專利名稱：排氣后處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明示范性的實(shí)施例涉及一種內(nèi)燃機(jī)的排氣處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)的排氣氣體是一種非均勻混合物，其含有氣態(tài)排放物，例如一氧化碳 (“Co”)、未燃燒碳?xì)浠衔?“HC”)和N0X，也含有組成顆粒物質(zhì)的凝結(jié)相物質(zhì)(液體和 固體)。催化劑組合物和其上沉積有催化劑的基材均可以設(shè)置在柴油機(jī)排氣系統(tǒng)中，用以轉(zhuǎn) 化某些或所有的排氣成分為非管制成分。柴油機(jī)排放處理系統(tǒng)可以包括含貴金屬的柴油氧 化催化劑(“D0C”)，柴油顆粒捕集器或過(guò)濾器(“DPF”)，和用于還原NOx的選擇性催化還 原(“SCR”)催化劑裝置中的一個(gè)或多個(gè)。用于減少大顆粒物質(zhì)的一種排氣處理技術(shù)是DPF。存在幾種已知的過(guò)濾器結(jié)構(gòu)， 它們都能有效從柴油機(jī)排氣氣體中去除顆粒物，例如陶瓷蜂窩壁流過(guò)濾器、纖維纏繞或纖 維填充過(guò)濾器、開(kāi)孔泡沫材料、燒結(jié)金屬纖維等。在汽車應(yīng)用中陶瓷壁流過(guò)濾器已被廣泛接 受。過(guò)濾器是用于從排氣氣體中去除顆粒物的物理結(jié)構(gòu)，因?yàn)椋奂念w粒物會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī) 承受的排氣系統(tǒng)背壓。為了處理排氣顆粒物的聚集引起的背壓增加，DPF被周期性地凈化 或再生。再生涉及在典型是高溫(> 600°C )環(huán)境的環(huán)境中燃燒聚集顆粒物，這會(huì)導(dǎo)致排氣 氣流中的NOx成分水平增加。DPF可以包括SCR催化劑，其在從上游噴射的以氣態(tài)、液態(tài)或 含在尿素溶液中的形式的氨氣(NH3)的輔助作用下，將NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)?“N2”)。一種在排氣系統(tǒng)中產(chǎn)生DPF再生所需的溫度的方法是向設(shè)置在DPF上游的氧化催 化劑輸送過(guò)量HC。在氧化催化劑中，HC被氧化，結(jié)果產(chǎn)生放熱反應(yīng)，這提高排氣氣體溫度到 DPF再生所要求的水平，從而燃燒或氧化被捕集的顆粒物質(zhì)并且凈化捕集器。在再生過(guò)程中，一些過(guò)量HC可能穿過(guò)氧化催化劑到達(dá)DPF。因?yàn)镠C是受管制的排 氣氣體成分，其排放到大氣應(yīng)該被避免，以符合適用規(guī)定。類似的，被噴射到排氣氣流中的 氨氣量應(yīng)該限制為NOx完全轉(zhuǎn)換所需的量。但是，其中一些氨氣沒(méi)有被SCR催化劑活性所 消耗并且通過(guò)DPF的情況可能發(fā)生。排放沒(méi)有被轉(zhuǎn)化的氨氣是不受歡迎的。因此，希望提供一和排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于DPF的工作，它能減少在排氣氣流中的沒(méi) 有被轉(zhuǎn)化的HC，CO, NH3的水平。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，提供了一種排氣處理系統(tǒng)，它用于減少內(nèi)燃 機(jī)排氣氣體的成分。整體式陶瓷被設(shè)于排氣處理系統(tǒng)中，其具有延伸通過(guò)其中的排氣流 動(dòng)通道，所述排氣流動(dòng)通道在縱向延伸壁之間限定形成。第一催化劑組合物用于催化還 原排氣氣體中的氮氧化物，其被設(shè)于排氣流動(dòng)通道的第一部分。第二催化劑組合物用于 催化氧化排氣氣體中的碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氨氣，其被分開(kāi)地依次順流地(serially downstream)設(shè)于排氣流動(dòng)通道的第二部分。第二催化劑組合物用于減少逃逸穿過(guò)排氣處 理系統(tǒng)的碳?xì)浠衔?，一氧化碳和氨氣?br> 在本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例中，提供了一種排氣處理系統(tǒng)，它用于減少內(nèi)燃 機(jī)排氣氣體的成分，其包括陶瓷壁流整體式過(guò)濾器，其被設(shè)于排氣處理系統(tǒng)中，具有延伸穿 過(guò)其中的排氣流動(dòng)通道，所述排氣流動(dòng)通道在縱向延伸壁之間限定形成。第一亞組的排氣 流動(dòng)通道具有開(kāi)放的進(jìn)口和封閉的出口，限定了進(jìn)口通道。第二亞組的排氣流動(dòng)通道具有 封閉的進(jìn)口和開(kāi)放的出口，限定了出口通道。排氣氣體通過(guò)進(jìn)口通道進(jìn)入陶瓷壁流整體式 過(guò)濾器，且隨著縱向延伸壁的過(guò)濾而轉(zhuǎn)移，通過(guò)出口通道而排出過(guò)濾器。第一催化劑組合 物，和氨氣還原劑一起作用，以催化還原排氣氣體中的氮氧化物，其被設(shè)于陶瓷壁流整體式 過(guò)濾器的第一部分。第二催化劑組合物用于催化氧化排氣氣體中的碳?xì)浠衔?、一氧化?和氨氣，被分開(kāi)地依次順流地設(shè)于陶瓷壁流整體式過(guò)濾器的第二部分。在本發(fā)明的又一個(gè)示范性實(shí)施例中，一種排氣處理系統(tǒng)用于減少內(nèi)燃機(jī)排氣氣體 的成分，包括氧化催化劑和處于氧化催化劑下游的用于從排氣氣體中去除顆粒物的顆粒過(guò) 濾器。第一催化劑組合物用于催化還原排氣氣體中的氮氧化物，其被設(shè)于顆粒過(guò)濾器的第 一部分，第二催化劑組合物用于催化氧化排氣氣體中的碳?xì)浠衔铩⒁谎趸己桶睔猓浔?依次順流地設(shè)于顆粒過(guò)濾器的第二部分。從下面對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的詳細(xì)描述，同時(shí)參照附圖，本發(fā)明的以上特征和 優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。


其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)僅通過(guò)舉例的方式顯示在下面實(shí)施例的詳細(xì)描述中， 在詳細(xì)描述中參照的圖圖1是內(nèi)燃機(jī)排氣處理系統(tǒng)的示意圖；和圖2是圖1中的排氣處理系統(tǒng)的陶瓷整體的部分軸向截面圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例為如圖所示的排氣處理系統(tǒng)10，用于減少 內(nèi)燃機(jī)，例如柴油機(jī)12的被管制排氣成分。排氣處理系統(tǒng)10包括排氣管14，把排氣氣體從 柴油機(jī)12輸送到排氣處理系統(tǒng)的各個(gè)排氣處理部件。排氣處理部件可以包括柴油氧化催 化劑(“D0C”)16。DOC 可以包括穿流陶瓷整體(a flow through ceramic monolith)(未 示出)，有氧化催化劑設(shè)于其上。氧化催化劑以表面涂層(wash coat)形式被應(yīng)用，可以 包含貴金屬，例如鉬(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)或者其它適當(dāng)?shù)难趸呋瘎?，或者它們的組合。 D0C16對(duì)處理未燃燒的氣態(tài)和不揮發(fā)的HC和CO是很有幫助的，HC和CO被燃燒以形成二氧 化碳和水。在D0C16的下游，還原劑可以被噴射到排氣管14內(nèi)的排氣氣體20中。氣態(tài)，液態(tài) 或尿素水溶液形式的NH3可以被用作還原劑，且可以在噴嘴18處混合空氣以幫助噴射流的 分散。含有添加的NH3的排氣氣流通過(guò)SCR裝置，在這種情況下，DPF具有SCR催化劑設(shè)于 其上。DPF/SCR22被構(gòu)造用于過(guò)濾排氣氣體，以去除碳和其它顆粒物，且降低排氣氣體中殘 留的NOx含量水平。上述DPF/SCR22 —般被稱為雙功能裝置，因?yàn)樗芴幚砘蛉コ环N以 上的排氣成分。DPF/SCR22可以由陶瓷壁流整體式過(guò)濾器23構(gòu)成，如圖2所示，它有多個(gè)由縱向延伸壁26限定的縱向延伸通道24。通道24包括進(jìn)口通道28的亞組，進(jìn)口通道有開(kāi)放的進(jìn)口 端30和封閉的出口端32，和出口通道34的亞組，出口通道具有封閉的進(jìn)口端36和開(kāi)放的 出口端38。排氣氣體通過(guò)進(jìn)口通道28的進(jìn)口端30處進(jìn)入DPF/SCR22中，被迫轉(zhuǎn)移穿過(guò)所 述縱向延伸壁26到達(dá)出口通道34。排氣氣體20正是通過(guò)該壁流機(jī)理被過(guò)濾掉碳和其它顆 粒物。被過(guò)濾出的顆粒物40沉積在進(jìn)口通道28的縱向延伸壁26上，隨著時(shí)間的推移，會(huì) 產(chǎn)生增加柴油發(fā)動(dòng)機(jī)12承受的排氣背壓的作用。在排氣處理系統(tǒng)10的一個(gè)示范性實(shí)施例中，SCR催化劑組合物42優(yōu)選地包括沸 石和一種或更多種的賤金屬成分例如鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)或釩(V)，它們有效地起作用 以轉(zhuǎn)化穿過(guò)DPF/SCR22工作區(qū)域的排氣氣體20中的NOx成分。SCR催化劑組合物42可以 被設(shè)于陶瓷壁流整體式過(guò)濾器23的進(jìn)口通道28或出口通道34的縱向延伸壁26上的兩者 之一或全部。由于陶瓷壁流整體式過(guò)濾器23的多孔特性，SCR催化劑可以被設(shè)在基材壁上 以增加排氣氣體20和SCR催化劑組合物42之間的接觸時(shí)間。DPF/SCR22作為有效的顆粒 過(guò)濾器和SCR系統(tǒng)，在從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣氣體中去除顆粒物的同時(shí)，對(duì)的NCx的治理也是很有幫 助的。為了解決由于顆粒物積累引起的背壓?jiǎn)栴}，DPF/SCR22被周期性的凈化或再生。再 生涉及在典型為高溫(> 600°C )的環(huán)境中氧化或燃燒聚集顆粒物40。在一個(gè)示范性實(shí)施 例中，過(guò)量的HC被輸送到D0C16以在其中被氧化。HC的氧化引起的放熱反應(yīng)會(huì)升高處于 DPF/SCR 22上游的排氣氣體20的溫度達(dá)到再生要求的水平，從而燃燒或氧化被捕集的顆 粒物并且凈化捕集器。在DPF/SCR22的工作過(guò)程中，特別是再生過(guò)程中，一些過(guò)量的HC和CO可能穿過(guò)氧 化催化劑到達(dá)DPF/SCR22。因?yàn)镠C和CO是被管制的排氣氣體成分，它們往大氣中的排放應(yīng) 該最小化以符合適用規(guī)定。類似地，噴射到排氣氣體20中的氨氣量應(yīng)該限制為NOx完全轉(zhuǎn) 化所需的量。然而，一些氨氣沒(méi)有被SCR催化劑活性而轉(zhuǎn)化并通過(guò)DPF/SCR22的情況可能 發(fā)生。排放沒(méi)有轉(zhuǎn)化的NH3是不受歡迎的。HC、CO和/或NH3非故意穿過(guò)DPF/SCR22被稱為“逃逸”。為了減少HC、CO和/或 NH3逃逸穿過(guò)DPF/SCR22，附加催化劑44被設(shè)于與SCR催化劑組合物42相連的下游，其含 有貴金屬，例如鉬(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)或者其它適當(dāng)?shù)难趸呋瘎┗蛩鼈兊慕M合，如圖2 所示，附加催化劑44被設(shè)于鄰近DPF/SCR22的出口通道34的出口端38處。在優(yōu)選的實(shí)施 例中，為了提高DPF/SCR22的流通性能，附加催化劑44被單獨(dú)的設(shè)于DPF/SCR22，而非覆蓋 在SCR催化劑組合物42之上。當(dāng)過(guò)量的HC、CO和/或NH3進(jìn)入或“逃逸”到達(dá)下游附加催 化劑44限定的區(qū)域內(nèi)時(shí)，它們被氧化成非管制的且期望的成分。結(jié)果，從DPF/SCR22排出 的排氣氣體中的HC、C0和/或NH3逃逸得到了處理，從而避免用單獨(dú)復(fù)雜的、獨(dú)立的催化劑 裝置在DPF/SCR22下游對(duì)HC，CO和/或NH3進(jìn)行逃逸控制所帶來(lái)的額外成本或復(fù)雜性。雖然本發(fā)明已參照實(shí)施例做了詳細(xì)描述，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，可 進(jìn)行各種變化以及各要素可進(jìn)行等同替換，而不背離本發(fā)明保護(hù)范圍。更進(jìn)一步，可進(jìn)行各 種變化以將特殊情形或材料應(yīng)用于本發(fā)明教導(dǎo)，而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)保護(hù)范圍。因此，本 發(fā)明不僅僅限于已經(jīng)描述成最佳實(shí)施方式的具體實(shí)施例，而是，本發(fā)明包括所有落入本申 請(qǐng)范圍的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
一種用于減少內(nèi)燃機(jī)排氣氣體中的成分的排氣氣體處理系統(tǒng)，包括整體式陶瓷，其被設(shè)于排氣氣體處理系統(tǒng)中，具有穿過(guò)其內(nèi)部延伸的排氣流動(dòng)通道，所述排氣流動(dòng)通道由縱向延伸壁之間限定形成；第一催化劑組合物，用于催化還原排氣氣體中的氮氧化物，被設(shè)于排氣流動(dòng)通道的第一部分；和第二催化劑組合物，用于催化氧化排氣氣體中的碳?xì)浠衔铩⒁谎趸己桶睔?，被分開(kāi)地依次順流地設(shè)于排氣流動(dòng)通道的的第二部分。
2.如權(quán)利要求1所述的排氣氣體處理系統(tǒng)，其中所述整體式陶瓷是壁流整體式過(guò)濾 器，包括縱向延伸通道，所述縱向延伸通道包括第一亞組的進(jìn)口通道和第二亞組的出口通道， 進(jìn)口通道具有開(kāi)放的進(jìn)口端和封閉的出口端，出口通道具有封閉的進(jìn)口端和開(kāi)放的出口 端，其中，排氣氣體通過(guò)通道的進(jìn)口端進(jìn)入所述壁流整體式過(guò)濾器并轉(zhuǎn)移通過(guò)縱向延伸壁 到達(dá)出口通道，以去除排氣氣體中的顆粒物。
3.如權(quán)利要求1所述的排氣氣體處理系統(tǒng)，其中所述第一催化劑組合物包括還原催化 劑，所述還原催化劑包含沸石和一種或多種賤金屬成分，所述第二催化劑組合物包括氧化 催化劑，所述氧化催化劑包含一種或多種貴金屬。
4.一種用于減少內(nèi)燃機(jī)排氣氣體中的成分的排氣氣體處理系統(tǒng)，包括陶瓷壁流整體式過(guò)濾器，被設(shè)于排氣氣體處理系統(tǒng)中；排氣流動(dòng)通道，其延伸通過(guò)陶瓷壁流整體式過(guò)濾器，所述排氣流動(dòng)通道由縱向延伸壁 之間限定形成；排氣流動(dòng)通道的第一亞組，其具有開(kāi)放的進(jìn)口端和封閉的出口端，并且限定形成進(jìn)口 通道；排氣流動(dòng)通道的第二亞組，其具有封閉的進(jìn)口端和開(kāi)放的出口端，并且限定形成出口 通道，其中排氣氣體通過(guò)進(jìn)口通道進(jìn)入陶瓷壁流整體式過(guò)濾器并轉(zhuǎn)移通過(guò)縱向延伸壁，同 時(shí)被其過(guò)濾，從而通過(guò)出口通道流出陶瓷壁流整體式過(guò)濾器。第一催化劑組合物，其和氨氣還原劑一起作用以催化還原排氣氣體中的氮氧化物，其 被設(shè)于陶瓷壁流整體式過(guò)濾器的第一部分；和第二催化劑組合物，用于催化氧化排氣氣體中的碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氨氣，被分開(kāi) 地依次順流地設(shè)于陶瓷壁流整體式過(guò)濾器的第二部分。
5.如權(quán)利要求4所述的排氣處理系統(tǒng)，其中所述的第一催化劑組合物包括還原催化 劑，所述還原催化劑包含沸石和一種或多種賤金屬成分，所述第二催化劑組合物包括氧化 催化劑，所述氧化催化劑包含一種或多種貴金屬。
6.一種用于減少內(nèi)燃機(jī)排氣氣體中的成分的排氣氣體處理系統(tǒng)，包括氧化催化劑，其被設(shè)于排氣氣體處理系統(tǒng)中；顆粒過(guò)濾器，設(shè)于所述的氧化催化劑下游，用以去除排氣氣體中的顆粒物；第一催化劑組合物，用于催化還原排氣氣體中的氮氧化物，被設(shè)于顆粒過(guò)濾器的第一 部分；和第二催化劑組合物，用于催化氧化排氣氣體中的碳?xì)浠衔铩⒁谎趸己桶睔?，被依?順流地設(shè)于顆粒過(guò)濾器的第二部分。
7.如權(quán)利要求6所述的排氣氣體處理系統(tǒng)，其中所述第一催化劑組合物包括還原催化 劑，所述還原催化劑包含沸石和一種或多種賤金屬成分，所述第二催化劑組合物包括氧化 催化劑，所述氧化催化劑包含一種或多種貴金屬。
8.如權(quán)利要求3、5或7所述的排氣氣體處理系統(tǒng)，其中所述還原催化劑賤金屬包括鐵、 鈷、銅、釩或它們的組合。
9.如權(quán)利要求3、5或7所述的排氣氣體處理系統(tǒng)，其中所述氧化催化劑貴金屬包括鉬、 鈀、銠或它們的組合。
全文摘要
在本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例中，提供了一種用于減少內(nèi)燃機(jī)排氣氣體中的成分的排氣處理系統(tǒng)。整體式陶瓷設(shè)于排氣處理系統(tǒng)中，并且具有延伸通過(guò)其的排氣氣體通道，它們由縱向延伸壁之間限定形成。第一催化劑組合物，用于催化還原排氣氣體中的氮氧化物，被設(shè)于排氣流動(dòng)通道的第一部分。第二催化劑組合物，用于催化氧化排氣氣體中的碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氨氣，被依次順流地設(shè)于排氣流動(dòng)通道的第二部分。第二催化劑組合物被配置成用于減少逃逸穿過(guò)第一催化劑組合物的氨氣和碳?xì)浠衔铩?br> 文檔編號(hào)F01N3/035GK101900015SQ20101023972
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者D·B·布朗, S·盧 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司