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(chē)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(NO_x，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)量的除污裝置以限制規(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(lèi)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(mǎn)足關(guān)于氮氧化物(NO_X)的排放的防污標(biāo)準(zhǔn)，可將后處理的特定系統(tǒng)引入車(chē)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(chē)輛的排氣管路中。為了處理氮氧化物(NO_X)，已知選擇性催化還原技術(shù)，或英語(yǔ)簡(jiǎn)稱(chēng)為“SCR”的“Selective Catalytic Reduction”，其在于通過(guò)在排氣管路中還原劑(或這種還原劑的前體)的輸入通過(guò)催化反應(yīng)使NO_X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。在本文件的后文中通常用“還原劑(réducteur)”這個(gè)詞來(lái)表示還原劑(agent réducteur)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)NO_X還原的催化浸漬的基底中的反應(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2016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)的第一步，Euro 6b(于2014年九月生效)已經(jīng)引導(dǎo)機(jī)動(dòng)車(chē)制造商在不同的選項(xiàng)間選擇以更特定地減少NO_X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(lèi)型技術(shù)還原NO_X，再循環(huán)根據(jù)英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)的簡(jiǎn)寫(xiě)也稱(chēng)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(chēng)為“NO_X收集器”的順序催化處理技術(shù)還原NO_X；-還在排氣管路處還原NO_X，通過(guò)例如在上文中簡(jiǎn)要描述的稱(chēng)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(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)(Euro6b)的變化中的該第一步，其不必然能夠滿(mǎn)足表明還更嚴(yán)格的第二步(Euro 6c，預(yù)計(jì)于2017年九月生效)，其具有在稱(chēng)為“WLTC”(英語(yǔ)為“Worldwide Harmoized Light vehicles Test Cycle(全球輕型汽車(chē)測(cè)試循環(huán))”，即法語(yǔ)中“cycle de test harmonisépour véhicules légers”(輕型汽車(chē)協(xié)調(diào)測(cè)試循環(huán))的簡(jiǎn)稱(chēng))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(chēng)為“MVEG”，英語(yǔ)為“Motor vehicle Emissions Group”(發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)輛排放小組)，即法語(yǔ)中的“groupe d’émissions pour véhicules motorisés”(發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)輛排放小組)的簡(jiǎn)稱(chēng))更多的過(guò)渡階段，但也應(yīng)建立循環(huán)外的測(cè)量(替代實(shí)際行駛排放或行駛的真實(shí)狀況下的排放出，稱(chēng)為“RDE”)。

特別是為了應(yīng)對(duì)循環(huán)外NO_X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NO_X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，所使用的催化器系統(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。于是其在發(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)罩下的最靠近發(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(zhuān)利申請(qǐng)WO 2011/089330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(lèi)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(chēng)為FAP)。還提出一種替代辦法，其在于通過(guò)浸漬還原NO_X的催化劑并且因此同時(shí)執(zhí)行煙灰過(guò)濾和NO_X還原作用的FAP(以后稱(chēng)為SCRF)替換SCR部件和FAP。

然而，如在該文件中所描述的SCR專(zhuān)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(lèi)型的城市中運(yùn)行期間，(尤其是)歐洲標(biāo)準(zhǔn)的變化在NO_X排出的減少方面將變?yōu)閺?qiáng)制性的。

并且由于微粒過(guò)濾器的特定基底較大的熱惰性，在微粒過(guò)濾器中集成了SCR催化劑(SCRF)的變型例在城市中運(yùn)行的條件下性能不再那么好，即使其很靠近發(fā)動(dòng)機(jī)放置。實(shí)際上，保證微粒過(guò)濾并浸漬催化劑覆蓋層(浸漬的覆蓋層英語(yǔ)稱(chēng)為“washcoat(載體涂料)”)的基底是多孔陶瓷，其消耗很多熱量以提升溫度。SCR階段的觸發(fā)因此只能在某一時(shí)間之后才發(fā)生，這不許允許該解決方案遵守未來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)變化。

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(lèi)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NO_X的排放方面遵守更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。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。

本發(fā)明首先涉及一種燃燒式發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體的后處理裝置，其從上游至下游包括：

-氧化催化器部件DOC；

-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(可以是噴射器的裝置)的噴口；

-氮氧化物NO_X的選擇性催化還原的催化器部件；

-微粒過(guò)濾器，其配備有稱(chēng)為SCRF的氮氧化物NO_X的選擇性催化還原的催化劑覆蓋層；

-所述部件和噴口集中在唯一的殼體中；

-所述氮氧化物的選擇性催化還原的催化器部件的長(zhǎng)度比微粒過(guò)濾器的長(zhǎng)度小至少兩倍，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)。

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

一方面，保留了整體的緊湊性，其容納于唯一的殼體中，并且其因此可以有利地安置在排氣管路上最靠近離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體的集氣管處。

另一方面，其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(lèi)型的運(yùn)行)下的，甚至在稱(chēng)為強(qiáng)烈的，具有間歇地排放氣體的大流量的駕駛類(lèi)型的條件下的NO_X還原。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漏失(還用英語(yǔ)以術(shù)語(yǔ)“NH₃slip”表示，氨漏失來(lái)自在SCR催化器的載體部件上游噴射但并未起作用的還原劑)。

并且這些十分有利的結(jié)果已通過(guò)兩個(gè)SCR部件的組合得到：一個(gè)專(zhuān)用于該功能，另一個(gè)集成在微粒過(guò)濾器中，兩個(gè)部件長(zhǎng)度之間具有十分特定的比例，其對(duì)應(yīng)于比微粒過(guò)濾器小很多的SCR部件。因此，在兩個(gè)連續(xù)的部件上用較小的且實(shí)際上很高效的專(zhuān)用SCR部件來(lái)“分配”還原NO_X的功能，因?yàn)樵诘陀诎谖⒘＿^(guò)濾器(SCRF)中的SCR的觸發(fā)溫度的臨界溫度上，熱觸發(fā)明顯較好。因此可以認(rèn)為SCR部件保證了裝置的大部分的NO_X的全部還原，尤其是在不利的運(yùn)行條件下(氣體的溫度低，氣體的流量大)，并且可以認(rèn)為一旦這些不利的運(yùn)行條件中斷或一旦運(yùn)行條件穩(wěn)定，SCRF將有助于使NO_X的還原提升。在避免使用單個(gè)SCRF的同時(shí)，本發(fā)明的裝置不僅更好地?zé)嵊|發(fā)，而且在使FAP中達(dá)到過(guò)度溫度(大于1000℃，以給定數(shù)量級(jí))的再生的情況下，其緩解了FAP的催化覆蓋層的可能的損壞。

根據(jù)本發(fā)明的裝置因此將隨著氣體污染物和微粒污染物穿過(guò)除污部件來(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。這些成分然后穿行過(guò)(如后文詳述的很短/很小的)SCR催化劑單元，其伴隨后文將詳述的不同反應(yīng)將NO_X還原為氮?dú)?N₂)。

在保持殘余的NO_X離開(kāi)SCR催化器的同時(shí)，過(guò)量的氨(NH₃)來(lái)自于催化劑(以后闡述)和微粒。這些成分回到SCRF單元中，其將通過(guò)NH₃完成NO_X的還原，并且在再生時(shí)通過(guò)在微粒燃燒之前將其貯存來(lái)消除微粒。

優(yōu)選地，氮氧化物的選擇性催化氧化的催化器部件具有至多80mm，尤其至多76mm，優(yōu)選地介于45mm和55mm之間，例如約50mm的長(zhǎng)度。其實(shí)際上因此涉及很小的SCR部件，可以以術(shù)語(yǔ)SCR“薄片”表示，其被證實(shí)完美地完成其作用，但是擔(dān)心這么短的長(zhǎng)度/薄的厚度使得其最終性能不夠好(尤其由于催化劑和排放氣體之間的縮短的接觸時(shí)間)。

優(yōu)選地，SCRF部件的長(zhǎng)度至少是10cm，尤其是介于10cm和15cm之間，尤其是約12cm。

優(yōu)選地，包括其間可能空間的氮氧化物的選擇性催化還原的催化器部件和微粒過(guò)濾器的總長(zhǎng)度至多200mm，尤其至多190mm，優(yōu)選地介于170mm和180mm之間。本發(fā)明因此相對(duì)于只使用SCRF部件的解決方案保持了減小的體積：其未顯著地延長(zhǎng)后處理裝置，并且因此保持整體的緊湊性。

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

有利地，氧化催化器部件包括氮氧化物的吸收劑材料，也用英語(yǔ)短語(yǔ)“Passive NO_X Adsorber(被動(dòng)NO_X吸收器)”，稱(chēng)為PNA。

PNA類(lèi)型的材料的作用是當(dāng)催化NO_X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)，可以在冷階段貯存發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氮氧化物。實(shí)際上，應(yīng)該等到180℃到200℃以能夠在排氣管路中噴射還原劑(尿素)并形成隨后轉(zhuǎn)化NO_X的氨。隨著NH₃“預(yù)貯存”在SCR覆蓋層中，NO_X的轉(zhuǎn)化可以提前幾十度發(fā)生(大約140℃)。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”NO_X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中的“典型”浸漬)。為了保證PNA的正確功能，設(shè)置清除階段以清潔隨著時(shí)間以已知的方式被硫酸銅處理的其表面。

優(yōu)選地，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/NO_X的比例等于0.5或在0.5附近(“附近”理解為例如該值周?chē)?/-15％的變化)。

實(shí)際上觀察到，尤其在(SCR部件的和/或SCRF微粒過(guò)濾器的)SCR覆蓋層的材料基于鐵交換分子篩來(lái)選擇時(shí)，通過(guò)在進(jìn)入SCR部件時(shí)將NO₂/NO_X的比例設(shè)置為接近0.5來(lái)使其效率最大化。具有鐵交換分子篩的部件在低溫下比具有銅交換分子篩的部件作用更好，并且在更高溫度下作用一樣好。

可以通過(guò)調(diào)整氧化催化劑的組成在該值周?chē){(diào)整該比例。該類(lèi)型的催化劑的制劑通常主要包括摻雜氧化鋁Al₂O₃，用于收集冷HC的金屬且未交換的水合硅鋁酸鹽類(lèi)型的分子篩(也以縮寫(xiě)ZSM5而周知)，以及諸如具有確定比例的鉑(Pt)和鈀(Pd)的貴金屬。實(shí)際上，根據(jù)該P(yáng)t/Pd比例，氧化催化劑多多少少能夠氧化一氧化碳(CO)和未燃盡的碳?xì)浠衔?HC)：催化劑含鉑越多，其將NO氧化為NO₂的能力越強(qiáng)。注意到在離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，并且因此在氧化催化器部件的入口，NO_X的排出主要由NO(>90％)組成。氧化催化劑因此將高效地將NO氧化為NO₂以將NO₂/NO_X的比例調(diào)整為期望值。

優(yōu)選地，選擇性催化還原的催化器部件的催化劑是基于鐵交換分子篩的。

實(shí)際上，基于鐵(Fe)交換分子篩的浸漬覆蓋層比基于銅(Cu)交換分子篩的那些具有更低溫度的觸發(fā)，因此NO₂/NO_X的比例靠近0.5。當(dāng)該條件滿(mǎn)足時(shí)，基于鐵交換分子篩的覆蓋層允許從150℃起轉(zhuǎn)化NO_X。

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)濾器可能的周期性再生的損害)，-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/NO_X的比例，銅(Cu)交換分子篩的堿性的制劑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)可以是NH₃的泄漏的起源。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“接收”是很有用的。

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(lèi)型的分子篩的，并且還可以包括以下氧化物中的至少一個(gè)：鈰(Ce)、鋯(Zr)的氧化物，還或以下金屬中的至少一個(gè)：鈮(Nb)、鎢(W)、鈦(Ti)。

根據(jù)實(shí)施方式，氧化催化器部件的支承和/或選擇性催化還原催化器部件的支承是金屬的，并且可選擇地配備有例如電阻類(lèi)型的加熱裝置。因此減少了其溫度升高的時(shí)長(zhǎng)，并且因此減少了其觸發(fā)開(kāi)始的時(shí)間。

可替代地，可以將例如堇青石的陶瓷類(lèi)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)濾器的支承可以是例如碳化硅(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(lèi)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(lèi)型的)以已知的方式(簡(jiǎn)稱(chēng)為“固體”SCR的技術(shù))向排氣管路供給，并且在該情況下，混合器需求不大。

優(yōu)選地，混合器是具有用于氣體穿過(guò)混合器的路線長(zhǎng)度至少兩倍大于其在殼體中縱向占據(jù)的長(zhǎng)度的類(lèi)型的?；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(lèi)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，即使在排放氣體中的尿素的熱解需要不可忽略的時(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，根據(jù)本發(fā)明的后處理裝置包括在氧化催化器部件的上游的氮氧化物傳感器以及在微粒過(guò)濾器下游的另一個(gè)，優(yōu)選地，在唯一的殼體外面。“上游”傳感器如有必要可以通過(guò)模型化替代。

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出口集合器(呈圓錐段形)，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(chē)輛的罩底發(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(lèi)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)明的裝置可以直接連接在渦輪增壓器的外殼上，在渦輪的出口處。

本發(fā)明還涉及集成了前述的后處理裝置的燃燒式發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管路。

本發(fā)明還涉及配備有發(fā)動(dòng)機(jī)艙的車(chē)輛，使得發(fā)動(dòng)機(jī)和裝備其排氣管路的后處理裝置包括在所述發(fā)動(dòng)機(jī)艙中。

附圖說(shuō)明

此后參照與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管路的后處理裝置相關(guān)的非限制性實(shí)施方式相關(guān)的附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明：

圖1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(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)及其排氣管路；

圖2示出了作為比較示例2的包括后處理裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)及其排氣管路；

圖3示出了對(duì)于在根據(jù)本發(fā)明的示例1的和比較示例2的選擇性催化還原部件SCR的上游的溫度進(jìn)行比較的圖像；

圖4示出了對(duì)于具有根據(jù)本發(fā)明的示例1的后處理裝置的和具有根據(jù)比較示例2的后處理裝置的排氣管路的末端的NO_X的排出進(jìn)行比較的圖像；

圖5示出了用于根據(jù)本發(fā)明的示例1的后處理裝置中的兩個(gè)SCR浸漬覆蓋層之間的比較；

圖6示出了圖示源頭處發(fā)動(dòng)機(jī)的CO₂排出和NO_X排出的比較變化的示圖。

具體實(shí)施方式

附圖彼此間所用的參考標(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。

在如圖1中所示的本發(fā)明中，提出了發(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“外殼”表示)并且根據(jù)排放氣體的流動(dòng)方向(因此為自上游至下游)，該裝置包括氧化催化器部件3、還原劑(或還原劑前體)的輸入裝置4的噴口41，混合器5，SCR催化部件6(氮氧化物的選擇性催化還原的催化器)，以及配備有SCR浸漬覆蓋層7的微粒過(guò)濾器SCRF。殼體2位于最靠近排放氣體的集氣管處，尤其在距其出口大約35cm處(例如至多距其出口50cm)。其在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中被設(shè)置在容納發(fā)動(dòng)機(jī)1的罩底空間中。

尺寸/幾何形狀的數(shù)據(jù)如下：殼體2是圓柱形的并且允許安置不同的部件3、6和7，其還具有基本呈圓柱形的外部形狀，并且具有大約0.016m²的正向表面面積的截面。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其余的排氣管路上。SCR部件6的長(zhǎng)度L1在5至7.5cm之間，例如6cm。微粒過(guò)濾器7的長(zhǎng)度L2介于4英寸和6英寸之間，即10.16cm和15.24cm之間，例如此處為5英寸，即12.7cm。

從SCR部件6的上游面直到微粒過(guò)濾器7的下游面來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度L12，已知其被分開(kāi)大約8mm。

氧化催化器部件的長(zhǎng)度L3大約70mm。

從氧化催化器3的上游面直到微粒過(guò)濾器7的下游面的長(zhǎng)度L0介于28cm和38cm之間。該長(zhǎng)度基本對(duì)應(yīng)于殼體2的圓周部分的長(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。

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)

C_xH_y+(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(lèi)型的蜂巢式散熱器上的支承構(gòu)成，在堇青石上沉積有催化活性(“載體涂料”)階段。該階段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)以便在低溫下進(jìn)行催化氧化反應(yīng)。例如分子篩酸性成分也被添加。其在低溫下對(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)中添加還在低溫下氮氧化物、NO_X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(lèi)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，尤其是前方引用的專(zhuān)利申請(qǐng)WO2011/089330的尿素噴射器4和混合器5(也稱(chēng)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)容量泵模塊供給，其在大約20升(其可以容納的更少由于機(jī)載尿素的體積取決于采取的消耗策略)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)，并使得在“結(jié)束”之前在SCR 6上部分地發(fā)生水解反應(yīng)(R4)。反應(yīng)(R3)和(R4)在后文闡述。

SCR部件6和SCRF微粒過(guò)濾器7處理氮氧化物。通過(guò)SCR(這是通過(guò)專(zhuān)用部件6或通過(guò)微粒過(guò)濾器7的覆蓋層)的這些NO_X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(chē)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)步驟發(fā)生：第一個(gè)步驟稱(chēng)為“熱解”，其形成NH₃分子和異氰酸分子(HNCO)，和第二個(gè)步驟，其從異氰酸的水解形成NH₃分子。這兩個(gè)步驟，且尤其是第一個(gè)步驟，需要至少180至200℃的溫度，因此噴射器和液-氣(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還原的工作必不可少的還原劑。

2>通過(guò)部件6和7的SCR涂層通過(guò)HN₃的NO_X的選擇性催化還原：

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)低溫SCR

多個(gè)反應(yīng)可以發(fā)生(R5至R7)，但是NO_X的最優(yōu)且尋求的轉(zhuǎn)換借助反應(yīng)(R6)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/NO_X的比例，尤其在低溫下(即至多250℃)。

SCR部件6的催化劑是基于鐵交換分子篩的，例如β分子篩、鐵觸媒、ZSM5，并且微粒過(guò)濾器7的SCR催化劑基于銅分子篩，例如β菱沸石、鐵觸媒、ZSM5。如上文已經(jīng)提到的，這是最好的選擇，尤其使得自SCR部件6進(jìn)入的排放氣體的NO₂/NO_X的比例接近0.5時(shí)，SCR催化器6在“低”溫下更快地觸發(fā)，并且使得微粒過(guò)濾器的催化劑保持在很高溫度下(尤其是與其抵抗過(guò)濾器的再生)一樣高效。SCR部件6的有孔支承由堇青石制成，然而過(guò)濾器7的有孔支承由硅的碳化物SiC制成更好。

圖2示出了后處理裝置的比較示例2。所有其他事物都是等同的，SCR部件6已被隱藏，并且SCRF微粒過(guò)濾器7已被延長(zhǎng)到SCR 6部件的長(zhǎng)度。

圖3允許將在示例1的SCR單元6的上游和在比較示例2的SCRF過(guò)濾器7的上游測(cè)量的溫度相比較。圖像在橫軸上用秒表示時(shí)間，且在縱軸上用℃表示測(cè)量的溫度。測(cè)量已用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管路一側(cè)配備有前述的后處理裝置，然后另一側(cè)配備有在模擬WLTC運(yùn)行循環(huán)時(shí)運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)。曲線C1關(guān)于示例1，且曲線C2關(guān)于示例2。觀察到特別在循環(huán)最初的400秒中,曲線C1全部在曲線C2的下方。因此利用根據(jù)本發(fā)明的示例1的構(gòu)造獲得更有利的熱條件，這通過(guò)在NO_X的處理中的更高的效率表現(xiàn)：已經(jīng)對(duì)于兩個(gè)示例的每一個(gè)，測(cè)量了離開(kāi)排氣管路時(shí)WLTC循環(huán)的排氣管路的末端的NO_X的水平，用克每千米表示，其給出如下結(jié)果：

-對(duì)于示例1：0.040g/km的水平

-對(duì)于比較示例2：0.173g/km的水平

因此利用本發(fā)明在完全保持后處理裝置的整體緊湊性的同時(shí)，獲得了向大氣排放的NO_X十分顯著的減少。

圖4比較了對(duì)于示例1和示例2的不同階段的NO_X排放氣體的水平。在橫軸上用秒表示時(shí)間，在縱軸表示隨時(shí)間積累的氣體中包含的NO_X的量。曲線C0表示離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)NO_X的量，曲線C3表示離開(kāi)氧化催化器3的NO_X的量，曲線C4表示根據(jù)本發(fā)明的示例1的SCR部件出口的NO_X的量，曲線C5表示具有比較示例2的后處理裝置的排氣管路的末端的NO_X的量，以及曲線C6表示具有根據(jù)本發(fā)明的示例1的后處理裝置的排氣管路末端的NO_X的量。這些不同的曲線的比較確認(rèn)了本發(fā)明的示例的在還原中更好的效率。比較曲線C5和C6允許突出SCR 6部件和SCRF 7部件的互補(bǔ)性，其中聯(lián)合允許在管線的末端達(dá)到極其微小的NO_X水平：在積累到1800秒時(shí)，看到具有本發(fā)明的NO_X的水平(C6)至少相對(duì)于具有比較示例(C5)的水平減少3倍。比較曲線C4和C5還允許突出即使長(zhǎng)度很微小，根據(jù)本發(fā)明的SCR部件6具有與明顯地更長(zhǎng)的比較示例的SCRF 7’的NO_X的還原能力相近的還原能力，這是尤其有利的。

但是位于下游(在后面約8毫米)的SCRF微粒過(guò)濾器7也扮演重要的角色，由于該單元保證了去除微粒并且實(shí)現(xiàn)了例如在強(qiáng)負(fù)荷的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)對(duì)未在SCR部件6中還原的NO_X的處理。

在殼體2的下游放置有NO_X傳感器(未示出在附圖中)，其能夠間接測(cè)量NH₃的排出。因此系統(tǒng)還是“卷曲的”以還避免離開(kāi)排氣管路的NH₃泄漏的所有風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際上，如果NO_X傳感器測(cè)量離開(kāi)排污系統(tǒng)的氨，尿素的噴射會(huì)迅速地被還原且NH₃的泄露被限制/停止。在比較示例2的情況下，如果SCRF 7’過(guò)濾器的SCR催化覆蓋層在1000℃由嚴(yán)重的再生毀壞，分子篩損壞且使氨流失，這限制了還原甚至限制了氨的噴射的中斷。由于因此減少甚至停止NO_X的催化還原，通過(guò)在車(chē)輛邊緣的儀表板點(diǎn)亮的指示燈向駕駛員傳遞警報(bào)。相反地，在根據(jù)本發(fā)明的示例1的情況下，不經(jīng)受微粒過(guò)濾器的熱再生的SCR部件6的存在允許維持大約80％的NO_X還原效率(如已借助圖4的圖像突出的)，且允許保持在駕駛員警報(bào)閾以下(完全避免了排氣管路末端的難聞的氨的排出)。

圖5以直方圖的形式示出了圖像，左側(cè)表示具有包含鐵(Fe)浸漬分子篩的浸漬覆蓋層的SCR部件，且右側(cè)表示其他等同的事物，配備有包含銅(Cu)浸漬分子篩的浸漬覆蓋層的相同部件(與具有根據(jù)本發(fā)明的示例的在前描述相同)。在縱軸上，示出了在老舊的SCR部件上且在例如大約150℃的低溫下測(cè)量的NO_X(以％為單位的)還原效率。兩個(gè)直方圖的方塊從顏色最深(NO₂的百分比最大，等于90％)到顏色最淺(對(duì)應(yīng)于0％的NO₂)對(duì)應(yīng)于進(jìn)入SCR部件的NO₂/NO_X的不同比例。觀察到NO_X的還原對(duì)于NO₂/NO_X的比例為50％最多，且對(duì)于50％的比例，鐵交換分子篩的效率比銅交換分子篩的效率高。還使用該圖像證實(shí)了鐵分子篩對(duì)NO₂/NO_X的比例很敏感，而這對(duì)于銅交換分子篩的情況明顯較不敏感，并且證實(shí)了鐵分子篩在低溫下比銅分子篩的總體性能更好，除非NO₂的比例小于10％。

圖6以十分圖形化的形式示出了在源頭的發(fā)動(dòng)機(jī)的NO_X和CO₂的排出的比較變化：橫軸示出了排放氣體的NO_X的水平(以克每車(chē)輛行駛的千米數(shù)為單位)且縱軸表示排放氣體的CO₂水平(同樣以克每車(chē)輛行駛的千米數(shù)為單位)，還有關(guān)于NO_X水平的根據(jù)Euro 5和Euro 6標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)的最大值的標(biāo)示。了解到發(fā)動(dòng)機(jī)還原其N(xiāo)O_X排出越多，其CO₂排出增加越多。因此，如通過(guò)該圖6所示，當(dāng)以強(qiáng)烈減少CO₂排出的方式設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排出更多的量的NO_X。通過(guò)具有如根據(jù)本發(fā)明的示例1的后處理系統(tǒng)的極度高效的后處理系統(tǒng)，因此可以從源頭上最小化CO₂的排出，并因此最小化碳?xì)淙剂系南?，而不損害排氣管路的末端的NO_X的排出水平。

總之，借助于本發(fā)明的后處理裝置，不僅可以滿(mǎn)足將來(lái)標(biāo)準(zhǔn)的增長(zhǎng)的需求，尤其關(guān)于NO_X的排出水平，而且還可能通過(guò)在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的概念和/或命令控制中朝“低CO₂”策略替換CO₂/NO_X的折衷方案來(lái)降低碳?xì)淙剂系南模⑶冶苊饣蛳拗屏伺艢夤苈纺┒说陌钡呐欧拧?/p>