CN107201934A - 用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置及催化系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置及包括该催化装置的催化系统，在该催化装置中从汽油发动机排出的废气依次经过WCC(加温催化转换器)和UCC(底板下催化转换器)。具体地，催化装置可包括添加至WCC和UCC中的至少一个的LNT(稀NOx捕集器)组分。

Description

用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置及催化系统
相关申请的交叉引证
本申请要求于2016年3月17日提交的韩国专利申请第10-2016-0032139号的优先权和权益，将其全部内容通过引证结合于此。
技术领域
本公开涉及用于净化从汽油发动机排出的废气的催化装置。
背景技术
该部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可不构成现有技术。
车辆必定配备有用于降低从发动机排出的各种有害物质的装置，并且每个车辆包括用于根据车辆的发动机的燃烧方法来降低包含在废气中的有害物质的装置。
例如，在由化学计量空燃比控制操作的汽油发动机中，从发动机排出的废气通过排气歧管和排气管排出至空气。传递至排气管的有害物质在穿过安装至排气管的至少一个催化装置的同时与废气一起被还原。
WCC(加温催化转换器)和UCC(底板下催化转换器)依次安装至用于排出从由化学计量空燃比控制操作的汽油发动机排出的废气的排气管，并且废气可通过经过WCC和UCC而被净化。
通常，WCC和UCC中的NOx和CO/HC的移除效率受到使用氧的催化剂氧化气氛的影响。
例如，由于WCC和UCC被加速区段中的热激活，所以它们在该区段中具有高的NOx移除效率。然而，当氧保持处于WCC和UCC中时，NOx的一部分可在未被净化的情况下排出。因此，氧是导致WCC和UCC的效率劣化的最大原因。
由于在车辆的减速期间不需要动力，所以当燃料切断施加至车辆时，燃料效率可改进。然而，我们已发现，由于紧接在燃料切断之后，氧被存储在WCC和UCC中，所以NOx的移除效率可降低。
图1示出在化学计量空燃比的汽油发动机中的燃料切断之后对于每个区段的NOx的排出。
当在区段A中执行燃料切断时，在该区段中燃料不燃烧并且因此NOx不被排出。然而，我们已发现，由于氧完全存储在WCC和UCC的OSC(储氧组分)中，所以随后NOx净化性能可劣化。
然后，在O2清除区段(区段B)和空转区段(区段C)中完成燃料切断，并且在富裕状态下燃烧混合物。然而，由于WCC和UCC处于氧化气氛中，所以NOx净化性能可在一定时间内劣化。
同时，在加速区段(区段D)中，未通过WCC和UCC净化的大量NOx被排出至外部。
因此，由于紧接在燃料切断NOx之后被快速排出，所以我们已发现，存在通过降低燃料切断的施加来改进燃料效率的限制。
发明内容
本公开提供一种用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置以及包括该催化装置的催化系统，该催化装置能够在维持与以化学计量空燃比控制的汽油发动机中的现有装置相同的布局的同时紧接在燃料切断之后净化NOx。
本公开的另一形式针对一种用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置以及包括该催化装置的催化系统，该催化装置能够通过紧接在燃料切断之后净化NOx来增加燃料切断以便在应对废气法规的同时改进燃料效率。
通过以下描述可理解本公开的其他优点，并且参考本公开的形式，其他优点将变得显而易见。此外，对于本公开所属领域的技术人员来说显而易见的是，本公开的目的和优点可通过如在本公开中描述的装置及其组合实现。
根据本公开的一个形式，一种用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置包括添加至WCC和UCC中的至少一个的LNT(稀NOx捕集器)组分，在该催化装置中从汽油发动机排出的废气依次经过WCC(加温催化转换器)和UCC(底板下催化转换器)。具体地，LNT组分可包括铂和钡中的至少一个。
LNT组分可包含在UCC中。
三效催化剂可施加至WCC。
在另一形式中，一种包括用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置的催化系统包括：汽油发动机，在该汽油发动机中以化学计量空燃比控制燃烧；排气管，废气通过该排气管从发动机排出；WCC(加温催化转换器)，该WCC安装至排气管；UCC(底板下催化转换器)，该UCC在与WCC间隔开的同时在排气管中安装在WCC的下游；氧传感器，该氧传感器安装在WCC的前方，以及另一氧传感器，该另一氧传感器在排气管中安装在WCC与UCC之间；以及ECU(电子控制单元)，该电子控制单元被配置为接收来自汽油发动机的发动机数据以及来自氧传感器的输出值，以便控制汽油发动机中的燃烧。具体地，铂(Pt)和钡(Ba)中的至少一个添加至WCC和UCC中的至少一个。
铂或钡可添加至UCC。
三效催化剂可施加至WCC。
从本文提供的描述中，适用性的其他领域将变得显而易见。应理解的是，该描述和具体实例旨在仅用于说明的目的，而并非旨在限制本公开的范围。
附图说明
为了可充分理解本公开，现将参考附图描述以实例的方式给出的本公开的各种形式，其中：
图1是示出在化学计量空燃比的汽油发动机中的燃料切断之后对于每个区段的NOx的排出的典型曲线图；
图2是示意性示出根据本公开的用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置以及包括该催化装置的催化系统的示图；以及
图3是示出通过根据本公开的用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置以及包括该催化装置的催化系统的NOx降低效果的曲线图。
本文描述的附图仅用于说明的目的，而并非旨在以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，而并非旨在限制本公开、应用或用途。应理解的是，贯穿附图，相应的参考标号指代相同或相应的部件和特征。
以下将参考附图更详细地描述根据本公开的用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置以及包括该催化装置的催化系统。
LNT(稀NOx捕集器)组分添加至用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置，以便移除紧接在燃料切断之后而包含在废气中的NOx。
图2示出废气通过排气管12从发动机11排出至外部，并且WCC(加温催化转换器)21和UCC(底板下催化转换器)22依次安装至排气管12。
发动机11是以化学计量空燃比控制燃烧的汽油发动机，并且该发动机连接至排气管12使得从发动机11排出的废气依次经过WCC 21和UCC22。
在这种情况下，LNT组分添加至WCC 21和UCC 22中的一个。
LNT是用于净化来自发动机(诸如，柴油发动机)的废气的催化装置，在该发动机中以稀薄状态控制燃烧。当柴油发动机被典型地驱动(以稀薄模式)时，LNT将NOx存储在LNT催化剂中，并且随后通过周期性再生(以富裕模式)将存储在LNT催化剂中的NOx还原为N2并排出N2。
因此，LNT组分被添加至WCC 21和UCC 22中的一个，并且紧接在燃料切断之后而包含在废气中的NOx存储在LNT组分中。因此，能够抑制或防止紧接在燃料切断之后将大量NOx排出至空气。
同时，LNT组分可包括铂(Pt)和钡(Ba)中的至少一个。
由于LNT组分被添加至传统WCC或UCC，所以WCC 21或UCC 22可原样施加而不改变其布局，以便向其中增加LNT组分。
此外，在一种形式中，LNT组分可添加至WCC 21和UCC 22中的UCC 22。由于期望阻塞NOx的LNT组分的温度约为300℃至400℃，所以LNT组分被添加至UCC 22而不是紧邻发动机11的WCC 21。
同时，如上所述，LNT组分被添加至UCC 22，并且三效催化剂施加至WCC 21。
在执行稀薄燃烧的发动机(诸如，柴油发动机)中，包括NOx再生过程或脱硫过程以便从LNT中脱附NOx。然而，在化学计量空燃比的汽油发动机11中，不需要从UCC中的LNT组分移除NOx的NOx再生过程或脱硫过程。
这是因为紧接在燃料切断之后而吸附至LNT组分的NOx的量较小，并且在化学计量空燃比的汽油发动机11中，对于紧接在燃料切断之后的O2清除，以富裕状态控制燃烧。
此外，由于在执行燃料切断之后的车辆的加速期间，UCC 22的温度约为600℃或更高，所以不需要单独的脱硫过程。
此外，该装置不影响碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)。
同时，用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化系统包括上述催化装置。
如图2所示，包括用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置的催化系统包括：汽油发动机11，在该汽油发动机中以化学计量空燃比控制燃烧；排气管12，废气通过该排气管从发动机11排出至外部；WCC(加温催化转换器)21，其安装至排气管12；UCC(底板下催化转换器)22，其在与WCC 21间隔开的同时在排气管12中安装在WCC 21的下游；至少一个氧传感器23或24，其在排气管12中安装在WCC 21或UCC 22的前方或后方；以及ECU(电子控制单元)31，其接收来自汽油发动机11的发动机数据以及来自氧传感器23和24的输出值以控制汽油发动机11中的燃烧。作为LNT组分的铂(Pt)或钡(Ba)添加至WCC 21和UCC 22中的至少一个。
LNT组分是用于净化来自发动机(诸如，柴油发动机)的废气的催化装置的构成组分，在该发动机中，以稀薄状态控制燃烧。当发动机被典型地驱动(以稀薄模式)时，在NOx被存储在LNT催化剂中之后，存储在LNT催化剂中的NOx通过周期性再生(以富裕模式)被还原为N2以排出N2。由此，排出至空气的NOx被还原。
LNT组分被添加至WCC 21和UCC 22中的一个。在一种形式中，LNT组分可添加至UCC22。这是因为UCC 22的温度处于约300℃至400℃的范围中，在该范围中期望LNT组分阻塞NOx。
同时，三效催化剂施加至WCC 21。
图2示出氧传感器23和24分别安装在WCC 21的前方和后方的实例。ECU 31控制与发动机11中的空燃比、点火时间等相关的燃烧，或者通过来自发动机11的输入数据以及由WCC 21的前方和后方的氧传感器23和24测量的氧浓度而引起要执行O2清除的发动机中的富裕燃烧，由此降低废气。此外，另一氧传感器可安装在UCC 22的后方，以测量经过UCC 22的废气中的氧浓度。
图3示出通过根据本公开的一种形式的用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置以及包括该催化装置的催化系统的效果。
在本公开中，LNT组分被添加至UCC 22。因此，即使当紧接在燃料切断之后而从发动机11排出大量NOx时，通过以上构造将从发动机11排出的NOx阻塞在UCC 22中。因此，能够降低排出至外部的NOx的量，以便满足废气法规。
同时，紧接在燃料切断之后而被阻塞在UCC 22中的NOx可通过在燃料切断之后在发动机中喷射用于O2清除的富裕燃料来移除。
因此，由于在车辆的行驶期间燃料切断增加，所以能够抑制或防止紧接在燃料切断之后将大量NOx排出至空气，并且改进燃料效率且不增加废气。
按照根据本公开的示例性形式的用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置以及包括该催化装置的催化系统，能够阻塞NOx的LNT组分被添加至位于排气管的后方的催化装置，并且因此不论其中的氧存储容量，NOx都可通过LNT组分净化。因此，可紧接在燃料切断之后而净化NOx。
此外，我们已发现，燃料切断的施加的降低可解决以抑制或防止紧接在燃料切断之后NOx净化性能劣化。因此，紧接在燃料切断之后NOx可被净化，并且燃料切断可增加以改进燃料效率。
此外，由于只有LNT组分被添加至催化装置，所以在维持现有催化装置的布局的同时，催化装置可在不改变其布局的情况下施加至车辆。
虽然已相对于具体形式描述了本公开，但是对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种变化和修改。

Claims (7)

1.一种用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置，在所述催化装置中从汽油发动机排出的废气依次经过加温催化转换器和底板下催化转换器，所述催化装置包括：
稀NOx捕集器组分，所述稀NOx捕集器组分添加至所述加温催化转换器和所述底板下催化转换器中的至少一个，
其中，所述稀NOx捕集器组分包括铂和钡中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的催化装置，其中，所述稀NOx捕集器组分包含在所述底板下催化转换器中。
3.根据权利要求2所述的催化装置，其中，三效催化剂施加至所述加温催化转换器。
4.一种催化系统，包括用于化学计量空燃比的汽油发动机的催化装置，所述催化系统包括：
汽油发动机，在所述汽油发动机中以化学计量空燃比控制燃烧；
排气管，废气通过所述排气管从所述汽油发动机排出；
加温催化转换器，所述加温催化转换器安装至所述排气管；
底板下催化转换器，所述底板下催化转换器在与所述加温催化转换器间隔开的同时在所述排气管中安装在所述加温催化转换器的下游；
氧传感器，所述氧传感器安装在所述加温催化转换器的前方，以及另一氧传感器，所述另一氧传感器在所述排气管中安装在所述加温催化转换器与所述底板下催化转换器之间；以及
电子控制单元，所述电子控制单元被配置为接收来自所述汽油发动机的发动机数据以及来自所述氧传感器的输出值，以便控制所述汽油发动机中的燃烧，
其中，铂和钡中的至少一个被添加至所述加温催化转换器和所述底板下催化转换器中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的催化系统，其中，铂和钡中的至少一个添加在所述底板下催化转换器中。
6.根据权利要求5所述的催化系统，其中，三效催化剂施加至所述加温催化转换器。
7.根据权利要求4所述的催化系统，其中，包括铂和钡中的至少一个的所述加温催化转换器或所述底板下催化转换器被构造为存储氮氧化物，并且基于燃烧的状态将所存储的NOx还原为分子态氮。
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