CN102449278B - 废气后处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的废气后处理系统，包括用于将碳氢化合物引入导引内燃机的过程废气的排气管中的引入装置和在引入位置下游由过程废气流过的并且通过使引入的碳氢化合物氧化来提高过程废气温度的处理装置。按照本发明提供一种废气后处理系统和一种用于运行这种废气后处理系统的方法，其可廉价地实现。这由此实现，即，处理装置具有被涂覆催化剂的构件，所述碳氢化合物在引入装置中至少部分蒸发以及通过裂解反应和/或通过部分氧化而发生化学变化，并且所述铂份额至少在构件的催化剂涂层的部分区域内小于在涂层的该部分区域中的所有起催化作用的物质的总质量的50％。

Description

废气后处理系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的废气后处理系统。本发明还涉及一种用于运行所述废气后处理系统的方法。
背景技术
这种废气后处理系统由EP1537304公开。该废气后处理系统设计用于连接在压燃式发动机、如柴油机上。在此，该文献的主题所要解决的技术问题是减小这种压燃式发动机的总排放。为此而建议，以不同的运行方式运行压燃式发动机并且在排气系统中设置预定选择的催化成分，所述成分至少具有一种铂催化剂。公知的是，可以使用铂催化剂来产生确定的预定的催化反应。
公知的是，使用用于颗粒过滤器例如催化燃烧器的常见的热力式再生系统。在此，大多将液态的HC剂量以及柴油氧化催化剂加入到废气中，该柴油氧化催化剂转化这些碳氢化合物并提供用于将废气温度提高到约600度的热能。优选将燃料在内燃机和催化器之间喷入废气导管中。在轿车应用中，碳氢化合物通常通过后来的、不再热转化的后喷射提供到内燃机的燃烧室中。所有这些系统都利用催化剂，所述催化剂在很大程度上包含铂。此外，也使用明显更物美价廉的钯，主要为了催化剂的热稳定性，然而钯的质量份额最大约为全部贵金属的50％。
由EP1857648可知，所谓的“燃油处理器”可以用于在柴油发动机的排气管路中产生热量。在此，该处理装置可以由氧化催化器和重整催化器组成，其可以利用引入废气中的燃料必要时来加热设置在后面的颗粒陷阱。
发明内容
本发明的目的是，提供一种废气后处理系统和一种用于运行这种废气后处理系统的方法，该系统和方法能够加热内燃机的废气并还能经济地实现。
这些以及其它的在此没有详细述及的、然而由现有技术以显而易见的方式得到的目的通过给出一种用于内燃机的废气后处理系统实现，其包括用于将碳氢化合物引入到导引内燃机过程废气的排气管中的装置，其中，碳氢化合物在该装置中至少部分地蒸发以及通过裂解反应和/或通过部分氧化而发生化学变化，并且其还具有在引入位置下游由过程废气流过的处理装置，该处理装置通过氧化所引入的、部分蒸发的以及通过裂解反应和/或通过部分氧化而发生化学变化的碳氢化合物来提高过程废气温度，其中，用于至少部分蒸发以及用于通过裂解反应和/或通过部分氧化来引起碳氢化合物发生化学变化的装置是这样的装置，它具有带有用于燃料和空气的供给装置的燃烧器以及燃烧室和废气导管，该废气导管配设有用于碳氢化合物的喷入装置，该废气导管在引入位置处通入排气管中，并且提高过程废气温度的处理装置具有被涂覆催化剂的构件，其中，铂的份额至少在构件的催化剂涂层的部分区域内小于在该涂层的所述部分区域中的所有起催化作用的物质的总质量的50％，并且被涂覆催化剂的构件是催化剂基体或者颗粒过滤器，所述催化剂基体或颗粒过滤器可以被分别整体地或者局部不同地涂层，所述部分区域的催化剂涂层包含相对于构件体积或基体体积的贵金属总质量在0.1至10g/L范围内的贵金属，所述处理装置的部分区域的催化剂涂层的钯份额至少为所述部分区域的所有贵金属的总质量的50％，在催化剂涂层的部分区域中的铂份额小于在涂层的该部分区域中的所有起催化作用的物质的总质量的10％。
这种设计构造基于出人意料的认知，即，废气后处理系统可以以比在传统的碳氢化合物混合物的情况下明显更小的在后续处理装置的催化剂组分中的铂含量工作，所述废气后处理系统在使用恰当的引入装置的情况下已经以通过特别的方式蒸发的以及通过裂解反应和/或通过部分氧化而发生化学变化的形式提供碳氢化合物。在此，引入碳氢化合物以及在处理装置中的转化的目标是，连续或者不连续地燃烧在颗粒过滤器中从内燃机的过程废气中过滤出的碳黑颗粒。这可以利用按照本发明的装置非常成功地并且尽管如此还廉价地转化是不可预见的。
在废气后处理系统中，处理装置的构件的催化剂涂层的部分区域包括在提高过程废气温度的处理装置的构件上的催化剂涂层的总质量的至少20％、优选30％、进一步优选50％并且尤其优选100％。构件的催化剂涂层理解为这样的涂层，该涂层沿着在废气加热阶段的流动方向具有大于+1K/cm、优选大于+2.5K/cm并且尤其优选大于+10K/cm的梯度。由此确保了系统的可靠的功能。
在处理装置的催化剂涂层的部分区域中存在其它的起催化作用的物质，尤其是可以存在钯。部分区域的催化剂涂层优选包含相对于构件体积或基体体积的贵金属总质量在0.1至10g/L、优选0.5至5g/L并且尤其优选在0.7至3.5g/L范围内的贵金属。
在一种特别有利的设计构造中规定并且可能的是，处理装置的部分区域的催化剂涂层的贵金属份额小于所考虑的部分区域的催化剂涂层的总质量的10％、优选小于5％并且尤其优选小于3％。在极限情况下这意味着根本不存在贵金属。在这种情况下优选存在其它的起催化作用的物质，这些物质行使催化功能。
因而在一种设计构造中，处理装置的催化剂涂层的部分区域包含其它的起催化作用的物质。然而，在一种优选的实施形式中，贵金属在起催化作用的物质的总质量中的份额大于10％、尤其优选大于30％并且相当尤其优选为100％。
如果存在于部分区域中的贵金属之一是钯，则处理装置的部分区域的催化剂涂层的钯份额为该处理装置的部分区域的所有贵金属的总质量的至少50％、优选至少75％并且尤其优选100％。
如果在部分区域中存在铂，则可由此出发，即，在构件的催化剂涂层的部分区域中的铂份额小于在涂层的该部分区域中的所有起催化作用的物质的总质量的50％、更优选小于30％并且尤其优选小于20％或者极其优选小于10％。在一种特殊的实施形式中，铂含量小于该部分区域的所有起催化作用的物质的总质量的5％、优选小于3％并且尤其优选小于1％，亦即在极限情况下为0％。
起催化作用的物质在本发明的意义中理解为活性金属，亦即VB、VIB、VIIB、VIII、IB和IIB族的过渡金属，并且还尤其是贵金属，这些金属能够作为催化剂涂层的组分在活性金属相对于催化器空间的浓度选为0.1至500g/L、优选0.2至200g/L并且尤其优选0.5至100g/L的范围内时、温度为350摄氏度时将由体积浓度为1000ppmC1的柴油燃料在发动机废气中的蒸发导致的碳氢化合物混合物主要氧化成二氧化碳和水。起催化作用的物质或者活性金属能够以元素的形式和/或以化合物、尤其是氧化物的形式存在。
除了开头所述的起催化作用的物质或活性金属之外，处理装置的催化剂涂层可以包含其它成分，所述成分例如促进起催化作用的物质或者活性金属精细地分布并且通常支持或者甚至能实现其作用机理。尤其是纯净的或混合的铝氧化物、硅氧化物、钛氧化物、锆石的氧化物或稀土的氧化物都属于这些成分，其中，尤其是碱金属元素或碱土金属元素、卤化物和/或硫化物或磷化物的混合物能够进一步改变其特性、如酸度。其它的混合物原则上也是可以的。另外经常使用存储成分，如沸石和/或铈/锆石-混合氧化物。[“Autoabgaskatalysatoren(汽车废气催化器)”，Hagelüken等，expert出版社，第2版，2005]
起催化作用的物质大多布置在这些其它成分之上或者布置在从所述其它成分中选择的部分之上。贵金属、如铂或钯主要以小颗粒的形式存在，所述小颗粒的直径在0.1至100nm、优选0.2至50nm并且还优选0.5至25nm的范围内。
催化剂涂层总体形成高度表面的()并且高度多孔的结构。典型的BET-表面在1至300m2/g、优选50至200m2/g并且尤其优选在80至160m2/g的范围内，气孔容积在0.1至2g/L、优选0.2至1.5g/L并且特别尤其在0.25至1g/L的范围内。
催化剂涂层通常以软浆的形式[“Autoabgaskatalysatoren(汽车废气催化器)”，Hagelüken等，expert出版社，第2版，2005]在一个或多个步骤中涂覆到待涂层的构件上。在个别情况下也可以使用溶液或气相方法。通常涂覆形式为蜂窝体或其它结构的陶瓷基体或金属基体，其它结构例如是泡沫、波纹垫或者纤维网，但原则上也可涂覆光滑的构件、如管内壁。基体可以是简单的通流基体，但也可以是带有过滤功能的基体，在这种基体中待过滤的介质例如被导引通过多孔的陶瓷壁或者金属纤维网。
催化剂涂层的功能在于，将在输入气体中的定量配入的、可氧化的成分、尤其是碳氢化合物(HC)尽可能在很大程度上转化为二氧化碳和水并且在此产生热量。来自输入气体的这些成分的一部分能够在中间以吸附或流质的形式存储在涂层中，其中，尤其有功能的涂层的优点在于，功能性尽可能小地受到这种存储效果损害。在该应用中，特别有功能的催化剂涂层的特征在于在出口处小的碳氢化合物浓度和尤其在处理装置的提高温度的部分区域的进入区域中的小的径向温差，其中，这些特性在典型地约10至20分钟的完整再生时间内保持尽可能恒定。
催化剂涂层优选以相对于构件体积或基体体积为5至300g/L、优选10至150g/L并且尤其优选在20至130g/L的量涂覆。涂层的层厚优选在5至200μm、优选10至100μm并且尤其优选在20至60μm范围内。如果使用贵金属作为活性成分，则贵金属总质量相对于构件体积或基体体积优选在0.1至10g/L的范围内。非贵重的活性金属或者起催化作用的物质可以具有明显更高的装载量并且在极限情况下形成完全的涂层。
尤其是如果在处理装置的部分区域的催化剂涂层中使用钯，则起催化作用的物质的铂质量份额在极限情况下为0％。这在本发明的时候是不能想象的。通常在这些氧化碳氢化合物的催化剂中存在大份额的、昂贵的铂。
无铂的涂层的优点在于：
●钯的价格多年的均值明显低于铂的价格均值，非贵重金属明显更便宜，
●实现NO2排放非常小的系统(NO2有毒并且在排放方面受到限制，形成NO2的系统在地下运行或者在室内经常是不允许的)。
●出人意料地，尽管已知钯的硫敏感性，但与含铂的涂层相比实现提高的硫耐受性。钯和非贵重活性金属与铂相比对SO2到SO3的氧化有明显更小的作用，相应地显然很可能形成更少量的、与催化剂的硫中毒有关的硫酸盐。
优选通过所谓的柴油氧化催化器来提高废气温度。这意味着，提高过程废气温度的处理装置的构件的催化剂涂层的部分区域是这种柴油氧化催化器的一部分或全部。但在一种特别的实施形式中也可以或者仅仅通过待再生的过滤器实现废气温度的升高。在极限情况下，根本不需要柴油氧化催化器，而碳氢化合物混合物被直接导引到被涂覆催化剂的颗粒过滤器上，该颗粒过滤器在这种情况下形成提高过程废气温度的处理装置的唯一的被涂覆催化剂的构件。在这种情况下自然值得追求的是，尽可能快地在进入过滤器之后达到对于再生足够的温度。
提高过程废气温度的被涂覆催化剂的构件是催化剂基体或颗粒过滤器，所述催化剂基体或颗粒过滤器可以被分别整体地或局部不同地涂层。也可以想到带有一个或多个彼此叠置的催化活性层的涂层方案。在本发明的范围中，例如可以为柴油氧化催化器或也可以承担其它任务的其它催化器配设或安装作为独立构件的催化剂涂层，或者最终将带有催化剂涂层的柴油氧化催化器集成到颗粒过滤器中。当然也可以在本发明的范围中设置两种所述构造的组合方案。
在本发明的一种扩展方案中，处理装置的部分区域优选包括一个整个的提高过程废气温度的被涂覆催化剂的构件或者一个这种构件的一部分或多个这种构件的多个部分。每个构件可以具有多个具有不同特性的部分区域，其中一个部分区域具有前述的特性。该部分区域不必强制是相应构件的第一部分，但应当至少沿流动方向布置在这种构件、尤其是颗粒过滤器的局部涂层的前部。
用于至少部分蒸发以及通过裂解反应和/或通过部分氧化引起碳氢化合物发生化学变化的引入装置在另一种设计构造中是这样一个装置，该装置具有带有用于燃料和空气的供给装置的燃烧器以及燃烧室和配设有用于碳氢化合物的喷入装置的废气导管，该废气导管在引入位置处通入排气管(图2)。喷入的碳氢化合物以液态燃料的形式存在，该燃料优选是相同的燃料、如柴油，该燃料也通过燃烧器的供给装置喷入。但原则上也可以使用气态的燃料、如天然气来运行燃烧器。通过喷入装置分开地引入额外的燃料提供这样的优点，与现有技术不同地不再必须全部通过燃烧器的供给装置输入例如对于过程所需的燃料量，而是在燃烧器的下游输入全部所需的燃料的一部分量作为“次级燃料量”。该次级燃料量然后最终完全受控地准备和/或燃烧。相应的运行方法的特征基本上在于，燃烧器提供基本热功率，该基本热功率的下限值通过提供足以使喷入废气导管中的燃料量蒸发的能量额来预定。结果，这种用于运行废气后处理系统的设计构造或者方法可比传统的废气后处理系统明显更廉价地实现。
在本发明的扩展设计中，喷入装置(5)在废气导管(4)的通入部(11)具有雾化喷嘴，尤其是压力雾化喷嘴或空气流雾化喷嘴。通过该压力雾化喷嘴使液态的燃料仅通过燃料的压力雾化。或者，喷入装置也可以设计为空气流雾化喷嘴。在此，这样运行空气流雾化喷嘴，使得燃料以小的空气量引入到废气导管中。在空气流雾化喷嘴正常运行时，例如需要20L/min的空气和2cm3/min的燃料来提供能点燃的燃料-空气混合物，而通过按本发明运行的空气流雾化喷嘴可将20L/min的空气和直至100cm3/min的燃料雾化。这种富集的燃料-空气混合物最初是不能点燃的。
在另一种设计构造中，在废气导管中在喷入装置的通入部的区域中设置有文丘里装置。该文丘里装置使得相互汇合的废气子流和蒸发的燃料迅速混合。
在本发明的另一种设计构造中，带有燃烧室的燃烧器、废气导管和喷入装置集成在一个壳体中并且该壳体与排气管相适配。因此提供一个能够安装在不同排气管上的结构单元。在此，在理想情况下壳体可以这样构造，即该壳体在应用在内燃机上时可以在内燃机附近、例如直接在内燃机的排气总管或废气涡轮增压器后面安装到排气系统上。
在另一种设计构造中，废气导管以至少一个出口伸入排气管中。由此确保彼此相汇的气体流良好地混合。为此，废气导管优选居中地这样插入排气管，使得废气导管的出口沿过程废气流的流动方向、亦即例如内燃机废气流的流动方向布置。因此提高过程废气的流动速度，这有助于将燃烧器废气和蒸发的燃料组成的气体混合物与过程废气迅速地混合。由此，即便在过程废气包含氧气时，也能够防止点燃气体混合物。为了进一步阻止在入口的区域发生化学反应，可以设置相应的支持于此的辅助器件。这种可能的辅助器件例如是布置在废气导管的出口前面的板或者锥形件，其中，锥顶朝向废气导管的出口定向。也规定，额外地或替代地为了进一步提高出口区域内的流动速度而在排气管中例如以文丘里装置或文丘里喷嘴的形式设置流动收缩部。换句话说，应当抑制通过蒸发的燃料制备的燃烧器废气与过程废气的可能的反应。
在本发明的扩展设计中，导引过程废气的气体引导装置通入废气导管中。由此，向燃烧器废气和蒸发的燃料输入过程废气。因此受控地冷却燃烧器废气(在喷入装置沿流动方向供料时)，具体以这样的形式，即，提供足以使喷入的燃料蒸发的功率，但是却防止点燃该燃料。但是也可以在喷入装置的区域内或者沿流动方向在喷入装置后面实现供料。通过恰当地选择所述的辅助器件可以根据需要促进或防止燃料与燃烧器废气和/或过程废气的化学反应。尤其是通过影响在喷入装置区域内的温度可以通过喷入的燃料与燃烧器废气的反应有针对性地产生支持在后续的柴油氧化催化器中所希望的反应的物质。
前述的结构设计被有利地用于转换到按本发明的运行方法的下述的其它设计中。
在运行用于内燃机的按本发明的废气后处理系统的方法中，喷入的碳氢化合物在装置中至少部分地蒸发以及通过裂解反应和/或通过部分氧化而发生化学变化，其中，作为装置组成部分的燃烧器(2)提供基本的热功率，该基本的热功率的下限值通过提供足以使通过喷入装置(5)引入到燃烧器(2)的废气导管(4)中的碳氢化合物量蒸发的能量额来预定。
优选至少在起氧化作用的处理装置的部分区域中设置起催化作用的涂层，其中，铂份额至少在构件的催化剂涂层的部分区域中小于在涂层的该部分区域中的所有起催化作用的物质的总质量的50％。燃烧器(2)还优选产生附加地将过程废气加热到预定温度的热功率。
因此，燃烧器可以在0.75至1.75、优选0.9至1.1的λ-范围内运行。另外燃烧器这样设计，使得该燃烧器可用在相当于发动机额定功率的约1至25％、优选2至20％并且尤其优选2.5至15％的功率范围内。本发明的一个目的是，以尽可能小的功率运行燃烧器，因为然后尤其是所需的、用于输入(燃烧)空气的空气输送装置可以较简单地构造。
另外，通过按本发明的方法以一般的形式将喷入的燃料(必要时在直接添加部分量过程废气的情况下)通过燃烧器废气蒸发并且与燃烧器废气和全部量的过程废气一起导入废气后处理装置中，以便引起在此规定的反应。在此，喷入的燃料与燃烧器废气和过程废气一起经由排气管输入到催化器、尤其是柴油氧化催化器和后续的颗粒过滤器并且在催化器(柴油氧化催化器)中和/或在必要时还额外被涂覆催化剂的颗粒过滤器中氧化。这种设计构造的一个特别的优点是，氧化反应只有在催化器(柴油氧化催化器)中进行并因此才在这里产生对于再生颗粒过滤器所需的温度。如果喷入的燃料已经在引入到废气导管中的位置处被点燃，则这与整个排气系统的较高的热负荷相关联并且必须通过较大的燃料量来补偿显著的热损失。
所建议的系统的决定性的优点是，通过蒸发和/或化学改性而改变的碳氢化合物在催化器(柴油氧化催化器)中或在被涂层的颗粒过滤器或其组合中进行与传统系统的反应至少部分不同的化学反应。这是根据本发明可以通过钯替代铂的原因。
在催化器(柴油氧化催化器)中或者在被涂层的颗粒过滤器或它们的组合中通过使喷入的燃料氧化例如产生直至650摄氏度的温度，该温度对于再生颗粒过滤器是所需的。在方法的另一种设计中，部分量的喷入的燃料在放热的情况下在废气导管和/或与过程废气汇合的地方内部被氧化。由此可以在燃烧器功率设定为最小时这样程度地提高总的热功率，使得实现了催化器(柴油氧化催化器)或被涂层的颗粒过滤器或它们的组合的可靠的开始运行。为了启动其活性，也就是为了启动所引入的蒸发的燃料的催化反应，催化器(柴油氧化催化器)或者被涂层的颗粒过滤器或它们的组合必须达到预定的最低温度、例如300摄氏度。该温度通过累积燃烧器功率和通过燃烧的部分量产生的功率达到。
在另一种设计构造中，喷入的燃料量的氧化的部分量与全部喷入的燃料量无关地至少保持几乎恒定。在此还规定，在部分转化的燃料量低于临界量之后终止部分转化并且全部蒸发燃料。这些不同的作用通过严格地控制燃烧器中的燃烧空气比例和/或严格地控制在使用空气流雾化喷嘴的情况下为空气流雾化喷嘴输入的雾化空气的量来实现。同样在考虑输入地点的情况下，其它影响参量是喷入装置的通入部的布置位置和部分量过程废气的输入(用于冷却燃烧器废气因此以及蒸发流体)。
附图说明
由附图说明能得出本发明其它有利的设计构造，在附图说明中详细描述了在附图中示出的、本发明的实施例。在附图中示出：
图1以示意图示出用于内燃机的废气后处理系统的总视图；
图2示出与排气管协同作用的蒸发装置的第一实施形式；
图3示出与排气管协同作用的蒸发装置的第二实施形式；以及
图4示出与排气管协同作用的蒸发装置的第三实施形式。
具体实施方式
在图1中所示的系统具有内燃机17，该内燃机尤其是柴油机。向内燃机17输入柴油燃料和空气，该柴油燃料和空气在图示的四个汽缸18中燃烧并且通过在汽缸中活动的活塞和连杆使曲轴转动运动。在汽缸18中燃烧的废气通过总管19导入排气管6中。燃烧器2的废气导管4伸入排气管6中，其中，喷入装置5伸入废气导管4中。如在以下还将全面说明的那样，向燃烧器2输入燃料和空气，同时通过喷入装置5将液态的燃料喷入废气导管4中。由燃烧器2、喷入装置5和废气导管4组成的系统在以下称为蒸发装置。在废气导管4的通入部的下游，在排气管6中安装有柴油氧化催化器15和颗粒过滤器16。在颗粒过滤器16中尤其是从内燃机17的过程废气中滤出的碳黑颗粒借助在废气后处理系统中产生的热量燃烧。
按图2至4的蒸发装置在所有实施形式中具有一个壳体1，燃烧器2、燃烧室3、废气导管4和用于液态燃料的喷入装置5集成在该壳体中。在此，壳体1同样在所有的实施形式中这样与排气管6连接，使得废气导管4以出口7同心地伸入排气管6中并且出口7沿流经排气管6的过程废气的流动方向布置。
燃烧器2具有一用于气态或液态的燃料的供给装置8a以及一用于空气的供给装置8b。燃料和空气以恰当的方式相互混合并且例如通过空气流雾化喷嘴9引入燃烧室3中，并且该混合物在燃烧室3中燃烧。为此，以恰当的方式点燃在燃烧器2和/或燃烧室3中的混合物。为了使热量损失保持得小，燃烧室3尽可能在很大程度上绝热地装入壳体1中。燃烧室3具有流出开口10，燃烧废气通过该流出开口进入废气导管4中并且沿着废气导管4一直流到出口7，以便在那里与在排气管6中流动的过程废气(即内燃机废气)混合。这样调节由燃料和空气组成的混合物，使得在燃烧室3的流出开口10的区域内在很大程度上排除氧化反应并因此使加热的废气流流入废气导管4中。喷入装置5以通入部11优选与废气导管4同心地通入废气导管4中。在通入部11的位置处设置有雾化喷嘴，通过该雾化喷嘴使通过喷入装置5输入的液态燃料精细地雾化。因此加热并且蒸发这样引入的燃料。文丘里装置12a在通入部11的区域内置入废气导管4中。文丘里装置12a使得蒸发流体与废气额外地混合。在出口7的区域内设置有抑制装置13，该抑制装置在该实施例中设计为碰撞板并且使得从出口7流出的、与蒸发的蒸发流体混合的废气和过程废气混合。同时，抑制装置13可以用于避免点燃在此产生的总混合物。为了提高过程废气流的流动速度，在出口7或抑制装置13的区域内、在排气管6中装入文丘里装置12b。
以所述的方式形成的总混合物然后被输入给废气后处理装置，该废气后处理装置具有选择性催化还原氮氧化物的催化器和/或NO-储存催化器和/或柴油氧化催化器15和颗粒过滤器16。
按图3的实施形式与按图1的实施形式的区别在于，在此额外地在文丘里装置12a的区域内设置有形式为布置在废气导管4的圆周上并且大致通到文丘里装置12a中央的孔的气体引导装置14。通过该气体引导装置14将部分量的过程废气导引到废气导管4中。此外，在该实施形式中，在通入部11的区域内没有安装文丘里装置12b。
按图4的实施形式与按图2的实施形式的区别在于，废气引导装置14在此在文丘里装置12a下游的区域中加入到废气导管4中。
附图标记
1壳体
2燃烧器
3燃烧室
4废气导管
5喷入装置
6排气管
7出口
8a、8b供给装置
9空气流雾化喷嘴
10流出开口
11通入部
12a、12b文丘里装置
13抑制装置
14气体引导装置
15柴油氧化催化器
16颗粒过滤器
17内燃机
18汽缸
19总管
例子：
催化器A(按照本发明)：
柴油氧化催化器(DOC)在堇青石基体上带有60g/ft3的Pd，该基体的尺寸为D9.5”×L4.5”、孔密度为300cpsi以及壁厚为5mil(千分之一英寸)。催化器通过用硝酸钯溶液浸渍氧化铝(BET-表面160m2/g)并且将浸渍的氧化物以130g/L的装载量涂覆到基体上并接着干燥和退火来制造。然后将催化器放在炉中以700摄氏度在空气中时效处理16小时。
催化器B(按照本发明)：
被涂覆催化剂的过滤器(CDPF)在堇青石-表面过滤器基体上带有总共25g/ft3的Pd，该基体的尺寸为D9.5”×L12”、孔密度为200cpsi以及壁厚为12mil。钯含量在从入口出发的5英寸的范围内为46g/ft3，在其余区域为10g/ft3。
催化器C(按照本发明)：
DOC在堇青石基体上带有40g/ft3的、Pt:Pd质量份额为1:4的铂和钯，该基体的尺寸为D9.5”×L4.5”、孔密度为300cpsi以及壁厚为5mil。该催化器通过用硝酸钯溶液和硝酸铂溶液浸渍硅酸铝(BET-表面150m2/g、5％的SiO2)并且将浸渍的氧化物以130g/L的装载量涂覆到基体上并接着干燥和退火来制造。然后将催化器放在炉中以700摄氏度在空气中时效处理16小时。
催化器D(按照本发明)：
DOC在堇青石基体上带有30g/ft3的、Pt:Pd质量份额为1:2的铂和钯，该基体的尺寸为D9.5”×L4.5”、孔密度为300cpsi以及壁厚为5mil。催化器通过用硝酸钯溶液和硝酸铂溶液浸渍硅酸铝(BET-表面150m2/g、5％的SiO2)并且将浸渍的氧化物以130g/L的装载量涂覆到基体上并接着干燥和退火来制造。然后将催化器放在炉中以700摄氏度在空气中时效处理16小时。
催化器E(不按照本发明)：
DOC在堇青石基体上带有30g/ft3的、Pt:Pd质量份额为2:1的铂和钯，该基体的尺寸为D9.5”×L4.5”、孔密度为300cpsi以及壁厚为5mil。催化器通过用硝酸钯溶液和硝酸铂溶液浸渍硅酸铝(BET-表面150m2/g、5％的SiO2)并且将浸渍的氧化物以130g/L的装载量涂覆到基体上并接着干燥和退火来制造。然后将催化器放在炉中以700摄氏度在空气中时效处理16小时。
系统结构：
发动机：满足DeutzTierIII规定的TCD2012L06-4，
燃烧器：10kW的加热功率(柴油燃料供给)、带有到燃烧器火焰中的次级柴油定量配入
催化器分别在从催化器入口和出口侧开始的1英寸的深度中装载10个热敏元件T5.1i至T5.10i或者T5.1o至T5.10o。
实验执行：
在催化器系统满负荷预处理30分钟后，调节希望的发动机运行点(EOP)并且接通功率为10kW的燃烧器。产生废气质量流MFR。在DOC-入口处的温度稳定在目标值T5.0之后，将次级柴油燃料以这样的量喷入燃烧器的火焰中，以便在绝热条件下完全燃烧时达到650摄氏度的目标温度。定量配入在8分钟内保持恒定并然后再次停止。记录下催化器之前、之后和之中的温度以及在催化器后面的HC-量HC_out。接着，在接通燃烧器时开始新的发动机运行点。在DOC-入口温度稳定之后，重新定量配入相应的柴油燃料量到燃烧器火焰中并且进行测量。然后对其它的每个运行点重复。
催化器 相对成本
A 100％
C 107％
D 100％
E 150％
相对成本是基于铂与钯在五年内的平均价格比例约为4确定的。催化器B没有可比性，因为在此还集成有过滤功能。
可看出，随着铂份额的降低，碳氢化合物(HCout)的滑差降低，并且在催化器入口区域内的温度平均值(ΦT5.xi)升高。为此，在再生循环的最后20s内求得各个热敏元件的测量值并由此再次形成总平均值。在再生循环(σT5.xi)的最后20s内的该温度测量位置的标准差在少铂的催化器中较小，这指明较一致的燃烧。该观察以特别的程度适用于低的入口温度T5.0。
只按本发明的催化器相对于非按本发明的变型方案在相同或较低的成本时显示出令人满意的功效。
催化器B由于集成的过滤功能和明显降低的装载量而承担分开的状况。过滤器基体的较小的装载量以及较高的热量和较小的表面导致燃烧在监测的入口区域内部较差地启动并且不均匀地进行。因此，所达到的平均温度ΦT5.xi在入口处相比明显下降而标准差更高。然而已经在过滤器的前部达到600或650摄氏度的目标温度。
在额外的较强的时效处理(在800摄氏度、80％的N2/10％的O2/10％的H2O中16小时)时的其它试验表明，该差别更强地显现。

Claims (18)

1.用于内燃机的废气后处理系统，包括：用于将碳氢化合物引入到导引内燃机过程废气的排气管中的引入装置，其中，碳氢化合物在所述装置中至少部分地蒸发以及通过裂解反应和/或通过部分氧化而发生化学变化；以及在引入位置下游由过程废气流过的处理装置，该处理装置通过氧化所引入的、部分蒸发的以及通过裂解反应和/或通过部分氧化而发生化学变化的碳氢化合物来提高过程废气温度；其特征在于，用于至少部分蒸发以及用于通过裂解反应和/或通过部分氧化来引起碳氢化合物发生化学变化的所述装置是这样的装置，它具有带有用于燃料和空气的供给装置的燃烧器(2)以及燃烧室(3)和废气导管(4)，该废气导管配设有用于碳氢化合物的喷入装置(5)，该废气导管在引入位置处通入排气管(6)中，并且提高过程废气温度的处理装置具有被涂覆催化剂的构件，其中，铂份额至少在构件的催化剂涂层的部分区域内小于在涂层的该部分区域中的所有起催化作用的物质的总质量的50％，并且所述被涂覆催化剂的构件是催化剂基体或颗粒过滤器，所述催化剂基体或颗粒过滤器分别能被整体地或局部不同地涂层，所述部分区域的催化剂涂层包含相对于构件体积或基体体积的贵金属总质量在0.1至10g/L范围内的贵金属，所述处理装置的部分区域的催化剂涂层的钯份额至少为所述部分区域的所有贵金属的总质量的50％，在催化剂涂层的部分区域中的铂份额小于在涂层的该部分区域中的所有起催化作用的物质的总质量的10％。
2.如权利要求1所述的废气后处理系统，其特征在于，所述处理装置的构件的催化剂涂层的部分区域包括在提高过程废气温度的处理装置的构件上的催化剂涂层的总质量的至少20％。
3.如权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，所述贵金属在所述处理装置的部分区域的所有起催化作用的物质的总质量中的份额大于10％。
4.如权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，所述处理装置的部分区域的催化剂涂层的铂份额小于所述部分区域的所有起催化作用的物质的总质量的1％。
5.如权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，所述部分区域包括一个整个的提高过程废气温度的、被涂覆催化剂的构件或者一个这种构件的一部分或者多个这种构件的多个部分。
6.如权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，所述部分区域形成这种构件的局部涂层的沿流动方向的前部。
7.如权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，所述喷入装置(5)在废气导管(4)中的通入部(11)具有雾化喷嘴。
8.如权利要求7所述的废气后处理系统，其特征在于，所述雾化喷嘴是压力雾化喷嘴或者空气流雾化喷嘴。
9.如权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，在所述废气导管(4)中、在所述喷入装置(5)的通入部(11)的区域内设置有文丘里装置(12a、12b)。
10.如权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，燃烧器(2)、废气导管(4)和喷入装置(5)集成在一个壳体(1)中并且该壳体(1)与排气管(6)相适配。
11.如权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，所述废气导管(4)以出口(7)伸入排气管(6)中。
12.如权利要求11所述的废气后处理系统，其特征在于，所述废气导管(4)同心地插入排气管(6)中，使得废气导管(4)的出口(7)沿过程废气流的流动方向布置。
13.如权利要求11所述的废气后处理系统，其特征在于，在出口(7)的区域内存在抑制装置(13)和/或文丘里装置。
14.如权利要求1或2所述的废气后处理系统，其特征在于，导引过程废气的废气引导装置(14)通入废气导管(4)中。
15.如权利要求14所述的废气后处理系统，其特征在于，导引过程废气的废气引导装置(14)在引入装置的通入部(11)上游通入废气导管(4)中。
16.用于运行按权利要求1至15中的一项所述的用于内燃机的废气后处理系统的方法，其特征在于，碳氢化合物在所述装置中至少部分地蒸发以及通过裂解反应和/或通过部分氧化而发生化学变化，并且燃烧器(2)作为所述装置的组成部分提供这样的基本热功率，该基本热功率的下限值通过提供足以使通过喷入装置(5)引入到燃烧器(2)的废气导管(4)中的碳氢化合物量蒸发的能量额来预定。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，起催化作用的涂层至少布置在起氧化作用的处理装置的部分区域中，并且铂份额至少在所述构件的催化剂涂层的部分区域中小于在涂层的该部分区域中的所有起催化作用的物质的总质量的50％。
18.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述燃烧器(2)产生附加地将过程废气加热到预定温度的热功率。
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