專利名稱：排氣后處理系統(tǒng)的制作方法
排氣后處理系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域本公開涉及以貧化學計量操作的內(nèi)燃機所用的排氣后處理系統(tǒng)。
技術(shù)背景該部分的陳述僅提供與本公開相關(guān)的背景信息，有可能并不構(gòu)成 現(xiàn)有技術(shù)。以貧化學計量才乘作的內(nèi)燃機可產(chǎn)生包括NOx排;改物和顆粒物的 排氣供應(yīng)流。需要排氣后處理系統(tǒng)來管理該排氣供應(yīng)流。發(fā)明內(nèi)容一種用于對來自以貧化學計量操作的內(nèi)燃機的排氣供應(yīng)流進行 處理的設(shè)備，該設(shè)備包括顆粒過濾裝置，該顆粒過濾裝置包括具有烴 類選擇性催化反應(yīng)涂層的多孔基板元件。所述烴類選擇性催化反應(yīng)涂 層包括位于氧化鋁基涂層上的氧化銀催化材料。噴射裝置操作成在所 述顆粒過濾裝置的上游噴射烴類還原劑。


以下將參照附圖以實施例方式描述一個或多個實施方式，在附圖中圖1、圖2和圖3是根據(jù)本公開的發(fā)動機和排氣后處理系統(tǒng)的示 意圖。
具體實施方式
現(xiàn)在參照附圖，其中所示出的內(nèi)容僅用于說明某些示例性實施方 式，而不用于對其進行限制，圖1、圖2和圖3示意性示出內(nèi)燃機10、 控制模塊(ECM) 5以及根據(jù)本公開的排氣后處理系統(tǒng)的實施方式。 在圖1、圖2和圖3以及這里所述的實施方式中，相同附圖標記指代 相同元件。示例性發(fā)動機10包括以重復(fù)燃燒循環(huán)"l喿作的多缸內(nèi)燃機，該燃燒循環(huán)可包括進氣、壓縮、做功和排氣沖程。發(fā)動機10有選擇地以 貧化學計量的空-燃比操作。發(fā)動機10可以是以貧化學計量操作的壓 燃式發(fā)動機和火花點火式發(fā)動機之一。發(fā)動機10能以包括壓燃、火花點火和受控自動點火燃燒模式在內(nèi)的一種或多種燃燒模式操作。發(fā)動機10包括附連至曲軸的多個往復(fù)活塞，該曲軸可操作地附連至變速器以及車輛傳動系統(tǒng)以向其輸送牽引扭矩，這些均未示出。發(fā)動機10產(chǎn)生包含可由后處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的組份的排氣供應(yīng)流，這些組份包括 例如碳氬化合物(以下稱為"HC")、 一氧化碳(以下稱為"CO")、 氮氧化物(以下稱為"NOx")以及顆粒物質(zhì)(以下稱為"PM")。排氣后處理系統(tǒng)包括集成系統(tǒng)，其用于在存在催化反應(yīng)材料的情 況下通過氧化還原過程將排氣供應(yīng)流的組份轉(zhuǎn)換成其它形式。排氣歧 管(未具體標出)輸送排氣流，并將其引導(dǎo)至排氣后處理系統(tǒng)。圖1 的排氣后處理系統(tǒng)包括催化裝置14、噴射裝置16以及顆粒過濾裝置 20。圖2的排氣后處理系統(tǒng)包括催化裝置14、噴射裝置16、顆粒過 濾裝置20以及該顆粒過濾裝置20下游的第二催化裝置24。圖3的排 氣后處理系統(tǒng)包括顆粒過濾裝置20以及該顆粒過濾裝置20下游的第 二催化裝置24。前述裝置優(yōu)選利用管和連接器以串聯(lián)方式流體連接。一個或多個感測裝置可適于監(jiān)測排氣供應(yīng)流?？稍谂艢夂筇幚硐?統(tǒng)中的各個位置對排氣供應(yīng)流進行監(jiān)測，其中示出了由各種傳感器中 的一些傳感器12、 18、 22、 26和28監(jiān)測的位置。排氣后處理系統(tǒng)的 應(yīng)用可包括傳感器12、 18、 22、 26和28中的一個或多個。傳感器12、 18、 22、 26和28監(jiān)測可與排氣供應(yīng)流的組份和/或溫度相關(guān)的排氣供 應(yīng)流參數(shù)，并產(chǎn)生傳輸至控制模塊5的信號。這可包括監(jiān)測從發(fā)動機 IO輸出的排氣供應(yīng)流的傳感器12，優(yōu)選包括NOx濃度和空-燃比之一。 傳感器26可監(jiān)測催化裝置14下游的排氣供應(yīng)流，優(yōu)選包括與NOx 濃度、空-燃比及溫度之一對應(yīng)的參數(shù)。包括傳感器12的系統(tǒng)的具體 實施方式可不包括傳感器26。傳感器18可監(jiān)測從催化裝置14輸出并 位于噴射裝置16下游的排氣供應(yīng)流，優(yōu)選包括與NOx濃度和溫度之 一對應(yīng)的參數(shù)。傳感器22可監(jiān)測顆粒過濾裝置20下游的排氣供應(yīng)流， 優(yōu)選包括與NOx濃度、溫度和氨(NH3)之一對應(yīng)的參數(shù)。如圖2和 圖3中所示，傳感器28可監(jiān)測第二實施方式中的第二催化裝置24下 游的排氣供應(yīng)流，優(yōu)選監(jiān)測與NOx濃度、溫度和氨之一對應(yīng)的參數(shù)?？刂颇K5監(jiān)測來自具體傳感器12、 18、 22、 26和28的信號，并將 這些信號用于發(fā)動機10和噴射裝置16的控制，并用于監(jiān)測發(fā)動機10、 噴射裝置16、催化裝置14、顆粒過濾裝置20及第二催化裝置24的 操作以診斷其中的故障。另選的是，可利用虛擬NOx感測系統(tǒng)基于 發(fā)動機速度/負載操作特性確定排氣供應(yīng)流中的NOx濃度，該虛擬感 測系統(tǒng)包括常駐控制模塊5中的可執(zhí)行算法。圖1和圖2中所示的實施方式中繪出的催化裝置14優(yōu)選包括氧 化催化器。催化裝置14優(yōu)選由基板(未示出)構(gòu)成，在基板上施加 有涂層和催化反應(yīng)材料，例如鉑或鈀。該基板可以是具有多個流動通 道的金屬箔裝置或燒結(jié)陶瓷裝置，在發(fā)動機10操作期間這些流動通 道可供排氣供應(yīng)流通過。該涂層基板被組裝到作為排氣后處理系統(tǒng)的 元件的金屬結(jié)構(gòu)件中。圖1和圖2中所示的實施方式中繪出的噴射裝置16優(yōu)選包括螺 線管操作的流體流控制閥，該閥具有流體出口，適于將烴類還原劑噴 射到位于包括氧化催化器的催化裝置14和傳感器26下游且位于顆粒 過濾裝置20上游的排氣供應(yīng)流中。噴射裝置16與控制模塊5操作連 接，該控制模塊5控制噴射到排氣供應(yīng)流中的烴類還原劑的正時和質(zhì) 量或量。烴類還原劑優(yōu)選經(jīng)由流體連接從車輛的燃料箱供應(yīng)，這些均 未示出。顆粒過濾裝置20包括涂覆有用于NOx排放物還原的烴類選擇性 催化反應(yīng)涂層的過濾裝置。該過濾裝置捕獲排氣供應(yīng)流中所含的顆粒 物。具有過濾器入口 19和過濾器出口 21。顆粒過濾裝置20以致使進 入過濾器入口 19的排氣穿過顆粒過濾裝置20的一部分而到達過濾器 出口21的方式構(gòu)造。作為實施例，顆粒過濾裝置20可包括由多孔材 料構(gòu)成的整塊多通道基板元件(未示出)。各通道或在過濾器入口 19 附近的端部有蓋，或者在過濾器出口 21附近的端部有蓋，其中相鄰 通道在交替端部加蓋。作為實施例，基板元件的孔隙度為約40%至 55%,這表示基板元件體積的40%至55%包括孔而不是基板材料。這 些孔可具有平均小于約3微米的直徑?；逶亩嗫撞牧峡捎商召Y 材料形成，例如擠壓并燒結(jié)的堇青石。多通道基板的多孔材料涂覆有烴類選擇性催化反應(yīng)涂層。烴類選 擇性催化反應(yīng)涂層也稱為HC-SCR涂層，其包括與噴射的烴類還原劑6的化學反應(yīng)材料。烴類選擇性催 化反應(yīng)涂層可包括氧化鋁基涂層材料，且化學反應(yīng)材料包括選擇性催 化還原催化劑。選擇性催化還原催化劑可包括銀-氧化鋁(以下稱為 "AgAl")催化材料，在氧化鋁涂層上承載有預(yù)定重量百分比的Ag20。 該選擇性催化還原催化劑的一個范圍可以應(yīng)用為AgAl中銀為1至 4wt.%(重量百分比)，承載在多通道基板上的涂層負載在0.5至4g/in3 的范圍內(nèi)。另選的是，選擇性催化還原催化劑可包括以銅質(zhì)量負載并 施加到基板裝置上的涂層上的銅。顆粒過濾裝置20的涂層基板被組 裝到作為排氣后處理系統(tǒng)的 一 部分的金屬結(jié)構(gòu)件中。圖2和圖3中所示的實施方式中繪出的第二催化裝置24優(yōu)選包 括選擇性催化還原裝置，其包括涂覆有與從顆粒過濾裝置20輸出的 排氣供應(yīng)流發(fā)生反應(yīng)的催化反應(yīng)涂層的整塊多通道陶瓷基板。該催化 反應(yīng)涂層可與顆粒過濾裝置20中發(fā)生的NOx還原引起的氨泄漏發(fā)生 反應(yīng)。該催化反應(yīng)涂層可包括選擇性催化還原催化劑，選擇性催化還 原催化劑包括承載在氧化鋁涂層上的預(yù)定重量百分比的銅-沸石催化 材料。第二催化裝置24提供利用催化裝置14輸出的氨還原排氣供應(yīng) 流中的NOx的反應(yīng)場所。第二催化裝置24還可包括氧化催化器，該 氧化催化器包括在A1203涂層上涂覆有包含Pt和/或Pd的催化反應(yīng)涂 層的整塊多通道陶瓷基板。涂層負載可為1-3 g/in3,其中Pt負載為 3-150 g/ft3?？刂颇K5優(yōu)選為包括適于在將發(fā)動機10和排氣后處理系統(tǒng)應(yīng) 用于車輛(未示出)上時提供發(fā)動機10和其它系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制的多 個控制模塊的分布式體系的元件。用戶接口 ("UI") 13與車輛操作者 借以控制并引導(dǎo)車輛(包括發(fā)動機IO)的操作的多個裝置信號連通。 車輛操作者借以向用戶接口 13提供輸入的示例性裝置包括加速器踏 板、制動踏板、變速器檔位選擇器以及車速巡航控制器，這些均為具 體示出?？刂颇K5優(yōu)選經(jīng)由局域網(wǎng)總線6與用戶接口 13通信。局 域網(wǎng)總線6允許控制參數(shù)和命令在各種處理器、控制模塊和裝置之間 的結(jié)構(gòu)化通信。所利用的具體通信協(xié)議是專用的?？刂颇K5包括通用數(shù)字計算機，該數(shù)字計算機包括微處理器 或中央處理單元；存儲介質(zhì)，其包括包含只讀存儲器和電可編程只讀 存儲器在內(nèi)的非易失性存儲器；隨機存取存儲器；高速時鐘；模/數(shù)和數(shù)/模電路；輸入輸出電路；以及裝置及適當信號調(diào)理和緩沖電路?？?制模塊5具有一組控制算法，這包括常駐程序指令和標定，它們存儲 在非易失性存儲器中并被執(zhí)行以提供相應(yīng)功能來控制發(fā)動機10。這些 算法優(yōu)選在預(yù)設(shè)循環(huán)周期期間執(zhí)行，使得各算法在各循環(huán)周期執(zhí)行至 少一次。由中央處理單元執(zhí)行算法，并且這些算法可操作以監(jiān)測來自 上述感測裝置的輸入并且執(zhí)行控制和診斷程序以利用預(yù)設(shè)標定控制 致動器的操作。優(yōu)選在正在運行的發(fā)動機和車輛操作期間以規(guī)則間隔 (例如，每3.125、 6.25、 12.5、 25和100毫秒)執(zhí)行循環(huán)周期。另選 的是，可響應(yīng)于事件的發(fā)生執(zhí)行算法。在發(fā)動機10的操作期間，控制模塊5監(jiān)測來自感測裝置的輸入, 對信息進行綜合并執(zhí)行算法以對致動器進行控制，從而實現(xiàn)控制目 標，所述控制目標包括燃料經(jīng)濟性、排放物、性能、駕駛性能和硬件 保護。發(fā)動機10優(yōu)選以貧化學計量操作，從而產(chǎn)生經(jīng)過排氣后處理 系統(tǒng)的貧排氣供應(yīng)流。控制模塊5監(jiān)測發(fā)動機速度和負載以及空-燃比，從而確定NOx 排放物的質(zhì)量流濃度，并控制噴射裝置16以基于NOx排放物的質(zhì)量 流濃度控制噴射到排氣供應(yīng)流中的烴類還原劑的正時和質(zhì)量或量。對 噴射的烴類還原劑的量進行控制以在存在選擇性催化還原催化劑的 情況下與NOx排放物進行反應(yīng)而還原為氮。本公開描述了某些優(yōu)選實施方式及其變型。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過 閱讀并理解說明書可想到其它變型和變更。因此，并不意圖將本公開 局限于作為實施本公開而構(gòu)想的最佳模式所公開的具體實施方式
，而 是本公開包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施方式。8
權(quán)利要求
1、一種用于對來自內(nèi)燃機的排氣供應(yīng)流進行處理的設(shè)備，該設(shè)備包括顆粒過濾裝置，該顆粒過濾裝置包括具有烴類選擇性催化反應(yīng)涂層的多孔基板元件，該烴類選擇性催化反應(yīng)涂層包括位于氧化鋁基涂層上的氧化銀催化材料。
2、 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括噴射裝置，該噴射裝置操作成向所述顆粒過濾裝置上游的排氣供應(yīng)流中噴射烴類還原劑。
3、 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括第二催化裝置，該第二催 化裝置流體連接在所述顆粒過濾裝置的下游，并包括在氧化鋁涂層上 涂覆有銅-沸石催化材料的基板。
4、 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述第二催化裝置還包括氧 化催化器，該氧化催化器包括涂覆有催化反應(yīng)涂層的整塊多通道陶瓷 基板，所述催化反應(yīng)涂層包括位于氧化鋁涂層上的鉑和鈀中的至少一 種。
5、 一種設(shè)備，該設(shè)備包括 內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機以貧空-燃比化學計量操作，并直接流體連接至 排氣后處理系統(tǒng)；所述排氣后處理系統(tǒng)包括位于顆粒過濾裝置上游的氧化催化器； 所述顆粒過濾裝置包括烴類選擇性催化反應(yīng)涂層；以及 噴射裝置，其操作成在所述顆粒過濾裝置上游噴射烴類還原劑。
6、 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述烴類選擇性催化反應(yīng)涂 層包括承載在涂層材料上的選擇性催化還原催化劑。
7、 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述選擇性催化還原催化劑 包括氧化銀催化材料。
8、 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述涂層材料包括氧化鋁基 涂層。
9、 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述選擇性催化還原催化劑 的化學反應(yīng)材料包括銅。
10、 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，還包括操作成噴射發(fā)動機燃料的 噴射裝置。
11、 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，還包括位于所述顆粒過濾裝置下 游的第二催化裝置。
12、 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述第二催化裝置包括選擇性催化還原裝置。
13、 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述內(nèi)燃機包括壓燃式發(fā)動機。
14、 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述內(nèi)燃機包括有選擇地以 貧空-燃比操作的火花點火式發(fā)動機。
15、 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，還包括感測裝置，該感測裝置操 作成監(jiān)測所述排氣后處理系統(tǒng)中的排氣供應(yīng)流的成分。
16、 一種用于對來自以貧化學計量操作的內(nèi)燃機的排氣供應(yīng)流進 行處理的設(shè)備，該設(shè)備包括噴射裝置以及位于顆粒過濾裝置上游的氧化催化器，所述噴射裝 置操作成向所述氧化催化器和所述顆粒過濾裝置之間的排氣供應(yīng)流 中噴射烴類還原劑；以及所述顆粒過濾裝置，該顆粒過濾裝置包括由多孔材料構(gòu)成并具有 烴類選擇性催化反應(yīng)涂層的整塊基板元件。
17、 如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述烴類選擇性催化反應(yīng) 涂層包括氧化鋁基涂層中的氧化銀催化材料。
18、 如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述烴類選擇性催化反應(yīng) 涂層包括氧化鋁基涂層中的氧化銅催化材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及排氣后處理系統(tǒng)，提供一種用于對來自以貧化學計量操作的內(nèi)燃機的排氣供應(yīng)流進行處理的設(shè)備，該設(shè)備包括顆粒過濾裝置，該顆粒過濾裝置包括具有烴類選擇性催化反應(yīng)涂層的多孔基板元件。所述烴類選擇性催化反應(yīng)涂層包括位于氧化鋁基涂層上的氧化銀催化材料。噴射裝置操作成在所述顆粒過濾裝置的上游噴射烴類還原劑。
文檔編號F01N3/20GK101666255SQ200910172810
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者D·B·布朗, J·H·李 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司