СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОТОКА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу для очистки потока выхлопных газов согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение относится также к системе очистки выхлопа, предназначенной для очистки потока выхлопных газов ограничительной части пункта 38 формулы изобретения. Изобретение относится также к компьютерной программе и компьютерному программному продукту, которые исполняют способ по изобретению.

Уровень техники

Нижеследующее описание уровня техники изобретения составляет описание уровня техники настоящего изобретения и, следовательно, не обязательно должно представлять известный уровень техники.

В связи с повышенным интересом государственных органов к тому, что касается загрязнения и качества воздуха, в первую очередь, в городских зонах, во многих юрисдикциях были разработаны проекты стандартов и норм на выбросы, относящихся к выбросам двигателей внутреннего сгорания.

Такие стандарты на выбросы часто состоят из требований, определяющих допустимые пределы выбросов отработавших газов из двигателей внутреннего сгорания в составе, например, автотранспортных средств. Например, уровни выбросов оксидов азота NO_x, углеводородов C_xH_y, монооксида углерода CO и частиц PM (сажи) часто регулируются такими стандартами для большинства типов автотранспортных средств. Автотранспортные средства, оборудованные двигателями внутреннего сгорания, обычно, образуют упомянутые выбросы в различной степени. В настоящем документе изобретение будет описано, в основном, для применения в автотранспортных средствах. Однако, изобретения можно использовать, по существу, во всех областях применения, в которых служат двигатели внутреннего сгорания, например, на таких транспортных средствах, как суда или самолеты/вертолеты, где нормы и стандарты на такие применения ограничивают выбросы из двигателей внутреннего сгорания.

С целью соответствия упомянутым стандартам на выбросы, выхлопные газы, возникающие в результате процесса сгорания в двигателе внутреннего сгорания, подвергают обработке (очищают).

Распространенный способ очистки выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания состоит из процесса, так называемой, каталитической очистки, и поэтому автотранспортные средства, оборудованные двигателем внутреннего сгорания, обычно содержат, по меньшей мере, один каталитический нейтрализатор. Имеются каталитические нейтрализаторы разных типов, при этом разные соответствующие типы могут быть подходящими в зависимости от, например, принципа сгорания, стратегий сгорания и/или типов топлива, которые используются в автотранспортных средствах, и/или типов соединений в потоке выхлопных газов, подлежащих очистке. Что касается, по меньшей мере, нитрозных газов (монооксида азота, диоксида азота), называемых ниже оксидами азота NO_x, автотранспортные средства часто содержат каталитический нейтрализатор, при этом в поток выхлопных газов, возникающий вследствие сгорания в двигателе внутреннего сгорания, подается добавка для восстановления оксидов азота NO_x, главным образом, до газообразного азота и водяного пара.

Каталитические нейтрализаторы SCR (избирательного каталитического восстановления) являются каталитическими нейтрализаторами общеупотребительного типа для восстановления упомянутого типа, в основном, для грузовых автомобилей большой грузоподъемности. Каталитические нейтрализаторы SCR обычно используют аммиак NH₃ или композицию, из которой может образоваться/формироваться аммиак, в качестве добавки для снижения концентрации оксидов азота NO_x в выхлопных газах. Добавку впрыскивают в поток выхлопных газов, происходящий из двигателя внутреннего сгорания, перед каталитическим нейтрализатором. Добавка, вводимая в каталитический нейтрализатор, абсорбируется (накапливается) в каталитическом нейтрализаторе в форме аммиака NH₃, так что между оксидами азота NO_x в выхлопных газах и аммиаком NH₃, присутствующим в добавке, может протекать окислительно-восстановительная реакция.

Современный двигатель внутреннего сгорания является системой, в которой имеет место взаимодействие и взаимное влияние между двигателем и очисткой выхлопных газов. В частности, существует корреляция между способностью системы очистки выхлопных газов восстанавливать оксиды азота NO_x и эффективностью использования топлива двигателем внутреннего сгорания. Для двигателя внутреннего сгорания, между эффективностью использования топлива/общим КПД двигателя и оксидами азота NO_x, образуемыми двигателем, существует корреляция. Упомянутая корреляция означает, что для данной системы, между образуемыми оксидами азота NO_x и эффективностью использования топлива существует положительная корреляция, другими словами, от двигателя, которому разрешается выделять больше оксидов азота NO_x, можно добиться меньшего расхода топлива посредством, например, более оптимального выбора установки момента впрыска, что может дать более высокую полноту сгорания. Аналогично, между массой частиц PM и эффективностью использования топлива часто существует отрицательная корреляция, означающая, что увеличенный выброс массы частиц PM из двигателя связан с повышенным расходом топлива. Данная корреляция является предпосылкой широкого применения систем очистки выхлопных газов, содержащих каталитический нейтрализатор SCR, целью которых является оптимизация двигателя в отношении расхода топлива и выброса частиц в направлении образования сравнительно большего количества оксидов азота NO_x. Затем восстановление упомянутых оксидов азота NO_x выполняется в системе очистки выхлопных газов, которая поэтому может содержать каталитический нейтрализатор SCR. Благодаря интегрированному подходу при проектировании двигателя и системы очистки выхлопных газов, когда двигатель и очистка выхлопных газов дополняют друг друга, можно обеспечить высокую эффективность использования топлива совместно с низкими выбросами как частиц PM, так и оксидов азота NO_x.

Краткое описание изобретения

Эффективность очистки выхлопных газов можно до некоторой степени повысить увеличением объемов субстрата, содержащихся в системе очистки выхлопных газов. В частности, можно снизить потери, обусловленные неравномерным распределением потока выхлопных газов. Однако, увеличенные объемы субстрата непосредственно сказываются на стоимости изготовления и/или производства. Увеличенный объем субстрата приводит также к росту противодавления, что нейтрализует потенциальные выигрыши по расходу топлива вследствие 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 разброса систем очистки выхлопных газов по размеру и/или стоимости изготовления.

Известны также системы очистки выхлопных газов, содержащие каталитический сажевый фильтр SCRF, например, из заявки WO2014044318. Каталитический сажевый фильтр является фильтром, содержащим каталитическое покрытие, с такой характеристикой, что покрытие можно использовать для восстановления оксидов азота NO_x. Однако, данные системы очистки выхлопных газов известного уровня техники часто испытывают проблемы, связанные с недостаточным окислением сажи в каталитическом фильтре SCRF. Упомянутые проблемы обусловлены, по меньшей мере, частично, тем фактом, что реакции, составляющие восстановление оксидов азота NO_x, происходят быстрее, чем реакции, составляющие окисление сажи.

В общем, это означает, что сложно найти решение для достижения как оптимизированного расхода топлива, так 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 оптимизации действия систем очистки выхлопных газов.

Поэтому, одной целью настоящего изобретения является создание способа и системы, которые могут обеспечить оптимизацию действия современных систем 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 38 формулы изобретения и вышеупомянутых компьютерной программы и компьютерного программного продукта.

В соответствии с настоящим изобретением 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, в том числе, оксиды азота NO_x, включающие в себя, по меньшей мере, монооксид азота NO и диоксид азота NO₂.

Первое окисление соединений, содержащих одно или более из азота, углерода и азота, в потоке выхлопных газов, выполняется первым окислительным каталитическим нейтрализатором, расположенным в системе очистки выхлопных газов.

Управление первой подачей первой добавки в поток выхлопных газов выполняется с помощью первого дозирующего устройства, расположенного после первого окислительного каталитического нейтрализатора. Данное управление первой подачей выполняется с целью предотвращения накопления сажи с превышением порогового значения S_th сажи в каталитическом фильтре, расположенном после первого дозирующего устройства. Упомянутое пороговое значение S_th сажи зависит от, по меньшей мере, одного или более режимов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, которые влияют на уровень расхода упомянутого потока выхлопных газов.

Первое восстановление оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов выполняется с использованием восстановительных характеристик, по меньшей мере, частично каталитического покрытия, содержащегося в каталитическом фильтре, и с использованием подаваемой первой добавки.

С использованием каталитического фильтра, сажевые частицы в потоке выхлопных газов улавливаются и окисляются.

Управление второй подачей второй добавки в поток выхлопных газов выполняется с помощью второго дозирующего устройства, расположенного после каталитического фильтра.

Второе восстановление оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов выполняется после этого с использованием, по меньшей мере, одной из первой и второй добавок в восстановительном каталитическом устройстве, расположенном после второго дозирующего устройства.

Активное управление первым восстановлением может, в соответствии с разными вариантами осуществления настоящего изобретения, выполняться посредством активного управления первым впрыском первой добавки с помощью первого дозирующего устройства. Упомянутое активное управление первым впрыском первой добавки выполняется, в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, что в каталитическом фильтре может происходить достаточное окисление сажи с участием NO₂, что означает, что окислением сажи в каталитическом фильтре можно управлять.

Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением, первая подача первого дозируемого вещества выполняется с таким управлением, чтобы впрыскивалось относительно немного добавки, что означает, что не весь диоксид азота NO₂, присутствующий в потоке выхлопных газов расходуется при восстановлении оксидов азота NO_x в каталитическом фильтре. Другими словами, первая подача первой добавки выполняется с таким управлением, чтобы диоксид азота NO₂ обычно был доступен для окисления сажи в каталитическом фильтре. Таким образом, настоящее изобретение предлагает решение проблемы недостаточного пассивного окисления сажи с участием NO₂, испытываемой каталитическим фильтром.

Следует отметить, что использование первой подачи добавки и каталитического фильтра в комбинации со второй подачей второй добавки и восстановительным каталитическим устройством после каталитического фильтра в системе очистки выхлопных газов способствует данному неполному впрыску первой добавки. Двойная возможность восстановления оксидов азота в каталитическом фильтре, а также в восстановительном каталитическом устройстве влечет за собой то, что не весь диоксид азота NO₂ требуется удалять в каталитическом фильтре. Избыток диоксида азота NO₂ можно использовать после этого для окисления сажи, накапливаемой в каталитическом фильтре.

Таким образом, конфигурация системы очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением способствует, благодаря ее двойной возможности восстановления оксидов азота NO_x, улучшенному окислению сажи в каталитическом фильтре, поскольку можно обеспечить достаточное окисление сажи с участием NO₂.

Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, может выполняться активное управление средой выхлопных газов, содержащей, например, температуру для потока выхлопных газов на каталитическом фильтре. В данном случае, среда выхлопных газов может быть, например, окислительной, с достаточной доступностью воздуха, или среда может быть восстановительной, с ограниченной доступностью воздуха. Таким образом, впрыск топлива в двигатель может влиять на среду выхлопных газов.

В соответствии с разными вариантами осуществления настоящего изобретения, активное управление температурой можно выполнять регулировкой соотношения компонентов топливовоздушной смеси (значения лямбда) в двигателе внутреннего сгорания, при этом уменьшенный воздушный поток повышает температуру, и увеличенный воздушный поток снижает температуру. Например, соотношение компонентов топливовоздушной смеси можно изменять изменением режима сгорания двигателя.

Расходом воздуха через систему очистки выхлопных газов и, соответственно, также температурой данной системы можно также управлять посредством управления коробкой передач в автотранспортном средстве, поскольку использование разных шестерен дает, в результате, разные расходы воздуха через систему очистки выхлопных газов.

Настоящее изобретение обеспечивает, в соответствии с одним вариантом осуществления, управление соотношением NO₂/NO_x между количеством диоксида азота NO₂ и количеством оксидов азота NO_x. Таким образом, например, посредством активного управления можно устранить слишком высокие значения упомянутого соотношения, при этом, например, можно исключить NO₂/NO_x>50%, поскольку значение соотношения можно снижать путем активного управления. Значение соотношения NO₂/NO_x можно также повышать, когда значение является слишком низким, например, если NO₂/NO_x<50%.

Настоящее изобретение имеет преимущество также в том, что применены два взаимодействующих дозирующих устройства в комбинации с впрыском добавки/восстановителя, например, мочевины, перед каталитическим фильтром и восстановительными каталитическими устройствами, что облегчает и поддерживает смешение и возможное испарение добавки, поскольку впрыск добавки разделяется между двумя физически отдельными местами. Это снижает риск локального охлаждения добавкой системы очистки выхлопных газов, что может, теоретически, формировать отложения в местах, в которых впрыскивается добавка или позади таких мест по потоку.

Краткое описание чертежей

Изобретение подробно поясняется ниже, вместе с прилагаемыми чертежами, на которых сходные позиции применяются для сходных частей, и на которых:

Фиг. 1 - изображение примерного автотранспортного средства, которое может содержать настоящее изобретение;

Фиг. 2 - блок-схема последовательности операций способа очистки выхлопных газов в соответствии с изобретением;

Фиг. 3 - пример системы очистки выхлопных газов в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4 - устройство управления, в котором можно реализовать способ в соответствии с настоящим изобретением; и

Фиг. 5 - пример влияния повышенного уровня NO_x.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Фиг. 1 схематически изображает примерное автотранспортное 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 автотранспортным средством через устройство 115 управления. Аналогично, сцеплением 106 и коробкой 103 передач можно управлять посредством системы управления автотранспортным средством, с помощью одного или более применимых устройств управления (не показанных). Естественно, силовой агрегат автотранспортного средства может также относиться к другому типу, например, типу с обычной автоматической коробкой передач, или типу с гибридным силовым агрегатом и т.п.

Выходной вал 107 коробки 103 передач приводит колеса 113, 114 через главную передачу 108, например, обычный дифференциал и валы 104, 105 привода колес, соединенные с упомянутой главной передачей 108.

Автотранспортное 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 автотранспортным средством через устройство 160 управления, которое также может быть соединено с двигателем и/или с устройством 115 управления двигателем.

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_x. Как упоминалось выше, оксиды азота NO_x содержат монооксид азота NO и диоксид азота NO₂. Предлагаемый способ можно пояснить с помощью блок-схемы последовательности операций на фиг. 2.

На первом этапе 210 способа выполняется первое окисление соединений, содержащих одно или более из азота, углерода и водорода, в потоке выхлопных газов посредством первого окислительного каталитического нейтрализатора, расположенного в системе очистки выхлопных газов.

На втором этапе 220 способа определяется сигнал управления первой подачей первой добавки в поток выхлопных газов. Сигнал управления определяется с целью предотвращения накопления сажи выше порогового значения S_th сажи в каталитическом фильтре, расположенном после первого дозирующего устройства, которое подает первую добавку. Допустимое количество сажи, накапливаемое в каталитическом фильтре с течением времени, то есть, пороговое значение S_th сажи, зависит, по меньшей мере, от режимов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания в автотранспортном средстве, которые влияют на уровень расхода потока выхлопных газов через систему очистки выхлопных газов.

Из-за того, что управление выполняется с целью предотвращения накопления сажи сверх порогового значения S_th, в настоящем документе управление может содержать управление первой подачей в направлении к пороговому значению S_th сажи или управление первой подачей в направлении к интервалу около порогового значения S_th сажи.

Данные режимы эксплуатации могут, в соответствии с одним вариантом осуществления, состоят из текущих измеренных, моделируемых и/или прогнозируемых режимов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания. Прогнозируемые значения могут определяться на основании представления участка дороги впереди автотранспортного средства, при этом представление может базироваться, например, на информации о местоположении, например, информации GPS и картографических данных. Режимы эксплуатации, описанные в настоящем документе, и поэтому также поток и/или пороговое значение S_th сажи, можно усреднять в соответствии с одним вариантом осуществления. Например, можно использовать скользящее среднее, среднее в течение некоторого периода времени и работы некоторого типа или прогнозируемое на будущее среднее, определяемые для порогового значения S_th сажи, потока и/или режимов эксплуатации. Средние значения для порогового значения S_th сажи, потока и/или режимов эксплуатации можно также определять на основании, например, данных за прошлый период для отдельного автотранспортного средства, для типа автотранспортного средства и/или для типа эксплуатации.

На третьем этапе 230 способа упомянутая первая добавка подается в поток выхлопных газов посредством управления первым дозирующим устройством, расположенным после первого окислительного каталитического нейтрализатора, в соответствии с определяемым сигналов управления.

На четвертом этапе 240 способа выполняется первое восстановление, по меньшей мере, первого количества оксидов азота NO_{x_1} с использованием восстановительных характеристик на, по меньшей мере, частично каталитическое покрытие в каталитическом фильтре, расположенном после первого дозирующего устройства. Данный каталитический фильтр состоит из сажевого фильтра с, по меньшей мере, частично каталитическим покрытием с восстановительными характеристиками, которое обеспечивает каталитическую реакцию. Каталитический фильтр часто называется в настоящем описании фильтром SCRF.

Каталитический фильтр выполнен с возможностью улавливания и окисления частиц сажи на пятом этапе 250 способа и выполнения первого восстановления оксидов азота NO_x. Каталитическая реакция использует первую добавку и восстановительные характеристики, по меньшей мере, частично каталитического покрытия.

Таким образом, активное управление первой подачей 230 первой добавки в соответствии с настоящим изобретением дает, в результате, активное управление первым восстановлением 240 количеством оксидов азота NO_x, при этом упомянутое восстановление выполняется в каталитическом фильтре. Данное первое восстановление 240 количества оксидов азота NO_x может обеспечиваться посредством реагирования первой добавки с первым количеством оксидов азота NO_x на, по меньшей мере, частично каталитическом покрытии в каталитическом фильтре SCRF.

Данное первое восстановление 240 может также обеспечиваться посредством реагирования диоксида азота NO₂, который содержится в оксидах азота NO_x, с сажевыми частицами, при окислении сажевых частиц в каталитическом фильтре. Активное управление первой подачей 230 первой добавки основано в данном случае, по меньшей мере, на количестве сажи в каталитическом фильтре.

В качестве неограничивающего примера, управление в данном случае может выполняться таким образом, что впрыск первой добавки очень редко соответствует конверсии NO_x, превышающей значение для двукратного соотношения между фракцией диоксида азота NO₂ и фракцией оксидов азота NO_x, то есть, что доза первой добавки соответствует конверсии NO_x меньше, чем (NO₂/NO_x)×2. Если, например, NO₂/NO_x=30%, то управление дозированием первой добавки можно выполнять, чтобы соответствовать конверсии NO_x, меньшей, чем 60% (2×30%=60%), например, конверсии NO_x, равной приблизительно 50%, что будет гарантировать быструю скорость реакции по каталитическому фильтру 320 и остаток 5% диоксида азота NO₂ для окисления сажи с участием NO₂ посредством каталитического фильтра 320.

На шестом этапе 260 способа определяется сигнал управления второй подачей второй добавки в поток выхлопных газов.

На седьмом этапе 270 способа вторая добавка подается в поток выхлопных газов с помощью второго дозирующего устройства, расположенного после каталитического фильтра.

На восьмом этапе 280 способа выполняется второе восстановление оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов с использованием, по меньшей мере, одной из первой и второй добавок в восстановительном каталитическом устройстве, расположенном после второго дозирующего устройства.

Данное активное управление первым впрыском первой добавки выполняется, в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, что в каталитическом фильтре может происходить достаточное/необходимое окисление сажи с участием NO₂, что означает, что окислением сажи в каталитическом фильтре можно управлять. Этот можно также описать как выполнение данного активного управления первым впрыском первой добавки таким образом, что в каталитическом фильтре получается требуемое/желательное/запрашиваемое окисление сажи на основе диоксид азота NO₂. Другими словами, целью активного управления является возможность с ходом времени, то есть, вообще в течение интервала времени, окислять столько сажи, сколько производит двигатель внутреннего сгорания. Данная цель достигается посредством первой подачи первого дозируемого вещества таким образом, что впрыскивается относительно немного добавки, то есть, меньше добавки, чем требовалось бы для удаления всего диоксида азота NO₂ в фильтре. Следовательно, возможно достижение требуемого окисления сажи, и поэтому накопление сажи в фильтре можно контролировать, а также можно выдерживать ниже порогового значения S_th сажи, при наблюдении, по меньшей мере, в течение некоторого периода времени.

Для систем очистки выхлопных газов известного уровня техники, например, системы стандарта Евро-VI, выполнять такой недостаточный впрыск добавки было бы совершенно невозможно потому, что тогда невосстановленное количество диоксида азота выбрасывалось бы в атмосферу. Однако, в системе очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением такой недостаточный впрыск возможен потому, что вторая подача второй добавки выполняется и восстановительное каталитическое устройство расположено после каталитического фильтра в системе очистки выхлопных газов. Двойная возможность восстановления оксидов азота, частично в каталитическом фильтре и частично в восстановительном каталитическом устройстве, означает, что не весь диоксид азота NO₂ требуется удалять в каталитическом фильтре, если остаток диоксида азота NO₂ восстанавливается в восстановительном каталитическом нейтрализаторе, расположенном позади по потоку. Избыточный диоксид азота NO₂ в каталитическом фильтре можно затем использовать для окисления сажи, накопленной в каталитическом фильтре.

В двигателе внутреннего сгорания существуют несколько рабочих режимов, которые могут повлиять на уровень расхода потока выхлопных газов. Данные рабочие режимы могут содержать, например, крутящий момент, развиваемый двигателем внутреннего сгорания, мощность, снимаемая с двигателя внутреннего сгорания, и/или степень рециркуляции выхлопных газов (степень EGR) для двигателя внутреннего сгорания. Уровень расхода потока выхлопных газов может также зависеть от действия конфигурации газообмена, содержащей, например, турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT), используемый двигателем внутреннего сгорания. Уровень расхода потока выхлопных газов может зависеть также от действия устройства торможения дросселированием выхлопа, воздействующего на поток выхлопных газов, и/или входной заслонки/дроссельной заслонки, которые влияют на впуск воздуха в двигатель внутреннего сгорания. Уровень расхода потока выхлопных газов может зависеть также от состояния, содержащего состояние или статус обслуживания, например, степень забивания воздушного фильтра двигателя внутреннего сгорания.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, пороговое значение S_th сажи определяется на основании вышеприведенных одного или нескольких рабочих режимов, так как пороговому значению S_th сажи назначается меньшее значение при одном или нескольких рабочих режимах, приводящих к повышенному уровню расхода, и большее значение при одном или нескольких рабочих режимах, приводящих к сниженному уровню расхода. Например, в таком случае, пороговому значению Sth сажи будет назначаться меньшее значение для грузовика, перевозящего тяжелые грузы на большие расстояния с высокой скорость по автомагистралям, что приводит к высокому среднему значению расхода, чем назначалось бы для автотранспортного средства, например, мусоровоза, автобуса или развозного автомобиля, который характеризуется меньшим средним значением расхода при нормальной эксплуатации, например, вследствие многократных остановок.

Автотранспортные средства с меньшим средним значением расхода, обычно, менее чувствительны к влиянию противодавления фильтра на расход топлива, чем автотранспортные средства с высоким средним значением расхода, и поэтому для автотранспортных средств со сниженным средним значением расхода можно использовать более высокое пороговое значение S_th сажи. Это приводит также к увеличению числа степеней свободы для восстановления оксидов азота NO_x в системе очистки выхлопных газов автотранспортных средств, при сниженном среднем значении расхода. С другой стороны, автотранспортные средства с повышенным средним значением расхода чувствительны к воздействию противодавления фильтра на расход топлива, и, следовательно, пороговое значение S_th сажи соответственно устанавливается на сниженное значение для данных автотранспортных средств.

Уровень расхода, который может состоять, например, из вышеупомянутого среднего значения, часто связан с влиянием накопления сажи в фильтре на расход топлива двигателя внутреннего сгорания. Накопление сажи обычно влияет на расход топлива, при высоком уровне расхода, сильнее, чем при низком уровне расхода, при этом высокие и низкие значения могут состоять из вышеупомянутых средних значений.

Другими словами, пороговое значение S_th сажи может, в соответствии с одним вариантом осуществления, базироваться на массе автотранспортного средства, применении автотранспортного средства и/или вождении автотранспортного средства водителем, управляющим автотранспортным средством.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, определение порогового значения S_th сажи основано также на одном или нескольких режимах эксплуатации системы очистки выхлопных газов. Данные режимы эксплуатации могут содержать, например, состояние, например, кондицию или статус обслуживания, каталитического фильтра. Для, например, отработавшего, изношенного или, по меньшей мере, частично испорченного фильтра, например, фильтра с трещинами, можно установить сниженное пороговое значение S_th сажи, чтобы снизить риск поломки фильтра при регенерации. Аналогично, определение порогового значения S_th сажи может зависеть от состояния/кондиции/статуса обслуживания одного или нескольких компонентов, описанных в настоящей заявке, в системе очистки выхлопных газов. Тогда испорченное/изношенное состояние одного или нескольких компонентов может приводить к более низкому значению для порогового значения S_th сажи, чем приводило бы более качественное/свежее состояние, поскольку компоненты в испорченном/изношенном состоянии нельзя вынуждать работать так же напряженно.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, определение порогового значения S_th сажи должно выполняться таким образом, чтобы определение давало, в результате, пороговое значение S_th сажи, которое меньше/ниже, чем максимальный уровень физического заполнения каталитического фильтра. Это гарантирует, что фильтр не повреждается, например, при регенерации.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, один или несколько дополнительных режимов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания могут влиять на управление подачей добавки в системе очистки выхлопных газов. Соответственно, управление первой подачей и/или управление второй подачей могут зависеть от упомянутых одного или нескольких дополнительных режимов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания. Такой дополнительный режим эксплуатации может содержать тип топлива, на котором работает двигатель внутреннего сгорания, поскольку разные типы топлив, такие как дизельное топливо и биодизельное топливо приводят к выработке разных количеств сажи в двигателе внутреннего сгорания. В одном или нескольких дополнительных режимах эксплуатации может содержаться также режим работы, применяемый для двигателя внутреннего сгорания, например, используемая степень EGR, поскольку разные режимы работы, например, разные степени EGR, приводят к разным уровням сажи, выбрасываемой из двигателя внутреннего сгорания. Высота, т.е. высота над уровнем моря, при которой работает двигатель внутреннего сгорания, также может содержаться в одном или нескольких дополнительных режимах эксплуатации, поскольку высота может влиять на образование сажи в двигателе внутреннего сгорания. Посредством учета упомянутых одного или нескольких дополнительных режимов эксплуатации, учитывается также образование сажи в двигателе внутреннего сгорания при управлении, что имеет следствием улучшенную оптимизацию управления подачей добавки в системе очистки выхлопных газов

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, управление первой подачей и/или управление второй подачей основано также на общем восстановлении оксидов азота NO_x в системе очистки выхлопных газов. Это гарантирует, что системой очистки выхлопных газов обеспечивается требуемое восстановление оксидов азота NO_x, и поэтому можно удовлетворить, например, требования к выбросам стандартов на выбросы.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, пороговому значению S_th сажи придается величина, в результате которой управление 220 первой подачей 230 первой добавки приводит к наличию диоксида азота NO₂ в каталитическом фильтре, за исключением ограниченных по времени специальных режимов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания. Как упоминалось выше, диоксид азота NO₂ можно использовать для поддержки окисления сажевых частиц в каталитическом фильтре. Одним примером такого ограниченного по времени специального режима эксплуатации могут быть один или несколько переходных режимов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания и/или режимы эксплуатации, связанные с повышенной снимаемой мощностью и/или холодным пуском.

Таким образом, для фильтра может допускаться уменьшение диоксида азота NO₂ в каталитическом фильтре, например, в связи с ускорением, подъемом или подобным ограниченным по времени режимом эксплуатации. Аналогично, для фильтра может допускать уменьшение диоксида азота NO₂ в каталитическом фильтре в течение ограниченных периодов времени в связи с холодными пусками. Это можно также сформулировать в форме, что ограниченные по времени специальные режимы эксплуатации содержат режимы работы, при которых первому восстановлению 240 оксидов азота NO_x отдается более высокий приоритет, чем окислению сажевых частиц в фильтре. Однако, при нормальной эксплуатации автотранспортного средства/двигателя внутреннего сгорания, окислению сажевых частиц в фильтре можно отдавать более высокий приоритет, чем первому восстановлению 240 оксидов азота NO_x, когда применяется система очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, поскольку в системе имеется дополнительная возможность восстановления оксидов азота NO_x, в форме восстановительного каталитического устройства после каталитического фильтра. Следовательно, каталитический фильтр не всегда должен задавать приоритет первому восстановлению 240 оксидов азота NO_x, поскольку оксиды азота NO_x, проходящие через каталитический фильтр, могут восстанавливаться в восстановительном каталитическом устройстве, расположенном позади по потоку. Следовательно, данная конфигурация системы очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением дает каталитическому фильтру дополнительные степени свободы в отношении первого восстановления 240 оксидов азота NO_x, которые используются для достижения улучшенного окисления сажи в фильтре с течением времени.

В соответствии с одним вариантом осуществления, ограниченные по времени режимы эксплуатации, связанные с переходными режимами эксплуатации, повышенной снимаемой мощностью и/или холодным пуском, содержат период времени непосредственно перед тем, как происходят переходные режимы эксплуатации, съем повышенной мощности и/или холодный пуск, что означает, что впрыск добавки можно выполнять с упреждением, чтобы удовлетворить будущей потребности. В данном случае, будущую потребность можно соответственно спрогнозировать и/или оценить, например, посредством оценки с учетом информации об участке дороги впереди, например, с учетом информации GPS и картографических данных. Период времени непосредственно перед тем, как происходят переходные режимы эксплуатации, съем повышенной мощности и/или холодный пуск, может в данном случае иметь длительность, которая облегчает исполнение упреждающего впрыска перед переходными режимами эксплуатации, съемом повышенной мощности и/или холодным пуском.

Ограниченные по времени специальные режимы эксплуатации потому и ограничены по времени, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, что можно избежать накопления сажи сверх порогового значения S_th сажи с течением времени. Это возможно потому, что диоксид азота NO₂, который может служить для поддержки окисления сажевых частиц в фильтре, имеется в наличии в каталитическом фильтре, кроме случаев, когда превалируют упомянутые ограниченные по времени специальные режимы эксплуатации. Другими словами, таким образом можно обеспечить предотвращение неконтролируемого накопления сажи в фильтре, поскольку, как правило, может обеспечиваться эффективное окисление сажи с участием NO₂, при этом такое эффективное окисление сажи с участием NO₂ прерывается только сокращенными периодами с меньшим доступом к диоксиду азота NO₂ в фильтре.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, пороговому значению S_th сажи назначается величина, в результате которой управление 220 первой подачей 230 первой добавки приводит к тому, что диоксид азота NO₂, который может служить для поддержки окисления сажевых частиц в каталитическом фильтре, по существу, всегда имеется в наличии в данном каталитическом фильтре. Это обеспечивает достаточное окисление сажи в фильтре.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, способ дополнительно содержит второе окисление соединений, содержащих одно или более из азота, углерода и водорода, в потоке выхлопных газов. Второе окисление может выполняться в соответствии с одним вариантом осуществления посредством второго окислительного каталитического нейтрализатора, расположенного после каталитического фильтра. Второе окисление может выполняться также в соответствии с другим вариантом осуществления посредством, по меньшей мере, частично каталитического покрытия, которое содержится в каталитическом фильтре, при этом данное каталитическое покрытие, кроме восстановительных характеристик, имеет также окислительные характеристики.

Первый окислительный каталитический нейтрализатор и/или второй окислительный каталитический нейтрализатор могут производить тепло для компонентов, установленных дальше по потоку в системе очистки выхлопных газов, например, для каталитического фильтра и/или для восстановительного каталитического устройства.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, управление двигателем внутреннего сгорания выполняется с возможностью образования тепла, которое может служить для нагревания, по меньшей мере, какого-то одного из первого окислительного каталитического нейтрализатора и каталитического фильтра. Таким образом, каталитический фильтр может достигать желаемых предварительно заданных рабочих характеристик для конверсии оксидов азота NO_x, поскольку конверсия оксидов азота NO_x зависит от температуры.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, управление, по меньшей мере, одной из первой подачи 230 первой добавки и второй подачи 270 второй добавки, которые подаются в поток выхлопных газов с помощью, соответственно, первого дозирующего устройства и второго дозирующего устройства, выполняется, как описано выше, так, что подача увеличивается до уровня, при котором существует риск, что в системе очистки выхлопных газов возникают отложения поданных первой и второй добавок, соответственно.

По меньшей мере, управление одной из первой подачи 230 первой добавки и второй подачи 270 второй добавки может выполняться также в направлении уменьшения, например, после того, как возникают упомянутые отложения, после чего остатки и/или отложения, по меньшей мере, одной из первой и второй добавок удаляются нагреванием в потоке выхлопных газов. В соответствии с одним вариантом осуществления, данное уменьшение состоит из перерыва подачи первой и/или второй добавок. Такое управление, которое дает уменьшение подачи, выполняется, если требуемое/желательное/запрашиваемое каталитическое действие в системе очистки выхлопных газов может обеспечиваться во время и/или после уменьшения. Это обеспечивает, чтобы из системы очистки выхлопных газов высвобождалось требуемое/желательное/запрашиваемое количество/уровень оксидов азота NO_x. Термин каталитическое действие в контексте настоящей заявки означает действие, соответствующее степени конверсии, например, оксидов азота NO_x. Упомянутое требуемое каталитическое действие может зависеть в данном случае от, например, текущих измеренных, моделируемых и/или прогнозируемых режимов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания. Прогнозируемые значения могут определяться как упоминалось выше, например, на основании информации о местоположении, например, информации GPS и картографических данных.

Требуемые эффект/восстановление/каталитическое действие, упоминаемые в настоящем документе, могут относиться к максимально допустимому выбросу оксидов азота NO_x, который может базироваться, например, на требованиям к выбросам в стандарте Евро-VI на выбросы или в других существующих и/или будущих стандартах на выбросы.

В соответствии с разными вариантами осуществления настоящего изобретения, управление 220 первой подачей 230 первой добавки может выполняться также на основании одной или нескольких характеристик и/или режимов эксплуатации чего-то одного или более из каталитического фильтра 320 и восстановительного каталитического устройства 330.

Аналогично, управление 260 второй подачей 270 второй добавки может выполняться на основании одной или нескольких характеристик и/или режимов эксплуатации чего-то одного или более из восстановительного каталитического устройства 330 и каталитического фильтра 320.

Упомянутые характеристики каталитического фильтра и восстановительного каталитического устройства, соответственно, могут зависеть от характеристик каталитического восстановления каталитического фильтра, характеристик каталитического восстановления и окислительных характеристик каталитического фильтра, каталитических характеристик восстановительного каталитического устройства, типа каталитического нейтрализатора каталитического фильтра, типа каталитического нейтрализатора восстановительного каталитического устройства, интервала температур, в котором активен каталитический фильтр, интервала температур, в котором активно восстановительное каталитическое устройство, степени заполнения аммиаком каталитического фильтра и/или степени заполнения аммиаком восстановительного каталитического устройства.

Вышеописанные режимы эксплуатации каталитического фильтра и восстановительного каталитического устройства, соответственно, могут зависеть от представления температуры каталитического фильтра, представления температуры восстановительного каталитического устройства, представления тенденции изменения температуры каталитического фильтра и/или представления тенденции изменения температуры восстановительного каталитического устройства. Упомянутые представления одной или нескольких температур могут базироваться, например, на измеренных, моделируемых и/или прогнозируемых температурах в системе очистки выхлопных газов, например, основанных на результатах измерений, представляемых одним или несколькими температурными датчиками, описанными в настоящей заявке, которые могут располагаться внутри/около/на, перед и/или после каталитического фильтра и/или восстановительного каталитического устройства.

Действие и рабочие характеристики каталитических нейтрализаторов, в общем, и каталитических нейтрализаторов с восстановительными характеристиками, в частности, зависят, например, от соотношения между диоксидом азота и оксидами азота, то есть, NO₂/NO_x-фракции, в выхлопных газах. Однако, NO₂/NO_x-фракция зависит от ряда других факторов, например, от того, как водитель управляет автотранспортным средством, и/или от текущего режима вождения. Например, NO₂/NO_x-фракция в выхлопных газах может зависеть от крутящего момента, затребованного водителем и/или системой автоматического поддержания скорости, от видимости участка дороги, на котором находится автотранспортное средство, и/или стиля вождения водителя.

Традиционная система очистки выхлопных газов образует, по существу, постоянную фракцию диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x при данном потоке выхлопных газов и данной температуре. Оптимизация упомянутых компонентов затруднительна, так как данные параметры будут зависеть от того способа, каким используют двигатель, и не подлежат управлению/регулированию. Восстановительные каталитические нейтрализаторы в системе очистки выхлопных газов нуждаются, с одной стороны, в достаточно большой фракции диоксида азота NO₂, при низких температурах выхлопных газов. С другой стороны, их действие ухудшается, если фракция диоксида азота NO₂ становится слишком высокой при оптимальной температуре для окислительного каталитического нейтрализатора DOC (дизельных выхлопов) и для фильтра в системе очистки выхлопных газов. Поэтому современные системы очистки выхлопных газов могут допускать как слишком большие/слишком высокие фракции диоксида азота NO₂, так и слишком малые/слишком низкие фракции диоксида азота NO₂, в зависимости от текущей эксплуатации и/или спецификации на оборудование для соответствующего компонента.

Высокое содержание фракций диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x делает необходимым, чтобы кинетические активности каталитического нейтрализатора SCR ограничивались. Адаптации дозы мочевины, которые происходят во время относительно короткого периода времени, в приведенном случае также подвергаются риску неполучения надлежащих результатов из-за сниженной каталитической эффективности каталитического нейтрализатора SCR.

В некоторых условиях, касающихся температуры каталитического нейтрализатора и потока, т.е. для некоторого времени выдержки в каталитическом нейтрализаторе («объемной скорости»), существует риск, что в оксидах азота NO_x получается вредная фракция диоксидов азота NO₂. В частности, существует риск, что соотношение NO₂/NO_x превысит значение 50%, что может составлять реальную проблему для очистки выхлопных газов. Поэтому, оптимизация соотношения NO₂/NO_x для критических режимов работы при низких температурах создает, при использовании известных решений, риск образования слишком высокой фракции диоксида азота NO₂ в других рабочих режимах при более высоких температурах. Упомянутая повышенная фракция диоксида азота NO₂ обуславливает повышенное требование к объему каталитического нейтрализатора SCR и/или ограничение количества оксидов азота, выбрасываемых из двигателя, и, соответственно, снижение эффективности использования топлива автотранспортным средством/двигателем. Кроме того, существует риск, что повышенная фракция диоксида азота NO₂ приведет также к образованию веселящего газа N₂O в каталитическом нейтрализаторе избирательного каталитического восстановления, возможно, расположенного дальше в потоке.

Упомянутые риски образования вредной фракции диоксида азота NO₂ существуют также вследствие старения системы. Например, соотношение NO₂/NO_x может принимать сниженные значения после того, как система отработала долгое время, что может сделать необходимым использование спецификации каталитического нейтрализатора, которая приводит к слишком высоким фракциям NO₂/NO_x в несостаренном состоянии, чтобы компенсировать старение.

Первое количество оксидов азота NO_{x_1}, достигающих каталитического фильтра, может, в соответствии с одним вариантом осуществления, соответствовать первому соотношению NO_{2_1}/NO_{x_1} между первым количеством диоксида азота NO_{2_1} и первым количеством оксидов азота NO_{x_1}, достигающих каталитического фильтра, то есть, доли диоксида азота в оксидах азота, NO_{2_1}/NO_{x_1}, перед каталитическим фильтром, выходящих из первого окислительного каталитического нейтрализатора. Значение (NO_{2_1}/NO_{x_1})_det для данного первого соотношения NO_{2_1}/NO_{x_1} может определяться, например, в форме измеренного, моделируемого и/или прогнозируемого значения. Прогнозируемое значение может определяться, как упоминалось выше, на основании, например, информации о местоположении, например, информации GPS и картографических данных.

Второе количество оксидов азота NO_{x_2}, достигающих восстановительного каталитического устройства, может, в соответствии с одним вариантом осуществления, соответствовать второму соотношению NO_{2_2}/NO_{x_2} между вторым количеством диоксида азота NO_{2_2} и вторым количеством оксидов азота NO_{x_2}, достигающих восстановительного каталитического устройства. Значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det может определяться для второго соотношения NO_{2_2}/NO_{x_2}, например, в форме измеренного, моделируемого и/или прогнозируемого значения. Прогнозируемое значение может определяться, как упоминалось выше, на основании, например, информации о местоположении, например, информации GPS и картографических данных.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, первая подача 230 первой добавки также выполняется с управлением 220 на основании распределения доли диоксида азота в оксидах азота NO_{2_1}/NO_{x_1} перед каталитическим фильтром, то есть, например, на основании определяемого значения (NO_{2_1}/NO_{x_1})_det для данного соотношения. В данном случае первой подачей 230 первой добавки можно управлять на основе определяемого значения (NO_{2_1}/NO_{x_1})_det для первого соотношения таким образом, что при восстановлении в каталитическом фильтре можно применить быстрое восстановление. Таким образом, первой подачей 230 можно управлять так, чтобы восстановление в каталитическом фильтре и/или восстановительном каталитическом устройстве происходило в максимально высокой возможной степени по путям реакций как через оксид азота NO, так и через диоксид азота NO₂.

При этом, данное активное управление первой подачей 230 может обеспечивать снижение значения NO_{2_2}/NO_{x_2} для данного второго соотношения, поскольку второе количество оксидов азота NO_{x_2}, достигающих второго устройства, увеличивается. Это можно обеспечить посредством выполнения активного управления первой подачей таким образом, чтобы первая подача уменьшалась, вследствие чего первое восстановление первого количества оксидов азота NO_{x_1} в каталитическом фильтре уменьшается. Тем самым, обеспечивается увеличение второго количества оксидов азота NO_{x_2}. Другими словами, активное управление означает, что высокое определяемое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det для второго соотношения приводит к подаче меньшего количества добавки, чем подается в результате низкого определяемого значения (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det для второго соотношения.

Это можно также описать как уменьшение первой подачи 230 добавки, если определяемое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det для второго соотношения выше, чем верхнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high}, (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det>(NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high}.

Данное верхнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high} может иметь значение, которое зависит от каталитических характеристик каталитического фильтра SCRF и/или от каталитических характеристик восстановительного каталитического устройства. Верхнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high} может также иметь значение, которое зависит от типа каталитического нейтрализатора каталитического фильтра SCRF и/или восстановительного каталитического устройства. Верхнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high} может также иметь значение, которое зависит от интервала температур, в пределах которого активны каталитический фильтр и/или восстановительное каталитическое устройство. Верхнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high} может также иметь значение, которое зависит от уровня покрытия добавкой каталитического фильтра и/или восстановительного каталитического устройства. Верхнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high} может также иметь значение, которое зависит от представления температуры на каталитическом фильтре и/или восстановительном каталитическом устройстве. Упомянутые представления одной или нескольких температур могут базироваться, например, на температурах в системе очистки выхлопных газов, измеренных, моделируемых и/или прогнозируемых на основании измерений, обеспечиваемых одним или несколькими температурными датчиками, описанными в настоящей заявке.

Верхнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high} может, например, иметь значение в интервале (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high}>50%, предпочтительно, в интервале 50%<(NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high}≤85% и, более предпочтительно, в интервале 60%<(NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_high}≤75%.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, активное управление первой подачей 230 обеспечивает повышение значения NO_{2_2}/NO_{x_2} для второго соотношения. Данное повышение обеспечивается посредством уменьшения второго количества оксидов азота NO_{x_2}. В данном случае, повышение значения NO_{2_2}/NO_{x_2} для второго соотношения может обеспечиваться посредством выполнения активного управления первой подачей таким образом, чтобы первое восстановление увеличивалось в каталитическом фильтре. Увеличенное восстановление в каталитическом фильтре приводит к уменьшению второго количества оксидов азота NO_{x_2}. Другими словами, первая подача 230 может выполняться на основании определяемого значения (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det для второго соотношения таким образом, что низкое определяемое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det имеет следствием подачу большего количества добавки, чем подается в результате высокого определяемого значения (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det.

Это можно также описать как увеличение первой подачи 230, если определяемое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det для второго соотношения меньше, чем или равно нижнему пороговому значению (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low}, (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det≤(NO_{2_2}/NO_{x_2})_low. Данное нижнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low} может иметь значение, которое зависит от каталитических характеристик каталитического фильтра и/или восстановительного каталитического устройства. Нижнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low} может также иметь значение, которое зависит от типа каталитического нейтрализатора для каталитического фильтра и/или восстановительного каталитического устройства. Нижнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low} может также иметь значение, которое зависит от представления интервала температур, в пределах которого активны каталитический фильтр и/или восстановительное каталитическое устройство. Нижнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low} может также иметь значение, которое зависит от уровня покрытия добавкой для каталитического фильтра и/или восстановительного каталитического устройства. Нижнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low} может также иметь значение, которое зависит от уровня покрытия добавкой для каталитического фильтра и/или восстановительного каталитического устройства. Нижнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low} может также иметь значение, которое зависит от представления температуры на каталитическом фильтре и/или восстановительном каталитическом устройстве. Упомянутые представления одной или нескольких температур могут базироваться, например, на измеренных, моделируемых и/или прогнозируемых температурах в системе очистки выхлопных газов, например, основанных на результатах измерений, представляемых одним или несколькими температурными датчиками, описанными в настоящей заявке. Нижнее пороговое значение (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low} может принимать значения, например, в интервале, (NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low}<50%, предпочтительно в интервале 10%≤(NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low}≤40%, и, более предпочтительно, в интервале 20%≤(NO_{2_2}/NO_{x_2})_{threshold_low}≤60%.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, при необходимости, выполняется регулирование первого соотношения NO_{2_1}/NO_{x_1} между первым количеством диоксида азота NO_{2_1} и первым количеством оксидов азота NO_{x_1}, выходящих из первого окислительного каталитического нейтрализатора и, следовательно, достигающих каталитического фильтра, поскольку активное управление данным первым количеством оксидов азота NO_{x_1} выполняется с помощью показателей двигателя и/или сгорания. Соответственно, в данном случае, на первое количество оксидов азота NO_{x_1} влияют активным управление двигателем внутреннего сгорания, чтобы сообщить первому соотношению NO_{2_1}/NO_{x_1} подходящее значение, например, на основании определяемого значения (NO_{2_1}/NO_{x_1})_det для данного первого соотношения. Следовательно, двигателем внутреннего сгорания можно управлять так, чтобы изменить выделяемое им количество оксидов азота NO_x, если определяемое значение (NO_{2_1}/NO_{x_1})_det для соотношения не является оптимальным. 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.

Доступ к диоксиду азота NO_{2_1} в потоке выхлопных газов на каталитическом фильтре имеет большое значение для окисления сажи с участием диоксида азота в фильтре и для восстановления оксидов азота NO_{x_1} в фильтре. Поэтому, система очистки выхлопных газов в соответствии с вариантом осуществления может обеспечивать достаточное окисление сажи в каталитическом фильтре, благодаря доступности диоксида азота NO_{2_1} после первого окислительного каталитического нейтрализатора. Кроме того, скорость реакции первого восстановления в каталитическом фильтре может испытывать влияние соотношения между монооксидом азота NO_{_1} диоксидом азота NO_{2_1} в потоке выхлопных газов, достигающем каталитического фильтра. Более эффективное первое восстановление в каталитическом фильтре можно получить в данном случае благодаря предшествующему окислению оксидов азота NO_{_1} до диоксида азота NO_{2_1} в первом окислительном каталитическом нейтрализаторе, в комбинации с активным управлением, по меньшей мере, одним параметром, относящимся к двигателю внутреннего сгорания.

Следовательно, при применении данного варианта осуществления настоящего изобретения можно активно управлять фракцией оксидов азота NO_x, состоящей из диоксида азота NO₂, чему способствует активное управление количеством оксидов азота NO_x перед, по меньшей мере, одним субстратом с окислительным покрытием, например, содержащим благородные металлы, в системе очистки выхлопных газов. Данное управление соотношением NO₂/NO_x может обеспечивать, в результате, кроме повышения каталитической эффективности, например, более высокой конверсии NO_x, также возможность определенного уменьшения выбросов диоксида азота NO₂, который приводит к очень ядовитым и остро пахнущим выбросам. Это может дать преимущества, при потенциальном введении в будущем отдельного законодательного требования, касающегося диоксида азота NO₂, за счет возможности уменьшения выбросов диоксида азота NO₂. Данную возможность можно сравнить, например, с системой по стандарту Евро-VI, в которой на фракцию диоксида азота NO₂, обеспечиваемую при очистке выхлопных газов, нельзя воздействовать непосредственно в самой системе очистки выхлопных газов, так как фракция диоксида азота NO₂ в системе по стандарту Евро-VI образуется в результате применения/работы и не подлежит управлению никаким другим способом.

Другими словами, посредством настоящего изобретения облегчается активное управление уровнем диоксида азота NO₂, что применяется для повышения или снижения уровня диоксида азота NO₂ в режимах вождения, для которых это необходимо. Таким образом, можно создать систему очистки выхлопных газов, которая требует меньше благородного металла и, соответственно, также дешевле при изготовлении.

Путем применения управления в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения получают нейтральный к расходу топлива метод повышения скорости реакции по одному или нескольким каталитическим нейтрализаторам избирательного каталитического восстановления в системе очистки выхлопных газов, поскольку управление можно выполнять таким образом, чтобы как можно большая доля восстановления имела место на путях реакций как через оксид азота NO, так и через диоксид азота NO₂. Следовательно, путем управления в соответствии с изобретением, фракцию суммарной конверсии оксидов азота NO_x, происходящей по пути быстрой реакции, а именно, по пути «быстрого SCR», при котором восстановление происходит по путям реакций с участием как оксида азота NO, так и диоксида азота NO₂, можно повысить активным управлением уровнем диоксида азота NO₂. Соответственно, можно также ослабить требования к объему каталитического нейтрализатора. Дополнительно подробное описание быстрого SCR приведено ниже.

Соотношение NO₂/NO_x может, вследствие старения, принимать меньшие значения, например, после того, как система очистки выхлопных газов отработала в течение какого-то времени. Соответственно, существует риск, что в оксиды азота NO_x может возникать фракция диоксида азота NO₂ вследствие старения/снижения эффективности системы очистки выхлопных газов. Например, соотношение NO₂/NO_x может принимать меньшие значения, когда система очистки выхлопных газов отработала долгое время, что может повлечь необходимость использования спецификации каталитического нейтрализатора, который, в несостаренном/свежем состоянии, дает слишком высокие фракции NO₂/NO_x, чтобы предусмотреть и компенсировать будущее старение/снижения характеристик.

Вариант осуществления предусматривает возможность предотвращения упомянутой характеристики, которая ухудшилась с течением времени и отрицательно сказывается на системе очистки выхлопных газов, посредством предотвращения слишком низких значений соотношения NO₂/NO_x с помощью активного управления в соответствии с изобретением. Поскольку, когда используют настоящее изобретение, можно работать с более высокими начальными значениями соотношения NO₂/NO_x, то существуют более выгодные условия для оптимизации эффективности как новых, так и достаточно долго отработавших систем очистки выхлопных газов.

Вариант осуществления использует тот факт, что на каталитическую активность, получаемую при данной температуре, можно оказывать воздействие, если состав выхлопных газов изменяется. Посредством регулирования фракции оксидов азота NO_x, которая образует диоксид азота NO₂, можно добиться эффекта от реакций, которые лежат в основе восстановления. Другими словами, на активность восстановительного каталитического нейтрализатора можно влиять регулированием фракции оксидов азота NO_x, состоящей из диоксида азота NO₂. Фракция оксидов азота NO_x, состоящая на 50% из диоксида азота NO₂, приводит, в соответствии с разными вариантами осуществления настоящего изобретения, к наиболее быстрой кинетике и/или оптимальной каталитической эффективности, и поэтому обуславливает минимальные требования к объемам субстрата для каталитического фильтра. Кроме того, управление в соответствии с изобретением с целью получения подходящего значения для фракции оксидов азота NO_x, состоящей из диоксида азота NO₂, означает, что снижаются требования, касающиеся потенциального аммиачного каталитического нейтрализатора SC, расположенного позади по потоку в системе очистки выхлопных газов.

При активном управлении уровнем оксидов азота NO_x, достигающих одного или нескольких субстратов с окислительным покрытием в системе очистки выхлопных газов, которые могут содержаться, например, в окислительном каталитическом нейтрализаторе DOC₁, DOC₂ и/или в каталитическом покрытии, которое также имеет окислительные характеристики в каталитическом фильтре SCRF, можно, например, получать регулирование фракции диоксида азота NO₂, достигающей каталитического фильтра 320, расположенного после окислительного покрытия, и/или восстановительного каталитического устройства 330, расположенного после окислительного покрытия. Это означает, например, что восстановительный каталитический нейтрализатор обеспечивает цикл, который является более предсказуемым. Это относится, например, к увеличению количества оксидов азота NO_x, производимому двигателем, в случаях, когда существует риск, что фракция диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x может превосходить максимально заданное значение (верхнее пороговое значение).

Посредством настоящего изобретения достигают более эффективного и прогнозируемого восстановления оксидов азота NO_x. В результате, например, адаптации дозы мочевины дают более надежные результаты.

Активное управление в соответствии с вариантом осуществления перспективно в отношении содействия тому, чтобы система очистки выхлопных газов могла выполнять требования к выбросам стандарта Евро-VI на выбросы. Кроме того, управление в соответствии с настоящим изобретением перспективно в отношении содействия тому, чтобы система очистки выхлопных газов могла выполнять требования к выбросам нескольких других существующих и/или будущих стандартов на выбросы.

Это означает, что вариант осуществления может обеспечивать требуемый/желательный/запрашиваемый эффект, например, требуемое восстановление оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов в многочисленных разных условиях. Тем самым, это может обеспечить, чтобы из системы очистки выхлопных газов выделялось требуемое/желательное/запрашиваемое количество оксидов азота NO_x. Соответственно, законодательные требования и/или стандарты на выбросы оксидов азота NO_x из системы очистки выхлопных газов могут выполняться в намного большем числе условий и/или режимов вождения, чем при применении систем известного уровня техники.

Посредством настоящего изобретения можно добиться более совершенной оптимизации по топливу для автотранспортного средства, поскольку существует возможность управления двигателем более топливоэкономичным образом, так что достигается более высокий КПД двигателя. Таким образом, при использовании настоящего изобретения можно добиться повышения эффективности и/или снижения выбросов диоксида углерода CO₂.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, при необходимости, выполняется регулирование второго соотношения NO_{2_2}/NO_{x_2} между вторым количеством диоксида азота NO_{2_2} и вторым количеством оксидов азота NO_{x_2}, достигающих восстановительного каталитического устройства 330. В данном случае регулирование обеспечивается выполнением активного управления первым восстановлением 240 первого количества оксидов азота NO_{x_1} на основании определяемого значения (NO_{2_2}/NO_{x_2})_det для второго соотношения NO_{2_2}/NO_{x_2}. Например, данное активное управление первым восстановлением 240 может обеспечиваться посредством активного управления 220 первой подачей 230 первой добавки. Следовательно, управление первой подачей 230 может выполняться таким образом, чтобы восстановление 280 в восстановительном каталитическом устройстве происходило в максимально возможной высокой степени по путям реакций как через оксиды азота NO, так и через диоксид азота NO₂. При быстром восстановлении, реакция использует равные части монооксида азота NO и диоксида азота NO₂, что означает, что оптимальное значение молярного отношения NO₂/NO_x приблизительно равно 50%.

Для каталитических нейтрализаторов SCR и, следовательно, также для каталитических фильтров с восстановительными характеристиками, определены, в основном, три типа путей реакций.

Один из упомянутых путей реакций часто называется «стандартным SCR». На данном пути оксиды азота NO_x состоят, главным образом, из монооксида азота NO, так что путь реакции можно записать следующей формулой:

(i)

Другой из упомянутых путей реакций соответствует быстрой кинетике и часто называется «быстрым SCR»/«быстрым восстановлением». На данном пути, как монооксид азота NO, так и диоксид азота NO₂ существуют в равных фракциях в оксидах азота NO_x, так что путь реакции можно записать следующей формулой:

(ii)

Другой из упомянутых путей реакций соответствует медленной кинетике и часто называется «медленным SCR»/«медленным восстановлением». На данном пути только диоксид азота NO₂ имеется в наличии для реакции, поскольку весь монооксид азота уже восстановлен, и путь реакции можно записать следующей формулой:

(iii)

При замедленной кинетике по вышеприведенной формуле (iii) существует также риск выработки веселящего газа N₂O по следующим путям реакций:

(iv)

. (v)

Скорость реакции восстановления (как предполагает название) тесно связана с путями реакций. Общее восстановление всегда будет комбинацией приведенных путей реакций и, вероятно, также нескольких дополнительных реакций. Таким образом, реакции в каталитическом нейтрализаторе SCR происходят по вышеприведенным путям реакций, которые имеют разные скорости.

Настоящее изобретение использует обнаруженный факт, что в современных дизельных двигателях открываются дополнительные возможности управления фракцией диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x, выделяемых двигателем. В данном случае, настоящее изобретение использует возможность управления уровнем оксидов азота NO_x в двигателе. Это возможно потому, что фракция диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x зависит от уровня оксидов азота NO_x.

Для системы очистки выхлопных газов с компонентом с покрытием из благородного металла, например, окислительным каталитическим нейтрализатором DOC, расположенным перед каталитическим фильтром SCRF, можно управлять первым соотношением NO_{2_1}/NO_{x_1} для выхлопных газов, достигающих каталитического фильтра SCRF или других компонентов, расположенных позади по потоку.

Чтобы компенсировать ограниченное наличие тепла, при, например, холодных запусках и работе с низкой нагрузкой, желательно использовать, так называемое, быстрое восстановление/SCR («быстрое SCR»). При быстром восстановлении/SCR, управление восстановлением должно обеспечить максимально высокую возможную степень восстановления по путям реакций как через оксид азота NO, так и через диоксид азота NO₂. Таким образом, при быстром восстановлении/SCR, реакция использует равные части оксида азота NO и диоксида азота NO₂, что означает, что оптимальное значение молярного отношения NO₂/NO_x может быть, например, близким к 50%. При применении вариантов осуществления настоящего изобретения, можно управлять молярным отношением NO₂/NO_x, чтобы приблизиться к данному оптимальному значению, тогда как накопление сажи в каталитическом фильтре с течением времени можно контролировать, поскольку окислению сажи отдается приоритет в течение относительно большой части эксплуатации.

Как упоминалось выше, каталитический фильтр SCRF использует добавку при восстановлении оксидов азота NO_{x_1} в выхлопных газах. Добавка впрыскивается в поток выхлопных газов, происходящий из двигателя внутреннего сгорания, перед каталитическим нейтрализатором и абсорбируется (осаждается) в каталитическом покрытии с восстановительными характеристиками, так что между оксидами азота NO_{x_1} в выхлопных газах и добавкой может происходить реакция восстановления-окисления.

Активное управление первой подачей 230 первой добавки может быть основано, например, на степени покрытия/степени заполнения добавкой каталитического фильтра.

Активное управление первой подачей 230 первой добавки может быть основано, например, на, по меньшей мере, одной каталитической характеристике каталитического фильтра SCRF.

Активное управление первой подачей 230 первой добавки может быть также основано, например, на представлении температуры каталитического фильтра и/или восстановительного каталитического устройства. Упомянутые представления одной или нескольких температур могут базироваться, например, на измеренных, моделируемых и/или прогнозируемых температурах в системе очистки выхлопных газов, например, основанных на результатах измерений, представляемых одним или несколькими температурными датчиками, описанными в настоящей заявке.

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.

Фиг. 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 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 сигналов, 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 автотранспортным 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 чего-то 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 автотранспортных 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 автотранспортном средстве. Данная система управления может содержать большое число устройств управления, и ответственность за выполнение конкретной функции может распределяться среди, по меньшей мере, двух устройств управления. Следовательно, автотранспортные средства показанного типа часто содержат значительно больше устройств управления, чем показано на фиг. 1, 3 и 4, что достаточно известно специалисту в рассматриваемой технологической области.

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 автотранспортном средстве, или в устройстве управления, специально предназначенном для настоящего изобретения.

В данном случае и в настоящем документе устройства управления часто описываются как выполненные с возможностью выполнения этапов способа в соответствии с изобретением. Это описание включает в себя также то, что устройства выполнены и/или настроены с возможностью выполнения приведенных этапов способа. Например, данные устройства управления могут соответствовать разным группам команд, например, в форме программного кода, который подается в процессор и используется им, когда соответствующее устройство управления действует/применяется для исполнения соответствующих этапов способа.

Фиг. 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, и поток 303 выхлопных газов (обозначенный стрелками) направляются в первый окислительный каталитический нейтрализатор 310, который предназначен для окисления 210 соединений, содержащих одно или более из азота, углерода и водорода, в потоке 303 выхлопных газов.

Поток 303 выхлопных газов направляется мимо первого дозирующего устройства 371, расположенного в системе 350 очистки выхлопных газов, для обеспечения первой подачи 230 первой добавки в поток 303 выхлопных газов до того, как упомянутый поток достигает каталитического фильтра 320. Первая добавка, подаваемая в поток 303 выхлопных газов с первой подачей 230, используется при первом восстановлении 240 первого количества оксидов азота NO_{x_1} посредством каталитического фильтра 320.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, в связи с первым дозирующим устройством 371 могут располагаться первый гидролизный каталитический нейтрализатор, который может состоять, по существу, из любого подходящего гидролизного покрытия, и/или первый смеситель. В таком случае, первый гидролизный каталитический нейтрализатор и/или первый смеситель используются для повышения скорости разложения мочевины в аммиак и/или для смешения добавки с выбросами, и/или для испарения добавки.

Каталитический фильтр 320 расположен после первого дозирующего устройства 371 и состоит из сажевого фильтра с, по меньшей мере, частично каталитическим покрытием с восстановительными характеристиками, который предназначен для улавливания и окисления сажевых частиц 250 и выполнения первого восстановления 240 первого количества оксидов азота NO_{x_1}, достигающих каталитического фильтра 320. Каталитическая реакция в каталитическом фильтре 320 использует первую добавку.

Система 350 очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением содержит также устройство 380 управления, выполненное с возможностью определения или получения информации, относящейся к режимам эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, системы очистки выхлопных газов и/или автотранспортного средства, и обеспечения активного управления 220 первым дозирующим устройством 371, которое расположено после первого окислительного каталитического нейтрализатора 310 и перед каталитическим фильтром 320, чтобы выполнять первую подачу 230 первой добавки в поток 303 выхлопных газов. Как описано выше, устройство 380 управления выполнено с возможностью управления 220 подачей 230 первой добавки таким образом, чтобы исключить накопление сажи сверх порогового значения Sth сажи в каталитическом фильтре 320. Данное пороговое значение Sth сажи зависит, по меньшей мере, от определяемых режимов эксплуатации двигателя 301 внутреннего сгорания, что влияет на уровень расхода потока 303 выхлопных газов, как описано выше.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, устройство 380 управления выполнено с возможностью определения порогового значения S_th сажи на основании упомянутых одного или более режимов эксплуатации таким образом, чтобы пороговому значению S_th сажи назначалось сниженное значение для одного или более режимов эксплуатации, приводящих к повышенному уровню расхода, и повышенное значение для одного или более режимов эксплуатации, приводящих к сниженному уровню расхода.

Система 350 очистки выхлопных газов содержит также второе дозирующее устройство 372, расположенное после каталитического фильтра 320 и после восстановительного каталитического устройства 330, чтобы обеспечивать вторую подачу 270 второй добавки в поток 303 выхлопных газов, в соответствии с управлением 260 данной подачей 270. Для данного варианта осуществления, используется вторая добавка, которая подается в поток выхлопных газов посредством второго дозирующего устройства 372 во время второго восстановления 280 в восстановительном каталитическом устройстве 330.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, устройство 380 управления выполнено с возможностью управления 220 первой подачей 230 первой добавки на основании, по меньшей мере, порогового значения S_th сажи таким образом, чтобы диоксид азота NO₂ имелся в наличии в каталитическом фильтре, за исключением ограниченных по времени специальных режимов эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, вследствие чего можно обеспечивать требуемое окисление сажи с течением времени.

При нормальной эксплуатации автотранспортного средства/двигателя внутреннего сгорания, окислению сажевых частиц в фильтре можно отдавать более высокий приоритет, чем первому восстановлению 240 оксидов азота NO_x, когда применяется система очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, поскольку в системе имеется дополнительная возможность восстановления оксидов азота NO_x, в форме восстановительного каталитического устройства 330 после каталитического фильтра 320. Следовательно, каталитический фильтр не всегда должен задавать приоритет первому восстановлению 240 оксидов азота NO_x, поскольку оксиды азота NO_x, проходящие через каталитический фильтр 320, могут восстанавливаться в восстановительном каталитическом устройстве 330, расположенном позади по потоку. Следовательно, данная конфигурация системы очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением дает дополнительные степени свободы каталитическому фильтру в отношении первого восстановления 240 оксидов азота NO_x, которые используются для достижения улучшенного окисления сажи в фильтре с течением времени.

Ограниченные по времени специальные режимы эксплуатации потому и ограничены по времени, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, что можно избежать накопления сажи сверх порогового значения S_th сажи с течением времени. Это возможно потому, что диоксид азота NO₂, который может служить для поддержки окисления сажевых частиц в фильтре, по существу, всегда имеется в наличии в упомянутом каталитическом фильтре, кроме случаев, когда превалируют упомянутые ограниченные по времени специальные режимы эксплуатации. Другими словами, таким образом можно обеспечить предотвращение неконтролируемого накопления сажи в фильтре, поскольку, как правило, может обеспечиваться эффективное окисление сажи с участием NO₂, при этом такое эффективное окисление сажи с участием NO₂ прерывается только сокращенными периодами с меньшим доступом к диоксиду азота NO₂ в фильтре.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, пороговому значению S_th сажи придается величина, в результате которой управление 220 первой подачей 230 первой добавки приводит к тому, что диоксид азота NO₂, который может использоваться для поддержки окисления сажевых частиц в каталитическом фильтре, по существу, всегда имеется в наличии в каталитическом фильтре. Это обеспечивает достаточное окисление сажи в фильтре.

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 230 и второй подачи 260.

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 питают упомянутые дозирующие устройства 371, 372 добавкой. 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 240 в каталитическом фильтре 320.

Посредством применения системы 350 очистки выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением, активное управление уровнем диоксида азота NO₂ можно использовать для повышения или снижения уровня диоксида азота NO₂ в таких режимах вождения, для которых это необходимо. Таким образом, возможно создание системы очистки выхлопных газов, которая требует меньше благородного металла и, соответственно, дешевле в изготовлении.

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 на путях реакций как через оксид азота NO, так и через диоксид азота NO₂.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, частично каталитическое покрытие, которое содержится в каталитическом фильтре, может иметь как восстановительные характеристики, так и окислительные характеристики.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, система очистки выхлопных газов может содержать второй окислительный каталитический нейтрализатор 311, расположенный после каталитического фильтра 320 и перед вторым дозирующим устройством 372, чтобы выполнять второе окисление соединений содержащих одно или более из азота, углерода и водорода в упомянутом потоке 303 выхлопных газов.

Первый окислительный каталитический нейтрализатор DOC₁ 310 и/или второй окислительный каталитический нейтрализатор DOC₂ 311, по меньшей мере, частично покрыт каталитическим окислительным покрытием, при этом данное окислительное покрытие может содержать, по меньшей мере, один благородный металл, например, платину.

Посредством активного управления уровнем оксидов азота NO_x, достигающих, по меньшей мере, одного субстрата с окислительным покрытием, который может содержаться, например, в первом окислительном каталитическом нейтрализаторе DOC₁ 310, во втором окислительном каталитическом нейтрализаторе DOC₂ 311 и/или в каталитическом фильтре SCRF 320, можно обеспечивать регулирование фракции диоксида азота NO₂, достигающего восстановительного каталитического устройства 330, расположенного позади по потоку. Это означает, что восстановительное каталитическое устройство 330 обеспечивает цикл, который является более предсказуемым. Например, увеличение количества оксидов азота NO_x, производимых двигателем, может быть желательно в таких случаях, когда ожидается, что существует риск превышения фракцией диоксида азота NO₂ максимального желательного значения. В качестве примера, на фиг. 5 показан эффект, получаемый для фракции диоксида азота NO₂ при повышении уровня оксидов азота NO_x от низкого значения, например, 300 ч/млн, до более высокого значения, например, 1400 ч/млн. Как показано на фиг., значение для соотношения NO₂/NO_x на DOC снижается от приблизительно 70% до уровня между 50% и 60%, когда уровень оксидов азота NO_x повышается от 300 до 1400 ч/млн. Данное снижение значения соотношения NO₂/NO_x заметно улучшает условия для «быстрого SCR», как описано выше.

Нагрузка на каталитический фильтр 320 и/или восстановительное каталитическое устройство 330 повышается в результате повышения уровня оксидов азота NO_x. Поскольку повышение происходит, главным образом, приблизительно, при температуре выхлопных газов около 260-340°C, при которой существует риск, что, по меньшей мере, один окислительный субстрат производит NO₂/NO_x>50%, то каталитический фильтр 320 и/или восстановительное каталитическое устройство 330 будут иметь достаточные условия для работы с упомянутой нагрузкой. При упомянутых температурах, то есть, при 260-340°C, каталитический фильтр 320 и/или восстановительное каталитическое устройство 330, в зависимости от соответствующих спецификаций, будут иметь достаточно высокие рабочие характеристики. Кроме того, при данных температурах существуют достаточно хорошие условия для испарения восстановителя.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, первая и/или вторая добавки содержат аммиак NH₃ или мочевину, из которой может образовываться/формироваться/высвобождаться аммиак. Упомянутая добавка может состоять, например, из материала AdBlue. Первая и вторая добавки могут одинакового типа или могут быть разнотипными.

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 питания первого 371 и второго 372 дозирующих устройств добавкой, то есть, например, аммиаком или мочевиной.

Один пример такой системы 370 для подачи добавки схематически изображен на фиг. 3, при этом система содержит первое дозирующее устройство 371 и второе дозирующее устройство 372, которые расположены перед каталитическим фильтром 320 и перед восстановительным каталитическим устройством 330, соответственно. Первое и второе дозирующие устройства 371, 372, часто состоящие из дозирующих форсунок, впрыскивающих добавку в поток 303 выхлопных газов и смешивающих с ним данную добавку, питаются 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 жидкостным насосом, и один или несколько баков 376 являются баками для жидкостей. Когда добавка имеет газообразную форму, насос 373 является газовым насосом, 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.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, один насос 373 содержит общий насос, который питает как первое 371, так и второе 372 дозирующие устройства первой и второй добавками, соответственно. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, один насос содержит первый и второй насосы, которые питают первое 371 и второе 372 дозирующие устройства, соответственно, первой и второй добавками, соответственно. Конкретное действие системы 370 для подачи добавки подробно описано для технологии известного уровня, и поэтому, в настоящей заявке не излагаются какие-либо дополнительные детали точного способа впрыска добавки. В общем, однако, температура в точке впрыска/на каталитическом нейтрализаторе SCR должна быть выше нижней пороговой температуры, чтобы исключить осаждения и образование нежелательных побочных продуктов, например, нитрата аммония NH₄NO₃. Примерное значение такой нижней пороговой температуры может быть, приблизительно, 200°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 заявка 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 разнотипными, например, мочевиной и аммиаком, что означает, что дозирование в каждое из первого 371 и второго 330 устройств и, соответственно, также действие каждого из первого 371 и второго 330 устройств также можно оптимизировать применительно к типу добавки. Если используют разнотипные добавки, то бак 376 содержит несколько составляющих баков, которые содержат добавки разных соответствующих типов. Для подачи разнотипных добавок 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 доработаны 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, перед каталитическим фильтром 320 и восстановительным каталитическим устройством 330, 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, как показано на фиг., содержит отдельно обозначенные блоки 378, 379. Данные блоки 378, 379 могут быть логически отдельными, но физически реализованными в одном и том же блоке, или они могут быть логически и физически 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.

Система 350 очистки выхлопных газов может быть также оборудована одним или несколькими датчиками, например, одним или несколькими датчиками NO_x, NO₂ и/или температурными датчиками 361, 362, 363, 364, 365, расположенными, например, перед возможным окислительным каталитическим нейтрализатором 310, расположенным перед каталитическим фильтром, на впуске в каталитический фильтр 320, на выпуске из каталитического фильтра 320, на впуске в восстановительное каталитическое устройство 330 и/или на выпуске из восстановительного каталитического устройства 330, для определения оксидов азота, диоксида азота и/или температур в системе очистки выхлопных газов. Температурные датчики 361, 362, 363, 364, 365 могут располагаться перед и/или после одним(ого) или более из компонентов 310, 311, 320, 330 в системе 350 очистки выхлопных газов. Температурные датчики также могут располагаться в/около/на одном или более из компонентов 310, 311, 320, 330 в системе 350 очистки выхлопных газов.

Устройство 380 управления может быть выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов и/или сигналов, соответствующих результатам измерений, выполняемых одним или несколькими датчиками NO_x, NO₂ и/или температурными датчиками 361, 362, 363, 364, 365, в, по меньшей мере, одно устройство 374 управления дозированием. По меньшей мере, одно устройство 374 управления дозированием выполняет управление подачей дозируемого вещества, соответственно, на основании упомянутых управляющих сигналов и/или измерительных сигналов, так что обеспечивается вышеупомянутое активное управление первым эффектом.

Устройство 380 управления может быть также выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов и/или сигналов, соответствующих результатам измерений, выполняемых одним или несколькими датчиками NO_x, NO₂ и/или температурными датчиками 361, 362, 363, 364, 365, в двигатель внутреннего сгорания 301 и/или устройство управления двигателем. Двигатель 301 внутреннего сгорания и/или устройство управления двигателем 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 вышеописанный каталитический фильтр 320, вышеописанное восстановительное каталитическое устройство 330 и активное управление впрыском/подачей добавки. Каждый(ое) из каталитического фильтра 320 и восстановительного каталитического устройства 330 могут располагаться несколькими способами и иметь несколько разных характеристик/функций.

В соответствии с разными вариантами осуществления настоящего изобретения, восстановительное каталитическое устройство 330 содержит один из группы, состоящей из:

- каталитического нейтрализатора SCR избирательного каталитического восстановления;

- каталитического нейтрализатора SCR избирательного каталитического восстановления с последующим позади по потоку аммиачным каталитическим нейтрализатором SC, при этом аммиачный каталитический нейтрализатор SC выполнен с возможностью окисления остатка добавки и/или поддержки каталитического нейтрализатора SCR избирательного каталитического восстановления посредством дополнительного восстановления оксидов азота NO_x в потоке 303 выхлопных газов; и

- аммиачного каталитического нейтрализатора SC, который предназначен, в первую очередь, для восстановления оксидов азота NO_x и, во вторую очередь, для окисления добавки в упомянутом потоке 303 выхлопных газов.

В настоящем документе термин каталитический нейтрализатор SCR избирательного каталитического восстановления означает традиционный каталитический нейтрализатор SCR (избирательного каталитического восстановления). Каталитические нейтрализаторы SCR обычно используют добавку, часто, аммиак NH₃ или композицию, из которой может образовываться/формироваться аммиак, которая используется для восстановления оксидов азота NO_x в выхлопных газах. Добавка впрыскивается в поток выхлопных газов, происходящий из двигателя внутреннего сгорания, перед каталитическим нейтрализатором, как описано выше. Добавка, вводимая в каталитический нейтрализатор, абсорбируется (накапливается) в каталитическом нейтрализаторе в форме аммиака NH₃, так что между оксидами азота NO_x в выхлопных газах и аммиаком NH₃, доступным при посредстве добавки, может происходить окислительно-восстановительная реакция.

Аммиачный каталитический нейтрализатор SC в контексте настоящего документа означает каталитический нейтрализатор, который выполнен с возможностью окисления добавки и/или поддержки каталитического нейтрализатора SCR избирательного каталитического восстановления посредством восстановления оксидов азота NO_x в упомянутом потоке 303 выхлопных газов.

Следовательно, аммиачный каталитический нейтрализатор SC является каталитическим нейтрализатором, который выполнен с возможностью окисления добавки в потоке выхлопных газов, и который выполнен с возможностью восстановления остатков оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов. В более подробном изложении, данный аммиачный каталитический нейтрализатор SC выполнен с возможностью, в первую очередь, восстановления оксидов азота NO_x и, во вторую очередь, окисления добавки. Другими словами, аммиачный каталитический нейтрализатор SC может нейтрализовать проскакивающие остатки как добавки, так и оксидов азота NO_x. Можно также описать, что аммиачный каталитический нейтрализатор SC является расширенным аммиачным каталитическим нейтрализатором ASC, который предназначен также для восстановления оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов, так что получается универсальный многофункциональный аммиачный каталитический нейтрализатор SC, нейтрализующий проскоки нескольких типов, то есть данный каталитический нейтрализатор нейтрализует как добавку, так и оксиды азота NO_x. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, следующие реакции, например, могут выполняться в многофункциональном аммиачном каталитическом нейтрализаторе SC, который как восстанавливает оксиды азота NO_x, так и окисляет добавку:

NH₃+O₂ → N₂ (vi)

и

NO_x+NH₃ → N₂+H₂0 (vii)

В данном случае, реакция по уравнению vi обеспечивает окисление добавки, например, остатков добавки, которые могут содержать аммиак. Реакция по уравнению vii приводит к восстановлению оксидов азота NO_x.

Соответственно, добавка, а также остатки аммиака NH₃, изоциановая кислота HNCO, мочевина или что-то подобное, может окисляться. Упомянутые остатки добавки, то есть, аммиак NH₃, HNCO, мочевина или что-то подобное, могут в данном случае служить для окисления оксидов азота NO_x.

Для получения данных характеристик, то есть, для получения многофункционального аммиачного каталитического нейтрализатора, аммиачный каталитический нейтрализатор может в соответствии с одним вариантом осуществления содержать одно или несколько веществ, содержащихся в платиновых металлах (PGM; металлы платиновой группы), то есть, какой-то один или несколько из иридия, осмия, палладия, платины, родия и рутения. Аммиачный каталитический нейтрализатор может также содержать одно или несколько других веществ, которые придают аммиачному каталитическому нейтрализатору такие же характеристики, как у металлов платиновой группы. Аммиачный каталитический нейтрализатор может также содержать покрытие, восстанавливающее NO_x, при этом покрытие может содержать, например, Cu- или Fe-содержащий цеолит или ванадий. В данном случае, цеолит может активироваться активным металлом, например, медью (Cu) или железом (Fe).

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, частично каталитическое покрытие с восстановительными характеристиками в каталитическом фильтре 320 расположено в связи с впуском каталитического фильтра 320. В данном случае, каталитическое покрытие имеет, по меньшей мере, восстановительные характеристики, соответствующие восстановительным характеристикам в каталитическом нейтрализаторе избирательного каталитического восстановления.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, частично каталитическое покрытие с восстановительными характеристиками расположено, наоборот, в связи с выпуском каталитического фильтра 320. В данном случае, каталитическое покрытие также имеет, по меньшей мере, восстановительные характеристики, соответствующие восстановительным характеристикам в каталитическом нейтрализаторе избирательного каталитического восстановления.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, частично каталитическое покрытие с восстановительными характеристиками расположено, по существу, по всей длине каталитического фильтра 320, например, по существу, равномерно по всей длине, и имеет восстановительные характеристики, соответствующие восстановительным характеристикам в каталитическом нейтрализаторе SCR избирательного каталитического восстановления. Другими словами, поток 303 выхлопных газов, который протекает через каталитический фильтр, достигает, по меньшей мере, частично каталитического покрытия, по существу, параллельно улавливанию и окислению сажевых частиц в фильтре, то есть, в одно и то же время с этим.

Как очевидно специалисту в данной области техники, порядок этапов 240 и 250 в способах в соответствии с разными вариантами осуществления настоящего изобретения зависит от того, где, по меньшей мере, частично каталитическое покрытие расположено в фильтре.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, частично каталитическое покрытие, которое содержится в каталитическом фильтре, имеет также окислительные характеристики. Другими словами, каталитический фильтр 320 в соответствии с данным вариантом осуществления имеет как восстановительные характеристики, так и окислительные характеристики.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, аммиачный каталитический нейтрализатор SC расположен в связи с выпуском в каталитическом фильтре 320. В данном случае, такой аммиачный каталитический нейтрализатор SC выполнен с возможностью окисления остатка добавки и/или поддержки дополнительного восстановления оксидов азота NO_x, выполняемого, по меньшей мере, частично каталитическим покрытием в фильтре.

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 соответствующих вариантов осуществления обеспечивает вышеописанные преимущества для соответствующих вариантов осуществления.

Специалисту в данной области техники будет также понятно, что вышеописанную систему можно модифицировать соответственно разным вариантам осуществления способа по изобретению. Кроме того, изобретение относится к автотранспортному средству 100, например, грузовику или автобусу, содержащему, 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.