專利名稱：排氣后處理系統(tǒng)及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣處理系統(tǒng)，更具體地，涉及一種用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行溫度的有效系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，更具體地是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所排出的排氣是一種不均勻混合物，其包括諸如一氧化碳(Co)、未燃燒的烴(HC)和氮氧化物(NOx)這樣的氣體排放物，以及構(gòu)成顆粒物(PM)的凝聚相物質(zhì)(液體和固體)。通常設(shè)置在催化劑載體或者基底上的催化劑組合物被設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)內(nèi)以將這些排放組分中的部分或者全部轉(zhuǎn)化為不受限制的排氣組分。已經(jīng)研究出的一種減低在過量氧氣中燃燒燃料的貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)(例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)) 中的NOx排放水平的技術(shù)，包括選擇性催化還原(SCR)裝置。SCR催化劑組合物優(yōu)選含有沸石和一種或多種在有還原劑比如氨(NH3)的情況下能有效操作以轉(zhuǎn)化排氣中NOx組分的基金屬成分，比如鐵0 )、鈷(Co)、銅(Cu)或釩。雖然催化劑的使用有助于減少SCR裝置所需的激活能量，但是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和其他貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)不斷增加的效率導(dǎo)致在普通運(yùn)行和隨后起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)更低的排氣溫度。這種更低的運(yùn)行溫度推遲了 SCR裝置的運(yùn)行起動(dòng)，SCR裝置需要達(dá)到最小運(yùn)行溫度才能有效地還原NOx。通常，SCR在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)幾分鐘后才能達(dá)到合適的運(yùn)行溫度，考慮到不斷嚴(yán)厲的車輛排放標(biāo)準(zhǔn)這不再可行。除了較低的排氣溫度以外，減緩催化劑起燃的一個(gè)主要因素是發(fā)動(dòng)機(jī)和在發(fā)動(dòng)機(jī)與SCR裝置之間延伸的排氣系統(tǒng)的熱質(zhì)量。熱質(zhì)量可包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管、氧化催化(OC)裝置以及排氣管道。減少在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)期間SCR裝置上游需要被加熱的熱質(zhì)量能減少SCR運(yùn)行的時(shí)間和還原排氣系統(tǒng)排放的NOx的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通并被設(shè)計(jì)為接收來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的排氣管道，以及氧化催化劑裝置，該裝置具有與排氣管道流體連通的入口和出口，以及設(shè)置在入口和出口之間的第一基底、加熱器和第二基底。烴供應(yīng)源被連接到氧化催化劑裝置上游的排氣管道并與該裝置流體連通，用于向該裝置輸送烴以及在該裝置內(nèi)形成排氣和烴的混合物，其中所述加熱器被設(shè)計(jì)用于氧化裝置內(nèi)的烴，以及提高第二基底的溫度和通過該裝置的排氣的溫度。在本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例中，一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通并被設(shè)計(jì)為接收來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的排氣管道；氧化催化劑裝置，該裝置具有與排氣管道流體連通的入口和出口，以及串聯(lián)地設(shè)置在入口和出口之間的第一基底、電加熱器和第二基底，第一基底具有大于第二基底的熱質(zhì)量；烴供應(yīng)源，其被連接到氧化催化劑裝置上游的排氣管道并與該裝置流體連通，用于向該裝置輸送烴以及在該裝置內(nèi)形成排氣和烴的混合物，電源連接到電加熱器并且被設(shè)計(jì)為提高加熱器的溫度以氧化該裝置內(nèi)的烴，以及提高第二基底的溫度和通過該裝置的排氣的溫度；以及選擇性催化還原裝置，其具有與氧化催化劑裝置下游的排氣管道流體連通的入口和出口，并被設(shè)計(jì)為從氧化催化劑裝置接收加熱過的排氣。在本發(fā)明的再一個(gè)示例性實(shí)施中，一種運(yùn)行內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理系統(tǒng)的一部分的方法，所述系統(tǒng)包括與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通并被設(shè)計(jì)為接收來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的排氣管道；氧化催化劑裝置，該裝置具有與排氣管道流體連通的入口和出口，以及串聯(lián)地設(shè)置在入口和出口之間的第一基底、加熱器和第二基底，第一基底具有大于第二基底的熱質(zhì)量；烴供應(yīng)源，其被連接到氧化催化劑裝置上游的排氣管道并與該裝置流體連通，用于向該裝置輸送烴以及在該裝置內(nèi)形成排氣和烴的混合物；和選擇性催化還原裝置，其具有與氧化催化劑裝置下游的排氣管道流體連通的入口和出口，并被設(shè)計(jì)為從氧化催化劑裝置接收加熱過的排氣，該方法包括監(jiān)控選擇性催化還原裝置的溫度，確定該溫度是否處于能還原排氣中NOx的水平，如果所確定的溫度低于還原排氣中NOx的所要求的水平則激活加熱器， 監(jiān)控加熱器的溫度以確定該溫度是否處于能氧化排氣中烴的水平，如果加熱器的溫度已經(jīng)達(dá)到能氧化排氣中烴的水平則激活燃料噴射器。本發(fā)明包括以下技術(shù)方案技術(shù)方案1 一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括排氣管道，其與所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通并被設(shè)計(jì)成接收來自所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣；氧化催化劑裝置，該裝置具有與所述排氣管道流體連通的入口和出口，并具有串聯(lián)地設(shè)置在所述入口和所述出口之間的第一基底、加熱器和第二基底；烴供應(yīng)源，其連接到所述氧化催化劑裝置上游的所述排氣管道并與該裝置流體連通，用于向該裝置輸送烴以及在該裝置內(nèi)形成排氣和烴的混合物；其中所述加熱器被設(shè)計(jì)用于氧化所述氧化催化劑裝置內(nèi)的烴以及提高第二基底和通過該裝置的排氣的溫度。技術(shù)方案2 技術(shù)方案1的排氣后處理系統(tǒng)，其中第一基底的容積大于第二基底。技術(shù)方案3 技術(shù)方案2的排氣后處理系統(tǒng)，其中第一基底的容積在大約2-4升的范圍內(nèi)，第二基底的容積在大約1-2升的范圍內(nèi)。技術(shù)方案4 技術(shù)方案1的排氣后處理系統(tǒng)，還包括應(yīng)用于所述加熱器、第一基底和第二基底之一或它們的組合的催化劑化合物，其包括鉬族金屬。技術(shù)方案5 技術(shù)方案4的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述鉬族金屬包括鉬(Pt)、鈀 (Pd)、銠0 )之一，或其他合適的氧化催化劑，或它們的組合。技術(shù)方案6 技術(shù)方案1的排氣后處理系統(tǒng)，還包括選擇性催化還原裝置，其具有與所述氧化催化劑裝置下游的排氣管道流體連通的入口和出口，并被設(shè)計(jì)為從所述氧化催化劑裝置接收加熱的排氣；設(shè)置在所述選擇性催化還原裝置中的基底；以及設(shè)置在該基底上的催化劑化合物，用于還原排氣中的NOx成分。技術(shù)方案7 技術(shù)方案求6的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述催化劑化合物包括沸石和基金屬成分，所述基金屬成分包括鐵、鈷、銅或釩之一，或者它們的組合。技術(shù)方案8 技術(shù)方案6的排氣后處理系統(tǒng)，其中設(shè)置在所述選擇性催化還原裝置
5中的所述基底是顆粒過濾裝置。技術(shù)方案9 技術(shù)方案8的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述顆粒過濾裝置包括陶瓷整料過濾器，具有延伸通過其的排氣流動(dòng)通道，該排氣流動(dòng)通道由在所述排氣流動(dòng)通道之間縱向延伸的壁限定，所述排氣流動(dòng)通道包括第一組子入口通道，其具有開口的入口端和封閉的出口端；以及第二組子出口通道，其具有封閉的入口端和開口的出口端，其中排氣通過所述入口通道進(jìn)入陶瓷整料并遷移通過所述縱向延伸壁到所述出口。技術(shù)方案10 技術(shù)方案6的排氣后處理系統(tǒng)，還包括控制器，其通過被設(shè)計(jì)用于測量所述選擇性催化還原裝置溫度的傳感器與所述選擇性催化還原裝置信號通信，從而在所測溫度低于所述選擇性催化還原裝置運(yùn)行溫度時(shí)激活所述加熱器和所述燃料噴射器。技術(shù)方案11 技術(shù)方案8的排氣后處理系統(tǒng)，還包括控制器，其通過被設(shè)計(jì)用于測量所述顆粒過濾裝置的壓差的傳感器與所述顆粒過濾裝置信號通信，從而在所測壓差達(dá)到表示需要加熱所述排氣過濾器并燃燒被收集在所述排氣過濾器中的排氣顆粒的水平時(shí)，激活所述加熱器和所述燃料噴射器。技術(shù)方案12 技術(shù)方案1的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述加熱器是電加熱器。技術(shù)方案13 技術(shù)方案1的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述第一基底、所述加熱器和第二基底串聯(lián)地設(shè)置于所述入口和所述出口之間。技術(shù)方案14 一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括排氣管道，其與所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通并被設(shè)計(jì)為接收來自所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣；氧化催化劑裝置，該裝置具有與所述排氣管道流體連通的入口和出口，并具有串聯(lián)地設(shè)置在所述入口和所述出口之間的第一基底、電加熱器和第二基底，所述第一基底具有大于第二基底的熱質(zhì)量；烴供應(yīng)源，其連接到所述氧化催化劑裝置上游的所述排氣管道并與該裝置流體連通，用于向該裝置輸送烴以及在該裝置內(nèi)形成排氣和烴的混合物；電源，其連接到所述電加熱器并且被設(shè)計(jì)為提高所述加熱器的溫度以氧化所述裝置中的烴，以及提高第二基底和通過該裝置的排氣的溫度；以及選擇性催化還原裝置，其具有與所述氧化催化劑裝置下游的排氣管道流體連通的入口和出口，并被設(shè)計(jì)為從所述氧化催化劑裝置接收加熱的排氣。技術(shù)方案15 技術(shù)方案14的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述選擇性催化還原裝置包括顆粒過濾裝置。技術(shù)方案16 —種用于操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理系統(tǒng)的一部分的方法，所述系統(tǒng)包括與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通并被設(shè)計(jì)為接收來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的排氣管道；氧化催化劑裝置，該裝置具有與所述排氣管道流體連通的入口和出口，以及串聯(lián)地設(shè)置在所述入口和所述出口之間的第一基底、加熱器和第二基底，第一基底具有大于第二基底的熱質(zhì)量；烴供應(yīng)源，其連接到所述氧化催化劑裝置上游的排氣管道并與該裝置流體連通，用于向該裝置輸送烴以及在該裝置內(nèi)形成排氣和烴的混合物；和選擇性催化還原裝置，其具有與所述氧化催化劑裝置下游的排氣管道流體連通的入口和出口，并被設(shè)計(jì)為從所述氧化催化劑裝置接收加熱過的排氣，該方法包括監(jiān)控所述選擇性催化還原裝置的溫度；確定該溫度是否處于能還原排氣中NOx的水平；如果所確定的溫度低于還原排氣中NOx的所要求的水平則激活所述電加熱器；監(jiān)控所述加熱器的溫度以確定該溫度是否處于能氧化排氣中烴的水平；以及如果所述加熱器的溫度已經(jīng)達(dá)到能氧化排氣中烴的水平則激活燃料噴射器。技術(shù)方案17 技術(shù)方案16的用于操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理系統(tǒng)的一部分的方法，其中所述選擇性催化還原裝置包括顆粒過濾裝置，該方法還包括監(jiān)控所述選擇性催化還原裝置的壓差；確定所述壓差是否處于表示需要加熱所述顆粒過濾裝置并燃燒被收集在所述顆粒過濾裝置中的排氣顆粒的水平；如果所述壓差處于表示需要加熱所述顆粒過濾裝置并燃燒被收集在所述顆粒過濾裝置中的排氣顆粒的水平，則激活所述加熱器；監(jiān)控所述加熱器的溫度，以確定該溫度是否處于能氧化排氣中的烴的水平；以及如果加熱器的溫度達(dá)到能氧化排氣中的烴的水平，則激活所述燃料噴射器。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明會變得更加明顯。


在下面實(shí)施例的詳細(xì)描述中出現(xiàn)的其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)僅僅是一種示例， 該詳細(xì)描述參考以下附圖圖1是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排氣處理系統(tǒng)的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的二元SCR/PF裝置示例的示例性剖視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的排氣處理系統(tǒng)的一部分的運(yùn)行模式圖。
具體實(shí)施例方式下面的描述僅僅是本質(zhì)上的示范，并不代表對本發(fā)明內(nèi)容、應(yīng)用和用途的限制。應(yīng)當(dāng)理解在所有附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相同或者相應(yīng)的部件和特征。參見圖1，本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例涉及一種排氣處理系統(tǒng)10，用于減少內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)12的受限制的排氣成分。可以理解內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)12可包括但不限于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、 直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和均質(zhì)充量壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。排氣處理系統(tǒng)10包括排氣管道14，其可包括從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)12向排氣處理系統(tǒng)10 的各種排氣處理裝置輸送排氣16的若干節(jié)段。在所示的示例性實(shí)施例中，排氣處理裝置包括氧化催化劑(OC)裝置18。在示例性實(shí)施例中，OC裝置18包括第一和第二流通式金屬或陶瓷整料基底20和22，它們在入口沈和出口觀之間被串聯(lián)地封裝在剛性殼或罐M內(nèi)，所述入口和出口與排氣通道14流體連通并被設(shè)計(jì)成便于排氣16從中流過。基底20和22上設(shè)置有氧化催化劑化合物23。在所示的示例性實(shí)施例中，氧化催化劑化合物可被用作涂層并且可包含鉬族金屬，比如鉬(Pt)、鈀(Pd)、銠(Mi)，或其他合適的氧化催化劑，或者它們的組合。OC裝置18在處理從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的作為排氣16 —部分的未燃燒的氣體、非揮發(fā)性的HC和CO方面是有用的，上述成分被氧化為二氧化碳和水。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，在一般的中小型車輛應(yīng)用中基底20和22的總?cè)莘e大約在4-6升的范圍內(nèi)，其中位于上游的第一基底20的容積在2-4升的范圍內(nèi)，位于下游的第二基底22的容積在大約1-2升的范圍內(nèi)。由于容積只有大約1-2升，所以下游第二基底22 的熱質(zhì)量明顯小于第一基底20。加熱器，比如電加熱器30在第一和第二基底20和22之間設(shè)置在OC裝置18的罐M內(nèi)(也可稱為“中間塊”)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，電加熱器30 可以由任何合適的導(dǎo)電材料構(gòu)成，比如卷繞的或是堆疊的金屬整料32。連接到電力系統(tǒng)，比如車輛電力系統(tǒng)36的電導(dǎo)線34給電加熱器30供電，從而提升整料32的溫度，后面會詳細(xì)描述。與基底20和22相同，氧化催化劑化合物(未畫出)可以被應(yīng)用于電加熱器30作為涂層，并且在所示實(shí)施例中，其包含鉬族金屬比如鉬(Pt)、鈀(Pd)、銠0 h)，或其他合適的氧化催化劑，或者它們的組合。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，選擇性催化還原(SCR)裝置38被設(shè)置在OC裝置18的下游。和OC裝置18類似，SCR裝置38可包括流通式金屬或陶瓷整料基底40，它被封裝在具有入口 44和出口 46的剛性殼或罐42內(nèi)，所述入口和出口與排氣通道14流體連通并被設(shè)計(jì)成便于排氣16從中流過?；?0上應(yīng)用有SCR催化劑組合物41。在所示實(shí)施例中，SCR 催化劑組合物41包括沸石和一種或多種基金屬成分，比如鐵0 )、鈷(Co)、銅(Cu)或釩， 它們能在200°C的溫度下，在有氨(NH3)作為還原劑的情況下有效地轉(zhuǎn)化排氣16中NOx成分。當(dāng)SCR裝置38的運(yùn)行溫度低于激活運(yùn)行溫度時(shí)，未經(jīng)處理的排氣16能流過SCR裝置 38并排出排氣后處理系統(tǒng)10。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，由還原劑供應(yīng)罐50通過管道52供給的NH3還原劑48在 SCR裝置38的上游位置通過與排氣管道14流體連通的還原劑噴射器M被噴入排氣管道 14，或者通過其他合適的方法將還原劑送到排氣16。在所示實(shí)施例中，還原劑是氣體、液體或者尿素水溶液，并且可以在還原劑噴射器M中與空氣混合以助于噴霧的分散。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，燃料噴射器58被設(shè)置在OC裝置18的上游，與排氣管道 14中的排氣16流體連通。燃料噴射器58通過燃料管道64與燃料供應(yīng)罐62中的含烴燃料 60流體連通，其被設(shè)計(jì)成用于引導(dǎo)未燃燒的含烴燃料60進(jìn)入排氣流以送到OC裝置18?？刂破?比如動(dòng)力系或車輛控制器68)操作地連接到排氣處理系統(tǒng)10并通過與多個(gè)傳感器(比如監(jiān)控SCR裝置38入口 44附近溫度的溫度傳感器70和監(jiān)控OC裝置18出口觀附近溫度的溫度傳感器72)的信號通信監(jiān)控排氣處理系統(tǒng)10。在本文中，術(shù)語“控制器”包括特定用途集成電路(ASIC)、電子電路、處理器(共享的、專用的或分組的)和執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的內(nèi)存、組合邏輯電路，和/或其他能提供所需功能的合適部件。參見圖3，示意出了排氣后處理系統(tǒng)10的一部分的操作的實(shí)施例。該操作開始于 80，且可在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)12的冷起動(dòng)之后持續(xù)運(yùn)行?？刂破?8在82通過溫度傳感器70監(jiān)控SCR裝置38的入口 44附近的溫度，以確定該溫度是否達(dá)到能減少排氣16中NOx水平的水平(大約200°C或更高)。在83，如果控制器68確定該溫度低于SCR催化劑操作或起燃所需的溫度，則在84激活電加熱器30。如果該溫度足夠SCR催化劑操作或起燃，則操作結(jié)束于94。在86，控制器68通過溫度傳感器72或模擬溫度的模型監(jiān)控OC裝置18的出口 28 附近的溫度，以確定電加熱器30的溫度是否達(dá)到能氧化或燃燒排氣16中含烴燃料60的水平(大約250°C或更高)。如果控制器68在86確定電加熱器30的溫度已經(jīng)達(dá)到氧化或燃燒燃料的水平，則在88激活燃料噴射器58并向排氣16中輸送燃料60。被噴射的燃料60在經(jīng)過電加熱器30時(shí)會燃燒，然后迅速加熱較小的第二基底22。 由于第二基底22的熱質(zhì)量相對于OC裝置18的總?cè)莘e來說較低，所以它能在明顯短于整個(gè) OC裝置18所要求的加熱時(shí)間內(nèi)達(dá)到氧化溫度(大于250°C或更高)。由于電加熱器30和 OC裝置18的第二基底22中燃料60的氧化，排氣16的溫度被明顯提高，結(jié)果將SCR裝置 38的溫度迅速提高到其工作溫度。在90，控制器68通過溫度傳感器70監(jiān)控SCR裝置38 的入口 44附近的溫度，以確定該溫度是否處于能減少排氣16中的NOx水平的溫度(大約 200°C或更高)。如果控制器68在90確定該溫度處于SCR催化劑運(yùn)行或起動(dòng)所需的溫度或更高，則在91解除對電加熱器30的激活，同時(shí)減少或者停止燃料60通過燃料噴射器58的流動(dòng)。與此同時(shí)，激活還原劑噴射器M以將氨還原劑48輸送給排氣管道14內(nèi)的排氣16。 在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)12的運(yùn)行過程中，控制器68在83繼續(xù)監(jiān)控OC裝置18和SCR裝置38的溫度，如果確定任一裝置的溫度低于其運(yùn)行溫度，那么所述操作會被重復(fù)執(zhí)行，從而重新建立這兩個(gè)裝置的合適工作溫度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)12熄火后，在94結(jié)束所述操作。參見圖2，在另一個(gè)實(shí)施例中，SCR裝置38還可包括顆粒過濾(PF)裝置38A，其用于過濾排氣16的碳顆粒和其他顆粒。PF裝置38A可由壁流式陶瓷整料過濾器100構(gòu)成，其封裝在具有與排氣管道14流體連通的入口 104和出口 106的剛性殼或罐102中。壁流式陶瓷整料過濾器100具有多個(gè)由縱向延伸的壁110限定的縱向延伸通道108。通道108包括一組子入口通道112，其具有開放的入口端114和封閉的出口端116，以及一組子出口通道 118，其具有封閉的入口端120和開放的出口端122。通過入口通道112的開放入口端114 進(jìn)入PF裝置38A的排氣16被強(qiáng)制通過相鄰的縱向延伸壁110遷移到出口通道118。通過該壁流式結(jié)構(gòu)，排氣16中的碳顆粒和其他顆粒IM被過濾。被過濾的顆粒IM沉積在入口通道112的縱向延伸壁110上，且隨著時(shí)間推移，會導(dǎo)致內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)12承受的排氣背壓上升?？梢岳斫?，壁流式陶瓷整料過濾器100本質(zhì)上僅僅是示意的，PF裝置38A可以包括其他的過濾裝置，比如卷繞或裝配的纖維過濾器、開孔泡沫塑料。燒結(jié)金屬纖維等等。在所示的示例性實(shí)施例中，SCR催化劑組合物41應(yīng)用于PF裝置38A的壁流式陶瓷整料過濾器100 上。在PF裝置38A上增加SCR催化劑組合物41形成一種二元排氣處理裝置，其既能減少排氣16中的NOx成分又能清除碳顆粒和其他顆粒124。在示例性實(shí)施例中，由于碳顆粒和其他過濾顆粒124的積聚導(dǎo)致排氣背壓的增加，這需要定期清潔PF裝置38A，或者使其再生。再生包括在常規(guī)的高溫環(huán)境下(大于 6000C )將積聚的碳顆粒和其他顆粒IM氧化或燃燒。在示例性實(shí)施例中，背壓傳感器1 和1 分別設(shè)置在PF裝置38A的上游和下游，產(chǎn)生被控制器68所使用的指示經(jīng)過壁流式陶瓷整料過濾器100的壓差的信號，如圖1所示，從而確定其中碳顆粒和其他顆粒的量。一旦確定所述背壓已經(jīng)達(dá)到指示需要再生PF38A的預(yù)定水平，控制器68將OC裝置18的電加熱器30的溫度提高到適合快速HC氧化的溫度(大約450°C )。設(shè)置在OC裝置18的殼M 內(nèi)的溫度傳感器72監(jiān)控OC裝置18下游的排氣16的溫度。當(dāng)電加熱器30達(dá)到需要的工作溫度后，控制器68將激活燃料噴射器58以將燃料60送入排氣管道14中與排氣16混合。燃料/排氣混合物進(jìn)入OC裝置18，并流過電加熱器30，這引起快速的氧化反應(yīng)并合成放熱。加熱器30中的氧化反應(yīng)所導(dǎo)致的加熱排氣流過第二基底22，這引起排氣16中的HC的進(jìn)一步完全氧化，并將排氣溫度提高到適合將壁流式陶瓷整料過濾器100中的碳顆粒和顆粒物1 再生的溫度(大于600°C )?？刂破?8可以通過溫度傳感器70監(jiān)控壁流式陶瓷整料過濾器100中放熱氧化反應(yīng)的溫度，并調(diào)節(jié)燃料噴射器58的HC輸送率，從而維持預(yù)定的溫度。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，可以預(yù)期在某些情況下燃料噴射器58可以省去。使用排氣16內(nèi)的烴水平的發(fā)動(dòng)機(jī)控制作為代替。當(dāng)加熱器30達(dá)到需要的工作溫度時(shí)，控制器 68將調(diào)整內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)12的燃料供應(yīng)的正時(shí)和速率/頻率，以將過量的未燃燒燃料輸送到排氣管道14內(nèi)，用于和排氣16混合。本文所描述的實(shí)施例采用一種位于氧化催化劑裝置中間塊位置的電加熱器，其中電加熱器上游基底的容積大于下游的催化劑基底。下游催化劑基底的較小尺寸(例如大約 1升對大約5升)以及導(dǎo)致的較低熱質(zhì)量致使SCR裝置、PF裝置或它們的組合的上游的排氣迅速起燃和加熱，并且所用的燃料量低于使用整個(gè)OC裝置來加熱排氣所需的燃料量，所以減少了加熱事件過程中產(chǎn)生的二氧化碳。雖然參考實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變化和元件的等同替換。另外，可進(jìn)行多種修改以使特定的情況或材料適于本發(fā)明教導(dǎo)而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍。所以，本發(fā)明不限于本文中作為實(shí)施本發(fā)明的最佳方式公開的具體實(shí)施例，而是包括所有落入本申請范圍內(nèi)的實(shí)施例。
10
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括排氣管道，其與所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通并被設(shè)計(jì)成接收來自所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣；氧化催化劑裝置，該裝置具有與所述排氣管道流體連通的入口和出口，并具有串聯(lián)地設(shè)置在所述入口和所述出口之間的第一基底、加熱器和第二基底；烴供應(yīng)源，其連接到所述氧化催化劑裝置上游的所述排氣管道并與該裝置流體連通， 用于向該裝置輸送烴以及在該裝置內(nèi)形成排氣和烴的混合物；其中所述加熱器被設(shè)計(jì)用于氧化所述氧化催化劑裝置內(nèi)的烴以及提高第二基底和通過該裝置的排氣的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的排氣后處理系統(tǒng)，其中第一基底的容積大于第二基底。
3.如權(quán)利要求2所述的排氣后處理系統(tǒng)，其中第一基底的容積在大約2-4升的范圍內(nèi)， 第二基底的容積在大約1-2升的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的排氣后處理系統(tǒng)，還包括應(yīng)用于所述加熱器、第一基底和第二基底之一或它們的組合的催化劑化合物，其包括鉬族金屬。
5.如權(quán)利要求4所述的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述鉬族金屬包括鉬(Pt)、鈀(Pd)、銠 (Rh)之一，或其他合適的氧化催化劑，或它們的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的排氣后處理系統(tǒng)，還包括選擇性催化還原裝置，其具有與所述氧化催化劑裝置下游的排氣管道流體連通的入口和出口，并被設(shè)計(jì)為從所述氧化催化劑裝置接收加熱的排氣； 設(shè)置在所述選擇性催化還原裝置中的基底；以及設(shè)置在該基底上的催化劑化合物，用于還原排氣中的NOx成分。
7.如權(quán)利要求6所述的排氣后處理系統(tǒng)，其中所述催化劑化合物包括沸石和基金屬成分，所述基金屬成分包括鐵、鈷、銅或釩之一，或者它們的組合。
8.如權(quán)利要求6所述的排氣后處理系統(tǒng)，其中設(shè)置在所述選擇性催化還原裝置中的所述基底是顆粒過濾裝置。
9.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括排氣管道，其與所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通并被設(shè)計(jì)為接收來自所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣；氧化催化劑裝置，該裝置具有與所述排氣管道流體連通的入口和出口，并具有串聯(lián)地設(shè)置在所述入口和所述出口之間的第一基底、電加熱器和第二基底，所述第一基底具有大于第二基底的熱質(zhì)量；烴供應(yīng)源，其連接到所述氧化催化劑裝置上游的所述排氣管道并與該裝置流體連通， 用于向該裝置輸送烴以及在該裝置內(nèi)形成排氣和烴的混合物；電源，其連接到所述電加熱器并且被設(shè)計(jì)為提高所述加熱器的溫度以氧化所述裝置中的烴，以及提高第二基底和通過該裝置的排氣的溫度；以及選擇性催化還原裝置，其具有與所述氧化催化劑裝置下游的排氣管道流體連通的入口和出口，并被設(shè)計(jì)為從所述氧化催化劑裝置接收加熱的排氣。
10.一種用于操作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理系統(tǒng)的一部分的方法，所述系統(tǒng)包括與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)流體連通并被設(shè)計(jì)為接收來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的排氣管道；氧化催化劑裝置，該裝置具有與所述排氣管道流體連通的入口和出口，以及串聯(lián)地設(shè)置在所述入口和所述出口之間的第一基底、加熱器和第二基底，第一基底具有大于第二基底的熱質(zhì)量；烴供應(yīng)源， 其連接到所述氧化催化劑裝置上游的排氣管道并與該裝置流體連通，用于向該裝置輸送烴以及在該裝置內(nèi)形成排氣和烴的混合物；和選擇性催化還原裝置，其具有與所述氧化催化劑裝置下游的排氣管道流體連通的入口和出口，并被設(shè)計(jì)為從所述氧化催化劑裝置接收加熱的排氣，該方法包括監(jiān)控所述選擇性催化還原裝置的溫度； 確定該溫度是否處于能還原排氣中NOx的水平；如果所確定的溫度低于還原排氣中NOx的所要求的水平則激活所述電加熱器； 監(jiān)控所述加熱器的溫度以確定該溫度是否處于能氧化排氣中烴的水平；以及如果所述加熱器的溫度已經(jīng)達(dá)到能氧化排氣中烴的水平則激活燃料噴射器。
全文摘要
本發(fā)明涉及排氣后處理系統(tǒng)及操作方法，提供了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，包括氧化催化劑裝置，該裝置具有串聯(lián)地設(shè)置在入口和出口之間的第一基底、加熱器和第二基底。烴供應(yīng)源被連接到氧化催化劑裝置上游的排氣系統(tǒng)并與該裝置流體連通，用于向該裝置輸送烴。加熱器被設(shè)計(jì)用于氧化所述裝置中的烴，以及提高第二基底和通過該裝置的排氣的溫度。
文檔編號F01N11/00GK102400749SQ20111031669
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者E·V·岡策, M·J·小帕拉托爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司