NOx吸附器再生系統和方法
2023-05-19 22:03:01
專利名稱：NOx吸附器再生系統和方法
技術領域：
本發明的示範性實施例涉及用於內燃機的廢氣處理系統，並且更具體地涉及用於在發動機關閉之後再生NOx吸附器的系統和方法。
背景技術：
從內燃機特別是柴油發動機中排出的廢氣是非均質混合物，其包含氣體排放物例如一氧化碳(「Co」)、未燃燒的烴(「HC」)和氮氧化物(「NOx」)以及構成顆粒物(「PM」) 的凝聚相材料(液體和固體)。通常布置在催化劑載體或基板上的催化劑組合物被設於發動機排氣系統內以將這些廢氣成分中的部分或全部轉化為非常規的廢氣組分。已經研發出的用於在過量氧氣中燃燒燃料的稀燃發動機(例如柴油發動機)內降低NOx排放水平的技術包括選擇性催化還原(「SCR」)設備。SCR催化劑組合物優選地包含沸石以及一種或多種基底金屬組分例如鐵(「Fe」)、鈷(「Co」)、銅(「Cu」)或釩(「V」)， 它們可以有效工作以在有還原劑例如氨(「NH/』)的情況下還原廢氣內的NOx成分。儘管使用催化劑有助於降低SCR設備運行所需的激活能量，但是柴油發動機或其他稀燃發動機不斷提高的效率會在正常運行時以及發動機啟動後造成更低的廢氣溫度。這種更低的工作溫度會延遲SCR設備的操作啟動，其需要達到最低工作溫度來有效地還原NOx。通常，SCR 直到發動機啟動幾分鐘之後才能達到合適的工作溫度。由於機動車輛的排放標準越來越嚴格，因此這樣的延遲就不再是可行的。減緩催化劑起燃的主要原因除了經歷的廢氣溫度更低以外還有發動機以及延伸在發動機和SCR設備之間的廢氣系統的熱質量。熱質量可以包括發動機、發動機排氣歧管、氧化催化劑(「0C」)設備以及排氣管。在發動機冷啟動之後將SCR設備加熱至工作溫度的時段期間，或者在輕載運行期間SCR設備冷卻至其低於其工作溫度時，可以被用於幫助控制排放的NOx的技術是在低於 SCR設備可供使用的溫度下收集和保留NOx成分的NOx吸附器設備。NOx吸附器設備是一種被動式設備，其包括吸附劑塗層，吸附劑塗層可以包括基於溫度的沸石NOx吸附劑複合物或者在低溫下收集並保留NOx成分的其他合適的吸附劑複合物。隨著廢氣系統溫度的升高，吸附劑複合物釋放儲存的NOx成分用於由SCR設備轉化。在使用被動式NOx吸附器設備時的一個難題是要在關閉發動機時確保清除設備中儲存的NOx成分，以使得在發動機重新啟動時設備就已準備好進行工作。
發明內容
在本發明的一個示範性實施例中，一種用於內燃機的廢氣後處理系統包括與內燃機流體連通並且被設置用於從內燃機接收廢氣的排氣管。氧化催化劑NOx吸附器設備具有與排氣管流體連通的入口和出口，並且氧化催化劑複合物和NOx吸附劑複合物被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中。燃料噴射器被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送烴燃料，還有氣泵被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送空氣。燃料噴射器和氣泵向排氣管和氧化催化劑NOx吸附器設備提供燃料和空氣。在本發明的另一個示範性實施例中，公開了一種操作用於內燃機的廢氣後處理系統的方法，廢氣後處理系統具有與內燃機流體連通並且被設置用於從內燃機接收廢氣的排氣管，具有與排氣管流體連通的入口和出口的氧化催化劑NOx吸附器設備，被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的氧化催化劑複合物，被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的 NOx吸附劑複合物，被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送烴燃料的燃料噴射器，被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送空氣的氣泵，被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備下遊與排氣管和氧化催化劑NOx吸附器設備流體連通的選擇性催化還原設備，以及在選擇性催化還原設備內用於還原從氧化催化劑NOx吸附器設備中釋放的NOx成分的選擇性催化還原催化劑組合物，所述方法包括確定內燃機處於停機狀態，監測NOx吸附劑複合物的溫度，在NOx吸附劑複合物的溫度低於NOx釋放溫度時激活燃料噴射器以向排氣管內噴射燃料並且激活氣泵以與噴射的燃料混合併將其帶至氧化催化劑NOx吸附器設備，以及在NOx吸附劑複合物的溫度處於或者高於NOx釋放溫度時停用燃料噴射器和氣泵。方案1 : 一種用於內燃機的廢氣後處理系統，包括
與內燃機流體連通並且被設置用於從內燃機接收廢氣的排氣管； 氧化催化劑NOx吸附器設備，具有與排氣管流體連通的入口和出口 ； 被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的氧化催化劑複合物； 被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的NOx吸附劑複合物； 被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送烴燃料的烴輸送系統；以及
被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送空氣的氣泵，其中烴輸送系統和氣泵向排氣管和氧化催化劑NOx吸附器設備提供燃料和空氣。方案2 如方案1所述的廢氣後處理系統，進一步包括
設置在氧化催化劑NOx吸附器設備下遊與排氣管和氧化催化劑NOx吸附器設備流體連通的選擇性催化還原設備；以及
選擇性催化還原設備內的選擇性催化還原催化劑組合物。方案3 如方案1所述的廢氣後處理系統，其中氧化催化劑NOx吸附器設備進一步包括至少一塊流通式基板，具有施加在其上的氧化催化劑組合物和NOx吸附劑複合物。方案4:如方案2所述的廢氣後處理系統，其中選擇性催化還原設備進一步包括至少一塊流通式基板，具有施加在其上的選擇性催化還原催化劑複合物。方案5 如方案2所述的廢氣後處理系統，進一步包括控制器，控制器與內燃機、廢氣處理系統、還原劑輸送系統和氣泵信號通信並且被設置用於在內燃機關閉後操作還原劑輸送系統和氣泵。方案6 如方案5所述的廢氣後處理系統，其中烴輸送系統包括燃料噴射器。方案7 如方案1所述的廢氣後處理系統，其中氧化催化劑複合物包括從鉬(Pt)、 鈀(Pd)、銠0 )或其他合適的氧化催化劑或其組合構成的群組中選出的鉬族金屬。方案8 如方案1所述的廢氣後處理系統，其中NOx吸附劑複合物包括沸石NOx吸附劑複合物。方案9 如方案2所述的廢氣後處理系統，其中選擇性催化還原催化劑組合物包括沸石以及包括鐵(「Fe」)、鈷(「Co」)、銅(「Cu」)或釩或其組合的基底金屬組分。方案10 —種用於內燃機的廢氣後處理系統，包括
與內燃機流體連通並且被設置用於從內燃機接收廢氣的排氣管； 氧化催化劑NOx吸附器設備，具有與排氣管流體連通的入口和出口 ； 被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的氧化催化劑複合物； 被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的NOx吸附劑複合物； 被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送烴燃料的燃料噴射器；
被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送空氣的氣泵，其中燃料噴射器和氣泵向排氣管和氧化催化劑NOx吸附器提供燃料和空氣；
設置在氧化催化劑NOx吸附器設備下遊與排氣管和氧化催化劑NOx吸附器設備流體連通的選擇性催化還原設備；以及
選擇性催化還原設備內用於還原從氧化催化劑NOx吸附器設備中釋放的NOx成分的選擇性催化還原催化劑組合物。方案11 一種操作用於內燃機的廢氣後處理系統的方法，廢氣後處理系統包括與內燃機流體連通並且被設置用於從內燃機接收廢氣的排氣管，具有與排氣管流體連通的入口和出口的氧化催化劑NOx吸附器設備，被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的氧化催化劑複合物，被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的NOx吸附劑複合物，被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送烴燃料的烴輸送系統，被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送空氣的氣泵，被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備下遊與排氣管和氧化催化劑NOx吸附器設備流體連通的選擇性催化還原設備，以及在選擇性催化還原設備內用於還原從氧化催化劑NOx吸附器設備中釋放的NOx成分的選擇性催化還原催化劑組合物，所述方法包括
確定內燃機處於停機狀態； 監測NOx吸附劑複合物的溫度；
在NOx吸附劑複合物的溫度低於NOx釋放溫度時激活烴輸送系統以向排氣管內輸送燃料並且激活氣泵以與噴射的燃料混合併將其帶至氧化催化劑NOx吸附器設備；以及在NOx吸附劑複合物的溫度處於或者高於NOx釋放溫度時停用烴輸送系統和氣泵。方案12 .如方案11所述的方法，其中所述監測NOx吸附劑的溫度包括測量氧化催化劑NOx吸附器設備下遊的排氣管內的溫度。根據以下結合附圖對本發明進行的詳細說明，本發明的上述特徵和優點以及其他特徵和優點將是顯而易見的。
在以下對僅作為示例的實施例的詳細說明中可以體現出其他的、特徵、優點和細節，詳細說明參照附圖給出，在附圖中
圖1是用於內燃機的廢氣處理系統的示意圖；圖2是示出了實施本發明各方面的一部分廢氣處理系統的工作模式的操作示意圖。
具體實施例方式以下說明本質上僅僅是示範性的而並不是為了限制本公開、其應用或用途。應該理解所有附圖中對應的附圖標記均表示類似或對應的部件和特徵。現參照圖1，本發明的一個示範性實施例涉及一種廢氣處理系統10，用於還原內燃機12中的常規廢氣成分。應該意識到內燃機12可以包括但不限於柴油發動機系統、汽油直噴發動機系統和均質充量壓燃發動機系統。廢氣處理系統包括排氣管14，排氣管14可以包括幾段，用於將廢氣16從內燃機 12輸送至廢氣處理系統10中不同的廢氣處理設備。廢氣處理設備可以包括氧化催化劑NOx 吸附器(「0CN」)設備18。在一個示範性實施例中，OCN設備18在與排氣管14流體連通並且被設置用於幫助廢氣16從其流過的入口沈和出口觀之間包括被封裝在剛性殼體或容器M內的流通式金屬或陶瓷整體基板20 ( 「基板」)。基板20具有設置在其上的氧化催化劑複合物22。氧化催化劑複合物可以被添加為洗塗層(wash coat)並且可以包含鉬族金屬例如鉬(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)或其他合適的氧化催化劑或其組合。OCN設備18可有效用於處理作為廢氣16的一部分從發動機12排出的未燃燒氣體以及非揮發性的HC和C0，它們被氧化以生成二氧化碳和水。在一個示範性實施例中，基板20還可以包括設置在其上的NOx吸附劑複合物30。 NOx吸附劑複合物30可以被添加為洗塗層並且可以包含沸石NOx吸附劑複合物或其他合適的NOx吸附劑複合物用於在低於選定的廢氣溫度時吸附並儲存廢氣16中存在的NOx成分。 因此OCN設備18可以有效用於通過氧化來處理作為廢氣16的一部分從發動機12排出的未燃燒氣體以及非揮發性的HC和CO以生成二氧化碳和水以及吸附和儲存NOx成分。在另一個實施例中，NOx吸附劑可以被添加為在氧化催化劑複合物22下遊的相同容器M或獨立容器(未示出)內支撐的單獨基板(未示出)。在一個示範性實施例中，選擇性催化還原(「SCR」)設備38被設置在OOT設備18 的下遊。以類似於0⑶設備的方式，SCR設備38也可以包括被封裝在剛性殼體或容器42 內的流通式陶瓷或金屬整體基板(「基板」)40，容器42具有與排氣管14流體連通並被設置用於幫助廢氣16從其流過的入口 44和出口 46。基板40具有添加在其上的SCR催化劑組合物41。SCR催化劑組合物優選地包含沸石以及一種或多種基底金屬組分例如鐵(「狗」)、 鈷(「Co」)、銅(「Cu」)或釩，它們可以有效工作以在有還原劑48的情況下還原廢氣16內的NOx成分，還原劑例如是氨("NH3」)，其在設備溫度處於200°C或以上的範圍時通過還原劑噴射器M被噴射到SCR設備38上遊的廢氣處理系統內。在SCR設備38的工作溫度低於SCR設備38中的SCR催化劑組合物41的活性工作溫度時，廢氣16中的NOx成分由OCN 設備18中的NOx吸附劑複合物30吸附。在一個示範性實施例中，位於OCN設備18上遊與排氣管14中的廢氣16流體連通的是烴輸送系統，被設置用於在氧化催化劑上遊輸送烴。在圖1所示的示範性實施例中，還原劑輸送系統是HC或燃料噴射器58。燃料噴射器58與燃料供應罐62內的燃料60通過燃料管路64流體連通，被設置為向排氣管14內引入未燃燒的、包含烴的燃料60用於輸送至 OCN設備18。
在一個示範性實施例中，位於OCN設備18上遊與排氣管14流體連通的是氣泵16， 被設置用於向廢氣處理系統10中的排氣管14提供空氣。控制器例如傳動系或車輛控制器68通過與多個傳感器例如監測SCR設備38入口 44附近溫度的溫度傳感器70和監測OCN設備18出口觀附近溫度的溫度傳感器72的信號通信而被有效連接至廢氣處理系統10並且監測廢氣處理系統10。基於各種測量參數，包括來自溫度傳感器70和72的測量參數在內，控制器68被設置用於操作燃料噴射器58以給排氣管14提供燃料60以及操作氣泵66以向排氣管14內的廢氣16提供空氣。如本文中所用的術語控制器可以包括專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一個或多個軟體或固件程序的處理器(共享、專用或群組)和存儲器、組合邏輯電路和/或提供所述功能的其他合適部件。參照圖2，示出了操作一部分廢氣後處理系統10的示範性實施例。操作在80處開始並且在內燃機12的關閉狀態82之後運行。在另一個示範性實施例中，操作可以在內燃機12工作期間持續運行。控制器68在83處通過溫度傳感器72監測OCN設備18的溫度以確定溫度是否處於NOx吸附劑複合物未被吸附和儲存在OCN設備內的水平(約300°C或以上)，被稱作NOx釋放溫度。如果控制器68在83處確定(確定NOx儲存閾值)溫度低於 NOx釋放所需的溫度，那麼它就在84處激活燃料噴射器58以向排氣管14內噴射燃料60並且激活氣泵66以與噴射的燃料60混合併將其帶至OCN設備18。如果溫度高於NOx釋放所需的溫度，那麼操作即可在92處終止。在86處，噴射的燃料60和空氣會在其經過OCN設備18時氧化並且將NOx吸附劑複合物30快速加熱至可以允許其由此釋放儲存的NOx成分的溫度。釋放的NOx成分可以從OCN設備18向下遊流動至SCR設備38，其在發動機關閉之後仍然處於工作溫度下並且用NH3還原劑飽和。在離開廢氣處理系統10之前，NOx成分即可在SCR設備中被還原為非常規的廢氣成分。當在88處由控制器68確定NOx成分的儲量適合進行吸附時(由處於或者高於NOx釋放溫度的時間確定)，控制器68即可在90處停用氣泵66和燃料噴射器58並且操作就在92處結束。OCN設備18中儲存的NOx現在就已被清除，並且準備好用於在發動機12下一次冷啟動時快速吸附NOx成分。儘管已經參照示範性實施例介紹了本發明，但是本領域技術人員應該理解可以做出各種修改並且可以用等價物來代替其中的元件而並不背離本發明的保護範圍。另外，可以進行很多變形以使特定的情況或材料適用於本發明的教導而並不背離其實質範圍。因此，應該理解本發明並不局限於作為設想用於實現本發明的最佳模式而公開的特定實施例，而且本發明應該包括落入本申請保護範圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種用於內燃機的廢氣後處理系統，包括與內燃機流體連通並且被設置用於從內燃機接收廢氣的排氣管； 氧化催化劑NOx吸附器設備，具有與排氣管流體連通的入口和出口 ； 被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的氧化催化劑複合物； 被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的NOx吸附劑複合物； 被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送烴燃料的烴輸送系統；以及被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送空氣的氣泵，其中烴輸送系統和氣泵向排氣管和氧化催化劑NOx吸附器設備提供燃料和空氣。
2.如權利要求1所述的廢氣後處理系統，進一步包括設置在氧化催化劑NOx吸附器設備下遊與排氣管和氧化催化劑NOx吸附器設備流體連通的選擇性催化還原設備；以及選擇性催化還原設備內的選擇性催化還原催化劑組合物。
3.如權利要求1所述的廢氣後處理系統，其中氧化催化劑NOx吸附器設備進一步包括至少一塊流通式基板，具有施加在其上的氧化催化劑組合物和NOx吸附劑複合物。
4.如權利要求2所述的廢氣後處理系統，其中選擇性催化還原設備進一步包括至少一塊流通式基板，具有施加在其上的選擇性催化還原催化劑複合物。
5.如權利要求2所述的廢氣後處理系統，進一步包括控制器，控制器與內燃機、廢氣處理系統、還原劑輸送系統和氣泵信號通信並且被設置用於在內燃機關閉後操作還原劑輸送系統和氣泵。
6.如權利要求5所述的廢氣後處理系統，其中烴輸送系統包括燃料噴射器。
7.如權利要求1所述的廢氣後處理系統，其中氧化催化劑複合物包括從鉬(Pt)、鈀 (Pd)、銠0 )或其他合適的氧化催化劑或其組合構成的群組中選出的鉬族金屬。
8.如權利要求1所述的廢氣後處理系統，其中NOx吸附劑複合物包括沸石NOx吸附劑複合物。
9.一種用於內燃機的廢氣後處理系統，包括與內燃機流體連通並且被設置用於從內燃機接收廢氣的排氣管； 氧化催化劑NOx吸附器設備，具有與排氣管流體連通的入口和出口 ； 被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的氧化催化劑複合物； 被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的NOx吸附劑複合物； 被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送烴燃料的燃料噴射器；被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送空氣的氣泵，其中燃料噴射器和氣泵向排氣管和氧化催化劑NOx吸附器提供燃料和空氣；設置在氧化催化劑NOx吸附器設備下遊與排氣管和氧化催化劑NOx吸附器設備流體連通的選擇性催化還原設備；以及選擇性催化還原設備內用於還原從氧化催化劑NOx吸附器設備中釋放的NOx成分的選擇性催化還原催化劑組合物。
10. 一種操作用於內燃機的廢氣後處理系統的方法，廢氣後處理系統包括與內燃機流體連通並且被設置用於從內燃機接收廢氣的排氣管，具有與排氣管流體連通的入口和出口的氧化催化劑NOx吸附器設備，被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的氧化催化劑複合物，被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備中的NOx吸附劑複合物，被連接至氧化催化劑NOx 吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送烴燃料的烴輸送系統，被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備上遊的排氣管並與其流體連通用於向其輸送空氣的氣泵，被設置在氧化催化劑NOx吸附器設備下遊與排氣管和氧化催化劑NOx吸附器設備流體連通的選擇性催化還原設備，以及在選擇性催化還原設備內用於還原從氧化催化劑NOx吸附器設備中釋放的NOx成分的選擇性催化還原催化劑組合物，所述方法包括 確定內燃機處於停機狀態； 監測NOx吸附劑複合物的溫度；在NOx吸附劑複合物的溫度低於NOx釋放溫度時激活烴輸送系統以向排氣管內輸送燃料並且激活氣泵以與噴射的燃料混合併將其帶至氧化催化劑NOx吸附器設備；以及在NOx吸附劑複合物的溫度處於或者高於NOx釋放溫度時停用烴輸送系統和氣泵。
全文摘要
本發明公開了NOx吸附器再生系統和方法。一種用於發動機的廢氣後處理系統，包括氧化催化劑NOx吸附器，其中設有氧化催化劑複合物和NOx吸附劑複合物。燃料噴射器被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備並與其流體連通用於向其輸送烴燃料，並且氣泵被連接至氧化催化劑NOx吸附器設備並與其流體連通用於向其輸送空氣。燃料噴射器和氣泵在內燃機關閉後向氧化催化劑NOx吸附器設備提供燃料和空氣用於其氧化並且將NOx吸附劑複合物加熱至NOx釋放溫度。
文檔編號F01N3/20GK102465738SQ20111036102
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月15日 優先權日2010年11月15日
發明者V. 岡策 E., C. 貝德福德 J., J. 小帕拉託爾 M. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司