[发明专利]用于在内燃机中控制NOx的被动氨选择性催化还原

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2009年4月27日申请的美国专利申请No.12/430,819的部分继续，其要求了2008年5月2日申请的美国临时申请No.61/049,804的权益且还要求2008年11月24日申请的美国临时申请No.61/117,269的权益。上述申请的内容在此全部引用作为参考。

技术领域

本发明涉及内燃机中NOx排放后处理的控制。

背景技术

在此部分中的描述仅仅提供与本发明相关的背景信息，但可能不构成现有技术。

内燃机的制造商不断地发展新的控制策略，以满足消费者需要和各种规定。一种这样的发动机控制策略包括在稀化学计量空气/燃料比(AFR)下运行发动机，以提高燃料经济性并减少排放。该种发动机包括压缩点火和稀燃火花点火发动机。

当存在于发动机进气中的氮和氧分子在燃烧的高温下分解时，稀发动机运行可以生成氮氧化物(NOx)，一种公知的燃烧副产物。NOx生成速率遵循与燃烧过程的已知相关性，例如，较高的NOx生成速率与较高的燃烧温度以及空气分子较长时间暴露于较高温度有关。

NOx分子，一旦在燃烧室中生成，能在后处理设备中被还原成氮和氧分子。公知的后处理设备的效率较大的依赖于运行条件，例如由排气流温度和发动机AFR驱动的设备运行温度。此外，因为暴露于高温以及排气供应流中的污染物，后处理设备包括使用中易于损坏或者降级的材料。

公知的控制燃烧以增加燃料效率的发动机运行策略包括以稀AFR运行，当在非节流条件下运行时，使用燃烧室内的局部的或者分层充气燃烧。然而燃烧室内的温度在燃烧包内会变得足够高以生成大量的NOx，燃烧室的全部能量输出，特别的，通过排气流从发动机排出的热能可以从正常值显著降低。这种条件对排气处理策略是有挑战性的，因为后处理设备经常要求升高的运行温度，由排气流温度驱动，充分地运行以处理NOx排放。

后处理系统包括产生化学反应以处理排气成分的催化设备。特别地，在汽油应用中利用三效催化设备(TWC)以处理排气成分。稀NOx吸附器(NOx收集器)利用能够储存一些量的NOx的催化剂，已经发展发动机控制技术来将这些NOx吸附器与燃料高效的发动机控制策略结合以提高燃料效率，并且仍然获得可接受的NOx排放水平。一种公知的策略包括使用稀NOx吸附器在储存稀运行期间的NOx排放，然后在浓发动机运行情况期间使用TWC净化和还原存储的NOx为氮和水。微粒过滤器(DPF)捕捉柴油应用中的烟煤和颗粒物质，并且捕捉的物质在高温再生事件中被周期地净化。

一种公知的后处理设备包括选择性催化还原设备(SCR)。SCR设备包括促进NOx与还原剂反应的催化材料，该还原剂诸如氨或者尿素，以生成氮和水。还原剂可以被喷射到SCR设备的上游排气供应流，需要喷射系统、罐和控制方案。该罐可能需要周期的再次填充，并且可能在寒冷气候下结冰，从而需要附加的加热器和绝缘。

在SCR设备中使用的催化材料已经包括在钛(Ti)和基体金属(包括铁(Fe)或者铜(Cu)，具有沸石涂层)上的钒(V)和钨(W)。包括铜的催化材料可以在低温下有效地运行，但是已被示出高温下具有差的耐热性。包括铁的催化材料可以在高温下很好地运行，但是在低温下具有降低的还原剂储存效率。

对于汽车应用，SCR设备通常具有在150℃到600℃的运行温度范围。温度范围可以依赖于催化剂而变化。在高负荷运行期间或者之后，运行温度范围能降低。大于600℃的温度可以引起还原剂渗漏和并使SCR催化剂降级，然而在低于150℃的温度时NOx处理效率降低。

发明内容

运行内燃机的方法包括将发动机控制在优选空气/燃料比以生成包括优选浓度的一氧化氮、一氧化碳和氢气的发动机排气供应流，通过第一催化设备将一氧化氮、一氧化碳和氢气转换成氨；和将氨存储在流体串联地连接在第一催化设备下游的氨选择性催化还原设备中。

附图简要说明

现在将参考附图通过例子描述一个或更多的实施例，在附图中：

图1是依据本发明典型发动机系统和后处理系统的示意图；

图2依据本发明通过图表显示了来自NOx传感器和氨传感器作为AFR的函数的典型实验数据；

图3是依据本发明管理来自发动机的排气供应流的控制方案；

图4依据本发明通过图表描绘了描述氨生成量和车辆速度关系的典型实验数据；

图5依据本发明通过图表描绘了描述累积NOx排放和车辆速度关系的典型实验数据；

图6-10依据本发明通过示意图显示了排气后处理系统的典型配置；