[發明專利]用于稀燃內燃發動機的排氣系統

有效

• 申請號: 200980135891.9
• 申請日: 2009-07-06
• 公開（公告）號: CN102159807A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: G·R·錢德勒;N·R·科林斯;P·R·菲利普斯;D·斯沃羅
• 申請（專利權）人: 約翰遜馬西有限公司
• 主分類號: F01N3/022
• 分類號: F01N3/022;F01N3/023;F01N3/035;F01N3/08;F01N3/10;F01N3/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 譚佐晞;曹若

技術領域

本發明涉及一種用于稀燃內燃發動機的排氣系統，更特別地，用于柴油(壓縮點火式))發動機的排氣系統，所述系統包括NO_x吸附催化劑(NAC)和利用含氮還原劑進行氮氧化物(NO_x)的選擇性催化還原(SCR)的催化劑。

背景技術

NAC例如從美國專利No.5,473,887(將其全部內容通過引用的方式并入本文)中已知，其設計為從稀薄的排氣(λ＞1)中吸附氮氧化物(NO_x)并且在排氣中的氧濃度降低時釋放出NO_x。釋放出的NO_x可以在NAC自身的或者位于NAC下游的催化劑成分(例如，銠)的促進下利用合適的還原劑(例如，柴油燃料)還原為N₂。在實際中，間歇地響應于所計算的NAC的剩余NO_x吸收能力，氧濃度被調節到期望的氧化還原成分，例如調節到比正常的發動機運行操作濃(但是化學當量或λ＝1的成分仍然稀薄)、化學當量成分或富含化學當量的成分(λ＜1)。氧濃度能夠通過大量手段來調節，例如節流、在例如排氣沖程期間注射附加的碳氫燃料到發動機氣缸中或者直接注射碳氫燃料到發動機歧管下游的排氣中。柴油機中更高級的共軌燃料噴射系統能夠用來非常精確地對燃料進行計量，以調節排氣成分。

典型的NAC配方包括催化氧化成分(例如，鉑)、NO_x-存儲成分(例如，鋇)、以及還原催化劑(例如，銠)。對于該配方，對來自稀薄排氣的NO_x-存儲通常給定的一個作用原理是：

NO+1/2O₂→NO₂????????????????(1)；和

BaO+NO₂+1/2O₂→Ba(NO₃)₂??????(2)

其中，在反應(1)中，一氧化氮與氧在鉑的活性氧化地點發生反應，以形成NO₂。反應(2)涉及通過無機硝酸鹽形式的存儲材料來吸附NO₂。

在氧濃度較低和/或溫度升高的情況下，硝酸鹽類變得在熱力學上不穩定并分解，從而根據下面的反應式(3)產生NO或NO₂。在存在合適的還原劑的情況下，這些氮氧化物隨后被一氧化碳、氫和碳氫化合物還原為N₂，這可以在還原催化劑上方發生(見反應式(4))。

Ba(NO₃)₂→BaO+2NO+3/2O₂?????????或者

Ba(NO₃)₂→BaO+2NO₂+1/2O₂????????(3)；和

NO+CO→1/2N₂+CO₂(以及其他反應)??(4)

在上面的反應(1)至(4)中，反應的鋇類給定為氧化物。然而，應當理解，在存在空氣的情況下，大部分的鋇是碳酸鹽或者可能是氫氧化物的形式。本領域普通技術人員能夠對除了氧化物之外的鋇類相應地修改上述反應方案。同樣，本領域普通技術人員能夠對除了鋇之外的NO_x吸收劑成分(例如其他堿土金屬或堿性金屬)修改反應方案。

對環境越來越多的關注以及升高的油價導致對機動車和輕型商業車輛引入更大量的柴油發動機。當前，排放控制規定包括對“煙塵”或顆粒物(“PM”)以及CO、碳氫化合物(“HC”)和NO_x的嚴格控制。對于PM的控制，已經清楚，需要過濾器或捕集器來將PM從流動的排氣中去除。一種形式的過濾器是公知的壁流式過濾器，其構造對本領域普通技術人員是公知的。

實際的壁流式過濾器是通常對NO₂/PM反應催化的，其通常使用降低PM燃燒溫度的催化劑和/或能夠對排氣中的NO到NO₂的轉化進行催化的氧化催化劑。

WO?01/12320公開了一種用于燃燒式發動機的排氣系統的壁流式過濾器，其包括：含有例如鉑族金屬的氧化催化劑，其位于敞口的上游通道的上游端的基本不可滲透氣體的區域；和所述氧化催化劑下游的氣體可滲透過濾器區域，用于捕集煙塵。該過濾器的下游通道可以包括NO_x吸收劑催化劑(NAC)，并且可選地包括位于NAC下游的選擇性催化還原(SCR)催化劑。