專利名稱:對NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置進行脫硫的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及汽車排放控制系統(tǒng)和方法的領(lǐng)域。
背景技術(shù):
稀混合氣發(fā)動機,或使用在化學(xué)計量上空氣量大于燃料量的空燃混合氣運轉(zhuǎn)的發(fā)動機,相對于配置為使用化學(xué)計量組成的空燃混合氣運轉(zhuǎn)的發(fā)動機來說可以提供更好的燃料經(jīng)濟性。
然而,稀混合氣發(fā)動機也具有各種缺點。例如,燃燒稀空燃混合氣會減少現(xiàn)有的三元催化轉(zhuǎn)化器中氮氧化物(統(tǒng)稱為”NOx”)的還原。
已開發(fā)了各種機制來減少稀混合氣發(fā)動機中的NOx排放。一種機制是NOx捕集器。NOx捕集器是催化裝置,通常位于排放系統(tǒng)中的催化轉(zhuǎn)化器下游,并配置為在發(fā)動機使用稀空燃混合氣運轉(zhuǎn)時保留NOx以便發(fā)動機在使用更濃的空燃混合氣運轉(zhuǎn)時釋放和還原NOx。
典型的NOx捕集器包括一種或多種貴金屬,及堿或堿金屬氧化物,用來在發(fā)動機使用稀空燃混合氣運轉(zhuǎn)時將氮氧化物作為硝酸鹽吸附其上。然后發(fā)動機可以配置為周期性地使用更濃的空燃混合氣運轉(zhuǎn)。硝酸鹽在濃混合氣條件下分解,釋放出NOx。這通過貴金屬與排氣中的一氧化碳、氫氣和各種碳氫化合物反應(yīng)形成N2,從而減少NOx排放并再生捕集器。
使用NOx捕集器可以顯著減少稀混合氣發(fā)動機的NOx排放。然而,燃料中硫的燃燒產(chǎn)生的SO2會形成硫酸鹽,這會毒化NOx存儲位點并降低捕集器的NOx存儲容量。
捕集器的NOx存儲容量可以通過在濃混合氣條件下于高溫下(例如,約700C)操作捕集器幾分鐘來恢復(fù)。然而,該處理會導(dǎo)致硫化氫的形成和排放,而硫化氫具有難聞的氣味。硫化氫的排放可以通過在稀混合氣和濃混合氣條件之間交替同時將NOx捕集器保持在脫硫條件下來抑制。然而,這會使脫硫顯著減緩。
德國公開專利申請DE 198 49 082 A1號闡述了一種多級脫硫處理。在第一個級,NOx捕集器暴露在稍濃混合氣條件(空燃比=.98)和相對低的脫硫溫度下達第一個時間段。在第二個級,在初始值附近調(diào)制空燃比。隨著第二個級的進行,調(diào)制的振幅增加,溫度升高,且調(diào)制的頻率和中點降低。相對于固定振幅/頻率調(diào)制方案,該方法可以減少脫硫所需的時間。然而,該方法仍然會導(dǎo)致產(chǎn)生過剩的硫化氫,和/或花費比完成脫硫所需更多的時間,因為它并不考慮捕集器中的硫化氫在脫硫處理過程中任何瞬間的量。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人在此發(fā)現(xiàn),通過使用一種對催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置進行脫硫的方法,可以更加有效地處理脫硫期間的硫化氫形成和排放,該方法包括將所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置加熱到脫硫溫度;向交替的濃混合氣和稀混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達第一間隔;及在所述第一間隔之后,向連續(xù)濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達第二間隔。
在濃混合氣循環(huán)期間對應(yīng)任何具體的溫度而言,較高的硫存儲量通常導(dǎo)致較高的硫化氫峰值產(chǎn)生量。因此,具有較低的硫存儲量的NOx捕集器可以使用較長的濃混合氣時間和較短的總體脫硫處理而不產(chǎn)生過高的硫化氫峰值水平,同時較大的硫存儲量需要較短的濃混合氣時間和較長的總體脫硫處理來保持較低的硫化氫水平。在脫硫期間使用不同的間隔,可以同時避免因使用過長的濃混合氣循環(huán)產(chǎn)生的過多的硫化氫以及因過短的濃混合氣時間導(dǎo)致的較慢的脫硫處理根據(jù)本發(fā)明的另一個方面,一種對催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置進行脫硫的方法包括確定存儲在催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置中的硫量;基于所確定的硫存儲量確定向濃混合氣排氣流暴露催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的間隔,其中所述間隔對較低的硫存儲量較長,而對較高的硫存儲量較短;及向濃混合氣排氣流暴露催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達預(yù)定的間隔。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面,一種裝置包括內(nèi)燃機;用于從所述發(fā)動機中傳送出排氣流的導(dǎo)管;沿所述導(dǎo)管布置的催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化區(qū)域;及控制器,所述控制器配置為控制對所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化區(qū)域進行周期性的脫硫,其中控制所述周期性的脫硫包括確定所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置中的硫存儲量,基于所述確定的硫存儲量確定用于向濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的間隔,其中所述間隔對較低的硫量較長,而對較高的硫量較短,及控制向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達所述確定的間隔。
上述方法和系統(tǒng)具有額外的優(yōu)點。例如,在濃混合氣脫硫循環(huán)期間排放的硫化氫峰值水平是存儲在捕集器中的硫的瞬間量的函數(shù)。通過實際上確定NOx捕集器中的硫存儲量然后基于所確定的硫量選擇預(yù)定的濃混合氣循環(huán)間隔,濃混合氣循環(huán)可以對脫硫處理期間的每個濃混合氣/稀混合氣脫硫循環(huán)進行優(yōu)化。以此方式,可以同時避免因使用過長的濃混合氣循環(huán)產(chǎn)生的過多的硫化氫以及因過短的濃混合氣時間導(dǎo)致的較慢的脫硫處理。
圖1是內(nèi)燃機的實施例的示意圖。
圖2是內(nèi)燃機排放處理系統(tǒng)的實施例的示意圖。
圖3是對NOx捕集器進行脫硫的方法的實施例的流程圖。
圖4是對NOx捕集器進行脫硫的方法的替換實施例的流程圖。
圖5是表示對應(yīng)于完全濃混合氣脫硫處理和多個濃混合氣/稀混合氣交替脫硫處理、作為時間的函數(shù)從NOx捕集器中釋放的硫的分數(shù)的圖表。
圖6是表示對應(yīng)于多個濃混合氣/稀混合氣交替脫硫處理、作為捕集器中的硫存儲量的函數(shù)從NOx捕集器中釋放的硫化氫峰值量的圖表。
圖7是表示對應(yīng)于一級完全濃混合氣脫硫處理、多個兩級脫硫處理和多個三級脫硫處理作為時間的函數(shù)釋放的硫的分數(shù)的圖表。
圖8是表示對應(yīng)于多個經(jīng)調(diào)制的單級脫硫處理和兩級脫硫處理作為時間的函數(shù)釋放的硫的分數(shù)的圖表。
具體實施例方式
圖1表示內(nèi)燃機10的示意圖。發(fā)動機10通常包括多個汽缸,其中一個如圖1所示,且由發(fā)動機電子控制器12控制。發(fā)動機10包括燃燒室14和汽缸壁16,活塞18位于其中并連接到曲軸20。燃燒室14通過相應(yīng)的進氣門26和排氣門28與進氣歧管22和排氣歧管24相連。排氣氧傳感器30連接到發(fā)動機10的排氣歧管24,排放處理級40連接到排氣氧傳感器下游的排氣歧管。所示的發(fā)動機可以配置為在汽車中使用,例如,客車或多用途運載車。
進氣歧管22通過節(jié)流板44與節(jié)流閥體42相連。進氣歧管22同樣如所示具有與其連接的燃料噴射器46,以便與來自控制器12的信號脈沖寬度(fpw)成比例地提供燃料。通過常規(guī)的燃料系統(tǒng)(未表示)向燃料噴射器46提供燃料,常規(guī)的燃料系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵,及燃料導(dǎo)管(未表示)。發(fā)動機10還包括常規(guī)的無分電器點火系統(tǒng)48,以通過火花塞50向燃燒室14提供點火火花來響應(yīng)控制器12。在此所述的實施例中,控制器12是常規(guī)的微計算機,包括微處理器單元52、輸入/輸出端口54、電子存儲器芯片56、隨機存取存儲器58,及常規(guī)的數(shù)據(jù)總線,其中電子存儲器芯片56在此具體例子中是電子可編程存儲器。
控制器12從連接到發(fā)動機10的傳感器接收各種信號,除上述那些信號之外,還包括來自連接到節(jié)流閥體42的質(zhì)量空氣流量傳感器60感應(yīng)到的質(zhì)量空氣流量(MAF)測量值;來自連接到冷卻套管64的溫度傳感器62的發(fā)動機冷卻液溫度(ECT);來自連接到進氣歧管22的歧管絕對壓力傳感器66的歧管壓力(MAP)測量值;來自連接到節(jié)流板44的節(jié)流閥位置傳感器68的節(jié)流閥位置(TP)測量值;及來自連接到曲軸20并指示發(fā)動機轉(zhuǎn)速(N)的霍爾效應(yīng)傳感器70的齒面點火提取信號(PIP)。
排氣通過與排氣歧管24、EGR閥組件74及EGR孔76相連的常規(guī)EGR管72進入進氣歧管22?;蛘撸?2可以是發(fā)動機中連接在排氣歧管24和進氣歧管22之間的內(nèi)部路由通道。
歧管絕對壓力傳感器66在閥組件74和孔76之間與EGR管72相連。歧管絕對壓力傳感器66也與進氣歧管22相連。換句話說,排氣首先通過EGR閥組件74,然后通過EGR孔76,從排氣歧管24到達進氣歧管22。然后可以說EGR閥組件74位于孔76的上游。
歧管絕對壓力傳感器66向控制器12提供歧管壓力(MAP)和孔76上的壓力下降(DP)的測量值。然后使用信號MAP和DP來計算EGR流。EGR閥組件74具有用于控制EGR管72中的可變區(qū)域限制,從而控制EGR流的閥位置(未展示)。EGR閥組件74可以最小限制通過管72的EGR流或完全限制通過管72的EGR流。真空調(diào)節(jié)器78連接到EGR閥組件74。真空調(diào)節(jié)器78從控制器12接收線80上的驅(qū)動信號,以控制EGR閥組件74的閥位置。在較佳實施例中,EGR閥組件74是真空驅(qū)動的閥。然而,如熟悉技術(shù)的人所知,可以使用任何類型的流控制閥,例如,電螺線管動力閥或步進電機動力閥。注意,也可以使用其它EGR系統(tǒng),如那些在EGR控制閥上游具有孔的EGR系統(tǒng)。此外,也可以使用利用步進電機閥而沒有孔的系統(tǒng)。
圖2表示排放級40的示例實施例的示意圖。排放級40包括三元催化轉(zhuǎn)化器100,及位于三元催化轉(zhuǎn)化器100下游的NOx捕集器110。NOx捕集器110通常包括一種或多種貴金屬,如鉑、銠和/或鈀,用來將排放流中的NOx轉(zhuǎn)化為NO2。NOx捕集器110通常還包括一種或多種堿或堿金屬氧化物,如鋇氧化物,用來在發(fā)動機使用稀空燃混合氣運轉(zhuǎn)時將NO2作為硝酸鹽吸附其上。然后發(fā)動機可以配置為周期性地使用更濃的空燃混合氣運轉(zhuǎn)。硝酸鹽在這些條件下分解,釋放出NOx,后者再通過貴金屬與排氣中的一氧化碳、氫氣和各種碳氫化合物反應(yīng)形成N2,從而減少NOx排放并再生捕集器110。
然而,燃料中硫的燃燒在排氣中產(chǎn)生SO2。在稀混合氣條件下,此SO2通過NOx捕集器110中的貴金屬或三元催化劑100氧化形成SO3,后者然后與NOx捕集器110中的堿土或堿金屬氧化物反應(yīng)形成硫酸鹽。這些硫酸鹽會毒化NOx存儲位點并降低捕集器110的NOx存儲容量。
如上所述,可以通過在約600C至800C之間的溫度下加熱捕集器達幾分鐘并在濃混合氣條件下操作發(fā)動機來從NOx捕集器110中去除硫酸鹽。當硫酸鹽被以此方式從NOx捕集器中清除時,它們很可能轉(zhuǎn)化為排氣中的二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)和羰基硫(COS)。在這三種化合物中,硫化氫因其難聞的氣味而最需要考慮。最好排氣中的硫化氫濃度不超過約20ppm。然而,當捕集器在濃混合氣脫硫條件下持續(xù)操作時,硫化氫的濃度可能達到高于500ppm的濃度。
在脫硫期間在濃混合氣和稀混合氣之間調(diào)制空燃比可以降低硫化氫產(chǎn)生量,但也需要更多時間來完成脫硫。德國公開專利申請DE 198 49 802 A1號中闡述的多級脫硫處理可以通過其中調(diào)制頻率保持恒定的調(diào)制方案提供改進的脫硫性能,但仍然會導(dǎo)致過剩的硫化氫的形成,和/或脫硫不足。
為了克服這些問題,可以基于確定在該濃混合氣循環(huán)開始時出現(xiàn)在捕集器中的硫的瞬間量來選擇脫硫處理中的每個濃混合氣循環(huán)的持續(xù)時間。如下面更詳細的說明,在濃混合氣脫硫循環(huán)期間排放的硫化氫峰值水平是存儲在捕集器中的硫的瞬間量的函數(shù)。在濃混合氣循環(huán)期間對應(yīng)任何具體的溫度而言,較高的硫存儲量通常導(dǎo)致較高的硫化氫峰值產(chǎn)生量。因此,具有較低的硫存儲量的NOx捕集器可以使用較長的濃混合氣時間和較短的總體脫硫處理而不產(chǎn)生過高的硫化氫峰值水平,同時較大的硫存儲量需要較短的濃混合氣時間和較長的總體脫硫處理來保持較低的硫化氫水平。此外,通過實際上確定NOx捕集器110中的硫存儲量然后基于所確定的硫量選擇預(yù)定的濃混合氣循環(huán)間隔,濃混合氣循環(huán)可以對脫硫處理期間的每個濃混合氣/稀混合氣脫硫循環(huán)進行優(yōu)化。以此方式,可以同時避免因使用過長的濃混合氣循環(huán)產(chǎn)生的過剩的硫化氫以及因過短的濃混合氣時間導(dǎo)致的較慢的脫硫處理。
圖3總地在200處表示對NOx捕集器進行脫硫的方法的一個示例實施例,該方法可以比現(xiàn)有方法提供更快速的脫硫而伴隨更少的硫化氫產(chǎn)生量。方法200的各步驟通常由控制器12執(zhí)行或控制,及由處理器52執(zhí)行方法200的可執(zhí)行指令可以存儲在存儲器56和/或存儲器58中。
方法200包括在步驟202確定NOx捕集器110中的硫量,然后在204確定是否需要脫硫。例如,為了做出此確定,確定存儲在NOx捕集器110中的硫量可以和硫存儲量閾值(可稱其為“開始脫硫”閾值)比較。或者,任何其它適合的方法都可用于確定是否需要脫硫。
如果確定不需要脫硫,則方法200終止,并可以立即執(zhí)行,或在等待任何適合的間隔之后執(zhí)行。另一方面,如果在204確定需要脫硫,則接下來在206將NOx捕集器110加熱到所需脫硫溫度。然后,在向濃混合氣排氣暴露NOx捕集器110之前,在208確定對應(yīng)于該硫存儲量的濃混合氣間隔。接下來,在210向一個濃混合氣/稀混合氣循環(huán)暴露NOx捕集器110。這包括首先向濃混合氣排氣流暴露NOx捕集器110達預(yù)定間隔,然后向稀混合氣排氣流暴露NOx捕集器110。稀混合氣排氣流間隔也可以基于所確定的硫存儲量,或可以是固定的和/或預(yù)先選擇的間隔。確定捕集器中的硫量然后基于所確定的硫存儲量選擇濃混合氣循環(huán)的持續(xù)時間,允許選擇能夠避免產(chǎn)生過剩的硫化氫同時也不過短的濃混合氣循環(huán)持續(xù)時間。
在210執(zhí)行濃混合氣/稀混合氣循環(huán)之后,在212計算通過該濃混合氣/稀混合氣循環(huán)從NOx捕集器110中去除的總硫量,然后在214計算在NOx捕集器110中剩余的總硫量。接下來,在216用NOx捕集器110中剩余的總硫量和閾值(可稱其為“結(jié)束脫硫”閾值)比較。如果NOx捕集器110中剩余的總硫量不等于或小于該結(jié)束閾值,則在208確定另一個濃混合氣循環(huán)間隔,并執(zhí)行另一個濃混合氣/稀混合氣循環(huán)(使用新確定的濃混合氣循環(huán)間隔)。應(yīng)理解,濃混合氣循環(huán)間隔可以基于持續(xù)時間、發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù),或任何其他適合的度量。方法200繼續(xù)以此方式循環(huán),直到在214確定NOx捕集器110中剩余的硫量等于或低于結(jié)束脫硫閾值。在此,方法200結(jié)束,直到達到存儲在NOx捕集器110中的硫的新開始脫硫閾值。
NOx捕集器110中的硫存儲量的確定可以按任何適合的方式執(zhí)行。例如,可以通過獲知或估計燃料中的硫量,然后在假設(shè)100%(或任何其他適合的分數(shù))轉(zhuǎn)化和存儲下對燃燒的硫量和存儲在NOx捕集器110中的硫量積分,來確定發(fā)動機中的燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化硫的量。所確定的由燃料燃燒產(chǎn)生的硫量然后可以加到在最后的脫硫處理完成之后NOx捕集器110中剩余的硫量中,以得到總硫量。
或者,可以使用利用發(fā)動機中的HEGO、UEGO和/或NOx傳感器進行診斷的方法。例如,可以測量濃混合氣到稀混合氣的轉(zhuǎn)換期間前端UEGO和后端UEGO之間的延遲時間。這樣的延遲源于NOx捕集器110中的氧存儲成分對O2的吸收。硫毒化會劣化這些氧存儲成分,因此該延遲時間會隨著催化劑被毒化而減少。延遲時間以及硫量和該延遲時間之間的校準曲線可以用來估計NOx捕集器110中的硫量。類似地,可以測量由于從OSC材料中釋放的氧以及從NOx存儲材料中釋放的NOx的組合而造成的稀混合氣到濃混合氣的轉(zhuǎn)換期間前端和后端UEGO傳感器之間的延遲時間。再次,該延遲時間以及硫吸收和該稀混合氣到濃混合氣的延遲時間之間的校準曲線可用于估計捕集器中的硫量。這些方法可用于估計捕集器中的硫量以確定何時需要脫硫?;蛘?,可以在脫硫期間執(zhí)行這些方法以估計在每個濃混合氣/稀混合氣循環(huán)之后捕集器中剩余的硫量。
類似地,任何適合的開始脫硫閾值都可以選擇用于確定是否需要脫硫。適合的開始脫硫閾值的示例包括但不限于,在約0.1至0.5克/升的硫之間的范圍中的閾值。
此外,可以將NOx捕集器110加熱到任何適合的溫度用于脫硫。示例包括但不限于,約600C至800C之間的溫度。此范圍高端上的溫度的使用可以促進更快速的脫硫。此外,方法200并不要求任何低溫脫硫的初始時間段,如DE 198 49 082 A1中所述的那樣。這進一步有助于比DE 198 49 082 A1中所述的方法提高效率。
暴露NOx捕集器110的濃混合氣間隔可以按任何適合的方式確定。在一個示例實施例中,控制器12可以包括將不同的濃混合氣間隔與不同的硫存儲量、不同的濃空燃比,和/或不同的脫硫溫度進行關(guān)聯(lián)的查找表。這樣的查找表可以基于根據(jù)試驗確定的值然后可被加載到存儲器56中。或者,任何其它適合的方法都可用于確定濃混合氣間隔。
通過單個濃混合氣循環(huán)去除的總硫量和在執(zhí)行該濃混合氣循環(huán)之后NOx捕集器110中剩余的總硫量類似地可以按任何適合的方式計算。在一個示例實施例中,通過濃混合氣循環(huán)去除的硫量可以通過基于NOx捕集器110中的當前硫存儲量、濃混合氣循環(huán)時間,及脫硫溫度的相互關(guān)系來確定。接下來,NOx捕集器110中剩余的硫量可以通過從濃混合氣循環(huán)之前NOx捕集器110中總的硫存儲量中減去通過濃混合氣循環(huán)去除的硫量來計算。
在每個濃混合氣循環(huán)之后用NOx捕集器110中剩余的硫量與其進行比較的結(jié)束脫硫閾值可以具有任何適合的值。適合的結(jié)束脫硫閾值包括但不限于,在約0至0.4克/升的范圍中。
圖4總地在300處表示用于對NOx捕集器110進行脫硫的方法的一個替換實施例。方法300以和方法200非常相似的方式進行。例如,方法300包括在302確定NOx捕集器110中的硫存儲量,及在304通過該量確定是否需要脫硫。如果不需要脫硫,則方法300結(jié)束,并可以立即或在任何適合的間隔之后重新開始。
另一方面,如果需要脫硫,則方法300包括(在306)將NOx捕集器110加熱到脫硫溫度,(在308)確定對應(yīng)于捕集器中的硫存儲量的濃混合氣間隔,(在310)使用所確定的濃混合氣循環(huán)執(zhí)行一個濃混合氣/稀混合氣循環(huán),及(分別在312和314)計算去除的總硫量和剩余的總硫量。
方法300接下來在316確定捕集器中剩余的硫量是否小于或等于預(yù)定的閾值。如果NOx捕集器110中的硫存儲量不低于該預(yù)定閾值,則方法300循環(huán)回到步驟308。然而,如果硫存儲量小于或等于預(yù)定的閾值,則向連續(xù)濃混合氣時間段暴露NOx捕集器110達某個間隔。該閾值因此可以稱為“連續(xù)濃混合氣”閾值。連續(xù)濃混合氣閾值可以具有任何適合的值。適合的值包括但不限于,在約0至0.5克/升的范圍中的值。
已確定,當硫存儲量足夠低時,可以向連續(xù)濃混合氣排氣流暴露NOx捕集器110而不產(chǎn)生能令人不快的硫化氫的量。此外,在脫硫處理最后使用連續(xù)濃混合氣時間段允許脫硫更加快速地完成。連續(xù)濃混合氣間隔的量值可以基于連續(xù)濃混合氣時間段開始時的硫存儲量確定,可以具有固定的量值,或可以按任何其它適合的方式確定。此外,連續(xù)濃混合氣間隔可以是時間間隔、發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù),或可以是任何其它適合的度量。
試驗結(jié)果圖5表示比較由連續(xù)濃混合氣排氣流和多個固定濃混合氣循環(huán)調(diào)制的脫硫方案產(chǎn)生的硫釋放分數(shù)的試驗結(jié)果。在該試驗中,將放置了兩小時的NOx捕集器用90ppm的二氧化硫進行硫毒化達一個小時,并隨后用空燃比調(diào)制在700℃對其進行脫硫達15分鐘,該空燃比調(diào)制包括具有5%的氧的恒定的10秒稀混合氣相位和具有1.2%的CO、0.4%的H2和3.4%的成分N2的可變時間的濃混合氣相位。然后用完全時間濃混合氣在750℃對該NOx捕集器進行脫硫,以在下一個毒化試驗之前去除任何剩余的硫。每次運行的硫釋放分數(shù)如所示為曲線圖,而每次測試運行中釋放的硫化氫峰值如圖例所示。
在低濃混合氣時間(在圖5中低于20秒濃混合氣),硫化氫峰值水平保持較低。然而,硫相對慢地被從捕集器中去除。在最低的濃混合氣時間(10秒濃混合氣),捕集器從未被完全凈化,即使在一定的脫硫時間之后。較長的濃混合氣時間(30秒以上)以快得多的速度清除硫,但是產(chǎn)生較高的硫化氫峰值水平(對最長的濃混合氣時間來說在500ppm之上)。該試驗表明連續(xù)濃混合氣和固定長度調(diào)制脫硫方法兩者都不能提供能夠完全再生捕集器而不產(chǎn)生較高硫化氫水平的足夠好的脫硫策略。
圖6為表示作為NOx捕集器中的硫存儲量的函數(shù)產(chǎn)生的硫化氫峰值的相關(guān)性的圖表。從圖中可以看到,例如,以第一個濃混合氣/稀混合氣頻率(例如,15秒稀混合氣/20秒濃混合氣)開始脫硫處理,然后隨著硫存儲量減少轉(zhuǎn)至具有更長濃混合氣時間(例如,15秒稀混合氣/25秒濃混合氣)的第二級,然后隨著存儲的硫的進一步減少轉(zhuǎn)至具有更長濃混合氣時間(例如,15秒稀混合氣/30秒濃混合氣循環(huán))的第三級可以將硫排放保持在可接受的低水平。
圖7展示兩級和三級脫硫方案的結(jié)果。兩級脫硫包括15分鐘的調(diào)制時間段及隨后5分鐘的完全濃混合氣時間段。三級脫硫開始于15分鐘的較短的濃混合氣時間的波動時間段,然后是10分鐘的較長的濃混合氣時間的波動時間段,并結(jié)束于5分鐘的完全濃混合氣時間段。從圖中可以看到,三級脫硫處理的使用可以用幾乎和完全濃混合氣處理或二級處理相同的效率來去除硫,同時得到低得多的硫化氫峰值水平。三級處理中產(chǎn)生的兩個硫化氫峰值水平在60ppm的范圍,而兩級處理產(chǎn)生的硫化氫峰值水平在100ppm以上。應(yīng)注意,完全濃混合氣處理產(chǎn)生的硫化氫峰值水平超過1000ppm。
圖8展示兩級和若干單級脫硫方法之間的直接比較。圖中顯示出每種脫硫方法隨著時間推移的硫釋放分數(shù)之間的相似性,還顯示出各方法非常不同的硫化氫峰值水平。如所示,15分鐘的10秒稀混合氣/20秒濃混合氣級隨后是10分鐘的10秒稀混合氣/25秒濃混合氣級顯示出比25分鐘的10秒/25秒脫硫更低的硫化氫峰值水平,以及比25分鐘的10秒/20秒脫硫更好的最終脫硫性能。該兩級脫硫具有比25分鐘的10秒/22秒脫硫更低的硫化氫峰值水平和更好的最終性能,后者處于其他兩種兩級脫硫方法之間。
應(yīng)理解,在此公開的脫硫處理本質(zhì)上是示例性的,且不應(yīng)在限制性的意義上考慮這些具體實施例,因為大量的變體都是可能的。本發(fā)明的主題包括在此公開的各種脫硫條件、調(diào)制頻率,及其他特征、功能,和/或?qū)傩缘乃行路f和非易見的組合及子組合。
下面的權(quán)利要求特別指出視為新穎和非易見的特定組合及子組合。這些權(quán)利要求可能引用“一個”元素或“第一”元素或其等價。這樣的權(quán)利要求應(yīng)被理解為包括對一個或多個這樣的元素的結(jié)合,而不是要求或排除兩個或多個這樣的元素。反應(yīng)條件、調(diào)制頻率、種類確定方法、飽和估計方法,和/或其他特性、功能、元素,和/或?qū)傩缘钠渌M合及子組合可以通過本發(fā)明權(quán)利要求的修改或通過在本申請或相關(guān)申請中提供新的權(quán)利要求來請求保護。這樣的權(quán)利要求,無論是在范圍上比原始權(quán)利要求更寬、更窄、等價或不同,都應(yīng)被視為包括在本發(fā)明的主題之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在一種具有內(nèi)燃機以及用于處理來自所述內(nèi)燃機的排放的催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的裝置中,一種對所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置進行脫硫的方法,所述方法包括將所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置加熱到脫硫溫度;向交替的濃混合氣和稀混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達第一間隔;及在所述第一間隔之后,向連續(xù)濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達第二間隔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述交替的濃混合氣和稀混合氣排氣流中的每個濃混合氣排氣流都具有比先前的濃混合氣排氣流更長的持續(xù)時間。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述交替的濃混合氣和稀混合氣排氣流中的每個濃混合氣排氣流都具有基于在開始向濃混合氣排氣流暴露之前存儲在所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置中的硫的瞬間量所確定的持續(xù)時間。
4.如權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,還包括確定向每個濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置之后所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置中剩余的硫量。
5.如權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于,僅當所確定的所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置中剩余的硫量小于或等于預(yù)定的閾值時,才向連續(xù)濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,向所述連續(xù)濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置約達0.5至15分鐘之間。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,還包括在向所述連續(xù)濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置之后結(jié)束脫硫。
8.在一種具有內(nèi)燃機以及用于處理來自所述內(nèi)燃機的排放的催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的裝置中,一種對所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置進行脫硫的方法,所述方法包括確定所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置中的硫存儲量;基于所述確定的硫存儲量確定用于向濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的間隔,其中所述間隔對較低的硫存儲量較長,而對較高的硫存儲量較短;及向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達所述確定的間隔。
9.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,確定硫存儲量包括確定所述硫存儲量是否等于或高于“開始脫硫”閾值,且如果所述硫存儲量等于或高于所述“開始脫硫”閾值,則確定用于向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的間隔。
10.如權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于,如果所述硫存儲量不等于或高于所述“開始脫硫”閾值,則在再次確定所述硫存儲量之前等待一個間隔。
11.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,確定硫存儲量包括確定初始硫存儲量,然后通過從所述初始硫存儲量中減去通過先前向濃混合氣排氣流的暴露去除的硫量來確定瞬間硫存儲量。
12.如權(quán)利要求11所述的方法,其特征在于,確定初始硫存儲量包括對脫硫處理的間隔期間所述發(fā)動機中的燃料燃燒產(chǎn)生的硫量積分,并將積分后的由所述發(fā)動機中的燃料燃燒產(chǎn)生的硫量加到先前的脫硫處理之后剩余的硫量中。
13.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,還包括確定所述硫存儲量是否等于或小于“結(jié)束脫硫”閾值,且如果所述硫存儲量小于所述“結(jié)束脫硫”閾值,則結(jié)束脫硫。
14.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,如果所述硫存儲量不等于或小于所述“結(jié)束脫硫”閾值,則確定用于向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的另一間隔。
15.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,還包括在向濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置之后,向稀混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置,然后重復(fù)確定硫存儲量,確定用于向濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的間隔,及暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達所述間隔。
16.如權(quán)利要求15所述的方法,其特征在于,用于向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的所述間隔在單個脫硫處理內(nèi)對所述方法的每次后續(xù)重復(fù)來說更長。
17.如權(quán)利要求15所述的方法,其特征在于,還包括比較所述硫存儲量和“連續(xù)濃混合氣”硫存儲量閾值,且如果所述硫存儲量小于或等于所述“連續(xù)濃混合氣”閾值,則在結(jié)束脫硫之前在連續(xù)的間隔內(nèi)向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,所述連續(xù)的間隔具有在約0.5至15分鐘的范圍中的時長。
19.一種裝置,包括內(nèi)燃機;用于從所述發(fā)動機中傳送出排氣流的導(dǎo)管;沿所述導(dǎo)管布置的催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化區(qū)域;及控制器,所述控制器配置為控制對所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化區(qū)域進行周期性的脫硫,其中控制所述周期性的脫硫包括確定所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置中的硫存儲量,基于所述確定的硫存儲量確定用于向濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的間隔,其中所述間隔對較低的硫量較長,而對較高的硫量較短,及控制向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達所述確定的間隔。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置,其特征在于,所述裝置是汽車。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置,其特征在于,所述控制器配置為確定所述硫存儲量是否等于或高于“開始脫硫”閾值,且如果所述硫存儲量等于或高于所述“開始脫硫”閾值,則確定用于向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的間隔。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置,其特征在于,所述控制器配置為確定所述硫存儲量是否等于或高于所述“開始脫硫”閾值,且如果所述硫存儲量不等于或高于所述“開始脫硫”閾值,則在再次確定所述硫存儲量之前等待一個間隔。
23.如權(quán)利要求19所述的裝置,其特征在于,所述控制器配置為通過確定初始硫存儲量,然后通過從所述初始硫存儲量中減去通過先前向濃混合氣排氣流的暴露去除的硫量確定瞬間硫存儲量,來確定硫存儲量。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置,其特征在于,所述控制器配置為對脫硫處理的間隔期間所述發(fā)動機中的燃料燃燒產(chǎn)生的硫量積分,并將積分后的由所述發(fā)動機中的燃料燃燒產(chǎn)生的硫量加到先前的脫硫處理之后剩余的硫量中,來確定初始硫存儲量。
25.如權(quán)利要求19所述的裝置,其特征在于,所述控制器配置為確定所述硫存儲量是否等于或小于“結(jié)束脫硫”閾值,且如果所述硫存儲量小于所述“結(jié)束脫硫”閾值,則結(jié)束脫硫。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置,其特征在于,如果所述控制器確定所述硫存儲量不等于或小于所述“結(jié)束脫硫”閾值,則所述控制器配置為確定用于向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的間隔。
27.如權(quán)利要求19所述的裝置,其特征在于,所述控制器配置為重復(fù)地確定硫存儲量,確定用于向濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的間隔,控制向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達所述間隔,然后控制向稀混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置,其特征在于,用于向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的所述間隔在單個脫硫處理內(nèi)對所述方法的每次后續(xù)重復(fù)來說更長。
29.如權(quán)利要求27所述的裝置,其特征在于,所述控制器還配置為比較所述硫存儲量和“連續(xù)濃混合氣”硫存儲量閾值,且如果所述硫存儲量小于或等于所述“連續(xù)濃混合氣”閾值,則控制在結(jié)束脫硫之前在連續(xù)的間隔內(nèi)向所述濃混合氣排氣流暴露所述催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置。
全文摘要
公開了一種對催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置進行脫硫的方法,其中所述方法包括確定存儲在催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置中的硫量;基于所確定的硫存儲量確定向濃混合氣排氣流暴露催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置的間隔,其中所述間隔對較低的硫存儲量較長,而對較高的硫存儲量較短;及向濃混合氣排氣流暴露催化NOx存儲和轉(zhuǎn)化裝置達預(yù)定的間隔。通過實際上確定NOx捕集器中的硫存儲量然后基于所確定的硫量選擇預(yù)定的濃混合氣循環(huán)間隔,濃混合氣循環(huán)可以對脫硫處理期間的每個濃混合氣/稀混合氣脫硫循環(huán)進行優(yōu)化。以此方式,可以同時避免因使用過長的濃混合氣循環(huán)產(chǎn)生的過多的硫化氫以及因過短的濃混合氣時間導(dǎo)致的較慢的脫硫處理。
文檔編號B01D53/94GK1833764SQ20061005503
公開日2006年9月20日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者小克里斯汀·T·格拉爾斯基, 約瑟夫·R·泰斯, 賈斯廷·烏拉 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司