[发明专利]用于内燃机的排气处理系统

说明书

技术领域

本发明的典型实施例涉及内燃机的排气处理系统，特别涉及一种用于监测催化处理装置的NOx转换效率的有效系统。

背景技术

内燃机的排出的排气是一种不均匀混合物，其包括气态排放物，如一氧化碳(CO)，未完全燃烧的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)以及构成颗粒物质的凝相材料(液态和固态)。催化剂组分通常布置在位于内燃机排气系统内的催化剂载体或基体中，用来使这些排气成分中的部分或全部转换成非管制的(non-regulated)排气组分。例如，内燃机的排气系统可包含下列中的一种或多种：包含贵金属的氧化催化剂(OC)装置，用于还原CO和过量的HC；选择性催化还原剂(SCR)装置，用于还原NOx；和用于去除颗粒物质的颗粒过滤器(PF)装置。

现在用的排气处理技术用于高水平的颗粒物质还原，颗粒过滤装置可使用多种已知的排气过滤器结构中的一种，其已经在从排气中去除颗粒物质方面显示出较高效率。这种排气过滤器结构可包含但不限于陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，缠绕或者填充纤维过滤器，开孔泡沫，烧结金属纤维等等。陶瓷壁流式过滤器在汽车应用中已经被广为接受。

该排气过滤器结构是这样一种物理结构，其将颗粒物从排气中除去，结果是，过滤的颗粒物质在排气过滤器结构中的聚积将会具有使得内燃机所经历的且必须由其克服的排气系统中的背压增大的效果。为了解决在排气过滤器结构中由于排气颗粒物的聚集而产生的背压增加，颗粒过滤装置需要进行周期性清洁或再生。汽车应用中颗粒过滤装置的再生大多是自动进行的，由发动机或其他以由发动机以及排气系统传感器产生的信号为基础的控制器控制。再生过程包括提升颗粒过滤装置的排气过滤气结构的温度(主要是通过加热发动机排气)，使之通常超过600℃的温度来燃烧聚积的颗粒物。

一种在排气系统中产生所需的排气温度用于颗粒过滤装置中的排气过滤器结构再生的方法是，将未燃烧的HC输送到位于颗粒过滤装置上游的氧化催化(OC)装置或者输送到位于颗粒过滤装置本身中的氧化催化剂化合物。HC可通过指引燃料喷射进入排气系统而被传输到排气系统或者可通过内燃机的过量燃料供给或延迟燃料喷射来实现。其结果是与流动通过排气系统的排气混合的未燃烧HC被氧化催化剂氧化产生放热反应从而提升排气的温度。被加热的排气使得颗粒过滤装置的排气过滤器结构中聚积的颗粒物燃烧。对排气过滤器结构添加氧化催化剂可以帮助降低煤烟和颗粒物的氧化温度，且因此降低所需要的再生温度。结果是增加了颗粒过滤装置的耐用性和降低了HC的再生要求，因此提高了内燃机的燃料经济性。另外，这种应用于颗粒过滤装置的排气过滤器结构的氧化催化剂对氧化排气中剩余的所有过量HC也很有用，还能帮助还原导致煤烟和颗粒物燃烧的一氧化碳组分(CO)。

已经被研发用来降低在过量氧气中燃烧燃料的内燃机所产生的排气中NOx排放物的水平的技术包含选择性催化还原(SCR)装置。在SCR装置中的SCR催化剂成分优选包含沸石和一种或多种贱金属组分，比如铁(Fe)，钴(Co)，铜(Cu)或钒(V)，其能在有还原剂如氨(NH₃)的情况下有效地转换排气中的NOx成分。设置在SCR装置上游和下游位置的NOx传感器监测NOx转换效率，且还原剂控制系统利用该传感器提供的信息来确定要喷射到排气系统中以供SCR装置使用的NH₃量。