[发明专利]选择性催化还原排气后处理系统和包括该系统的发动机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年6月26日提交的临时专利申请序列号61/220,667的优先权，上述申请的公开内容在此作为参考全文引入。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及排气处理系统，且更具体地涉及用于稀燃内燃机的排气处理系统和包括该系统的车辆。

背景技术

内燃机的制造商必须满足顾客要求且满足用于降低排放和改进燃料经济性的各种规定。改进燃料经济性的方法的一个示例是以稀于化学计量比(氧过量)的空气/燃料比操作发动机。稀燃发动机的示例包括压缩点火(柴油)发动机和稀燃火花点火发动机。然而，虽然稀燃发动机改进了燃料经济性，但是它们往往具有更高的氮氧化物(NO_X)排放物。由于缺乏有效的方法来在排气流离开尾管之前从稀的排气流去除足够的NO_X以满足规定，稀燃发动机的商业应用受到限制。因而，在排气离开尾管之前从稀燃汽油和柴油排气充分地还原NO_X对于满足未来的排放标准和改进车辆燃料经济性来说是重要的。

从包括过量氧的排气流还原NO_X排放物对于车辆制造商是一个挑战。据估计，基于当前预期的发动机排出NO_X水平，遵循美国Bin 5规定可需要柴油和汽油发动机的后处理系统能够在FTP(联邦试验过程)循环上具有70-90％的NO_X转化效率。这种转化效率必须在前述FTP循环的各个部分或者例如US 06联邦试验过程期间在200-550℃之间范围内的各个操作温度下获得。

已经提出了用于车辆应用的多种潜在后处理系统。这些系统采用各种排气后处理装置。一种这样的后处理系统采用尿素选择性催化还原(SCR)催化剂和NO_X还原剂(例如，尿素)，尿素被喷射到催化剂的上游且被转化成用于将NO_X还原成N₂的氨。使用尿素作为还原剂需要用于该二次流体的尿素分配基础设施和车载监测系统，且由于尿素溶液的相对高的凝固点(-12℃)，在冷的天气气候中可能具有潜在问题。NO_X存储催化剂通常需要大的催化剂体积、大量的铂族金属和低硫燃料，以便进行有效的存储操作。这种系统需要周期性催化剂再生，包括燃料喷射或还原剂喷射以再生催化剂的存储材料。

虽然采用SCR催化剂的系统已经用于具有过量氧的排气流中的NO_X还原，但是由于可用于封装催化剂的期望组合的减小的空间，各种催化剂的封装是有问题的，特别是在具有相对较短轴距的相对较小的车辆中。例如，在一些较小的重型车辆中，期望在距发动机最远以及排气系统操作温度最低的地方封装SCR维持物(SCR last)，以便使得SCR催化剂材料的热降解最小化，从而使得SCR催化剂的操作寿命最大化。虽然期望该设置，但是在也提供用于将喷射的尿素转化为氨的所需混合长度的同时，通常没有足够的空间来封装SCR维持物，特别是在系统也采用用于还原NO_X或氧化或还原其它排气成分(包括一氧化碳(CO)、各种碳氢化合物(HC)、颗粒物质(PM)等)的一个或多个附加排气处理装置时。

因而，期望开发一种在过量氧(稀燃)条件下使用SCR催化剂提供所需NO_X转化且能够被封装在具有相对短轴距和小空间包迹的车辆上的排气后处理系统。也期望也在车辆上的可用空间内包括其它排气处理装置的同时定位SCR维持物，同时提供所需NO_X还原效率。

发明内容

在本发明的一个示例性实施例中，公开了一种排气后处理系统。所述系统包括配置成从发动机接收排气流的氧化催化剂(OC)。所述系统还包括配置成从所述OC接收排气流的未涂层颗粒过滤器(PF)。所述系统还包括排气流体(EF)计量装置，所述EF计量装置配置成用于计量进入未涂层PF上游的排气流中的EF。此外，所述系统包括配置成从PF接收排气流的SCR催化剂，其中，所述OC、未涂层PF、EF计量装置和SCR催化剂构成排气后处理系统。

在本发明的另一个示例性实施例中，公开了一种内燃机和排气后处理系统。内燃机包括排气后处理系统。排气后处理系统包括配置成从发动机接收排气流的OC。所述排气后处理系统还包括配置成从所述OC接收排气流的未涂层PF。所述系统还包括排气流体(EF)计量装置，所述EF计量装置配置成用于计量进入未涂层PF上游的排气流中的EF。此外，所述系统还包括配置成从PF接收排气流的SCR催化剂，其中，所述OC、未涂层PF、EF计量装置和SCR催化剂构成排气后处理系统。