[发明专利]具有四效和尿素SCR催化器的排气处理系统及使用方法

说明书

技术领域

本发明的示例性实施例涉及排气处理系统，更具体地，涉及用于柴油机的排气处理系统以及使用该系统的方法。

背景技术

内燃机制造商研发发动机操作控制策略，以满足用户需求和符合排放控制及燃料经济性的各种规则。一种这类发动机控制策略包括以稀薄化学计量比的空气/燃料比操作发动机，以提高燃料经济性，并降低温室效应气体排放。使用压燃式(柴油)和火花点燃式发动机都可实现这种操作。当发动机以稀薄(过量的氧)空气/燃料比操作时，产生的燃烧温度和过量的氧导致更高的发动机排放NO_X；但是，由于缺乏在稀薄排放条件下从排气流去除NO_X的有效方法，所以限制了稀薄操作的发动机的商业应用。因此，为符合未来的排放标准并提高车辆燃料经济性，从稀薄燃烧柴油机和汽油发动机的排气有效还原氮氧化物(NO_X＝NO+NO₂)是重要的。

从含有过量氧的排气供给流还原NO_X排放物对于车辆制动商是个挑战。例如，估计根据美国的Bin 5规则，基于当前预期的发动机排放NO_X水平，可能要求后处理系统在FTP(联邦测试程序)循环上能够有70-90％的NO_X转换效率。对于实际应用，必须在前述FTP循环期间发生的较低操作温度(例如，200-350℃)范围及高速测试循环(例如，US06联邦测试程序)期间发生的较高操作温度(例如，450-550℃)范围获得该转换效率。

对于在这些稀薄燃烧操作条件下的车辆应用，已经提出了多种排气处理系统。一种方法将NO_X存储还原催化器与下游的柴油微粒NO_X还原系统及更下游的柴油氧化催化器串联组合。据报道，这种系统有75-85％的NO_X还原的目标性能。但是，这种系统需要周期性的催化器再生，包括喷射燃料以产生高排气温度，和喷射还原剂以再生催化器的存储材料。在催化器再生期间，由于部件再生将极大地降低NO_X转换能力，所以维持车辆操作期间的目标NO_X还原水平成为一个问题。

因此，需要一种有效的排气处理系统和使用该系统的方法，以有选择地还原稀薄燃烧式内燃机、特别是那些使用在各种车辆应用中的内燃机的排气流中的NO_X。

发明内容

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种用于柴油机的排气处理系统。该系统包括四效催化器，该四效催化器与柴油机流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括稀薄氮氧化物(NO_X)捕集器(LNT)和柴油微粒过滤器(DPF)。所述系统还包括尿素选择性催化还原(U-SCR)催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流。

在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种使用了用于柴油机的排气处理系统的方法。该系统包括：四效催化器，该四效催化器与柴油机流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括LNT和DPF；U-SCR催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流；第一喷射装置，该第一喷射装置构造成周期性地、选择性地将碳氢化物、CO或H₂材料或者其组合物喷射进在所述LNT与所述发动机之间的排气流中；第二喷射装置，该第二喷射装置构造成周期性地、选择性地将尿素或氨或者其组合物喷射进在所述LNT捕集器与所述U-SCR催化器之间的排气流中；以及控制器，该控制器构造成控制所述发动机的操作，及碳氢化物、CO或H₂材料或者其组合物的周期性和选择性喷射，及尿素或氨或者其组合物的周期性和选择性喷射，并确定排气流中NO_X的量。所述方法包括操作所述发动机以产生排气流。所述方法还包括使用所述控制器周期性地和选择性地将碳氢化物、CO或H₂材料或者其组合物中的至少一种喷射进排气流，其中所述发动机的排气流具有第一体积分数的NO_X(NO_X1)，离开所述U-SCR催化器的排气流具有预定的第二体积分数的NO_X(NO_X2)，其中NO_X2小于NO_X1。