[发明专利]用于内燃发动机中NOx控制的被动氨选择性催化还原

说明书

技术领域

本发明涉及内燃发动机中NOx排放后处理的控制。

背景技术

在此部分中的描述仅仅提供与本发明相关的背景信息，且可能不构成现有技术。

内燃发动机的制造商不断地开发新的发动机控制策略，以满足消费者需求并符合各种规定。一种这样的发动机控制策略包括在化学计量比稀侧的空气/燃料比下运行发动机，以改善燃料经济性并减少排放。这种发动机包括压缩点火发动机和稀燃的火花点火发动机。

当存在于发动机进气中的氮分子和氧分子在燃烧的高温下分解时，稀侧的发动机运行可以生成氮氧化物(NOx)，一种已知的燃烧副产物。NOx生成速率遵循与燃烧过程有关的已知关系，例如，较高的NOx生成速率与较高的燃烧温度以及空气分子较长时间暴露于较高温度有关。

一旦在燃烧室中生成，则NOx分子能在后处理设备中被还原成氮分子和氧分子。已知的后处理设备的效率很大程度上依赖于运行情况，例如由排气流温度和发动机空气/燃料比驱动的设备运行温度。此外，后处理设备包括在使用中因为暴露于高温以及排气供应流中的污染物而易于损坏或者退化的材料。

已知的管理燃烧以增加燃料效率的发动机运行策略包括以稀侧的空气/燃料比运行，在燃烧室内使用局部的或者分层充气的燃烧，同时在非节流状况下运行。尽管燃烧室内的温度在燃烧凹穴内会变得足够高，以生成大量的NOx，但是燃烧室的总能量输出，特别是通过排气流从发动机排出的热能可以从正常值显著降低。这种状况对排气后处理策略是有挑战性的，因为后处理设备经常要求由排气流温度驱动的升高的运行温度，以便充分地运行从而处理NOx排放。

后处理系统包括产生化学反应以处理排气成分的催化设备。特别地，在汽油应用中利用三元催化设备(TWC)来处理排气成分。稀NOx吸附器(NOx捕集器)利用了能够储存一些量的NOx的催化剂，并且已经开发了发动机控制技术来将这些NOx吸附器与燃料高效的发动机控制策略结合以改善燃料效率，并且仍然获得可接受的NOx排放水平。一种已知的策略包括使用稀NOx吸附器以便在稀侧的运行期间储存NOx排放，然后在浓侧的发动机运行情况期间使用TWC将所存储的NOx清除和还原为氮气和水。柴油颗粒过滤器(DPF)捕捉柴油应用中的烟煤和颗粒物，并且所捕捉的物质被周期性地在高温再生事件中清除掉。

一种已知的后处理设备包括选择性催化还原设备(SCR)。SCR设备包括促进NOx与还原剂(诸如氨或者尿素)反应的催化材料以生成氮气和水。还原剂可以被喷射到SCR设备上游的排气供应流中，从而需要喷射系统、罐和控制方案。该罐可能需要周期的再次填充，并且可能在寒冷气候下冻结，从而需要额外的加热器和绝缘。

在SCR设备中使用的催化材料包括在钛(Ti)和基体金属(包括铁(Fe)或者铜(Cu))上的钒(V)和钨(W)，其中具有沸石涂层。包括铜的催化材料可以在低温下有效地运行，但是已被示出在高温下具有差的耐热性。包括铁的催化材料可以在高温下很好地运行，但是在低温下具有降低的还原剂储存效率。

对于汽车应用，SCR设备通常具有在150℃到600℃的运行温度范围。该温度范围可以依赖于催化剂而变化。在高负载运行期间或者之后，该运行温度范围可能减小。大于600℃的温度可能引起还原剂渗漏并使SCR催化剂退化，然而在低于150℃的温度时NOx处理效率降低。

发明内容

一种用于对内燃发动机的排气供应流中的NOx排放进行还原的方法和后处理系统，其包括催化设备，该催化设备流体连接在第一氨选择性催化还原设备的上游，该第一氨选择性催化还原设备流体连接在第二氨选择性催化还原设备的上游。第一氨选择性催化还原设备包括相应的催化材料，该催化材料包括第一基体金属，第二氨选择性催化还原设备包括相应的催化材料，该催化材料包括第二基体金属。发动机运行被调节以产生排出发动机的排气供应流，该排气供应流包括可在催化设备上转化成氨的一氧化氮、一氧化碳和氢气。该氨被存储在第一和第二氨选择性催化还原设备上。使用所存储的氨在第一和第二氨选择性催化还原设备中对NOx排放进行还原。

附图说明

现在将参考附图作为示例来描述一个或多个实施例，在附图中：

图1是依据本发明的示例性发动机系统和后处理系统的示意图；

图2是依据本发明的对来自发动机的排气供应流进行管理的控制方案；

图3以曲线图示出了依据本发明的来自示例性NOx传感器和氨传感器的作为发动机AFR的函数的示例性试验数据；

图4示意性图示了依据本发明的对来自发动机的排气供应流进行管理的控制方案；