CN101749086B - 用于控制火花点火直喷式发动机的排气排放的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制火花点火直喷式发动机的排气排放的方法和设备，对来自火花点火直喷式发动机的排气排放进行控制，该发动机连接至氧化催化装置和具有储存氨还原剂能力的选择性催化还原装置。该发动机以第一燃烧模式操作，从而产生储存在第二后处理装置上的氨还原剂。该发动机以贫化学计量操作，并且排气供应流中的氮氧化物在第二后处理装置上被还原。

Description

用于控制火花点火直喷式发动机的排气排放的方法和设备
技术领域
本发明涉及内燃机和排气后处理系统的操作和控制，更具体地涉及贫化学计量操作的发动机以及相关的排气后处理系统。
背景技术
这部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，有可能并不构成现有技术。
构造成火花点火燃烧的发动机可适于在预定速度/负载操作状态下以分层充量燃烧模式操作。公知利用分层燃烧充量的贫化学计量操作可提高燃料经济性，但会增加包括氮氧化物(以下称为NOx)的排气排放。公知利用氨-选择性催化还原装置在存在还原剂(例如，尿素)的情况下还原NOx。公知再填充尿素箱会给操作人员造成负担。
公知的贫化学计量操作内燃机用后处理系统可包括三效催化转化器，其后是包括贫NOx还原催化器，也称为贫NOx吸收器(以下称为LNT装置)，以及选择性催化还原(SCR)催化装置在内的其它排气后处理装置。公知的三效催化转化器(以下称为TWC)用于减少发动机化学计量操作期间发动机输出的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)以及氮氧化物(NOx)排放以及贫操作期间的HC和CO排放。
公知SCR装置包括催化剂材料，其促进NOx与还原剂(例如氨(NH3)或尿素)反应，以产生氮气和水。可将还原剂喷射到SCR装置的排气供应流上游，这需要喷射系统、箱和控制体系。所述箱可能需要定期再填充，并且在寒冷环境下有可能冻结，从而需要增设加热器并绝热。
SCR装置中所用的公知催化剂材料包括钛(Ti)上的钒(V)和钨(W)。移动应用包括具有沸石涂层的包括铁(Fe)或铜(Cu)的基金属作为催化剂材料。催化剂材料主要关注的包括温度操作范围、热稳定性以及还原剂储存效率。对于移动应用，SCR装置通常具有200℃至600℃的优选操作温度范围，并可根据所选催化剂材料而异。在较高负载操作期间或其后，操作温度范围可降低。温度高于600℃会致使还原剂渗漏并使SCR催化剂劣化，而在温度低于200℃时可降低NOx还原的有效性。
发明内容
一种用于控制构造成火花点火直喷燃料操作的发动机的排气排放的方法，该方法包括将后处理系统连接至所述发动机的排气口，以输送排气供应流。该后处理系统包括第一后处理装置，其流体连接在第二后处理装置的上游。该第一后处理装置包括氧化催化装置，该第二后处理装置包括具有储存氨还原剂能力的选择性催化还原装置。在所述第二后处理装置的上游将还原剂喷射装置的喷嘴插入所述后处理系统中。以第一燃烧模式操作所述发动机，以在所述第二后处理装置的上游在所述排气供应流中产生氨还原剂。该氨还原剂储存在所述第二后处理装置上。以贫化学计量操作所述发动机，并利用储存在所述第二后处理装置上的所述氨还原剂还原所述排气供应流中的氮氧化物。
附图说明
以下将参照附图以实施例方式描述一个或多个实施方式，在附图中：
图1是根据本公开的发动机系统的示意图；
图2是根据本公开的排气后处理系统的示意框图；以及
图3和图4是根据本公开的数据曲线图。
具体实施方式
以下参照附图，其中所示仅用于说明某些示例性实施方式而不用于对其进行限制，图1示意性示出根据本公开的一个实施方式构造的内燃机10以及在控制模块5中执行的相关控制系统。发动机10包括多气缸直喷式四冲程内燃机，其具有可在气缸15中滑动运动的往复活塞14，气缸15限定可变容积燃烧室16。各活塞14连接至旋转曲轴12，通过旋转曲轴12将线性往复活塞行程转换成旋转运动。图1中示出了气缸15中的单个气缸。
进气系统将进气引至进气歧管29，进气歧管29将空气指引并分配至通向各燃烧室16的进气通路。进气系统包括气流管道以及用于监测并控制气流的装置。这些装置优选包括用于监测空气质量流量和进气温度的空气质量流量传感器32。优选包括电子控制装置的节气门34响应于来自控制模块5的控制信号(ETC)控制流向发动机10的气流。歧管压力传感器36监测进气歧管29中的歧管绝对压力以及大气压力。具有流动控制阀38(排气再循环阀或EGR阀)的外部流路37可使来自排气歧管39的残余排气再循环至进气歧管29。控制模块5优选通过控制EGR阀38的开度大小控制流向进气歧管29的再循环排气的流量。
通过一个或多个进气门20控制从进气歧管29流入燃烧室16中的气流。通过一个或多个排气门18控制流出燃烧室16流向排气歧管39的排气流。优选通过双凸轮轴(如所示)控制进气门20和排气门18的开启和闭合，双凸轮轴的旋转与曲轴12的旋转相关联并由其标引(index)。VCP/VLC装置22优选包括可控机构，其可操作以响应于来自控制模块5的控制信号(INTAKE)可变地控制用于各气缸15的进气门20的气门升程(VLC)和凸轮相位(VCP)。VCP/VLC装置24优选包括可控机构，其可操作以响应于来自控制模块5的控制信号(EXHAUST)可变地控制用于各气缸15的排气门18的气门升程(VLC)和相位(VCP)。VCP/VLC装置22和24均优选包括可控两级气门提升机构，其可操作以将进气门20和排气门18的气门升程或开度大小控制成两个离散阶段中的一个。这两个离散阶段优选包括用于低速、低负载操作的低升程气门开启位置(约4～6mm)以及用于高速和高负载操作的高升程气门开启位置(约8～10mm)。VCP/VLC装置22和24优选包括可变凸轮相位机构以分别控制进气门20和排气门18的开启和闭合的定相(即，相对正时)。所述定相是指相对于曲轴12和相应气缸15中活塞14的位置改变进气门20和排气门18的开启时刻。VCP/VLC装置22和24的可变凸轮相位系统优选具有约60°～90°曲柄旋转的定相权限范围，从而允许控制模块5相对于各气缸15的活塞14的位置提前或延迟进气门20和排气门18其中之一的开启和闭合。所述定相权限范围由VCP/VLC装置22和24限定并限制。VCP/VLC装置22和24包括凸轮轴位置传感器(未示出)，以确定进气凸轮轴和排气凸轮轴(未示出)的旋转位置。VCP/VLC装置22和24利用受控制模块5控制的电液、液压和电气控制力的其中之一致动。
发动机10包括燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括多个高压燃料喷射器28，每个喷射器均适于响应于来自控制模块5的控制信号(INJ_PW)将一定量的燃料直接喷射到燃烧室16中。用在这里时，燃料供给指的是燃料流喷射到其中一个燃烧室16中。燃料喷射器28被从燃料分配系统(未示出)供应加压燃料。发动机10包括火花点火系统，火花能量通过该系统提供给火花塞26，以响应于来自控制模块5的控制信号(IGN)点燃或辅助点燃各燃烧室16中的气缸充量。控制信号控制燃烧室16中相对于活塞14的位置的火花正时以及火花驻留时间。
发动机10配备有用于监测发动机操作的各种感测装置，包括可操作以监测曲轴旋转位置(即，曲柄角和速度)的曲柄传感器42、适于监测排气供应流中空燃比的宽范围空燃比传感器40。在一个实施方式中，燃烧传感器30可在发动机10正在进行操作期间实时监测缸内燃烧。
示例性发动机利用分层燃料充量设计，包括以高压缩比操作，其中各燃料喷射器28旨在将燃料喷射到燃烧室16的在活塞14的顶部形成的辅助燃烧室区，向火花塞26附近提供富充气以易于点燃并使燃烧快速且顺畅。在各燃烧循环期间，火焰前锋从富区移动到贫区，从而改善燃烧并减少NOx形成。
控制系统执行控制模块5中的一组控制算法，以控制发动机10的操作。控制模块5优选包括通用数字计算机，该通用数字计算机包括微处理器或中央处理单元、包括非易失性存储器的存储介质(包括只读存储器和可编程只读存储器、随机存取存储器)、高速时钟、模数转换电路和数模转换电路、输入/输出电路和装置、以及适当的信号调节和缓存电路。控制模块5执行控制算法以控制发动机10的操作。所述控制算法包括存储在非易失性存储器中并被执行以提供各计算机的相应功能的驻留程序指令和标定值。在预定循环周期期间执行所述算法，使得每个循环周期至少执行一次所述算法。通过中央处理单元来执行算法，以监测来自前述感测装置的输入，并执行控制和诊断程序以使用预定标定值来控制致动器的操作。在正在运行的发动机和车辆操作期间，循环周期以规则间隔执行，例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。另选地，可响应于事件的发生来执行算法。发动机10受到控制而以优选的空燃比操作，从而实现与操作者请求、燃料消耗、排放和驾驶性能相关的性能参数，其中控制进气流以实现所述优选空燃比。
图2示意性示出排气后处理系统45，其可与发动机10的排气歧管39流体联接，以管理并处理排气供应流。排气后处理系统45包括以串联方式流体连接的多个后处理装置。如图2的实施方式所示，可具有第一、第二、第三和第四后处理装置50、60、70和80。第一、第二、第三和第四后处理装置50、60、70和80可组装成单独的结构，这些结构流体连接并装配于车身底部，且其间设置有一个或多个感测装置(未示出)。另选的是，第一和第二后处理装置50和60可组装成第一结构，第三和第四后处理装置70和80可设置成第二结构。本领域技术人员可构想其它装配构造。
第一后处理装置50可包括HC重整催化装置，优选包括具有氧化铝基涂层的堇青石载体，所述涂层包含一种或多种铂族金属，例如Pt、Pd和Rh。在其中利用燃烧技术在发动机10中产生重整物的实施方式中，第一后处理装置50可以省略。
第二后处理装置60包括三效/氧化催化装置，优选包括具有氧化铝基涂层的堇青石载体，所述涂层包含一种或多种铂族金属，例如Pt、Pd、Rh和铈，用于氧储存和释放功能。
第三后处理装置70包括氨-SCR催化装置，优选包括具有沸石基涂层的堇青石载体，所述涂层包含一种或多种金属，例如Fe、Cu、钒(V)、钨(W)和钛(Ti)。
第四后处理装置80优选包括氨逃逸催化装置，其包括具有氧化铝基涂层的堇青石载体，所述涂层包含操作成氧化NH3和排气供应流组份的一种或多种铂族金属，例如Pt、Pd、Rh。
各催化装置的设计特征(例如，容积、空速、单元密度、涂层密度以及金属负载)可根据具体应用确定，并可由本领域普通技术人员确定。
在利用第一实施方式的操作中，发动机10可操作成产生包括排气供应流中的NOx、CO和氢的重整物。在一个实施方式中，这包括以介于14.2∶1和19∶1之间的空燃比操作发动机10，并使火花点火正时提前以产生重整物。在一个实施方式中，这包括以化学计量或接近化学计量操作发动机10并利用燃烧晚期燃料喷射或燃烧后燃料喷射策略喷射附加燃料以产生重整物。在一个实施方式中，这包括以介于14.6∶1和30∶1之间的空燃比操作发动机10，并利用晚期燃烧燃料喷射或后期燃烧燃料喷射策略喷射附加燃料以产生重整物。可通过在各燃烧循环的燃烧阶段结束时，或另选地在各燃烧循环的排气阶段期间，向燃烧室内喷射一定量的燃料而产生重整物。形成重整物的这种操作优选在特定操作条件下进行，例如在加速或高负载操作条件下，以及在某些稳态巡航驾驶条件下。
重整物在第一后处理装置50中发生反应而由NOx和氢形成NH3还原剂。对发动机10的操作进行控制从而在排气供应流中形成NH3还原剂的过程被称为被动NH3 SCR操作。NH3还原剂可储存在第三后处理装置70中。穿过第三后处理装置70的过量NH3还原剂被称为氨逃逸，其可在第四后处理装置80中被氧化。在后继发动机操作期间，例如在低负载及稳态条件下，发动机10以优选在大于20∶1的范围内的贫空燃比操作。排气供应流包含穿过第一后处理装置50和第二后处理装置60的NOx，其在第三后处理装置70中在存在储存的NH3还原剂的情况下被还原成N2。发动机10可在这样的条件下操作，直至NH3还原剂基本耗尽，或者存在产生NH3还原剂的其它机会，例如在高负载操作期间或在加速期间以及在某些巡航驾驶条件下。当储存的NH3还原剂基本耗尽时，可对发动机10进行控制以使其以化学计量或接近化学计量操作，从而最小化NOx的产生并允许第二后处理装置60操作，并利用三效催化功能和氧气储存/释放功能在存在储存的氧气的情况下氧化HC和CO并还原NOx。对此进行说明，当储存在第三后处理装置70中的NH3还原剂不足以将排气供应流中的NOx减少至满足预定NOx浓度时NH3还原剂基本被耗尽，作为示例这以相对于行驶距离的NOx量来计量，例如mg(NOx)/km。
在一个实施方式中，排气后处理系统45包括还原剂喷射装置55，其具有流体连接至可重复充填的容器57的喷射机构和喷嘴(未示出)，该容器57优选容纳有尿素或包括NH3的其它合适还原剂。还原剂喷射装置55的喷嘴在第三后处理装置70的上游插入排气系统45中。还原剂喷射装置55受控制模块5控制而对应于排气供应流中的NOx排放量将一定质量流率的尿素喷射到排气供应流中，优选以NOx/NH3化学计量点或略富于该化学计量点。操作还原剂喷射装置55以将尿素喷射到排气供应流中的过程称为主动尿素定量给料。在存在尿素中的NH3的情况下，NOx排放物在第三后处理装置70中还原成氮气。可在高负载发动机操作和低负载发动机操作期间在储存在第三后处理装置70中的氨基本耗尽时以及在发动机操作的其它阶段，利用主动尿素定量给料。
在一个实施方式中，主动尿素定量给料与被动NH3 SCR操作结合使用以减少NOx排放。在发动机操作期间，例如在低负载和稳态条件下，发动机10以优选在大于20∶1的范围内的贫空燃比操作。排气供应流包含穿过第一后处理装置50和第二后处理装置60的NOx，其在第三后处理装置70中在存在储存的NH3的情况下被还原成N2。在特定操作条件下，当被动NH3操作实际上不能实现时，例如在高发动机负载或加速时，可与被动NH3 SCR操作结合使用主动尿素定量给料，以减少NOx排放。发动机10可在这样的条件下操作，直至NH3基本耗尽或者存在被动产生NH3的其它机会，例如在高负载操作期间或在加速事件期间。
控制系统在特定操作条件下优选利用被动NH3 SCR操作控制发动机操作，所述特定操作条件包括在第三后处理装置70上储存有充足或预定量的NH3时。当发动机10在低负载和中等负载操作条件(包括具有充足量的储存NH3的稳态操作)下操作时可停用主动尿素定量给料。当第三后处理装置70上储存的NH3基本耗尽时，启用主动尿素定量给料并根据主动尿素定量给料控制发动机操作和尿素喷射，以在第三后处理装置70中实现化学计量尿素/NOx比。在检测到还原剂喷射装置55中的故障的情况下(包括氨容器箱57为空)，可控制发动机10以化学计量或接近化学计量操作，从而最小化NOx的产生。第二后处理装置60利用三效催化功能和氧气储存/释放功能操作，从而在存在储存的氧气的情况下氧化HC和CO并还原NOx。
图3以曲线图示出根据本公开构造并操作的示例性发动机的操作，包括在一系列加速和减速循环期间操作发动机10。这一系列加速和减速循环基于新欧洲运行循环(NEDC，New EuropeanDriving Cycle)。该曲线图示出作为以被动NH3SCR操作对发动机进行操作的结果而产生并输入至第三后处理装置70的NH3的量。该曲线图还示出在主动尿素定量给料期间优选利用还原剂喷射装置55以尿素形式喷射的NH3的量。
图4以曲线图示出与图3对应的示例性发动机的操作。该曲线图示出了第一条线，该第一条线描绘了作为以被动NH3 SCR操作对发动机进行操作的结果从排气后处理系统45输出的累积NOx排放(g/km)。该曲线图示出了第二条线，该第二条线描绘了作为以被动NH3 SCR操作来操作发动机与采用主动尿素定量给料(优选利用还原剂喷射装置55)相结合的结果从排气后处理系统45输出的累积NOx排放(g/km)。图4的结果表明利用被动NH3 SCR操作对示例性动力系统进行操作产生约.045g/km的NOx排放水平，以及利用被动NH3 SCR操作与主动尿素定量给料相结合操作动力系统产生约.037g/km的NOx排放水平，这使NOx排放减少了.008g/km或减少了约18％。在发动机预热之后的稳态操作期间得到利用被动NH3 SCR操作与主动尿素定量给料相结合的发动机操作的最大优点。
本公开描述了某些优选实施方式及其变型。本领域技术人员通过阅读并理解本说明书会想到其它变型和变更。因此，本公开不应局限于作为实施本公开构想的最佳模式而被披露的具体实施方式，而是包括落于所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (12)

1.一种用于控制火花点火直喷式内燃发动机的排气排放的方法，该方法包括：
将后处理系统连接至所述发动机的排气口，以输送排气供应流，该后处理系统包括第一后处理装置，其流体连接在第二后处理装置的上游，该第一后处理装置包括氧化催化装置，该第二后处理装置包括具有储存氨还原剂能力的选择性催化还原装置；
在所述第二后处理装置的上游将还原剂喷射装置的喷嘴插入所述后处理系统中；
操作所述发动机以产生可在第一后处理装置中重整成氨还原剂的重整物，并将该氨还原剂储存在所述第二后处理装置上；以及
以贫化学计量操作所述发动机，并利用储存在所述第二后处理装置上的所述氨还原剂还原所述排气供应流中的氮氧化物。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以贫空燃比操作所述发动机，并在各燃烧循环的后期喷射燃料，从而产生可在所述氧化催化装置中重整成氨的重整物。
3.如权利要求2所述的方法，还包括在所述氧化催化装置的下游为所述后处理系统配备含有铈的三效催化装置。
4.如权利要求3所述的方法，还包括在所述第二后处理装置的下游为所述后处理系统配备催化装置，以控制氨逃逸。
5.如权利要求1所述的方法，还包括以化学计量空燃比操作所述发动机，并在各燃烧循环期间控制点火正时，从而产生在所述氧化催化装置中可重整成氨的重整物。
6.如权利要求1所述的方法，还包括以贫化学计量操作所述发动机，并且利用储存在所述第二后处理装置上的所述氨还原剂并有选择地操作所述还原剂喷射装置以向所述排气供应流中喷射还原剂，从而还原所述排气供应流中的氮氧化物。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：
监测发动机负载；以及
在高发动机负载操作期间，操作所述发动机，从而在所述第二后处理装置的上游在所述排气供应流中产生氨还原剂，并将该氨还原剂储存在所述第二后处理装置上。
8.如权利要求7所述的方法，还包括在所述高发动机负载操作期间经由所述喷嘴在所述第二后处理装置的上游将还原剂喷射到所述后处理系统中。
9.如权利要求7所述的方法，在低发动机负载操作期间以贫化学计量操作所述发动机，并利用储存在所述第二后处理装置上的所述氨还原剂还原所述排气供应流中的氮氧化物。
10.一种用于控制火花点火直喷式内燃发动机的排气排放的方法，该方法包括：
将后处理系统连接至所述发动机的排气口，以输送排气供应流，该后处理系统包括氧化催化器，其流体连接在选择性催化还原装置的上游，该选择性催化还原装置具有储存氨还原剂能力并可操作以还原氮氧化物；
在所述选择性催化还原装置的上游将还原剂喷射装置的喷嘴插入所述后处理系统中；
有选择地控制火花点火正时和所述内燃发动机的燃料喷射，以产生重整物；
在所述氧化催化器中将所述重整物重整为氨；
将所述氨储存在所述选择性催化还原装置上；以及
以贫化学计量操作所述发动机，并利用储存在所述选择性催化还原装置上的所述氨还原所述排气供应流中的氮氧化物。
11.如权利要求10所述的方法，还包括在高发动机负载操作期间，以贫化学计量操作所述发动机，并控制所述还原剂喷射装置，从而经由所述喷嘴在所述第二后处理装置的上游将还原剂喷射到所述后处理系统中。
12.如权利要求11所述的方法，还包括在所述高发动机负载操作期间，控制火花点火正时及所述内燃发动机的燃料喷射，从而产生重整物。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8931257B2 (en) 2009-02-23 2015-01-13 GM Global Technology Operations LLC Technique for production of ammonia on demand in a three way catalyst for a passive selective catalytic reduction system
WO2012075432A1 (en) 2010-12-03 2012-06-07 Cummins Intellectual Property, Inc. Lean burn active ignition engine with aftertreatment system and method
US9046051B2 (en) * 2011-06-09 2015-06-02 GM Global Technology Operations LLC Method for operating a spark-ignition, direct-injection internal combustion engine
US8758599B2 (en) 2011-07-15 2014-06-24 Uop Llc Reforming catalyst and process
WO2013112154A1 (en) * 2012-01-26 2013-08-01 International Engine Intellectual Property Company, Llc Injector boss and system and method of injecting liquid into a gas stream
GB2519846B (en) 2013-08-28 2018-01-24 Johnson Matthey Plc Method of oxidizing excess CO in an exhaust gas
DE102014204682A1 (de) 2014-03-13 2015-10-01 Umicore Ag & Co. Kg Katalysatorsystem zur Reduzierung von Schadgasen aus Benzinverbrennungsmotoren
CN106795817B (zh) * 2014-10-16 2020-04-07 康明斯排放处理公司 双燃料发动机的后处理系统
KR101673352B1 (ko) 2015-03-30 2016-11-07 현대자동차 주식회사 배기 가스 정화 장치의 린 녹스 트랩에서 발생되는 암모니아의 양을 계산하는 방법 및 배기 가스 정화 장치
US10077727B2 (en) 2016-01-13 2018-09-18 GM Global Technology Operations LLC Engine control systems and methods for nitrogen oxide reduction
DE102017100518A1 (de) 2016-02-04 2017-08-10 Umicore Ag & Co. Kg System und Verfahren zur Abgasreinigung unter Vermeidung von Lachgas
US9957911B2 (en) 2016-02-18 2018-05-01 GM Global Technology Operations LLC Dedicated exhaust gas recirculation control systems and methods
US10677204B1 (en) 2019-06-27 2020-06-09 GM Global Technology Operations LLC Intake ports with connecting passage for a diesel engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1357267A2 (de) * 2002-04-24 2003-10-29 J. Eberspächer GmbH Co. KG Abgasanlage für einen Dieselmotor und zugehöriger Schalldämpfer
CN1832794A (zh) * 2003-08-05 2006-09-13 恩格哈德公司 排放处理系统和使用scr过滤器的方法
US7210288B2 (en) * 2003-01-02 2007-05-01 Daimlerchrysler Ag Exhaust gas aftertreatment installation and method
DE102005059250A1 (de) * 2005-12-12 2007-06-14 Jacob, Eberhard, Dr. Ammoniakvorläufersubstanz und Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen von Fahrzeugen

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5657625A (en) * 1994-06-17 1997-08-19 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Apparatus and method for internal combustion engine control
US5783160A (en) * 1995-01-27 1998-07-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for purifying combustion exhaust gas
JPH09133032A (ja) * 1995-11-10 1997-05-20 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
US6047542A (en) * 1995-11-17 2000-04-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method and device for purifying exhaust gas of engine
WO1997019261A1 (fr) * 1995-11-17 1997-05-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Dispositif de reglage des emissions d'echappement pour moteurs a combustion interne
EP0879942B1 (en) 1997-05-20 2002-11-27 Nissan Motor Co., Ltd. Direct injection gasoline engine with stratified charge combustion and homogeneous charge combustion
JP3528739B2 (ja) * 2000-02-16 2004-05-24 日産自動車株式会社 エンジンの排気浄化装置
WO2003100225A1 (en) * 2002-05-07 2003-12-04 Extengine Transport Systems Emission control system
US20050229900A1 (en) * 2002-05-14 2005-10-20 Caterpillar Inc. Combustion engine including exhaust purification with on-board ammonia production
US7332135B2 (en) * 2002-10-22 2008-02-19 Ford Global Technologies, Llc Catalyst system for the reduction of NOx and NH3 emissions
US6739125B1 (en) * 2002-11-13 2004-05-25 Collier Technologies, Inc. Internal combustion engine with SCR and integrated ammonia production
US6895747B2 (en) * 2002-11-21 2005-05-24 Ford Global Technologies, Llc Diesel aftertreatment systems
JP4304428B2 (ja) * 2003-02-07 2009-07-29 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス浄化システム
US20050022450A1 (en) * 2003-02-12 2005-02-03 Cher-Dip Tan Reformer system, a method of producing hydrogen in the reformer system, and a method of using the reformer system
DE10315593B4 (de) * 2003-04-05 2005-12-22 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung und -verfahren
US7490464B2 (en) 2003-11-04 2009-02-17 Basf Catalysts Llc Emissions treatment system with NSR and SCR catalysts
SE526404C2 (sv) * 2004-01-20 2005-09-06 Scania Cv Abp Förfarande och anordning för styrning av insprutning av reduktionsmedel
WO2006011575A1 (ja) * 2004-07-29 2006-02-02 N.E. Chemcat Corporation 低温特性に優れる脱硝触媒
SE527367C2 (sv) 2004-10-13 2006-02-21 Volvo Lastvagnar Ab Motordrivet fordon och metod med fragmenterad insprutning av kolväten för optimerad oxidering av kvävemonoxid i avgasefterbehandlingssystem
WO2006126922A1 (en) 2005-05-26 2006-11-30 Volvo Lastvagnar Ab Method for regeneration of an exhaust aftertreatment system
JP2008542609A (ja) 2005-06-03 2008-11-27 エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング 内燃機関の排出ガスの処理方法と装置
DE102005026036A1 (de) 2005-06-03 2006-12-07 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Ammoniak in einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine
US7251929B2 (en) * 2005-07-07 2007-08-07 Eaton Corporation Thermal management of hybrid LNT/SCR aftertreatment during desulfation
US7063642B1 (en) * 2005-10-07 2006-06-20 Eaton Corporation Narrow speed range diesel-powered engine system w/ aftertreatment devices
DE102007009824A1 (de) * 2006-03-03 2007-09-27 Ford Global Technologies, LLC, Dearborn System und Verfahren zum Erfassen von Reduktionsmittelspeicherung
US20080016850A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Eaton Corporation Simultaneous LNT and DPF regeneration
US7661265B2 (en) 2007-05-04 2010-02-16 Man Nutzfahrzeuge Osterreich Ag Exhaust gas system for an internal combustion engine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1357267A2 (de) * 2002-04-24 2003-10-29 J. Eberspächer GmbH Co. KG Abgasanlage für einen Dieselmotor und zugehöriger Schalldämpfer
US7210288B2 (en) * 2003-01-02 2007-05-01 Daimlerchrysler Ag Exhaust gas aftertreatment installation and method
CN1832794A (zh) * 2003-08-05 2006-09-13 恩格哈德公司 排放处理系统和使用scr过滤器的方法
DE102005059250A1 (de) * 2005-12-12 2007-06-14 Jacob, Eberhard, Dr. Ammoniakvorläufersubstanz und Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen von Fahrzeugen

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