Устройство и способ для воздействия на количество оксидов азота в выхлопных газах из двигателя внутреннего сгорания

Устройство и способ для воздействия на количество оксидов азота в выхлопных газах из двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способу обработки потока выхлопных газов согласно преамбуле пункта 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение также относится к системе для обработки выхлопных газов, приспособленной для обработки потока выхлопных газов согласно преамбуле пункта 35 формулы изобретения. Изобретение также относится к компьютерной программе и к компьютерному программному продукту, которые реализуют способ согласно изобретению.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Дальнейшее описание уровня техники составляет описание предпосылок настоящего изобретения и, таким образом, не обязательно составляет предшествующий уровень техники.

В связи с увеличенным интересом правительств в отношении загрязнения и качества воздуха, главным образом на городских территориях, стандарты выбросов и законы о выбросах двигателей внутреннего сгорания были сформированы во многих юрисдикциях.

Такие стандарты выбросов часто состоят из требований, определяющих приемлемые пределы выбросов выхлопных газов из двигателей внутреннего сгорания, например, в транспортных средствах. Например, уровни выброса оксидов азота NO_x, углеводородов C_xH_y, угарного газа CO и частиц PM (твердых частиц) часто регулируются такими стандартами для большинства типов транспортных средств. Транспортные средства, оборудованные двигателями внутреннего сгорания, обычно производят такие выбросы в разной степени. В данном документе, изобретение будет главным образом описано относительно его применения к транспортным средствам. Тем не менее, изобретение может использоваться по существу во всех применениях, в которых используются двигатели внутреннего сгорания, например, в судах, таких как корабли или самолеты/вертолеты, в которых нормы и стандарты для таких применений ограничивают выбросы из двигателей внутреннего сгорания.

В попытке удовлетворить этим стандартам выбросов, выхлопные газы, формируемые посредством сгорания в двигателе внутреннего сгорания, подвергаются обработке (очищаются).

Обычный способ обработки выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания состоит из так называемого процесса каталитической очистки, поэтому транспортные средства, оборудованные двигателем внутреннего сгорания, содержат по меньшей мере один катализатор. Существуют разные типы катализаторов, при этом разные соответствующие типы могут быть применимы в зависимости от, например, принципа сгорания, стратегий сгорания и/или типов топлива, которые используются в транспортных средствах, и/или типов соединений в потоке выхлопных газов, который должен быть очищен. В связи с по меньшей мере газами на основе азота (моноксид азота, диоксид азота), далее указываемыми ссылкой, как оксиды азота NO_x, транспортные средства часто содержат катализатор, в котором добавка подается в поток выхлопных газов, формируемый посредством сгорания в двигателе внутреннего сгорания, чтобы восстанавливать оксиды азота NO_x, главным образом до газообразного азота и водяного пара.

Катализаторы SCR (селективного каталитического восстановления) являются обычно используемым типом катализатора для этого типа восстановления, главным образом для большегрузных автомобилей. Катализаторы SCR обычно используют аммиак NH₃, или состав, из которого аммиак может быть получен/сформирован, в качестве добавки для восстановления определенного количества оксидов азота NO_x в выхлопных газах. Добавку впрыскивают в поток выхлопных газов, выходящий из двигателя внутреннего сгорания, выше по потоку от катализатора. Добавка, добавляемая в катализатор, поглощается (сохраняется) в катализаторе в форме аммиака NH₃, с тем чтобы окислительно-восстановительная реакция могла протекать между оксидами азота NO_x в выхлопных газах и аммиаком NH₃, доступным из добавки.

Современный двигатель внутреннего сгорания является системой, в которой имеет место взаимодействие и взаимное влияние между двигателем и обработкой выхлопных газов. В частности, существует корреляция между способностью системам обработки выхлопных газов восстанавливать оксиды азота NO_x и эффективностью топлива двигателя внутреннего сгорания. Для двигателя внутреннего сгорания, существует корреляция между эффективностью топлива двигателя/общей эффективностью и производимыми им оксидами азота NO_x. Эта корреляция устанавливает, что для заданной системы имеется положительная корреляция между производимыми оксидами азота NO_x и эффективностью топлива, другими словами, двигатель, которому позволено выбрасывать больше оксидов азота NO_x, можно вынудить потреблять меньше топлива посредством, например, более оптимального выбора моментов впрыска, что может обеспечить более высокую эффективность сгорания. Подобным образом, часто существует отрицательная корреляция между производимой массой частиц PM и эффективностью топлива, что означает, что увеличенный выброс массы частиц PM из двигателя связан с увеличенным потреблением топлива. Эта корреляция является основой для широко распространенного использования систем обработки выхлопных газов, содержащих катализатор SCR, целью которого является оптимизация двигателя относительно потребления топлива и выброса частиц в направлении относительно большего количества производимых оксидов азота NO_x. Восстановление этих оксидов азота NO_x затем выполняется в системе обработки выхлопных газов, которая, таким образом, также может содержать катализатор SCR. С помощью объединенного подхода в конструкции двигателя и системы обработки выхлопных газов, в которой двигатель и обработка выхлопных газов дополняют друг друга, таким образом, высокая эффективность топлива может быть достигнута вместе с низкими выбросами как частиц PM, так и оксидов азота NO_x.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Эффективность восстановления оксидов азота NO_x, которая может быть достигнута при обработке выхлопных газов, например, в катализаторе SCR, сильно зависит от температуры выхлопных газов при восстановлении. Температура выхлопных газов, таким образом, является важным параметром для достижения высокой эффективности и/или использования системы обработки выхлопных газов. Высокая температура выхлопных газов может, однако, термодинамически влечь за собой то, что меньшая доля энергии топлива будет использоваться в форме полезной работы, производимой через коленчатый вал двигателя. Это также является обратной зависимостью между оптимизацией потребления топлива и высокой эффективностью обработки выхлопных газов.

До определенной степени, эффективность обработки выхлопных газов может быть улучшена посредством увеличения объемов субстрата. В частности, потери из-за неравномерного распределения потока выхлопных газов могут быть снижены. Однако, более высокие объемы субстрата приводят к прямому влиянию на стоимость производства и/или изготовления. Более высокий объем субстрата также приводит к более высокому обратному давлению, которое противодействует возможным выгодам в потреблении топлива из-за более высокой степени преобразования, вызываемой увеличенным объемом.

Традиционная система обработки выхлопных газов генерирует по существу постоянную долю диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x для заданного потока выхлопных газов и заданной температуры. Оптимизация этих компонентов сложна, так как эти параметры зависят от способа использования двигателя и не могут быть управляемыми. Восстановительный катализатор в системах обработки выхлопных газов нуждается, с одной стороны, в существенно высокой доле диоксида азота NO₂ при низких температурах выхлопных газов, но, с другой стороны, его функционирование ухудшается, если, при оптимальной температуре для окислительного катализатора DOC и для фильтра твердых частиц DPF в системе обработки выхлопных газов, доля диоксида азота NO₂ становится слишком высокой. Системы обработки выхлопных газов в настоящее время, следовательно, страдают как от слишком больших/слишком высоких долей диоксида азота NO₂, так и от слишком маленьких/слишком низких долей диоксида азота NO₂, в зависимости от текущей работы и/или спецификации оборудования для соответствующего компонента.

В некоторых условиях, применяемых к температуре и потоку катализатора, то есть, в определенное время запаздывания в катализаторе («объемная скорость»), существует риск того, что будет получена неблагоприятная доля диоксидов азота NO₂. В частности, существует риск того, что отношение NO₂/NO_x превысит 50%, что может создать реальную проблему для очистки выхлопных газов. Оптимизация отношения NO₂/NO_x для критических рабочих режимов с низкими температурами, таким образом, рискует, с решениями предшествующего уровня техники, производить слишком высокую долю диоксидов азота NO₂ в других рабочих режимах при более высоких температурах. Такая более высокая доля диоксидов азота NO₂ приводит к более высоким требованиям на объем катализатора SCR и/или к ограничению количества оксидов азота, выбрасываемых из двигателя, и, соответственно, к более низкой эффективности топлива для транспортного средства/двигателя. Дополнительно, существует риск того, что более высокая доля диоксида азота NO₂ также приведет к производству веселящего газа N₂O в катализаторе SCR, потенциально расположенном ниже по потоку.

Высокие доли диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x также влечет за собой ограничение кинетической активности катализатора SCR. Адаптации дозировки мочевины, которые происходят в течение относительно короткого периода времени, в данном случае также рискуют не давать верные результаты из-за сниженной каталитической эффективности катализатора SCR.

В целом, это означает, что сложно найти решение, которое достигает как оптимизированного потребления топлива, так и эффективной обработки выхлопных газов. Это означает, что становится очень важным иметь возможность использовать систему настолько оптимально, насколько это возможно, в отношении как потребления топлива, так и обработки выхлопных газов. Соответственно, существует необходимость в оптимизации функционирования в системах обработки выхлопных газов.

Следовательно, одной из целей настоящего изобретения является предоставление способа и системы, которые обеспечивают высокую эффективность и хорошее функционирование в разных условиях.

Эта цель достигается с помощью вышеупомянутого способа согласно характеризующей части пункта 1 формулы изобретения. Эта цель также достигается с помощью вышеупомянутой системы обработки выхлопных газов согласно характеризующей части пункта 35 формулы изобретения, и вышеупомянутой компьютерной программы и компьютерного программного продукта.

Согласно настоящему изобретению, предложен способ и система обработки выхлопных газов для обработки потока выхлопных газов, формируемого при сгорании в двигателе внутреннего сгорания и содержащего оксиды азота NO_x.

Первое воздействие на первое количество оксидов азота NO_{x_1}, достигающее первого устройства, расположенного в системе обработки выхлопных газов, выполняется, чтобы оказать воздействие на первое количество оксидов азота NO_{x_1}. Это первое воздействие осуществляется посредством использования по меньшей мере одного NO_x-удерживающего катализатора NCC и первого катализатора предотвращения проскока SC₁, расположенных в первом устройстве. Здесь, NO_x-удерживающий катализатор NCC может выполнять сохранение/удержание оксидов азота NO_x. Первый катализатор предотвращения проскока SC₁ может выполнять восстановление оксидов азота NO_x и/или окисление потенциальной добавки в потоке выхлопных газов через выхлопную систему.

Это первое воздействие подвергается активному управлению на основе по меньшей мере первого количества оксидов азота NO_{x_1}, достигающего первого устройства.

Второе воздействие на второе количество оксидов азота NO_{x_2}, достигающее второго устройства, расположенного ниже по потоку от первого устройства, выполняется, чтобы оказать воздействие на второе количество оксидов азота NO_{x_2}.

Активное управление первым воздействием может, согласно разным вариантам осуществления настоящего изобретения, выполняться с помощью активного управления дозировкой добавки в первом устройстве и/или с помощью активного управления состоянием выхлопных газов, содержащим, например, температуру потока выхлопных газов в первом устройстве. Здесь, состояние выхлопных газов может, например, быть окисляющим, с хорошим доступом воздуха, или может быть восстановительным, с уменьшенным доступом воздуха. Впрыск топлива в двигатель может, таким образом, влиять на состояние выхлопных газов.

Активное управление температурой может, согласно разным вариантам осуществления настоящего изобретения, осуществляться посредством регулировки воздушно-топливного отношения (значения лямбда) в двигателе внутреннего сгорания, при этом сниженный поток воздуха увеличивает температуру, а повышенный поток воздуха уменьшает температуру. Воздушно-топливное отношение может изменяться, например, посредством изменения режима сгорания двигателя.

Воздушный поток через систему обработки выхлопных газов, и, соответственно, ее температура, также могут управляться посредством управления коробкой передач в транспортном средстве, так как использование разных передач приводит к разным потокам воздуха через систему обработки выхлопных газов.

NO_x-удерживающий катализатор NCC может иметь характеристику, согласно которой он сохраняет/удерживает NO_x при более низких температурах и высвобождает NO_x при более высоких температурах. Настоящее изобретение в целом обеспечивает управление отношением NO₂/NO_x между количеством диоксида азота NO₂ и количеством оксидов азота NO_x. Таким образом, например, высокие значения этого отношения могут быть предотвращены с помощью активного управления, например отношение NO₂/NO_x>50% может быть предотвращено, так как значением отношения можно активно управлять, чтобы снизить его. Значение отношения NO₂/NO_x также может быть увеличено, когда оно слишком низкое, например, когда NO₂/NO_x<50%.

С помощью использования настоящего изобретения, доля оксидов азота NO_x, включающая диоксид азота NO₂, может, таким образом, подвергаться активному управлению, чему способствует активное управление количеством оксидов азота NO_x выше по потоку от по меньшей мере одного субстрата с окислительным покрытием, например, содержащим драгоценные металлы, в системе обработки выхлопных газов. Это управление отношением NO₂/NO_x может, помимо преимуществ в каталитической эффективности, таких как более высокое преобразование NO_x, также обеспечивать возможность снижения выбросов, в частности, диоксида азота NO₂, который вызывает очень ядовитые и сильно пахнущие выбросы. Это может привести к преимуществам при возможном будущем введении отдельных законных ограничений, относящихся к диоксиду азота NO₂, с помощью возможности снижения выбросов диоксида азота NO₂. Это можно сравнить, например, с системой Euro VI, в которой доля диоксида азота NO₂, обеспечиваемая при очистке выхлопных газов, не может подвергаться прямому воздействию в самой системе обработки выхлопных газов, так как доля диоксида азота NO₂ в системе Euro VI является результатом работы/использования, и не может управляться иным образом.

Другими словами, активное управление уровнем диоксида азота NO₂ облегчается при использовании настоящего изобретения, которое используется, чтобы увеличить или уменьшить уровень диоксида азота NO₂ в рабочих режимах, для которых это необходимо. Таким образом, может быть создана система обработки выхлопных газов, которая требует меньшего количества драгоценного металла и, соответственно, также является более дешевой в производстве.

С помощью использования управления согласно настоящему изобретению, получен нейтральный к потреблению топлива способ увеличения скорости реакции на одном или более катализаторах селективного каталитического восстановления в системе обработки выхлопных газов, так как управление может выполняться таким образом, чтобы как можно большая доля восстановления происходила посредством путей реакции как моноксида азота NO, так и диоксида азота NO₂. Таким образом, с помощью управления согласно изобретению, доля общего преобразования оксидов азота NO_x, происходящего посредством быстрого пути реакции, другими словами, посредством «быстрого SCR», в котором восстановление происходит посредством путей реакции как моноксида азота NO, так и диоксида азота NO₂, может быть увеличена с помощью активного управления уровнем диоксида азота NO₂. Соответственно, требования к объему, связанному с катализатором, также могут быть снижены. Ниже быстрый SCR описан более подробно.

Отношение NO₂/NO_x может, из-за старения, принимать более низкие значения, например, после того, как система обработки выхлопных газов использовалась в течение некоторого времени. Соответственно, из-за старения/ухудшения системы обработки выхлопных газов существует риск появления неблагоприятной доля диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x. Например, отношение NO₂/NO_x может принимать более низкие значения, когда система обработки выхлопных газов стареет, вследствие чего для компенсации старения/ухудшения должна использоваться спецификация катализатора, которая в новом/несостаренном состоянии приводит к слишком высоким отношениям NO₂/NO_x.

Настоящее изобретение обеспечивает возможность предотвращения этой характеристики ухудшения со временем, которая является неблагоприятной для системы обработки выхлопных газов, посредством предотвращения чрезмерно низких значений отношения NO₂/NO_x с помощью активного управления согласно изобретению. Так как при использовании настоящего изобретения возможно управлять более высокими изначальными значениями отношения NO₂/NO_x, создаются лучшие условия для оптимизации эффективности как для новой, так и для состаренной системы обработки выхлопных газов.

Настоящее изобретение использует тот факт, что каталитическая активность, получаемая при заданной температуре, может подвергаться воздействию, если состав выхлопных газов ухудшается. Посредством регулировки доли оксидов азота NO_x, которую составляет диоксид азота NO₂, может быть достигнуто воздействие на реакции, которые являются основой восстановления. Другими словами, активность катализатора восстановления может подвергаться воздействию посредством регулировки доли оксидов азота NO_x, которую составляет диоксид азота NO₂. Доля оксидов азота NO_x, которую составляет диоксид азота NO₂, равная 50%, согласно разным вариантам осуществления настоящего изобретения, приводит к самым быстрым скоростям и/или самой лучшей каталитической эффективности, и, следовательно, приводит к более низким требованиям, относящимся к объему субстрата катализатора восстановления. Дополнительно, управление согласно изобретению в направлении подходящего значения доли оксидов азота NO_x, которую составляет диоксид азота NO₂, означает, что требования, относящиеся к возможному катализатору предотвращения проскока SC, расположенному ниже по потоку в системе обработки выхлопных газов, являются более низкими.

Посредством активного управления уровнем оксидов азота NO_x, достигающих одного или более субстратов с окислительным покрытием в системе обработки выхлопных газов, которые могут, например, содержаться в окислительном катализаторе DOC и/или в по меньшей мере частично покрытом фильтре cDPF, может быть достигнута регулировка доли диоксида азота NO₂, достигающего первого и/или второго устройства, расположенного ниже по потоку от окислительного покрытия. Это означает, что второе устройство обеспечивает более предсказуемый оборот. Это касается, например, увеличения количества оксидов азота NO_x, производимых двигателем, в случаях, в которых существует риск того, что доля диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x может превысить максимальное значение.

Посредством использования настоящего изобретения, достигается более эффективное и предсказуемое восстановление оксидов азота NO_x. В результате, например, адаптации дозировки мочевины дают более предсказуемые результаты.

Активное управление согласно настоящему изобретению имеет потенциал облегчить выполнение системой обработки выхлопных газов требований по выбросам в стандарте Euro VI. Кроме того, управление согласно настоящему изобретению имеет потенциал облегчить выполнение системой обработки выхлопных газов требований по выбросам в некоторых других существующих и/или будущих стандартах выбросов.

Это означает, что настоящее изобретение может обеспечивать требуемое воздействие, такое как требуемое снижение количества оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов, в большем количестве разных условий. Соответственно, законные ограничения и/или стандарты выбросов количества оксидов азота NO_x из системы обработки выхлопных газов могут быть выполнены в намного большем количестве условий и/или режимов вождения, чем при использовании систем по предшествующему уровню техники.

Посредством использования настоящего изобретения может быть достигнута лучшая оптимизация использования топлива для транспортного средства, так как имеется возможность управлять двигателем в режиме с более высокой эффективностью топлива, так что достигается более высокая эффективность двигателя. Таким образом, когда используется настоящее изобретение, может быть получено повышение эффективности и/или уменьшенный выброс углекислого газа CO₂.

Настоящее изобретение также имеет преимущество, состоящее в использовании двух взаимодействующих дозирующих устройств в комбинации для дозировки восстановителя, например мочевины, выше по потоку от первого и второго устройств, что освобождает и облегчает смешивание и потенциальное испарение восстановителя, так как впрыск восстановителя разделяется на два физически разных положения. Это снижает риск того, что восстановитель локально охладит систему обработки выхлопных газов, что потенциально может сформировать отложения в положениях впрыска восстановителя или ниже по потоку от таких положений.

Краткий список фигур

Изобретение будет более подробно проиллюстрировано ниже, вместе с прилагаемыми чертежами, на которых схожие символы ссылок используются для схожих деталей, и на которых:

Фигура 1 показывает примерное транспортное средство, которое может содержать настоящее изобретение,

Фигура 2 показывает блок-схему последовательности операций способа обработки выхлопных газов согласно изобретению,

Фигура 3 показывает пример системы обработки выхлопных газов согласно настоящему изобретению,

Фигура 4 показывает устройство управления, в котором может быть реализован способ согласно настоящему изобретению,

Фигура 5 показывает пример эффекта увеличенного уровня NO_x.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Фигура 1 схематически показывает примерное транспортное средство 100, содержащее систему 150 обработки выхлопных газов, которая может являться системой 150 обработки выхлопных газов согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Силовая передача содержит двигатель 101 внутреннего сгорания, который традиционным образом, через выходной вал 102 на двигателе 101 внутреннего сгорания, обычно через маховик, соединен с коробкой 103 передач через сцепление 106.

Двигатель 101 внутреннего сгорания управляется системой управления двигателем посредством устройства 115 управления. Подобным образом, сцепление 106 и коробка 103 передач могут управляться системой управления транспортного средства, с помощью одного или более подходящих устройств управления (не показаны). Естественно, силовая передача транспортного средства также может являться силовой передачей другого типа, например, типа с традиционной автоматической коробкой передач, или типа с гибридной силовой передачей, и т. д.

Выходной вал 107 из коробки 103 передач приводит в движение колеса 113, 114 через конечную передачу 108, такую как, например, обычный дифференциал, и приводные валы 104, 105, соединенные с упомянутой конечной передачей 108.

Транспортное средство 100 также содержит систему 150 обработки выхлопных газов/систему 150 очистки выхлопных газов для обработки/очистки выбросов выхлопных газов, формируемых при сгорании в камере сгорания двигателя 101 внутреннего сгорания, который может состоять из цилиндров. Система 150 обработки выхлопных газов может управляться системой управления транспортного средства посредством устройства 160 управления, которое также может быть соединено с двигателем и/или устройством 115 управления двигателя.

Согласно настоящему изобретению, предложен способ обработки потока выхлопных газов, формируемого при сгорании в двигателе внутреннего сгорания и содержащего оксиды азота NO_x. Как упоминалось выше, оксиды азота NO_x содержат моноксид азота NO и диоксид азота NO₂. Этот способ может быть проиллюстрирован с помощью блок-схемы последовательности операций на фигуре 2.

На первом этапе 210 способа, осуществляется первое воздействие на первое количество оксидов азота NO_{x_1}, достигающее первого устройства, расположенного в системе обработки выхлопных газов, чтобы оказать воздействие на первое количество оксидов азота NO_{x_1}. Это первое воздействие осуществляется с помощью использования по меньшей мере одного NO_x-удерживающего катализатора NCC и/или первого катализатора предотвращения проскока SC₁, расположенных в первом устройстве. Здесь, первое воздействие 210 может управляться активным образом, посредством активного управления содержанием оксидов азота NO_x в NO_x-удерживающем катализаторе NCC, и/или посредством активного управления восстановлением оксидов азота NO_x и/или окислением потенциальной добавки в упомянутом потоке выхлопных газов посредством первого катализатора предотвращения проскока SC₁. Активное управление NO_x-удерживающим катализатором NCC и/или первым катализатором предотвращения проскока SC₁ может выполняться на основании по меньшей мере первого количества оксидов азота NO_{x_1}, достигающего первого устройства.

На втором этапе 220 способа, осуществляется второе воздействие на второе количество оксидов азота NO_{x_2}, достигающее второго устройства, расположенного ниже по потоку от первого устройства в системе обработки выхлопных газов, чтобы оказать воздействие на второе количество оксидов азота NO_{x_2}.

На этапе 205, который предшествует первому этапу 210 согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, добавка может добавляться в поток выхлопных газов, как более подробно описано ниже.

На этапе 215, который предшествует второму этапу 220 согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, добавка может добавляться в поток выхлопных газов, как более подробно описано ниже.

Согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения, окисление соединений азота и/или углеводородов 230, и/или фильтрация и окисление сажи 240 могут выполняться после первого воздействия 210 и перед вторым воздействием 220, например, посредством использования окислительного катализатора DOC, и/или по меньшей мере частично покрытого фильтра cDPF, как более подробно описано ниже.

С помощью использования настоящего изобретения, может обеспечиваться управление отношением NO₂/NO_x между количеством диоксида азота NO₂ и количеством оксидов азота NO_x. Таким образом, например, высокие значения этого отношения могут быть предотвращены с помощью активного управления, например отношение NO₂/NO_x>50% может быть предотвращено, так как значением отношения можно активно управлять, чтобы снизить его. Значение отношения NO₂/NO_x также может быть увеличено, когда оно слишком низкое, например, когда NO₂/NO_x<50%.

Другими словами, активное управление уровнем диоксида азота NO₂ облегчается при использовании настоящего изобретения, которое используется, чтобы увеличить или уменьшить уровень диоксида азота NO₂ в рабочих режимах, для которых это необходимо. Таким образом, может быть создана система обработки выхлопных газов, которая требует меньшего количества драгоценного металла и, соответственно, также является более дешевой в производстве.

С помощью использования управления согласно настоящему изобретению, получен нейтральный к потреблению топлива способ увеличения скорости реакции на одном или более катализаторах селективного каталитического восстановления в системе обработки выхлопных газов, так как управление может выполняться таким образом, чтобы как можно большая доля восстановления происходила посредством путей реакции как моноксида азота NO, так и диоксида азота NO₂. Таким образом, с помощью управления согласно изобретению, доля общего преобразования оксидов азота NO_x, происходящего посредством быстрого пути реакции, другими словами, посредством «быстрого SCR», в котором восстановление происходит посредством путей реакции как моноксида азота NO, так и диоксида азота NO₂, может быть увеличена с помощью активного управления уровнем диоксида азота NO₂. Соответственно, требования к объему, связанному с катализатором, также могут быть снижены.

Для катализаторов SCR главным образом определены три разных типа путей реакции.

Один из этих путей реакции часто указывается ссылкой, как «стандартный SCR». Здесь, оксиды азота NO_x главным образом состоят из моноксида азота NO, поэтому путь реакции можно записать как:

4NH₃+4NO+O₂ ↔ 4N₂+6H₂O (i)

Другой из этих путей реакции соответствует быстрым скоростям, и часто указывается ссылкой, как «быстрый SCR»/«быстрое восстановление». Здесь, как моноксид азота NO, так и диоксид азота NO₂ доступны в равных долях в оксидах азота NO_x, поэтому путь реакции можно записать как:

4NH₃+2NO+2NO₂ ↔ 2N₂+3H₂O (ii)

Другой из этих путей реакции соответствует медленным скоростям, и часто указывается ссылкой, как «медленный SCR»/«медленное восстановление». Здесь, для реакции доступен только диоксид азота NO₂, так как весь моноксид азота был восстановлен, и путь реакции можно записать как:

6NO₂+ 8NH₃ ↔ 7N₂+12H₂O (iii)

На медленных скоростях в уравнении (iii) выше, также существует риск образования веселящего газа N₂O, в соответствии со следующими путями реакции:

8NO₂+ 6NH₃ ↔ 7N₂O+9H₂O (iv)

4NO₂+ 4NH₃ +O₂ ↔ 4N₂O+6H₂O (v)

Скорость реакции для восстановления/катализатора SCR, как предполагают названия, тесно связана с путями реакций. Глобальное восстановление всегда будет являться комбинацией этих трех путей, и, вероятно, еще более дополнительных реакций. Таким образом, реакции в катализаторе SCR происходят посредством вышеупомянутых конкретных путей реакции, которые имеют разные скорости.

Для температур выхлопных газов выше приблизительно 280°C, хорошо подобранный катализатор SCR будет работать быстро посредством пути реакции «стандартный SCR» (i). Таким образом, для таких высоких температур нет сильной зависимости от/воздействия со стороны доли диоксида азота NO₂.

При более низких температурах, однако, слишком низкие доли диоксида азота NO₂ приводят к низкой кинетической активности, и, соответственно, к неэффективному каталитическому процессу. Как упоминалось выше, существует риск образования веселящего газа N₂O в компоненте, расположенном ниже по потоку, где риск особенно велик, например, в отношении катализаторов на основе драгоценных металлов, таких как катализатор предотвращения проскока SC, окислительный катализатор DOC и/или по меньшей мере частично покрытый фильтр cDPF.

Таким образом, полезно иметь возможность, с помощью использования настоящего изобретения, управлять долей диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x, с тем чтобы она была выше подходящего минимального значения NO₂/NO_{xthreshold_low}, и ниже подходящего максимального значения NO₂/NO_{xthreshold_high}.

Состояние термодинамического равновесия между моноксидом азота NO и диоксидом азота NO₂ означает, что проблематично управлять долей диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x на широком диапазоне температур. Геометрия, количества и/или распределения драгоценных металлов и отложения сажи являются некоторыми из параметров, влияющих на значение отношения NO₂/NO_x, которое получено ниже по потоку от окислительных субстратов в существующей системе обработки выхлопных газов, иными словами, например, ниже по потоку от окислительного катализатора и/или фильтра твердых частиц.

Настоящее изобретение использует открытие, согласно которому открываются дополнительные возможности для управления долей диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x в современных дизельных двигателях. Настоящее изобретение использует возможность управления уровнем оксидов азота NO_x двигателя. Это является возможным, так как доля диоксида азота NO₂ в оксидах азота NO_x зависит от уровня оксидов азота NO_x.

Для вариантов осуществления, описанных в материалах настоящей заявки, в которых система 350 обработки выхлопных газов содержит компоненты на основе драгоценных металлов, такие как, например, NO_x-удерживающий катализатор NCC и/или окислительный катализатор DOC, расположенный выше по потоку от первого устройства, или на впуске в первое устройство, первое отношение NO_{2_1}/NO_{x_1}, достигающее первого устройства, или компонентов, расположенных ниже по потоку в первом устройстве, может, таким образом, подвергаться управлению.

Чтобы учесть ограниченную доступность тепла, например, при холодном запуске или работе с низкой нагрузкой, желательно использовать так называемое быстрое восстановление/SCR («Быстрый SCR»). При быстром восстановлении/SCR, восстановление управляется, чтобы происходить, в настолько высокой степени, насколько это возможно, посредством путей реакции как моноксида азота NO так и диоксида азота NO₂. Таким образом, при быстром восстановлении/SCR реакция использует равные части моноксида азота NO и диоксида азота NO₂, что означает, что оптимальное значение молярного отношения NO₂/NO_x может, например, быть близким к 50%. С помощью использования настоящего изобретения, молярное отношение NO₂/NO_x может управляться, чтобы быть ближе к оптимальному значению, чем в случае управления без использования настоящего изобретения.

Посредством использования настоящего изобретения, таким образом, достигается более эффективное и предсказуемое восстановление диоксида азота NO₂. В результате, например, адаптации дозировки мочевины дают более предсказуемые результаты.

В данном документе, термин катализатор предотвращения проскока SC используется, главным образом, чтобы обозначать катализатор, который приспособлен, чтобы окислять добавку в потоке выхлопных газов, и который выполнен с возможностью восстанавливать остатки оксидов азота NO_x в потоке выхлопных газов. Более точно, такой катализатор предотвращения проскока SC приспособлен, в первую очередь, чтобы восстанавливать оксиды азота NO_x, и, во вторую очередь, чтобы окислять добавку. Другими словами, катализатор предотвращения проскока SC может заботиться о проскакивающих остатках как добавки, так и оксидов азота NO_x. Это также можно описать так, что катализатор предо