專利名稱：排氣凈化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種排氣凈化系統，并且更具體地涉及包括尿素選擇性催化還原 (SCR)系統的排氣凈化系統，其中尿素選擇性催化還原(SCR)系統用于對從柴油發動機排 出的排氣中所含有的氮氧化物(NOx)進行凈化。
背景技術：
已經開發尿素SCR系統以減少從柴油發動機排出的排氣中所含有的N0X。在尿素 SCR系統中，使用稱為SCR催化劑的催化劑以通過使NOx與由尿素水的水解而產生的氨進行 反應來實現凈化。當一氧化氮(NO)與二氧化氮(NO2)之間的摩爾比為一比一時，SCR催化劑的凈化 效率得到最大化。然而，在普通排氣中NO的含量通常大于NO2的含量。為了使NO和而2之 間的摩爾比接近一比一，已實施如下措施在SCR催化劑的上游提供氧化催化劑以對一部 分NO進行氧化從而形成NO2。通過氧化催化劑將NO轉化為NO2取決于氧化催化劑的溫度。在氧化催化劑的溫度 相對較低的情況下，還原力大于氧化力，以致增加了穿過氧化催化劑的排氣中所含有的NO 的摩爾比。日本專利申請文獻No. 08-338229中公開了一種排氣凈化系統，該排氣凈化系統 用于通過使用電加熱器來加熱氧化催化劑以增加穿過氧化催化劑的排氣中所含有的NO2的 摩爾比。在包括傳統尿素SCR系統的排氣凈化系統中，當氧化催化劑的溫度相對較低時， 例如在冷啟動時，流入SCR催化劑的排氣中所含有的NO的摩爾比增加。因而降低了 SCR催 化劑對于NOx的凈化效率。排氣中的NO與NO2之間的摩爾比根據柴油發動機的運行條件如燃料噴射量和發 動機轉速的不同而變化。因而，如果將上述文獻中所公開的排氣凈化系統應用于傳統的尿 素SCR系統，那么通過使用電加熱器來加熱氧化催化劑以增加NO2的摩爾比未必能確保流 入SCR催化劑中的排氣中所含有的NO與而2之間的摩爾比變為一比一，也未必能確保使SCR 催化劑的凈化效率最大化。本發明旨在提供一種排氣凈化系統，在該排氣凈化系統中，無論柴油發動機的運 行條件如何，都可以使SCR催化劑的凈化效率最大化。
發明內容
根據本發明，排氣凈化系統包括排氣通道、氧化催化劑、選擇性催化還原催化劑、 尿素水供應裝置、第一加熱機構和控制器。從內燃發動機排出的排氣流過排氣通道。用于 將排氣中所含有的一氧化氮氧化為二氧化氮的氧化催化劑設置在排氣通道中。選擇性催化 還原催化劑設置在氧化催化劑的下游。尿素水供應裝置在選擇性催化還原催化劑的上游將 尿素水供應到排氣通道中。第一加熱機構加熱氧化催化劑。控制器控制第一加熱機構以調節氧化催化劑的溫度，使得在流入選擇性催化還原催化劑的排氣中所含有的一氧化氮與二 氧化氮之間的摩爾比變為一比一。通過結合附圖進行且以示例的方式說明本發明原理的以下描述，本發明的其它方 面和其它優點將變得顯而易見。
參照對當前為優選的實施方式的以下描述以及附圖，可以最佳地理解本發明及其 目標和優點，在附圖中圖1為示出根據本發明的第一優選實施方式的排氣凈化系統的示意圖；圖2為示出通過圖1的排氣凈化系統中的氧化催化劑將NO轉化為NO2的溫度依 從關系；圖3為在圖1的排氣凈化系統的電子控制單元(ECU)中存儲的數據圖；以及圖4為示出根據本發明的第二優選實施方式的排氣凈化系統的示意圖。
具體實施例方式以下參照圖1到圖3對根據本發明的第一優選實施方式的排氣凈化系統進行描 述。參照示出了根據本發明的第一優選實施方式的排氣凈化系統的圖1，用于對排氣中所含 有的一部分NO進行氧化從而形成NO2的氧化催化劑3設置在排氣通道2中，從用作內燃發 動機的柴油發動機1中排出的排氣流過該排氣通道2。用于去除排氣中所含有的顆粒物質 (PM)的柴油顆粒過濾器(DPF)4設置在氧化催化劑3的下游。用于通過使NOx與由尿素水 的水解產生的氨進行反應以形成氮和水來減少NOx的選擇性催化還原(SCR)催化劑5設置 在DPF 4的下游。用于對殘留在SCR催化劑5中且未進行反應或被消耗的氨進行氧化的氧 化催化劑6設置在SCR催化劑5的下游。用作為尿素水供應裝置的尿素水供應噴管設置在 DPF 4與SCR催化劑5之間并連接至尿素水罐(未示出)以在SCR催化劑5的上游處供應 尿素水。電加熱器8布置在氧化催化劑3的上游端面上，電加熱器8用作為可操作以對用 于加熱氧化催化劑3的溫度進行調節的第一加熱機構。溫度傳感器9布置在處于氧化催化 劑3下游的位置處。在第一優選實施方式中，由溫度傳感器9檢測的溫度被認為是氧化催 化劑3的溫度。電加熱器8和溫度傳感器9電連接至電控制單元(ECU) 10或電連接至用作 為控制器的發動機控制單元。以下對根據本發明的第一優選實施方式的排氣凈化系統的運行進行描述。從柴油 發動機1排到排氣通道2中的排氣首先流入氧化催化劑3，在氧化催化劑3處，排氣中所含 有的一部分NO被氧化從而形成N02。然后，穿過氧化催化劑3的排氣流入DPF 4，在DPF 4 處，排氣中所含有的顆粒物質(PM)沉淀在DPF 4上，并且沉淀的PM與排氣中所含有的NO2 進行反應，因而被燃燒并被去除。然后，穿過DPF4的排氣流入SCR催化劑5。如上所述，當NO與NO2之間的摩爾比為一比一時，SCR 5對NOx的凈化效率變為最 大。從柴油發動機1排出的排氣中所含有的NO與NO2之間的摩爾比取決于柴油發動機1的 燃料噴射量和發動機轉速。參照圖2，通過氧化催化劑3進行的NO向NO2的轉化取決于氧 化催化劑3的溫度。因此，ECU 10基于柴油發動機1的燃料噴射量和發動機轉速的數據來控制電加熱器8以調節氧化催化劑3的溫度，使得流入SCR催化劑5的排氣中所含有的NO 與NO2之間的摩爾比變為一比一。 具體地，E⑶10具有數據圖，該數據圖包括通過試驗獲得的與柴油發動機1不同 的相應的燃料噴射量和發動機轉速相關聯的氧化催化劑3的溫度的數據，如圖3所示，在這 些溫度下，穿過氧化催化劑3和DPF 4的排氣中所含有的NO與NO2之間的摩爾比為一比一。 在柴油機發動機1的運行過程中，以預定的時間間隔確定柴油發動機1的燃料噴射量和發 動機轉速，并且從圖3的數據圖中計算出在NO與NO2之間的摩爾比為一比一時氧化催化劑 3的溫度。因此，ECU 10控制電加熱器8的運行從而加熱氧化催化劑3，使得之后由溫度傳 感器9檢測的溫度變得與從圖3中的數據圖中獲得的溫度基本上相同。
再次參照圖1，當被調節以使得NO與NO2之間的摩爾比變為一比一的排氣流入SCR 催化劑5時，從位于SCR催化劑5的上游的尿素水供應噴管7供應到排氣通道2中的尿素 水被水解以形成氨和二氧化氮。然后，氨與在排氣中的NOx進行反應從而形成氮和水。殘 留在SCR催化劑5中且未進行反應或被消耗的氨在氧化催化劑6中被氧化。如此，排氣被 凈化并排到大氣中。如上所述，根據本發明的第一優選實施方式的排氣凈化系統可通過對為氧化催化 劑3提供的電加熱器8進行控制來調節氧化催化劑3的溫度以使得流入SCR催化劑5的排 氣中所含有的NO與NO2之間的摩爾比變為一比一，因此無論柴油發動機1的運行條件如何 都使SCR催化劑5的凈化效率最大化。排氣中的PM由設置在氧化催化劑3與SCR催化劑 5之間的DPF 4從排氣中去除。以下對根據本發明的第二優選實施方式的排氣凈化系統進行描述。相同的參考標 記表示與圖1中的部件基本上相似的部件，并省略對這些部件的描述。根據第二優選實施方式的排氣凈化系統具有附加的電加熱器211和附加的溫度 傳感器212，附加的電加熱器211用作為設置在SCR催化劑5的上游端面上以加熱SCR催化 劑5的第二加熱機構，附加的溫度傳感器212布置在SCR催化劑5的下游。在第二優選實 施方式中，由溫度傳感器212檢測的溫度被認為是SCR催化劑5的溫度。電加熱器211和 溫度傳感器212電連接至用作為控制器的E⑶210。通常，SCR催化劑5變得最具活性時的溫度處于200°C至500°C的范圍內。因此，E⑶ 210控制電加熱器211以使得由溫度傳感器212為SCR催化劑5所檢測的溫度處于200°C 至500°C的范圍內。因而，根據第二優選實施方式的排氣凈化系統的有利之處在于例如在 SCR催化劑5的溫度仍為低的冷啟動時，可以通過由電加熱器211加熱SCR催化劑5來縮短 在獲得充分的凈化效率之前的時間。在第一優選實施方式和第二優選實施方式中，電加熱器8的表面可涂有一層氧化 催化劑3使得氧化催化劑3由電加熱器8支撐，因而作為電加熱催化劑(EHC)被提供。類 似地，在第二優選實施方式中，電加熱器211也可以在其表面上涂有一層SCR催化劑5使得 SCR催化劑5由電加熱器211支撐。在這種布置中，可以使排氣凈化系統的尺寸減小。在第一優選實施方式和第二優選實施方式中，可以省去DPF 4。在這種情況下，制 作出這樣的數據圖，該數據圖包括通過實驗獲得的與柴油發動機1不同的相應的燃料噴射 量和發動機轉速相對應的氧化催化劑3的溫度的數據，在這些溫度下，穿過氧化催化劑3的 排氣中所含有的NO與NO2之間的摩爾比為一比一。
權利要求
一種排氣凈化系統，包括排氣通道(2)，從內燃發動機(1)排出的排氣流過所述排氣通道(2)；氧化催化劑(3)，所述氧化催化劑(3)用于將所述排氣中含有的一氧化氮氧化為二氧化氮，其中，所述氧化催化劑(3)設置在所述排氣通道(2)中；選擇性催化還原催化劑(5)，所述選擇性催化還原催化劑(5)設置在所述氧化催化劑(3)的下游；尿素水供應裝置(7)，所述尿素水供應裝置(7)在所述選擇性催化還原催化劑(5)的上游將尿素水供應到所述排氣通道(2)中；以及第一加熱機構(8)，所述第一加熱機構(8)加熱所述氧化催化劑(3)，其特征在于，所述排氣凈化系統還包括控制器(10，210)，所述控制器(10，210)控制所述第一加熱機構(8)以調節所述氧化催化劑(3)的溫度，使得流入到所述選擇性催化還原催化劑(5)中的排氣中的一氧化氮與二氧化氮之間的摩爾比變為一比一。
2.根據權利要求1所述的排氣凈化系統，其特征在于，所述氧化催化劑(3)在所述排氣 通道(2)中由所述第一加熱機構(8)支撐。
3.根據權利要求1所述的排氣凈化系統，其特征在于，所述第一加熱機構(8)設置在所 述氧化催化劑(3)的上游，并且溫度傳感器(9)設置在所述氧化催化劑(3)的下游，其中， 所述第一加熱機構(8)和所述溫度傳感(9)電連接至所述控制器(10，210)。
4.根據權利要求1所述的排氣凈化系統，其特征在于，所述控制器(10，210)控制所述 第一加熱機構(8)以基于所述內燃發動機(1)的燃料噴射量和發動機轉速來調節所述氧化 催化劑⑶的溫度。
5.根據權利要求4所述的排氣凈化系統，其特征在于，所述控制器(10，210)包括與所 述內燃發動機(1)的相應的燃料噴射量和發動機轉速相關聯的所述氧化催化劑(3)的溫度 的數據，其中，所述控制器(10，210)以預定的時間間隔從所述數據中計算出在一氧化氮與 二氧化氮之間的摩爾比為一比一時的所述氧化催化劑(3)的溫度。
6.根據權利要求1所述的排氣凈化系統，還包括對所述選擇性催化還原催化劑(5)進 行加熱的第二加熱機構(211)。
7.根據權利要求6所述的排氣凈化系統，其特征在于，所述選擇性催化還原催化劑(5) 在所述排氣通道(2)中由所述第二加熱機構(211)支撐。
8.根據權利要求6所述的排氣凈化系統，其特征在于，所述控制器(210)控制所述第二 加熱機構(211)，使得所述選擇性催化還原催化劑(5)的溫度處于預定的范圍內。
9.根據權利要求8所述的排氣凈化系統，其特征在于，所述預定的范圍為從200°C到 500 "C。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的排氣凈化系統，還包括設置在所述氧化催化劑 (3)與所述選擇性催化還原催化劑(5)之間的柴油顆粒過濾器(4)。
全文摘要
一種排氣凈化系統，其包括排氣通道、氧化催化劑、選擇性催化還原催化劑、尿素水供應裝置，第一加熱機構和控制器。從內燃發動機排出的排氣流過排氣通道。用于將排氣中所含有的一氧化氮氧化為二氧化氮的氧化催化劑設置在排氣通道中。選擇性催化還原催化劑設置在氧化催化劑的下游。尿素水供應裝置在選擇性催化還原催化劑的上游將尿素水供應到排氣通道中。第一加熱機構加熱氧化催化劑。控制器控制第一加熱機構以調節氧化催化劑的溫度，使得流入選擇性催化還原催化劑的排氣中所含有的一氧化氮與二氧化氮之間的摩爾比變為一比一。
文檔編號F01N3/20GK101922330SQ20101017847
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月13日 優先權日2009年5月18日
發明者加藤祥文, 吉田浩二 申請人:株式會社豐田自動織機