[发明专利]将还原剂注入废气馈送流的设备和方法

说明书

政府合约权利

美国政府在本发明中具有已付的许可和在受限制的场合要求专利所有者在如通过由美国能源部授予的DE-FC26-02NT41218的条款规定的合理的条款上许可其它人的权利。

技术领域

本发明一般地属于用于内燃机的排气后处理系统，和将还原剂注入内燃机的排气后处理系统的上游的设备和方法。

背景技术

内燃机的制造厂商开发发动机控制策略以满足消费者需求并且满足对于排放和燃料经济性的不同的规定。一个这样的发动机控制策略包括以稀化学当量(stoichiometry)的空气/燃料比率操作发动机以改进燃料经济性和减少温室气体排放。使用压缩点火(柴油机)和稀燃的火花点火发动机，这样的操作是可能的。当发动机以稀(过量氧量)空气/燃料比率操作时，结果的燃烧温度更低，导致降低的发动机排出的NOx排放；然而，由于缺乏在稀排气条件下移除NOx的有效的方法，稀操作的发动机的商业应用受限制。从而，从柴油机和稀燃的汽油排气有效地减少氮氧化物(NOx＝NO+NO₂)对于满足未来的排放标准并且改进车辆燃料经济性是重要的。

从包含过量氧量的排气馈送流减少NOx排放是对于车辆制造厂商的挑战。作为示例，估计服从美国的Bin5规定可能需要基于当前预期的发动机排出的NOx水平在FTP(联邦测试程序)周期上能够达到70％～90％的NOx转化效率的后处理系统。对于实际应用，必须在前面提到的FTP周期期间发生的低温度操作范围(例如，200～350摄氏度)和在高速测试周期(例如，US06联邦测试程序)期间发生的更高的温度操作范围(例如，450～550摄氏度)获得转化效率。

已经为车辆应用提出了数种可能的后处理系统。一种方法包括使用包括在尿素SCR催化剂的上游注入例如尿素的NOx还原剂以将NOx还原为N₂的后处理系统。使用尿素作为还原剂需要尿素分配基础设施和用于此次级流体的车辆上的监测系统，并且由于尿素溶液的相对高的凝固点(-12摄氏度)，可能在冷的天气气候中具有潜在的问题。NOx存储催化剂通常需要大的催化剂体积、大量的铂系金属和低硫燃料用于有效的存储操作。这样的系统需要定期的催化剂再生，包括燃料注入以产生高废气温度和还原剂注入以再生催化剂的存储材料。

需要在宽范围的操作条件将还原剂引入废气馈送流的用于车辆和其它内燃机应用的有效的设备和方法。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了包括将还原剂注入废气馈送流的设备的用于内燃机的排气后处理系统。包括适合将还原剂注入废气馈送流的流体计量装置和可控制的压力调节装置。控制模块操作地连接到还原剂计量装置和可控制的压力调节装置，并且适合在可控制的流量范围实现进入废气馈送流的还原剂的流量。

本领域中的普通技术人员将通过阅读和理解接下来对实施例的详细描述明白本发明的这些和其它方面。

附图说明

本发明可以采取某些零件和零件的设置的物理形式，详细描述并且在形成本发明的部分的附图中示出这些零件和零件的设置的实施例，并且其中：

图1和2为根据本发明的动力系统的示意图。

具体实施方式

现在参考附图，其中，绘图仅是为了说明本发明的目的而不是限制本发明的目的，图1和2示出了根据本发明的实施例构造的内燃机10、排气后处理系统、和控制系统的示意图。

示例性的发动机和控制系统包括传统的四冲程内燃机10和电子发动机控制模块(‘ECM’)5。发动机10包括具有主要稀化学当量的操作方式的已知的压缩点火发动机。替代地，发动机10可以包括使用稀化学当量操作的许多发动机控制策略中的任何一个的发动机，例如，均质加载的压缩点火发动机，和稀燃的火花点火发动机。发动机10包括接附到曲轴的多个往复的活塞，曲轴可操作地接附到车辆传动系统以将牵引扭距输送到车辆传动系统。发动机10产生包括规定的组成元素的废气馈送流，通常包括碳氢化合物(‘HC’)、一氧化碳(‘CO’)、氮氧化物(‘NOx’)、和微粒物质(‘PM’)和其它物质。在排气后处理系统中通过诸如氧化和还原的过程将规定的组成元素部分地或完全地转化为无害的气体。