專(zhuān)利名稱(chēng)：用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理裝置，以及用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處
理方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)在燃燒過(guò)程期間產(chǎn)生碳煙。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以此著稱(chēng)，并導(dǎo)致發(fā)展用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的相應(yīng)碳煙過(guò)濾器和排氣后處理系統(tǒng)。然而，火花點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)，特別是直接注油的汽 油發(fā)動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行期間產(chǎn)生碳煙顆粒，其可與排氣一起進(jìn)入周?chē)諝?。即使汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的碳煙顆粒量通常少于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，但是期望防止或至少降低碳煙顆粒的排放，并且防止或至少降低因此產(chǎn)生的大氣污染。能夠通過(guò)顆粒過(guò)濾器從排氣中清除碳煙顆粒。該顆粒過(guò)濾器可為額外組件部分，其具有相應(yīng)的空間需求和額外成本。因此，有利的是，將顆粒過(guò)濾器的功能和用于排氣后處理的其他組件結(jié)合。從EP I 055 805B1已知，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，為了在多個(gè)連續(xù)方法階段，在碳煙過(guò)濾元件中分離碳煙，過(guò)濾元件具有用于將排氣中所含的一氧化氮氧化為二氧化氮的催化劑涂層。根據(jù)EP 2273079A1，排氣后處理裝置裝備有插入件，其在流入側(cè)部分中作為氧化催化劑，以及在流出側(cè)部分中作為顆粒過(guò)濾器形成。在WO 2008/107423A1中，公開(kāi)了具有由陶瓷材料形成的過(guò)濾器主體的柴油顆粒過(guò)濾器，其在過(guò)濾器部分用于使排氣流經(jīng)的平面和多孔過(guò)濾器壁，并且除了過(guò)濾器部分之外，其還包含催化劑部分，后者具有氧化催化劑涂層或NOx存儲(chǔ)涂層。在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，已知結(jié)合相應(yīng)的顆粒過(guò)濾器(汽油顆粒過(guò)濾器GPF)的功能和通常在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中任何情況下都在排氣系統(tǒng)中提供的三元催化劑(TWC)的功能。然而，通過(guò)將三元催化劑的催化活性物質(zhì)應(yīng)用于顆粒過(guò)濾器的排氣管路的過(guò)濾器壁，顆粒過(guò)濾器對(duì)排氣通流造成的阻力以及因而排氣反壓力將會(huì)顯著上升。與傳統(tǒng)的三元催化劑形成對(duì)比，因此將催化活性物質(zhì)引入顆粒過(guò)濾器的多孔過(guò)濾器壁，因而降低壓力損失，并且因此降低排氣反壓力。然而，本文的發(fā)明人已意識(shí)到上述方法的一些問(wèn)題。例如，已發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的三元催化劑(TWC)相比，顆粒過(guò)濾器(GPF)的過(guò)濾器壁中的催化涂層的插入件導(dǎo)致開(kāi)始行為減弱。特別地，需要較長(zhǎng)的時(shí)間，直到實(shí)現(xiàn)排氣污染物轉(zhuǎn)換的充分催化效果，因此，具有該過(guò)濾器的汽車(chē)排放的污染物，特別是碳?xì)浠衔?，大體上會(huì)增加?？赡芡ㄟ^(guò)加熱排氣后處理裝置提高開(kāi)始行為，例如通過(guò)增加排氣焓或通過(guò)電加熱，然而，結(jié)果是燃料消耗也將增加。通過(guò)增加催化器物質(zhì)的貴金屬含量可能改善開(kāi)始行為，但這將增加成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提供實(shí)施例以至少部分地解決上述問(wèn)題。在一個(gè)實(shí)例中，用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理裝置包含具有多孔過(guò)濾器壁的過(guò)濾器主體，排氣通過(guò)多孔過(guò)濾器壁流動(dòng)從而清除碳煙，多孔過(guò)濾器壁包含第一催化劑材料，并且在過(guò)濾器壁的部分區(qū)域具有第二催化劑材料涂層。通過(guò)該方式，可以通過(guò)多孔過(guò)濾器壁從排氣中清除顆粒物質(zhì)。進(jìn)一步，包含在過(guò)濾器壁中的催化劑材料以及涂層該壁可以起到轉(zhuǎn)換排氣中的排放物的作用。通過(guò)結(jié)合顆粒過(guò)濾器和催化劑材料，可以提供單排氣后處理裝置而非單獨(dú)的催化劑和顆粒過(guò)濾器，降低發(fā)動(dòng)機(jī)包裝空間。通過(guò)僅涂層濾器壁的部分區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)快速催化起燃，而不過(guò)度提高排氣回壓，因而避免燃料經(jīng)濟(jì)性的不利影響。當(dāng)單獨(dú)地或結(jié)合附圖時(shí)，根據(jù)下面的詳細(xì)說(shuō)明將更容易地理解本發(fā)明的以上優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)和特征。 應(yīng)理解，提供以上摘要是為了以簡(jiǎn)化的形式引入將在詳細(xì)說(shuō)明書(shū)中進(jìn)一步描述的概念選擇。無(wú)意識(shí)別所要求的主旨的關(guān)鍵或?qū)嵸|(zhì)特征，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由詳細(xì)說(shuō)明書(shū)后的權(quán)利要求唯一限定的。此外，要求的主旨并不限于解決以上提出的任何缺點(diǎn)和本公開(kāi)的任何部分中的實(shí)施。


圖1A-1D示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的催化劑和顆粒過(guò)濾器的不同實(shí)施例(圖1A-1C)和根據(jù)本公開(kāi)的排氣后處理裝置過(guò)濾器主體的實(shí)施例(圖1D)的比較，每種情況下都為示意性橫截面圖的形式。圖2示出根據(jù)本公開(kāi)的排氣后處理裝置的過(guò)濾器主體的進(jìn)一步實(shí)施例的部分切除透視圖。圖3示出多汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)的單汽缸的示意圖。圖4示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例，用于操作具有排氣裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本公開(kāi)的后處理裝置包括過(guò)濾器主體，其例如可由陶瓷材料、襯底組成，并且其例如包含彼此平行延伸的排氣管路。鄰近的排氣管路之間的隔斷壁以多孔過(guò)濾器壁形成，用于保存排氣中所含的碳煙，并且被排氣穿過(guò)。為了該目的，排氣管路例如在其流出側(cè)或流入側(cè)末端交替閉合，以便從過(guò)濾器主體的流入側(cè)末端部分流至流出側(cè)末端部分的排氣流經(jīng)過(guò)濾器壁。過(guò)濾器主體因而作為顆粒過(guò)濾器形成，用于從汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流清除碳煙。根據(jù)本公開(kāi)，多孔過(guò)濾器壁包含三元催化劑的催化劑材料，換句話說(shuō)為獲得三元催化劑效果的催化劑材料。催化劑材料可以本身已知的方式包含貴金屬，諸如鉬、鈀和/或銠。除了過(guò)濾器壁內(nèi)所含的催化劑材料之外，將可具有和以上催化劑材料相同組分的三元催化劑的第二催化劑材料應(yīng)用于過(guò)濾器壁的部分區(qū)域，特別是過(guò)濾器壁上的涂層。該涂層可以本身已知的方式在三元催化劑中形成。也可使用催化劑材料的不同分布，例如，進(jìn)口區(qū)域可包含更多鈀，而在過(guò)濾器壁中可提高銠的含量。
催化劑材料插入過(guò)濾器壁不引起顆粒過(guò)濾器流阻的顯著提高。由于將三元催化劑的催化劑材料另外施加至過(guò)濾器壁，所以實(shí)現(xiàn)了排氣后處理裝置的更高開(kāi)始行為，并且特別是甚至在排氣后處理裝置已達(dá)到其完全運(yùn)行溫度之前，就已建立更高的催化效果。因?yàn)閮H過(guò)濾器壁的部分區(qū)域并且因而不是過(guò)濾器的全部表面都具有或涂有催化劑材料，所以流阻僅稍微提高，并且因此僅排氣反壓力提高，其仍適用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。由于本公開(kāi)，因而以改進(jìn)方式彼此組合顆粒過(guò)濾器和三元催化劑的效果。根據(jù)本公開(kāi)的示例，將額外的催化劑材料施加到至少在限定于排氣流動(dòng)方向的過(guò)濾器主體的一部分中的過(guò)濾器壁，特別施加至彼此平行延伸的排氣管路的所有過(guò)濾器壁的相應(yīng)部分。因而可能簡(jiǎn)化生產(chǎn)，并且實(shí)現(xiàn)排氣凈化的特別高的功效水平。將另外施加的催化劑材料有利地施加至過(guò)濾器主體的至少一部分中的兩側(cè)上的過(guò)濾器壁。因而進(jìn)一步提高了作為三元催化劑的另外催化劑材料的功效。該部分，其中三元催化劑的催化劑材料被另外施加至過(guò)濾器主體的排氣管路的隔離壁，換句話說(shuō)，施加至過(guò)濾器壁，可例如作為流入側(cè)或流出側(cè)末端部分，或作為在過(guò)濾器主體的排氣流動(dòng)方向觀察的中心部分形成。可在多個(gè)該部分中施加另外的催化劑材料，然 而，其中至少一部分仍無(wú)另外的催化劑材料。根據(jù)本公開(kāi)的示例，另外施加的催化劑材料被在流入側(cè)上施加至過(guò)濾器主體的末端部分中的過(guò)濾器壁。因而實(shí)現(xiàn)特別良好的開(kāi)始行為以及特別高水平的排氣凈化功效。該布置的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于防止催化劑的可能磷中毒，這可由排氣中的磷化合物引起，并且其降低排氣后處理裝置的功效和服務(wù)壽命。根據(jù)本公開(kāi)的進(jìn)一步示例，另外施加的催化劑材料被在流出側(cè)上施加至過(guò)濾器主體的末端部分中的過(guò)濾器壁。如果另外的催化劑材料被在流入側(cè)和流出側(cè)上都被施加至過(guò)濾器主體的末端部分中的過(guò)濾器壁，將特別優(yōu)選。因而實(shí)現(xiàn)了特別高的催化劑凈化效果以及特別良好的開(kāi)始行為。多孔過(guò)濾器壁中所含的，也就是說(shuō)過(guò)濾器主體的排氣管路之間的隔離壁中的催化劑材料可被有利地作為涂層，布置在位于過(guò)濾器壁內(nèi)的多孔壁中。因而在三元催化劑條件下實(shí)現(xiàn)特別高水平的催化排氣凈化功效，而不降低作為碳煙過(guò)濾器的效果，或產(chǎn)生可觀的排氣反壓力。在根據(jù)本公開(kāi)的用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理的方法中，測(cè)量排氣中的氧含量，并且調(diào)整汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和/或空氣進(jìn)給，以實(shí)現(xiàn)至少適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計(jì)量排氣組分。例如可使用布置在排氣流中的拉姆達(dá)探針測(cè)量排氣的氧含量?？赏ㄟ^(guò)本身已知的方式調(diào)整汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和/或空氣進(jìn)給，例如通過(guò)調(diào)節(jié)噴射的燃料量，以便排氣具有近似化學(xué)計(jì)量組分，其允許通過(guò)三元催化劑幾乎完全氧化CO和碳?xì)浠衔?，以及幾乎完全還原NO。氧含量測(cè)量和為了實(shí)現(xiàn)化學(xué)計(jì)量排氣組分的調(diào)整相應(yīng)于本身已知的三元催化劑的拉姆達(dá)(lambda)調(diào)整。此外，在根據(jù)本公開(kāi)的方法中，排氣流經(jīng)如上所述設(shè)計(jì)的排氣后處理裝置。碳煙顆粒被過(guò)濾器主體從排氣中清除，過(guò)濾器主體包含彼此平行延伸的排氣管路，排氣通過(guò)過(guò)濾器壁流動(dòng)。由于布置在多孔過(guò)濾器壁內(nèi)的催化劑材料，以三元催化劑的方式對(duì)排氣的進(jìn)一步污染物凈化。作為被施加至過(guò)濾器壁部分的另外催化劑材料的結(jié)果，在過(guò)濾器壁內(nèi)的催化劑材料已達(dá)到完全運(yùn)行溫度之前，已可獲得用于排氣凈化的催化劑效果。
根據(jù)圖1A，從現(xiàn)有技術(shù)已知的三元催化劑過(guò)濾器主體I包含多個(gè)排氣管路2，其彼此平行延伸，并且其經(jīng)布置，以便將被凈化的排氣從流入側(cè)3流至流出側(cè)4。將催化劑材料布置在陶瓷襯底形成的壁5上的排氣管路2中，所述催化劑材料例如被施加至水洗涂層6，其例如可由多孔鋁氧化物和鈰(IV)氧化物組成，其中包含催化活性貴金屬。當(dāng)將被凈化的排氣從流入側(cè)3流至流出側(cè)4時(shí)，其接觸水洗涂層6中的催化劑材料。由于其中所含的貴金屬，特別是鉬、鈀和/或銠的催化效果，排氣中所含的一氧化碳和碳?xì)浠衔锢缃柚谘醵趸?，以形成二氧化碳和水，并且排氣中所含的一氧化氮被一氧化碳還原，形成氮?dú)?。通過(guò)可借助拉姆達(dá)調(diào)整實(shí)現(xiàn)的排氣的相應(yīng)化學(xué)計(jì)量組分，能夠?qū)⑸鲜鑫廴疚飳?shí)質(zhì)上完全從排氣中清除。為了清楚，圖IA中不是所有的元件都以其各自標(biāo)識(shí)號(hào)表示，其他圖也是如此。圖IB示出從現(xiàn)有技術(shù)已知的顆粒過(guò)濾器，并且具有過(guò)濾器主體7，其包含多個(gè)第一排氣管路8，后者彼此平行延伸，朝流入側(cè)3開(kāi)啟，并且朝流出側(cè)4閉合。過(guò)濾器主體7也包含多個(gè)第二排氣管路9，其彼此平行延伸并且延伸至第一排氣管路8，朝流出側(cè)4開(kāi)啟，并且朝流入側(cè)3閉合。過(guò)濾器主體7的陶瓷襯底在第一和第二排氣管路8、9之間形成多孔隔斷壁24，該隔斷壁起過(guò)濾器壁的作用。在其從過(guò)濾器主體7的流入側(cè)3至流出側(cè)4的路徑上，排氣流經(jīng)第一排氣管路8，流經(jīng)多孔隔斷壁24，其中，保留排氣中所含的碳煙顆粒，并繼 續(xù)流經(jīng)第二排氣管路9。特別地，圖IB示出用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)(GPF)的顆粒過(guò)濾器。如圖IC中象征性示出，在用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)(GPF)的進(jìn)一步碳煙顆粒過(guò)濾器中，在隔斷壁11中包含起三元催化劑催化意義的材料，起過(guò)濾器壁的作用。另外類(lèi)似于圖IB中所示的顆粒過(guò)濾器的過(guò)濾器主體7設(shè)計(jì)圖IC中示出的過(guò)濾器主體。當(dāng)排氣從流入側(cè)3通過(guò)過(guò)濾器主體25流至流出側(cè)4時(shí)，所述排氣流經(jīng)如圖IB所示的過(guò)濾器主體7中的第一排氣管路8、多孔隔斷壁11以及第二排氣管路9。當(dāng)排氣流經(jīng)多孔隔斷壁11時(shí)，不僅將排氣中所含的碳煙顆粒濾出，而且如果相應(yīng)設(shè)定排氣組分，也在圖IA中所示的三元催化劑中，將排氣中的進(jìn)一步污染物經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化而凈化。在圖ID中，示出根據(jù)本公開(kāi)的排氣后處理裝置，其包含過(guò)濾器主體13。將其設(shè)計(jì)地類(lèi)似于圖IC中所示的過(guò)濾器主體25，但是隔離壁11在流入側(cè)3和流出側(cè)4上，在其各個(gè)末端部分都另外載有催化劑材料。所述催化劑材料可具有與包含在隔離壁11的催化劑材料相同的組分，并且也被用于三元催化劑中的催化轉(zhuǎn)化。可將另外的催化劑材料包含在例如被施加至兩側(cè)上的隔離壁11的水洗涂層14、15中。隔離壁11可包括未施加水洗涂層的干涉區(qū)域26，因而在該干涉區(qū)域中，過(guò)濾器壁不被涂以催化劑材料。如果排氣從流入側(cè)流經(jīng)過(guò)濾器主體13至流出側(cè)，所述排氣就因而流進(jìn)第一排氣管路8，后者通往流入側(cè)，并且穿過(guò)水洗涂層14，后者包含布置在流入側(cè)上的隔離壁11上的另外的催化劑材料。然后，排氣穿透多孔隔離壁11，后者起過(guò)濾器壁的作用，用于清除排氣中所含的碳煙顆粒。最后，排氣流經(jīng)第二排氣管路9，后者通往流出側(cè)，并且穿過(guò)水洗涂層15，后者同樣地包含被施加至流出側(cè)上的隔離壁11的另外的催化劑材料。通過(guò)相應(yīng)設(shè)定的排氣組分，隨著排氣流經(jīng)隔離壁11，由于其中所含的催化劑材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，排氣被凈化進(jìn)一步污染物，這是圖IC中所示的過(guò)濾器主體25中的情況。另外，當(dāng)穿過(guò)具有另外的催化劑材料的水洗涂層14、15時(shí)，催化凈化在流入和流出側(cè)上的末端部分發(fā)生；即使已達(dá)到布置在隔離壁11中的催化劑材料的運(yùn)行溫度之前，該凈化也特別有效。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，催化劑材料可在三個(gè)區(qū)域存在于后處理裝置中。第一區(qū)域包括流入部分中的過(guò)濾器壁上的催化劑材料涂層。第二區(qū)域包括過(guò)濾器壁內(nèi)所含的催化劑材料。第三區(qū)域包括流出部分中的過(guò)濾器壁上的催化劑材料涂層。對(duì)過(guò)濾器壁涂層可產(chǎn)生降級(jí)燃料經(jīng)濟(jì)性的另外的排氣回壓。因而，僅在第一和第三區(qū)域中提供涂層。在圖ID中以第一區(qū)域27和第三區(qū)域28描述第一和第三區(qū)域。第一區(qū)域27被完全涂以催化劑材料。第三區(qū)域28也可被完全涂以催化劑材料。干涉區(qū)域26可不被涂以任何催化劑材料。第一區(qū)域27可包含后處理裝置的25%或更短長(zhǎng)度。換句話說(shuō)，對(duì)于每個(gè)給定的過(guò)濾器壁，流入側(cè)上(流入側(cè)3)上的25%的過(guò)濾器壁都被完全涂以催化劑材料。然而，其他百分比也處于本公開(kāi)的保護(hù)范圍之內(nèi)，諸如15%、10%等等。類(lèi)似地，第三區(qū)域可包含后處理裝置的25%或更短長(zhǎng)度，因?yàn)閷?duì)于每個(gè)過(guò)濾器壁，流出側(cè)上的25%或更少的過(guò)濾器壁都可被完全涂以催化劑材料。干涉區(qū)域26可包含后處理裝置的50%或更多長(zhǎng)度。通過(guò)該方式，在過(guò)濾器壁的外部，后處理裝置的每個(gè)過(guò)濾器壁的至少一半長(zhǎng)度不被涂以催化劑材料(但是可仍包括集成在壁內(nèi)的催化劑材料)。在一些實(shí)施例中，75%的長(zhǎng)度不涂以催化劑。在其他實(shí) 施例中，80%的長(zhǎng)度不涂以催化劑。此外，第一區(qū)域27緊密鄰近干涉區(qū)域26，后者緊密鄰近第三區(qū)域28，而第一區(qū)域27、干涉區(qū)域26和第三區(qū)域28之間無(wú)干涉區(qū)域。另外，在一些實(shí)施例中，后處理裝置的每個(gè)末端面都不被涂以催化劑材料。因而，在一個(gè)示例中，后處理裝置可包括限定流入管路和流出管路的多個(gè)過(guò)濾器壁。每個(gè)過(guò)濾器壁的外部的第一 10%被在流入側(cè)完全涂以催化劑材料。每個(gè)過(guò)濾器壁的外部的隨后80%可不被涂以催化劑材料。每個(gè)過(guò)濾器壁的外部的最后10%被在流出側(cè)完全涂以催化劑材料。后處理裝置的每個(gè)末端面都可不被涂以催化劑材料。此外，過(guò)濾器壁可包括集成在壁內(nèi)的催化劑材料。可將集成在壁內(nèi)的催化劑材料集成在每個(gè)壁的整體內(nèi)，以便后處理裝置的所有壁的所有部分都包括其中的催化劑。然而，在其他實(shí)施例中，僅壁的部分的子集可具有其中集成的催化劑。例如，每個(gè)壁的僅50%可包括集成的催化劑材料。在另外的示例中，不是每個(gè)壁都可包括集成的催化劑材料，而是僅有過(guò)濾器壁的子集可包括集成的催化劑材料。在圖2中示出根據(jù)本公開(kāi)的排氣后處理裝置的過(guò)濾器主體16的進(jìn)一步實(shí)施例。如圖所示，在示出的透視圖和放大細(xì)節(jié)圖中所示的流入側(cè)上的末端面17上，過(guò)濾器主體16的襯底形成以格子狀或蜂窩結(jié)構(gòu)形式布置的管道或管路18、19,其中每個(gè)第二管路18都朝向流入側(cè)開(kāi)口。中間管路19朝向流入側(cè)閉合，并且朝向流出側(cè)開(kāi)口，而管路18朝向流入側(cè)開(kāi)口，并且朝向處理側(cè)(未示出)閉合。隔離壁20多孔，并且包含具有三元催化劑效果的催化劑材料，或者例如起O2或NOx儲(chǔ)存作用的材料。催化劑材料被另外作為涂層22施加至隔離壁20，換句話說(shuō)，被施加至流入側(cè)上的末端部分21中的管路18、19的管壁。如圖2中的部分切除視圖所示，未在過(guò)濾器主體16的中心部分23中提供該涂層?？深?lèi)似于流入側(cè)(未示出)上的末端部分21設(shè)計(jì)流出側(cè)上的過(guò)濾器主體16的末端部分。如果將汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流通過(guò)流入側(cè)上的末端面17引導(dǎo)經(jīng)過(guò)過(guò)濾器主體16，排氣就因而流經(jīng)通往流入側(cè)的管路18，穿透多孔隔離壁20，并且繼續(xù)流經(jīng)流出側(cè)上的管路
19。當(dāng)排氣流經(jīng)起過(guò)濾器壁作用的隔離壁20時(shí)，就從中清除排氣中所含的顆粒，尤其是碳煙，并且如果相應(yīng)設(shè)定排氣組分，就以三元催化劑的方式清除進(jìn)一步污染物。另外，作為排氣和催化劑涂層22接觸的結(jié)果，將進(jìn)一步污染物從排氣清除。在過(guò)濾器壁或隔離壁20中所含的催化劑材料已達(dá)到所需的運(yùn)行溫度之前，另外起三元催化劑作用的涂層22已在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)或排氣后處理裝置的開(kāi)始階段有效。因而實(shí)現(xiàn)了具有過(guò)濾器主體16的排氣后處理裝置的更優(yōu)開(kāi)始行為，其中，僅在各部分上施加的涂層僅引起排氣反壓力的較小增加?，F(xiàn)在參考圖3，其包括示出多汽缸內(nèi)燃機(jī)10的一個(gè)汽缸的示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)10可部分由包括控制器12的控制系統(tǒng)，以及由車(chē)輛操作者通過(guò)輸入裝置130的輸入控制。在該示例中，輸入裝置130包括油門(mén)踏板和踏板位置傳感器134，用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號(hào)PPo發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒汽缸30可包括燃燒汽缸壁32，其中定位有活塞36。活塞36可被耦合至機(jī)軸40，以便將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)中間傳動(dòng)系 統(tǒng)，將機(jī)軸40耦合至車(chē)輛的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。此外，可通過(guò)飛輪將起動(dòng)馬達(dá)耦合至機(jī)構(gòu)40，從而能夠進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)10的起動(dòng)操作。 燃燒室30可通過(guò)進(jìn)氣通道42，從進(jìn)氣歧管44接收進(jìn)氣空氣，并且可通過(guò)排氣通道48排放燃燒氣體。進(jìn)氣歧管44和排氣通道48能選擇性地通過(guò)各個(gè)進(jìn)氣氣門(mén)52和排氣氣門(mén)54而與燃燒汽缸30相通。在一些實(shí)施例中，燃燒室30可包括兩個(gè)或更多進(jìn)氣氣門(mén)和/或兩個(gè)或更多排氣氣門(mén)。 在該示例中，可通過(guò)各個(gè)凸輪致動(dòng)系統(tǒng)51和53，通過(guò)凸輪致動(dòng)而控制進(jìn)氣氣門(mén)52和排氣氣門(mén)54。凸輪致動(dòng)系統(tǒng)51和53可每個(gè)都包括一個(gè)或更多凸輪，并且可利用一個(gè)或更多凸輪輪廓變換(CPS)、可變凸輪正時(shí)(VCT)、可變氣門(mén)正時(shí)(VVT)和/或可變氣門(mén)升程(VVL)系統(tǒng)，其可由控制器12操作，從而改變氣門(mén)運(yùn)行。進(jìn)氣門(mén)52和排氣門(mén)54的位置可分別由位置傳感器55和57確定。在可替換實(shí)施例中，可由電動(dòng)氣門(mén)致動(dòng)控制進(jìn)氣門(mén)52和/或排氣門(mén)57。例如，汽缸30可替換地包括經(jīng)電動(dòng)氣門(mén)致動(dòng)控制的進(jìn)氣門(mén)，以及經(jīng)包括CPS和/或VCT系統(tǒng)的凸輪致動(dòng)控制的排氣門(mén)。示出燃料噴射器66被直接耦合至燃燒汽缸30，用于在其中直接噴射燃料，其與經(jīng)電子驅(qū)動(dòng)器68從控制器12接收的信號(hào)FPW的脈沖寬度成比例。通過(guò)該方式，燃料噴射器66向燃燒汽缸30提供已知的直接燃料噴射。例如，可將燃料噴射器安裝在燃燒汽缸側(cè)面或安裝在燃燒汽缸頂部。可通過(guò)燃料傳送系統(tǒng)(未示出)將燃料傳送至燃料噴射器66，該燃料系統(tǒng)包括燃料箱、燃料泵、以及燃料管。在一些實(shí)施例中，燃燒汽缸30可替換地或另外包括以下列方式被布置在進(jìn)氣通道42中的燃料噴射器，即其向燃燒汽缸30上游的進(jìn)口端口提供已知的端口燃料噴射。進(jìn)氣通道42可包括充量運(yùn)動(dòng)控制閥(CMCV) 74和CMCV板72，并且也可包括節(jié)氣門(mén)62，后者具有節(jié)氣門(mén)板62。在該特殊示例中，可由控制器12通過(guò)被提供至電動(dòng)馬達(dá)或節(jié)氣門(mén)52所包括的致動(dòng)器改變節(jié)氣門(mén)板64的位置，可將該構(gòu)造稱(chēng)為電子節(jié)氣門(mén)控制(ETC)。通過(guò)該方式，可操作節(jié)氣門(mén)62，以改變向燃燒汽缸30以及其他發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒汽缸提供的進(jìn)氣空氣。進(jìn)氣通道42可包括質(zhì)量空氣流傳感器120以及歧管氣壓傳感器122，用于向控制器12提供各個(gè)信號(hào)MAF和MAP。點(diǎn)火系統(tǒng)88能夠在選擇運(yùn)行模式下，響應(yīng)來(lái)自控制器12的火花提前信號(hào)SA，通過(guò)火花塞92向燃燒室30提供點(diǎn)火火花。雖然示出火花點(diǎn)火組件，但是在一些實(shí)施例中，可在壓縮點(diǎn)火模式下，通過(guò)或不通過(guò)點(diǎn)火火花，運(yùn)行燃燒室30或發(fā)動(dòng)機(jī)10的一個(gè)或更多其他燃燒室。示出排氣傳感器126被耦合至排氣后處理裝置70上游的排氣通道48。傳感器126可為任何適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，用于提供排氣空?燃料比的指示，諸如線性氧傳感器或UEGO(通用或?qū)捰蚺艢庋?、二相氧傳感器或EGO、HEGO (加熱EGO)、NOx、HC或CO傳感器。排氣系統(tǒng)可包括起燃催化劑和底部催化劑，以及排氣歧管、上游和/或下游空氣-燃料比傳感器。排氣后處理裝置70可為具有集成催化劑的汽油顆粒過(guò)濾器，諸如包括圖ID的過(guò)濾器主體13或圖2的過(guò)濾器主體16的后處理裝置。在其他實(shí)施例中，排氣后處理裝置70可為三元催化劑(TWC)、NOx阱、各種其他排放控制裝置或其組合。圖3中示出控制器12為微型計(jì)算機(jī)，其包括微處理器單元102、輸入/輸出端口104、用于可執(zhí)行程序和校準(zhǔn)值-在特殊示例中示出為只讀存儲(chǔ)器芯片106的電子存儲(chǔ)媒體、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器108、不失效存儲(chǔ)器110以及總線。除了上述的那些信號(hào)，控制器12還可從被耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)10的傳感器接收各種信號(hào)，包括來(lái)自質(zhì)量空氣流傳感器120的引入質(zhì)量空氣流(MAF)測(cè)量值；來(lái)自被耦合至冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溫度(ECT);來(lái)自于被耦合至機(jī)軸40的霍爾效應(yīng)傳感器118 (或其他類(lèi)型)的表面點(diǎn)火感測(cè)信號(hào)(PIP);來(lái)自節(jié)流閥位置傳感器的節(jié)流閥位置(TP)；以及來(lái)自傳感器122的絕對(duì)歧管壓力信號(hào)MAP。能夠通過(guò)代表可由處理器102執(zhí)行的指令的計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)，對(duì)存儲(chǔ)媒體只讀存儲(chǔ)器106編程，用于執(zhí)行下述方法，以及其變體。 圖4示出方法200的流程圖，其用于運(yùn)行包括根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的排氣裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)。方法200在202包含以化學(xué)計(jì)量燃燒運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)。可基于從一個(gè)或更多排氣傳感器的反饋而調(diào)整向發(fā)動(dòng)機(jī)傳送的燃料，以保持空氣-燃料比靠近化學(xué)計(jì)量。化學(xué)計(jì)量燃燒可提供例如在下游后處理裝置轉(zhuǎn)化HC、CO、NOx等等的最佳排氣條件。在204，排氣被從發(fā)動(dòng)機(jī)傳送至后處理裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)可被耦合至排氣通道，后者包括一個(gè)或更多經(jīng)配置以從排氣清除排放物的后處理裝置。后處理裝置可包括多孔過(guò)濾器壁，其經(jīng)布置以提供流入管路和流出管路，經(jīng)配置以?xún)?chǔ)存顆粒物質(zhì)。此外，后處理裝置可包括一個(gè)或更多催化劑區(qū)域，以轉(zhuǎn)化排氣中的排放物。因而，將排氣傳送至后處理裝置可包括，在206，排氣通過(guò)在第一催化劑區(qū)域中被涂以催化劑材料的一組流入管路而進(jìn)入裝置。如上關(guān)于圖ID和圖2所述，后處理裝置可包括具有限定流入管路的多個(gè)多孔過(guò)濾器壁的過(guò)濾器主體。多孔過(guò)濾器壁可由儲(chǔ)存排氣中的顆粒物質(zhì)的材料組成。此外，多孔過(guò)濾器壁可被在第一催化劑區(qū)域，諸如流入側(cè)上的末端部分涂以催化劑材料，諸如鉬、鈀和/或銠。當(dāng)排氣穿過(guò)流入管路并且在第一催化劑區(qū)域上穿過(guò)時(shí)，催化劑可將排氣中的排放物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水、氮?dú)獾鹊?。將排氣傳送至后處理裝置也可包括，在208，穿過(guò)在第二催化劑區(qū)域中包含催化劑材料的多孔過(guò)濾器壁排放。流入管路可在一端包括塞子，其防止排氣離開(kāi)管路。因而，排氣可穿過(guò)多孔過(guò)濾器壁，后者可捕捉顆粒物質(zhì)。此外，過(guò)濾器壁也可包括催化劑材料，其類(lèi)似于流入管路中涂層過(guò)濾器壁的催化劑材料。過(guò)濾器壁可包括被涂以催化劑材料的內(nèi)部過(guò)濾器壁。在210，方法200包括將排氣從后處理裝置傳送至大氣。這可包括，在212，排氣通過(guò)被在第三區(qū)域涂以催化劑材料的流出管路排出。第三區(qū)域可為流出管路的流出側(cè)的多孔過(guò)濾器壁的末端部分。然后，方法200返回。 因而，圖4的方法200提供通過(guò)后處理裝置傳送發(fā)動(dòng)機(jī)排氣。后處理裝置可提供儲(chǔ)存顆粒物質(zhì)的多孔過(guò)濾器壁，以及可在用于轉(zhuǎn)化排放物的裝置的一個(gè)或更多區(qū)域包括催化劑材料。例如，過(guò)濾器壁可包含集成在壁內(nèi)的催化劑材料。然而，過(guò)濾器壁中的催化劑可具有相對(duì)長(zhǎng)的起燃時(shí)間。換句話說(shuō)，過(guò)濾器壁內(nèi)的催化劑可不能足夠快地預(yù)熱，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)后，排氣中所有排放物的適當(dāng)轉(zhuǎn)化。因而，可在另外的區(qū)域?qū)⒍嗫走^(guò)濾器壁涂以催化劑材料。在一個(gè)示例中，可在第一區(qū)域?qū)⑦^(guò)濾器壁涂以催化劑材料，排氣首先在該處進(jìn)入后處理裝置。過(guò)濾器壁可替換地或另外被在第三區(qū)域涂以催化劑材料，其中排氣排出后處理裝置。通過(guò)該方式，第一和第三催化劑區(qū)域可實(shí)現(xiàn)比過(guò)濾器壁中的催化劑更快的起燃。然而，僅涂層第一和/或第三區(qū)域的過(guò)濾器壁，可避免降級(jí)燃料經(jīng)濟(jì)性的排氣回壓。過(guò)濾器壁可包括干涉區(qū)域，其中不是所有的過(guò)濾器壁都被涂以催化劑材料，以提供較低排氣回壓。應(yīng)明白，在此公開(kāi)的構(gòu)造和方法本質(zhì)上為例示性的，并且不將這些特定實(shí)施例視為限制性意義，因?yàn)榭赡苡性S多變體。例如，上述技術(shù)能夠應(yīng)用于V-6、I-4、I-6、V-12、對(duì)置4以及其他發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型。本公開(kāi)的主旨包括在此公開(kāi)的各種系統(tǒng)和構(gòu)造，以及其他特征、功能和/或性質(zhì)的所有新穎和非新穎組合和子組合。以下權(quán)利要求特別指出被視為新穎和非新穎的某些組合和子組合。這些權(quán)利要求可涉及“一個(gè)”元件或“第一”元件或其等效物。應(yīng)將該權(quán)利要求理解為包括一個(gè)或更多該 元件的結(jié)合，而不需要或排除兩個(gè)或更多該元件?？赏ㄟ^(guò)本權(quán)利要求的更正或通過(guò)本或相關(guān)申請(qǐng)中的新權(quán)利要求的提出，而要求公開(kāi)特征、功能、元件、和/或性質(zhì)的其他組合和子組合。該權(quán)利要求，無(wú)論是比原始權(quán)利要求的保護(hù)范圍相比，更寬、更窄、相等或不同，都應(yīng)將其視為被包含在本公開(kāi)的主旨之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理裝置，包含 過(guò)濾器主體，其具有多孔過(guò)濾器壁，排氣流經(jīng)所述過(guò)濾器壁以去除碳煙，所述多孔過(guò)濾器壁包含第一催化劑材料并且具有僅在所述過(guò)濾器壁的部分區(qū)域上的第二催化劑材料的涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣后處理裝置，其中所述第二催化劑材料在由所述排氣的流動(dòng)方向限定的所述過(guò)濾器主體的至少一部分中涂層所述過(guò)濾器壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣后處理裝置，其中，所述第二催化劑材料在所述過(guò)濾器主體的所述至少一部分中的兩側(cè)上涂層所述過(guò)濾器壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣后處理裝置，其中，所述第二催化劑材料在流入側(cè)的所述過(guò)濾器主體的末端部分涂層所述過(guò)濾器壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的排氣后處理裝置，其中，所述第二催化劑材料在流出側(cè)的所述過(guò)濾器主體的末端部分涂層所述過(guò)濾器壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣后處理裝置，其中，所述多孔過(guò)濾器壁包含在內(nèi)部多孔壁上作為涂層的所述第一催化劑材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣后處理裝置，其中，所述第一催化劑材料和所述第二催化劑材料相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣后處理裝置，其中，所述第一催化劑材料由比所述第二催化劑材料比例更大的銠組成，并且其中所述第二催化劑由比所述第一催化劑材料比例更大的鈀組成。
9.一種用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理的方法，包含 測(cè)量所述排氣的氧含量； 調(diào)整所述汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料和/或空氣進(jìn)給，以實(shí)現(xiàn)至少近似化學(xué)計(jì)量排氣組分；以及 使所述排氣通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣后處理裝置行進(jìn)。
10.一種發(fā)動(dòng)機(jī)方法，包含 使排氣通過(guò)一組流入管路行進(jìn)到后處理裝置中并且在第一催化劑區(qū)域、非催化劑干涉區(qū)域以及第三催化劑區(qū)域上行進(jìn)； 引導(dǎo)所述排氣通過(guò)包含第二催化劑區(qū)域的微粒過(guò)濾器；以及 使所述排氣通過(guò)一組流出管路，在所述第一催化劑區(qū)域、所述非催化劑干涉區(qū)域以及所述第三催化劑區(qū)域上行進(jìn)至大氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)動(dòng)機(jī)方法，其中，使排氣在所述第一催化劑區(qū)域上行進(jìn)還包含使所述排氣在僅在所述流入和流出管路組的流入側(cè)上的涂層上行進(jìn)，所述涂層包括催化劑材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)動(dòng)機(jī)方法，其中，使排氣在所述第三催化劑區(qū)域上行進(jìn)還包含使所述排氣在僅在所述流入和流出管路組的流出側(cè)上的涂層上行進(jìn)，所述涂層包括催化劑材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)動(dòng)機(jī)方法，其中，引導(dǎo)所述排氣通過(guò)包含所述第二催化劑區(qū)域的所述顆粒過(guò)濾器還包含，引導(dǎo)所述排氣通過(guò)包含催化劑材料的多個(gè)多孔過(guò)濾器壁。
14.一種系統(tǒng),包含 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，其具有排氣裝置；以及 后處理裝置，其被耦合至所述排氣裝置，并且包含多個(gè)多孔過(guò)濾器壁，以?xún)?chǔ)存顆粒物質(zhì)，所述多個(gè)多孔過(guò)濾器壁僅被在第一催化劑區(qū)域和第二催化劑區(qū)域涂以催化劑材料，所述第一和第二催化劑區(qū)域被無(wú)催化劑涂層的干涉區(qū)域分離。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述第一催化劑區(qū)域處于所述多個(gè)過(guò)濾器壁的流入側(cè)的末端部分，并且其中，所述第二催化劑區(qū)域處于所述多個(gè)過(guò)濾器壁的流出側(cè)的末端部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述無(wú)催化劑涂層的干涉區(qū)域包含所述后處理裝置的至少一半長(zhǎng)度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二催化劑區(qū)域每個(gè)都包含所述后處理裝置的10%長(zhǎng)度。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)多孔過(guò)濾器壁的每個(gè)多孔過(guò)濾器壁都包括被涂以所述催化劑材料的內(nèi)部多孔壁。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述催化劑材料包含鉬、鈀和銠其中之一或更多。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述后處理裝置還包含第一末端面和第二末端面，并且其中，每個(gè)末端面都不被涂以催化劑材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于排氣后處理裝置的實(shí)施例。在一個(gè)示例中，用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣后處理裝置包含具有多孔過(guò)濾器壁的過(guò)濾器主體，排氣流經(jīng)該多孔過(guò)濾器壁以去除碳煙。所述多孔過(guò)濾器壁包含第一催化劑材料，并且在所述過(guò)濾器壁的部分區(qū)域上具有第二催化劑材料涂層。通過(guò)這種方式，可在普通后處理裝置中提供顆粒過(guò)濾器和催化劑。
文檔編號(hào)F01N3/035GK102808677SQ20121018003
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者M·K·施普林格, H·H·魯蘭德, T·洛倫茨 申請(qǐng)人:福特環(huán)球技術(shù)公司