專利名稱：排氣處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的示范性實施例涉及排氣處理系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種用于稀燃內燃 機的排氣處理系統(tǒng)。
背景技術：
內燃機制造商研發(fā)出發(fā)動機控制策略以滿足用戶的需求并符合關于排放和燃料 經濟性的各種規(guī)定。一種這樣的發(fā)動機控制策略包括以稀于化學計量的空燃比操作發(fā)動機 從而提高燃料經濟性并減少溫室氣體的排放。這樣的操作使用壓縮點火式(柴油)發(fā)動機 和稀燃火花點火式發(fā)動機是可能的。在發(fā)動機用稀(過量氧氣)空燃比操作時，所得的燃 燒溫度較低，從而減少了發(fā)動機的NOx排放；但是，由于缺少在稀排氣狀態(tài)下去除NOx的有效 方法，限制了稀操作發(fā)動機的商業(yè)應用。因此，從柴油和稀燃汽油排氣中有效地還原氮氧化 物(ΝΟχ = Ν0+Ν02)對于滿足未來的排放標準并提高車輛燃料經濟性來說是很重要的。從含有過量氧氣的排氣供給流中還原NOx排放物對于車輛制造商來說是一種挑 戰(zhàn)。舉例來說，據估計要符合美國的Bin 5規(guī)定可能就需要能夠在基于當前預期的發(fā)動機 排放NOx水平的FTP (聯邦測試程序)循環(huán)中有70-90%的NOx轉化效率的后處理系統(tǒng)。對 于實際應用，在前述的FTP循環(huán)期間出現的低溫工作范圍(例如200-350°C)以及在高速測 試循環(huán)(例如US06聯邦測試程序)期間出現的較高溫度工作范圍(例如450-550°C)中都 必須要保持轉化效率。已經提出了用于車輛應用的幾種可能的后處理系統(tǒng)。一種方法包括使用后處理系 統(tǒng)，包括在尿素選擇性催化還原(U-SCR)催化劑的上游噴射NOx還原劑(例如尿素)以將 NOx還原為N2。使用尿素作為還原劑必須要有用于該輔助流體的尿素分配結構和車載監(jiān)控 系統(tǒng)，并且可能會由于尿素溶液相對高的凝固點(_12°C)而在寒冷天氣的氣候條件下具有 潛在的問題。NOx存儲催化劑通常需要大催化劑體積、大量的鉬族金屬以及低硫燃料以用于 有效的存儲操作。這樣的系統(tǒng)需要定期進行催化劑再生，包括噴射燃料以產生高的排氣溫 度以及噴射還原劑以再生催化劑存儲材料。使用烴的NOx選擇性催化還原(HC-SCR)已經作為用于在富氧狀態(tài)下去除NOx的潛 在的可選方法被廣泛研究。離子交換型賤金屬沸石催化劑(例如，CU-ZSM5)在典型的車輛 運行狀態(tài)下(例如< 350°C )通常都活性不夠，并且容易因為暴露于二氧化硫和水而降級。 使用鉬族金屬(例如PVAl2O3)的催化劑在窄的溫度區(qū)間內有效工作并且對于N2O的生成 有高度的選擇性。使用氧化鋁支承銀(Ag/Al203)的催化設備因為其在具有很多種烴品種的稀排氣 狀態(tài)下選擇性地還原NOx的能力而獲得關注。在AgAl2O3上使用部分氧化的烴(例如乙醇) 允許在較低溫度下還原N0X。但是這樣的還原劑在車輛上不可用。AgAl2O3催化劑上的前 述HC-SCR利用輕的烴(例如丙烯、丙烷)和較重的燃料組分烴(例如辛烷、癸烷)作為還 原劑。使用在發(fā)電機排氣中作為燃燒產物存在的較輕的烴還原NOx在較高溫度下發(fā)生轉化， 但是對于被考慮作為用于實際應用候選的AgAl2O3催化劑來說，NO還原必須被切換至較低溫度的區(qū)域并且必須將車載燃料用作還原劑。因此，對于車輛以及稀燃式內燃機的其他應用而言，需要一種選擇性還原排氣供 給流中NOx的有效方法和裝置。在轉讓給本申請相同的受讓者并由此通過引用將其全部內容并入本文的美國專 利申請No. 11/533,434,11/533,425和11/533，593中，提供了用于選擇性地還原內燃機的 NOx排放物的方法和裝置，包括排氣后處理系統(tǒng)，排氣后處理系統(tǒng)包括銀_氧化鋁或銀_鉬 族金屬_氧化鋁、催化反應設備以及可操作用于將烴還原劑分配到銀_氧化鋁催化反應設 備上游的排氣供給流中的設備?？刂葡到y(tǒng)適合用于確定排氣供給流內NOx氣體的參數測量 值，并基于NOx氣體的參數測量值將烴還原劑分配到銀_氧化鋁催化反應設備上游的排氣 供給流內。這包括確定優(yōu)選的烴/NOx比；以及，優(yōu)選地在內燃機的稀操作期間根據優(yōu)選的 烴/NOx比將烴還原劑分配到銀-氧化鋁催化反應設備上游的排氣供給流內。盡管這些申 請中介紹的排氣系統(tǒng)在還原NOx排放物方面是有效的，但是這些結構對于包括有效的尿素 轉化和使用、與操作期間可能的尿素泄漏以及冷啟動期間的HC排放峰值和排氣氣味在內 的其他排氣系統(tǒng)考慮因素而言可能并不是最優(yōu)的。盡管上述的每一種排氣處理系統(tǒng)和方法都有助于控制與各種內燃機結構以及包 括稀燃操作狀態(tài)在內的操作方案有關的排放，但是仍然希望提供改進的排放物還原、控制 或其組合的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的一個示范性實施例中，公開了一種用于具有內燃機的車輛的排放處理 系統(tǒng)。該排放處理系統(tǒng)包括HC-SCR催化劑，HC-SCR催化劑包括設置在陶瓷基體上并且被 構造成從發(fā)動機接收排氣氣流的非鉬族金屬催化劑材料。該系統(tǒng)還包括氧化催化劑，氧化 催化劑包括被構造成從HC-SCR催化劑接收排氣氣流的鉬族金屬催化劑材料。該系統(tǒng)還包 括U-SCR催化劑和柴油顆粒過濾器，U-SCR催化劑或DPF中的一個被構造成從氧化催化劑 接收排氣氣流，并且U-SCR催化劑或柴油顆粒過濾器(DPF)中的另一個被構造成從相應一 個接收排氣氣流。解決方案1、一種用于車輛的排氣排放處理系統(tǒng)，包括=HC-SCR催化劑， 所述HC-SCR催化劑包括設置在陶瓷基體上并且被構造成從發(fā)動機接收排氣氣流的非鉬族 金屬催化劑材料；氧化催化劑，所述氧化催化劑包括鉬族金屬催化劑材料并且被構造成從 HC-SCR催化劑接收排氣氣流；U-SCR催化劑和顆粒過濾器，U-SCR催化劑或顆粒過濾器中的 一個被構造成從氧化催化劑接收排氣氣流，并且U-SCR催化劑或顆粒過濾器中的另一個被 構造成從相應一個接收排氣氣流。解決方案2、如解決方案1中所述的排放處理系統(tǒng)，其中， 所述HC-SCR催化劑中的非鉬族金屬催化劑材料包括Ag、Ag化合物或Ag合金或者是其組 合，所述陶瓷基體包括氧化鋁。解決方案3、如解決方案2中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所 述HC-SCR催化劑中的催化劑材料還包括設置在所述陶瓷基體上的Zr、Nb、Y、Hf、La、Ce或 Nd、或者是它們的氧化物、或者是它們的合金或者是其組合。解決方案4、如解決方案2中所 述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述非鉬族金屬是包括催化劑重量的大約1-4%的Ag或Ag化合 物。解決方案5、如解決方案4中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化劑中的催化 劑材料還包括設置在所述陶瓷基體上的鉬族金屬。解決方案6、如解決方案5中所述的排放 處理系統(tǒng)，其中，所述鉬族金屬包括Pt、Rh、Ir、Ru、Re、Os或Pd、或者是它們的合金，或者是其組合。解決方案7、如解決方案4中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化劑中鉬 族金屬的原子分數與鉬族金屬的原子分數和Ag或Ag化合物的原子分數之和的比值為鉬族 金屬和Ag或Ag化合物的組合的原子分數的0.25或更低。解決方案8、如解決方案1中所 述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化劑包括具有大約為1. 0-4. Og/cm3的催化劑材料 的涂層。解決方案9、如解決方案1中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述陶瓷基體包括設置在 基底表面上的涂層。解決方案10、如解決方案9中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述基底包 括陶瓷或金屬的流通式整料。解決方案11、如解決方案1中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所 述非鉬族金屬包括銅、銅化合物、銅合金、鉻、鉻化合物、鉻合金、鐵、鐵化合物或鐵合金或者 是其組合，并且所述陶瓷基體包括沸石。解決方案12、如解決方案11中所述的排放處理系 統(tǒng)，其中，所述沸石包括ZSM-5、ZSM-11或ZSM-12或者是其組合。解決方案13、如解決方案 12中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化劑中的催化劑材料還包括設置在所述陶 瓷基體上的Zr、Nb、Y、Hf、La、Ce或Nd、或者是它們的氧化物、或者是它們的合金或者是其 組合。解決方案14、如解決方案1中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述氧化催化劑中的鉬族 金屬包括Pt、Rh、Ir、Ru、Re、Os或Pd、或者是其合金，或者是其組合。解決方案15、如解決 方案1中所述的排放處理系統(tǒng)，還包括被構造成將烴材料釋放到HC-SCR催化劑上游的排氣 氣流中的烴計量設備和被構造成將尿素釋放到位于U-SCR催化劑上游的排氣氣流中的尿 素計量設備。解決方案16、如解決方案1中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化 劑和氧化催化劑兩者都在單個陶瓷或金屬的流通式整料上形成。解決方案17、如解決方案 1中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述整料具有入口端和出口端，并且所述HC-SCR位于所述 入口端附近，所述氧化催化劑位于出口端附近。解決方案18、如解決方案1中所述的排放處 理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化劑在第一陶瓷或金屬整料上形成，所述氧化催化劑在第二 陶瓷或金屬整料上形成。解決方案19、如解決方案1中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述第 一整料和第二整料被設置在單個殼體內。解決方案20、如解決方案1中所述的排放處理系 統(tǒng)，還包括發(fā)動機，其中發(fā)動機包括被構造成用于稀燃操作的柴油或汽油發(fā)動機。


其他的目標、特征、優(yōu)點和細節(jié)僅作為示例呈現在以下對實施例的詳細說明中，詳 細說明參照附圖給出，在附圖中圖1是本文中公開的排氣處理系統(tǒng)的一個示范性實施例的示意圖；圖2是本文中公開的排氣處理系統(tǒng)的第二示范性實施例的示意圖；和圖3是本文中公開的排氣處理系統(tǒng)的第三示范性實施例的示意圖。
具體實施例方式參照圖1-3，示意圖示出了特別適合用于在多種類型的機動車輛1(例如汽車、輕 型卡車、海上運輸工具、ATV等)內使用的內燃機10的示范性實施例。發(fā)動機10包括排氣 排放后處理系統(tǒng)2，包含有根據本發(fā)明構建的排氣處理控制系統(tǒng)3。排氣排放系統(tǒng)2的這 些示范性實施例包括被設置在氧化催化劑(OC) 14(例如柴油氧化催化劑)上游的烴選擇 性催化還原(HC-SCR)催化劑20，氧化催化劑14又位于二元催化劑24上游，二元催化劑24 包括尿素選擇性催化還原(U-SCR)催化劑26和顆粒過濾器(PF) 28 (例如DPF)。排氣排放處理系統(tǒng)2的這些設置有利地將HC-SCR 20和OC 14彼此相連，其中OC 14如上所述位于 HC-SCR 20的下游，但是這些部件都位于二元催化劑24的上游。排氣排放處理系統(tǒng)2的這 種結構提供了以下優(yōu)點。第一，HC-SCR 20將在U-SCR的NOx還原效率下降時(例如工作 溫度> 400°C)的時段(包括對DPF 28進行再生的時段)期間提供NOx還原。HC-SCR 20 被遠離二元催化劑24設置的事實也提供了這些設備的物理分離，由此防止與DPF 28再生 有關的高溫降低HC-SCR 20的NOx還原能力。第二，加入HC-SCR 20為系統(tǒng)2提供了額外 的NOx還原能力，使得即使在系統(tǒng)2需要高NOx轉化效率時也無需高尿素計量速率，以獲得 所需的NOx還原能力。因此即可避免與高尿素計量速率相關聯的高NH3泄漏速率(也就是 泄漏通過U-SCR催化劑26的NH3)。第三，鑒于上述的好處，就可以避免特別是在DPF再生 期間與高尿素計量速率相關聯的高尿素消耗，由此降低用于操作該系統(tǒng)的尿素用量和相關 成本，并延長重新裝填尿素罐之間的時間間隔。第四，可以通過OC 14上游的HC-SCR截留 HC來降低發(fā)動機冷啟動期間的尾管HC排放峰值和相關聯的排氣氣味。第五，由OC 14產 生的熱量與OC 14和二元催化劑24的物理分離一起有助于尿素到NH3的轉化，由此降低了 NH3泄漏的可能性，提高了尿素/NH3轉化的轉化效率并且提高了 U-SCR 26的NOx轉化效率 和能力。OC 14和二元催化劑24的物理間隔提供了更大的距離，尿素可以在這段距離上與 水互相作用并反應以生成氨，由此改善尿素的轉化效率并為該反應得以繼續(xù)提供足夠的機 會，由此降低尿素泄漏通過U-SCR 26的可能性。由OC 14加入的熱量進一步有利于尿素的 轉化。第六，如上所述的這種協作的實現使得能夠減小尿素罐的尺寸以及相應地減小罐和 與其相關聯的尿素的重量，由此降低車輛1的重量，所有這些都是等價的。第七，OC 14恰好 在二元催化劑24上游的位置提高了后噴射燃料(或者與發(fā)動機10內建立濃操作狀態(tài)的過 程相結合而使用的燃料)的利用效率，由于后噴射燃料僅被用于生成熱量，并且這種配置 將OC 14設置為緊靠二元催化劑24，因此降低了來自于燃料利用的熱損失并提高了發(fā)動機 10或車輛1或者這兩者的效率。第八，這種協作配置提高了 NOx的轉化能力和排氣排放系統(tǒng) 2的效率并且有助于符合包括柴油機排氣排放標準在內的各種排氣排放標準。第九，NOxR 化能力和效率的提高通過能夠減小該系統(tǒng)各個部件的尺寸由此減少在這些部件中使用的 材料特別是催化劑材料的數量而降低了排氣排放處理系統(tǒng)2的成本。第十，通過將HC-SCR 20和OC 14置于同一殼體內(圖2和圖3)并進一步通過將它們合并為同一個容器內單個 整料(圖3)，就可以實現用于獲得上述操作配合和成本益處的這些部件特別有利的組合。示范性發(fā)動機和控制系統(tǒng)包括常規(guī)的四循環(huán)內燃機10和電子發(fā)動機控制模塊 (ECM) 5。發(fā)動機可以包括已知的壓縮點火式或柴油發(fā)動機，具有使其主要為稀燃式發(fā)動機 的運行工況，以使其以燃料量低于或稀于燃燒所需化學計量比的量的燃料/空氣混合物來 運行。可選地，發(fā)動機10可以包括使用以稀于化學計量比運行的多種發(fā)動機控制策略中的 任意一種的發(fā)動機，例如均質充氣壓縮點火式發(fā)動機和稀燃火花點火式發(fā)動機。發(fā)動機10 包括附連至曲軸的多個往復運動的活塞，曲軸被可操作地附連至車輛傳動系或動力系以將 牽引轉矩輸送至傳動系。在運行期間，發(fā)動機10內的內部燃燒過程產生排氣供給流或氣 流，排氣供給流或氣流沿著箭頭4所示的方向行進并含有作為燃燒副產物的管制成分，并 且在從系統(tǒng)中釋放之前必須由后處理系統(tǒng)進行轉化。由發(fā)動機10在稀燃狀態(tài)下生成的排 氣氣流4中的成分包括烴(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM)等。排氣后處理系統(tǒng)2是一種集成系統(tǒng)，目的是為了用于處理排氣氣流4中的管制
6成分以生成包含不管制成分或者包含在數量上可以從系統(tǒng)釋放到外界環(huán)境中的管制成分 的排氣氣流，例如通過將管制成分的數量降低至可接受的水平或者通過將它們化學地轉化 為可以被釋放的不管制材料。一根或多根排氣歧管以及相連的管路將排氣氣流4輸送和 引導至并且通過排氣排放后處理系統(tǒng)2。參照圖1，后處理系統(tǒng)2的一個示范性實施例包 括HC-SCR催化劑20、OC 14和二元催化劑24的組合。二元催化劑24包括位于PF 28 (例 如DPF)上游的U-SCR 26?？蛇x地，還是參照圖1，后處理系統(tǒng)2的第二示范性實施例包括 HC-SCR催化劑20、OC 14和二元催化劑24'的組合。二元催化劑24'包括位于U-SCR 26 上游的PF 28。參照圖1-3，本文中介紹的排氣排放后處理系統(tǒng)2，包括其在本文中所介紹 的部件或設備在內，使用了具有用于處理排氣供給流中組分的各種不同能力的技術，包括 如本文中進一步介紹的氧化、選擇性催化還原、HC計量和顆粒物過濾。設備利用已知的管 道或管路以及連接器流體地和可操作地串聯連接并彼此流體連通，以容納并引導排氣氣流 4通過排氣后處理系統(tǒng)2。參照圖1-3，HC_SCR催化劑20可以包括任意合適的提供NOx的烴選擇性催化還原 的催化劑材料，并且可以提供任意合適形式的促進還原反應的催化劑材料，包括自支承催 化劑顆粒或珠狀物的床，或者被支承的催化劑顆?；蛑闋钗铮⑶腋唧w地包括在其中催 化劑材料被設置為金屬或陶瓷的流通式蜂窩狀整料壁部上的涂層的形式。在一個示范性實 施例中，HC-SCR 20的催化劑材料包括非鉬族金屬-沸石催化劑。非鉬族金屬-沸石催化劑 包括設置在陶瓷基體上的非鉬族金屬或賤金屬的催化劑材料。任意合適的能夠催化NOx還 原的非鉬族金屬均可使用。合適的非鉬族金屬包括設置在包括氧化鋁的陶瓷基體上的Ag、 Ag化合物或Ag合金或者是其組合。合適的非鉬族金屬包括設置在包括沸石的陶瓷基體上 的銅(Cu)、Cu化合物、Cu合金、鉻(Cr)、Cr化合物或Cr合金、鐵(Fe)、Fe化合物或Fe合金 或者是其組合。非鉬族金屬的催化劑材料還可以包括各種過渡金屬或稀土金屬或它們的氧 化物或它們的合金或者是其組合作為添加劑。合適的過渡金屬或稀土金屬添加劑包括Zr、 Nb、Y、Hf、La、Ce或Nd、或它們的氧化物或它們的合金或者是其組合。非鉬族金屬的催化劑 材料還可以包括鉬族金屬或它們的合金或者是其組合作為添加劑。合適的鉬族金屬合金添 加劑包括Pt、Rh、Ir、Ru、Re、Os或Pd、或者是它們的合金，或者是其組合。包括非鉬族金屬 以及任意的過渡金屬或稀土金屬合金添加劑的催化劑材料能夠以至少約lgm/cm3的數量存 在，并且更具體地大約1至大約4gm/cm3，并且甚至更具體地大約2至大約3gm/cm3。陶瓷基體可以包括任意合適的陶瓷基體材料。在非鉬族金屬包括Ag、Ag化合物或 Ag合金或者是其組合時，合適的陶瓷材料包括含有氧化鋁的那些材料。通常，Ag-氧化鋁催 化劑包括重量百分比范圍是大約1到大約4的Ag。在一個示范性實施例中，催化劑材料包 括氧化鋁上承載的約到約4%重量的A&0，并且更具體地是約2%重量的A&0，其中催 化劑材料被設置作為每平方英寸400網孔的堇青石整料式基底上承載的涂層。在另一個示 范性實施例中，催化劑材料包括在作為陶瓷基體的氧化鋁上承載的形式為的約2%到 4%重量的銀以及鉬族金屬添加劑，并且可以通過在高度羥基化的氧化鋁上沉積銀離子來 制備。鉬族金屬的原子分數與鉬族金屬的原子分數和Ag或Ag化合物的原子分數之和的比 值小于或等于約0. 25。在某些實施例中，原子分數小于或等于約0. 20。在特定的實施例中， 鉬族金屬和銀催化劑材料的組合的原子分數小于或等于約0. 10。根據一個或多個實施例， 催化劑含有小于約重量的鉬，例如小于或等于約0. 75%重量的鉬，并且更具體地，小于包括銅、銅化合物、銅合金、鉻、鉻化合物、鉻合金、 鐵、鐵化合物或鐵合金或者是其組合時，合適的陶瓷基體材料包括含有沸石(例如ZSM-5、 ZSM-Il或ZSM-12或者其組合)的那些材料。陶瓷基體材料可以具有任意合適的沸石結構 以及結合如本文中所述的承載其上的催化劑材料足以促進NOx催化還原的表面積，包括具 有的表面積至少為大約400m2/g的那些沸石結構。非鉬族金屬_陶瓷基體催化劑可以被設置為適當基底上的涂層?；卓梢允峭ǔ?被用于制備催化劑的那些材料中的任意一種，并且優(yōu)選地包括陶瓷或金屬的蜂窩狀結構。 任意合適的基底都可以使用，例如整料式基底類型，具有從基底的入口或出口面開始從中 延伸穿過的精細、平行的氣流通道，以使得通道對從中流過的流體流是開放的(被稱為蜂 窩狀流通式基底)。從它們的流體入口到它們的流體出口基本為直線路徑的通道由壁界 定，在壁上涂有催化材料作為涂層以使流過通道的氣體接觸催化材料。整料式基底的流動 通道是薄壁式通道，該通道可以是任意合適的截面形狀和尺寸，例如梯形、矩形、正方形、正 弦形、六邊形、橢圓、圓形等。這樣的結構可以在每平方英寸的橫截面上包含有大約60到大 約600或者更多個氣體入口開口(也就是網孔)。陶瓷基底可以由任意合適的耐火材料制 成，例如堇青石、堇青石-氧化鋁、氮化硅、鋯質莫來石、鋰輝石、硅酸鋁鎂、硅酸鋯、硅線石、 硅酸鎂、鋯石、透鋰長石、氧化鋁、鋁矽酸鹽等等。可用于本發(fā)明中催化劑的基底也可以是金 屬材質并且包括一種或多種金屬或金屬合金。金屬基底可以以各種形狀使用，例如波紋板 或如上所述的整料形式。優(yōu)選的金屬載體包括耐熱金屬和金屬合金，例如Ti、Ti合金和各 種等級的不銹鋼以及在其中鐵為實質或主要組分的其他合金。這樣的合金可以包含鎳、鉻 和/或鋁中的一種或多種，并且這些金屬的總量可以有利地包括至少15%重量的合金，例 如10-25%重量的鉻、3-8%重量的鋁和高達20%重量的鎳。合金還可以含有一種或多種少 量或微量的其他金屬，例如錳、銅、釩、鈦等。金屬基底的表面可以在高溫(例如1000°C和更 高的溫度)下被氧化以通過在基底表面上形成氧化層而提高合金的耐腐蝕性。這種高溫引 發(fā)的氧化可以增強陶瓷基體和催化劑材料對基底的粘附性。根據本發(fā)明實施例的非鉬族金屬-沸石材料可以利用公知的工藝制備，包括已知 的用于沉積單層和多層涂層的方法。涂層可以被容易地制備在整料式蜂窩狀基底上的一層 或多層內。以下介紹了一種用于在整料式金屬基底上制備雙層涂層的示范性工藝。應該理 解的是，根據本發(fā)明的不同實施例，以下的工藝可以如下所述通過省略涂覆第二層的步驟 而被改變?yōu)橹苽鋯螌油繉?，或者可以被改變?yōu)榻o雙層涂層增加一層或多層附加層。對于雙層涂層，包括大表面面積耐火金屬氧化物的細分顆粒(例如伽馬氧化鋁) 的底層在合適的媒介物(例如水)中被漿化?；纂S后即可被一次或多次浸入到這樣的漿 料中或者可以把漿料涂覆到基底(例如蜂窩狀流通式基底)上以使得可以將所需加載量的 金屬氧化物沉積在基底上。包含非鉬族金屬以及任意稀土金屬、過渡金屬或鉬族添加劑的 催化劑材料可以被加入漿料中成為水溶或可水分散的化合物或復合物的混合物。隨后，通 常通過例如在400°C到600°C的溫度下加熱1到3小時來煅燒被涂覆的基底。在一個或多個實施例中，漿料隨后就被粉碎以得到基本上全部為具有平均直徑小 于20微米(也就是在1-15微米)的顆粒尺寸的固體。粉碎可以在球磨機或其他類似設備 中進行，并且漿料中的固體含量可以是例如20-60%的重量，優(yōu)選地是35-45%的重量。隨后在先前成形的煅燒復合物層上制備和沉積的每一層都可以用類似于以上介
8紹的方式制成。在所有的涂層操作均已完成之后，可通過例如在大于400°C到大約600°C的 溫度下加熱1到3小時來再次煅燒復合物。非鉬族金屬-沸石催化劑以及其上設置有催化劑的任意基底(包括如本文中所述 的各種整料式基底)都被容納在殼體23內，殼體23包括金屬殼體，例如具有入口和出口的 金屬罐，或者以其他方式被設置用于提供承載并引導流體流至HC-SCR催化劑20。金屬殼 體23可以由合適的材料制成，包括各種等級的高溫抗氧化的鋼，例如各種不銹鋼。殼體23 可以包括包含有圓柱形隔室的任意合適的形狀或尺寸。隔室還可以包括附連部件，例如位 于入口附近的圓柱形入口管和位于隔室出口附近的圓柱形出口管，用于將HC-SCR催化劑 20流體聯接至排氣處理系統(tǒng)2的排氣管和/或其它隔室(特別是OC 14)。應該理解的是 HC-SCR催化劑20 (包括殼體23)可以包括一個或多個用于幫助HC-SCR催化劑20或排氣處 理系統(tǒng)2或控制系統(tǒng)3操作的附加部件，包括但不限于各種氣體或溫度傳感器、噴射器(尿 素或燃料噴射器)或其他部件。這樣的附加部件對于監(jiān)測排氣的特征(例如某些排放組分 (例如顆粒物或其他組分)的流率)可能是特別有利的，這對于確定啟動HC-SCR催化劑20 再生過程的必要性可能是特別有利的。HC-SCR催化劑20也可以如本文中所述包含OC 14。隨著排氣氣流4經過HC-SCR催化劑20的長度(特別是流動通道和帶有涂層的網 孔壁部)，鉬族金屬催化劑或賤金屬催化劑或其組合催化如本文中所述的各種反應。在排 氣處理系統(tǒng)2內存在用于該還原反應的適當條件時，例如在發(fā)動機排出的HC水平相對較高 (其中，否則將促進所述氧化的O2已經被消耗)的條件下，HC-SCR催化劑20可以被用于將 排氣氣流4內的NOx還原為N2。這種還原反應也可以在通過使用圖1-3中的結構在HC-SCR 催化劑20上游直接噴射HC獲得相對較高的HC水平時發(fā)生，所述狀態(tài)可以利用包括ECM 5 的控制系統(tǒng)3來實現。用于HC-SCR 20的示范性還原反應提供如下{HC} +NOx = N2+C02+H20 (1)N2, CO2和H2O的相對數量將取決于所選擇的HC的性質。再次參照圖1-3中的示范性實施例，OC 14與發(fā)動機10流體連通，并且相對于排 氣氣流4位于HC-SCR催化劑20的下游，而且被構造成用于氧化排氣氣流4中的某些成分 以生成如本文中所述適合用于在排氣處理系統(tǒng)1的其他部件中進一步處理的不管制的副 產物或成分。通常，OC 14是如本文中所述的流通式設備，由具有蜂窩狀結構的金屬或陶瓷 整料或基底構成，蜂窩狀結構包括多個大體平行的、縱向延伸的互連網孔，所述網孔提供包 括多條流動通道用于接收排氣氣流4的網絡并通過對應的網孔壁網絡隔離?；籽鼐W孔壁 具有大表面積。網孔壁具有涂層，涂層包括多孔陶瓷基體，具有被用催化活性數量的鉬族金 屬催化劑涂覆的表面。合適的鉬族金屬包括Pt、Pd、Rh、Ru、0s或Ir或者是其組合。其中， Pt或Pd或者是其組合(包括其合金)是特別有效的。包括Pt和Pd兩者的那些催化劑是 特別有效的，例如具有的Pt Pd的比例為大約2 1到大約4 1的那些催化劑。隨著 排氣氣流4經過OC 14的長度(特別是流動通道和帶有涂層的網孔壁)，鉬族金屬催化劑催 化CO氧化為CO2以及催化各種烴(HC)的氧化，包括氣態(tài)烴和液態(tài)烴，包括未燃燒的燃料或 油，或者是被引入排氣處理系統(tǒng)以形成CO2和H2O由此還原有害排放物的燃料或其他的HC 還原劑。在一種結構中，在發(fā)動機的提前燃燒操作期間，控制系統(tǒng)3或ECM 5可以被用于使 得燃燒在排氣氣流4中得到與正常燃燒期間生成的HC相比更高水平的HC。OC 14被構造 成用于催化增加數量的HC中的至少一部分的分解，以通過降低其催化NOx的能力而減少或者可選地防止排氣氣流中的HC到達二元催化劑24并損害該設備，或者是通過從排氣處理 系統(tǒng)2中釋放而減少或者可選地防止排氣氣流中的HC到達外界環(huán)境。OC 14(例如柴油氧化催化劑)可以被構造成用于通過氧化將各種管制的排氣成 分轉化為其他管制或不管制的排氣成分。例如，OC 14可以被構造成用于將烴(HC)氧化為 二氧化碳(CO2)和水(H2O),將一氧化碳(CO)轉化為二氧化碳(C02)，將二氧化硫(SO2)轉 化為三氧化硫(SO3)和/或硫酸(H2SO4)以及將一氧化氮(NO)轉化為二氧化氮(NO2)或其 他方式。以下是本發(fā)明的OC 14設想的示范性氧化反應。HC+02 = C02+H20(2) C0+l/202 = CO2 (3) 2S02+02 = 2S03 (4) S03+H20 = H2SO4 (5)N0+l/202 = NO2 (6)應該想到的是，取決于反應的化合物以及它們在排氣氣流4內存在的濃度、OC 14 的溫度以及選擇作為催化劑的鉬族金屬，OC 14可以被構造成用于執(zhí)行上述轉化中的任何 一種、上述轉化的組合或者甚至是全部的上述轉化。也可以想到其他的氧化，例如乙醛、多 環(huán)芳香烴或其他的氧化。而且，OC 14中的反應可以被用于減少某些排放物組分的氣味。OC 14可以被容納在單獨的殼體15內，殼體15包括金屬殼體，例如具有入口和出 口的金屬罐，或者以其他方式被設置用于提供承載并引導流體流動至OC 14，如圖1所示。 殼體15可以包括包含有圓柱形隔室的任意合適的形狀或尺寸。隔室進一步可以包括附連 部件，例如位于入口附近的圓柱形入口管和位于隔室出口附近的圓柱形出口管，用于將OC 14流體聯接至排氣處理系統(tǒng)2的排氣管和/或另一部件。應該理解的是，OC 14(包括殼體 15)可以包括一個或多個用于幫助OC 14或排氣處理系統(tǒng)2或控制系統(tǒng)3操作的附加部件， 包括但不限于各種氣體或溫度傳感器、噴射器(尿素或燃料噴射器)或其他部件。這樣的 附加部件對于監(jiān)測排氣的特征(例如某些排放組分(例如顆粒物或其他組分)的流率)可 能是特別有利的，這對于確定啟動HC-SCR催化劑20或二元催化劑24再生過程的必要性可 能是特別有利的。在另一個示范性實施例中，OC 14可以如圖2中所示與HC-SCR催化劑20 —起被容 納在殼體23內并在HC-SCR催化劑20的下游。在這種結構中，HC-SCR催化劑20可以如本 文中所述包括一個或多個整料，OC 14可以包括一個或多個整料，并且這些整料可以一起被 裝入殼體23內以使得相應的整料流體連通，從而使得排氣氣流4可以在入口處進入HC-SCR 催化劑20，并且可以通過HC-SCR催化劑20和OC 14傳送至OC 14的出口。在另一個示范性實施例中，OC 14可以如圖3中所示被裝入HC-SCR催化劑20的下 游端內。在這種結構中，HC-SCR催化劑20可以如本文中所述包括一個或多個整料，OC 14 也可以被裝入HC-SCR催化劑20最下游的整料的下游端內。通過對每一個整料區(qū)域涂敷催 化劑材料，也就是通過將合適的涂層涂覆到整料的一端以構成HC-SCR催化劑20，并將合適 的涂層涂覆到同一整料的相對端以構成OC 14，可將OC 14結合到包括HC-SCR催化劑20的 整料上。在一種特定結構中，OC 14被構造成用于將排氣氣流4內的一氧化氮氧化為二氧 化氮(參見公式6)。這是有利的，原因在于當排氣處理系統(tǒng)2內存在用于該反應的適當條 件時，這種轉化通過借助二元催化劑24使得能夠在隨后還原為氮而有助于總體的NOxRK 過程。本文中介紹的氮和其他成分的氧化在具有相對較高O2水平和較低HC水平的稀燃狀 態(tài)下得到促進，該狀態(tài)可以利用包括ECM 5的控制系統(tǒng)2來實現。因此，將OC 14置于U-SCR催化劑26上游且在發(fā)動機和U-SCR催化劑26之間是特別有利的。將OC 14設置為靠近發(fā) 動機，優(yōu)選地盡可能靠近發(fā)動機也是特別有利的，以將OC 14內的工作溫度保持在至少約 356° F(180°C )，并且更優(yōu)選地保持在大約482° F(250°C )到大約842° F(450°C )的范 圍內。二元催化劑24包括尿素選擇性還原(U-SCR)催化劑26和DPF 28。二元催化劑24 是由具有蜂窩狀結構的陶瓷整料或基底構成的壁流式設備，蜂窩狀結構包括多個大體平行 的、縱向延伸的互連網孔，所述網孔提供包括用于排氣氣流4的多條流動通道的網絡并通 過對應的多孔網孔壁網絡隔離?；籽鼐W孔壁具有大的表面積。交替相鄰的網孔具有被堵 塞的入口或出口之一，以使交替排列的入口被堵塞，而緊鄰的網孔的入口敞開，并使交替排 列的出口被堵塞，緊鄰的網孔的出口敞開。這種結構在網孔壁內具有開孔。因此，排氣氣流 4流入多個入口并被迫使通過多孔的網孔壁和進入到相鄰的出口網孔內，隨后氣流在此從 多個未堵塞的出口流出。開孔允許氣體成分通過網孔壁，而PM則被截留在開孔內，由此提 供DPF 28的PM過濾作用。U-SCR催化劑26被提供作為布置在陶瓷流通式整料上的涂層。 涂層包括設置在陶瓷基體上的還原催化劑。涂層可以沿多條入口通道或多條出口通道或兩 者的網孔壁設置。在一個示范性實施例中，涂層被設置在提供了圖1-3中所示作為二元催 化劑24的結構的多條入口通道上，其中U-SCR催化劑26如圖所示位于DPF 28的上游。二 元催化劑24(圖1-3)也示出了將涂層設置在多條入口和出口通道上的結構。在另一個示 范性實施例中，涂層被設置在提供了圖1-3中所示作為二元催化劑24'的結構的多條出口 通道上，其中U-SCR催化劑26如圖所示位于DPF 28的下游。涂層包括多孔基體，具有被用 催化活性數量的還原催化劑涂覆的表面。陶瓷壁流式整料可以由任意合適的陶瓷制成，包 括堇青石或氧化鋁等。使用二元催化劑24是有利的，原因在于與使用了分立的DPF 28和 U-SCR催化劑26相比所實現的空間節(jié)約，以及減少了獨立排氣部件的總數。二元催化劑24，包括DPF 28和U-SCR催化劑26在內，適合用于在排氣處理系統(tǒng)2 和發(fā)動機10的大多數工作溫度范圍內提供NOx的還原(U-SCR催化劑26)和PM的收集(DPF 28)，包括從大約400° F(大約 200°C )到大約1022° F(大約550°C )的典型排氣處理 系統(tǒng)的工作溫度。二元催化劑24的DPF 28在發(fā)動機10的整個工作溫度范圍內過濾碳煙， 包括從大約-40° F(大約-40°C )到大約120° F(大約49°C )的車輛存放/啟動的典型 環(huán)境溫度到高達約1292° F(大約700°C)的工作溫度。DPF 28的被動再生和碳煙顆粒的 氧化會在從482° F(2500C )到大約842° F(450°C )的溫度范圍內NOx存在時發(fā)生，而碳 煙顆粒的主動再生和氧化會在大約為500°C的溫度或更高溫度下O2存在時發(fā)生，并且更優(yōu) 選地是在大約1112° F(600°C )到大約1202° F(650°C )的溫度范圍內。涂層包括多孔陶瓷基體，具有被用催化活性數量(也就是足以催化所需化學反應 的數量)的賤金屬催化劑涂覆的表面。合適的賤金屬催化劑包括銅(Cu)、鉻(Cr)或鐵(Fe) 或者其組合，包括其合金和化合物。多孔基體可以包括任意合適的多孔基體。合適的多孔 材料包括各種沸石。在Cu催化劑的情況下，合適的沸石是一種商用上已知的ZSM-5。使用 賤金屬催化劑允許在不使用貴重金屬的情況下轉化氮氧化物。二元催化劑24利用氨來還 原N0X。例如，在一個示范性實施例中，計量設備(例如尿素計量設備17)被設置在二元催 化劑24的上游，用于例如通過引入尿素溶液而將尿素引入排氣氣流4中。尿素要在二元催 化劑24上游足夠的距離處被引導，以允許尿素在排氣氣流4內分解從而在進入二元催化劑24之前形成氨。在一種有利的結構中，氨也可以在HC-SCR催化劑20內生成并向下游行進 至二元催化劑24。在該結構中，由于在HC-SCR催化劑20內生成的氨而需要減少數量的尿 素。以下是二元催化劑24可設想的示范性化學轉化反應尿素分解0)(朋2)2+!120—2朋3+0)2(7)二 元催化劑24內的NOx還原反應6N0+4NH3 — 5N2+6H20 (8) 4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20(9) 6N02+8NH3 — 7N2+12H20(10) 2N0+4NH3+ 02 —3N2+6H20 (11)N0+N02+2NH3 — 2N2+3H20 (12)應該理解的是，二元催化劑24可以被構造成用于執(zhí)行上述轉化中的任何一種、 上述轉化的組合，包括上述轉化的全部。二元催化劑24如上所述在大約356° F(180°C ) 的工作溫度下開始發(fā)揮作用，并且可以更優(yōu)選地在大約482 ° F (250 0C )到大約 1022° F(550°C )的范圍內工作。二元催化劑24被容納在殼體25 (例如金屬罐)內，被構造成提供承載并引導排氣 氣流4流入、通過和流出二元催化劑24。殼體25可以具有任意合適的形狀或尺寸，包括圓 柱形。殼體25也可以包括定位成靠近入口的附連部件(例如入口管)和靠近出口的附連 部件(例如出口管)，用于將二元催化劑24流體聯接至排氣處理系統(tǒng)2的排氣管和/或其 他部件。應該理解的是，二元催化劑24，包括殼體25在內，可以包括一個或多個用于幫助排 氣處理系統(tǒng)2操作的附加部件，包括但不限于傳感器、計量設備(尿素或燃料噴射器)或其 他部件。這樣的附加部件對于監(jiān)測排氣的特征(例如某些排放組分的數量或流率)可能是 特別有利的，這對于排氣處理系統(tǒng)2的控制(包括二元催化劑24的再生)是特別有利的。 排氣處理系統(tǒng)2還可以單獨地或者組合地包括附加排氣后處理設備，包括催化或未催化的 顆粒過濾器、附加氧化催化劑、催化碳煙過濾器、碳煙過濾器、NOx捕集器、NSR催化劑、部分 烴氧化催化劑、空氣泵、外部加熱設備、貴金屬催化劑、硫捕集器、磷捕集器、POx重整器等。 每一種附加的排氣后處理設備都會使用具備處理排氣氣流4組分的各種能力的技術。可以 利用已知的管路、管道和連接器來串聯或并聯地流體連接這些設備。后處理系統(tǒng)包括優(yōu)選地信號連接至ECM 5的傳感設備和系統(tǒng)。傳感設備可以包括 操作用于測量發(fā)動機10排出的排氣的NOx傳感器12、操作用于測量HC-SCR催化劑20上游 的排氣溫度以確定HC-SCR催化劑20工作溫度的溫度傳感器27以及排氣傳感設備22，該排 氣傳感設備是操作用于監(jiān)測HC-SCR催化劑20之后的排氣組分以供反饋和診斷的第二傳感 器。NOx傳感器12優(yōu)選地包括操作用于生成與排氣氣流4內的NOx濃度參數值有關的電信 號并且進一步操作用于生成與排氣供給流的空燃比參數值相關的第二電信號的傳感器，由 此即可確定氧氣含量。排氣傳感設備22優(yōu)選地包括第二 NOx傳感器，操作用于生成與排氣 氣流內的NOx濃度參數值有關的電信號。可選地，NOx傳感器12可以包括虛擬傳感設備，其 中根據發(fā)動機工作狀態(tài)來確定排氣氣流4中的NOx濃度，這是一種已知技術。排氣后處理系統(tǒng)2包括烴(HC)計量設備16，用于在HC-SCR催化劑20的上游噴射 受控數量的HC還原劑。示范性的HC計量設備包括燃料噴射器，例如柴油燃料噴射器，用于 將柴油燃料噴入排氣氣流4中。來自發(fā)動機10的燃料管線30將加壓燃料提供至可控壓力 調節(jié)設備32，例如閥，通過管路34將可控壓力調節(jié)設備32的輸出流體連接至還原劑計量設 備16。HC計量設備16和壓力調節(jié)設備32都被操作性地連接至ECM 5，ECM 5適合用于控 制噴射至排氣供給流的HC的正時和數量(例如質量流量)，通常為車輛燃料的形式。可選地，來自烴容器(未示出)或重整設備(未示出)的烴可以被用作還原劑材料，以利用后噴 射控制策略來還原HC-SCR催化劑20內的N0X。排氣處理系統(tǒng)2還包括尿素計量設備17，例如尿素噴射器，用于在二元催化劑24 的上游通過管路21從尿素容器19中噴射受控數量的尿素或氨作為還原劑。如本文中所 用，術語尿素也可以包括使用氨(NH3)作為還原劑，因為尿素分解就會產生氨作為反應的副 產物，并且也正是氨被用作二元催化劑24中所發(fā)生的催化反應的還原劑品種。合適的尿素 容器的例子可以是尿素罐。尿素計量設備17被操作性地連接至ECM 5，ECM 5適合用于控 制噴射到排氣氣流4中的尿素的正時和數量。在尿素被用作還原劑時，噴射應該在二元催 化劑24上游的足夠遠處進行以使得尿素能夠在進入二元催化劑24之前分解為氨?？刂葡到y(tǒng)3優(yōu)選地包括分布式控制模塊結構，包含適合用于提供各種車輛系統(tǒng) (包括本文所述的動力系統(tǒng))的協同控制的多個控制模塊?？刂葡到y(tǒng)可操作用于監(jiān)測來自 傳感設備的輸入，綜合相關信息，并執(zhí)行算法以控制各個致動器用于滿足操作者需求和實 現控制目標，包括例如燃料經濟性、排放、性能、駕駛性能和硬件保護這樣的參數。分布式控 制器結構包括ECM 5和操作性地連接至其他設備的用戶接口(UI) 13，車輛操作者通?？梢?通過用戶接口來控制或引導車輛以及動力系的操作。車輛操作者為UI 13提供輸入的設備 通常包括加速踏板、制動踏板、變速器檔位選擇器以及車輛速度巡航控制。前述的每一種控 制模塊和設備都與其他的控制模塊、設備、傳感器和致動器一起通過大體上用標記6示出 的高速局域網(LAN)總線進行通信。LAN總線6允許在各個處理器、控制模塊和設備之間對 控制參數和指令進行結構化通信。所使用的具體通信協議是專用的。LAN總線和適當的協 議在前述的控制模塊和提供例如防抱死制動、牽引控制和車輛穩(wěn)定性等功能的其他控制模 塊之間提供了魯棒的消息傳送和多控制模塊接口。ECM 5包括通過數據總線電信號連接至易失性和非易失性存儲設備的中央處理單 元。ECM 5如圖所示被操作性地附連至傳感設備和其他輸出設備以持續(xù)地監(jiān)測并控制發(fā)動 機10和排氣后處理系統(tǒng)的運行。輸出設備優(yōu)選地包括用于準確控制和操作發(fā)動機所必需 的子系統(tǒng)，作為示例可包括空氣進氣系統(tǒng)、燃料噴射系統(tǒng)、火花點火系統(tǒng)(在使用火花點火 式發(fā)動機例如均質充氣壓縮點火發(fā)動機時)、排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)和蒸發(fā)控制系統(tǒng)。發(fā)動 機傳感設備包括可操作用于監(jiān)測發(fā)動機運行、外部狀態(tài)和操作者需求的設備，并且通常通 過線束被信號附連至ECM 5。存儲在非易失性存儲設備內的算法由中央處理單元執(zhí)行并且可操作用于監(jiān)測來 自傳感設備的輸入并執(zhí)行發(fā)動機控制和診斷程序以利用預設的標定值來控制發(fā)動機的運 行。使用ECM 5來控制和診斷內燃機10各方面的運行對于本領域技術人員來說是公知的。 但是，ECM 5可以適用于如本文中所述利用排氣排放系統(tǒng)2的獨特優(yōu)點，以在發(fā)動機10的 各種運行狀態(tài)下使NOx的還原最大化，并且也可以在HC-SCR催化劑20或二元催化劑24的 再生期間保持可以接受的NOx還原水平。排氣排放處理系統(tǒng)2內催化劑溫度在從-40至650°C范圍內都是可能的，還有以下 的催化劑有可能會處于其中的氣相濃度范圍由POx燃料重整器或缸內燃燒控制(例如后 噴射)提供的O2 (2-21% )、N0x(0-1500ppm)和H2 (高達4% )。另外，在從怠速時的IOOkg/ 小時至加速條件下的1200kg/小時范圍內的排氣流率會導致用于催化反應設備的空間速 度(SV)的范圍從大約SOOOh-1至eooooh—1。存在于柴油燃料中的較重烴(例如η-十二烷)
13在較低的溫度范圍內提供NOx轉化，這有助于將輔助燃料噴射引入到排氣中。將氫氣加入供 給流中(例如通過加入POx重整器(未示出))降低了起燃溫度，在輕烴(丙烯、丙烷)和 重烴(η-十二烷)兩者使用的Ag/Al203催化劑上進一步用于NOx轉化。沒有示出向排氣供 給流中加入一氧化碳以在Ag/Al203催化劑上還原Ν0Χ。使用的特定控制策略，也就是本文中所述的HC噴射量對比H2噴射量對比NO2比 例，最終取決于HC-SCR催化劑20的SV和溫度以及入口的NOx濃度。在低O2濃度(< 10 % ) 和/或低溫(< 350°C )而沒有在供給流中添加過多H2(也就是彡250ppm H2)的條件下， 應該注意確保沒有噴射過量的HC從而使得HC-SCR催化劑20的焦化和可能的去活化得以 最小化。在持續(xù)發(fā)動機運行期間能夠控制的排氣狀態(tài)包括噴射的柴油燃料量(也就是用 于在HC-SCR催化劑20上還原NOx所使用的烴(HC))以及來自POx燃料重整器或缸內燃燒 控制策略的H2噴射量。另外，EGR的幅度(單位％ )和PCCI (預混充氣壓縮點火)燃燒 可以被用于降低發(fā)動機排出的NOx濃度并改變排氣氣流中的O2濃度。本發(fā)明包括一種方法，利用示范性內燃機的運行狀態(tài)控制在以稀于化學計量比運 行期間將發(fā)動機排出的NOx濃度還原為排氣供給流中的N2。該方法包括確定排氣供給流中 的NOx氣體的測量值并基于排氣供給流的選定參數確定優(yōu)選的烴/NOx比值；然后選擇性地 將烴還原劑分配至Ag-氧化鋁的HC-SCR催化劑20上游的排氣供給流中。燃料是用于在 Ag-氧化鋁的HC-SCR催化劑20中還原NOx的優(yōu)選還原劑。限定得到最優(yōu)NOx轉化的發(fā)動機 工作狀態(tài)和排氣溫度。感興趣的排氣系統(tǒng)2的工作參數包括催化劑工作溫度、排氣流率、NOx 濃度和氧氣濃度。所述參數優(yōu)選地由控制系統(tǒng)使用以計算在特定工作條件下NOx還原的最 優(yōu)HCVNOx比值。HCVNOx比值被定義為在C1基礎上噴射的燃料量除以入口 NOx濃度(例如 Ippm的蒸發(fā)柴油燃料具有大約14個碳原子；因此在排氣供給流中具有IOOppm的入口 NOx 的情況下HC1 NOx比值為10需要噴射IOX 100/14 = 7Ippm的柴油燃料)。HtVNOx比值 被用于計算和噴射適當的燃料量以用于催化劑上的NOx還原。發(fā)動機工作參數被進一步用 于計算NOx還原的最優(yōu)氫氣(H2)濃度，可以利用可用方法(例如部分氧化的燃料重整器或 缸內后噴射系統(tǒng))將其噴入排氣供給流內。限定了對于指定發(fā)動機選擇最優(yōu)催化劑體積的 標準，包括排氣體積流率/催化劑體積=空間速度(單位為h—1)。而且，本文中介紹的方法 在發(fā)動機排放的O2濃度低至2%時對于產生高NOx轉化是很有效的。例如排氣再循環(huán)(EGR) 和預混充氣壓縮點火(PCCI)以及其他的低溫燃燒策略這樣的發(fā)動機控制方案被用于改變 發(fā)動機排出的NOx和O2濃度以在催化劑上實現最優(yōu)的NOx轉化。限定得到最優(yōu)NOx轉化的 在發(fā)動機排出的NOpK平以及發(fā)動機排出的O2水平之間的折衷。氧化設備(例如已知的柴 油氧化催化劑或者已知的等離子臭氧生成設備)可以被用于NOx還原催化劑的上游以在低 溫下將NO (發(fā)動機排出的主要NOx種類)氧化為NO2從而得到最優(yōu)的NOx轉化。在低溫下 優(yōu)選地噴射較少的燃料還原劑和較多的H2。相反，在高溫下則噴射較多的燃料還原劑和較 少的H2。在高排氣流量條件下噴射的H2量更高。前述的工作參數可應用于根據催化劑配 方(例如加載Ag-金屬、加載涂層以及添加其他的非Ag成分)來計算用于NOx還原的最優(yōu) HCVNOx比值。使用這樣的控制策略允許通過EGR、PCCI (低溫)燃燒、燃料噴射量和H2噴 射量的組合來優(yōu)化車倆的燃料經濟性，同時實現催化劑上的最大NOx還原。而且，在高空間 速度、低O2濃度和低溫的條件下可以限定使用噴射還原劑燃料的工作限制以將可能的焦化(碳化物沉積)和可能的催化劑去活化最小化而無需在排氣供給流中添加過多的H2。能夠 識別出獲得最優(yōu)NOx轉化的燃料組成。 盡管本發(fā)明已經參考示例性實施例來描述，但是本領域技術人員可理解的是，在 不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以作出各種變化且等價物可以替代其元件。另外，在不偏 離本發(fā)明本質范圍的情況下，可以作出許多修改以使得具體情況或材料適合于本發(fā)明的教 導。因此，本發(fā)明并不旨在限于作為用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式公開的具體實施例，而本發(fā) 明將包括所有落入本申請范圍內的所有實施例。
權利要求
一種用于車輛的排氣排放處理系統(tǒng)，包括HC SCR催化劑，所述HC SCR催化劑包括設置在陶瓷基體上并且被構造成從發(fā)動機接收排氣氣流的非鉑族金屬催化劑材料；氧化催化劑，所述氧化催化劑包括鉑族金屬催化劑材料并且被構造成從HC SCR催化劑接收排氣氣流；U SCR催化劑和顆粒過濾器，U SCR催化劑或顆粒過濾器中的一個被構造成從氧化催化劑接收排氣氣流，并且U SCR催化劑或顆粒過濾器中的另一個被構造成從相應一個接收排氣氣流。
2.如權利要求1中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化劑中的非鉬族金屬催 化劑材料包括Ag、Ag化合物或Ag合金或者是其組合，所述陶瓷基體包括氧化鋁。
3.如權利要求2中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化劑中的催化劑材料還 包括設置在所述陶瓷基體上的Zr、Nb、Y、Hf、La、Ce或Nd、或者是它們的氧化物、或者是它 們的合金或者是其組合。
4.如權利要求2中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述非鉬族金屬是包括催化劑重量的 大約1-4 %的Ag或Ag化合物。
5.如權利要求4中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化劑中的催化劑材料還 包括設置在所述陶瓷基體上的鉬族金屬。
6.如權利要求5中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述鉬族金屬包括Pt、Rh、Ir、Ru、Re、 Os或Pd、或者是它們的合金，或者是其組合。
7.如權利要求4中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化劑中鉬族金屬的原子 分數與鉬族金屬的原子分數和Ag或Ag化合物的原子分數之和的比值為鉬族金屬和Ag或 Ag化合物的組合的原子分數的0. 25或更低。
8.如權利要求1中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述HC-SCR催化劑包括具有大約為 1. 0-4. Og/cm3的催化劑材料的涂層。
9.如權利要求1中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述陶瓷基體包括設置在基底表面上 的涂層。
10.如權利要求9中所述的排放處理系統(tǒng)，其中，所述基底包括陶瓷或金屬的流通式整料。
全文摘要
公開了一種用于具有內燃機的車輛的排放處理系統(tǒng)。該排放處理系統(tǒng)具有HC-SCR催化劑，HC-SCR催化劑包括散布在陶瓷基體上且被構造成從發(fā)動機接收排氣氣流的非鉑族金屬。該系統(tǒng)還具有氧化催化劑，氧化催化劑包括被構造成從HC-SCR催化劑接收排氣氣流的鉑族金屬。該系統(tǒng)還具有U-SCR催化劑和柴油顆粒過濾器，U-SCR催化劑或DPF中的一個被構造成從氧化催化劑接收排氣氣流，并且U-SCR催化劑或柴油顆粒過濾器中的另一個被構造成從相應一個接收排氣氣流。
文檔編號F01N3/035GK101985893SQ201010511618
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權日2009年7月14日
發(fā)明者D·B·布朗, M·C·勒克姆, S·任 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司