CN102725489A - 罐式后处理模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于与发动机一起使用的后处理模块(10)。该后处理模块可以包括罐(12)、和被布置在罐中的并沿轴向将罐分为第一部分(20)和第二部分(22)的壁(18)。该后处理模块还可以具有布置在第一部分内的第一处理装置(28)、与第一部分连接的入口(14)、布置在第二部分内的第二处理装置(30)、与第二部分连接的出口(16)以及从第一部分延伸到第二部分的外部的管(24)。

Description

罐式后处理模块

技术领域

本发明涉及一种后处理模块，更特别地涉及一种罐式后处理模块。

背景技术

包括柴油发动机、汽油发动机、气体燃料动力的发动机以及本领域已知的其他发动机在内的内燃机排放空气污染物的复杂混合物。这些空气污染物由气体化合物组成，这些气体化合物尤其包括氮氧化物(NO_X)。由于环境意识的提高，尾气排放标准越来越严格，可以根据发动机的型号、发动机的大小和/或发动机的类型对由发动机排放到大气中的NO_X的量进行规定。

为了满足NO_X的法规，一些发动机制造商已经实现了一种被称为选择性催化还原(SCR)的策略。SCR是还原剂(最常见的为尿素((NH₂)₂CO)或水/尿素溶液)被选择性地喷射到发动机的废气流中以及被吸附在下游的载体上的过程。被喷射的尿素溶液分解成氨(NH₃)，氨与废气中的NO_X反应形成水(H₂O)和双原子氮(N₂)。

在一些应用中，可能需要用于SCR目的的载体非常大以有助于确保其具有足够的表面积或有效的体积来吸附对于有效还原NO_X而言所需的适当量的氨。这些大型的载体非常昂贵而且在排气系统中需要相当大的空间。此外，载体必须被布置在喷射位置的下游足够远的地方以使得氨溶液有时间分解为氨气并均匀地分布在废气流中以有效地还原NO_X。这种空间布置会进一步增加排气系统的封装难度。

在Makoto的在2008年11月13日出版的日本专利公开文件No.2008/274,851(’851公开文件)中公开了一种与内燃机一起使用的示例性的配备SCR的系统。这个系统包括废气净化设备，该废气净化设备具有气体聚集罐、一个单独的分散罐、以及在气体聚集罐和气体分散罐的边缘之间连接的混合管。颗粒过滤器和氧化催化器被布置在气体聚集罐中，而SCR催化器和氨还原催化器则被布置在气体分散罐内。氨喷射器位于混合管中，在SCR催化器的上游。

虽然在尺寸上紧凑了，但是’851专利可能依然存在问题。尤其是在’851系统中使用的多个罐可能增加部件成本、封装复杂度以及系统的整体尺寸。此外，单个的SCR催化器可能很大并由此使系统成本上升。

本发明所公开的后处理模块解决了在上面所述的一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。

发明内容

本发明的一个方面公开了一种后处理模块。该后处理模块可以包括罐、和被布置在罐中的并沿轴向将罐分为第一部分和第二部分的壁。该后处理模块还可以具有布置在第一部分内的第一处理装置、与第一部分连接的入口、布置在第二部分内的第二处理装置、与第二部分连接的出口以及从第一部分延伸到第二部分的外部的管。

本发明的第二方面公开了另一种后处理模块。该后处理模块可以包括罐、在罐的第一端部部分处位于罐中的第一处理装置、以及在罐的相对的第二端部部分处位于罐中的第二处理装置。该后处理模块还可以包括物理上位于第一和第二处理装置之间并且在第一和第二处理装置两者的上游的入口，和物理上位于第一和第二处理装置之间并且在第一和第二处理装置两者的下游的出口。

本发明的第三方面公开了又一种后处理模块。该后处理模块可以包括罐，该罐具有在第一端部处的入口和在对置的第二端部处的出口。该后处理模块还可以包括外部的管，其与入口连接并具有总流动长度是罐的流动长度多倍的蜿蜒形状。该外部的管可以被包含在罐的轴向长度尺寸之内。该后处理模块还可以包括布置在外部的管内的第一处理装置和布置在罐内的第二处理装置。

附图说明

图1以横向剖视图示出了示例性公开的后处理模块，

图2以右视图示出了图1的后处理模块，

图3以端视图示出了图1的后处理模块，以及

图4以立体图示出了另一后处理模块。

具体实施方式

在图1至图3中示出了示例性的后处理模块10。后处理模块10可包括单个罐12，该罐由具有防腐蚀特性的材料制成，例如不锈钢。在图1至图3中所示出的实施例里，罐12包括单个入口14和单个出口16。然而，可以预计的是，后处理模块10可以包括所希望的任何数量的入口和出口。后处理模块10还可以包括内壁18，其沿轴向将罐12分成第一部分20和第二部分22，该第一部分相对于第二部分密闭地密封。壁18可以相对于罐12的纵向轴线倾斜，从而使得在入口14处的流动区域和在出口16处的流动区域各自与入口14和出口16的距离变小。

外部的管24可以将第一部分20与第二部分22流体连通。在一种实施例中，外部的管24可以与罐12轴向平行，并且通过挠性联接件26在相对的两端连接到罐12的圆柱形侧面。该挠性联接件26可以是能够弯曲大约90度角以及在罐12上具有椭圆形开口并在管24处具有圆形开口的眼镜蛇头型联接件。若需要的话，也可以使用其他类型的联接件。

后处理模块10还可以具有位于第一部分20的第一端部内的一个或多个处理装置，以及位于第二部分22的第二对置端部内的一个或多个处理装置。例如，氧化催化器28可以布置在第一部分20内，而组合式柴油颗粒滤清器/SCR(CDS)催化器30可以布置在第二部分22内。在一种实施例中，还可以在第二部分22内在CDS催化器30的下游布置附加的催化器32。催化器32可以包括起SCR催化器作用的上游区域32A以及起清理催化器(如氨还原催化器)作用的下游区域32B。在一种替代的实施例中，催化器32可以是专门的清理催化器(例如，催化器32可以不具备SCR功能性)。可以想到的是，虽然在罐12中需要额外的空间，但是在需要时CDS催化器30可以替代地被一个单独的且专门的颗粒滤清器和SCR催化器代替。在罐12的相对两端可以留有空间34，该空间位于所有布置在罐中的处理装置的轴向外侧，以用作有益于废气在通向和来自外部的管24的联接件26的相应处理装置的表面上充分平均分配的歧管。

在上面所描述的结构中，入口14和出口16两者都可以在物理上位于在第一部分20和第二部分22内的处理装置之间。入口14可以位于所有处理装置的上游。出口16可以位于所有处理装置的下游。入口14可以从罐12沿大致与出口16的延伸方向相反的方向延伸。

氧化催化器28可以是例如柴油氧化催化器(DOC)。作为DOC，氧化催化器28可包括多孔陶瓷蜂窝状结构、金属网、金属或陶瓷泡沫，或者其他涂有或以其它方式含有催化材料(例如贵金属)的合适载体，该催化材料催化化学反应来改变经由氧化催化器28的废气的组分。在一种实施例中，氧化催化器28可以包括有利于将NO转化为NO₂的钯、铂、钒、或它们的混合物。在另一实施例中，氧化催化器28可以替代地或附加地执行颗粒捕捉功能(也就是说，氧化催化器28可以是催化微粒捕捉器，例如CRT或CCRT)、减少碳氢化合物的功能、减少一氧化碳的功能，和/或本领域已知的其他功能。

如上面所描述的，CDS催化器30可以被构造用于执行颗粒捕捉功能。特别地，CDS催化器30可以包括被构造用于从废气流中除去颗粒物的滤清介质。在一种实施例中，CDS催化器30的滤清介质可以是通常为圆柱形的深埋型(deep-bed type)滤清介质，其被构造用于以大致均质的方式在其整个厚度上积累颗粒物。滤清介质可以包括具有流动入口侧和流动出口侧以及通过烧结工艺由金属颗粒或陶瓷颗粒制成的低密度材料。可以想到的是，滤清介质可以替代地是表面型滤清介质，其由陶瓷泡沫、金属网或任一其他适合的材料制成。

CDS催化器30还可以被构造用于执行SCR功能。具体地，CDS催化器30的滤清介质可以由陶瓷材料例如钛氧化物；贱金属氧化物，如钒和钨；沸石；和/或贵重金属制成或者以其它方式涂层有上述材料。通过这种合成物，在经过CDS催化器30的废气流中伴随的分解的还原剂可以被吸附到滤清介质的表面上和/或滤清介质内，在那里还原剂可以与废气中的NOx(NO和NO₂)反应以形成水(H₂O)和双原子氮(N₂)。可以想到的是，CDS催化器30可以在CDS催化器30的整个介质上同时执行颗粒捕捉功能和SCR功能或者替代地在需要时以串行的方式执行颗粒捕捉功能和SCR功能。

如上面所描述的，催化器32可包括上游区域32A和下游区域32B。特别地，催化器32的单载体块可以包括基本上位于上游的区域(32A)，该区域与CDS催化器30类似，由下述材料制成或者以其它方式涂层有这种材料，该材料在表面上吸附还原剂或以其它的方式使还原剂内含，以与经过它的废气中的NOx(NO和NO₂)反应，形成水(H₂O)和双原子氮(N₂)。同时，催化器32的载体块还可以包括基本上位于下游的区域(32B)，该区域涂层有或者以其它方式含有将废气中残留的还原剂氧化的不同的催化剂。

还原剂喷射器36可以被布置在管24的上游端部或者靠近管24的上游端部(例如，在管24的上游端部内、在联接件26内或者在间隙34内)并且被构造用于将还原剂喷射到流经管24的废气中。气态或液态的还原剂，通常为水/尿素溶液、氨气、液化无水氨、碳酸铵、氨络物的盐，或碳氢化合物(如柴油)，可被还原剂注射器36喷洒或以其它方式推进到流经管24的废气中。还原剂喷射器36可以被布置在位于CDS催化器30上游的一段距离处，以允许喷射的还原剂在进入CDS催化器30之前有足够的时间与废气混合并且能够充分地分解。这样，充分分解的还原剂在流经CDS催化器30的废气中的均匀分布可以增强废气中NO_X的还原。在还原剂喷射器36和CDS催化器30之间的距离(即，管24的长度)可基于废气流经后处理模块10和/或在管24的横截面区域上的流动速率。在图1至图3中所绘的例子中，管24可以延伸罐12的长度的大部分。

为了增强还原剂与废气的结合，在管24内可以设有混合器38。在一种实施例中，混合器38可以包括翼或叶片以在废气流过管24时产生废气的涡旋运动。在另一实施例中，混合器38可以包括从管24的内壁沿径向朝内向管24的纵向轴线延伸一段距离的环，该环被构造用于增强在管24内的废气紊流。在又一实施例中，混合器38可以位于还原剂喷射器36的上游或下游(在图1至图3中所示)。

可设置一个或多个探测器用于监控后处理模块10的参数。例如，第一探测器40可以位于第二部分22的空间34中(例如，相对于罐12的中心从CDS催化器30沿轴向向外)，而第二探测器42可以位于第二部分22内出口16处(例如，沿轴向在氧化催化器28与催化器30和32之间)。在一种实施例中，第一探测器40可以是温度探测器，其被构造用于产生指示进入CDS催化器30的废气的温度的第一信号。该第一信号可以尤其被用于确定CDS催化器30的工作温度和预计效率。第二探测器42可以被用于检测离开催化器32的废气的成分，例如NO_X的浓度或残余还原剂。第二探测器42可以产生指示这种成分的第二信号，第二信号尤其被用于确定CDS催化器30和/或催化器32的实际效率。可以想到的是，在需要时，第一和/或第二探测器40、42可以被构造用于检测其他参数，以及被用于其他目的。

可以想到的是，在某些情况下，能够接触后处理模块10的处理装置可以是有帮助的。因此，在一种实施例中，在后处理模块10的各对置端部处围住空间34的、罐12的端部部分能够以可移去的方式与装有氧化催化器28、CDS 30和催化器32的罐12的中间部分连接。例如，若需要的话，端部部分可以与中间部分螺纹连接或者闩锁连接。通过这种构造，端部部分可以选择性地被移去以检查和/或更换各个催化器。

图4示出了后处理模块10’的一个替代的实施例。与图1至图3的实施例类似的，图4的后处理模块10’可以包括罐12’，该罐具有入口14’和出口16’以及围成的相对置的端部空间34’和第二部分22’。然而，与图1至图3的实施例不同的是，图4的后处理模块10’可以不包括第一部分20。也就是说，在图4的实施例中，氧化催化器28’和还原剂喷射器36’可以被布置在管24’中，而不是在罐12’中。此外，管24’可以具有总体上蜿蜒的形状并多次改变流动方向。在这种构造中，管24’可以具有为罐12’的流动长度三倍的流动长度，而依然能够被容纳在罐12’的轴向长度内(即，管24’不会在轴向上延伸超出罐12’的端部)。

工业实用性

本发明的后处理模块可以被用于需要净化成分的任何发动机构造的排气系统，在该发动机中部件封装是非常重要的问题。所公开的后处理模块可以通过使用单个罐以容纳装置来改善封装，并且通过使用外部的管还能提供充分的还原剂混合和分解。现在对经由后处理模块的废气流进行描述。

参见图1，废气流含有空气污染物的复杂混合物，其尤其包括氮的氧化物(NO_X)，废气流可以从发动机(未示出)经由入口14被引导到后处理模块10中。废气可从入口14流入到后处理模块10中，并且流向壁18，在壁处废气流通过壁18的倾斜而转向，穿过氧化催化器28。壁18的角度与用于到来的废气流的相应的逐步限制可以促进废气在氧化催化器28的面上的大致均匀的分布。当废气经过氧化催化器28时，废气中的一些NO可被转化为NO₂。

在经过氧化催化器28后，废气可流入到在罐12的第一部分20中的空间34内，流经管24，并流入到罐12的第二部分22中的空间34内。此时，可以在混合器38的上游将还原剂喷射到废气流中，使得通过混合器38增强的废气的涡流和/或紊流可以被用于在废气流中夹带并分配还原剂。在废气和还原剂的涡流和/或紊流沿管24的长度经过时，该混合物可以继续均质化并且还原剂可开始分解。当混合物到达CDS催化器30时，大多数的还原剂应该已经分解，以用于在CDS催化器30和催化器32内的NO_X还原目的。

当废气经过CDS催化器30时，颗粒物可以被从废气中去除，并且NO_X可与还原剂反应而被还原成水和双原子氮。废气随后可离开CDS催化器30并进入催化器32中，在催化器32中可发生NO_X的进一步还原，并且剩余的还原剂可被吸收。在在催化器32内进行处理后，废气可以被壁18再次引导以经由出口16排放到大气(或其他下游的排气系统部件)中。

参见图4，废气流含有空气污染物的复杂混合物，其尤其包括氮氧化物(NO_X)，废气流可以从发动机(未示出)经由管24’的入口14’以及经过氧化催化器28’被引导到后处理模块10’中。当废气经过氧化催化器28’时，废气内的一些NO可被转化为NO₂。此时，可以在混合器38’的上游将还原剂喷射到废气流中，使得通过混合器38’增强的废气的涡流和/或紊流可以被用于在废气流内夹带并分配还原剂。在废气和还原剂的涡流和/或紊流沿管24’的长度经过时，该混合物可以继续均质化并且还原剂可开始分解。当混合物到达在第二部分22’内的CDS催化器30’时，大多数的还原剂应该已经分解，以用于在CDS催化器30’和催化器32’内的NO_X还原目的。

当废气经过CDS催化器30’时，颗粒物可以被从废气中去除，并且NO_X可与还原剂反应而被还原成水和双原子氮。废气随后可离开CDS催化器30’并进入催化器32’中，在催化器32’中可发生NO_X的进一步还原，并且剩余的还原剂可被吸收。在在催化器32’内进行处理后，废气可以被再次引导以经由出口16’排放到大气(或其他下游的排气系统部件)中。

后处理模块10和10’可以促进均匀的废气分布和充分的还原剂分解。特别地，入口14、14’以及出口16、16’的位置，与壁18的倾斜相结合可以促进经过在罐12和12’内的处理装置的均匀分布，而管24、24’的位置和长度与混合器38、38’一起可促进还原剂分解。空间34、34’与联接件26、26’的结构一起也可以促进分布和还原剂分解。

后处理模块10和10’可以是简单的、紧凑的并且相对低成本的。后处理模块10、10’可以是简单的且紧凑的，因为它们可以仅使用一个单罐和提供多种功能的催化器。例如，CDS催化器30、30’可以同时提供颗粒捕获及NO_X还原的功能，而催化器32、32’可以提供NO_X还原和还原剂吸收的功能。后处理模块10和10’的简单性可实现废气后处理的低成本解决方案。

对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本公开的范围的情况下对本发明的后处理模块做出各种更改和变型。对于本领域技术人员而言，在考虑在此所公开的说明书和后处理模块的实施方式的情况下，其他实施例也是显而易见的。说明书和各个示例均应被理解为仅是示例性的，本公开的实际保护范围由下面的权利要求和它们的等同物指出。

Claims (10)

1.一种后处理模块(10)，包括：

罐(12)；

壁(18)，其被布置在所述罐内并沿轴向将所述罐分为第一部分(20)和第二部分(22)；

第一处理装置(28)，其布置在所述第一部分内；

入口(14)，其与所述第一部分连接；

第二处理装置(30)，其布置在所述第二部分内；

出口(16)，其与所述第二部分连接；以及

外部的管(24)，其从所述第一部分延伸到所述第二部分。

2.按照权利要求1所述的后处理模块，其中，所述壁相对于所述罐的纵向轴线倾斜，使得入口处的流动区域变得与入口的距离更小，并且出口处的流动区域变得与出口的距离更小。

3.按照权利要求4所述的后处理模块，其中，所述入口沿基本上与出口相反的方向从罐突出。

4.按照权利要求1所述的后处理模块，其中，所述第一处理装置为氧化催化器，以及所述第二处理装置为组合的颗粒滤清器和SCR催化器。

5.按照权利要求4所述的后处理模块，还包括位于所述第二处理装置下游的清理催化器(32)。

6.按照权利要求5所述的后处理模块，还包括位于所述第二处理装置下游并且与所述清理催化器整合的附加的SCR催化器(32A)。

7.按照权利要求1所述的后处理模块，还包括位于所述外部的管的上游的还原剂喷射器(36)。

8.按照权利要求1所述的后处理模块，其中，所述外部的管连接到所述罐的一侧，并且被容纳在所述罐的长度之内。

9.按照权利要求1所述的后处理模块，其中，所述入口和所述出口沿轴向位于所述第一处理装置和所述第二处理装置之间。

10.按照权利要求1所述的后处理模块，还包括下列装置中的至少一个：

温度探测器(40)，其相对于所述入口和出口从所述第二处理装置轴向靠外；以及

成分传感器(42)，其在轴向上位于所述第一处理装置和第二处理装置之间，并且位于所述第一处理装置和第二处理装置两者的下游。

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