[发明专利]排气处理系统

说明书

技术领域

本发明的示范性实施例涉及排气处理系统，并且更具体地涉及一种用于稀燃内燃机的排气处理系统。

背景技术

内燃机制造商研发出发动机控制策略以满足用户的需求并符合关于排放和燃料经济性的各种规定。一种这样的发动机控制策略包括以稀于化学计量的空燃比操作发动机从而提高燃料经济性并减少温室气体的排放。这样的操作使用压缩点火式(柴油)发动机和稀燃火花点火式发动机是可能的。在发动机用稀(过量氧气)空燃比操作时，所得的燃烧温度较低，从而减少了发动机的NO_X排放；但是，由于缺少在稀排气状态下去除NO_X的有效方法，限制了稀操作发动机的商业应用。因此，从柴油和稀燃汽油排气中有效地还原氮氧化物(NO_X＝NO+NO₂)对于满足未来的排放标准并提高车辆燃料经济性来说是很重要的。

从含有过量氧气的排气供给流中还原NO_X排放物对于车辆制造商来说是一种挑战。举例来说，据估计要符合美国的Bin 5规定可能就需要能够在基于当前预期的发动机排放NO_X水平的FTP(联邦测试程序)循环中有70-90％的NO_X转化效率的后处理系统。对于实际应用，在前述的FTP循环期间出现的低温工作范围(例如200-350℃)以及在高速测试循环(例如US06联邦测试程序)期间出现的较高温度工作范围(例如450-550℃)中都必须要保持转化效率。

已经提出了用于车辆应用的几种可能的后处理系统。一种方法包括使用后处理系统，包括在尿素选择性催化还原(U-SCR)催化剂的上游喷射NO_X还原剂(例如尿素)以将NO_X还原为N₂。使用尿素作为还原剂必须要有用于该辅助流体的尿素分配结构和车载监控系统，并且可能会由于尿素溶液相对高的凝固点(-12℃)而在寒冷天气的气候条件下具有潜在的问题。NO_X存储催化剂通常需要大催化剂体积、大量的铂族金属以及低硫燃料以用于有效的存储操作。这样的系统需要定期进行催化剂再生，包括喷射燃料以产生高的排气温度以及喷射还原剂以再生催化剂存储材料。

使用烃的NO_X选择性催化还原(HC-SCR)已经作为用于在富氧状态下去除NO_X的潜在的可选方法被广泛研究。离子交换型贱金属沸石催化剂(例如，Cu-ZSM5)在典型的车辆运行状态下(例如＜350℃)通常都活性不够，并且容易因为暴露于二氧化硫和水而降级。使用铂族金属(例如Pt/Al₂O₃)的催化剂在窄的温度区间内有效工作并且对于N₂O的生成有高度的选择性。

使用氧化铝支承银(Ag/Al₂O₃)的催化设备因为其在具有很多种烃品种的稀排气状态下选择性地还原NO_X的能力而获得关注。在Ag/Al₂O₃上使用部分氧化的烃(例如乙醇)允许在较低温度下还原NO_X。但是这样的还原剂在车辆上不可用。Ag/Al₂O₃催化剂上的前述HC-SCR利用轻的烃(例如丙烯、丙烷)和较重的燃料组分烃(例如辛烷、癸烷)作为还原剂。使用在发电机排气中作为燃烧产物存在的较轻的烃还原NO_X在较高温度下发生转化，但是对于被考虑作为用于实际应用候选的Ag/Al₂O₃催化剂来说，NO还原必须被切换至较低温度的区域并且必须将车载燃料用作还原剂。

因此，对于车辆以及稀燃式内燃机的其他应用而言，需要一种选择性还原排气供给流中NO_X的有效方法和装置。