專利名稱：減少NOx排放的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車排放控制系統(tǒng)及方法。
技術(shù)背景通過使用下游的選擇性催化還原(SCR)催化轉(zhuǎn)化器來吸附NO,捕集器在濃混合氣 操作期間產(chǎn)生的氨(NHJ ,以還原稀混合氣操作期間未被NO,捕集器捕集的任何NO" 排放處理系統(tǒng)可以最優(yōu)化氮氧化物(N0X)的減排。對(duì)于此，具有高NH.，產(chǎn)生的NO,捕 集器可以有利地與SCR催化轉(zhuǎn)化器組合以減少NO,排放。此外，低溫NO,減排系統(tǒng)的 發(fā)展對(duì)排放控制來說很有吸引力，特別是對(duì)輕型柴油汽車。來自NO,捕集器的足夠的 NH;產(chǎn)生有益于省去向下游的SCR催化轉(zhuǎn)化器供給還原劑所需的貯存器。美國專利申請(qǐng)2005/0129601號(hào)中描述了 一種在SCR催化轉(zhuǎn)化器上游的NO,捕集器 中將NO,轉(zhuǎn)化為仰3的方法。在'601參考文件中，NO,捕集器組合分散在載體上的N0X 吸附劑與鉑族金屬(PGM) 。 NO,吸附劑是堿金屬或堿土金屬氧化化合物。PGM可以在 濃混合氣操作期間選擇性地將存儲(chǔ)的NO,轉(zhuǎn)化為NH3,而NO,吸附劑組分可以在稀混合 氣搡作期間有效地捕集NO、。具體來說，在一個(gè)示例中，使用在頂層比底層具有更少 的NO,吸附劑材料的雙層載體?？蛇x地，NO,捕集器可以包含有益于諸如改進(jìn)脫硫的儲(chǔ) 氧組分(OSC)，如二氧化鈰，但OSC會(huì)限制NH，產(chǎn)生。然而，發(fā)明人在此認(rèn)識(shí)到，NO,吸附劑會(huì)使PGM失活，從而減少低溫下的NO,轉(zhuǎn)化。 此外，發(fā)明人在此還認(rèn)識(shí)到，包含OSC的冊(cè),捕集器可以提供低溫NO,減排，然而OSC 會(huì)在很寬的汽車操作溫度范圍中限制NH,產(chǎn)生。因此，如果使用OSC,則'601參考文 件的方法可以改進(jìn)低溫NO,轉(zhuǎn)化，但會(huì)造成在寬范圍的操作溫度中NH,產(chǎn)生不足以用 于最優(yōu)的NO、轉(zhuǎn)化。美國專利6，182,443號(hào)中描述了另一種實(shí)現(xiàn)低溫N0,減排的方法。其中，由分散 在包含氧化鋁的載體上的PGM組成的催化劑位于SCR催化劑上游，且該催化劑系統(tǒng)在 沒有任何濃混合氣操作的稀排氣條件下工作。在低溫下，PGM有助于NO,氧化并作為 硝酸鋁存儲(chǔ)。隨著溫度升高，該硝酸鹽分解回N0X, NO,通過下游SCR在添加仰3或碳 氫化合物還原劑的條件下還原為N2。然而，發(fā)明人在此認(rèn)識(shí)到，對(duì)于'433參考文件的催化劑系統(tǒng)，由于SCR催化劑 上游的NO,存儲(chǔ)催化劑并不提供N0X還原，所以NO,轉(zhuǎn)化效率會(huì)比兩種催化劑都提供 NO,還原時(shí)低。此外，發(fā)明人在此還認(rèn)識(shí)到，如果上游的PGM/氧化鋁催化劑暴露在濃 混合氣操作下，這是不同于'433參考文件中描述的操作，則其存儲(chǔ)的NO,會(huì)被還原
為NH.,,但這限于在低溫操作下發(fā)生。因此，'433參考文件的方法和催化劑配置不 足以提供最優(yōu)化的整體NO、轉(zhuǎn)化。發(fā)明內(nèi)容在一種方法中，上述問題可以通過一種排氣系統(tǒng)解決，該排氣系統(tǒng)包括排氣系 統(tǒng)中的第一排放控制系統(tǒng)及第二排放控制系統(tǒng)，所述第一排放控制系統(tǒng)至少具有第一 區(qū)域和第二區(qū)域，所述第二區(qū)域在物理上與第一區(qū)域隔離并至少部分地位于第一區(qū)域 下游，所述第一區(qū)域包括分散在存儲(chǔ)NO,的金屬氧化物載體上的貴金屬組分，而所述 第二區(qū)域包括分散在金屬氧化物載體上的貴金屬組分和NO,吸附劑組分，其中所述第 二區(qū)域與所述第一區(qū)域相比包括更多的所述NO、吸附劑組分，所述第二排放控制系統(tǒng) 包括連接到所述第一排放控制系統(tǒng)下游的SCR催化劑。以此方式，可以有利地在包括 低溫的較大溫度范圍中實(shí)現(xiàn)NO,存儲(chǔ)和氨產(chǎn)生，從而改進(jìn)MU咸排。


圖l是發(fā)動(dòng)機(jī)的示例實(shí)施例的示意圖。圖2是示出N0,捕集器/NH3-SCR排放處理系統(tǒng)的示例組合的框圖。 圖3是從N(K捕集器獲得的數(shù)據(jù)的示例圖表，其中示出二氧化鈰組分在溫度范圍 中對(duì)NO,到NH，的選擇性轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的效應(yīng)。圖4是從N0x捕集器獲得的數(shù)據(jù)的示例圖表，其中示出二氧化鈰組分在溫度范圍中對(duì)總體轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的效應(yīng)。圖5是從N0x捕集器獲得的數(shù)據(jù)的示例圖表，其中示出NO^及附劑組分在溫度范 圍中對(duì)總體轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的效應(yīng)。圖6A-6B是通過參考圖2所述的排放控制系統(tǒng)在濃混合氣搡作(圖6A)和稀混 合氣操作(圖6B)中處理來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的示例方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
圖1是示出可包括在汽車推進(jìn)系統(tǒng)中的多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)10的一個(gè)汽缸的示意圖。 發(fā)動(dòng)機(jī)10至少部分地由包括控制器12的控制系統(tǒng)及經(jīng)輸入裝置130來自汽車操作者 132的輸入控制。在該示例中，輸入裝置130包括加速器踏板及用于產(chǎn)生成比例的踏 板位置信號(hào)PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室(如，汽缸)30包括燃燒 室壁32,活塞36位于其中。活塞36連接到曲軸40,以將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲 軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸40通過傳動(dòng)系統(tǒng)連接到客車的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。此外，起動(dòng)電 動(dòng)機(jī)可以通過飛輪連接到曲軸40,以允許發(fā)動(dòng)機(jī)10的起動(dòng)操作。燃燒室30可以通過進(jìn)氣歧管42從進(jìn)氣道44接收進(jìn)氣并通過排氣道"排出燃燒 氣體。進(jìn)氣道44和排氣道48可以通過相應(yīng)的進(jìn)氣門52和排氣門54選擇性地與燃燒 室30連通。在某些實(shí)施例中，燃燒室30可以包括兩個(gè)或更多進(jìn)氣門和/或兩個(gè)或更 多排氣門。燃料噴射器66如圖所示直接連接到燃燒室30,與通過電子驅(qū)動(dòng)器68從控制器 U接收的信號(hào)脈沖寬度FPW成比例地將汽油或柴油燃料直接噴射至其中。以此方式， 燃料噴射器66提供進(jìn)入燃燒室30中的燃料，稱為直接噴射。燃料噴射器可以安裝在 例如燃燒室的側(cè)面或頂部。燃料可以由包括燃料箱、燃料泵及燃料導(dǎo)管的燃料系統(tǒng)(未 示出)向燃料噴射器66供給。在某些實(shí)施例中，在提供進(jìn)入燃燒室30上游的進(jìn)氣口 的燃料，稱為進(jìn)氣道噴射的配置中，燃燒室30可以替換地或附加地包括位于進(jìn)氣道 44中的燃料噴射器。進(jìn)氣歧管42可以包括具有節(jié)流板64的節(jié)氣門62。在該具體示例中，節(jié)流板64 的位置可以通過向與節(jié)氣門62配套的電動(dòng)機(jī)或制動(dòng)器提供的信號(hào)由控制器12改變， 這一配置通常稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)。以此方式，節(jié)氣門62可用于改變向其他 發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的燃燒室30提供的進(jìn)氣。可以通過節(jié)氣門位置信號(hào)TP向控制器12提供 節(jié)流板64的位置。進(jìn)氣歧管42可以包括質(zhì)量空氣流量傳感器120和歧管空氣壓力傳 感器"2,用于向控制器12提供相應(yīng)的信號(hào)MAF和MAP。點(diǎn)火系統(tǒng)88可以在選擇的工作模式下響應(yīng)于來自控制器12的火花提前信號(hào)SA 通過火花塞92向燃燒室30提供點(diǎn)火火花。雖然圖l示出了火花點(diǎn)火，但在某些實(shí)施 例中，發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒室30或一個(gè)或多個(gè)其他燃燒室可以按壓縮點(diǎn)火模式工作，其 中可以使用或不使用點(diǎn)火火花。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)10可以是沒有火花塞的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。排氣傳感器126如圖所示連接到排放控制裝置70上游的排氣道48。傳感器126 可以是用于提供排氣空燃比指示的任何適合的傳感器，如線性氧傳感器或UEGO (通 用或大范圍排氣氧)傳感器、雙態(tài)氧傳感器或EGO、 HEGO(加熱型EGO) 、 N0X、 HC, 或CO傳感器。后處理裝置70如圖所示沿著排氣傳感器126下游的排氣道48排列，其中后處理 裝置70可以是三元催化劑(TWC) 、 NO,捕集器、各種其他排放控制裝置或其組合， 這將在圖2中進(jìn)一步詳述。后處理裝置70可以配置為在發(fā)動(dòng)機(jī)10以稀混合氣空燃比 工作時(shí)吸附NO,?？刂破?2可以配置為周期性地提供濃排氣流(例如，通過在壓縮行 程上止點(diǎn)之后執(zhí)行附加的燃料噴射，或通過以濃混合氣燃燒工作實(shí)現(xiàn))，以便用HC 和CO至少與部分吸附的NOx反應(yīng)，從后處理裝置70中清除存儲(chǔ)的N0 。選擇性催化還 原(SCR)催化轉(zhuǎn)化器74配置為吸附離開后處理裝置70的NH3。 SCR催化轉(zhuǎn)化器74 如圖所示沿著后處理裝置下游的排氣道48排列?？刂破?2如圖1所示為微計(jì)算機(jī)，包括微處理器區(qū)域102、輸入/輸出端口 104、用于可執(zhí)行程序和校準(zhǔn)值的電子存儲(chǔ)介質(zhì)，在此具體示例中如圖所示為只讀存儲(chǔ)器芯 片106、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器108、?；畲鎯?chǔ)器IIO,及數(shù)據(jù)總線。除了上述的那些信號(hào)， 控制器12還可以接收來自連接到發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器的各種信號(hào)，包括來自質(zhì)量空氣 流量傳感器120的吸入質(zhì)量空氣流量(MAF)測量值、來自連接到冷卻套管114的溫 度傳感器112的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度(ECT)、來自連接到曲軸40的霍爾效應(yīng)傳感器 118 (或其他類型的傳感器)的齒面點(diǎn)火傳感器信號(hào)(PIP)、來自節(jié)氣門位置傳感器 的節(jié)氣門位置(TP),及來自傳感器122的絕對(duì)歧管壓力信號(hào)MAP。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào) RPM可以由控制器12通過信號(hào)PIP得出。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號(hào)MAP 可用于提供進(jìn)氣歧管中的真空或壓力的指示。注意，可以使用上述傳感器的各種組合， 如使用MAF傳感器而不使用MAP傳感器，或相反?？刂破鱪可以按任何適合的方式確定后處理裝置70和SCR催化轉(zhuǎn)化器74的各 種狀態(tài)。例如，后處理裝置70的溫度T^可以由溫度傳感器72提供，而SCR催化轉(zhuǎn) 化器74的溫度乙、可以由溫度傳感器76提供。此外，傳感器78提供排氣中的氧濃度 以及N(X濃度兩者的指示。信號(hào)80向控制器12提供指示02濃度的電壓，而信號(hào)82 提供指示NO,濃度的電壓。在某些條件下，控制器12可以配置為基于各種條件，如 SCR催化轉(zhuǎn)化器74下游的NO,濃度提供濃排氣流。如上所述，圖1僅示出了多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)汽缸，且每個(gè)汽缸都可以類似地包 括其自身的一組進(jìn)氣門/排氣門、燃料噴射器等。圖2是包括后處理裝置70和SCR催化轉(zhuǎn)化器74的排放處理系統(tǒng)200的示例實(shí)施 例?？偟膩碚f，該后處理裝置可以存儲(chǔ)NO,并將存儲(chǔ)的NO,還原為氮(N2)或卵3或兩 者的某種組合，盡管部分未存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)化的冊(cè),可能通過后處理裝置。SCR催化轉(zhuǎn)化器 基本上可以將NH;吸附在催化劑上，其中吸附的NH3可以選擇性地催化還原離開后處 理裝置的NOx。雖然未在圖2中示出，但特定的過濾器可以包括在裝置70和/或裝置 74.的上游和/或下游。后處理裝置和SCR催化轉(zhuǎn)化器可以按各種配置排列。在本文中描述的實(shí)施例中， SCR催化轉(zhuǎn)化器可以排列在后處理裝置的下游。這樣，在某些條件下由后處理裝置產(chǎn) 生的NH;可以用作SCR催化轉(zhuǎn)化器中的還原劑，用于選擇性地催化還原離開后處理裝 置的NO,?；氐綀D2, SCR催化轉(zhuǎn)化器可以有助于冊(cè)3的吸附并通過吸附的N&有助于NO,的 還原。各種催化劑可以相應(yīng)地適合用于吸附NH;和還原NO"例如，非貴金屬(如> 銅、 鐵)置換的沸石合成物或各種釩基合成物可用于形成SCR催化劑。SCR催化劑可以采 取自支撐的催化劑微粒的形式或作為SCR催化劑形成的蜂窩體。此外，SCR催化劑可 以位于諸如陶瓷或金屬蜂窩結(jié)構(gòu)這樣的載體上。各種其他催化劑合成物和形式都可以 位于適合于本文所述應(yīng)用的載體上。后處理裝置可以有助于NO,的存儲(chǔ)和存儲(chǔ)的NO,到N2或NH,的還原，或.它們的某種 組合。在本文所述的實(shí)施例中，希望能將存儲(chǔ)的NOx基本上轉(zhuǎn)化為NH,'從而將離開后 處理裝置的NH.，吸附在SCR催化轉(zhuǎn)化器中，其中吸附的仰3可以還原離開后處理裝置 的NOx。
后處理裝置可以包括第一催化劑區(qū)域210和第二催化劑區(qū)域220，其中第一催化 劑區(qū)域可以位于第二催化劑區(qū)域的上游。這些催化劑區(qū)域可以包括分散在載體上的一 種或多種組分，其中催化劑區(qū)域可以位于諸如陶瓷或金屬蜂窩體這樣的載體上。組分和載體還可以包括一種或多種元素或化合物或它們的某種組合。例如，貴金 屬組分可以包括Pt元素，NO,吸附劑組分可以包括氧化鋇(BaO)化合物，而載體可 以包括氧化鋁(A1203)化合物。此外，組分和載體可以在某些條件下顯示出各種特性。例如，如Pt這樣的貴金 屬組分的特性可以是催化NO,的氧化和存儲(chǔ)。如BaO這樣的NO,吸附劑組分的特性在 高溫范圍催化下可以是存儲(chǔ)NO,。如A1A這樣的耐高溫金屬氧化物載體的特性也可以 是存儲(chǔ)NO,，但是在低溫范圍催化下存儲(chǔ)NO,。如Pt這樣的貴金屬組分的另一種特性 可以是在濃混合氣操作期間催化存儲(chǔ)的NO,到NH,的優(yōu)先轉(zhuǎn)化。因此，本文所述的組分和載體(如，Pt、 BaO和AlA)的催化劑區(qū)域的一個(gè)示例 實(shí)施例可以包括用于第一催化劑區(qū)域210的貴金屬組分(如Pt)和載體(如Al20.,) 及用于第二催化劑區(qū)域220的貴金屬組分(如Pt) 、 NO,吸附劑組分(如BaO)和載 體(如Ah03),其中貴金屬組分可以包括至少一種貴金屬元素(如Pt) , NO,吸附劑 組分可以包括至少一種適合的堿金屬化合物或堿土金屬化合物(如BaO),而載體可 以包括至少一種適合的耐高溫金屬氧化物(如Al20J 。催化劑區(qū)域的特性可以與包括在其中的組分和載體的特性相關(guān)。然而，催化劑區(qū) 域中的組分和載體可以進(jìn)行交互，使得包括在其中的組分和載體的特性總和不同于催 化劑區(qū)域中的單獨(dú)組分和單獨(dú)載體的特性。特別是，包括在催化劑區(qū)域中的組分和載 體的特性可能被包括在其中的各種其他組分削弱。例如，具有貴金屬組分的第一催化劑區(qū)域可以不包括NO,吸附劑組分的成分(如， 這可以是基本上沒有NOx吸附劑組分，例如貴金屬組分可以是Pt)，并顯示出在低溫 下在人1 203載體上對(duì)仙，的氧化和存儲(chǔ)進(jìn)行催化的特性。然而，如BaO這樣的NO,吸附 劑組分的出現(xiàn)或量增加會(huì)使貴金屬組分至少部分失活。因此，受污染的貴金屬組分在 低溫下減排NO,的能力下降。對(duì)于本文所述的后處理裝置，催化劑區(qū)域可以包括這樣的貴金屬組分和NO,吸附 劑組分，其中貴金屬組分對(duì)NO/及附劑組分的比率可以在一個(gè)催化劑區(qū)域中比在物理 上與其隔離的另一個(gè)催化劑區(qū)域中更高，其中具有較高比率的區(qū)域可以位于具有較低 比率的區(qū)域的上游。類似地，催化劑區(qū)域可以包括這樣的貴金屬組分和NOx吸附劑組 分，其中NO、吸附劑組分的量或重量可以在一個(gè)催化劑區(qū)域中比在物理上與其隔離的 另一個(gè)催化劑區(qū)域中更大，其中具有較大量的NO,吸附劑的區(qū)域可以位于具有較小量 (或幾乎沒有)N07及附劑的區(qū)域的下游。在一個(gè)具體實(shí)施例中，可以有利地分布組分，以使組分位于后處理裝置中，從而 貴金屬組分對(duì)NO,吸附劑組分的比率在第一催化劑區(qū)域中比位于下游的在物理上與其隔離的第二催化劑區(qū)域中更高。這樣，包含相對(duì)較高百分比的貴金屬的第一催化劑區(qū) 域可以在NO,的濃度最高時(shí)(如，在來自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣進(jìn)入排放處理系統(tǒng)時(shí))暴露在 排氣下。因此，存儲(chǔ)并接下來轉(zhuǎn)化為用于SCR催化轉(zhuǎn)化器的NH,的NO,的量會(huì)增加。 相反，出于各種其他原因，可以使各組分位于后處理裝置中，以使貴金屬組分對(duì)NOx 吸附劑組分的比率在第一催化劑區(qū)域中比在下游的第二催化劑區(qū)域中小?；氐綀D2所示的實(shí)施例，第一催化劑區(qū)域可以在物理上與第二催化劑區(qū)域隔離。 在一種方法中，第一催化劑區(qū)域位于第一N(U咸排裝置中，而第二催化劑區(qū)域位于在 下游的分離的第二NO,減排裝置中。此外，可以通過后處理裝置內(nèi)的隔離區(qū)230使第 一催化劑區(qū)域不同程度地與第二催化劑區(qū)域隔離，其中可以隔離催化劑區(qū)域，以便至 少部分地減少或防止通過另 一個(gè)催化劑區(qū)域中的一個(gè)組分使一個(gè)催化劑區(qū)域中的組 分失活。例如，另一個(gè)催化劑區(qū)域中如BaO這樣的NO,吸附劑組分可能使一個(gè)催化劑 區(qū)域中的貴金屬組分失活，從而提供適當(dāng)程度的隔離，以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能。隔離區(qū)可以使用各種方法或結(jié)構(gòu)來隔離各催化劑區(qū)域。例如，隔離區(qū)可以包括隔 板，其中隔板可以包括能夠至少部分地隔離催化劑區(qū)域同時(shí)有助于適合的排氣流的適 合材料。在另一個(gè)示例中，隔離區(qū)可以是空隙，其中一定距離的空隙隔離各催化劑區(qū) 域。在后處理裝置的另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用隔離洗涂層來配置催化劑區(qū)域。此外， 可以相對(duì)于排氣流垂直或平行或以各種其他角度配置隔離區(qū)。如本文中所述，后處理裝置可以存儲(chǔ)NO,并將存儲(chǔ)的NO,還原為l或NH3。在本文 所述的實(shí)施例中，希望將NOx基本上轉(zhuǎn)化為冊(cè)3,以便在SCR催化轉(zhuǎn)化器中吸附離開后 處理裝置的NH;,其中吸附的仰3可以還原離開后處理裝置的N0X。相反，在另一種方 法中，N(U咸排裝置可以包括催化劑區(qū)域，其中催化劑的組分不會(huì)形成相對(duì)大量的冊(cè)3, 或催化劑的至少一個(gè)組分可以阻止NH3產(chǎn)生，盡管也會(huì)產(chǎn)生一些問3。例如，某些NO, 減排裝置可以包括如二氧化鈰(Ce02)這樣的儲(chǔ)氧組分(OSC),其中Ce02組分會(huì)限 制NH,的形成?？梢猿鲇诟鞣N其他原因使用Ce02組分，如為了改進(jìn)低溫NO,轉(zhuǎn)化，及 改進(jìn)氧的間歇存儲(chǔ)。圖3是示出Ce02組分在溫度范圍中對(duì)NOjij NH,的選擇性轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的效應(yīng)的數(shù)據(jù) 的示例實(shí)施例的圖表300。例如，圖表300示出310所示的Pt-Ba0-Ce02催化劑區(qū)域 及320所示的Pt-BaO催化劑區(qū)域在各種溫度下將NO,轉(zhuǎn)化為冊(cè)3的百分比。應(yīng)理解， 本文所述的催化劑區(qū)域(如，Pt-BaO-Ce02和Pt-BaO)可以基本上位于適合的載體上， 如氧化鋁(A1203),盡管可能在說明書中不提及載體以便專注于各種催化劑組合的性 能?；氐綀D表300,相對(duì)于包括Ce02組分的催化劑，在催化劑區(qū)域中不包括"02組分 可以在更寬的溫度范圍中將更高百分比的NO,轉(zhuǎn)化為匪3。因此，在某些條件下有益的 是在一個(gè)或多個(gè)催化劑區(qū)域，如區(qū)域210、 220或兩者中不包括Ce02組分。這樣，后 處理裝置可以產(chǎn)生足夠的NH3,以使本文所述的排放處理系統(tǒng)中不包括液態(tài)尿素存儲(chǔ)
箱或氨存儲(chǔ)容器。然而，如果需要也可以包括儲(chǔ)液箱。在Pt-BaO催化劑組合物中包括"02組分可以在較低溫度下至少部分地將較高百 分比的NO,轉(zhuǎn)化為NH3,盡管轉(zhuǎn)化為NH,的NO,百分比可能對(duì)低溫范圍來說仍然不足。 因此，希望包括至少一種基本上或至少部分不包括CeO,的組分，如Pt-BaO,以便在 更寬的溫度范圍中產(chǎn)生更大的NH3量，及有助于在較低的溫度范圍中產(chǎn)生足夠的NH3 的至少另一種組分?？梢酝ㄟ^各種其他機(jī)制轉(zhuǎn)化未通過反應(yīng)形成NH,的NOx,或使其不進(jìn)行存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)化 就離開后處理裝置。經(jīng)各種機(jī)制或這些機(jī)制的某種組合通過反應(yīng)形成NH.,或其他產(chǎn)物 的NOx的百分比可以累積地稱為總體NOx轉(zhuǎn)化百分比。具體來說，總體NOj?；俜直?可以包括NOx在催化劑區(qū)域中用于存儲(chǔ)的間歇轉(zhuǎn)化，或?qū)0x還原為N2，或用NO,形成 NH3,或各種其他NO,轉(zhuǎn)化機(jī)制，或這些機(jī)制的某種組合。雖然有利的是將高百分比的NO,轉(zhuǎn)化為回3以在SCR催化轉(zhuǎn)化器中作為還原劑使 用，但本文所述的排放系統(tǒng)還可以得益于轉(zhuǎn)化未用于產(chǎn)生NH;的殘留N0X。這樣，更加 少量的NH3可以適合于在SCR催化轉(zhuǎn)化器中將N0,基本上還原。甚至更進(jìn)一步，存儲(chǔ) 在后處理裝置的催化劑區(qū)域中的N(^可用于在某些條件，如某些排氣成分條件下產(chǎn)生 附加的NH3。因此，高百分比的總體NO,轉(zhuǎn)化可以有利于NOx減排的最優(yōu)化，如進(jìn)一步 參考圖4及本文中描述的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)所述。圖4是示出Ce02組分在溫度范圍中對(duì)總體N0,轉(zhuǎn)化百分比的效應(yīng)的數(shù)據(jù)的另一個(gè) 示例實(shí)施例的圖表400。例如，圖表400示出410所示的Pt-Bao-Ce02催化劑區(qū)域及 420所示的Pt-BaO催化劑區(qū)域在各種溫度下的總體NO,轉(zhuǎn)化百分比。特別是，圖表400 示出在催化劑區(qū)域中不包括CeOj且分可以使總體NO,轉(zhuǎn)化水平更低。雖然在催化劑合成物中包括Ce02可以使總體N0,轉(zhuǎn)化百分比更高，但其卵3產(chǎn)生 仍然對(duì)本文所述的排放處理系統(tǒng)來說不足。因此，希望在一個(gè)催化劑區(qū)域中包括貴金 屬組分和NO,吸附劑組分，如Pt-BaO,以便有助于在相對(duì)更大的較高溫度范圍中的NH3 產(chǎn)生和NO,轉(zhuǎn)化(圖3-圖4),并在另一個(gè)物理上隔離的催化劑區(qū)域中包括有助于后 處理裝置中較低溫度下的NO,轉(zhuǎn)化的組分或組分組合。這樣的方法可以應(yīng)用于圖2中 的區(qū)域210和22 0。例如，區(qū)域220可以包括比區(qū)域210更多的Ce02,或區(qū)域210基 本上不包括Ce02。圖5是示出如BaO這樣的NO,吸附劑組分對(duì)催化劑區(qū)域產(chǎn)生的效應(yīng)的數(shù)據(jù)的示例 實(shí)施例的圖表500。例如，圖表500示出如510所示的Pt-Rh區(qū)域這樣的貴金屬催化 劑區(qū)域及如5 2 0所示的P t - R h - B a 0區(qū)域這樣的貴金屬催化劑區(qū)域在各種溫度下的總體 NO,轉(zhuǎn)化百分比，其中貴金屬催化劑區(qū)域可以包括元素Pt和Rh。特別是，圖表500 示出包括如Pt-Rh這樣的基本上純粹的貴金屬組分的催化劑區(qū)域可以在低溫下得到 較高的總體NOx轉(zhuǎn)化水平。換句話說，在催化劑區(qū)域中不包括或比另一個(gè)催化劑區(qū)域 在較大程度上包括較少的NO,吸附劑組分可以有助于低溫NO,轉(zhuǎn)化。
雖然在如210這樣的上游區(qū)域中不包括或包括較少的如BaO這樣的NO,吸附劑組 分可以有助于低溫NO,轉(zhuǎn)化，但較高溫度范圍中可以基本上減少NO,轉(zhuǎn)化。因此，希 望組合兩個(gè)催化劑區(qū)域的特性，其中一個(gè)催化劑區(qū)域顯示出具有貴金屬和NOx吸附劑 催化劑(如Pt-BaO)的NO,轉(zhuǎn)化特性(如，在相對(duì)更寬的較高溫度范圍中的NH,產(chǎn)生 和總體NOx餘化)，另一個(gè)催化劑區(qū)域顯示出具有貴金屬但包含較少的NO,吸附劑材 料(如Pt-Rh)的NO,特性(如，低溫NO,轉(zhuǎn)化)。這些特性如圖3 -圖5及圖2所示。
Pt-Rh催化劑區(qū)域(基本上不包括Ce02)與在物理上隔離并位于下游的Pt-BaO 催化劑區(qū)域(也基本上不包括Ce02)的組合是可包括在后處理裝置中的組合的一個(gè)示 例實(shí)施例。可以使用各種其他適合的二氧化鈰和非二氧化鈰組分組合?？偟膩碚f，催 化劑區(qū)域可以包括具有第一個(gè)量的NO,吸附劑(可以為零)的至少第一貴金屬組分， 其中貴金屬組分可以包括一種或多種貴金屬(如，Pt、 Pd、 Rh、 Ir、 Ru、 Os、 Re、 Ag 及Au),其中貴金屬包括PGM (如Pt、 Pd、 Rh)及具有第二個(gè)量的NO,吸附劑組分的 至少第二貴金屬組分，其中第二個(gè)量大于第一個(gè)量，且其中NO,吸附劑組分可以包括 一種或多種NO,吸附劑，如堿金屬(如Li、 Na、 K、 Rb、 Cs)或堿土金屬(如Be、 Mg、 Ca、 Sr、 Ba)的氧化物或碳酸鹽，或它們的某種組合。上述組分可以分散在高表面積 的金屬氧化物載體上(如氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、沸石等)，以使第一載體是可以 存儲(chǔ)NO,的金屬氧化物(如，氧化鋁或沸石)。組分及其載體通常位于整體流通式載 體、壁流式過濾載體、蜂窩結(jié)構(gòu)、分層材料，或紡成纖維，以及其他配置上。
在一種方法中，第一貴金屬組分可以與第二貴金屬組分及NOx吸附劑組分混合， 其中混合物可以位于至少一個(gè)催化劑區(qū)域中。然而,某些組分的功能在出現(xiàn)其他組分 時(shí)會(huì)降低或失活。例如，NO,吸附劑組分會(huì)降低貴金屬組分的活性，從而需要較高的 溫度來實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)膬?cè)x轉(zhuǎn)化水平。換句話說，第一貴金屬組分在出現(xiàn)冊(cè)x吸附劑組分 時(shí)只能在較低溫度下轉(zhuǎn)化少得多的N0X。
在本文所述的實(shí)施例中，第一貴金屬組分可以在物理上與NO,吸附劑組分隔離， 以便解決貴金屬組分因NO,吸附劑組分失活的問題。特別是，第一貴金屬組分可以位 于一個(gè)催化劑區(qū)域中，而具有NO^吸附劑的第二貴金屬組分可以位于另一個(gè)催化劑區(qū) 域中，其中可以通過本文所述的各種模式隔離催化劑區(qū)域。
總的來說，催化劑區(qū)域在后處理裝置中的物理隔離可以有助于各種機(jī)制，其中至 少一個(gè)催化劑區(qū)域可以在濃混合氣操作期間促進(jìn)從NOx (如，吸附的NO,或排氣中的NO,)到NH;的形成，或存儲(chǔ)的NO,到N,的還原，或它們的某種組合，而一個(gè)催化劑區(qū) 域可以在稀混合氣搡作期間促進(jìn)N 0 x存儲(chǔ)。
回到圖2，本文所述的后處理裝置和SCR系統(tǒng)可以進(jìn)行交互，以調(diào)節(jié)進(jìn)入系統(tǒng)的 排氣成分和在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的各種中間副產(chǎn)品。因此'SCR催化轉(zhuǎn)化器響應(yīng)于離開后處 理裝置的排氣，以便吸附濃混合氣搡作期間產(chǎn)生的NH,或使用吸附的仰3還原N0X。因 此，后處理裝置和SCR催化轉(zhuǎn)化器有助于排放處理系統(tǒng)中的NOx減排的最優(yōu)化。 在本文所述的實(shí)施例中，濃混合氣操作可以包括這樣的狀態(tài)，其中還原劑(如， 發(fā)動(dòng)機(jī)中未燃燒的燃料及噴射的燃料中的碳?xì)浠衔锏?出現(xiàn)在排氣中并檢測到相對(duì) 低濃度的NO"而稀混合氣操作可以包括這樣的狀態(tài)，其中在排氣中有大量的NO,及額 外的氧。圖6A-圖6B概括描述了通過本文所述的排放控制系統(tǒng)處理來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排 氣的方法。特別是，方法600是響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)工況的概括性動(dòng)作序列，其中濃混合氣 操作期間的序列由流程圖6A示意性地示出，而正常的稀混合氣操作期間的序列由流 程圖6B示意性地示出。各流程圖都是為清楚說明起見而簡化的概念表示。具體參考圖6A,來自濃混合氣搡作的排氣在排放處理系統(tǒng)的入口進(jìn)入后處理裝 置。特別是，碳?xì)浠衔?HC)和量相對(duì)低的NO,可以作為排氣的成分進(jìn)入后處理裝 置，其中HC在某些條件下可以還原NO,。在630, NO,可以在后處理裝置中還原為NH.,或還原為N2或兩者的某種組合。如本 文所述的后處理裝置可以促進(jìn)相對(duì)高百分比的NO,到NH,的轉(zhuǎn)化，盡管部分NO,還原為 N2,其中還原劑可以包括排氣中的HC。 NO,可以在稀混合氣操作期間吸附在后處理裝 置中，或可以進(jìn)入排氣或?yàn)檫@些情況的某種組合。后處理裝置中產(chǎn)生的卵3可以相應(yīng) 地進(jìn)入下游的SCR催化轉(zhuǎn)化器。繼續(xù)圖6A,在640,進(jìn)入SCR催化轉(zhuǎn)化器的NH.,可以 基本上成為被吸附的NH3。現(xiàn)參考圖6B，方法再次開始于排放處理系統(tǒng)的入口，其中來自發(fā)動(dòng)機(jī)的稀混合 氣操作的排氣進(jìn)入后處理裝置。特別是，相對(duì)大量的NO,可以作為排氣的成分進(jìn)入后 處理裝置。在650, NO,可以吸附在后處理裝置中，盡管會(huì)有部分NO,未被吸附。因此， 離開后處理裝置的殘留N(X可以相應(yīng)地進(jìn)入SCR催化轉(zhuǎn)化器。繼續(xù)流程圖62 0, SCR 催化轉(zhuǎn)化器中吸附的NH3在濃混合氣操作期間可以還原來自后處理裝置的殘留N0K。因 此，來自SCR催化轉(zhuǎn)化器的排氣在離開排放處理系統(tǒng)時(shí)基本上不含NO"排放控制系統(tǒng)可以在控制器調(diào)節(jié)下實(shí)現(xiàn)上述方法。特別是，通過調(diào)節(jié)燃料噴射、 發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量或其組合，控制器可以有助于在各種工況期間將NO,和/或NH.,從后處 理裝置中釋放到SCR催化裝置中。例如，有利的是在SCR催化轉(zhuǎn)化器接近,3吸附的 閾值容量時(shí)結(jié)東濃混合氣操作并開始稀混合氣操作。在該條件下，控制器可以響應(yīng)于 來自如位于SCR催化轉(zhuǎn)化器處的傳感器(如，氧傳感器、NO,傳感器、NH;傳感器等) 的信號(hào)馬上開始稀混合氣操作。這樣，排氣中大量的NO,可以在稀混合氣搡作期間由 SCR催化轉(zhuǎn)化器中飽和的仰3還原。注意，本文中包括的示例控制和估值例程可用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)和/或汽車系統(tǒng)配置。 本文所述的具體例程可以表示任何數(shù)量的方法策略中的一種或多種，如事件驅(qū)動(dòng)、中 斷驅(qū)動(dòng)、多任務(wù)、多線程等。因此，所示的各種步驟、搡作或功能可以按所示的順序 執(zhí)行、并行執(zhí)行，或在某些情況下略去。類似地> 方法的順序并非實(shí)現(xiàn)本文所述的示
例實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)所必須，而是為了便于演示和說明而提供。取決于所使用的具 體策略，可以重復(fù)執(zhí)行所示步驟和功能中的一個(gè)或多個(gè)。此外，所述的步驟可以用圖 形表示編程到發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒體中的代碼。應(yīng)理解，在本文中公開的配置和例程本質(zhì)上是示例性的，且這些具體實(shí)施例不應(yīng) 被視為具有限制意義，因?yàn)榇罅康淖凅w是可能的。例如，上述技術(shù)可以應(yīng)用于V-6、 1-4、 1-6、 V-12,對(duì)置4,及其它發(fā)動(dòng)機(jī)類型。本發(fā)明的主題包括在本文中公開的各 種系統(tǒng)和配置，及其它特征、功能，和/或?qū)傩缘乃行路f和非易見的組合及子組合。下面的權(quán)利要求特別指出視為新穎和非易見的特定組合及子組合。這些權(quán)利要求 可能引用"一個(gè)"元素或"第一"元素或其等價(jià)。這樣的權(quán)利要求應(yīng)被理解為包括對(duì) 一個(gè)或一個(gè)以上這樣的元素的結(jié)合，而不是要求或排除兩個(gè)或兩個(gè)以上這樣的元素。 所公開的特征、功能、元素和/或?qū)傩缘钠渌M合及子組合可以通過本發(fā)明權(quán)利要求 的修改或通過在本申請(qǐng)或相關(guān)申請(qǐng)中提供新的權(quán)利要求來請(qǐng)求保護(hù)。這樣的權(quán)利要 求，無論是在范圍上比原始權(quán)利要求更寬、更窄、等價(jià)或不同，都應(yīng)被視為包括在本 發(fā)明的主題之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種排氣系統(tǒng)，其特征在于，包括排氣系統(tǒng)中的第一排放控制系統(tǒng)，所述第一排放控制系統(tǒng)至少具有第一區(qū)域和第 二區(qū)域，所述第二區(qū)域在物理上與所述第一區(qū)域隔離并至少部分地位于所述第一區(qū)域 下游，所述第一區(qū)域包括分散在存儲(chǔ)NOx的金屬氧化物載體上的貴金屬組分，且所述 第二區(qū)域包括分散在金屬氧化物載體上的貴金屬組分及NO,吸附劑組分，其中所述第 二區(qū)域與所述第一區(qū)域相比包括更多的所述NO,吸附劑組分；及第二排放控制系統(tǒng)，所述第二排放控制系統(tǒng)包括連接到所述第一排放控制系統(tǒng)下 游的SCR催化劑。
2. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述貴金屬組分選自銷、鈀、 銠、銥、釕、鋨、錸、銀、金和/或其混合物中的至少一個(gè)。
3. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述貴金屬組分包括鉑。
4. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述NO,吸附劑組分選自堿金屬 (鋰、鈉、鉀、銣、銫)及堿土金屬(鈹、鎂、鈣、鍶、鋇)氧化物和所述族的碳酸鹽和/或其混合物中的至少一個(gè)。
5. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述NO,吸附劑組分包括鋇氧化 物，且所述存儲(chǔ)NO,的金屬氧化物載體選自氧化鋁、沸石、分散在氧化鋁上的二氧化 硅、分散在氧化鋁上的二氧化鈦、分散在氧化鋁上的氧化鋯，和/或其混合物中的至 少 一個(gè)。
6. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲(chǔ)N0i的金屬氧化物載體 包括氧化鋁。
7. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬氧化物載體選自氧化 銘、沸石、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯，和/或其混合物中的至少一個(gè)。
8. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一催化劑區(qū)域中的洗涂 層本質(zhì)上由分散在存儲(chǔ)NO,的金屬氧化物載體上的貴金屬組分組成。
9. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一催化劑區(qū)域還包括NO, 吸附劑組分。
10. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，至少所述第二區(qū)域還包括二氧 化鈰組分。
11. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域還包 括二氧化鈰組分，其中所述第二區(qū)域與所述第一區(qū)域相比包括更多的所述二氧化鈰組分。
12. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域還包 括二氧化鈰組分，其中所述第一區(qū)域與所述第二區(qū)域相比包括更多的所述二氧化鈰組 分。
13. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域位于 整體流通式載體上。
14. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域位于 壁流式過濾載體上。
15. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域位于 單一載體上。
16. 如權(quán)利要求15所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域由 所述載體的一段隔離。
17. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域由隔 離區(qū)隔離。
18. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括尿素還原劑噴射系統(tǒng)， 其中將來自所述尿素還原劑噴射系統(tǒng)的尿素引至所述第一排放控制系統(tǒng)和第二排放 控制系統(tǒng)之間。
19. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括微粒過濾器系統(tǒng)，其中 所述過濾器系統(tǒng)位于所述第一排放控制系統(tǒng)的上游。
20. 如權(quán)利要求l所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括微粒過濾器系統(tǒng)，其中 所述過濾器系統(tǒng)位于所述第一排放控制系統(tǒng)的下游。
21. 如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括連接到所述排氣系統(tǒng)中 的傳感器，及響應(yīng)于所述傳感器調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)操作來改變排氣空燃比的控制器。
22. —種排氣系統(tǒng)，其特征在于，包括具有洗涂層的第一排放控制裝置，所述洗涂層具有在物理上與N0,存儲(chǔ)材料隔離 的第一個(gè)量的貴金屬及在物理上與NOx存儲(chǔ)材料混合的第二個(gè)量的貴金屬，其中所述 第一個(gè)量的貴金屬位于所述第二個(gè)量的貴金屬上游；及位于所述第一裝置下游的第二排放控制裝置，所述第二裝置包括配置為存儲(chǔ)NH3 的SCR催化劑。
23. —種排氣系統(tǒng)，其特征在于，包括排氣系統(tǒng)中的第一排放控制系統(tǒng)，所述第一排放控制系統(tǒng)至少具有第一區(qū)域和第 二區(qū)域，所述第二區(qū)域在物理上與所述第一區(qū)域隔離并至少部分地位于所述第一區(qū)域 下游，所述第一區(qū)域包括貴金屬組分，所述第二區(qū)域包括貴金屬組分及NOx吸附劑組 分，其中所述第二區(qū)域與所述第一區(qū)域相比包括更多的N0x吸附劑組分，且所述第一 區(qū)域和第二區(qū)域基本上不包括二氧化鈰；及第二排放控制系統(tǒng)，所述第二排放控制系統(tǒng)包括連接到所述第一排放控制系統(tǒng)下 游的SCR催化劑。
全文摘要
一種排氣系統(tǒng)包括排氣系統(tǒng)中的第一排放控制系統(tǒng)及第二排放控制系統(tǒng)，所述第一排放控制系統(tǒng)至少具有第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第二區(qū)域在物理上與第一區(qū)域隔離并至少部分地位于第一區(qū)域下游，所述第一區(qū)域包括分散在存儲(chǔ)NO_x的金屬氧化物載體上的貴金屬組分，而所述第二區(qū)域包括分散在金屬氧化物載體上的貴金屬組分和NO_x吸附劑組分，其中所述第二區(qū)域與所述第一區(qū)域相比包括更多的所述NO_x吸附劑組分，所述第二排放控制系統(tǒng)包括連接到所述第一排放控制系統(tǒng)下游的SCR催化劑。
文檔編號(hào)F01N3/28GK101144409SQ20071014227
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月5日
發(fā)明者卡倫·亞當(dāng)斯, 徐立峰 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司