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CN101845978B - 具有四效和尿素scr催化器的排气处理系统及使用方法 - Google Patents

具有四效和尿素scr催化器的排气处理系统及使用方法 Download PDF

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CN101845978B CN201010149524.9A CN201010149524A CN101845978B CN 101845978 B CN101845978 B CN 101845978B CN 201010149524 A CN201010149524 A CN 201010149524A CN 101845978 B CN101845978 B CN 101845978B
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Abstract

本发明涉及具有四效和尿素SCR催化器的排气处理系统及使用方法，提供了用于处理发动机排气的方法和系统。在一个实施例中，柴油机的排气处理系统包括四效催化器，该四效催化器与柴油机流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括稀薄氮氧化物(NOX)捕集和柴油微粒过滤器(DPF)。所述系统还包括尿素选择性催化还原(U-SCR)催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流。

Description

具有四效和尿素SCR催化器的排气处理系统及使用方法
技术领域
本发明的示例性实施例涉及排气处理系统，更具体地，涉及用于柴油机的排气处理系统以及使用该系统的方法。
背景技术
内燃机制造商研发发动机操作控制策略，以满足用户需求和符合排放控制及燃料经济性的各种规则。一种这类发动机控制策略包括以稀薄化学计量比的空气/燃料比操作发动机，以提高燃料经济性，并降低温室效应气体排放。使用压燃式(柴油)和火花点燃式发动机都可实现这种操作。当发动机以稀薄(过量的氧)空气/燃料比操作时，产生的燃烧温度和过量的氧导致更高的发动机排放NOX；但是，由于缺乏在稀薄排放条件下从排气流去除NOX的有效方法，所以限制了稀薄操作的发动机的商业应用。因此，为符合未来的排放标准并提高车辆燃料经济性，从稀薄燃烧柴油机和汽油发动机的排气有效还原氮氧化物(NOX＝NO+NO2)是重要的。
从含有过量氧的排气供给流还原NOX排放物对于车辆制动商是个挑战。例如，估计根据美国的Bin 5规则，基于当前预期的发动机排放NOX水平，可能要求后处理系统在FTP(联邦测试程序)循环上能够有70-90％的NOX转换效率。对于实际应用，必须在前述FTP循环期间发生的较低操作温度(例如，200-350℃)范围及高速测试循环(例如，US06联邦测试程序)期间发生的较高操作温度(例如，450-550℃)范围获得该转换效率。
对于在这些稀薄燃烧操作条件下的车辆应用，已经提出了多种排气处理系统。一种方法将NOX存储还原催化器与下游的柴油微粒NOX还原系统及更下游的柴油氧化催化器串联组合。据报道，这种系统有75-85％的NOX还原的目标性能。但是，这种系统需要周期性的催化器再生，包括喷射燃料以产生高排气温度，和喷射还原剂以再生催化器的存储材料。在催化器再生期间，由于部件再生将极大地降低NOX转换能力，所以维持车辆操作期间的目标NOX还原水平成为一个问题。
因此，需要一种有效的排气处理系统和使用该系统的方法，以有选择地还原稀薄燃烧式内燃机、特别是那些使用在各种车辆应用中的内燃机的排气流中的NOX。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种用于柴油机的排气处理系统。该系统包括四效催化器，该四效催化器与柴油机流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括稀薄氮氧化物(NOX)捕集器(LNT)和柴油微粒过滤器(DPF)。所述系统还包括尿素选择性催化还原(U-SCR)催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流。
在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种使用了用于柴油机的排气处理系统的方法。该系统包括：四效催化器，该四效催化器与柴油机流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括LNT和DPF；U-SCR催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流；第一喷射装置，该第一喷射装置构造成周期性地、选择性地将碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物喷射进在所述LNT与所述发动机之间的排气流中；第二喷射装置，该第二喷射装置构造成周期性地、选择性地将尿素或氨或者其组合物喷射进在所述LNT捕集器与所述U-SCR催化器之间的排气流中；以及控制器，该控制器构造成控制所述发动机的操作，及碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物的周期性和选择性喷射，及尿素或氨或者其组合物的周期性和选择性喷射，并确定排气流中NOX的量。所述方法包括操作所述发动机以产生排气流。所述方法还包括使用所述控制器周期性地和选择性地将碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物中的至少一种喷射进排气流，其中所述发动机的排气流具有第一体积分数的NOX(NOX1)，离开所述U-SCR催化器的排气流具有预定的第二体积分数的NOX(NOX2)，其中NOX2小于NOX1。
在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种柴油机和发动机排气处理系统。本发明包括柴油机。所述排气处理系统包括四效催化器，该四效催化器与柴油机流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括LNT和DPF。所述系统还包括U-SCR催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流。
本发明提供下列技术方案。
技术方案1：提供了一种用于柴油机的排气处理系统，包括：
四效催化器，该四效催化器与柴油机流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括稀薄氮氧化物捕集器和柴油微粒过滤器，即稀薄NOX捕集器和DPF；以及
尿素选择性催化还原催化器，即U-SCR催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流。
技术方案2：如技术方案1所述的排气处理系统，还包括柴油氧化催化器，即DOC，该DOC位于所述发动机与所述四效催化器之间，以从所述发动机接收排气流，并将排气流输送至所述四效催化器。
技术方案3：如技术方案1所述的排气处理系统，还包括第一喷射装置，该第一喷射装置构造成在所述发动机与所述四效催化器之间将碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物喷射进排气流中。
技术方案4：如技术方案1所述的排气处理系统，还包括第二喷射装置，该第二喷射装置构造成在所述四效催化器与所述U-SCR催化器之间将尿素或氨或者其组合物喷射进排气流中。
技术方案5：如技术方案1所述的排气处理系统，其中所述四效催化器包括陶瓷壁流式载体。
技术方案6：如技术方案5所述的排气处理系统，其中所述稀薄NOX捕集器包括布置在所述陶瓷壁流式载体上的载体涂料，所述载体涂料包括布置在陶瓷基上的氧化催化剂、吸附剂和还原催化剂。
技术方案7：如技术方案6所述的排气处理系统，其中所述氧化催化剂包括Pt或Pd；所述吸附剂包括Ba、Ca、Sr、Mg、K、Na、Li、Cs、La或Y的氧化物或其混合物；所述还原催化剂包括Rh，并且所述陶瓷基包括氧化铝。
技术方案8：如技术方案5所述的排气处理系统，还包括第二稀薄NOX捕集器，所述第二稀薄NOX捕集器包括布置陶瓷或金属流通式载体上的载体涂料。
技术方案9：如技术方案8所述的排气处理系统，其中所述流通式载体布置成在所述壁流式载体之前或之后接收所述排气流。
技术方案10：如技术方案8所述的排气处理系统，其中所述流通式载体和壁流式载体布置在单个壳体中。
技术方案11：如技术方案1所述的排气处理系统，其中所述四效催化器包括多个陶瓷壁流式载体。
技术方案12：如技术方案1所述的排气处理系统，其中所述发动机的排气流具有第一体积分数的NOX，即NOX1，离开所述U-SCR催化器的排气流具有第二体积分数的NOX，即NOX2，其中NOX2≤0.1NOX1。
技术方案13：如技术方案1所述的排气处理系统，其中所述四效催化器和U-SCR催化器一起容纳在单个壳体中。
技术方案14：一种使用柴油机的排气处理系统的方法，所述排气处理系统包括：四效催化器，该四效催化器与柴油机流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括稀薄氮氧化物捕集器和柴油微粒过滤器，即稀薄NOX捕集器和DPF；尿素选择性催化还原催化器，即U-SCR催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流；第一喷射装置，该第一喷射装置构造成在所述稀薄NOX捕集器与所述发动机之间周期性和选择性地将碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物喷射进所述排气流中；第二喷射装置，该第二喷射装置构造成在所述稀薄NOX捕集器与所述U-SCR催化器之间周期性和选择性地将尿素或氨或者其组合物喷射进所述排气流中；以及控制器，该控制器构造成控制所述发动机的操作，及碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物的周期性和选择性喷射，及尿素或氨或者其组合物的周期性和选择性喷射，并确定所述排气流中NOX的量，所述方法包括：
操作所述发动机以产生排气流，以及
使用所述控制器周期性地和选择性地将碳氢化物或CO或H2材料或其组合物或者尿素或氨或其组合物中的至少一种喷射进排气流，其中所述发动机的排气流具有第一体积分数的NOX，即NOX1，离开所述U-SCR催化器的排气流具有预定第二体积分数的NOX，即NOX2，其中NOX2小于NOX1。
技术方案15：如技术方案14所述的方法，其中周期性地和选择性地喷射包括将碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物喷射进排气流，并且其中所述四效催化器提供一体积分数还原的NOX，表示为离开所述四效催化器的排气流中的第三体积分数的NOX，即NOX3，其中0.10NOX1≤NOX3≤0.70NOX1。
技术方案16：如技术方案14所述的方法，其中周期性地和选择性地喷射包括将尿素或氨或者其组合物喷射进排气流，并且其中所述U-SCR催化器提供一体积分数还原的NOX，表示为离开所述U-SCR催化器的排气流中的第四体积分数的NOX1，即NOX4，其中0.05NOX1≤NOX4≤0.60NOX1。
技术方案17：如技术方案14所述的方法，其中所述控制器构造成控制所述发动机的排气流，所述第一喷射装置或所述第二喷射装置或其组合，以产生预定第二体积分数的NOX2，其中NOX2≤0.10NOX1。
技术方案18：如技术方案15所述的方法，其中所述控制器构造成以最小化尿素或氨或者其组合物的消耗并且最小化NOX3的第一模式操作。
技术方案19：如技术方案16所述的方法，其中所述控制器构造成以最小化碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物的消耗并且最小化NOX4的第二模式操作。
技术方案20：提供一种用于柴油机的排气处理系统，包括：
柴油机，
四效催化器，该四效催化器与所述柴油机流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括稀薄氮氧化物捕集器和柴油微粒过滤器，即稀薄NOX捕集器和DPF；以及
尿素选择性催化还原催化器，即U-SCR催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流。
附图说明
通过下面举例的实施例的详细描述可清楚其它特征、优点和细节，所述详细描述参考附图，其中：
图1为本文所公开的排气处理系统的示例性实施例的示意图；
图2为本文所公开的排气处理系统的第二示例性实施例的示意图；
图3为本文所公开的排气处理系统的第三示例性实施例的示意图；
图4为本文所公开的排气处理系统的第四示例性实施例的示意图；
图5为本文所公开的排气处理系统的第五示例性实施例的示意图；
图6为本文所公开的排气处理系统的第六示例性实施例的示意图；以及
图7为本文所公开的排气处理系统的第七示例性实施例的示意图。
结合附图，从下面实施本发明的最佳模式的详细描述可容易地清楚本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。
具体实施方式
根据本发明的示例性实施例，提供了改良的排气处理系统和用于处理柴油机的排气排放的方法。本发明提供了用来降低和控制排气排放的可能，包括NOX、CO、HC和柴油微粒的排放，同时改进了排气处理系统的整体封装。本发明还提供了增强排放控制策略和方法的可能，包括如下策略和方法，例如最小化为为获得降低排气排放所需的碳氢化物(例如，燃料)或尿素的消耗，或最小化对去除聚积的硫化物的再生需求从而延长排气处理系统的操作寿命。这通过使用排气系统部件或装置的有利组合以及利用了这些有利组合的控制策略和方法的执行来实现，其中排气系统部件或装置尤其适于柴油机操作期间彼此相互协同作用以降低排放。特别地，在一个构造中，某些排气组分的反应产物(例如，热、氨或其它)被位于下游的排气处理装置利用，通过例如促进增强的NOX转换和降低的尿素消耗而导致提高的排气处理系统的系统效率。
通常，参考图1中所示的结构，示出了内燃机2、控制系统4和根据本发明的发动机排气处理系统10的实施例。示例性的柴油机2和控制系统4包括四冲程内燃柴油机2和电子发动机控制模块(ECM)6，该模块可构造成完成根据本文所述的控制方法和策略的排气流8内的控制。发动机可包括已知的压燃式发动机，具有主要为稀薄化学计量比的操作状态。可选地，柴油机2可包括构造成采用多种发动机结构中的任意一种及相应发动机控制策略的发动机，并且其还包括那些具有为稀薄化学计量比的操作状态的发动机，例如，均质充量压燃式发动机。柴油机2包括连接至曲轴(未示出)的多个往复式活塞(未示出)，所述曲轴可操作地连接至传动系，例如车辆传动系(未示出)，以输送牵引扭矩至传动系。柴油机2可为任意柴油机构造或应用，包括各种交通工具应用(例如汽车、船舶等)，以及各种非交通工具应用(例如泵、发电机等)。操作期间，柴油机2产生由箭头8表示的排气供给流或排气流，其含有受管制的(regulated)或不受管制的排放组分，通常包括组成气体和微粒物质。排气处理系统10用于将受管制的组分(例如，各种碳氢化物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)和微粒物质(PM))转换为不受管制的组分(例如，二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和水(H2O))。
排气处理系统10包括意图将排气流8的受管制组成元素转换为不受管制的组分的集成系统。排气处理系统10与柴油机2流体连通。如本文所使用的，流体连通指的是排气流8从排气处理系统的一个部件12或装置到系统的另一部件12或装置的通路，可通过任意适当的流体连通装置来建立，包括排气管道(例如管道14)或排气歧管(未示出)或排气处理部件12或装置的壳体(例如金属罐)或其组合。流体连通可从一个装置到另一个装置，或者从一个装置到多个装置，或者相反从多个装置到一个装置，并且包括从发动机到装置的连通和从装置到外界环境的最终排出。排气处理系统10包括四效催化器16和形式为尿素选择性催化还原(U-SCR)催化器18的U-SCR，它们中的每个都构造成处理由柴油机2的操作产生的排气流8内的多种排放组分。四效催化器16构造为与柴油机2流体连通，并构造成从其接收排气流。四效催化器16包括稀薄氮氧化物(NOX)捕集器(LNT)和柴油微粒过滤器(DPF)，如本文所述。U-SCR催化器18构造为与四效催化器16流体连通，并构造成从其接收排气流。
如图1中所示，排气处理系统10还可选地包括柴油氧化催化器(DOC)20。在所示的具体组合中，DOC 20位于四效催化器16的上游，四效催化器16再在U-SCR催化器18的上游。如本文所使用的，在排气处理系统10的环境中一个部件相对于另一部件位于上游意味着其比较靠近发动机2。
排气处理系统10还可包括一个或多个定量给料装置22，例如流体喷射器，用于定量供给与排气处理系统的部件12互相反应并处理排气流8的反应材料，如本文所述。参考图2-7，排气处理系统10的各种实施例包括碳氢化物(HC)定量给料装置24，例如燃料喷射器，用于从图2和图4-7中所示四效催化器16的上游的HC源(例如HC储蓄器26)喷射受控量的HC还原剂。如本文所使用的，术语“HC还原剂”可包括适当的碳氢化物(HC)，它可包括CO或H2材料或者其组合。例如，可通过适当的重整催化器重整碳氢化物，如柴油燃料，以提供CO和H2。一但重整，就可将碳氢化物、CO或H2或其任意组合喷入排气流8。在四效催化器16上游使用DOC的情况下，HC定量给料装置24可位于DOC20的上游，以便在排气流穿过DOC 20时通过HC的氧化消耗排气流8中的氧，包括HC定量给料装置24的操作，以基本上消耗掉排气流8中的所有氧。这将提供富燃料条件，其中四效催化器16可将NOX还原为N2。DOC 20中HC的氧化还会提供发热条件并产生热量，从而促进提高四效催化器16中的烟尘氧化。可选地，HC定量给料装置24可位于DOC 20的下游，如图3中所示；但是，具有这种结构的实施例并不具有HC在DOC 20中氧化的益处。适当的HC还原剂储蓄器26的例子可为燃料罐或者燃料管道的一部分，包括燃料喷射系统的高或低压部分，例如共轨燃料喷射系统。HC还原剂定量给料装置24可操作地连接至ECM 6，该ECM 6适于控制HC还原剂(通常为发动机燃料的形式)喷射至排气流8的正时和量。可选地，如图1的实施例中所示，发动机2未燃的碳氢化物(例如，未燃燃料)可用作HC还原剂材料，以还原四效催化器16中的NOX，并促进上述使用DOC 20的其它方面，例如通过使用喷射后控制策略。
参考图1-7，排气处理系统10的各种实施例还包括尿素定量给料装置28，例如尿素喷射器，用于从U-SCR催化器18上游的尿素储蓄器30喷射受控量的尿素或氨作为还原剂。如本文所使用的，由于尿素分解产生氨作为反应副产物，并且它是用作在U-SCR 18中发生的催化反应中的反应物质的氨，所以术语“尿素”还可包括使用氨(NH3)作为还原剂。适当的尿素储蓄器的示例可为尿素罐。尿素定量给料装置28可操作地连接至ECM 6，该ECM 6适于控制喷入排气流8的正时和量。当使用尿素作为还原剂时，喷射将发生在U-SCR催化器18的充分地上游，以使得在进入U-SCR催化器18之前尿素能分解为氨。
排气处理系统10和控制系统4可包括构造为与ECM 6信号通信的一个或多个感测装置和系统。控制系统4还可包括用于向用户显示系统信息的用户接口7(UI)，所述系统信息包括使用本文所述任一传感器获得的信息，以及与任一本文所述操作方法或模式相关的信息。感测装置包括NOX传感器32，其可操作以在排气流8离开发动机2时确定其中的NOX的量。NOX传感器32优选包括传感器，该传感器可操作以产生可与排气供给流中NOX浓度的参数值相关的电信号，进一步可操作以产生可与排气供给流的空气/燃料比的参数值相关的第二电信号，借此可确定氧含量。NOX传感器32可结合控制系统4使用，以影响发动机2和排气处理系统10的控制。
排气感测装置还包括排气感测装置34。排气感测装置34可包括第二NOX传感器，其可操作以产生可与排气供给流8中NOX浓度的参数值相关的电信号。可选地，排气感测装置34可包括虚拟感测装置，其中基于发动机操作条件确定排气供给流中的NOX浓度，这是公知的技术。排气感测装置34可位于第一NOX传感器32的下游，例如U-SCR催化器18的下游，使得可确定离开排气处理系统10的NOX的量。排气感测装置34还可结合控制系统4一起使用，以影响发动机2和排气处理系统10的控制。
感测装置还可包括温度传感器36或多个温度传感器36(未示出)，其可操作以测量排气处理系统10内排气流8的温度，用于结合控制系统4一起使用，以影响发动机2和排气处理系统10的控制。例如，温度传感器36可位于DOC催化器20和四效催化器16之间，以确定四效催化器16的操作温度。类似地，温度传感器36可位于四效催化器16与U-SCR催化器18之间，以确定U-SCR催化器18的操作温度。
参考图2-7的示例性实施例，DOC 20与发动机12流体连通，并且相对于排气流8位于四效催化器16的上游，其构造成氧化排气流8的特定组分，以产生不受管制的副产物或者适于在排气处理系统10的其它部件中作进一步处理的组分，如本文所述。通常，DOC 20为流通性(flow-through)装置，包括具有蜂窝状结构的金属或陶瓷载体(monolith)或基底，所述蜂窝状结构包括多个大体平行的、纵向延伸且相互连接的单元，这些单元提供包括用于接收排气流8的多个流动通道的网络，并且所述单元被单元壁的相应网络分隔开。所述基底沿着单元壁具有大的表面积。单元壁具有载体涂料(washcoat)，该载体涂料包括带有表面的多孔陶瓷基，所述表面覆有催化活性量的钛族金属催化剂。适当的钛族金属包括Pt、Pd、Rh、Os或Ir或者其组合。其中，Pt或Pd或其组合，包括其合金特别有用。当排气流8穿越DOC 2O的长度时，特别是流动通道和有载体涂料的单元壁时，钛族金属催化剂催化CO氧化为CO2，并且催化各种碳氢化物(HC)的氧化，包括气态碳氢化物和液态碳氢化物微粒，包括未燃的燃料或油，或者燃料或进入排气处理系统的其它HC还原剂，以形成CO2或H2O，从而降低有害排放。在一种构造中，在发动机的提前燃烧操作期间，控制系统4或ECM 6可用于引起燃烧，在排气流8中产生比正常燃烧期间化学计量比的空气/燃料混合物所产生的更高水平的HC。DOC 20构造成催化增大量的HC中至少一部分的分解，以还原排气流中的HC，或者可选地防止排气流中的HC到达U-SCR催化器18并通过降低其催化NOX的能力防止毒化该装置，或者防止排气流中的HC通过从排气处理系统10释放而到达外界环境。
DOC 20可构造成将各种受管制的排气组分通过氧化转换为其它受管制的或不受管制的排气组分。例如，DOC 20可构造成将碳氢化物(HC)氧化为二氧化碳CO2和水(H2O)、将一氧化碳(CO)氧化为二氧化碳(CO2)、将二氧化硫(SO2)转换为三氧化硫(SO3)和/或硫酸(H2SO4)、以及将一氧化氮(NO)转换为二氧化氮(NO2)，或其他。下面为本发明的DOC 20预期的示例性氧化反应。
HC+O2＝CO2+H2O                            (1)
CO+1/2O2＝CO2                             (2)
2SO2+O2＝2SO3                             (3)
SO3+H2O＝H2SO4                            (4)
NO+1/2O2＝NO2                             (5)
应当理解，依据排气流8中发现的反应物混合物及其浓度、DOC 20的温度、以及选择作为催化剂的钛族金属，DOC 20可构造成执行上面任一转换，或者上面转换的组合，或者甚至是上面所有的转换。也可考虑其它氧化，例如醛、多环芳烃的氧化或其它。另外，DOC 20中的反应可用于减少某些排放组分的气味。
DOC 20容纳在壳体(未示出)中，包括金属壳体，例如具有入口孔和出口孔的金属罐或其它，其构造为用于给DOC提供支撑和引导流体流。所述壳体可包括任意适当的形状和尺寸，包括圆柱形隔腔。隔腔还可包括连接特征，例如位于入口孔附近的圆柱形入口管和位于隔腔出口孔附近的圆柱形出口管，用于将DOC 20流体联接至排气处理系统10的排气管和/或其它部件。应当理解，包括壳体的DOC 20可包括用来促进DOC 20、或排气处理系统10、或控制系统4操作的一个或多个另外的部件，包括但不限于，各种气体或温度传感器、喷射器(尿素或燃料喷射器)或其它。这种另外的特征可特别有利于监测排气的特性，例如某些排放组分(例如微粒物质或其它)的流率，这可特别有利于确定开始四效催化器16或U-SCR催化器18的再生过程的必要性。
在一种特殊构造中，DOC 20构造为将排气流8中的氮氧化物氧化为二氧化氮。由于LNT 38构造成捕集二氧化氮并且在排气处理系统10中存在将二氧化氮还原成氮的恰当条件时将二氧化氮还原为氮，所以通过能够存储二氧化氮和其后面在四效催化器16的LNT 38部分中的还原，这种转换帮助NOX转换从而是有利的，其中所述恰当条件可使用控制系统4(包括ECM 6)来影响。因此，DOC 20在四效催化器16的上游、设置在发动机与四效催化器16之间是特别有利的。将DOC 20设置在发动机附近，优选是尽可能地靠近发动机也是特别有利的，以便将DOC 20内的操作温度保持在至少约356°F(180℃)，更优选地在约482°F(250℃)至约842°F(450℃)的范围内。
如上所述，参考图1-7，四效催化器16位于发动机2和DOC 20的下游(离发动机比较远，进一步沿着排气流路)(图2-7)，在DOC 20与U-SCR催化器18之间，并且构造成转换排气流8的特定组分以产生不受管制的副产物或者适于在排气处理系统10的其它部件中作进一步处理的受控制组分，如本文所述。四效催化器16包括LNT 38和DPF 40。LNT 38和DPF 40组合在陶瓷壁流式载体上。参考图1-5，四效催化器18可包括单个陶瓷载体。可选地，如图6和图7中所示，四效催化器18可包括例如为平行结构的多个陶瓷载体，以增大四效催化器18可捕集和转换的NOX的量。多个陶瓷载体可布置在相应的多个壳体中，如图6中所示，或者可一起布置在一单个壳体中，如图7中所示。
通常，四效催化器16为壁流式装置，包括具有蜂窝状结构的陶瓷载体或基底，该蜂窝结构包括多个大体平行的、纵向延伸且相互连接的单元，这些单元提供包括用于排气流8的多个流动通道的网络，并且所述单元被多孔单元壁的相应网络分隔开。所述基底沿着单元壁具有大的表面积。交替相邻的单元具有被堵塞的入口或出口之一，使得交替列的入口被紧邻的打开单元的入口堵塞，而交替列的出口被紧邻的打开单元的出口堵塞。该结构在单元壁中具有开孔。因此，排气流8进入多个入口，并被迫使通过多孔单元壁进入相邻的出口单元，然后排气流8在这里流出多个未堵塞的出口。开孔允许气态组分通过单元壁，而PM被捕集在开孔中，从而提供了DPF 40的PM过滤作用。陶瓷壁流式载体上布置有载体涂料，该载体涂料包括氧化催化剂、吸附剂以及布置在陶瓷基上的还原催化剂。所述载体涂料可沿着多个入口通道或多个出口通道或两者的单元壁布置。在一个示例性实施例中，所述涂层布置在多个出口通道上。涂层包括多孔陶瓷基，该陶瓷基具有涂覆了催化活性量的氧化催化剂、吸附剂和还原催化剂的表面。在示例性实施例中，氧化催化剂可包括P t或Pd；吸附剂可包括Ba、Ca、Sr、Mg、K、Na、Li、Cs、La或Y的氧化物或其它组合物或者它们的组合；还原催化剂可包括Rh。陶瓷壁流式载体可由任意适当的陶瓷制成，包括堇青石或氧化铝等。因为相对于使用考虑周全的LNT和DPF，催化器16的使用实现了空间的减小，以及减少了独立排气部件的数量，所以是有利的。
吸附剂是LNT 38的NOX存储材料。吸附剂布置在涂层上，还可延伸进入单元壁。在比理想空燃比稀薄的情形(称为稀薄情形)下，NOX在氧化催化剂上氧化，并主要以硝酸盐的形式被吸附而存储在吸附剂上。在稀薄燃烧情形期间，NOX存储过程中排出的活性氧和排气流中的过量氧也持续地氧化PM。这样，当控制系统4在排气处理系统10中提供比理想空燃比浓的情形(称为富燃料情形)时，或者通过控制发动机2中的燃烧，或者通过使用HC定量给料装置24引导将HC还原剂的定量给料或喷射进排气处理系统10，从NOX存储材料排出NOX。通过排气中的HC和CO，NO被还原为氮，而DPF 40中的PM被这样产生的活性氧进一步氧化。同时，包括LNT 38和DPF40的四效催化器16适于在排气处理系统10和发动机2的整个操作温度范围上提供NOX的吸附(LNT 38)和PM的收集(DPF 40)，该操作温度范围包括从通常的环境车辆存储/起动温度到高达约1292°F(约700℃)的操作温度，其中通常的环境车辆存储/起动温度从约-40°F(约-40℃)到约120°F(约49℃)。通常，四效催化器16的LNT 38中NOX的催化分解开始发生在356°F(180℃)的操作温度，四效催化器16中NOX分解更优选的操作温度为至少约392°F(200℃)，且四效催化器的更加优选的操作温度范围为约482°F(250℃)至约842°F(450℃)。四效催化器16的DPF40在发动机2的整个操作温度范围上过滤烟尘，该操作温度范围包括从通常的环境车辆存储/起动温度到高达约1292°F(约700℃)的操作温度，其中通常的环境车辆存储/起动温度从约-40°F(约-40℃)到约120°F(约49℃)。DPF 40的被动再生和烟尘微粒的氧化在482°F(250℃)至约842°F(450℃)的温度范围上在有NOX的情况下发生，而主动再生和烟尘微粒的氧化在约500℃或更高的温度下在有O2的情况下发生，更优选地在约1112°F(600℃)到约1202°F(650℃)的温度范围上。
NOX吸收系统(例如LNT 38)源自额外结合有NOX吸附剂的传统的三效催化器。NOX吸收器中的存储成分包括碱土金属元素和碱金属，包括Ba、Ca、Sr、Mg、K、Na、Li、Cs、La或Y或其组合物，通常为这些元素的氧化物或其它组合物。NOX吸收器操作的整个循环可由下面五个步骤来描述：
第一步是一氧化二氮氧化为二氧化氮：
NO+1/2O2＝NO2                             (6)
第二步是氮氧化物(NO2或NO)吸附：
BaO+NO2+1/2O2＝Ba(NO3)                    (7)
转换继续进行还原剂演变。一旦排气流8转换为富燃料条件，那么过量的氧气就被还原物质替代，包括碳氢化物、一氧化碳和氢。第三和第四步是从亚硝酸盐或硝酸盐场合释放NOX：
Ba(NO3)2＝BaO+2NO+11/2O2                  (8)
Ba(NO3)2＝BaO+2NO2+1/2O2                  (9)
第五步是NOX还原为氮气，一种可能的还原路线是：
NO+CO＝1/2N2+CO2                          (10)
在富燃料条件操作期间，四效催化器16还有利地产生氨。一些可能的反应步骤包括：
CH4+1/2O2→CO+2H2                         (11)
CO+H2O→CO2+H2                            (12)
NO+(5/2)H2→NH3+H2O                       (13)
如图4和图5中所示3排气处理系统10还可包括第二稀薄NOX捕集(LNT)42，以提高系统的NOX吸附能力。第二LNT 42包括布置在陶瓷或金属流通式载体上的载体涂料，该载体涂料例如为上述用于DOC20的载体。流通式载体包括布置在陶瓷流通式载体上的载体涂料。该载体涂料包括布置在陶瓷基上的氧化催化剂、吸附剂和还原催化剂。该载体涂料可沿着延伸通过所述载体的多个通道的单元壁布置。所述载体涂料包括多孔陶瓷基，该多孔陶瓷基具有涂覆有催化活性量的氧化催化剂、吸附剂和还原催化剂的表面。在示例性实施例中，氧化催化剂可包括Pt或Pd；吸附剂可包括Ba、Ca、Sr、Mg、K、Na、Li、Cs、La或Y的氧化物或其它组合物；且还原催化剂可包括Rh。陶瓷壁流式载体可由任何适当的高温陶瓷制成，包括氧化铝、堇青石等。第二LNT42的流通式载体可布置成在四效催化器16的壁流式载体之前(图5)或之后(图4)接收排气流8。在图4的示例性实施例中，第二LNT42的流通式载体布置成在四效催化器16的壁流式载体之后接收排气流8。
再参考图1-7，排气处理系统10还包括U-SCR催化器18，该U-SCR催化器18与四效催化器16流体连通以从其接收排气流8。U-SCR装置18构造成将排气流8中的NOX转化为氮和水。与DOC 20和第二LNT 42相类似，U-SCR催化器18包括流通式陶瓷载体，例如蜂窝状结构或基底或者其它。U-SCR催化器18包括具有蜂窝状结构的陶瓷载体或基底，所述蜂窝状结构包括多个大体平行的、纵向延伸且相互连接的单元，这些单元提供包括用于排气流的多个流动通道的网络，并且所述单元被单元壁的相应网络分隔开。所述基底沿着单元壁具有大的表面积。单元壁具有载体涂料，该载体涂料包括带有表面的多孔陶瓷基，所述表面涂覆有催化活性量的贱金属催化剂，即，足以催化期望化学反应的量。适当的贱金属催化剂包括铜(Cu)或铁(Fe)或其组合，包括其合金和组合物。陶瓷基可包括任意适当的多孔陶瓷。适当的多孔陶瓷包括各种沸石，例如那些包括氧化铝(包括各种水合硅酸铝)的沸石。贱金属催化剂的使用允许无需使用贵金属就转化氮氧化物。U-SCR催化器18利用氨还原NOX。例如，在示例性实施例中，在U-SCR催化器18的上游设置定量给料装置22，例如尿素定量给料装置28，以向排气流8引入尿素，例如通过引入尿素溶液。尿素在距U-SCR催化器18上游足够的距离处被引入，以允许尿素在进入U-SCR催化器18之前于排气流8中分解形成氨。在一种有利的结构中，氨还在四效催化器16内产生，并向下游行至U-SCR催化器18。在这种结构中，由于在四效催化器16中产生的氨，降低了所需的尿素量。下面是与U-SCR催化器18有关的典型转化化学反应：
尿素分解：
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2                        (14)
U-SCR催化器18中的NOX还原反应：
6NO+4NH3→5N2+6H2O                            (15)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O                         (16)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O                          (17)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O                        (18)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O                         (19)
应当理解，U-SCR催化器18可构造为执行上面转化的任意一种，或者上面转化的组合，包括上面全部的转化。U-SCR催化器在约356°F(180℃)的操作温度开始发挥上述功能，优选地在约482°F(250℃)至约1022°F(550℃)的范围内操作。
U-SCR催化器18容纳在壳体中，例如金属罐，该壳体构造成提供支撑，并引导排气流8进入、通过和退出U-SCR催化器18。所述壳体可具有任意适当的形状或尺寸，包括圆柱形。该壳体还可包括位于入口孔(例如入口管)和出口孔(例如出口管)附近的连接特征，用于U-SCR催化器18到排气处理系统10的排气管和/或其它部件的流体联接。应当理解，包括壳体的U-SCR催化器18可包括便于排气处理系统10的操作的一个或多个另外的部件，包括但不限于，传感器、定量给料装置(尿素或燃料喷射器)或其它。这种另外的特征特别有利于监测排气的特性，例如某些排放组分的多少或流率，这特别有利于排气处理系统10的控制，包括U-SCR催化器18的再生。
能够产生通过四效催化器16而在U-SCR催化器18中使用的氨的能力是排气处理系统10特别有利的一面。排气处理系统10的另一有利方面是四效催化器产生传递至U-SCR催化器18的热量的能力。因此，本文所示结构具有将进入U-SCR催化器18的排气流8加热至比进入四效催化器16的排气的温度高的温度的能力。对U-SCR催化器18的额外加热提高了其转换效率。因此，四效催化器16在U-SCR催化器18上游的设置提供了结构更加有效的排气处理系统10。
图1-7中所示结构提供了调节排气处理系统10以获得特定的NOX转换效率的能力。这可通过使用NOX传感器、温度传感器、标定软件、控制算法和控制器(例如ECM 6或控制系统4)或其组合，连同排气处理系统10(包括DOC 20、四效催化器16或U-SCR18或其组合)的周期性和选择性使用来实现，以获得排气量的90％的NOX转换效率或者更高。例如，如果期望约50％至75％的氮氧化物转换/还原(例如，NOX至N2)效率，那么可利用LNT 38来实现该效率，其中转换产生的任意氨(NH3)都可被位于LNT 38下游的U-SCR催化器18使用，以备进一步的NOX转化。在另一实例中，如果期望更高的NOX还原(例如，约90％或更高)，那么可使用DOC 20和LNT 38来转换/还原约50％至75％的氮氧化物，并利用尿素喷射器通过U-SCR催化器18转换/还原其余的NOX。通过使用U-SCR催化器18，这更高的NOX转换百分比在排气处理系统10的寿命中是特别有利于抵消四效催化器16上硫再生的劣化效应及其转换效率的降低。
排气处理系统10和控制器(例如ECM 6、控制系统4或其组合)可以多种操作模式操作。在一个示例性实施例中，控制器构造成以最小化尿素或氨或其组合物的消耗并最小化U-SCR催化器18中的NOX转化的第一模式操作。在另一示例性实施例中，控制器构造成以最小化碳氢化物、CO或H2材料或其组合物的消耗并最小化四效催化器16中的NOX转化的第二模式操作。这些模式可实施以最小化碳氢化物、CO或H2材料的消耗或最小化尿素或氨或其组合物的消耗。
在示例性实施例中，排气处理系统10构造成使得，发动机2的排气流8具有第一体积分数的NOX(NOX1)，脱离U-SCR催化器18的排气流具有第二体积分数的NOX(NOX2)，其中NOX2≤0.1NOX1。换句话说，该系统构造为NOX的转换效率至少为90％。在一种结构中，使用四效催化器16，并且将碳氢化物、CO或H2材料或其组合物周期性地和选择性地喷射进四效催化器16上游的排气流8中，四效催化器16提供了一体积分数的NOX1的还原，表示为离开四效催化器14的排气流中第三体积分数的NOX1(NOX3)，其中0.10NOX1≤NOX3≤0.70NOX1。
在另一种结构中，使用U-SCR催化器18，并且将尿素或氨或其组合物周期性地或选择性地喷射进U-SCR催化器18上游的排气流8中，U-SCR催化器18提供了一体积分数的NOX1的还原，表示为离开U-SCR催化器18的排气流中第四体积分数的NOX1(NOX4)，其中0.05NOX1≤NOX4≤0.60NOX1。
排气处理系统10还包括用于控制排气处理系统10的一个或多个部件的功能的ECM 6和控制系统4。最少，这可包括排气处理系统10的一个或多个部件的再生。因此，可设想控制器与一个或多个传感器通信，例如温度传感器、微粒物质传感器、氧气传感器或其它，以便监测排气处理系统10的状况。这类传感器可位于排气处理系统10的任一部件(例如，DOC 20、四效催化器16、U-SCR催化器18或其它)的之前、之后或者前后都有。另外，控制器可与适于引起排气处理系统10的部件再生的一个或多个热源通信。
还可设想，控制器可用于实现在系统10的还原/转换能力限制内的具体NOX还原/转换目标。例如，基于规定的排放要求，可固定排放目标(即，NOX转换要求)，例如80％。包括ECM 6的控制系统4可使用第一NOX传感器32确定NOX1、使用排气传感器34(例如第二NOX传感器)确定NOX2，从而确定当前的NOX还原。如果NOX2的值反映了充分的还原，则无需动作。如果不是，那么控制系统4可用来周期性地通过尿素喷射器喷射尿素或通过HC喷射器喷射HC，以达到NOX2的目标值。如上所述，还原剂(尿素或HC)的选择可基于例如适于最小化这些组份中的一种或另一种的使用的协调或控制模式。控制系统4还可基于四效催化器16或U-SCR催化器18的一种或另一种的所需再生进行选择，其中当一种装置正在经历再生时，选择另一种装置及其相应还原剂是优选的。
本发明提供了下列的特征和优点。首先，包括DOC 20将NO氧化为NO2的实施例将增强NOX存储和使用LNT的还原，并提高系统的总体NOX转换效率。第二，本文所述的提前燃烧将利用高HC水平，或者作为燃烧过程的控制结果而产生高的发动机排出HC水平，或者作为碳氢化物、CO或H2或其组合物直接喷射进排气流8的结果。在LNT 38中、在包括DOC20的实施例中、在DOC 20与LNT 38的组合中，高HC水平会被有效地氧化，从而最小化U-SCR催化器18碳氢化物中毒和尾管的HC排放。第三，通过该系统可实现可调的NOX转换效率。例如，如果期望50-70％的NOX转换效率，那么LNT 38可用于NOX还原。该过程期间产生的所有NH3都会由下游的U-SCR催化器18使用，以进一步还原NOX，提高系统10的转换效率。第四，如果期望更高(即，大于约50至约75％)的NOX转换效率，那么可使用有限能力的组合的DOC 20/LNT 38来获得另外的10-15％的NOX还原，并且所需的任何另外的NOX转换可使用U-SCR催化器18通过喷射尿素来实现。第五，使用该方法，可使用排气处理系统试图最大化LNT 38(在使用DOC 20的实施例中，还有DOC 20)的NOX转换的操作模式来降低尿素消耗，特别是最小化尿素的消耗，从而增大重新填充尿素的间隔。第六，即使在如上所述使用了将LNT 38用于大多NOX的转换(甚至是最多NOX的转换)的模式来操作时，因为系统可周期性地和自动地转换，以通过使用U-SCR催化器18来平衡NOX转换负载，从而降低对LNT 38的依赖，使得LNT 38不是总是在使用或者不要求以其最高的NOX效率操作，所以提高了LNT 38的耐用性。LNT 38与U-SCR催化器18之间的NOX转换负载的平衡还可用来减少LNT38所需的硫再生循环。第七，通过LNT下游的U-SCR催化器18，可使用LNT 38实现在低排气温度的NOX还原，在使用DOC 20的实施例中，当U-SCR催化器18提供主要的NOX还原时，DOC 20和LNT 38都可有助于将NO氧化为NO2。第八，在DPF 40的再生及被捕集的烟尘的氧化期间，对于有效的LNT 38操作，排气温度过高，但是通过尿素喷射的NOX还原仍是可能的，因此在DPF 40的再生循环期间允许提高NOX控制。第九，在高发动机速度和负载条件下，伴随相应高水平的NOX的排气流8的高温可能超过LNT 38(或DOC 20和LNT 38)达到期望NOX转换效率的能力。在这种情形下，使用U-SCR催化器18和尿素喷射的高NOX转换效率和控制仍是可能的。
尽管已经描述和示出了示例性的实施例，但是本领域内的技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的情况下可进行各种变化，并且可使用等效物替代其元素。另外，在不脱离其实质范围的情况下，根据教导，可进行多种修改以适应特定的情形或材料。因此，本发明不限于公开作为实施本发明的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (17)

1.一种用于柴油发动机的排气处理系统，包括：
柴油氧化催化器，即DOC，该DOC与所述柴油发动机流体连通以从所述发动机接收排气流，且所述DOC布置在DOC壳体中；
第一喷射装置，该第一喷射装置位于所述发动机与所述DOC之间，构造成将碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物喷射进排气流中；
四效催化器，该四效催化器与所述DOC流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括稀薄氮氧化物捕集器和柴油微粒过滤器，即稀薄NOX捕集器和DPF；
尿素选择性催化还原催化器，即U-SCR催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流；
第二喷射装置，该第二喷射装置构造成在所述四效催化器与所述U-SCR催化器之间将尿素或氨或者其组合物喷射进排气流中；以及
控制器，其构造成控制所述排气处理系统的操作以及使用所述第一喷射装置的碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物的周期性且选择性喷射，和使用所述第二喷射装置的尿素或氨或者其组合物的周期性且选择性喷射，并确定排气流中NOX的量，所述控制器构造成选择性地以第一模式操作以最小化尿素或氨或其组合物的消耗并最小化所述U-SCR催化器中的NOX转化，或者以第二模式操作以最小化碳氢化物、CO或H2材料或其组合物的消耗并最小化所述四效催化器中的NOX转化。
2.如权利要求1所述的排气处理系统，其中所述四效催化器包括陶瓷壁流式载体。
3.如权利要求2所述的排气处理系统，其中所述稀薄NOX捕集器包括布置在所述陶瓷壁流式载体上的载体涂料，所述载体涂料包括布置在陶瓷基上的氧化催化剂、吸附剂和还原催化剂。
4.如权利要求3所述的排气处理系统，其中所述氧化催化剂包括Pt或Pd；所述吸附剂包括Ba、Ca、Sr、Mg、K、Na、Li、Cs、La或Y的氧化物或其混合物；所述还原催化剂包括Rh，并且所述陶瓷基包括氧化铝。
5.如权利要求2所述的排气处理系统，还包括第二稀薄NOX捕集器，所述第二稀薄NOX捕集器包括布置在陶瓷或金属流通式载体上的载体涂料。
6.如权利要求5所述的排气处理系统，其中所述流通式载体布置成在所述壁流式载体之前或之后接收所述排气流。
7.如权利要求5所述的排气处理系统，其中所述流通式载体和壁流式载体布置在单个壳体中。
8.如权利要求1所述的排气处理系统，其中所述四效催化器包括多个陶瓷壁流式载体。
9.如权利要求1所述的排气处理系统，其中所述发动机的排气流具有第一体积分数的NOX，即NOX1，离开所述U-SCR催化器的排气流具有第二体积分数的NOX，即NOX2，其中NOX2≤0.1NOX1。
10.如权利要求1所述的排气处理系统，其中所述四效催化器和U-SCR催化器一起容纳在单个壳体中。
11.一种使用柴油发动机的排气处理系统的方法，所述排气处理系统包括：柴油氧化催化器，即DOC，该DOC与所述柴油发动机流体连通以从所述发动机接收排气流，且所述DOC布置在DOC壳体中；第一喷射装置，该第一喷射装置位于所述发动机与所述DOC之间，构造成将碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物喷射进排气流中；四效催化器，该四效催化器与所述DOC流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括稀薄氮氧化物捕集器和柴油微粒过滤器，即稀薄NOX捕集器和DPF；尿素选择性催化还原催化器，即U-SCR催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流；第二喷射装置，该第二喷射装置构造成在所述四效催化器与所述U-SCR催化器之间将尿素或氨或者其组合物喷射进排气流中；以及控制器，该控制器构造成控制所述发动机的操作，及碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物的周期性和选择性喷射，及尿素或氨或者其组合物的周期性和选择性喷射，并确定所述排气流中NOX的量，所述方法包括：
将所述控制器构造成以第一模式操作以最小化尿素或氨或其组合物的消耗并最小化所述U-SCR催化器中的NOX转化，或者以第二模式操作以最小化碳氢化物、CO或H2材料或其组合物的消耗并最小化所述四效催化器中的NOX转化；
操作所述发动机以产生排气流，以及
使用所述控制器周期性地和选择性地将碳氢化物或CO或H2材料或其组合物或者将尿素或氨或其组合物中的至少一种喷射进排气流从而在第一模式或第二模式中操作所述排气处理系统。
12.如权利要求11所述的方法，其中周期性地和选择性地喷射包括将碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物喷射进排气流，其中来自所述发动机的排气流具有第一体积分数的NOX，即NOX1，离开所述U-SCR催化器的排气流具有预定第二体积分数的NOX，即NOX2，其中NOX2≤0.1NOX1，并且其中所述四效催化器提供一体积分数还原的NOX，表示为离开所述四效催化器的排气流中的第三体积分数的NOX，即NOX3，其中0.10NOX1≤NOX3≤0.70NOX1。
13.如权利要求12所述的方法，其中周期性地和选择性地喷射包括将尿素或氨或者其组合物喷射进排气流，并且其中所述U-SCR催化器提供一体积分数还原的NOX，表示为离开所述U-SCR催化器的排气流中的第四体积分数的NOX，即NOX4，其中0.05NOX1≤NOX4≤0.60NOX1。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述控制器构造成控制所述发动机的排气流，所述第一喷射装置或所述第二喷射装置或其组合，以产生预定第二体积分数的NOX2。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述控制器构造成以所述第一模式操作以最小化尿素或氨或者其组合物的消耗并且最小化NOX3。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述控制器构造成以所述第二模式操作以最小化碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物的消耗并且最小化NOX4。
17.一种用于柴油发动机的排气处理系统，包括：
柴油发动机，
柴油氧化催化器，即DOC，该DOC与所述柴油发动机流体连通以从所述发动机接收排气流，且所述DOC布置在DOC壳体中；
第一喷射装置，该第一喷射装置位于所述发动机与所述DOC之间，构造成将碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物喷射进排气流中；
四效催化器，该四效催化器与所述DOC流体连通以从其接收排气流，所述四效催化器包括稀薄氮氧化物捕集器和柴油微粒过滤器，即稀薄NOX捕集器和DPF；以及
尿素选择性催化还原催化器，即U-SCR催化器，该U-SCR催化器与所述四效催化器流体连通以从其接收排气流；
第二喷射装置，该第二喷射装置构造成在所述四效催化器与所述U-SCR催化器之间将尿素或氨或者其组合物喷射进排气流中；以及
控制器，其构造成控制所述排气处理系统的操作以及使用所述第一喷射装置的碳氢化物、CO或H2材料或者其组合物的周期性且选择性喷射，和使用所述第二喷射装置的尿素或氨或者其组合物的周期性且选择性喷射，并确定排气流中NOX的量，所述控制器构造成选择性地以第一模式操作以最小化尿素或氨或其组合物的消耗并最小化所述U-SCR催化器中的NOX转化，或者以第二模式操作以最小化碳氢化物、CO或H2材料或其组合物的消耗并最小化所述四效催化器中的NOX转化。
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