用于柴油器件的緊湊廢氣處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種廢氣處理系統(tǒng)，包括SCR裝置和設(shè)置在SCR裝置上游的DOC轉(zhuǎn)化器。DEF配量系統(tǒng)包括設(shè)置在DOC轉(zhuǎn)化器上游的噴射器，用于將氨還原劑噴射到DOC轉(zhuǎn)化器上游的廢氣流中。DOC轉(zhuǎn)化器包括褶皺的金屬基質(zhì)，其具有氨-中性氧化催化劑組分，該組分可操作為氧化廢氣流中的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?，而不與廢氣流中的氨還原劑反應(yīng)。氨-中性氧化催化劑組分允許廢氣流中的氨還原劑穿過DOC轉(zhuǎn)化器，用于與SCR裝置中的選擇性催化還原組分反應(yīng)。
【專利說明】用于柴油器件的緊湊廢氣處理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及用于柴油發(fā)動機(jī)的廢氣處理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 車輛廢氣處理系統(tǒng)被用來處理來自車輛發(fā)動機(jī)的廢氣。從柴油發(fā)動機(jī)排放的廢 氣是異質(zhì)混合物，其包括氣態(tài)排放物，比如一氧化碳("〇)")、未燃燒的碳?xì)浠衔?"此"） 和氮氧化物("N0 X")，還包括構(gòu)成顆粒物質(zhì)的凝相材料(液體和固體)。催化劑組分，其通常 設(shè)置在廢氣處理系統(tǒng)內(nèi)的催化劑支撐件或基質(zhì)上，被提供用來將這些廢氣成分中的一些或 全部轉(zhuǎn)化為不受限制的氣體成分。例如，柴油廢氣處理系統(tǒng)可包括用于還原C0和過量的 HC的包含貴金屬的柴油氧化催化劑（"D0C"）轉(zhuǎn)化器、用于在柴油機(jī)排出流體("DEF"）的協(xié) 助下降低N0X的選擇性催化還原（"SCR"）裝置、以及用于顆粒物質(zhì)的去除的柴油顆粒過濾 ("DPF"）裝置中的一個或多個。當(dāng)要求周期性再生(或煙灰氧化）時，D0C將氧化被噴射的 柴油燃料，即碳?xì)浠衔铮援a(chǎn)生放熱反應(yīng)來燒掉DPF內(nèi)積累的煙灰。廢氣系統(tǒng)要求D0C上 游的碳?xì)浠衔锘旌掀骱蚐CR上游的DEF混合器，以提供分別用于有效的D0C和SCR操作 的碳?xì)浠衔锖虳EF的更均勻的還原分布。
[0003] 廢氣處理系統(tǒng)，比如上述的廢氣處理系統(tǒng)，特別適用于處理來自柴油發(fā)動機(jī)的廢 氣。然而，由于局限的可用封裝空間，這種復(fù)雜的廢氣處理系統(tǒng)難以封裝到客車、輕型運貨 車和廂式汽車中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 還提供了一種用于柴油發(fā)動機(jī)的廢氣處理系統(tǒng)。該廢氣處理系統(tǒng)包括與柴油發(fā)動 機(jī)流體連通的廢氣導(dǎo)管。該廢氣導(dǎo)管配置為接收來自柴油發(fā)動機(jī)的廢氣流。選擇性催化還 原（SCR)裝置包括與廢氣導(dǎo)管流體連通的入口和出口。SCR裝置包括選擇性催化還原組分， 用于在氨還原劑存在的情況下還原廢氣流中的氮氧化物（N0 X)。柴油氧化催化劑（D0C)轉(zhuǎn) 化器包括與廢氣導(dǎo)管流體連通的入口和出口。D0C轉(zhuǎn)化器在廢氣導(dǎo)管中設(shè)置在SCR裝置的 上游。柴油排出流體（DEF)配量系統(tǒng)包括與廢氣導(dǎo)管流體連通的噴射器。噴射器在廢氣導(dǎo) 管中設(shè)置在D0C轉(zhuǎn)化器的上游。DEF配量系統(tǒng)可操作為將氨還原劑噴射到D0C轉(zhuǎn)化器上游 的廢氣流內(nèi)。D0C轉(zhuǎn)化器包括氨-中性氧化催化劑組分，其可操作為氧化廢氣流中的碳?xì)浠?合物和一氧化碳，而不與廢氣流中的氨還原劑反應(yīng)。氨-中性氧化催化劑組分允許廢氣流 中的氨還原劑穿過D0C轉(zhuǎn)化器，用于通過SCR裝置中的選擇性催化還原組分降低N0 X。
[0005] 還提供了一種處理來自柴油發(fā)動機(jī)的廢氣的方法。該方法包括將氨還原劑噴射到 D0C轉(zhuǎn)化器上游的廢氣流中。D0C轉(zhuǎn)化器包括氨-中性氧化催化劑組分，其可操作為氧化廢 氣流中的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?，而不與廢氣流中的氨還原劑反應(yīng)。氨-中性氧化催化劑 組分允許氨還原劑經(jīng)過D0C轉(zhuǎn)化器。廢氣流中的氨還原劑與SCR裝置中的選擇性催化還原 組分反應(yīng)。該選擇性催化還原裝置設(shè)置在D0C轉(zhuǎn)化器下游，以降低廢氣流中的N0 X。
[0006] 因此，氨還原劑，S卩DEF溶液，被噴射到DOC轉(zhuǎn)化器上游的廢氣流中。DOC轉(zhuǎn)化器操 作為在SCR裝置上游混合、蒸發(fā)氨還原劑、并可能為氨還原劑提供水解，以實現(xiàn)SCR裝置中 的有效的N0X還原。因此，用于將氨還原劑與廢氣流混合的廢氣處理系統(tǒng)的長度被極大地 降低，由此允許廢氣處理系統(tǒng)在更小的車輛中使用，比如客車、輕型運貨車和廂式汽車。
[0007] 本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢及其他特征和優(yōu)勢將從用于實施本發(fā)明的最佳模式的 以下詳細(xì)描述連同附圖時顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1是用于柴油發(fā)動機(jī)的廢氣處理系統(tǒng)的示意圖。
[0009] 圖2是顯示了廢氣處理系統(tǒng)的替換性實施例的示意圖。

【具體實施方式】
[0010] 具有本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)的人將認(rèn)識到，諸如"之上"、"之下"、"向上"、"向下"、"頂部"、 "底部"等的術(shù)語用來描述附圖，且不表示對本發(fā)明的范圍的限制，所述范圍由所附的權(quán)力 要求所限定。此外，這里可能根據(jù)功能和/或邏輯塊部件和/或各種進(jìn)行步驟描述本發(fā)明。 應(yīng)意識到，這種部件可實施為任何數(shù)量的硬件、軟件和/或配置為執(zhí)行特定功能的固件部 件。
[0011] 參考附圖，其中相同的幅圖標(biāo)記在幾幅圖中指向相同的部件，廢氣處理系統(tǒng)在20 處大致示出。廢氣處理系統(tǒng)20處理柴油發(fā)動機(jī)21的受調(diào)節(jié)的廢氣組分。
[0012] 廢氣處理系統(tǒng)20包括廢氣導(dǎo)管22,該廢氣導(dǎo)管可以包括若干個區(qū)段，用來大致如 箭頭24所示地將廢氣從柴油發(fā)動機(jī)21輸送到廢氣處理系統(tǒng)20的各個廢氣處理裝置(如 下文中詳細(xì)敘述）和輸送到所述裝置之間。該廢氣處理裝置包括但不限于柴油氧化催化劑 (D0C)轉(zhuǎn)化器26、選擇性催化劑還原（SCR)裝置28、和柴油顆粒過濾器（DPF)裝置30。
[0013] D0C轉(zhuǎn)化器26在廢氣導(dǎo)管22中設(shè)置在SCR裝置28的上游。D0C轉(zhuǎn)化器26包括 流動經(jīng)過基質(zhì)32,該基質(zhì)封裝在D0C轉(zhuǎn)化器26的入口 36和出口 38之間的剛性容納罐34 中。D0C轉(zhuǎn)化器26的基質(zhì)32優(yōu)選地可操作為混合和蒸發(fā)包括氨還原劑40的柴油機(jī)排放 流體（DEF)，該流體在氨還原劑40到達(dá)SCR裝置28之前被噴射到廢氣流內(nèi)。D0C轉(zhuǎn)化器26 的基質(zhì)32可以包括裙皺金屬基質(zhì)（corrugated metallic substrate)32,該裙皺金屬基質(zhì) 適用于用在催化轉(zhuǎn)化器中，以便于將氨還原劑40與D0C轉(zhuǎn)化器26中的廢氣混合和將其和 所述廢氣蒸發(fā)。
[0014] D0C轉(zhuǎn)化器26的入口 36和出口 38與廢氣導(dǎo)管22流體連通，并有助于廢氣穿過 D0C轉(zhuǎn)化器26流動。D0C轉(zhuǎn)化器26包括氨-中性氧化催化劑組分42,該組分設(shè)置在D0C 轉(zhuǎn)化器26的基質(zhì)32上。D0C轉(zhuǎn)化器26的氨-中性氧化催化劑組分42可以包括鈀（Pd)、 賤金屬（Ce，Cu，Mo, Fe，Mn，La等)、堿金屬（Na，K)，或鈀、賤金屬、堿金屬的任何組合。DOC 轉(zhuǎn)化器26處理未燃燒氣體和非揮發(fā)性碳?xì)浠衔镆约耙谎趸?，其是從發(fā)動機(jī)排放的廢 氣的一部分，或經(jīng)由氣缸內(nèi)后燃料噴射過程或內(nèi)排放碳?xì)浠衔飮娚溥^程（in-exhaust hydrocarbon injection)特地噴射到廢氣中。
[0015] 氨-中性氧化催化劑組分42以放熱反應(yīng)氧化廢氣中的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?，?形成二氧化碳和水，而不與廢氣流中的氨還原劑40反應(yīng)，以允許氨還原劑40穿過D0C轉(zhuǎn)化 器26,用于與SCR裝置28中的選擇性催化還原組分44反應(yīng)。來自D0C轉(zhuǎn)化器26的放熱反 應(yīng)的熱量可用來加熱廢氣，使其達(dá)到足以再生DPF的溫度，即足以燃燒掉DPF裝置30中的 累積的煙灰的溫度。
[0016] SCR裝置28布置在D0C轉(zhuǎn)化器26下游。SCR裝置28包括流動經(jīng)過基質(zhì)46,該基 質(zhì)封裝在SCR裝置28的入口 50和出口 52之間的剛性容納罐48中。SCR裝置28的入口 50 和出口 52與廢氣導(dǎo)管22流體連通，并有助于廢氣穿過SCR裝置28流動。SCR裝置28包括 選擇性催化還原組分44,該組分設(shè)置在SCR裝置28的基質(zhì)46上。選擇性催化還原組分44 優(yōu)選地包括沸石和一個或多個賤金屬組分，比如鐵（Fe)、鈷（Co)或銅（Cu)，其可有效地操 作以在氨還原劑40 (比如但不限于氨（NH3))存在的情況下轉(zhuǎn)化廢氣中的氮氧化物（勵"組 分。另外，選擇性催化還原組分可以基于是vanadia/二氧化鈦的、基于鉬的或其組合。也 可以使用其它不含vanadia的配方(例如酸性氧化鋯)。
[0017] 氨還原劑40可通過DEF配量系統(tǒng)54供應(yīng)。DEF配量系統(tǒng)54可包括還原劑供應(yīng) 容器56,該供應(yīng)容器與還原劑噴射器58流體連通。還原劑噴射器58與廢氣導(dǎo)管22流體 連通，且在廢氣導(dǎo)管22中設(shè)置在D0C轉(zhuǎn)化器26上游。DEF配量系統(tǒng)54可操作為經(jīng)由還原 劑噴射器58將氨還原劑40噴射到D0C轉(zhuǎn)化器26上游的廢氣流內(nèi)。氨還原劑40可以是氣 體、液體或尿素水溶液的形式。氨還原劑40可以與還原劑噴射器58中的空氣混合，以有助 于被噴射的噴霧的分散?？刂破?0,比如動力傳動系或車輛控制器60,控制氨還原劑40到 廢氣導(dǎo)管22的噴射。
[0018] 參考圖1，用于在D0C轉(zhuǎn)化器26中反應(yīng)的碳?xì)浠衔锝?jīng)由氣缸內(nèi)后燃料噴射過程 被噴射到廢氣流中。氣缸內(nèi)后燃料噴射過程是被本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，且因此在這里沒 有詳細(xì)敘述。參考圖2,用于在D0C轉(zhuǎn)化器26中反應(yīng)的碳?xì)浠衔锝?jīng)由內(nèi)排放碳?xì)浠衔?噴射過程的碳?xì)浠衔飮娚淦?2被噴射到廢氣流中。碳?xì)浠衔飮娚淦?2設(shè)置在還原劑 噴射器58的下游，且在D0C轉(zhuǎn)化器26的上游。內(nèi)排放碳?xì)浠衔飮娚溥^程是被本領(lǐng)域技 術(shù)人員已知的，且因此在這里沒有詳細(xì)敘述。混合器64設(shè)置在廢氣導(dǎo)管22中在碳?xì)浠?物噴射器62和還原劑噴射器58的下游，且在D0C轉(zhuǎn)化器26上游?；旌掀?4可操作為將 噴射到廢氣導(dǎo)管22中的碳?xì)浠衔锱c廢氣流混合。
[0019] DPF裝置30操作為從廢氣流過濾碳和其他顆粒物質(zhì)。DPF裝置30可使用過濾器 基質(zhì)66構(gòu)成。如圖2所示，過濾器基質(zhì)66可以封裝在作為單個單元的剛性容納罐68中。 如圖1所示，過濾器基質(zhì)66封裝在D0C轉(zhuǎn)化器26的剛性容納罐34中。被過濾的顆粒物質(zhì) 堆放在過濾器基質(zhì)66上。DPF裝置30周期性地再生，以燃燒掉積累的顆粒物質(zhì)。DPF裝置 30的再生通常是自動的，且基于發(fā)動機(jī)和廢氣系統(tǒng)傳感器產(chǎn)生的信號而由發(fā)動機(jī)或其他適 當(dāng)?shù)目刂破?0控制。再生事件涉及提高過濾器基質(zhì)66的溫度，通常通過D0C轉(zhuǎn)化器26上 發(fā)生的放熱反應(yīng)，使所述溫度達(dá)到通常高于600°C的水平，以便燃燒積累的顆粒物質(zhì)。
[0020] 參考圖1，DPF裝置30設(shè)置在D0C轉(zhuǎn)化器26的剛性容納罐34中，在SCR裝置28上 游。因此，D0C轉(zhuǎn)化器26和DPF裝置30作為單個單元整體地形成，以限定緊密聯(lián)接的D0C 轉(zhuǎn)化器/顆粒過濾器，該D0C轉(zhuǎn)化器/顆粒過濾器具有形成D0C轉(zhuǎn)化器26的上游部分和形 成顆粒過濾器的下游部分。參考圖2, DPF裝置30作為分開的且不同的排放處理裝置被顯 示，其設(shè)置在SCR裝置28的下游。然而，應(yīng)意識到，SCR裝置28和DPF裝置30可作為單個 單元整體地形成，即選擇性催化還原過濾器（SCRF)。
[0021] DPF裝置30的過濾基質(zhì)66可包括分布在其中的氧化催化劑組分。DPF裝置30的 氧化催化劑組分的添加提供雙向排放處理裝置，其能夠降低廢氣的受調(diào)節(jié)的組分，即碳?xì)?化合物和一氧化碳，并且去除碳和其他顆粒物質(zhì)。如果顆粒過濾器設(shè)置在SCR裝置28的上 游，比如圖1中所示的那樣，并包括氧化催化劑組分，則DPF裝置30的氧化催化劑組分是 氨-中性氧化催化劑組分72,其不與廢氣流中的氨還原劑40反應(yīng)。DPF裝置30上的氨-中 性氧化催化劑組分72允許氨還原劑40穿過DPF裝置30,用于與SCR裝置28中的選擇性 催化還原組分44反應(yīng)。DPF裝置30的氨-中性氧化催化劑組分72可以包括鈀（Pd)、賤金 屬（Ce，Cu，Mo, Fe，Mn，La等)、堿金屬（Na，K)，或鈀、賤金屬、堿金屬的任何組合。DPF裝置30 的氨-中性氧化催化劑組分72以放熱反應(yīng)氧化廢氣中的碳?xì)浠衔?，一氧化碳和顆粒物質(zhì) (煙灰)，以形成二氧化碳和水，同時允許廢氣中的氨還原劑40穿過DPF裝置30。應(yīng)意識到， DPF裝置30不必須包括氧化催化劑組分。非催化的DPF裝置30在性質(zhì)上是氨中性的，且氨 還原劑40可穿過顆粒過濾器。
[0022] 如果DPF裝置30在SCR裝置28的下游，比如圖2中所示的那樣，并包括氧化催化 劑組分，則顆粒過濾器的氧化催化劑組分可包括某其他組分，該其他組分可以或可以不與 廢氣流中的氨還原劑40反應(yīng)。
[0023] 圖1和2中所示的廢氣處理系統(tǒng)20的兩個實施例將氨還原劑40噴射到D0C轉(zhuǎn)化 器26的上游的廢氣流中，并包括設(shè)置在D0C轉(zhuǎn)化器26下游的SCR裝置28。D0C轉(zhuǎn)化器26 的氨-中性氧化催化劑組分42不與被噴射到廢氣流中的氨還原劑40反應(yīng)，由此允許氨還 原劑40穿過D0C轉(zhuǎn)化器26并進(jìn)入SCR裝置28。氨還原劑40在穿過D0C轉(zhuǎn)化器26 (其配 備有褶皺金屬基質(zhì)或類似的具有混合提高性能的基質(zhì))時在到達(dá)SCR裝置28之前與廢氣混 合，由此減少廢氣處理系統(tǒng)20的長度，這允許廢氣處理系統(tǒng)20并入到更小的車輛中，比如 客車、廂式汽車、輕型貨車等。
[〇〇24] 詳細(xì)描述和附圖或視圖支持和描述本發(fā)明，但是本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求限 定。盡管已詳細(xì)描述了用于執(zhí)行要求保護(hù)的發(fā)明的最佳模式和其他實施例，存在各種替換 設(shè)計和實施例，用于實踐限定在所附權(quán)利要求中的本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于柴油發(fā)動機(jī)的廢氣處理系統(tǒng)，該廢氣處理系統(tǒng)包括： 廢氣導(dǎo)管，與柴油發(fā)動機(jī)流體連通，用于從柴油發(fā)動機(jī)接收廢氣流； 選擇性催化還原（SCR)裝置，具有與廢氣導(dǎo)管流體連通的入口和出口，且包括選擇性催 化還原組分，用于在氨還原劑存在的情況下降低廢氣流中的氮氧化物； 柴油氧化催化劑（DOC)轉(zhuǎn)化器，具有與廢氣導(dǎo)管流體連通的入口和出口，且設(shè)置在廢氣 導(dǎo)管中的選擇性催化還原裝置的上游；和 柴油機(jī)排放流體（DEF)配量系統(tǒng)，包括與廢氣導(dǎo)管流體連通且設(shè)置在廢氣導(dǎo)管中的 DOC轉(zhuǎn)化器的上游的噴射器； 其中DEF配量系統(tǒng)可操作為將氨還原劑噴射到DOC轉(zhuǎn)化器上游的廢氣流內(nèi)；和 其中DOC轉(zhuǎn)化器包括氨-中性氧化催化劑組分，該氨-中性氧化催化劑組分可操作為 氧化廢氣流中的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?，而不與廢氣流中的氨還原劑反應(yīng)，以允許氨還原 劑通過DOC轉(zhuǎn)化器，用于與SCR裝置中的選擇性催化還原組分反應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的廢氣處理系統(tǒng)，其中DOC轉(zhuǎn)化器包括在其上支撐所述氨-中性 氧化催化劑組分的基質(zhì)。
3. 如權(quán)利要求2所述的廢氣處理系統(tǒng)，其中DOC轉(zhuǎn)化器的基質(zhì)可操作為將氨還原劑與 廢氣流混合。
4. 如權(quán)利要求3所述的廢氣處理系統(tǒng)，其中DOC轉(zhuǎn)化器的基質(zhì)是褶皺的金屬基質(zhì)。
5. 如權(quán)利要求2所述的廢氣處理系統(tǒng)，其中DOC轉(zhuǎn)化器的基質(zhì)可操作為，在氨還原劑到 達(dá)SCR裝置之前，混合并蒸發(fā)氨還原劑。
6. 如權(quán)利要求1所述的廢氣處理系統(tǒng)，其中DOC轉(zhuǎn)化器的氨-中性氧化催化劑組分包 括鈕，賤金屬，堿金屬，或鈕、賤金屬和堿金屬的任何組合。
7. 如權(quán)利要求1所述的廢氣處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括柴油顆粒過濾（DPF)裝置，該柴油顆 粒過濾（DPF)裝置與廢氣導(dǎo)管流體連通，且可操作為從廢氣流過濾顆粒物質(zhì)。
8. 如權(quán)利要求7所述的廢氣處理系統(tǒng)，其中DPF裝置設(shè)置在廢氣導(dǎo)管中的SCR裝置的 上游。
9. 如權(quán)利要求8所述的廢氣處理系統(tǒng)，其中DPF裝置包括氨-中性氧化催化劑組分，該 氨-中性氧化催化劑組分不與廢氣流中的氨還原劑反應(yīng)，以允許氨還原劑穿過顆粒過濾裝 置，用于與SCR裝置中的選擇性催化還原組分反應(yīng)。
10. 如權(quán)利要求9所述的廢氣處理系統(tǒng)，其中DPF裝置的氨-中性氧化催化劑組分包括 鈕，賤金屬，堿金屬，或鈕、賤金屬和堿金屬的任何組合。
【文檔編號】F01N3/035GK104061046SQ201410106450
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月21日
【發(fā)明者】S.任, R.米塔爾, J.B.羅杰斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司