CN102852599B - 排放气体净化系统和具有该系统的排放系统 - Google Patents

排放气体净化系统和具有该系统的排放系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种排放气体净化系统和具有该系统的排放系统，其在防止选择性还原催化剂降解的同时，可以包括：连接至发动机的排气管，在所述发动机处产生的排放气体穿过该排气管；安装在所述排气管上的微粒过滤器，该微粒过滤器涂覆了选择性还原催化剂，该选择性还原催化剂被适配成通过喷射还原剂来对包含在所述排放气体中的氮氧化物进行还原，且所述微粒过滤器被适配成对包含在所述排放气体中的微粒物质进行捕集；以及一个或多个喷射器，所述喷射器被适配成一起或者分别地将还原剂和/或储氧能力材料喷射到穿过所述排气管的排放气体当中。

Description

排放气体净化系统和具有该系统的排放系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年7月1日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0065667的优先权，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种排放气体净化系统和具有该系统的排放系统。更加具体而言，本发明涉及这样一种排放气体净化系统和具有该系统的排放系统，其通过降低微粒过滤器的再生温度而防止了选择性还原催化剂的降解，所述选择性还原催化剂涂覆在该微粒过滤器上。
背景技术
一般来说，通过排气歧管从发动机流出的排放气体被驱动到在排气管上安装的催化转化器中且在其内部进行净化。之后，在穿过消声器的同时排放气体的噪音降低，接着该排放气体通过尾管而被排到空气中。
选择性催化还原(SCR)催化剂就是这样一种催化转化器。
诸如尿素、氨、一氧化碳和碳氢化合物(HC)的还原剂与氮氧化物的反应比与SCR催化剂中的氧的反应要好。
此外，微粒过滤器安装在排气管上并且对包含在排放气体中的微粒物质(PM或者烟尘)进行捕集。如果在微粒过滤器中捕集到了过量的烟尘，则很难使排放气体穿过微粒过滤器并且排放气体的压力升高。如果排放气体压力很高的话，则发动机性能可能会恶化并且可能会使微粒过滤器损坏。因此，如果捕集在微粒过滤器中的烟尘的量大于或等于预定量的话，则排放气体的温度升高，从而使得微粒过滤器中被捕集的烟尘发生燃烧。这种过程被称为微粒过滤器的再生。
常规的排放气体净化系统包括氧化催化剂、微粒过滤器和SCR催化剂，所述氧化催化剂用来对包含在排放气体中的一氧化碳和碳氢化合物进行净化；所述微粒过滤器用来对包含在排放气体中的微粒物质(或烟尘)进行过滤；所述SCR催化剂用来对包含在排放气体中的氮氧化物进行净化。此外，该常规的排放气体净化系统还包括用来对SCR催化剂喷射还原剂的第一喷射器和用来在微粒过滤器进行再生的时候喷射燃料的第二喷射器。因此，小型车辆缺乏空间来安装所述排放气体净化系统。
同时，根据常规的排放气体净化系统，SCR催化剂安装在微粒过滤器的下游。为了使微粒过滤器再生，微粒过滤器的入口温度升高到至少600℃。在这种情况下，如图4所示，微粒过滤器的内部温度升高到高于800℃。根据SCR催化剂的不同种类，降解温度并不相同，但是如果SCR催化剂的温度高于800℃的话，则SCR催化剂的降解过程很快。因此，微粒过滤器和SCR催化剂之间间隔预定距离而进行安装。因此，在小型车辆中，用于排放气体的净化系统的安装空间更加不足。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种排放气体净化系统和具有该系统的排放系统，其具有的优点是通过在微粒过滤器上涂覆选择性还原催化剂而减小了安装空间。
此外，本发明的其它各个方面致力于提供一种排放气体净化系统和具有该系统的排放系统，其通过降低微粒过滤器的再生温度而防止了微粒过滤器上涂覆的选择性还原催化剂发生降解。
根据本发明的一种示例性的排放气体净化系统，可以包括：连接至发动机的排气管，在所述发动机处产生的排放气体穿过该排气管；安装在所述排气管上的微粒过滤器，该微粒过滤器涂覆了选择性还原催化剂，该选择性还原催化剂被适配成通过喷射还原剂来对包含在所述排放气体中的氮氧化物进行还原，且所述微粒过滤器被适配成对包含在所述排放气体中的微粒物质进行捕集；以及第一喷射器，该第一喷射器被适配成将所述还原剂喷射到穿过所述排气管的排放气体当中；其中所述第一喷射器被适配成喷射包含有储氧能力材料的还原剂。
所述的排放气体净化系统还可以包括：第一箱罐，该第一箱罐被适配成在其中存储所述储氧能力材料和所述还原剂；以及第一泵，该第一泵被适配成对存储在所述第一箱罐中的储氧能力材料和还原剂进行泵送并将其供应到所述第一喷射器。
在所述第一箱罐中可以存储水溶液，所述储氧能力材料和所述还原剂在该水溶液中进行混合。
根据本发明的另一个示例性的排放气体净化系统，可以包括：连接至发动机的排气管，在所述发动机处产生的排放气体穿过该排气管；安装在所述排气管上的微粒过滤器，该微粒过滤器涂覆了选择性还原催化剂，该选择性还原催化剂被适配成通过喷射还原剂来对包含在所述排放气体中的氮氧化物进行还原，且所述微粒过滤器被适配成对包含在所述排放气体中的微粒物质进行捕集；第一喷射器，该第一喷射器被适配成将所述还原剂喷射到穿过所述排气管的排放气体当中；以及第二喷射器，该第二喷射器被适配成将储氧能力材料喷射到穿过所述排气管的排放气体当中。
所述的排放气体净化系统还可以包括：第一箱罐，该第一箱罐被适配成在其中存储所述还原剂；第一泵，该第一泵被适配成对存储在所述第一箱罐中的还原剂进行泵送并将其供应到所述第一喷射器；第二箱罐，该第二箱罐被适配成在其中存储所述储氧能材料；以及第二泵，该第二泵被适配成对存储在所述第二箱罐中的储氧能力材料进行泵送并将其供应到所述第二喷射器。
所述第一箱罐可以布置在所述第二箱罐中。所述储氧能力材料可以作为有机溶液而存储在所述第二箱罐中。所述储氧能力材料可以防止还原剂结冰。
在根据本发明的示例性的排放气体净化系统中，所述还原剂可以是尿素或者氨。
所述储氧能力材料可以具有的特性是良好地存储排放气体中的氧气，且该储氧能力材料可以是铈或者含铁化学材料或者其他合适的材料。
根据本发明的再一示例性排放系统还可以包括：连接至发动机的排气管，在所述发动机处产生的排放气体穿过该排气管；涡轮增压器，该涡轮增压器安装在所述排气管上并且被适配成通过利用所述排放气体的能量来增加进气；氧化催化剂，该氧化催化剂在所述涡轮增压器的下游安装在所述排气管上并且被适配成对包含在所述排放气体中的碳氢化合物进行氧化；微粒过滤器，该微粒过滤器在所述氧化催化剂的下游安装在所述排气管上，该微粒过滤器涂覆有选择性还原催化剂，且该微粒过滤器被适配成对包含在所述排放气体中的微粒物质进行捕集，其中所述选择性还原催化剂被适配成通过喷射还原剂来对包含在所述排放气体中的氮氧化物进行还原；以及控制器，该控制器被适配成控制所述微粒过滤器的再生并且控制所述还原剂的喷射；其中所述控制器被适配成控制储氧能力材料与所述还原剂一起供应到所述排放气体的供应，或者控制储氧能力材料与所述还原剂分离地供应到所述排放气体中的供应。
本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是根据本发明的示例性的排放系统的示意图。
图2是根据本发明的另一个示例性的排放系统的示意图。
图3是显示了当用于本发明的微粒过滤器进行再生的时候的微粒过滤器的内部温度的曲线图。
图4是显示了当常规的微粒过滤器进行再生的时候的微粒过滤器的内部温度的曲线图。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施例，在附图中和以下的描述中示出了这些实施例的实例。虽然本发明与示例性实施例相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施例。
在下文中，将参考所附附图来详细描述本发明的示例性实施方式。
图1是根据本发明各个实施方式的排放系统的示意图，图2是根据本发明其它实施方式的排放系统的示意图。
如图1和图2所示，在发动机10处产生的排放气体按顺序穿过涡轮增压器30、氧化催化剂40和微粒过滤器50，从而移除排放气体中的有害物质。涡轮增压器30、氧化催化剂40和微粒过滤器50安装在排气管20上。
发动机10使得燃料和空气进行混合的空气燃料混合物进行燃烧，从而将化学能转换为机械能。发动机10连接到进气歧管，从而接收燃烧室中的空气，并且该发动机10连接到排气歧管，从而在燃烧过程中产生的排放气体聚集在排气歧管中并且被排放到外部。喷射器安装在燃烧室处，从而将燃料喷射到燃烧室中。
排气管20连接到排气歧管，从而将排放气体排放到车辆外部。
涡轮增压器30安装在排气管20上，涡轮增压器30的涡轮通过利用排放气体的能量来进行旋转，从而增大进气空气量。
氧化催化剂40在涡轮增压器30的下游安装在排气管20上并且将包含在排放气体中的碳氢化合物氧化成二氧化碳。通常使用贵重金属(包含钯和铂)来作为氧化催化剂40，但是并非限制于此。碳氢化合物在本说明书和权利要求书中表示由排放气体和燃料之中的碳和氢构成的所有化合物。此外，应当理解，一氧化碳包含在碳氢化合物当中。
微粒过滤器50在氧化催化剂40的下游安装在排气管20上并对排放气体中含有的烟尘进行捕集。此外，选择性还原催化剂涂覆在微粒过滤器50上。该选择性还原催化剂通过利用还原剂来对包含在排放气体中的氮氧化物进行还原。为此，第一喷射器60在微粒过滤器50的上游安装在排气管20上，从而将还原剂喷射到穿过排气管20的排放气体中。所述还原剂可以是氨或者尿素。一般来说，第一喷射器60喷射尿素，并且被喷射的尿素分解为氨。
由于选择性还原催化剂涂覆在微粒过滤器50上，因此减少了排放系统的安装空间。
此外，压力差传感器52安装在微粒过滤器50的入口和出口之间，并且基于压力差传感器52的检测值来执行微粒过滤器50的再生。
同时，在选择性还原催化剂涂覆在微粒过滤器50的情况下，微粒过滤器50的再生温度降低，从而防止该选择性还原催化剂降解。为此，根据本发明的各个实施方式，将储氧能力材料(oxygen storage capacitymaterial)喷射到从氧化催化剂40流出的排放气体中。该储氧能力材料具有的特性是在其内部良好地存储排放气体中的氧气。使用铈或者含铁化学材料或者其它合适的材料来用作这种储氧能力材料。储氧能力材料将排放气体中的氧气存储在内部，并且将存储的氧气供应到烟尘中，从而提升烟尘的氧化。因此，微粒过滤器50可以在低于常规的微粒过滤器50的再生温度的温度下进行再生。由于微粒过滤器50可以在较低的温度下进行再生，因此微粒过滤器50的内部温度将不会升高到选择性还原催化剂会被降解的大约800℃的温度，其如图3所示。因此，可以防止选择性还原催化剂发生降解。
所述储氧能力材料可以与还原剂一起进行存储或者与还原剂分开进行存储。图1中显示了储氧能力材料与还原剂存储在一起的排放系统，图2中显示了储氧能力材料与还原剂分开进行存储的排放系统。
如图1所示，在储氧能力材料与还原剂一起进行存储的情况下，所述排放系统还包括第一箱罐70和第一泵72，还原剂存储在该第一箱罐70当中，第一泵72将存储在第一箱罐70中的还原剂进行泵送并且将该还原剂通过第一供应管线74而供应到第一喷射器60。此时，在第一箱罐70中存储了水溶液，储氧能力材料和还原剂在该水溶液中进行混合。因此，当通过第一喷射器60而将还原剂供应到排放气体中的时候，储氧能力材料也被供应到排放气体中。当微粒过滤器50进行再生的时候，供应到排放气体中的储氧能力材料将氧气供应到烟尘中。因此，降低了微粒过滤器50的再生温度。
如图2所示，在储氧能力材料与还原剂进行分离存储的情况下，所述排放系统还包括第一箱罐70、第一泵72、第二箱罐80、第二泵82、和第二喷射器65；还原剂存储在该第一箱罐70中；该第一泵72对存储在第一箱罐70中的还原剂进行泵送并且通过第一供应管线74而将该还原剂供应到第一喷射器60；所述储氧能力材料存储在该第二箱罐80中；所述第二泵82将存储在第二箱罐80中的储氧能力材料进行泵送并且通过第二供应管线84而将该储氧能力材料供应到第二喷射器65；所述第二喷射器65安装在排气管20上并且将储氧能力材料供应到排放气体中。
尿素或者其他合适材料作为水溶液的形式而被存储在第一箱罐70中，并且储氧能力材料作为有机溶液的形式被存储在第二箱罐80中。
第一箱罐70布置在第二箱罐80内。在这样的构造中，第一箱罐70被定位在第二箱罐80中存储的储氧能力材料内，这样防止了尿素水溶液的结冰。一般来说，具有储氧能力材料的有机溶液的结冰点(大约-50℃)低于尿素水溶液的结冰点(大约-11℃)。因此，储氧能力材料温暖了尿素水溶液并且防止了尿素水溶液的结冰。此外，由于并未使用加热器来防止尿素水溶液结冰，因此节省了成本。由于并未产生运转加热器的动力，因此可以提高燃料经济性。
同时，第一泵72将还原剂供应至第一喷射器60，第二泵82将储氧能力材料供应到第二喷射器65。因此，可以对还原剂和储氧能力材料供应到排放气体中的供应进行独立地控制。
如图1和图2所示，根据本发明各个实施方式的排放系统还包括控制器90。该控制器90基于压力差传感器52的检测值来控制微粒过滤器50的再生。例如，控制器90控制喷射燃料的喷射器，从而在压力差传感器52的检测值大于预定值的时候升高排放气体的温度。此时，第一喷射器60和/或第二喷射器65被控制成将储氧能力材料喷射到排放气体中。由于将储氧能力材料供应到了排放气体中，因此微粒过滤器50的内部温度在微粒过滤器50的再生期间不会升高到800℃。此外，控制器90控制第一喷射器60使其将还原剂喷射到排放气体中。喷射到排放气体中的还原剂在选择性还原催化剂处将氮氧化物还原为氮气。此时，控制器90根据包含在从氧化催化剂40流出的排放气体中的氮氧化物来确定还原剂的喷射量。
如上所述，根据本发明的各个实施方式，可以通过在微粒过滤器上涂覆选择性还原催化剂来减小选择性还原催化剂的安装空间。
此外，通过降低了微粒过滤器的再生温度而可以防止涂覆在微粒过滤器上的选择性还原催化剂的降解。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上游”或“下游”等是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种排放气体净化系统，包括：
连接至发动机的排气管，在所述发动机处产生的排放气体穿过该排气管；
安装在所述排气管上的微粒过滤器，该微粒过滤器涂覆了选择性还原催化剂，该选择性还原催化剂被适配成通过喷射还原剂来对包含在所述排放气体中的氮氧化物进行还原，且所述微粒过滤器被适配成对包含在所述排放气体中的微粒物质进行捕集；
第一喷射器，该第一喷射器被适配成将还原剂喷射到穿过所述排气管的排放气体当中；以及
第二喷射器，该第二喷射器被适配成将储氧能力材料喷射到穿过所述排气管的排放气体当中；
所述排放气体净化系统还包括：
第一箱罐，该第一箱罐被适配成在其中存储所述还原剂；
第一泵，该第一泵被适配成泵送存储在所述第一箱罐中的还原剂并将其供应到所述第一喷射器；
第二箱罐，该第二箱罐被适配成在其中存储所述储氧能力材料；以及
第二泵，该第二泵被适配成泵送存储在所述第二箱罐中的储氧能力材料并将其供应到所述第二喷射器；
其中所述第一箱罐布置在所述第二箱罐中。
2.根据权利要求1所述的排放气体净化系统，其中所述还原剂是尿素或者氨。
3.根据权利要求1所述的排放气体净化系统，其中所述储氧能力材料是铈或者含铁化学材料。
4.根据权利要求1所述的排放气体净化系统，其中所述储氧能力材料作为有机溶液而存储在所述第二箱罐中。
5.一种排放系统，包括：
连接至发动机的排气管，在所述发动机处产生的排放气体穿过该排气管；
涡轮增压器，该涡轮增压器安装在所述排气管上并且被适配成通过利用所述排放气体的能量来增加进气；
氧化催化剂，该氧化催化剂在所述涡轮增压器的下游安装在所述排气管上并且被适配成对包含在所述排放气体中的碳氢化合物进行氧化；
微粒过滤器，该微粒过滤器在所述氧化催化剂的下游安装在所述排气管上，且该微粒过滤器涂覆有选择性还原催化剂且该微粒过滤器被适配成对包含在所述排放气体中的微粒物质进行捕集，其中所述选择性还原催化剂被适配成通过喷射还原剂来对包含在所述排放气体中的氮氧化物进行还原；以及
控制器，该控制器被适配成控制所述微粒过滤器的再生并且控制所述还原剂的喷射；
其中所述控制器被适配成控制储氧能力材料与所述还原剂一起供应到所述排放气体的供应，或者控制储氧能力材料与所述还原剂分离地供应到所述排放气体中的供应；
所述排放系统还包括：
第一箱罐，该第一箱罐被适配成在其中存储所述还原剂；
第一泵，该第一泵被适配成对存储在所述第一箱罐中的还原剂进行泵送；
第一喷射器，该第一喷射器被适配成接收来自所述第一泵的还原剂并将其喷射到所述排放气体中；
第二箱罐，该第二箱罐被适配成在其中存储所述储氧能力材料；
第二泵，该第二泵被适配成对存储在所述第二箱罐中的储氧能力材料进行泵送；以及
第二喷射器，该第二喷射器被适配成接收来自所述第二泵的储氧能力材料并将其喷射到所述排放气体中；
其中所述第一箱罐布置在所述第二箱罐内。
6.根据权利要求5所述的排放系统，其中所述第一箱罐被适配成在其中存储所述储氧能力材料和所述还原剂；
所述第一泵被适配成对存储在所述第一箱罐中的储氧能力材料和还原剂进行泵送；以及
所述第一喷射器被适配成接收来自所述第一泵的储氧能力材料和还原剂并将其喷射到所述排放气体中。
7.根据权利要求6所述的排放系统，其中在所述第一箱罐中存储了水溶液，所述储氧能力材料和所述还原剂在该水溶液中进行混合。
8.根据权利要求5所述的排放系统，其中所述储氧能力材料作为有机溶液而存储在所述第二箱罐中。
9.根据权利要求8所述的排放系统，其中存储在所述第二箱罐中的储氧能力材料防止所述第一箱罐中存储的还原剂发生结冰。
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