[發明專利]微粒物質保留系統

有效

• 申請號: 201310028850.8
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103225531B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: C·K·蘭姆波特;M·V·特威格
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F01N3/035
• 分類號: F01N3/035
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明一般涉及內燃發動機的排氣處理系統，并且尤其是涉及汽油發動機的微粒物質過濾器。

背景技術

發動機可經配置具有將燃料直接噴射至燃燒汽缸（直接噴射）的直接燃料噴射器，和/或具有將燃料噴射至汽缸進氣道（進氣道燃料噴射）的進氣道燃料噴射器。除了能夠更好地使能被噴射的燃料的增壓中冷效率之外，直接噴射允許實現更高的燃料效率和更高的功率輸出。然而，由于火焰傳播的擴散，其中燃料在燃燒之前可能未與空氣充分混合，因此直接噴射的發動機還生成更多的微粒物質排放（或者碳煙）。因為自然情況下的直接噴射是相對晚期的燃料噴射，所以在汽缸內沒有充足的時間混合被噴射的燃料和空氣。類似地，被噴射的燃料在流經閥時將遇到較少的湍流。結果，存在一些可在局部產生碳煙的富燃袋（pockets of rich combustion），從而惡化了排氣排放。另外，在汽油直接噴射的發動機中產生的微粒物質可比相對應的柴油發動機的微粒物質更微小。

在一些發動機系統中，壁流式過濾器（或者封閉式過濾器）可被用于過濾來自排氣的微粒物質。然而，這樣的壁流式過濾器將需要周期性活性再生，這將不利地影響發動機運轉。另外，這樣的壁流式過濾器將受到非常高的背壓，尤其是涂覆有催化劑時。通過降低渦輪增壓器兩端的壓降，高過濾器背壓可夠衰減渦輪增壓器的性能。這樣，這將不利地影響減小尺寸的直接噴射發動機，其被渦輪增壓從而提供可與較大排量的傳統發動機相比較的功率。

在Wei等人的US 2009/0193796中示出了微粒物質（PM）過濾器的另一個示例，該微粒物質（PM）過濾器被用于捕集由汽油發動機產生的碳煙。其中，開放式PM過濾器被包括在涂覆或未涂覆適當的催 化劑（例如，TWC催化劑）的排放處理系統中，所述催化劑促進了過濾器的被動再生（passive regeneration）。

然而，本文的發明人已認識到有關這些系統的潛在問題。舉個示例，由于背壓限制，過濾器上的催化劑負荷量可能被限制。有限的催化劑負荷可能不能使過濾器充分再生。這樣，不完全的過濾器再生會降低過濾器性能，以及惡化排氣排放。另外，有限的催化劑負荷將導致來自過濾器的增加的二次排放，例如來自不完全的碳煙燃燒的CO和碳氫化合物泄漏。如果催化劑位于過濾器上以促進例如NOx還原等其他反應，則在碳煙阻礙催化劑的情況下，活性能夠被降低，或者由于相關背壓，活性可能被較小量的可允許的催化劑負荷限制。

發明內容

因此，在一個示例中，上述問題中的一些可通過這樣的方法解決，該方法包括：在化學計量的發動機運轉期間，使排氣流過具有催化劑涂層的過濾器。然后，在選擇的狀態期間，將發動機運轉轉變為比化學計量更稀，包括：第一更短和更稀階段，然后是第二更長和略稀階段，基于催化劑氧含量和過濾器微粒物質負荷調整稀運轉（lean operation）。以這種方式，能夠降低來自直接噴射發動機的微粒物質排放。

在一個示例中，雖然按化學計量運轉車輛發動機，但是發動機排氣可流經開放式微粒物質過濾器，從而收集排氣PM或碳煙。所述過濾器可以是分層過濾器，其至少包括在過濾器基片上分層堆積的儲氧催化劑的第一催化劑涂層，以及可選地第二催化劑涂層（例如，三元催化劑），該第二催化劑涂層在第一催化劑涂層的頂部分層堆積?？蛇x地，催化劑涂層可包括具有非常高的儲氧催化劑含量的單層三元催化劑。在選擇的狀態期間，例如在車輛減速時，可以借機執行稀發動機運轉，從而被動再生過濾器。尤其是，發動機可以在第一稀階段中比化學計量更稀地運轉，緊隨第一稀階段之后的是第二稀階段，其中第一稀階段更短但卻更稀，而第二稀階段更長但是略稀?？苫诖呋瘎┑难鹾空{整第一稀階段，以便使用排氣氧來氧化（或再次氧化）第一催化劑涂層的儲氧催化劑。另外，可直接氧化存儲在過濾器上的 一些PM。然后，基于過濾器負荷以及第一稀階段可調整第二稀階段，從而使被氧化的儲氧催化劑能完全強化燃燒存儲在過濾器中的剩余PM。實現整個排放控制。