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    用于 涡轮 增压 发动 紧密 连接 排气 处理 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110124251.7

    申请日:

    2011.03.30

    公开号:

    CN102220895A

    公开日:

    2011.10.19

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F01N 3/035申请日:20110330|||公开
    IPC分类号: F01N3/035; F01N3/20; F01N5/02; F01N13/00(2010.01)I; F02C6/12 主分类号: F01N3/035
    申请人: 通用汽车环球科技运作有限责任公司; 里卡多公司
    发明人: D·本内特; B·G·科珀; H·W·托马斯; N·温德
    地址: 美国密执安州
    优先权: 2010.03.30 US 12/750231
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 薛峰;谭祐祥
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110124251.7

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2015.06.17|||2011.11.30|||2011.10.19

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及用于涡轮增压发动机的紧密连接的排气后处理系统。具体地,紧密连接的排气后处理系统包括第一排气通道,其包括在第一位置和第二位置之间可操作的第一阀,第一位置将第一排气通道内的排气流推进到第一氧化催化剂的入口,第二位置推进第二排气通道内的排气流。其还包括流体连接到OC出口的第三排气通道,第三排气通道包括在第一位置和第二位置之间可操作的第二阀;第一位置将第三排气通道内的排气流推进到颗粒过滤器(PF)的入口,第二位置推进排气流经过第四排气通道到达第二排气通道内的入口。其还包括涡轮增压器和选择性催化还原(SCR)催化剂,涡轮增压器与入口下游的第二排气通道流体连接,所述催化剂位于涡轮增压器下游和PF上游。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种紧密连接的排气后处理系统和涡轮增压器,包括:
    第一排气通道,其包括在第一位置和第二位置之间可操作的第一阀,所述第一位置将所述第一排气通道内的排气流推进到氧化催化剂(OC)的入口,所述第二位置推进第二排气通道内的排气流;
    第三排气通道,其流体连接到所述氧化催化剂出口,所述第三排气通道包括在第一位置和第二位置之间可操作的第二阀;所述第一位置将所述第三排气通道内的排气流推进到颗粒过滤器(PF)的入口,所述第二位置推进所述排气流经过第四排气通道到达所述第二排气通道内的入口;
    涡轮增压器,其流体连接到所述入口下游的所述第二排气通道;
    选择性催化还原(SCR)催化剂,其位于所述涡轮增压器下游并流体连接到所述涡轮增压器以从所述涡轮增压器中接收排气流,并且所述选择性催化还原催化剂位于所述颗粒过滤器上游并流体连接到所述颗粒过滤器以向所述颗粒过滤器提供排气流。

    2.  如权利要求1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,还包括壳体,其中所述氧化催化剂、选择性催化还原催化剂和颗粒过滤器都设置在所述壳体内。

    3.  如权利要求2所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述第一排气通道、第二排气通道、第三排气通道和第四排气通道设置在所述壳体上或所述壳体内,或者是二者的结合。

    4.  如权利要求1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,还包括发动机,其中所述第一排气通道附接到所述发动机的排气口。

    5.  如权利要求1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述氧化催化剂包括第一氧化催化剂和第二氧化催化剂,所述第二氧化催化剂流体连接到所述第一氧化催化剂并位于所述第一氧化催化剂下游。

    6.  如权利要求1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述涡轮增压器设置在所述壳体上。

    7.  如权利要求1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述第一阀和所述第二阀的位置可移动地配置为限定第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式。

    8.  如权利要求7所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中在所述第一工作模式下,所述第一阀处于所述第一位置,所述第二阀处于所述第二位置,并且排气流沿着第一路径通过所述氧化催化剂、涡轮增压器和选择性催化还原催化剂。

    9.  如权利要求7所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中在所述第二工作模式下,所述第一阀处于所述第二位置,所述第二阀处于所述第二位置,并且排气流沿着第二路径通过所述涡轮增压器、选择性催化还原催化剂和颗粒过滤器。

    10.  如权利要求7所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中在所述第三工作模式下,所述第一阀处于所述第一位置,所述第二阀处于所述第一位置,并且排气流沿着第三路径通过所述氧化催化剂和所述颗粒过滤器。

    说明书

    说明书用于涡轮增压发动的紧密连接的排气后处理系统
    技术领域
    本发明的示例性实施例涉及排气后处理系统,更具体地说,涉及用于稀燃内燃机和具有该稀燃内燃机的车辆的排气后处理系统。
    背景技术
    内燃机需要满足减排和提高燃油经济性的各种法规。提高燃油经济性的方法的一个例子是使运行的内燃机的空/燃比贫于(多氧)化学计量的空燃比。稀燃发动机的例子包括压燃式(柴油机)和稀燃式火花点火发动机。虽然稀燃发动机具有较好的燃油经济性,和较低的燃烧温度,但较低的燃烧温度通?;崽岣叻⒍欧胖械趸?NOX)的排放量,但是由于缺少有效的方法在稀排气流从排气尾管排出之前除去足够的NOX以满足法规,所以稀燃发动机的商业应用受到了限制。
    从包括过量氧气的排气流中减少NOX排放物对于车辆制造商来说是个挑战。据估计,要遵守美国Bin5法规,需要后处理系统在200-550℃范围的各种工作温度时基于当前预测的发动机排放NOX水平,能够在FTP(联邦测试程序)循环中具有70-90%的NOX转化效率。
    各种后处理系统已经被应用到采用了各种排气后处理装置的车辆设备上。尿素选择性催化还原(SCR)催化剂装置采用NOX还原剂,例如尿素,其被喷射到催化剂的上游,并被转化为氨以用于从NOX到N2的还原。利用尿素作为还原剂需要尿素分配基础结构和用于该二次流体的车载检测系统,而且可能需要热量管理以克服寒冷气候下的潜在问题,该问题由于尿素溶液相对高的冰点(-12℃)而产生。NOX储存SCR催化剂,例如NOx阱(NOx trap),通常需要较大的催化剂容量,大量的铂族金属和含硫量低的燃油,以进行有效的储存操作。这种系统需要周期性的催化剂再生,包括燃油喷射以产生高排气温度以及还原剂喷射以再生催化剂的储存材料。
    虽然采用SCR催化剂的系统已经被用于在具有过量氧气的排气流中的NOx还原,但是各种催化剂的封装(packaging)是个问题,特别是在较短轴距 的小型车辆中,只有较小的可用空间来封装期望的催化剂组合。例如,在一些小型车辆中,为了使SCR催化剂材料的热降解(thermal degradation)最小化,从而使SCR催化剂的工作寿命最大化,需要在最远离发动机并且排气系统工作温度最低处进行封装SCR催化剂。但是这种配置是理想化的,通常没有足够的空间在封装SCR催化剂的同时还为喷射的尿素转化为氨提供所需的混合长度,尤其是如果系统还采用一个或多个附加的排气后处理装置时更是如此,该排气后处理装置用于NOX的还原或者其他排气成分包括一氧化碳(CO)、各种碳氢化合物(HC)、颗粒物(PM)等的氧化或还原。即使这些处理装置设置在远离发动机以降低其工作温度并延长装置工作寿命的位置,仍然经常有发生冲突的考虑,例如装置的再生,其需要通过再加热周期性地提高装置温度,这通常消耗燃油并降低了发动机和车辆的效率并降低了燃油经济性。总体来说,排气处理系统必须平衡这些冲突的考虑,满足可行的排放控制需求,尤其是NOX的还原,同时满足可行的燃油经济性和其他的发动机和/或车辆需求。
    因此,需要提供用于内燃机尤其是车辆发动机的排气后处理系统,其能提供增强的灵活性以满足冲突性的需求,包括与NOX还原、燃油经济性、热管理、系统/装置工作寿命等有关的需求。
    发明内容
    在本发明的一个示例性实施例中,提供了一种紧密连接的排气后处理系统。该系统包括,第一排气通道,其包括在第一位置和第二位置之间可操作的第一阀,该第一位置将第一排气通道内的排气流推进到第一氧化催化剂(OC)的入口,该第二位置推进第二排气通道内的排气流。该系统还包括第三排气通道,其流体连接到该OC出口,该第三排气通道包括在第一位置和第二位置之间可操作的第二阀;该第一位置将第三排气通道内的排气流推进到颗粒过滤器(PF)的入口,该第二位置推进排气流经过第四排气通道到达第二排气通道内的入口。该系统还包括涡轮增压器,其流体连接到上述入口下游的第二排气通道,该系统还包括选择性催化还原(SCR)催化剂,其流体连接到该涡轮增压器以从该涡轮增压器接收排气流,其中颗粒过滤器还流体连接到选择性催化还原催化剂以从该选择性催化还原催化剂接收排气流。
    本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面参考附图对本发明的 具体描述中更容易理解。
    本发明还提供如下技术方案:
    1.一种紧密连接的排气后处理系统和涡轮增压器,包括:
    第一排气通道,其包括在第一位置和第二位置之间可操作的第一阀,所述第一位置将所述第一排气通道内的排气流推进到氧化催化剂(OC)的入口,所述第二位置推进第二排气通道内的排气流;
    第三排气通道,其流体连接到所述氧化催化剂出口,所述第三排气通道包括在第一位置和第二位置之间可操作的第二阀;所述第一位置将所述第三排气通道内的排气流推进到颗粒过滤器(PF)的入口,所述第二位置推进所述排气流经过第四排气通道到达所述第二排气通道内的入口;
    涡轮增压器,其流体连接到所述入口下游的所述第二排气通道;
    选择性催化还原(SCR)催化剂,其位于所述涡轮增压器下游并流体连接到所述涡轮增压器以从所述涡轮增压器中接收排气流,并且所述选择性催化还原催化剂位于所述颗粒过滤器上游并流体连接到所述颗粒过滤器以向所述颗粒过滤器提供排气流。
    2.如方案1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,还包括壳体,其中所述氧化催化剂、选择性催化还原催化剂和颗粒过滤器都设置在所述壳体内。
    3.如方案2所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述第一排气通道、第二排气通道、第三排气通道和第四排气通道设置在所述壳体上或所述壳体内,或者是二者的结合。
    4.如方案1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,还包括发动机,其中所述第一排气通道附接到所述发动机的排气口。
    5.如方案1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述氧化催化剂包括第一氧化催化剂和第二氧化催化剂,所述第二氧化催化剂流体连接到所述第一氧化催化剂并位于所述第一氧化催化剂下游。
    6.如方案1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述涡轮增压器设置在所述壳体上。
    7.如方案1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述第一阀和所述第二阀的位置可移动地配置为限定第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式。
    8.如方案7所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中在所述第一工作模式下,所述第一阀处于所述第一位置,所述第二阀处于所述第二位置,并且排气流沿着第一路径通过所述氧化催化剂、涡轮增压器和选择性催化还原催化剂。
    9.如方案7所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中在所述第二工作模式下,所述第一阀处于所述第二位置,所述第二阀处于所述第二位置,并且排气流沿着第二路径通过所述涡轮增压器、选择性催化还原催化剂和颗粒过滤器。
    10.如方案7所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中在所述第三工作模式下,所述第一阀处于所述第一位置,所述第二阀处于所述第一位置,并且排气流沿着第三路径通过所述氧化催化剂和所述颗粒过滤器。
    11.如方案7所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述第一阀或第二阀或者它们的组合包括可电控制的阀或可恒温控制的阀,或者其组合。
    12.如方案1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述选择性催化还原催化剂包括稀NOx阱(LNT)或者尿素-选择性催化还原(U-SCR)催化剂,或者其组合。
    13.如方案1所述的排气后处理系统,其中所述选择性催化还原催化剂包括稀NOx阱和尿素-选择性催化还原催化剂,所述稀NOx阱流体连接到所述涡轮增压器并且所述尿素-选择性催化还原催化剂设置在所述颗粒过滤器上。
    14.如方案1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,还包括发动机和壳体,在发动机中所述第一排气通道流体连接到所述发动机的排气口,所述氧化催化剂、选择性催化还原催化剂和颗粒过滤器设置在所述壳体内,并且所述第一排气通道、第二排气通道、第三排气通道和第四排气通道设置在所述壳体上或所述壳体内,或者其组合。
    15.如方案14所述的排气后处理系统和涡轮增压器,还包括废热回收装置,所述废热回收装置热连接到所述氧化催化剂以给第二车辆系统提供热量,所述第二车辆系统可操作地连接到所述发动机。
    16.如方案15所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述废热回收装置是热交换器,所述第二车辆系统包括发动机冷却剂系统、发动机润滑系统、变速器系统、供电系统、储电系统、液压系统、燃料系统或环境控制系统,或者其组合。
    17.如方案15所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述氧化催化剂 和第二车辆系统的热连接可在热连接状态和热断开状态之间切换。
    18.如方案14所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述涡轮增压器的压缩机出口流体连接到所述发动机的进气口,以向其中提供第一增压进气流,并且还包括增压器,所述增压器也流体连接所述进气口,以向其中提供第二增压进气流。
    19.如方案14所述的排气后处理系统和涡轮增压器,还包括废热回收装置,所述废热回收装置流体且热连接到所述排气后处理系统,所述排气后处理系统邻近所述颗粒过滤器,在所述颗粒过滤器的上游或下游,从而向第二系统提供热量,所述第二系统可操作地连接到所述发动机。
    20.如方案19所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述废热回收装置是热交换器,所述第二系统包括发动机冷却剂系统、发动机润滑系统、变速器系统、供电系统、储电系统、液压系统、燃料系统或环境控制系统,或者其组合。
    21.如方案1所述的排气后处理系统和涡轮增压器,还包括所述颗粒过滤器下游的净化催化剂。
    22.如方案21所述的排气后处理系统和涡轮增压器,其中所述净化催化剂包括第二氧化催化剂。
    附图说明
    通过举例的方式,其他目的、特征、优点和细节体现在下文具体实施例的详细说明中,该详细说明参照的附图是:
    图1是本文公开的发动机和紧密连接(closely-coupled)的排气后处理系统的示例性实施例的透视图;
    图2是图1中排气后处理系统的放大的透视图;
    图3、4和5是图1中排气后处理系统在本文公开的各种示例性操作模式的示意图;以及
    图6-8是本文公开的发动机和紧密连接的排气后处理系统的第二示例性实施例在本文公开的各种示例性操作模式的示意图。
    具体实施方式
    参照图1-5,是内燃机10的示例性实施例,其尤其适用于很多类型的机动车辆1,例如汽车、轻型卡车、水上车辆、ATV等,以及各种固定安装设备,例如发电机、泵等。发动机10与排气后处理系统12流体连接,包括多个流体连接的排气后处理装置14,用于处理发动机运行产生的排气流16。排气后处理系统12与涡轮增压器18流体连接,或者与多个涡轮增压器(未示出)流体连接。在一个示例性实施例中,排气后处理系统12被配置为用作紧密连接的系统,在其中排气后处理装置14被容纳在单个壳体20内,该壳体可以与发动机10的排气口24,或者被配置为接收来自多个气缸的排气流并通过至少一个排气口24将排气流排出的排气歧管22直接连接,从而减少热损失和提高某些排气后处理装置14的工作效率。排气后处理装置14通过内部管道和阀的结合被流体连接,这些管道和阀允许对排气流16灵活地重新配置和控制,以提供多种工作模式。这些工作模式可被用于对排气后处理系统12和排气后处理装置14的特定配置进行限定,以提供对预定排气成分的处理或对预定排气后处理装置14进行再生。这些工作模式还可被用于平衡所有排气后处理装置14的工作温度,使得各装置经受的工作温度状况为该装置提供预定的工作寿命。该排气后处理系统12然后可被设计为使各排气后处理装置14获得最小的预定工作寿命,这提供了排气后处理12的预定平均无故障时间(MTBF)或其他工作寿命参数。例如,当从发动机10到排气后处理系统12的排气流16包含未燃HC时,管道和阀的配置限定了用于发动机10冷启动的启动模式(图2和3),从而促进OC 26的快速点火以氧化HC和防止或减少HC排出系统。在该模式中,系统12引导排气流16流过涡轮增压器18、SCR催化剂28和PF 30以获得它们的工作效果,以及加热SCR催化剂28和PF 30并提高它们的工作温度。作为另一个例子,普通工作模式(图2和4)被管道和阀38,50的配置所限定,一旦达到预定工作温度或排气成分的混合,或两种都满足时,将排气流16分流绕过OC 26并流过涡轮增压器18、SCR催化剂28和PF 30。作为另一个例子,再生模式(图2和5)可被管道和阀的配置所限定,以促使排气流16流过OC 26直接到PF 30,同时分流绕过涡轮增压器18和部分SCR催化剂28,从而通过PF 30的过滤作用收集到的PM的氧化使PF 30再生。
    再次参照图1-5,排气后处理系统12可与任何涡轮增压内燃机10和发动机控制系统32一起使用。示例性发动机10和发动机控制系统32包括传统的四缸 柴油机、汽油机或天然气燃料内燃机和发动机电子控制???ECM)34。发动机10可包括压燃式发动机或柴油机,其具有工作状况使得其主要是稀燃发动机,并且在空气/燃料混合物中燃料量低于或稀于燃烧所需的化学计量下操作,或者从另一方面讲,氧气超过化学计量。替代地,发动机10可包括采用化学计量稀燃操作的多个发动机控制策略中任一个的发动机,化学计量稀燃操作例如是均质充气压燃发动机和稀燃火花点火发动机。发动机10包括与曲轴(未示出)连接的一个或多个往复活塞(未示出),曲轴可操作地与车辆1的传动系统(未示出)或动力系(未示出)连接,从而向传动系统传递牵引扭矩。在工作期间,发动机10中的内部燃烧过程产生的排气进料流(feedstream)或排气流16沿图示方向流动,并包括受控制的成分作为燃烧副产物,其在从系统中释放例如释放到外部环境之前必须被排气后处理系统12转化。发动机10在稀燃条件下产生的排气流16的成分包括HC,CO,NOx和PM。
    排气后处理系统12是集成系统,用于处理排气流16中的控制(regulated)成分以产生这样的气流,该气流包含非控制成分或者控制成分的量可从系统排向外部环境,例如通过把控制成分的量减少到可接收的水平或者通过化学方法把控制成分转化为可排放的非控制物质。一个排气歧管22或者多个歧管以及相关管道把排气流16输送和引导到排气口24,并经过排气口流进排气后处理系统12。内部排气歧管22,即图3-5所示位于气缸盖或发动机内,对于促进排气后处理系统12的紧密连接是尤其有用的,但是内部和外部排气歧管都可用于与排气后处理系统12的连接。
    排气后处理系统12包括多个流体连接并容纳在壳体20内的排气后处理装置14,并由多个管道和阀的组合连接,该阀可以从一个位置(例如,开)切换到另一个位置(例如,关),以限定多个穿过系统的气流通道,提供多种不同的排气后处理装置的组合。阀可以从全开移动到全闭位置,也可以移动到部分开或部分闭的位置??翘?0可以具有任何合适的壳体形状或尺寸,可以由任何合适的能承受系统的工作温度的高温材料形成,在一个示例性实施例中,工作温度范围是约200-550℃??翘?0的合适材料包括各种金属,例如各种等级的不锈钢,以及各种陶瓷材料。排气后处理装置14的多种组合限定了相应的排气后处理系统12工作的多种工作模式或构型。
    排气后处理系统12还包括与排气口24流体连接的第一排气管36。此处所 述的流体连接是指密封的连接,足以允许排气后处理系统12和排气后处理装置14内的排气流16具有预定工作压力和流速??梢酝ü车牧魈辶幼爸媒辛魈辶?,包括可关闭或可夹紧的法兰和密封圈、密封垫或密封件、焊接件等。第一排气管36包括可操作的,即根据预定工作控制方案或结构可移动的,第一阀38,在第一位置40(图3和5)和第二位置42(图4)之间移动。第一阀38移动到第一位置40促进了第一排气管36内的排气流16流向OC 26入口。OC 26可被容纳在壳体20内形成的腔内,或者容纳在设置在壳体20内的单独的罐44内,例如金属罐。第一阀38移动到第二位置42促进了第二排气管46内排气流16的流动,第二排气管在第一阀38和涡轮增压器18的入口之间延伸。
    排气后处理系统12还包括与OC 26的出口流体连接的第三排气管48。第三排气管48从OC 26的出口延伸到PF 30的入口。第三排气管48包括在第一位置52(图5)和第二位置54(图3和4)之间可操作的第二阀50。第二阀50向第一位置52的移动促使第三排气管48内的排气流16流到PF 30的入口。第二阀50向第二位置54的移动促使排气流16经第四排气管56(图3)流到第二排气管46内的入口58。
    排气后处理系统12被配置为与涡轮增压器18一起使用。涡轮增压器18包括涡轮机蜗螺管道60,其绕涡轮机叶轮向内盘旋,并通过涡轮机喷嘴与管道流体连通。该喷嘴引导排气流16穿过涡轮机叶轮上的涡轮机叶片并通过涡轮机出口62被排出,从而引起涡轮机叶轮和与之连接的涡轮机轴的转动;进而带动压缩机叶轮转动,该压缩机叶轮与所述轴的相反端连接。压缩机叶轮的转动把空气吸入压缩机进气口64,然后空气流过压缩机喷嘴时被压缩,然后穿过压缩机螺旋管道66和压缩机出气口68时作为增压进气流70。涡轮增压器18被设置在壳体20和涡轮机进气口72处,该进气口72朝向涡轮机螺旋管道60打开并与进气口58下游的第二排气管46流体连接。涡轮增压器18作为排气热回收装置,被配置为产生增压进气流70以提高发动机10的工作效率。
    排气后处理系统12还包括SCR催化剂28,其与涡轮机出气口62流体连接以接收来自该出气口的排气流16。PF催化剂30与SCR催化剂28流体连接以接收来自SCR催化剂28的排气流16。PF 30与管道73流体连接以把处理后的排气流16排向外界环境。SCR催化剂28和PF 30中的每一个可被容纳在壳体20中的各个腔内,或者被分别容纳在各个罐74,76内,例如金属罐,这些 罐被设置在壳体20内。PF 30还包括设置在过滤器上的SCR催化剂90’,包括尿素-SCR(U-SCR)催化剂以及与PF 30的组合,U-SCR催化剂可被容纳在单个罐(例如罐76)内。
    第一排气管36,第二排气管46,第三排气管48和第四排气管56可以在壳体20内形成为集成的管,或者包括与各个排气后处理装置14流体连接或者互相流体连接的单独通道或管,如本文所述,并被设置在壳体20上或壳体20内。通过设置在壳体20上,一个或多个管中的全部或一部分被设置在壳体20的外部,或者穿过壳体20的外壁延伸,如图1和2所示。
    第一阀38和第二阀50每个都包括电子控制阀或恒温控制阀,或者包括电子控制阀或恒温控制阀的组合。第一阀38和第二阀50包括任何合适的高温阀,其具有与排气后处理系统12同量的工作温度范围,包括任何合适的阀机构,包括门阀、提升阀、旋塞阀、球阀、止回阀、蝶阀、隔膜阀、球形阀、针阀或夹管阀,或者它们的组合。第一阀38和第二阀50可以利用恒温器或其他机械致动器被机械致动,或者利用电动马达或电磁阀被电致动,或利用它们的组合。
    如上所述并参照图3-5,第一阀38和第二阀50的位置可以可移动地被配置和控制,以限定多个工作模式,包括第一工作模式78(图3),第二工作模式80(图4)和第三工作模式82(图5)。例如,在图3-5所示工作模式的实施例中,第一阀38在第一位置40和第二位置42之间是可移动的,第一位置40完全打开第一排气管36并基本关闭第二排气管46,第二位置42基本关闭第一排气管36并完全打开第二排气管46。类似地,第二阀50在第一位置52和第二位置54之间是可移动的,第一位置52完全打开第三排气管48并基本关闭第四排气管56,第二位置54基本关闭第三排气管48并完全打开第四排气管56。在其他示例性实施例中,第一阀38和第二阀50的其他位置也是可行的,包括限定这些阀部分打开和部分关闭的第一和第二位置的那些位置,或者利用这些阀的两个以上位置限定相应的多个工作模式,或者利用这些阀的连续可变位置限定相应的多个工作模式。
    在第一工作模式78中,第一阀38位于第一位置40并且第二阀50位于第二位置54,排气流16沿着第一路径84(图2)流过OC 26、涡轮增压器18、SCR催化剂28和PF 30。第一工作模式78尤其适合作为启动或冷启动模式,如本文所述,其中发动机10和排气后处理系统12尚未达到预定工作温度或预定 的排气成分混合物,例如,发动机10和排气后处理系统12的温度比预定工作温度更低(更冷),或者尚未获得预定成分的稀燃混合物(例如,排气成分混合物是燃料或富含HC)。在第一工作模式中,第一涡轮增压器18被配置为向发动机的进气口111提供增压进气流70,或者替代地向进气歧管113提供增压进气流以分配到发动机气缸(未示出)。
    在第二工作模式80中(图4),第一阀38位于第二位置42并且第二阀位于第二位置54,排气流16沿着第二路径86(图2)流过涡轮增压器18、SCR催化剂28和PF 30。第二工作模式80尤其可用于普通工作模式,如本文所述,其中发动机10和排气后处理系统12已经达到预定工作温度或预定的排气成分混合物,例如,发动机10和排气后处理系统12的温度等于或大于预定工作温度,其中SCR催化剂28和PF 30正在起作用,或者处于与期望工作温度相关的温度范围内,或者已经达到预定的排气成分稀燃混合物(例如,排气具有代表再生条件的温度或混合物,或者NOx浓度大于预定量或出于预定量范围内,需要利用SCR催化剂28或PF 30中的一个或两个来控制废气排放,但是不使用OC 26)。在第二工作模式中,第一涡轮增压器18也被配置为向发动机的进气口111提供增压进气流70,或者向进气歧管113提供进气空气流以分配到发动机气缸(未示出)。
    在第三工作模式82中(图5),第一阀38位于第一位置40并且第二阀位于第一位置52,排气流16沿着第三路径87(图2)经过OC 26和PF 30。第三工作模式82尤其可用于再生模式,如本文所述,其中发动机10和排气后处理系统12已经超过预定工作温度限度或预定的排气成分混合物,或者,已经达到排气成分的再生混合物的再生温度或者再生条件,例如,发动机10和排气后处理系统12的温度大于SCR催化剂28和PF 30的预定工作温度限度,或者已经达到排气成分的预定混合物、预定时间间隔或预定工作参数或条件(例如,PF 30上游的背压)。在第三工作模式82中,排气流16的路径被限定,使其在期望的再生完成之前不流过涡轮增压器18或SCR催化剂28。在该模式期间,流过涡轮增压器18的排气流16不足以产生预定的增压进气流70或发动机10期望的增压。在这种情况下,以及在过渡状态期间,即涡轮增压器排气输入和增压进气流70从一个模式变化到另一个模式期间,当第一阀38和第二阀50的位置正在变化时,流过涡轮增压器18的排气流16也不足以产生预定的增压进气流70 或发动机10期望的增压。在这种情况下,工作模式变为第一模式78或第二模式80中的一个,以提供预定的增压进气流70?;蛘?,希望提供办法以对增压进气流70补充增压进气流的附加量,如本文所述,使得系统保持在第三工作模式82的同时还提供增压进气流的期望量。
    在一个示例性实施例中,排气后处理装置14包括OC 26,SCR催化剂28和PF 30,更特别地,其中发动机10是柴油发动机,可以包括柴油OC 26(DOC),SCR催化剂28和柴油PF 30(DPF)。SCR催化剂28可包括任何合适的SCR催化剂28或SCR催化剂28的组合。在一个示例性实施例中,SCR催化剂28可包括稀NOx阱(LNT)88或U-SCR催化剂90?;蛘?,SCR催化剂28可包括LNT 88和U-SCR催化剂90的组合(图2)。甚至更特别地,SCR催化剂28可包括LNT 88位于涡轮机出气口62下游并与涡轮机出气口62流体连接,而U-SCR催化剂90位于LNT 88下游并与LNT 88流体连接的配置(图2)。替代地,U-SCR催化剂90’可被容纳在PF 30内。在该配置中,U-SCR催化剂90’和PF 30可被容纳在单个的基底内,或者更特别地,U-SCR催化剂90’可被设置在PF 30上,并包括二元催化剂,如本文所述。
    在图1-5的示例性实施例中,OC 26与发动机10流体连通,参照排气流16,其位于SCR催化剂28上游,包括LNT催化剂88和U-SCR催化剂90,被配置为氧化排气流16的特定成分,以产生非控制产物或成分,它们适于排气处理系统12的其他成分的进一步处理,如本文所述。在排气后处理系统12的第一工作模式78(图3)中,OC 26与LNT催化剂88,U-SCR催化剂90和二元催化剂流体连接,二元催化剂分别包括PF 30和U-SCR催化剂90’。在第二工作模式80(图4)中,排气流16绕过OC26并分流穿过LNT催化剂88,U-SCR催化剂90和二元催化剂,二元催化剂分别包括PF 30和U-SCR催化剂90’。如果希望在该工作模式中利用U-SCR催化剂90,90’,阀38可以被单独部分打开,以促进第一、第三、第四和第二排气管中排气流16的部分从尿素喷射器106向U-SCR催化剂90,90’输送尿素?;蛘?,阀38可被设置在第二位置42,第二尿素喷射器106’也与尿素箱112流体连接,该第二尿素喷射器106’被设置在第二排气管46,例如在位置45,从而为U-SCR催化剂90,90’提供尿素。在第三工作模式82中(图5),OC 26只与PF 30和U-SCR催化剂90’流体连接,以避免LNT催化剂88的服役寿命的损失或减少。在一个示例性实施例中,OC 26是一 个直通装置,其包括金属或陶瓷整料(monolith)或基底,所述整料或基底具有蜂窝状结构,该蜂窝状结构包括多个大体平行、纵向延伸、互相连接的隔室,以提供包括多个流体通道的网络,以接收排气流16,并被隔室壁的相应网络分隔开。所述基底具有沿着隔室壁的大的表面积。该隔室壁具有涂层,该涂层包括具有表面的多孔陶瓷载体,该表面被铂系金属催化剂的催化活性量涂覆。合适铂系金属包括Pt,Pd,Rh,Ru,Os或Ir,或者它们的组合。这些铂系金属中,Pt或Pd,或它们的组合,包括它们的合金,都是尤其有用的。由于排气流16横贯OC 26的长度,尤其是气流通道和有涂层的隔室壁,因此铂系金属催化剂把CO催化氧化为CO2,以及催化氧化各种HC成分,包括气态碳氢化合物和液态碳氢化合物颗粒,例如未燃燃料或油,或有目的地引入排气后处理系统以形成CO2和H2O的燃料或其他HC,从而减少有害排放。例如,在第一工作模式78中,控制系统32,包括ECM 34,可被用于使燃烧产生的排气流16中的HC水平高于正常燃烧期间化学计量的空气/燃料混合物产生的HC水平。OC 26被配置为通过将HC增加量的至少一部分氧化,引发并催化HC的分解,从而减少或防止排气流中的HC到达U-SCR催化剂90,90’,降低了这些装置催化NOx的能力而使这些装置中毒,或者防止排气流中的HC从排气后处理系统12释放到外部环境。放热的氧化反应还把其他的排气处理装置14,包括SCR催化剂28,加热到本文所述的预定工作温度。在另一个例子中,在第三工作模式82中,控制系统32包括ECM 34,可被用于使燃烧产生的排气流16中的HC水平高于正常燃烧期间化学计量的空气/燃料混合物产生的HC水平,放热氧化反应产生的热量可被用于通过氧化其中夹带的PM使PF 30再生。
    OC 26可被配置为通过氧化反应把各种受控制的排气成分转化为其他受控制的或非控制废气排放物。例如,OC 26可被配置为把碳氢化合物(HC)氧化为二氧化碳(CO2)和水(H2O),把一氧化碳(CO)转化为二氧化碳(CO2),把二氧化硫(SO2)转化为三氧化硫(SO3)和/或硫酸(H2SO4),以及把一氧化氮(NO)转化为二氧化氮(NO2)或其他转化。应当理解的是,OC 26可被配置为,根据起反应的化合物以及它们在排气流16中的浓度、OC 26的温度、选作催化剂的铂系金属,执行上述转化的任何一个,上述转化的组合,或者甚至所有的上述转化。其他氧化也可以想到,例如醛类、多环芳碳氢化合物或其他物质的氧化。另外,OC 26中的反应可被用于降低特定排放物成分的气味。
    OC 26被设置在壳体20内。它可以被设置在壳体20内形成的腔92内,或者,可以被设置在罐44内,该罐44被设置壳体20内提供支撑并把排气流16从OC 26引导出来或把排气流16引导到OC 26,例如具有进气口和出气口的金属罐被配置,或者同时被设置在腔92和罐44内。腔92或罐44包括任何合适的形状或尺寸,包括具有圆柱形的形状。该隔间还包括附加的结构,例如接近隔间进气口23(图2和3-5)设置的圆柱形的进气管21(图2),以及接近隔间出气口27设置的圆柱形的出气管25(图2),用于把OC 26流体连接到排气后处理系统12的排气管和/或另一个隔间。应当知道的是OC 26,包括壳体20,可以包括一个或多个附加的排气部件(图3)以便于OC 26、或排气后处理系统12、或控制系统32的运行,包括但不限于各种气体传感器98(例如,NOx)、温度传感器100、压力传感器102、HC喷射器104或尿素喷射器106。这些附加的结构对于监测排气流16的特性是尤其有利的,所述特性例如是特定排气成分(例如,PM等)的流速,对于确定是否需要启动OC 26、SCR催化剂28、包括LNT催化剂88或U-SCR催化剂90,90’或PF 30再生的运行是尤其有利的。
    在一个特别的配置中,OC 26被配置为把排气流16中的一氧化氮氧化为二氧化氮。当排气后处理系统12中存在合适的反应条件时,通过在LNT催化剂88中储存二氧化氮或通过U-SCR催化剂90,90’还原为氮气或两者的组合,使得上述一氧化氮向二氧化氮的转化有助于全体NOx的转化过程,这是有利的。此处所述的氮气和其他成分的氧化在稀燃条件下得到促进,该稀燃条件具有较高的O2水平和较低的HC水平,该条件可以利用包含ECM 34的控制系统32来影响。因此,在LNT催化剂88和U-SCR催化剂90,90’的上游设置OC 26尤其是有利的,尤其是考虑到重新配置排气后处理系统12的能力以根据所述模式改变这些装置的配置时。紧密连接排气后处理系统12也是很有利的,尤其是OC 26,邻近发动机10和排气口24,优选尽可能靠近发动机,从而保持OC 26内的工作温度至少在大约356°F(180℃),更优选地在大约482°F(250℃)到842°F(450℃)的范围。
    在排气后处理系统12和涡轮增压器18的示例性实施例中,如图1-5所示,OC 26包括第一OC 26.1和第二OC 26.2,第二OC 26.2流体连接到第一OC 26.1,并位于第一OC 26.1的下游。通过提供较大的催化反应表面,该配置可被用于 增强OC 26的整体处理能力。其也可用于通过在较大的OC 26.2的上游提供较小的OC 26.1来改变OC 26的引发特性,其中OC 26.1的较小的热质量促进该装置更快地加热和引发,其中OC 26.1的引发所引起的放热反应被用于快速加热OC 26.2,并使得比没有OC 26.1的反应时更快地引发。该配置对于冷启动条件是尤其有利的,因为其促进OC 26.1和OC 26.2两者快速引发并减少HC从排气后处理系统12的排出。在该配置的一个示例性实施例中,第一OC 26.1具有第一体积(V1),第二OC 26.2具有第二体积(V2),其中V1<V2。
    如图1-5的实施例所示,SCR催化剂包括与涡轮增压器18流体连接的LNT88催化剂和U-SCR催化剂90。LNT催化剂88位于比OC 26更靠发动机10下游的位置(相对来说比发动机更远,沿着排气流通道更远),在OC 26和U-SCR催化剂90之间。LNT 88被配置为储存排气流16中的特定成分,尤其是NOx,用于释放和转化以产生非控制的产物或受控制的成分,该受控制的成分适于在排气后处理系统12的其他部件中进行进一步的处理,如本文所述。LNT催化剂88可包括陶瓷流通整料,该陶瓷流通整料具有设置在整料壁上的催化剂涂层。
    LNT催化剂88是个流通装置,包括陶瓷整料或基底,该整料或基底具有蜂窝状结构,该蜂窝状结构包括多个大体平行、纵向延伸、互相连接的隔室,以提供包括多个流体通道的网络,以接收排气流16,并被隔室壁的相应网络分隔开。所述基底具有沿着隔室壁的大的表面积。涂层设置在陶瓷流通整料的隔室壁上。该涂层包括设置在多孔载体上的氧化催化剂、吸附剂和还原剂。该涂层被设置在沿多个隔室通道的隔室壁的任何位置。该涂层包括具有一个表面的多孔载体,该表面被氧化催化剂、吸附剂和还原剂的催化活性量涂覆。在一个示例性实施例中,氧化催化剂包括Pt或Pd;吸附剂包括Ba,Ca,Sr,Mg,K,Na,Li,Cs,La或Y的氧化物或其他化合物或它们的组合;还原剂包括Rh。多孔载体包括多孔陶瓷载体,包括各种多孔沸石基体。陶瓷壁流整料可由任何合适的陶瓷制成,包括堇青石或氧化铝。
    吸收剂是LNT催化剂88的NOx储存材料。该吸收剂被设置在涂层上,还可以延伸到隔室壁内。在比化学计量的空气燃料壁更稀的条件下,即,具有过量的空气,被称为稀条件,NOx被氧化催化剂氧化并主要以硝酸盐的形式被吸附剂吸附储存。当控制系统32提供的条件是排气后处理系统12中比化学计量的空气燃料比更富时,即具有过量的燃料,被称为富条件,通过控制燃烧室10 或利用HC燃料喷射器104直接向排气后处理系统12中喷洒或喷射HC还原剂,NOx被从NOx储存材料中排出。NO与排气中的HC和CO一起被还原为氮气,同时,PF 30中的PM被由此产生的活性氧气所氧化。LNT催化剂88适于在排气后处理系统12和发动机10的整个工作温度范围内提供NOx的吸附,包括从-40°F(大约-40℃)到120°F(大约49℃)的典型的环境车辆储存/启动温度以及高至大约1292°F(大约700℃)的工作温度。通常,LNT催化剂88中NOx的分解在356°F(180℃)的工作温度时开始发生,LNT催化剂88中NOx分解的更优选工作温度是至少大约392°F(200℃),更优选的工作温度范围时从大约482°F(250℃)到大约842°F(450℃)。类似地,二元催化剂的PF 30在发动机10的整个工作温度范围内过滤烟灰,包括从-40°F(大约-40℃)到120°F(大约49℃)的典型的环境车辆储存/启动温度以及高至大约1292°F(大约700℃)的工作温度。PF 30的被动再生和烟灰颗粒的氧化在这样的情况下发生,即NOx的温度范围从482°F(250℃)到大约842°F(450℃),主动再生和烟灰颗粒的氧化在这样的情况下发生,即O2的温度在大约932°F(500℃)或更高,更优选的温度范围是从大约1112°F(600℃)到大约1202°F(650℃)。
    LNT催化剂88的NOx吸附系统包括NOx吸附剂或者吸收器。在NOx吸收器中的储存部件包括碱土元素和碱金属,包括Ba、Ca、Sr、Mg、K、Na、Li、Cs、La或Y,或它们的组合,通常是这些元素的氧化物或其他化合物。NOx吸收器运行的整个循环通过下面的五步来描述:一氧化氮氧化为二氧化氮,氮氧化物(NO2或NO)吸收,第三和第四步是NOx从亚硝酸盐或硝酸盐地点释放,第五步是NOx被还原为氮气。在这个过程中,在富条件下,LNT催化剂88也有利地生成用于U-SCR催化剂90,90’的氨。
    当排气流16经过LNT催化剂88的长度,特别是流道和有涂层的隔室壁,铂系金属催化剂或基底金属催化剂,或者它们的组合,将各种反应物催化,如本文所述。在一个特别的配置中,LNT催化剂88被配置为氧化排气流16中的氮氧化物,以及类似于OC 26中的其他氧化反应。这是有利的,因为当排气后处理系统12中存在合适的还原反应条件时,通过U-SCR催化剂90,90’使其在随后被还原为氮气,这种转换有助于整个NOx转换过程。这发生在氧气水平相对高而HC水平相对低的稀条件下,该条件可以通过包括ECM 34的控制系统32来影响。在相同的配置中,LNT催化剂88也被用于将排气流16中的NOx 还原为氮气,当排气后处理系统12中存在合适的还原反应条件时,比如在发动机排出HC水平较高的工况下,此时氧气被用作加快所述的氧化反应。该还原反应也发生在通过在LNT催化剂88的上游用HC喷射器104直接喷射HC所获得的HC水平较高的工况条件下,该条件可以用包括ECM 34的控制系统32来影响。
    LNT 88被设置在壳体20内。它可以被设置在壳体20内形成的一个腔92中(图2)。它也可以被设置在壳体20内的一个罐74中,比如具有入口和出口的金属罐,或者其他,其被配置为提供支撑和引导排气流16进入LNT催化剂88。它也可以同时被设置在腔92和罐74中。腔92或罐74具有任何合适的形状和尺寸,包括圆柱形。所述的隔间还包括连接结构,比如靠近隔间入口的圆柱形入口管和靠近出口的圆柱形出口管,用于使LNT催化剂88和排气管和/或其他排气后处理系统12的部件流体连接。应当明白LNT催化剂88,包括壳体20,可以包含一个或多个便于LNT催化剂88,或排气后处理系统12,或控制系统32运行的附加排气部件,包括但不限于,各种气体传感器98(例如NOx),温度传感器100,压力传感器102,HC喷射器104或尿素喷射器106,或者其他。这些附加部件用于监视排气流16的特性,这是特别有利的,比如某种排气成分的流速(例如,颗粒物或其他的),这对于确定是否需要启动OC 26、LNT催化剂88,或U-SCR催化剂90,90’的运行或者PF 30的再生是非常有利的。
    在图1-5的实施例中,二元催化剂包括PF 30和U-SCR催化剂90’。该二元催化剂是壁流装置,包括具有蜂巢状结构的陶瓷整料或者基底,其包括多个平行、纵向延伸且相互连接的隔室,从而产生一种包括多个用于排气流16的流动通道的网格,通道由相应的多孔隔室壁的网格隔开。该基底沿着隔室壁具有大的表面积。交叠的相邻隔室具有被堵住的入口或出口之一,所以交叠的入口列用相邻隔室的打开的入口堵住,交叠的出口列用相邻隔室壁的打开的出口堵住。该结构在隔室壁上具有开孔。所以,排气流16流入多个入口并且被强制经过多孔隔室壁,然后进入相邻出口隔室,从那里的多个未堵塞的出口流出。所述孔允许气态成分穿过隔室壁,同时PM被捕获在该孔内,所以提供PF 30的PM过滤动作。U-SCR催化剂90’是一种设置在陶瓷壁流整料上的涂层。该涂层包括设置在陶瓷基体上的SCR催化剂。该涂层沿着多个入口通道或者出口通道,或者两者的隔室壁被设置。在一个示例性实施例中,该涂层被设置在多个出口 通道上。该涂层包括具有表面的多孔基体,该表面涂有还原催化剂的催化活性量。该陶瓷壁流整料由任何合适的陶瓷制成,包括堇青石或者氧化铝等等。采用二元催化剂是有利的,因为相对于分开的PF 30和U-SCR催化剂90’实现了空间的减小,同时减少了单独排气部件的数目。二元催化剂,包括PF 30和U-SCR催化剂90’,在排气后处理系统12和发动机10的整个工作温度范围内能提供NOx(U-SCR催化剂90’)的还原和PM(PF 30)的收集,包括典型的环境车辆储存/启动温度和工作温度,如本文所述。被动再生和主动再生以及烟灰颗粒的氧化发生在有O2存在时,如本文所述。
    在一个示例性实施例中,U-SCR催化剂90,90’的涂层包括具有表面的多孔陶瓷基体,该表面涂有基底金属催化剂的催化活性量,也就是一个足以催化所需的化学反应的量。合适的基底金属催化剂包括铜(Cu)或铁(Fe),或它们的组合,包括它们的合金与化合物。该多孔基体包括任何合适的多孔基体。合适的多孔基体包括各种沸石,比如含有氧化铝的,包括各种水合硅酸铝。在铜催化剂的情况下,合适的沸石是一种已知的商品ZSM-5。在另一个示例性实施例中,涂层包括具有表面的多孔陶瓷基体,该表面涂有基底金属催化剂的催化活性量,基底金属催化剂包括钒,包括其合金与化合物,比如氧化钒(V2O5)。该多孔基体包括任何合适的多孔基体。合适的多孔基体包括二氧化钛,以及各种含有二氧化钛的沸石,以及氧化铝,包括各种水合硅酸铝。二氧化钛多孔基体包括钨和钼的氧化物?;捉鹗舸呋恋氖褂迷市鞱Ox的转换不使用贵金属。
    U-SCR催化剂90,90’利用氨来还原NOx。在一个示例性实施例中,在U-SCR催化剂90,90’的上游通过引入氨溶液来提供尿素。在U-SCR催化剂90,90’上游足够远的距离处引入尿素能允许尿素在排气流16中分解,从而在进入U-SCR催化剂90,90’之前形成氨。在一种有利的配置中,氨在LNT催化剂88内产生,向下游送到U-SCR催化剂90,90’之一。在该配置中,由于在LNT催化剂88中产生了氨所以需要减少尿素的量。U-SCR催化剂90,90’如上述那样在356°F(180℃)的工作温度下起作用,更优选地是在482°F(250℃)到1022°F(550℃)的范围内工作。
    U-SCR催化剂90’和PF 30包括二元催化剂并且被设置在壳体20内。它们可以被设置在壳体20内形成的腔93中,或者设置在壳体20内的罐76(图3-5)中,比如具有入口和出口的金属罐,或者其他,其被配置为提供支撑和引导排 气流16进入U-SCR催化剂90’和PF 30。腔93或罐76具有任何合适的形状和尺寸,包括圆柱形。所述的隔间还包括连接结构,比如靠近隔间入口的圆柱形入口管和靠近出口的圆柱形出口管,用于使U-SCR催化剂90’和PF 30与排气管和/或排气后处理系统12的其他部件流体连通接。应当明白二元催化剂,包括壳体20,可以包含一个或多个便于二元催化剂,或排气后处理系统12,或控制系统32运行的附加排气部件,包括但不限于,各种气体传感器98(例如NOx),温度传感器100,压力传感器102,HC喷射器104或尿素喷射器106,或者其他。这些附加部件用于监视排气流16的特性,这是特别有利的,比如某种排气成分的流速(例如,颗粒物或其他的),这对于确定是否需要启动U-SCR催化剂90’的运行或者PF 30的再生是非常有利的。
    排气后处理系统12包括排气部件,包括与发动机控制系统32,包括ECM34,信号连通的各种气体传感器98(例如NOx)或温度传感器100,压力传感器102,HC喷射器104或尿素喷射器106。气体传感器98,比如,NOx传感器可操作地感应发动机10排出的排气并产生一个与排气流16中NOx的浓度值相关的电子信号,另外可操作地产生一个与排气流16的空/燃比参数值相关的第二电子信号,从中可确定氧气浓度?;蛘?,气体传感器98包括虚拟传感装置,根据发动机运行工况确定排气流16中的NOx浓度,这是公知技术。温度传感器100可操作地确定用于反馈和诊断的系统12内的工作温度。
    排气后处理系统12可以包括用于在OC 26的上游喷射受控的HC量的HC喷射器104或喷洒装置。示例性HC喷射器104包括燃料喷射器,比如柴油燃料喷射器,用于往排气流16中喷入柴油燃料。燃料管108将加压的燃料从发动机10提供给HC喷射器104。HC喷射器104可操作地连接到发动机控制系统32,其用于控制HC的喷射正时和喷射量(例如,质量流),通常以车辆燃料的形式喷射到排气流16中?;蛘呃醋杂推?未示出)或重整装置(未示出)的碳氢化合物被用于提供HC。
    排气后处理系统12还包括尿素喷洒装置,比如尿素喷射器106,用于在U-SCR催化剂90,90’的上游通过管道114从尿素容器112中喷射受控的尿素或氨的量作为还原剂。如本文所使用的,术语尿素还包括氨(NH3)作为还原剂的使用,因为尿素分解产生作为反应产物的氨,氨作为一种还原剂用于U-SCR催化剂90,90’中发生的催化反应。合适的尿素容器的例子是尿素箱。尿素喷洒装 置110可操作地连接到发动机控制系统32,其用于控制尿素喷入排气流16中的正时和数量。当使用尿素作为还原剂时,喷射应当发生在距离U-SCR催化剂90,90’足够远的上游,从而使得尿素在进入催化剂之前分解为氨。
    发动机控制系统32优选包括分散控制??榧芄?,其包括多个提供各种车辆系统的协同控制的控制???,包括本文所述的动力系统??刂葡低晨刹僮鞯丶嗍永醋源凶爸玫氖淙?,综合相关信息,以及执行算法来控制各种致动器,从而满足操作者的需要和实现控制目标,包括燃油经济性、排放、性能、驾驶性和硬件?;さ炔问?。分散控制器架构包括ECM 34,以及用户界面(UI)116,其可操作地信号连接到其他装置,通过用户界面车辆驾驶员能控制或者命令车辆和动力系的运行。驾驶员给UI 116提供输入的装置通常包括加速踏板、刹车踏板、变速器档位选择器以及车辆巡航控制。每一个上述的控制??楹妥爸枚己推渌目刂颇??、装置、传感器和致动器通过高速局域网(LAN)总线相连,总体由标号118表示。LAN总线118允许在各种处理器、控制??楹妥爸弥涔乖炜刂撇问兔畹耐ㄐ?。采用的具体通信协议是通用的。LAN总线118和合适的协议提供在前述控制??楹推渌目刂颇?橹涞穆嘲敉ㄐ藕投嗫刂颇?榱?,其他的控制??樘峁┑墓δ芾缡欠辣乐贫?、牵引控制以及车辆稳定性。
    ECM 34包括通过数据总线与易失存储器装置和非易失存储器装置信号电子相联的中央处理器。ECM 34可操作地连接到传感装置和其他输出装置,从而实时监视和控制发动机10和排气后处理系统12的运行,如所示那样。该输出装置优选包括发动机的正确控制和运行所必要的子系统,包括,例如,空气进气系统,燃料喷射系统,火花点火系统(当采用火花点火发动机时,例如均质充气压缩点火发动机),排气再循环(EGR)系统以及蒸发控制系统。发动机传感装置包括可操作以监视发动机运行、外部条件以及驾驶员需求的装置,通常通过装配线束信号连接到ECM 34。
    存储在非易失存储器装置中的算法由中央处理器执行,其可操作以监视来自传感装置的输入,并且执行发动机控制和诊断程序从而控制发动机的运行,使用预设的校准。使用ECM 34来控制和诊断内燃机10的各种运行情况对本领域技术人员来说是公知的。但是,ECM 34能利用本文所述的排气排放系统12的独特的优点,从而在发动机10的各种工况下最大地减少NOx,同时在PF 30 的再生期间保持可接收的NOx减少水平。
    第一阀38或第二阀50包括电子控制阀,发动机控制系统32包括ECM 34,它们可以被信号连通以配置阀的位置并且限定第一工作模式,第二工作模式或第三工作模式。
    参照图6-8,在另一个示例性实施例中,排气后处理系统12和涡轮增压器18具有上述的部件、配置、功能和工作模式,参照图1-5的实施例,其还可以包括机械增压器118。在该实施例中,涡轮增压器18的压缩机出口68与进气口111或进气歧管113流体连接并流体连通,进气歧管被配置为接收增压进气流,通过发动机10的至少一个进气口111分配给各个气缸,流过通道115的增压进气流作为第一增压进气流被接收?;翟鲅蛊?18也通过通道117与进气口111流体连接并流体连通,以提供第二增压进气流119?;翟鲅蛊?18可被用于为任何目的提供增压进气流的额外量,包括为所述的任何工作模式所用的增压进气流提供额外的量,尤其是第三工作模式82?;翟鲅蛊骰褂糜谠谒彩绷鞫た鱿绿峁┰鲅菇鞯亩钔饬?,例如,从一个工作模式过渡到另一个的期间,同时第一阀38和第二阀50的位置也改变?;翟鲅蛊?18可具有传统结构,可以由发动机10或单独的电动机或其他驱动装置提供动力。
    如图6-8所示,在另一个示例性实施例中,所述的排气后处理系统12还可以选择性地包括废热回收装置120,其与至少一个排气后处理装置14热连接,包括OC 26或PF 30,或者两者,从而给另一个或者第二个车辆系统122提供热量。如图6-8与排气后处理系统12的实施例一起示出的,废热回收装置120也被包含在本发明的其他实施例中,包括图1-5所示的实施例。由于排气后处理系统12中的OC 26和发动机10紧密连接,所以其中的催化剂被配置为快速地达到工作温度,并且随着发动机的冷启动而启动,这样其就能通过加快其中的放热反应而快速地给第二车辆系统122提供热量,通常要比其他用于加热该系统的装置快。第二车辆系统122可以是任何车辆系统,优选是一种在其中车辆1,或发动机10或者系统122的工作性能通过来自OC 26的热量得到提高的车辆系统122,特别是在系统122处于-40°F以下或更低的环境温度的冷启动条件下??梢院蚈C 26热连接的车辆系统122的例子包括发动机冷却剂系统123,发动机润滑系统124,传动系统126,供电系统128,储电系统130,液压系统132,燃料系统134或环境控制系统136,或者它们的组合。
    废热回收装置120可以是任何合适的热回收装置。在一个示例性实施例中,废热回收装置120包括和OC 26热连通的热交换器138。这里,“热连通”是指从一个装置或者一个位置到另一个装置或者位置的热量通道。例如,在OC 26和热交换器138之间的热连通是指从OC 26到热交换器138的热量连通。通常,热连通采用导热材料,比如金属,从排气流16中抽取热量,其中通过热交换加热导热流体,流体通过管道,管件,安装法兰,密封,垫圈和其他结构和特征被传输,从而完成流体到第二车辆系统122的连通??梢圆捎萌魏魏鲜实娜冉换黄?38,包括能和来自车辆系统122的流体直接热交换的,以及通过一个隔开的工作流体与来自车辆系统122的流体间接换热的,还包括通过循环一个隔开的工作流体到车辆系统122从而提供热量的热交换器。所提供的热连通是一种受控制的连通,比如,例如,热连通可以在热连接状态和热断开状态之间切换,比如通过阀139?;蛘呷攘ǖ氖勘豢刂圃谟糜诹ǖ目捎萌攘康?-100%。
    如图6-8所示,排气后处理系统12还包括排气后处理装置14,其具有位于PF 30下游的净化催化剂140,从而进一步改善排气流16并且除去或者转换那些不期望的排气成分,否则它们可能从其他排气处理装置14排出。净化催化剂140包括还原催化剂,包括第二SCR催化剂142,或OC,包括第二OC 144,如图3-5所示,或者它们的组合,如图6-8所示,其中PF 30可以在其下游端具有第二SCR催化剂142,在PF 30和第二SCR催化剂142的下游设置独立的第二OC 144。所述净化催化剂140,无论是第二SCR催化剂142还是第二OC 144,它们都各自具有本文所述的SCR催化剂28和OC 26的结构和组成,或者具有不同的结构和组成。
    虽然本发明参考示例性实施例进行了说明,但是应当明白本领域技术人员在不脱离本发明范围的情况下能做出各种改变或者等同物的替换。另外,在不脱离发明本质的情况下可以做出适合于特定情况和材料的改动。因此,本发明并不被限于作为最佳实施方式被本文所具体描述的实施例,而是包括所有落入发明范围内的实施例。

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