專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)燃機(jī)排出氣體的后處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)排出污染氣體的處理裝置。裝配在機(jī)動(dòng)車(chē)輛上的內(nèi)燃機(jī)的污染氣體排出受到越來(lái)越嚴(yán)厲的標(biāo)準(zhǔn)限制。從討論中的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)來(lái)看，限制的污染氣體有一氧化碳(CO)、未燃盡的碳?xì)浠衔?HO、氮氧化合物(NOx)和微粒。
已知的技術(shù)是，在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管道上運(yùn)用一定數(shù)量的污染消除裝置從而限制受管制的污染氣體的排放。氧化催化器可以對(duì)ー氧化碳、未燃盡的碳?xì)浠衔镞M(jìn)行處理，在一定條件下也可對(duì)氮?dú)浠衔镞M(jìn)行處理；微粒過(guò)濾器可以用于碳微粒的處理。通常用排出氣體的“后處理”這樣的中性術(shù)語(yǔ)表示所述裝置。為了滿(mǎn)足關(guān)于氮氧化合物(NOx)排放的防污染標(biāo)準(zhǔn)，可以在車(chē)輛，尤其是裝配有柴油機(jī)的車(chē)輛的排氣管道中加入后處理的特殊系統(tǒng)。為了對(duì)氮氧化合物(NOx)加以處理，已知的技術(shù)是采用選擇性催化還原，英文是Selective Catalytic Reduction,縮寫(xiě)為SCR,這種技術(shù)在于通過(guò)在排出氣體中引入還原劑(或還原劑先質(zhì))從而達(dá)到減少NOx的目的。可能會(huì)用到尿素溶液，所述尿素溶液的分解作用會(huì)產(chǎn)生氨，所述氨可以充當(dāng)還原劑或是氣體形式的所述還原劑先質(zhì)。接下來(lái)總地介紹ー下表示還原介質(zhì)或還原介質(zhì)先質(zhì)的“還原剤，，。產(chǎn)生的還原介質(zhì)在選擇性催化還原允許通過(guò)反應(yīng)來(lái)減少氮氧化物，即能夠通過(guò)還原介質(zhì)促進(jìn)NOx還原的帶有催化浸透的基質(zhì)。選擇性催化還原技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)是可以使氮氧化合物的轉(zhuǎn)化達(dá)到一個(gè)很高的水平。通常，催化器SCR需要將催化基質(zhì)和還原劑的導(dǎo)入裝置加入到排氣管道中，還原劑的導(dǎo)入裝置例如可以是還原劑注射器。通常，催化器SCR被設(shè)置在車(chē)輛車(chē)身之下，遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)樽⑸溥€原劑需要在排氣管道中經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的路程從而進(jìn)行分解，分解一方面使容量達(dá)到足夠游離，另ー方面也是為了能夠植入。如果還原劑的路程距離沒(méi)有達(dá)到足夠的水平，那么阻塞排氣管道的風(fēng)險(xiǎn)就很大。或者，催化器SCR被放置在遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管出口處或在增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)情況下遠(yuǎn)離渦輪機(jī)出口，催化器SCR就不能在車(chē)輛啟動(dòng)的第一時(shí)間被激活，這就會(huì)造成大量的未經(jīng)處理的氮氧化合物排出。同樣，注射還原劑需要在足夠的溫度下進(jìn)行，從而使還原劑是有效的(尿素先質(zhì)的分解被最夠觸發(fā)或使容納還原劑(氣體)的系統(tǒng)預(yù)先加熱)，因此所述注射還原劑要能夠承受遠(yuǎn)離排氣總管出ロ的情況。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，為了解決上述問(wèn)題，提出在壓縮模塊中集中對(duì)HC和CO進(jìn)行處理的后處理組件和通過(guò)選擇性催化還原法對(duì)NOx進(jìn)行處理，根據(jù)討論中的本發(fā)明的變型所述，所述組件可以被安裝在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)罩的空間中。此外，本發(fā)明所述裝置通過(guò)采用預(yù)催化SCR得以?xún)?yōu)化以用來(lái)防止由于還原劑的澆灌所造成的氧化催化器的澆灌，所述預(yù)催化SCR被設(shè)置在氧化催化器和排氣還原劑導(dǎo)入裝置之間。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的排出氣體的后處理裝置，所述裝置沿著發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣體流動(dòng)的方向包括-氧化催化器； -用于對(duì)氮氧化合物進(jìn)行選擇性催化還原的還原劑先質(zhì)或還原劑的導(dǎo)入裝置的噴嘴，例如可以是注射器的頭；-用于將排出氣體和還原劑和/或還原劑先質(zhì)轉(zhuǎn)化物進(jìn)行混合的混合器；-氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器；其中，上述元件被集中在單ー的罩中。同樣也提出了在一個(gè)“罐”或罩中的氮氧化合物壓縮處理裝置。這樣的構(gòu)造有助于內(nèi)燃機(jī)后處理裝置組件的注入溶液的還原，主要應(yīng)用在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中。如本發(fā)明所述，后處理裝置可以被設(shè)置在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)罩下。這就使得發(fā)動(dòng)機(jī)后處理裝置靠近，所述裝置在其設(shè)計(jì)中產(chǎn)生良性循環(huán)設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室出ロ端的后處理裝置的元件可以借用優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)下的有利的熱能條件，與將裝置設(shè)置在車(chē)身之下相比，這就可以在保證獲得同樣地處理效率的前提下允許減少規(guī)模。優(yōu)選地，所述裝置另外包括在噴嘴和氧化催化器之間的氮氧化合物的選擇性催化還原的預(yù)催化器。權(quán)利請(qǐng)求人事實(shí)上證實(shí)了導(dǎo)入在還原劑下游的由還原劑(或還原介質(zhì)的先質(zhì))的澆灌導(dǎo)致的催化器的澆灌風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上，在導(dǎo)入還原劑的過(guò)程中嘗試性地試圖獲得盡可能小滴的還原劑(或還原劑先質(zhì))以為了方便還原劑在排出氣體中的混合。然而，權(quán)利請(qǐng)求人在不同還原劑注射器中實(shí)施的研究中表明，小還原劑滴通常帶有大的霧冠，這就增加了上游氧化催化器澆灌的風(fēng)險(xiǎn)。這樣的現(xiàn)象基于兩個(gè)原因是不利的。一方面，進(jìn)入且與氧化催化器發(fā)生接觸的還原劑被轉(zhuǎn)化成氮氧化合物(尤其是尿素基的還原劑的情況下)，這就增加了系統(tǒng)所要處理的NOx的量。另ー方面，在催化器作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化的還原劑被白白地消耗。氮氧化合物的選擇性催化還原的預(yù)催化器至少一方面允許通過(guò)位于還原劑或還原劑先質(zhì)的導(dǎo)入裝置的噴嘴的上游的催化塊將排出氣體中的氮氧化合物進(jìn)行還原，即選擇性催化還原的預(yù)催化器而不是氧化催化器。優(yōu)選地，氮氧化合物的選擇性催化還原的預(yù)催化器由長(zhǎng)度小于30_(沿著排出氣體的流動(dòng)方向測(cè)量)的塊構(gòu)成，且優(yōu)選地包括在20mm——30mm之間。所述長(zhǎng)度通常小于塊的其他維尺寸的長(zhǎng)度，也可以說(shuō)是預(yù)催化器的厚度。氮氧化合物的選擇性催化還原的預(yù)催化器尤其具有I英寸(25. 4mm)的厚度，英寸通常是用于汽車(chē)排出氣體后處理方面的長(zhǎng)度單位。所述這樣小的長(zhǎng)度對(duì)于消除氧化催化器與還原劑的接觸進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)、將在回流中注入的還原劑的先質(zhì)進(jìn)行分解同時(shí)符合エ業(yè)可行性的限制是足夠的。
預(yù)催化器尤其可以具有與在本發(fā)明中應(yīng)用的氮氧化合物的選擇性還原的催化器相同的一般特征(基質(zhì)基和/或巢室密度和/或壁的厚度和/或催化層)。還原介質(zhì)的先質(zhì)在應(yīng)用氮氧化合物的選擇性催化還原的情況下使用尿素，與催化層接觸，從而被分解，這就允許隨后轉(zhuǎn)化成NH3，NH3被應(yīng)用于NOx的后處理中。根據(jù)討論中的實(shí)施所述，預(yù)催化器同樣允許減少氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器的長(zhǎng)度(因?yàn)橐徊糠值奶幚硎怯蛇x擇性催化還原的預(yù)催化器來(lái)進(jìn)行的)。通過(guò)減少氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器的長(zhǎng)度，可以減少其內(nèi)部惰性，內(nèi)部惰性對(duì)于催化器的溫度上升的速度和最終對(duì)于裝置整體的效率是非常重要的參數(shù)。優(yōu)選地，氧化催化器具有每平方厘米巢室數(shù)在62——140之間的巢室密度，且優(yōu)選地每平方厘米巢室數(shù)在93左右。巢室密度與巢室數(shù)或通過(guò)表面単位在催化器中形成的“通道”相一致，所述巢室密度沿著催化器的橫向截面進(jìn)行觀測(cè)，幾乎與軸線相垂直，氣體可 以通過(guò)催化器。對(duì)于圓柱形的催化器，可以觀測(cè)到催化器主軸的橫截面。實(shí)踐中，如果存在堵塞的通道，垂直地通向催化器入口表面或出口表面，則可以觀測(cè)到催化器入口表面和出ロ表面上的通道密度。優(yōu)選地，氧化催化器具有的壁厚度在50 μ m——165 μ m之間。壁厚度是指將催化器的兩個(gè)通道分開(kāi)的壁的厚度。采用高巢室密度允許提高氮氧化合物的轉(zhuǎn)化效率，所述高巢室密度是指典型地600CPSI (每平方英寸巢室)，即每平米巢室數(shù)為93和/或在柴油氧化催化器上的小的壁厚
度，典型地是在2千分之一英寸(大約50 μ m)--6. 5千分之一英寸(165 μ m)之間。在氧
化催化之后，排出氣體中的N02/N0X比更容易達(dá)到接近50%，這是NOx的選擇性催化還原良好運(yùn)行所必須的。在變型中，同樣可能在裝置中設(shè)置兩個(gè)連續(xù)的柴油氧化催化器，其中至少一個(gè)柴油氧化催化器具有每平方英寸巢室在600左右(大約每平方米93的巢室)的高巢室密度和/或2千分之一英寸(大約50 μ m)——7千分之一英寸(大約178 μ m)之間的薄的壁厚度。特別有效的獲得氧化催化器有助于根據(jù)本發(fā)明所述裝置的緊湊且因而有可能將其安置在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃室的出口附近，因此獲得的裝置更加的緊湊和容易設(shè)置。優(yōu)選地，氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器具有每平方厘米62——140之間的巢室密度，優(yōu)選地是每平方厘米93左右。優(yōu)選地，氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器具有50 μ m——165 μ m之間的壁厚度。采用高巢室密度允許提高未燃盡的碳?xì)浠显谘趸呋?，排出氣體中的N02/NOx比更容易達(dá)到接近50%，這是NOx的選擇性催化還原良好運(yùn)行所必須的。在變型中，同樣可能在兩個(gè)連續(xù)的柴油氧化催化器裝置中進(jìn)行調(diào)整，其中至少ー個(gè)柴油氧化催化器具有每平方英寸巢室在600左右(大約每平方米93的巢室)的高巢室密度和/或2千分之一
英寸(大約50 μ m)-7千分之一英寸(大約178 μ m)之間的薄的壁厚度。氮氧化合物的
選擇性催化還原的催化器的更有效率的獲得有助于根據(jù)本發(fā)明所述的裝置的壓縮，和因而可能將其設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃室的出口附近且獲得更加壓縮的且更容易設(shè)置的裝置。在本發(fā)明的變型中，在裝置中設(shè)置兩個(gè)連續(xù)的催化器SCR，其中至少ー個(gè)具有高巢室密度(每平方英尺600個(gè)巢室(大約每平方厘米93個(gè)巢室)和/或薄的壁厚度(2千分之一英尺(大約50 μ m), 3. 5千分之一英尺(大約89 μ m), 7千分之一英尺(大約178 μ m))從而提高轉(zhuǎn)化效率。在本發(fā)明的變型中，催化器SCR具有多相催化浸透從而使效率最優(yōu)化或改善從前的穩(wěn)定性(性能的保持)。優(yōu)選地，所述類(lèi)型的混合器對(duì)于氣體通過(guò)的長(zhǎng)度至少是其在罩中縱向占據(jù)長(zhǎng)度的兩倍?；旌掀鞯哪繕?biāo)是使排出氣體和還原劑之間的混合均勻，如果加入還原介質(zhì)先質(zhì)的話，混合器的目標(biāo)也是有利于還原劑先質(zhì)在還原介質(zhì)中的分解。使用混合器尤其適合于本發(fā)明，與還原劑的長(zhǎng)度相比，所述混合器使排出氣體具有相對(duì)長(zhǎng)的行程，例如使氣體的行進(jìn)幾乎是螺旋形的。通過(guò)使排出氣體的行程距離大于其自身尺寸，從而允許在壓縮裝置中使用尿素基溶液作為氨先質(zhì)，與在排出氣體中的尿素水解一祥，需要的時(shí)間是可以忽略的。所述混合器尤其允許在與催化作用塊的截面相等的排氣截面中注入還原劑先質(zhì)，即在引入還原劑時(shí)不具有特殊截面限制的罩中。還允許所述性能的獲得過(guò)程中只產(chǎn)生很小的能量損失。 在本發(fā)明優(yōu)選的變型中，混合器的長(zhǎng)度小于IOOmm且優(yōu)選的小于70mm。在傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)車(chē)輛的應(yīng)用中，還原劑的混合和/或還原劑先質(zhì)的完全分解可以在混合器的出ロ通過(guò)使排出氣體在裝置的罩中經(jīng)過(guò)幾乎螺旋形的縱向測(cè)量達(dá)到70mm左右的長(zhǎng)度而實(shí)現(xiàn)，所述還原劑的混合在整個(gè)催化器SCR進(jìn)入表面上實(shí)現(xiàn)種的95%相同數(shù)量的分布。由于其體積小和效率高，所述混合器允許在SCR系統(tǒng)中通過(guò)將裝置設(shè)置在有利的熱區(qū)域同時(shí)應(yīng)用尿素基的還原介質(zhì)的先質(zhì)，從而允許限制由于尿素結(jié)晶所帯來(lái)的堵塞風(fēng)險(xiǎn)(通過(guò)利用有利的熱能)。優(yōu)選地，罩設(shè)有輸出匯合裝置，所述輸出匯合裝置配有幾乎與入口正交的側(cè)面出ロ。這就使得裝置的安置變得更加容易。在根據(jù)本發(fā)明所述的裝置是垂直地設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)罩之下的情況中，尤其有利可以將所述裝置連接在幾乎水平的車(chē)身之下的排氣管道上。優(yōu)選地，単一的罩幾乎是圓柱形的，設(shè)有進(jìn)入分叉裝置和輸出匯合裝置，其總的長(zhǎng)度小于700_。本發(fā)明提出的特征將単獨(dú)地或結(jié)合地使得罩(即裝置組件)的長(zhǎng)度符合大約700_，這個(gè)長(zhǎng)度可以被設(shè)置在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)罩之下。優(yōu)選地，導(dǎo)入裝置是通過(guò)螺線管或壓電或機(jī)械或液壓氣動(dòng)啟動(dòng)的啟動(dòng)器的注射器。采用的注射壓カ水平在接口上根據(jù)元件的效率進(jìn)行調(diào)整(典型地在4——30巴之間)。在本發(fā)明中，還原劑或還原劑先質(zhì)的注射具有優(yōu)化的功能和幾何特征，有助于根據(jù)本發(fā)明所述的元件的壓縮。通過(guò)螺線管或壓電或機(jī)械或液壓氣動(dòng)啟動(dòng)的啟動(dòng)器的注射器的注射壓カ水平取決于接ロ的元件的效率。典型地，為了注入液體還原劑所采用的4——30巴的注射壓カ尤其使符合本發(fā)明所述的每滴的大小在30——100微米左右。同樣允許獲得的在注射器出口測(cè)量的符合本發(fā)明所述的噴霧的滲透速度在10——30m/s左右。此外，設(shè)置的注射器可以有利于在排出氣體中的還原劑的混合。先質(zhì)的注射器在應(yīng)用幾何環(huán)境中的整合能力另外需要將噴霧的軸線與注射器的軸線偏離，偏離的角度在-15度——+15度之間。優(yōu)選地，還原劑的導(dǎo)入裝置相對(duì)于罩的截面設(shè)置，所述罩的截面與選擇性催化還原的催化器的橫截面相同。這樣的設(shè)置是通過(guò)將高效混合器與還原劑導(dǎo)入裝置的優(yōu)化相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣的設(shè)置允許獲得外形簡(jiǎn)單且壓縮的罩和裝置。優(yōu)選地，所述裝置在唯一的罩中包括微粒過(guò)濾器。從而可以在緊湊組件中獲得機(jī)動(dòng)車(chē)輛中限定的整體污染物(CO、He、NOx和微粒)的處理裝置。在本發(fā)明的變型中，微粒過(guò)濾器被設(shè)置在選擇性催化還原的催化器的下游。在本發(fā)明的變型中，單一基質(zhì)被用于選擇性催化還原的催化器和微粒過(guò)濾器中。從而使本發(fā)明可以獲得體積和成本方面特別優(yōu)化的裝置。在過(guò)濾微粒和SCR催化浸透中采用單一基質(zhì)允許在絕對(duì)小于分別使用兩種基質(zhì)的情況下的容積的容積中實(shí)現(xiàn)所述功能。SCR浸透對(duì)于過(guò)濾能力和微粒過(guò)濾器的儲(chǔ)存所帯來(lái)的影響甚微，即微粒過(guò)濾器的基質(zhì)完全適用于支持SCR催化浸透。采用同質(zhì)的SCR浸透是完全必要的，尤其是為了無(wú)論對(duì)微粒過(guò)濾器再生的熱能刺激有多大，都能夠確保一直能夠很好地保持SCR的效率。本發(fā)明同樣涉及包括排氣收集器、根據(jù)本發(fā)明所述后處理裝置和將排氣收集器與后處理裝置連接管道的組件，其特征在于，所述管道具有最多30cm的長(zhǎng)度。所述組件允許利用對(duì)后處理裝置的不同組件的效率(或?qū)τ谕瑯拥男氏聹p少容積)有利的熱能條件。尤其，氧化催化器具有快速升溫的特性和更好的轉(zhuǎn)化率，對(duì)于SCR、混合和分解同樣是有利 的，在本發(fā)明的變型中，微粒過(guò)濾器被設(shè)計(jì)以更有效的方式進(jìn)行再生。在增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，排氣收集器和根據(jù)本發(fā)明所述裝置之間的管道另外包括ー個(gè)或若干個(gè)渦輪壓氣機(jī)的渦輪，尤其是，根據(jù)本發(fā)明所述的裝置在渦輪出口直接與渦輪壓氣機(jī)的罩相連接。本發(fā)明同樣涉及配有發(fā)動(dòng)機(jī)艙和根據(jù)本發(fā)明所述組件的車(chē)輛，其特征在于，組件被容納在發(fā)動(dòng)機(jī)艙中。在所述車(chē)輛中，應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明所述的組件允許在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)罩之下的空間中實(shí)現(xiàn)在汽車(chē)通常結(jié)構(gòu)方面具有若干優(yōu)點(diǎn)的抗污染裝置，同時(shí)釋放車(chē)地板之下的通常用于容納排氣后處理元件的空間。


本發(fā)明將在以下描述中參考示意地示出的附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式中的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述。圖I以示意地方式示出了發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣管道，所述排氣管道包括根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)變型所述的裝置。圖2以示意地方式示出了發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣管道，所述排氣管道包括根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)變型所述的裝置。圖3以示意地方式示出了發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣管道，所述排氣管道包括根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)變型所述的裝置。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明所述組件的外部視圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明中，如圖I所示，提出了發(fā)動(dòng)機(jī)I的排氣后處理裝置。所述裝置在相同的罩2(同樣也可以用英語(yǔ)中的“ canning”來(lái)表示)下且沿著氣體流動(dòng)方向，分別是氧化催化器3、還原劑(或還原劑介質(zhì)的先質(zhì))的導(dǎo)入裝置4的噴嘴41、混合器5和催化器SCR6 (氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器)。在圖I中示出的應(yīng)用中，排氣管道還包括微粒過(guò)濾器7用于捕獲排氣之后的微粒。在發(fā)動(dòng)機(jī)I的運(yùn)行中，排出氣體首先通過(guò)氧化催化器3。排出氣體中的一氧化碳(CO)和未燃盡的碳?xì)浠衔?HC)被消除。氧化催化器3同樣允許將部分一氧化氮(NO)轉(zhuǎn)化成ニ氧化氮(N02),所述轉(zhuǎn)化對(duì)于改善氮氧化合物(NOx)的選擇性催化還原催化器SCR6是必須的。在本發(fā)明的另ー個(gè)變型中，可以在氧化催化器3上使用特殊的覆蓋層，尤其是當(dāng)催化器SCR6沒(méi)有達(dá)到足夠的溫度以確保氮氧化合物能夠很好轉(zhuǎn)化的時(shí)，用于暫時(shí)儲(chǔ)存排出的氮氧化合物。所說(shuō)的是柴油氧化催化器3的吸收功能。氧化催化器轉(zhuǎn)化成CO和HC，但在本發(fā)明中，氧化催化器最可能產(chǎn)生接近50%的N02/N0X比率。借助于在特殊的幾何形狀、巢室密度和壁厚度，在所述性能達(dá)到的同時(shí)體積也得以減少。優(yōu)選地采用600CPSI (每平方英尺巢室)左右的氧化催化器，即每平方厘米93個(gè)巢室，所述氧化催化器的壁厚度在2千分之一英尺(大約50 μ m)-6. 5千分之一英尺(即165 μ m)之間。還原劑的導(dǎo)入裝置4允許通過(guò)噴嘴41在排氣管道中引入還原劑或還原劑先質(zhì)，還原劑可以保證在催化器SCR6上的氮氧化合物的還原反應(yīng)。還原劑可以以溶液(未示出)來(lái)供給，所述溶液可以是液體還原劑溶液(尿素溶液，甲酸胍)、氣體還原劑溶液(壓カ下的氨)和固體還原劑溶液(氯化銨)。
還原劑在混合器5中在很短的距離上被分解。使用高效率的混合器是合適的，例如迫使氣體在混合器中穿過(guò)的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外部尺寸，和/或在氣流中生成對(duì)混合有利的湍流。在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的應(yīng)用中，可以用混合器實(shí)現(xiàn)充分的混合，所述混合器具有69_的尺寸(在罩中縱向測(cè)量)和產(chǎn)生限定在100毫巴左右的能量損失。事實(shí)上，伴隨微粒在微粒過(guò)濾器7上積攢，從而減少排氣中的微粒的含量。圖2示出了與圖I非常相似的裝置，二者的區(qū)別在于圖2中的裝置還在噴嘴41和氧化催化器3之間包括氮氧化合物的選擇性催化還原的預(yù)催化器61。預(yù)催化器61與催化器SCR塊相符合，優(yōu)選地，所述催化器SCR塊很短，大概在I英尺左右(大約25. 4mm)。其同樣具有與催化器SCR6相同的特征，尤其是具有催化浸透的特征。預(yù)催化器61允許一方面避免導(dǎo)入在排氣管道中的還原劑無(wú)法與氧化催化器發(fā)生接觸，在氧化催化器中所述預(yù)催化器61可以轉(zhuǎn)化成NOx(在尿素基還原劑的情況下尤其如此)。當(dāng)還原劑的導(dǎo)入裝置4是具有大的注射錐度的注射器的時(shí)候，這種現(xiàn)象在某些應(yīng)用中尤其可能發(fā)生。根據(jù)觀察的應(yīng)用情況，預(yù)催化器61的導(dǎo)入同樣允許減少催化器SCR6的容積，這是因?yàn)橐徊糠值趸衔锏倪x擇性催化還原的處理由預(yù)催化器來(lái)完成。所述預(yù)催化器有利地被應(yīng)用于本發(fā)明所有變型中，尤其是當(dāng)還原劑的導(dǎo)入裝置4通過(guò)還原劑產(chǎn)生氧化催化器的澆灌風(fēng)險(xiǎn)時(shí)更是如此。在圖3中，示意地示出了發(fā)動(dòng)機(jī)I和其排氣管道，其中包括根據(jù)本發(fā)明變型所述的裝置。圖3中的構(gòu)造接近于圖I中示出的構(gòu)造，但不同的是，排氣管道配有根據(jù)本發(fā)明變型所述的裝置，其中微粒過(guò)濾器7被設(shè)置在唯一的罩2中，位于催化器SCR6的下游。圖4示出的裝置與圖3中的裝置很接近，不同的是，圖4中的裝置在氧化催化器3與噴嘴41之間還包括氮氧化合物的選擇性催化還原的預(yù)催化器61。在圖5中，示意地示出了發(fā)動(dòng)機(jī)I和其排氣管道，其中包括根據(jù)本發(fā)明變型所述的裝置。圖5中的構(gòu)造與前面所示的構(gòu)造相似，但不同的是，単一基質(zhì)6’同時(shí)承擔(dān)了微粒過(guò)濾器和催化器SCR的作用。單一基質(zhì)6’可以是涂抹了允許進(jìn)行氮氧化合物的選擇性催化還原的催化浸透的碳化硅獨(dú)石，或是堇青石或鋁鈦酸鹽。優(yōu)選地和在本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車(chē)輛的應(yīng)用中，唯一的罩2設(shè)置在容納發(fā)動(dòng)機(jī)I的發(fā)動(dòng)機(jī)罩之下的空間中。在未示出的本發(fā)明的變型中，ー個(gè)(或若干個(gè))渦輪壓氣機(jī)的渦輪可以被設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)出口(通常是排氣收集器)和根據(jù)本發(fā)明所述的包括在唯一的罩2中的裝置之間。為了使根據(jù)本發(fā)明所述的裝置的不同元件的效率最大化，且允許減少所述元件的容積以為了實(shí)現(xiàn)所要求的效率水平，在唯一的罩2中連接發(fā)動(dòng)機(jī)出口與入口的管可以盡可能的短。優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的機(jī)動(dòng)車(chē)輛的應(yīng)用中，符合本發(fā)明所述的將發(fā)動(dòng)機(jī)I的排氣收集器的出口與排氣后處理裝置的入口連接的管小于30cm。圖6示出的裝置與圖5示出的裝置非常相似，不同的是，圖6中示出的裝置另外在氧化催化器3和噴嘴41之間設(shè)有氮氧化合物的選擇性催化還原的預(yù)催化器61。
圖7中示出的后處理裝置的外部視圖符合本發(fā)明變型所述。裝置唯一的罩2具有進(jìn)入分叉裝置21和輸出匯合裝置22，通過(guò)所述進(jìn)入分叉裝置21導(dǎo)入要處理的排出氣體，通過(guò)所述輸出匯合裝置22將處理過(guò)的氣體排出裝置。在此示出的本發(fā)明的變型中，進(jìn)入分叉裝置21或進(jìn)入的錐度在體積上是優(yōu)化的，同時(shí)符合系統(tǒng)組件能量損失的標(biāo)準(zhǔn)。其幾何形狀同樣服務(wù)于優(yōu)化氧化催化器澆灌的目標(biāo)。輸出匯合裝置22或輸入錐度的幾何特征被優(yōu)化從而減少其長(zhǎng)度，同時(shí)符合系統(tǒng)組件能量損失的標(biāo)準(zhǔn)。尤其是，在此示出的本發(fā)明的變型中，輸出匯合裝置是扁的，帶有幾乎與裝置的主軸正交的側(cè)面出ロ，所述側(cè)面出ロ在這里示出的形狀是圓柱形。所述構(gòu)造允許減少根據(jù)本發(fā)明所述的裝置的總長(zhǎng)度，且通過(guò)將輸出匯合裝置22連接在幾乎水平的車(chē)身之下的排出管道上從而允許簡(jiǎn)化所述裝置在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)罩之下空間中的垂直安裝。在這里示出的本發(fā)明的變型中，還原劑的導(dǎo)入裝置4采用螺線管或壓電或機(jī)械或液壓氣動(dòng)的啟動(dòng)器的注射器，其注射壓カ水平取決于在接口上的元件的效率(典型地在4——30巴之間)，注射器頭部水平上的噴嘴包括在共同罩2之中。注射器在幾乎等于催化器塊的截面的排氣截面中伸出，不具有特殊的截面限制。此外，注射器在唯一罩2上的固定裝置可以采用凸緣的形式，在注射器與裝置中的氣流的方向(或裝置的主軸，或其他幾何參考)之間產(chǎn)生事先確定的角度，所述角度憑經(jīng)驗(yàn)或借助于仿真裝置進(jìn)行優(yōu)化從而實(shí)現(xiàn)在排出氣體中的還原劑的混合改善和還原劑的導(dǎo)入裝置4安置所需體積減少之間的適中的折中。本發(fā)明具有多種技術(shù)優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明提出了特別壓縮的后處理裝置，所述裝置尤其可以容納在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)罩之下，例如前部表面上。在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)罩之下的容納提供了汽車(chē)設(shè)計(jì)上的很大的結(jié)構(gòu)自由度，釋放了車(chē)地板之下的若干空間。此外，本發(fā)明所述的裝置在后處理裝置的設(shè)計(jì)中生成良性循環(huán)。通過(guò)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)出口的安裝所帯來(lái)的優(yōu)化提高了后處理元件組件的效率，這就允許減少為了獲得相同效率所占用的空間。事實(shí)上，本發(fā)明中所提出的方法允許使發(fā)動(dòng)機(jī)抗污染元件靠近，從而使熱量匯集，從而提高了效率。此外，所述方法允許減少裝置在車(chē)輛上的抗污染元件的總體體積。后處理元件的尺寸的減少另外具有重量和成本方面的優(yōu)勢(shì)。尤其是，本發(fā)明允許ー個(gè)或若干個(gè)金屬罩的長(zhǎng)度的減少和尤其是氧化催化器帶有的貴金屬數(shù)量的減少。事實(shí)上，減少在微粒過(guò)濾器上的氮氧化合物——SCR的還原功能需要通過(guò)氧化催化器很好地將一氧化氮(NO)轉(zhuǎn)化成ニ氧化氮(N02)。所述轉(zhuǎn)化取決于氧化催化器上裝備的貴金屬的數(shù)量。通過(guò)熱源的催化器SCR的靠近帶來(lái)的氮氧化合物還原的優(yōu)化減少了所述還原功能對(duì)通過(guò)柴油氧化催化器實(shí)現(xiàn)的將NO轉(zhuǎn)化成N02的依賴(lài)性，且減少了氧化催化器上裝配的貴金屬
的數(shù)量。在本發(fā)明的變型中，另外包括氮氧化合物的選擇性催化還原的預(yù)催化器，本發(fā)明還允許 阻止氧化催化器上的還原劑與預(yù)催化器的接觸；
通過(guò)減少熱慣性來(lái)改善抗污染的效率； 增加預(yù)催化器和氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器之間的選擇的可能性。本發(fā)明變型的經(jīng)濟(jì)效益同樣是多重的，尤其體現(xiàn)在柴油氧化催化器上裝配的貴金屬的數(shù)量減少和催化器SCR的總長(zhǎng)度減少(預(yù)催化器長(zhǎng)度和選擇性催化還原催化器長(zhǎng)度之和)。本發(fā)明還允許容易地將氮氧化合物的選擇性催化還原技術(shù)應(yīng)用到設(shè)有小型或中型氣缸柴油機(jī)(典型地，小于2. 2L氣缸)的機(jī)動(dòng)汽車(chē)中。在車(chē)輛中應(yīng)用選擇性催化還原技術(shù)還允許高的發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化合物的輸出，這就允許采用燃燒方式來(lái)減少CO2的排放和發(fā)動(dòng)機(jī)的消耗。最后，本發(fā)明的變型設(shè)計(jì)使用單一基質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)催化器SCR催化器和微粒過(guò)濾器的功能，這允許實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車(chē)輛排氣限定污染處理組件的后處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)(I)的排出氣體的后處理裝置，其中，沿著發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣體流動(dòng)的方向包括-氧化催化器(3)；-用于對(duì)氮氧化合物進(jìn)行選擇性催化還原的還原劑先質(zhì)或還原劑的導(dǎo)入裝置(4)的噴嘴(41)；-用于將排出氣體和還原劑和/或還原劑先質(zhì)轉(zhuǎn)化物進(jìn)行混合的混合器(5)；-氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器(6)；其特征在于，上述元件被集中在単一的罩(2)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，在氧化催化器(3)和噴嘴(41)之間還包括氮氧化合物的選擇性催化還原的預(yù)催化器(61)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，選擇性催化還原的預(yù)催化器￠1)由長(zhǎng)度小于30mm,且優(yōu)選地包括在20mm-30mm之間的塊構(gòu)成。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，氧化催化器(3)具有每平方厘米巢室數(shù)在62-140之間的巢室密度，且優(yōu)選地每平方厘米巢室數(shù)在93左右。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，氧化催化器(3)具有的壁厚度在50 μ m-165 μ m之間。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器(6)具有每平方厘米62-140之間的巢室密度，優(yōu)選地是每平方厘米93個(gè)巢室左右O
7.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在干，氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器(6)具有50 μ m-165 μ m之間的壁厚度。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述類(lèi)型的混合器(5)對(duì)于氣體通過(guò)的行程長(zhǎng)度至少是其在罩(2)中縱向占據(jù)的長(zhǎng)度的兩倍。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，混合器(5)具有小于IOOmm且優(yōu)選地小于70mm的長(zhǎng)度。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，罩(2)具有設(shè)有側(cè)面出口的幾乎與入口正交的輸出匯合裝置(22)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，単一的罩(2)的形式是設(shè)有進(jìn)入分叉裝置(21)和進(jìn)入分叉裝置(21)的圓柱形，其總長(zhǎng)度小于700_。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，還原劑的導(dǎo)入裝置(4)采用螺線管或壓電或機(jī)械或液壓氣動(dòng)的啟動(dòng)器類(lèi)型的注射器。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，導(dǎo)入裝置(4)相對(duì)于罩的截面設(shè)置，所述罩的截面與選擇性催化還原的催化器出)的橫截面相同。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置在単一的罩中包括微粒過(guò)濾器(7)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，微粒過(guò)濾器(7)設(shè)置在選擇性催化還原的催化器的下游。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，選擇性催化還原的催化器和微粒過(guò)濾器⑵是單一基質(zhì)(6，)。
17.—種包括排氣收集器、根據(jù)上述權(quán)利要求其中之一項(xiàng)所述的后處理裝置和將排氣收集器與后處理裝置連接的管道的組件，其特征在于，所述管道具有最多30cm的長(zhǎng)度。
18.—種配有發(fā)動(dòng)機(jī)艙和根據(jù)權(quán)利要求17所述組件的車(chē)輛，其特征在于，組件被容納在發(fā)動(dòng)機(jī)艙中。
全文摘要
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)(1)的排出氣體的后處理裝置，其特征在于，沿著發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣體流動(dòng)的方向包括氧化催化器(3)；用于對(duì)氮氧化合物進(jìn)行選擇性催化還原的還原劑先質(zhì)或還原劑的導(dǎo)入裝置(4)的噴嘴(41)；用于將排出氣體和還原劑和/或還原劑先質(zhì)轉(zhuǎn)化物進(jìn)行混合的混合器(5)；氮氧化合物的選擇性催化還原的催化器(6)。該裝置的特征在于上述元件被集中在單一的罩(2)中。本發(fā)明同樣涉及包括排氣收集器和根據(jù)本發(fā)明所述的后處理裝置的組件，和裝配所述組件的車(chē)輛。
文檔編號(hào)F01N3/20GK102822464SQ201080065803
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月25日
發(fā)明者T·勒塔萊克, J·沙佩爾, N·費(fèi)朗, M·費(fèi)爾汗 申請(qǐng)人:標(biāo)致·雪鐵龍汽車(chē)公司