CN103206288A - 排气后处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种排气后处理系统。在排气后处理系统的一个示例性实施例中，系统包括氧化催化剂和位于氧化催化剂下游的颗粒过滤器，氧化催化剂构造成从内燃发动机接收排气流，颗粒过滤器包括基底。系统还包括施加到基底的下游部分的氮氧化物吸附催化剂和位于氮氧化物吸附催化剂的下游的选择性催化还原装置，其中，选择性催化还原装置构造成从排气流去除氮氧化物。

Description

排气后处理系统
技术领域
本公开涉及内燃发动机，更具体地涉及用于内燃发动机的排气后处理系统。
背景技术
内燃发动机的发动机控制模块控制供给到发动机的燃烧室的燃料和空气的混合物。在空气/燃料混合物被点燃之后，发生燃烧，并且燃烧气体通过排气阀离开燃烧室。燃烧气体被排气歧管引导到催化剂（或者“催化转换器”）和/或其它排气后处理系统。
在某些发动机操作条件下，燃烧气体可以进入排气系统，而后处理系统的构件，诸如催化剂还没有被加热到操作温度，在该操作温度它们能够充分地减少受管制的排气组分。在冷发动机起动后，该问题通常最严重。冷排气系统构件能够具有作为散热器的大的热质量，从而减慢排气系统以及包含在其中的催化剂的加热。因此，在起动之后，排气系统构件中的慢的温度上升能够导致由于催化剂的相应的慢反应和起燃（即，激励）造成的不期望的排放水平。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，排气后处理系统包括氧化催化剂和位于氧化催化剂下游的颗粒过滤器，氧化催化剂构造成从内燃发动机接收排气流，颗粒过滤器包括基底。系统还包括施加到基底的下游部分的氮氧化物吸附催化剂和位于氮氧化物吸附催化剂的下游的选择性催化还原装置，其中，选择性催化还原装置构造成从排气流去除氮氧化物。
在本发明的另一个示例性实施例中，内燃发动机包括与排气歧管流体连通的氧化催化剂和构造成从氧化催化剂接收排气流的颗粒过滤器。内燃发动机还包括构造成从颗粒过滤器接收排气流的氮氧化物吸附催化剂和构造成从氮氧化物吸附催化剂接收排气流的选择性催化还原装置，其中，氮氧化物吸附催化剂和选择性催化还原催化剂的构造使得能够进行下述操作：在起动时间段期间由氮氧化物吸附催化剂吸附氮氧化物，在起动时间段之后释放氮氧化物，并且当所述氮氧化物吸附催化剂释放氮氧化物时，选择性催化还原催化剂从排气流去除氮氧化物。
此外，本发明还涉及以下技术方案。
1. 一种排气后处理系统，包括：
氧化催化剂，所述氧化催化剂构造成从内燃发动机接收排气流；
位于所述氧化催化剂下游的颗粒过滤器，所述颗粒过滤器包括基底；
施加到所述基底的下游部分的氮氧化物吸附催化剂；以及
位于所述氮氧化物吸附催化剂下游的选择性催化还原装置，其中，所述选择性催化还原装置构造成从排气流去除氮氧化物。
2. 如技术方案1所述的排气后处理系统，其中，在所述内燃发动机的起动时间段期间，所述氮氧化物吸附催化剂在阈值温度以下时吸附氮氧化物，并且在所述阈值温度以上时释放所述氮氧化物，其中，所述第二温度大于所述第一温度。
3. 如技术方案1所述的排气后处理系统，其中，所述选择性催化还原装置在操作温度时去除氮氧化物，所述操作温度大于所述选择性催化还原装置在所述内燃发动机的起动时间段后的温度。
4. 如技术方案1所述的排气后处理系统，其中，所述排气流的温度在所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置之间是基本匹配的。
5. 如技术方案1所述的排气后处理系统，其中，所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置的构造使得能够进行下述操作：在起动时间段期间由所述氮氧化物吸附催化剂吸附氮氧化物，在起动时间段之后释放氮氧化物，并且当所述氮氧化物吸附催化剂释放氮氧化物时，所述选择性催化还原装置同时从排气流去除氮氧化物。
6. 如技术方案1所述的排气后处理系统，还包括位于所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置之间的流路径中的排放流体喷射器。
7. 如技术方案1所述的排气后处理系统，其中，所述氧化催化剂和所述颗粒过滤器紧密地联接到所述内燃发动机。
8. 一种内燃发动机，包括：
与排气歧管流体连通的氧化催化剂；
颗粒过滤器，所述颗粒过滤器构造成从所述氧化催化剂接收排气流；
氮氧化物吸附催化剂，所述氮氧化物吸附催化剂构造成从所述颗粒过滤器接收排气流；以及
选择性催化还原装置，所述选择性催化还原装置构造成从所述氮氧化物吸附催化剂接收排气流，其中，所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原催化剂的构造使得能够进行下述操作：在起动时间段期间由所述氮氧化物吸附催化剂吸附氮氧化物，在起动时间段之后释放氮氧化物，并且当所述氮氧化物吸附催化剂释放氮氧化物时，所述选择性催化还原催化剂从排气流去除氮氧化物。
9. 如技术方案8所述的内燃发动机，其中，在所述内燃发动机的起动时间段期间，所述氮氧化物吸附催化剂在阈值温度以下时吸附氮氧化物，并且所述起动时间段之后处于所述阈值温度以上时释放所述氮氧化物。
10. 如技术方案8所述的内燃发动机，其中，所述选择性催化还原装置在操作温度时去除氮氧化物，所述操作温度大于所述选择性催化还原装置在所述起动时间段期间的温度。
11. 如技术方案8所述的内燃发动机，其中，所述排气流的温度在所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置之间是基本匹配的。
12. 如技术方案8所述的内燃发动机，还包括位于所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置之间的流路径中的排放流体喷射器。
13. 如技术方案8所述的内燃发动机，其中，所述氧化催化剂、所述颗粒过滤器和所述氮氧化物吸附催化剂紧密地联接到所述内燃发动机。
14. 一种排气后处理系统，包括：
氧化催化剂，所述氧化催化剂构造成从内燃发动机接收排气流；
颗粒过滤器，所述颗粒过滤器构造成从所述氧化催化剂接收排气流；
氮氧化物吸附催化剂，所述氮氧化物吸附催化剂构造成从所述颗粒过滤器接收排气流；以及
选择性催化还原装置，所述选择性催化还原装置构造成去除从所述氮氧化物吸附催化剂接收的排气流中的氮氧化物，其中，所述排气流的温度在所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置之间基本上匹配。
15. 如技术方案14所述的排气后处理系统，其中，在所述内燃发动机的起动时间段期间，所述氮氧化物吸附催化剂在阈值温度以下时吸附氮氧化物，并且在所述阈值温度以上时释放所述氮氧化物。
16. 如技术方案15所述的排气后处理系统，其中，所述选择性催化还原装置在大约第二温度处去除氮氧化物。
17. 如技术方案14所述的排气后处理系统，其中，所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置的构造使得能够进行下述操作：在所述内燃发动机的起动时间段期间由所述氮氧化物吸附催化剂吸附氮氧化物，在起动时间段之后释放氮氧化物，并且当所述氮氧化物吸附催化剂释放氮氧化物时从排气流去除氮氧化物。
18. 如技术方案14所述的排气后处理系统，还包括位于所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置之间的流路径中的排放流体喷射器。
19. 如技术方案14所述的排气后处理系统，其中，所述氮氧化物吸附催化剂被施加到所述颗粒过滤器的基底的下游部分。
20. 如技术方案19所述的排气后处理系统，其中，所述氧化催化剂和所述颗粒过滤器紧密地联接到所述内燃发动机。
上述特征和优点以及本发明其它的特征和优点将根据以下结合附图对本发明进行的详细说明而变得清楚。
附图说明
在以下参照附图仅通过示例给出的实施例的详细说明中，其它特征、优点和细节得以显现，附图中：
图1显示了包括示例性排气后处理系统的内燃发动机的示例性示意图；以及
图2为图1中的示例性排气后处理系统的一部分的透视图。
具体实施方式
以下说明在本质上仅仅是示例性的，而并不是为了限制本公开、其应用或用途。应当明白在所有附图中，相应的附图标记指示类似的或者相应的部件和特征。
图1是发动机系统100的实施例的示意图。发动机系统100包括内燃发动机102、排气系统104和发动机控制器106。排气系统104包括排气歧管108、排气后处理系统110和排气管道112。气缸116位于内燃发动机102中，其中，气缸116接收燃烧空气和燃料的混合物。燃烧空气/燃料的混合物燃烧，导致位于气缸116中的活塞（未示出）的往复运动。活塞的往复运动使曲轴（未示出）旋转，以将原动力传递给车辆动力系（未示出）或传递给发电机或内燃发动机102的静态应用情况下的该动力的其它静态接受体（未示出）。空气/燃料混合物的燃烧造成排气118流动通过排气歧管108并进入排气后处理系统110，其中，排气后处理系统110可以包括氧化催化剂119、颗粒过滤器120、氮氧化物吸附催化剂（NAC）122和选择性催化还原（SCR）装置124。排气后处理系统110在排气118的各种受管制的组分（诸如氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和颗粒）释放到大气之前还原、氧化、捕集或以其它方式处理这些组分。
此外，排气后处理系统110和流体源125操作地联接到发动机控制器106并由其控制。发动机控制器106从传感器128a-128n收集有关内燃发动机102的操作的信息，例如温度（进气系统、排气系统、发动机冷却剂、环境等）、压力、排气流率、NOx浓度，并且结果，可以调节排放降低流体的量，诸如喷射到排气后处理系统110中的尿素和氨气。如这里所用，术语控制器指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一种或更多种软件或固件程序的处理器（共用、专用或成组）和存储器、组合逻辑电路以及/或者提供所需功能的其它适当构件。在示例性实施例中，排气流118由氧化催化剂119接收，氧化催化剂119可以紧密地联接到发动机排气歧管，以最小化热损失。颗粒过滤器120构造成从排气流118去除颗粒物质或烟尘。在实施例中，NAC122可以是施加到颗粒过滤器120基底的下游部分的NOx吸附涂层，其中，NAC122在第一温度吸附NOx，并且在第二温度释放NOx。第一温度低于阈值，第二温度高于阈值。当NOx在第二温度被NAC释放之后，SCR装置124接收排气118并且被充分加热，从排气去除NOx。在实施例中，当NAC122释放NOx时，SCR装置124同时从排气流118去除NOx。
继续参考图1，在示例性内燃发动机系统102的起动时间段期间，排气后处理系统110的构件，诸如SCR装置124，是相对“冷”的，并且可能需要时间升高到操作温度。具体而言，当被加热到其操作温度时，SCR装置124更为有效地从排气流118去除NOx。因此，对排气后处理系统110提供一种方法和装置，使得SCR装置124能够在被加热到阈值操作温度或高于阈值操作温度之后从排气流118去除NOx，由此减少排放。如本文所述，SCR装置124的操作温度是一个温度或温度范围，在该温度或温度范围，装置能够去除充分量的NOx，获得所选择的目标。
图2是示例性排气后处理系统110的一部分的透视图。如图所示，排气后处理系统110接收进入氧化催化剂119的排气流118，氧化催化剂119可以是柴油氧化催化剂（DOC）。排气流入颗粒过滤器120，该颗粒过滤器120可以是柴油颗粒过滤器。氧化催化剂119构造成氧化来自排气流118的所选择的污染物，诸如一氧化碳和碳氢化合物，而颗粒过滤器120构造成去除烟尘和其它颗粒。在实施例中，NAC122在颗粒过滤器120的下游，并且构造成在第一温度吸附或捕获来自排气流118的NOx。另外，NAC122还构造成在第二温度释放所吸附的NOx，该第二温度高于第一温度。示例性的NAC122是施加到颗粒过滤器120的基底的下游部分的适当材料涂层。涂层的示例性材料包括但不限于碱性金属氧化物（γ-Al2O3, CeO2, MgO, MgO/Al2O3, BaO/Al2O3, K2O/Al2O3）和金属交换沸石（钠交换和钡交换的八面沸石，诸如NaY和BaY以及铜交换和铁交换的β）。如图所示，组件200允许紧密地联接到发动机排气歧管108，其包括氧化催化剂119、颗粒过滤器120和NAC122。如本文所述，紧密联接的构件与内燃发动机102的排气出口紧密靠近，以降低排气流路径的至少一部分的长度。另外，紧密联接的构件基本上彼此相邻或靠近地定位，使得构件之间的排气流路径降低。紧密联接的构件降低了沿着较长的流路径的排气流造成的热消耗（即，热损失）以及导致的热质量，并且因此，由于较短的整体流路径，更快地将构件加热至操作温度。在其它实施例中，氧化催化剂119、颗粒过滤器120和NAC122是分开的构件，其中，NAC122施加到颗粒过滤器120的基底下游并且与颗粒过滤器120分开。
排放流体喷射器202定位在紧密联接组件200的下游，喷射排放流体，诸如尿素，以便辅助SCR装置124还原排气流118中的NOx组分。混合器可以位于排气管道204中，改善排放流体的分布和混合。SCR装置124构造成接收与排放流体混合的排气流118并且还原排气中的NOx。在NOx和其它排气成分被去除后，排气流118向下游流动到达其它的后处理装置或进入大气，这取决于应用。示例性SCR装置124构造成在阈值操作温度或高于阈值操作温度时从排气去除NOx，阈值操作温度是诸如大约150℃。在其它实施例中，操作温度是大约175℃或高于大约175℃。在其它实施例中，操作温度是大约200℃或高于大约200℃。在较低的排气流率，开始尿素喷射的温度是大约150℃。在较高的排气流率，尿素喷射的温度较高，诸如大约175℃至大约200℃。
示例性起动时间段开始于“冷”发动机（即，没有热起来的）被起动。在实施例中，在起动时间段期间，某些构件没有被充分地加热以有效率地操作。具体而言，在起动时间段期间，SCR装置124可能不以期望的速度去除NOx，诸如降低水平以满足某些规定或目标。因此，在实施例中，在起动时间段期间，NAC122构造成从排气流118吸附NOx。在起动时间段之后，NAC122被加热并且能够不再吸附NOx。此外，在起动时间段之后，NAC122释放所吸附的NOx污染物，以便由SCR装置124处理，其中，SCR装置124已经被加热到去除NOx的操作温度。例如，在冷起动之后，SCR装置124和NAC122基本上是冷的，并且NAC122在其“释放”温度或低于其“释放”温度吸附NOx。释放温度是NAC122减慢或停止吸附NOx并且开始释放所吸附的NOx的温度。在起动时间段之后，NAC122和SCR装置124高于阈值温度（即，大约等于NAC的释放温度和SCR的操作温度），其中，NAC122释放NOx，SCR装置124被加热并且能够从排气去除NOx。在实施例中，第一温度低于大约100℃，第二温度等于或大于大约150℃。在该示例中，在起动时间段期间，NAC122和SCR装置124从低于大约100℃被加热到大约150℃，其中，在起动时间段之后，构件处于150℃或高于150℃。
图1和图2中所示的实施例构造成基本“匹配”NAC122和SCR装置124的温度，其中，在起动时间段之后，NAC122和SCR装置124都被排气加热到选定的温度或阈值温度，在该温度，NAC122释放NOx，以便由SCR装置124去除。此外，所示出的布置不具有位于NAC122和SCR装置124之间的过滤器。因此，通过不具有作为构件之间的散热器的装置，该布置能够使得排气流118的温度在NAC122和SCR装置124处基本上匹配或相似。例如，在排气流加热NAC122和SCR装置124时，NAC122吸附NOx。在起动时间段之后，当NAC122和SCR装置124的温度都被加热并且基本上匹配时，SCR装置124从NAC122接收释放的NOx来处理，以便改善排放的降低。因此，图1和图2所示的布置基本上匹配NAC122和SCR装置124的温度，以便在发动机起动时间段期间以及之后改善NOx的降低。
已参照示例性实施例对本发明进行了描述，本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以做出各种改变和对其元件用等同物进行替换。另外，根据本发明的教导，可做许多变形以适应特定情况或材料，这些都不会脱离本发明的实质范围。因此，本发明不限于所公开的具体实施例，而是本发明将包括落入到本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种排气后处理系统，包括：
氧化催化剂，所述氧化催化剂构造成从内燃发动机接收排气流；
位于所述氧化催化剂下游的颗粒过滤器，所述颗粒过滤器包括基底；
施加到所述基底的下游部分的氮氧化物吸附催化剂；以及
位于所述氮氧化物吸附催化剂下游的选择性催化还原装置，其中，所述选择性催化还原装置构造成从排气流去除氮氧化物。
2.如权利要求1所述的排气后处理系统，其中，在所述内燃发动机的起动时间段期间，所述氮氧化物吸附催化剂在阈值温度以下时吸附氮氧化物，并且在所述阈值温度以上时释放所述氮氧化物，其中，所述第二温度大于所述第一温度。
3.如权利要求1所述的排气后处理系统，其中，所述选择性催化还原装置在操作温度时去除氮氧化物，所述操作温度大于所述选择性催化还原装置在所述内燃发动机的起动时间段后的温度。
4.如权利要求1所述的排气后处理系统，其中，所述排气流的温度在所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置之间是基本匹配的。
5.如权利要求1所述的排气后处理系统，其中，所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置的构造使得能够进行下述操作：在起动时间段期间由所述氮氧化物吸附催化剂吸附氮氧化物，在起动时间段之后释放氮氧化物，并且当所述氮氧化物吸附催化剂释放氮氧化物时，所述选择性催化还原装置同时从排气流去除氮氧化物。
6.如权利要求1所述的排气后处理系统，还包括位于所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置之间的流路径中的排放流体喷射器。
7.如权利要求1所述的排气后处理系统，其中，所述氧化催化剂和所述颗粒过滤器紧密地联接到所述内燃发动机。
8.一种内燃发动机，包括：
与排气歧管流体连通的氧化催化剂；
颗粒过滤器，所述颗粒过滤器构造成从所述氧化催化剂接收排气流；
氮氧化物吸附催化剂，所述氮氧化物吸附催化剂构造成从所述颗粒过滤器接收排气流；以及
选择性催化还原装置，所述选择性催化还原装置构造成从所述氮氧化物吸附催化剂接收排气流，其中，所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原催化剂的构造使得能够进行下述操作：在起动时间段期间由所述氮氧化物吸附催化剂吸附氮氧化物，在起动时间段之后释放氮氧化物，并且当所述氮氧化物吸附催化剂释放氮氧化物时，所述选择性催化还原催化剂从排气流去除氮氧化物。
9.如权利要求8所述的内燃发动机，其中，在所述内燃发动机的起动时间段期间，所述氮氧化物吸附催化剂在阈值温度以下时吸附氮氧化物，并且所述起动时间段之后处于所述阈值温度以上时释放所述氮氧化物，所述选择性催化还原装置在操作温度时去除氮氧化物，所述操作温度大于所述选择性催化还原装置在所述起动时间段期间的温度。
10.如权利要求8所述的内燃发动机，其中，所述排气流的温度在所述氮氧化物吸附催化剂和所述选择性催化还原装置之间是基本匹配的。
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