CN102889108A - 压燃点火发动机的废气后处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压燃点火发动机的废气后处理系统。配置成以压燃点火燃烧模式运行的内燃发动机包括废气后处理系统。废气后处理系统包括流体耦合在氨-选择性催化还原装置上游的催化剂装置。催化剂装置包括串联地流体耦合的第一、第二以及第三元件。第一元件包括三元催化元件,第二元件包括NOX吸附器,第三元件包括氧化催化元件。

Description

压燃点火发动机的废气后处理系统
技术领域
本公开涉及压燃点火内燃发动机排放后处理。
背景技术
此部分的陈述仅提供涉及本公开的背景信息。因此,这种陈述并不旨在构成对现有技术的承认。
压燃点火内燃发动机以稀空燃比运行,以实现理想的燃油效率。当存在于发动机进气空气中的氮分子、氧分子在燃烧的高温下离解时,稀燃发动机运行会产生氮氧化物(NOX)。NOX的产生速率遵循燃烧过程中的已知关系,例如更高的NOX产生速率与更高的燃烧温度以及空气分子暴露在更高温度下更长时间相关联。
在后处理装置中,NOX分子可以被还原为元素氮和氧。已知的后处理装置的功效取决于包括运行温度在内的运行条件,运行温度与废气流温度与发动机空燃比相关联。后处理装置包括当暴露至废气馈给流中的升高的温度和/或污染物时易于损坏或退化的材料。
后处理系统包括催化装置,以产生化学反应,处理废气成分。三元催化装置(TWC)氧化和还原废气成分。NOX吸附器存储NOX,其随后可以在特定的发动机运行条件下被解除吸附并还原。已知的策略包括在稀燃运行过程中使用NOX吸附器存储NOX排放物,并且随后在富燃发动机运行状态过程中使用TWC将存储的NOX清除并还原为氮与水。微粒过滤器(DPF)能够移除废气馈给流中的微粒物质,其可以随后被周期性地清除,例如,在高温再生事件过程中。
已知的后处理装置为选择性催化还原装置(SCR)。SCR装置包括催化材料,其促进NOX与例如氨(NH3)或尿素的还原剂的反应,以产生氮与水。可以将例如尿素的还原剂喷射入SCR装置上游的废气馈给流中,这需要喷射系统、存储罐以及控制策略。例如NH3的还原剂可以在特定发动机运行条件过程中产生于SCR装置上游的废气馈给流中。
SCR装置中使用的催化材料包括钛(Ti)上的钒(V)与钨(W)以及包括具有沸石涂层的铁(Fe)或铜(Cu)的基底金属。包括铜的催化材料能够在更低温度下有效工作,但已经示出在更高温度下具有较差的耐热能力。包括铁的催化材料能够在更高温度下工作良好,但在更低温度下具有降低的还原剂存储效率。
已知的SCR装置优选地在150℃至600℃的运行温度范围内运行。温度范围可以根据催化材料改变。运行温度范围可以在更高的发动机载荷运行期间或之后降低。高于600℃的温度可以使得还原剂突破并且退化SCR催化剂,而NOX处理效率在低于150℃的温度下降低。
发明内容
配置成以压燃点火燃烧模式运行的内燃发动机包括废气后处理。废气后处理系统包括流体耦合在氨选择性催化还原装置上游的催化装置。催化装置包括流体串联耦合的第一、第二、以及第三元件。第一元件包括三元催化元件,第二元件包括NOX吸附器,第三元件包括氧化催化元件。
本发明还提供了如下方案:
方案1. 一种用于配置成以压燃点火燃烧模式运行的内燃发动机的废气后处理系统,包括:
催化装置,其流体耦合在氨-选择性催化还原装置上游,所述催化装置包括串联地流体耦合的第一、第二以及第三元件;
所述第一元件包括三元催化元件;
所述第二元件包括NOX吸附器;以及
所述第三元件包括氧化催化元件。
方案2. 根据方案1所述的后处理系统,其中,所述三元催化元件包括涂覆有包括Pd/Al2O3的涂层的基底。
方案3. 根据方案1所述的后处理系统,其中,所述NOX吸附器包括涂覆有包括LaMnO2与BaO的涂层的基底。
方案4. 根据方案1所述的后处理系统,其中,所述氧化催化元件包括涂覆有包括Rh/CeO2与Al2O3的涂层的基底。
方案5. 一种用于压燃点火内燃发动机的废气后处理系统,所述废气后处理系统基本上包括:
包括串联地流体耦合的第一、第二以及第三元件的装置,其中,所述第一元件包括三元催化元件,所述第二元件包括NOX吸附剂,以及所述第三元件包括氧化催化元件;
氨-选择性催化还原装置;以及
微粒过滤器;
所述装置位于所述氨-选择性催化还原装置的流体上游,所述氨-选择性催化还原装置位于所述微粒过滤器的流体上游。
方案6. 根据方案5所述的废气后处理系统,其中,所述三元催化元件包括涂覆有包括Pd/Al2O3的涂层的基底。
方案7. 根据方案5所述的废气后处理系统,其中,所述NOX吸附器包括涂覆有包括LaMnO2与BaO的涂层的基底。
方案8. 根据方案5所述的废气后处理系统,其中,所述氧化催化元件包括涂覆有包括Rh/CeO2与Al2O3的涂层的基底。
方案9. 一种设备,包括:
配置成以压燃点火燃烧模式运行的内燃发动机,其流体耦合至无源NH3-SCR废气后处理系统;
所述无源NH3-SCR废气后处理系统包括催化剂装置,其流体耦合在氨-选择性催化还原装置的上游,所述氨-选择性催化还原装置流体耦合在微粒过滤器的上游;
所述催化剂装置包括串联地流体耦合的第一、第二以及第三元件;
所述第一元件包括三元催化元件;
所述第二元件包括NOX吸附器;以及
所述第三元件包括氧化催化元件。
方案10. 根据方案9所述的设备,其中,所述三元催化元件包括涂覆有包括Pd/Al2O3的涂层的基底。
方案11. 根据方案9所述的设备,其中,所述NOX吸附器包括涂覆有包括LaMnO2与BaO的涂层的基底。
方案12. 根据方案9所述的设备,其中,所述氧化催化元件包括涂覆有包括Rh/CeO2与Al2O3的涂层的基底。
附图说明
参照附图,通过示例,现将描述一个或多个实施例,其中:
图1示意性地示例了根据本公开的压燃点火内燃发动机的单个气缸的一部分与废气后处理系统;
图2图示地示出了与操作装配有根据本发明的后处理系统的发动机系统相关联的数据,后处理系统包括NH3-SCR催化剂上游的公知的催化转化器;
图3图示地示出了说明操作装配有根据本公开的无源NH3-SCR废气后处理系统的实施例的发动机系统的数据;
图4图示地示出了发动机排出H2和通过操作装配有根据本公开的此处所描述的无源NH3-SCR废气后处理系统的实施例的发动机系统所得到的第一催化元件下游的H2的浓度;以及
图5图示地示出了发动机排出H2的浓度与通过操作装配有根据本公开的在此所描述的无源NH3-SCR废气后处理系统的实施例的发动机系统获得的第三催化元件下游的相应H2浓度。
具体实施方式
现参照附图,其中,所示的仅是出于示例特定典型实施例的目的,并不是为了限制本发明。图1示意性地示例了流体耦合至无源NH3-SCR废气后处理系统40的压燃点火内燃发动机10的单个气缸12的一部分。无源NH3-SCR废气后处理系统40包括流体耦合至氨-选择性催化还原(NH3-SCR)催化剂44,并且位于其上游的第一催化转化器42,氨-选择性催化还原(NH3-SCR)催化剂44流体耦合至微粒过滤器46,并且位于其上游。内燃发动机10配置成以四冲程压燃点火燃烧循环运行,其包括重复执行的进气-压缩-点燃-排放冲程,或任意其他合适的燃烧循环。内燃发动机10优选地包括进气歧管14、燃烧室16、进气门与排气门17与15、排气歧管18以及包括EGR阀22的EGR系统20。进气歧管14可以包括空气流量传感装置24,其产生对应于发动机进气空气质量流率的信号输出71。在一个实施例中进气歧管14任选地包括节气门装置23。空燃比传感装置41配置成监控内燃发动机10的废气馈给流,并且优选地产生包括空燃比信号75与废气馈给流温度信号73的信号输出。燃料喷射器28配置成响应于脉宽指令77直接将燃油脉冲喷射入燃烧室16中。在一个实施例中,一个或多个压力传感器30配置成在每个燃烧循环中,监控发动机10的一个气缸,或优选的所有气缸中的气缸内压力。旋转位置传感器25配置成监控发动机10的曲轴旋转位置与速度。虽然描述了气缸12中的单一一个,但应该知道的是,发动机10包括多个气缸,每个均具有相关联的燃烧室16、燃油喷射器28、以及进气门与排气门17与15。发动机10的描述是示例性的,并且本文描述的概念并不限于此。尽管将内燃发动机10描述为压燃点火内燃发动机,但应该理解的是,此处描述的概念可以应用于配置成在化学当量的贫侧运行以可采用此处描述的无源NH3-SCR废气后处理系统40的其他内燃发动机。
排气歧管18将内燃发动机10的废气馈给流引导至无源NH3-SCR废气后处理系统40。第二传感装置45配置成监控NH3-SCR催化剂44下游的废气馈给流,并且可以包括,例如NOX传感器、NH3传感器、或其他合适的传感器。为了控制与诊断目的,第二传感装置45产生控制模块50可读的信号81。
无源NH3-SCR废气后处理系统40包括流体耦合至上述的NH3-SCR催化剂44,并且位于其上游的第一催化转化器42。第一催化转化器42分别包括第一、第二以及第三催化元件51、53与55。第一、第二与第三催化元件51、53与55串联布置,第一催化元件51流体耦合至排气歧管18,并且配置成处理发动机排出的废气。应该知道的是,在第一催化元件51中处理的废气传递至第二催化元件53,并且随后传递至第三催化元件55。第一、第二以及第三催化元件51、53与55每个均包括如此处描述地涂覆的陶瓷或金属基底元件。
第一催化元件51优选地为包括涂覆有涂层的基底元件的催化元件,该涂层能够响应于包括空燃比在内的发动机运行条件而氧化HC与CO分子,并且减少NOX分子。催化活性材料在一个实施例中包括Pd/Al2O3。可替换地,第一催化元件51可以是另一合适的三元催化元件,其包括涂覆有催化活性涂层的基底元件,该涂层响应于发动机运行条件氧化HC与CO分子,并且减少NOX分子。
第二催化元件53优选地为包括涂覆有涂层的基底元件的NOX吸附器,该涂层能够吸附与解除吸附NOX分子。基底元件涂覆有涂层,该涂层在一个实施例中包括LaMnO2与BaO。如此而言,优选地NOX吸附器中不使用的铂族元素金属(例如,铂、钯、以及铑)。可替换地,第二催化元件53可以是任意其他NOX吸附器元件,其包括涂覆有合适的涂层的基底元件,该涂层能够吸收与解除吸附NOX分子。
第三催化元件55优选地为包括涂覆有涂层的基底元件的催化元件,该涂层包含一个或多个催化活性材料,用于氧化废气馈给流中的碳氢化合物。催化活性材料在一个实施例中包括Rh/CeO2与Al2O3。可替换地,第三催化元件55可以是另一合适的氧化催化元件或三元催化元件,其包括涂覆有催化活性涂层的基底元件。这可以包括三元催化装置,其能够响应于包括空燃比在内的发动机运行条件而氧化HC与CO分子,并且减少NOX分子。
使用一种系统可以在第一催化转化器42中无源地产生氨(NH3),在该系统中周期性地调整发动机运行,以产生包括一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、以及氢气(H2)的废气馈给流。废气馈给流在特定运行状态之下在第一催化转化器42中产生NH3。应该知道的是,产生于第一、三元催化元件51与第三氧化催化元件55的任意一个或全部中的NH3的量由发动机排出的NOX水平限制。可获得额外的H2,其可以用于产生NH3。化学反应式表述该关系如下。
Figure 2012102504032100002DEST_PATH_IMAGE002
NH3-SCR催化剂44包括一个或多个优选地由堇青石材料制造的基底元件,其具有多个流通通道,通道优选地涂覆有沸石涂层与催化剂材料,例如,催化活性基底金属。催化活性材料存储NH3,并且释放存储的NH3,用于与废气馈给流中的NOX分子反应。应该知道的是,NH3-SCR催化剂的存储能力,即,可以存储于NH3-SCR催化剂上的NH3的质量与NH3-SCR催化剂的入口温度相关联。当入口温度增加到阈值温度之上时,存储能力降低。
微粒过滤器46流体耦合至NH3-SCR催化剂44的下游,并且包括配置成捕获微粒物质的陶瓷过滤器元件。在一个实施例中,陶瓷过滤器元件是壁流过滤元件。在一个实施例中,陶瓷过滤器元件涂覆有涂层,该涂层包括合适的催化活性材料。微粒过滤器46可以包括用于捕获与氧化产生于燃烧过程中的微粒物质的其他合适的特征。
控制模块50信号连接至发动机传感器,并且操作地连接至发动机致动器,以执行控制策略,控制发动机10的运行,以响应于操作者指令形成气缸充气。传感器包括,例如空燃比传感装置41、空气流量传感装置24、以及压力传感器30。致动器包括,例如燃油喷射器28、节气门装置23、以及EGR阀22。控制模块50通过命令一脉宽77来操作燃油喷射器28以将燃油脉冲传递至燃烧室16。脉宽77为逝去的时间周期,在该周期中,开启燃油喷射器28,并且传递燃油脉冲。传递的燃油脉冲与进气空气以及任意内部保持的和外部再循环的废气相互作用,以响应于操作者转矩要求形成在燃烧室16中的气缸充气。应该知道的是,控制模块50可以使用多个脉宽77命令多个燃油喷射事件,以使得燃油喷射器28在每个气缸事件过程中将燃油脉冲传递至燃烧室16。
控制模块50通过命令EGR阀开启指令78而操作EGR阀22,以使得EGR阀22实现优选的EGR流速,从而实现气缸充气中的优选的EGR分数。应该知道的是,老化、标定、污染以及其他因素可以影响EGR系统20的操作,因此,引起气缸充气的气缸内空燃比的变化。
控制模块50可以通过命令节气门阀开启指令76操作节气门装置23,以命令气缸充气的优选新鲜空气的质量流速。在一个实施例中,控制模块50操作涡轮增压装置,以命令与气缸充气相关联的增压。
控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器以及相似的术语表示专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或硬件程序或程序的中央处理器(优选地为微处理器)以及相关的内存与存储器(只读、可编程只读、随机存储、硬盘驱动等)、组合逻辑电路、输入/输出电路以及装置、合适的信号调节与缓冲电路、以及提供所述功能的其他元件中的任意一个或一个或多个的各种组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法以及相似的术语表示任意控制器可执行的指令集,其包括标定与查询表。控制模块具有一套控制例程,其被执行以提供所需的功能。例程例如通过中央处理器执行,并且例程可操作以监控来自传感装置与其他网络化的控制模块的输入,并且执行控制与诊断例程,以控制致动器的操作。在正在进行的发动机与车辆运行过程中,可以按规则的时间间隔执行例程,例如每隔3.125、6.25、12.5、25与100毫秒。可替换地,响应于事件的发生执行例程。
应该知道的是,压燃点火发动机废气馈给流中的发动机排出的NOX基本上少于火花点火发动机废气馈给流中的发动机排出的NOX。在正在进行的发动机运行过程中,在冷启动与贫空燃发动机运行的过程中产生的NOX排放物存储在第二NOX吸附器催化元件53上,表示如下。
Figure 2012102504032100002DEST_PATH_IMAGE004
在发动机运行于其他条件下的过程中,存储的NOX用于产生传递至NH3-SCR催化剂44的额外NH3,并且被存储用于NOX还原,表示如下。
包括如此处所述的第一催化转化器42的无源NH3-SCR废气后处理系统40的结构能够在压燃点火发动机系统中使用无源NH3-SCR废气后处理系统。第一催化转化器42产生NH3,因此最小化与产生NH3所要求的富燃事件相关联的任何燃油惩罚。在第一催化转化器42中吸收NOX降低了依赖NH3-SCR催化剂44在贫运行过程中实现NOX还原。
用于管理来自耦合至无源NH3-SCR废气后处理系统40的发动机10的废气馈给流的示例性控制策略包括根据运行状态,在贫空燃比与化学当量空燃比或富空燃比之间的反复循环的过程。优选地,监控无源NH3-SCR废气后处理系统40的废气馈给流和/或选择的元件,以检测或以其它方式确定NH3-SCR催化剂44下游的NOX突破与NH3突破,例如,使用第二传感装置45。监控NH3-SCR催化剂44优选地包括监控靠近NH3-SCR催化剂44的废气馈给流的温度,以确保NH3-SCR催化剂44的温度处于优选的温度范围之内。在一个实施例中,优选的温度范围为150℃至450℃。当NH3-SCR催化剂44的温度保持在优选的温度范围中时,可以调节发动机运行,以产生一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、以及氢气(H2),从而在第一催化转化器42中产生NH3,其可以向下游传输至NH3-SCR催化剂44,用于存储以及随后的NOX还原。
调节的发动机运行包括以富空燃比或化学当量空燃比操作发动机10,同时满足操作者转矩需求,并且不改变发动机输出功率。用于以化学当量的富侧运行示例性发动机10的一个示例性方法可以包括在燃烧循环过程中执行多个燃油喷射脉冲,该燃烧循环包括在每个压缩冲程过程中将第一燃油脉冲喷射入燃烧室16。基于足以操作发动机10以满足操作者转矩需求以及其他载荷要求的量确定第一燃油脉冲过程中喷射的燃油质量。可以将后续的燃油脉冲在燃烧循环的其他冲程中喷射入燃烧室16,从而产生包括一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、以及氢气(H2)的废气馈给流,以在第一催化转化器42中产生NH3。在一个实施例中,在燃烧循环的做功冲程后期或者在排气冲程前期执行随后的燃油脉冲,从而最小化燃烧室16中的燃烧可能性。
中断调节的发动机运行,并且控制发动机,以当NH3-SCR催化剂44存储足够量的NH3时优选地在达到饱和点之前,以化学当量的贫侧运行。可以在产生预定阈值的NH3分子之后或当发动机运行状态不导致NH3产生时,例如,在车辆减速、发动机怠速、或发动机停止时,可替代地中断NH3产生。可以基于以调节模式的运行经过了预定的时间周期,或通过监控NH3-SCR催化剂44下游的废气馈给流以检测NH3突破而估计NH3饱和,或在执行预定数量的气缸事件之后确定NH3饱和。可以通过监控配置成监控NH3-SCR催化剂44下游的废气馈给流的NH3传感器的信号输出而检测NH3突破。在一个实施例中,使用根据足以准确估计燃烧循环的操作、后处理过程、转化、和包括进气质量流量、空燃比、发动机速度、以及第一催化转化器42与NH3-SCR催化剂44的温度与老化状态在内的监控运行条件的方法的模型来估计NH3饱和。可以根据对应于特定硬件应用的测试结果而标定这种模型。
在确定NH3-SCR催化剂44已经NH3饱和之后,或者基于包括运行条件在内的其他考虑因素决定之后,中断调节的发动机运行,并且发动机运行转变为贫发动机运行,其可以导致增加的NOX排放物入废气流。第一催化转化器42可以降低NOX排放物的一部分。存储于NH3-SCR催化剂44上的NH3与NOX反应,从而降低NOX排放,并且产生氮气与水。存储于NH3-SCR催化剂44中的NH3在NH3分子与NOX分子反应时被耗尽。当NH3-SCR催化剂44上的NH3被耗尽时,NOX排放物可以穿过NH3-SCR催化剂44。因此,中断贫发动机运行,并且在探测到NH3-SCR催化剂44下游的NOX突破之后,控制系统可以恢复成调节的发动机运行。可以使用第二传感装置45探测NH3耗尽与任何的相关联的NOX突破。可替换地,可以使用可执行的模型估计NH3-SCR催化剂44上的NH3耗尽。
图2图示地示出了与操作装配有在NH3-SCR催化剂上游包括公知的催化转化器的后处理系统的发动机系统相关联的数据。公知的催化转化器包括使用钯作为催化剂的第一催化元件以及使用钯与铑作为催化剂的第二催化元件。x轴描绘了流逝的时间(202),y轴描绘了相应气体(204)的浓度单位以及空燃比(207)形式的发动机运行。发动机空燃比(207)包括以贫空燃比(206)运行,伴有周期性的富空燃比偏移(208)。当以贫空燃比(206)运行时,废气馈给流包括550 ppm NO、700 ppm HC、以及10%O2的状态。当以富空燃比(208)运行时,废气馈给流包括550 ppm NO、700 ppm HC、以及0.5%O2、1.5%CO与0.5%H2的状态。绘制的数据表示NO(212)、N2O(214)、NH3(216)、NO2(218)、C3H6(220)、以及C4H8(222)的浓度。数据表示对于具有包含使用钯的第一催化元件以及使用钯和铑的第二催化元件的已知的催化转化器的系统,已知的催化转化器产生550 ppm最高浓度的NH3
图3图示地示出了说明操作装配有此处描述的无源NH3-SCR废气后处理系统40的实施例的发动机系统的数据。无源NH3-SCR废气后处理系统40包括NH3-SCR催化剂上游的第一催化转化器,包括之前描述的第一催化转化器42,该第一催化转化器42分别包括上述第一、第二与第三催化元件51、53与55。第一催化元件51使用钯。第二催化元件53为NOX吸附器,如前所述。第三催化元件55使用钯与铑。x轴描绘了流逝的时间(202),y轴描绘了相应气体(204)的浓度单位以及空燃比(207)形式的发动机运行。发动机空燃比(207)包括以贫空燃比(206)运行,伴有周期性的富空燃比偏移(208)。当以贫空燃比(206)运行时,废气馈给流包括550 ppm NO、700 ppm HC、以及10%O2的状态。当以富空燃比(208)运行时,废气流包括550 ppm NO、700 ppm HC、以及0.5%O2、1.5%CO与0.5%H2的状态。因此,发动机运行状态与参照图2所描述的发动机运行状态相似。绘制的数据表示NO(212)、N2O(214)、NH3(216)、NO2(218)、C3H6(220)、以及C4H8(222)的浓度。数据表示对于使用无源NH3-SCR废气后处理系统40的实施例的系统,第一催化转化器42在富空燃比偏移(208)过程中产生浓度接近1200 ppm的NH3。因此,使用包括NOX吸附器作为第二催化元件53的无源NH3-SCR废气后处理系统40的实施例的系统产生比装配有包括公知的不使用NOX吸附器的催化转化器的后处理系统的相似发动机系统远远更大量的NH3
图4与5图示地示出来自废气馈给流中的测量结果的数据,废气馈给流从操作装配有此处描述的无源NH3-SCR废气后处理系统40的实施例的发动机系统获得。数据清楚地示出了示例性系统的操作,并且意味着例示了本文描述的概念。发动机系统为压燃点火发动机系统。无源NH3-SCR废气后处理系统40包括NH3-SCR催化剂上游的第一催化转化器,其包括前述第一催化转化器42,该第一催化转化器42分别包括上述第一、第二与第三催化元件51、53与55。第一催化元件51使用钯。第二催化元件53为NOX吸附器,如前所述。第三催化元件55使用钯与铑。x轴描绘了流逝的时间(202)。y轴包括相应气体(204)的浓度、空燃比(207)形式的发动机运行、以及催化剂温度(209)。发动机空燃比(207)包括贫空燃比(206)的运行,伴有周期性的空燃比偏移(208)。
图4示出了发动机排出的H2(213)与第一催化元件51下游的H2(215)的浓度。图5示出了发动机排出的H2(213)的浓度以及第三催化元件55下游的相应的H2浓度(217)。
空燃比(207)与催化剂温度(209)的发动机运行状态包括周期性的空燃比偏移,空燃比偏移(208)的具体大小包括15.0:1、14.9:1、14.8:1、14.7:1、14.6:1、14.5:1、14.4:1、14.3:1、14.2:1、14.1:1,如所示的。
如所示的,发动机排出的H2(213)浓度随着空燃比逐渐变向富侧而增加,然而第一催化元件51下游的H2浓度(215)可以忽略。然而,当空燃比变成化学当量的富侧时,第三催化元件55下游的相应H2浓度(217)增加,并且当空燃比偏移为14.4:1时,其达到大约1400 ppm的峰值浓度。
NH3-SCR催化剂44上游的上游的废气馈给流中增加的H2与NOX气体反应,形成NH3,其可以存储于NH3-SCR催化剂44上,并且在贫操作过程中用于NOX还原。
本公开已经描述了特定的优选实施例与其修改。在阅读与理解说明书后本领域技术人员可以作出进一步修改与改变。因此,期望的是,本公开并不限于作为被认为是实现该公开的最佳方式而公开的特定实施例,而是本公开将包括落入所附权利要求范围中的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于配置成以压燃点火燃烧模式运行的内燃发动机的废气后处理系统,包括:
催化装置,其流体耦合在氨-选择性催化还原装置上游,所述催化装置包括串联地流体耦合的第一、第二以及第三元件;
所述第一元件包括三元催化元件;
所述第二元件包括NOX吸附器;以及
所述第三元件包括氧化催化元件。
2.根据权利要求1所述的后处理系统,其中,所述三元催化元件包括涂覆有包括Pd/Al2O3的涂层的基底。
3.根据权利要求1所述的后处理系统,其中,所述NOX吸附器包括涂覆有包括LaMnO2与BaO的涂层的基底。
4.根据权利要求1所述的后处理系统,其中,所述氧化催化元件包括涂覆有包括Rh/CeO2与Al2O3的涂层的基底。
5.一种用于压燃点火内燃发动机的废气后处理系统,所述废气后处理系统基本上包括:
包括串联地流体耦合的第一、第二以及第三元件的装置,其中,所述第一元件包括三元催化元件,所述第二元件包括NOX吸附剂,以及所述第三元件包括氧化催化元件;
氨-选择性催化还原装置;以及
微粒过滤器;
所述装置位于所述氨-选择性催化还原装置的流体上游,所述氨-选择性催化还原装置位于所述微粒过滤器的流体上游。
6.根据权利要求5所述的废气后处理系统,其中,所述三元催化元件包括涂覆有包括Pd/Al2O3的涂层的基底。
7.根据权利要求5所述的废气后处理系统,其中,所述NOX吸附器包括涂覆有包括LaMnO2与BaO的涂层的基底。
8.根据权利要求5所述的废气后处理系统,其中,所述氧化催化元件包括涂覆有包括Rh/CeO2与Al2O3的涂层的基底。
9.一种设备,包括:
配置成以压燃点火燃烧模式运行的内燃发动机,其流体耦合至无源NH3-SCR废气后处理系统;
所述无源NH3-SCR废气后处理系统包括催化剂装置,其流体耦合在氨-选择性催化还原装置的上游,所述氨-选择性催化还原装置流体耦合在微粒过滤器的上游;
所述催化剂装置包括串联地流体耦合的第一、第二以及第三元件;
所述第一元件包括三元催化元件;
所述第二元件包括NOX吸附器;以及
所述第三元件包括氧化催化元件。
10.根据权利要求9所述的设备,其中,所述三元催化元件包括涂覆有包括Pd/Al2O3的涂层的基底。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105937424A (zh) * 2015-03-04 2016-09-14 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化装置
CN107148512A (zh) * 2014-10-21 2017-09-08 巴斯夫公司 具有twc催化剂和scr‑hct催化剂的排放处理系统
CN111608774A (zh) * 2020-04-09 2020-09-01 东风汽车集团有限公司 一种利用发动机点火效率加速催化器起燃过程的方法
CN112594044A (zh) * 2020-12-14 2021-04-02 潍柴动力股份有限公司 后处理系统老化预测方法及装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014201072A1 (de) * 2013-02-01 2014-08-07 Ford Global Technologies, Llc Bestimmen eines Alterungsgrades eines Oxidationskatalysators
US9255537B2 (en) 2013-03-15 2016-02-09 GM Global Technology Operations LLC Rejuvenation control of palladium-only diesel oxidation catalyst
AT516469B1 (de) * 2014-11-07 2018-06-15 Avl List Gmbh Verfahren zur gezielten generierung von nh3 während des regenerationsvorgangs eines nox-speicherkatalysators
EP3221032B1 (en) * 2014-11-19 2020-09-09 Johnson Matthey Public Limited Company Combining scr with pna for low temperature emission control
US9777654B2 (en) 2016-01-13 2017-10-03 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for improved lightoff performance of aftertreatment catalysts

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030167756A1 (en) * 2002-03-07 2003-09-11 Szymkowicz Patrick G. After-treatment system and method for reducing emissions in diesel engine exhaust
US20040098973A1 (en) * 2002-11-21 2004-05-27 Tennison Paul Joseph Exhaust gas aftertreatment systems
CN1523217A (zh) * 2002-09-20 2004-08-25 福特全球科技公司 氢气燃料火花点火发动机
CN101559325A (zh) * 2008-04-16 2009-10-21 福特全球技术公司 还原汽油发动机废气流中的排放物的催化剂系统及其方法
EP2133527A1 (de) * 2008-06-09 2009-12-16 Robert Bosch GmbH Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem SCR-Katalysator und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
CN101737130A (zh) * 2008-11-06 2010-06-16 通用汽车环球科技运作公司 用于内燃机的排气后处理的方法和设备
US20100223909A1 (en) * 2007-06-05 2010-09-09 Delphi Technologies, Inc. Internal combustion engine system
CN102084096A (zh) * 2008-05-02 2011-06-01 通用汽车环球科技运作公司 用于内燃发动机中NOx控制的被动氨选择性催化还原

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6555492B2 (en) * 1999-12-29 2003-04-29 Corning Incorporated Zeolite/alumina catalyst support compositions and method of making the same
US6606856B1 (en) * 2000-03-03 2003-08-19 The Lubrizol Corporation Process for reducing pollutants from the exhaust of a diesel engine
US20020007629A1 (en) * 2000-07-21 2002-01-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine
JP2003206785A (ja) * 2002-01-18 2003-07-25 Hitachi Ltd エンジンの制御方法及び制御装置
JP4547935B2 (ja) * 2004-02-24 2010-09-22 日産自動車株式会社 排ガス浄化用触媒、排ガス浄化触媒、及び触媒の製造方法
US20080060348A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Caterpillar Inc. Emissions reduction system
US8196391B2 (en) * 2008-12-02 2012-06-12 Ford Global Technologies, Llc SCR emissions-control system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030167756A1 (en) * 2002-03-07 2003-09-11 Szymkowicz Patrick G. After-treatment system and method for reducing emissions in diesel engine exhaust
CN1523217A (zh) * 2002-09-20 2004-08-25 福特全球科技公司 氢气燃料火花点火发动机
US20040098973A1 (en) * 2002-11-21 2004-05-27 Tennison Paul Joseph Exhaust gas aftertreatment systems
US20100223909A1 (en) * 2007-06-05 2010-09-09 Delphi Technologies, Inc. Internal combustion engine system
CN101559325A (zh) * 2008-04-16 2009-10-21 福特全球技术公司 还原汽油发动机废气流中的排放物的催化剂系统及其方法
CN102084096A (zh) * 2008-05-02 2011-06-01 通用汽车环球科技运作公司 用于内燃发动机中NOx控制的被动氨选择性催化还原
EP2133527A1 (de) * 2008-06-09 2009-12-16 Robert Bosch GmbH Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem SCR-Katalysator und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
CN101737130A (zh) * 2008-11-06 2010-06-16 通用汽车环球科技运作公司 用于内燃机的排气后处理的方法和设备

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107148512A (zh) * 2014-10-21 2017-09-08 巴斯夫公司 具有twc催化剂和scr‑hct催化剂的排放处理系统
CN107148512B (zh) * 2014-10-21 2020-12-15 巴斯夫公司 具有twc催化剂和scr-hct催化剂的排放处理系统
CN105937424A (zh) * 2015-03-04 2016-09-14 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化装置
CN105937424B (zh) * 2015-03-04 2019-02-15 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化装置
CN111608774A (zh) * 2020-04-09 2020-09-01 东风汽车集团有限公司 一种利用发动机点火效率加速催化器起燃过程的方法
CN112594044A (zh) * 2020-12-14 2021-04-02 潍柴动力股份有限公司 后处理系统老化预测方法及装置
CN112594044B (zh) * 2020-12-14 2022-04-26 潍柴动力股份有限公司 后处理系统老化预测方法及装置

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