CN102465738A - NOx吸附器再生系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了NOx吸附器再生系统和方法。一种用于发动机的废气后处理系统，包括氧化催化剂NOx吸附器，其中设有氧化催化剂复合物和NOx吸附剂复合物。燃料喷射器被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备并与其流体连通用于向其输送烃燃料，并且气泵被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备并与其流体连通用于向其输送空气。燃料喷射器和气泵在内燃机关闭后向氧化催化剂NOx吸附器设备提供燃料和空气用于其氧化并且将NOx吸附剂复合物加热至NOx释放温度。
Description
技术领域
本发明的示范性实施例涉及用于内燃机的废气处理系统，并且更具体地涉及用于在发动机关闭之后再生NOx吸附器的系统和方法。
背景技术
从内燃机特别是柴油发动机中排出的废气是非均质混合物，其包含气体排放物例如一氧化碳(“CO”)、未燃烧的烃(“HC”)和氮氧化物(“NOx”)以及构成颗粒物(“PM”)的凝聚相材料(液体和固体)。通常布置在催化剂载体或基板上的催化剂组合物被设于发动机排气系统内以将这些废气成分中的部分或全部转化为非常规的废气组分。
已经研发出的用于在过量氧气中燃烧燃料的稀燃发动机(例如柴油发动机)内降低NOx排放水平的技术包括选择性催化还原(“SCR”)设备。SCR催化剂组合物优选地包含沸石以及一种或多种基底金属组分例如铁(“Fe”)、钴(“Co”)、铜(“Cu”)或钒(“V”)，它们可以有效工作以在有还原剂例如氨(“NH3”)的情况下还原废气内的NOx成分。尽管使用催化剂有助于降低SCR设备运行所需的激活能量，但是柴油发动机或其他稀燃发动机不断提高的效率会在正常运行时以及发动机启动后造成更低的废气温度。这种更低的工作温度会延迟SCR设备的操作启动，其需要达到最低工作温度来有效地还原NOx。通常，SCR直到发动机启动几分钟之后才能达到合适的工作温度。由于机动车辆的排放标准越来越严格，因此这样的延迟就不再是可行的。减缓催化剂起燃的主要原因除了经历的废气温度更低以外还有发动机以及延伸在发动机和SCR设备之间的废气系统的热质量。热质量可以包括发动机、发动机排气歧管、氧化催化剂(“OC”)设备以及排气管。
在发动机冷启动之后将SCR设备加热至工作温度的时段期间，或者在轻载运行期间SCR设备冷却至其低于其工作温度时，可以被用于帮助控制排放的NOx的技术是在低于SCR设备可供使用的温度下收集和保留NOx成分的NOx吸附器设备。NOx吸附器设备是一种被动式设备，其包括吸附剂涂层，吸附剂涂层可以包括基于温度的沸石NOx吸附剂复合物或者在低温下收集并保留NOx成分的其他合适的吸附剂复合物。随着废气系统温度的升高，吸附剂复合物释放储存的NOx成分用于由SCR设备转化。在使用被动式NOx吸附器设备时的一个难题是要在关闭发动机时确保清除设备中储存的NOx成分，以使得在发动机重新启动时设备就已准备好进行工作。
发明内容
在本发明的一个示范性实施例中，一种用于内燃机的废气后处理系统包括与内燃机流体连通并且被设置用于从内燃机接收废气的排气管。氧化催化剂NOx吸附器设备具有与排气管流体连通的入口和出口，并且氧化催化剂复合物和NOx吸附剂复合物被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中。燃料喷射器被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送烃燃料，还有气泵被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送空气。燃料喷射器和气泵向排气管和氧化催化剂NOx吸附器设备提供燃料和空气。
在本发明的另一个示范性实施例中，公开了一种操作用于内燃机的废气后处理系统的方法，废气后处理系统具有与内燃机流体连通并且被设置用于从内燃机接收废气的排气管，具有与排气管流体连通的入口和出口的氧化催化剂NOx吸附器设备，被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的氧化催化剂复合物，被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的NOx吸附剂复合物，被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送烃燃料的燃料喷射器，被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送空气的气泵，被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备下游与排气管和氧化催化剂NOx吸附器设备流体连通的选择性催化还原设备，以及在选择性催化还原设备内用于还原从氧化催化剂NOx吸附器设备中释放的NOx成分的选择性催化还原催化剂组合物，所述方法包括确定内燃机处于停机状态，监测NOx吸附剂复合物的温度，在NOx吸附剂复合物的温度低于NOx释放温度时激活燃料喷射器以向排气管内喷射燃料并且激活气泵以与喷射的燃料混合并将其带至氧化催化剂NOx吸附器设备，以及在NOx吸附剂复合物的温度处于或者高于NOx释放温度时停用燃料喷射器和气泵。
方案1： 一种用于内燃机的废气后处理系统，包括：
与内燃机流体连通并且被设置用于从内燃机接收废气的排气管；
氧化催化剂NOx吸附器设备，具有与排气管流体连通的入口和出口；
被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的氧化催化剂复合物；
被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的NOx吸附剂复合物；
被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送烃燃料的烃输送系统；以及
被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送空气的气泵，其中烃输送系统和气泵向排气管和氧化催化剂NOx吸附器设备提供燃料和空气。
方案2：如方案1所述的废气后处理系统，进一步包括：
设置在氧化催化剂NOx吸附器设备下游与排气管和氧化催化剂NOx吸附器设备流体连通的选择性催化还原设备；以及
选择性催化还原设备内的选择性催化还原催化剂组合物。
方案3：如方案1所述的废气后处理系统，其中氧化催化剂NOx吸附器设备进一步包括至少一块流通式基板，具有施加在其上的氧化催化剂组合物和NOx吸附剂复合物。
方案4：如方案2所述的废气后处理系统，其中选择性催化还原设备进一步包括至少一块流通式基板，具有施加在其上的选择性催化还原催化剂复合物。
方案5：如方案2所述的废气后处理系统，进一步包括控制器，控制器与内燃机、废气处理系统、还原剂输送系统和气泵信号通信并且被设置用于在内燃机关闭后操作还原剂输送系统和气泵。
方案6：如方案5所述的废气后处理系统，其中烃输送系统包括燃料喷射器。
方案7：如方案1所述的废气后处理系统，其中氧化催化剂复合物包括从铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其他合适的氧化催化剂或其组合构成的群组中选出的铂族金属。
方案8：如方案1所述的废气后处理系统，其中NOx吸附剂复合物包括沸石NOx吸附剂复合物。
方案9：如方案2所述的废气后处理系统，其中选择性催化还原催化剂组合物包括沸石以及包括铁(“Fe”)、钴(“Co”)、铜(“Cu”)或钒或其组合的基底金属组分。
方案10：一种用于内燃机的废气后处理系统，包括：
与内燃机流体连通并且被设置用于从内燃机接收废气的排气管；
氧化催化剂NOx吸附器设备，具有与排气管流体连通的入口和出口；
被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的氧化催化剂复合物；
被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的NOx吸附剂复合物；
被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送烃燃料的燃料喷射器；
被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送空气的气泵，其中燃料喷射器和气泵向排气管和氧化催化剂NOx吸附器提供燃料和空气；
设置在氧化催化剂NOx吸附器设备下游与排气管和氧化催化剂NOx吸附器设备流体连通的选择性催化还原设备；以及
选择性催化还原设备内用于还原从氧化催化剂NOx吸附器设备中释放的NOx成分的选择性催化还原催化剂组合物。
方案11：一种操作用于内燃机的废气后处理系统的方法，废气后处理系统包括与内燃机流体连通并且被设置用于从内燃机接收废气的排气管，具有与排气管流体连通的入口和出口的氧化催化剂NOx吸附器设备，被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的氧化催化剂复合物，被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的NOx吸附剂复合物，被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送烃燃料的烃输送系统，被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送空气的气泵，被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备下游与排气管和氧化催化剂NOx吸附器设备流体连通的选择性催化还原设备，以及在选择性催化还原设备内用于还原从氧化催化剂NOx吸附器设备中释放的NOx成分的选择性催化还原催化剂组合物，所述方法包括：
确定内燃机处于停机状态；
监测NOx吸附剂复合物的温度；
在NOx吸附剂复合物的温度低于NOx释放温度时激活烃输送系统以向排气管内输送燃料并且激活气泵以与喷射的燃料混合并将其带至氧化催化剂NOx吸附器设备；以及
在NOx吸附剂复合物的温度处于或者高于NOx释放温度时停用烃输送系统和气泵。
方案12：. 如方案11所述的方法，其中所述监测NOx吸附剂的温度包括测量氧化催化剂NOx吸附器设备下游的排气管内的温度。
根据以下结合附图对本发明进行的详细说明，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将是显而易见的。
附图说明
在以下对仅作为示例的实施例的详细说明中可以体现出其他的、特征、优点和细节，详细说明参照附图给出，在附图中：
图1是用于内燃机的废气处理系统的示意图；
图2是示出了实施本发明各方面的一部分废气处理系统的工作模式的操作示意图。
具体实施方式
以下说明本质上仅仅是示范性的而并不是为了限制本公开、其应用或用途。应该理解所有附图中对应的附图标记均表示类似或对应的部件和特征。
现参照图1，本发明的一个示范性实施例涉及一种废气处理系统10，用于还原内燃机12中的常规废气成分。应该意识到内燃机12可以包括但不限于柴油发动机系统、汽油直喷发动机系统和均质充量压燃发动机系统。
废气处理系统包括排气管14，排气管14可以包括几段，用于将废气16从内燃机12输送至废气处理系统10中不同的废气处理设备。废气处理设备可以包括氧化催化剂NOx吸附器(“OCN”)设备18。在一个示范性实施例中，OCN设备18在与排气管14流体连通并且被设置用于帮助废气16从其流过的入口26和出口28之间包括被封装在刚性壳体或容器24内的流通式金属或陶瓷整体基板20(“基板”)。基板20具有设置在其上的氧化催化剂复合物22。氧化催化剂复合物可以被添加为洗涂层(wash coat)并且可以包含铂族金属例如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其他合适的氧化催化剂或其组合。OCN设备18可有效用于处理作为废气16的一部分从发动机12排出的未燃烧气体以及非挥发性的HC和CO，它们被氧化以生成二氧化碳和水。
在一个示范性实施例中，基板20还可以包括设置在其上的NOx吸附剂复合物30。NOx吸附剂复合物30可以被添加为洗涂层并且可以包含沸石NOx吸附剂复合物或其他合适的NOx吸附剂复合物用于在低于选定的废气温度时吸附并储存废气16中存在的NOx成分。因此OCN设备18可以有效用于通过氧化来处理作为废气16的一部分从发动机12排出的未燃烧气体以及非挥发性的HC和CO以生成二氧化碳和水以及吸附和储存NOx成分。在另一个实施例中，NOx吸附剂可以被添加为在氧化催化剂复合物22下游的相同容器24或独立容器(未示出)内支撑的单独基板(未示出)。
在一个示范性实施例中，选择性催化还原(“SCR”)设备38被设置在OCD设备18的下游。以类似于OCD设备的方式，SCR 设备38也可以包括被封装在刚性壳体或容器42内的流通式陶瓷或金属整体基板(“基板”)40，容器42具有与排气管14流体连通并被设置用于帮助废气16从其流过的入口44和出口46。基板40具有添加在其上的SCR催化剂组合物41。SCR催化剂组合物优选地包含沸石以及一种或多种基底金属组分例如铁(“Fe”)、钴(“Co”)、铜(“Cu”)或钒，它们可以有效工作以在有还原剂48的情况下还原废气16内的NOx成分，还原剂例如是氨(“NH3”)，其在设备温度处于200℃或以上的范围时通过还原剂喷射器54被喷射到SCR设备38上游的废气处理系统内。在SCR设备38的工作温度低于SCR设备38中的SCR催化剂组合物41的活性工作温度时，废气16中的NOx成分由OCN设备18中的NOx吸附剂复合物30吸附。
在一个示范性实施例中，位于OCN设备18上游与排气管14中的废气16流体连通的是烃输送系统，被设置用于在氧化催化剂上游输送烃。在图1所示的示范性实施例中，还原剂输送系统是HC或燃料喷射器58。燃料喷射器58与燃料供应罐62内的燃料60通过燃料管路64流体连通，被设置为向排气管14内引入未燃烧的、包含烃的燃料60用于输送至OCN设备18。
在一个示范性实施例中，位于OCN设备18上游与排气管14流体连通的是气泵16，被设置用于向废气处理系统10中的排气管14提供空气。
控制器例如传动系或车辆控制器68通过与多个传感器例如监测SCR设备38入口44附近温度的温度传感器70和监测OCN设备18出口28附近温度的温度传感器72的信号通信而被有效连接至废气处理系统10并且监测废气处理系统10。基于各种测量参数，包括来自温度传感器70和72的测量参数在内，控制器68被设置用于操作燃料喷射器58以给排气管14提供燃料60以及操作气泵66以向排气管14内的废气16提供空气。如本文中所用的术语控制器可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适部件。
参照图2，示出了操作一部分废气后处理系统10的示范性实施例。操作在80处开始并且在内燃机12的关闭状态82之后运行。在另一个示范性实施例中，操作可以在内燃机12工作期间持续运行。控制器68在83处通过温度传感器72监测OCN设备18的温度以确定温度是否处于NOx吸附剂复合物未被吸附和储存在OCN设备内的水平(约300℃或以上)，被称作NOx释放温度。如果控制器68在83处确定(确定NOx储存阈值)温度低于NOx释放所需的温度，那么它就在84处激活燃料喷射器58以向排气管14内喷射燃料60并且激活气泵66以与喷射的燃料60混合并将其带至OCN设备18。如果温度高于NOx释放所需的温度，那么操作即可在92处终止。在86处，喷射的燃料60和空气会在其经过OCN设备18时氧化并且将NOx吸附剂复合物30快速加热至可以允许其由此释放储存的NOx成分的温度。释放的NOx成分可以从OCN设备18向下游流动至SCR设备38，其在发动机关闭之后仍然处于工作温度下并且用NH3还原剂饱和。在离开废气处理系统10之前，NOx成分即可在SCR设备中被还原为非常规的废气成分。当在88处由控制器68确定NOx成分的储量适合进行吸附时(由处于或者高于NOx释放温度的时间确定)，控制器68即可在90处停用气泵66和燃料喷射器58并且操作就在92处结束。OCN设备18中储存的NOx现在就已被清除，并且准备好用于在发动机12下一次冷启动时快速吸附NOx成分。
尽管已经参照示范性实施例介绍了本发明，但是本领域技术人员应该理解可以做出各种修改并且可以用等价物来代替其中的元件而并不背离本发明的保护范围。另外，可以进行很多变形以使特定的情况或材料适用于本发明的教导而并不背离其实质范围。因此，应该理解本发明并不局限于作为设想用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而且本发明应该包括落入本申请保护范围内的所有实施例。
Claims (10)
1.一种用于内燃机的废气后处理系统，包括：
与内燃机流体连通并且被设置用于从内燃机接收废气的排气管；
氧化催化剂NOx吸附器设备，具有与排气管流体连通的入口和出口；
被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的氧化催化剂复合物；
被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的NOx吸附剂复合物；
被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送烃燃料的烃输送系统；以及
被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送空气的气泵，其中烃输送系统和气泵向排气管和氧化催化剂NOx吸附器设备提供燃料和空气。
2.如权利要求1所述的废气后处理系统，进一步包括：
设置在氧化催化剂NOx吸附器设备下游与排气管和氧化催化剂NOx吸附器设备流体连通的选择性催化还原设备；以及
选择性催化还原设备内的选择性催化还原催化剂组合物。
3.如权利要求1所述的废气后处理系统，其中氧化催化剂NOx吸附器设备进一步包括至少一块流通式基板，具有施加在其上的氧化催化剂组合物和NOx吸附剂复合物。
4.如权利要求2所述的废气后处理系统，其中选择性催化还原设备进一步包括至少一块流通式基板，具有施加在其上的选择性催化还原催化剂复合物。
5.如权利要求2所述的废气后处理系统，进一步包括控制器，控制器与内燃机、废气处理系统、还原剂输送系统和气泵信号通信并且被设置用于在内燃机关闭后操作还原剂输送系统和气泵。
6.如权利要求5所述的废气后处理系统，其中烃输送系统包括燃料喷射器。
7.如权利要求1所述的废气后处理系统，其中氧化催化剂复合物包括从铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其他合适的氧化催化剂或其组合构成的群组中选出的铂族金属。
8.如权利要求1所述的废气后处理系统，其中NOx吸附剂复合物包括沸石NOx吸附剂复合物。
9.一种用于内燃机的废气后处理系统，包括：
与内燃机流体连通并且被设置用于从内燃机接收废气的排气管；
氧化催化剂NOx吸附器设备，具有与排气管流体连通的入口和出口；
被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的氧化催化剂复合物；
被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的NOx吸附剂复合物；
被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送烃燃料的燃料喷射器；
被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送空气的气泵，其中燃料喷射器和气泵向排气管和氧化催化剂NOx吸附器提供燃料和空气；
设置在氧化催化剂NOx吸附器设备下游与排气管和氧化催化剂NOx吸附器设备流体连通的选择性催化还原设备；以及
选择性催化还原设备内用于还原从氧化催化剂NOx吸附器设备中释放的NOx成分的选择性催化还原催化剂组合物。
10.一种操作用于内燃机的废气后处理系统的方法，废气后处理系统包括与内燃机流体连通并且被设置用于从内燃机接收废气的排气管，具有与排气管流体连通的入口和出口的氧化催化剂NOx吸附器设备，被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的氧化催化剂复合物，被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备中的NOx吸附剂复合物，被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送烃燃料的烃输送系统，被连接至氧化催化剂NOx吸附器设备上游的排气管并与其流体连通用于向其输送空气的气泵，被设置在氧化催化剂NOx吸附器设备下游与排气管和氧化催化剂NOx吸附器设备流体连通的选择性催化还原设备，以及在选择性催化还原设备内用于还原从氧化催化剂NOx吸附器设备中释放的NOx成分的选择性催化还原催化剂组合物，所述方法包括：
确定内燃机处于停机状态；
监测NOx吸附剂复合物的温度；
在NOx吸附剂复合物的温度低于NOx释放温度时激活烃输送系统以向排气管内输送燃料并且激活气泵以与喷射的燃料混合并将其带至氧化催化剂NOx吸附器设备；以及
在NOx吸附剂复合物的温度处于或者高于NOx释放温度时停用烃输送系统和气泵。
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