Многослойная система снижения токсичности отработавших газов и многослойная система дизельного окислительного нейтрализатора

РЕФЕРАТ

Предложены системы для многослойного устройства снижения токсичности отработавших газов, присоединенного к выпускному коллектору. Различные составы могут быть включены во множество слоев устройства, чтобы позволять различным функциям снижения токсичности отработавших газов группироваться в рамках пространственных ограничений. Слои могут быть организованы для уменьшения функционального взаимного влияния и улучшения функциональной синергии между различными функциями снижения токсичности отработавших газов.

2420-187211RU/011

МНОГОСЛОЙНАЯ СИСТЕМА СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И МНОГОСЛОЙНАЯ СИСТЕМА ДИЗЕЛЬНОГО ОКИСЛИТЕЛЬНОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ

Данная заявка относится к способам и системам для снижения токсичности отработавших газов транспортного средства с дизельным окислительным нейтрализатором, имеющим более чем один каталитический режим работы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В попытке удовлетворять строгим федеральным нормам выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, двигатели транспортных средств могут быть снабжены системой снижения токсичности отработавших газов, включающей различные устройства снижения токсичности отработавших газов, такие как трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы, дизельные окислительные нейтрализаторы, сажевые фильтры, каталитические нейтрализаторы NOx и уловители углеводородов (HC). Различные устройства снижения токсичности отработавших газов могут быть расположены в разных конфигурациях.

Одна из примерных конфигураций показана Маасейдваагом и другими в патенте США 6167696. В данном документе, трехкомпонентный каталитический нейтрализатор включен в состав выше по потоку от уловителя HC, уловителя NOx и каталитического нейтрализатора с электрическим разогревом. Еще одна примерная конфигурация показана Яматой и другими в патенте СЩА 7181903. В данном документе, трехкомпонентный каталитический нейтрализатор включен в состав ниже по потоку от уловителя NOx и плазменного реактора, содержащего в себе уловитель HC. На основании особой конфигурации и порядка различных устройств снижения токсичности отработавших газов в системе снижения токсичности отработавших газов по патентам США 6167696 и 7181903, разные стратегии управления (например, стратегии регулирования температуры) используются для координирования их функционирования.

СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Однако, авторы в материалах настоящей заявки идентифицировали потенциальные проблемы у таких систем. В качестве одного из примеров, различные функции могут участвовать и/или оказывать взаимное влияние друг на друга. Например, молекулы NO могут окисляться в NO₂ дизельным окислительным нейтрализатором, расположенным выше по потоку от каталитического нейтрализатора NOx после холодного пуска двигателя. Однако, функция окисления углеводородов и окиси углерода дизельного окислительного нейтрализатора может оказывать взаимное влияние с функцией окисления NO каталитического нейтрализатора. В результате, даже с разными конфигурациями, соответствие нормам выбросов может не достигаться. Эта проблема может усугубляться по мере того, как нормы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу становятся строже наряду с тем, что процессы сгорания становятся более эффективными со значительно более низкими температурами отработавших газов. В качестве еще одного примера, разные конфигурации и более низкие температуры отработавших газов могут усложнять стратегии регулирования температуры устройств снижения токсичности отработавших газов. В качестве еще одного другого примера, вследствие ограничений объема компоновки в транспортном средстве, пространство, имеющееся в распоряжении для разных конфигураций и функциональных возможностей системы снижения токсичности отработавших газов может быть ограничено. В целом, выбросы отработавших газов могут ухудшаться.

В одном из примеров, некоторые из вышеприведенных проблем могут быть по меньшей мере частично решены многослойной системой снижения токсичности отработавших газов, присоединенной к выпускному коллектору двигателя транспортного средства. В одном из вариантов осуществления, многослойная система содержит первый, верхний слой, включающий первый окислительный нейтрализатор, второй, промежуточный слой, включающий уловитель HC для улавливания HC отработавших газов, и третий, нижний слой, включающий второй, другой окислительный нейтрализатор. Второй слой может быть расположен между первым и третьим слоями, и все слои могут быть нанесены на основание подложки и поддерживаться им. Таким образом, различные составы могут наноситься на подложку в выбранном порядке, чтобы давать различным функциям снижения токсичности отработавших газов возможность группироваться в рамках пространственных ограничений, чтобы обеспечивать синергетические преимущества.

Например, система снижения токсичности отработавших газов может включать многослойное устройство снижения токсичности отработавших газов выше по потоку от одного или более каталитических нейтрализаторов NOx и сажевых фильтров. В одном из примеров, многослойное устройство снижения токсичности отработавших газов может быть многослойной системой дизельного окислительного нейтрализатора, в котором множество слоев нанесены на основание подложки и поддерживаются им. Первый, верхний слой может включать первый окислительный нейтрализатор, такой как дизельный окислительный нейтрализатор (DOC), для окисления углеводородов (HC) отработавших газов и формирования экзотермы для расположенных ниже по потоку сажевых фильтров или уловителей HC. Например, HC отработавших газов могут окисляться, чтобы периодически формировать экзотерму, такую чтобы содействовала восстановлению расположенного ниже по потоку сажевого фильтра. Второй, промежуточный слой может включать уловитель HC для улавливания HC отработавших газов. Третий, нижний слой может включать второй, другой окислительный нейтрализатор для окисления молекул NO отработавших газов в молекулы NO₂. Молекулы NO₂ отработавших газов затем могут улавливаться или преобразовываться в расположенных ниже по потоку уловителе NOx или восстановительном каталитическом нейтрализаторе NOx. Посредством удерживания HC отработавших газов во втором слое, реакция окисления HC третьего слоя может быть защищена от взаимного влияния HC. В дополнение к предписанным функциональным возможностям, каждый слой также может иметь предписанную загрузку тонкого покрытия и/или загрузку благородных металлов, приспособленных для специфичных функциональных возможностей слоя. Загрузки также могут быть основаны на применении транспортного средства и особом профиле выбросов. Например, в транспортных средствах, работающих на топливе или калибровках, которые имеют более высокое содержание HC в отработавших газах во время холодного пуска, устройство может быть выполнено так, чтобы емкость второго слоя, имеющего уловитель HC, была увеличена. В качестве еще одного примера, в транспортных средствах, работающих с экономичными низкопробными двигателями, которые имеют более высокое содержание NOx в отработавших газах, устройство может быть выполнено так, чтобы емкость третьего слоя была увеличена для улучшения формирования NO₂. В дополнительных вариантах осуществления, один или более из слоев могут быть включены в пределы основания подложки, такое как высокопористое основание подложки, для снижения обратного давления.

Таким образом, устройство снижения токсичности отработавших газов может быть выполнено с разными составами в разных слоях для объединения различных функций снижения токсичности отработавших газов и обеспечения синергетических преимуществ. Посредством снижения функционального взаимного влияния и улучшения функциональной синергии, качество выбросов отработавших газов может быть улучшено.

Таким образом согласно одному аспекту предложена многослойная система снижения токсичности отработавших газов, присоединенная к выпускному коллектору двигателя транспортного средства, содержащая первый, верхний слой, включающий первый окислительный нейтрализатор, второй, промежуточный слой, включающий уловитель углеводородов для улавливания углеводородов отработавших газов, и третий, нижний слой, включающий второй, другой окислительный нейтрализатор, при этом второй слой расположен между первым и третьим слоями.

Система предпочтительно дополнительно содержит основание подложки.

Третий слой предпочтительно нанесен на основание подложки.

Основание подложки предпочтительно имеет пористость, которая является более высокой, чем пороговое значение, при этом третий слой включен в основание подложки.

Первый окислительный нейтрализатор предпочтительно выполнен с возможностью окисления углеводородов отработавших газов для увеличения температуры отработавших газов выше пороговой температуры.

Второй окислительный нейтрализатор предпочтительно выполнен с возможностью окисления и улавливания молекул NOx.

Второй слой имеет предпочтительно пористость, которая выполнена с возможностью удерживания молекул углеводородов отработавших газов во втором слое и обеспечения прохождения молекул NOx отработавших газов через второй слой в третий слой.

Только второй слой предпочтительно включает цеолит.

Один или более из первого, второго и третьего слоев предпочтительно дополнительно включает дизельный окислительный нейтрализатор.

Первый слой предпочтительно имеет первые загрузку тонкого покрытия и содержание благородных металлов, второй слой имеет вторые загрузку тонкого покрытия и содержание благородных металлов, а третий слой имеет третьи загрузку тонкого покрытия и содержание благородных металлов, при этом первая загрузка является отличной от каждой из второй и третьей нагрузок, при этом первое содержание является отличным от каждого из второго и третьего содержаний.

Согласно другому аспекту предложена многослойная система дизельного окислительного нейтрализатора, содержащая первый слой дизельного окислительного нейтрализатора, выполненный с возможностью улавливания углеводородов отработавших газов и/или окисления углеводородов отработавших газов для увеличения температуры отработавших газов, второй слой дизельного окислительного нейтрализатора, выполненный с возможностью улавливания молекул NOx отработавших газов и/или окисления NO отработавших газов.

Система предпочтительно дополнительно содержит основание подложки, при этом первый и второй слои дизельного окислительного нейтрализатора поддерживаются основанием подложки.

Второй слой предпочтительно включен в основание подложки.

Первый слой предпочтительно включает цеолиты, а второй слой не включает цеолиты.

Каждый из первого и второго слоев предпочтительно включает дизельный окислительный нейтрализатор.

Первый слой предпочтительно включает Pt и/или Pd, а второй слой не включает Pt и Pd.

Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, представлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен реализациями, которые решают какие-нибудь недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой схематичный вид системы двигателя.

Фиг. 2 представляет собой схематичный вид системы снижения токсичности отработавших газов, присоединенной к системе двигателя по фиг. 1.

Фиг. 3-5 представляют собой примерные варианты осуществления многослойного устройства снижения токсичности отработавших газов.

Фиг. 6 представляет собой высокоуровневую блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процедуру для эксплуатации многослойного устройства снижения токсичности отработавших газов по фиг. 3-5.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Последующее описание относится к системам и способам для многослойного устройства снижения токсичности отработавших газов, присоединенного к выпускному коллектору системы двигателя, такой как система двигателя по фиг. 1. Многослойное устройство снижения токсичности отработавших газов может быть многослойной системой дизельного окислительного нейтрализатора (DOC) как показано на фиг. 2, расположенной выше по потоку от одного или более других устройств снижения токсичности выбросов, таких как одно или более восстановительных каталитических нейтрализаторов NOx и фильтров твердых частиц (PM), присоединенных к выпускному коллектору двигателя. Различные слои многослойного устройства могут включать разные составы для предоставления разным функциям снижения токсичности отработавших газов возможности выполняться в рамках пространственных ограничений устройства. Различные составы, как показано на фиг. 3-5, могут быть нанесены, с тем чтобы уменьшать функциональное взаимное влияние наряду с предоставлением возможности функциональной синергии. Как показано на фиг. 6, отработавшие газы могут пропускаться по и через многослойное устройство, чтобы удерживать и окислять углеводороды отработавших газов и повышать температуру отработавших газов наряду с окислением молекул NO отработавших газов NO₂ для последующего улавливания на расположенном ниже по потоку уловителе NOx или низкотемпературного восстановления в каталитическом нейтрализаторе с избирательным каталитическим восстановлением (SCR), который использует карбамид или другой восстановитель NOx. Таким образом, качество выбросов отработавших газов может быть улучшено.

На фиг. 1 показан схематичный вид системы 8 двигателя 10, включающей двигатель, имеющий множество цилиндров 30. Двигатель 10 включает впускное устройство 23 двигателя и выпускное устройство 25 двигателя. Впускное устройство 23 двигателя включает дроссель 62, связанный по текучей среде с впускным коллектором 44 двигателя через впускной патрубок 42. Выпускное устройство 25 двигателя включает выпускной коллектор 48, ведущий в выпускной патрубок 35, который направляет отработавшие газы в атмосферу. Выпускная система 25 включает систему 22 снижения токсичности отработавших газов, имеющую одно или более устройств 70 снижения токсичности отработавших газов, установленных в вплотную соединенном положении. Одно или более устройств снижения токсичности отработавших газов могут включать различные комбинации и компоновки (как показано на фиг. 2) многослойного дизельного окислительного нейтрализатора (описанного на фиг. 3-5), трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, уловителя обедненных NOx, каталитического нейтрализатора SCR, дизельного сажевого фильтра, окислительного нейтрализатора, и т.д. Следует понимать, что другие компоненты могут быть включены в двигатель, такие как многообразие клапанов и датчиков.

В некоторых вариантах осуществления, впускное устройство 23 двигателя дополнительно может включать устройство наддува, такое как компрессор 74. Компрессор 74 может быть сконфигурирован для засасывания всасываемого воздуха при атмосферном давлении воздуха и наддувать его до более высокого давления. Устройство наддува может быть компрессором турбонагнетателя, где наддувочный воздух вводится перед дросселем, или компрессором нагнетателя, где дроссель расположен до устройства наддува. С использованием наддувочного всасываемого воздуха, может выполняться работа двигателя с наддувом.

Система 8 двигателя может быть присоединена к топливной системе 18, включающей топливный бак 20, присоединенный к системе 21 топливного насоса. Топливный бак 20 может содержать в себе множество топливных смесей, в том числе, топливо с диапазоном концентраций спиртов, таким как различные бензинэтаноловые смеси, включающие в себя E10, E85, бензин, и т.д., и их комбинации. Система 21 топливного насоса может включать один или более насосов для нагнетания топлива, подаваемого на форсунки двигателя 10, такие как примерная форсунка 66. Несмотря на то, что показана одиночная форсунка 66, дополнительные форсунки предусмотрены для каждого цилиндра. Следует понимать, что топливная система 18 может быть безвозвратной топливной системой, возвратной топливной системой или различными другими типами топливной системы.

Система 6 транспортного средства дополнительно может включать систему 14 управления. Система 14 управления показана принимающей информацию с множества датчиков 16 (различные примеры которых описаны в материалах настоящей заявки) и отправляющей сигналы управления на множество исполнительных механизмов 81 (различные примеры которых описаны в материалах настоящей заявки). В качестве одного из примеров, датчики 16 могут включать датчик 126 отработавших газов, расположенный выше по потоку от системы снижения токсичности отработавших газов, датчик 128 температуры и датчик 129 давления. Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, отношения количества воздуха к количеству топлива и состава, могут быть присоединены к различным местоположениям в системе 6 транспортного средства, как более подробно обсуждено в материалах настоящей заявки. В качестве еще одного примера, исполнительные механизмы могут включать топливную форсунку 66 и дроссель 62. Система 14 управления может включать контроллер 12. Контроллер может принимать входные данные с различных датчиков, обрабатывать входные данные и приводить в действие исполнительные механизмы в ответ на обработанные входные данные, на основании команды или управляющей программы, запрограммированных в нем, соответствующих одной или более процедур. Примерная процедура управления описана в материалах настоящей заявки в отношении фиг. 6.

На фиг. 2 показан примерный вариант осуществления системы 22 снижения токсичности отработавших газов. Система 22 снижения токсичности отработавших газов может включать одно или более устройств 70 снижения токсичности отработавших газов, присоединенных к выпускному коллектору двигателя. Таковые, например, могут включать многослойное устройство 202 (или систему) дизельного окислительного нейтрализатора, расположенное выше по потоку от устройства 204 снижения токсичности по NOx и устройства 206 снижения токсичности по PM. Устройство снижения токсичности по NOx, например, может включать уловитель обедненных NOx (LNT) или восстановительный каталитический нейтрализатор NOx (например, каталитический нейтрализатор SCR), наряду с тем, что устройство снижения токсичности по PM, например, может включать фильтр PM или дизельный сажевый фильтр (DPF). Несмотря на то, что изображенный вариант осуществления показывает устройство 204 снижения токсичности по NOx, расположенное выше по потоку от устройства 206 снижения токсичности по PM, в альтернативных вариантах осуществления, устройство 204 снижения токсичности по NOx может быть расположено ниже по потоку от устройства 206 снижения токсичности по PM. Посредством расположения многослойного устройства 202 DOC выше по потоку от устройства снижения токсичности по NOx и устройства снижения токсичности по PM, могут быть достигнуты различные преимущества. Например, углеводороды отработавших газов могут окисляться в одном или более слоев многослойного устройства DOC, чтобы поднимать температуру отработавших газов выше пороговой температуры устройства PM. В качестве еще одного примера, углеводороды отработавших газов могут удерживаться в одном или более слоев многослойного устройства DOC для уменьшения функционального взаимного влияния углеводородов с устройством снижения токсичности по NOx. Таким образом, посредством пропускания отработавших газов по (и через) многослойное устройство DOC перед пропусканием отработавших газов через расположенные ниже по потоку каталитические нейтрализаторы NOx и фильтры PM, различные составляющие отработавших газов могут постепенно обрабатываться, и может улучшаться качество выбросов отработавших газов.

Несмотря на то, что она не показана, система подачи восстановительного агента может быть включена в систему 22 снижения токсичности отработавших газов, например, выше по потоку от устройства снижения токсичности по NOx. Система подачи восстановительного агента может быть выполнена с возможностью вводить надлежащий восстановительный агент (такой как аммиак или карбамид) в отработавшие газы непосредственно перед тем, как отработавшие газы проникают в устройства снижения токсичности по NOx.

Различные варианты осуществления многослойного устройства (202) дизельного окислительного нейтрализатора по фиг. 2 проиллюстрированы в материалах настоящей заявки на фиг. 3-5. Различные варианты осуществления включают в себя варианты осуществления, в которых множество слоев с отдельными составами нанесены на и поддерживаются основанием подложки, а также варианты осуществления, в которых один или более составов включены в один и тот же слой, и один или более слоев нанесены в пределах основания подложки.

Со ссылкой на фиг. 3, показан первый вариант 300 осуществления многослойной системы снижения токсичности отработавших газов (такой как многослойная система дизельного окислительного нейтрализатора по фиг. 2), присоединенной к выпускному коллектору двигателя транспортного средства (такому как выпускной коллектор по фиг. 1). Многослойная система может содержать первый, верхний (или наружный) слой 302, включающий первый, окисляющий каталитический нейтрализатор. Первый окислительный нейтрализатор, например, может быть дизельным окислительным нейтрализатором розжига. Многослойная система дополнительно может содержать второй, промежуточный слой 304, включающий уловитель HC для улавливания HC отработавших газов. Многослойная система также может содержать третий, нижний (или внутренний) слой 306, включающий второй, отличный окислительный нейтрализатор. Например, второй окислительный нейтрализатор может быть окислительным нейтрализатором NO, выполненным с возможностью окислять молекулы NO отработавших газов в молекулы NO₂. Второй слой 304 может быть расположен между первым и третьим слоями 302, 304. Многослойная система дополнительно может содержать основание 308 подложки. Более точно, третий слой 306 может быть нанесен непосредственно на (поверх) основание подложки наряду с тем, что второй слой 304 может быть нанесен на (поверх) третий слой, и первый слой 302 может быть нанесен на (поверх) второй слой. Основание 308 подложки может быть из любого пригодного материала, такого как кордиерит, титанат алюминия, мюллит или карбид кремния. Дополнительно, основание подложки может иметь пористость от 42 до 65%. В других вариантах осуществления, основание подложки может содержать дизельный сажевый фильтр (DPF), включающий множество каналов с перемежающейся блокировкой концов. По существу, могут использоваться различные пригодные сажевые фильтры, включающие в себя кордиерит, титанат алюминия, мюллит и карбид кремния.

Первый окислительный каталитический нейтрализатр первого слоя 302 может быть выполнен с возможностью окислять HC отработавших газов, чтобы поднимать температуру отработавших газов выше пороговой температуры. Например, первый каталитический нейтрализатор с окислением первого слоя может окислять HC для периодического формирования экзотермы для расположенных ниже по потоку сажевых фильтров или уловителей HC. Таким образом, теплота отработавших газов может поддерживаться выше порогового значения, требуемого для улучшенного функционирования расположенных ниже по потоку устройств снижения токсичности отработавших газов, например, для восстановления расположенного ниже по потоку фильтра твердых частиц. Дополнительно, посредством включения в состав окислительного нейтрализатора HC в одном из слоев, может быть уменьшена необходимость в выделенном каталитическом нейтрализаторе розжига или другом устройстве поддержания теплоты отработавших газов.

Второй окислительный нейтрализатор третьего слоя 306 может быть выполнен с возможностью улавливать молекулы NOx отработавших газов. Например, второй слой может иметь микропористость, которая выполнена с возможностью удерживать молекулы HC отработавших газов во втором слое 304 и предохранять HC от проникновения в третий слой 306. Одновременно, второй слой может быть наделен размером, чтобы давать молекулам NOx отработавших газов возможность проходить через второй слой в третий слой. Таким образом, второй слой, включающий уловитель HC, может действовать в качестве молекулярного сита, отфильтровывающего HC с большим молекулярным весом во время условий бедного сгорания или низкой температуры и защищающего окислительный нейтрализатор NO третьего слоя от вредных тепловых воздействий поглощения HC. Посредством включения окислительного нейтрализатора NO в один из слоев, может быть снижена необходимость в выделенном устройстве окисления NO, такого как плазменный реактор. Дополнительно, третий слой может быть выполнен с возможностью улавливать молекулы NOx во время холодных пусков двигателя и термически десорбировать молекулы NOx при нормальных температурах устройства снижения токсичности отработавших газов.

В изображенном варианте осуществления, только дизельный окислительный нейтрализатор розжига может быть включен в первый слой наряду с тем, что уловитель HC и окислительный нейтрализатор NO исключены из первого слоя. Таким же образом, только уловитель HC может быть включен во второй слой наряду с тем, что первый и второй окислительные каталитические нейтрализаторы исключены из второго слоя, и только окислительный нейтрализатор NO может быть включен в третий слой наряду с тем, что уловитель HC и дизельный окислительный нейтрализатор исключены из третьего слоя. Таким образом, разные функциональные возможности могут быть ограничены разными слоями для снижения функционального взаимного влияния наряду с предоставлением возможности синергии между функциями.

Различные слои могут быть выполнены с разными загрузками тонкого покрытия. Дополнительно, может меняться загрузка благородного металла разных слоев. Например, первый слой может иметь первую загрузку тонкого покрытия и первую загрузку благородных металлов, второй слой может иметь вторую загрузку тонкого покрытия и вторую загрузку благородных металлов, а третий слой может иметь третью загрузку тонкого покрытия и третью загрузку благородных металлов. Первая, вторая и третья загрузки тонкого покрытия и загрузки благородных металлов могут выбираться на основании функциональных возможностей слоя. Например, некоторые слои (например, первый слой DOC) может включать более высокую загрузку благородных металлов наряду с тем, что другие слои (например, третий слой окисления NO) могут не включать никаких благородных металлов. Дополнительно, загрузки могут быть специально приспособлены под специфичное применение транспортного средства и специфичный профиль выбросов отработавших газов двигателя. В дополнительных вариантах осуществления, загрузки тонкого покрытия и благородных металлов могут настраиваться на основании выходного содержания HC двигателя. В одном из примеров, суммарная загрузка тонкого покрытия может быть в диапазоне от 1,25 до 4,5 г/дюйм³ с разными распределениями загрузок тонкого покрытия для разных слоев.

В качестве одного из примеров, загрузка тонкого покрытия первого слоя 302, включающего в себя окислительный нейтрализатор, может иметь значение от 0,25 до 1,5 г/дюйм³. Первый слой 302 также может иметь загрузку благородных металлов с содержанием платины (Pt) и палладия (Pd) от 2 до 180 г/фут³. Отношение Pt к Pd может быть в диапазоне от 2:1 до 0:1. В одном из примеров, отношение Pt к Pd может иметь значение 1:4.

Загрузка тонкого покрытия второго слоя 304, включающего в себя уловитель HC, может иметь значение от 0,5 до 1,5 г/дюйм³. Второй слой 304 дополнительно может включать цеолитный материал надлежащей группы, включающей алюмосиликаты и силикоалюмофосфаты (SAPO). То есть, в варианте осуществления по фиг. 3, первый и второй слои могут не включать цеолитный материал. Цеолитный материал второго слоя 304 дополнительно может включать металлы ионного обмена, такие как Ag, Au, Cu, Fe и/или другие металлы, известные для содействия поверхностному поглощению HC. Загрузка тонкого покрытия третьего слоя 306, включающего в себя окислительный нейтрализатор NO, может иметь значение от 0,5 до 1,5 г/дюйм ³. Третий слой 306 может быть сконфигурирован, чтобы не включать никакие металлы группы Pt. Скорее, третий слой может включать смешанные оксиды металлов. Более точно, третий слой может включать одиночный оксид металла или смеси в диапазоне от 2 до 20 весовых % в пределах слоя. В одном из примеров, смешанные оксиды металлов могут включать Mn или Co, имеющие первостепенное значение. В еще одном примере, смешанные оксиды металлов могут включать W и Mo, имеющие второстепенное значение, или Cu и Fe, имеющие третьестепенное значение.

На фиг. 4 показан альтернативный вариант 400 осуществления. Здесь, многослойная система дизельного окислительного нейтрализатора (DOC) содержит первый слой 402, выполненный с возможностью окислять углеводороды отработавших газов для повышения температуры отработавших газов, и второй слой 404 DOC, выполненный с возможностью улавливать углеводороды отработавших газов и не позволять им проходить в основание подложки. В изображенном варианте осуществления, система DOC содержит основание 406 подложки, которое имеет более высокую пористость (например, более высокую, чем пороговое значение). Высокопористое основание подложки может иметь пористость от 40 до 80%. Многообразие высокой пористости основания 406 подложки, например, может включать высокопористый кордиерид или карбид кремния, как в высокопористом основании подложки предыдущих вариантов осуществления. Кроме того еще, высокопористая подложка может включать высокопористую подложку DPF, имеющую пористость в диапазоне от 40 до 80%.

Использование такого высокопористого основания подложки может давать дополнительному каталитическому катализатору или составу возможность быть включенным в основание подложки. Например, как изображено, третий слой, включающий второй окислительный нейтрализатор NO, может быть включен в основание 406 подложки наряду с тем, что первый и второй слои 402, 404 DOC поддерживаются основанием 406 подложки. Посредством включения в состав по меньшей мере одного из слоев в основание подложки, дополнительное уплотнение в рамках пространственных ограничений может достигаться, к тому же, наряду с уменьшением обратного давления отработавших газов, испытываемого в многослойном устройстве снижения токсичности отработавших газов. Дополнительно, может ускоряться достижение температуры розжига. Загрузка тонкого покрытия разных слоев, а также содержание благородных металлов разных слоев варианта осуществления по фиг. 4, могут быть подобными обсужденным ранее со ссылкой на вариант осуществления по фиг. 3.

На фиг. 5 показан еще один другой вариант 500 осуществления. Здесь, многослойная система дизельного окислительного нейтрализатора (DOC) содержит первый слой 502 DOC, выполненный с возможностью улавливать и окислять углеводороды отработавших газов. То есть, первый и второй слои вариантов осуществления по фиг. 3-4 погружены или включены один в другой для обеспечения синергетических преимуществ. В этом первом погруженном слое, HC отработавших газов могут улавливаться, и уловленные HC отработавших газов могут окисляться первым окислительным нейтрализатором для повышения температуры отработавших газов и периодического формирования экзотермы для расположенных ниже по потоку устройств снижения токсичности отработавших газов. Многослойная система дополнительно может включать второй слой 504 DOC, содержащий основание подложки (например, высокопористое основание подложки в пределах которого нанесен второй окислительный нейтрализатор NO, как показано ранее на фиг. 4. Другими словами, второй слой включен в основание подложки. Поэтому, в варианте осуществления по фиг. 5, только первый слой может включать цеолит и металлы группы Pt (то есть, второй слой может не включать цеолиты или металлы группы Pt) наряду с тем, что только второй слой может включать смешанные оксиды металлов (то есть, первый слой может не включать смешанные оксиды металлов).

Со ссылкой на вариант осуществления по фиг. 5, суммарная загрузка тонкого покрытия может оставаться в диапазоне от 1,25 до 4,5 г/дюйм³ с техническими условиями каталитического нейтрализатора розжига, уловителя HC и окислительного нейтрализатора NO, остающимися такими же, как указанные ранее на фиг. 3. Однако, распределение загрузки тонкого покрытия между слоями может меняться. В одном из примеров, загрузка тонкого покрытия первого погруженного слоя, имеющего первую функцию окислительного нейтрализатора HC и функцию уловителя HC, может иметь значение от 0,75 до 2,5 г/дюйм ³ наряду с тем, что загрузка тонкого покрытия второго слоя, имеющего основание подложки и окислительный нейтрализатор NO, может иметь значение от 0,5 до 2 г/дюйм³.

В каждом из вариантов осуществления по фиг. 4-5, первый DOC, или первый слой, выполнен с возможностью загружать первое количество углеводородов отработавших газов наряду с тем, что второй DOC, или второй слой, выполнен с возможностью загружать и окислять второе количество молекул NOx отработавших газов и потенциально улавливать NOx во время холодного пуска. В одном из примеров, вторая величина загрузки может быть большей, чем первая величина загрузки. В альтернативном примере, вторая величина может быть более низкой, чем первая величина загрузки. Слои, к тому же, могут отличаться по своему качественному составу. Например, первый слой DOC может включать благородные металлы, подобные платине и/или палладию, наряду с тем, что второй слой DOC может включать основной металл, такой как марганец, без таких благородных металлов.

Следует понимать, что, несмотря на то, что варианты осуществления по фиг. 3-5 изображают разные составы, нанесенные на основание подложки, в альтернативных вариантах осуществления, разные составы могут быть включены в отдельные подложки или брикеты. По существу, посредством нанесения разных функциональных возможностей, пространственные ограничения могут удовлетворяться лучше, без компрометации функциональной эффективности.

Далее, со ссылкой фиг. 6, показан примерный способ 600 эксплуатации расположенного выше по потоку многослойного устройства снижения токсичности отработавших газов и одного или более других расположенных ниже по потоку устройств снижения токсичности отработавших газов, присоединенных к выпускному коллектору двигателя. Посредством пропускания отработавших газов через многослойное устройство снижения токсичности отработавших газов перед пропусканием отработавших газов через другие устройства снижения токсичности отработавших газов, может достигаться дополнительная обработка отработавших газов в рамках пространственных ограничений выпускного коллектора, к тому же, наряду с уменьшением функциональных взаимных влияний.

На 602, процедура включает пропускание отработавших газов через подложку многослойного устройства (такого как многослойная система DOC) и через множество каталитических слоев, поддерживаемых подложкой. На 604, процедура включает окисление углеводородов отработавших газов в первом, расположенном выше по потоку каталитическом слое устройства. Здесь, посредством окисления углеводородов отработавших газов в первом слое, температура отработавших газов может подниматься выше пороговой температуры, такой как температура восстановления фильтра PM. То есть, периодическая экзотерма может формироваться для сохранения тепла в системе выпуска отработавших газов, тем самым, улучшая рабочие характеристики расположенных ниже по потоку устройств снижения токсичности отработавших газов.

На 606, процедура включает удерживание углеводородов отработавших газов во втором, промежуточном каталитическом слое устройства. Посредством удерживания HC отработавших газов во втором слое, каталитическая активность третьего, нижнего слоя может защищаться от взаимного влияния HC. На 608, процедура включает окисление молекул NO отработавших газов в третьем, расположенном ниже по потоку каталитическом слое устройства. Более точно, NO отработавших газов могут окисляться до NO₂ для последующего удерживания и обработки в расположенном ниже по потоку уловителе NOx или непрерывного восстановления каталитическим нейтрализатором SCR. По существу, в вариантах осуществления устройства, в котором подложка имеет более высокое разнообразие пористости, и окислительный каталитический катализатор NO третьего слоя включен в подложку, окисление молекул NO отработавших газов в третьем слое может включать окисление молекул NO отработавших газов в пределах основания подложки. После пропускания отработавших газов через подложку и множество слоев многослойного устройства, на 610, процедура может включать пропускание отработавших газов через один или более из уловителя NOx или каталитического нейтрализатора SCR и фильтра PM, расположенных ниже по потоку от подложки в выпускном коллекторе.

Таким образом, различные функции и составы снижения токсичности отработавших газов могут быть нанесены на основание подложки, чтобы объединять различные функции снижения токсичности отработавших газов в рамках ограничений объема упаковки выпускного коллектора двигателя транспортного средства. Посредством организации конфигурации слоев для увеличения синергетических преимуществ наряду с уменьшением функционального взаимного влияния, качество выбросов отработавших газов может быть улучшено.

Следует понимать, что конфигурации и потоки обработки, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты.

Предмет настоящего раскрытия включает все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки. Приведенная ниже формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему в отношении к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящего раскрытия.

1. Многослойная система снижения токсичности отработавших газов, присоединенная к выпускному коллектору двигателя транспортного средства, содержащая:

первый, верхний, слой, включающий первый окислительный нейтрализатор;

второй, промежуточный, слой, включающий уловитель углеводородов для улавливания углеводородов отработавших газов; и

третий, нижний, слой, включающий второй окислительный нейтрализатор, при этом второй слой расположен между первым и третьим слоями.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая основание подложки.

3. Система по п.2, в которой третий слой нанесен на основание подложки.

4. Система по п.2, в которой основание подложки имеет пористость, которая является более высокой, чем пороговое значение, при этом третий слой включен в основание подложки.

5. Система по п.1, в которой первый окислительный нейтрализатор выполнен с возможностью окисления углеводородов отработавших газов для увеличения температуры отработавших газов выше пороговой температуры.

6. Система по п.1, в которой второй окислительный нейтрализатор выполнен с возможностью окисления и улавливания молекул NO_x.

7. Система по п.1, в которой второй слой имеет пористость, которая выполнена с возможностью удерживания молекул углеводородов отработавших газов во втором слое и обеспечения прохождения молекул NO _x отработавших газов через второй слой в третий слой.

8. Система по п.1, в которой только второй слой включает цеолит.

9. Система по п.1, в которой один или более из первого, второго и третьего слоев дополнительно включает дизельный окислительный нейтрализатор.

10. Система по п.1, в которой первый слой имеет первые загрузку тонкого покрытия и содержание благородных металлов, второй слой имеет вторые загрузку тонкого покрытия и содержание благородных металлов, а третий слой имеет третьи загрузку тонкого покрытия и содержание благородных металлов, при этом первая загрузка является отличной от каждой из второй и третьей нагрузок, при этом первое содержание является отличным от каждого из второго и третьего содержаний.

11. Многослойная система дизельного окислительного нейтрализатора, содержащая:

первый слой дизельного окислительного нейтрализатора, выполненный с возможностью улавливания углеводородов отработавших газов и/или окисления углеводородов отработавших газов для увеличения температуры отработавших газов;

второй слой дизельного окислительного нейтрализатора, выполненный с возможностью улавливания молекул NO_x отработавших газов и/или окисления NO отработавших газов.

12. Система по п.11, дополнительно содержащая основание подложки, при этом первый и второй слои дизельного окислительного нейтрализатора поддерживаются основанием подложки.

13. Система по п.12, в которой второй слой включен в основание подложки.

14. Система по п.11, в которой первый слой включает цеолиты, а второй слой не включает цеолиты.

15. Система по п.11, в которой каждый из первого и второго слоев включает дизельный окислительный нейтрализатор.

16. Система по п.11, в которой первый слой включает Pt и/или Pd, а второй слой не включает Pt и Pd.