CN104279026A - 机动车尾气后处理系统及其过滤装置和制造方法 - Google Patents

Abstract

一种机动车尾气后处理系统及其过滤装置和制造方法，该机动车尾气后处理系统包括柴油氧化催化器和过滤装置，该过滤装置包括壳体和安装在所述壳体内的过滤体，包括PM过滤层，包括多孔金属管及其上卷绕的内层泡沫合金层，用于过滤所述机动车尾气中的PM；NO_x还原层，包括卷绕在所述内层泡沫合金层上涂覆有选择性催化还原催化剂的外层泡沫合金层，所述外层泡沫合金层的孔径大于所述内层泡沫合金层，所述机动车尾气中的NO_x和通过所述尾气排气管喷入的NH₃在所述NO_x还原层中发生选择性催化还原反应被还原为N₂，并经过所述出气口排出。本发明还公开了该过滤装置的制造方法。

Description

机动车尾气后处理系统及其过滤装置和制造方法

技术领域

本发明涉及机动车尾气处理方法及装置，特别是一种用于机动车(柴油车)尾气后处理系统的机动车尾气后处理系统及其选择性催化还原过滤装置和该装置的制造方法。

背景技术

柴油发动机热效率高、燃油经济性好，在当前能源紧张和排放限制日益严格的形势下，优势更加明显。有关资料显示，我国机动车尾气排放污染中，柴油车占了氮氧化物(NO_x)排放的68.1％，颗粒物(PM)的90％以上(参见中华人民共和国环境保护部，《中国机动车污染防治年报》，2013)，柴油车已成为我国机动车NO_x和PM的主要排放者。因而，柴油车排放后处理技术得到大量研究并取得长足发展。一般综合考虑柴油车的发动机结构、设计、燃烧及标定情况，在柴油车加装尾气后处理装置，通过过滤、氧化或还原反应将尾气中的PM、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)以及NO_x等主要污染物去除或转化成无害的水(H₂O)、二氧化碳(CO₂)及氮气(N₂)，以满足日益严格的排放法规。

如上所述，柴油车排放主要污染物是NO_x和PM，而NO_x和PM排放存在相互制约的关系(trade-off)，目前对NO_x和PM的处理主要采取两条不同技术路线：一条是共轨(CR)+选择性催化还原(SCR)路线还原NO_x，即柴油机通过机内燃烧改进，PM排放较低(已经达标)，而NO_x排放则较高，此时需要采取SCR路线将NO_x还原；另外一条是废气再循环(EGR)+柴油机颗粒过滤器DPF/CDPF路线，此时将部分排气通过废气再循环(EGR)方法EGR引回柴油机的气缸燃烧室，NO_x排放较低(已经达标)，而PM排放较高，此时需要加装过滤装置去除PM。

现有技术中柴油车后处理装置主要有以下几种：

1)柴油氧化催化器(DOC)，主要用于氧化尾气中的CO、HC以及PM中的可溶性有机物(SOFs)，通常由陶瓷作为载体，在上面涂覆中间层(washcoat)，该中间层一般用三氧化二铝(γ-Al₂O₃)以提供较大比表面积，中间层中含有催化活性的贵金属，主要为铂(Pt)、钯(Pd)及铑(Rh)；

2)柴油颗粒过滤器(DPF)，用于过滤PM，主要是陶瓷或金属作为载体，其大量的薄壁通道上具有细小的微孔(微米级)，尾气通过后PM被过滤下来，通过再生等方法使DPF持续工作，如申请号为“200510047699.8”，名称为“一种复合结构柴油车尾气微粒过滤-再生装置”的中国发明专利所公开的柴油车尾气微粒过滤再生装置，在对柴油车微粒进行有效过滤后，可在车载电源正常供电的情况下，实现智能化再生；

3)选择性催化还原(SCR)，主要是向排气管中持续喷射尿素溶液，通过尿素水解产生的氨(NH₃)与尾气中NO_x在涂覆有催化剂的载体上发生选择性催化还原反应，将NO_x还原为无害的N₂，尾气得以净化，如申请号为“201010118454.0”，名称为“柴油车用储液罐加压式尿素溶液计量喷射系统”的中国发明专利公开的尿素溶液计量喷射系统，可集成到柴油车尾气后处理装置中对柴油车尾气予以净化。

随着排放法规愈加严格，如北美的Tier 2 Bin 5和欧V/VI实施，要求NO_x和PM同时得到去除，典型的后处理系统为DOC+CDPF/DPF+SCR或者DOC+SCR+CDPF/DPF。此时，整个系统较复杂、成本高、体积大，给整车布置带来诸多不便；此外还存在DPF主动再生以及SCR尿素喷射温度等问题。与此同时，由于国内燃油等问题，部分发动机的NO_x和PM排放均较高，也要求能将NO_x和PM同时去除；还有一些发动机装配共轨+SCR系统，由于受到发动机性能和稳定性的制约，其PM排放仍然高于欧四/五标准，也需要将NO_x与PM同时去除。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于净化柴油车尾气的机动车尾气后处理系统及其过滤装置和制造方法，能同时去除柴油车排放尾气中的NO_x与PM，以解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于机动车尾气后处理系统的过滤装置，安装在机动车的尾气排气管上，能同时去除机动车尾气中的NO_x和PM，包括：

壳体，包括设置在所述壳体两端的进气口和出气口；

过滤体，安装在所述壳体内，包括：PM过滤层，包括与所述壳体的中心同轴设置的多孔金属管，所述多孔金属管上卷绕有内层泡沫合金层(未涂覆催化剂)，所述机动车尾气经所述进气口通过所述多孔金属管导引并流经所述内层泡沫合金层后，所述机动车尾气中的PM得到过滤并经被动再生除去；NO_x还原层，包括卷绕在所述内层泡沫合金层上的外层泡沫合金层，所述外层泡沫合金层上涂覆有催化剂，所述外层泡沫合金层的孔径大于所述内层泡沫合金层，所述机动车尾气中的NO_x和通过所述尾气排气管喷入的NH₃在所述NO_x还原层中发生选择性催化还原反应被还原为N₂，并经过所述出气口排出。

上述的过滤装置，其中，所述多孔金属管包括：

金属环，对应于所述进气口设置；

金属端盖，对应于所述出气口设置；

多条金属筋，所述多条金属筋的一端与所述金属环连接，所述多条金属筋的另一端与所述金属端盖的边缘连接，所述多条金属筋包括一组左旋螺旋筋和一组右旋螺旋筋，所述左旋螺旋筋和右旋螺旋筋分别交错连接为网格结构的圆管。

上述的过滤装置，其中，还包括用于固定所述PM过滤层和NO_x还原层的进气法兰和出气法兰，分别对应于所述进气口和出气口设置，所述多孔金属管通过所述金属环安装在所述进气法兰上，所述进气法兰对应于所述金属环设置有进气孔，所述多孔金属管通过所述金属端盖与所述出气法兰连接，所述出气法兰对应于所述金属端盖设置有安装孔。

上述的过滤装置，其中，所述外层泡沫合金层外还包覆有网格状金属栅层，以固定并保持所述泡沫合金层卷绕泡沫的形状。

上述的过滤装置，其中，所述进气法兰和/或所述出气法兰与所述内层泡沫合金层的端部及所述NO_x还原层的端部之间，设置有与所述内层泡沫合金层的热膨胀系数相同的金属丝网衬垫。

上述的过滤装置，其中，所述出气法兰设置有与所述出气口连通的出气通道，所述出气通道为设置在所述出气法兰的外缘上的凸台与所述壳体之间形成的缝隙。

上述的过滤装置，其中，所述内层泡沫合金层的孔径为200-2000μm，所述外层泡沫合金层的孔径为1000-4000μm，。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种机动车尾气后处理系统，包括柴油氧化催化剂和过滤装置，其中，所述柴油氧化催化器通过第一段排气管与发动机排气出口连接，所述过滤装置通过第二段排气管与所述柴油氧化催化器器连接，所述第二段排气管上设置有尿素喷嘴，所述过滤装置为上述的过滤装置。

上述的机动车尾气后处理系统，其中，所述柴油氧化催化器器用于氧化去除机动车尾气中HC、CO和PM中的部分SOFs，并将所述机动车尾气中的NO氧化产生NO₂，所述柴油氧化催化器器包括金属筒体和安装在所述金属筒体内陶瓷载体，所述陶瓷载体上涂覆有贵金属催化剂。

上述的机动车尾气后处理系统，其中，所述陶瓷载体为全流式蜂窝状结构，所述金属筒体的两端安装有进气法兰和出气法兰。

上述的机动车尾气后处理系统，其中，所述陶瓷载体和所述金属筒体之间设置有用于缓冲和密封的耐高温衬垫。

上述的机动车尾气后处理系统，其中，还包括尿素喷射控制单元，所述尿素喷射控制单元分别与机动车的车载电子控制单元及安装在所述过滤装置入口处的温度传感器连接，通过所述车载电子控制单元获取发动机的转速和扭矩同时相应的NO_x值以及排气流量也一并获取，通过所述温度传感器获取所述过滤装置入口处的温度，尿素喷射控制单元根据事先编入的程序确定所需尿素量并向所述尿素喷嘴发出指令喷射尿素。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种上述过滤装置的制造方法。为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种用于机动车尾气后处理系统的过滤装置，安装在机动车的尾气排气管上，其中，能同时去除机动车尾气中的NO_x和PM，包括：

壳体，包括设置在所述壳体两端的进气口和出气口；以及

过滤体，安装在所述壳体内，包括：

PM过滤层，包括多个片状小孔径泡沫合金片叠置的泡沫合金层，所述多个泡沫合金片与所述壳体呈90度角垂直放置，所述机动车尾气经所述进气口并流经所述泡沫合金层后，所述机动车尾气中的PM得到过滤并经被动再生除去；以及

NO_x还原层，包括多个大孔径泡沫合金片叠置的泡沫合金层，所述大孔径泡沫合金片上涂覆有选择性催化还原催化剂，所述机动车尾气中的NO_x和通过所述尾气排气管喷入的NH₃在所述NO还原层中发生选择性催化还原反应被还原为N₂，并经过所述出气口排出。

本发明的技术效果在于：

本发明将SCR和DPF整合到一个催化反应器中形成选择性催化还原过滤装置(SCRf)，既简化了整个尾气处理系统，减小了体积及降低了成本，又能实现NO_x和PM同时去除的目的。更为重要的是，与现有技术的后处理系统相比，本发明能够在低温冷启动时使其入口温度快速升高达到反应所需，降低排放，同时也能够有效利用DPF再生时的热量，减少热损失。此外，本申请的DPF避免了现有技术中需要后喷燃油实现主动再生的问题，只需被动再生即可，也降低了系统成本及复杂性。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的尾气后处理系统结构示意图；

图2为本发明一实施例的柴油机氧化催化器和过滤装置结构示意图；

图3A为本发明一实施例的过滤装置的主视图；

图3B为图3A的A-A剖视图；

图3C为图3A的过滤体剖视图；

图4为本发明一实施例的多孔金属管示意图；

图5A为本发明一实施例的各泡沫合金层示意图；

图5B为图5A装配效果图；

图6为本发明一实施例的过滤体爆炸图；

图7为本发明一实施例的过滤装置工作原理图。

其中，附图标记

1      机动车尾气后处理系统

21     柴油氧化催化器

22     过滤装置

221    壳体

2211   进气口

2212   出气口

2213   端锥

222    过滤体

2221   PM过滤器

22211  多孔金属管

222111 金属环

222112 金属端盖

222113 金属筋

22212  内层泡沫合金层

2222   NO_x过滤器

22221  外层泡沫合金层

22222  第三泡沫合金层

2223   网格状金属栅层

2224   金属丝网衬垫

2225   环形旁通道

223    进气法兰

2231   进气孔

224    出气法兰

2241   安装孔

2242   凸台

23     第一排气管

24     第二排气管

25     尿素喷嘴

26     尿素喷射控制单元

27     混合器

3      车载电子控制单元

4      温度传感器

5  发动机

6  尿素泵

7  尿素罐

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本发明一实施例的尾气后处理系统结构示意图。本发明的尾气后处理系统1，包括机动车尾气柴油氧化催化器21和过滤装置22、车载电子控制单元3、尿素系统和数据采集系统(图未示)，所述数据采集系统与所述车载电子控制单元3连接，所述尿素系统分别与所述车载电子控制单元3及所述机动车尾气后处理系统2连接，数据采集系统包括车辆转速采集模块、车辆扭矩采集模块、NO_x传感器、温度传感器4和压力传感器，尿素系统包括尿素喷嘴25、尿素罐7和尿素泵6，尿素泵6分别与尿素罐7和尿素喷嘴25连通，所述车载电子控制单元3与尿素泵6连接。因该尾气处理系统1中的其他各组成部分的结构、连接关系及功用等均为较成熟的现有技术，故在此不再赘述，下面仅对本发明的机动车尾气后处理系统2予以详细说明。

参见图2，图2为本发明一实施例的柴油氧化催化器和过滤装置结构示意图。包括柴油氧化催化器21(DOC)和过滤装置22，所述柴油氧化催化器21通过第一排气管23与机动车的发动机5排气出口连接，所述过滤装置22通过第二排气管24与所述柴油氧化催化器21连接，所述第二排气管24上设置有尿素喷嘴25。所述柴油氧化催化器21用于氧化去除机动车尾气中HC、CO和PM中的部分SOFs，并将所述机动车尾气中的NO氧化生成NO₂，该NO₂可以将下游过滤装置22过滤下来的PM氧化除去，即发生被动再生反应，还可以发生快速SCR反应，提高反应效率。所述柴油氧化催化器21包括金属筒体和安装在所述金属筒体内的陶瓷载体(图未示)，所述陶瓷载体上涂覆有贵金属催化剂。本实施例中，所述陶瓷载体为全流式蜂窝状结构，所述金属筒体的两端安装有进气法兰和出气法兰。其中，所述陶瓷载体和所述金属筒体之间还可设置有用于缓冲和密封的耐高温衬垫。排气从发动机5出来后首先经过DOC，排气中的HC、CO以及SOFs被氧化去除，同时NO也被催化氧化成NO₂；随后气体流经所述过滤装置22，PM由内层的泡沫过滤而除去，NO_x由外部喷入的尿素水解/热解而来的NH₃在涂覆有SCR催化剂的外层泡沫上还原而去除。由此，实现NO_x和PM的同时去除。

本实施例中，还可包括尿素喷射控制单元26(DCU)，所述尿素喷射控制单元26分别与车载电子控制单元3及安装在所述过滤装置22入口处的温度传感器4连接，通过所述车载电子控制单元3获取车辆转速采集模块和车辆扭矩采集模块采集到的机动车的转速和扭矩以获得相应的NO_x值以及流量，DCU通过CAN通讯从ECU获得相关数据，通过所述温度传感器4获取所述过滤装置22入口处的温度，根据事先编入的程序确定所需尿素量并向所述尿素喷嘴25发出指令喷射尿素。工作时，DCU通过CAN(控制器局域网)通讯从ECU(Electronic Control Unit电子控制单元)获取转速和扭矩数据，即可获得相应的NO_x值以及流量，同时通过温度传感器4获取过滤装置22入口处的温度，再综合考虑过滤装置22载体体积、NH₃存储等因素，由DCU向喷嘴发出指令喷射尿素，可采用开环控制方式。具体可为，ECU采集到数据点(转速和扭矩)，同时这点相应的排气情况(流量、浓度)等信息也一并采集到，通过CAN通讯将此信息传输给DCU，DCU读到此数据后再综合温度传感器4采集的温度数据以及其他参数，在事先编入的程序的图谱里找到对应的点，首先根据温度扫描和空速扫描试验得出该催化器基本性能，即：在不同温度和不同空速下该催化器的NO_x还原效率，建立一个MAP，当DCU从ECU得到发动机转速和扭矩数据后，根据发动机MAP，对应转速和扭矩那点的NO_x和流量值也得到，温度从温度传感器得到，再结合氨存储特性，便可确定尿素喷射量。然后喷出相应量的尿素溶液。

参见图3A-3C，图3A为本发明一实施例的过滤装置22的主视图，图3B为图3A的A-A剖视图，图3C为图3A的过滤体剖视图。本发明的过滤装置22，通过选择性催化还原和过滤实现同时去除机动车尾气中NO_x和PM的目标，包括：壳体221，包括设置在所述壳体221两端的进气口2211和出气口2212，考虑到减少体积以及安装和加工的工艺性，壳体221的主体结构可优选为圆柱体，该进气口2211和出气口2212可以通过端锥2213与圆柱体连接为一个整体，该圆锥体的端锥2213可以使进入和流出过滤装置22的尾气流通顺畅，不产生流量梯度，压降分布均匀，可以更好地捕集颗粒物并发生SCR反应；过滤体222，安装在所述壳体221内，包括PM过滤器2221，该PM过滤器2221，包括与所述壳体221的中心线同轴设置的多孔金属管22211，所述多孔金属管22211上卷绕有内层泡沫合金层22212，所述机动车尾气经所述进气口2211通过所述多孔金属管22211导引并流经所述内层泡沫合金层22212后，所述机动车尾气中的PM得到过滤并经被动再生除去；以及NO_x还原层2222，包括卷绕在所述内层泡沫合金层22212上的外层泡沫合金层22221，所述外层泡沫合金层22221上涂覆有选择性催化还原催化剂，所述外层泡沫合金层22221的孔径大于所述内层泡沫合金层22212，所述机动车尾气中的NO_x和通过所述尾气排气管喷入的NH₃在所述NO_x还原层2222中发生选择性催化还原反应被还原为N₂，并经过所述出气口2212排出。

本实施例中，所述NO_x过滤器2222还包括第三泡沫合金层22222，用于将所述第二合金泡沫层22221未完全净化的NO_x进一步还原，所述第三泡沫合金层22222上涂覆有选择性催化还原剂，所述第三泡沫合金层22222的孔径大于所述第二合金泡沫层22221。该过滤装置22的金属部件均优选采用金属钢材(SUS304)，各部件之间可采用焊接连接，以保证了气密性，提高其使用的耐久性。

参见图4，图4为本发明一实施例的多孔金属管示意图。所述多孔金属管22211包括：金属环222111，对应于所述进气口2211设置；金属端盖222112，对应于所述出气口2212设置；多条金属筋222113，所述多条金属筋222113的一端与所述金属环222111连接，所述多条金属筋222113的另一端与所述金属端盖222112的边缘连接，所述多条金属筋222113包括一组左旋螺旋筋和一组右旋螺旋筋，所述左旋螺旋筋和右旋螺旋筋分别交错连接为网格结构的圆管。该多孔金属管22211可采用3维(3D)切割而成，为筋状环绕螺旋结构，中间孔径可根据使用要求设置不同尺寸。该多孔金属管22211主要功用有两个：1)支撑卷绕好的内层泡沫合金层22212，使其结构稳定；2)导引气体流动。尾气气流经该多孔金属管22211，随后呈向外辐射状流经内层泡沫合金层22212而得以净化。

参见图5A、5B，图5A为本发明一实施例的各泡沫合金层示意图，图5B为图5A装配效果图。过滤体222可以由三种不同孔径泡沫卷绕而成。所述外层泡沫合金层22221或合金第三合金层22222外还包覆有网格状金属栅层2223，以固定并保持所述外层泡沫合金层22221或第三泡沫合金层22222卷绕泡沫的形状。所述内层泡沫合金层22212的孔径为小孔径(200-2000μm)的未涂覆SCR催化剂的泡沫合金层，外层选用涂覆SCR催化剂的大孔径(1000μm-5000μm)泡沫。

参见图6，图6为本发明一实施例的过滤体爆炸图。本实施例中，还可包括用于固定所述PM过滤层2221和NO_x还原层2222的进气法兰223和出气法兰224，分别对应于所述进气口2211和出气口2212设置，所述多孔金属管22211通过所述金属环222111安装在所述进气法兰223上，所述进气法兰223对应于所述金属环222111设置有进气孔2231，所述多孔金属管22211通过所述金属端盖222112与所述出气法兰224连接，所述出气法兰224对应于所述金属端盖222112设置有安装孔2241。所述出气法兰224设置有与所述出气口2212连通的出气通道，所述出气通道，，即凸台2242与所述壳体221之间形成的缝隙作为出气通道。其中，所述进气法兰223和/或所述出气法兰224与所述内层泡沫合金层22212的端部及所述NO_x还原层2222的端部之间，设置有与所述内层泡沫合金层22212的热膨胀系数相同的金属丝网衬垫2224。其中，所述金属丝网衬垫2224和所述第一合金泡沫层22212和第二合金泡沫层22221之间还可设置有环形旁通道2225，所述环形旁通道2225为涂覆有选择性催化还原剂的合金泡沫层。该环形旁通道2225优选采用孔径3000μm的涂覆有SCR催化剂的合金泡沫。

参见图7，图7为本发明一实施例的过滤装置22工作原理图。含有PM、NO_x等主要污染物的尾气从过滤装置22的进气口2211流入，通过进气端锥2213和进气法兰223，经多孔金属管22211导引，流经内层泡沫合金层22212，然后再依次流经外层泡沫合金层22221得以净化，净化后的气体再经出气法兰224和另一端的端锥2213，通过出气口2212排入大气。气体首先流经内层泡沫合金层22212，该层采用小孔径泡沫，PM在这层区域被过滤，被过滤下来的PM可以通过被动再生去除，以保证装置运行的连续性和稳定性；随后，气体流经较大孔径的外层泡沫合金层22221，该层区域泡沫涂覆有SCR钒基催化剂，尾气中的NO_x和在第二段排气管24上游喷入的NH₃在该层区域发生选择性催化还原反应，NO_x被还原为无害的N₂；在外层泡沫合金层22221选用大孔径泡沫还可以降低整个过滤装置22的排气背压。

上面所述过滤装置为径向流(Radial Design)结构，气流首先流经多孔金属管，随后呈向外辐射状相继流经内、外泡沫层，最终通过出气口排出，气体得以净化。在本发明另一实施例中，该过滤装置还可以为轴向流(AxialDesign)结构，即气流通过进气口进入该过滤装置，过滤装置内的片状泡沫与壳体始终呈90度角垂直放置，泡沫层区域为若干片泡沫堆积而成。前半部分区域可采用小孔径泡沫合金，实现PM过滤功能，即PM过滤层；后半部分区域可采用大孔径涂覆有催化剂的泡沫合金，实现NO_x还原功能，即NO_x还原层。以此，实现NO_x和PM同时去除的目标。

关于PM的被动再生，是NO₂在280-350℃的温度范围内与碳颗粒反应，将碳颗粒氧化去除而生成NO+CO的过程，本发明中，由内层泡沫合金层22212的小孔径泡沫过滤下来的PM即碳颗粒能够充分并优先利用NO₂，发生被动再生反应；NO_x由外部喷入的NH₃在涂覆钒基催化剂的大孔径泡沫上还原去除，这样的体系中存在着对NO₂的竞争，如方程式(1)和(2)所示。(1)式为PM被动再生反应，(2)式为快速SCR反应。

NO₂+C→NO+CO   (1)

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+H₂O   (2)

本发明将小孔径的泡沫合金(未涂覆催化剂)围绕多孔通气金属管卷绕，作为内层；然后，将涂覆有SCR钒基催化剂(TiO₂-V₂O₅-WO₃)的较大孔径泡沫合金围绕内层的泡沫卷绕，作为外层。内层选用小孔径的泡沫合金，主要用来过滤PM，并通过上游DOC产生的NO₂，将过滤下来的PM经被动再生除去使得过滤装置22能够持续工作；经过滤后的尾气随后流经外面的泡沫层，该层泡沫涂覆有SCR催化剂，喷入的尿素水解成NH₃将NO_x还原成无害N₂排放。本发明设计灵活，可实现30-85％的PM过滤效率和50％-95％的NO_x还原效率。

本发明中，可通过单点稳态试验考查过滤装置22的NO_x和PM同时去除效果：NO_x可以通过红外分析仪(FTIR)或其他气体分析仪器测量其尿素喷射前后浓度变化，可以算出转化效率，同时还可以测量出N₂O浓度而算出选择性，即有多少NO_x被还原为N₂，有多少NO_x被还原为N₂O，N₂O是温室效应气体，对它的排放有限制，而N₂则为无害气体；PM去除效率可以通过相关仪器测量得出，也可以通过过滤装置22样件的排气背压(或压降)变化判断出。试验时，首先检测发动机5原始排放，然后再检测装有本发明装置后尾气的排放，由此得到目标污染物的转化效率。下表为本发明的目标污染物(NO_x和PM)的去除效率的ESC测试结果(NO_x还原效率及PM过滤效率)。

	NOx(％)	PM(％)
			设计目标	＞75％	＞50％
试验值	78.2％	57.8％

本发明的过滤装置22的制造方法，主要包括如下步骤：

首先，制备过滤体222：将多孔金属管22211一端用金属端盖222112密封并焊死，另一端连接金属环222111以导引进气。将所需泡沫按要求，依次顺序绕多孔金属管22211卷曲，多孔金属管22211和最内层泡沫紧密接触，气流经导引后流经该泡沫层。将多层不同类型泡沫依次卷绕好，随后在外部包覆网格状金属栅层2223将卷绕好的泡沫固定并维持合金泡沫的卷绕形状，以提高装置的耐久性。

其次，将上述制备好的过滤体222与壳体221组装，在进气端安装进气法兰223，在进气法兰223上设有通孔，能够保证气体经进气口2211进入过滤装置22后进入多孔金属管22211；出气端安装出气法兰224，出气法兰224上有出气通道，用于通过净化后的尾气排出。进、出气法兰223、224均垂直固定于多孔金属管22211的两端，卷绕的泡沫位于进、出气法兰223、224之间。在进气法兰223和进气泡沫端口之间以及出气法兰224和出气泡沫端口之间安装金属丝网衬垫2224(wire mesh)。该金属丝网衬垫2224的作用是密封以防止漏气，同时，还能够起到缓冲作用，保护泡沫，提高其耐久性。参见图6，从进气法兰223开始，依次将金属丝网衬垫2224、环形旁通道2225、过滤体222等组装好，两端金属件接触部分用电焊焊牢，确保其结构的稳定性，提高使用寿命。

然后，在过滤装置22前端的第二排气管24上安装尿素喷嘴25，尿素喷嘴25安装于DOC21和过滤装置22之间。尿素喷射需要考虑起喷温度，因为尿素容易结晶；同时也要考虑尿素喷嘴25安装的角度及到过滤装置22的距离，以减少结晶并使反应达到最佳。尿素喷嘴25安装角度优选与第二排气管24成30度角，也可与第二排气管24垂直安装。尿素喷嘴25与过滤装置22的距离一般保持在500mm-700mm左右。同时，在尿素喷嘴25和过滤装置22之间可装有混合器27(Mixer)，可使尿素混合状况优化，保证反应效率达到最佳。

本发明中，由于排气工况多变，不同工况喷射的尿素量也不尽相同。尿素喷射量受排气流量、温度、NO_x浓度等多方面因素影响，而且对未经反应流入大气的NH₃逃逸浓度也有法规限制(不超过10ppm)，因此可再设置对尿素喷射量精确控制的尿素喷射控制单元26。

本发明还可以用于一种尾气处理方法，在尾气后处理系统中安装上述的柴油机氧化催化器21+过滤装置22。因该过滤装置22的加工方法已于上述进行了详细说明，而将该过滤装置22安装连接在尾气后处理系统中，即通过排气管及法兰等将该过滤装置22安装到尾气处理系统1中，其安装及连接方式均为较成熟的现有技术，故在此不做赘述。

本发明的过滤装置具有良好的稳定性，而且与同类陶瓷载体SCR相比，体积可减小30％左右；其装配简单，具有良好的机械稳定性；产品性能优异，具有良好的稳定性。本发明使整个系统得到简化，降低了体积及成本，同时能实现NO_x和PM同时去除的效果。更为重要的是，与现有技术相比，该过滤装置能够在低温冷启动时使其入口温度快速升高达到反应所需，SCRf与DPF+SCR布置相比，能够充分利用发动机排温，降低排放，同时能够有效利用DPF再生时的热量，减少热损失。此外，现有技术中DPF需要后喷燃油实现主动再生；而本发明的过滤装置22只需被动再生即可，降低了系统成本及复杂性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于机动车尾气后处理系统的过滤装置，安装在机动车的尾气排气管上，其特征在于，能同时去除机动车尾气中的NO_x和PM，包括：

壳体，包括设置在所述壳体两端的进气口和出气口；以及

过滤体，安装在所述壳体内，包括：

PM过滤层，包括与所述壳体的中心线同轴设置的多孔金属管，所述多孔金属管上卷绕有内层泡沫合金层，所述机动车尾气经所述进气口通过所述多孔金属管导引并流经所述内层泡沫合金层后，所述机动车尾气中的PM得到过滤并经被动再生除去；以及

NO_x还原层，包括卷绕在所述内层泡沫层上的外层泡沫合金层，所述外层泡沫合金层上涂覆有选择性催化还原催化剂，所述外层泡沫合金层的孔径大于所述内层泡沫合金层，所述机动车尾气中的NO_x和通过所述尾气排气管喷入的NH₃在所述NO_x还原层中发生选择性催化还原反应被还原为N₂，并经过所述出气口排出。

2.如权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述多孔金属管包括：

金属环，对应于所述进气口设置；

金属端盖，对应于所述出气口设置；

多条金属筋，所述多条金属筋的一端与所述金属环连接，所述多条金属筋的另一端与所述金属端盖的边缘连接，所述多条金属筋包括一组左旋螺旋筋和一组右旋螺旋筋，所述左旋螺旋筋和右旋螺旋筋分别交错连接为网格结构的圆管。

3.如权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，还包括用于固定所述PM过滤层和NO_x还原层的进气法兰和出气法兰，分别对应于所述进气口和出气口设置，所述多孔金属管通过所述金属环安装在所述进气法兰上，所述进气法兰对应于所述金属环设置有进气孔，所述多孔金属管通过所述金属端盖与所述出气法兰连接，所述出气法兰对应于所述金属端盖设置有安装孔。

4.如权利要求1、2或3所述的过滤装置，其特征在于，所述外层泡沫合金层外还包覆有网格状金属栅层，以固定并保持所述外层泡沫合金层卷绕泡沫的形状。

5.如权利要求4所述的过滤装置，其特征在于，所述进气法兰和/或所述出气法兰与所述内部泡沫合金层的端部及所述NO_x还原层的端部之间，设置有与所述内层泡沫合金层的热膨胀系数相同的金属丝网衬垫。

6.如权利要求3或5所述的过滤装置，其特征在于，所述出气法兰设置有与所述出气口连通的出气通道，所述出气通道为设置在所述出气法兰的外缘上的凸台与所述壳体之间形成的缝隙。

7.一种机动车尾气后处理系统，包括柴油氧化催化器和过滤装置，其特征在于，所述柴油氧化催化器通过第一排气管与机动车的发动机排气出口连接，所述过滤装置通过第二排气管与所述柴油氧化催化器连接，所述第二排气管上设置有尿素喷嘴，所述过滤装置为上述权利要求1-9中所述的过滤装置。

8.如权利要求7所述的机动车尾气后处理系统，其特征在于，所述柴油氧化催化器用于氧化去除机动车尾气中HC、CO和PM中的部分SOFs，并将所述机动车尾气中的NO氧化生成NO₂，所述柴油氧化催化器包括金属筒体和安装在所述金属筒体内的陶瓷载体，所述陶瓷载体上涂覆有贵金属催化剂。

9.如权利要求7或8所述的机动车尾气后处理系统，其特征在于，还包括尿素喷射控制单元，所述尿素喷射控制单元分别与机动车的车载电子控制单元及安装在所述过滤装置入口处的温度传感器连接，通过所述车载电子控制单元获取机动车的转速和扭矩以获得相应的NO_x值以及流量，通过所述温度传感器获取所述过滤装置入口处的温度，根据预设所需尿素量向所述尿素喷嘴发出指令喷射尿素。

10.一种上述权利要求1-6中任意一项所述的过滤装置的制造方法。

11.一种用于机动车尾气后处理系统的过滤装置，安装在机动车的尾气排气管上，其特征在于，能同时去除机动车尾气中的NO_x和PM，包括：

壳体，包括设置在所述壳体两端的进气口和出气口；以及

过滤体，安装在所述壳体内，包括：

PM过滤层，包括多个片状小孔径泡沫合金片叠置的泡沫合金层，所述多个泡沫合金片与所述壳体呈90度角垂直放置，所述机动车尾气经所述进气口并流经所述泡沫合金层后，所述机动车尾气中的PM得到过滤并经被动再生除去；以及

NO_x还原层，包括多个大孔径泡沫合金片叠置的泡沫合金层，所述大孔径泡沫合金片上涂覆有选择性催化还原催化剂，所述机动车尾气中的NO_x和通过所述尾气排气管喷入的NH₃在所述NO还原层中发生选择性催化还原反应被还原为N₂，并经过所述出气口排出。