[發(fā)明專利]具有涂有NOx還原催化劑的柴油顆粒過濾器的壓燃式發(fā)動機系統(tǒng)和穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210094037.6
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN102733909A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: R·G·希弗;D·M·海頓;J·J·德里肖爾;A·V·普拉特斯;L·麥克威廉姆
• 申請（專利權(quán)）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: F01N9/00
• 分類號: F01N9/00;F01N3/035
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 蘇娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及一種與廢氣后處理系統(tǒng)聯(lián)接的壓燃式發(fā)動機，更特別地涉及在涂有NO_X還原催化劑的柴油顆粒過濾器上在沒有主動再生的條件下使碳煙負載密度穩(wěn)定。?

背景技術(shù)

常規(guī)的知識局限于，柴油顆粒過濾器必須周期性地再生，以便降低在發(fā)動機上的背壓以及/或者防止在過濾器所捕集的碳煙塊中發(fā)生不受控制的放熱的碳煙氧化反應(yīng)。降低在發(fā)動機上的背壓通常與更有效的運轉(zhuǎn)相關(guān)，因此與進一步減少發(fā)動機的燃料消耗相關(guān)。不受控制的放熱的氧化反應(yīng)通常是不希望的，因為溫度暫時會變得很高以致于過濾器基底(例如沸石)可能會破裂或者不然就損壞到可能危及過濾器的程度。當像在許多常規(guī)系統(tǒng)中那樣，柴油顆粒過濾器涂有柴油氧化催化劑時，柴油顆粒過濾器中的、可能會發(fā)生不受控制的放熱氧化反應(yīng)的臨界碳煙負載密度減小。柴油氧化催化劑用于催化廢氣中的氮氧化物與可利用的氧氣之間的反應(yīng)，以產(chǎn)生二氧化氮。柴油顆粒過濾器的主動再生與以下過程有關(guān)：在該過程中通過為了促進碳煙氧化而提高過濾器處的溫度，柴油顆粒過濾器中積聚的碳煙被氧化。主動的再生過程有時通過將燃料從柴油顆粒過濾器上游噴入后處理系統(tǒng)中或通過使用電加熱器等來執(zhí)行。通過在相對低的碳煙負載密度下開始再生過程，可以控制氧化反應(yīng)，并且避免不受控制的放熱反應(yīng)和與這樣一種反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的損壞危險。經(jīng)常在執(zhí)行柴油顆粒過濾器的主動再生所必需的額外燃料消耗和發(fā)動機為克服與在柴油顆粒過濾器上的碳煙積聚相關(guān)的背壓而需要的額外?燃料之間權(quán)衡。?

除了處理碳煙之外，大多數(shù)后處理系統(tǒng)也嘗試通過添加還原劑(例如尿素)催化NO_X還原反應(yīng)來降低排氣管處存在的NO_X。在許多傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，尿素在柴油顆粒過濾器下游噴射到后處理系統(tǒng)中。在與廢氣混合之后，通過NO_X還原催化劑促進化學(xué)反應(yīng)以在離開排氣管之前將二氧化氮和尿素中的氨轉(zhuǎn)化為氮氣和水。通常，噴入后處理系統(tǒng)中的尿素量必須平衡廢氣中存在的NO_X量，以避免不充分的反應(yīng)而在排氣管處生成NO_X(NO_X逸出)或噴入太多而導(dǎo)致所不希望的氨從排氣管的排出(氨逸出)。為了更少地消耗尿素，常識通常是調(diào)整發(fā)動機標定以產(chǎn)生更少的NO_X但同時仍滿足發(fā)動機上的需求。通常，NO_X的生成像發(fā)動機效率一樣，隨著燃燒溫度的增加而增加。因此，調(diào)整發(fā)動機標定以產(chǎn)生更少的NO_X通常導(dǎo)致發(fā)動機效率的下降，因而導(dǎo)致相關(guān)聯(lián)的燃料消耗的遞增。因此關(guān)于NO_X方面的權(quán)衡經(jīng)常涉及燃料消耗的遞增，以便在燃燒的時候生成更少的NO_X且同時對為了達到平衡的還原反應(yīng)而進行的尿素噴射的要求降低。?

因此，常識是對發(fā)動機標定、柴油顆粒過濾器再生頻率和尿素噴射量的研究，這些能在滿足排放規(guī)章的同時使得全部的液體消耗(燃料加上尿素)是可接受的。這些策略典型地通過后處理系統(tǒng)執(zhí)行，該后處理系統(tǒng)包括相互串聯(lián)的用于促進再生的燃料噴射器、涂有柴油氧化催化劑的柴油顆粒過濾器、尿素噴射系統(tǒng)、混合器以及最后還包括NO_X還原催化劑。?

盡管傳統(tǒng)的后處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)認為是成功的且逐漸廣泛使用，但仍努力通過給柴油顆粒過濾器涂上NO_X還原催化劑而在該柴油顆粒過濾器處進行NO_X還原反應(yīng)。例如，公開的美國專利申請2010/0058746教導(dǎo)了一種涂有柴油氧化催化劑和NO_X還原催化劑的柴油顆粒過濾器。然而，此參考文獻教導(dǎo)了柴油顆粒過濾器頻繁主動再生的必要性。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種替代的與發(fā)動機系統(tǒng)相結(jié)合的后處理策略，該后處理策略可以有效地與傳統(tǒng)的后處理系統(tǒng)設(shè)計相競爭。?

一方面，運行發(fā)動機系統(tǒng)的方法包括通過燃燒壓燃式發(fā)動機中的柴油燃料產(chǎn)生具有一溫度和NO_X碳煙比的廢氣。通過在與壓燃式發(fā)動機給后處理系統(tǒng)提供碳煙的速度大約相同的速度下氧化碳煙而使在與壓燃式發(fā)動機流體連接的后處理系統(tǒng)的柴油顆粒過濾器中的碳煙負載密度穩(wěn)定。通過涂在柴油顆粒過濾器上的NO_X還原催化劑來催化NO_X還原反應(yīng)。?