專利名稱：含有hc-scr和二元催化劑的排氣處理系統及其使用方法
技術領域：
本發明的示例性實施例涉及排氣處理系統，且更具體地涉及用于柴油發動機的排 氣處理系統及其使用方法。
背景技術：
內燃機的制造商開發發動機操作控制策略以滿足客戶需要以及滿足排放物控制 的各種規定和燃料經濟性。這樣一個發動機控制策略包括以稀于化學計量比的空氣/燃料 比來操作發動機以提高燃料經濟性和減小溫室氣體排放。這種操作使用壓縮點火(柴油發 動機)和火花點火發動機兩者都是可能的。當發動機采用稀(過量氧)空氣/燃料比操作 時，得到的燃燒溫度和過量氧導致較高的發動機排放N0X ；但是，由于在稀排氣的條件下，缺 乏有效的方法從排氣流中去除N0X，因而使得稀操作發動機的商業應用受到限制。這樣，有 效地還原稀燃柴油發動機和汽油發動機排氣中的氮氧化物(N0x = N0+N02)對于滿足未來的 排放標準和提高車輛燃料經濟性而言是很重要的。對車輛制造商來說，從包含過量氧的排氣供給流中還原N0X排放物是一個挑戰。舉 例而言，估計在美國，遵循Bin5法規需要排氣后處理系統基于當前預期的發動機排放N0X 水平在FTP (聯邦試驗程序Federal Test Procedure)循環中能夠具有70-90 %的N0X轉換 效率。對實際應用來說，轉換效率必須在前面提到的FTP循環期間發生的相對低的操作溫 度(例如200-350°C)范圍內和在高速試驗循環(例如US06聯邦試驗程序)期間發生的相 對較高的操作溫度(例如450-550°C )范圍內獲得。已經提出各種排氣處理系統用于在這些稀燃操作條件下的車輛應用。一種方法是 將N0X存儲還原催化劑與下游的柴油顆粒N0X還原系統以及更下游的柴油氧化催化劑串聯 結合。這種系統已經報告了 75-85%的N0X還原的目標性能。然而，這種系統需要定期的催 化劑再生，包括燃料噴射從而產生高的排氣溫度，以及噴射還原劑從而再生催化劑的存儲 材料。由于被再生的部件將具有大大降低的N0X轉換能力，所以在車輛操作過程中在催化 劑再生期間，保持目標N0X還原水平就成為問題。所以，仍然需要高效排氣處理系統及其使用方法，以選擇地還原稀燃內燃機(尤 其是用于各種車輛應用的內燃機)的排氣流中的N0X。
發明內容
在本發明的一個示例性實施例中，提供一種用于柴油發動機的排氣處理系統。該 排氣處理系統包括與柴油發動機流體連通的烴選擇性催化還原催化劑(HC-SCR)以接收來 自柴油發動機的排氣流。該系統還包括與HC-SCR流體連通的二元催化劑從而接收來自 HC-SCR的排氣流，二元催化劑包括尿素選擇性催化還原催化劑和柴油顆粒過濾器(DPF)。在本發明的另一示例性實施例中，提供了一種使用排氣處理系統的方法，該排氣 處理系統包括與柴油發動機流體連通的HC-SCR催化劑，以接收來自柴油發動機的排氣； 與HC-SCR流體連通的二元催化劑，從而接收來自HC-SCR的排氣流；第一噴射裝置，所述第一噴射裝置配置成定期地和選擇地向HC-SCR和發動機之間的排氣流噴入烴、0)或吐物質、 或其組合；第二噴射裝置，所述第二噴射裝置配置成定期地和選擇地向HC-SCR和二元催化 劑之間的排氣流噴入尿素或氨、或其組合；以及控制器，所述控制器配置成控制發動機的操 作和烴、0)或吐物質、或其組合的定期和選擇性噴射以及尿素或氨、或其組合的定期和選擇 性噴射，并確定排氣流中N0X的量；該方法包括操作發動機以產生排氣流。該方法也包括采 用控制器定期地和選擇性地向排氣流噴入烴、0)或吐物質、或其組合，或尿素或氨或其組合 中的至少一種，其中來自發動機的排氣流具有第一體積比例(N0X1)的N0X，流出二元催化劑 的排氣流具有預定第二體積比例(N0X2)的N0x。 在本發明的又一個示例性實施例中，提供了一種柴油發動機和排氣處理系統。發 動機和排氣處理系統包括柴油發動機；與柴油發動機流體連通的HC-SCR催化劑，以接收 來自柴油發動機的排氣；以及與HC-SCR流體連通的二元催化劑，從而接收來自HC-SCR的排 氣流，二元催化劑包括尿素選擇催化還原(二元)催化劑和柴油顆粒過濾器(DPF)。方案 1. 一種用于柴油發動機的排氣處理系統，包括烴選擇性催化還原催化劑(HC-SCR)，配置 成與柴油發動機流體連通從而接收來自柴油發動機的排氣流；以及與HC-SCR流體連通的 二元催化劑，從而接收來自HC-SCR的排氣流，二元催化劑包括尿素選擇性催化還原(二元) 催化劑和柴油顆粒過濾器(DPF)。方案2.方案1的排氣處理系統，還包括設置在發動機和 HC-SCR之間的柴油氧化催化劑，從而接收來自發動機的排氣流且將排氣流傳送給HC-SCR。 方案3.方案1的排氣處理系統，還包括第一噴射裝置，所述第一噴射裝置配置成向HC-SCR 和發動機之間的排氣流噴入烴、CO或H2物質、或其組合。方案4.方案1的排氣處理系統， 還包括第二噴射裝置，所述第二噴射裝置配置成向HC-SCR和二元催化劑之間的排氣流噴 入尿素或氨、或其組合。方案5.方案1的排氣處理系統，其中HC-SCR催化劑包括陶瓷流 通式整料，二元催化劑包括陶瓷壁流式整料。方案6.方案5的排氣處理系統，其中HC-SCR 催化劑包括設置在陶瓷流通式整料上的第一涂層，第一涂層包括設置在陶瓷基體上的的鉬 或設置在沸石基體上的Cu或Ag或其組合，U-SCR催化劑包括設置在陶瓷壁流式整料上的 第二涂層，第二涂層包括設置在沸石基體上的銅或鐵或其組合。方案7.方案5的排氣處理 系統，其中，二元催化劑包括設置在陶瓷壁流式整料上的涂層，所述涂層包括釩氧化物。方 案8.方案5的排氣處理系統，還包括第二二元催化劑，該第二二元催化劑包括設置在第二 陶瓷或金屬流通式整料上的涂層。方案9.方案8的排氣處理系統，其中第二流通式整料設 置成在壁流式整料之前或之后接收排氣流。方案10.方案1的排氣處理系統，其中二元催 化劑包括多個陶瓷壁流式整料。方案11.方案1的排氣處理系統，其中來自發動機的排氣 流具有第一體積比例(N0X1)的N0X，流出二元催化劑的排氣流具有預定第二體積比例(N0X2) 的N0X，且其中，N0X2<0. 1N0X1。方案12. —種使用排氣處理系統的方法，該排氣處理系統 包括烴選擇性催化還原催化劑(HC-SCR)，所述HC-SCR與柴油發動機流體連通從而接收來 自柴油發動機的排氣流；與HC-SCR流體連通的二元催化劑，從而接收來自HC-SCR的排氣 流；第一噴射裝置，所述第一噴射裝置配置成定期地和選擇地向HC-SCR和發動機之間的排 氣流噴入烴、C0、H2物質、或其組合；第二噴射裝置，所述第二噴射裝置配置成定期地和選擇 地向HC-SCR和二元催化劑之間的排氣流噴入尿素或氨、或其組合；以及控制器，所述控制 器配置成控制發動機的操作和控制烴、0)或壓物質、或其組合的定期和選擇性噴射，以及控 制尿素或氨、或其組合的定期和選擇性噴射，并確定排氣流中N0X的量；該方法包括操作發動機以產生排氣流，以及采用控制器定期地和選擇性地將烴、CO或H2物質、或其組合，或 尿素或氨或其組合中的至少一種噴入排氣流，其中來自發動機的排氣流具有第一體積比例 (N0X1)的N0X，流出二元催化劑的排氣流具有預定第二體積比例(N0X2)的N0x。方案13.方 案13的方法，其中定期地和選擇性地噴射包括向排氣流中噴入烴、0)或吐物質、或其組合。 方案14.方案14的方法，其中HC-SCR提供了 N0X1的體積比例減少，表示為流出HC-SCR催 化劑的排氣流中N0X1的第三體積比例(N0X3)，其中0. 50N0X1彡N0X3彡0. 80N0X1。方案15.方 案13的方法，其中定期地和選擇性地噴射包括向排氣流中噴射尿素或氨、或其組合。方案 16.方案16的方法，其中二元催化劑提供了 N0X1的體積比例減少，表示為N0X1的第四體積 比例(N0X4)，其中0. 05N0X1彡N0X4彡0. 60N0X1。方案17.方案13的方法，其中控制器設置 成控制來自發動機、第一噴射裝置、第二噴射裝置或其組合的排氣流，以產生預定第二體積 比例N0X2，N0X2 ^ 0. 10N0X1。方案18.方案15的方法，其中控制器設置成在第一模式下操作 以使尿素或氨或其組合的消耗最小化，且使N0X3最小化。方案19.方案17的方法，其中控 制器設置成在第二模式下操作以使烴、CO或H2物質，或其組合的消耗最小化，且使N0X4最小 化。方案20. —種柴油發動機和排氣處理系統，包括柴油發動機；烴選擇性催化還原催化 劑(HC-SCR)，所述HC-SCR與柴油發動機流體連通從而接收來自柴油發動機的排氣流；以及 二元催化劑，所述二元催化劑與HC-SCR流體連通從而接收來自HC-SCR的排氣流，二元催化 劑包括尿素選擇性催化還原(二元)催化劑和柴油顆粒過濾器(DPF)。當結合附圖時，通過下面對用于執行本發明的最佳模式的詳細說明，本發明的上 述特征和優點以及其他特征和優點是顯而易見的。
在下面對實施例的詳細說明中，僅通過舉例的方式來說明其他目的、特征、優點和 內容，詳細說明參考附圖，其中圖1是本文公開的排氣處理系統的示例性實施例的示意圖；圖2是本文公開的排氣處理系統的第二示例性實施例的示意圖；圖3是本文公開的排氣處理系統的第三示例性實施例的示意圖；圖4是本文公開的排氣處理系統的第四示例性實施例的示意圖；圖5是本文公開的排氣處理系統的第五示例性實施例的示意圖；圖6是本文公開的排氣處理系統的第六示例性實施例的示意圖；和圖7是本文公開的排氣處理系統的第七示例性實施例的示意具體實施例方式根據本發明的示例性實施例，提供了改進的排氣處理系統和用于處理柴油發動機 排氣排放物的方法。本發明提供了減小和控制排氣排放物(包括N0x、C0、HC以及柴油顆粒 (PM)的排放物)同時改善排氣處理系統的總體封裝的可能。本發明也提供了增強排放控制 策略和方法的可能，包括以下策略和方法例如，使實現減少排氣排放所需的烴(如，燃料) 或尿素的消耗最小化，或使再生以去除積聚的硫化物的需要最小化，從而延長排氣系統部 件的操作壽命。這可以通過采用排氣系統部件或裝置的有利組合以及采用借助于這些有利 組合的控制策略和方法來實現，該排氣系統部件或裝置尤其適用于在柴油發動機的操作過程中協同相互作用從而使排放物減少。通常，參考附圖1所示的配置，該示意圖顯示了根據本發明的柴油內燃機2、控制 系統4和發動機排氣處理系統10的實施例。示例性柴油發動機2和控制系統4包括四循 環柴油內燃機2和電子發動機控制模塊(ECM)6，該控制模塊可以配置成依據本文描述的控 制方法和策略完成對排氣流8內的控制。該發動機可包括已知的壓縮點火發動機，該發動 機具有主要為稀于化學計量比的操作工況。替代地，柴油發動機2可包括配置成采用多種 發動機配置以及相關發動機控制策略中的任何一種的發動機，這些發動機也包括具有稀于 化學計量比的操作工況(或多個工況)的發動機，例如，均質充氣壓縮點火發動機。柴油發 動機2包括附連至曲軸(未顯示)的多個往復式活塞(未顯示)，該曲軸可操作地附連至傳 動系統，例如車輛傳動系統(未顯示)，從而向傳動系統輸送牽引扭矩。柴油發動機2可以 是任何柴油發動機配置或應用，包括各種車輛應用(例如，汽車，船舶等)以及各種非車輛 應用(例如，泵，發電機等)。在操作期間，柴油發動機2產生由箭頭8表示的排氣供給流或 排氣流，包括受管制和不受管制的排放物成分，通常包括組分氣體和顆粒物質。排氣處理系 統10將受管制的成分(例如，各種烴(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化合物(N0X)以及顆粒物 質(PM))轉化為不受管制的成分(例如，二氧化碳(C02)、氮(N2)和水(聊。排氣處理系統10包括一集成系統，旨在用于將排氣流8的受管制組分轉換為不受 管制的組分。排氣處理系統10與柴油發動機2流體連通。如本文使用的那樣，流體連通指 的是排氣流8從排氣處理系統的一個部件12或裝置通到系統的另一個部件12或裝置，且 可通過任何適當的流體連通裝置形成，包括排氣管道(諸如管14)或排氣歧管(未顯示)或 排氣處理部件12或裝置的殼體(諸如金屬罐)、或其組合。流體連通可以從一個部件12至 另一個部件12，或者從一個部件至多個部件，或相反地，從多個部件至單個部件，且包括從 發動機2至部件的連通以及從部件到外部環境的最終排出。排氣處理系統10包括HC-SCR 催化劑16和二元催化劑18，其中每一個都設置成處理柴油發動機2操作所產生的排氣流8 中的至少一種排放物成分。HC-SCR催化劑16配置成與柴油發動機2流體連通且配置成接 收來自柴油發動機的排氣流8。如本文所述那樣，HC-SCR催化劑16包括設置在襯底(諸如 流通式整料)上的催化劑。二元催化劑18配置成與HC-SCR催化劑16流體連通且配置成 從HC-SCR催化劑16接收排氣流8。如本文所述那樣，二元催化劑18包括設置在襯底(諸 如壁流式整料)上的催化劑。如圖1所示，排氣處理系統10也可任選地包括柴油氧化催化劑(D0C)20。在所示 的特定組合中，D0C20位于HC-SCR催化劑16的上游，HC-SCR催化劑16還位于二元催化劑 18的上游。如本文使用的那樣，一個部件相對排氣處理系統10環境中的另一部件位于上游 通常是指該部件相對來說更靠近作為排氣流8的源的發動機2，或者是指排氣流8在到達另 一部件12之前到達上游部件12。排氣處理系統10也可包括一個或多個定量裝置22，諸如流體噴射器，用于給與排 氣處理系統的部件12相互作用并處理排氣流8的反應劑材料進行定量，如本文所述那樣。 參見圖2-7，排氣處理系統10的各個實施例包括位于HC-SCR催化劑16上游的烴(HC)定量 裝置24，諸如燃料噴射器，用于從HC源(諸如HC貯存器26)噴射受控量的HC還原劑，如圖 2和圖4-7所示。如本文使用的那樣，術語“HC還原劑”包括適當的烴(HC)，它也可包括CO 或吐物質、或其組合。例如，烴(諸如柴油燃料)可在合適的重整器催化劑上被重整從而提供CO和H2。一旦被重整，烴、CO或吐或其任意組合就可以被噴入排氣流8中。在D0C20 用在HC-SCR催化劑16的上游時，HC定量裝置24可位于D0C20的上游，以在排氣流8經過 D0C20時經由HC的氧化來消耗排氣流8中的氧，包括操作HC定量裝置24以基本上消耗排 氣流8中的所有氧。這將產生燃料濃的條件，在該條件下，HC-SCR催化劑16可將^、還原 為H2。HC在D0C20中的氧化也將產生發熱條件并產生熱量從而促進HC-SCR催化劑16中 (或者也可能在二元催化劑18中)的增加的碳煙氧化。替代地，HC定量裝置24也可位于 D0C20的下游，如圖3所示；然而，具有這種配置的實施例不能獲得HC在D0C20中氧化所帶 來的好處。一種合適的HC還原劑貯存器26的實例是燃料箱或一部分燃料管，包括燃料噴 射系統(諸如共軌燃料噴射系統)的高壓或低壓部分。HC還原劑定量裝置24可操作地連 接至ECM6，ECM6適合于控制通常以發動機燃料的形式向排氣流8噴射的HC還原劑的定時 和數量。替代地，如圖1實施例所示，來自發動機2的未燃烴(例如未燃燃料或發動機排放 的HC)可用作HC還原劑材料從而還原HC-SCR催化劑16中的N0X，且增強上面所描述的使 用D0C20的其他方面，例如，通過采用后噴射控制策略。參考圖1-7，排氣處理系統10的各個實施例還包括尿素定量裝置28，諸如尿素噴 射器，用于從二元催化劑18上游的尿素貯存器30噴射受控量的尿素或氨作為還原劑。如 本文使用的那樣，由于尿素分解產生氨作為反應副產物，而且在二元催化劑18中發生的催 化反應中，用作還原劑物質的是氨，所以術語尿素也可以包括使用氨(NH3)作為還原劑。合 適的尿素貯存器的實例是尿素箱。尿素定量裝置28可操作地連接至ECM6，ECM6適合于控 制向排氣流8噴射尿素的定時和數量。當尿素用作還原劑時，噴射應該在二元催化劑18的 充分上游發生，從而在進入到二元催化劑18之前允許尿素分解為氨。排氣處理系統10和控制系統4可包括配置成與ECM6信號連通的一個或多個傳感 裝置和系統。控制系統4也可包括用戶界面7(UI)，用于向用戶顯示系統信息，包括使用本 文所描述的任何傳感器獲得的信息，以及與本文所述的任何操作方法或模式相關的信息。 傳感裝置包括可操作以確定在流出發動機2時排氣流8中的N0X量的N0X傳感器32。N0X傳 感器32優選包括這樣的傳感器該傳感器可操作以產生與排氣供給流中N0X濃度的參數值 相關的電信號，且還可操作以產生與排氣供給流中空氣/燃料比的參數值相關的第二電信 號，通過這些信號，可以確定氧的含量。N0X傳感器32也可與控制系統4 一起使用從而實現 發動機2和排氣處理系統10的控制，包括定量裝置22。所述排氣傳感裝置也可包括排氣傳感裝置34。排氣傳感裝置34可包括第二 NOj. 感器，該第二 N0X傳感器可操作以產生與排氣供給流8中度的參數值相關的電信號。 替代地，排氣傳感裝置34包括虛擬傳感裝置，其中，排氣供給流中的N0X濃度基于發動機操 作條件確定，這是已知的技術。排氣傳感裝置34可位于第一 N0X傳感器32的下游，例如二 元催化劑18的下游，從而使得從排氣處理系統10排出的N0X的量可以被確定。排氣傳感 裝置34也可與控制系統4 一起使用從而實現發動機2和排氣處理系統10的控制。所述傳感裝置也可包括溫度傳感器36或多個溫度傳感器36 (未顯示)，可操作以 測量排氣處理系統10中排氣流8的溫度，以便與控制系統4 一起使用以實現發動機2和排 氣處理系統10的控制。作為一個實例，溫度傳感器36可位于D0C催化劑20和HC-SCR催 化劑16之間以確定HC-SCR催化劑16的操作溫度。相似地，溫度傳感器36可位于HC-SCR 催化劑16和二元催化劑18之間以確定二元催化劑18的操作溫度。
參考圖2-7的示例性實施例，D0C20與發動機2流體連通，且參照排氣流8，位于 HC-SCR催化劑16的上游且配置成氧化排氣流8中的某些成分從而產生不受管制的副產物 或成分，這些副產物或成分適于在這里描述的排氣處理系統10的其他部件中進一步處理。 通常，D0C20是由具有蜂窩狀結構的金屬或陶瓷整料或襯底組成的流通裝置，蜂窩狀結構包 括多個通常平行且縱向延伸的互連單元，這些單元提供了包括用于接收排氣流8的多個流 動通道的網且通過相應的單元壁網分隔開。襯底沿著所述單元壁具有大的表面積。單元壁 具有涂層，該涂層包括具有用催化活性量的鉬族金屬催化劑涂覆的表面的多孔陶瓷基體。 合適的鉬族金屬包括Pt、Pd、Rh、Ru、0s或Ir、或其組合。在這些中，Pt或Pd或其組合(包 括其合金)是尤其有用的。當排氣流8穿過D0C20的長度(尤其是流動通道和涂層單元 壁)時，鉬族金屬催化劑將CO催化氧化為C02，以及催化氧化各種烴(HC)，包括氣態烴和液 態烴顆粒，包括未燃燒的燃料或油，或燃料或引入排氣處理系統的其他HC還原劑，以形成 C02和H20從而減少有害排放物。在一種配置中，在發動機的提前燃燒操作期間，控制系統4 或ECM6可以用于引起燃燒，從而導致排氣流8中的HC水平比在正常燃燒期間采用化學計 量空氣/燃料混合物產生的HC水平更高。為了減少或替代地防止排氣流中的HC到達二元 催化劑18和通過降低對N0X的催化能力而損害該裝置，或防止通過從排氣處理系統中釋放 而到達外部環境，D0C20配置成催化增加量的HC中的至少一部分的分解。D0C20可配置成通過氧化將各種受管制的排氣成分轉換成其他受管制或不受管制 的排氣成分。例如，D0C20可配置成將烴(HC)氧化成二氧化碳(C02)和水(H20)，將一氧化 碳(CO)轉換成二氧化碳(C02)，將二氧化硫(S02)轉換成三氧化硫(S03)和/或硫酸(H2S04) 以及將一氧化氮(NO)轉換成二氧化氮(N02)等。以下是本發明的D0C20設想的示例性氧化 反應。HC+02 = C02+H20(l)C0+l/202 = C02(2) 2S02+02 = 2S03 (3) S03+H20 = H2S04 (4)N0+l/202 = N02 (5)應當理解，根據排氣流8中存在的反應化合物及其濃度、D0C20的溫度、以及選作 催化劑的鉬族金屬，D0C20可配置成執行上述轉換中的任何一種，上述轉換的組合，或者甚 至所有的上述轉換。其他氧化也是可以設想的，諸如醛、多環芳烴等的氧化。而且，D0C20內 的反應可用于減少某些排放物成分的臭味。D0C20容納在外殼(未顯示)內，外殼包括金屬外殼，諸如具有入口開口和出口開 口的金屬罐等，被配置成用于提供支承和將流體流導向D0C。外殼可包括任何適當的形狀或 尺寸，包括圓柱形室。該室還可包括附連特征，諸如位于入口開口附近的圓柱形入口管和位 于室的出口開口附近的圓柱形出口管，用于將D0C20流體聯接至排氣管和/或排氣處理系 統10的其他部件。應當理解，包括外殼在內的D0C20可包括一個或多個附加部件，以便于 D0C20、或排氣處理系統10或控制系統4的操作，包括但不限于各種氣體或溫度傳感器、噴 射器(尿素或燃料噴射器)等。這些附加特征可尤其有利于監視排氣的特性，諸如某些排 放物成分(例如顆粒物質等)的流率，這可尤其有利于確定啟動HC-SCR催化劑16或二元 催化劑18的再生過程的必要性。在一個特定配置中，D0C20配置成將排氣流8中的氮氧化物氧化為二氧化氮(見 反應式5)。這是有利的，因為當排氣處理系統10中存在該反應的合適條件時，通過由二元 催化劑18允許隨后還原為氮氣，這種轉換有助于總體N0X轉換過程。在稀燃條件下，可促 進本文所述的氮和其他組分的氧化，稀燃條件具有相對較高的02水平和較低的HC水平，可通過采用控制系統4(包括ECM6)來實現這種條件。所以，將D0C20布置在HC-SCR催化劑 16的上游，位于發動機和HC-SCR催化劑16之間是尤其有利的。為了將D0C20內的操作溫 度保持在至少約356° F(180°C )，更優選地在約482° F (250°C )至約842° F (450°C )的 范圍內，將D0C20鄰近發動機(優選盡可能地靠近發動機)定位也是尤其有利的。如上所述，參考附圖1-7，HC-SCR催化劑16位于發動機2和D0C20 (圖2_7)的下 游(離發動機相對更遠且進一步沿著排氣流動路徑8)，位于D0C20(當采用時)和二元催化 劑18之間，且配置成轉換排氣流8的某些組成從而產生不受管制的副產物或適合在排氣處 理系統10的其他部件中被進一步處理的受管制組分，如本文所述那樣。HC-SCR催化劑16 包括具有催化劑涂層的陶瓷流通整料，催化劑涂層設置在所述整料的壁上。HC-SCR催化劑 16也可包括單個陶瓷整料。替代地(未顯示)，HC-SCR催化劑16也可包括并聯設置、串聯 設置或其組合的多個陶瓷整料，例如，以增加表面積，從而增加可通過HC-SCR催化劑16轉 換的NOx的體積。當采用多個陶瓷整料時，它們可布置在多個外殼內，或一起布置在單個外 殼內，或其組合。通常，HC-SCR催化劑16是由具有蜂窩狀結構的金屬或陶瓷整料或襯底組成的流 通裝置，蜂窩狀結構包括多個通常平行縱向延伸的互連單元，這些單元形成包括用于接收 排氣流8的多個流動通道的網且通過相應的單元壁網分隔開。襯底沿所述單元壁具有大的 表面積。單元壁具有涂層，該涂層包括具有用催化活性量的催化劑涂覆的表面的多孔基體。 催化劑可包括鉬族金屬催化劑。合適的鉬族金屬包括Pt、Pd、Rh、Ru、0s或Ir、或其組合(包 括其合金)。在這些鉬族金屬中，Pt或Pd或其組合(包括其合金)是尤其有用的。對于鉬 族金屬催化劑，用于多孔基體的合適材料包括各種金屬氧化物陶瓷。在這些金屬氧化物陶 瓷中，氧化鋁(Al2O3)是尤其有用的。合適的鉬族金屬陶瓷多孔基體的實例是Pt/Al203。催 化劑也可包括基體金屬催化劑。合適的基體金屬包括Cu或Ag、或其組合(包括其合金)。 對于基體金屬催化劑而言，用于多孔基體的合適材料包括各種沸石。合適的基體金屬催化 劑和沸石多孔基體的實例是銅交換沸石，諸如Cu/ZSM-5。采用鉬族金屬催化劑的HC-SCR催 化劑16在相對低的溫度(例如200°C )下有效地催化本文所述化學反應，但只在窄的溫度 范圍內有效，且在相對較高的溫度(諸如275°C以上)下對本文所述的反應不能有效地催 化。基體金屬催化劑在相對較高的溫度(諸如325°C以上)下有效地催化本文所述的反應， 但在較低的溫度下不能有效地顯著地催化這些反應。考慮到催化劑材料的不同性能，在示 例性實施例中，HC-SCR催化劑16可包括具有一個涂層或多個涂層的陶瓷整料，所述涂層包 括沿陶瓷整料的長度軸向隔開的鉬族金屬催化劑和基體金屬催化劑。在另一個示例性實施 例中，可包括多個陶瓷整料，一個陶瓷整料可包括鉬族金屬催化劑，且第二陶瓷整料可包括 基體金屬催化劑。當排氣流8穿過HC-SCR催化劑16 (尤其是流動通道和涂層單元壁)的長度時， 鉬族金屬催化劑或基體金屬催化劑、或其組合催化本文描述的各種反應。在一個特定配置 中，HC-SCR催化劑16配置成將排氣流8中的一氧化氮(NO)氧化為二氧化氮(NO2)以及與 D0C20相似的其他氧化反應(見反應式1-5)。當排氣處理系統10中存在該反應的合適條 件時，通過由二元催化劑18允許隨后還原為氮氣，這種轉換有助于總體的NOx轉換，因此這 也是有利的。這在稀燃條件下會發生，稀燃條件具有相對較高的O2水平和較低的HC水平， 可通過采用控制系統4(包括ECM6)來實現這種條件。在該相同的配置中，當排氣處理系統
910中存在該還原反應的合適條件(例如在發動機排出的HC水平相對較高的條件下，此時 否則將促進所述氧化反應的O2被消耗)時，HC-SCR催化劑16也可用于將排氣流8中的NOx 還原為氮氣(N2)。這種還原反應也可在通過采用圖2和圖4-7的配置直接向HC-SCR催化 劑16的上游噴射HC獲得較高的HC水平時發生，可通過采用控制系統4 (包括ECM6)來實 現這種條件。下面提供了用于HC-SCR催化劑16的實例還原反應{HC}+N0x = N2+C02+H20 (6)N2, CO2和H2O的相對量取決于所選擇的HC的性質。二元催化劑18包括DPF38和尿素選擇催化還原(U-SCR)催化劑40。二元催化劑 18是壁流裝置，由具有蜂窩狀結構的金屬或陶瓷整料或襯底組成，蜂窩狀結構包括多個通 常平行縱向延伸的互連單元，這些單元形成了包括用于接收排氣流8的多個流動通道的網 且通過多孔單元壁的相應的網分隔開。襯底沿單元壁具有大的表面積。交替相鄰的單元具 有被堵塞的入口或出口中的一個，使得交替的入口列被堵塞，而與之直接相鄰的單元的入 口敞開，同時一個交替的出口列被堵塞，而與之直接相鄰的單元的出口敞開。該結構在單元 壁中具有開口孔。這樣，排氣流8進入多個入口且強制通過多孔單元壁進入相鄰的出口單 元，然后從出口單元流出多個未堵塞的出口。這些孔允許氣體成分通過單元壁，同時PM被 捕獲在孔內，從而提供DPF38的PM過濾功能。U-SCR催化劑40設置為布置在陶瓷壁流式整 料上的涂層。涂層包括設置在陶瓷基體上的還原催化劑。涂層可沿多個入口通道或多個出 口通道或兩者的單元壁設置。在一個示例性實施例中，涂層設置在多個出口通道上。涂層包 括具有用催化活性量的還原催化劑涂覆的表面的多孔基體。陶瓷壁流式整料可由任意合適 的陶瓷(包括堇青石或氧化鋁等)制成。相對于采用分立的DPF38和U-SCR40而言，由于 實現的空間縮減以及各個排氣部件的總體數量的縮減，所以采用二元催化劑18是有利的。當控制系統4通過控制發動機2內的燃燒或者通過采用HC定量裝置24向排氣處 理系統10直接定量或噴射HC還原劑而在排氣處理系統10中提供濃于化學計量比的空氣 /燃料比的條件(稱為富條件)時，NO利用排氣中的HC和CO被還原為氮氣，而DPF38中 的PM進一步被由此產生的活性氧氧化。在二元催化劑18包括DPF38和U-SCR40時，系統 10適于在排氣處理系統10和發動機2的整個操作溫度范圍內提供NOx的還原(U-SCR40) 和PM收集(DPF38)，整個操作溫度范圍包括從約-40° F(約-40 °C )到約120 ° F(約 49°C)的典型環境車輛儲存/啟動溫度至高達約1292° F(約700°C)的操作溫度。二元 催化劑18的DPF38在發動機2的整個操作溫度范圍內過濾碳煙，整個操作溫度范圍包括從 約-40° F(約-40°C )到約120° F(約49°C )的典型環境車輛儲存/啟動溫度至高達約 1292° F(約700°C)的操作溫度。在482° F(250°C )到約842° F(450°C )的溫度范圍內 時，在存在NOx的情況下發生DPF38的被動再生以及碳煙顆粒的氧化，而在溫度為500°C或 更高(更優選的是在約1112° F(600°C )到約1202° F(650°C )的溫度范圍內)時，在存 在O2的情況下發生DPF38的主動再生以及碳煙顆粒的氧化。在一示例性實施例中，涂層包括具有用催化活性量(即，足以催化期望化學反應 的量)的基體金屬催化劑涂覆的表面的多孔陶瓷基體。合適的基體金屬催化劑包括銅(Cu) 或鐵(Fe)、或其組合(包括其合金和化合物)。多孔基體可包括任何合適的多孔基體。合 適的多孔基體包括各種沸石，諸如包括氧化鋁的沸石，包括各種硅酸鋁。在Cu催化劑的情 況下，合適的沸石是商業上已知的ZSM-5。在另一個示例性實施例中，二元催化劑18的涂層包括具有用催化活性量的基體金屬催化劑涂覆的表面的多孔陶瓷基體，其中，基體金屬催 化劑包括釩，包括其合金和化合物，例如釩氧化物(V2O5)。多孔基體可包括任何合適的多孔 基體。合適的多孔基體包括氧化鈦以及包括氧化鈦的各種沸石，諸如包括氧化鋁的沸石，包 括各種硅酸鋁。氧化鈦多孔基體也可包括鎢和鉬的氧化物。基體金屬催化劑的使用允許在 不使用貴金屬的情況下實現氮氧化物的轉化。二元催化劑采用氨來還原N0X。例如，在一示例性實施例中，在二元催化劑18的上 游設置定量裝置22，諸如尿素定量裝置28，從而將尿素引入排氣流8中(諸如通過引入尿 素溶液)。將尿素在距二元催化劑18足夠距離的上游引入，從而允許尿素在排氣流8中分 解以在進入二元催化劑18之前形成氨。在一個有利的配置中，氨也在HC-SCR催化劑16中 產生且向下游行進到達二元催化劑18。在該配置中，由于在HC-SCR催化劑16中產生的氨， 需要減少量的氨。以下是二元催化劑18設想的示例性轉換化學反應。尿素分解0)(朋2)2+!120—2朋3+0)2(7) 二元催化劑 18 中的 NOx 還原反應6N0+4NH3 — 5N2+6H20(8) 4N0+
4NH3+02 — 4N2+6H20(9)6N02+8NH3 —7N2+12H20(10) 2N02+4NH3+02
—3N2+6H20(11)N0+N02+2NH3 — 2N2+3H20(12)應當理解，二元催化劑18可配置成執行上述轉換中的任何一種、或上述轉換的組 合，包括上述轉換的全部。如上所述，二元催化劑18在約356° F(ISO0C)的操作溫度時開 始起作用，而且更優選的在約482° F(250°C )至約1022° F(550°C )的范圍內操作。二元催化劑18容納在外殼(諸如金屬罐)內，該外殼配置成提供支承以及將排氣 流8導入、經過和導出二元催化劑18。所述外殼可具有任何合適的形狀或尺寸，包括圓柱 形。外殼也可包括位于入口開口(諸如進氣管)和出口開口(諸如出口管)附近的附連特 征，用于將二元催化劑18流體聯接至排氣管和/或排氣處理系統10的其他部件。應當理 解，包括外殼的二元催化劑18可包括一個或多個附加部件以方便排氣處理系統10的操作， 包括但不限于傳感器、定量裝置(尿素或燃料噴射器)等。這些附加特征對于監測排氣的 特性(諸如某些排放組分的量或流率)是尤其有利的，這對于排氣處理系統10的控制(包 括二元催化劑18的再生)是尤其有利的。參考圖4，在另一個示例性實施例中，排氣處理系統10也包括二元催化劑18下游 的第二 U-SCR催化劑42，從而第二 U-SCR催化劑42設計為從二元催化劑18接收排氣流8。 第二 U-SCR催化劑42可用來提高系統10的NOx轉換能力。第二 U-SCR催化劑42可配置 為本文所述的流通式(flow-through)催化劑，且可包括具有催化劑的陶瓷整料襯底，催化 劑也如同本文所述那樣設置在涂層上。第二 U-SCR催化劑42可包括設置在多孔基體(如 沸石基體)上的銅或鐵催化劑材料，如同本文中結合U-SCR催化劑40所描述的那樣。第二 U-SCR催化劑42也可與二元催化劑18和U-SCR催化劑40容納在相同的外殼內或容納在獨 立的外殼(諸如金屬罐)內。第二 U-SCR催化劑42與排氣管14流體連通，以傳送排氣流 8，例如從系統10送出至外部環境。這種配置在期望在不增加二元催化劑18的尺寸和容量 的情況下通過噴射尿素提高系統10的NOx轉換能力時(例如在采用標準尺寸的二元催化 劑18時)是有利的。參考圖5，顯示了排氣處理系統10的又一個實施例。系統10包括本文描述的第二 U-SCR催化劑42。該系統與圖4所示系統的主要區別在于第二 U-SCR催化劑42位于二元催化劑18的上游。另外，第二 U-SCR催化劑42可與圖4顯示的實施例以相同的方式配置。 而且，第二 U-SCR催化劑42也可與二元催化劑18 —起容納，或容納在獨立的外殼內。在該 實施例中，第二 U-SCR催化劑42也向系統10提供附加的NOx轉換能力。這種配置在期望 在不增加二元催化劑18的尺寸和容量的情況下通過噴射尿素提高系統10的NOxR換能力 時(例如在采用標準尺寸的二元催化劑18時)是有利的。參考圖6，顯示了排氣處理系統10的又一個實施例。在該實施例中，系統10包括 多個二元催化劑18。所述多個二元催化劑18參照排氣流8平行布置。所述多個二元催化 劑18中的每一個配置成通過相應管路14從H-SCR催化劑16接收部分排氣流8。每個二元 催化劑18可容納在獨立的外殼(諸如金屬罐)內，或容納在適于使與每個二元催化劑18 相關聯的排氣流8部分彼此分開的單個外殼內。在該實施例中，系統10的配置也可能是有 利的，例如，在設置二元催化劑18作為低成本解決方案以滿足排氣流8的必要通過量而不 增加單個二元催化劑18的尺寸。參考圖7，顯示了排氣處理系統10的又一個示例性實施例。在該實施例中，與圖 6的實施例相似，也采用了多個二元催化劑18。然而，在該實施例中，所述多個二元催化劑 18在單個外殼(諸如金屬罐)中相對于排氣流8平行布置。由于這種結構能夠處理比采用 單個二元催化劑18更多的排氣流8同時還使附加的U-SCR催化劑18結構保持封裝在單個 外殼內，因此，這種配置是有利的。由于催化劑的入口和出口側的管14的數量也減少了，因 此，這種配置也是有利的。排氣處理系統10的另一個有利的方面是D0C20或HC-SCR催化劑16或兩者產生 熱量的能力，該熱量被傳遞給二元催化劑18。所以，本文所示的配置具有將進入二元催化劑 18的排氣流8加熱至的能力比進入HC-SCR催化劑16的排氣溫度更高的溫度的能力。增加 熱量給二元催化劑18提高了二元催化劑18的轉換效率。因此，將HC-SCR催化劑16布置 在二元催化劑18的上游提供排氣處理系統10的更有效的配置。圖1-7所示的配置提供調整排氣處理系統10以實現特定NOx轉換效率的能力。這 可以通過采用NOx傳感器、溫度傳感器、校準軟件、控制算法和控制器(諸如ECM6或控制系 統4)、或其組合與排氣處理系統10 (包括D0C20、HC-SCR催化劑16或二元催化劑18、或其 組合)的定期和選擇性使用一起來實現，以實現按排氣體積計90%或更多的NOx轉換效率。 例如，如果希望約20%到50%的氮氧化物轉換/還原(例如NOx轉換為N2)效率，可采用 HC-SCR催化劑16以實現這種效率。在另一個實例中，如果希望更高的NOx還原(例如約 90%或更高)，可采用D0C20和HC-SCR16將約20%到約60%的氮氧化物轉換/還原，且可 采用尿素噴射器以轉換/還原通過二元催化劑18的其余N0X。通過采用二元催化劑18，這 種較高的NOx轉換百分比在排氣處理系統10的壽命內尤其有利，從而抵消HC-SCR催化劑 16和二元催化劑18兩者上的硫再生的有害影響以及其轉換效率的相應降低。排氣處理系統10以及控制器(諸如ECM6、控制系統4或其組合)可在各種操作 模式下操作。在一個示例性實施例中，控制器配置成在第一模式下操作從而最小化尿素或 氨或其組合的消耗，以及最小化二元催化劑18中的NOx轉換。在另一個示例性實施例中， 控制器配置成在第二模式下操作從而最小化烴、CO或H2物質或其組合的消耗，以及最小化 HC-SCR催化劑16中的NOx轉換。可以執行這些模式，以最小化烴、CO或H2物質的消耗，或 最小化尿素、或氨或其組合的消耗
在一個示例性實施例中，排氣處理系統10配置成使來自發動機2的排氣流8具有 第一體積比例(NOxi)的NOx，流出二元催化劑18的排氣流具有預定第二體積比例(NOx2)的 NOx，且其中，NOx2SO. INOxio換句話說，系統配置用于至少為90%的NOx轉換效率。在一種 配置中，采用HC-SCR催化劑16以及向HC-SCR催化劑16上游的排氣流8定期地和選擇性地 噴射烴、CO或H2物質，HC-SCR催化劑16提供NOxi的一定體積比例減少，表示為流出HC-SCR 催化劑16的排氣流中NOxi的第三體積比例(NOx3)，其中0. 30N0X1 ^ NOx3 ^ 0. SONOxi,或者 NOx的轉換效率為約20%至70%。在另一種配置中，采用二元催化劑18以及向二元催化劑18上游的排氣 流8定期地和選擇性地噴射尿素或氨或其組合，二元催化劑18提供NOxi的一定體積 比例減少，表示為流出二元催化劑18的排氣流中NOxi的第四體積比例(NOx4)，其中 0. 05N0X1 彡 NOx4 彡 0. 60N0xlo排氣處理系統10還包括ECM6和控制系統4，用于控制排氣處理系統10的一個或 多個部件的功能。在最低限度，這可包括排氣處理系統10的一個或多個部件的再生。所 以，可以設想控制器可與一個或多個傳感器(諸如溫度傳感器、顆粒物質傳感器、氧氣傳感 器等)通信，用于監測排氣處理系統10的條件。這些傳感器可位于排氣處理系統10的任 何部件(例如D0C20、HC-SCR催化劑16、二元催化劑18等)之前或之后或前后都有。另外， 控制器可與一個或多個熱源連通，所述熱源適于引起排氣處理系統10的部件的再生。還可以設想的是，控制器可用于實現在系統10的還原/轉換能力范圍內的特定 NOx還原/轉換目標。例如，基于命令的排放物要求，排放目標(即NOx轉換需要)可以是 固定的，例如，80%。包括ECM6的控制系統4能采用第一 NOx傳感器32確定N0X1，以及采用 排氣傳感器34 (諸如第二 NOx傳感器)確定N0X2，從而確定當前的NOx還原。如果NOx2的值 反映出了充分的還原，那么不需要動作。如果沒有，控制系統4能被用于通過尿素噴射器定 期地噴射尿素或通過HC噴射器定期地噴射HC以實現NOx2的目標值。如上文所述，例如可 基于調整或控制模式選擇還原劑，尿素或HC，這些調整或控制模式適于使這些組分的一個 或另一個的使用最小化。控制系統4也可基于對HC-SCR催化劑16或二元催化劑18的一 個或另一個的再生要求進行選擇，其中優選的是當另一個正在再生時，選擇一個裝置及其 相關還原劑。本發明提供了如下的特征和優點。首先，包括D0C20的實施例將NO氧化為NO2,這 將采用HC-SCR催化劑16和二元催化劑18來增強NOx的還原，且提高系統的總體NOx轉換 效率。第二，這里描述的提前燃燒將采用高的HC水平，或者作為燃燒過程控制的結果以產 生高的發動機排出HC水平，或者作為向排氣流8中直接噴射烴、CO或H2、或其組合的結果。 高的HC水平可在HC-SCR16中被高效地氧化，從而在包括D0C20的實施例中，在D0C20和 HC-SCR16的組合中，將二元催化劑18的烴損害和尾管的HC排放降到最低。第三，采用該 系統可實現可調的NOx轉換效率。例如，如果希望約20%到約50%的NOx轉換效率，HC-SCR 催化劑16可用于NOx還原。第四，如果希望較高(即大于約20%到約50%)的N0x轉換 效率，可采用D0C20/HC-SCR催化劑16組合的附加能力從而實現額外的約10%到約15%的 NOx還原，或總計高達約20%到約60%，且采用二元催化劑18通過尿素的噴射可實現所需 的任何額外的NOx轉換。第五，采用這種方法，排氣處理系統10試圖最大化HC-SCR催化劑 16(以及D0C20，在采用D0C20的實施例中)的NOx轉換的操作模式可用于減小尿素的消耗，且更特別的是將尿素的消耗最小化，從而增大尿素再裝填間隔。第六，甚至在如上所述那樣 使用HC-SCR催化劑16用于大量的NOx轉換或者甚至大多數NOx轉換的模式操作時，通過采 用二元催化劑18平衡NOx的轉換負載，系統能定期地和自動地切換以降低對HC-SCR催化劑 16的依賴性，這樣HC-SCR催化劑16不是在所有的時間都操作或不需要以其最高NOx轉換 效率操作，因此能夠改善HC-SCR催化劑16的耐用性。HC-SCR催化劑16和二元催化劑18 之間的NOxR換負載平衡也能夠用于減少HC-SCR催化劑16所需的硫再生循環。第七，利 用HC-SCR催化劑16下游的二元催化劑18，使用HC-SCR催化劑16能夠在低排氣溫度下實 現NOx還原，且在采用D0C20的實施例中，當二元催化劑18提供主要NOx還原時，D0C20和 HC-SCR催化劑16兩者均可以有助于NO至NO2的氧化。第八，在DPF38的再生和所捕獲的碳 煙的氧化期間，排氣溫度對于有效的HC-SCR催化劑16操作將會太高，但仍然可能通過尿素 噴射進行NOx還原，從而在DPF38再生循環期間允許NOx控制得到提高。第九，在高發動機 轉速和負載條件下，具有相關的高NOx水平的排氣流8的高溫可超過HC-SCR催化劑16 (或 D0C20和HC-SCR催化劑16)實現希望NOx轉換效率的能力。在這種條件下，采用二元催化 劑18和尿素噴射，高的NOx轉換效率和控制仍然可能。 根據示例性實施例，公開了用于還原NOx排放物的排氣處理系統，該系統利用了現 有技術中對還原NOx的理解，用于開發相對于在被單獨使用時任一技術提供增強的NOx還原 的協同組合。單獨的HC-SCR催化劑往往具有較窄的操作溫度范圍，在排氣處理系統10相 對低的操作溫度范圍內，對于NOx轉換是有用的，而包括U-SCR的二元催化劑在相對較高的 排氣系統操作溫度范圍內是有用的，但往往易于受到HC的損害。例如，基于HC-SCR催化劑 16的稀NOx技術包括各種催化制劑和催化劑/襯底組合。氧化鋁襯底上的鉬催化劑(Pt/ Al2O3)HC-SCR催化劑在低溫度(大約200°C)下工作且具有高的峰值轉換，但具有非常窄的 操作溫度范圍，所以這種HC-SCR催化劑制劑本身不是非常有用。與Pt催化劑有關的另一 缺點是其SO2氧化活性，但當采用低硫燃料時，它們可被成功地應用；然而，Pt催化劑也很 容易由于硫污染而失活。其他HC-SCR催化劑16包括各種銅-沸石或銀_沸石催化劑/襯 底組合。這些HC-SCR催化劑16往往在較高的溫度下工作但不具有良好的低溫性能。作為 另一個實例，當U-SCR在壁流過濾器上具有銅/鐵沸石(SCR)涂層時，包括柴油顆粒過濾器 (DPF)和尿素選擇催化劑還原(二元)催化劑(DPF+U-SCR)的二元催化劑能夠完成NOx和 顆粒物質(PM)兩者的減少。通過尿素噴射，二元催化劑能實現高的NOx還原，而且也可以 提供顆粒物質的減少。然而，如果排氣中具有太多的烴(HC)，U-SCR涂層往往喪失效率。然 而，如果采用稀NOx催化劑16 (HC-SCR)和二元催化劑18的催化劑組合，NOx催化劑16位于 二元催化劑的上游，且用于二元催化劑18的尿素噴射器位于稀NOx催化劑16的下游，則上 面描述的許多缺點將被克服。例如，稀NOx催化劑16將有利地將NO氧化為NO2，這將有助于 采用二元催化劑18還原N0X。另外，某些提前燃燒過程將具有高的發動機排出HC水平。高 的HC水平可借助于HC-SCR16和二元催化劑18的該組合被有效地利用，從而在稀NOx催化 劑上還原N0X，同時氧化HC的其余部分以釋放熱量。采用這種系統的另一個優點在于可以 實現可調的NOx轉換效率。如果在某些發動機操作工況下僅需要約20%到約50%的N0x還 原，或在也包括D0C20的配置中，需要約20%到約60%的NOx還原，HC-SCR催化劑16可在 不對二元催化劑18噴射尿素的情況下被使用，但是如果希望較高的效率，二元催化劑18可 通過啟動尿素噴射來激活。采用這種方法能夠減小尿素消耗且增大尿素再裝填間隔。作為另一個優點，通過采用稀NOx催化劑作為NOx還原、NO氧化和HC減少的裝置以及將二元催 化劑18用于PM和額外NOxW減少，就有可能減小在貴金屬負載方面的排氣系統成本和總的 封裝空間。作為又一個優點，可基于NOx轉換效率需求和發動機排出HC水平使用主動(使 用HC定量)和被動稀NOx處理方法。在正常操作期間，如果發動機排出HC高且NOx還原的 需求低，則不需要主動控制。這種系統將執行所需NOx還原。如果NOx的還原需求增加，可 以啟動缸內HC噴射或通過獨立定量裝置噴射(諸如燃料噴射)以增加碳與NOx的(C/N)比 從而提高稀NOx還原效率。如果希望更進一步的NOx還原，可啟動尿素噴射以在二元催化劑 18中將NOx轉換為N2。采用這種方式，可實現寬范圍的NOx轉換效率，這是單獨使用這些技 術中的任一個不可能的。而且，由于尿素噴射不是所有的時間都需要，尿素消耗就會減少。 作為另一個優點，在不需要HC噴射器或獨立的柴油氧化催化劑(DOC)的實施例中就有潛力 減小排氣處理系統的成本。 雖然參照示例性實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應當理解可以進行各 種改變且等價物可以替代其元件，而不脫離本發明的范圍。另外，可以作出許多修改，以使 得具體情形或材料適合本發明的教導，而不脫離本發明的實質范圍。因此，本發明并不旨在 限于作為用于執行本發明的最佳模式公開的特定實施例，本發明將包括落在本申請范圍內 的所有實施例。
1權利要求
一種用于柴油發動機的排氣處理系統，包括烴選擇性催化還原催化劑(HC SCR)，配置成與柴油發動機流體連通從而接收來自柴油發動機的排氣流；以及與HC SCR流體連通的二元催化劑，從而接收來自HC SCR的排氣流，二元催化劑包括尿素選擇性催化還原(二元)催化劑和柴油顆粒過濾器(DPF)。
2.根據權利要求1的排氣處理系統，還包括設置在發動機和HC-SCR之間的柴油氧化催 化劑，從而接收來自發動機的排氣流且將排氣流傳送給HC-SCR。
3.根據權利要求1的排氣處理系統，還包括第一噴射裝置，所述第一噴射裝置配置成 向HC-SCR和發動機之間的排氣流噴入烴、CO或H2物質、或其組合。
4.根據權利要求1的排氣處理系統，還包括第二噴射裝置，所述第二噴射裝置配置成 向HC-SCR和二元催化劑之間的排氣流噴入尿素或氨、或其組合。
5.根據權利要求1的排氣處理系統，其中HC-SCR催化劑包括陶瓷流通式整料，二元催 化劑包括陶瓷壁流式整料。
6.根據權利要求5的排氣處理系統，其中HC-SCR催化劑包括設置在陶瓷流通式整料上 的第一涂層，第一涂層包括設置在陶瓷基體上的的鉬或設置在沸石基體上的Cu或Ag或其 組合，U-SCR催化劑包括設置在陶瓷壁流式整料上的第二涂層，第二涂層包括設置在沸石基 體上的銅或鐵或其組合。
7.根據權利要求5的排氣處理系統，其中，二元催化劑包括設置在陶瓷壁流式整料上 的涂層，所述涂層包括釩氧化物。
8.根據權利要求5的排氣處理系統，還包括第二二元催化劑，該第二二元催化劑包括 設置在第二陶瓷或金屬流通式整料上的涂層。
9.一種使用排氣處理系統的方法，該排氣處理系統包括烴選擇性催化還原催化 劑(HC-SCR)，所述HC-SCR與柴油發動機流體連通從而接收來自柴油發動機的排氣流；與 HC-SCR流體連通的二元催化劑，從而接收來自HC-SCR的排氣流；第一噴射裝置，所述第一 噴射裝置配置成定期地和選擇地向HC-SCR和發動機之間的排氣流噴入烴、CO、H2物質、或 其組合；第二噴射裝置，所述第二噴射裝置配置成定期地和選擇地向HC-SCR和二元催化劑 之間的排氣流噴入尿素或氨、或其組合；以及控制器，所述控制器配置成控制發動機的操作 和控制烴、CO或H2物質、或其組合的定期和選擇性噴射，以及控制尿素或氨、或其組合的定 期和選擇性噴射，并確定排氣流中N0X的量；該方法包括操作發動機以產生排氣流，以及采用控制器定期地和選擇性地將烴、0)或吐物質、或其組合，或尿素或氨或其組合中的 至少一種噴入排氣流，其中來自發動機的排氣流具有第一體積比例(N0X1)的N0X，流出二元 催化劑的排氣流具有預定第二體積比例(N0X2)的N0x。
10.一種柴油發動機和排氣處理系統，包括柴油發動機；烴選擇性催化還原催化劑(HC-SCR)，所述HC-SCR與柴油發動機流體連通從而接收來 自柴油發動機的排氣流；以及二元催化劑，所述二元催化劑與HC-SCR流體連通從而接收來自HC-SCR的排氣流，二元 催化劑包括尿素選擇性催化還原(二元)催化劑和柴油顆粒過濾器(DPF)。
全文摘要
公開了一用于柴油發動機的排氣處理系統。排氣處理系統包括與柴油發動機流體連通的烴選擇性催化還原催化劑(HC-SCR)以接收來自柴油發動機的排氣流。該系統還包括與HC-SCR流體連通的二元催化劑從而接收來自HC-SCR的排氣流，二元催化劑包括尿素選擇性催化還原催化劑和柴油顆粒過濾器(DPF)。
文檔編號B01D53/56GK101979847SQ201010249940
公開日2011年2月23日 申請日期2010年6月17日 優先權日2009年6月17日
發明者R·米塔爾 申請人:通用汽車環球科技運作公司