專利名稱：壓燃點火發(fā)動機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及壓燃點火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)排放后處理。
背景技術(shù)：
此部分的陳述僅提供涉及本公開的背景信息。因此，這種陳述并不旨在構(gòu)成對現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。壓燃點火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)以稀空燃比運行，以實現(xiàn)理想的燃油效率。當(dāng)存在于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣空氣中的氮分子、氧分子在燃燒的高溫下離解時，稀燃發(fā)動機(jī)運行會產(chǎn)生氮氧化物(NOx)0 NOx的產(chǎn)生速率遵循燃燒過程中的已知關(guān)系，例如更高的NOx產(chǎn)生速率與更高的燃燒溫度以及空氣分子暴露在更高溫度下更長時間相關(guān)聯(lián)。
在后處理裝置中，NOx分子可以被還原為元素氮和氧。已知的后處理裝置的功效取決于包括運行溫度在內(nèi)的運行條件，運行溫度與廢氣流溫度與發(fā)動機(jī)空燃比相關(guān)聯(lián)。后處理裝置包括當(dāng)暴露至廢氣饋給流中的升高的溫度和/或污染物時易于損壞或退化的材料。后處理系統(tǒng)包括催化裝置，以產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，處理廢氣成分。三元催化裝置(TWC)氧化和還原廢氣成分。NOx吸附器存儲NOx，其隨后可以在特定的發(fā)動機(jī)運行條件下被解除吸附并還原。已知的策略包括在稀燃運行過程中使用NOx吸附器存儲NOx排放物，并且隨后在富燃發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)過程中使用TWC將存儲的NOx清除并還原為氮與水。微粒過濾器(DPF)能夠移除廢氣饋給流中的微粒物質(zhì)，其可以隨后被周期性地清除，例如，在高溫再生事件過程中。已知的后處理裝置為選擇性催化還原裝置(SCR)。SCR裝置包括催化材料，其促進(jìn)NOx與例如氨(NH3)或尿素的還原劑的反應(yīng)，以產(chǎn)生氮與水?？梢詫⒗缒蛩氐倪€原劑噴射入SCR裝置上游的廢氣饋給流中，這需要噴射系統(tǒng)、存儲罐以及控制策略。例如NH3的還原劑可以在特定發(fā)動機(jī)運行條件過程中產(chǎn)生于SCR裝置上游的廢氣饋給流中。SCR裝置中使用的催化材料包括鈦(Ti)上的釩(V)與鎢(W)以及包括具有沸石涂層的鐵(Fe)或銅(Cu)的基底金屬。包括銅的催化材料能夠在更低溫度下有效工作，但已經(jīng)示出在更高溫度下具有較差的耐熱能力。包括鐵的催化材料能夠在更高溫度下工作良好，但在更低溫度下具有降低的還原劑存儲效率。已知的SCR裝置優(yōu)選地在150°C至600°C的運行溫度范圍內(nèi)運行。溫度范圍可以根據(jù)催化材料改變。運行溫度范圍可以在更高的發(fā)動機(jī)載荷運行期間或之后降低。高于6000C的溫度可以使得還原劑突破并且退化SCR催化劑，而NOx處理效率在低于150°C的溫度下降低。

發(fā)明內(nèi)容
配置成以壓燃點火燃燒模式運行的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括廢氣后處理。廢氣后處理系統(tǒng)包括流體耦合在氨選擇性催化還原裝置上游的催化裝置。催化裝置包括流體串聯(lián)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。本發(fā)明還提供了如下方案
方案I. 一種用于配置成以壓燃點火燃燒模式運行的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)，包括
催化裝置，其流體耦合在氨-選擇性催化還原裝置上游，所述催化裝置包括串聯(lián)地流體耦合的第一、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.根據(jù)方案I所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述三元催化元件包括涂覆有包括·PdAi2O3的涂層的基底。方案3.根據(jù)方案I所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述NOxK附器包括涂覆有包括LaMnO2與BaO的涂層的基底。方案4.根據(jù)方案I所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述氧化催化元件包括涂覆有包括Rh/Ce02與Al2O3的涂層的基底。方案5. —種用于壓燃點火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)，所述廢氣后處理系統(tǒng)基本上包括
包括串聯(lián)地流體耦合的第一、第二以及第三元件的裝置，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吸附劑，以及所述第三元件包括氧化催化元件；
氨-選擇性催化還原裝置；以及 微粒過濾器；
所述裝置位于所述氨-選擇性催化還原裝置的流體上游，所述氨-選擇性催化還原裝置位于所述微粒過濾器的流體上游。方案6.根據(jù)方案5所述的廢氣后處理系統(tǒng)，其中，所述三元催化元件包括涂覆有包括PdAi2O3的涂層的基底。方案7.根據(jù)方案5所述的廢氣后處理系統(tǒng)，其中，所述NOx吸附器包括涂覆有包括LaMnO2與BaO的涂層的基底。方案8.根據(jù)方案5所述的廢氣后處理系統(tǒng)，其中，所述氧化催化元件包括涂覆有包括Rh/Ce02與Al2O3的涂層的基底。方案9. 一種設(shè)備,包括
配置成以壓燃點火燃燒模式運行的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其流體耦合至無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)；
所述無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)包括催化劑裝置，其流體耦合在氨-選擇性催化還原裝置的上游，所述氨-選擇性催化還原裝置流體耦合在微粒過濾器的上游；
所述催化劑裝置包括串聯(lián)地流體耦合的第一、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.根據(jù)方案9所述的設(shè)備，其中，所述三元催化元件包括涂覆有包括Pd/Al2O3的涂層的基底。方案11.根據(jù)方案9所述的設(shè)備，其中，所述NOx吸附器包括涂覆有包括LaMnO2與BaO的涂層的基底。方案12.根據(jù)方案9所述的設(shè)備，其中，所述氧化催化元件包括涂覆有包括Rh/CeO2與Al2O3的涂層的基底。


參照附圖，通過示例，現(xiàn)將描述一個或多個實施例，其中
圖I示意性地示例了根據(jù)本公開的壓燃點火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的單個氣缸的一部分與廢氣后處理系統(tǒng)；
圖2圖示地示出了與操作裝配有根據(jù)本發(fā)明的后處理系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的數(shù) 據(jù)，后處理系統(tǒng)包括NH3-SCR催化劑上游的公知的催化轉(zhuǎn)化器；
圖3圖示地示出了說明操作裝配有根據(jù)本公開的無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)的實施例的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；
圖4圖示地示出了發(fā)動機(jī)排出H2和通過操作裝配有根據(jù)本公開的此處所描述的無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)的實施例的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)所得到的第一催化元件下游的H2的濃度；以及
圖5圖示地示出了發(fā)動機(jī)排出H2的濃度與通過操作裝配有根據(jù)本公開的在此所描述的無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)的實施例的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)獲得的第三催化元件下游的相應(yīng)H2濃度。
具體實施例方式現(xiàn)參照附圖，其中，所示的僅是出于示例特定典型實施例的目的，并不是為了限制本發(fā)明。圖I示意性地示例了流體耦合至無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40的壓燃點火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的單個氣缸12的一部分。無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40包括流體耦合至氨-選擇性催化還原(NH3-SCR)催化劑44，并且位于其上游的第一催化轉(zhuǎn)化器42，氨-選擇性催化還原(NH3-SCR)催化劑44流體耦合至微粒過濾器46，并且位于其上游。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10配置成以四沖程壓燃點火燃燒循環(huán)運行，其包括重復(fù)執(zhí)行的進(jìn)氣-壓縮-點燃-排放沖程，或任意其他合適的燃燒循環(huán)。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10優(yōu)選地包括進(jìn)氣歧管14、燃燒室16、進(jìn)氣門與排氣門17與15、排氣歧管18以及包括EGR閥22的EGR系統(tǒng)20。進(jìn)氣歧管14可以包括空氣流量傳感裝置24，其產(chǎn)生對應(yīng)于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣空氣質(zhì)量流率的信號輸出71。在一個實施例中進(jìn)氣歧管14任選地包括節(jié)氣門裝置23?？杖急葌鞲醒b置41配置成監(jiān)控內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的廢氣饋給流，并且優(yōu)選地產(chǎn)生包括空燃比信號75與廢氣饋給流溫度信號73的信號輸出。燃料噴射器28配置成響應(yīng)于脈寬指令77直接將燃油脈沖噴射入燃燒室16中。在一個實施例中，一個或多個壓力傳感器30配置成在每個燃燒循環(huán)中，監(jiān)控發(fā)動機(jī)10的一個氣缸，或優(yōu)選的所有氣缸中的氣缸內(nèi)壓力。旋轉(zhuǎn)位置傳感器25配置成監(jiān)控發(fā)動機(jī)10的曲軸旋轉(zhuǎn)位置與速度。雖然描述了氣缸12中的單一一個，但應(yīng)該知道的是，發(fā)動機(jī)10包括多個氣缸，每個均具有相關(guān)聯(lián)的燃燒室16、燃油噴射器28、以及進(jìn)氣門與排氣門17與15。發(fā)動機(jī)10的描述是示例性的，并且本文描述的概念并不限于此。盡管將內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10描述為壓燃點火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，但應(yīng)該理解的是，此處描述的概念可以應(yīng)用于配置成在化學(xué)當(dāng)量的貧側(cè)運行以可采用此處描述的無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40的其他內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。排氣歧管18將內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10的廢氣饋給流引導(dǎo)至無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40。第二傳感裝置45配置成監(jiān)控NH3-SCR催化劑44下游的廢氣饋給流，并且可以包括，例如NOx傳感器、NH3傳感器、或其他合適的傳感器。為了控制與診斷目的，第二傳感裝置45產(chǎn)生控制模塊50可讀的信號81。無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40包括流體耦合至上述的NH3-SCR催化劑44，并且位于其上游的第一催化轉(zhuǎn)化器42。第一催化轉(zhuǎn)化器42分別包括第一、第二以及第三催化元件51、53與55。第一、第二與第三催化兀件51、53與55串聯(lián)布置,第一催化兀件51流體率禹合至排氣歧管18，并且配置成處理發(fā)動機(jī)排出的廢氣。應(yīng)該知道的是，在第一催化元件51中處理的廢氣傳遞至第二催化元件53，并且隨后傳遞至第三催化元件55。第一、第二以及第三催化元件51、53與55每個均包括如此處描述地涂覆的陶瓷或金屬基底元件。

第一催化元件51優(yōu)選地為包括涂覆有涂層的基底元件的催化元件，該涂層能夠響應(yīng)于包括空燃比在內(nèi)的發(fā)動機(jī)運行條件而氧化HC與CO分子，并且減少NOx分子。催化活性材料在一個實施例中包括Pd/Al203?？商鎿Q地，第一催化元件51可以是另一合適的三元催化元件，其包括涂覆有催化活性涂層的基底元件，該涂層響應(yīng)于發(fā)動機(jī)運行條件氧化HC與CO分子,并且減少NOx分子。第二催化元件53優(yōu)選地為包括涂覆有涂層的基底元件的NOx吸附器，該涂層能夠吸附與解除吸附NOx分子?；自扛灿型繉?，該涂層在一個實施例中包括1^1^02與8&0。如此而言，優(yōu)選地NOx吸附器中不使用的鉬族元素金屬(例如，鉬、鈀、以及銠)。可替換地，第二催化元件53可以是任意其他NOx吸附器元件，其包括涂覆有合適的涂層的基底元件，該涂層能夠吸收與解除吸附NOx分子。第三催化元件55優(yōu)選地為包括涂覆有涂層的基底元件的催化元件，該涂層包含一個或多個催化活性材料，用于氧化廢氣饋給流中的碳?xì)浠衔?。催化活性材料在一個實施例中包括Rh/Ce02與Al2O3?？商鎿Q地，第三催化元件55可以是另一合適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層的基底元件。這可以包括三元催化裝置，其能夠響應(yīng)于包括空燃比在內(nèi)的發(fā)動機(jī)運行條件而氧化HC與CO分子，并且減少NOx分子。使用一種系統(tǒng)可以在第一催化轉(zhuǎn)化器42中無源地產(chǎn)生氨(NH3),在該系統(tǒng)中周期性地調(diào)整發(fā)動機(jī)運行，以產(chǎn)生包括一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、以及氫氣(H2)的廢氣饋給流。廢氣饋給流在特定運行狀態(tài)之下在第一催化轉(zhuǎn)化器42中產(chǎn)生NH3。應(yīng)該知道的是，產(chǎn)生于第一、三元催化元件51與第三氧化催化元件55的任意一個或全部中的NH3的量由發(fā)動機(jī)排出的NOx水平限制?？色@得額外的H2，其可以用于產(chǎn)生NH3?；瘜W(xué)反應(yīng)式表述該關(guān)系如下。
Xe\ * ι νΓο Niii - CoiII]NH3-SCR催化劑44包括一個或多個優(yōu)選地由堇青石材料制造的基底元件，其具有多個流通通道，通道優(yōu)選地涂覆有沸石涂層與催化劑材料，例如，催化活性基底金屬。催化活性材料存儲NH3,并且釋放存儲的NH3,用于與廢氣饋給流中的NOx分子反應(yīng)。應(yīng)該知道的是，NH3-SCR催化劑的存儲能力，即，可以存儲于NH3-SCR催化劑上的NH3的質(zhì)量與NH3-SCR催化劑的入口溫度相關(guān)聯(lián)。當(dāng)入口溫度增加到閾值溫度之上時，存儲能力降低。
微粒過濾器46流體耦合至NH3-SCR催化劑44的下游，并且包括配置成捕獲微粒物質(zhì)的陶瓷過濾器元件。在一個實施例中，陶瓷過濾器元件是壁流過濾元件。在一個實施例中，陶瓷過濾器元件涂覆有涂層，該涂層包括合適的催化活性材料。微粒過濾器46可以包括用于捕獲與氧化產(chǎn)生于燃燒過程中的微粒物質(zhì)的其他合適的特征?？刂颇K50信號連接至發(fā)動機(jī)傳感器，并且操作地連接至發(fā)動機(jī)致動器，以執(zhí)行控制策略，控制發(fā)動機(jī)10的運行，以響應(yīng)于操作者指令形成氣缸充氣。傳感器包括，例如空燃比傳感裝置41、空氣流量傳感裝置24、以及壓力傳感器30。致動器包括，例如燃油噴射器28、節(jié)氣門裝置23、以及EGR閥22?？刂颇K50通過命令一脈寬77來操作燃油 噴射器28以將燃油脈沖傳遞至燃燒室16。脈寬77為逝去的時間周期，在該周期中，開啟燃油噴射器28，并且傳遞燃油脈沖。傳遞的燃油脈沖與進(jìn)氣空氣以及任意內(nèi)部保持的和外部再循環(huán)的廢氣相互作用，以響應(yīng)于操作者轉(zhuǎn)矩要求形成在燃燒室16中的氣缸充氣。應(yīng)該知道的是，控制模塊50可以使用多個脈寬77命令多個燃油噴射事件，以使得燃油噴射器28在每個氣缸事件過程中將燃油脈沖傳遞至燃燒室16?？刂颇K50通過命令EGR閥開啟指令78而操作EGR閥22，以使得EGR閥22實現(xiàn)優(yōu)選的EGR流速，從而實現(xiàn)氣缸充氣中的優(yōu)選的EGR分?jǐn)?shù)。應(yīng)該知道的是，老化、標(biāo)定、污染以及其他因素可以影響EGR系統(tǒng)20的操作，因此，引起氣缸充氣的氣缸內(nèi)空燃比的變化。控制模塊50可以通過命令節(jié)氣門閥開啟指令76操作節(jié)氣門裝置23，以命令氣缸充氣的優(yōu)選新鮮空氣的質(zhì)量流速。在一個實施例中，控制模塊50操作渦輪增壓裝置，以命令與氣缸充氣相關(guān)聯(lián)的增壓。控制模塊、模塊、控制、控制器、控制單元、處理器以及相似的術(shù)語表示專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或硬件程序或程序的中央處理器(優(yōu)選地為微處理器)以及相關(guān)的內(nèi)存與存儲器(只讀、可編程只讀、隨機(jī)存儲、硬盤驅(qū)動等)、組合邏輯電路、輸入/輸出電路以及裝置、合適的信號調(diào)節(jié)與緩沖電路、以及提供所述功能的其他元件中的任意一個或一個或多個的各種組合。軟件、固件、程序、指令、例程、代碼、算法以及相似的術(shù)語表示任意控制器可執(zhí)行的指令集，其包括標(biāo)定與查詢表?？刂颇K具有一套控制例程，其被執(zhí)行以提供所需的功能。例程例如通過中央處理器執(zhí)行，并且例程可操作以監(jiān)控來自傳感裝置與其他網(wǎng)絡(luò)化的控制模塊的輸入，并且執(zhí)行控制與診斷例程，以控制致動器的操作。在正在進(jìn)行的發(fā)動機(jī)與車輛運行過程中，可以按規(guī)則的時間間隔執(zhí)行例程，例如每隔3. 125,6. 25、12. 5、25與100毫秒。可替換地，響應(yīng)于事件的發(fā)生執(zhí)行例程。應(yīng)該知道的是，壓燃點火發(fā)動機(jī)廢氣饋給流中的發(fā)動機(jī)排出的NOx基本上少于火花點火發(fā)動機(jī)廢氣饋給流中的發(fā)動機(jī)排出的N0X。在正在進(jìn)行的發(fā)動機(jī)運行過程中，在冷啟動與貧空燃發(fā)動機(jī)運行的過程中產(chǎn)生的NOx排放物存儲在第二 NOx吸附器催化元件53上，表示如下。
XOx - MD c.:> MfNiCBh[2|在發(fā)動機(jī)運行于其他條件下的過程中，存儲的NOx用于產(chǎn)生傳遞至NH3-SCR催化劑44的額外NH3,并且被存儲用于NOx還原,表不如下。
NOx - 112 Cl) < > NIB - Γ02[3J包括如此處所述的第一催化轉(zhuǎn)化器42的無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40的結(jié)構(gòu)能夠在壓燃點火發(fā)動機(jī)系統(tǒng)中使用無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)。第一催化轉(zhuǎn)化器42產(chǎn)生NH3,因此最小化與產(chǎn)生NH3所要求的富燃事件相關(guān)聯(lián)的任何燃油懲罰。在第一催化轉(zhuǎn)化器42中吸收NOx降低了依賴NH3-SCR催化劑44在貧運行過程中實現(xiàn)NOx還原。用于管理來自耦合至無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40的發(fā)動機(jī)10的廢氣饋給流的示例性控制策略包括根據(jù)運行狀態(tài)，在貧空燃比與化學(xué)當(dāng)量空燃比或富空燃比之間的反復(fù)循環(huán)的過程。優(yōu)選地，監(jiān)控?zé)o源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40的廢氣饋給流和/或選擇的元件，以檢測或以其它方式確定NH3-SCR催化劑44下游的NOx突破與NH3突破，例如，使用第二傳感裝置45。監(jiān)控NH3-SCR催化劑44優(yōu)選地包括監(jiān)控靠近NH3-SCR催化劑44的廢氣饋給流的溫度，以確保NH3-SCR催化劑44的溫度處于優(yōu)選的溫度范圍之內(nèi)。在一個實施例中，優(yōu)選的溫度范圍為150°C至450°C。當(dāng)NH3-SCR催化劑44的溫度保持在優(yōu)選的溫度范圍中時，可以調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)運行，以產(chǎn)生一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、以及氫氣(H2)，從而在第一催化轉(zhuǎn)化器42中產(chǎn)生NH3,其可以向下游傳輸至NH3-SCR催化劑44，用于存儲以及隨后的NOx還原。調(diào)節(jié)的發(fā)動機(jī)運行包括以富空燃比或化學(xué)當(dāng)量空燃比操作發(fā)動機(jī)10，同時滿足操 作者轉(zhuǎn)矩需求，并且不改變發(fā)動機(jī)輸出功率。用于以化學(xué)當(dāng)量的富側(cè)運行示例性發(fā)動機(jī)10的一個示例性方法可以包括在燃燒循環(huán)過程中執(zhí)行多個燃油噴射脈沖，該燃燒循環(huán)包括在每個壓縮沖程過程中將第一燃油脈沖噴射入燃燒室16。基于足以操作發(fā)動機(jī)10以滿足操作者轉(zhuǎn)矩需求以及其他載荷要求的量確定第一燃油脈沖過程中噴射的燃油質(zhì)量?？梢詫⒑罄m(xù)的燃油脈沖在燃燒循環(huán)的其他沖程中噴射入燃燒室16，從而產(chǎn)生包括一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)、以及氫氣(H2)的廢氣饋給流，以在第一催化轉(zhuǎn)化器42中產(chǎn)生NH3。在一個實施例中，在燃燒循環(huán)的做功沖程后期或者在排氣沖程前期執(zhí)行隨后的燃油脈沖，從而最小化燃燒室16中的燃燒可能性。中斷調(diào)節(jié)的發(fā)動機(jī)運行，并且控制發(fā)動機(jī)，以當(dāng)NH3-SCR催化劑44存儲足夠量的NH3時優(yōu)選地在達(dá)到飽和點之前，以化學(xué)當(dāng)量的貧側(cè)運行?？梢栽诋a(chǎn)生預(yù)定閾值的NH3分子之后或當(dāng)發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)不導(dǎo)致NH3產(chǎn)生時，例如，在車輛減速、發(fā)動機(jī)怠速、或發(fā)動機(jī)停止時，可替代地中斷NH3產(chǎn)生?？梢曰谝哉{(diào)節(jié)模式的運行經(jīng)過了預(yù)定的時間周期，或通過監(jiān)控NH3-SCR催化劑44下游的廢氣饋給流以檢測NH3突破而估計NH3飽和，或在執(zhí)行預(yù)定數(shù)量的氣缸事件之后確定NH3飽和?？梢酝ㄟ^監(jiān)控配置成監(jiān)控NH3-SCR催化劑44下游的廢氣饋給流的NH3傳感器的信號輸出而檢測NH3突破。在一個實施例中，使用根據(jù)足以準(zhǔn)確估計燃燒循環(huán)的操作、后處理過程、轉(zhuǎn)化、和包括進(jìn)氣質(zhì)量流量、空燃比、發(fā)動機(jī)速度、以及第一催化轉(zhuǎn)化器42與NH3-SCR催化劑44的溫度與老化狀態(tài)在內(nèi)的監(jiān)控運行條件的方法的模型來估計NH3飽和?？梢愿鶕?jù)對應(yīng)于特定硬件應(yīng)用的測試結(jié)果而標(biāo)定這種模型。在確定NH3-SCR催化劑44已經(jīng)NH3飽和之后，或者基于包括運行條件在內(nèi)的其他考慮因素決定之后，中斷調(diào)節(jié)的發(fā)動機(jī)運行，并且發(fā)動機(jī)運行轉(zhuǎn)變?yōu)樨毎l(fā)動機(jī)運行，其可以導(dǎo)致增加的NOx排放物入廢氣流。第一催化轉(zhuǎn)化器42可以降低NOx排放物的一部分。存儲于NH3-SCR催化劑44上的NH3與NOx反應(yīng)，從而降低NOx排放，并且產(chǎn)生氮氣與水。存儲于NH3-SCR催化劑44中的NH3在NH3分子與NOx分子反應(yīng)時被耗盡。當(dāng)NH3-SCR催化劑44上的NH3被耗盡時，NOx排放物可以穿過NH3-SCR催化劑44。因此，中斷貧發(fā)動機(jī)運行，并且在探測到NH3-SCR催化劑44下游的NOx突破之后，控制系統(tǒng)可以恢復(fù)成調(diào)節(jié)的發(fā)動機(jī)運行?？梢允褂玫诙鞲醒b置45探測NH3耗盡與任何的相關(guān)聯(lián)的NOx突破?？商鎿Q地，可以使用可執(zhí)行的模型估計NH3-SCR催化劑44上的NH3耗盡。圖2圖示地示出了與操作裝配有在NH3-SCR催化劑上游包括公知的催化轉(zhuǎn)化器的后處理系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。公知的催化轉(zhuǎn)化器包括使用鈀作為催化劑的第一催化元件以及使用鈀與銠作為催化劑的第二催化元件。X軸描繪了流逝的時間(202)，y軸描繪了相應(yīng)氣體(204)的濃度單位以及空燃比(207)形式的發(fā)動機(jī)運行。發(fā)動機(jī)空燃比(207 )包括以貧空燃比(206 )運行，伴有周期性的富空燃比偏移(208 )。當(dāng)以貧空燃比(206 )運行時，廢氣饋給流包括550 ppm NO,700 ppm HC、以及10%02的狀態(tài)。當(dāng)以富空燃比(208)運行時，廢氣饋給流包括550 ppm NO,700 ppm HC、以及O. 5%02、1· 5%C0與0. 5%H2的狀態(tài)。繪制的數(shù)據(jù)表示 NO (212)、N2O (214)、NH3 (216)、NO2 (218)、C3H6 (220)、以及 C4H8 (222)的濃度。數(shù)據(jù)表示對于具有包含使用鈀的第一催化元件以及使用鈀和銠的第二催化元件的已知的催化轉(zhuǎn)化器的系統(tǒng)，已知的催化轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生550 ppm最高濃度的NH3。圖3圖示地示出了說明操作裝配有此處描述的無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40的實施例的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40包括NH3-SCR催化劑上游的第一催化轉(zhuǎn)化器，包括之前描述的第一催化轉(zhuǎn)化器42，該第一催化轉(zhuǎn)化器42分別包括上述 第一、第二與第三催化元件51、53與55。第一催化元件51使用鈀。第二催化元件53為NOx吸附器，如前所述。第三催化元件55使用鈀與銠。X軸描繪了流逝的時間(202)，y軸描繪了相應(yīng)氣體(204)的濃度單位以及空燃比(207)形式的發(fā)動機(jī)運行。發(fā)動機(jī)空燃比(207)包括以貧空燃比(206 )運行，伴有周期性的富空燃比偏移(208 )。當(dāng)以貧空燃比(206 )運行時，廢氣饋給流包括550 ppm NO,700 ppm HC、以及10%02的狀態(tài)。當(dāng)以富空燃比(208)運行時，廢氣流包括550 ppm NO,700 ppm HC、以及O. 5%02、1· 5%C0與0. 5%H2的狀態(tài)。因此，發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)與參照圖2所描述的發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)相似。繪制的數(shù)據(jù)表示NO (212)、N20(214)、NH3 (216)、NO2 (218)、C3H6 (220)、以及 C4H8 (222)的濃度。數(shù)據(jù)表示對于使用無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40的實施例的系統(tǒng)，第一催化轉(zhuǎn)化器42在富空燃比偏移(208)過程中產(chǎn)生濃度接近1200 ppm的NH3。因此，使用包括NOx吸附器作為第二催化元件53的無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40的實施例的系統(tǒng)產(chǎn)生比裝配有包括公知的不使用NOxKB器的催化轉(zhuǎn)化器的后處理系統(tǒng)的相似發(fā)動機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)更大量的NH3。圖4與5圖示地示出來自廢氣饋給流中的測量結(jié)果的數(shù)據(jù)，廢氣饋給流從操作裝配有此處描述的無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40的實施例的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)獲得。數(shù)據(jù)清楚地示出了示例性系統(tǒng)的操作，并且意味著例示了本文描述的概念。發(fā)動機(jī)系統(tǒng)為壓燃點火發(fā)動機(jī)系統(tǒng)。無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)40包括NH3-SCR催化劑上游的第一催化轉(zhuǎn)化器，其包括前述第一催化轉(zhuǎn)化器42，該第一催化轉(zhuǎn)化器42分別包括上述第一、第二與第三催化元件51、53與55。第一催化元件51使用鈀。第二催化元件53為NOx吸附器，如前所述。第三催化元件55使用鈀與銠。X軸描繪了流逝的時間(202)。y軸包括相應(yīng)氣體(204)的濃度、空燃比(207 )形式的發(fā)動機(jī)運行、以及催化劑溫度(209 )。發(fā)動機(jī)空燃比(207 )包括貧空燃比(206 )的運行，伴有周期性的空燃比偏移(208 )。圖4示出了發(fā)動機(jī)排出的H2 (213)與第一催化元件51下游的H2 (215)的濃度。圖5示出了發(fā)動機(jī)排出的H2(213 )的濃度以及第三催化元件55下游的相應(yīng)的H2濃度(217 )?？杖急?207)與催化劑溫度(209)的發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)包括周期性的空燃比偏移，空燃比偏移(208)的具體大小包括 15. O: I、14. 9: I、14. 8: I、14. 7: I、14. 6: I、14. 5:1、14. 4: I、14. 3: I、14. 2: I、14. 1:1，如所示的。如所示的，發(fā)動機(jī)排出的H2 (213)濃度隨著空燃比逐漸變向富側(cè)而增加，然而第一催化元件51下游的H2濃度(215)可以忽略。然而，當(dāng)空燃比變成化學(xué)當(dāng)量的富側(cè)時，第三催化元件55下游的相應(yīng)H2濃度(217)增加，并且當(dāng)空燃比偏移為14.4:1時，其達(dá)到大約1400 ppm的峰值濃度。NH3-SCR催化劑44上游的上游的廢氣饋給流中增加的H2與NOx氣體反應(yīng)，形成NH3,其可以存儲于NH3-SCR催化劑44上，并且在貧操作過程中用于NOx還原。本公開已經(jīng)描述了特定的優(yōu)選實施例與其修改。在閱讀與理解說明書后本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以作出進(jìn)一步修改與改變。因此，期望的是，本公開并不限于作為被認(rèn)為是實現(xiàn)該公開的最佳方式而公開的特定實施例，而是本公開將包括落入所附權(quán)利要求范圍中的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于配置成以壓燃點火燃燒模式運行的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)，包括 催化裝置，其流體耦合在氨-選擇性催化還原裝置上游，所述催化裝置包括串聯(lián)地流體耦合的第一、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.根據(jù)權(quán)利要求I所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述三元催化元件包括涂覆有包括Pd/Al2O3的涂層的基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述NOx吸附器包括涂覆有包括LaMnO2與BaO的涂層的基底。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述氧化催化元件包括涂覆有包括Rh/CeO2與Al2O3的涂層的基底。
5.一種用于壓燃點火內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)，所述廢氣后處理系統(tǒng)基本上包括 包括串聯(lián)地流體耦合的第一、第二以及第三元件的裝置，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吸附劑，以及所述第三元件包括氧化催化元件； 氨-選擇性催化還原裝置；以及 微粒過濾器； 所述裝置位于所述氨-選擇性催化還原裝置的流體上游，所述氨-選擇性催化還原裝置位于所述微粒過濾器的流體上游。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢氣后處理系統(tǒng)，其中，所述三元催化元件包括涂覆有包括PdAi2O3的涂層的基底。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢氣后處理系統(tǒng)，其中，所述NOxK附器包括涂覆有包括LaMnO2與BaO的涂層的基底。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢氣后處理系統(tǒng)，其中，所述氧化催化元件包括涂覆有包括Rh/Ce02與Al2O3的涂層的基底。
9.一種設(shè)備,包括 配置成以壓燃點火燃燒模式運行的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其流體耦合至無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)； 所述無源NH3-SCR廢氣后處理系統(tǒng)包括催化劑裝置，其流體耦合在氨-選擇性催化還原裝置的上游，所述氨-選擇性催化還原裝置流體耦合在微粒過濾器的上游； 所述催化劑裝置包括串聯(lián)地流體耦合的第一、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.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述三元催化元件包括涂覆有包括PdAl2O3的涂層的基底。
全文摘要
本發(fā)明涉及壓燃點火發(fā)動機(jī)的廢氣后處理系統(tǒng)。配置成以壓燃點火燃燒模式運行的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括廢氣后處理系統(tǒng)。廢氣后處理系統(tǒng)包括流體耦合在氨-選擇性催化還原裝置上游的催化劑裝置。催化劑裝置包括串聯(lián)地流體耦合的第一、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。
文檔編號F01N3/035GK102889108SQ20121025040
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者C.H.金, G.齊, W.李 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司