本公開涉及柴油車輛的后處理系統(tǒng)(ATS)，并且更具體地，通過生成氫氣(H₂)最大化氨(NH₃)生產(chǎn)產(chǎn)率，并且能夠通過控制生產(chǎn)的氨(NH₃)的氧化增加選擇性催化還原(SCR)催化劑的氮氧化物(NO_x)凈化性能的后處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氮氧化物(NO_x)是與一氧化碳(CO)和烴(HC)一同由車輛釋放的有害排放物。當(dāng)NO_x釋放入大氣中時，其導(dǎo)致呼吸問題和光化煙霧。

為了避免以上源自氮氧化物(NO_x)的問題，在限制大氣污染物的排放方面的規(guī)范已經(jīng)越來越嚴(yán)格。

隨著如上所述越來越嚴(yán)格的汽車廢氣規(guī)范，汽車制造商已經(jīng)開發(fā)了減少難以使用傳統(tǒng)催化劑去除的氮氧化物(NO_x)的排放的廢氣后處理技術(shù)。

具體地，雖然為了由于漸增的油價而改善能效，以及減少二氧化碳(CO₂)排放，越來越多的關(guān)注已經(jīng)朝向稀燃(稀薄燃燒，lean burn)發(fā)動機的開發(fā)，由于廢氣中來自稀燃發(fā)動機的大量氧氣，難以使用傳統(tǒng)的后處理技術(shù)去除來自廢氣的氮氧化物(NO_x)。

因此，已經(jīng)開發(fā)的使用氨(NH₃)和稀燃NO_x捕集(lean NO_x trap，LNT)技術(shù)的選擇性催化還原(SCR)技術(shù)作為，為了去除生成自稀燃發(fā)動機的氮氧化物(NO_x)的代表性后處理技術(shù)。

然而，SCR技術(shù)需要用于儲存尿素并將其提供至SCR催化劑，以供應(yīng)用作還原劑的氨(NH₃)的另外的裝置。

LNT技術(shù)使用大量的金屬以活化催化劑且需要復(fù)雜的發(fā)動機控制。

因此，已經(jīng)開發(fā)了三元催化劑(三效催化劑，three-way catalyst，TWC)轉(zhuǎn)化器以生成氨(NH₃)，同時避免對車輛后處理系統(tǒng)的較大改變，并開發(fā)被動SCR(passive SCR，pSCR)技術(shù)，以通過用LNT催化劑吸收氮氧化物，并且然后將一些吸收的氮氧化物(NO_x)在其中產(chǎn)生大量氫氣(H₂)的富燃料環(huán)境下轉(zhuǎn)化為氨(NH₃)來去除氮氧化物(NO_x)。

常規(guī)的LNT催化劑包括二氧化鈰(CeO₂)和其復(fù)合氧化物(complex oxide)等，以增加氮氧化物(NO_x)的儲存性能，然而pSCR系統(tǒng)是有問題的，因為其凈化性能由于存在于二氧化鈰中的晶格氧將生成的氨(NH₃)轉(zhuǎn)化為氮氣(N₂)而劣化。

前述內(nèi)容僅旨在幫助理解本公開內(nèi)容的背景技術(shù)，而并非旨在表示本公開內(nèi)容落在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)的范圍內(nèi)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

考慮到以上出現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中的問題而完成本公開，并且本發(fā)明構(gòu)思的方面提供了用于柴油車輛的后處理系統(tǒng)，其能夠通過選擇性催化還原(SCR)催化劑提高氮氧化物(NO_x)凈化性能，同時防止氨(NH₃)的氧化。

本發(fā)明構(gòu)思的另一方面提供了用于柴油車輛的后處理系統(tǒng)，其能夠通過生成的氫氣(H₂)改善氮氧化物(NO_x)至氨(NH₃)的轉(zhuǎn)化率。

根據(jù)本公開的示例性實施方式，用于柴油車輛的后處理系統(tǒng)包括，安裝在柴油發(fā)動機下游的稀燃NO_x捕集(LNT)催化劑，基于λ窗口在稀燃 氣氛中吸收氮氧化物(NO_x)，在富燃?xì)夥罩蟹懦龅趸?NO_x)，并且將一些放出的氮氧化物(NO_x)轉(zhuǎn)化為氨(NH₃)；以及安裝在LNT催化劑下游的選擇性催化還原(SCR)催化劑，使用生成于LNT催化劑的氨(NH₃)凈化通過LNT催化劑的氮氧化物(NO_x)。

LNT催化劑可以是用選自包括鉑(Pt)、銠(Rh)、氧化鋇(BaO)、和它們的混合物的組的第一涂層金屬涂覆的氧化鋁(Al₂O₃)。

LNT催化劑可以不含包括二氧化鈰(CeO₂)的復(fù)合氧化物(compound oxide)。

LNT催化劑可以在，其中空氣-燃料的當(dāng)量比(λ)小于1并且溫度在至少250℃的驅(qū)動條件(driving conditions)下，將氮氧化物(NO_x)轉(zhuǎn)化為氨(NH₃)。

該后處理系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括氫催化劑，其安裝在LNT催化劑的上游并生成氫氣(H₂)。

該氫催化劑可以是用選自包括鉑(Pt)、金(Au)、和它們的混合物的組的第二涂層金屬涂覆的二氧化鈰(CeO₂)。

該氫催化劑可以使用水煤氣變換反應(yīng)(water gas shift reaction)生成氫氣(H₂)。

該氫催化劑可以在低于200℃的溫度吸收氮氧化物(NO_x)，并且可以在200℃或更高的溫度放出氮氧化物(NO_x)。

根據(jù)本公開中的示例性實施方式，可以通過防止生成于LNT催化劑的氨(NH₃)的氧化，在位于LNT催化劑下游的SCR催化劑增加氮氧化物(NO_x)的凈化性能。

此外，稀燃NO_x捕集(LNT)催化劑上游的氫催化劑，通過氫催化劑中的水煤氣變換反應(yīng)生成氫氣(H₂)，最大化在稀燃NO_x捕集(LNT)催化劑的氨(NH₃)生成，借此其能夠改善氮氧化物(NO_x)的凈化性能。

該氫催化劑能夠通過在低溫吸收氮氧化物(NO_x)并在高溫放出氮氧化物(NO_x)來增加氮氧化物(NO_x)的凈化性能。

附圖說明

結(jié)合附圖時根據(jù)下面的詳細(xì)描述，將更為清晰地理解本公開的上述以及其他目的、特征和其他優(yōu)點，其中：

圖1是根據(jù)本公開的示例性實施方式的用于柴油車輛的后處理系統(tǒng)的示意圖；

圖2是根據(jù)本公開的示例性實施方式和比較例的稀燃NO_x捕集(LNT)催化劑的氨(NH₃)轉(zhuǎn)化率的圖；

圖3是描述根據(jù)本公開的示例性實施方式的在氫催化劑處的水煤氣變換反應(yīng)的圖；

圖4是描述根據(jù)本公開的示例性實施方式的氫催化劑和LNT催化劑的反應(yīng)的圖；

圖5是描述生成的氨(NH₃)的氧化的圖；并且

圖6是示出通過根據(jù)本公開的示例性實施方式的氫催化劑的組合物的水煤氣變換反應(yīng)生成的氫氣(H₂)產(chǎn)率的圖。

具體實施方式

在下文中，雖然將結(jié)合示例性實施方式并參考附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明，應(yīng)理解的是，本說明書并非旨在將本發(fā)明限制為那些示例性實施方式。供參考，本說明書的相同數(shù)字基本上表示相同的要素，在此規(guī)則下，可以通過引用在其他附圖中描述的事物來描述，并且可以省略對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見或重復(fù)的事物。

本公開具有，通過在其中將被動SCR(pSCR)技術(shù)應(yīng)用于柴油車輛的情況下防止在LNT催化劑生成的氨(NH₃)的氧化，增加位于稀燃NO_x捕集(LNT)催化劑下游的選擇性催化還原(SCR)催化劑的氮氧化物(NO_x)凈化性能的主要構(gòu)思。

圖1是根據(jù)本公開的示例性實施方式的用于柴油車輛的后處理系統(tǒng)的示意圖。

如圖1中所示，根據(jù)示例性實施方式的用于柴油車輛的后處理系統(tǒng)20具有，安裝在柴油發(fā)動機下游的稀燃NO_x捕集(LNT)催化劑22，取決于溫度吸收或放出氮氧化物(NO_x)，并將一些放出的氮氧化物(NO_x)轉(zhuǎn)化為氨(NH₃)。選擇性催化還原(SCR)催化劑23隨后安裝在LNT催化劑的下游，并且使用生成的氨(NH₃)凈化氮氧化物(NO_x)。

LNT催化劑22是用選自包括鉑(Pt)、銠(Rh)、氧化鋇(BaO)、和它們的混合物的組的第一涂層金屬涂覆的氧化鋁(Al₂O₃)，并且在特定實施方式中不含二氧化鈰(CeO₂)。

通常，作為氧儲存催化劑(OSC)用于常規(guī)LNT催化劑中的二氧化鈰(CeO₂)通過在具有大量氧氣的稀燃?xì)夥?lean atmosphere)中儲存氧氣，并在具有很少量氧氣的富燃?xì)夥?rich atmosphere)放出氧氣，擴大λ窗口。存在于二氧化鈰(CeO₂)中的晶格氧將生成的氨(NH₃)氧化，從而阻止其到達(dá)SCR催化劑，并且因此劣化氮氧化物(NO_x)凈化性能。

表1

表1示出了根據(jù)示例性實施方式和使用二氧化鈰作為載體的比較例的LNT催化劑的組成，并且圖2是示出根據(jù)示例性實施方式和比較例的LNT催化劑的氨(NH₃)轉(zhuǎn)化率的圖。

如在表1和圖2中所示，雖然第一涂層金屬的組成是相同的，但是在250℃或更高的高溫、與在安裝于LNT催化劑下游的SCR催化劑23的氮氧化物(NO_x)凈化性能較高的示例性實施方式相比，當(dāng)LNT催化劑包括二氧化鈰(CeO₂)時，可以知道生成的氨(NH₃)的產(chǎn)率大幅下降。

其原因是，生成的氨(NH₃)被二氧化鈰(CeO₂)的晶格氧氧化為氮氣(N₂)。細(xì)節(jié)在下文指出。

此外，LNT催化劑22可以在空氣-燃料當(dāng)量比(λ)低于1和250或更高的高溫的條件下將氮氧化物(NO_x)轉(zhuǎn)化為氨(NH₃)，因為位于LNT催化劑下游的SCR催化劑在250℃或更高的高溫最大化了氮氧化物(NO_x)凈化性能。

因此，LNT催化劑22通過在最大化氮氧化物(NO_x)凈化性能的高溫，將氮氧化物(NO_x)轉(zhuǎn)化為氨(NH₃)，并且向位于其下游的SCR催化劑23提供氨(NH₃)，改善氮氧化物(NO_x)凈化性能。

根據(jù)示例性實施方式的用于柴油車輛的后處理系統(tǒng)20可以進(jìn)一步包括，位于LNT催化劑22上游，并且生成氫氣(H₂)的氫催化劑21。

氫催化劑21可以是用選自包括鉑(Pt)、金(Au)、和它們的混合物的組的第二涂層金屬涂覆的二氧化鈰(CeO₂)。

由于大量的氫氣(H₂)對于將在富燃?xì)夥罩蟹懦鲎訪NT催化劑22的氮氧化物(NO_x)還原為氨(NH₃)是必需的，因此可以通過在氫催化劑21的水煤氣變換反應(yīng)生成所需的氫氣(H₂)來最大化在稀燃NO_x捕集(LNT)催化劑處的氮氧化物(NO_x)至氨(NH₃)的轉(zhuǎn)化率。

圖3是描述根據(jù)本公開的示例性實施方式的在氫催化劑處的水煤氣變換反應(yīng)的圖，并且圖4是描述根據(jù)本公開的示例性實施方式的氫催化劑和LNT催化劑的反應(yīng)的圖。

如圖3中所示，當(dāng)來自廢氣的水(H₂O)在氫催化劑21的晶格缺陷上經(jīng)受分離吸收(dissociative absorption)，吸收的氫(H₂)重排，之后其與來自廢氣的一氧化碳(CO)反應(yīng)以生成二氧化碳(CO₂)和氫氣(H₂)。

如圖4中所示，在上述過程中生成的氫氣(H₂)在涂覆在LNT催化劑22上的第一涂層金屬上轉(zhuǎn)變?yōu)樗?H₂O)和氨(NH₃)。

圖5是描述生成的氨(NH₃)的氧化的圖。

如圖5中所示，在涂覆在LNT催化劑22上的第一涂層金屬上生成的氨(NH₃)與二氧化鈰(CeO₂)的晶格氧反應(yīng)，然后還原為水(H₂O)和氮氣(N₂)。

因此，氫催化劑21可以位于LNT催化劑22的上游，并且對于LNT催化劑22而言不含二氧化鈰(CeO₂)。

因此，根據(jù)本公開，安裝在LNT催化劑22的下游的SCR催化劑23的效率是通過防止生成的氨(NH₃)再氧化來建立的。

LNT催化劑22可以在低于200℃的溫度吸收氮氧化物(NO_x)，并在200℃或更高的溫度將其放出。

SCR催化劑23在200℃開始凈化并在300℃達(dá)到最佳性能，并且因此可以通過使氮氧化物(NO_x)在200℃或更高的、氮氧化物(NO_x)凈化開始的溫度從LNT催化劑22放出，防止氮氧化物(NO_x)在低于200℃的低溫以未凈化的狀態(tài)釋放入空氣。

圖6是示出通過根據(jù)本公開的示例性實施方式的氫催化劑的組合物的水煤氣變換反應(yīng)生成的氫氣(H₂)產(chǎn)率的圖。H₂產(chǎn)率的計算公式為：H₂產(chǎn)率＝H₂的摩爾數(shù)/CO₂的摩爾數(shù)。條件：1.3％CO+3.1％H₂O+0.5％CO₂，余量H₂。

如圖6中所示，可以知道生成的氫氣(H₂)的產(chǎn)率，通過在施加第二涂層金屬的情況下水煤氣變換反應(yīng)的活性發(fā)生，相比不施加其的情況增加。

此外，可以知道，生成的氫氣(H₂)的產(chǎn)率在其中將二氧化鈰(CeO₂)用作載體的情況下，相比其中使用氧化鋁(Al₂O₃)的情況增加。

因此，氫催化劑21可以是用選自包括鉑(Pt)、金(Au)、和它們的混合物的組的第二涂層金屬涂覆的二氧化鈰(CeO₂)。

雖然為了說明目的已經(jīng)描述了實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在沒有背離如所附權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以做出各種修改、增加以及替換。