本發(fā)明涉及燃燒式發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體的污染物的處理裝置。

背景技術(shù)：

配備于機(jī)動(dòng)車輛的燃燒式發(fā)動(dòng)機(jī)的污染物排出由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。根據(jù)所考慮的燃燒式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，受規(guī)定的污染物是一氧化碳(co)、未燃盡的碳?xì)浠衔?hc)、氮氧化物(nox，即no和no2)以及微粒(pm)，它們?cè)谔細(xì)淙剂系娜紵龝r(shí)在燃燒室內(nèi)形成，并隨后被排放。

已知在燃燒式發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管路中使用一定數(shù)量的去污裝置以限制規(guī)定污染物的排出。氧化催化劑允許處理一氧化碳、未燃盡的碳?xì)浠衔镆约霸谔囟l件下允許處理氮氧化物；微粒過(guò)濾器可以用于處理煙灰的微粒。

將該類型的裝置用術(shù)語(yǔ)通常表示為排放氣體的“后處理”裝置。

為了滿足關(guān)于氮氧化物(nox)的排放的防污標(biāo)準(zhǔn)，可將后處理的特定系統(tǒng)引入車輛的排氣管路中，尤其引入配備有狄塞爾(disel)發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛的排氣管路中。為了處理氮氧化物(nox)，已知選擇性催化還原技術(shù)，或英語(yǔ)簡(jiǎn)稱為“scr”的“selectivecatalyticreduction”，其在于通過(guò)在排氣管路中還原劑(或這種還原劑前體)的輸入通過(guò)催化反應(yīng)使nox還原。例如其涉及尿素溶液，其分解將允許獲得充當(dāng)還原劑，還充當(dāng)氣態(tài)還原劑或這種還原劑前體的氨。在本文獻(xiàn)的后文中通常用“還原劑(réducteur)”這個(gè)詞來(lái)表示還原劑(agentréducteur)或還原劑前體。

產(chǎn)生的催化劑允許通過(guò)在scr催化器中，即具有能夠通過(guò)還原劑促進(jìn)nox還原的催化浸漬(imprégnation)的基底中的反應(yīng)來(lái)還原氮氧化物。

尤其是歐洲標(biāo)準(zhǔn)傾向于變得越來(lái)越嚴(yán)格。并且鑒于預(yù)料到2017年以后標(biāo)準(zhǔn)的變化，為了遵守當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)而用于減少離開(kāi)排氣管路的污染物的排出的解決方案表現(xiàn)出不足。

實(shí)際上，標(biāo)準(zhǔn)euro6b(于2014年九月生效)的第一步已經(jīng)引導(dǎo)機(jī)動(dòng)車制造商在不同的選項(xiàng)間選擇以更特定地減少nox的排出：-“在源頭”，在發(fā)動(dòng)機(jī)本身的運(yùn)轉(zhuǎn)處，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)中的排放氣體的再循環(huán)類型技術(shù)還原nox，再循環(huán)根據(jù)英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)的簡(jiǎn)寫也稱為egr，其對(duì)應(yīng)于例如高壓和低壓“排氣再循環(huán)”；-在排氣管路處通過(guò)稱為“nox收集器”的順序催化處理技術(shù)來(lái)還原nox；-還在排氣管路處還原nox，通過(guò)例如在上文中簡(jiǎn)要描述的稱為“選擇性催化還原”(scr)的連續(xù)處理技術(shù)；甚至兼用這些解決方案中的多個(gè)。

如果這些解決方案允許滿足標(biāo)準(zhǔn)(euro6b)的變化中的該第一步，其不一定能夠滿足發(fā)布為更嚴(yán)格的第二步(euro6c，預(yù)計(jì)于2017年九月生效)，其具有在稱為“wltc”(英語(yǔ)為“worldwideharmoizedlightvehiclestestcycle(全球輕型汽車協(xié)調(diào)測(cè)試循環(huán))”，即法語(yǔ)中“cycledetestharmonisépourvéhiculeslégers”(輕型汽車協(xié)調(diào)測(cè)試循環(huán))的簡(jiǎn)稱)的新運(yùn)行循環(huán)上的污染物測(cè)量，新運(yùn)行循環(huán)包括比當(dāng)前的許可循環(huán)(稱為“mveg”，英語(yǔ)為“motorvehicleemissionsgroup”(發(fā)動(dòng)機(jī)車輛排放小組)的簡(jiǎn)稱，即法語(yǔ)中的“grouped’émissionspourvéhiculesmotorisés”(發(fā)動(dòng)機(jī)車輛排放小組))更多的過(guò)渡階段，但也應(yīng)建立循環(huán)外的測(cè)量(稱為“rde”的實(shí)際行駛排放或在實(shí)際行駛的條件下的排放)。

特別是為了應(yīng)對(duì)循環(huán)外nox過(guò)高排放的風(fēng)險(xiǎn)，可以預(yù)期不同的技術(shù)解決方案和構(gòu)造。它們具有其優(yōu)點(diǎn)及其缺點(diǎn)。但是效率最高的氮氧化物的處理技術(shù)是選擇性催化還原(scr)，因?yàn)槠湓诒茸鳛楹筇幚淼钠渌鉀Q方案的nox收集器的溫度和氣體流量的范圍更廣泛的溫度和氣體流量的范圍中是高效的。

此外，增加后處理裝置的實(shí)施限制。實(shí)際上，通常，所使用的催化系統(tǒng)因?yàn)榇┻^(guò)的排放氣體的溫度較高(直到某一點(diǎn))且穩(wěn)定而更高效。于是催化系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)后排放氣體的溫度逐漸升高時(shí)更快地觸發(fā)(s’amorcer)。因此，關(guān)注于將后處理裝置實(shí)施在發(fā)動(dòng)機(jī)罩(capot)下方的最靠近發(fā)動(dòng)機(jī)處，即最靠近排放氣體的集氣管處，甚至該環(huán)境通常是非常擁擠的。后處理裝置因此應(yīng)該盡量緊湊而不損害其性能。

在本文本的全文中，術(shù)語(yǔ)“上游”和“下游”根據(jù)集成了后處理部件的排氣管路中的排放氣體流動(dòng)的通常的方向理解，從發(fā)動(dòng)機(jī)直到排氣管路的端部的套管。

例如，由專利申請(qǐng)wo2011/089330已知一種在同一殼體中集中由排放氣體依次穿過(guò)的多個(gè)部件的后處理裝置。其尤其提出一系列的部件，從上游至下游包括：-氧化催化器，-尿素類型的還原劑的噴射器，-混合器，其作用是及時(shí)混合噴射入氣體所穿過(guò)的殼體中的尿素滴，以便在殼體的整個(gè)直截面上盡可能均勻地分解為氨，-scr部件，-微粒過(guò)濾器(以后稱為fap)。還提出一種替代辦法，其在于通過(guò)浸漬還原nox的催化劑并且因此同時(shí)執(zhí)行煙灰過(guò)濾和nox還原作用的fap(以后稱為scrf)替代scr部件和fap。

然而，如在本文獻(xiàn)中所描述的scr專用部件會(huì)由于不利的熱的原因而不能足夠早地?zé)嵊|發(fā)，尤其是期間在排氣管路中的溫度相當(dāng)?shù)偷某鞘兄羞\(yùn)行的條件下。不過(guò)，這恰好在該類型的城市中運(yùn)行期間，(尤其是)歐洲標(biāo)準(zhǔn)的變化在nox排出的減少方面將變?yōu)閺?qiáng)制性的。

另外，當(dāng)機(jī)動(dòng)車輛是稱為“重型”(大于1500kg)車輛時(shí)，無(wú)論其是私人用還是公用類型的車輛，就會(huì)出現(xiàn)額外約束。實(shí)際上，與較輕型車輛相比，在相同的行駛條件下，“重型”車輛將具有待處理排氣的較高的溫度條件以及發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的nox的較大待處理量。為了補(bǔ)償這些較高的nox排放，待噴射入排氣管路的還原劑(例如分解成氨的尿素)的量也應(yīng)該更大，因?yàn)檫@些量由nox與氨反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量決定。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)出口處的氣體的較高溫度有利于貯存在scr(和/或scrf)部件中的氨的熱解吸，并且還可以有助于導(dǎo)致其氨貯存容量的降低的這些部件的活性催化相的降解。較高的溫度和待注入管路中的較大量的尿素(或氨)的組合會(huì)導(dǎo)致在排氣管路末端未反應(yīng)的氨排放增加的風(fēng)險(xiǎn)。然而，在排氣管路末端的氨的泄漏是惡臭的，并且可能使人不適，特別是如果車輛處于封閉停泊類型的密閉空間中時(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明因此旨在設(shè)計(jì)一種彌補(bǔ)了前述缺點(diǎn)的排放氣體的后處理。其尤其旨在改善現(xiàn)有的裝置以允許在污染物的排放方面，且更具體地在涉及城市運(yùn)行類型的不穩(wěn)定運(yùn)行條件下和/或在擴(kuò)大的溫度范圍中的nox的排放方面遵守更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)最大程度限制在排氣管路末端未反應(yīng)的nox的還原劑可能的泄露。有利地，其也旨在獲得一種性能更好并且還保持緊湊的后處理裝置。

首先，本發(fā)明旨在一種燃燒式發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體的后處理裝置，其從上游到下游包括：

-氧化催化器部件(也稱為doc)或nox收集器部件(也稱為lnt，其是稀貧nox收集器的英語(yǔ)“稀貧nox收集阱”的縮寫，其為nox貯存和排出部件)；

-用于氮氧化物的選擇性催化還原scr的還原劑或還原劑前體的輸入裝置的噴口；

-微粒過(guò)濾器部件，其配備有氮氧化物nox的選擇性催化還原的催化劑覆蓋層scrf；

-氨泄漏的處理裝置。

后處理裝置的這種構(gòu)造在多個(gè)方面被證實(shí)為是極為有利的。

這種構(gòu)造允許改善裝置的性能，尤其是針對(duì)在最不利的條件下的，即如之前提到的在城市運(yùn)行的條件(其中排放氣體的溫度保持小于道路或高速公路類型的運(yùn)行的溫度)下的，甚至在稱為強(qiáng)烈的、具有間歇地排放氣體的大流量的駕駛類型的條件下的nox還原。

這些非常有利的結(jié)果已經(jīng)通過(guò)集成在微粒過(guò)濾器中的單個(gè)scr部件而獲得，這特別是在緊湊性方面是有利的。

優(yōu)選地，去污系統(tǒng)僅包括上面列出的部件(除了不直接參與去污，但是參與其測(cè)量的可能附加裝置之外，例如傳感器)。

還補(bǔ)充證明了該構(gòu)造允許最大化地限制排氣管路的末端處的氨泄露(英語(yǔ)中還以術(shù)語(yǔ)“nh3slip”表示，氨泄露要么來(lái)自在scr催化器的載體部件上游噴射但并未反應(yīng)的還原劑，要么在lnt放氣時(shí)形成)。這是非常有利的，尤其是對(duì)于需要注入較大量的還原劑并因此在管路末端具有氨釋放增加的風(fēng)險(xiǎn)的重型車輛。

根據(jù)本發(fā)明的裝置將隨著氣體污染物和微粒污染物穿過(guò)去污部件來(lái)處理氣體污染物和微粒污染物：其因此首先進(jìn)入根據(jù)第一實(shí)施例由氧化催化劑組成的第一“單元(brique)”中，其中co和hc被氧化為水(h2o)和二氧化碳(co2)。從該第一單元doc出來(lái)的是co和hc的氧化產(chǎn)物即h2o和co2，以及氮氧化物和微粒。剩余的nox和微?；氐絪crf單元中，其將通過(guò)nh3來(lái)進(jìn)行nox的還原，并且在再產(chǎn)生時(shí)通過(guò)在微粒燃燒之前將微粒貯存來(lái)消除微粒。

在氧化催化器doc被nox收集器所代替的另一個(gè)實(shí)施例中，在scr部件的“上游”，nox收集器的存在還保證了至少一部分nox在進(jìn)入選擇性催化還原部件scrf之前得以處理。回想到nox收集器是nox的順序處理系統(tǒng)，其在稀貧混合(即氧過(guò)量)時(shí)貯存nox，然后在富集混合(即還原劑過(guò)量)時(shí)釋放并還原nox：-在稀貧混合時(shí)，以硝酸鹽的形式將nox貯存在活性位點(diǎn)上(通常以如鋇的氧化物或鋇的鋁酸鹽的簡(jiǎn)單或混合氧化物的形式)；-在富集混合時(shí)，釋放nox并由還原劑(co，hc和h2)還原為n2，因此稱之為nox凈化。為了確保該收集和還原nox的功能，催化器的活性相通常包括pt，pd類型的貴金屬，其確保了no氧化為no2以及co/hc的氧化，從而起到與常規(guī)氧化催化器相同的作用；且包括銠，其允許確保在富集混合時(shí)還原nox；以及包括簡(jiǎn)單或混合的氧化物，其允許在稀貧混合時(shí)貯存nox。因此，nox收集器的功能需要周期性的富集度波動(dòng)，收集器貯存nox直到nox飽和，然后按照富集度的變化來(lái)周期性地“凈化”收集器。

優(yōu)選地，scrf部件的長(zhǎng)度至少為100mm，尤其是介于100mm和250mm之間，優(yōu)選地介于120mm和180mm之間。優(yōu)選地，微粒過(guò)濾器的總長(zhǎng)度至多為250mm，優(yōu)選地介于120mm至180mm之間。因此，本發(fā)明保持了整體的緊湊性。

優(yōu)選地，氧化催化器部件或nox收集器的入口和微粒過(guò)濾器的出口之間的總長(zhǎng)度至多為450mm，尤其至多為400mm，優(yōu)選地介于280mm和380mm之間。

最后，在后處理裝置的下游端，由專用處理部件來(lái)處理可能過(guò)量的氨。

根據(jù)第一變型例，氧化催化器部件doc或nox收集器、噴口以及配備有氮氧化物nox的選擇性催化還原的催化劑覆蓋層scrf的微粒過(guò)濾器部件集中在唯一的殼體中，并且氨泄漏處理部件設(shè)置在所述唯一的殼體的外側(cè)。

因此，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方的可用空間來(lái)分配后處理裝置的不同部件：因此，除了氨泄漏處理部件之外的部件保持集中在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方的發(fā)動(dòng)機(jī)出口處，而氨泄漏處理部件可以放置在排氣管路的更下游處，因此位于車輛車身下方的區(qū)域中。

可選地，氨泄漏處理部件的作用通過(guò)集成在微粒過(guò)濾器中，優(yōu)選地在微粒過(guò)濾器的下游部分的氨泄漏處理覆蓋層來(lái)補(bǔ)充(甚至替代)。

根據(jù)另一變型例，所述部件和噴口集中在唯一的殼體中。

該結(jié)構(gòu)保持了包含在唯一的殼體中的整體的緊湊性，并且因此可以有利地設(shè)置在最靠近排氣管路上的發(fā)動(dòng)機(jī)出口處的排放氣體的集氣管處，且尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方。

優(yōu)選地，氨泄漏處理部件是通過(guò)將氨氧化成nox，然后將所述nox還原成氮?dú)獾陌毙孤┨幚泶呋?，在下文中可以按術(shù)語(yǔ)稱之為asc。“asc”是術(shù)語(yǔ)“氨泄露催化器”或法語(yǔ)中氨泄漏催化器的英文縮寫。

可替代地，氨泄漏處理部件可以是通過(guò)氨的氧化的氨泄漏清理催化器，在下文中可以按術(shù)語(yǔ)稱之為cuc。“cuc”是術(shù)語(yǔ)“清理催化器”或用于處理氨泄漏的清理催化器的英文縮寫。這種類型的催化劑僅通過(guò)將氨轉(zhuǎn)化為nox來(lái)氧化氨。

有利地，氧化催化器部件也可以包括也稱為pna的氮氧化物吸附劑材料，pna是表述“被動(dòng)nox吸附劑”的英文縮寫。

pna類型的材料的作用是：當(dāng)催化nox還原的部件(scr部件和具有催化覆蓋層的微粒過(guò)濾器scrf)還未起作用時(shí)，能夠在冷階段貯存發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氮氧化物。實(shí)際上，應(yīng)該到達(dá)180℃到200℃以能夠在排氣管路中噴射還原劑(尿素)并形成隨后將轉(zhuǎn)化nox的氨。由于nh3“預(yù)貯存”在scr覆蓋層中，nox的轉(zhuǎn)化可以提前幾十度(在140℃附近)進(jìn)行。在恢復(fù)到達(dá)scr完全起作用時(shí)(200℃和300℃之間)的較高溫度之前，pna在貯存“冷的”nox的同時(shí)起作用(尤其借助于在氧化催化劑、簡(jiǎn)單氧化物催化劑或例如鈰或鋇的氧化物的堿性混合氧化物催化劑的“典型”浸漬中的添加)。為了保證pna的正確功能，設(shè)置清除階段以清理隨著時(shí)間以已知的方式被硫酸銅處理的其表面。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的后處理裝置包括用于使排放氣體和還原劑混合和/或?qū)⑶绑w轉(zhuǎn)化為還原劑的混合器部件，其位于用于選擇性催化還原氮氧化物的還原劑或還原劑前體的輸入裝置的噴口和集成在scrf微粒過(guò)濾器中的氮氧化物的選擇性催化還原的催化器部件之間。

后處理裝置在配備有氮氧化物nox的選擇性催化還原的催化劑覆蓋層scrf的微粒過(guò)濾器部件和氨泄漏處理部件之間還可以包括nox傳感器，并且在氧化催化器部件doc/nox收集器lnt的上游可能包括另一個(gè)nox傳感器，并且/或者在氨泄漏處理部件的下游包括另一nox傳感器。如有需要，在doc催化器或nox收集器的上游的“上游”傳感器也可以通過(guò)建模來(lái)代替。

優(yōu)選地，氧化催化器部件具有催化劑，其中貴金屬的量被調(diào)整，以便在部件出口處獲得排放氣體，排放氣體中no2/nox的比例等于或接近0.5(“接近”理解為該值附近的例如+/-15％的變化范圍)。

優(yōu)選地，微粒過(guò)濾器的催化劑是基于銅交換分子篩的。

實(shí)際上，催化劑的該性質(zhì)格外適合于浸漬微粒過(guò)濾器：-其比基于鐵交換分子篩的催化劑具有更好的耐熱性(其實(shí)際上應(yīng)該經(jīng)受很高的溫度而沒(méi)有過(guò)濾器的周期性再生的可能的劣化)，-通過(guò)no2在靠近250℃至350℃的溫度下煙灰的燃燒傾向于減小no2/nox的比例，銅(cu)交換分子篩的堿性的制劑由于對(duì)溫度較不敏感而比鐵交換的那些還更合適，-其也具有更高的nh3的貯存能力。該最后說(shuō)明的特征是格外有利的，由于scr部件微小的體積(對(duì)沒(méi)有變化的截面而言微小的長(zhǎng)度)可能是nh3泄漏的起源。因此，氨的這些泄漏能夠在scr部件下游的scrf單元中被正確地“截取”是很有用的。

應(yīng)注意到，提出的用于scrf的銅交換分子篩和/或用于scr催化還原的催化器部件的催化劑的鐵交換分子篩是例如基于菱沸石、鎂堿沸石或水合硅鋁酸鹽(zms5)類型的分子篩的，并且還可以包括以下氧化物中的至少一種：鈰(ce)、鋯(zr)的氧化物，或以下金屬中的至少一種：鈮(nb)、鎢(w)、鈦(ti)。

根據(jù)實(shí)施例，氧化催化器部件和/或nox收集器部件的載體(support)可選擇地配備有例如電阻類型的加熱裝置。因此，減少了氧化催化器部件和/或nox收集器部件的溫度升高的時(shí)長(zhǎng)，并且因此減少了它們觸發(fā)開(kāi)始的時(shí)間。

可替代地，可以將例如堇青石的陶瓷類型的材料用于這些部件中的一個(gè)和/或另一個(gè)。

scrf微粒過(guò)濾器的載體可以是例如碳化硅(sic)、堇青石或鋁的鈦化物制成的。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的后處理裝置還包括排放氣體與還原劑和/或還原劑前體的混合器部件，其位于用于氮氧化物的選擇性催化還原scr的還原劑和/或還原劑前體的輸入裝置的噴口和集成在scrf微粒過(guò)濾器中的氮氧化物的選擇性催化還原的催化器之間。

該混合器用于盡可能好的將排放氣體與還原劑或還原劑前體混合，這在前體是例如水相的尿素的液體類型時(shí)尤其有用。

本發(fā)明還應(yīng)用于例如氨的氣體還原劑的直接噴射，其從能夠吸收氨并能夠通過(guò)熱活化將氨鹽析的一個(gè)或多個(gè)鹽芯(尤其是srcl2類型的)以已知的方式(簡(jiǎn)稱為“固體”scr的技術(shù))向排氣管路供給，并且在這種情況下，混合器是較少必需的。

優(yōu)選地，混合器的類型為：其用于氣體穿過(guò)混合器的路線長(zhǎng)度至少兩倍大于混合器在殼體中縱向占據(jù)的長(zhǎng)度?；旌掀鞯哪康氖鞘古欧艢怏w和還原劑之間的混合均勻，而且，如果輸入還原劑前體，混合器的目的是促進(jìn)還原劑前體分解為還原劑。對(duì)排放氣體強(qiáng)加與混合器的長(zhǎng)度相比相對(duì)較長(zhǎng)的路線的，例如對(duì)氣體強(qiáng)加具有嵌塞的基本螺旋行進(jìn)類型的路線的混合器的使用尤其適合于本發(fā)明。其通過(guò)獲得比其本身的尺寸大的排放氣體的路線距離允許在緊湊的裝置中使用基于作為氨的前體的尿素的方案，而在排放氣體中的對(duì)應(yīng)于在熱作用下將尿素轉(zhuǎn)變?yōu)楫惽杷醜nco和氨nh3的尿素?zé)峤庑枰荒鼙缓雎缘臅r(shí)間?；旌掀饕部梢允抢缋脟娚湓谘趸呋鞯某隹诿嫔蠂@氧化催化器的雙層殼體中使用氧化催化器下游氣體再循環(huán)的t形混合器。

優(yōu)選地，唯一的殼體基本是圓柱形的，其配備有入口分叉器和(呈圓錐段形的)出口集合器，具有至多450mm的總長(zhǎng)度，尤其至多400mm，優(yōu)選地介于280mm和380mm之間，并且因此具有與在機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方發(fā)動(dòng)機(jī)中的安裝完全兼容的緊湊性。

優(yōu)選地，還原劑的輸入裝置是通過(guò)壓電的或機(jī)械的或液氣聯(lián)動(dòng)的螺線管的致動(dòng)器類型的噴射器。

排放收集器和根據(jù)本發(fā)明的裝置之間的管道另外可以包括在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)范圍中的渦輪壓氣機(jī)的一個(gè)或多個(gè)渦輪，并且具體地根據(jù)本發(fā)明的裝置可以在渦輪的出口處直接連接在渦輪增壓器的外殼上。

本發(fā)明還涉及包括前述的后處理裝置的排氣管路。

在第一實(shí)施例中，本發(fā)明還涉及一種機(jī)動(dòng)車輛，其界定發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方空間并且包括連接到前述排氣管路的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方空間包括術(shù)語(yǔ)通常所稱的發(fā)動(dòng)機(jī)艙以及車身下方空間，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣管路的后處理裝置設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方空間內(nèi)。因此，所有的去污部件以緊湊的方式集中在最靠近發(fā)動(dòng)機(jī)處。

在第二實(shí)施例中，本發(fā)明還涉及一種機(jī)動(dòng)車輛，其界定發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方空間和車身下方空間，并且包括連接到前述排氣管路的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)、氧化催化器部件doc或nox收集器lnt、噴口以及配備有排氣管路后處理裝置的氮氧化物nox的選擇性催化還原的催化劑覆蓋層scrf的微粒過(guò)濾器部件設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方空間中，并且諸如氨泄漏處理部件設(shè)置在車身下方空間。因此，將需要排放氣體的高溫度的去污部件設(shè)置在最靠近發(fā)動(dòng)機(jī)處并且使氨泄漏處理部件遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)以使其避免可能引起其效率劣化的過(guò)熱。

本發(fā)明還涉及一種實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車輛的方法，該機(jī)動(dòng)車輛包括如上所述連接到排氣管路的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，由一方面是nox收集器部件而另一方面是scr/scrf部件的兩個(gè)系統(tǒng)來(lái)確保對(duì)nox的處理，并且，根據(jù)車輛上的還原劑的可用性，調(diào)整兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間的對(duì)nox的處理的權(quán)重。

應(yīng)注意到，在本發(fā)明的各種變型例中，在nox排放減少和nh3管理方面被證明是最為有益的是，包括按照從上游到下游的順序排列的以下部件：

(nox收集器/還原劑混合器/具有scr覆蓋層的微粒過(guò)濾器部件scrf/asc類型的氨泄漏處理部件)；所有這些部件的集中在發(fā)動(dòng)機(jī)艙中的公用殼體中，尤其是在存在渦輪增壓器的情況下，位于渦輪增壓器的出口處。

附圖說(shuō)明

參考有關(guān)于與狄塞爾發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體的后處理裝置有關(guān)的實(shí)施例的非限定性附圖，更詳細(xì)的描述本發(fā)明：

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例1的包括后處理裝置的機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)及其排氣管路；

圖2是示出了scrf部件中的氨儲(chǔ)存容量隨溫度的變化圖；

圖3示出了圖1的后處理裝置的氨泄漏處理催化器的功能圖。

具體實(shí)施方式

附圖彼此間所用的相同參考標(biāo)記表示相同的部件，并且所示的不同的部件不必須按真實(shí)比例。這些附圖是非常示意性的以方便閱讀。

在如圖1中所示的本發(fā)明中，提出了根據(jù)示例1的發(fā)動(dòng)機(jī)1的排放氣體的處理裝置。該裝置集成于連接在發(fā)動(dòng)機(jī)1的排放氣體的收集器(未示出)上的排氣管路上。在相同的殼體2中(還可以通過(guò)英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)的“殼體(canning)”表示)并且按照排放氣體的流動(dòng)方向(因此為自上游至下游)，該裝置包括根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的一個(gè)或另一個(gè)的氧化催化器部件3或nox收集器3’、還原劑(或還原劑前體)的輸入裝置4的噴口41、混合器5、配備有浸漬覆蓋層scr的scrf微粒過(guò)濾器7以及氨泄漏處理催化器8。還可以在過(guò)濾器7和氨處理催化器之間設(shè)置至少一個(gè)nox傳感器9。

殼體2位于最靠近排放氣體的集氣管處，尤其在距其出口300mm附近處(例如在至多距其出口500mm處)。殼體在機(jī)動(dòng)車輛中被設(shè)置在容納發(fā)動(dòng)機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方空間中。

尺寸/幾何形狀的數(shù)據(jù)如下：殼體2的截面是圓柱形的并且允許容置不同的部件3、7和8，其也具有基本上圓柱形的外部形狀并且具有大約175cm²(或直徑為150mm)的截面。殼體2的端部呈圓錐段的形狀，以便允許將明顯更小的截面連接至排氣管路的其余部分上。微粒過(guò)濾器7的長(zhǎng)度l12介于5英寸和8英寸之間，即介于127mm和203.6mm之間，在此例如是6英寸，即152.7mm。

氧化催化器部件3或nox收集器部件3’的長(zhǎng)度l3約為70mm。

從氧化催化器3或nox收集器3’的上游面直到部件8的下游面的長(zhǎng)度l0介于280mm和380mm之間。該長(zhǎng)度基本對(duì)應(yīng)于殼體2的圓柱部分的長(zhǎng)度。包括兩個(gè)連接圓錐的殼體2的總長(zhǎng)度lt因此稍大于l0。

根據(jù)第一實(shí)施例(示例1)，該后處理裝置的第一“單元”是氧化催化器3，其氧化還原物，這些還原物是一氧化碳(co)和未燃盡的碳?xì)浠衔?hc)。其促進(jìn)的反應(yīng)如下：

co+1/2o2—>co2(r1)一氧化碳的氧化反應(yīng)

cxhy+(x+y/4)o2—>xco2+(y/2)h2o(r2)未燃盡的碳?xì)浠衔锏难趸磻?yīng)

其由堇青石類型的蜂巢式散熱器上的載體構(gòu)成，在堇青石上沉積有催化活性相(“載體涂料”)，其包括用于催化co、hc以及no的氧化反應(yīng)的貴金屬。該相還包括例如由不同的穩(wěn)定劑(鑭、鈰、鋯、鈦、硅等)摻雜的鋁的氧化物。在該氧化物上，沉積貴金屬(鉑、鈀)以便在低溫下催化氧化反應(yīng)。例如分子篩酸性成分也被添加。這些成分在低溫下對(duì)碳?xì)浠衔镔A存性能及其在高溫下的去貯存允許在冷的階段中改善hc的處理?？梢韵蜻@些功能(一氧化碳和未燃盡的碳?xì)浠衔锏难趸驮诘蜏叵聦?duì)這些后者的貯存)中添加同樣在低溫下的氮氧化物nox的貯存功能。通過(guò)引入簡(jiǎn)單的或具有像特別是例如鈰或鋇的氧化物一樣的基本特性的混合的氧化物類型的材料來(lái)保證該貯存功能。

在此并不詳述已經(jīng)描述并已知的，尤其是上文引用的專利申請(qǐng)wo2011/089330的尿素噴射器4和混合器5(也稱為混合盒)。只考慮通過(guò)噴射器4供給的混合盒5，噴射器本身通過(guò)容量-泵(jauge-pompe)模塊供給，其在20升附近(由于機(jī)載尿素的體積取決于采取的消耗策略,其可能容納的更少)的容器中汲取水溶溶解態(tài)的尿素，保證尿素滴和排放氣體之間的充分混合使得完全地發(fā)生熱解反應(yīng)(r3)，并部分地發(fā)生水解反應(yīng)(r4)。反應(yīng)(r3)和(r4)在后文闡述。

scrf微粒過(guò)濾器7處理氮氧化物。通過(guò)scr(通過(guò)微粒過(guò)濾器7的覆蓋層)的這些nox的還原原理可以分解為兩大步驟：

1>從32.5％的尿素和水的混合物的環(huán)保汽車尿素形成還原劑(nh3)

(nh2)2co—>nh3+hnco(r3)尿素的熱解

hnco+h2o—>nh3+co2(r4)異氰酸的水解

在混合盒5中的通過(guò)噴射器4噴射的尿素的分解按兩個(gè)步驟進(jìn)行：稱為“熱解”的第一步驟，其形成一個(gè)nh3分子和一個(gè)異氰酸(hnco)分子；以及第二步驟，其從異氰酸的水解形成第二個(gè)nh3分子。這兩個(gè)步驟，且尤其是第一步驟，需要至少180℃至200℃的溫度，因此噴射器和氣-液(尿素)混合盒靠近發(fā)動(dòng)機(jī)1的出口是有益的。該步驟允許形成對(duì)于scr還原的功能必不可少的還原劑。

2>通過(guò)部件7的scr覆蓋層由nh3對(duì)nox進(jìn)行選擇性催化還原：

4no+o2+4nh3—>4n2+6h2o(r5)標(biāo)準(zhǔn)scr

no+no2+2nh3—>2n2+3h2o(r6)快速反應(yīng)動(dòng)力scr

6no2+8nh3—>7n2+12h2o(r7)慢速反應(yīng)動(dòng)力scr

多個(gè)反應(yīng)可以發(fā)生(r5至r7)，但是nox的最優(yōu)且尋求的轉(zhuǎn)換借助于反應(yīng)(r6)來(lái)獲得，它的反應(yīng)動(dòng)力是最快的，但化學(xué)計(jì)量學(xué)強(qiáng)制規(guī)定了接近0.5的no2/nox的比例，尤其在低溫下(即至多250℃)。

微粒過(guò)濾器7的scr催化劑是基于銅分子篩的，例如菱沸石、β分子篩、銅-鎂堿沸石、zsm5等。這是最好的選擇，尤其是即使在非常高的溫度(即尤其有礙于過(guò)濾器再生)下，微粒過(guò)濾器的催化劑也保持高效。過(guò)濾器7的多孔載體更傾向于由碳化硅sic制成。

利用根據(jù)本發(fā)明的該示例1的結(jié)構(gòu)，獲得了有利的熱條件，這通過(guò)在nox處理中的較高效率而得以體現(xiàn)：相對(duì)于80mg/km的標(biāo)準(zhǔn)，在排氣管路出口處的wltc循環(huán)中測(cè)量結(jié)果為40mg/km的nox。因此，利用本發(fā)明，可以獲得排放到大氣中的nox的非常低的水平，同時(shí)保持整個(gè)后處理裝置的緊湊性。

現(xiàn)在，回到氨泄漏處理催化器8的運(yùn)行。在所討論的示例1中，已選擇了asc類型的催化劑部件8，其運(yùn)行原理及其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其具有兩個(gè)浸漬層：確保將nh3氧化為nox的功能的層c2以及確保由nh3還原nox的功能的層c1。

asc部件8的組成如下：上層c1(與排放氣體接觸)對(duì)應(yīng)于scr類型的催化覆蓋層，下層c2(與基底壁相接觸)包含沉積在氧化鋁上的貴金屬(優(yōu)選地為0.5至5g/ft3之間，理想地為1至2g/ft3之間的非常少量的鈀)。asc部件8的運(yùn)行如下：剩余的氨進(jìn)入層c1并部分貯存在該層中。其余的氨穿過(guò)該層c1并進(jìn)入層c2，在該層c2中貴金屬(pd)促進(jìn)氨nh3氧化為nox。當(dāng)nox從層c2的scr催化覆蓋層離開(kāi)時(shí)，它們需要再次通過(guò)貯存有nh3的層c1。然后可以進(jìn)行由nh3還原nox的反應(yīng)。因此，nox在從催化器8出來(lái)之前已轉(zhuǎn)化成氮(n2)。

因此，在排氣管路出口處，借助該催化器8，即使將發(fā)動(dòng)機(jī)裝備到對(duì)nox的處理具有強(qiáng)烈需求的實(shí)用類型的車輛中，也沒(méi)有或幾乎沒(méi)有將氨排放到大氣中的風(fēng)險(xiǎn)，如下所述：

如果重新采用上述反應(yīng)r3至r7的集合，因此將理解到，在借助同樣由尿素分解所產(chǎn)生的nh3將nox轉(zhuǎn)化為n2之前，存在將nh3貯存在scrf過(guò)濾器7的催化覆蓋層中的階段。由稱為“nh3貯存容量”的標(biāo)準(zhǔn)所表示的這種對(duì)氨的貯存根據(jù)不同參數(shù)而變化，例如催化覆蓋層的固有特性、催化覆蓋層的狀態(tài)(新的或老化的)、催化劑內(nèi)溫度、(甚至在較小程度上)氣體在催化器中的停留時(shí)間等。

因此，存在具有多少較大的nh3貯存容量的scr催化覆蓋層：基于銅的scr覆蓋層的氨貯存容量例如大于基于鐵的覆蓋層的氨貯存容量。

對(duì)于給定的scr催化覆蓋層，其老化狀態(tài)將存在影響：覆蓋層越老化，其喪失的貯存容量的部分就越多。如圖2所示，對(duì)于scr催化覆蓋層和給定的老化狀態(tài)，貯存容量將根據(jù)scrf內(nèi)部溫度而變化。該圖示出了以橫坐標(biāo)表示單位為℃的溫度，縱坐標(biāo)表示單位為毫克/升的由scr覆蓋層所貯存的nh3的質(zhì)量的圖。通過(guò)閱讀該圖，觀察到，貯存容量隨著溫度而降低，該降低與氨的熱解吸現(xiàn)象相關(guān)。最后，可以注意到，nh3氧化成nox發(fā)生在大約450℃-500℃附近。

因此可以理解到，存在出現(xiàn)nh3排放到套管(即排氣管路路的下游端部)的階段：-nh3可以從過(guò)濾器7的scr覆蓋層中釋放，由于所受到的熱條件而不與nox反應(yīng)；-由于貯存點(diǎn)飽和(尤其是如果已經(jīng)熱老化的scr覆蓋層已經(jīng)喪失其貯存能力)，則可能不在貯存nh3；-或者如果nh3的量相比于其貯存容量而言太大。

在車輛整個(gè)使用壽命期間，通常通過(guò)“車載診斷工具”的英文縮寫obd而公知的車載診斷工具來(lái)有效地控制去污系統(tǒng)。因此，存在允許驗(yàn)證去污系統(tǒng)是否處于運(yùn)行狀態(tài)的不同程序：-在尿素注入不足且因此氨注入不足時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該能夠檢測(cè)到nox處理效率較低；-或者相反，在過(guò)量注入尿素并特別地在scrf過(guò)濾器7下游發(fā)生nh3排放時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該能夠檢測(cè)到這些狀況。在后一種情況下，系統(tǒng)的診斷借助位于scrf過(guò)濾器7下游的nox傳感器9來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明借助增加氨處理部件8來(lái)消除下游以及因此在套管、在車輛的排氣管路的端部的這些氨泄漏。

車輛越重，這些風(fēng)險(xiǎn)階段(所注入的尿素的量非常大以至于遠(yuǎn)超“滿足”發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的nox的量，由于較高的熱條件而降低nh3貯存容量等)發(fā)生的越多并且構(gòu)成nh3排放到套管的原因，即使使用與前述的去污管路一樣高效的去污管路。

作為asc類型的氨處理部件8的替代方案，可以使用cuc類型的催化器，其借助包含鉑的催化覆蓋層(pt裝料量不必需太大：10至20g/ft³就可以滿足)而具有將nh3氧化為nox的獨(dú)特功能。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案，但性能卻不及asc類型的氨處理部件，因?yàn)樵摲桨笇⒃谂艢夤苈纺┒酥匦律蒼ox。因此，必須注意未被scrf過(guò)濾器7處理的nox和通過(guò)這種cuc類型的催化器的作用而轉(zhuǎn)化為nox的nh3的剩余排放的總和不超過(guò)規(guī)定的nox排放限制。

根據(jù)另一未示出的變型例，氨泄漏處理催化器8位于排氣管路的更下游處：其不再在公用殼體2內(nèi)的位于發(fā)動(dòng)機(jī)罩下方空間內(nèi)最接近發(fā)動(dòng)機(jī)處，而是處于車身下方空間中的下游的位于管路上更遠(yuǎn)的專用殼體內(nèi)。這種實(shí)施例有益于避免氨泄漏處理催化器8過(guò)早的熱老化。

根據(jù)另一實(shí)施例(示例2)，氧化催化器由nox收集器3’所替代。其由堇青石類型的蜂窩狀載體組成，在該載體上沉積有包括有利于貯存例如但不限于鋇和/或鎂的簡(jiǎn)單或混合氧化物的元素的催化相。

在稀貧混合時(shí)，nox收集器將通過(guò)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)反應(yīng)來(lái)貯存nox：

no+1/2o2--->no2

2no2+“ba”--->ba(no3)2

在富集混合時(shí)，nox收集器通過(guò)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)其他反應(yīng)釋放并處理至少一部分nox：

ba(no3)2--->nox+“ba”

nox+“還原劑”(hc，co..)--->n2

nox收集器下游的其他部件與前述示例1相同。

總而言之，借助本發(fā)明的后處理裝置，不僅可以滿足未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)的日益增長(zhǎng)的，尤其是涉及nox排放水平的要求，而且還可以通過(guò)設(shè)計(jì)和/或熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的操縱控制來(lái)降低碳?xì)淙剂系南?，使co2/nox朝“低co2”策略折衷，同時(shí)減少排氣管路末端的氨排放。