CN103806989A

CN103806989A - 用于车辆的排放气体净化系统

Info

Publication number: CN103806989A
Application number: CN201310403759.XA
Authority: CN
Inventors: 权忠逸
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2014-05-21
Also published as: US20140134062A1; KR20140062899A; DE102013109675A1

Abstract

一种用于车辆的排放气体净化系统，其可以包括安装在排放管处的柴油氧化催化剂（DOC）单元，和安装在DOC单元后端的排放管处的复合催化剂单元，所述复合催化剂单元包括在柴油颗粒物质过滤器（DPF）处形成的选择性催化还原（SCR）催化剂和氧化催化剂。所述排放气体净化系统还可以包括设置在所述DOC单元和所述复合催化剂单元之间的喷射器，所述喷射器构造成将还原剂注入所述排放管。所述SCR催化剂可以形成在所述DPF的排放气体入口侧处，所述氧化催化剂可以形成在所述DPF的排放气体出口侧处。

Description

用于车辆的排放气体净化系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月12日提交的韩国专利申请第10-2012-0127577号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的排放系统，更具体地，涉及一种能够减少排放气体中污染物的排放气体净化系统。

背景技术

通常，发动机的排放系统包括排放气体后处理装置，例如DOC（柴油氧化催化剂）、DPF（柴油颗粒物质过滤器）、SCR（选择性催化还原（selective catalyst reduction））、LNT（稀薄氮氧化物捕集器（lean NOxtrap））等以减少一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、颗粒物质、氮氧化物（NOx）等包含在排放气体中的污染物。

DOC可以氧化排放气体中的全部碳氢化合物和一氧化碳，并将一氧化氮氧化成二氧化氮。DPF可以捕获排放气体中的颗粒物质，并通过化学转化过程净化所述颗粒物质。

此外，SCR利用排放气体的热量将通过喷射器在排放气体的流方向上喷射的还原剂（尿素）转化成氨（NH₃），在排放气体中的氮氧化物和SCR催化剂的氨之间的催化反应将氮氧化物还原成氮气（N₂）和水（H₂O）。

作为相关技术的排放气体净化系统的实例，所述排放气体净化系统采用如上所述的DOC、DPF和SCR，DOC2和DPF3安装在排放气体的流方向上排放管1的路径上，SCR4安装在所述DPF3的后端，如图1所示。

此处，还原剂滑移催化剂（reducing agent slip catalyst）5安装在SCR4的后端用于去除发生在SCR催化剂上的还原剂滑移（reducingagent slip）。另外，混合还原剂和排放气体的混合区域设置在DPF3的后端和SCR4的前端之间，将还原剂喷射到排放管1中的喷射器7安装在该混合区域中。

在上述排放气体净化系统中，因为SCR4具有相对较大的体积以实现排放气体中氮氧化物的充分的净化效率，所以SCR4安装在车辆的下部地板处。

因此，由于相关技术中SCR4在车辆的下部地板处，SCR催化剂的氮氧化物净化性能可能随着排放气体的温度的降低而劣化，燃料效率可能随着车辆重量额外地增加而劣化。

此外，在相关技术中，由于设置了具有相对较大体积的SCR4且还原剂滑移催化剂5安装在SCR4的后端，因制造对应于SCR4和还原剂滑移催化剂5的单独的载体和容器而使生产成本可能增加。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，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技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明致力于提供一种用于车辆的排放气体净化系统，其能够进一步改进排放气体的净化性能并通过简单的构造减少制造成本。

本发明的各个方面提供一种用于车辆的排放气体净化系统，其包括：（i）安装在排放管处的柴油氧化催化剂（DOC）单元，和（ii）安装在DOC单元后端的排放管处的复合催化剂单元，所述复合催化剂单元包括在柴油颗粒物质过滤器（DPF）处形成的选择性催化还原（SCR）催化剂和氧化催化剂。此外，所述用于车辆的排放气体净化系统进一步可以包括设置在所述DOC单元和所述复合催化剂单元之间的喷射器，所述喷射器构造成将还原剂注入所述排放管。

在根据本发明的用于车辆的排放气体净化系统中，所述SCR催化剂可以形成在所述DPF的排放气体入口侧处，所述氧化催化剂可以形成在所述DPF的排放气体出口侧处。催化剂非涂布区域可以存在于所述DPF的所述入口侧和所述出口侧之间。所述SCR催化剂可以包括选自Cu基或Fe基沸石和/或钒基材料的材料。氧化催化剂可以包括选自Pt、Pd和Rh的贵金属催化剂。所述复合催化剂单元可以包括在DPF上的SCR（SDPF）。

本发明的各个其他方面提供一种排放气体净化系统，其包括：（i）安装在排放管处的DOC单元，和（ii）安装在所述DOC单元的后端的排放管处的复合催化剂单元，所述复合催化剂单元包括在DPF处形成的SCR催化剂和氧化催化剂，其中所述复合催化剂单元可以包括设置在所述SCR催化剂的涂布区域和所述氧化催化剂的涂布区域之间的催化剂非涂布区域。

此外，在根据本发明的用于车辆的排放气体净化系统中，所述DPF可以包括之字形形式的室通道。所述SCR催化剂可以涂布在所述室通道的排放气体入口侧上。所述氧化催化剂可以涂布在所述室通道的排放气体出口侧上。

在根据本发明的排放气体净化系统中，因为所述复合催化剂单元被设置为其中所述SCR催化剂形成在所述DPF的所述室通道的所述入口侧处，所述氧化催化剂形成在所述室通道的所述出口侧处，因此可以去除或消除相关技术中大体积的SCR。

此外，在根据本发明的排放气体净化系统中，因为所述氧化催化剂形成在所述复合催化剂单元的所述DPF中的所述室通道的所述出口侧处，可以减少没有与SCR催化剂反应而排放的所述还原剂的滑移的量，当DPF再生时由烟灰的燃烧产生的CO、HC等可以在被氧化的同时被净化。

此外，在根据本发明的排放气体净化系统中，因为通过所述复合催化剂单元的所述氧化催化剂可以去除没有在SCR催化剂处反应的还原剂的滑移，所以可以去除或消除相关技术的还原剂滑移催化剂。

因此，在根据本发明的排放气体净化系统中，因为可以去除相关技术的SCR和还原剂滑移催化剂，可以降低用于制造SCR和还原剂滑移催化剂的成本，且因为车辆重量减少，可以改进燃料效率。

此外，在根据本发明的排放气体净化系统中，因为SCR催化剂安装成比SCR催化剂安装在所述DPF的后端处（即车辆的下部地板处）的情况下更靠近发动机，所以形成的排放气体温度高于相关技术的排放气体的温度，因此，可以改进NOx的净化效率。

此外，在根据本发明的排放气体净化系统中，因为形成了催化剂非涂布区域以防止所述SCR催化剂和所述氧化催化剂在所述复合催化剂单元的所述DPF处重叠，所述SCR催化剂可以执行其初始功能而不降低氮氧化物净化效率，氮氧化物的净化性能可以改进至相当于同样水平或更高的水平。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将在纳入本文的附图以及随后与附图一起用于解释本发明的某些原理的具体实施方式中显现或更详细地阐明。

附图说明

图1为示意地显示根据相关技术的用于车辆的排放气体净化系统的框图。

图2为示意地显示根据本发明的示例性的用于车辆的排放气体净化系统的框图。

图3为示意地显示应用于根据本发明的用于车辆的排放气体净化系统的示例性的复合催化剂的横截面图。

图4为用于解释根据本发明的示例性的用于车辆的排放气体净化系统的操作效果的曲线图。

具体实施方式

现在将详细提及本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当理解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，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选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

为了清楚地描述本发明，省略了与本说明书不相关的部分。在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的构件。显示在附图中的每个元件的尺寸和厚度被显示在附图中以便更好地理解且便于描述，但本发明不受图示的限制。在附图中，出于清楚的目的，放大了各个部分和区域的厚度。

另外，在如下详细描述中，在相同关系中的组成元件的名称区分成“第一”、“第二”等，但本发明不限于如下描述中的顺序。在本说明书中，除非另有明确地说明，措辞“包括”及其变体例如“包含”应理解为暗示包括所述要素但不排除任何其他要素。此外，术语例如本说明书中公开的“…单元”、“…装置”、“…部件”或“…构件”指的是执行至少一种功能或操作的内含组成的单元。

图2为示意地显示根据本发明的各个实施方案的用于车辆的排放气体净化系统的框图。参考图2，车辆的排放气体净化系统100可以应用于设置在商用柴油车辆的排放系统处的排放气体后处理系统，以净化从发动机排放的排放气体。

例如，排放气体净化系统100可以氧化排放气体中的全部碳氢化合物和一氧化碳，并将一氧化氮氧化成二氧化氮。排放气体净化系统100可以捕获包含在排放气体中的颗粒物质，并通过化学转化过程净化颗粒物质。另外，排放气体净化系统100可以通过使用还原剂（例如尿素水溶液）将排放气体中的氮氧化物还原成氮气。

根据本发明的各个实施方案的车辆的排放气体净化系统100可以去除相关技术的SCR和还原剂滑移催化剂，并具有可以进一步改进排放气体的净化性能的结构。

为此，根据本发明的各个实施方案的车辆的排放气体净化系统100包括DOC催化剂单元20和复合催化剂单元50。

DOC催化剂单元20可以安装在形成排放气体流的排放管10处，所述排放气体自车辆的发动机排放。所述DOC催化剂单元20具有在预定情况下设置的载体，柴油氧化催化剂可以涂布在载体上。所述DOC催化剂单元20通过柴油氧化催化剂用于氧化排放气体中的全部碳氢化合物和一氧化碳，并将一氧化氮氧化至二氧化氮。因为所提供的DOC催化剂单元20为本领域已知的DOC催化剂装置，所以在本说明书中将省略其结构的详细描述。

图3为示意地显示应用于根据本发明的各个实施方案的用于车辆的排放气体净化系统的复合催化剂单元的横截面图。参考图2和图3，复合催化剂单元50用于捕获包含在排放气体中的颗粒物质，并通过化学转化过程净化颗粒物质。

另外，复合催化剂单元50用于通过使用还原剂（例如尿素水溶液）用于将排放气体中的氮氧化物还原成氮气。此外，复合催化剂单元50用于去除不反应的还原剂的滑移，氧化并净化由烟灰的燃烧产生的CO、HC等。

特别地，复合催化剂单元50安装在DOC催化剂单元20的后端的排放管10处。复合催化剂单元50基于DPF61，SCR催化剂71和氧化催化剂81形成在DPF61上。在本发明的各个实施方案中，因为SCR催化剂71形成在DPF61上，所以复合催化剂单元50可以定义为SDPF（DPF上的SCR）。

此处，设置DPF61以捕获包含于排放气体中的颗粒物质并通过化学转化过程净化颗粒物质，并可以为本领域已知的柴油颗粒过滤器。DPF61形成或包括之字形形式的室通道63，并具有等于或大于约55%的孔隙率，其中孔的尺寸较大。

SCR催化剂71可以涂布在DPF61的排放气体入口侧上，氧化催化剂81可以涂布在DPF61的排放气体出口侧上。亦即，SCR催化剂71可以涂布在自DPF61的室通道63的入口侧的端部的部分区域，氧化催化剂81可以涂布在自室通道63的出口侧的端部的部分区域。

在此情况下，SCR催化剂71可以由选自Cu基或Fe基沸石和钒基材料的任何材料制得，或包含选自Cu基或Fe基沸石和钒基材料的任何材料。氧化催化剂81可以由选自Pt、Pd和Rh的任意一种贵金属催化剂制得，或包含选自Pt、Pd和Rh的贵金属催化剂。

SCR催化剂71可以通过使用还原剂（例如尿素水溶液）将排放气体中的氮氧化物还原成氮气。另外，氧化催化剂81可以去除在SCR催化剂71处不反应的还原剂的滑移，氧化并净化当DPF61再生时由烟灰的燃烧产生的CO、HC等。

在本发明的各个实施方案中，在DPF61中，催化剂非涂布区域65可以存在于室通道63的入口侧和出口侧之间。催化剂非涂布区域65设置在SCR催化剂71的涂布区域和氧化催化剂81的涂布区域之间。

催化剂非涂布区域65形成在DPF61处的原因在于防止SCR催化剂71和氧化催化剂81因DPF61的高孔隙率和大尺寸孔而通过室通道63的壁重叠。亦即，如果SCR催化剂71和氧化催化剂81通过室通道63重叠，如上所述，用于净化氮氧化物的还原剂被包含贵金属的氧化催化剂81氧化，由此可能劣化氮氧化物的净化效率。

此外，由于由Cu、Fe等形成的SCR催化剂71使氧化催化剂81中的贵金属和洗涤涂层中毒，氧化功能可能劣化。因此，在本发明的各个实施方案中，因为催化剂非涂布区域65形成在DPF61处，所以用于净化氮氧化物的还原剂不被氧化催化剂81的贵金属催化剂引起氧化作用，并可以产生仅SCR催化剂71的反应。因此，Cu、Fe等可以防止氧化催化剂81中毒。

同时，根据本发明的各个实施方案的车辆的排放气体净化系统100进一步包括喷射器90（在此领域中也通常被称为“剂量单元”），喷射器90将还原剂注入在复合催化剂单元50的后端处的排放管10。喷射器90可以安装在DOC催化剂单元20和复合催化剂单元50之间排放管10处。

当还原剂通过喷射器90注入排放管10时，还原剂通过排放气体的热量转化成氨（NH₃），通过排放气体中的氮氧化物和复合催化剂单元50的SCR催化剂71的氨之间的催化反应可以将氮氧化物还原至氮气（N₂）和水（H₂O）。因为喷射器90被设置为本领域已知的剂量单元，所以在本说明书中将省略其结构的详细描述。

因此，在根据本发明的各个实施方案的车辆的排放气体净化系统100中，因为复合催化剂单元50被设置为其中SCR催化剂71形成在DPF61的室通道63的入口侧处，氧化催化剂81形成在室通道63的出口侧处，可以去除相关技术中大体积的SCR。

此外，在本发明的各个实施方案中，因为氧化催化剂81形成在复合催化剂单元50的DPF61中的室通道63的出口侧处，可以减少没有在SCR催化剂71处反应而排放的还原剂的滑移的量，当DPF61再生时由烟灰的燃烧产生的CO、HC等可以被氧化的同时被净化。

亦即，在本发明的各个实施方案中，因为通过复合催化剂单元50的氧化催化剂81可以去除不在SCR催化剂71处反应的还原剂的滑移，所以可以去除相关技术的还原剂滑移催化剂。

因此，在本发明的各个实施方案中，由于可以去除相关技术的SCR和还原剂滑移催化剂，因此可以降低用于制造SCR和还原剂滑移催化剂的成本，因为车辆重量减少，可以改进燃料效率。

此外，在本发明的各个实施方案中，因为SCR催化剂71安装成比SCR催化剂安装在DPF61的后端处（即车辆的下部地板处）的情况下更靠近发动机，形成的排放气体温度高于相关技术的排放气体的温度，因此，可以改进NOx的净化效率。

此外，在本发明的各个实施方案中，因为形成了催化剂非涂布区域65以防止SCR催化剂71和氧化催化剂81在复合催化剂单元50的DPF61处重叠，SCR催化剂71可以执行其初始功能而不降低氮氧化物净化效率，氮氧化物的净化性能可以改进至相当于同样水平或更高的水平。

同时，如图4所示，将氧化催化剂81形成在复合催化剂单元50的DPF61的出口侧处的本发明与仅SCR催化剂71涂布在DPF61上的情况相比，在仅SCR催化剂71涂布在DPF61上的情况下，当DPF61再生时CO在DPF61的后端处迅速产生（在图中用“A”表示）。然而，在如本发明的各个实施方案中的氧化催化剂81形成在DPF61的出口侧处的情况下，CO在DPF61的后端处几乎没有产生（在图中用“B”表示）。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“前”或“后”等被用于参考附图中所显示的特征的位置来描述示例性实施方式的这些特征。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。它们并不会毫无遗漏，也不会将本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其它们的实际应用，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示例性实施方案及其不同的选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同方案加以限定。

Claims

1.一种用于车辆的排放气体净化系统，其包括：

安装在排放管处的柴油氧化催化剂（DOC）单元；

安装在所述DOC单元的后端的所述排放管处的复合催化剂单元，所述复合催化剂单元包括形成在柴油颗粒物质过滤器（DPF）处的选择性催化还原（SCR）催化剂和氧化催化剂；和

设置在所述DOC单元和所述复合催化剂单元之间的喷射器，所述喷射器构造成将还原剂注入所述排放管，

其中所述SCR催化剂形成在所述DPF的排放气体入口侧处，所述氧化催化剂形成在所述DPF的排放气体出口侧处。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的排放气体净化系统，其中催化剂非涂布区域存在于所述DPF的所述入口侧和所述出口侧之间。

3.根据权利要求1所述的用于车辆的排放气体净化系统，其中所述SCR催化剂包括选自Cu基或Fe基的沸石和/或钒基材料的材料。

4.根据权利要求1所述的用于车辆的排放气体净化系统，其中所述氧化催化剂包括选自Pt、Pd和Rh的贵金属催化剂。

5.根据权利要求1所述的用于车辆的排放气体净化系统，其中所述复合催化剂单元包括在DPF上的SCR（SDPF）。

6.一种排放气体净化系统，其包括：

安装在排放管处的DOC单元；和

安装在DOC单元的后端的排放管处的复合催化剂单元，所述复合催化剂单元包括形成在DPF处的SCR催化剂和氧化催化剂，

其中所述复合催化剂单元包括设置在所述SCR催化剂的涂布区域和所述氧化催化剂的涂布区域之间的催化剂非涂布区域。

7.根据权利要求6所述的排放气体净化系统，其中所述DPF包括具有之字形形式的室通道。

8.根据权利要求7所述的排放气体净化系统，其中所述SCR催化剂涂布在所述室通道的排放气体入口侧上，所述氧化催化剂涂布在所述室通道的排放气体出口侧上。