排放物减少系统技术方案

公开了一种用于柴油发动机的排气系统。该排气系统可包括被构造成接收来自发动机的排气气体并且使排气气体中的碳氢化合物氧化的柴油氧化催化剂(DOC)、以及位于DOC下游并且被构造成在温度达到150℃时存储来自排气气体的NOx的被动NOx吸附器(PNA)。选择性催化减少(SCR)系统可位于PNA下游并且被构造成减少排气气体中的NOx。PNA可被构造成在温度高于200℃时释放存储的NOx。PNA上游的DOC可通过在N2O到达PNA之前使碳氢化合物氧化而减少由PNA产生的N2O的量。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及例如用于柴油发动机的排放物减少系统。
技术介绍
相比于常见的汽油发动机，柴油发动机通常在更低温度下操作并且更稀地运行。尽管汽油发动机由于更高的燃烧温度在百万分之一基础上可放出更多的NOx，但是当A/F比率为理想配比时三元催化剂可高效地减少该NOx。因此，来自装备有催化剂的汽油发动机的NOx排放物能够低于来自柴油发动机的NOx排放物。由于柴油稀操作，三元催化剂可能不会减少NOx。NOx排放物的减少因此成为对柴油发动机的独特挑战。一种减少柴油发动机的NOx排放的方法是选择性催化还原(SCR)系统的使用。一旦SCR催化剂的温度高于最小操作水平(例如，150℃或200℃)，则通过尿素喷射的SCR系统对于在稀条件下减少NOx是非常有效的。然而，在SCR催化剂已经达到此操作温度之前，排气中的许多NOx在没有被减少的情况下通过SCR催化剂并且被从车辆排放。
技术实现思路
在至少一个实施例中，提供一种用于柴油发动机的排气系统。该系统可包括被构造成接收来自发动机的排气气体并且使排气气体中的碳氢化合物氧化的柴油氧化催化剂(DOC)、以及位于DOC下游并且被构造成在温度达到150℃时存储来自排气气体的NOx的被动NOx吸附器(PNA)。选择性催化减少(SCR)系统可位于PNA下游并且可被构造成减少NOx。在一个实施例中，PNA被构造成在温度达到180℃时存储来自排气气体的NOx。在另一个实施例中，PNA被构造成在温度高于200℃时释放存储的NOx。PNA可被构造成在350℃或更低的温度时释放基本上所有存储
的NOx。DOC可具有大于1:1的钯比铂的含量比，诸如至少为3:1。PNA可具有至少为3:1的钯比铂的含量比。排气系统在发动机启动之后的第一个2000秒期间可排放小于10ppm的N2O。在一个实施例中，DOC可通过排气导管连接至PNA。在另一个实施例中，DOC和PNA可被包含在单一壳体中。DOC和PNA可作为层形成在单一基板上。PNA可基本上不包含碱金属或碱土金属，诸如钡。PNA可包含一种或多种稀土元素，诸如铈。在至少一个实施例中，提供一种处理来自柴油发动机的排气的方法。该方法可包括将第一排气气体(FEG)从发动机引导至柴油氧化催化剂(DOC)以产生第二排气气体(SEG)，以及将SEG从DOC引导至被动NOx吸附器(PNA)以产生第三排气气体(TEG)。PNA在温度达到150℃时可存储来自SEG的NOx。TEG可从PNA被引导至NOx减少系统。在一个实施例中，在温度高于200℃时PNA将存储的NOx释放到TEG中。在400℃或更低的温度下，PNA可将基本上所有的存储的NOx释放到TEG中。在一个实施例中，在启动柴油发动机之后的第一个2000秒期间，来自NOx减少系统的输出排气气体(OEG)包括小于10ppm的N2O。柴油发动机可基本上总是通过稀空气燃料比运行。在至少一个实施例中，提供一种用于处理来自柴油发动机的排气气体的排气系统。该系统可包括设置在基板上并且被构造成在温度达到150℃时存储来自排气气体的NOx的被动NOx吸附器(PNA)层、以及设置在PNA层上并且被构造成使排气气体中的碳氢化合物氧化的柴油氧化催化剂(DOC)层。选择性催化减少(SCR)系统可位于PNA和DOC层下游并且被构造成减少排气气体中的NOx。在一个实施例中，PNA层和DOC层可具有至少为3:1的钯比铂的含量比并且PNA层可基本上不包括碱金属或碱土金属。附图说明图1示出了当在原料气中具有100ppm的NO和250ppm的C2H4的测试时在实验室测试期间随时间过去的从被动NOx吸附器(PNA)排放的
N2O的水平；图2示出了在实验室测试期间随时间过去的来自单独的柴油氧化催化剂(DOC)、单独的PNA、以及DOC和PNA的组合的碳氢化合物、C2H4的水平；图3示出了在实验室测试期间随时间过去的从单独的DOC、单独的PNA、以及DOC和PNA的组合排放的N2O的水平；图4为根据一个实施例的包括单独的DOC和PNA的排气系统的示意图；图5为根据一个实施例的包括连接的DOC和PNA的排气系统的示意图；图6为根据一个实施例的包括组合的DOC和PNA的排气系统的示意图；以及图7为图6中的组合的DOC和PNA的示意性横截面，其示出了在PNA层上方的DOC层。具体实施方式根据需要，此处公开了本专利技术的详细实施例；然而应当理解，所公开的实施例仅仅是本专利技术的可以各种可替代形式实施的实例。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或缩小以展示特定部件的细节。因此，本文公开的具体的结构性和功能性的细节不应被解释为限制，而仅仅是作为用于教导本领域中的技术人员多方面地实施本专利技术的代表性基础。在SCR催化剂还未达到其最小操作水平期间的时间周期可称为“冷启动”时间周期。该冷启动周期可持续多达几分钟，例如，多达200秒。从柴油发动机排放的主要污染物是碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、以及颗粒物(例如，烟灰)。如在
技术介绍
中所描述的，在冷启动周期期间，排气温度对于SCR催化剂来说太低而不能减少NOx，因此NOx被释放到大气中。可将被动NOx吸附器(PNA)添加至排气系统以在该冷启动周期期间吸收和存储至少发动机排放的NOx的一些。PNA可包含铂(Pt)和/或钯(Pd)和NOx存储材料(例如，二氧化
铈)。不像SCR系统，PNA的目标是存储NOx并且然后在之后的时间将其释放，而不是减少或氧化NOx本身。PNA可存储NOx直到在尿素喷射系统是可操作的并且下游SCR催化剂已经达到其操作温度(例如，至少150℃或200℃)之后，在那时NOx被从PNA释放。PNA因此存储那些否则将未反应地通过SCR系统直到SCR催化剂已经达到允许其减少从PNA释放的NOx的温度的NOx。PNA被设计成替代通常已经为柴油后处理系统中的第一催化剂砖的柴油氧化催化剂(DOC)。因此，除了在冷启动周期期间存储和释放NOx，PNA也被构造成提供氧化HC和一氧化碳(CO)的DOC功能。此外，一旦排气系统热起来(例如，大约200℃)，PNA中的Pt就可将发动机排出的NO的一部分氧化成NO2并且因此向SCR催化剂提供NO和NO2的混合物，SCR催化剂在低温时提高其NOx减少能力。然而，当PNA被用作排气系统中的第一砖时，其持续地暴露于从发动机排放的NOx和HC的全浓度。在冷启动周期结束(例如，大约200秒)并且排气系统达到全操作温度之后，研究发现由于在约200℃的温度下碳氢化合物与NOx之间的反应PNA能够产生N2O。这种反应可被称为稀NOx催化或碳氢化合物-SCR。研究发现该反应对于铂而言比钯更显著。N2O的产物是不合需要的，因为N2O是非常有效的温室气体。例如，N2O在捕获热量方面比二氧化碳有效几百倍。图1示出了在实验室反应器上的几个温度斜坡测试期间来自被动NOx吸附器的N2O形成，其中烘箱温度从70℃以10℃/min倾斜至175℃，保温10分钟，并且然后从175℃以10℃/min倾斜至300℃并且在那保温5分钟。该测试使PNA暴露于其在联邦测试程序(FTP)的阶段1和阶段2期间以及在US06测试(一种补充联邦测试程序(SFTP))期间将暴露于的温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于柴油发动机的排气系统，包括：被构造成接收来自所述发动机的排气气体并且使所述排气气体中的碳氢化合物氧化的柴油氧化催化剂(DOC)；位于所述DOC下游并且被构造成在温度达到150℃时存储来自所述排气气体的NOx的被动NOx吸附器(PNA)；以及位于所述PNA下游并且被构造成减少所述排气气体中的NOx的选择性催化减少(SCR)系统。

【技术特征摘要】
2015.05.18 US 14/714,7571.一种用于柴油发动机的排气系统，包括：被构造成接收来自所述发动机的排气气体并且使所述排气气体中的碳氢化合物氧化的柴油氧化催化剂(DOC)；位于所述DOC下游并且被构造成在温度达到150℃时存储来自所述排气气体的NOx的被动NOx吸附器(PNA)；以及位于所述PNA下游并且被构造成减少所述排气气体中的NOx的选择性催化减少(SCR)系统。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PNA被构造成在温度达到180℃时存储来自所述排气气体的NOx。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PNA被构造成在温度高于200℃时释放所述存储的NOx。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述DOC具有大于1:1的钯与铂的含量比。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述DOC具有至少为3:1的钯与铂的含量比。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述排气系统在所述发动机启动之后的第一个2000秒期间排放少于10ppm的N2O。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述DOC通过排气导管连接至所述PNA。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述DOC和所述PNA被包含在单一壳体中。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述DOC和所述PNA作为层成型在单一基板上。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PNA被构造成在350℃或更低的温度时释放基本上所有存储的NOx。11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PNA具有至少为3:1的钯与铂的含量比。12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PNA基本上不包含碱金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·罗伯特·诺特海斯，克里斯廷·凯·兰伯特，道格拉斯·艾伦·多布森，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US