用於渦輪增壓發動的緊密連接的排氣後處理系統的製作方法

2023-06-09 11:51:31

專利名稱：用於渦輪增壓發動的緊密連接的排氣後處理系統的製作方法
技術領域：
本發明的示例性實施例涉及排氣後處理系統，更具體地說，涉及用於稀燃內燃機和具有該稀燃內燃機的車輛的排氣後處理系統。
背景技術：
內燃機需要滿足減排和提高燃油經濟性的各種法規。提高燃油經濟性的方法的一個例子是使運行的內燃機的空/燃比貧於(多氧)化學計量的空燃比。稀燃發動機的例子包括壓燃式(柴油機)和稀燃式火花點火發動機。雖然稀燃發動機具有較好的燃油經濟性，和較低的燃燒溫度，但較低的燃燒溫度通常會提高發動機排放中氮氧化物(NOx)的排放量，但是由於缺少有效的方法在稀排氣流從排氣尾管排出之前除去足夠的NOx以滿足法規， 所以稀燃發動機的商業應用受到了限制。從包括過量氧氣的排氣流中減少NOx排放物對於車輛製造商來說是個挑戰。據估計，要遵守美國Bin5法規，需要後處理系統在200-550°C範圍的各種工作溫度時基於當前預測的發動機排放NOx水平，能夠在FTP (聯邦測試程序)循環中具有70-90%的NOx轉化效率。各種後處理系統已經被應用到採用了各種排氣後處理裝置的車輛設備上。尿素選擇性催化還原(SCR)催化劑裝置採用NOx還原劑，例如尿素，其被噴射到催化劑的上遊，並被轉化為氨以用於從NOx到N2的還原。利用尿素作為還原劑需要尿素分配基礎結構和用於該二次流體的車載檢測系統，而且可能需要熱量管理以克服寒冷氣候下的潛在問題，該問題由於尿素溶液相對高的冰點(_12°C)而產生。NOx儲存SCR催化劑，例如NOx阱(NOx trap)，通常需要較大的催化劑容量，大量的鉬族金屬和含硫量低的燃油，以進行有效的儲存操作。這種系統需要周期性的催化劑再生，包括燃油噴射以產生高排氣溫度以及還原劑噴射以再生催化劑的儲存材料。雖然採用SCR催化劑的系統已經被用於在具有過量氧氣的排氣流中的NOx還原， 但是各種催化劑的封裝(packaging)是個問題，特別是在較短軸距的小型車輛中，只有較小的可用空間來封裝期望的催化劑組合。例如，在一些小型車輛中，為了使SCR催化劑材料的熱降解(thermal degradation)最小化，從而使SCR催化劑的工作壽命最大化，需要在最遠離發動機並且排氣系統工作溫度最低處進行封裝SCR催化劑。但是這種配置是理想化的，通常沒有足夠的空間在封裝SCR催化劑的同時還為噴射的尿素轉化為氨提供所需的混合長度，尤其是如果系統還採用一個或多個附加的排氣後處理裝置時更是如此，該排氣後處理裝置用於NOx的還原或者其他排氣成分包括一氧化碳(CO)、各種碳氫化合物(HC)、顆粒物(PM)等的氧化或還原。即使這些處理裝置設置在遠離發動機以降低其工作溫度並延長裝置工作壽命的位置，仍然經常有發生衝突的考慮，例如裝置的再生，其需要通過再加熱周期性地提高裝置溫度，這通常消耗燃油並降低了發動機和車輛的效率並降低了燃油經濟性。總體來說，排氣處理系統必須平衡這些衝突的考慮，滿足可行的排放控制需求，尤其是 NOx的還原，同時滿足可行的燃油經濟性和其他的發動機和/或車輛需求。
因此，需要提供用於內燃機尤其是車輛發動機的排氣後處理系統，其能提供增強的靈活性以滿足衝突性的需求，包括與NOx還原、燃油經濟性、熱管理、系統/裝置工作壽命等有關的需求。

發明內容
在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種緊密連接的排氣後處理系統。該系統包括，第一排氣通道，其包括在第一位置和第二位置之間可操作的第一閥，該第一位置將第一排氣通道內的排氣流推進到第一氧化催化劑(OC)的入口，該第二位置推進第二排氣通道內的排氣流。該系統還包括第三排氣通道，其流體連接到該OC出口，該第三排氣通道包括在第一位置和第二位置之間可操作的第二閥；該第一位置將第三排氣通道內的排氣流推進到顆粒過濾器(PF)的入口，該第二位置推進排氣流經過第四排氣通道到達第二排氣通道內的入口。該系統還包括渦輪增壓器，其流體連接到上述入口下遊的第二排氣通道，該系統還包括選擇性催化還原(SCR)催化劑，其流體連接到該渦輪增壓器以從該渦輪增壓器接收排氣流，其中顆粒過濾器還流體連接到選擇性催化還原催化劑以從該選擇性催化還原催化劑接收排氣流。本發明的上述特徵和優點以及其他特徵和優點從下面參考附圖對本發明的具體描述中更容易理解。本發明還提供如下技術方案1. 一種緊密連接的排氣後處理系統和渦輪增壓器，包括第一排氣通道，其包括在第一位置和第二位置之間可操作的第一閥，所述第一位置將所述第一排氣通道內的排氣流推進到氧化催化劑(OC)的入口，所述第二位置推進第二排氣通道內的排氣流；第三排氣通道，其流體連接到所述氧化催化劑出口，所述第三排氣通道包括在第一位置和第二位置之間可操作的第二閥；所述第一位置將所述第三排氣通道內的排氣流推進到顆粒過濾器(PF)的入口，所述第二位置推進所述排氣流經過第四排氣通道到達所述第二排氣通道內的入口；渦輪增壓器，其流體連接到所述入口下遊的所述第二排氣通道；選擇性催化還原(SCR)催化劑，其位於所述渦輪增壓器下遊並流體連接到所述渦輪增壓器以從所述渦輪增壓器中接收排氣流，並且所述選擇性催化還原催化劑位於所述顆粒過濾器上遊並流體連接到所述顆粒過濾器以向所述顆粒過濾器提供排氣流。2.如方案1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，還包括殼體，其中所述氧化催化劑、選擇性催化還原催化劑和顆粒過濾器都設置在所述殼體內。3.如方案2所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述第一排氣通道、第二排氣通道、第三排氣通道和第四排氣通道設置在所述殼體上或所述殼體內，或者是二者的
糹口口。4.如方案1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，還包括發動機，其中所述第一排氣通道附接到所述發動機的排氣口。5.如方案1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述氧化催化劑包括第一氧化催化劑和第二氧化催化劑，所述第二氧化催化劑流體連接到所述第一氧化催化劑並位於所述第一氧化催化劑下遊。6.如方案1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述渦輪增壓器設置在所述殼體上。7.如方案1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述第一閥和所述第二閥的位置可移動地配置為限定第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式。8.如方案7所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中在所述第一工作模式下， 所述第一閥處於所述第一位置，所述第二閥處於所述第二位置，並且排氣流沿著第一路徑通過所述氧化催化劑、渦輪增壓器和選擇性催化還原催化劑。9.如方案7所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中在所述第二工作模式下， 所述第一閥處於所述第二位置，所述第二閥處於所述第二位置，並且排氣流沿著第二路徑通過所述渦輪增壓器、選擇性催化還原催化劑和顆粒過濾器。10.如方案7所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中在所述第三工作模式下， 所述第一閥處於所述第一位置，所述第二閥處於所述第一位置，並且排氣流沿著第三路徑通過所述氧化催化劑和所述顆粒過濾器。11.如方案7所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述第一閥或第二閥或者它們的組合包括可電控制的閥或可恆溫控制的閥，或者其組合。12.如方案1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述選擇性催化還原催化劑包括稀NOx阱(LNT)或者尿素-選擇性催化還原(U-SCR)催化劑，或者其組合。13.如方案1所述的排氣後處理系統，其中所述選擇性催化還原催化劑包括稀NOx 阱和尿素-選擇性催化還原催化劑，所述稀NOx阱流體連接到所述渦輪增壓器並且所述尿素-選擇性催化還原催化劑設置在所述顆粒過濾器上。14.如方案1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，還包括發動機和殼體，在發動機中所述第一排氣通道流體連接到所述發動機的排氣口，所述氧化催化劑、選擇性催化還原催化劑和顆粒過濾器設置在所述殼體內，並且所述第一排氣通道、第二排氣通道、第三排氣通道和第四排氣通道設置在所述殼體上或所述殼體內，或者其組合。15.如方案14所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，還包括廢熱回收裝置，所述廢熱回收裝置熱連接到所述氧化催化劑以給第二車輛系統提供熱量，所述第二車輛系統可操作地連接到所述發動機。16.如方案15所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述廢熱回收裝置是熱交換器，所述第二車輛系統包括發動機冷卻劑系統、發動機潤滑系統、變速器系統、供電系統、儲電系統、液壓系統、燃料系統或環境控制系統，或者其組合。17.如方案15所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述氧化催化劑和第二車輛系統的熱連接可在熱連接狀態和熱斷開狀態之間切換。18.如方案14所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述渦輪增壓器的壓縮機出口流體連接到所述發動機的進氣口，以向其中提供第一增壓進氣流，並且還包括增壓器，所述增壓器也流體連接所述進氣口，以向其中提供第二增壓進氣流。19.如方案14所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，還包括廢熱回收裝置，所述廢熱回收裝置流體且熱連接到所述排氣後處理系統，所述排氣後處理系統鄰近所述顆粒過濾器，在所述顆粒過濾器的上遊或下遊，從而向第二系統提供熱量，所述第二系統可操作地連接到所述發動機。20.如方案19所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述廢熱回收裝置是熱交換器，所述第二系統包括發動機冷卻劑系統、發動機潤滑系統、變速器系統、供電系統、儲電系統、液壓系統、燃料系統或環境控制系統，或者其組合。21.如方案1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，還包括所述顆粒過濾器下遊的淨化催化劑。22.如方案21所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述淨化催化劑包括第
二氧化催化劑。


通過舉例的方式，其他目的、特徵、優點和細節體現在下文具體實施例的詳細說明中，該詳細說明參照的附圖是圖1是本文公開的發動機和緊密連接(closely-coupled)的排氣後處理系統的示例性實施例的透視圖；圖2是圖1中排氣後處理系統的放大的透視圖；圖3、4和5是圖1中排氣後處理系統在本文公開的各種示例性操作模式的示意圖；以及圖6-8是本文公開的發動機和緊密連接的排氣後處理系統的第二示例性實施例在本文公開的各種示例性操作模式的示意圖。
具體實施例方式參照圖1-5，是內燃機10的示例性實施例，其尤其適用於很多類型的機動車輛1， 例如汽車、輕型卡車、水上車輛、ATV等，以及各種固定安裝設備，例如發電機、泵等。發動機 10與排氣後處理系統12流體連接，包括多個流體連接的排氣後處理裝置14，用於處理發動機運行產生的排氣流16。排氣後處理系統12與渦輪增壓器18流體連接，或者與多個渦輪增壓器(未示出)流體連接。在一個示例性實施例中，排氣後處理系統12被配置為用作緊密連接的系統，在其中排氣後處理裝置14被容納在單個殼體20內，該殼體可以與發動機 10的排氣口 24，或者被配置為接收來自多個氣缸的排氣流並通過至少一個排氣口 M將排氣流排出的排氣歧管22直接連接，從而減少熱損失和提高某些排氣後處理裝置14的工作效率。排氣後處理裝置14通過內部管道和閥的結合被流體連接，這些管道和閥允許對排氣流16靈活地重新配置和控制，以提供多種工作模式。這些工作模式可被用於對排氣後處理系統12和排氣後處理裝置14的特定配置進行限定，以提供對預定排氣成分的處理或對預定排氣後處理裝置14進行再生。這些工作模式還可被用於平衡所有排氣後處理裝置14的工作溫度，使得各裝置經受的工作溫度狀況為該裝置提供預定的工作壽命。該排氣後處理系統12然後可被設計為使各排氣後處理裝置14獲得最小的預定工作壽命，這提供了排氣後處理12的預定平均無故障時間(MTBF)或其他工作壽命參數。例如，當從發動機10到排氣後處理系統12的排氣流16包含未燃HC時，管道和閥的配置限定了用於發動機10冷啟動的啟動模式(圖2和3)，從而促進OC 26的快速點火以氧化HC和防止或減少HC排出系統。在該模式中，系統12引導排氣流16流過渦輪增壓器18、SCR催化劑28和PF 30以獲得它們的工作效果，以及加熱SCR催化劑觀和PF 30並提高它們的工作溫度。作為另一個例子，普通工作模式(圖2和4)被管道和閥38，50的配置所限定，一旦達到預定工作溫度或排氣成分的混合，或兩種都滿足時，將排氣流16分流繞過OC 26並流過渦輪增壓器18、 SCR催化劑觀和PF 30。作為另一個例子，再生模式(圖2和5)可被管道和閥的配置所限定，以促使排氣流16流過OC 26直接到PF 30，同時分流繞過渦輪增壓器18和部分SCR催化劑28，從而通過PF 30的過濾作用收集到的PM的氧化使PF 30再生。再次參照圖1-5，排氣後處理系統12可與任何渦輪增壓內燃機10和發動機控制系統32—起使用。示例性發動機10和發動機控制系統32包括傳統的四缸柴油機、汽油機或天然氣燃料內燃機和發動機電子控制模塊(ECM) 34。發動機10可包括壓燃式發動機或柴油機，其具有工作狀況使得其主要是稀燃發動機，並且在空氣/燃料混合物中燃料量低於或稀於燃燒所需的化學計量下操作，或者從另一方面講，氧氣超過化學計量。替代地，發動機 10可包括採用化學計量稀燃操作的多個發動機控制策略中任一個的發動機，化學計量稀燃操作例如是均質充氣壓燃發動機和稀燃火花點火發動機。發動機10包括與曲軸(未示出) 連接的一個或多個往復活塞(未示出)，曲軸可操作地與車輛1的傳動系統(未示出)或動力系(未示出)連接，從而向傳動系統傳遞牽引扭矩。在工作期間，發動機10中的內部燃燒過程產生的排氣進料流(feedstream)或排氣流16沿圖示方向流動，並包括受控制的成分作為燃燒副產物，其在從系統中釋放例如釋放到外部環境之前必須被排氣後處理系統12 轉化。發動機10在稀燃條件下產生的排氣流16的成分包括HC，CO, NOx和PM。排氣後處理系統12是集成系統，用於處理排氣流16中的控制(regulated)成分以產生這樣的氣流，該氣流包含非控制成分或者控制成分的量可從系統排向外部環境，例如通過把控制成分的量減少到可接收的水平或者通過化學方法把控制成分轉化為可排放的非控制物質。一個排氣歧管22或者多個歧管以及相關管道把排氣流16輸送和引導到排氣口 24，並經過排氣口流進排氣後處理系統12。內部排氣歧管22，即圖3-5所示位於氣缸蓋或發動機內，對於促進排氣後處理系統12的緊密連接是尤其有用的，但是內部和外部排氣歧管都可用於與排氣後處理系統12的連接。排氣後處理系統12包括多個流體連接並容納在殼體20內的排氣後處理裝置14， 並由多個管道和閥的組合連接，該閥可以從一個位置(例如，開)切換到另一個位置(例如，關)，以限定多個穿過系統的氣流通道，提供多種不同的排氣後處理裝置的組合。閥可以從全開移動到全閉位置，也可以移動到部分開或部分閉的位置。殼體20可以具有任何合適的殼體形狀或尺寸，可以由任何合適的能承受系統的工作溫度的高溫材料形成，在一個示例性實施例中，工作溫度範圍是約200-550°C。殼體20的合適材料包括各種金屬，例如各種等級的不鏽鋼，以及各種陶瓷材料。排氣後處理裝置14的多種組合限定了相應的排氣後處理系統12工作的多種工作模式或構型。排氣後處理系統12還包括與排氣口對流體連接的第一排氣管36。此處所述的流體連接是指密封的連接，足以允許排氣後處理系統12和排氣後處理裝置14內的排氣流16 具有預定工作壓力和流速。可以通過傳統的流體連接裝置進行流體連接，包括可關閉或可夾緊的法蘭和密封圈、密封墊或密封件、焊接件等。第一排氣管36包括可操作的，即根據預定工作控制方案或結構可移動的，第一閥38，在第一位置40(圖3和幻和第二位置42 (圖 4)之間移動。第一閥38移動到第一位置40促進了第一排氣管36內的排氣流16流向OC沈入口。OC沈可被容納在殼體20內形成的腔內，或者容納在設置在殼體20內的單獨的罐44內，例如金屬罐。第一閥38移動到第二位置42促進了第二排氣管46內排氣流16的流動，第二排氣管在第一閥38和渦輪增壓器18的入口之間延伸。排氣後處理系統12還包括與OC 26的出口流體連接的第三排氣管48。第三排氣管48從OC沈的出口延伸到PF 30的入口。第三排氣管48包括在第一位置52 (圖5)和第二位置M(圖3和4)之間可操作的第二閥50。第二閥50向第一位置52的移動促使第三排氣管48內的排氣流16流到PF 30的入口。第二閥50向第二位置M的移動促使排氣流16經第四排氣管56 (圖幻流到第二排氣管46內的入口 58。排氣後處理系統12被配置為與渦輪增壓器18 —起使用。渦輪增壓器18包括渦輪機蝸螺管道60，其繞渦輪機葉輪向內盤旋，並通過渦輪機噴嘴與管道流體連通。該噴嘴引導排氣流16穿過渦輪機葉輪上的渦輪機葉片並通過渦輪機出口 62被排出，從而引起渦輪機葉輪和與之連接的渦輪機軸的轉動；進而帶動壓縮機葉輪轉動，該壓縮機葉輪與所述軸的相反端連接。壓縮機葉輪的轉動把空氣吸入壓縮機進氣口 64，然後空氣流過壓縮機噴嘴時被壓縮，然後穿過壓縮機螺旋管道66和壓縮機出氣口 68時作為增壓進氣流70。渦輪增壓器18被設置在殼體20和渦輪機進氣口 72處，該進氣口 72朝向渦輪機螺旋管道60打開並與進氣口 58下遊的第二排氣管46流體連接。渦輪增壓器18作為排氣熱回收裝置，被配置為產生增壓進氣流70以提高發動機10的工作效率。排氣後處理系統12還包括SCR催化劑觀，其與渦輪機出氣口 62流體連接以接收來自該出氣口的排氣流16。PF催化劑30與SCR催化劑觀流體連接以接收來自SCR催化劑觀的排氣流16。PF 30與管道73流體連接以把處理後的排氣流16排向外界環境。SCR 催化劑30中的每一個可被容納在殼體20中的各個腔內，或者被分別容納在各個罐74，76內，例如金屬罐，這些罐被設置在殼體20內。PF 30還包括設置在過濾器上的SCR 催化劑90』，包括尿素-SCR(U-SCIi)催化劑以及與PF 30的組合，U-SCR催化劑可被容納在單個罐(例如罐76)內。第一排氣管36，第二排氣管46，第三排氣管48和第四排氣管56可以在殼體20內形成為集成的管，或者包括與各個排氣後處理裝置14流體連接或者互相流體連接的單獨通道或管，如本文所述，並被設置在殼體20上或殼體20內。通過設置在殼體20上，一個或多個管中的全部或一部分被設置在殼體20的外部，或者穿過殼體20的外壁延伸，如圖1和 2所示。第一閥38和第二閥50每個都包括電子控制閥或恆溫控制閥，或者包括電子控制閥或恆溫控制閥的組合。第一閥38和第二閥50包括任何合適的高溫閥，其具有與排氣後處理系統12同量的工作溫度範圍，包括任何合適的閥機構，包括門閥、提升閥、旋塞閥、球閥、 止回閥、蝶閥、隔膜閥、球形閥、針閥或夾管閥，或者它們的組合。第一閥38和第二閥50可以利用恆溫器或其他機械致動器被機械致動，或者利用電動馬達或電磁閥被電致動，或利用它們的組合。如上所述並參照圖3-5，第一閥38和第二閥50的位置可以可移動地被配置和控制，以限定多個工作模式，包括第一工作模式78 (圖幻，第二工作模式80 (圖4)和第三工作模式82(圖5)。例如，在圖3-5所示工作模式的實施例中，第一閥38在第一位置40和第二位置42之間是可移動的，第一位置40完全打開第一排氣管36並基本關閉第二排氣管46，第二位置42基本關閉第一排氣管36並完全打開第二排氣管46。類似地，第二閥50在第一位置52和第二位置M之間是可移動的，第一位置52完全打開第三排氣管48並基本關閉第四排氣管56，第二位置M基本關閉第三排氣管48並完全打開第四排氣管56。在其他示例性實施例中，第一閥38和第二閥50的其他位置也是可行的，包括限定這些閥部分打開和部分關閉的第一和第二位置的那些位置，或者利用這些閥的兩個以上位置限定相應的多個工作模式，或者利用這些閥的連續可變位置限定相應的多個工作模式。在第一工作模式78中，第一閥38位於第一位置40並且第二閥50位於第二位置討，排氣流16沿著第一路徑84 (圖2)流過OC 26、渦輪增壓器18、SCR催化劑觀和PF 30。 第一工作模式78尤其適合作為啟動或冷啟動模式，如本文所述，其中發動機10和排氣後處理系統12尚未達到預定工作溫度或預定的排氣成分混合物，例如，發動機10和排氣後處理系統12的溫度比預定工作溫度更低(更冷)，或者尚未獲得預定成分的稀燃混合物(例如，排氣成分混合物是燃料或富含HC)。在第一工作模式中，第一渦輪增壓器18被配置為向發動機的進氣口 111提供增壓進氣流70，或者替代地向進氣歧管113提供增壓進氣流以分配到發動機氣缸(未示出)。在第二工作模式80中(圖4)，第一閥38位於第二位置42並且第二閥位於第二位置討，排氣流16沿著第二路徑86(圖2)流過渦輪增壓器18、SCR催化劑28和PF 30。第二工作模式80尤其可用於普通工作模式，如本文所述，其中發動機10和排氣後處理系統12 已經達到預定工作溫度或預定的排氣成分混合物，例如，發動機10和排氣後處理系統12的溫度等於或大於預定工作溫度，其中SCR催化劑觀和PF 30正在起作用，或者處於與期望工作溫度相關的溫度範圍內，或者已經達到預定的排氣成分稀燃混合物(例如，排氣具有代表再生條件的溫度或混合物，或者NOx濃度大於預定量或出於預定量範圍內，需要利用 SCR催化劑觀或PF 30中的一個或兩個來控制廢氣排放，但是不使用OC 26) 0在第二工作模式中，第一渦輪增壓器18也被配置為向發動機的進氣口 111提供增壓進氣流70，或者向進氣歧管113提供進氣空氣流以分配到發動機氣缸(未示出)。在第三工作模式82中(圖5)，第一閥38位於第一位置40並且第二閥位於第一位置52，排氣流16沿著第三路徑87 (圖2)經過OC ^^PPF 30。第三工作模式82尤其可用於再生模式，如本文所述，其中發動機10和排氣後處理系統12已經超過預定工作溫度限度或預定的排氣成分混合物，或者，已經達到排氣成分的再生混合物的再生溫度或者再生條件， 例如，發動機10和排氣後處理系統12的溫度大於SCR催化劑觀和PF 30的預定工作溫度限度，或者已經達到排氣成分的預定混合物、預定時間間隔或預定工作參數或條件(例如， PF 30上遊的背壓)。在第三工作模式82中，排氣流16的路徑被限定，使其在期望的再生完成之前不流過渦輪增壓器18或SCR催化劑觀。在該模式期間，流過渦輪增壓器18的排氣流16不足以產生預定的增壓進氣流70或發動機10期望的增壓。在這種情況下，以及在過渡狀態期間，即渦輪增壓器排氣輸入和增壓進氣流70從一個模式變化到另一個模式期間， 當第一閥38和第二閥50的位置正在變化時，流過渦輪增壓器18的排氣流16也不足以產生預定的增壓進氣流70或發動機10期望的增壓。在這種情況下，工作模式變為第一模式 78或第二模式80中的一個，以提供預定的增壓進氣流70。或者，希望提供辦法以對增壓進氣流70補充增壓進氣流的附加量，如本文所述，使得系統保持在第三工作模式82的同時還提供增壓進氣流的期望量。
在一個示例性實施例中，排氣後處理裝置14包括OC 26，SCR催化劑觀和PF 30， 更特別地，其中發動機10是柴油發動機，可以包括柴油OC 26 (DOC)，SCR催化劑28和柴油 PF 30 (DPF)。SCR催化劑28可包括任何合適的SCR催化劑28或SCR催化劑28的組合。在一個示例性實施例中，SCR催化劑28可包括稀NOx阱(LNT) 88或U-SCR催化劑90。或者， SCR催化劑28可包括LNT 88和U-SCR催化劑90的組合(圖幻。甚至更特別地，SCR催化劑28可包括LNT 88位於渦輪機出氣口 62下遊並與渦輪機出氣口 62流體連接，而U-SCR催化劑90位於LNT 88下遊並與LNT 88流體連接的配置(圖2)。替代地，U-SCR催化劑90， 可被容納在PF 30內。在該配置中，U-SCR催化劑90』和PF 30可被容納在單個的基底內， 或者更特別地，U-SCR催化劑90』可被設置在PF 30上，並包括二元催化劑，如本文所述。在圖1-5的示例性實施例中，OC 26與發動機10流體連通，參照排氣流16，其位於 SCR催化劑28上遊，包括LNT催化劑88和U-SCR催化劑90，被配置為氧化排氣流16的特定成分，以產生非控制產物或成分，它們適於排氣處理系統12的其他成分的進一步處理， 如本文所述。在排氣後處理系統12的第一工作模式78 (圖3)中，OC沈與LNT催化劑88， U-SCR催化劑90和二元催化劑流體連接，二元催化劑分別包括PF 30和U-SCR催化劑90』。 在第二工作模式80 (圖4)中，排氣流16繞過並分流穿過LNT催化劑88，U-SCR催化劑90和二元催化劑，二元催化劑分別包括PF 30和U-SCR催化劑90，。如果希望在該工作模式中利用U-SCR催化劑90，90』，閥38可以被單獨部分打開，以促進第一、第三、第四和第二排氣管中排氣流16的部分從尿素噴射器106向U-SCR催化劑90，90』輸送尿素。或者， 閥38可被設置在第二位置42，第二尿素噴射器106』也與尿素箱112流體連接，該第二尿素噴射器106，被設置在第二排氣管46，例如在位置45，從而為U-SCR催化劑90，90，提供尿素。在第三工作模式82中(圖幻，OC沈只與PF 30和U-SCR催化劑90，流體連接，以避免LNT催化劑88的服役壽命的損失或減少。在一個示例性實施例中，OC沈是一個直通裝置，其包括金屬或陶瓷整料(monolith)或基底，所述整料或基底具有蜂窩狀結構，該蜂窩狀結構包括多個大體平行、縱向延伸、互相連接的隔室，以提供包括多個流體通道的網絡，以接收排氣流16，並被隔室壁的相應網絡分隔開。所述基底具有沿著隔室壁的大的表面積。該隔室壁具有塗層，該塗層包括具有表面的多孔陶瓷載體，該表面被鉬系金屬催化劑的催化活性量塗覆。合適鉬系金屬包括Pt，Pd，Rh，Ru，Os或Ir，或者它們的組合。這些鉬系金屬中，Pt或Pd，或它們的組合，包括它們的合金，都是尤其有用的。由於排氣流16橫貫 OC 26的長度，尤其是氣流通道和有塗層的隔室壁，因此鉬系金屬催化劑把CO催化氧化為 CO2，以及催化氧化各種HC成分，包括氣態碳氫化合物和液態碳氫化合物顆粒，例如未燃燃料或油，或有目的地引入排氣後處理系統以形成CO2和H2O的燃料或其他HC，從而減少有害排放。例如，在第一工作模式78中，控制系統32，包括ECM 34，可被用於使燃燒產生的排氣流16中的HC水平高於正常燃燒期間化學計量的空氣/燃料混合物產生的HC水平。OC 26 被配置為通過將HC增加量的至少一部分氧化，引發並催化HC的分解，從而減少或防止排氣流中的HC到達U-SCR催化劑90，90，，降低了這些裝置催化NOx的能力而使這些裝置中毒， 或者防止排氣流中的HC從排氣後處理系統12釋放到外部環境。放熱的氧化反應還把其他的排氣處理裝置14，包括SCR催化劑觀，加熱到本文所述的預定工作溫度。在另一個例子中，在第三工作模式82中，控制系統32包括ECM 34，可被用於使燃燒產生的排氣流16中的HC水平高於正常燃燒期間化學計量的空氣/燃料混合物產生的HC水平，放熱氧化反應產生的熱量可被用於通過氧化其中夾帶的PM使PF 30再生。OC 26可被配置為通過氧化反應把各種受控制的排氣成分轉化為其他受控制的或非控制廢氣排放物。例如，OC沈可被配置為把碳氫化合物(HC)氧化為二氧化碳(CO2)和水(H2O),把一氧化碳(CO)轉化為二氧化碳(CO2),把二氧化硫(SO2)轉化為三氧化硫(SO3) 和/或硫酸(H2SO4)，以及把一氧化氮(NO)轉化為二氧化氮(NO2)或其他轉化。應當理解的是，OC沈可被配置為，根據起反應的化合物以及它們在排氣流16中的濃度、OC沈的溫度、 選作催化劑的鉬系金屬，執行上述轉化的任何一個，上述轉化的組合，或者甚至所有的上述轉化。其他氧化也可以想到，例如醛類、多環芳碳氫化合物或其他物質的氧化。另外，OC 26 中的反應可被用於降低特定排放物成分的氣味。OC沈被設置在殼體20內。它可以被設置在殼體20內形成的腔92內，或者，可以被設置在罐44內，該罐44被設置殼體20內提供支撐並把排氣流16從OC 26引導出來或把排氣流16引導到OC 26，例如具有進氣口和出氣口的金屬罐被配置，或者同時被設置在腔92和罐44內。腔92或罐44包括任何合適的形狀或尺寸，包括具有圓柱形的形狀。該隔間還包括附加的結構，例如接近隔間進氣口 23(圖2和3-5)設置的圓柱形的進氣管21 (圖 2)，以及接近隔間出氣口 27設置的圓柱形的出氣管25 (圖2)，用於把OC 26流體連接到排氣後處理系統12的排氣管和/或另一個隔間。應當知道的是OC 26，包括殼體20，可以包括一個或多個附加的排氣部件(圖幻以便於OC 26、或排氣後處理系統12、或控制系統32 的運行，包括但不限於各種氣體傳感器98(例如，NOx)、溫度傳感器100、壓力傳感器102、HC 噴射器104或尿素噴射器106。這些附加的結構對於監測排氣流16的特性是尤其有利的， 所述特性例如是特定排氣成分(例如，PM等)的流速，對於確定是否需要啟動OC ^KSCR催化劑觀、包括LNT催化劑88或U-SCR催化劑90，90，或PF 30再生的運行是尤其有利的。在一個特別的配置中，OC 26被配置為把排氣流16中的一氧化氮氧化為二氧化氮。當排氣後處理系統12中存在合適的反應條件時，通過在LNT催化劑88中儲存二氧化氮或通過U-SCR催化劑90，90』還原為氮氣或兩者的組合，使得上述一氧化氮向二氧化氮的轉化有助於全體NOx的轉化過程，這是有利的。此處所述的氮氣和其他成分的氧化在稀燃條件下得到促進，該稀燃條件具有較高的02水平和較低的HC水平，該條件可以利用包含 ECM 34的控制系統32來影響。因此，在LNT催化劑88和U-SCR催化劑90，90，的上遊設置OC 26尤其是有利的，尤其是考慮到重新配置排氣後處理系統12的能力以根據所述模式改變這些裝置的配置時。緊密連接排氣後處理系統12也是很有利的，尤其是OC 26，鄰近發動機10和排氣口 24，優選儘可能靠近發動機，從而保持OC 26內的工作溫度至少在大約 356° F(180°C )，更優選地在大約 482° FQ50°C)到 842° FG50°C )的範圍。在排氣後處理系統12和渦輪增壓器18的示例性實施例中，如圖1-5所示，OC 26 包括第一 OC 26. 1和第二 OC 26. 2，第二 OC 26. 2流體連接到第一 OC 26. 1，並位於第一 OC 沈.1的下遊。通過提供較大的催化反應表面，該配置可被用於增強OC沈的整體處理能力。其也可用於通過在較大的OC沈.2的上遊提供較小的OC沈.1來改變OC沈的引發特性，其中OC沈.1的較小的熱質量促進該裝置更快地加熱和引發，其中OC沈.1的引發所引起的放熱反應被用於快速加熱OC 26. 2，並使得比沒有OC沈.1的反應時更快地引發。該配置對於冷啟動條件是尤其有利的，因為其促進OC 26. 1和OC 26. 2兩者快速引發並減少HC 從排氣後處理系統12的排出。在該配置的一個示例性實施例中，第一 OC沈.1具有第一體積(V1)，第二 OC 26. 2具有第二體積(V2)，其中V1 < V20如圖1-5的實施例所示，SCR催化劑包括與渦輪增壓器18流體連接的LNT88催化劑和U-SCR催化劑90。LNT催化劑88位於比OC 26更靠發動機10下遊的位置(相對來說比發動機更遠，沿著排氣流通道更遠)，在OC沈和U-SCR催化劑90之間。LNT 88被配置為儲存排氣流16中的特定成分，尤其是NOx，用於釋放和轉化以產生非控制的產物或受控制的成分，該受控制的成分適於在排氣後處理系統12的其他部件中進行進一步的處理，如本文所述。LNT催化劑88可包括陶瓷流通整料，該陶瓷流通整料具有設置在整料壁上的催化劑塗層。LNT催化劑88是個流通裝置，包括陶瓷整料或基底，該整料或基底具有蜂窩狀結構，該蜂窩狀結構包括多個大體平行、縱向延伸、互相連接的隔室，以提供包括多個流體通道的網絡，以接收排氣流16，並被隔室壁的相應網絡分隔開。所述基底具有沿著隔室壁的大的表面積。塗層設置在陶瓷流通整料的隔室壁上。該塗層包括設置在多孔載體上的氧化催化劑、吸附劑和還原劑。該塗層被設置在沿多個隔室通道的隔室壁的任何位置。該塗層包括具有一個表面的多孔載體，該表面被氧化催化劑、吸附劑和還原劑的催化活性量塗覆。在一個示例性實施例中，氧化催化劑包括Pt或Pd ；吸附劑包括Ba，Ca，Sr，Mg，K，Na, Li，Cs，La 或Y的氧化物或其他化合物或它們的組合；還原劑包括他。多孔載體包括多孔陶瓷載體， 包括各種多孔沸石基體。陶瓷壁流整料可由任何合適的陶瓷製成，包括堇青石或氧化鋁。吸收劑是LNT催化劑88的NOx儲存材料。該吸收劑被設置在塗層上，還可以延伸到隔室壁內。在比化學計量的空氣燃料壁更稀的條件下，即，具有過量的空氣，被稱為稀條件，NOx被氧化催化劑氧化並主要以硝酸鹽的形式被吸附劑吸附儲存。當控制系統32提供的條件是排氣後處理系統12中比化學計量的空氣燃料比更富時，即具有過量的燃料，被稱為富條件，通過控制燃燒室10或利用HC燃料噴射器104直接向排氣後處理系統12中噴灑或噴射HC還原劑，NOx被從NOx儲存材料中排出。NO與排氣中的HC和CO —起被還原為氮氣，同時，PF 30中的PM被由此產生的活性氧氣所氧化。LNT催化劑88適於在排氣後處理系統12和發動機10的整個工作溫度範圍內提供NOx的吸附，包括從-40° F (大約-40°C ) 到120° F(大約49°C)的典型的環境車輛儲存/啟動溫度以及高至大約1292° F(大約 7000C )的工作溫度。通常，LNT催化劑88中NOx的分解在；356° F(180°C )的工作溫度時開始發生，LNT催化劑88中NOx分解的更優選工作溫度是至少大約392° F (200°C )，更優選的工作溫度範圍時從大約482° W250°C )到大約842° F)。類似地，二元催化劑的PF 30在發動機10的整個工作溫度範圍內過濾菸灰，包括從-40° F(大約-40°C ) 到120° F(大約49°C)的典型的環境車輛儲存/啟動溫度以及高至大約1292° F(大約 7000C )的工作溫度。PF 30的被動再生和菸灰顆粒的氧化在這樣的情況下發生，即NOx的溫度範圍從482° W250°C )到大約842° F)，主動再生和菸灰顆粒的氧化在這樣的情況下發生，即O2的溫度在大約932° F(500°C)或更高，更優選的溫度範圍是從大約 1112° F(6000C )到大約 1202° F(650°C )。LNT催化劑88的NOx吸附系統包括NOx吸附劑或者吸收器。在NOx吸收器中的儲存部件包括鹼土元素和鹼金屬，包括Ba、Ca、Sr、Mg、K、Na、Li、Cs、La或Y，或它們的組合， 通常是這些元素的氧化物或其他化合物。NOx吸收器運行的整個循環通過下面的五步來描述一氧化氮氧化為二氧化氮，氮氧化物(而2或而)吸收，第三和第四步是NOx從亞硝酸鹽或硝酸鹽地點釋放，第五步是NOx被還原為氮氣。在這個過程中，在富條件下，LNT催化劑 88也有利地生成用於U-SCR催化劑90，90，的氨。當排氣流16經過LNT催化劑88的長度，特別是流道和有塗層的隔室壁，鉬系金屬催化劑或基底金屬催化劑，或者它們的組合，將各種反應物催化，如本文所述。在一個特別的配置中，LNT催化劑88被配置為氧化排氣流16中的氮氧化物，以及類似於OC 26中的其他氧化反應。這是有利的，因為當排氣後處理系統12中存在合適的還原反應條件時，通過 U-SCR催化劑90，90』使其在隨後被還原為氮氣，這種轉換有助於整個NOx轉換過程。這發生在氧氣水平相對高而HC水平相對低的稀條件下，該條件可以通過包括ECM 34的控制系統32來影響。在相同的配置中，LNT催化劑88也被用於將排氣流16中的NOx還原為氮氣，當排氣後處理系統12中存在合適的還原反應條件時，比如在發動機排出HC水平較高的工況下，此時氧氣被用作加快所述的氧化反應。該還原反應也發生在通過在LNT催化劑88 的上遊用HC噴射器104直接噴射HC所獲得的HC水平較高的工況條件下，該條件可以用包括ECM 34的控制系統32來影響。LNT 88被設置在殼體20內。它可以被設置在殼體20內形成的一個腔92中(圖 2)。它也可以被設置在殼體20內的一個罐74中，比如具有入口和出口的金屬罐，或者其他， 其被配置為提供支撐和引導排氣流16進入LNT催化劑88。它也可以同時被設置在腔92和罐74中。腔92或罐74具有任何合適的形狀和尺寸，包括圓柱形。所述的隔間還包括連接結構，比如靠近隔間入口的圓柱形入口管和靠近出口的圓柱形出口管，用於使LNT催化劑 88和排氣管和/或其他排氣後處理系統12的部件流體連接。應當明白LNT催化劑88，包括殼體20，可以包含一個或多個便於LNT催化劑88，或排氣後處理系統12，或控制系統32 運行的附加排氣部件，包括但不限於，各種氣體傳感器98 (例如NOx)，溫度傳感器100，壓力傳感器102，HC噴射器104或尿素噴射器106，或者其他。這些附加部件用於監視排氣流16 的特性，這是特別有利的，比如某種排氣成分的流速(例如，顆粒物或其他的)，這對於確定是否需要啟動OC 26、LNT催化劑88，或U-SCR催化劑90，90，的運行或者PF 30的再生是非常有利的。在圖1-5的實施例中，二元催化劑包括PF 30和U-SCR催化劑90』。該二元催化劑是壁流裝置，包括具有蜂巢狀結構的陶瓷整料或者基底，其包括多個平行、縱向延伸且相互連接的隔室，從而產生一種包括多個用於排氣流16的流動通道的網格，通道由相應的多孔隔室壁的網格隔開。該基底沿著隔室壁具有大的表面積。交疊的相鄰隔室具有被堵住的入口或出口之一，所以交疊的入口列用相鄰隔室的打開的入口堵住，交疊的出口列用相鄰隔室壁的打開的出口堵住。該結構在隔室壁上具有開孔。所以，排氣流16流入多個入口並且被強制經過多孔隔室壁，然後進入相鄰出口隔室，從那裡的多個未堵塞的出口流出。所述孔允許氣態成分穿過隔室壁，同時PM被捕獲在該孔內，所以提供PF 30的PM過濾動作。U-SCR 催化劑90』是一種設置在陶瓷壁流整料上的塗層。該塗層包括設置在陶瓷基體上的SCR催化劑。該塗層沿著多個入口通道或者出口通道，或者兩者的隔室壁被設置。在一個示例性實施例中，該塗層被設置在多個出口通道上。該塗層包括具有表面的多孔基體，該表面塗有還原催化劑的催化活性量。該陶瓷壁流整料由任何合適的陶瓷製成，包括堇青石或者氧化鋁等等。採用二元催化劑是有利的，因為相對於分開的PF 30和U-SCR催化劑90』實現了空間的減小，同時減少了單獨排氣部件的數目。二元催化劑，包括PF 30和U-SCR催化劑90，，在排氣後處理系統12和發動機10的整個工作溫度範圍內能提供NOx (U-SCR催化劑 90』)的還原和PM(PF 30)的收集，包括典型的環境車輛儲存/啟動溫度和工作溫度，如本文所述。被動再生和主動再生以及菸灰顆粒的氧化發生在有A存在時，如本文所述。在一個示例性實施例中，U-SCR催化劑90，90』的塗層包括具有表面的多孔陶瓷基體，該表面塗有基底金屬催化劑的催化活性量，也就是一個足以催化所需的化學反應的量。 合適的基底金屬催化劑包括銅(Cu)或鐵0 )，或它們的組合，包括它們的合金與化合物。 該多孔基體包括任何合適的多孔基體。合適的多孔基體包括各種沸石，比如含有氧化鋁的， 包括各種水合矽酸鋁。在銅催化劑的情況下，合適的沸石是一種已知的商品ZSM-5。在另一個示例性實施例中，塗層包括具有表面的多孔陶瓷基體，該表面塗有基底金屬催化劑的催化活性量，基底金屬催化劑包括釩，包括其合金與化合物，比如氧化釩(V2O5)。該多孔基體包括任何合適的多孔基體。合適的多孔基體包括二氧化鈦，以及各種含有二氧化鈦的沸石， 以及氧化鋁，包括各種水合矽酸鋁。二氧化鈦多孔基體包括鎢和鉬的氧化物。基底金屬催化劑的使用允許NOx的轉換不使用貴金屬。U-SCR催化劑90，90，利用氨來還原NOx。在一個示例性實施例中，在U-SCR催化劑90，90』的上遊通過引入氨溶液來提供尿素。在U-SCR催化劑90，90』上遊足夠遠的距離處弓I入尿素能允許尿素在排氣流16中分解，從而在進入U-SCR催化劑90，90 』之前形成氨。 在一種有利的配置中，氨在LNT催化劑88內產生，向下遊送到U-SCR催化劑90，90』之一。 在該配置中，由於在LNT催化劑88中產生了氨所以需要減少尿素的量。U-SCR催化劑90， 90，如上述那樣在356° F(180°C)的工作溫度下起作用，更優選地是在482° F(250°C)到 1022° F(550°C )的範圍內工作。U-SCR催化劑90，和PF 30包括二元催化劑並且被設置在殼體20內。它們可以被設置在殼體20內形成的腔93中，或者設置在殼體20內的罐76 (圖3- 中，比如具有入口和出口的金屬罐，或者其他，其被配置為提供支撐和引導排氣流16進入U-SCR催化劑90』 和PF 30。腔93或罐76具有任何合適的形狀和尺寸，包括圓柱形。所述的隔間還包括連接結構，比如靠近隔間入口的圓柱形入口管和靠近出口的圓柱形出口管，用於使U-SCR催化劑90』和PF 30與排氣管和/或排氣後處理系統12的其他部件流體連通接。應當明白二元催化劑，包括殼體20，可以包含一個或多個便於二元催化劑，或排氣後處理系統12，或控制系統32運行的附加排氣部件，包括但不限於，各種氣體傳感器98 (例如NOx)，溫度傳感器 100，壓力傳感器102，HC噴射器104或尿素噴射器106，或者其他。這些附加部件用於監視排氣流16的特性，這是特別有利的，比如某種排氣成分的流速(例如，顆粒物或其他的)，這對於確定是否需要啟動U-SCR催化劑90』的運行或者PF 30的再生是非常有利的。 排氣後處理系統12包括排氣部件，包括與發動機控制系統32，包括ECM34，信號連通的各種氣體傳感器98 (例如NOx)或溫度傳感器100，壓力傳感器102，HC噴射器104或尿素噴射器106。氣體傳感器98，比如，NOx傳感器可操作地感應發動機10排出的排氣並產生一個與排氣流16中NOx的濃度值相關的電子信號，另外可操作地產生一個與排氣流16 的空/燃比參數值相關的第二電子信號，從中可確定氧氣濃度。或者，氣體傳感器98包括虛擬傳感裝置，根據發動機運行工況確定排氣流16中的NOx濃度，這是公知技術。溫度傳感器100可操作地確定用於反饋和診斷的系統12內的工作溫度。 排氣後處理系統12可以包括用於在OC 26的上遊噴射受控的HC量的HC噴射器104或噴灑裝置。示例性HC噴射器104包括燃料噴射器，比如柴油燃料噴射器，用於往排氣流16中噴入柴油燃料。燃料管108將加壓的燃料從發動機10提供給HC噴射器104。HC噴射器104可操作地連接到發動機控制系統32，其用於控制HC的噴射正時和噴射量(例如， 質量流)，通常以車輛燃料的形式噴射到排氣流16中。或者來自油氣層(未示出)或重整裝置(未示出)的碳氫化合物被用於提供HC。排氣後處理系統12還包括尿素噴灑裝置，比如尿素噴射器106，用於在U-SCR催化劑90，90』的上遊通過管道114從尿素容器112中噴射受控的尿素或氨的量作為還原劑。 如本文所使用的，術語尿素還包括氨(NH3)作為還原劑的使用，因為尿素分解產生作為反應產物的氨，氨作為一種還原劑用於U-SCR催化劑90，90』中發生的催化反應。合適的尿素容器的例子是尿素箱。尿素噴灑裝置110可操作地連接到發動機控制系統32，其用於控制尿素噴入排氣流16中的正時和數量。當使用尿素作為還原劑時，噴射應當發生在距離U-SCR 催化劑90，90』足夠遠的上遊，從而使得尿素在進入催化劑之前分解為氨。發動機控制系統32優選包括分散控制模塊架構，其包括多個提供各種車輛系統的協同控制的控制模塊，包括本文所述的動力系統。控制系統可操作地監視來自傳感裝置的輸入，綜合相關信息，以及執行算法來控制各種致動器，從而滿足操作者的需要和實現控制目標，包括燃油經濟性、排放、性能、駕駛性和硬體保護等參數。分散控制器架構包括ECM 34，以及用戶界面(UI) 116，其可操作地信號連接到其他裝置，通過用戶界面車輛駕駛員能控制或者命令車輛和動力系的運行。駕駛員給UI 116提供輸入的裝置通常包括加速踏板、 剎車踏板、變速器檔位選擇器以及車輛巡航控制。每一個上述的控制模塊和裝置都和其他的控制模塊、裝置、傳感器和致動器通過高速區域網(LAN)總線相連，總體由標號118表示。 LAN總線118允許在各種處理器、控制模塊和裝置之間構造控制參數和命令的通信。採用的具體通信協議是通用的。LAN總線118和合適的協議提供在前述控制模塊和其他的控制模塊之間的魯棒通信和多控制模塊連接，其他的控制模塊提供的功能例如是防抱死制動、牽引控制以及車輛穩定性。ECM 34包括通過數據總線與易失存儲器裝置和非易失存儲器裝置信號電子相聯的中央處理器。ECM 34可操作地連接到傳感裝置和其他輸出裝置，從而實時監視和控制發動機10和排氣後處理系統12的運行，如所示那樣。該輸出裝置優選包括發動機的正確控制和運行所必要的子系統，包括，例如，空氣進氣系統，燃料噴射系統，火花點火系統(當採用火花點火發動機時，例如均質充氣壓縮點火發動機)，排氣再循環(EGR)系統以及蒸發控制系統。發動機傳感裝置包括可操作以監視發動機運行、外部條件以及駕駛員需求的裝置， 通常通過裝配線束信號連接到ECM 34。存儲在非易失存儲器裝置中的算法由中央處理器執行，其可操作以監視來自傳感裝置的輸入，並且執行發動機控制和診斷程序從而控制發動機的運行，使用預設的校準。使用ECM 34來控制和診斷內燃機10的各種運行情況對本領域技術人員來說是公知的。但是， ECM 34能利用本文所述的排氣排放系統12的獨特的優點，從而在發動機10的各種工況下最大地減少NOx，同時在PF 30的再生期間保持可接收的NOx減少水平。第一閥38或第二閥50包括電子控制閥，發動機控制系統32包括ECM 34，它們可以被信號連通以配置閥的位置並且限定第一工作模式，第二工作模式或第三工作模式。參照圖6-8，在另一個示例性實施例中，排氣後處理系統12和渦輪增壓器18具有上述的部件、配置、功能和工作模式，參照圖1-5的實施例，其還可以包括機械增壓器118。 在該實施例中，渦輪增壓器18的壓縮機出口 68與進氣口 111或進氣歧管113流體連接並流體連通，進氣歧管被配置為接收增壓進氣流，通過發動機10的至少一個進氣口 111分配給各個氣缸，流過通道115的增壓進氣流作為第一增壓進氣流被接收。機械增壓器118也通過通道117與進氣口 111流體連接並流體連通，以提供第二增壓進氣流119。機械增壓器118可被用於為任何目的提供增壓進氣流的額外量，包括為所述的任何工作模式所用的增壓進氣流提供額外的量，尤其是第三工作模式82。機械增壓器還用於在瞬時流動工況下提供增壓進氣流的額外量，例如，從一個工作模式過渡到另一個的期間，同時第一閥38和第二閥50的位置也改變。機械增壓器118可具有傳統結構，可以由發動機10或單獨的電動機或其他驅動裝置提供動力。如圖6-8所示，在另一個示例性實施例中，所述的排氣後處理系統12還可以選擇性地包括廢熱回收裝置120，其與至少一個排氣後處理裝置14熱連接，包括OC沈或卩？ 30，或者兩者，從而給另一個或者第二個車輛系統122提供熱量。如圖6-8與排氣後處理系統12的實施例一起示出的，廢熱回收裝置120也被包含在本發明的其他實施例中，包括圖 1-5所示的實施例。由於排氣後處理系統12中的OC沈和發動機10緊密連接，所以其中的催化劑被配置為快速地達到工作溫度，並且隨著發動機的冷啟動而啟動，這樣其就能通過加快其中的放熱反應而快速地給第二車輛系統122提供熱量，通常要比其他用於加熱該系統的裝置快。第二車輛系統122可以是任何車輛系統，優選是一種在其中車輛1，或發動機 10或者系統122的工作性能通過來自OC 26的熱量得到提高的車輛系統122，特別是在系統122處於-40° F以下或更低的環境溫度的冷啟動條件下。可以和OC^熱連接的車輛系統122的例子包括發動機冷卻劑系統123，發動機潤滑系統124，傳動系統126，供電系統 128，儲電系統130，液壓系統132，燃料系統134或環境控制系統136，或者它們的組合。廢熱回收裝置120可以是任何合適的熱回收裝置。在一個示例性實施例中，廢熱回收裝置120包括和OC沈熱連通的熱交換器138。這裡，「熱連通」是指從一個裝置或者一個位置到另一個裝置或者位置的熱量通道。例如，在OC沈和熱交換器138之間的熱連通是指從OC沈到熱交換器138的熱量連通。通常，熱連通採用導熱材料，比如金屬，從排氣流16中抽取熱量，其中通過熱交換加熱導熱流體，流體通過管道，管件，安裝法蘭，密封， 墊圈和其他結構和特徵被傳輸，從而完成流體到第二車輛系統122的連通。可以採用任何合適的熱交換器138，包括能和來自車輛系統122的流體直接熱交換的，以及通過一個隔開的工作流體與來自車輛系統122的流體間接換熱的，還包括通過循環一個隔開的工作流體到車輛系統122從而提供熱量的熱交換器。所提供的熱連通是一種受控制的連通，比如，例如，熱連通可以在熱連接狀態和熱斷開狀態之間切換，比如通過閥139。或者熱連通的數量被控制在用於連通的可用熱量的0-100%。如圖6-8所示，排氣後處理系統12還包括排氣後處理裝置14，其具有位於PF 30 下遊的淨化催化劑140，從而進一步改善排氣流16並且除去或者轉換那些不期望的排氣成分，否則它們可能從其他排氣處理裝置14排出。淨化催化劑140包括還原催化劑，包括第二 SCR催化劑142，或0C，包括第二 OC 144，如圖3_5所示，或者它們的組合，如圖6_8所示， 其中PF 30可以在其下遊端具有第二 SCR催化劑142，在PF 30和第二 SCR催化劑142的下遊設置獨立的第二 OC 144。所述淨化催化劑140，無論是第二 SCR催化劑142還是第二 OC144，它們都各自具有本文所述的SCR催化劑觀和OC 26的結構和組成，或者具有不同的結構和組成。 雖然本發明參考示例性實施例進行了說明，但是應當明白本領域技術人員在不脫離本發明範圍的情況下能做出各種改變或者等同物的替換。另外，在不脫離發明本質的情況下可以做出適合於特定情況和材料的改動。因此，本發明並不被限於作為最佳實施方式被本文所具體描述的實施例，而是包括所有落入發明範圍內的實施例。
權利要求
1.一種緊密連接的排氣後處理系統和渦輪增壓器，包括第一排氣通道，其包括在第一位置和第二位置之間可操作的第一閥，所述第一位置將所述第一排氣通道內的排氣流推進到氧化催化劑(OC)的入口，所述第二位置推進第二排氣通道內的排氣流；第三排氣通道，其流體連接到所述氧化催化劑出口，所述第三排氣通道包括在第一位置和第二位置之間可操作的第二閥；所述第一位置將所述第三排氣通道內的排氣流推進到顆粒過濾器(PF)的入口，所述第二位置推進所述排氣流經過第四排氣通道到達所述第二排氣通道內的入口；渦輪增壓器，其流體連接到所述入口下遊的所述第二排氣通道；選擇性催化還原(SCR)催化劑，其位於所述渦輪增壓器下遊並流體連接到所述渦輪增壓器以從所述渦輪增壓器中接收排氣流，並且所述選擇性催化還原催化劑位於所述顆粒過濾器上遊並流體連接到所述顆粒過濾器以向所述顆粒過濾器提供排氣流。
2.如權利要求1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，還包括殼體，其中所述氧化催化劑、選擇性催化還原催化劑和顆粒過濾器都設置在所述殼體內。
3.如權利要求2所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述第一排氣通道、第二排氣通道、第三排氣通道和第四排氣通道設置在所述殼體上或所述殼體內，或者是二者的糹口口。
4.如權利要求1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，還包括發動機，其中所述第一排氣通道附接到所述發動機的排氣口。
5.如權利要求1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述氧化催化劑包括第一氧化催化劑和第二氧化催化劑，所述第二氧化催化劑流體連接到所述第一氧化催化劑並位於所述第一氧化催化劑下遊。
6.如權利要求1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述渦輪增壓器設置在所述殼體上。
7.如權利要求1所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中所述第一閥和所述第二閥的位置可移動地配置為限定第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式。
8.如權利要求7所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中在所述第一工作模式下， 所述第一閥處於所述第一位置，所述第二閥處於所述第二位置，並且排氣流沿著第一路徑通過所述氧化催化劑、渦輪增壓器和選擇性催化還原催化劑。
9.如權利要求7所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中在所述第二工作模式下， 所述第一閥處於所述第二位置，所述第二閥處於所述第二位置，並且排氣流沿著第二路徑通過所述渦輪增壓器、選擇性催化還原催化劑和顆粒過濾器。
10.如權利要求7所述的排氣後處理系統和渦輪增壓器，其中在所述第三工作模式下， 所述第一閥處於所述第一位置，所述第二閥處於所述第一位置，並且排氣流沿著第三路徑通過所述氧化催化劑和所述顆粒過濾器。
全文摘要
本發明涉及用於渦輪增壓發動機的緊密連接的排氣後處理系統。具體地，緊密連接的排氣後處理系統包括第一排氣通道，其包括在第一位置和第二位置之間可操作的第一閥，第一位置將第一排氣通道內的排氣流推進到第一氧化催化劑的入口，第二位置推進第二排氣通道內的排氣流。其還包括流體連接到OC出口的第三排氣通道，第三排氣通道包括在第一位置和第二位置之間可操作的第二閥；第一位置將第三排氣通道內的排氣流推進到顆粒過濾器(PF)的入口，第二位置推進排氣流經過第四排氣通道到達第二排氣通道內的入口。其還包括渦輪增壓器和選擇性催化還原(SCR)催化劑，渦輪增壓器與入口下遊的第二排氣通道流體連接，所述催化劑位於渦輪增壓器下遊和PF上遊。
文檔編號F01N3/035GK102220895SQ20111012425
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者B·G·科珀, D·本內特, H·W·託馬斯, N·溫德 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司, 裡卡多公司