使用两种催化剂限制NOx排放制造技术

一种用于控制内燃机来限制不希望的氮氧化合物的排放并提供增加的瞬态功率的方法。

Use of two catalysts to limit NOx emissions

A method for controlling the emissions of an internal combustion engine to limit the emission of nitrous oxides and to provide increased transient power.

【技术实现步骤摘要】
使用两种催化剂限制NOx排放相关申请本申请是申请日为2012年9月27日的共同待审的美国申请序列第13/629,197号的部分继续申请。
本专利技术涉及用于限制氮氧化物的排放的压燃式内燃机的操作和废气后处理。实施方式涉及发动机的瞬态增加的功率操作。背景内燃机广泛用于驱动发电机、车辆发动机等。内燃机的排放和它们对于环境的影响正日益受到关注。由于这样的关注，已经通过了限制可从这些发动机排放至环境中的各种排放气体的量的法规。应特别注意减少氮氧化合物的排放，包括NO和N2O，其统称为NOx。当氮和氧由于燃料的燃烧而达到高温时，在内燃机的燃烧室中形成这些化合物。三效催化剂，例如在常规催化转化器(称为TWC)中使用的那些，被广泛用于减少由火花点火发动机产生的NOx的排放。当氧存在时，TWC在减少废气中的NOx方面变得无效。这对于用接近化学计量比点的空气/燃料混合物操作的并产生具有少量氧的废气的火花点火发动机的使用并没有显著的限制。不过，即使使用耐用的催化剂材料，当TWC老化时，它们仍经历降低的性能。限制压燃式发动机的不希望的排放仍然是设计和控制压燃式发动机和它们的废气后处理系统的目标。如本文所用，废气是指由发动机排放的成分，其中排放是指被排放入大气的成分。通常用比燃烧一定量提供的燃料所需的空气更多的进入压燃式发动机的空气来运行所述发动机。这样的空气与燃料的混合物被称为“贫料(lean)”，而用较少的空气的操作被称为“化学计量”或“富料”混合物。贫料空气和燃料混合物的燃烧在发动机燃烧室内形成了高温。贫料混合物包括显著量的在燃烧中没有被消耗的氧，并且所述氧能与氮结合形成NOx。贫料空气/燃料混合物形成了含有显著量的使TWC在还原NOx中无效的氧的废气。已知了用于显著压燃式发动机的NOx的排放的不同对策。一种方法是提供用于发动机废气中氮和氧化合物的选择性催化还原。另一种方法是通过将发动机废气返回到所述发动机的燃烧室中来防止形成NOx，称为“废气再循环(EGR)”。将废气引入到发动机燃烧室中以两种方式还原了NOx的产生。废气置换了空气并从而减少了可用于NOx形成的量的氧。废气还能用作被加热的稀释剂并从而导致燃烧室中更低的燃烧温度。特别当这样的发动机以稳定状态条件运行时，用显著废气再循环运行的压燃式发动机可不需要后处理以将NOx排放降低至预计的水平以下。不过，用显著量废气运行压燃式发动机减少了由所述发动机产生的功率，这是由于在这样的运行中限制了燃烧的燃料量。当需要压燃式发动机提供更大的功率时，恒定的发动机速度或更常见的在运行过程中加速车辆，都必需燃烧更多的燃料以提供所需的功率。通常，需要在短时间内由发动机产生较高的功率。相比于延长的低压运行所需要的，在短响应时间内增加功率的需求需要更多的燃料和不同的加燃料时机。压燃式发动机通常由发动机控制单元(ECU)控制，所述发动机控制单元监控或检测发动机运行条件并操作控制发动机运作的致动器。被监控或检测的条件可包括进入发动机的空气质量流、进气歧管温度和压力以及发动机速度。也可监控或检测废气和/或进气流的氧含量。燃料喷射器可将燃料引入到发动机中以用于燃烧。燃料喷射器可允许控制进入发动机的燃料的喷射的量、时机和形式。压燃式发动机还可包括具有可变喷嘴机构的涡轮增压器，可控制所述可变喷嘴机构以控制从涡轮增压器提供至所述发动机的空气的压缩(加强)。压燃式发动机还可具有废气再循环阀(EGR阀)，所述EGR阀控制了转移到进入发动机的空气流中的废气的量。电子控制单元(ECU)可用于控制用于包括燃料喷射、涡轮增压器可变喷嘴机构和/或EGR阀的发动机的这些可控装置。ECU监控和控制压燃式发动机的运行的能力提供了改变发动机运行的能力。目前的压燃式发动机和它们相关的后处理系统的缺点在于，它们不能实现在稳态运行过程中以燃料高效的方式将NOx排放保持在低于预计水平的同时，在发动机加速或增加的功率期间同样将NOx排放保持在低于预计水平。专利技术概述在本专利技术的一个方面，描述了带有废气后处理系统的压燃式发动机的运行，其允许发动机提供快速增加的功率，同时保持NOx的排放低于预计水平。另一描述的方面在于提供一种用于内燃机的后处理系统，其能在增加功率的瞬态运行过程中从废气流中消除不希望的化合物。本专利技术另一描述的方面涉及控制内燃机以限制来自所述发动机的不希望的化合物的排放，并涉及控制在增加功率的瞬态运行过程中控制发动机燃料供给，从而所述废气流具有后处理对其有效的组成。本专利技术的另一方面在于提供用于包括催化剂涂覆的表面的压燃式发动机的后处理系统，在发动机运行以提供高功率期间在所述催化涂覆的表面上的催化反应减少了废气中NOx的量。本专利技术的另一方面提供了一种发动机和废气后处理组合，其包括两个用于减少在稳态和瞬态运行期间由压燃式发动机产生的废气中NOx量的催化系统。本专利技术的另一方面涉及使废气组成改进以确保通过三效催化剂还原NOx的废气系统。本专利技术的另一方面提供了用于压燃式发动机的废气系统，所述压燃式发动机具有被构造成将烃喷射入废气流以在三效催化剂转化器上提高NOx还原的主动烃喷射器。本专利技术的另一方面涉及方法，其中确定压燃式发动机是否由富空气/燃料混合物供给燃料，并且当检测到富混合物时，在废气进入三效催化剂之前将烃喷射入废气中。附图的简要说明图1说明了带有废气后处理的压燃式发动机的示意图。图2显示了在进气混合物中废气的量与发动机废气中氮化合物的量的关系。图3显示了后处理系统的一个实施方式。图4显示了通过用于在贫空气/燃料混合物运行下和在接近化学计量的空气/燃料混合物运行下增加压燃式发动机的功率运行的后处理系统排放的NOx的量。图5说明了用废气系统的烃喷射系统的示意图。图6是操作流程图，可执行所述操作从而将烃喷射入压燃式发动机的废气中。图7显示了在示例性的柴油发动机的瞬态运行期间速度和扭矩的变化。图8显示了在图7中所示的瞬态运行下从TWC输出的NOx的变化。具体实施方式本文所述的实施方式涉及控制压燃式发动机和由所述发动机产生的废气的后处理。具体地，实施方式涉及控制压燃式发动机以当所述发动机运行以产生接近或为其容量的功率时限制NOx排放。此外，实施方式涉及改进对于提高的功率的请求的瞬态响应，所述请求来自于具有废气再循环和限制氮和氧的化合物的排放的压燃式发动机。将参照附图更完整地描述各实施方式，附图中给出了实施方式。贯穿其中，类似的附图标记指代类似的元件。然而，其它实施方式可以是许多不同的形式并且不限于本文所示的实施方式。此外，这些实施方式是示例。基于本专利技术的权利具有权利要求书所示的完整范围。图1显示了压燃式发动机10和废气后处理装置40的示意图。通过如下所述的ECU50监控并控制压燃式发动机10的运行。在空气入口24处，空气进入发动机10。空气质量流传感器21感应通过空气入口24进入所述发动机的空气的量。从空气入口24将空气导入到压缩空气的低压涡轮增压器压缩机22中。从低压涡轮增压器压缩机22将压缩的空气导入到进一步压缩所述空气的高压涡轮增压器压缩机18中。随后将压缩的空气导入到进气歧管16中。如下文进一步描述，废气再循环系统28选择性地将废气导入到进入进气歧管16的压缩的空气中。在一些运行条件下，空气和废气通过进气歧管16进入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作压燃式发动机以限制NOx废气排放的方法，所述方法包括：通过向所述发动机的燃烧室提供第一贫空气/燃料混合物来以第一功率输出运行所述发动机以形成废气；收到来自所述发动机的用于增加的功率输出的请求，所述增加的功率输出大于第一功率输出；向所述发动机的燃烧室中提供第二空气/燃料混合物，其以化学计量或比化学计量高的量回应来自所述发动机的对于增加的功率输出的请求；以及用第一催化剂处理废气流，所述第一催化剂配置成在用贫空气/燃料混合物操作所述发动机的过程中减少NOx排放；并且同样用第二催化剂处理废气流，所述第二催化剂配置成在用第二非贫空气/燃料混合物操作所述发动机的过程中减少NOx排放。

【技术特征摘要】
2016.03.03 US 15/060,2661.一种操作压燃式发动机以限制NOx废气排放的方法，所述方法包括：通过向所述发动机的燃烧室提供第一贫空气/燃料混合物来以第一功率输出运行所述发动机以形成废气；收到来自所述发动机的用于增加的功率输出的请求，所述增加的功率输出大于第一功率输出；向所述发动机的燃烧室中提供第二空气/燃料混合物，其以化学计量或比化学计量高的量回应来自所述发动机的对于增加的功率输出的请求；以及用第一催化剂处理废气流，所述第一催化剂配置成在用贫空气/燃料混合物操作所述发动机的过程中减少NOx排放；并且同样用第二催化剂处理废气流，所述第二催化剂配置成在用第二非贫空气/燃料混合物操作所述发动机的过程中减少NOx排放。2.如权利要求1所述的方法，其中配制所述第一催化剂以在用非贫空气/燃料混合物操作所述发动机的过程中也减少NOx排放。3.如权利要求1所述方法，其中所述第一催化剂是柴油机氧化催化剂。4.如权利要求1所述方法，其中所述第二催化剂是三效催化剂。5.如权利要求1所述的方法，其中调整并配制第一催化剂以在用贫空气/燃料混合物操作所述发动机的过程中将NOx排放减少至低于预计水平。6.如权利要求1所述的方法，其中调整并配制第二催化剂以在用非贫空气/燃料混合物操作所述发动机的过程中将NOx排放减少至低于预计水平。7.如权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·C·卡塔尼，M·乌禅斯基，R·罗迪格兹，J·S·J·陈，J·R·西格勒，D·卡迪尔卡，J·G·希伯，M·J·塞贝里希，N·辛格，J·P·席尔瓦，B·J·阿德尔曼，S·曼达拉普，
申请(专利权)人：万国引擎知识产权有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US