этапе 250 при втором восстановлении второго количества оксидов азота NO в потоке выхлопных газов во втором устройстве каталитического восстановления, расположенном ниже по потоку от первого устройства каталитического восстановления. В соответствии с одним вариантом осуществления, управление данной второй подачей добавки может выполняться также на основании оцениваемого, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации.
x-1
В соответствии с настоящим изобретением, управление первой подачей добавки выполняется на основании оцениваемого, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации таким образом, чтобы первое устройство каталитического восстановления находилось под воздействием, в течение некоторого времени, субстехиометрических условий по отношению к первой добавке и первому количеству оксидов азота NO. Управление второй подачей добавки может выполняться также на основании оцениваемого, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации таким образом, чтобы можно было гарантировать требуемое общее каталитическое действие в системе очистки выхлопных газов.
2
2
Данное активное управление первой и/или второй подачей первой и/или второй добавки выполняется, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, так, что в фильтре в системе очистки выхлопных газов может происходить достаточное окисление сажи на основе NO, что означает, что окисление сажи в фильтре можно удерживать под контролем. Данный результат достигается потому, что первая подача первой добавки в течение некоторого времени является относительно небольшой, то есть, что добавки подается меньше, чем потребовалось бы для удаления всего диоксида азота NO в первом устройстве каталитического восстановления.
Окисление сажи улучшается, в соответствии с настоящим изобретением, благодаря возможности управления системой при более низком среднем значении стехиометрии для первого устройства каталитического восстановления.
x_1
x
2
2
2
2
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения субстехиометрическое состояние в течение некоторого времени по отношению к первой добавке и к первому количеству оксидов азота NO соответствуют соотношению аммиак/оксиды азота (ANR, отношение аммиака к NO) в течение некоторого времени со значением ниже 1, то есть, ANR<1. Другими словами, при применении настоящего изобретения, в течение некоторого времени, в среднем, подается меньшее количество первой добавки, чем потребовалось бы для удаления всего диоксида азота NO в потоке выхлопных газов в первом устройстве каталитического восстановления. Для системы очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, такое уменьшенное введение все же возможно, поскольку вторая подача второй добавки, и второе устройство каталитического восстановления, расположена ниже по потоку от первого восстановительного каталитического устройства в системе очистки выхлопных газов. Двойная возможность восстановления оксидов азота в первом, а также во втором устройствах каталитического восстановления означает, что не весь диоксид азота NO требуется удалять в первом устройстве каталитического восстановления, если остаток диоксида азота NO можно восстановить во втором устройстве каталитического восстановления, расположенном ниже по потоку. В таком случае, избыток диоксида азота NO в фильтре можно использовать для окисления отложенной в нем сажи. Следует отметить, что для систем очистки выхлопных газов известного из предшествующего уровня техники, например, системы Евро-VI, выполнять такое недостаточное введение добавки было бы совершенно невозможно потому, что тогда невосстановленное количество диоксида азота выбрасывалось бы в атмосферу.
В соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, управление подачей первой и/или второй добавки выполняется таким образом, чтобы соотношение ANR в течение некоторого времени для первого устройства каталитического восстановления соответствовало ANR<0,5; ANR<0,6; ANR<0,7; или ANR<0,8.
Значение соотношения ANR в течение некоторого времени, в соответствии с одним вариантом осуществления, зависит от одной или нескольких характеристик первого устройства каталитического восстановления, например, от одной или нескольких каталитических характеристик, типа катализатора, температурного диапазона, в котором активно первое устройство каталитического восстановления, и/или степени охвата аммиаком для первого устройства каталитического восстановления.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, управление первой подачей 220 первой добавки выполняется таким образом, чтобы первое устройство каталитического восстановления подвергалось воздействию субстехиометрическим отношением ANR, за исключением некоторых ограниченных по времени специальных условий эксплуатации двигателя внутреннего сгорания. Другими словами, первое устройство каталитического восстановления подвергается воздействию субстехиометрических условий в течение большей части эксплуатации, но управление позволяет также первому устройству каталитического восстановления подвергаться влиянию в стехиометрических условиях и/или в условиях избытка от стехиометрического количества в течение некоторых четко определенных и коротких периодов времени. Когда определяется среднее значение соотношения ANR в течение некоторого времени, такое управление приводит к субстехиометрическому отношению ANR в течение некоторого времени, поскольку периоды времени, когда превалируют субстехиометрические условия ANR, являются значительно более длительными, чем ограниченные по времени специальные условия эксплуатации.
2
Ограниченные по времени специальные условия эксплуатации ограничены по времени так, что можно избежать накопления сажи в фильтре в системе очистки выхлопных газов, например, в непокрытом или покрытом сажевом фильтре DPF/cDPF или каталитическом фильтре SCRF, сверх порогового значения Sth сажи. Это возможно, поскольку в фильтре имеется в наличии диоксид азота NO, который может быть использован для способствования окислению сажевых частиц в фильтре DPF/cDPF/SCRF, кроме случаев, когда превалируют упомянутые ограниченные по времени специальные условия эксплуатации.
x_1
Ограниченные по времени специальные условия эксплуатации могут содержать, например, переходные условия эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, которые могут иметь место, например, в связи с повышенной производимой мощностью и/или холодным пуском. При таких ограниченных по времени специальных условиях эксплуатации, первому восстановлению 230 первого количества оксидов азота NO можно отдавать более высокий приоритет, чем окислению частиц сажи в системе очистки выхлопных газов. В соответствии с одним вариантом осуществления, ограниченные по времени условия эксплуатации, связанные с переходными условиями эксплуатации, повышенной производимой мощностью и/или холодным пуском, содержат период времени непосредственно перед тем, как имеют место переходные условия эксплуатации, повышенные производимые мощности и/или холодный пуск, что означает, что введение добавки может выполняться с упреждением, чтобы удовлетворить будущей потребности. Период времени непосредственно перед тем, как имеют место переходные условия эксплуатации, повышенная производимая мощность и/или холодный пуск, может, в данном случае, иметь длительность, которая способствует выполнению упреждающего введения до того, как имеют место переходные условия эксплуатации, повышенная производимая мощность и/или холодный пуск.
2
2
Таким образом, можно допускать, чтобы диоксид азота NO в каталитическом фильтре убавлялся в фильтре, например, в связи с ускорением, восходящим уклоном или другими аналогичными ограниченными по времени условиями эксплуатации. Аналогично, можно допускать, чтобы диоксид азота NO в каталитическом фильтре убавлялся в фильтре в течение ограниченных по времени периодов в связи с холодными пусками.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, управление первой подачей 220 первой добавки и/или второй подачей 240 второй добавки выполняется для увеличения до уровня, при котором существует риск, что могут образовываться отложения добавки, например, остатки в форме комков мочевины.
x
x
Управление первой подачей 220 первой добавки и/или второй подачей 240 второй добавки выполняется в направлении уменьшения, после чего остатки первой и/или второй добавок могут удаляться нагреванием в потоке выхлопных газов. В соответствии с одним вариантом осуществления, данное уменьшение подачи эквивалентно перерыву подачи, во время которого добавка не подается в поток выхлопных газов посредством первого и/или второго дозирующих устройств. Уменьшение первой и/или второй подачи выполняется в таком случае, только если после уменьшения первой и/или второй подачи можно обеспечить требуемое/желательное/запрашиваемое общее каталитическое действие для системы очистки выхлопных газов. Это гарантирует, что из системы очистки выхлопных газов выбрасывается требуемое/желательное/запрашиваемое количество/уровень оксидов азота NO. Каталитическое действие в контексте настоящей заявки означает действие, эквивалентное степени конверсии, например, оксидов азота NO. В таком случае, требуемое каталитическое действие может зависеть от текущих условий эксплуатации, измеренных, моделируемых и/или прогнозируемых на основании информации об участке дороги впереди, в отношении двигателя внутреннего сгорания, потока выхлопных газов и/или системы очистки выхлопных газов. Таким образом, остатки оксидов азота и/или добавки можно удалять безопасным и управляемым образом.
x
Требуемые эффект/восстановление/каталитическое действие, упоминаемые в настоящем документе, могут относиться к максимально допустимому выбросу оксидов азота NO, который может базироваться, например, на требованиях к выбросам в стандарте Евро-VI на выбросы или в других существующих и/или будущих стандартах на выбросы.
При применении данного варианта осуществления, например, может допускаться увеличенная подача добавки, поскольку потенциальные отложения/остатки могут естественным образом выжигаться, и при этом система очистки выхлопных газов в целом удовлетворяет требованиям к выбросам. Отдельные первое и второе устройства каталитического восстановления не требуется настраивать на работу, по отдельности и во всех рабочих условиях, с остановкой одного из дозирующих устройств, поскольку интеллектуальное управление подачей добавки выполняет уменьшение только тогда, когда еще обеспечивается приемлемая эффективность системы очистки выхлопных газов.
Как описано выше, по меньшей мере, одно будущее условие эксплуатации является оцененным 210 для системы очистки выхлопных газов на основании представления участка дороги впереди транспортного средства 100. Данное представление содержит информацию об участке дороги впереди, например, относящуюся к топографии, кривизне, дорожной обстановке, интенсивности движения, дорожным работам, состоянию дороги и/или ограничению скорости движения для участка дороги. Информация, относящаяся к участку дороги впереди может также содержать информацию о погоде на участке дороги, например, информацию о ветре, температуре и/или дожде/снеге. Оценка 210 может выполняться, например, в разное время, например, через каждую секунду и по участку дороги с предварительно заданной длиной/ интервалом. Таким образом, способ в соответствии с настоящим изобретение может выполнять управление первой и/или второй подачей добавки на основании текущих значений таким образом, что можно обеспечить очень точное управление подачей.
Информацию об участке дороге впереди, на которой базируется оценка, можно получать, например, с информацией о местоположении, например, информацией GPS (глобальная информационная система определения местоположения), информацией, получаемой от одного или более из GNSS (глобальная навигационная спутниковая система), спутниковых систем навигации GLONASS, Galileo и Compass или информацией, получаемой из относительной системы определения местоположения, использующей оптические датчики, картографическую информацию и/или топографическую информацию, метеосводки, информацию обмена между разными транспортными средствами и информацию передаваемую методом беспроводной связи, например, по радио. Информация о транспортных средствах впереди также может содержаться в знании об участке дороги впереди, и поэтому для определения информации об участке дороги впереди и местоположении собственного транспортного средства можно также использовать радары и/или камеры.
Оценка 210 будущих условий эксплуатации может, в соответствии с различными нижеописанными вариантами осуществления, содержать оценки одного или более условий эксплуатации системы очистки выхлопных газов, относящиеся к таким параметрам, как, например, температура, степень конверсии, массовый расход, накопление сажи, степень охвата добавки, остатки добавки и уровень диоксида углерода в потоке выхлопных газов/системе очистки выхлопных газов, а также относящиеся к производимой мощности двигателя. Тогда управление первой и/или второй подачей добавки можно быть основано на упомянутых оцениваемых условиях эксплуатации, чтобы оптимизировать введение добавки в поток выхлопных газов.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна будущая температура для первого устройства каталитического восстановления и/или второго устройства каталитического восстановления оценивается для участка дороги впереди.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна будущая степень конверсии добавки для первого устройства каталитического восстановления и/или второго устройства каталитического восстановления оценивается для участка дороги впереди.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один будущий массовый расход потока выхлопных газов через систему очистки выхлопных газов оценивается для участка дороги впереди.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одно будущее накопление сажи в сажевом фильтре DPF/cDPF, расположенном ниже по потоку от первого устройства каталитического восстановления в системе очистки выхлопных газов, также оценивается для участка дороги впереди. Обычно, сажа в сажевом фильтре DPF/cDPF накапливается с течением времени, при этом такое время является часто относительно длительным. В определенных условиях эксплуатации, тем не менее, сажа может накапливаться быстрее, то есть, время накопления является относительно коротким.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, первое устройство каталитического восстановления содержит каталитический фильтр SCRF, при этом каталитический фильтр SCRF содержит, по меньшей мере, частично каталитическое покрытие с восстановительными характеристиками. В данном случае, по меньшей мере, одно будущее накопление серы в каталитическом фильтре SCRF оценивается для участка дороги впереди. Сера в каталитическом фильтре SCRF также накапливается с течением времени, и поэтому длительность такого накопления может зависеть от текущих условий эксплуатации.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одна будущая степень охвата добавки для первого устройства каталитического восстановления и/или второго устройства каталитического восстановления оценивается для участка дороги впереди.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один будущий остаток добавки для первого устройства каталитического восстановления и/или второго устройства каталитического восстановления оценивается для участка дороги впереди.
2_1
x_1
est
2_1
x_1
2_1
x_1
2_1
x_1
est
2_1
x_1
est
2
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, первому восстановлению 230 предшествует первое окисление соединений, содержащих одно или более из азота, углерода и водорода, в потоке выхлопных газов. В данном случае, по меньшей мере, одно будущее значение (NO/NO) оценивается для отношения между первым количеством диоксида азота NO и первым количеством оксидов азота NO, достигающих первое устройство каталитического восстановления для участка дороги впереди. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, управление первой подачей 220 первой добавки выполняется также на основании будущего распределения доли между диоксидом азота и оксидами азота NO/NO, то есть, например, на основании оцениваемого значения (NO/NO) для этого первого соотношения. В данном случае управление первой подачей 220 первой добавки может выполняться на основании оцениваемого значения (NO/NO) для первого соотношения таким образом, чтобы восстановление в первом и/или втором устройствах каталитического восстановления происходило в максимально высокой возможной степени по путям реакций как через оксид азота NO, так и через диоксид азота NO.
2_2
x_2
est
2_2
x_2
x_2
2_2
x_2
2_2
x_2
2_2
x_2
est
2_2
x_2
2_2
x_2
est
2_2
x_2
x_2
x_1
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, второму восстановлению 250 предшествует второе окисление соединений, содержащих одно или более из азота углерода и водорода в потоке выхлопных газов. В данном случае оценивается, по меньшей мере, одно будущее значение (NO/NO) для соотношения между вторым количеством диоксида азота NO и вторым количеством оксидов азота NO, достигающих второго устройство каталитического восстановления для участка дороги впереди. Второе количество оксидов азота NO, достигающих устройство каталитического восстановления может, в соответствии с одним вариантом осуществления, соответствовать второму соотношению NO/NO между вторым количеством диоксида азота NO и вторым количеством оксидов азота NO, достигающих устройство каталитического восстановления. Значение (NO/NO) в данном случае можно оценивать для данного второго соотношения NO/NO, например, на основании информации об участке дороги впереди. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, управление первой подачей 220 первой добавки выполняется также на основании упомянутого оцененного значения (NO/NO). При этом, такое активное управление первой подачей 220 можно обеспечить снижением значения NO/NO для данного второго соотношения, поскольку второе количество оксидов азота NO, достигающих второго устройства, увеличивается. Это может быть достигнуто реализацией активного управления первой подачей таким образом, чтобы первая подача уменьшалась, при этом первое восстановление первого количества оксидов азота NO в каталитическом фильтре уменьшается.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения оценивается, по меньшей мере, одна будущая производимая мощность для двигателя внутреннего сгорания, при этом будущие условия эксплуатации оцениваются по данной оцениваемой производимой мощности на участке дороги впереди.
Таким образом, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения, способ содержит первое и/или второе окисление соединений, содержащих одно или более из азота, углерода и водорода, в потоке выхлопных газов. Первое окисление может выполняться при помощи первого катализатора окисления, расположенного выше по потоку от первого дозирующего устройства. Второе окисление может, в соответствии с одним вариантом осуществления, выполняться вторым катализатором окисления, расположенным ниже по потоку от каталитического фильтра. Второе окисление может также, в соответствии с другим вариантом осуществления, выполняться, по меньшей мере, частично каталитическим покрытием, которое содержится в каталитическом фильтре, при этом каталитическое покрытие тогда имеет также окислительные характеристики, кроме восстановительных характеристик.
Первый катализатор окисления и/или второй катализатор окисления могут генерировать тепло для компонентов, установленных ниже по потоку в системе очистки выхлопных газов, например, для фильтра и/или для устройства каталитического восстановления.
x
x
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, управление двигателем внутреннего сгорания выполняется с возможностью генерации тепла заранее, которое может использоваться для нагревания, по меньшей мере, одного из первого катализатора окисления и первого устройства каталитического восстановления. Таким образом, первое устройство каталитического восстановления может достигать требуемой предварительно заданной производительности для будущей конверсии оксидов азота NO, поскольку конверсия оксидов азота NO зависит от температуры.
В соответствии с разными вариантами осуществления настоящего изобретения, управление 220 первой подачей первой добавки может выполняться также на основании одной или нескольких характеристик и/или условий эксплуатации для одного или более из первого и второго устройств каталитического восстановления.
Аналогично, управление 240 второй подачей второй добавки может выполняться также на основании одной или более характеристик и/или условий эксплуатации для одного или более из первого и второго устройств каталитического восстановления.
Упомянутые характеристики устройств каталитического восстановления могут относиться к каталитическим восстановительным характеристикам первого и/или второго устройств каталитического восстановления, типу катализатора для первого и/или второго устройств каталитического восстановления, температурному диапазону, в пределах которого активны первое и/или второе устройства каталитического восстановления, и/или охвату аммиаком для первого и/или второго устройств каталитического восстановления.
Вышеупомянутые условия эксплуатации соответствующих устройств каталитического восстановления могут иметь отношение к температуре устройства каталитического восстановления и/или тенденции изменения температуры устройства каталитического восстановления.
2_1
x_1
2_1
x_1
x_1
x_1
2_1
x_1
2_1
x_1
est
x_1
2_1
x_1
est
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, при необходимости, выполняется регулирование первого соотношения NO/NO между первым количеством диоксида азота NO и первым количеством оксидов азота NO, достигающих первого катализатора восстановления, поскольку активное управление данным первым количеством оксидов азота NO выполняется с помощью показателей двигателя и/или сгорания. Соответственно, в данном случае, на первое количество оксидов азота NO влияют активным управлением двигателем внутреннего сгорания, чтобы сообщить первому соотношению NO/NO подходящее значение, например, на основании оцениваемого будущего значения (NO/NO) для данного первого соотношения. При этом, двигателем внутреннего сгорания можно управлять таким образом, чтобы изменять выбрасываемое им количество оксидов азота NO, если оцениваемое значение (NO/NO) для этого соотношения является неоптимальным. Значение, которое считается оптимальным, зависит от цели активного управления параметрами сгорания. Такой целью может быть обеспечение эффективного окисления сажи в каталитическом фильтре. Другой целью может быть обеспечение эффективного восстановления оксидов азота в каталитическом фильтре.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что способ очистки потока выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением можно также реализовать в компьютерной программе, которая, при выполнении в компьютере, будет предписывать компьютеру задание выполнять способ. Компьютерная программа обычно состоит из части компьютерного программного продукта 403, при этом компьютерный программный продукт содержит подходящий энергонезависимый/долговременный/постоянный/долговечный носитель цифровых данных, на котором хранится компьютерная программа. Упомянутый энергонезависимый/долговременный/постоянный/долговечный компьютерно-читаемый носитель состоит из подходящей памяти, например: ROM (постоянной памяти), PROM (программируемой постоянной памяти), EPROM (стираемой PROM), флэш-памяти, EEPROM (электрически стираемой PROM), накопителя на жестком диске и т.п.
Фигура 4 схематически представляет устройство 400 управления. Устройство 400 управления содержит вычислительное устройство 401, которое может состоять, по существу, из процессора или микрокомпьютера подходящего типа, например, схемы для цифровой обработки сигналов (цифрового сигнального процессора, DSP) или схемы с предварительно заданной конкретной функцией (специализированной для приложения интегральной схемы, ASIC). Вычислительное устройство 401 соединено с блоком 402 памяти, установленным в устройстве 400 управления, снабжающим вычислительное устройство 401, например, хранящимся программным кодом и/или хранящимися данными, которые требуются вычислительному устройству 401, чтобы иметь возможность выполнять вычисления. Вычислительное устройство 401 настроено также на сохранение промежуточных или конечных результатов вычислений в запоминающем устройстве 402.
Устройство 400 управления дополнительно оборудовано устройствами 411, 412, 413, 414 для приема и передачи входных и выходных сигналов, соответственно. Упомянутые входные и выходные сигналы могут содержать формы волны, импульсы или другие характерные элементы, которые могут обнаруживаться как информация посредством устройств 411, 413 для приема входных сигналов и могут преобразовываться в сигналы, которые могут обрабатываться вычислительным устройством 401. Затем, упомянутые сигналы подаются в вычислительное устройство 401. Устройства 412, 414 для передачи выходных сигналов выполнены с возможностью преобразования результата вычислений из вычислительного устройства 401 в выходные сигналы для передачи в другие части системы управления транспортным средством и/или компонент(ы), для которых предназначены сигналы, например, в первое и/или второе дозирующие устройства.
Каждое из соединений с устройствами для приема и передачи входных и выходных сигналов может состоять из одного или нескольких из кабеля; шины данных, например, шины CAN (локальной сети контроллеров), шины MOST (передачи данных мультимедийных систем) или шины любой другой конфигурации; или из беспроводного соединения.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что вышеупомянутый компьютер может состоять из вычислительного устройства 401, и что вышеупомянутая память может состоять из запоминающего устройства 402.
В общем, системы управления в современных транспортных средствах состоят из системы коммуникационных шин, состоящей из одной или нескольких коммуникационных шин для соединения нескольких электронных устройств управления (ECU) или контроллеров и разных компонентов, расположенных на транспортном средстве. Данная система управления может содержать большое число устройств управления, и ответственность за выполнение конкретной функции может распределяться среди, по меньшей мере, более, чем одного устройства управления. Следовательно, транспортные средства показанного типа часто содержат значительно больше устройств управления, чем показано на фигуре 4, что хорошо известно специалисту в данной области техники.
Настоящее изобретение в представленном варианте осуществления реализовано в устройстве 400 управления. Однако, изобретение можно также полностью или частично реализовать в одном или нескольких других устройствах управления, существующих в транспортном средстве, или в устройстве управления, специально предназначенном для настоящего изобретения.
В данном случае и в настоящем документе устройства часто описываются как выполненные с возможностью выполнения этапов в способе в соответствии с настоящим изобретением. Это описание включает в себя также то, что блоки выполнены и/или настроены с возможностью выполнения приведенных этапов способа, например, упомянутые блоки могут соответствовать разным группам команд, например, в форме программного кода, который подается в процессор и используется им, когда соответствующий блок активен/применяется для исполнения соответствующих этапов способа.
x_1
Фигура 3 схематически представляет систему 350 очистки выхлопных газов в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, при этом упомянутая система связана с двигателем 301 внутреннего сгорания через выхлопной трубопровод 302. Выхлопные газы, образуемые при сгорании в двигателе 301, то есть, поток 303 выхлопных газов (обозначенный стрелками), направляются мимо первого дозирующего устройства 371, расположенного в системе 350 очистки выхлопных газов, чтобы обеспечить первую подачу 220 первой добавки в поток 303 выхлопных газов перед тем, как он достигает первое устройство каталитического восстановления 331. Первая добавка, подаваемая в поток 303 выхлопных газов во время первой подачи 220, используется при первом восстановлении 230 первого количества оксидов азота NO посредством первого устройства 331 каталитического восстановления.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, в связи с первым дозирующим устройством 371 могут располагаться первый катализатор гидролиза, который может состоять, по существу, из любого подходящего покрытия, вызывающего гидролиз, и/или первый смеситель. В таком случае, первый катализатор гидролиза и/или первый смеситель затем используются для повышения скорости разложения мочевины до аммиака и/или для смешения добавки с выбросами, и/или для испарения добавки.
Первое устройство 331 каталитического восстановления расположено ниже по потоку от первого дозирующего устройства 371 и может состоять из одного из:
1
- первого катализатора SCR селективного каталитического восстановления;
1
1
1
1
x
- первого катализатора SCR селективного каталитического восстановления, объединенного ниже по потоку с первым катализатором SC предотвращения проскока, при этом первый катализатор SC предотвращения проскока выполнен с возможностью окисления остатка добавки и/или содействия первому катализатору SCR селективного каталитического восстановления посредством дополнительного восстановления оксидов азота NO в потоке 303 выхлопных газов; и
1
1
1
1
x
- первого катализатора SCR селективного каталитического восстановления, сопровождаемым ниже по потоку отдельным первым катализатором SC предотвращения проскока, причем первый катализатор SC предотвращения проскока выполнен с возможностью окисления остатка добавки и/или содействия первому катализатору SCR селективного каталитического восстановления посредством дополнительного восстановления оксидов азота NO в потоке 303 выхлопных газов;
1
x
- первого катализатора SC предотвращения проскока, выполненного с возможностью окисления остатка добавки и/или выполнения восстановления оксидов азота NO в упомянутом потоке 303 выхлопных газов; и
x_1
- каталитического фильтра SCRF, который состоит из сажевого фильтра, содержащего, по меньшей мере, частично каталитическое покрытие с восстановительными характеристиками, который предназначен для улавливания и окисления частиц сажи и для выполнения первого восстановления 230 первого количества оксидов азота NO, достигающих каталитического фильтра 320.
Система 350 очистки выхлопных газов содержит также второе дозирующее устройство 372, расположенное ниже по потоку от первого устройства 331 каталитического восстановления, то есть, выше по потоку от второго устройства 332 каталитического восстановления, чтобы обеспечивать вторую подачу 240 второй добавки в поток 303 выхлопных газов. Вторая добавка, которая подается в поток выхлопных газов посредством второго дозирующего устройства 372, используется во время второго восстановления 250 во втором устройстве 332 каталитического восстановления.
Второе устройство 332 каталитического восстановления содержит одно из
2
- второго катализатора SCR селективного каталитического восстановления;
2
2
2
2
x
- второго каталитического нейтрализатора SCR избирательного каталитического восстановления, объединенного ниже по потоку со вторым катализатором SC предотвращения проскока, при этом второй катализатор SC предотвращения проскока выполнен с возможностью окисления остатка добавки и/или содействия второму катализатору SCR селективного каталитического восстановления с дополнительным восстановлением оксидов азота NO в потоке 303 выхлопных газов;
2
2
2
2
x
- второго катализатора SCR селективного каталитического восстановления, сопровождаемым ниже по потоку вторым катализатором SC предотвращения проскока, причем второй катализатор SC предотвращения проскока выполнен с возможностью окисления остатка добавки и/или содействия второму катализатору SCR селективного каталитического восстановления с дополнительным восстановлением оксидов азота NO в потоке 303 выхлопных газов; и
2
x
- второго катализатора SC предотвращения проскока, выполненного с возможностью окисления остатка добавки и/или выполнения восстановления оксидов азота NO в упомянутом потоке 303 выхлопных газов.
Система 350 очистки выхлопных газов может, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, содержать сажевый фильтр DPF 320, расположенный ниже по потоку от первого устройства 331 каталитического восстановления и выше по потоку от второго устройства 332 каталитического восстановления, чтобы улавливать и окислять частицы сажи.
x
Система 350 очистки выхлопных газов, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, может также содержать сажевый фильтр cDPF 320, по меньшей мере, частично содержащий каталитически окисляющее покрытие, который расположен ниже по потоку от первого устройства 331 каталитического восстановления и выше по потоку от второго устройства 332 каталитического восстановления, и который выполнен с возможностью улавливания и окисления частиц сажи и окисления одного или более из оксидов азота NO и неполностью окисленных соединений углерода.
Можно заметить, что, когда первое устройство 331 каталитического восстановления в соответствии с вариантом осуществления, описанным выше, содержит каталитический фильтр, то, в соответствии с одним вариантом осуществления, в системе 350 очистки выхлопных газов не требуется устанавливать никакого дополнительного сажевого фильтра DPF/cDPF 320, поскольку каталитический фильтр SCRF в данном случае улавливает и окисляет частицы сажи.
В соответствии с одним вариантом осуществления, система 350 очистки выхлопных газов содержит также первый катализатор 311 окисления, расположенный выше по потоку от первого дозирующего устройства 371, чтобы окислять соединения, содержащие что-то одно или более из азота, углерода и водорода, в потоке 303 выхлопных газов.
x
В соответствии с одним вариантом осуществления, система 350 очистки выхлопных газов содержит также второй катализатор 312 окисления, который расположен выше по потоку от второго дозирующего устройства 372, чтобы окислять один или более из оксидов азота NO и неполностью окисленных соединений углерода в потоке 303 выхлопных газов. Второй катализатор 312 окисления преимущественно используется в системе очистки выхлопных газов, когда фильтр 320 является сажевым фильтром DPF без покрытия.
Первый катализатор 311 окисления и/или второй катализатор 312 окисления, по меньшей мере, частично покрыт каталитически окисляющим покрытием, при этом данное окисляющее покрытие может содержать, по меньшей мере, один драгоценный металл, например, платину.
Можно отметить, что, когда сажевый фильтр 320, по меньшей мере, частично покрыт каталитическим окисляющим покрытием cDPF, в соответствии с одним вариантом осуществления, то в системе 350 очистки выхлопных газов не требуется устанавливать никакого второго катализатора 312 окисления.
x_1
Система 350 очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением содержит также устройство 380 управления, выполненное с возможностью оценки 210, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации для системы 350 очистки выхлопных газов на основании представления участка дороги впереди транспортного средства 100, как описано выше. Устройство 380 управления выполнено также с возможностью управления первой подачей 220 первой добавки на основании оцененного, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации таким образом, чтобы первое устройство 331 каталитического восстановления подвергалось воздействию субстехиометрических условий в течение некоторого времени в по отношению к первой добавке и первому количеству оксидов азота NO, как описано выше. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, устройство управления может быть выполнено также с возможностью управления второй подачей 240 на основании оцененного, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации, вследствие чего можно обеспечить требуемое общее каталитическое действие первого и второго устройств каталитического восстановления.
Устройство 380 управления настроено на оценку 210, по меньшей мере, одного будущего условия эксплуатации для системы очистки выхлопных газов на основании представления участка дороги впереди транспортного средства 100. Данное представление содержит информацию, относящуюся к участку дороги впереди, например, относящейся к топографии, кривизне, дорожной обстановке, интенсивности движения, дорожным работам, состоянию дороги, погодным условиям и/или ограничению скорости движения для участка дороги.
Информация об участке дороги впереди, на которой базируется оценка, может быть получена вместе с информацией о местоположении или информацией, получаемой из относительной системы определения положения, использующей оптические датчики, картографическую информацию и/или топографическую информацию, метеосводки, информацию обмена между разными транспортными средствами и информацию передаваемую методом беспроводной связи, например, по радио. Информация об транспортных средствах впереди также может содержаться в знании об участке дороги впереди, и поэтому, например, для определения информации об участке дороги впереди и положении собственного транспортного средства можно также использовать радары и/или камеры.
Оценка 210 будущих условий эксплуатации может, в соответствии с различными описанными выше вариантами осуществления, содержать оценки одного или более условий эксплуатации системы очистки выхлопных газов, относящиеся к таким параметрам, как, например, температура, степень конверсии, массовый расход, накопление сажи, степень охвата добавкой, остатки добавки и уровень диоксида углерода в потоке выхлопных газов/системе очистки выхлопных газов, а также относящиеся к производимой мощности двигателя. Тогда управление первой и/или второй подачей добавки можно выполнять на основании упомянутых оцениваемых условий эксплуатации, чтобы оптимизировать введение добавки в поток выхлопных газов.
x
x
Устройство 380 управления, как описано выше, настроено на управление первой подачей 220 первой добавки таким образом, чтобы первое устройство 331 каталитического восстановления подвергалось воздействию субстехиометрических условий, за исключением некоторых ограниченных по времени специальных условий эксплуатации двигателя 301 внутреннего сгорания. Это означает, что, при нормальной эксплуатации транспортного средства/двигателя внутреннего сгорания, окислению частиц сажи в фильтре можно отдавать более высокий приоритет, чем первому восстановлению 230 оксидов азота NO, когда применяется система очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, поскольку в системе имеется дополнительная возможность восстановления оксидов азота NO, в форме второго устройства каталитического восстановления ниже по потоку от первого устройства каталитического восстановления.
Система 350 очистки выхлопных газов содержит также, в соответствии с одним вариантом осуществления, по меньшей мере, одно устройство 374 управления дозированием, выполненное с возможностью управления, по меньшей мере, одной из первой подачи 220 и второй подачи 240.
Другими словами, устройство 374 управления дозированием управляет одним или несколькими из первого дозирующего устройства 371 и второго дозирующего устройства 372 и/или насосами или аналогичными устройствами, которые снабжают добавкой упомянутые дозирующие устройства 371, 372. В соответствии с одним вариантом осуществления, управление упомянутым дозированием выполняется таким образом, чтобы посредством первого дозирующего устройства 371 подавалось достаточное количество добавки в поток выхлопных газов, чтобы обеспечивать активное управление первым восстановлением 230 в первом восстановительном каталитическом устройстве.
2
2
Посредством применения системы 350 очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, активное управление уровнем диоксида азота NO можно использовать для повышения или снижения уровня диоксида азота NO в таких условиях вождения, для которых это необходимо. Таким образом, возможно создание системы очистки выхлопных газов, которая требует меньше драгоценного металла и, соответственно, дешевле в изготовлении.
2
При применении управления в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивается нейтральный к расходу топлива метод повышения скорости реакций восстановления в системе очистки выхлопных газов, поскольку управление можно выполнять таким образом, чтобы как можно большая доля восстановления происходила по путям реакций как через оксид азота NO, так и через диоксид азота NO.
x
2
x
2
2
x
2
x
x
2
x
-1
-1
-1
Посредством активного управления уровнем оксидов азота NO, достигающих субстрата с окисляющим покрытием, который может содержаться, например, в первом катализаторе DOC окисления, во втором катализаторе DOC окисления и/или в cDPF, можно обеспечивать регулирование фракции диоксида азота NO, достигающего второго катализатора селективного каталитического восстановления, расположенного ниже по потоку. Это означает, что второй катализатор селективного каталитического восстановления обеспечивает обращение, которое является более предсказуемым. Например, увеличение количества оксидов азота NO, производимых двигателем, может быть желательно в таких случаях, когда ожидается, что существует риск превышения фракцией диоксида азота NO максимального желательного значения. В качестве примера, на фигуре 5 показан эффект, получаемый для фракции диоксида азота NO при повышении уровня оксидов азота NO от низкого значения, например, 300 млн, до более высокого значения, например, 1400 млн. Как показано на фигуре, значение для соотношения NO/NO на DOC и/или DPF снижается от приблизительно 70% до уровня между 50% и 60%, когда уровень оксидов азота NO повышается от 300 до 1400 млн. Данное снижение значения соотношения NO/NO заметно улучшает условия для «быстрого SCR».
x
2
x
Нагрузка на первое и/или второе устройства повышается в результате повышения уровня оксидов азота NO. Поскольку повышение происходит, главным образом, приблизительно, при температуре выхлопных газов около 260-340°C, при которой существует риск, что, по меньшей мере, один окисляющий субстрат производит NO/NO>50%, то первое 331 и/или второе 332 устройства каталитического восстановления будут иметь достаточные условия, чтобы справиться с упомянутой нагрузкой. При упомянутых температурах, то есть, при 260-340°C, первое 331 и/или второе 332 устройства каталитического восстановления, в зависимости от соответствующих спецификаций, будут иметь достаточно высокую производительность. Кроме того, при данных температурах существуют достаточно хорошие условия для испарения восстановителя.
3
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, первая и/или вторая добавки содержат аммиак NH или мочевину, из которой может образовываться/формироваться/высвобождаться аммиак. Упомянутая добавка может состоять, например, из материала AdBlue. Первая и вторая добавки могут быть одинакового типа или могут быть разного типа.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, система 350 очистки выхлопных газов содержит систему 370 для подачи добавки, которая содержит, по меньшей мере, один насос 373, выполненный с возможностью подачи добавки, то есть, например, аммиака или мочевины, в первое 371 и второе 372 дозирующие устройства.
Один пример такой системы 370 для подачи добавки схематически показан на фигуре 3, при этом система содержит первое дозирующее устройство 371 и второе дозирующее устройство 372, которые расположены выше по потоку от первого устройства 331 и выше по потоку от второго устройства 332, соответственно. Первое и второе дозирующие устройства 371, 372, часто состоящие из дозирующих форсунок, вводящих добавку в поток 303 выхлопных газов и смешивающих с ним данную добавку, снабжаются добавкой с помощью, по меньшей мере, одного насоса 373 по трубопроводам 375 для добавки. По меньшей мере, один насос 373 получает добавку из одного или нескольких баков 376 для добавки по одному или нескольким трубопроводам 377 между баком/баками 376 и, по меньшей мере, одним насосом 373. Следует понимать, что добавка может быть в жидкой форме и/или газообразной форме. Когда добавка имеет жидкую форму, насос 373 является насосом для жидкости, и один или несколько баков 376 являются баками для жидкостей. Когда добавка имеет газообразную форму, насос 373 является насосом для газа, и один или несколько баков 376 являются баками для газа. Если используются как газообразные, так и жидкие добавки, то подготавливается несколько баков и насосов, при этом, по меньшей мере, один бак и один насос предназначены для подачи жидкой добавки, и, по меньшей мере, один бак и один насос предназначены для подачи газообразной добавки.
4
3
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, один насос 373 содержит общий насос, который подает первую и вторую добавки, соответственно, как в первое 371, так и во второе 372 дозирующие устройства, соответственно. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, один насос содержит первый и второй насосы, которые подают первую и вторую добавки, соответственно, в первое 371 и второе 372 дозирующие устройства, соответственно. Конкретное действие системы 370 для подачи добавки хорошо описано в способах предшествующего уровня техники, и поэтому, в настоящей заявке не излагаются какие-либо дополнительные детали конкретного способа впрыскивания добавки. В общем, однако, температура в точке впрыскивания/катализаторе SCR должна быть выше нижней пороговой температуры, чтобы исключить осаждения и образование нежелательных побочных продуктов, например, нитрата аммония NHNO. Пример значения такой нижней пороговой температуры может быть, приблизительно, 180°C. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, система 370 для подачи добавки содержит устройство 374 управления дозированием, выполненное с возможностью управления, по меньшей мере, одним насосом 373 таким образом, чтобы добавка подавалась в поток выхлопных газов. Устройство 374 управления дозированием содержит, в соответствии с одним вариантом осуществления, первое устройство 378 управления насосом, выполненное с возможностью управления, по меньшей мере, одним насосом 373 таким образом, чтобы первая доза первой добавки подавалась в поток 303 выхлопных газов посредством первого дозирующего устройства 371. Устройство 374 управления дозированием содержит также второе устройство 379 управления насосом, выполненное с возможностью управления, по меньшей мере, одним насосом 373 таким образом, чтобы вторая доза второй добавки подавалась в поток 303 выхлопных газов посредством второго дозирующего устройства 372.
Первая и вторая добавки обычно состоят из добавки одинакового типа, например, мочевины. Однако, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, первая добавка и вторая добавка могут быть разного типа, например, мочевиной и аммиаком, что означает, что дозирование в каждое из первого 331 и второго 332 устройств и, соответственно, также действие каждого из первого 331 и второго 332 устройств также можно оптимизировать применительно к типу добавки. Если используют добавки разного типа, то бак 376 содержит несколько вспомогательных баков, которые содержат добавки разных соответствующих типов. Для подачи добавок разного типа в первое дозирующее устройство 371 и второе дозирующее устройство 372 можно использовать один или несколько насосов 373. Как упоминалось выше, один или несколько баков и один или несколько насосов приспособлены соответственно состоянию добавки, то есть, соответственно тому, является ли добавка газообразной или жидкой.
Таким образом, управление одним или несколькими насосами 373 выполняется устройством 374 управления дозированием, которое формирует управляющие сигналы для управления подачей добавки таким образом, чтобы в поток 303 выхлопных газов впрыскивалось требуемое количество с помощью первого 371 и второго 372 дозирующих устройств, соответственно, выше по потоку от первого 331 и второго 332 устройств каталитического восстановления, соответственно. В более подробном изложении, первое устройство 378 управления насосом выполнено с возможностью управления либо общим насосом, либо насосом, предназначенным для первого дозирующего устройства 371, таким образом, чтобы выполнялось управление первой дозой для подачи в поток 303 выхлопных газов посредством первого дозирующего устройства 371. Второе устройство 379 управления насосом выполнено с возможностью управления либо общим насосом, либо насосом, предназначенным для второго дозирующего устройства 372, таким образом, чтобы выполнялось управление второй дозой для подачи в поток 303 выхлопных газов посредством второго дозирующего устройства 372.
По меньшей мере, одно устройство 374 управления показано на фигуре, как содержащее отдельно обозначенные блоки 378, 379. Данные блоки 378, 379 могут быть последовательно отдельными, но механически осуществлены в одном и том же блоке, или они могут быть как последовательно, так и механически совместно расположенными/выполненными. Например, данные блоки 378, 379 могут соответствовать командам разных групп, например, в форме программного кода, который подается в процессор и используется им, когда соответствующий блок действует/применяется для исполнения соответствующих этапов способа.
x
2
Система 350 очистки выхлопных газов может быть также оборудована одним или несколькими датчиками, например, одним или несколькими датчиками NO, NO и/или температурными датчиками 361, 362, 363, 364, 365, расположенными, например, выше по потоку от катализатора 311 окисления, потенциально расположенного выше по потоку от первого устройства каталитического восстановления, на впуске в первое устройство 331 каталитического восстановления, на выпуске из первого устройства 331 каталитического восстановления, на впуске во второй катализатор 312 окисления и/или на выпуске из второго устройства 332 каталитического восстановления, для определения оксидов азота, диоксида азота и/или температур в системе очистки выхлопных газов. Следовательно, температурные датчики 361, 362, 363, 364, 365 могут располагаться выше по потоку и/или ниже по потоку от компонентов 311, 331, 320, 312, 332, показанных здесь в системе 350 очистки выхлопных газов. Температурные датчики также могут располагаться в/у/на одном или более из компонентов 311, 331, 320, 312, 332 в системе 350 очистки выхлопных газов.
Устройство 380 управления может быть выполнено с возможностью исполнения этапов способа, например, посредством выполнения команд в форме программного кода, который подается в процессор и используется им для исполнения соответствующих этапов способа.
x
2
Устройство 380 управления может быть выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов и/или сигналов, соответствующих результатам измерений, выполняемых одним или несколькими датчиками NO, NO и/или температурными датчиками 361, 362, 363, 364, 365, в, по меньшей мере, одно устройство 374 управления дозированием. Затем, по меньшей мере, одно устройство 374 управления дозированием выполняет управление подачей дозируемого вещества, соответственно, на основании упомянутых управляющих сигналов и/или сигналов измерения, так что обеспечивается вышеупомянутое активное управление.
x
2
Устройство 380 управления может быть также выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов и/или сигналов, соответствующих результатам измерений, выполняемых одним или несколькими датчиками NO, NO и/или температурными датчиками 361, 362, 363, 364 в двигатель 301 внутреннего сгорания и/или устройство управления двигателем. Двигатель 301 внутреннего сгорания и/или устройство управления двигателем затем выполняет управление двигателем, соответственно, на основании упомянутых управляющих сигналов и/или измерительных сигналов, так что вышеупомянутое активное управление первым эффектом обеспечивается посредством управления температурой и/или средой выхлопных газов.
Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть реализован в, по существу, всех системах очистки выхлопных газов, содержащих вышеописанное первое устройство 331 каталитического восстановления, вышеописанное второе устройство 332 каталитического восстановления и активное управление введением/подачей добавки. Каждое из первого 331 и второго 332 устройств каталитического восстановления могут располагаться несколькими способами и иметь несколько разных характеристик/функций.
3
x
3
x
3
В настоящем документе термин катализатор SCR селективного каталитического восстановления означает обычный катализатор SCR (селективное каталитическое восстановление). Катализаторы SCR используют добавку, часто, аммиак NH или композицию, из которой может образовываться/формироваться аммиак, которая используется для восстановления оксидов азота NO в выхлопных газах. Добавка впрыскивается в поток выхлопных газов, образующийся в двигателе внутреннего сгорания, выше по потоку от катализатора, как описано выше. Добавка, добавляемая к катализатору, адсорбируется (скапливается) в катализаторе в форме аммиака NH, так что между оксидами азота NO в выхлопных газах и аммиаком NH, доступным из добавки, может происходить окислительно-восстановительная реакция.
x
Катализатор SC предотвращения проскока в контексте настоящего документа означает катализатор, который выполнен с возможностью окисления добавки и/или содействия катализатору SCR селективного каталитического восстановления с восстановлением оксидов азота NO в упомянутом потоке 303 выхлопных газов.
x
x
x
x
x
Следовательно, катализатор SC предотвращения проскока является катализатором, который выполнен с возможностью окисления добавки в потоке выхлопных газов, и который выполнен с возможностью восстановления остатков оксидов азота NO в потоке выхлопных газов. В более подробном изложении, данный катализатор SC предотвращения проскока выполнен с возможностью, в первую очередь, восстановления оксидов азота NO и, во вторую очередь, окисления добавки. Другими словами, катализатор SC предотвращения проскока может обеспечить предотвращение проскока остатков как добавки, так и оксидов азота NO. Можно также описать как катализатор SC предотвращения проскока, являющийся расширенным катализатором ASC предотвращения проскока аммиака, который предназначен также для восстановления оксидов азота NO в потоке выхлопных газов, так что получается универсальный многофункциональный катализатор SC предотвращения проскока, обеспечивающий предотвращение проскока нескольких типов, что означает, что он обрабатывает как добавку, так и оксиды азота NO.
x
Для получения данных характеристик, то есть, для получения многофункционального катализатора предотвращения проскока, катализатор предотвращения проскока может в соответствии с одним вариантом осуществления содержать одно или несколько веществ, содержащихся в платиновых металлах (PGM - металлы платиновой группы), то есть, один или несколько из иридия, осмия, палладия, платины, родия и рутения. Катализатор предотвращения проскока может также содержать одно или несколько других веществ, которые придают катализатору предотвращения проскока такие же характеристики, как у металлов платиновой группы. Катализатор предотвращения проскока может также содержать покрытие, восстанавливающее NO, при этом покрытие может содержать, например, Cu- или Fe-содержащий цеолит или ванадий. В данном случае, цеолит может быть активирован активным металлом, например, медью (Cu) или железом (Fe).
2
5
3
2
Упомянутые каталитические характеристики для второго устройства 332 каталитического восстановления можно выбирать с учетом среды, в которой данное устройство находится под воздействием или будет находиться под воздействием. Кроме того, каталитические характеристики первого 331 и второго 332 устройств каталитического восстановления можно адаптировать так, чтобы упомянутые устройства работали в симбиозе друг с другом. Второе устройство 332 каталитического восстановления может также содержать один или несколько материалов, обеспечивающих каталитическую характеристику. Например, в катализаторе, содержащем VO/WO/TiO, можно использовать такие переходные металлы, как ванадий и/или вольфрам. Такие металлы, как железо и/или медь, также могут содержаться в первом 331 и/или втором 332 устройствах каталитического восстановления, например, в катализаторе на основе цеолита.
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, первое устройство каталитического восстановления содержит, таким образом, медь. В соответствии с вышеописанным вариантом осуществления настоящего изобретения, второе устройство каталитического восстановления содержит ванадий. Кроме того, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, перед первым устройством каталитического восстановления не находится никакого катализатора окисления, то есть, первое устройство каталитического восстановления составляет первый активный компонент в системе очистки выхлопных газов. Данные варианты осуществления имеют ряд преимуществ, в том числе, в отношении сульфатирования катализатора в системе очистки выхлопных газов.
x
x
2
2
Поскольку первое устройство каталитического восстановления содержит покрытие, содержащее цеолит, который активируется медью, то достигается привлекательная производительность, с пониженной рабочей температурой (light-off) катализатора, что означает, что первый катализатор восстановления не нуждается в предшествующем катализаторе окисления, расположенном выше по потоку. Поскольку первое устройство каталитического восстановления содержит медь, то в первом устройстве каталитического восстановления может произойти меньше сульфатирования, если выше по потоку от первого устройства каталитического восстановления отсутствует катализатор окисления. Это объясняется тем, что оксиды азота NO содержат, в основном, монооксид азота NO, и оксиды серы SO содержат, в основном, диоксид серы SO в данной конфигурации. Для данной конфигурации, среда выхлопных газов в первом устройстве каталитического восстановления может также означать, что температуру, необходимую для достижения десульфатирования первого устройства каталитического восстановления, можно выдерживать на относительно низком уровне. Кроме того, селективность первого катализатора восстановления в отношении закиси азота NO становится более благоприятной, то есть, ниже, в данной конфигурации без катализатора окисления, расположенного выше по потоку.
2
Поскольку второе устройство каталитического восстановления содержит ванадий, то второе устройство каталитического восстановления, по существу, не сталкивается с проблемами сульфатирования, независимо от того, происходит или нет окисление перед вторым устройством каталитического восстановления, например, посредством сажевого фильтра cDPF, размещенного выше по потоку, по меньшей мере, частично покрытого окисляющим покрытием, или посредством катализатора окисления, размещенного выше по потоку. Второй катализатор восстановления может также обеспечивать улучшение производительности, поскольку в потоке выхлопных газов присутствуют как оксиды азота NO, так и диоксид азота NO, и тогда можно применять, так называемый быстрый SCR.
Система в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнена с возможностью выполнения всех вариантов осуществления способа, описанных выше и в формуле изобретения, при этом система для соответствующего варианта осуществления обеспечивает вышеописанные преимущества для соответствующего варианта осуществления.
Специалисту в данной области техники будет также понятно, что вышеописанную систему можно модифицировать в соответствии с разными вариантами осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, изобретение относится к транспортному средству 100, например, грузовику или автобусу, содержащим, по меньшей мере, одну систему для очистки потока выхлопных газов.
Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления изобретения, а относится ко всем вариантам осуществления в пределах объема прилагаемых независимых пунктов формулы изобретения и содержит все упомянутые варианты осуществления.