[发明专利]具有涂有NOx还原催化剂的柴油颗粒过滤器的压燃式发动机系统和稳定的运转方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种与废气后处理系统联接的压燃式发动机，更特别地涉及在涂有NO_X还原催化剂的柴油颗粒过滤器上在没有主动再生的条件下使碳烟负载密度稳定。 

背景技术

常规的知识局限于，柴油颗粒过滤器必须周期性地再生，以便降低在发动机上的背压以及/或者防止在过滤器所捕集的碳烟块中发生不受控制的放热的碳烟氧化反应。降低在发动机上的背压通常与更有效的运转相关，因此与进一步减少发动机的燃料消耗相关。不受控制的放热的氧化反应通常是不希望的，因为温度暂时会变得很高以致于过滤器基底(例如沸石)可能会破裂或者不然就损坏到可能危及过滤器的程度。当像在许多常规系统中那样，柴油颗粒过滤器涂有柴油氧化催化剂时，柴油颗粒过滤器中的、可能会发生不受控制的放热氧化反应的临界碳烟负载密度减小。柴油氧化催化剂用于催化废气中的氮氧化物与可利用的氧气之间的反应，以产生二氧化氮。柴油颗粒过滤器的主动再生与以下过程有关：在该过程中通过为了促进碳烟氧化而提高过滤器处的温度，柴油颗粒过滤器中积聚的碳烟被氧化。主动的再生过程有时通过将燃料从柴油颗粒过滤器上游喷入后处理系统中或通过使用电加热器等来执行。通过在相对低的碳烟负载密度下开始再生过程，可以控制氧化反应，并且避免不受控制的放热反应和与这样一种反应相关联的损坏危险。经常在执行柴油颗粒过滤器的主动再生所必需的额外燃料消耗和发动机为克服与在柴油颗粒过滤器上的碳烟积聚相关的背压而需要的额外 燃料之间权衡。 

除了处理碳烟之外，大多数后处理系统也尝试通过添加还原剂(例如尿素)催化NO_X还原反应来降低排气管处存在的NO_X。在许多传统的系统中，尿素在柴油颗粒过滤器下游喷射到后处理系统中。在与废气混合之后，通过NO_X还原催化剂促进化学反应以在离开排气管之前将二氧化氮和尿素中的氨转化为氮气和水。通常，喷入后处理系统中的尿素量必须平衡废气中存在的NO_X量，以避免不充分的反应而在排气管处生成NO_X(NO_X逸出)或喷入太多而导致所不希望的氨从排气管的排出(氨逸出)。为了更少地消耗尿素，常识通常是调整发动机标定以产生更少的NO_X但同时仍满足发动机上的需求。通常，NO_X的生成像发动机效率一样，随着燃烧温度的增加而增加。因此，调整发动机标定以产生更少的NO_X通常导致发动机效率的下降，因而导致相关联的燃料消耗的递增。因此关于NO_X方面的权衡经常涉及燃料消耗的递增，以便在燃烧的时候生成更少的NO_X且同时对为了达到平衡的还原反应而进行的尿素喷射的要求降低。 

因此，常识是对发动机标定、柴油颗粒过滤器再生频率和尿素喷射量的研究，这些能在满足排放规章的同时使得全部的液体消耗(燃料加上尿素)是可接受的。这些策略典型地通过后处理系统执行，该后处理系统包括相互串联的用于促进再生的燃料喷射器、涂有柴油氧化催化剂的柴油颗粒过滤器、尿素喷射系统、混合器以及最后还包括NO_X还原催化剂。 

尽管传统的后处理系统结构认为是成功的且逐渐广泛使用，但仍努力通过给柴油颗粒过滤器涂上NO_X还原催化剂而在该柴油颗粒过滤器处进行NO_X还原反应。例如，公开的美国专利申请2010/0058746教导了一种涂有柴油氧化催化剂和NO_X还原催化剂的柴油颗粒过滤器。然而，此参考文献教导了柴油颗粒过滤器频繁主动再生的必要性。 

发明内容

本发明旨在提供一种替代的与发动机系统相结合的后处理策略，该后处理策略可以有效地与传统的后处理系统设计相竞争。 

一方面，运行发动机系统的方法包括通过燃烧压燃式发动机中的柴油燃料产生具有一温度和NO_X碳烟比的废气。通过在与压燃式发动机给后处理系统提供碳烟的速度大约相同的速度下氧化碳烟而使在与压燃式发动机流体连接的后处理系统的柴油颗粒过滤器中的碳烟负载密度稳定。通过涂在柴油颗粒过滤器上的NO_X还原催化剂来催化NO_X还原反应。