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    重庆时时彩怎么停售了: 用于燃烧式发动机的排放气体后处理装置.pdf

    关 键 词:
    用于 燃烧 发动机 排放 气体 处理 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN201580028270.6

    申请日:

    2015.04.24

    公开号:

    CN106471230A

    公开日:

    2017.03.01

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F01N 3/035申请日:20150424|||公开
    IPC分类号: F01N3/035; F01N3/20; F01N3/28 主分类号: F01N3/035
    申请人: 标致雪铁龙集团
    发明人: 尼尔斯·马特斯; 珍·弗洛朗·吉尼; 蒂埃里·贝尔坦; 托马斯·勒塔勒克
    地址: 法国韦利济维拉库布莱
    优先权: 2014.05.27 FR 1454753
    专利代理机构: 北京旭路知识产权代理有限公司 11567 代理人: 刘成春
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201580028270.6

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.09.25|||2017.04.05|||2017.03.01

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种燃烧式发动机(1)的排放气体的后处理装置,其从上游至下游包括:氧化催化器部件DOC(3);用于氮氧化物的选择性催化还原SCR的还原剂或还原剂前体的输入装置(4)的喷口(41);氮氧化物NOX的选择性催化还原的催化器部件(6)以及微粒过滤器(7),其配备有氮氧化物NOX的选择性催化还原的催化剂覆盖层SCRF。所述部件和喷口集中在唯一的壳体(2)中。所述氮氧化物的选择性催化还原的催化器部件(6)的长度(L1)比所述微粒过滤器(7)的长度(L2)至少小两倍。

    权利要求书

    1.一种燃烧式发动机(1)的排放气体的后处理装置,其特征在于,其从上游至下游包
    括:
    -氧化催化器部件DOC(3);
    -用于氮氧化物的选择性催化还原SCR的还原剂或还原剂前体的输入装置(4)的喷口
    (41);
    -氮氧化物NOX的选择性催化还原的催化器部件(6);
    -微粒过滤器(7),其配备有氮氧化物NOX的选择性催化还原的催化剂覆盖层SCRF;
    -所述部件和喷口集中在唯一的壳体(1)中;
    -所述氮氧化物的选择性催化还原的催化器部件(6)的长度(L1)比所述微粒过滤器(7)
    的长度(L2)小至少两倍,尤其小至少2.2倍至3倍。
    2.根据前项权利要求所述的后处理装置,其特征在于,所述氮氧化物的选择性催化还
    原的催化器部件(6)具有至多80mm,尤其至多76mm,优选地介于45mm和55mm之间的长度
    (L1)。
    3.根据前述权利要求中任一项所述的后处理装置,其特征在于,包括在所述氮氧化物
    的选择性催化还原的催化器部件(6)和所述微粒过滤器(7)之间的可能空间的总长度(L12)
    为至多200mm,尤其至多190mm,优选地介于170mm和180mm之间。
    4.根据前述权利要求中任一项所述的后处理装置,其特征在于,所述氧化催化器部件
    (3)的入口和所述微粒过滤器(7)的出口之间的总长度(L0)为至多450mm,尤其至多400mm,
    优选地介于280mm和380mm之间。
    5.根据前述权利要求中任一项所述的后处理装置,其特征在于,所述氧化催化器部件
    (3)包括氮氧化物的吸附剂材料PNA。
    6.根据前述权利要求中任一项所述的后处理装置,其特征在于,所述氧化催化器部件
    (3)具有催化剂,其中贵金属的量被调整,以便在部件出口处获得NO2/NOX的比例等于或接近
    0.5的排放气体。
    7.根据前述权利要求中任一项所述的后处理装置,其特征在于,所述选择性催化还原
    的催化器部件(6)的催化剂基于铁交换分子筛。
    8.根据前述权利要求中任一项所述的后处理装置,其特征在于,所述微粒过滤器(7)的
    催化剂基于铜交换分子筛。
    9.根据前述权利要求中任一项所述的后处理装置,其特征在于,所述氧化催化器部件
    (3)的支承和/或所述选择性催化还原的催化器部件(6)的支承是金属的,并且可选择地配
    备有加热装置。
    10.根据前述权利要求中任一项所述的后处理装置,其特征在于,其包括用于所述排放
    气体与所述还原剂的混合和/或前体到还原剂的转化的混合器部件(5),其位于用于所述氮
    氧化物的选择性催化还原SCR的还原剂或还原剂前体的所述输入装置(4)的喷口(41)和所
    述氮氧化物的选择性催化还原的催化器部件(6)之间。

    说明书

    用于燃烧式发动机的排放气体后处理装置

    技术领域

    本发明涉及燃烧式发动机的排放气体的污染物的处理装置。

    背景技术

    配备于机动车辆的燃烧式发动机的污染物排出由标准规定。根据所考虑的燃烧式
    发动机技术,受规定的污染物是一氧化碳(CO)、未燃尽的碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx,
    即NO和NO2)以及微粒(PM),它们在碳氢燃料的燃烧时在燃烧室内形成随后被排放。

    已知在燃烧式发动机的排气管路中使用一定数量的除污装置以限制规定污染物
    的排出。氧化催化剂允许处理一氧化碳、未燃尽的碳氢化合物以及在特定条件下允许处理
    氮氧化物;微粒过滤器可以用于处理烟灰的微粒。

    将该类型的装置用术语通常表示为排放气体的“后处理”装置。

    为了满足关于氮氧化物(NOX)的排放的防污标准,可将后处理的特定系统引入车
    辆的排气管路中,尤其引入配备有狄塞尔(Disel)发动机的车辆的排气管路中。为了处理氮
    氧化物(NOX),已知选择性催化还原技术,或英语简称为“SCR”的“Selective Catalytic
    Reduction”,其在于通过在排气管路中还原剂(或这种还原剂的前体)的输入通过催化反应
    使NOX还原。例如其涉及尿素溶液,其分解将允许获得充当还原剂,还充当气态还原剂或这
    种还原剂前体的氨。在本文件的后文中通常用“还原剂(réducteur)”这个词来表示还原剂
    (agent réducteur)或还原剂前体。

    产生的催化剂允许通过在SCR催化器中,即具有能够通过还原剂促进NOX还原的催
    化浸渍的基底中的反应来还原氮氧化物。

    尤其是欧洲标准倾向于变得越来越严格。并且鉴于预料到2016年以后标准的变
    化,为了遵守当前标准而用于减少离开排气管路的污染物的排出的解决方案表现出不足。

    实际上,标准的第一步,Euro 6b(于2014年九月生效)已经引导机动车制造商在不
    同的选项间选择以更特定地减少NOX的排出:-“在源头”,在发动机本身的运转处,通过发动
    机中的排放气体的再循环类型技术还原NOX,再循环根据英语术语的简写也称为EGR,其对
    应于例如高压和低压“排气再循环”;-在排气管路处通过称为“NOX收集器”的顺序催化处理
    技术还原NOX;-还在排气管路处还原NOX,通过例如在上文中简要描述的称为“选择性催化还
    原”(SCR)的连续处理技术;甚至兼用这些解决方案中的多个。

    如果这些解决方案允许满足标准(Euro6b)的变化中的该第一步,其不必然能够满
    足表明还更严格的第二步(Euro 6c,预计于2017年九月生效),其具有在称为“WLTC”(英语
    为“Worldwide Harmoized Light vehicles Test Cycle(全球轻型汽车测试循环)”,即法
    语中“cycle de test harmonisépour véhicules légers”(轻型汽车协调测试循环)的简
    称)的新运行循环上的污染物测量,新运行循环包括比当前的许可循环(称为“MVEG”,英语
    为“Motor vehicle Emissions Group”(发动机车辆排放小组),即法语中的“groupe d’é
    missions pour véhicules motorisés”(发动机车辆排放小组)的简称)更多的过渡阶段,
    但也应建立循环外的测量(替代实际行驶排放或行驶的真实状况下的排放出,称为“RDE”)。

    特别是为了应对循环外NOX过高排放的风险,可以预期不同的技术解决方案和构
    造。它们具有其优点及其缺点。但是效率最高的氮氧化物的处理技术是选择性催化还原
    (SCR),因为其在比作为后处理的其它解决方案的NOX收集器的温度和气体流量的范围更广
    泛的温度和气体流量的范围中是高效的。

    此外,增加后处理装置的实施限制。实际上,通常,所使用的催化器系统因为穿过
    的排放气体的温度较高(直到某一点)且稳定而更高效。于是其在发动机的起动后排放气体
    的温度逐渐升高时更快地触发(s’amorcer)。因此,关注于将后处理装置实施在发动机罩下
    的最靠近发动机处,即最靠近排放气体的集气管处,甚至该环境通常是非常拥挤的。后处理
    装置因此应该尽量紧凑而不损害其性能。

    在本文本的全文中,术语“上游”和“下游”根据集成了后处理部件的排气管路中的
    排放气体流动的通常的方向理解,从发动机直到排气管路的端部的套管。

    例如,由专利申请WO 2011/089330已知一种在同一壳体中集中由排放气体依次穿
    过的多个部件的后处理装置。其尤其提出一系列的部件,从上游至下游包括:-氧化催化
    器,-尿素类型的还原剂的喷射器,-混合器,其作用是及时混合喷射入气体所穿过的壳体中
    的尿素滴,以便在壳体的整个直截面上尽可能均匀地分解为氨,-SCR部件,-微粒过滤器(以
    后称为FAP)?;固岢鲆恢痔娲旆?,其在于通过浸渍还原NOX的催化剂并且因此同时执行烟
    灰过滤和NOX还原作用的FAP(以后称为SCRF)替换SCR部件和FAP。

    然而,如在该文件中所描述的SCR专用部件会由于不利的热的原因而不能足够早
    地热触发,尤其是期间在排气管路中的温度相当低的城市中运行的条件下。不过,这恰好在
    该类型的城市中运行期间,(尤其是)欧洲标准的变化在NOX排出的减少方面将变为强制性
    的。

    并且由于微粒过滤器的特定基底较大的热惰性,在微粒过滤器中集成了SCR催化
    剂(SCRF)的变型例在城市中运行的条件下性能不再那么好,即使其很靠近发动机放置。实
    际上,保证微粒过滤并浸渍催化剂覆盖层(浸渍的覆盖层英语称为“washcoat(载体涂料)”)
    的基底是多孔陶瓷,其消耗很多热量以提升温度。SCR阶段的触发因此只能在
    某一时间之后才发生,这不许允许该解决方案遵守未来的标准变化。

    发明内容

    本发明因此旨在设计一种弥补了前述缺点的排放气体的后处理。其尤其旨在改善
    现有的装置以允许在污染物的排放方面,且更具体地在涉及城市运行类型的不稳定运行条
    件下和/或在扩大的温度范围中的NOX的排放方面遵守更为严格的标准。有利地,其也旨在
    获得一种性能更好并且还保持紧凑的后处理装置。

    本发明首先涉及一种燃烧式发动机的排放气体的后处理装置,其从上游至下游包
    括:

    -氧化催化器部件DOC;

    -用于氮氧化物的选择性催化还原SCR的还原剂或还原剂前体的输入装置(可以是
    喷射器的装置)的喷口;

    -氮氧化物NOX的选择性催化还原的催化器部件;

    -微粒过滤器,其配备有称为SCRF的氮氧化物NOX的选择性催化还原的催化剂覆盖
    层;

    -所述部件和喷口集中在唯一的壳体中;

    -所述氮氧化物的选择性催化还原的催化器部件的长度比微粒过滤器的长度小至
    少两倍,尤其小至少2.2倍或至少2.3倍或至少2.4或2.5倍直到3倍(至少)。

    后处理装置的这种构造在多个方面被证实是极为有利的。

    一方面,保留了整体的紧凑性,其容纳于唯一的壳体中,并且其因此可以有利地安
    置在排气管路上最靠近离开发动机的排放气体的集气管处。

    另一方面,其允许改善装置的性能,尤其是针对在最不利的条件下的,即如之前提
    到的在城市运行的条件(其中排放气体的温度保持小于道路或高速公路类型的运行)下的,
    甚至在称为强烈的,具有间歇地排放气体的大流量的驾驶类型的条件下的NOX还原?;共钩?br />证明了该构造允许最大化地限制排气管路的末端处的氨漏失(还用英语以术语“NH3slip”
    表示,氨漏失来自在SCR催化器的载体部件上游喷射但并未起作用的还原剂)。

    并且这些十分有利的结果已通过两个SCR部件的组合得到:一个专用于该功能,另
    一个集成在微粒过滤器中,两个部件长度之间具有十分特定的比例,其对应于比微粒过滤
    器小很多的SCR部件。因此,在两个连续的部件上用较小的且实际上很高效的专用SCR部件
    来“分配”还原NOX的功能,因为在低于包含在微粒过滤器(SCRF)中的SCR的触发温度的临界
    温度上,热触发明显较好。因此可以认为SCR部件保证了装置的大部分的NOX的全部还原,尤
    其是在不利的运行条件下(气体的温度低,气体的流量大),并且可以认为一旦这些不利的
    运行条件中断或一旦运行条件稳定,SCRF将有助于使NOX的还原提升。在避免使用单个SCRF
    的同时,本发明的装置不仅更好地热触发,而且在使FAP中达到过度温度(大于1000℃,以给
    定数量级)的再生的情况下,其缓解了FAP的催化覆盖层的可能的损坏。

    根据本发明的装置因此将随着气体污染物和微粒污染物穿过除污部件来处理气
    体污染物和微粒污染物:其因此首先进入由氧化催化剂组成的第一“单元(brique)”中,其
    中CO和HC被氧化为水(H2O)和二氧化碳(CO2)。

    从该第一单元DOC出来的是CO和HC的氧化产物即H2O和CO2,以及氮氧化物和微粒。
    这些成分然后穿行过(如后文详述的很短/很小的)SCR催化剂单元,其伴随后文将详述的不
    同反应将NOX还原为氮气(N2)。

    在保持残余的NOX离开SCR催化器的同时,过量的氨(NH3)来自于催化剂(以后阐述)
    和微粒。这些成分回到SCRF单元中,其将通过NH3完成NOX的还原,并且在再生时通过在微粒
    燃烧之前将其贮存来消除微粒。

    优选地,氮氧化物的选择性催化氧化的催化器部件具有至多80mm,尤其至多76mm,
    优选地介于45mm和55mm之间,例如约50mm的长度。其实际上因此涉及很小的SCR部件,可以
    以术语SCR“薄片”表示,其被证实完美地完成其作用,但是担心这么短的长度/薄的厚度使
    得其最终性能不够好(尤其由于催化剂和排放气体之间的缩短的接触时间)。

    优选地,SCRF部件的长度至少是10cm,尤其是介于10cm和15cm之间,尤其是约
    12cm。

    优选地,包括其间可能空间的氮氧化物的选择性催化还原的催化器部件和微粒过
    滤器的总长度至多200mm,尤其至多190mm,优选地介于170mm和180mm之间。本发明因此相对
    于只使用SCRF部件的解决方案保持了减小的体积:其未显著地延长后处理装置,并且因此
    保持整体的紧凑性。

    优选地,氧化催化器部件的入口和微粒过滤器的出口之间的总长度至多450mm,尤
    其至多400mm,优选地介于280mm和380mm之间。

    有利地,氧化催化器部件包括氮氧化物的吸收剂材料,也用英语短语“Passive
    NOX Adsorber(被动NOX吸收器)”,称为PNA。

    PNA类型的材料的作用是当催化NOX还原的部件(SCR部件和具有催化覆盖层的微
    粒过滤器SCRF)还未起作用时,可以在冷阶段贮存发动机排出的氮氧化物。实际上,应该等
    到180℃到200℃以能够在排气管路中喷射还原剂(尿素)并形成随后转化NOX的氨。随着NH3
    “预贮存”在SCR覆盖层中,NOX的转化可以提前几十度发生(大约140℃)。在恢复到达SCR完
    全起作用时(200℃和300℃之间)的较高温度之前,PNA在贮存“冷的”NOX的同时起作用(尤
    其借助于在氧化催化剂,简单氧化物催化剂或例如铈或钡的氧化物的碱性混合氧化物催化
    剂中的“典型”浸渍)。为了保证PNA的正确功能,设置清除阶段以清洁随着时间以已知的方
    式被硫酸铜处理的其表面。

    优选地,氧化催化器部件具有催化剂,其中贵金属的量被调整以便在部件出口处
    获得排放气体,排放气体中NO2/NOX的比例等于0.5或在0.5附近(“附近”理解为例如该值周
    围+/-15%的变化)。

    实际上观察到,尤其在(SCR部件的和/或SCRF微粒过滤器的)SCR覆盖层的材料基
    于铁交换分子筛来选择时,通过在进入SCR部件时将NO2/NOX的比例设置为接近0.5来使其效
    率最大化。具有铁交换分子筛的部件在低温下比具有铜交换分子筛的部件作用更好,并且
    在更高温度下作用一样好。

    可以通过调整氧化催化剂的组成在该值周围调整该比例。该类型的催化剂的制剂
    通常主要包括掺杂氧化铝Al2O3,用于收集冷HC的金属且未交换的水合硅铝酸盐类型的分子
    筛(也以缩写ZSM5而周知),以及诸如具有确定比例的铂(Pt)和钯(Pd)的贵金属。实际上,根
    据该Pt/Pd比例,氧化催化剂多多少少能够氧化一氧化碳(CO)和未燃尽的碳氢化合物(HC):
    催化剂含铂越多,其将NO氧化为NO2的能力越强。注意到在离开发动机时,并且因此在氧化
    催化器部件的入口,NOX的排出主要由NO(>90%)组成。氧化催化剂因此将高效地将NO氧化
    为NO2以将NO2/NOX的比例调整为期望值。

    优选地,选择性催化还原的催化器部件的催化剂是基于铁交换分子筛的。

    实际上,基于铁(Fe)交换分子筛的浸渍覆盖层比基于铜(Cu)交换分子筛的那些具
    有更低温度的触发,因此NO2/NOX的比例靠近0.5。当该条件满足时,基于铁交换分子筛的覆
    盖层允许从150℃起转化NOX。

    优选地,微粒过滤器的催化剂是基于铜交换分子筛的。

    实际上,催化剂的该性质格外适合于浸渍微粒过滤器:-其比基于铁交换分子筛的
    催化剂具有更好的耐热性(其实际上应该经受很高的温度而没有过滤器可能的周期性再生
    的损害),-通过NO2在靠近250℃至350℃的温度下烟灰的燃烧倾向于减小NO2/NOX的比例,铜
    (Cu)交换分子筛的碱性的制剂比铁交换的那些还更合适,--其也具有更高的NH3的贮存能
    力。该最后的特征是格外有利的,由于SCR部件微小的体积(对没有变化的截面而言微小的
    长度)可以是NH3的泄漏的起源。因此氨的这些泄漏能够在SCR部件下游的SCRF单元中被正
    确地“接收”是很有用的。

    注意到提出的用于SCRF的铜交换分子筛和/或用于SCR催化还原的催化器部件的
    催化剂的铁交换分子筛是例如基于菱沸石、镁碱沸石或水合硅铝酸盐(ZMS5)类型的分子筛
    的,并且还可以包括以下氧化物中的至少一个:铈(Ce)、锆(Zr)的氧化物,还或以下金属中
    的至少一个:铌(Nb)、钨(W)、钛(Ti)。

    根据实施方式,氧化催化器部件的支承和/或选择性催化还原催化器部件的支承
    是金属的,并且可选择地配备有例如电阻类型的加热装置。因此减少了其温度升高的时长,
    并且因此减少了其触发开始的时间。

    可替代地,可以将例如堇青石的陶瓷类型的材料用于这些部件中的一个和/或另
    一个。

    SCRF微粒过滤器的支承可以是例如碳化硅(SiC),堇青石或铝的钛化物制成的。

    有利地,根据本发明的后处理装置还包括排放气体与还原剂和/或还原剂前体的
    混合器部件,其位于用于氮氧化物的选择性催化还原SCR的还原剂和/或还原剂前体的输入
    装置的喷口和氮氧化物的选择性催化还原的催化器之间。

    该混合器用于尽可能好的将排放气体与还原剂或还原剂前体混合,这在前体是例
    如水相的尿素的液体类型时尤其有用。

    本发明还应用于例如氨的气体还原剂的直接喷射,其从能够吸收氨并能够通过热
    活化将氨盐析的一个或多个盐芯(尤其是SrCl2类型的)以已知的方式(简称为“固体”SCR的
    技术)向排气管路供给,并且在该情况下,混合器需求不大。

    优选地,混合器是具有用于气体穿过混合器的路线长度至少两倍大于其在壳体中
    纵向占据的长度的类型的?;旌掀鞯哪康氖鞘古欧牌搴突乖林涞幕旌暇?,而且,如
    果输入还原剂前体,混合器的目的是促进还原剂前体分解为还原剂。对排放气体强加与混
    合器的长度相比相对较长的路线的,例如对气体强加具有嵌塞的基本螺旋行进类型的路线
    的混合器的使用尤其适合于本发明。其通过获得比其本身的尺寸大的排放气体的路线距离
    允许在紧凑的装置中使用基于作为氨的前体的尿素的方案,即使在排放气体中的尿素的热
    解需要不可忽略的时间?;旌掀饕部梢允抢缋门缟湓谘趸呋鞯某隹诿嫔衔蒲趸?br />催化器的双层壳体中使用氧化催化器下游气体再循环的T形混合器。

    优选地,根据本发明的后处理装置包括在氧化催化器部件的上游的氮氧化物传感
    器以及在微粒过滤器下游的另一个,优选地,在唯一的壳体外面?!吧嫌巍贝衅魅缬斜匾?br />以通过模型化替代。

    优选地,唯一的壳体基本是圆柱形的,其配备有入口分叉器和出口集合器(呈圆锥
    段形),具有至多450mm的总长度,尤其至多400mm,优选地介于280mm和380mm之间,并且因此
    具有与在机动车辆的罩底发动机中的安装完全兼容的紧凑性。

    优选地,还原剂的输入装置是通过压电的或机械的或液气联动的螺线管的致动器
    类型的喷射器。

    排放收集器和根据本发明的装置之间的管道另外可以包括在增压发动机范围中
    的涡轮压气机的一个或多个涡轮,并且具体地根据本发明的装置可以直接连接在涡轮增压
    器的外壳上,在涡轮的出口处。

    本发明还涉及集成了前述的后处理装置的燃烧式发动机的排气管路。

    本发明还涉及配备有发动机舱的车辆,使得发动机和装备其排气管路的后处理装
    置包括在所述发动机舱中。

    附图说明

    此后参照与柴油发动机的排气管路的后处理装置相关的非限制性实施方式相关
    的附图来更详细地描述本发明:

    图1示出了根据本发明的示例1的包括后处理装置的机动车辆的发动机及其排气
    管路;

    图2示出了作为比较示例2的包括后处理装置的发动机及其排气管路;

    图3示出了对于在根据本发明的示例1的和比较示例2的选择性催化还原部件SCR
    的上游的温度进行比较的图像;

    图4示出了对于具有根据本发明的示例1的后处理装置的和具有根据比较示例2的
    后处理装置的排气管路的末端的NOX的排出进行比较的图像;

    图5示出了用于根据本发明的示例1的后处理装置中的两个SCR浸渍覆盖层之间的
    比较;

    图6示出了图示源头处发动机的CO2排出和NOX排出的比较变化的示图。

    具体实施方式

    附图彼此间所用的参考标记表示相同的部件,并且所示的不同的部件不必须按真
    实比例。

    在如图1中所示的本发明中,提出了发动机1的排放气体的处理装置。该装置集成
    于连接在发动机1的排放气体收集器(未示出)上的排气管路上。在相同的壳体2中(还可以
    通过英语术语的“外壳”表示)并且根据排放气体的流动方向(因此为自上游至下游),该装
    置包括氧化催化器部件3、还原剂(或还原剂前体)的输入装置4的喷口41,混合器5,SCR催化
    部件6(氮氧化物的选择性催化还原的催化器),以及配备有SCR浸渍覆盖层7的微粒过滤器
    SCRF??翘?位于最靠近排放气体的集气管处,尤其在距其出口大约35cm处(例如至多距其
    出口50cm)。其在机动车辆中被设置在容纳发动机1的罩底空间中。

    尺寸/几何形状的数据如下:壳体2是圆柱形的并且允许安置不同的部件3、6和7,
    其还具有基本呈圆柱形的外部形状,并且具有大约0.016m2的正向表面面积的截面??翘?
    的端部呈圆锥段的形状,以便允许将明显更小的截面连接至其余的排气管路上。SCR部件6
    的长度L1在5至7.5cm之间,例如6cm。微粒过滤器7的长度L2介于4英寸和6英寸之间,即
    10.16cm和15.24cm之间,例如此处为5英寸,即12.7cm。

    从SCR部件6的上游面直到微粒过滤器7的下游面来测量长度L12,已知其被分开大
    约8mm。

    氧化催化器部件的长度L3大约70mm。

    从氧化催化器3的上游面直到微粒过滤器7的下游面的长度L0介于28cm和38cm之
    间。该长度基本对应于壳体2的圆周部分的长度。包括两个连接圆锥的壳体2的总长度LT因
    此稍大。

    该后处理装置的第一“单元”是氧化催化器3,其氧化还原物,这些还原物是一氧化
    碳(CO)和未燃尽的碳氢化合物(HC)。其促进的反应如下:

    CO+1/2O2—>CO2 (R1)一氧化碳的氧化反应

    CxHy+(x+y/4)O2—>xCO2+(y/2)H2O (R2)未燃尽的碳氢化合物的氧化反应

    其由堇青石类型的蜂巢式散热器上的支承构成,在堇青石上沉积有催化活性(“载
    体涂料”)阶段。该阶段包括例如由不同的稳定剂(镧、铈、锆、钛、硅等)掺杂的铝的氧化物。
    在该氧化物上,沉积贵金属(铂、钯)以便在低温下进行催化氧化反应。例如分子筛酸性成分
    也被添加。其在低温下对碳氢化合物贮存性能及其在高温下的去贮存允许在冷的阶段中改
    善HC的处理??梢韵蛘庑┕δ?一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物的氧化和在低温下对这些
    后者的贮存)中添加还在低温下氮氧化物、NOX的贮存功能。通过引入简单的或具有像特别
    是例如铈或钡的氧化物一样的基本特性的混合的氧化物类型的材料来保证该贮存功能。

    在此并不详述已经描述并已知的,尤其是前方引用的专利申请WO2011/089330的
    尿素喷射器4和混合器5(也称为混合盒)。只考虑通过喷射器4供给的混合盒5,喷射器本身
    通过容量泵??楣└?,其在大约20升(其可以容纳的更少由于机载尿素的体积取决于采取
    的消耗策略)的容器中汲取水溶溶解态的尿素,保证尿素滴和排放气体之间的充分混合使
    得完全地发生热解反应(R3),并使得在“结束”之前在SCR 6上部分地发生水解反应(R4)。反
    应(R3)和(R4)在后文阐述。

    SCR部件6和SCRF微粒过滤器7处理氮氧化物。通过SCR(这是通过专用部件6或通过
    微粒过滤器7的覆盖层)的这些NOX的还原原理可以分解为两大步骤:

    1>从32.5%的尿素和水的混合物的环保汽车形成还原剂(NH3)

    (NH2)2CO—>NH3+HNCO (R3)尿素的热解

    HNCO+H2O—>NH3+CO2 (R4)异氰酸的水解

    在混合盒5中的通过喷射器4喷射的尿素的分解按两个步骤发生:第一个步骤称为
    “热解”,其形成NH3分子和异氰酸分子(HNCO),和第二个步骤,其从异氰酸的水解形成NH3分
    子。这两个步骤,且尤其是第一个步骤,需要至少180至200℃的温度,因此喷射器和液-气
    (尿素)混合盒靠近发动机1的出口是有益的。该步骤允许形成对于SCR还原的工作必不可少
    的还原剂。

    2>通过部件6和7的SCR涂层通过HN3的NOX的选择性催化还原:

    4NO+O2+4NH3—>4N2+6H2O (R5)标准SCR

    NO+NO2+2NH3—>2N2+3H2O (R6)快速反应动力SCR

    6NO2+8NH3—>7N2+12H2O (R7)低温SCR

    多个反应可以发生(R5至R7),但是NOX的最优且寻求的转换借助反应(R6)获得,它
    的反应动力是最快的,但化学计量学强制规定了接近0.5的NO2/NOX的比例,尤其在低温下
    (即至多250℃)。

    SCR部件6的催化剂是基于铁交换分子筛的,例如β分子筛、铁触媒、ZSM5,并且微粒
    过滤器7的SCR催化剂基于铜分子筛,例如β菱沸石、铁触媒、ZSM5。如上文已经提到的,这是
    最好的选择,尤其使得自SCR部件6进入的排放气体的NO2/NOX的比例接近0.5时,SCR催化器6
    在“低”温下更快地触发,并且使得微粒过滤器的催化剂保持在很高温度下(尤其是与其抵
    抗过滤器的再生)一样高效。SCR部件6的有孔支承由堇青石制成,然而过滤器7的有孔支承
    由硅的碳化物SiC制成更好。

    图2示出了后处理装置的比较示例2。所有其他事物都是等同的,SCR部件6已被隐
    藏,并且SCRF微粒过滤器7已被延长到SCR 6部件的长度。

    图3允许将在示例1的SCR单元6的上游和在比较示例2的SCRF过滤器7的上游测量
    的温度相比较。图像在横轴上用秒表示时间,且在纵轴上用℃表示测量的温度。测量已用发
    动机进行,发动机的排气管路一侧配备有前述的后处理装置,然后另一侧配备有在模拟
    WLTC运行循环时运行的发动机。曲线C1关于示例1,且曲线C2关于示例2。观察到特别在循环
    最初的400秒中,曲线C1全部在曲线C2的下方。因此利用根据本发明的示例1的构造获得更
    有利的热条件,这通过在NOX的处理中的更高的效率表现:已经对于两个示例的每一个,测
    量了离开排气管路时WLTC循环的排气管路的末端的NOX的水平,用克每千米表示,其给出如
    下结果:

    -对于示例1:0.040g/km的水平

    -对于比较示例2:0.173g/km的水平

    因此利用本发明在完全保持后处理装置的整体紧凑性的同时,获得了向大气排放
    的NOX十分显著的减少。

    图4比较了对于示例1和示例2的不同阶段的NOX排放气体的水平。在横轴上用秒表
    示时间,在纵轴表示随时间积累的气体中包含的NOX的量。曲线C0表示离开发动机时NOX的
    量,曲线C3表示离开氧化催化器3的NOX的量,曲线C4表示根据本发明的示例1的SCR部件出
    口的NOX的量,曲线C5表示具有比较示例2的后处理装置的排气管路的末端的NOX的量,以及
    曲线C6表示具有根据本发明的示例1的后处理装置的排气管路末端的NOX的量。这些不同的
    曲线的比较确认了本发明的示例的在还原中更好的效率。比较曲线C5和C6允许突出SCR 6
    部件和SCRF 7部件的互补性,其中联合允许在管线的末端达到极其微小的NOX水平:在积累
    到1800秒时,看到具有本发明的NOX的水平(C6)至少相对于具有比较示例(C5)的水平减少3
    倍。比较曲线C4和C5还允许突出即使长度很微小,根据本发明的SCR部件6具有与明显地更
    长的比较示例的SCRF 7’的NOX的还原能力相近的还原能力,这是尤其有利的。

    但是位于下游(在后面约8毫米)的SCRF微粒过滤器7也扮演重要的角色,由于该单
    元保证了去除微粒并且实现了例如在强负荷的发动机时对未在SCR部件6中还原的NOX的处
    理。

    在壳体2的下游放置有NOX传感器(未示出在附图中),其能够间接测量NH3的排出。
    因此系统还是“卷曲的”以还避免离开排气管路的NH3泄漏的所有风险。实际上,如果NOX传感
    器测量离开排污系统的氨,尿素的喷射会迅速地被还原且NH3的泄露被限制/停止。在比较
    示例2的情况下,如果SCRF 7’过滤器的SCR催化覆盖层在1000℃由严重的再生毁坏,分子筛
    损坏且使氨流失,这限制了还原甚至限制了氨的喷射的中断。由于因此减少甚至停止NOX的
    催化还原,通过在车辆边缘的仪表板点亮的指示灯向驾驶员传递警报。相反地,在根据本发
    明的示例1的情况下,不经受微粒过滤器的热再生的SCR部件6的存在允许维持大约80%的
    NOX还原效率(如已借助图4的图像突出的),且允许保持在驾驶员警报阈以下(完全避免了
    排气管路末端的难闻的氨的排出)。

    图5以直方图的形式示出了图像,左侧表示具有包含铁(Fe)浸渍分子筛的浸渍覆
    盖层的SCR部件,且右侧表示其他等同的事物,配备有包含铜(Cu)浸渍分子筛的浸渍覆盖层
    的相同部件(与具有根据本发明的示例的在前描述相同)。在纵轴上,示出了在老旧的SCR部
    件上且在例如大约150℃的低温下测量的NOX(以%为单位的)还原效率。两个直方图的方块
    从颜色最深(NO2的百分比最大,等于90%)到颜色最浅(对应于0%的NO2)对应于进入SCR部
    件的NO2/NOX的不同比例。观察到NOX的还原对于NO2/NOX的比例为50%最多,且对于50%的比
    例,铁交换分子筛的效率比铜交换分子筛的效率高?;故褂酶猛枷裰な盗颂肿由付訬O2/
    NOX的比例很敏感,而这对于铜交换分子筛的情况明显较不敏感,并且证实了铁分子筛在低
    温下比铜分子筛的总体性能更好,除非NO2的比例小于10%。

    图6以十分图形化的形式示出了在源头的发动机的NOX和CO2的排出的比较变化:横
    轴示出了排放气体的NOX的水平(以克每车辆行驶的千米数为单位)且纵轴表示排放气体的
    CO2水平(同样以克每车辆行驶的千米数为单位),还有关于NOX水平的根据Euro 5和Euro 6
    标准批准的最大值的标示。了解到发动机还原其NOX排出越多,其CO2排出增加越多。因此,如
    通过该图6所示,当以强烈减少CO2排出的方式设计发动机时,发动机排出更多的量的NOX。通
    过具有如根据本发明的示例1的后处理系统的极度高效的后处理系统,因此可以从源头上
    最小化CO2的排出,并因此最小化碳氢燃料的消耗,而不损害排气管路的末端的NOX的排出水
    平。

    总之,借助于本发明的后处理装置,不仅可以满足将来标准的增长的需求,尤其关
    于NOX的排出水平,而且还可能通过在热力发动机的概念和/或命令控制中朝“低CO2”策略替
    换CO2/NOX的折衷方案来降低碳氢燃料的消耗,并且避免或限制了排气管路末端的氨的排
    放。

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    本文标题:用于燃烧式发动机的排放气体后处理装置.pdf
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