使用兩種催化劑限制NOx排放的制作方法

相關申請

本申請是申請日為2012年9月27日的共同待審的美國申請序列第13/629,197號的部分繼續申請。

本發明涉及用于限制氮氧化物的排放的壓燃式內燃機的操作和廢氣后處理。實施方式涉及發動機的瞬態增加的功率操作。

背景

內燃機廣泛用于驅動發電機、車輛發動機等。內燃機的排放和它們對于環境的影響正日益受到關注。由于這樣的關注，已經通過了限制可從這些發動機排放至環境中的各種排放氣體的量的法規。應特別注意減少氮氧化合物的排放，包括no和n2o，其統稱為nox。當氮和氧由于燃料的燃燒而達到高溫時，在內燃機的燃燒室中形成這些化合物。

三效催化劑，例如在常規催化轉化器(稱為twc)中使用的那些，被廣泛用于減少由火花點火發動機產生的nox的排放。當氧存在時，twc在減少廢氣中的nox方面變得無效。這對于用接近化學計量比點的空氣/燃料混合物操作的并產生具有少量氧的廢氣的火花點火發動機的使用并沒有顯著的限制。不過，即使使用耐用的催化劑材料，當twc老化時，它們仍經歷降低的性能。

限制壓燃式發動機的不希望的排放仍然是設計和控制壓燃式發動機和它們的廢氣后處理系統的目標。如本文所用，廢氣是指由發動機排放的成分，其中排放是指被排放入大氣的成分。通常用比燃燒一定量提供的燃料所需的空氣更多的進入壓燃式發動機的空氣來運行所述發動機。這樣的空氣與燃料的混合物被稱為“貧料(lean)”，而用較少的空氣的操作被稱為“化學計量”或“富料”混合物。貧料空氣和燃料混合物的燃燒在發動機燃燒室內形成了高溫。貧料混合物包括顯著量的在燃燒中沒有被消耗的氧，并且所述氧能與氮結合形成nox。貧料空氣/燃料混合物形成了含有顯著量的使twc在還原nox中無效的氧的廢氣。

已知了用于顯著壓燃式發動機的nox的排放的不同對策。一種方法是提供用于發動機廢氣中氮和氧化合物的選擇性催化還原。另一種方法是通過將發動機廢氣返回到所述發動機的燃燒室中來防止形成nox，稱為“廢氣再循環(egr)”。將廢氣引入到發動機燃燒室中以兩種方式還原了nox的產生。廢氣置換了空氣并從而減少了可用于nox形成的量的氧。廢氣還能用作被加熱的稀釋劑并從而導致燃燒室中更低的燃燒溫度。

特別當這樣的發動機以穩定狀態條件運行時，用顯著廢氣再循環運行的壓燃式發動機可不需要后處理以將nox排放降低至預計的水平以下。不過，用顯著量廢氣運行壓燃式發動機減少了由所述發動機產生的功率，這是由于在這樣的運行中限制了燃燒的燃料量。

當需要壓燃式發動機提供更大的功率時，恒定的發動機速度或更常見的在運行過程中加速車輛，都必需燃燒更多的燃料以提供所需的功率。通常，需要在短時間內由發動機產生較高的功率。相比于延長的低壓運行所需要的，在短響應時間內增加功率的需求需要更多的燃料和不同的加燃料時機。

壓燃式發動機通常由發動機控制單元(ecu)控制，所述發動機控制單元監控或檢測發動機運行條件并操作控制發動機運作的致動器。被監控或檢測的條件可包括進入發動機的空氣質量流、進氣歧管溫度和壓力以及發動機速度。也可監控或檢測廢氣和/或進氣流的氧含量。燃料噴射器可將燃料引入到發動機中以用于燃燒。燃料噴射器可允許控制進入發動機的燃料的噴射的量、時機和形式。壓燃式發動機還可包括具有可變噴嘴機構的渦輪增壓器，可控制所述可變噴嘴機構以控制從渦輪增壓器提供至所述發動機的空氣的壓縮(加強)。壓燃式發動機還可具有廢氣再循環閥(egr閥)，所述egr閥控制了轉移到進入發動機的空氣流中的廢氣的量。電子控制單元(ecu)可用于控制用于包括燃料噴射、渦輪增壓器可變噴嘴機構和/或egr閥的發動機的這些可控裝置。ecu監控和控制壓燃式發動機的運行的能力提供了改變發動機運行的能力。

目前的壓燃式發動機和它們相關的后處理系統的缺點在于，它們不能實現在穩態運行過程中以燃料高效的方式將nox排放保持在低于預計水平的同時，在發動機加速或增加的功率期間同樣將nox排放保持在低于預計水平。

發明概述

在本發明的一個方面，描述了帶有廢氣后處理系統的壓燃式發動機的運行，其允許發動機提供快速增加的功率，同時保持nox的排放低于預計水平。

另一描述的方面在于提供一種用于內燃機的后處理系統，其能在增加功率的瞬態運行過程中從廢氣流中消除不希望的化合物。

本發明另一描述的方面涉及控制內燃機以限制來自所述發動機的不希望的化合物的排放，并涉及控制在增加功率的瞬態運行過程中控制發動機燃料供給，從而所述廢氣流具有后處理對其有效的組成。

本發明的另一方面在于提供用于包括催化劑涂覆的表面的壓燃式發動機的后處理系統，在發動機運行以提供高功率期間在所述催化涂覆的表面上的催化反應減少了廢氣中nox的量。

本發明的另一方面提供了一種發動機和廢氣后處理組合，其包括兩個用于減少在穩態和瞬態運行期間由壓燃式發動機產生的廢氣中nox量的催化系統。

本發明的另一方面涉及使廢氣組成改進以確保通過三效催化劑還原nox的廢氣系統。

本發明的另一方面提供了用于壓燃式發動機的廢氣系統，所述壓燃式發動機具有被構造成將烴噴射入廢氣流以在三效催化劑轉化器上提高nox還原的主動烴噴射器。

本發明的另一方面涉及方法，其中確定壓燃式發動機是否由富空氣/燃料混合物供給燃料，并且當檢測到富混合物時，在廢氣進入三效催化劑之前將烴噴射入廢氣中。

附圖的簡要說明

圖1說明了帶有廢氣后處理的壓燃式發動機的示意圖。

圖2顯示了在進氣混合物中廢氣的量與發動機廢氣中氮化合物的量的關系。

圖3顯示了后處理系統的一個實施方式。

圖4顯示了通過用于在貧空氣/燃料混合物運行下和在接近化學計量的空氣/燃料混合物運行下增加壓燃式發動機的功率運行的后處理系統排放的nox的量。

圖5說明了用廢氣系統的烴噴射系統的示意圖。

圖6是操作流程圖，可執行所述操作從而將烴噴射入壓燃式發動機的廢氣中。

圖7顯示了在示例性的柴油發動機的瞬態運行期間速度和扭矩的變化。

圖8顯示了在圖7中所示的瞬態運行下從twc輸出的nox的變化。

具體實施方式

本文所述的實施方式涉及控制壓燃式發動機和由所述發動機產生的廢氣的后處理。具體地，實施方式涉及控制壓燃式發動機以當所述發動機運行以產生接近或為其容量的功率時限制nox排放。此外，實施方式涉及改進對于提高的功率的請求的瞬態響應，所述請求來自于具有廢氣再循環和限制氮和氧的化合物的排放的壓燃式發動機。

將參照附圖更完整地描述各實施方式，附圖中給出了實施方式。貫穿其中，類似的附圖標記指代類似的元件。然而，其它實施方式可以是許多不同的形式并且不限于本文所示的實施方式。此外，這些實施方式是示例。基于本發明的權利具有權利要求書所示的完整范圍。

圖1顯示了壓燃式發動機10和廢氣后處理裝置40的示意圖。通過如下所述的ecu50監控并控制壓燃式發動機10的運行。

在空氣入口24處，空氣進入發動機10。空氣質量流傳感器21感應通過空氣入口24進入所述發動機的空氣的量。從空氣入口24將空氣導入到壓縮空氣的低壓渦輪增壓器壓縮機22中。從低壓渦輪增壓器壓縮機22將壓縮的空氣導入到進一步壓縮所述空氣的高壓渦輪增壓器壓縮機18中。隨后將壓縮的空氣導入到進氣歧管16中。如下文進一步描述，廢氣再循環系統28選擇性地將廢氣導入到進入進氣歧管16的壓縮的空氣中。

在一些運行條件下，空氣和廢氣通過進氣歧管16進入發動機10的氣缸12。進氣流溫度傳感器19和進氣流壓力傳感器17安裝在進氣歧管16上以測量進入發動機10的氣缸12的流的溫度和壓力。為每個氣缸12提供噴射器14以向氣缸12中噴射燃料。

當燃料在氣缸12中燃燒之后，將來自氣缸12的廢氣導入到廢氣歧管26中。廢氣歧管26引導廢氣進入廢氣再循環系統28與高壓渦輪增壓器渦輪36的連接。廢氣氧傳感器23測量離開發動機10的廢氣中氧的量。氧傳感器23可以是λ傳感器。

廢氣再循環系統28為離開廢氣歧管26的廢氣提供通道，以進入來自渦輪增壓器壓縮機18的進入進氣歧管16的壓縮空氣流。將進入廢氣再循環系統28的廢氣導入到可控egr閥34中并隨后將其導入到降低廢氣溫度的廢氣冷卻器32中。隨后將廢氣導入到來自渦輪增壓器壓縮機18的壓縮空氣流中。廢氣歧管26中廢氣的壓力大于進氣歧管16中的壓力，從而通過廢氣再循環系統28，使得廢氣從廢氣歧管26流入到進氣歧管16中。

沒有流過廢氣再循環系統28的廢氣流動到并通過高壓渦輪增壓器渦輪36。通過來自廢氣歧管26的廢氣驅動高壓渦輪增壓器渦輪36，并且高壓渦輪增壓器渦輪36驅動了高壓渦輪增壓器壓縮機18。高壓渦輪增壓器渦輪36包括可控的可變噴嘴。打開可控的可變噴嘴減小了高壓渦輪增壓器渦輪36的驅動并因此減小了通過高壓渦輪增壓器壓縮機18的空氣壓縮。打開高壓渦輪增壓器渦輪36的可變噴嘴還減小了高壓渦輪增壓器渦輪36對廢氣流的阻力，從而降低了廢氣歧管26和廢氣再循環系統28中的廢氣的壓力。相反，關閉高壓渦輪增壓器渦輪36的可變開口增加了廢氣歧管26中的廢氣壓力，增加了高壓渦輪增壓器渦輪36的驅動，并增加了通過高壓渦輪增壓器壓縮機18的空氣壓縮。

將廢氣從高壓渦輪增壓器渦輪36導入到驅動低壓壓縮機22的低壓渦輪增壓器渦輪38中。將廢氣從低壓渦輪增壓器渦輪38導入到廢氣后處理系統40的進口42中。

構建后處理系統40以減少廢氣的不希望的組分的量。如下文進一步描述的，發動機10的結構和運行產生了廢氣，所述廢氣具有作為后處理系統40的構造的基礎的特性。經過后處理系統40處理的廢氣在通道44離開后處理系統40，并從通道44被引入到廢氣排放出口46。

根據發動機傳感器提供的測量值，ecu50控制發動機10的運行。可將表示各種發動機情況的信號提供至ecu50，例如通過進氣混合物壓力傳感器17、進氣混合物溫度傳感器19、空氣質量流傳感器21、廢氣氧傳感器23和/或發動機速度傳感器25，它們可如圖1所示向ecu50發送信號。ecu50控制各個噴射器14，從而控制噴射進入氣缸12的燃料的時機和量。ecu50還控制可控egr閥34以打開和關閉閥34，從而增加或減少進入進氣歧管16的廢氣流。ecu50還控制高壓渦輪增壓器渦輪的可變噴嘴，從而增加和減少通過高壓渦輪增壓器壓縮機18的空氣壓縮。

壓燃式發動機的常規運行為發動機提供了比提供的燃料的燃燒所需的空氣更多的空氣。在低負荷情況中，空氣與燃料比可為50:1-100:1。在這樣的情況下，通過將廢氣與進入發動機的空氣混合來置換一定量的空氣不會令人不能接收地降低由發動機產生的功率。在這樣的低負荷情況下，壓燃式發動機10的廢氣再循環系統28可減少由發動機10形成的氮和氧化合物。由于廢氣包括顯著量的惰性稀釋劑并且由于廢氣在與進入發動機10的空氣混合之前被冷卻，因此氣缸12中存在的廢氣降低了氣缸12中由于燃燒產生的溫度，從而減少了氮和氧的化合物的形成。圖2顯示了對于發動機的低負荷運行，進氣混合物中發動機廢氣量與發動機廢氣中氮和氧的化合物的量之間的關系。

運行廢氣再循環系統28以將冷卻的廢氣引入到進入發動機10的進氣料流中減少了nox的形成并減少了由發動機10產生的功率。由于廢氣的惰性組分的量減少了可用于支持燃燒的空氣的量，因此由發動機10產生的功率減小。當不需要由發動機產生高功率時，這不是顯著的缺點。例如，驅動車輛的內燃機不需要長時間產生接近或為其容量的功率，例如當車輛在一個為車輛的移動提供較小阻力的表面上保持恒定速度時。這樣的巡航可只需要完全燃料供給的發動機功率的二分之一至四分之三的范圍內的發動機功率。貧混合物和廢氣再循環的結合形成了同時獲得燃料經濟且氮和氧的化合物的低排放的運行條件。例如，與足量輸送回所述發動機再循環的廢氣結合的供應到發動機的貧空氣/燃料混合物可足以保持發動機廢氣中的nox水平低于預計的水平，所述預計水平可以是政府實施的限制，例如目前實施的0.2gnox/hp-小時限制，或未來更嚴格的限制。

當需要接近壓燃式發動機的容量的功率時，例如加速車輛時，發動機的運行變化顯著。內燃機將燃料燃燒的能量轉化成機械能。內燃機機械功率的增加需要增加發動機內通過燃燒消耗的燃料的量。為了將壓燃式發動機的功率增加至接近其容量，為氣缸提供的燃料的量必需增加至所述發動機的容量以燃燒燃料。所述容量取決于可用于燃燒的空氣的量。為了增加壓燃式發動機的功率，為所述發動機提供的空氣的量和燃料的量必需增加。為了加速車輛，增加的功率通常在發動機請求功率之后(例如通過壓下或踩踏加速踏板)的短響應時間內需要。

在用于壓燃式發動機需要產生接近其容量的功率的條件下，為了快速加速車輛，將廢氣引入進入發動機的空氣流中是顯著的缺點。到廢氣從進入氣缸12的氣流中置換空氣的程度，所述廢氣降低了發動機消耗燃料的容量。此外，將廢氣轉移到進氣流中減少了能驅動渦輪增壓器的能量。再次根據圖1所示的結構，通過高壓渦輪增壓器壓縮機18將空氣提供至發動機10的氣缸12中，高壓渦輪增壓器壓縮機18從低壓渦輪增壓器壓縮機22中獲取空氣。通過egr轉換進入進氣流的廢氣不能用于驅動渦輪增壓器渦輪36和38，從而分別降低了它們驅動壓縮機18和22的容量，并且降低了被迫使進入氣缸12的空氣的壓縮。在例如瞬態增加的功率的條件下，實際上貧空氣/燃料供應與大量廢氣再循環一起可能不足以將nox排放限制到可接收的水平，例如低于預計水平(其可為政府實施的水平或可是由于其他原因所需的水平)。

通過增加進入發動機的空氣的量和提供盡可能多的可通過可獲得的空氣燃燒的燃料來增加壓燃式發動機10的動力。通過噴射器14為發動機添加燃料是可通過ecu50得到的簡單易行的控制。增加提供至氣缸12的空氣的量不太直接。通過渦輪增壓器壓縮機18和22將空氣提供至進氣歧管16，所述渦輪增壓器壓縮機18和22分別被渦輪36和38驅動。可通過兩種控制增加由高壓渦輪增壓器渦輪36產生的動力。(部分或全部)關閉可控egr閥34增加了用于驅動高壓渦輪增壓器渦輪36的廢氣量。此外，進一步關閉高壓渦輪增壓器渦輪36的可控的可變噴嘴增加了驅動高壓渦輪增壓器渦輪36的廢氣的壓力并增加了由所述渦輪產生的功率。

當發動機10需要的功率接近或為其容量時，ecu50調用向氣缸12提供化學計量比的或比化學計量比更富的空氣燃料混合物的加燃料方案。用比化學計量更富的空氣/燃料混合物且沒有廢氣再循環來運行發動機10產生具有相對大量的nox并且還具有低的氧氣和高的烴和一氧化碳的廢氣流。燃料供給模式，即引入燃料的時機和時長可根據增加或減少提供的燃料的量而改變。可通過提供燃料的預噴射和主噴射加入貧空氣/燃料混合物。較富的混合物可通過壓燃式發動機增加煙炱的產生。在加入富混合物燃料期間產生的煙炱的量可通過如與本申請同日提交的題為《燃燒噴射方式和時機(fuelinjectionpatternandtiming)》的專利申請所公開的燃料噴射方式和時機減少。

圖3顯示了后處理系統40，其被配制成通過使用來自發動機10的廢氣的處理在整個穩態和瞬態運行條件下保持可接受的排放(即保持排放低于預計水平)。廢氣進入進口42并被導入通過柴油機氧化催化劑52。配制柴油機氧化催化劑52以減少在穩態/貧運行條件下廢氣中nox的量。例如，可配制柴油機氧化催化劑52以在廢氣中存在烴和/或在柴油氧化催化劑處可用的條件下還原廢氣中nox，并且柴油機氧化催化劑52除以所需的足夠高的溫度范圍，其可為例如約150-200℃。也可配制柴油機氧化催化劑52以減少在用貧空氣燃料混合物和廢氣再循環運行期間來自發動機10的廢氣中存在的一氧化碳、烴類、可溶性有機分數、多核芳香烴和/或其它組分的量。

通過柴油機氧化催化劑52之后，廢氣通過三效催化劑54，其可以是在汽車/火花點火領域中眾所周知的催化轉化器。配制三效催化劑54以在某些條件下，例如在發動機功率瞬時增加期間實現的那些條件下還原廢氣中的nox。也可配制三效催化劑以還原烴、一氧化碳和/或其它不需要的組分。三效催化劑54對于具有低氧含量的廢氣還原nox非常有效，所述具有低氧含量的廢氣例如通過由以大約化學計量比或富于化學計量比的空氣與燃料比對發動機10進行燃料供給而產生的廢氣，例如在發動機功率瞬時增加期間實現。所述燃料供給形成具有增加的一氧化碳(co)量的廢氣。由于其還原劑的性質，當廢氣通過三效催化劑時，根據以下反應co還原了nox：

no+co→.1/2n2+co2

2no+co→.n2o+co2

通過此方法，當egr系統28不活動以減少nox的產生時，對于富燃料供給條件，三效催化劑減少了nox排放。

在發動機10用貧空氣/燃料混合物運行期間，egr系統28減少了nox的形成從而將進入后處理系統40的廢氣中的nox的水平保持在低水平(例如低于預計水平)。當將發動機10的燃料供給增加以提高由發動機10產生的功率時，如上所述減少或停止廢氣再循環。因此，進入后處理系統40的廢氣中的nox和co的量增加。當提供至氣缸12的空氣/燃料比達到化學計量比或更多時，氧的量減少并且三效催化劑54開始起作用從而減少了通過后處理系統40的廢氣中nox的水平。因此，在發動機10的瞬態運行以增加功率期間，三效催化劑提供通過后處理系統40的廢氣中的nox的瞬時和實時還原。

在一些實施方式中，配制柴油機氧化催化劑52以還原在貧運行條件和化學計量/富運行條件下發動機廢氣中nox。在另一些實施方式中，配制柴油機氧化催化劑52以在貧或非貧(化學計量/富)運行條件中的一個或另一個下還原發動機廢氣中的nox。

在一些實施方式中，調整并配制柴油機氧化催化劑52以為在具有貧空氣/燃料比的穩態運行期間為在其廢氣中具有給定nox排出水平的發動機提供足夠的nox還原，柴油氧化催化劑和發動機組合能夠在穩態運行期間將nox排放保持在預定水平以下。在一些運行條件下和/或對于某些發動機，可在穩態運行期間將來自發動機的廢氣中的nox保持在低于預定水平，甚至不需要在柴油氧化催化劑上進行額外的nox還原以在穩態運行期間保持nox排放低于預定水平。不過，在一些運行條件下和/或對于某些發動機，可能不能在穩態運行期間將來自發動機的廢氣中的nox保持在低于預定水平，且可能必需使用通過經調整和配制的柴油機氧化催化劑52提供的額外的nox還原以提供所述廢氣的足夠的額外nox還原以在穩態運行過程中將nox排放保持在低于預定水平。

在一些實施方式中，在發動機的瞬時或增加的功率期間通過使用經調整且配制以提供足量額外的發動機廢氣中的nox的還原(在由柴油機氧化催化劑提供的nox的還原之外)的三效催化劑54將nox排放保持在低于預定水平，從而由于柴油機氧化催化劑52和三效催化劑54產生的nox還原的組合足以將排放物中的nox水平保持在低于預定水平，而無論發動機的瞬時運行。

因此，通過提供具有柴油機氧化催化劑52和三效催化劑54，并且適當地配制和調整柴油機氧化催化劑52并適當地配制和調整三效催化劑54的廢氣系統，在發動機的穩態/貧運行和發動機的瞬態/化學計量或富運行下都可以將nox排放物保持在低于預定水平。即，某些實施方式確保了無論通過驅動器如何控制發動機都將nox排放保持在低于預定水平，從而例如發動機可在整個運行過程中滿足規定的nox限制。

在對柴油機氧化催化劑52的配方和/或調整有限制或約束的情況中，控制器可控制發動機從而發動機不會獲得其最大功率速率增長(即使這是操作者所希望的)，從而將發動機廢氣中的nox水平一直保持足夠低，即將發動機廢氣自身中的nox水平，或將當進一步通過柴油機氧化催化劑還原的發動機廢氣中的nox水平保持低于預定水平。

最終，通過三效催化劑54之后，廢氣可通過柴油機顆粒過濾器56。柴油機顆粒過濾器56捕捉廢氣中的顆粒物質。應理解，可將柴油機氧化催化劑52、三效催化劑54和柴油機顆粒過濾器56中的兩者或更多者組合作為單獨單元(圖3顯示了所有三者組合作為單獨單元)，可以是單獨的部件或可被組合。廢氣通過柴油機氧化催化劑52與三效催化劑54的順序可與圖示不同(廢氣可在通過柴油機氧化催化劑52之前通過三效催化劑54，或廢氣可在通過三效催化劑54之前通過柴油機氧化催化劑54)。

根據本文公開的各種結構和方法，提供可在穩態和瞬態模式下的發動機運行中都將nox排放保持在低于預定水平(例如根據需要或要求為0.2gnox/hp-小時、或0.1gnox/hp-小時、或0.02gnox/hp-小時)的發動機和后處理系統。

圖4顯示了離開后處理系統40的出口44的排放物中的nox水平，用于發動機產生的扭矩增加時提供給發動機的egr的恒定百分比運行發動機10。兩種燃料混合物的排放物中nox的水平在圖4中顯示，一個顯示在貧空氣/燃料混合物下的發動機運行，一個顯示在近似化學計量的空氣/燃料混合物下的發動機運行。圖4的下部圖顯示了扭矩需求曲線101，曲線103顯示了使用貧空氣/燃料混合物在運行中發動機產生的扭矩，曲線105顯示了使用近似化學計量的空氣/燃料混合物在運行中發動機產生的扭矩。那些扭矩曲線顯示，可通過近似化學計量的混合物作為貧混合物獲得大致相同的扭矩響應。

在包括增加扭矩的時間內那兩種空氣/燃料混合物排放的nox的量在圖4的上部曲線中顯示。曲線113是貧空氣/燃料混合物運行下的nox排放水平，曲線115是近似化學計量的空氣/燃料混合物運行下的nox排放水平。那些排放曲線證明了帶有twc的后處理對于在發動機的瞬態運行以增加發動機扭矩期間基本防止增加的排放nox的有效性。

相對于對比的火花引燃汽油發動機產生的co，為壓燃式發動機供給富空氣/燃料混合物產生了更少的co。因此，限制了在壓燃式發動機的廢氣中被用co還原的nox的量。可通過將烴(hc)引入到twc上游的壓燃式發動機的廢氣中來增加通過twc54的nox的還原。當將烴(hc)噴射到廢氣流中時，當所述廢氣流流過twc54時，烴與廢氣流中的nox根據以下公式反應，副產物是氮、二氧化碳和水：

hc+no→n2+co2+h2o

可通過使得在燃料噴射循環的后噴射部分中噴射器14向氣缸12中噴射燃料的ecu50來增加廢氣的烴水平。除了通過噴射器14將烴延遲引入廢氣中之外或作為燃料噴射器引入的替代，可以在廢氣系統中位于twc54上游的位置處將烴噴射到廢氣中。圖5示意性地說明了主動烴噴射系統80以及包括后處理系統40和后處理系統上游的與廢氣系統的相鄰部分的廢氣系統的部分85。廢氣系統部分85包括后處理系統40上游的燃燒器82和計量器84。主動烴噴射系統80包括與ecu50連接的烴噴射器86。

如上所述，ecu50從顯示柴油發動機10是否被富混合物供給燃料的多個傳感器收到信息。傳感器可以包括上述傳感器和其它的在計量器84中的一個或多個傳感器，在燃燒器82中的一個或多個傳感器；和/或在后處理系統40中的一個或多個傳感器。也可將傳感器放置在柴油發動機10的其它地方，只要它們可被ecu50使用以判斷柴油發動機10是否被供給了富空氣/燃料混合物。

可使用的傳感器的類型和它們的放置取決于系統設計參數。例如，氧傳感器23可用于測定離開柴油發動機中心的廢氣流中氧的量。燃料傳感器也可用于測定廢氣流中燃料的量。ecu50使用的以控制柴油發動機10的運行的燃料噴射參數對于判斷柴油發動機10是否被供給了富混合物燃料也有用。也可使用其它傳感器類型和結構。

主動烴噴射系統80可包括連接以由ecu50控制的烴噴射器86。將ecu50構造成當從多個傳感器提供的信息指示壓燃式發動機10由富空氣/燃料混合物供給燃料時，控制烴噴射器86將烴噴射到廢氣系統85中。或者，可將ecu50構造成當期望或需要通過三效催化劑54還原nox時，例如當廢氣再循環減少或停止時，控制烴噴射器86將烴噴射到廢氣系統85中。ecu50可控制廢氣系統部分85的其它組件的運行，或可提供用于烴噴射系統80的專用控制器。噴射的烴可是液體或氣體形式，并可通過烴噴射器86在一個或多個位置噴射。

根據某些實施方式，被噴射的烴可以是柴油燃料，其可通常從相關車輛的燃料箱或其它儲存器供應到主動烴噴射器系統80。此外，可將ecu50構造成可調節被噴射到廢氣流中的烴的時間的量和/或持續時間，例如基于發動機10由貧或富空氣/燃料混合物供給的程度。還可將ecu50構造成在確定烴被噴射到廢氣流中的量或持續時間時，考慮廢氣流的條件之外的各種其它因素。例如，ecu50可以基于感測和/或計算的twc54的性能損失(例如與twc54的老化相關的性能損失或劣化)來進一步提高烴被噴射到廢氣流中的量和/或持續時間。

圖6是操作流程圖，可執行所述操作從而將烴噴射入壓燃式發動機(例如發動機10)的廢氣中。如圖所示，在205提供來自發動機的廢氣流。來自發動機的廢氣包括nox。在操作210，直接和/或間接地確定發動機10是否由貧或富空氣/燃料混合物供給燃料。如果如在操作215所決定的，發動機10不是由富空氣/燃料混合物供給燃料，那么所述方法回到操作210。然而，在操作215檢測到通過富混合物的燃料供給，將一定量的烴(hc)噴射到氣體廢氣中，所述氣體廢氣轉而在操作220被提供給twc。在操作225，該方法可以確定噴射的烴是否足以達到期望的廢氣參數。這樣的參數可包括是否已通過twc將nox減少到低于預定水平。如果沒有，可再進行操作220直到在操作225處檢測到所希望的廢氣參數。

圖7顯示了在如圖1所示的示例性柴油發動機系統的瞬態運行期間發動機速度和輸出扭矩的變化。圖8顯示了在圖7所示的瞬態運行下從twc輸出的nox的變化。此外，為了示例性目的，圖8說明了每個發動機沖程的不同烴噴射速率對從twc輸出的nox水平的影響。此外，圖8通常將噴射速率標識為“a”、“b”、“c”、“d”和“e”，噴射速率以升序從“a”(最低注射速率)增加到“e”(最高噴射速率)。為了比較，還繪制了進入twc的nox的水平。另外，為了進一步比較的目的，在不將烴噴射到廢氣流中的情況下，離開twc的nox的水平將假定與進入twc的nox的水平相同。

圖7所示的瞬態運行被執行多次以達到圖8所示的數據。在每次執行中，將不同量的烴噴射入廢氣流中。如圖8所示，除了別的以外，當烴已經噴射到廢氣流中時，在所述瞬態條件期間從twc輸出的總nox減少。如圖所示，各種水平的烴噴射實現在從twc輸出的廢氣中的不同水平的nox還原。可以通過在功率計上對發動機進行受控測試來得到用于各種系統的烴噴射的可選量。

在另一個實施方式中，優選在發動機的整個運行范圍內，調整并配制第一催化劑和第二催化劑以減少nox排放并將nox排放保持在低于第一預定水平，并且廢氣也用scr催化劑(在例如來自在scr催化劑上游定量供給的def的氨的存在下)處理，所述scr催化劑將nox排放減少到比第一水平低的第二預定水平。眾所周知，使用選擇性催化還原(scr)來減少來自壓燃式內燃機的nox排放。當用于減少來自柴油發動機的nox排放時，選擇性催化還原涉及在用scr催化劑處理廢氣流(例如流過或通過scr催化劑)之前將霧化的尿素或氨噴射到發動機的廢氣流中。通過scr催化劑的廢氣處理可以在通過第一催化劑和第二催化劑(其可以是doc和三效催化劑)處理廢氣之前，期間或之后。

常用scr系統的主要部件是用于存儲脲的罐，用于將脲輸送到廢氣中的噴射系統(該計量通常由基于各種感測或確定的發動機和/或廢氣條件的ecu控制)和在其上發生nox還原的scr催化劑。scr系統的缺點是需要重新填充脲存儲罐的頻率。通過使用用于將nox排放減少至如本文所述的第一預定水平(該第一預定水平可以例如仍然高于規定的最大nox排放水平)的第一催化劑和第二催化劑與用于進一步將nox排放在scr催化劑上減少至第二、較低的水平的scr系統的組合，可以比scr系統本身為了保持nox排放那樣低的水平所需的脲(或其它scr系統中使用的還原劑)需要更少的脲的方式，將nox排放保持在第二、較低水平(其可以例如低于規定的最大nox排放水平)或低于該水平。

雖然已知在后處理系統中使用nox阱以將nox排放保持在低于預定水平，但是nox阱的缺點是它們具有最大的nox存儲容量，這個缺點通過本文公開的各種實施方式克服。因此，例如，在使用nox阱的后處理系統中，在連續運行的一段時間之后，nox阱將不再能夠捕集廢氣中存在的任何另外的nox，并且控制系統需要以一定間隔吹掃nox阱以隨后允許進一步捕獲額外的nox。本文公開的兩個催化劑系統實時轉化nox而不存儲累積的捕集的nox，使得無論發動機連續運行多長時間，nox轉化和還原都可以連續發生，并且不需要進行吹掃操作的控制。