排气后处理系统 【技术领域】
本公开涉及以贫化学计量操作的内燃机所用的排气后处理系统。
背景技术
该部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，有可能并不构成现有技术。
以贫化学计量操作的内燃机可产生包括NOx排放物和颗粒物的排气供应流。需要排气后处理系统来管理该排气供应流。
【发明内容】
一种用于对来自以贫化学计量操作的内燃机的排气供应流进行处理的设备，该设备包括颗粒过滤装置，该颗粒过滤装置包括具有烃类选择性催化反应涂层的多孔基板元件。所述烃类选择性催化反应涂层包括位于氧化铝基涂层上的氧化银催化材料。喷射装置操作成在所述颗粒过滤装置的上游喷射烃类还原剂。
【附图说明】
以下将参照附图以实施例方式描述一个或多个实施方式，在附图中：
图1、图2和图3是根据本公开的发动机和排气后处理系统的示意图。
【具体实施方式】
现在参照附图，其中所示出的内容仅用于说明某些示例性实施方式，而不用于对其进行限制，图1、图2和图3示意性示出内燃机10、控制模块(ECM)5以及根据本公开的排气后处理系统的实施方式。在图1、图2和图3以及这里所述的实施方式中，相同附图标记指代相同元件。
示例性发动机10包括以重复燃烧循环操作的多缸内燃机，该燃烧循环可包括进气、压缩、做功和排气冲程。发动机10有选择地以贫化学计量的空-燃比操作。发动机10可以是以贫化学计量操作的压燃式发动机和火花点火式发动机之一。发动机10能以包括压燃、火花点火和受控自动点火燃烧模式在内的一种或多种燃烧模式操作。发动机10包括附连至曲轴的多个往复活塞，该曲轴可操作地附连至变速器以及车辆传动系统以向其输送牵引扭矩，这些均未示出。发动机10产生包含可由后处理系统转换的组份的排气供应流，这些组份包括例如碳氢化合物(以下称为“HC”)、一氧化碳(以下称为“CO”)、氮氧化物(以下称为“NOx”)以及颗粒物质(以下称为“PM”)。
排气后处理系统包括集成系统，其用于在存在催化反应材料的情况下通过氧化还原过程将排气供应流的组份转换成其它形式。排气歧管(未具体标出)输送排气流，并将其引导至排气后处理系统。图1的排气后处理系统包括催化装置14、喷射装置16以及颗粒过滤装置20。图2的排气后处理系统包括催化装置14、喷射装置16、颗粒过滤装置20以及该颗粒过滤装置20下游的第二催化装置24。图3的排气后处理系统包括颗粒过滤装置20以及该颗粒过滤装置20下游的第二催化装置24。前述装置优选利用管和连接器以串联方式流体连接。
一个或多个感测装置可适于监测排气供应流。可在排气后处理系统中的各个位置对排气供应流进行监测，其中示出了由各种传感器中的一些传感器12、18、22、26和28监测的位置。排气后处理系统的应用可包括传感器12、18、22、26和28中的一个或多个。传感器12、18、22、26和28监测可与排气供应流的组份和/或温度相关的排气供应流参数，并产生传输至控制模块5的信号。这可包括监测从发动机10输出的排气供应流的传感器12，优选包括NOx浓度和空-燃比之一。传感器26可监测催化装置14下游的排气供应流，优选包括与NOx浓度、空-燃比及温度之一对应的参数。包括传感器12的系统的具体实施方式可不包括传感器26。传感器18可监测从催化装置14输出并位于喷射装置16下游的排气供应流，优选包括与NOx浓度和温度之一对应的参数。传感器22可监测颗粒过滤装置20下游的排气供应流，优选包括与NOx浓度、温度和氨(NH3)之一对应的参数。如图2和图3中所示，传感器28可监测第二实施方式中的第二催化装置24下游的排气供应流，优选监测与NOx浓度、温度和氨之一对应的参数。控制模块5监测来自具体传感器12、18、22、26和28的信号，并将这些信号用于发动机10和喷射装置16的控制，并用于监测发动机10、喷射装置16、催化装置14、颗粒过滤装置20及第二催化装置24的操作以诊断其中的故障。另选的是，可利用虚拟NOx感测系统基于发动机速度/负载操作特性确定排气供应流中的NOx浓度，该虚拟感测系统包括常驻控制模块5中的可执行算法。
图1和图2中所示的实施方式中绘出的催化装置14优选包括氧化催化器。催化装置14优选由基板(未示出)构成，在基板上施加有涂层和催化反应材料，例如铂或钯。该基板可以是具有多个流动通道地金属箔装置或烧结陶瓷装置，在发动机10操作期间这些流动通道可供排气供应流通过。该涂层基板被组装到作为排气后处理系统的元件的金属结构件中。
图1和图2中所示的实施方式中绘出的喷射装置16优选包括螺线管操作的流体流控制阀，该阀具有流体出口，适于将烃类还原剂喷射到位于包括氧化催化器的催化装置14和传感器26下游且位于颗粒过滤装置20上游的排气供应流中。喷射装置16与控制模块5操作连接，该控制模块5控制喷射到排气供应流中的烃类还原剂的正时和质量或量。烃类还原剂优选经由流体连接从车辆的燃料箱供应，这些均未示出。
颗粒过滤装置20包括涂覆有用于NOx排放物还原的烃类选择性催化反应涂层的过滤装置。该过滤装置捕获排气供应流中所含的颗粒物。具有过滤器入口19和过滤器出口21。颗粒过滤装置20以致使进入过滤器入口19的排气穿过颗粒过滤装置20的一部分而到达过滤器出口21的方式构造。作为实施例，颗粒过滤装置20可包括由多孔材料构成的整块多通道基板元件(未示出)。各通道或在过滤器入口19附近的端部有盖，或者在过滤器出口21附近的端部有盖，其中相邻通道在交替端部加盖。作为实施例，基板元件的孔隙度为约40％至55％，这表示基板元件体积的40％至55％包括孔而不是基板材料。这些孔可具有平均小于约3微米的直径。基板元件的多孔材料可由陶瓷材料形成，例如挤压并烧结的堇青石。
多通道基板的多孔材料涂覆有烃类选择性催化反应涂层。烃类选择性催化反应涂层也称为HC-SCR涂层，其包括与喷射的烃类还原剂发生反应以将NOx气体还原为N2O的化学反应材料。烃类选择性催化反应涂层可包括氧化铝基涂层材料，且化学反应材料包括选择性催化还原催化剂。选择性催化还原催化剂可包括银-氧化铝(以下称为“AgAl”)催化材料，在氧化铝涂层上承载有预定重量百分比的Ag2O。该选择性催化还原催化剂的一个范围可以应用为AgAl中银为1至4wt.％(重量百分比)，承载在多通道基板上的涂层负载在0.5至4g/in3的范围内。另选的是，选择性催化还原催化剂可包括以铜质量负载并施加到基板装置上的涂层上的铜。颗粒过滤装置20的涂层基板被组装到作为排气后处理系统的一部分的金属结构件中。
图2和图3中所示的实施方式中绘出的第二催化装置24优选包括选择性催化还原装置，其包括涂覆有与从颗粒过滤装置20输出的排气供应流发生反应的催化反应涂层的整块多通道陶瓷基板。该催化反应涂层可与颗粒过滤装置20中发生的NOx还原引起的氨泄漏发生反应。该催化反应涂层可包括选择性催化还原催化剂，选择性催化还原催化剂包括承载在氧化铝涂层上的预定重量百分比的铜-沸石催化材料。第二催化装置24提供利用催化装置14输出的氨还原排气供应流中的NOx的反应场所。第二催化装置24还可包括氧化催化器，该氧化催化器包括在Al2O3涂层上涂覆有包含Pt和/或Pd的催化反应涂层的整块多通道陶瓷基板。涂层负载可为1-3g/in3，其中Pt负载为3-150g/ft3。
控制模块5优选为包括适于在将发动机10和排气后处理系统应用于车辆(未示出)上时提供发动机10和其它系统的协调控制的多个控制模块的分布式体系的元件。用户接口(“UI”)13与车辆操作者借以控制并引导车辆(包括发动机10)的操作的多个装置信号连通。车辆操作者借以向用户接口13提供输入的示例性装置包括加速器踏板、制动踏板、变速器档位选择器以及车速巡航控制器，这些均为具体示出。控制模块5优选经由局域网总线6与用户接口13通信。局域网总线6允许控制参数和命令在各种处理器、控制模块和装置之间的结构化通信。所利用的具体通信协议是专用的。
控制模块5包括通用数字计算机，该数字计算机包括：微处理器或中央处理单元；存储介质，其包括包含只读存储器和电可编程只读存储器在内的非易失性存储器；随机存取存储器；高速时钟；模/数和数/模电路；输入输出电路；以及装置及适当信号调理和缓冲电路。控制模块5具有一组控制算法，这包括常驻程序指令和标定，它们存储在非易失性存储器中并被执行以提供相应功能来控制发动机10。这些算法优选在预设循环周期期间执行，使得各算法在各循环周期执行至少一次。由中央处理单元执行算法，并且这些算法可操作以监测来自上述感测装置的输入并且执行控制和诊断程序以利用预设标定控制致动器的操作。优选在正在运行的发动机和车辆操作期间以规则间隔(例如，每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒)执行循环周期。另选的是，可响应于事件的发生执行算法。
在发动机10的操作期间，控制模块5监测来自感测装置的输入，对信息进行综合并执行算法以对致动器进行控制，从而实现控制目标，所述控制目标包括燃料经济性、排放物、性能、驾驶性能和硬件保护。发动机10优选以贫化学计量操作，从而产生经过排气后处理系统的贫排气供应流。
控制模块5监测发动机速度和负载以及空-燃比，从而确定NOx排放物的质量流浓度，并控制喷射装置16以基于NOx排放物的质量流浓度控制喷射到排气供应流中的烃类还原剂的正时和质量或量。对喷射的烃类还原剂的量进行控制以在存在选择性催化还原催化剂的情况下与NOx排放物进行反应而还原为氮。
本公开描述了某些优选实施方式及其变型。本领域技术人员通过阅读并理解说明书可想到其它变型和变更。因此，并不意图将本公开局限于作为实施本公开而构想的最佳模式所公开的具体实施方式，而是本公开包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。