[发明专利]用于涡轮增压发动的紧密连接的排气后处理系统

说明书

技术领域

本发明的示例性实施例涉及排气后处理系统，更具体地说，涉及用于稀燃内燃机和具有该稀燃内燃机的车辆的排气后处理系统。

背景技术

内燃机需要满足减排和提高燃油经济性的各种法规。提高燃油经济性的方法的一个例子是使运行的内燃机的空/燃比贫于(多氧)化学计量的空燃比。稀燃发动机的例子包括压燃式(柴油机)和稀燃式火花点火发动机。虽然稀燃发动机具有较好的燃油经济性，和较低的燃烧温度，但较低的燃烧温度通常会提高发动机排放中氮氧化物(NO_X)的排放量，但是由于缺少有效的方法在稀排气流从排气尾管排出之前除去足够的NO_X以满足法规，所以稀燃发动机的商业应用受到了限制。

从包括过量氧气的排气流中减少NO_X排放物对于车辆制造商来说是个挑战。据估计，要遵守美国Bin5法规，需要后处理系统在200-550℃范围的各种工作温度时基于当前预测的发动机排放NO_X水平，能够在FTP(联邦测试程序)循环中具有70-90％的NO_X转化效率。

各种后处理系统已经被应用到采用了各种排气后处理装置的车辆设备上。尿素选择性催化还原(SCR)催化剂装置采用NO_X还原剂，例如尿素，其被喷射到催化剂的上游，并被转化为氨以用于从NO_X到N₂的还原。利用尿素作为还原剂需要尿素分配基础结构和用于该二次流体的车载检测系统，而且可能需要热量管理以克服寒冷气候下的潜在问题，该问题由于尿素溶液相对高的冰点(-12℃)而产生。NO_X储存SCR催化剂，例如NOx阱(NOx trap)，通常需要较大的催化剂容量，大量的铂族金属和含硫量低的燃油，以进行有效的储存操作。这种系统需要周期性的催化剂再生，包括燃油喷射以产生高排气温度以及还原剂喷射以再生催化剂的储存材料。

虽然采用SCR催化剂的系统已经被用于在具有过量氧气的排气流中的NOx还原，但是各种催化剂的封装(packaging)是个问题，特别是在较短轴距 的小型车辆中，只有较小的可用空间来封装期望的催化剂组合。例如，在一些小型车辆中，为了使SCR催化剂材料的热降解(thermal degradation)最小化，从而使SCR催化剂的工作寿命最大化，需要在最远离发动机并且排气系统工作温度最低处进行封装SCR催化剂。但是这种配置是理想化的，通常没有足够的空间在封装SCR催化剂的同时还为喷射的尿素转化为氨提供所需的混合长度，尤其是如果系统还采用一个或多个附加的排气后处理装置时更是如此，该排气后处理装置用于NO_X的还原或者其他排气成分包括一氧化碳(CO)、各种碳氢化合物(HC)、颗粒物(PM)等的氧化或还原。即使这些处理装置设置在远离发动机以降低其工作温度并延长装置工作寿命的位置，仍然经常有发生冲突的考虑，例如装置的再生，其需要通过再加热周期性地提高装置温度，这通常消耗燃油并降低了发动机和车辆的效率并降低了燃油经济性。总体来说，排气处理系统必须平衡这些冲突的考虑，满足可行的排放控制需求，尤其是NO_X的还原，同时满足可行的燃油经济性和其他的发动机和/或车辆需求。

因此，需要提供用于内燃机尤其是车辆发动机的排气后处理系统，其能提供增强的灵活性以满足冲突性的需求，包括与NO_X还原、燃油经济性、热管理、系统/装置工作寿命等有关的需求。

发明内容

在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种紧密连接的排气后处理系统。该系统包括，第一排气通道，其包括在第一位置和第二位置之间可操作的第一阀，该第一位置将第一排气通道内的排气流推进到第一氧化催化剂(OC)的入口，该第二位置推进第二排气通道内的排气流。该系统还包括第三排气通道，其流体连接到该OC出口，该第三排气通道包括在第一位置和第二位置之间可操作的第二阀；该第一位置将第三排气通道内的排气流推进到颗粒过滤器(PF)的入口，该第二位置推进排气流经过第四排气通道到达第二排气通道内的入口。该系统还包括涡轮增压器，其流体连接到上述入口下游的第二排气通道，该系统还包括选择性催化还原(SCR)催化剂，其流体连接到该涡轮增压器以从该涡轮增压器接收排气流，其中颗粒过滤器还流体连接到选择性催化还原催化剂以从该选择性催化还原催化剂接收排气流。

本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面参考附图对本发明的 具体描述中更容易理解。

本发明还提供如下技术方案：