CN102733911A - 用于内燃机的排气处理系统 - Google Patents

用于内燃机的排气处理系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102733911A
CN102733911A CN2012101617086A CN201210161708A CN102733911A CN 102733911 A CN102733911 A CN 102733911A CN 2012101617086 A CN2012101617086 A CN 2012101617086A CN 201210161708 A CN201210161708 A CN 201210161708A CN 102733911 A CN102733911 A CN 102733911A
Authority
CN
China
Prior art keywords
exhaust
ammonia
nox
selective catalytic
gas treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012101617086A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102733911B (zh
Inventor
S·任
R·米塔尔
J·D·马林斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN102733911A publication Critical patent/CN102733911A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102733911B publication Critical patent/CN102733911B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9477—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/2073—Selective catalytic reduction [SCR] with means for generating a reducing substance from the exhaust gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102—Platinum group metals
    • B01D2255/1021—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/202—Alkali metals
    • B01D2255/2022—Potassium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/202—Alkali metals
    • B01D2255/2027—Sodium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2063—Lanthanum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/206—Rare earth metals
    • B01D2255/2065—Cerium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20707—Titanium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20723—Vanadium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/2073—Manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20738—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20761—Copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207—Transition metals
    • B01D2255/20769—Molybdenum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/50—Zeolites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9418—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/944—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/02—Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
    • F01N2370/04—Zeolitic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/026—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

本发明涉及用于内燃机的排气处理系统。一种用于发动机的排气系统包括选择性催化还原(SCR)装置，其具有布置于其上的减少NOx的选择性催化还原组分。颗粒过滤器设置于刚性壳体或罐中，位于选择性催化还原装置下游。投氨配系统，包括与位于所述选择性催化还原装置上游和下游的NOx传感器信号通信的控制器，用于基于从NOx传感器收集到的信息将氨喷射到SCR装置上游的排气中以由此优化排气中NOx的还原。氨中性氧化催化剂化合物布置在颗粒过滤器装置的壁流式基底上且配置为使得离开选择性催化还原装置的排气中的氨成分通过，而几乎没有或没有氨成分转化为N2，N2O和NOx。

Description

用于内燃机的排气处理系统
技术领域
本发明的典型实施例涉及内燃机的排气处理系统，特别涉及一种用于监测催化处理装置的NOx转换效率的有效系统。
背景技术
内燃机的排出的排气是一种不均匀混合物，其包括气态排放物，如一氧化碳(CO)，未完全燃烧的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)以及构成颗粒物质的凝相材料(液态和固态)。催化剂组分通常布置在位于内燃机排气系统内的催化剂载体或基体中，用来使这些排气成分中的部分或全部转换成非管制的(non-regulated)排气组分。例如，内燃机的排气系统可包含下列中的一种或多种：包含贵金属的氧化催化剂(OC)装置，用于还原CO和过量的HC；选择性催化还原剂(SCR)装置，用于还原NOx；和用于去除颗粒物质的颗粒过滤器(PF)装置。
现在用的排气处理技术用于高水平的颗粒物质还原，颗粒过滤装置可使用多种已知的排气过滤器结构中的一种，其已经在从排气中去除颗粒物质方面显示出较高效率。这种排气过滤器结构可包含但不限于陶瓷蜂窝状壁流式过滤器，缠绕或者填充纤维过滤器，开孔泡沫，烧结金属纤维等等。陶瓷壁流式过滤器在汽车应用中已经被广为接受。
该排气过滤器结构是这样一种物理结构，其将颗粒物从排气中除去，结果是，过滤的颗粒物质在排气过滤器结构中的聚积将会具有使得内燃机所经历的且必须由其克服的排气系统中的背压增大的效果。为了解决在排气过滤器结构中由于排气颗粒物的聚集而产生的背压增加，颗粒过滤装置需要进行周期性清洁或再生。汽车应用中颗粒过滤装置的再生大多是自动进行的，由发动机或其他以由发动机以及排气系统传感器产生的信号为基础的控制器控制。再生过程包括提升颗粒过滤装置的排气过滤气结构的温度(主要是通过加热发动机排气)，使之通常超过600℃的温度来燃烧聚积的颗粒物。
一种在排气系统中产生所需的排气温度用于颗粒过滤装置中的排气过滤器结构再生的方法是，将未燃烧的HC输送到位于颗粒过滤装置上游的氧化催化(OC)装置或者输送到位于颗粒过滤装置本身中的氧化催化剂化合物。HC可通过指引燃料喷射进入排气系统而被传输到排气系统或者可通过内燃机的过量燃料供给或延迟燃料喷射来实现。其结果是与流动通过排气系统的排气混合的未燃烧HC被氧化催化剂氧化产生放热反应从而提升排气的温度。被加热的排气使得颗粒过滤装置的排气过滤器结构中聚积的颗粒物燃烧。对排气过滤器结构添加氧化催化剂可以帮助降低煤烟和颗粒物的氧化温度，且因此降低所需要的再生温度。结果是增加了颗粒过滤装置的耐用性和降低了HC的再生要求，因此提高了内燃机的燃料经济性。另外，这种应用于颗粒过滤装置的排气过滤器结构的氧化催化剂对氧化排气中剩余的所有过量HC也很有用，还能帮助还原导致煤烟和颗粒物燃烧的一氧化碳组分(CO)。
已经被研发用来降低在过量氧气中燃烧燃料的内燃机所产生的排气中NOx排放物的水平的技术包含选择性催化还原(SCR)装置。在SCR装置中的SCR催化剂成分优选包含沸石和一种或多种贱金属组分，比如铁(Fe)，钴(Co)，铜(Cu)或钒(V)，其能在有还原剂如氨(NH3)的情况下有效地转换排气中的NOx成分。设置在SCR装置上游和下游位置的NOx传感器监测NOx转换效率，且还原剂控制系统利用该传感器提供的信息来确定要喷射到排气系统中以供SCR装置使用的NH3量。
对于特别用在车辆应用中的排气处理系统而言，空间，费用和性能要求有时需要在单个罐或壳体中设置一个或多个排气处理装置。例如，SCR装置和PF装置可以封装在一起。在某些情况下，比如底盘认证，为了降低SCR前的热惯性，SCR装置优选设置在PF装置的上游，使之能够被迅速地加热以尽可能快地开始NOx还原。然而，对排气过滤结器构添加氧化催化剂会导致过量的NH3离开SCR装置转化为NOx，这使得下游NOx传感器的NOx传感器读数会使人误解或者不可靠。这样的读数会导致还原剂控制系统不正确地配量NH3(比如，NOx传感器监测到高量的NOx(源自NH3氧化)将会指令需要更多的NH3)。这将导致甚至更高的NH3漏失等等。另外，NH3是一种非管制气体，它氧化成类似NOx的管制气体，这是氧化的PF装置不期望的特征。解决该问题的一个技术方案是将下游的NOx传感器布置在SCR装置和PF装置的基底之间的空间内，利用延伸进入该空间的通气管装置，将从SCR装置离开的排气的一部分转移至NOx传感器。然而，由于在SCR装置的出口面上NH3和NOx浓度的不均匀分布，以及在两个基底之间的有限封装空间，因此难以获得表示通过SCR装置的整个出口横截面离开SCR装置的排气的准确且可靠的NOx读书。
发明内容
在本发明的示例性实施例中，内燃机的排气后处理系统包括排气管道，其与发动机流体连通且被配置成用来接收来自内燃机的排气。选择性催化还原装置包括封装在刚性罐中的流过式基底，其具有与排气管道中的排气流体连通的进口和出口。选择性催化还原组分设置在流过式基底上，用来在存在氨还原剂的情况下还原排气中的氮氧化物(NOx)。颗粒过滤器装置具有壁流式基底，其配置为过滤排气中的碳和其他颗粒，该过滤器装置布置在刚性罐中并位于选择性催化还原装置的下游。氨投配系统包括控制器，该控制器与位于所述选择性催化还原装置上游的NOx传感器和位于所述颗粒过滤器装置下游的NOx传感器信号通信，所述氨投配系统配置为基于控制器从上游和下游的NOx传感器收集到的信息，喷射氨进入选择性催化还原装置上游的排气中以优化排气中NOx的还原。氨中性氧化催化剂化合物基本上不与排气中的氨反应，其散布在所述颗粒过滤器装置的壁流式基底中且配置为穿过离开所述选择性催化还原装置的排气的氨成分，而几乎没有或没有氨成分转化为N2，N2O和NOx。
在本发明的另一个示例性实施例中，内燃机排气处理系统的排气处理装置包括选择性催化还原装置，其具有封装在刚性罐中的流过式基底，其具有用于与排气处理系统中的排气流体连通的进口和出口。选择性催化还原组分设置在流过式基底上，用来在存在氨还原剂的情况下还原排气中的氮氧化物(NOx)。颗粒过滤器装置具有壁流式基底，其配置为过滤排气中的碳和其他颗粒物，位于刚性罐内所述选择性催化还原装置的下游。位于所述选择性催化还原装置上游的NOx传感器和位于所述颗粒过滤器装置下游的NOx传感器配置为测量排气中的NOx水平，基本上不与排气中的氨发生反应的氨中性氧化催化剂化合物设置于所述颗粒过滤器装置的壁流式基底中且配置为使得离开所述选择性催化还原装置的排气中的氨成分通过，而几乎没有或没有氨成分转化为N2，N2O和NOx。
本发明提供了以下技术方案。
技术方案1.一种用于内燃机的排气处理系统，其包括：
排气管道，其与所述内燃机流体连通并配置为接收来自所述内燃机的排气；
选择性催化还原装置，其包括封装在刚性罐中的流过式基底，具有与所述排气管道中的排气流体连通的进口和出口；
选择性催化还原组分，其布置于所述流过式基底上，用来在存在氨还原剂的情况下还原所述排气中的氮氧化物(NOx)；
颗粒过滤器装置，其具有壁流式基底，配置为过滤所述排气中的碳和其他颗粒物，设置在所述刚性罐内位于所述选择性催化还原装置的下游；
投配系统，其包括与位于所述选择性催化还原装置上游的NOx传感器和位于所述颗粒过滤器装置下游的NOx传感器信号通信的控制器，且配置为基于通过所述控制器从所述上游和下游的NOx传感器收集到的信息将氨喷射到所述选择性催化还原装置上游的排气中以由此优化排气中NOx的还原；和
氨中性氧化催化剂化合物，其相对于所述排气中的氨基本上不起反应，散布在所述颗粒过滤器装置的所述壁流式基底中且配置为使得离开所述选择性催化还原装置的排气中的氨成分通过而几乎没有或没有氨转化为NOx。
技术方案2.如方案1的排气处理系统，其中所述选择性催化还原化合物包括沸石和一种或多种贱金属组分，例如铁(Fe)，铜(Cu)或其组合。
技术方案3.如方案1的排气处理系统，其中所述选择性催化还原化合物是钒基/钛基，铂基或其组合。
技术方案4.如方案1的排气处理系统，其中所述氨投配系统进一步包括：
还原剂供应罐；和
还原剂喷射器，其与所述还原剂供应罐和所述控制器流体连通，配置为喷射还原剂到所述排气管道中以与所述排气混合，所述还原剂喷射器位于所述选择性催化还原装置上游的位置处。
技术方案5.如方案1的排气处理系统，其中所述氨中性氧化催化剂化合物包括钯(Pd)，贱金属(例如Ce，Cu，Mo，Fe，Mn，La等等)，碱金属(Na，K)或其组合。
技术方案6.如方案5的排气处理系统，其中所述氨中性氧化催化剂化合物在所述颗粒过滤器装置中氧化HC和CO。
技术方案7.一种用于内燃机的排气处理系统的排气处理装置，其包括：
选择性催化还原装置，其包括封装在刚性罐中的流过式基底，具有与所述排气处理系统中的排气流体连通的进口和出口；
选择性催化还原组分，其布置于所述流过式基底上，用来在存在氨还原剂的情况下还原所述排气中的氮氧化物(NOx)；
颗粒过滤器装置，其具有壁流式基底，配置为过滤所述排气中的碳和其他颗粒物，设置在所述刚性罐内位于所述选择性催化还原装置的下游；
位于所述选择性催化还原装置上游的NOx传感器和位于所述颗粒过滤器装置下游的NOx传感器，这些传感器配置为测量所述排气中的NOx水平；和
氨中性氧化催化剂化合物，其相对于所述排气中的氨基本上不起反应，分布在所述颗粒过滤器装置的所述壁流式整体基底上且配置为使得离开所述选择性催化还原装置的排气中的氨成分通过，而几乎没有或没有氨成分转化为N2，N2O和NOx。
技术方案8.如方案7的排气处理系统，其中所述选择性催化还原化合物包括沸石和一种或多种贱金属组分，例如铁(Fe)，铜(Cu)或其组合。
技术方案9.如方案7的排气处理系统，其中所述选择性催化还原化合物是钒基/钛基，铂基或其组合。
技术方案10.如方案7的排气处理系统，其中所述氨中性氧化催化剂化合物包括钯(Pd)，贱金属(例如Ce，Cu，Mo，Fe，Mn等等)，碱金属(Na，K)或其组合。
技术方案11.如方案8的排气处理系统，其中所述氨中性氧化催化剂化合物配置成在所述颗粒过滤器装置中氧化HC和CO，从而减少PF再生过程期间的白烟和气味。
本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将结合着附随的附图从本发明的以下描述中显示出来。
附图说明
其他目的，特征，优点和细节仅通过示例的形式出现在以下参照附图对实施例的详细描述中，图中；
图1是用于内燃机的排气处理系统的示意图；和
图2是表示氨中性催化剂的性能的测试绘图。
具体实施方式
下面的描述在本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其引用或用途。可以理解的是，在所有附图中，相同的附图标记代表相似或相应的部件和特征。
现在参看附图，本发明的示例性实施例涉及排气处理系统10，用来还原内燃机12的管制排气成分。应明白，内燃机12可包括但非限制于柴油机系统，汽油机系统和其变型。
排气处理系统10包括排气管道14，其可包括若干段，用来将来自内燃机12的排气16传输到排气处理系统10的各排气处理装置(将要描述)。排气处理装置可包括一个或多个氧化催化剂(OC)装置18。在示例性实施例中，OC装置18包括流过式金属或陶瓷整体基底(基底)20，其封装在刚性罐24中，位于与排气管道14流体连通的进口26和出口28之间且配置为便于排气16流动通过。基底20具有布置于其上的氧化催化剂化合物22。该氧化催化剂化合物可被涂覆为涂层且可包含铂系金属例如铂(Pt)，钯(Pd)，铑(Rh)或其他合适的氧化催化剂例如贱金属，或其组合。OC装置18通常用来处理作为排气16的一部分离开发动机的未燃烧的气态和不易挥发的HC和CO，其被氧化形成二氧化碳和水。此外，OC装置18可以是排气处理系统中的重要部件，用于氧化HC和CO以在PF装置再生过程中产生足够热量来烧尽积聚在颗粒过滤器中的煤烟。
在示例性实施例中，排气处理装置包括选择性催化还原(SCR)装置38，其布置于OC装置18的下游。与OC装置相似，SCR装置38可包括流过式金属或陶瓷整体基底(基底)40，其封装在刚性罐42中，具有与排气管道14流体连通的进口44和出口46且配置为便于排气16流动通过。基底40包括涂覆于其上的SCR催化剂合成物36。SCR催化剂合成物优选包含沸石和一种或多种贱金属组分，例如铁(Fe)，钴(Co)或铜(Cu)，其可在存在还原剂例如氨(NH3)的情况下有效地操作来转化排气16中的氮氧化物(NOx)成分。此外，SCR催化剂可以是钒基或钛基，铂基或其组合。也可以使用其他无钒的配方(例如酸性氧化锆)。
在示例性实施例中，NH3还原剂48可由氨投配系统来供给，该系统包括与还原剂喷射器54流体连通的还原剂供应罐50。还原剂喷射器54在SCR装置38上游的位置将氨还原剂48喷射到排气管道14中，用来与排气16混合。还原剂48可以是气体、液体或含水尿素溶液的形式，且可在还原剂喷射器54中与空气混合以辅助所喷射的喷雾的分散。控制器，例如动力系或车辆控制器68，可操作地连接到排气处理系统10，且通过与多个传感器(例如分别为上游和下游的NOx传感器70，72)的信号通信监测该排气处理系统10。NOx传感器监测刚性罐42的进口44和出口46附近的NOx水平，且通过从传感器收集得到的信息确定SCR装置38需要的合适的NH3还原剂投配量，以实现最佳性能。控制器68可作为还原剂控制系统的一部分操作，在内燃机12运行期间基于所述的从传感器70，72收集得到的信息来调节还原剂喷射器54的操作。在此使用的术语“控制器”可包括专用集成电路(ASIC)，电子电路，处理器(共享的，专用的或群组)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器，组合逻辑电路，和/或提供所描述功能的其他合适部件。
在示例性实施例中，SCR装置38可通常与颗粒过滤器(PF)装置38A共用一个壳体，该PF装置用来过滤排气16中的碳和其他颗粒。PF装置38A可使用陶瓷壁流式整体过滤器基底(基底)80来构造，其封装在刚性罐42中并位于SCR装置38的下游。陶瓷壁流式整体过滤器80具有多个由纵向延伸壁84限定的纵向延伸通道82。纵向延伸通道82包括进口管道子集(未示出)，具有敞开的进口端和封闭的出口端；和出口管道子集(未示出)，具有封闭的进口端和敞开的出口端。在本领域内已知，通过进口通道的敞开进口端进入PF装置38A的排气16被强行移动穿过相邻的纵向延伸壁84到出口通道。通过这种壁流机构，排气16被过滤出碳和其他颗粒物。被过滤出的颗粒物沉积在进口通道的纵向延伸壁84上，且随着时间将会使得内燃机12所经历的排气背压增加。应明白，陶瓷壁流式整体过滤器80实质上仅仅是示范性的，且PF装置38A可包括其他过滤装置，例如缠绕或者填充纤维过滤器，开孔泡沫，烧结金属纤维等等。在示例性实施例中，PF装置38A的陶瓷壁流式整体过滤器80包括分散于其中的氧化催化剂合成物90。PF装置38A添加氧化催化剂合成物90得到二元(2-way)排气处理装置，其能够减少排气16中的管制组分，也能够去除碳和其他颗粒物。氧化催化剂化合物90优选为“NH3中性”的氧化催化剂化合物，其基本不与排气16中的NH3发生反应。具体地说，氧化催化剂化合物90不与在SCR装置38下游的排气16中留存的NH3反应，因此使得当PF装置38A的运行温度低于425℃时几乎没有或没有氨氧化，和当PF装置38A的运行温度高于425℃时，少量形成离开PF装置38A的NOx，参见图2。在示例性实施例中，“氨中性”氧化催化剂是非铂(Non-Pt)催化剂，其可包括钯(Pd)，贱金属(Ce，Cu，Mo，Fe，Mn，La等等)，碱金属(Na，K)或其组合。
所述“NH3中性”氧化催化剂化合物90用来促进将PF装置38A中的HC和CO氧化成非管制成分，而不影响由下游NOx传感器72感测到的NOx水平。因此，由控制器68收集到的信息能够准确地表示在排气16已经通过PF装置38A之后离开SCR装置38的NOx水平。由此，SCR装置38上游的NH3投配仅基于SCR装置38的性能而得以优化。此外，通过氧化HC和CO，“NH3中性”氧化催化剂化合物显著降低了在DPF再生过程的白烟和气味。
在另一示例性实施例中，PF装置38A的陶瓷壁流式整体过滤器80可无需催化剂组分。无催化的壁流式陶瓷基底实际上就是“氨中性”的，且排气16可通过PF装置38A，由下游NOx传感器72感测到的NOx水平得以兼顾。因此，由控制器68收集到的信息能够准确地表示在排气16已经流过PF装置38A之后离开SCR装置38的NOx水平，且因此SCR装置38上游的NH3投配仅基于SCR装置38的性能而得以优化。
虽然本发明已经被示意出具有在单个刚性壳体或罐中的SCR装置和PF装置并有在SCR装置下游的NOx传感器，可知具有NH3中性PF装置是有力的，因为其不会用来将任何NH3(例如氨泄露)转化成NOx。虽然控制器通过NOx传感器的反馈最小化了NH3泄露，但有时在某些操作(例如快加速)期间，也可能会有一定程度的NH3泄漏。在这种情况，不期望NH3泄漏转化为NOx从而干扰到排气处理系统的NOx转化效率。
虽然已经参考了示例性实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员应理解在不偏离本发明范围的情况可以进行各种变化并可以用等效物来代替本发明的元件。此外，可以进行许多改进以使特定的情形或材料适应本发明的教导而不偏离本发明的实质范围。因此，本发明不限于作为实施本发明的最佳模式而被公开的具体实施例，相反本发明包括落在本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的排气处理系统，其包括：
排气管道，其与所述内燃机流体连通并配置为接收来自所述内燃机的排气；
选择性催化还原装置，其包括封装在刚性罐中的流过式基底，具有与所述排气管道中的排气流体连通的进口和出口；
选择性催化还原组分，其布置于所述流过式基底上，用来在存在氨还原剂的情况下还原所述排气中的氮氧化物(NOx)；
颗粒过滤器装置，其具有壁流式基底，配置为过滤所述排气中的碳和其他颗粒物，设置在所述刚性罐内位于所述选择性催化还原装置的下游；
投配系统，其包括与位于所述选择性催化还原装置上游的NOx传感器和位于所述颗粒过滤器装置下游的NOx传感器信号通信的控制器，且配置为基于通过所述控制器从所述上游和下游的NOx传感器收集到的信息将氨喷射到所述选择性催化还原装置上游的排气中以由此优化排气中NOx的还原；和
氨中性氧化催化剂化合物，其相对于所述排气中的氨基本上不起反应，散布在所述颗粒过滤器装置的所述壁流式基底中且配置为使得离开所述选择性催化还原装置的排气中的氨成分通过而几乎没有或没有氨转化为NOx。
2.如权利要求1的排气处理系统，其中所述选择性催化还原化合物包括沸石和一种或多种贱金属组分，例如铁(Fe)，铜(Cu)或其组合。
3.如权利要求1的排气处理系统，其中所述选择性催化还原化合物是钒基/钛基，铂基或其组合。
4.如权利要求1的排气处理系统，其中所述氨投配系统进一步包括：
还原剂供应罐；和
还原剂喷射器，其与所述还原剂供应罐和所述控制器流体连通，配置为喷射还原剂到所述排气管道中以与所述排气混合，所述还原剂喷射器位于所述选择性催化还原装置上游的位置处。
5.如权利要求1的排气处理系统，其中所述氨中性氧化催化剂化合物包括钯(Pd)，贱金属(例如Ce，Cu，Mo，Fe，Mn，La等等)，碱金属(Na，K)或其组合。
6.如权利要求5的排气处理系统，其中所述氨中性氧化催化剂化合物在所述颗粒过滤器装置中氧化HC和CO。
7.一种用于内燃机的排气处理系统的排气处理装置，其包括：
选择性催化还原装置，其包括封装在刚性罐中的流过式基底，具有与所述排气处理系统中的排气流体连通的进口和出口；
选择性催化还原组分，其布置于所述流过式基底上，用来在存在氨还原剂的情况下还原所述排气中的氮氧化物(NOx)；
颗粒过滤器装置，其具有壁流式基底，配置为过滤所述排气中的碳和其他颗粒物，设置在所述刚性罐内位于所述选择性催化还原装置的下游；
位于所述选择性催化还原装置上游的NOx传感器和位于所述颗粒过滤器装置下游的NOx传感器，这些传感器配置为测量所述排气中的NOx水平；和
氨中性氧化催化剂化合物，其相对于所述排气中的氨基本上不起反应，分布在所述颗粒过滤器装置的所述壁流式整体基底上且配置为使得离开所述选择性催化还原装置的排气中的氨成分通过，而几乎没有或没有氨成分转化为N2，N2O和NOx。
8.如权利要求7的排气处理系统，其中所述选择性催化还原化合物包括沸石和一种或多种贱金属组分，例如铁(Fe)，铜(Cu)或其组合。
9.如权利要求7的排气处理系统，其中所述选择性催化还原化合物是钒基/钛基，铂基或其组合。
10.如权利要求7的排气处理系统，其中所述氨中性氧化催化剂化合物包括钯(Pd)，贱金属(例如Ce，Cu，Mo，Fe，Mn等等)，碱金属(Na，K)或其组合。
CN201210161708.6A 2011-04-08 2012-04-08 用于内燃机的排气处理系统 Active CN102733911B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/083024 2011-04-08
US13/083,024 US8479500B2 (en) 2011-04-08 2011-04-08 Exhaust treatment system for an internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102733911A true CN102733911A (zh) 2012-10-17
CN102733911B CN102733911B (zh) 2016-09-14

Family

ID=46875367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210161708.6A Active CN102733911B (zh) 2011-04-08 2012-04-08 用于内燃机的排气处理系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8479500B2 (zh)
CN (1) CN102733911B (zh)
DE (1) DE102012205678B4 (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104047691A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 单钯柴油氧化催化剂的复原控制
CN104061046A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于柴油器件的紧凑废气处理系统
CN104870763A (zh) * 2012-12-18 2015-08-26 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化系统
CN105134344A (zh) * 2015-08-17 2015-12-09 南京航空航天大学 一种柴油车尾气污染物同步催化净化耦合装置
CN107100700A (zh) * 2016-02-19 2017-08-29 韩国能源技术研究院 抑制N2O生成的NOx还原装置、柴油发动机排气处理装置及方法
CN107923290A (zh) * 2015-08-27 2018-04-17 斯堪尼亚商用车有限公司 排气处理系统和处理排气流的方法
CN112901319A (zh) * 2014-12-31 2021-06-04 康明斯排放处理公司 紧密联接的单模块后处理系统
CN114592958A (zh) * 2021-02-09 2022-06-07 长城汽车股份有限公司 燃油发动机尾气后处理系统及方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101326812B1 (ko) * 2011-05-17 2013-11-07 현대자동차 주식회사 배기가스 후처리 방법
FR2997656B1 (fr) * 2012-11-05 2016-03-25 Peugeot Citroen Automobiles Sa Ensemble pour chassis de vehicule automobile facilitant l'implantation d'une sonde
US9212587B2 (en) 2014-02-25 2015-12-15 Cummins Inc. Exhaust throttle control for aftertreatment system thermal management
FR3023583B1 (fr) * 2014-07-08 2016-07-22 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de depollution de gaz d'echappement d'un moteur de vehicule automobile, comprenant un catalyseur de reduction catalytique selective.
US20160131001A1 (en) * 2014-11-06 2016-05-12 GM Global Technology Operations LLC Catalyst design for selective-catalytic-reduction (scr) filters
US9926827B2 (en) 2015-05-01 2018-03-27 Cummins Emission Solutions, Inc. Detection of an improper reductant in a storage tank
WO2019213658A1 (en) * 2018-05-04 2019-11-07 Catalytic Combustion Corporation Closed control loop with ammonia slip and nox sensor feedback for use in selective catalytic reduction system
US11499459B2 (en) * 2018-05-04 2022-11-15 Catalytic Combustion Corporation Near-zero emitting diesel-electric locomotive using a high-speed diesel engine
US11378278B2 (en) * 2019-12-11 2022-07-05 Umicore Ag & Co. Kg System and process for efficient SCR at high NO2 to NOx ratios

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080264042A1 (en) * 2007-04-26 2008-10-30 Navin Khadiya METHOD AND APPARATUS FOR A NON-CATALYTIC NOx REDUCTION
US20100139248A1 (en) * 2008-12-09 2010-06-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for controlling operation of a spark-ignition direct-injection engine
DE102009002182A1 (de) * 2009-03-11 2010-09-16 Evonik Degussa Gmbh Katalytischer Filter, insbesondere Dieselpartikelfilter, sowie Verfahren zur Herstellung einer katalytischen Zusammensetzung für einen solchen
US20100242447A1 (en) * 2009-03-24 2010-09-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Ammonia load control for scr catalyst prior to dpf regeneration
US20110011068A1 (en) * 2009-07-14 2011-01-20 Gm Global Technology Operations, Inc. Exhaust Gas Treatment System

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007056202A1 (de) * 2007-11-22 2009-05-28 Audi Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zur Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine
US8448424B2 (en) * 2009-01-16 2013-05-28 Ford Global Technologies, Llc. Emission control system with an integrated particulate filter and selective catalytic reduction unit
CN105715329A (zh) * 2009-02-20 2016-06-29 赫多特普索化工设备公司 用于净化柴油发动机的排出气体的方法
US8635855B2 (en) * 2009-06-17 2014-01-28 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas treatment system including a lean NOx trap and two-way catalyst and method of using the same
US8479496B2 (en) * 2009-07-02 2013-07-09 GM Global Technology Operations LLC Selective catalytic reduction system using electrically heated catalyst
US8745970B2 (en) * 2010-04-27 2014-06-10 GM Global Technology Operations LLC Ammonia slip catalyst diagnostic methods and systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080264042A1 (en) * 2007-04-26 2008-10-30 Navin Khadiya METHOD AND APPARATUS FOR A NON-CATALYTIC NOx REDUCTION
US20100139248A1 (en) * 2008-12-09 2010-06-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for controlling operation of a spark-ignition direct-injection engine
DE102009002182A1 (de) * 2009-03-11 2010-09-16 Evonik Degussa Gmbh Katalytischer Filter, insbesondere Dieselpartikelfilter, sowie Verfahren zur Herstellung einer katalytischen Zusammensetzung für einen solchen
US20100242447A1 (en) * 2009-03-24 2010-09-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Ammonia load control for scr catalyst prior to dpf regeneration
US20110011068A1 (en) * 2009-07-14 2011-01-20 Gm Global Technology Operations, Inc. Exhaust Gas Treatment System

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104870763A (zh) * 2012-12-18 2015-08-26 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化系统
CN104870763B (zh) * 2012-12-18 2017-04-05 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化系统
CN104047691B (zh) * 2013-03-15 2016-09-14 通用汽车环球科技运作有限责任公司 单钯柴油氧化催化剂的复原控制
CN104047691A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 单钯柴油氧化催化剂的复原控制
CN104061046A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于柴油器件的紧凑废气处理系统
CN104061046B (zh) * 2013-03-21 2017-10-20 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于柴油器件的紧凑废气处理系统
CN112901319A (zh) * 2014-12-31 2021-06-04 康明斯排放处理公司 紧密联接的单模块后处理系统
CN105134344A (zh) * 2015-08-17 2015-12-09 南京航空航天大学 一种柴油车尾气污染物同步催化净化耦合装置
CN107923290B (zh) * 2015-08-27 2020-09-11 斯堪尼亚商用车有限公司 排气处理系统和处理排气流的方法
CN107923290A (zh) * 2015-08-27 2018-04-17 斯堪尼亚商用车有限公司 排气处理系统和处理排气流的方法
CN107100700A (zh) * 2016-02-19 2017-08-29 韩国能源技术研究院 抑制N2O生成的NOx还原装置、柴油发动机排气处理装置及方法
CN107100700B (zh) * 2016-02-19 2019-05-21 韩国能源技术研究院 抑制n2o生成的nox还原装置、柴油发动机排气处理装置及方法
CN114592958A (zh) * 2021-02-09 2022-06-07 长城汽车股份有限公司 燃油发动机尾气后处理系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102733911B (zh) 2016-09-14
US20120258015A1 (en) 2012-10-11
DE102012205678A1 (de) 2012-10-11
US8479500B2 (en) 2013-07-09
DE102012205678B4 (de) 2016-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102733911A (zh) 用于内燃机的排气处理系统
KR101875228B1 (ko) Ｕｒｅａ-ｓｃｒ 시스템 장치 및 제어방법
CN102400749B (zh) 排气后处理系统及操作方法
US8800265B2 (en) Exhaust gas treatment system for an internal combustion engine
US7380395B2 (en) Exhaust gas system
US8904760B2 (en) Exhaust gas treatment system including an HC-SCR and two-way catalyst and method of using the same
US10989096B2 (en) Close coupled single module aftertreatment system
CN101395348B (zh) 排气后处理系统以及排气净化方法
CN101845978B (zh) 具有四效和尿素scr催化器的排气处理系统及使用方法
CN102057139B (zh) 排放气体净化装置及排放气体净化系统
US8414837B2 (en) Selective reduction catalyst
CN102213123B (zh) 用于再生排气过滤器的设备和方法
CN102966412B (zh) 废气处理系统及其再生方法
CN102725486B (zh) 柴油机的排气净化装置以及排气净化方法
CN103089380A (zh) 电加热的NOx吸附剂催化剂
CN105715329A (zh) 用于净化柴油发动机的排出气体的方法
US9821272B2 (en) Device and method for the purification of diesel engine exhaust gases
US8783022B2 (en) Retrofit aftertreatment system for treating diesel exhaust
US20100300078A1 (en) Exhaust After Treatment System
CN112771255A (zh) 用于动态控制过滤效率和燃料经济性的系统和方法
KR101795402B1 (ko) 배기 시스템
JP2012127307A (ja) エンジンの排気浄化装置
KR20110014525A (ko) 배기 가스 정화 장치
US10138779B2 (en) Selective catalytic reduction filter devices having NOx storage capabilities
EP2508724A1 (en) Engine exhaust-air purifying apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant