[发明专利]用于排气后处理的排气后处理系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年3月9日提交的德国专利申请No.102012203769.1的优先权，为了所有的目的其整个内容通过引用结合于此。

技术领域

本申请涉及用于排气后处理的排气后处理系统和方法。本申请具体涉及用于具有稀NOx捕集器的涡轮增压发动机的排气后处理。

背景技术

由未来的条例规定的进一步的排放限制将要求更有效的排气后处理系统，尤其是对于还原来自稀燃的内燃发动机的氮氧化物（NOx）、碳氢化合物（HC）和/或一氧化碳（CO）排放物以及颗粒排放物。有一种用于NOx调节的基本原理，其中在稀燃烧运行期间储存NOx并且该储存的NOx通过周期性的富运行再生。

稀NOx捕集器或LTN可能具有成本劣势，因为为了同时控制CO、HC和NOx，它们必须装有大量铂族金属（PGM）。

在降低排气中的NOx浓度的要求增加的情况下，一种解决方案为增加LNT的体积以便在尾管中实现要求的NOx水平并且以便符合进一步的潜在的行驶循环或用户预置文件。

US2011/0061371A1公开了一种用于还原在冷起动期间产生的NOx排放物的碳氢化合物和NOx捕集器。该捕集器具有两个区域或层，其中一个区域是碳氢化合物捕集器而另一个区域是NOx捕集器。

US2009/0217652A1和US2011/0099975A1提供一种具有多个区域或层的氧化催化转化器，以便优化CO和HC的转化。这些区域装有不同量的铂族金属。

发明内容

在一些实施例中，本申请用以以廉价的方式改进NOx排放物的还原。

根据本申请的第一方面，一种用于具有涡轮增压的内燃发动机的机动车辆的排气后处理系统包括大体积稀NOx捕集器（LNT），其通过短的或非常短的连接管连接于涡轮增压器的出口，其中稀NOx捕集器具有第一区，其用于储存/还原NOx并氧化NO以形成NO₂或者用于还原排气中的碳氢化合物（HC）和/或一氧化碳（CO），和下游的第二区，其用于储存和/或还原排气中的氮氧化物（NOx）。为此，第一区可以包括具有比较高的比例的PGM和较少的或没有NOx储存材料的涂料，而第二区可以包括较少的PGM和较大量的NOx储存材料。术语“大体积”是指LNT的体积（尤其是第二区）足够大，即便铂族金属（PGM）的浓度低于常规的LNT中的浓度，以实现储存/还原NOx浓度到低于希望的阈值。术语“短”指的是排气尽可能快地加热第一区，以便能够发生NOx的储存和NO的氧化以形成NO₂，以及HC和/或CO的还原。所述温度通常是大约170到200°C。

LNT可以具有大体积，因为它也能够包括大量NOx储存材料，以便因而实现非常低的NOx排放。由于第一区具有用于CO/HC和/或NOx控制的高比例的PGM，因此具有低比例的PGM第二区可以没有成本缺点，尺寸做成足够大，用于储存和/或还原氮氧化物。

根据本申请，涡轮增压器和短连接管的应用，也就是说，空间地靠近涡轮增压器的LNT的设置确保排气以较高的温度流进LNT。在大约170至200°C的该区中的所述较高的温度允许在LNT的第一区中储存NOx并且还原HC和/或CO。具有较低临界温度（temperature-critical）的NOx的进一步的储存和/或转化发生在位于下游的第二区。当温度足够高时，储存的NOx可以在富运行模式中还原。所述LNT的，模块化结构能够减少成本，因为对于排气的构成物的相应的还原和/或转化，所要求的条件，例如铂族金属的量，不需要在整个LNT中提供，而仅仅是单个区中提供。

第一和第二区可以设置在一个壳体中，这允许紧凑的结构。

第一区可以比第二区具有较高比例的铂族金属。这允许进一步的成本减少，因为只有在真正需要它们的情况下才使用昂贵的铂族金属，具体说，用于氧化NO以形成NO₂并且还原碳氢化合物（HC）和/或一氧化碳（CO）。NOx的储存和还原也需要PGM，但是第一区的存在使得在第二区中能够利用少的多的PGM。

第一区（6）和第二区（7）之间的比可以小于0.5。所述比使更有效的排气后处理和成本之间的关系最佳化，这种情况基本上由PGM的量引起。所述最佳关系对于每种应用可以不同。

连接管的长度可以大约是5至50cm。该长度非常短，并且因此该系统尽可能快地加热使得很快达到催化剂起燃。这允许碳氢化合物（HC）和/或一氧化碳（CO）很好地还原或转化，并且还实现NO的氧化以形成NO₂。