ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ В ВЫХЛОПНОМ ГАЗЕ ДЛЯ КАТАЛИЗАТОРА УДЕРЖИВАНИЯ NOX И SCR-СИСТЕМ Российский патент 2020 года по МПК F01N3/08 F01N3/20 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Устройство для очистки выхлопного газа, в котором используется катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатор селективного каталитического восстановления на фильтре (SCRF), размещенный в выхлопном патрубке двигателя внутреннего сгорания, является широкого применяемым. Как правило, катализатор, используемый в таких очистительных устройствах, способен очищать выхлопной газ от загрязнителей, только когда температура катализатора становится более высокой, чем определенная температура, то есть, катализатор в конвертере не действует, когда температура является более низкой, чем температура активации катализатора.

Обычно катализатор в устройстве для очистки постепенно нагревается выхлопным газом и достигает температуры активации после пуска двигателя. Однако, когда температура двигателя является низкой, например, после холодного пуска двигателя, нагревание катализатора до температуры активации может занимать много времени, поскольку тепло выхлопного газа может отводиться холодной стенкой выхлопного патрубка до того, как он достигнет конвертера. Поэтому при холодном пуске двигателя выхлопной газ двигателя может очищаться недостаточно, так как температура катализатора является более низкой, чем температура активации.

Один подход к более раннему нагреванию выхлопного газа состоит в применении электрической нагревательной системы. Современные системы с использованием электрической энергии часто объединены с подложкой, несущей окислительное покрытие, известной как электрически нагреваемые катализаторы (EHC). Система этого типа нагревает катализатор, позволяя ему преобразовывать углеводороды/дизельное топливо и монооксид углерода с высокими уровнями содержания при низких температурах поступающего выхлопного газа с обусловленной этим экзотермической конвекцией ниже по потоку, обеспечивая более раннее приведение в действие SCR- или SCRF-катализатора. Нагревательный элемент обычно находится перед подложкой.

Проблема с современной системой размещения нагревательного элемента перед подложкой состоит в том, что в системах, где желательно применение катализатора удерживания NOx, нагревательный элемент может нагревать катализатор удерживания NOx, и инициировать термическое высвобождение NOx, прежде чем находящийся ниже по потоку SCR-катализатор достигнет своей температуры активации. Это позволило бы NOx проходить через выхлопную систему, не будучи восстановленным.

Поэтому желательно создание системы, которая подводит тепло к расположенному ниже по потоку SCR, в то же время обеспечивая продолжение удерживания NOx на катализаторе удерживания NOx.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, выхлопная система включает катализатор удерживания NOx; электрический нагревательный элемент; и катализатор восстановления NOx, причем нагревательный элемент размещается ниже по потоку относительно катализатора удерживания NOx. Электрический нагревательный элемент может быть размещен непосредственно позади катализатора удерживания NOx.

В некоторых вариантах исполнения катализатор удерживания NOx включает катализатор для холодного пуска, пассивный NOx-адсорбер и/или ловушку NOx.

В некоторых вариантах исполнения электрический нагревательный элемент размещен ниже по потоку относительно инжектора восстановителя. Инжектор восстановителя может быть включен выше по потоку относительно катализатора восстановления NOx.

В некоторых вариантах исполнения электрический нагревательный элемент связан со смесителем, связан с катализатором гидролиза, и/или связан с катализатором селективного каталитического восстановления (SCR).

В некоторых вариантах исполнения катализатор восстановления NOx представляет собой катализатор селективного каталитического восстановления (SCR). В некоторых вариантах исполнения катализатор восстановления NOx представляет собой катализатор фильтра селективного каталитического восстановления (SCRF). Электрический нагревательный элемент может быть размещен выше по потоку относительно катализатора восстановления NOx. В некоторых вариантах исполнения электрический нагревательный элемент связан с катализатором восстановления NOx. В некоторых вариантах исполнения электрический нагревательный элемент и катализатор восстановления NOx объединены в единой подложке.

Кроме того, система может включать дополнительный катализатор восстановления NOx ниже по потоку относительно электрического нагревательного элемента и катализатора восстановления NOx.

В некоторых вариантах исполнения выхлопная система связана с транспортным средством, имеющим гибридный привод от электромотора и двигателя внутреннего сгорания.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, способ обработки потока выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания включает: (а) адсорбцию NOx на катализаторе удерживания NOx при температурах на уровне низкой температуры или ниже нее; (b) термическую десорбцию NOx с катализатора удерживания NOx при температуре выше низкой температуры; (с) нагревание находящегося ниже по потоку катализатора восстановления NOx электрическим нагревательным элементом; и (d) каталитическое удаление десорбированного NO_x на катализаторе восстановления NOx. В некоторых вариантах исполнения низкая температура составляет величину между около 200°С и около 250°С. В некоторых вариантах исполнения нагревательный элемент нагревает катализатор восстановления NOx в периодическом режиме, тогда как в течение остального времени NOx удерживается на катализаторе удерживания NOx. Катализатор восстановления NOx может быть нагрет до температуры, достаточной для активации катализатора. В некоторых вариантах исполнения электрический нагревательный элемент размещается непосредственно позади катализатора удерживания NOx. В некоторых вариантах исполнения катализатор удерживания NOx включает катализатор для холодного пуска, пассивный NOx-адсорбер и/или ловушку NOx.

В некоторых вариантах исполнения катализатор восстановления NOx представляет собой SCR-катализатор или SCRF-катализатор. Электрический нагревательный элемент может быть размещен выше по потоку относительно катализатора восстановления NOx. В некоторых вариантах исполнения электрический нагревательный элемент связан с катализатором восстановления NOx. В некоторых вариантах исполнения электрический нагревательный элемент и катализатор восстановления NOx объединены в единой подложке. Кроме того, система может включает дополнительный катализатор восстановления NOx ниже по потоку относительно электрического нагревательного элемента и катализатора восстановления NOx.

В некоторых вариантах исполнения выхлопная система связана с транспортным средством, имеющим гибридный привод от электромотора и двигателя внутреннего сгорания.

В некоторых вариантах исполнения описанная выше стадия b способа включает создание термической продувки. Термическая продувка может длиться, например, менее 30 секунд. В некоторых вариантах исполнения продолжительность и временной режим термической продувки выбираются для согласования с описанной выше стадией c способа так, что NOx высвобождается из катализатора удерживания NOx, когда катализатор восстановления NOx нагревается до температуры, достаточной для активации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 изображает систему согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Фигура 2 показывает температуру и разность совокупной массы NOx в зависимости от времени.

Фигура 3 показывает температуру систем с нагреванием и без нагревания как функцию времени.

Фигура 4 показывает совокупную массу NOx систем с нагреванием и без нагревания как функцию времени.

Фигура 5 показывает температуру и совокупную массу NOx систем с нагреванием и без нагревания как функцию времени.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Системы и способы согласно настоящему изобретению относятся к применению электрического нагревательного элемента ниже по потоку относительно катализатора удерживания NOx, но выше по потоку относительно SCR- или SCRF-катализатора, размещенного на выхлопном патрубке двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя. Электрический нагревательный элемент может быть размещен либо непосредственно позади катализатора удерживания NOx, либо отделен от него и размещен дальше ниже по потоку. Например, электрический нагревательный элемент может быть размещен ниже по потоку относительно инжектора восстановителя, тем самым будучи связанным со смесителем, катализатором гидролиза или малым SCR, перед традиционным SCR- или SCRF-катализатором.

Системы и способы согласно настоящему изобретению предназначены для улучшения общей способности системы очистки выхлопного газа к конверсии NOx. В современных системах, включающих катализатор удерживания NOx с последующим SCR- или SCRF-катализатором, было найдено, что катализатор удерживания NOx может высвобождать адсорбированный NOx до того, как SCR- или SCRF-катализатор достигнет своей температуры активации, тем самым обусловливая выделение NOx из выхлопной системы без его восстановления. Подобным образом, существующие системы с электрическими нагревательными элементами конфигурированы так, что электрический нагревательный элемент позиционирован выше по потоку относительно катализатора окисления или объединен с ним; когда катализатор удерживания NOx применяется позади электрического нагревательного элемента или объединен с ним, нагретый катализатор удерживания NOx может термически высвобождать NOx, тогда как размещенный ниже по потоку SCR еще не нагрет до активной температуры для восстановления NOx. Поэтому такая система была бы неэффективной в сокращении выбросов NOx с выхлопом.

В настоящее время для удерживающих NOx покрытий требуется широкий диапазон температур удерживания, такой как от 20°С до 400°С, чтобы обеспечивать возможность надежного функционирования в плане удерживания NOx в согласовании с SCR- или SCRF-катализаторами ниже по потоку. Двумя основными причинами необходимости расширенного диапазона удерживания являются: а) SCR- или SCRF-катализатор может быть размещен в значительно более холодном месте, таком как местоположение под кузовом ввиду ограничений монтажа в моторном отсеке; и b) энергетический баланс системы: катализатор удерживания NOx, который типично имеет меньшую теплоемкость, чем SCR- или SCRF-катализатор, будет нагреваться гораздо быстрее. Поэтому вследствие более высокой теплоемкости SCR- или SCRF-катализатор остается слишком холодным для действия, в особенности в таких ситуациях, как испытание на выбросы согласно Федеральному испытательному ездовому циклу (FTP), где второе экстремальное ускорение является очень агрессивным.

Системы и способы согласно настоящему изобретению разрешают эти проблемы, так как было найдено, что введение электрического нагревательного элемента ниже по потоку относительно катализатора удерживания NOx, но выше по потоку относительно SCR-катализатора, будет нагревать SCR-катализатор, тогда как NOx все еще будет удерживаться так, что SCR-катализатор становится активным для восстановления NOx, как только катализатор удерживания NOx высвобождает адсорбированный NOx. Нагреванием SCR- или SCRF-катализатора в то время, как NOx все еще удерживается, системы и способы согласно настоящему изобретению могут обеспечивать дополнительные преимущества в результате: а) сокращения необходимости в дорогостоящем катализаторе удерживания NOx (NSC) с высоким содержанием покрытия из пористого оксида; и/или b) минимизации/устранения необходимости в обогащенной продувке NSC. Также будет упрощаться калибровка двигателя, так как затруднительна работа дизельного двигателя на обогащенной топливо-воздушной смеси.

Комбинация катализатора удерживания NOx и нагревательного элемента, как описываемая здесь, также может предотвращать повышенный расход топлива и образование загрязнителей, связанные с условиями экзотермических процессов на стандартном EHC, для работы которого требуется достижение эксплуатационного диапазона SCR настолько быстро, насколько возможно, для начала обработки NOx.

Один пример типичной системы согласно прототипу включает следующее:

катализатор удерживания NOx (с широким температурным диапазоном)+SCRF+SCR

Такая система может быть ограничена способностью удерживания катализатором удерживания NOx. Как только катализатор становится насыщенным или переполненным так, что эффективность удерживания NOx неудовлетворительна, если SCR- или SCRF-катализатор является слишком холодным для действия, NOx проскакивает в выхлопной патрубок. Такой проскок NOx может быть предотвращен, если катализатор удерживания NOx может быть продут обогащенной газовой смесью (стандартный катализатор удерживания NOx). Как правило, если предпринимается попытка провести эту операцию при температуре ниже 250°С, значительное количество удерживаемого NOx не восстанавливается и может быть выброшено в выхлопной патрубок.

Системы и способы согласно настоящему изобретению могут действовать для обеспечения того, что SCR- или SCRF-катализатор начинает работать при приемлемой температуре и впрыскивании восстановителя до высвобождения удерживаемого NOx, создавая тем самым возможность преобразования NOx, удерживаемого на катализаторе удерживания NOx, SCR-реакциями. Кроме того, системы и способы согласно настоящему изобретению могут обеспечивать возможность такого конфигурирования системы, что катализатор удерживания NOx может иметь более узкий или более низкий температурный диапазон, и поэтому параметры этого катализатора могут быть выбраны, чтобы минимизировать старение SCR- или SCRF-катализатора ниже по потоку. Для традиционного катализатора удерживания NOx потребуется десульфирование обогащенной газовой смесью при высокой температуре (>700°С), однако эти действия будут ускорять дезактивацию SCR- или SCRF-катализатора во время работы на протяжении срока службы. Предпочтительные катализаторы, применяемые в вариантах исполнения систем и способов согласно настоящему изобретению, не будут нуждаться в десульфировании обогащенной газовой смесью, или же потребуют проведения десульфирования обогащенной газовой смесью при температурах <700°С, тем самым сводя к минимуму дезактивацию SCR- или SCRF-катализатора во время работы на протяжении срока службы.

Еще один пример системы согласно прототипу включает следующее:

EHC(+нагрев теплом двигателя/топливом)+SCRF+SCR

Такая система не позволяет удерживать любой NOx, и тем самым такая система не будет иметь способность удаления NOx при рабочих температурах ниже, чем температура начала работы SCR- или SCRF-катализатора. Применение EHC, как описываемое в вариантах осуществления настоящего изобретения, будет сводить к минимуму риск проскока загрязнителей во время фазы разогревания тем, что обеспечивает достижение температура начала работы HC.

Системы и способы согласно настоящему изобретению предпочтительно могут быть использованы для удерживания NOx при холодном пуске двигателя. Однако, в более общем смысле, нагревательный элемент действует до того, как NOx начнет высвобождаться из катализатора удерживания NOx. Точный временной режим, когда нагревательный элемент включается, зависит от стратегии калибровки системы последующей обработки. В некоторых вариантах исполнения нагревательный элемент может быть использован для обработки NOx SCR- или SCRF-катализатором в периодическом режиме, тогда как в остальное время NOx удерживается на катализаторе удерживания NOx. Этот эксплуатационный режим может быть характеристикой систем и способов согласно настоящему изобретению, поскольку размещение нагревательного элемента между катализатором удерживания NOx и SCR-функцией обеспечивает гибкость независимого выбора параметров обоих катализаторов. Это невозможно сделать, если нагревательный элемент размещается перед катализатором удерживания NOx.

Катализатор удерживания NOx выше по потоку

Системы и способы вариантов осуществления настоящего изобретения включают катализатор удерживания NOx выше по потоку относительно электрического нагревательного элемента. Катализаторы удерживания NOx могут включать устройства, которые адсорбируют, высвобождают и/или восстанавливают NOx сообразно определенным условиям, в общем зависящих от температуры и/или условий обогащенного/обедненного выхлопа. Катализаторы удерживания NOx могут включать, например, пассивные NOx-адсорберы, катализаторы для холодного пуска, ловушки NOx, и тому подобные.

Пассивный NOx-адсорбер

Пассивный NOx-адсорбер представляет собой устройство, которое эффективно адсорбирует NOx при низкой температуре или ниже нее, и высвобождает адсорбированный NOx при температурах выше низкой температуры. Пассивный NOx-адсорбер может включать благородный металл и мелкопористое молекулярное сито. Благородный металл предпочтительно представляет собой палладий, платину, родий, золото, серебро, иридий, рутений, осмий, или их смеси. Низкая температура предпочтительно составляет около 200°С, около 250°С, или между около 200°С и 250°С. Один пример подходящего пассивного NOx-адсорбера описан в Патентной Публикации США № 20150158019, которая включена здесь ссылкой во всей своей полноте.

Мелкопористое молекулярное сито может быть любым природным или синтетическим молекулярным ситом, включающим цеолиты, и предпочтительно состоит из алюминия, кремния и/или фосфора. Молекулярные сита обычно имеют трехмерную структуру из SiO₄, AlO₄, и/или PO₄, которые соединены обобществленными атомами кислорода, но также равным образом могут иметь двумерные структуры. Каркасы молекулярных сит обычно являются анионными, которые нейтрализуются компенсирующими заряды катионами, обычно катионами щелочных и/или щелочноземельных элементов (например, Na, K, Mg, Ca, Sr и Ва), катионами аммония, и также протонами. В каркас мелкопористого молекулярного сита могут быть введены другие металлы (например, Fe, Ti и Ga) для получения металл-замещенного молекулярного сита.

Мелкопористое молекулярное сито предпочтительно выбирается из алюмосиликатного молекулярного сита, металл-замещенного алюмосиликатного молекулярного сита, алюмофосфатного молекулярного сита, или металл-замещенного алюмофосфатного молекулярного сита. Мелкопористое молекулярное сито более предпочтительно представляет собой молекулярное сито, имеющее каркас типа ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, и ZON, а также смеси или сростки любых двух или более из них. Особенно предпочтительные сростки мелкопористых молекулярных сит включают KFI-SIV, ITE-RTH, AEW-UEI, AEI-CHA, и AEI-SAV. Наиболее предпочтительно мелкопористое молекулярное сито представляет собой AEI или CHA, или сростку AEI-CHA.

Подходящий пассивный NOx-адсорбер может быть получен любыми известными средствами. Например, благородный металл может быть добавлен в молекулярное сито с образованием пассивного NOx-адсорбера любым известным способом. Например, соединение благородного металла (такое как нитрат палладия) может быть нанесен на молекулярное сито как на носитель импрегнированием, адсорбцией, ионным обменом, пропиткой по влагоемкости, осаждением, или тому подобным путем. К пассивному NOx-адсорберу также могут быть добавлены другие металлы. Некоторое количество благородного металла (более 1 процента от общего количества введенного благородного металла) в пассивном NOx-адсорбере предпочтительно размещается внутри пор мелкопористого молекулярного сита. Внутри пор мелкопористого молекулярного сита более предпочтительно размещаются более 5 процентов от всего количества благородного металла; и еще более предпочтительно может быть свыше 10 процентов, или более 25%, или более 50 процентов от общего количества благородного металла, которые размещаются внутри пор мелкопористого молекулярного сита.

Кроме того, пассивный NOx-адсорбер дополнительно включает проточную подложку или фильтрующую подложку. Пассивный NOx-адсорбер нанесен в виде покрытия на проточную или фильтрующую подложку, и предпочтительно осаждается на проточную или фильтрующую подложку с использованием технологии нанесения покрытия из пористого оксида для получения системы пассивного NOx-адсорбера.

Катализатор для холодного пуска

Катализатор для холодного пуска представляет собой устройство, которое эффективно адсорбирует NOx и углеводороды (HC) при низкой температуры или ниже нее, и преобразует и высвобождает адсорбированные NOx и HC при температурах выше низкой температуры. Низкая температура предпочтительно составляет около 200°С, около 250°С, или между около 200°С и 250°С. Один пример подходящего катализатора для холодного пуска описан в патентном документе WO 2015085300, который включен здесь ссылкой во всей своей полноте.

Катализатор для холодного пуска может включать молекулярно-ситовый катализатор и действовать как носитель катализатора на основе металла платиновой группы. Молекулярно-ситовый катализатор может включать, или по существу состоит из них, благородный металл и молекулярное сито. Катализатор на основе металла платиновой группы на носителе включает один или многие металлы платиновой группы и один или многие носители из неорганического оксида. Благородный металл предпочтительно представляет собой палладий, платину, родий, золото, серебро, иридий, рутений, осмий, или их смеси.

Молекулярное сито может быть любым природным или синтетическим молекулярным ситом, включающим цеолиты, и предпочтительно состоит из алюминия, кремния и/или фосфора. Молекулярные сита обычно имеют трехмерную структуру из SiO₄, AlO₄, и/или PO₄, которые соединены обобществленными атомами кислорода, но также равным образом могут иметь двумерные структуры. Каркасы молекулярных сит обычно являются анионными, которые нейтрализуются компенсирующими заряды катионами, обычно катионами щелочных и/или щелочноземельных элементов (например, Na, K, Mg, Ca, Sr и Ва), катионами аммония, и также протонами.

Молекулярное сито предпочтительно может представлять собой мелкопористое молекулярное сито, имеющее максимальный размер цикла из восьми тетраэдрических атомов, среднепористое молекулярное сито, имеющее максимальный размер цикла из десяти тетраэдрических атомов, или крупнопористое молекулярное сито, имеющее максимальный размер цикла из двенадцати тетраэдрических атомов. Молекулярное сито более предпочтительно имеет структуру каркаса AEI, MFI, EMT, ERI, MOR, FER, BEA, FAU, CHA, LEV, MWW, CON, EUO, или их смеси.

Катализатор на основе металла платиновой группы на носителе включает один или многие металлы платиновой группы («PGM») и один или многие носители из неорганического оксида. PGM может представлять собой платину, палладий, родий, иридий, или их комбинации, и наиболее предпочтительно платину и/или палладий. Носители из неорганического оксида чаще всего включают оксиды элементов Групп 2, 3, 4, 5, 13 и 14. Пригодные носители из неорганического оксида предпочтительно имеют величины удельной площади поверхности в диапазоне от 10 до 700 м²/г, поровые объемы в диапазоне от 0,1 до 4 мл/г, и диаметры пор от около 10 до 1000 Ангстрем (1-100 нм). Носитель из неорганического оксида предпочтительно представляет собой оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид церия, оксид ниобия, оксиды тантала, оксиды молибдена, оксиды вольфрама, или смешанные оксиды или сложные оксиды любых двух или более из них, например, оксид кремния-оксид алюминия, оксид церия-оксид циркония, или оксид алюминия-оксид церия-оксид циркония. В особенности предпочтительны оксид алюминия и оксид церия.

Катализатор на основе металла платиновой группы на носителе может быть получен любым известным способом. Один или многие металлы платиновой группы предпочтительно вводятся на один или многие неорганические оксиды любым известным способом с образованием PGM-катализатора на носителе, способ добавления не рассматривается как особенно существенный. Например, соединение платины (такое как нитрат платины) может быть нанесено на неорганический оксид импрегнированием, адсорбцией, ионным обменом, пропиткой по влагоемкости, осаждением, или тому подобным путем. К PGM-катализатору на носителе также могут быть добавлены другие металлы, такие как железо, марганец, кобальт и барий.

Катализатор для холодного пуска согласно настоящему изобретению может быть получен способами, хорошо известными в технологии. Молекулярно-ситовый катализатор и катализатор на основе металла платиновой группы на носителе могут быть физически смешаны с образованием катализатора для холодного пуска. Кроме того, катализатор для холодного пуска предпочтительно включает проточную подложку или фильтрующую подложку. В одном варианте исполнения молекулярно-ситовый катализатор и катализатор на основе металла платиновой группы на носителе нанесен в виде покрытия на проточную или фильтрующую подложку, и предпочтительно осаждается на проточную или фильтрующую подложку с использованием технологии нанесения покрытия из пористого оксида для получения системы катализатора для холодного пуска.

Ловушки NOx

Ловушки NOx представляют собой устройства, которые адсорбируют NOx в условиях обедненного выхлопного газа, высвобождают адсорбированный NOx в обогащенных условиях, и восстанавливают выделившийся NOx с образованием N₂.

Ловушка NOx в вариантах осуществления настоящего изобретения может включать NOx-адсорбент для удерживания NOx, и катализатор окисления/восстановления. Как правило, монооксид азота реагирует с кислородом с образованием NO₂ в присутствии катализатора окисления. Во-вторых, NO₂ адсорбируется NOx-адсорбентом в форме неорганического нитрата (например, ВаО или ВаСО₃ преобразуется на NOx-адсорбенте в Ba(NO₃)₂). Наконец, когда двигатель работает в обогащенных условиях, удерживаемые неорганические нитраты разлагаются с образованием NO или NO₂, которые затем восстанавливаются с образованием N₂ реакцией с монооксидом углерода, водородом и/или углеводородами (или через промежуточные NH_x- или NCO-продукты) в присутствии катализатора восстановления. Обычно оксиды азота преобразуются в азот, диоксид углерода и воду в присутствии тепла, монооксида углерода и углеводородов в потоке выхлопного газа.

Компонент NOx-адсорбента предпочтительно представляет собой щелочноземельный металл (такой как Ва, Са, Sr, и Mg), щелочный металл (такой как K, Na, Li и Cs), редкоземельный металл (такой как La, Y, Pr и Nd), или их комбинации. Эти металлы обычно находятся в форме оксидов. Катализатор окисления/восстановления может включать один или многие благородные металлы. Пригодные благородные металлы могут включать платину, палладий, и/или родий. Предпочтительно платина вводится для исполнения функции окисления, и родий вводится для исполнения функции восстановления. Катализатор окисления/восстановления и NOx-адсорбент может быть нанесен на материал носителя, такой как неорганический оксид, для применения в выхлопной системе.

Нагревательный элемент

Электрический нагревательный элемент вводится внутрь выхлопного патрубка двигателя внутреннего сгорания ниже по потоку относительно катализатора удерживания NOx и выше по потоку относительно катализатора восстановления NOx. В системах и способах согласно настоящему изобретению может быть использован любой подходящий электрический нагревательный элемент.

В одном аспекте электрический нагревательный элемент включает электрически нагреваемый ячеистый корпус, имеющий концы и токоподводящие соединения, каждое из которых размещается на соответствующем одном из концов. Ячеистый корпус может определять извилистый путь тока через электрически изолирующий зазор.

В аспектах, где электрический нагревательный элемент связан с катализатором/адсорбером, как здесь описывается, электрически изолирующие опорные элементы могут скреплять ячеистый корпус по меньшей мере с одним носителем катализатора. В альтернативном варианте, носитель катализатора, служащий в качестве опоры для нагревательного элемента, может иметь каталитически активное покрытие. Например, каталитически активное покрытие может стимулировать окисление или восстановление компонентов выхлопного газа, в частности, монооксида углерода и углеводородов, или восстановление NOx. Нагреваемый ячеистый корпус также может быть снабжен таким каталитически активным слоем.

Носитель катализатора и/или ячеистый корпус могут быть сформированы из слоев гладких или гофрированных листов металла, образующих ячеистые структуры.

Ячеистый корпус может иметь большую площадь поверхности, чтобы обеспечивать хорошую передачу тепла на протекающий через него выхлопной газ. Выделившееся тепло может быть быстро передано на выхлопной газ или компонент ниже по потоку в результате излучения. Количество тепла, возможно обусловленное излучением на носитель катализатора, размещенный ниже по потоку по направлению течения выхлопного газа, в свою очередь, передается с этого носителя на выхлопной газ, так что для компонента ниже по потоку обеспечивается полная теплоотдача.

В некоторых аспектах ячеистому корпусу может быть придана такая форма, что путь тока имеет приблизительно извилистую или спиралевидную форму.

В некоторых аспектах изобретения электрический нагревательный элемент образует единый блок с подложкой катализатора. Например, электрический нагревательный элемент может образовывать единый блок с катализатором удерживания NOx. В этом случае катализатор удерживания NOx может быть нанесен в виде покрытия на находящийся выше по потоку конец блока, с электрическим нагревательным элементом на конце блока ниже по потоку. Подобным образом, электрический нагревательный элемент может формировать единый блок с катализатором селективного восстановления, катализатором гидролиза или катализатором окисления, где катализатор нанесен в виде покрытия на находящийся выше по потоку или ниже по потоку конец блока, как желательно для конкретной системы. Предпочтительно, если электрический нагревательный элемент образует единую подложку с катализатором удерживания NOx, подложка будет включать теплоизоляцию между передней (не нагреваемой) и задней (нагреваемой) зонами. Однако, как правило, предпочтительно размещение катализатора удерживания NOx и нагревательного элемента на двух различных подложках, чтобы минимизировать нагревание катализатора удерживания NOx электрическим нагревательным элементом. В альтернативном варианте, электрический нагревательный элемент может быть полностью покрыт слоем катализатора, такого как катализатор селективного восстановления, катализатор гидролиза или катализатор окисления.

Электрический нагревательный элемент может представлять собой отдельный компонент от любого из других компонентов системы. В альтернативном варианте, электрический нагревательный элемент может быть присоединен в виде части еще одного компонента системы, такого, но без ограничения этим, как SCR/SCRF-катализатор, сажевый фильтр, смеситель или катализатор гидролиза.

Электрический нагревательный элемент может быть сформирован так, что он может выделять тепло с быстрым повышением температуры вплоть до 10°С/сек, и предпочтительно не требует более 2 кВт для работы. Он предпочтительно будет действовать, когда температура выхлопного газа, поступающего в SCR- или SCRF-катализатор, составляет выше 150°С, и предпочтительно до того, как температура выхлопного газа, поступающего в катализатор удерживания NOx, достигает 250°С.

Катализатор восстановления NOx ниже по потоку

Подходящий катализатор восстановления NOx ниже по потоку относительно нагревательного элемента включает катализатор селективного каталитического восстановления (SCR) или катализатор селективного каталитического восстановления с фильтром (SCRF). SCR-катализатор представляет собой катализатор, который восстанавливает NOx до N₂ реакцией с азотсодержащим соединением (таким как аммиак или мочевина), или с углеводородами (восстановление NOx в обедненном выхлопе). SCR-катализатор может состоять из катализатора на основе оксида ванадия-оксида титана, катализатора на основе оксида ванадия-оксида вольфрама-оксида титана, или катализатора на основе переходного металла/молекулярного сита. Катализатор на основе переходного металла/молекулярного сита включает переходный металл и молекулярное сито, такое как алюмосиликатный цеолит или силикоалюмофосфат.

Переходный металл может быть выбран из хрома, церия, марганца, железа, кобальта, никеля и меди, и их смесей. В особенности предпочтительными могут быть железо и медь.

Молекулярное сито может включать бета-цеолит, фоязит (такой как X-цеолит или Y-цеолит, в том числе NaY и USY), L-цеолит, ZSM цеолит (например, ZSM-5, ZSM-48), SSZ-цеолит (например, SSZ-13, SSZ-41, SSZ-33), ферриерит, морденит, шабазит, оффретит, эрионит, клиноптилолит, силикалит, алюмофосфатный цеолит (в том числе металлоалюмофосфат, такой как SAPO-34), мезопористый цеолит (например, MCM-41, MCM-49, SBA-15), или их смеси. Молекулярное сито предпочтительно может включать бета-цеолит, ферриерит или шабазит. Предпочтительные SCR-катализаторы включают Ci-CHA, такие как Cu-SAPO-34, Cu-SSZ-13, и Fe-бета-цеолит.

Подложка

Катализатор удерживания NOx и SCR-катализатор в каждом случае могут дополнительно включать проточную подложку или фильтрующую подложку. В одном варианте исполнения катализатор/адсорбер может быть нанесен в виде покрытия на проточную или фильтрующую подложку, и предпочтительно осажден на проточную или фильтрующую подложку с использованием технологии нанесения покрытий из пористого оксида.

Комбинация SCR-катализатора и фильтра известна как фильтр селективного каталитического восстановления (SCRF-катализатор). SCRF-катализатор представляет собой устройство с единой подложкой, которое объединяет функциональность SCR и сажевого фильтра, и пригодно для вариантов осуществления настоящего изобретения как желательное. Описание SCR-катализатора и ссылки на него на всем протяжении этой заявки подразумеваются как применимые также к SCRF-катализатору, где это приемлемо.

Проточная или фильтрующая подложка представляет собой подложку, которая может содержать компоненты катализатора/адсорбера. Подложка предпочтительно представляет собой керамическую подложку или металлическую подложку. Керамическая подложка может быть выполнена из любого пригодного жаростойкого материала, например, оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида церия, оксида циркония, оксида магния, цеолитов, нитрида кремния, карбида кремния, силикатов циркония, силикатов магния, алюмосиликатов, металлоалюмосиликатов (таких как кордиерит и сподомен), или смеси или смешанного оксида любых двух или более из них. В особенности предпочтительны кордиерит, алюмосиликат магния и карбид кремния.

Металлические подложки могут быть выполнены из любого подходящего металла, и, в частности, из жаростойких металлов и металлических сплавов, таких как титан и нержавеющая сталь, а также ферросплавы, содержащие железо, никель, хром и/или алюминий, в дополнение к другим следовым металлам.

Проточная подложка предпочтительно представляет собой проточный монолит, имеющий ячеистую структуру с многочисленными мелкими, параллельными тонкостенными каналами, проходящими аксиально через подложку и протяженными насквозь от входного или выходного конца подложки. Поперечное сечение каналов подложки может быть любой формы, но предпочтительно квадратной, синусоидальной, треугольной, прямоугольной, шестиугольной, трапециевидной, круглой или овальной.

Фильтрующая подложка предпочтительно представляет собой монолитный фильтр с пристеночным течением. Каналы фильтра с пристеночным течением поочередно закупорены, что позволяет потоку выхлопного газа поступать в канал с входного конца, затем протекать сквозь стенки каналов, и выходить из фильтра через другие каналы, ведущие к выходному концу. Дисперсные частицы в потоке выхлопного газа тем самым задерживаются в фильтре.

Катализатор/адсорбер может быть добавлен к проточной или фильтрующей подложке любым известным способом, таким как технология нанесения покрытия из пористого оксида.

Инжектор восстановителя/мочевины

Когда катализатор восстановления NOx представляет собой SCR- или SCRF-катализатор, выхлопная система может включать устройство для введения азотсодержащего восстановителя в выхлопную систему выше по потоку относительно SCR- или SCRF-катализатора. Может быть предпочтительным, что устройство для введения азотсодержащего восстановителя в выхлопную систему находится непосредственно выше по потоку относительно SCR- или SCRF-катализатора (например, отсутствует промежуточный катализатор между устройством для введения азотсодержащего восстановителя и SCR- или SCRF-катализатором).

Восстановитель добавляется в протекающий выхлопной газ любым подходящим способом введения восстановителя в выхлопной газ. Пригодные устройства включают форсунку, распылитель и питатель. Такие устройства хорошо известны в технологии.

Азотсодержащий восстановитель для применения в системе может представлять собой аммиак как таковой, гидразин, или прекурсор аммиака, выбранный из группы, состоящей из мочевины, карбоната аммония, карбамата аммония, гидрокарбоната аммония и формиата аммония. Особенно предпочтительна мочевина.

Выхлопная система также может включать устройство для регулирования введения восстановителя в выхлопной газ, чтобы сократить NOx в нем. Предпочтительное устройство управления может включать электронный блок управления, необязательно блок управления двигателем, и может дополнительно включать датчик NOx, размещенный ниже по потоку относительно катализатора восстановления NOx.

Выхлопная система с устройствами для последующей обработки

Системы и способы настоящего изобретения могут включать одно или многие дополнительные устройства для последующей обработки, способные удалять загрязнения из выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания при нормальных эксплуатационных температурах. Выхлопная система может включать электрический нагревательный элемент, катализатор удерживания NOx и SCR/SCRF, как описано, а также один или многие каталитические компоненты, выбранные из: (1) SCR/SCRF-катализатора, (2) сажевого фильтра, (3) ловушки NOx (также называемой катализатором NOx-абсорбера), (4) трехмаршрутного катализатора, (5) катализатора окисления, или любой их комбинации.

Эти устройства для последующей обработки хорошо известны в технологии. Как описано выше, катализаторы селективного каталитического восстановления (SCR или SCRF) представляют собой катализаторы, которые восстанавливают NOx до N₂ реакцией с азотсодержащими соединениями (такими как аммиак или мочевина) или углеводородами (восстановление NOx в обедненном выхлопе). Типичный SCR- или SCRF-катализатор состоит из катализатора на основе оксида ванадия-оксида титана, катализатора на основе оксида ванадия-оксида вольфрама-оксида титана, или катализатора на основе переходного металла/цеолита, такого как железо/бета-цеолит, медь/бета-цеолит, медь/SSZ-13, медь/SAPO-34, Fe/ZSM-5, или медь/ZSM-5. Фильтры селективного каталитического восстановления (SCRF) представляют собой устройства с единой подложкой, которые объединяют функциональность SCR и сажевого фильтра. Они используются для снижения выбросов NOx и твердых частиц из двигателей внутреннего сгорания. В дополнение к покрытию из SCR-катализатора, сажевый фильтр также может включать компоненты другого металла или оксида металла (такого как Pt, Pd, Fe, Mn, Cu, и оксид церия) для окисления углеводородов и монооксида углерода, в дополнение к разложению задержанной фильтром сажи.

Ловушки NOx, как описанные выше, предназначены для адсорбирования NOx в условиях обедненного выхлопного газа, высвобождения адсорбированного NOx в условиях обогащенного выхлопного газа, и восстановления высвобожденного NOx с образованием N₂. Ловушки NOx обычно включают компонент удерживания NOx (например, Ba, Ca, Sr, Mg, K, Na, Li, Cs, La, Y, Pr, и Nd), окисляющий компонент (предпочтительно Pt) и восстанавливающий компонент (предпочтительно Rh). Эти компоненты содержатся на одном или многих носителях.

Сажевые фильтры представляют собой устройства, которые сокращают содержание дисперсных частиц в выхлопном газе двигателей внутреннего сгорания. Сажевые фильтры включают каталитические сажевые фильтры и непокрытые (некаталитические) сажевые фильтры. Каталитические сажевые фильтры (для применения в дизельных и бензиновых двигателях) включают металлические и металлоксидные компоненты (такие как Pt, Pd, Fe, Mn, Cu, и оксид церия) для окисления углеводородов и монооксида углерода, в дополнение к разложению задержанной фильтром сажи.

Трехмаршрутные катализаторы (TWC) обычно используются в бензиновых двигателях при стехиометрических условиях, чтобы преобразовывать NOx в N₂, монооксид углерода в CO₂, и углеводороды до CO₂ и H₂O в едином устройстве.

Катализаторы окисления, и, в частности, дизельные катализаторы окисления (DOC), являются общеизвестными в технологии. Катализаторы окисления предназначены для окисления СО до СО₂ и газофазных углеводородов (HC), и органической фракции дизельных дисперсных частиц (растворимой органической фракции) до СО₂ и Н₂О. Типичные катализаторы окисления включают платину и, необязательно, также палладий, на носителе с большой удельной площадью поверхности, таком как оксид алюминия, оксид кремния-оксид алюминия, и цеолит.

Примерные варианты осуществления изобретения

- [Катализатор удерживания NOx][EHC]- (восстановитель)-[SCR/SCRF]

Катализатор удерживания NOx и электрический нагревательный элемент могут быть объединены. В таких вариантах исполнения нагревательный элемент вмонтирован непосредственно позади (ниже по потоку) относительно катализатора удерживания NOx. Нагревательный элемент может быть встроен внутри той же подложки, как и для катализатора удерживания NOx, или может быть размещен отдельно от катализатора удерживания NOx, но позиционирован вплотную к нему. Ниже по потоку относительно нагревательного элемента система может включать инжектор восстановителя, после которого следует SCR- и/или SCRF-катализатор. Необязательно система может дополнительно включать (1) SCR/SCRF-катализатор, (2) сажевый фильтр, (3) ловушку NOx (также называемую катализатором NOx-абсорбера), (4) трехмаршрутный катализатор, (5) катализатор окисления, или любую их комбинацию.

- [Катализатор удерживания NOx]-[инжектор восстановителя]-[EHC]- [SCR/SCRF]

Катализатор удерживания NOx и нагревательный элемент могут быть разъединены. В таких вариантах исполнения нагревательный элемент может быть размещен ниже по потоку относительно инжектора восстановителя и/или других компонентов. Затем SCR- и/или SCRF-катализатор может быть размещен ниже по потоку относительно инжектора восстановителя и нагревательного элемента. В таких конфигурациях нагревательный элемент может быть связан со смесителем, катализатором гидролиза или малым SCR/SCRF-катализатором. Необязательно система может дополнительно включать (1) SCR/SCRF-катализатор, (2) сажевый фильтр, (3) ловушку NOx (также называемую катализатором NOx-абсорбера), (4) трехмаршрутный катализатор, (5) катализатор окисления, или любую их комбинацию.

- [Катализатор удерживания NOx]-[инжектор восстановителя]-[EHC][SCR/SCRF]

Электрический нагревательный элемент и SCR/SCRF-катализатор могут быть связаны. В таких вариантах исполнения нагревательный элемент может быть смонтирован непосредственно выше по потоку относительно SCR/SCRF-катализатора. Нагревательный элемент может быть встроен внутри той же подложки, как и SCR/SCRF-катализатор, или может быть размещен отдельно в близком положении. Электрический нагревательный элемент может формировать единый блок с SCR/SCRF-катализатором. SCR/SCRF-катализатор может быть нанесен в виде покрытия на находящийся ниже по потоку конец блока, с электрическим нагревательным элементом на конце блока выше по потоку. В альтернативном варианте, электрический нагревательный элемент может быть полностью покрыт слоем SCR-катализатора. Блок электрического нагревательного элемента/SCR/SCRF размещается ниже по потоку относительно катализатора удерживания NOx и инжектора восстановителя. Необязательно, система может дополнительно включать (1) SCR/SCRF-катализатор, (2) сажевый фильтр, (3) ловушку NOx (также называемую катализатором NOx-абсорбера), (4) трехмаршрутный катализатор, (5) катализатор окисления, или любую их комбинацию.

Со ссылкой на Фигуру 1, система 10 может включать катализатор 12 удерживания NOx, после которого следует инжектор 14 восстановителя. Ниже по потоку размещается блок 16 электрического нагревательного элемента/SCR(F)-катализатора. Электрический нагревательный элемент может образовывать единый блок 16 с SCR/SCRF-катализатором; SCR/SCRF-катализатор может быть нанесен в виде покрытия на конец блока 16 ниже по потоку, с электрическим нагревательным элементом на конце блока 16 выше по потоку, или, альтернативно, электрический нагревательный элемент может быть полностью покрыт слоем SCR-катализатора с образованием блока 16. Инжектор 18 восстановителя размещается ниже по потоку относительно блока 16, с последующим SCR(F)-катализатором 20.

Способ

Настоящее изобретение также включает способ обработки выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания. Способ включает адсорбирование NOx на катализаторе удерживания NOx при температурах на уровне низкой температуры или ниже нее, термическую десорбцию NOx с катализатора удерживания NOx при температуре выше низкой температуры, нагревание находящегося ниже по потоку катализатора восстановления NOx электрическим нагревательным элементом, и каталитическое удаление десорбированного NOx на катализаторе восстановления NOx. Низкая температура предпочтительно составляет около 200°С, около 250°С. или между около 200°С и 250°С.

Кроме того, выхлопной газ может быть обработан дополнительными каталитическими компонентами ниже по потоку относительно катализатора удерживания NOx, включающими дополнительный SCR/SCRF-катализатор, сажевый фильтр, катализатор NOx-абсорбера, трехмаршрутный катализатор, катализатор окисления, или их комбинации.

Электрический нагревательный элемент может выделять тепло с быстрым повышением температуры вплоть до 10°С/сек, и предпочтительно не требует более 2 кВт для работы. Он предпочтительно будет действовать, когда температура выхлопного газа, поступающего в SCR- или SCRF-катализатор, составляет ниже 150°С, и предпочтительно до того, как температура выхлопного газа, поступающего в катализатор удерживания NOx, достигает 250°С.

Как правило, нагревательный элемент приводится в действие, прежде чем NOx высвобождается из катализатора удерживания NOx. Точный момент времени, когда нагревательный элемент включается, зависит от стратегии калибровки системы последующей обработки. Нагревательный элемент может быть использован для обработки NOx SCR- или SCRF-катализатором в периодическом режиме, тогда как в остальное время NOx удерживается на катализаторе удерживания NOx. Этот эксплуатационный режим может быть характеристикой систем и способов согласно настоящему изобретению, поскольку размещение нагревательного элемента между катализатором удерживания NOx и SCR-функцией обеспечивает гибкость независимого выбора параметров обоих катализаторов. Это невозможно сделать, если нагревательный элемент размещается перед катализатором удерживания NOx.

Системы согласно настоящему изобретению также могут обеспечивать дополнительные преимущества в транспортном средстве с гибридным приводом от электромотора и двигателя внутреннего сгорания. В таком транспортном средстве во время увеличения потребляемой мощности, и когда температура выхлопного газа на SCR находится ниже температуры начала его действия, доля потребляемой мощности получается от электромотора, чтобы: а) сократить повышение температуры выхлопного газа и тем самым уменьшить высвобождение NOx из катализатора удерживания NOx до того, как EHC нагреет расположенный ниже по потоку SCR-катализатор; и b) интенсифицировать нагревание SCR во время режима нагревания EHC вследствие более низкой величины массового расхода потока выхлопного газа по сравнению с транспортным средством, использующим только мощность двигателя.

Настоящее изобретение также включает способ, который сочетает фазу нагревания EHC с термической продувкой катализатора удерживания. Было найдено, что NOx может десорбироваться с катализатора удерживания NOx созданием короткой термической продувки. Короткая термическая промывка может быть подобна условиям, используемым для регенерации сажи на каталитическом сажевом фильтре (CSF) или вблизи эксплуатационного режима с лямбда 1, и была найдена очень эффективной при высвобождении NOx. В некоторых вариантах исполнения термическая промывка может длиться менее 30 секунд, менее 25 секунд, менее 20 секунд, менее 15 секунд, менее 10 секунд, менее 5 секунд, от около 1 секунды до около 30 секунд, от около 5 секунд до около 25 секунд, или от около 10 секунд до около 20 секунд.

При проектировании термической промывки в данный момент времени можно инициировать приведение в действие EHC для нагревания SCR(F) в желательное время в течение требуемой продолжительности, чтобы обеспечить оптимизированное согласование между высвобождением NOx и работой SCR(F), чем подразумевается, что температура катализатора будет достаточно высокой для впрыскивания мочевины и конверсии NOx.

В некоторых вариантах осуществления изобретения система включает нагревательный элемент с последующей деталью, имеющей высокую теплоемкость/низкую проводимость, такой как металлическая подложка или фильтрующая подложка, включающей, например, титанат алюминия, кордиерит и/или карбид кремния. Добавление детали с высокой теплоемкостью/низкой проводимостью может обеспечивать дополнительные благоприятные характеристики системы, поскольку нагретая деталь позволяла бы менее строгое согласование EHC-нагревания и активного высвобождения NOx из катализатора удерживания NOx.

Нижеследующие примеры только иллюстрируют изобретение; квалифицированному специалисту будут понятны многие вариации, которые находятся в пределах смысла изобретения и области пунктов формулы изобретения.

Примеры

Пример 1

Температуру и разность совокупной массы NOx измеряли как функцию времени в системе, включающей PNA/dCSC+SCR-EHC+SCRF, такой, как система, изображенная в Фигуре 1. Результаты в Фигуре 2 демонстрируют типичное несоответствие между NOx-адсорбером и катализатором восстановления NOx ниже по потоку. NOx-адсорбер высвобождает NOx при температуре около 250°С, однако катализатор восстановления NOx не будет эффективным при этой температуре, и по существу пропускал бы первое высвобождение NOx.

Испытания были проведены для определения температуры и совокупной массы NOx в зависимости от времени в системах с нагреванием и без него. Образцы выхлопных газов были отобраны при PNA/dCSC и между PNA/dCSC и после положения SCRF, с нагреванием и без него.

Результаты показаны в Фигурах 3 и 4. В Фигуре 3 выделена температура, измененная после EHC-SCR, чем изображена работа с EHC в режиме нагревания и без него. Подведение тепла с помощью EHC обеспечивает то, что активность катализатора восстановления NOx (SCR) может быть инициирована раньше, чем без подведения тепла. В Фигуре 4 благоприятное действие этого тепла было измерено по снижению совокупного количества NOx, измеренного после вышеописанной системы, когда EHC действует (более конкретно, в этом испытании при мощности 2 кВт).

Пример 2

В этом примере исследовали, можно ли контролировать характеристики PNA в отношении удерживания-высвобождения NOx регулированием термических условий (тепла от двигателя), и, кроме того, может ли быть использован EHC-SCR для улавливания NOx при термическом высвобождении из катализатора удерживания NOx.

Протестировали систему, которая включала следующую конфигурацию: катализатор удерживания NOx, инжектор восстановителя, электрический нагревательный элемент/SCR, инжектор восстановителя, SCRF, SCR. Испытательный цикл представлял собой ECE-часть системы NEDS, для чего в каждый четвертый цикл ECE инициируется обедненная продувка. Очистка катализатора удерживания NOx обедненной продувкой включала 15 секунд обедненной продувкой (лямбда 1,1) с использованием режима работы двигателя с десорбцией NOx. Для очистки обедненной продувкой катализатора удерживания NOx+электрического нагревательного элемента/SCR, заранее перед 15-секундной обедненной продувкой, нагревание с мощностью 1,5 кВт начинали за 50 секунд до продувки, с продолжительностью в течение 60 секунд.

Измерения выполняли по PNA/dCSC для выяснения характеристик удерживания и высвобождения. Затем величину впрыскивания мочевины при альфа 5 (отношения аммиака к NOx) в EHC-SCR использовали в двух испытаниях, одно без EHC-нагревания и одно с нагреванием.

Результаты показаны в Фигуре 5. Здесь совокупная масса NOx из двигателя сравнивается с системами последующей обработки при нагревании и без него. Для этого высвобождение NOx из PNA/dCSC регулировали термически путем продувки в режиме deNOx (лямбда около 1). Добавление стратегического нагревания, как описано ранее, приводит к сокращению NOx, образцы которого отобраны после системы последующей обработки. Тем самым продемонстрировано, что основополагающий подход, состоящий в нагревании EHC-SCR, может быть связан с режимами работы двигателя для высвобождения NOx из PNA/dCSC, приводя к усилению конверсии NOx из системы последующей обработки.

Выхлопная система, включающая: катализатор удерживания NOx; электрический нагревательный элемент; и катализатор восстановления NOx, в которой нагревательный элемент размещается ниже по потоку относительно катализатора удерживания NOx. Способ обработки потока выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, включающий: адсорбцию NOx на катализаторе удерживания NOx при температурах на уровне низкой температуры или ниже нее; термическую десорбцию NOx с катализатора удерживания NOx при температуре выше низкой температуры; нагревание находящегося ниже по потоку катализатора восстановления NOx электрическим нагревательным элементом; и каталитическое удаление десорбированного NOx на катализаторе восстановления NOx. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Выхлопная система, содержащая:

а. катализатор удерживания NOx, содержащий катализатор для холодного пуска и пассивный NOx-адсорбер;

b. электрический нагревательный элемент; и

с. катализатор восстановления NOx,

причем нагревательный элемент расположен ниже по потоку от катализатора удерживания NOx.

2. Выхлопная система по п.1, в которой электрический нагревательный элемент размещен непосредственно позади катализатора удерживания NOx.

3. Выхлопная система по п.1, в которой электрический нагревательный элемент расположен ниже по потоку от инжектора восстановителя.

4. Выхлопная система по п.1, дополнительно включающая инжектор восстановителя выше по потоку от катализатора восстановления NOx.

5. Выхлопная система по п.1, в которой электрический нагревательный элемент связан со смесителем.

6. Выхлопная система по п.1, в которой электрический нагревательный элемент связан с катализатором гидролиза.

7. Выхлопная система по п.1, в которой электрический нагревательный элемент связан с катализатором селективного каталитического восстановления (SCR).

8. Выхлопная система по п.1, в которой катализатор восстановления NOx представляет собой катализатор селективного каталитического восстановления (SCR).

9. Выхлопная система по п.1, в которой катализатор восстановления NOx представляет собой фильтр селективного каталитического восстановления (SCRF).

10. Выхлопная система по п.1, в которой электрический нагревательный элемент расположен выше по потоку относительно катализатора восстановления NOx.

11. Выхлопная система по п.1, в которой электрический нагревательный элемент связан с катализатором восстановления NOx.

12. Выхлопная система по п.1, в которой электрический нагревательный элемент и катализатор восстановления NOx объединены в единой подложке.

13. Выхлопная система по п.1, дополнительно содержащая дополнительный катализатор восстановления NOx ниже по потоку относительно электрического нагревательного элемента и катализатора восстановления NOx.

14. Выхлопная система по п.1, которая связана с транспортным средством, имеющим гибридный привод от электромотора и двигателя внутреннего сгорания.

15. Способ обработки потока выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания, включающий:

а. адсорбцию NOx на катализаторе удерживания NOx, содержащем катализатор для холодного пуска и пассивный NOx-адсорбер, при температурах на уровне низкой температуры или ниже нее;

b. термическую десорбцию NOx из катализатора удерживания NOx при температуре выше низкой температуры;

с. нагревание находящегося ниже по потоку катализатора восстановления NOx электрическим нагревательным элементом; и

d. каталитическое удаление десорбированного NOx на катализаторе восстановления NOx.

16. Способ по п.15, в котором низкая температура составляет между около 200°С и около 250°С.

17. Способ по п.15, в котором нагревательный элемент нагревает катализатор восстановления NOx в периодическом режиме, тогда как в течение остального времени NOx удерживается на катализаторе удерживания NOx.

18. Способ по п.15, в котором катализатор восстановления NOx нагревается до температуры, достаточной для активации катализатора.

19. Способ по п.15, в котором катализатор восстановления NOx представляет собой SCR-катализатор.

20. Способ по п.15, в котором катализатор восстановления NOx представляет собой SCRF-катализатор.

21. Способ по п.15, в котором электрический нагревательный элемент размещен непосредственно позади катализатора удерживания NOx.

22. Способ по п.15, в котором электрический нагревательный элемент и катализатор восстановления NOx объединены в единой подложке.

23. Способ по п.15, дополнительно включающий дополнительный катализатор восстановления NOx ниже по потоку от электрического нагревательного элемента и ниже по потоку от катализатора восстановления NOx.

24. Способ по п.15, в котором катализатор удерживания NOx содержит катализатор для холодного пуска.

25. Способ по п.15, в котором катализатор удерживания NOx содержит пассивный NOx-адсорбер.

26. Способ по п.15, в котором катализатор удерживания NOx включает ловушку NOx.

27. Способ по п.15, в котором электрический нагревательный элемент связан с катализатором восстановления NOx.

28. Способ по п.18, в котором выхлопная система связана с транспортным средством, имеющим гибридный привод от электромотора и двигателя внутреннего сгорания.

29. Способ по п.15, в котором стадия b включает создание термической продувки.

30. Способ по п.29, в котором термическая продувка продолжается менее 30 секунд.

31. Способ по п.29, в котором продолжительность и временной режим термической продувки выбираются для согласования со стадией с так, что NOx высвобождается из катализатора удерживания NOx, когда катализатор восстановления NOx нагревается до температуры, достаточной для активации.