發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括：a.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，具有能要求顆粒物(PM)減少<50％的顆粒排放，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終和／或第IV階段或同等的排放標(biāo)準(zhǔn)PM限值；b.還原劑導(dǎo)入點(diǎn)，位于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的下游；c.管道，位于還原劑導(dǎo)入點(diǎn)的緊接下游，以使還原劑與廢氣混合，d.SCR，位于管道的緊接下游，具有優(yōu)良的低溫活性，使得無需柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)就能使所要求的NO與NO2的比率滿足等級(jí)4最終／第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)的NOX限值；e.氨泄漏催化劑(ASC)，位于SCR的下游，用來去除過量的氨；以及其中ASC與SCR結(jié)合用來去除過量的PM。
【專利說明】發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。尤其，本發(fā)明涉及一種包括配置為滿足非公路(“非道路”)發(fā)動(dòng)機(jī)的等級(jí)IV最終和/或第4階段排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理布置的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及一種減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)排放的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了減少由來自發(fā)動(dòng)機(jī)的潛在有害物質(zhì)的排放引起的大氣污染，在美國和歐盟已經(jīng)提出立法以逐步降低某些排放的具有法律約束力的限值。在其它地區(qū)也已經(jīng)采用了類似限值，但常比美國和歐盟落后幾年。對(duì)非公路車輛的限值的提出往往晚于同等的公路發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，非公路的最大挑戰(zhàn)之一就是一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)將被適用于更廣泛的應(yīng)用場合。這使得在不考慮應(yīng)用場合或安裝配置的情況下難以確保所有的發(fā)動(dòng)機(jī)滿足排放限值。
[0003]歐盟第IV階段的限值于2014年生效，其中，處于130kW至560kW范圍的較高輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)需截止到2014年I月之前遵守該限值，并且處于35kW至130kW范圍的較低輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)需截止到10月之前遵守該限值。在歐盟97 / 68指令及相關(guān)子指令中規(guī)定了這些限值、試驗(yàn)制度以及時(shí)間表。
[0004]對(duì)應(yīng)的美國立法稱為等級(jí)4，并且該立法的提出是在2011和2014之間，要求截止到2014年年底完全滿足“等級(jí)4最終”標(biāo)準(zhǔn)。在美國聯(lián)邦法規(guī)(CFR)中規(guī)定了這一立法。第40編:環(huán)境保護(hù)，第1039、1065和1068部分，外加所有的相關(guān)指導(dǎo)性說明。過渡等級(jí)4限值與等級(jí)4最終限值之間的明顯差異是氮的氧化物(NOx)限值的減小。
[0005]雖然容易滿足這一立法的全部要求，但對(duì)功率輸出處于56kW至560kW范圍的發(fā)動(dòng)機(jī)的NO5^P PM的美國等級(jí)4最終關(guān)鍵限值分別是0.40g / kWh和0.02g / kWh，并且對(duì)功率輸出處于56kW至560kW范`圍的發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx和PM的歐盟第IV階段關(guān)鍵限值分別是
0.40g / kWh和0.025g / kWh。歐盟第IV階段立法還將氨氣排放限制到在試驗(yàn)循環(huán)期間為平均25ppm。發(fā)動(dòng)機(jī)將既在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)也在遵循美國EPA和歐盟通過協(xié)議的非道路瞬態(tài)循環(huán)(nonroad transient cycle, NRTC)時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。該循環(huán)包括在美國試驗(yàn)被加權(quán)為5%以及在歐盟試驗(yàn)被加權(quán)為10%的冷啟動(dòng)試驗(yàn)。
[0006]其它國家或區(qū)域通常采用與美國和歐盟相同或類似的排放標(biāo)準(zhǔn)，只是提出的日期常常較晚。
[0007]已知柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的各種減排技術(shù)，這些技術(shù)可以單獨(dú)使用或結(jié)合使用，以滿足這些限值。這些技術(shù)包括如下:
[0008]廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在特定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件下將發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的一部分再循環(huán)回到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(并且典型地，在該氣體被導(dǎo)入之前將其冷卻)。這往往會(huì)降低燃燒室溫度。由于燃燒溫度升高時(shí)氮的氧化物(NOx)的產(chǎn)生會(huì)增加，因而降低溫度是抑制NOx產(chǎn)生的有效方式。然而，EGR的潛在缺點(diǎn)是由發(fā)動(dòng)機(jī)引起的顆粒物(PM)的產(chǎn)生增加。
[0009]柴油顆粒過濾器(DPF)被設(shè)置為從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中去除PM。由于顆粒物可能會(huì)堆積在過濾器中造成堵塞，因而需要一些機(jī)制來清潔該過濾器。無源過濾器使用催化劑來去除堆積物，但需要高溫工作。對(duì)于非公路應(yīng)用場合來說，這是不能夠被保證的，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間來進(jìn)行怠速，使得可能無法被動(dòng)地獲得足夠的溫度。因此，為了在非公路應(yīng)用場合中有效，“有源”DPF對(duì)于該技術(shù)是可取的。或在燃料燃燒器中或經(jīng)使用發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)通過將燃料噴射策略改變?yōu)閷⑦^濾器加熱到PM燃燒溫度來增加排氣溫度，使得有源DPF周期性地燃燒燃料?？蓪?shí)現(xiàn)PM的高度減少(在最佳條件下高達(dá)99% )。DPF的缺點(diǎn)包括增加了特定的燃料消耗量，以及由于較高的排氣溫度引起的排出到其它車輛零部件或周圍環(huán)境的額外熱量的管理問題。因而，可能需要進(jìn)一步的熱量緩解措施。額外地，其它處理單元的DPF上游的使用表示這些其它處理單元可能需要使用耐較高溫度的材料。
[0010]柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)利用高表面積鈀催化劑和鉬催化劑通過簡單的氧化機(jī)理來減少碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)。由于HC的減少，PM的質(zhì)量也能夠減少，通常減少大約20%。
[0011]顆粒氧化催化劑(POC)使用彎曲的路徑來捕集和去除一些PM。通常，其PM去除效率可在DPF和DOC的去除效率之間。
[0012]選擇性催化還原(SCR)將催化劑(例如，釩、鎢、銅沸石(Cu-沸石)、或鐵沸石(Fe-沸石))與還原劑(例如，無水氨、氨水或，更為典型的尿素)結(jié)合使用，以將NO和NO2轉(zhuǎn)換成氮和水。尿素被典型地用作還原劑，但是尿素必須被噴射到SCR催化劑的稍微靠上游的排氣中，以在其進(jìn)入SCR催化劑所處的那一點(diǎn)之前被熱分解成為氨水。由于與氨水相t匕，尿素的儲(chǔ)存和運(yùn)輸實(shí)質(zhì)上更安全，因而尿素優(yōu)于氨水。在美國，市場上購買得到的用于SCR的尿素稱為柴油機(jī)排氣液(DEF)，而在歐洲，稱為“AdBlu:”。為使SCR在溫度譜的下端有效執(zhí)行其功能，迄今可取的是NO和NO2的50: 50平分，當(dāng)可用的NO2甚少時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Cu-沸石催化劑在小于300。C的溫度下可提高性能。SCR的優(yōu)點(diǎn)是SCR對(duì)特定燃料消耗量的影響最小。缺點(diǎn)包括需要定期額外補(bǔ)充還原劑，并且需要在車輛上提供將還原劑的貯存器封裝的空間。典型地，還原劑使用是柴油消耗量的1_7%。另外，存在尿素還原劑的過量噴射造成未反應(yīng)的氨從SCR排放到大氣中的風(fēng)險(xiǎn)，或者存在在較低的溫度下存留于SCR催化劑中且隨著催化劑加熱被釋放的氨造成未反應(yīng)的氨從SCR排放到大氣中的風(fēng)險(xiǎn)。這在業(yè)界稱為“氨泄漏”。
[0013]氨泄漏催化劑(ASC)-又稱氨氧化(AMOX)催化劑-可以被設(shè)置在SCR的下游，以將氨氧化成氮和水，因此防止氨逃逸到大氣中。
[0014]稀油NOx捕集器(LNT)-又稱NOx吸附劑催化劑(NAC)-用來保存NOx直到達(dá)到吸附劑的容量。在這一點(diǎn)上，通過將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)充足的時(shí)間段，這些稀油氮氧化物捕集器可以再生。所謂的有源LNT可以位于無源SCR的上游。然后，在LNT的再生期間產(chǎn)生的氨可以在SCR中使用作為改善NOx的去除的方式。然而，在輕型客車的容量高達(dá)大約2.0-2.5升的較小的發(fā)動(dòng)機(jī)中，較容易實(shí)現(xiàn)再生所需的周期性運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0015]非公路發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)具有的普遍觀點(diǎn)是要滿足PM和NOx的等級(jí)4最終/第IV階段的限值，后處理將需要一系列的DOC、DPF、SCR以及ASC或者至少DOC、SCR以及ASC。特別地，制造商的營銷文學(xué)可能指的是“僅SCR方案”，而這些方案事實(shí)上額外包括D0C，和/或包括兩個(gè)SCR。這些后處理方案會(huì)使總體發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的成本明顯增加，和/或可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0016]本發(fā)明請(qǐng)求克服或至少緩解了現(xiàn)有技術(shù)的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的第一方面提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括:柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有能要求顆粒物(PM)減少〈50%的顆粒排放，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終和/或第IV階段或同等的排放標(biāo)準(zhǔn)PM限值；還原劑導(dǎo)入點(diǎn)，位于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的下游并與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于流體流動(dòng)連通，且無介于中間的處理系統(tǒng)；管道，位于還原劑導(dǎo)入點(diǎn)的緊接下游，具有足夠的長度以使還原劑與發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣混合；SCR，位于管道的緊接下游，具有優(yōu)良的低溫活性，使得無需柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)就能使所要求的NO與NO2的比率滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)的NOx限值；氨泄漏催化劑(ASC)，位于SCR的下游，用來去除過量的氨，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段對(duì)氨的限值；以及其中ASC與SCR結(jié)合用來去除過量的PM，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段對(duì)PM的限值。
[0018]通過消除對(duì)進(jìn)一步后處理(例如，DPF、DOC或SCR上游的額外SCR)的需求，可以獲得發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的成本的顯著的節(jié)省。而且，與利用這些處理的同等的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，該發(fā)動(dòng)機(jī)可以具有較低的特定燃料消耗量。
[0019]ASC優(yōu)選去除通過SCR和ASC整體去除的PM中的大部分PM，并且事實(shí)上ASC可以去除通過SCR和ASC整體去除的PM中的大體上所有的PM。
[0020]該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)優(yōu)選包括廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)。
[0021]ASC可以位于SCR的緊接下游，以優(yōu)化其封裝。
[0022]更優(yōu)選，ASC被容置在與SCR相同的外殼中以進(jìn)一步優(yōu)化其封裝。
[0023]還原劑優(yōu)選為氨，并且可選擇地以尿素的形式被導(dǎo)入，并且在管道中分解以形成氨。
[0024]在進(jìn)入SCR的入口處NO2:N0的比率優(yōu)選為小于50:50。
[0025]SCR優(yōu)選為銅沸石催化劑以提高其低溫度效率。
[0026]該發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)選具有大于2.5升的容量。
[0027]SCR催化劑在額定功率(S卩，處于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)稱功率輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)速度)有利地具有超過5000hf1 (優(yōu)選為20000-80000hr4)的空速。
[0028]該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)優(yōu)選具有處于55kW至130kW范圍的功率輸出。
[0029]SCR容積與發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積的比率優(yōu)選在大約1.5和大約3之間。
[0030]本發(fā)明的第二方面提供包含根據(jù)本發(fā)明第一方面的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的非公路或非道路車輛。
[0031]本發(fā)明的第三方面提供一種減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)排放的方法，該方法包括以下步驟:設(shè)置一柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有顆粒排放，使得要求〈50%的顆粒物(PM)減少，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終和/或第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)PM限值；在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的下游導(dǎo)入還原劑，該還原劑處于與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的流體流動(dòng)連通，且無介于中間的處理系統(tǒng)；將還原劑與發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣混合，在位于管道緊接下游的SCR中處理還原劑與廢氣的混合物，SCR具有優(yōu)良的低溫活性，使得無需柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)就能使所要求的NO與NO2的比率滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)的NOx限值；在位于SCR下游的氨泄漏催化劑(ASC)中處理該氣體，以去除過量的氨，從而滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段對(duì)氨的排放限值:以及其中ASC與SCR結(jié)合用來去除過量的PM，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段對(duì)PM的排放限值。
[0032]本發(fā)明的第四方面提供一種減排系統(tǒng)，該減排系統(tǒng)包括:還原劑導(dǎo)入點(diǎn)，位于與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口連接的下游，并與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于流體流動(dòng)連通，且無介于中間的處理系統(tǒng)；管道，位于還原劑導(dǎo)入點(diǎn)的緊接下游，具有足夠的長度以使還原劑與發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣混合；SCR，位于管道的緊接下游，具有優(yōu)良的低溫活性，使得無需柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)就能使所要求的NO與NO2的比率滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)的NOx限值；氨泄漏催化劑(ASC)，位于SCR的下游，用來去除過量的氨，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段對(duì)氨的限值；以及其中ASC與SCR結(jié)合用來將PM排放減少20%或更大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]現(xiàn)在將參考附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0034]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的非公路車輛的圖示；
[0035]圖2和圖3為分別示出冷NRTC試驗(yàn)循環(huán)和熱NRTC試驗(yàn)循環(huán)期間SCR中的空速的圖表；以及
[0036]圖4和圖5為分別示出冷NRTC試驗(yàn)循環(huán)和熱NRTC試驗(yàn)循環(huán)期間在進(jìn)入SCR的入口處NOx的總量中的NO2的百分比的圖表。 【具體實(shí)施方式】
[0037]圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的通過非道路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)12提供動(dòng)力的非公路(非道路)車輛10。發(fā)動(dòng)機(jī)可以給驅(qū)動(dòng)行走輪(ground engaging wheel)或履帶提供動(dòng)力，以移動(dòng)車輛和/或可以給車輛的一個(gè)或多個(gè)工作職能提供動(dòng)力，該一個(gè)或多個(gè)工作職能例如為給挖溝機(jī)(excavating backhoe)的液壓油缸、起重吊桿(lifting boom)、以及傾倒機(jī)構(gòu)等提供動(dòng)力的液壓泵；給輔助液壓滑閥提供動(dòng)力的液壓泵；動(dòng)力輸出裝置(powertake-off);發(fā)電機(jī)等。
[0038]根據(jù)美國40C.F.R.§ 1068.30條款，非道路發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)術(shù)語所包含的發(fā)動(dòng)機(jī)包括以下任意的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī):
[0039]“ (i)在一件設(shè)備中或一件設(shè)備上的發(fā)動(dòng)機(jī)，該設(shè)備是自走式的，或者通過既使自身自走又執(zhí)行另一個(gè)功能(例如，園藝拖拉機(jī)、非公路移動(dòng)式起重機(jī)以及推土機(jī))而具有雙重用途；或
[0040](ii)在一件設(shè)備中或一件設(shè)備上的發(fā)動(dòng)機(jī)，該設(shè)備意欲在執(zhí)行其功能的同時(shí)自走(例如，剪草機(jī)和修剪機(jī))；或
[0041](iii)發(fā)動(dòng)機(jī)，通過自身或在一件設(shè)備中或一件設(shè)備上，該發(fā)動(dòng)機(jī)是便攜的或可運(yùn)輸?shù)?，這表示該發(fā)動(dòng)機(jī)被設(shè)計(jì)為且能夠從一個(gè)位置搬運(yùn)或移動(dòng)到另一個(gè)位置?？蛇\(yùn)輸性的標(biāo)記包括但不限于輪子、滑道、手提把手、手推車、拖車或平臺(tái)?！?br> [0042]固定式發(fā)動(dòng)機(jī)、水運(yùn)發(fā)動(dòng)機(jī)(waterborne engine)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)未被包括在該限定內(nèi)。
[0043]非公路車輛例如為用于建筑業(yè)(例如，挖掘裝載機(jī)、沼地挖掘機(jī)、伸縮式叉裝機(jī)、鏟車、滑移裝載機(jī)、自卸卡車、推土機(jī)、平地機(jī))、農(nóng)業(yè)(拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)、自走式收割機(jī)以及灑水車)、采石業(yè)(例如，裝載機(jī)伊斗、集料粉碎設(shè)備(aggregate crushingequipment))以及林業(yè)(木材收割機(jī)、伐木歸堆機(jī))的車輛。
[0044]本實(shí)施例中的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)14是一個(gè)物理設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，并且該發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)被編程為將顆粒排放減到最少，但結(jié)果往往產(chǎn)生較高的NOx排放。這一類型的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為“清潔燃燒”發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0045]這一類型的發(fā)動(dòng)機(jī)的示例是 申請(qǐng)人:在Dieselmax?品牌下提供的一系列發(fā)動(dòng)機(jī)。這些發(fā)動(dòng)機(jī)具有4.4和4.8升的容量。這些發(fā)動(dòng)機(jī)是四沖程的，具有四個(gè)汽缸，并具有介于55kW和129kW之間的功率輸出范圍。這些發(fā)動(dòng)機(jī)利用共軌式燃料噴射，而被優(yōu)化了的噴射器嘴特性增強(qiáng)了燃料霧化并因此進(jìn)行燃燒，以及這些發(fā)動(dòng)機(jī)還利用可變幾何渦輪增壓器，共軌式燃料噴射和可變幾何渦輪增壓器都有助于降低發(fā)動(dòng)機(jī)PM排放。的確， 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)本身具有如此低的PM排放，使得排放僅需要實(shí)現(xiàn)小于50%的減少，從而滿足等級(jí)4最終/第IV階段顆粒限值(即，考慮到EGR，無后處理的發(fā)動(dòng)機(jī)自身的PM排放是0.04g /kffhr或更小)。
[0046]這些發(fā)動(dòng)機(jī)還裝有冷卻EGR系統(tǒng)22，以在后處理之前將NOx排放減到最少。應(yīng)理解的是，上述發(fā)動(dòng)機(jī)僅為適合于并入本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的一類型發(fā)動(dòng)機(jī)的示例?？深A(yù)期的是，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)尤其可適用于容量超過大約2.5升的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0047]廢氣在排氣管26中排出發(fā)動(dòng)機(jī)14。
[0048]還原劑導(dǎo)入點(diǎn)被設(shè)置在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)12的下游的排氣管14中，并與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)12處于流體流動(dòng)連通。典型地，所使用的還原劑是市面上以DEF或AdBluera形式出售的傳統(tǒng)類型的尿素。還原劑被存儲(chǔ)在車輛10上的適當(dāng)位置處的貯存器20中。適當(dāng)?shù)挠?jì)量系統(tǒng)(未示出)被設(shè)置為確保導(dǎo)入率滿足柴油消耗量的要求(典型的使用量是1_7%)。與尋求滿足歐盟第IV階段和/或美國等級(jí)4最終排放標(biāo)準(zhǔn)的其它系統(tǒng)相反，在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口和還原劑導(dǎo)入點(diǎn)之間無介于中間的處理系統(tǒng)。
[0049]由于尿素在水解過程中需要熱分解以形成氨(和二氧化碳)，因而排氣管26的長度限定出位于還原劑導(dǎo)入點(diǎn)緊接下游的混合管道30。為了發(fā)生熱分解，該管道具有足夠的長度以使還原劑與發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣混合。管道30可以額外地包括擋板或其它特征以使得僅用較短的管道就可進(jìn)行混合。
[0050]在其它實(shí)施例中，例如，如果氨氣本身被噴射(例如，如果采用由丹麥S0borg的Amminex A / S供應(yīng)的用于氨噴射的ASDS-2系統(tǒng))，管道30的長度可以被顯著縮短。
[0051]SCR16被設(shè)置在管道30的緊接下游。SCR16具有優(yōu)良的低溫活性，例如，使用Cu-沸石催化劑。在低排氣溫度(<300°C )，這一類型的SCR較少地取決于NO與NO2的比率，以有效滿足等級(jí)4最終/第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的排氣溫度典型地處于100-450°C的范圍，并且催化劑容積與發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積(swept volume)的比率典型地處于1.5-3的范圍。
[0052]其它類型的SCR典型地需要位于SCR上游的柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)以確保SCR入口處NO與NO2的比率是大約50:50,以便確保滿足等級(jí)4最終/第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)的NOx限值的有效SCR功能，從而附加了系統(tǒng)的總體成本。
[0053]由于與Fe-沸石或釩催化劑相比，Cu-沸石催化劑在低溫不那么依賴于入口 NO:NO2的比率，因而通過去除上游催化劑，Cu-沸石SCR能夠使總體系統(tǒng)成本減少，而無需過量廢氣的加熱。
[0054]氨泄漏催化劑18 (ASC)被設(shè)置在SCR16的下游。在本實(shí)施例中，ASC18被設(shè)置在同一外殼中的SCR的緊接下游，以將空間要求減到最少。排氣管28被設(shè)置在ASC18的下游以將所處理的廢氣用管道輸送到車輛上的適當(dāng)位置，以排放到大氣。排氣管28還可以包含消音器/消聲器以減少聲音排放。
[0055]本發(fā)明的 申請(qǐng)人:認(rèn)識(shí)到SCR催化劑能夠減少PM并且能夠使得有能力滿足PM限值，而且由于ASC具有與DOC類似的功能，因而通過將ASC置于SCR的下游，ASC具有雙重功能。首先，ASC用來去除過量的氨，其次，ASC還固有地用來減少PM。因此，無論有無ASC，通過使用SCR，當(dāng)與已具有低顆粒排放的發(fā)動(dòng)機(jī)14結(jié)合時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠滿足等級(jí)4最終/第IV階段非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的限值。
[0056]適當(dāng)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)和排放控制系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置有適當(dāng)?shù)难鮽鞲衅鳌囟葌鞲衅?、流量傳感器、壓力傳感器、NOx傳感器以及氨傳感器，以確保各種負(fù)載、溫度、海拔以及燃料質(zhì)量下發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的正確運(yùn)行。
[0057]雖然已參考一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例在上文描述了本發(fā)明，然而，應(yīng)理解的是，在不脫離所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍的情況下，能夠進(jìn)行各種改變和變型。雖然已示意性地描述了該系統(tǒng)，然而，實(shí)際上應(yīng)理解的是，排氣管和后處理單元可以呈許多不同形式。特定單元可以被集成在單個(gè)外殼中，該管道可以被成形為將該系統(tǒng)封裝成各種空間封套(envelope)。
[0058]在一個(gè)示例中，功率輸出為93kW且工作容積為4399cm3的Dieselmax發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的四汽缸JCB Ecomax變體裝有上文概述的且在非道路瞬態(tài)循環(huán)(NRTC)中經(jīng)過試驗(yàn)的SCR和ASC布置。還在無所述布置的情況下，對(duì)相同的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。在兩種情況下，該發(fā)動(dòng)機(jī)利用EGR并裝有渦輪增壓器。
[0059]排氣管處PM排放發(fā)現(xiàn)如下:
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括: a、柴油發(fā)動(dòng)機(jī),該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有能要求顆粒物(PM)減少〈50%的顆粒排放，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終和/或第IV階段或同等的排放標(biāo)準(zhǔn)PM限值； b、還原劑導(dǎo)入點(diǎn)，位于所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的下游并與所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于流體流動(dòng)連通，且無介于中間的處理系統(tǒng)； C、管道，位于所述還原劑導(dǎo)入點(diǎn)的緊接下游，具有足夠的長度以使還原劑與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣混合； d、SCR，位于所述管道的緊接下游，具有優(yōu)良的低溫活性，使得無需柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)就能使所要求的NO與NO2的比率滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)的NOx限值； e、氨泄漏催化劑(ASC)，位于所述SCR的下游，用來去除過量的氨，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段對(duì)氨的限值；以及 其中所述ASC與所述SCR結(jié)合用來去除過量的PM，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段對(duì)PM的限值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng),其中,所述ASC去除通過所述SCR和所述ASC整體去除的所述PM中的大部分PM。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述ASC去除通過所述SCR和ASC整體去除的所述PM中的大體上所有的PM。
4.根據(jù)任何在前的權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)。
5.根據(jù)任何在前的權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述ASC位于所述SCR的緊接下游。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述ASC被容置在與所述SCR相同的外殼中。
7.根據(jù)任何前述權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述還原劑為氨。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述還原劑作為尿素被導(dǎo)入，并且在所述管道中分解以形成氨。
9.根據(jù)任何在前的權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，在所述SCR的入口處NO2:N0的比率為小于50:50o
10.根據(jù)在前的權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述SCR為銅沸石催化劑。
11.根據(jù)在前的權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)具有大于2.5升的容量。
12.根據(jù)在前的權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述SCR催化劑在額定功率具有20000-80000hr_1 的速率。
13.根據(jù)在前的權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有處于55kW至130kW范圍的功率輸出。
14.根據(jù)在前的權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，SCR容積與發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積的比率在大約1.5和大約3之間。
15.—種包含根據(jù)在前的權(quán)利要求的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的肖_公路車輛。
16.一種減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)排放的方法，包括以下步驟: a、設(shè)置一柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有顆粒排放，使得要求〈50%的顆粒物(PM)減少，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終和/或第IV階段或同等的排放標(biāo)準(zhǔn)PM限值；b、在所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的下游導(dǎo)入還原劑，所述還原劑處于與所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的流體流動(dòng)連通，且無介于中間的處理系統(tǒng)； C、將所述還原劑與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣混合， d、在位于所述管道緊接下游的SCR中處理還原劑與廢氣的混合物，所述SCR具有優(yōu)良的低溫活性，使得無需柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)就能使所要求的NO與NO2的比率滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)的NOx限值； e、在位于所述SCR下游的氨泄漏催化劑(ASC)中處理所述氣體，以去除過量的氨，從而滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段對(duì)氨的排放限值；以及 其中所述ASC與所述SCR結(jié)合用來去除過量的PM，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段對(duì)PM的排放限值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述ASC去除通過所述SCR和所述ASC整體去除的所述PM中的大部分PM。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，所述ASC去除通過所述SCR和ASC整體去除的所述PM中的大體上所有的PM。
19.一種減排系統(tǒng),包括: a、還原劑導(dǎo)入點(diǎn)，位于與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口連接的下游，并與所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)處于流體流動(dòng)連通，且無介于中間的處理系統(tǒng)； b、管道，位于所述還原劑導(dǎo)入點(diǎn)的緊接下游，具有足夠的長度以使所述還原劑與所述發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣混合；` C、SCR,位于所述管道的緊接下游，具有優(yōu)良的低溫活性，使得無需柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)就能使所要求的NO與NO2的比率滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段排放標(biāo)準(zhǔn)的NOx限值； d、氨泄漏催化劑(ASC)位于所述SCR的下游，用來去除過量的氨，以滿足非公路發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的等級(jí)4最終/第IV階段對(duì)氨的限值；以及 其中所述ASC與所述SCR結(jié)合用來將PM排放減少20%或更大。
【文檔編號(hào)】F01N3/20GK103764960SQ201280041655
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月26日
【發(fā)明者】尼古拉斯·皮茲, 喬安妮·梅爾維爾 申請(qǐng)人:J C 班福德挖掘機(jī)有限公司