專利名稱：后處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種后處理系統(tǒng)，且更具體地涉及一種包括選擇催化還原催化劑的后處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、氣態(tài)燃料動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和本領(lǐng)域中公知的其它發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排放復(fù)雜的空氣污染物的混合物。這些空氣污染物由顆粒和尤其包括氮氧化物(NOx)的氣態(tài)化合物組成。由于環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，排氣排放標(biāo)準(zhǔn)已變得越來越嚴(yán)格，并且可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型、發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸和/或發(fā)動(dòng)機(jī)等級(jí)來規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)排放到大氣的顆粒和NOx的量。
為了符合顆粒和NOx方面的規(guī)定，一些發(fā)動(dòng)機(jī)制造商已實(shí)行稱為選擇性催化還原(SCR)的策略。SCR是最普遍為尿素((NH2)2CO)或水/尿素溶液的還原劑被選擇性地噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流中并被吸收到下游基底上的過程。所噴射的尿素溶液分解為氨(NH3)，其與排氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)而形成水(H2O)和雙原子氮(N2)。實(shí)行SCR過程的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商通常包括位于SCR基底上游的氧化催化劑，以協(xié)助在排氣流傳送到SCR基底前改變排氣流的組分。此類氧化催化劑通常包括多孔基底，該多孔基底由催化材料如鈀、鉬、釩和/或其它貴金屬制成，或者涂有所述催化材料，或者以其它方式包括所述催化材料。此類材料有利于NO向NO2的轉(zhuǎn)化，從而提高了 SCR基底上游的NO2與NO比例。通過氧化催化劑提供的升高的NO2水平既可以有助于改善SCR催化劑上的NOx轉(zhuǎn)化，又可以有助于氧化收集在顆粒過濾器中的煙塵粒子。在一些應(yīng)用中，用于SCR目的的基底可能需要很大，以幫助確保它具有足夠的表面積或有效容積來吸收NOx的充分催化還原所需的適量的氨。這些大的基底會(huì)是昂貴的并需要排氣系統(tǒng)內(nèi)的大量空間。此外，基底必須安放在噴射位置下游足夠遠(yuǎn)的位置，以便尿素溶液有時(shí)間分解成氨并均勻地分布在排氣流內(nèi)以用于NOx的有效還原。由于SCR基底的尺寸和所需的基底與噴射器之間的間距，封裝采用了此類部件的排氣系統(tǒng)會(huì)是困難的，并且封裝在SCR基底上游采用了氧化催化劑的排氣系統(tǒng)會(huì)更加困難。此外，由于用來制造氧化催化劑的貴金屬，采用氧化催化劑會(huì)顯著提高排氣系統(tǒng)的成本。2008年11月13日公布的Makoto的日本專利公報(bào)No. 2008/274. 851 (’851公報(bào))中公開了一種供燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)使用的示例性裝備有SCR的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有氣體蓄積罐、分開的分散罐和連接在氣體蓄積罐與氣體分散罐之間的混合管的排氣凈化裝置。顆粒過濾器和氧化催化劑配置在氣體蓄積罐中，而SCR催化劑和氨還原催化劑配置在氣體分散罐內(nèi)。尿素噴射器在SCR催化劑上游位于混合管中。雖然’851專利的排氣系統(tǒng)可以構(gòu)造成處理排氣，但這種系統(tǒng)在許多后處理應(yīng)用中可能是有問題的。特別地，’ 851系統(tǒng)中所用的多個(gè)罐和催化劑可能增加系統(tǒng)的成本、封裝復(fù)雜性和總體尺寸。本發(fā)明的后處理解決了上文陳述的問題中的一個(gè)或多個(gè)問題和/或現(xiàn)有技術(shù)的其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理系統(tǒng)包括具有結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑的處理裝置。結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑處理來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的未經(jīng)催化排氣，該未經(jīng)催化排氣包括大約7克/千瓦時(shí)與大約10克/千瓦時(shí)之間的 NOx。在本發(fā)明的另一個(gè)不例性實(shí)施例中，一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理系統(tǒng)包括處理裝置，該處理裝置具有配置在顆粒過濾器基底上的第一 SCR催化劑和位于第一 SCR下游的第二 SCR催化劑。第一 SCR催化劑處理來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的未經(jīng)催化排氣。該處理裝置的特 征在于大于大約95%的NOx轉(zhuǎn)化效率。在本發(fā)明的另外一個(gè)例性實(shí)施例中，一種排氣處理方法包括使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生排氣，所述排氣包括大約7克/千瓦時(shí)與大約10克/千瓦時(shí)之間的NOx。該方法還包括將來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的未經(jīng)催化排氣引向結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑。該方法還包括使用結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑催化地還原排氣中的NOx，所述結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑形成第一經(jīng)處理排氣。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的后處理系統(tǒng)的局部示意圖。
具體實(shí)施例方式示例性后處理系統(tǒng)10在圖I中示出。后處理系統(tǒng)10可以包括連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)處理裝置28。發(fā)動(dòng)機(jī)22可以包括將由發(fā)動(dòng)機(jī)22產(chǎn)生的排氣引向處理裝置28的排氣管23。發(fā)動(dòng)機(jī)22還可以包括連接到排氣管23的渦輪增壓器18，和由渦輪增壓器18經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸19驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)20。在這種實(shí)施例中，處理裝置28可以與渦輪增壓器18的出口流體連接。處理裝置28可以包括從一種或多種耐腐蝕材料制成的一個(gè)或多個(gè)罐12。此類材料可以包括例如不銹鋼或其它類似材料。在進(jìn)一步的示例性實(shí)施例中，此類材料可以被處理、涂覆和/或以其它方式被提供腐蝕保護(hù)。在圖I所示的實(shí)施例中，罐12包括單個(gè)入口14和單個(gè)出口 16。然而，可以設(shè)想處理裝置28可以按需包括任何數(shù)量的入口和出口。如圖I所示，處理裝置28可以包括一個(gè)或多個(gè)過濾器、催化劑和/或其結(jié)合，以有助于處理排氣流44的成分。例如，處理裝置28可以包括配置在罐12內(nèi)的結(jié)合的柴油顆粒過濾器和SCR催化劑30 (下文稱為“⑶S催化劑30”)。如下文將更詳細(xì)地描述，⑶S催化劑30可以包括構(gòu)造成形成顆粒捕集和SCR這兩種功能的單一過濾介質(zhì)。在另外的示例性實(shí)施例中，如果需要，⑶S催化劑30可以替換地由分開和專用的顆粒過濾器和SCR催化劑代替。分開的過濾器和SCR催化劑可以配置在罐12內(nèi)，或者替換地，可以配置在分開的罐內(nèi)。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，處理裝置28可以包括在⑶S催化劑30下游配置在罐12內(nèi)的附加催化劑32。附加催化劑32可以是例如SCR催化劑。在另外的示例性實(shí)施例中，附加催化劑32可以包括起到SCR催化劑作用的上游區(qū)域32A和起到凈化催化劑如柴油氧化催化劑或氨氧化催化劑作用的下游區(qū)域32B。在一個(gè)替換實(shí)施例中，附加催化劑32可以是專用的凈化催化劑(例如，催化劑32可以不提供SCR功能)。⑶S催化劑30可以構(gòu)造成執(zhí)行顆粒捕集功能。特別地，⑶S催化劑30可以包括構(gòu)造成從排氣流除去顆粒物質(zhì)的過濾介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中,CDS催化劑30的過濾介質(zhì)可以體現(xiàn)為構(gòu)造成以基本同質(zhì)的方式貫穿其厚度蓄積顆粒物質(zhì)的大體筒形的深床型過濾介質(zhì)。過濾介質(zhì)可以包括具有流入側(cè)和流出側(cè)的低密度材料，并且可以通過燒結(jié)工藝從金屬或陶瓷材料形成?？梢栽O(shè)想，過濾介質(zhì)可以替換地體現(xiàn)為由金屬泡沫或陶瓷泡沫、金屬絲網(wǎng)或任何其它合適的材料制成的表面型過濾介質(zhì)。⑶S催化劑30也可以構(gòu)造成執(zhí)行SCR功能。具體地，⑶S催化劑30的過濾介質(zhì)可以由陶瓷材料如氧化鈦、堿金屬氧化物如釩和鎢、沸石和/或貴金屬制成或者以其它方式涂有這些材料。通過這種組分，流經(jīng)CDS催化劑30的排氣流內(nèi)夾帶的分解還原劑可以被吸 收到過濾介質(zhì)的表面上和/或過濾介質(zhì)內(nèi)，其中還原劑可以與排氣中的NOx (NO和NO2)反應(yīng)而形成水(H2O)和雙原子氮(N2)?？梢栽O(shè)想，⑶S催化劑30可以貫穿⑶S催化劑30的介質(zhì)或者替換地按需在連續(xù)的階段中執(zhí)行顆粒捕集和SCR這兩種功能。如果排氣內(nèi)的NO2水平足夠高，則還原劑與NOx之間的放熱反應(yīng)可以有助于被動(dòng)再生CDS催化劑30。如上所述，附加催化劑32可以包括上游區(qū)域32A和下游區(qū)域32B。特別地，催化劑32的單個(gè)基底塊可以包括位于⑶S催化劑30近側(cè)和/或附近的上游區(qū)域(32A)。上游區(qū)域32A可以由將還原劑吸收到其表面上或者以其它方式使還原劑內(nèi)在化以用于與經(jīng)過其中的排氣中的NOx (NO和NO2)發(fā)生反應(yīng)的材料制成或者以其它方式涂有所述材料。這種反應(yīng)可以形成水(H2O)和雙原子氮(N2)。類似地，催化劑32的基底塊可以包括位于出口 16近側(cè)和/或附近的下游區(qū)域(32B)。下游區(qū)域32B可以配置在上游區(qū)域32A附近和下游，并且可以涂有或者以其它方式包含與上游區(qū)域32A不同的催化劑。這種催化劑可以包括構(gòu)造成使排氣中的殘留還原劑氧化的氧化催化劑。在附加催化劑32的下游區(qū)域32B包括氧化催化劑的示例性實(shí)施例中，這種示例性氧化催化劑可以是例如柴油氧化催化劑(DOC)或氨氧化(AMOx)催化劑。此類氧化催化劑可以包括涂有或其它方式包含催化材料例如貴金屬的任何合適的基底，所述催化材料催化化學(xué)反應(yīng)，以改變經(jīng)過氧化催化劑的排氣的組分。在一個(gè)實(shí)施例中，這種氧化催化劑可以包括有利于殘留氨氣和/或夾帶的還原劑的氧化的鈀、鉬、釩或其混合物。此類催化劑還可以有利于排氣中的NO氧化成N02。在另一個(gè)實(shí)施例中，附加催化劑32可以替換地或另外執(zhí)行顆粒捕集功能(例如，附加催化劑32可以包括顆粒捕集器，諸如連續(xù)再生技術(shù)顆粒過濾器或催化連續(xù)再生技術(shù)顆粒過濾器)、碳?xì)浠衔镅趸δ?、一氧化碳氧化功能?或本領(lǐng)域中公知的其它功能。如圖I所示，間隙34可以分別在入口 14和出口 16近側(cè)被維持在罐12的相對(duì)端部處。間隙34還可以被維持在CDS催化劑30與附加催化劑32之間。間隙34可以充當(dāng)有利于排氣在配置在罐12內(nèi)的相應(yīng)催化劑30、32的面上基本相等地分布的歧管。可以設(shè)想，接近(access)后處理系統(tǒng)10的催化劑30、32在一些狀況下可能是有幫助的。因而，在示例性實(shí)施例中，罐12的分別在入口 14和出口 16處封閉間隙34的端部部分46、48可以可移除地連接到罐12的封閉⑶S催化劑30和附加催化劑32的中央部分。例如，如果需要，端部部分46、48可以螺栓連接或鎖閉在中央部分上。通過這種構(gòu)型，端部部分46、48可以選擇性地移除以檢查和/或更換各種催化劑30、32。一個(gè)或多個(gè)可移除的聯(lián)接器26可以連接到端部部分46、48，以有利于從后處理系統(tǒng)10選擇性移除處理裝置28。此類聯(lián)接器26可以包括本領(lǐng)域中已知的任何可移除的氣密性聯(lián)接裝置。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，此類聯(lián)接器26可以包括構(gòu)造成有利于罐12與后處理系統(tǒng)10的其它部件之間的可移除連接的一個(gè)或多個(gè)夾具、支架、多段柔性管和/或其它類似裝置。在進(jìn)一步的示例性實(shí)施例中，聯(lián)接器26可以體現(xiàn)為能夠以約90度的角度彎曲的眼鏡蛇頭部(cobra-head)型聯(lián)接器。此類聯(lián)接器26可以具有在罐12處的橢圓形開口和在聯(lián)接器26的相對(duì)端部處的圓形開口。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，如果需要，可以采用其它類型的聯(lián)接器。如圖I所示，后處理系統(tǒng)10可以包括經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)上述聯(lián)接器26連接到入口14的混合管24。后處理系統(tǒng)10還可以包括與混合管24流體連接的還原劑噴射器36。在示例性實(shí)施例中，還原劑噴射器36可以配置在處理裝置28上游(例如，混合管24的上游端 部?jī)?nèi)或聯(lián)接器26之一內(nèi))并且構(gòu)造成將還原劑噴射到流經(jīng)混合管24的排氣中。最普遍為水/尿素溶液、氨氣、液化無水氨、碳酸氨、氨鹽或諸如柴油燃料的碳?xì)浠衔锏臍鈶B(tài)或液態(tài)還原劑可以由還原劑噴射器36噴射或以其它方式前進(jìn)到經(jīng)過混合管24的排氣中。例如，還原劑噴射器36可以配置在⑶S催化劑30上游的任何期望距離處，以允許所噴射的還原劑在進(jìn)入CDS催化劑30前有充足的時(shí)間與排氣混合并充分分解。在示例性實(shí)施例中，充分分解的還原劑均勻分布在經(jīng)過⑶S催化劑30的排氣內(nèi)可以增強(qiáng)其中的NOx還原。還原劑噴射器36與罐12的入口 14之間的距離(例如，混合管24的長(zhǎng)度)可以基于經(jīng)過后處理系統(tǒng)10的排氣的流速和/或混合管24的截面積。在一些示例性實(shí)施例中，還原劑噴射器36與罐12的入口 14之間的距離可以是2英尺或以上。為了增強(qiáng)還原劑與排氣的結(jié)合，混合器38可以配置在混合管24內(nèi)。在示例性實(shí)施例中，混合器38可以包括傾斜成在排氣流經(jīng)混合管24時(shí)產(chǎn)生排氣的渦旋運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)葉或葉片。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，混合器38可以包括從混合管24的內(nèi)壁朝混合管24的縱向軸線徑向向內(nèi)延伸一定距離的環(huán)。這種環(huán)可以構(gòu)造成促進(jìn)混合管24內(nèi)的排氣流紊流，從而有助于使還原劑結(jié)合到排氣中。在任一實(shí)施例中，混合器38都可以配置在還原劑噴射器36的上游或下游(在圖I中示出)。后處理系統(tǒng)10還可以包括定位成監(jiān)控后處理系統(tǒng)10的操作特性和/或其它參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)探針。例如，第一探針40可以在⑶S催化劑30上游的入口 14近側(cè)位于間隙34內(nèi)。此外，第二探針42可以在附加催化劑32下游的出口 16近側(cè)位于間隙34內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一探針40可以是構(gòu)造成產(chǎn)生指示進(jìn)入⑶S催化劑30的排氣的溫度的第一信號(hào)的溫度探針。第一信號(hào)可以由控制器(未示出)用來尤其確定CDS催化劑30的操作溫度和預(yù)測(cè)效率。第二探針42可以用來檢測(cè)離開催化劑32的排氣的成分，例如NOx的濃度或殘留還原劑的量。第二探針42可以產(chǎn)生指示該成分的第二信號(hào)，并且第二信號(hào)可以用來尤其確定CDS催化劑30和/或附加催化劑32的實(shí)際效力。可以設(shè)想，探針40、42中的至少一者可以構(gòu)造成監(jiān)控后處理系統(tǒng)10的其它參數(shù)，并且如果需要，可以用于其它目的。工業(yè)適用件本發(fā)明的后處理系統(tǒng)10可以適用于需要處理排氣的任何發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)型，其中部件封裝是一個(gè)重要問題。雖然已知的后處理系統(tǒng)利用SCR催化劑上游的DOC催化劑來將NO轉(zhuǎn)化為NO2，但此類DOC催化劑通常配置在大型罐內(nèi)，并且此類催化劑由于DOC催化劑中所采用的貴金屬而昂貴。另一方面，本發(fā)明的后處理系統(tǒng)10在不在處理裝置28上游使用DOC催化劑的情況下操作。結(jié)果，所公開的系統(tǒng)10占用發(fā)動(dòng)機(jī)22下游較小的空間，并且比已知系統(tǒng)廉價(jià)、更簡(jiǎn)單和更易封裝在采用發(fā)動(dòng)機(jī)22的車輛上。為了補(bǔ)償由已知的后處理系統(tǒng)的上游DOC催化劑提供的NO向NO2的轉(zhuǎn)換，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)22可以標(biāo)定，以產(chǎn)生NOx水平提高(從而增加排氣中NO2的量)且煙塵水平降低的排氣。例如，可以提前缸內(nèi)燃料噴射的正時(shí)，可以提高此類噴射的壓力，可以減少或消除再循環(huán)排氣向發(fā)動(dòng)機(jī)22內(nèi)的流動(dòng)，和/或可以增加壓縮機(jī)20和/或渦輪增壓器18的生產(chǎn)量(throughput)以便有利于產(chǎn)生這種排氣。這種發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定所致的提高的NOx水平可以確保⑶S催化劑30由于在其中所包含的SCR催化劑的放熱還原反應(yīng)而被動(dòng)再生，并且還可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)22的燃料效率。此類NOx水平例如可以介于大約7克/千瓦時(shí)與大約10克/千瓦時(shí)之間。在進(jìn)一步的示例性實(shí)施例中，此類NOx水平可以大于大約10克/千瓦時(shí)。由于這種標(biāo)定，發(fā)動(dòng)機(jī)22可以產(chǎn)生具有大約I :2的NO2與NO比例的排氣。此外，這種發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定可以引起燃料效率的提高和發(fā)動(dòng)機(jī)22產(chǎn)生的煙塵的減少?，F(xiàn)將描述通過后處理系統(tǒng)10 的排氣流。參照?qǐng)D1，發(fā)動(dòng)機(jī)22可以產(chǎn)生包含尤其包括NOx和煙塵的空氣污染物的復(fù)雜混合物的未經(jīng)催化排氣44。排氣44可以從發(fā)動(dòng)機(jī)22經(jīng)由排氣管23經(jīng)過渦輪增壓器18。未經(jīng)催化排氣44然后可以進(jìn)入混合管24，在該混合管處還原劑可以由混合器38上游的還原劑噴射器36噴射到排氣44中。由混合器38促進(jìn)的排氣44的旋流和/或紊流可以用來夾帶還原劑并將還原劑分配到排氣44內(nèi)。隨著排氣和還原劑的渦流和/或紊流沿混合管24的長(zhǎng)度傳送，還原劑可以繼續(xù)在未經(jīng)催化排氣44內(nèi)均質(zhì)化，并且還原劑可以開始分解成氨。因此，混合管24的長(zhǎng)度和位置以及混合器38可以促進(jìn)所噴射的還原劑的分解。未經(jīng)催化排氣44可以從混合管24經(jīng)由入口 14被引入罐12中。排氣44可以從入口 14流入⑶S催化劑30上游的間隙34中，并且由于混合管24與端部部分46之間的截面積和/或容積的變化，未經(jīng)催化排氣44可以在CDS催化劑30上游膨脹。這種膨脹可以有利于排氣44在⑶S催化劑30的一面上基本相等的分布。在排氣44到達(dá)⑶S催化劑30時(shí)，大部分還原劑可以分解，從而有利于CDS催化劑30和附加催化劑32內(nèi)的NOx還原。⑶S催化劑30可以在未經(jīng)催化排氣44經(jīng)過⑶S催化劑30時(shí)處理排氣44。例如，可以從排氣44除去顆粒物質(zhì)，并且排氣44內(nèi)的NOx可以在SCR催化劑處與還原劑發(fā)生反應(yīng)。特別地，排氣44可以由SCR催化劑催化還原，以形成水和雙原子氮。結(jié)果，CDS催化劑30可以從未經(jīng)催化排氣44形成第一經(jīng)處理排氣。這種第一經(jīng)處理排氣可以是例如已經(jīng)歷了從NO2形成NO的催化還原過程的排氣。第一經(jīng)處理排氣可以離開⑶S催化劑30并進(jìn)入附加催化劑32，在該附加催化劑處可以發(fā)生第一經(jīng)處理排氣中包含的NOx的催化還原并且可以吸收由第一經(jīng)處理排氣攜帶的殘留還原劑。例如，在附加催化劑32包括SCR催化劑的實(shí)施例中，SCR催化劑可以催化地還原第一經(jīng)處理排氣。結(jié)果，附加催化劑32的SCR催化劑可以從第一經(jīng)處理排氣形成第二經(jīng)處理排氣。這種第二經(jīng)處理排氣可以是例如已經(jīng)歷了從NO2形成NO的附加催化還原過程的經(jīng)處理排氣。在示例性實(shí)施例中，處理裝置28的特征可以在于大于大約95%的NOx轉(zhuǎn)化效率。如文中關(guān)于處理裝置28的SCR催化劑所用，術(shù)語“NOx轉(zhuǎn)化效率”是指在經(jīng)過SCR催化劑或處理裝置28后被催化地還原為N2的排氣所包含的NOx的百分比。此外，除非另外規(guī)定，否則文中說明的NOx轉(zhuǎn)化效率值在處理裝置的使用壽命開始時(shí)或附近與處理裝置相關(guān)。在示例性實(shí)施例中，⑶S催化劑30的特征可以在于大約90%或以下的NOx轉(zhuǎn)化效率。⑶S催化劑30可以提供這種NOx轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)在處理裝置28上游產(chǎn)生有利的反壓水平并具有適合于封裝在發(fā)動(dòng)機(jī)22的后處理系統(tǒng)10中的尺寸。在此類示例性實(shí)施例中，附加催化劑32的SCR催化劑的特征可以在于至少大約50%的NOx轉(zhuǎn)化效率。在進(jìn)一步的示例性實(shí)施例中，附加催化劑32的SCR催化劑的特征可以在于大約50%與大約80%之間的NOx轉(zhuǎn)化效率。因而，SCR催化劑的相應(yīng)NOx轉(zhuǎn)化效率可以結(jié)合以引起處理裝置28大于大約95%的NOx轉(zhuǎn)化效率?？赡苄枰@種NOx轉(zhuǎn)化效率水平以符合排氣排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，包括具有大約90%或以下的NOx轉(zhuǎn)化效率的⑶S催化劑30和具有NOx轉(zhuǎn)化效率介于大約50%與大約80%之間的SCR催化劑的附加催化劑30的示例性處理裝置實(shí)施例可能能夠氧化比例如包括具有大約95%的NOx轉(zhuǎn)化效率的單一 CDS催化劑的處理裝置大的每單位體積排氣的煙塵量。應(yīng)理解，例如，被動(dòng)煙塵再生可以與NOx轉(zhuǎn)化為N2成反比地 改善。這種關(guān)系是NO2由發(fā)生在處理裝置28的一個(gè)或多個(gè)SCR催化劑處的被動(dòng)煙塵氧化反應(yīng)和NOx還原反應(yīng)消耗的結(jié)果。例如，在CDS催化劑30處的較低的NOx還原水平可以允許在CDS催化劑30的基底上的較高的煙塵還原水平。這種NOx還原可以在附加催化劑32處增進(jìn)和/或完成，以便實(shí)現(xiàn)處理裝置大于大約95%的NOx轉(zhuǎn)化效率。在附加催化劑32還包括DOC催化劑和AMOx催化劑中的一者的實(shí)施例中，第二經(jīng)處理排氣可以從附加催化劑32的SCR催化劑傳送到附加催化劑32的下游氧化催化劑。氧化催化劑可以催化地氧化第二經(jīng)處理排氣。特別地，隨著第二經(jīng)處理排氣經(jīng)過氧化催化劑，第二經(jīng)處理排氣內(nèi)夾帶的殘留還原劑可以被氧化。在附加催化劑32內(nèi)處理后，排氣可以在端部48近側(cè)經(jīng)過間隙34，并且可以經(jīng)由出口 16排放到大氣或其它下游排氣系統(tǒng)部件。后處理系統(tǒng)10可以是簡(jiǎn)單、緊湊和相對(duì)廉價(jià)的。例如，后處理系統(tǒng)10可以是簡(jiǎn)單和緊湊的，因?yàn)樗梢詢H采用具有提供多個(gè)功能的催化劑的單個(gè)罐。此外，CDS催化劑30可以提供顆粒捕集和NOx還原這兩種功能，而附加催化劑32可以提供NOx還原和氧化功能。后處理系統(tǒng)10的簡(jiǎn)單可以獲得排氣后處理的較低成本方案并且可以需要比已知系統(tǒng)小的封裝空間。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，可以對(duì)本發(fā)明的后處理系統(tǒng)10進(jìn)行各種修改和變化而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。從文中公開的后處理系統(tǒng)的說明和實(shí)踐考慮，其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。應(yīng)認(rèn)為說明書和示例只是示例性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍由下文的權(quán)利要求和它們的等同方案指出。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理系統(tǒng)，包括 包括結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑的處理裝置，所述結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑處理來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的未經(jīng)催化排氣，該未經(jīng)催化排氣包括大約7克/千瓦時(shí)與大約10克/千瓦時(shí)之間的NOx。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的后處理系統(tǒng)，還包括配置在所述處理裝置的上游并且構(gòu)造成將還原劑噴射到所述未經(jīng)處理排氣中的還原劑噴射器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的后處理系統(tǒng)，還包括連接到所述處理裝置的入口的混合管，所述還原劑噴射器與所述混合管流體連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的后處理系統(tǒng)，還包括配置在所述混合管內(nèi)的混合器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的后處理系統(tǒng)，還包括配置在所述結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑的下游的附加催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述附加催化劑包括SCR催化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述附加催化劑還包括氨氧化催化劑和柴油氧化催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑以及所述附加催化劑配置在單個(gè)罐內(nèi)。
9.一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理系統(tǒng)，包括 處理裝置，所述處理裝置包括配置在顆粒過濾器基底上的第一 SCR催化劑和位于所述第一 SCR催化劑下游的第二 SCR催化劑，所述第一 SCR催化劑處理來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的未經(jīng)催化排氣，其中所述處理裝置的特征在于大于大約95%的NOx轉(zhuǎn)化效率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述第一和第二SCR催化劑配置在單個(gè)罐內(nèi)，所述罐包括構(gòu)造成提供對(duì)所述第一和第二 SCR催化劑中的至少一者的接近的至少一個(gè)可移除端部部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述第一SCR催化劑的特征在于大約90%或以下的NOx轉(zhuǎn)化效率。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的后處理系統(tǒng)，其中，所述第二SCR催化劑的特征在于大約50%與大約80%之間的NOx轉(zhuǎn)化效率。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的后處理系統(tǒng)，還包括所述第二SCR催化劑下游的氨氧化催化劑和柴油氧化催化劑中的一者。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的后處理系統(tǒng)，還包括具有上游區(qū)域和下游區(qū)域的基底，所述第二 SCR催化劑配置在所述基底的所述上游區(qū)域上，并且氨氧化催化劑和柴油氧化催化劑中的一者配置在所述基底的所述下游區(qū)域上。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的后處理系統(tǒng)，還包括連接到所述處理裝置的入口的混合管，和在所述入口的上游與所述混合管流體連接的還原劑噴射器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的后處理系統(tǒng)，還包括在所述還原劑噴射器的下游和所述入口的上游配置在所述混合管內(nèi)的混合器。
17.一種排氣處理方法，包括 使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生排氣，所述排氣包括大約7克/千瓦時(shí)與大約10克/千瓦時(shí)之間的 NOx ；將來自所述內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的未經(jīng)催化排氣引向結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑；以及使用所述結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑催化地還原所述排氣中的NOx，所述結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑形成第一經(jīng)處理排氣。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括使用配置在所述結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑的下游的附加SCR催化劑催化地還原所述第一經(jīng)處理排氣，所述附加SCR催化劑形成第二經(jīng)處理排氣。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括使用氨氧化催化劑和柴油氧化催化劑中的一者催化地氧化所述第二經(jīng)處理排氣。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，由所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的所述未經(jīng)催化排氣的特征在于大約I :2的NO2與NO比例。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(22)的后處理系統(tǒng)(10)和排氣處理方法。后處理系統(tǒng)(10)包括具有結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑(30)的處理裝置(28)。該結(jié)合的顆粒過濾器和SCR催化劑(30)處理來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(22)的未經(jīng)催化排氣(44)，該未經(jīng)催化排氣包括大約7克/千瓦時(shí)與大約10克/千瓦時(shí)之間的NOx。
文檔編號(hào)F01N3/035GK102966413SQ201210316558
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者J·J·德里斯科爾, D·M·希頓, R·G·西爾弗, B·T·舒爾 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司