CN107250498A - 紧密联接的单模块后处理系统 - Google Patents

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Abstract

后处理系统包括过滤和还原单元。过滤和还原单元包括限定内部体积的壳体。过滤器被布置在内部体积中，并且被设置为大体上从废气中除去微粒。选择性催化还原系统在内部体积中被布置在过滤器的下游，并且被设置为选择性地还原废气的一部分。第一催化剂被配制为氧化废气的至少一部分。进气管被布置在过滤和还原单元的上游，并被配置为将废气传递给过滤和还原单元。第一催化剂被布置在进气管中。排气管被布置在过滤和还原单元的下游。

Description

紧密联接的单模块后处理系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月31日提交的题为“Close Coupled Single ModuleAftertreatment System”的美国临时申请第62/098,653号的优先权和权益，该临时申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体涉及用于内燃(IC)发动机的废气后处理系统。
背景
在IC发动机(例如，柴油动力发动机)中的燃烧过程期间，硫作为各种硫氧化物(SOx)与一氧化碳(CO)和烃类(HC)同时形成。通常，存在于废气中的SOx的总量的97％-99％包含二氧化硫(SO2)并且存在于废气中的SOx的总量的1％-3％包含三氧化硫(SO3)。因此，具有较高含硫量的燃料倾向于产生较高量的SO3。例如，具有1000ppm的含硫量的燃料可以形成近似1-3ppm的SO3。
废气后处理系统用于接收并且处理由IC发动机产生的废气。常规的废气后处理系统包括若干不同的部件中的任何部件，以减少存在于废气中的有害废气排放物的水平。例如，用于柴油动力IC发动机的某些废气后处理系统包括选择性催化还原(SCR)催化剂，以将NOx(在某些级分中为NO和NO2)在氨(NH3)存在的情况下转化成无害的氮气(N2)和水蒸气(H2O)。通常在这样的常规的后处理系统中，排气还原剂(例如柴油排气流体(dieselexhaust fluid)，比如尿素)被注入到后处理系统中以提供氨源，并且与废气混合以部分地还原SOx气体和/或NOx气体。然后废气的还原副产物流体地传递到包括在SCR后处理系统中的催化剂，以使大体上所有的SOx气体和NOx气体分解成相对无害的副产物，该相对无害的副产物从这样常规的SCR后处理系统排出。
常规的后处理系统还可以包括用于废气预处理和/或后处理的一个或更多个催化剂。例如，用于处理柴油废气的一些常规的后处理系统还可以包括柴油氧化催化剂、和/或铵氧化催化剂(ammonium oxidation catalyst)。其它部件也可以包括过滤器。这些部件中的每一个部件被布置在常规的后处理系统中，在受产生废气的机器的尺寸(例如，长度)影响的后处理系统的长度限制内。虽然期望废气在SCR系统中的停留时间最大化，但是后处理的长度限制能限制后处理系统的部件的尺寸。
概述
本文所述的实施方案总体涉及用于IC发动机的废气后处理系统，并且特别涉及包括布置在后处理系统的进气管中的第一氧化催化剂的废气后处理系统。
在第一组实施方案中，后处理系统包括过滤和还原单元。过滤和还原单元包括限定内部体积的壳体。过滤器被布置在内部体积中，并且被设置为大体上从废气中除去微粒。选择性催化还原系统在内部体积中被布置在过滤器的下游，并且被设置为选择性地还原废气的一部分。第一催化剂被配制为氧化废气的至少一部分。进气管被布置在过滤和还原单元的上游，并被设置为将废气传递给过滤和还原单元。第一催化剂被布置在进气管中。排气管被布置在过滤和还原单元的下游。
在特定的实施方案中，第一催化剂可以包括柴油氧化催化剂。在其它实施方案中，进气管包括第一进气管和第二进气管，以使第一催化剂被设置在第一进气管和第二进气管的每一个中。后处理系统还可以包括配制成氧化排气还原剂的第二催化剂。第二催化剂可以包括铵氧化催化剂。第二催化剂可以被布置在排气管中。
在另一组实施方案中，后处理系统包括壳体，壳体包括入口、出口，并且限定内部体积。进气管流体地联接到入口。SCR系统位于由壳体限定的内部体积内。此外，第一催化剂位于进气管内。
在又一组实施方案中，用于增加后处理系统的壳体(其限定内部体积)内的可用空间的方法包括将选择性催化还原系统定位在由壳体限定的内部体积内。进气管流体地联接到壳体的入口。此外，第一催化剂位于进气管内。
应认识到，前述构思和在下面更详细讨论的另外的构思(假定这样的构思不相互不一致)的所有组合被设想为本文所公开的发明主题的部分。特别地，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合被设想为本文所公开的发明主题的一部分。
附图简述
从结合附图进行的下面的描述和所附权利要求中，本公开的前述和其它特征将变得更充分明显。应理解，这些附图只描绘根据本公开的几个实施方式，并且因此不应被认为限制其范围，通过利用附图，将更加具体和详细地描述本公开。
图1是根据一个实施方案的后处理系统的示意性框图，该后处理系统包括第一催化剂以及可选的第二催化剂。
图2是根据另一个实施方案的后处理系统的侧剖视图。
图3是根据又一实施方案的后处理系统的侧剖视图。
图4是用于增加由后处理系统的壳体限定的内部体积内的可用的空间的示例性方法的示意性流程图，以便在其中容纳各种后处理部件。
在整个下面的详细描述中参考附图。在附图中，相似的符号一般标识相似的部件，除非上下文另有规定。在详细描述、附图和权利要求中描述的例证性实施方式并不意味着是限制性的。在不偏离这里提出的主题的精神或范围的情况下，可利用其它实施方式，且可做出其它变化。将容易理解，在本文中大体描述和在附图中示出的本公开的方面可在各种不同的配置中被布置、代替、组合和设计，其中所有配置被明确地设想到并构成本公开的一部分。
各种实施方案的详细描述
本文所述的实施方案一般涉及用于IC发动机的废气后处理系统，并且特别涉及包括布置在后处理系统的进气管中的氧化催化剂的废气后处理系统。本文描述的实施方案可以提供某些益处，包括，例如：(1)在进气管中布置第一氧化催化剂，从而允许为待被布置在后处理系统内的SCR系统、过滤器和/或主体混合器(body mixer)提供更多的空间；(2)在排气管中布置第二氧化催化剂，从而为布置在后处理系统中的SCR系统、过滤器和/或主体混合器提供甚至更多的空间；(3)允许相对于常规后处理系统增加SCR系统和/或主体混合器的尺寸(例如，长度和/或宽度)，而不增加后处理系统的总长度；(4)增加废气或废气/排气还原剂混合物在后处理系统中的保持时间，这可以导致更好的混合、增加SCR催化剂的效率、更高的温度、更少的沉积物和/或更低的背压；(5)减少热损失，从而减少隔热材料的量和成本；以及(6)提供夹带在流经后处理系统的废气中的微粒物质(例如烟灰)的更好的分布。
图1示出了用于处理由IC发动机(例如，柴油发动机)产生的废气(例如柴油废气)的后处理系统100。后处理系统100包括进气管102、第一催化剂110、过滤和还原单元118以及排气管180，过滤和还原单元118包括过滤器120和选择性催化还原(SCR)系统150。后处理系统100可以可选地还包括第二催化剂170。
进气管102被布置在过滤和还原单元118的上游。进气管102被设置成从IC发动机(例如柴油发动机)接收废气(例如柴油废气)并且将废气传递给过滤和还原单元118。进气管102可以由坚固的、刚性的、耐热和/或耐腐蚀的材料制成，比如金属(例如不锈钢、铝、合金等)、陶瓷、任何其它合适的材料或其组合。进气管102可以具有任何合适的横截面，例如圆形的、正方形的、矩形的、多边形的、椭圆形的或任何其它合适的横截面。
第一催化剂110，例如第一氧化催化剂，被配制成氧化流经第一催化剂120的废气的至少一部分。例如，在一些实施方案中，其中废气是柴油废气，第一催化剂120可以包括柴油氧化催化剂。柴油氧化催化剂被可配制成氧化包括在废气流中的一氧化碳、烃类和/或微粒物质。而且，柴油氧化催化剂可以被配制成具有低的起燃温度和/或对硫(例如废气中包含的SOx气体)的高耐受性。合适的柴油氧化催化剂可以包括例如铂、钯、氧化铝或其组合。
第一催化剂110被布置在由进气管102限定的流动路径内。在一个实施方案中，第一催化剂110可以被固定地布置在进气管102中。在其它实施方案中，第一催化剂110可以被可移除地布置在进气管102中，例如以允许在不更换进气管102的情况下更换第一催化剂110。在一些实施方案中，进气管102可以分隔成或以其它方式分离成多个进气管，每个进气管与过滤和还原单元118流体连通。换句话说，进气管102可以将废气流分隔成多个部分，然后所述多个部分将被传递到过滤和还原单元118。在这样的实施方案中，第一催化剂110可以被布置在通向过滤和还原单元118的多个进气管中的每一个中。例如，在一个实施方案中，进气管102可以被分隔成第一进气管和第二进气管，并且第一催化剂110可以被布置在第一进气管和第二进气管中的每一个中。
多个温度传感器也可以被布置在进气管102中，以测量进气管内的各个位置处的废气(例如，在与第一催化剂110接触之前和/或在流经第一催化剂110之后)的温度。
过滤和还原单元118包括限定内部体积的壳体(未示出)。该壳体可以由任何合适的材料形成，例如金属或陶瓷。壳体可以限定任何合适的横截面，例如圆形的、正方形的、矩形的、多边形的、椭圆形的或任何其它合适的横截面。
过滤器120被布置在由壳体限定的内部体积内。过滤器120被设置成接收来自进气管102的废气流(例如柴油废气)。过滤器120可以包括任何合适的过滤器(例如，柴油微粒过滤器)，这样的过滤器被设置成过滤和除去在废气流中夹带的任何微粒，并且防止这些微粒进入SCR系统150。这样的颗粒可以包括例如灰尘、烟灰、有机颗粒、晶体或废气中存在的任何其它固体微粒。过滤器120可以包括由坚固的且刚性的材料，例如高密度聚丙烯(HDPP)，制成的过滤器壳体，过滤器壳体可以限定内部体积以容纳过滤器元件。可以使用任何合适的过滤器元件，例如棉过滤器元件、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)过滤器元件、任何其它合适的过滤器元件或其组合。过滤器元件可以具有任何合适的孔径，例如约10微米、约5微米、或约1微米。
一个或更多个温度传感器可以被布置在过滤器120内或靠近过滤器120(例如，在过滤器120的入口处)，以测量废气的温度。此外，压力传感器也可以被布置在过滤器120上，以测量流经过滤器120的废气的压力的任何变化。在一些实施方案中，压力传感器可以包括横跨过滤器120定位的差压传感器，以确定横跨过滤器的差压。在其它实施方案中，压力传感器可以包括位于过滤器120上游的第一压力传感器和位于过滤器120下游的第二压力传感器。第一压力传感器测量过滤器120上游的第一压力，并且第二压力传感器测量过滤器120下游的第二压力。第一压力和第二压力之间的差表示横跨过滤器120的压力降。废气压力的变化或横跨过滤器120的压力降可以，例如，提供关于过滤器110内捕获的微粒的量和/或过滤器110的剩余寿命的信息。例如，超过预定阈值的废气压力变化可以指示过滤器120明显堵塞并且应该被更换。
在一些实施方案中，主体混合器(未示出)也可以包括在后处理系统100中。在这样的实施方案中，主体混合器可以被布置在由壳体限定的内部体积内。主体混合器可以被布置在过滤器120的下游和SCR系统150的上游，并且被设置为将过滤器120流体联接到SCR系统150。主体混合器可以包括限定内部体积的主体混合器壳体。注入口可以被布置在主体混合器壳体的侧壁上，并且被设置成将排气还原剂传递到主体混合器中。在一些实施方案中，废气可包括柴油废气，并且排气还原剂可包括柴油排气流体。柴油排气流体可包括尿素、尿素的水溶液、或任何其它流体，所述任何其它流体包括氨、副产物或如本领域中已知的任何其它柴油排气流体(例如在名称之下销售的柴油排气流体)。
主体混合器可以被构造成在将废气传递到SCR系统150前，允许排气还原剂与废气的有效混合。主体混合器可以包括任何合适的结构，比如，例如通道、钝体(bluffs)、叶片、分隔壁或任何其它特征或结构，以促进排气还原剂与废气的混合。
SCR系统150被布置在由过滤和还原单元118的壳体限定的内部体积内。SCR系统150被布置在过滤器120的下游并且被设置成处理流经SCR系统150的废气(例如柴油废气)。SCR系统150被设置成选择性地还原废气的一部分。例如，排气还原剂可以与废气反应以至少部分地还原气体中的一种或更多种组分(例如，SOx和NOx)，或者在包括在SCR系统150中的一个或更多个催化剂存在的情况下促进一种或更多种组分的还原。一个或更多个温度传感器也可以被布置在SCR系统150中以测量废气的温度。
SCR系统150包括被配制为选择性地还原废气的一个或更多个催化剂。可使用任何适当的催化剂，例如基于铂、钯、铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂、任何其它合适的催化剂或其组合。催化剂可被布置在例如可限定蜂窝结构的合适的基底上，例如陶瓷(堇青石)的或金属(例如铬铝钴耐热钢)的整体式芯体(monolith core)上。涂层(washcoat)也可用作催化剂的载体材料。例如，这样的涂层材料可包括氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其它合适的涂层材料或其组合。废气(例如柴油废气)可在催化剂之上和周围流动，使得包括在废气中的任何SOx气体或NOx气体进一步被还原，以产生大体上没有一氧化碳、SOx气体和NOx气体的废气。
排气管180被布置在过滤和还原单元118的下游。排气管180可以由与进气管102大体上相同的材料形成。排气管180被设置为接收经处理的废气(或经处理的废气和任何过量的排气还原剂(例如尿素)或其副产物(例如氨)的混合物)，并将其递送到外部环境。还可以在排气管180中设置一个或更多个传感器，以测量废气中一种或更多种组分的浓度。例如，在一些实施方案中，其中废气包括柴油废气，可以在排气管180中设置NOx传感器、SOx传感器和/或排气还原剂(例如氨)传感器。
在一些实施方案中，后处理系统100还可以包括第二催化剂170(例如，第二氧化催化剂)。在一个实施方案中，第二催化剂170可以被布置在由过滤和还原单元118的壳体限定的内部体积内的SCR系统150的下游，并且在排气管180的上游。在其它实施方案中，第二催化剂170可以被布置在排气管180内。
可以配制第二催化剂170以氧化包括在离开SCR系统150的废气中的任何过量的排气还原剂。例如，排气还原剂可以是柴油排气流体(例如本文所述的尿素的水溶液)，其提供用于参与SCR系统150内的选择性催化还原的氨源。在这样的实施方案中，第二催化剂170可包括配制成将氨氧化成氮气的铵氧化催化剂。合适的催化剂可以包括铂、钯、铱、钌、银、金属氧化物(例如，Co3O4、MnO2、V2O5等)、负载在Al2O3、CuO/Al2O3、Fe2O3/Al2O3、Fe2O3/TiO2、Fe2O3/ZrO2上的Ni、Fe和/或Mn、沸石(例如丝光沸石、镁碱沸石、菱沸石)、任何其它合适的氨氧化催化剂(ammonia oxidation catalyst)或其组合。
如本文所述，第一催化剂110被布置在进气管102中。此外，第二催化剂170也可以被布置在排气管180中。这可以在不增加后处理系统100的过滤和还原单元118的壳体的总体尺寸(例如，长度)的情况下，使得过滤和还原单元118(例如，过滤和还原单元118的壳体、或过滤器120和/或SCR系统150的长度)的尺寸(例如，长度)能够增加。
进气管的出口(即，与后处理系统100的壳体联接的端部)与排气管的入口(即，与后处理系统100的壳体联接的端部)之间的距离限定了后处理系统的主体(例如过滤和还原单元118的壳体)的长度。在常规后处理系统中，后处理系统的每个部件，例如第一催化剂(例如柴油氧化催化剂)、过滤器(例如，柴油微粒过滤器)、混合器、SCR系统和/或第二催化剂(例如，铵氧化催化剂)被布置在进气管和排气管之间。这对SCR系统、过滤器和主体混合器的长度产生限制。
相反，后处理系统100允许第一催化剂110被布置在进气管102内，并且第二催化剂170被布置在排气管180内。以这种方式，进气管102的出口以及排气管180的入口之间的距离保持相同，但是现在过滤和还原单元118的壳体的整个长度都可用于布置过滤器120、主体混合器和SCR系统150。这使得过滤和还原单元118的长度(即，SCR系统150、主体混合器和/或过滤器110的长度)相对于常规的后处理系统能够增加。
增加的长度可以增加废气(或废气和排气还原剂的混合物)在过滤器110、主体混合器和/或SCR系统150内的停留时间。增加的停留时间可以提供几个益处，例如，更有效地将排气还原剂与废气混合，更有效地还原包括在废气(例如，柴油废气)中的SOx气体和/或NOx气体，增加温度，和/或减小背压。此外，将第一催化剂110定位在进气管102中可以通过允许利用在第一催化剂110内或其上(例如，在由第一催化剂110限定的孔内或在第一催化剂110的表面上)发生的氧化反应的热量来防止热损失。
图2是可用于处理由IC发动机(例如，柴油发动机)产生的废气(例如柴油废气)的后处理系统200的侧剖视图。后处理系统200包括进气管202、第一催化剂210、过滤和还原单元218、第二催化剂270和排气管280，过滤和还原单元218包括过滤器220、主体混合器230和SCR系统250。
进气管202被布置在过滤和还原单元218的上游，并且被设置成接收来自的IC发动机(例如，柴油发动机)的废气(例如，柴油废气)，并且将废气传递给过滤器220。进气管202可以由坚固的、刚性的、耐热和/或耐腐蚀的材料制成，比如金属(例如不锈钢、铝、合金等)、陶瓷、任何其它合适的材料或其组合。进气管202可以具有任何合适的横截面，例如圆形的、正方形的、矩形的、多边形的、椭圆形的或任何其它合适的横截面。
第一催化剂210被配制成氧化流经第一催化剂210的废气的至少一部分。例如，在一些实施方案中，其中废气是柴油废气，第一催化剂210可以包括柴油氧化催化剂。柴油氧化催化剂可被配制成氧化包括在废气流中的一氧化碳、烃类和/或微粒物质。此外，柴油氧化催化剂可以被配制成具有低的起燃温度和对硫(例如包含在废气中的SOx气体)的高耐受性。合适的柴油氧化催化剂可以包括例如铂、钯、氧化铝或其组合。
如图2所示，第一催化剂210被布置在由进气管202限定的流动路径内。第一催化剂210可以固定地或可移除地被布置在流动路径内，例如允许在不更换进气管202的情况下更换第一催化剂210。第一温度传感器216a在第一催化剂210的上游被布置在进气管202内，并且第二温度传感器216b在第一催化剂210的下游也被布置在进气管202内。第一温度传感器216a和第二温度传感器216b被设置成分别测量进入进气管202的废气的温度和流经第一催化剂210后离开进气管202的废气的温度。
过滤和还原单元218包括限定内部体积的壳体219。壳体219可以由任何合适的材料形成，例如金属或陶瓷。此外，壳体219可以限定任何合适的横截面，例如圆形的、正方形的、矩形的、多边形的、椭圆形的或任何其它合适的横截面。
过滤器220被布置在由壳体219限定的内部体积内。过滤器220被布置在进气管202的下游和主体混合器230的上游。过滤器220被设置成接收来自进气管202的废气(例如柴油废气)流。过滤器220可以包括任何合适的过滤器(例如，柴油微粒过滤器)，这样的过滤器被设置成过滤和除去在废气流中夹带的任何微粒，并且防止这些微粒进入SCR系统250。这样的颗粒可以包括例如灰尘、烟灰、有机颗粒、晶体或存在于废气中任何其它固体微粒。过滤器220可以包括由坚固的且刚性的材料制成的过滤器壳体，例如高密度聚丙烯(HDPP)，过滤器壳体可以限定内部体积以容纳过滤器元件。可以使用任何合适的过滤器元件，例如棉过滤器元件、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)过滤器元件、任何其它合适的过滤器元件或其组合。过滤器元件可以具有任何合适的孔径，例如约10微米、约5微米、或约1微米。
温度传感器226被布置成靠近过滤器220的入口，并且被设置成测量流入过滤器220的废气的温度。压力传感器222横跨过滤器220定位并且可以包括例如差压传感器。压力传感器222被设置成测量流过过滤器220的废气的差压或压力降。例如，压力传感器222可用于确定过滤器220的运行效率或另外确定过滤器220的剩余寿命。例如，高于预定阈值的废气压力降可以指示过滤器220被堵塞和/或需要更换。
主体混合器230在过滤器220的下游和SCR系统250的上游被布置在由壳体219限定的内部体积内，并将过滤器220流体联接到SCR系统250。主体混合器230可以包括限定内部体积的主体混合器壳体。注入口240被布置在主体混合器230的侧壁上并且被设置成将排气还原剂传递到主体混合器230中。在一些实施方案中，废气可包括柴油废气，并且排气还原剂可包括柴油排气流体。柴油排气流体可包括尿素、尿素的水溶液或任何其它流体，所述任何其它流体包括氨、副产物或本领域中已知的任何其它柴油排气流体(例如在名称之下销售的柴油排气流体)。温度传感器236被布置成靠近主体混合器230的入口。温度传感器236可以被设置为测量流入主体混合器230的废气的温度。
主体混合器230被构造成在将废气传递到SCR系统250之前，允许排气还原剂与废气的有效混合。主体混合器230可以包括任何合适的结构，例如通道、钝体、叶片、分隔壁或任何其它特征或结构，以促进还原剂与废气的混合，增加保留时间，增加温度，减少排气还原剂沉积物和/或减小背压。
SCR系统250在主体混合器230下游被布置在由壳体219限定的内部体积内，并且被设置为处理流经SCR系统250的废气(例如柴油废气)。SCR系统250被设置为选择性地还原废气的一部分。例如，排气还原剂在包含在SCR系统250中的催化剂存在的情况下与废气反应，以至少部分地还原气体(例如，SOx气体和/或NOx气体)的一种或更多种组分，或促进在一个或更多个催化剂存在的情况下的一种或更多种组分的还原。温度传感器256被布置成靠近SCR系统250的出口。温度传感器256可以被设置为测量从过滤和还原单元218流出到排气管280中的废气的温度。
SCR系统250包括被配制为选择性地还原废气的一个或更多个催化剂。可使用任何适当的催化剂，例如基于铂、钯、铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂、任何其它合适的催化剂或其组合。催化剂可被布置在可以例如限定蜂窝结构的合适基底上，例如陶瓷(堇青石)的或金属(例如铬铝钴耐热钢)的整体式芯体。涂层也可用作催化剂的载体材料。例如，这样的涂层材料可包括，例如氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其它合适的涂层材料或其组合。废气(例如柴油废气)可在催化剂之上和周围流动，使得包括在废气中的任何SOx气体或NOx气体进一步被还原，以产生大体上没有一氧化碳、SOx气体和NOx气体的废气。
排气管280被布置在过滤和还原单元218的下游。排气管280可以由与进气管202大体上相同的材料形成。排气管280被设置为接收经处理的废气(或经处理的废气和任何过量的排气还原剂(例如尿素)或其副产物(例如氨)的混合物)，并且将其递送到外部环境。
第二催化剂270被布置在排气管280内。第二催化剂270可以被设置为氧化剩余在离开SCR系统250的废气中的任何过量的排气还原剂。
在一些实施方案中，排气还原剂可以是柴油排气流体(例如本文所述的尿素的水溶液)，柴油排气流体提供用于参与SCR系统250内的选择性催化还原的氨源。在这样的实施方案中，第二催化剂270可包括配制成将氨氧化成氮气的铵氧化催化剂。合适的催化剂可以包括铂、钯、铱、钌、银、金属氧化物(例如，Co3O4、MnO2、V2O5等)、负载在Al2O3、CuO/Al2O3、Fe2O3/Al2O3、Fe2O3/TiO2、Fe2O3/ZrO2上的Ni、Fe和/或Mn、沸石(例如丝光沸石、镁碱沸石、菱沸石)、任何其它合适的氨氧化催化剂或其组合。
温度传感器276被布置在排气管280内并且被设置为测量在流经第二催化剂270之后离开排气管280的废气的温度。此外，第一气体传感器272和第二气体传感器274也被布置在排气管280中，并且可以被设置为测量离开排气管280的废气中包括的气体的一部分的浓度。在一些实施方案中，废气可以是柴油废气。在这样的实施方案中，第一气体传感器272可以包括NOx传感器和/或SOx传感器，其被设置为测量离开排气管280的废气中包括的NOx气体和/或SOx气体的浓度。此外，第二气体传感器274可以包括氨传感器，氨传感器被设置成测量废气中的氨(例如，诸如尿素的柴油排气流体的分解产物)的浓度。
如本文所述，第一催化剂210被布置在进气管202中，并且第二催化剂270被布置在排气管280中。这可以在不增加过滤和还原单元218的总尺寸(例如，长度)的情况下使SCR系统250、主体混合器230和/或过滤器220的尺寸(例如，长度)能够增加。以这种方式，过滤和还原单元218可以提供增加的废气的保留时间、更高的废气温度、更有效地从废气中除去NOx气体和SOx气体和/或减小背压。
图3是可用于处理由IC发动机(例如，柴油发动机)产生的废气(例如，柴油废气)的后处理系统300的另一实施例的侧剖视图。后处理系统300包括进气管302、第一催化剂310、过滤和还原单元318、第二催化剂370和排气管380，过滤和还原单元318包括过滤器320、主体混合器330和SCR系统350。
进气管302被布置在过滤和还原单元318的上游，并且被设置为接收来自IC发动机(例如，柴油发动机)的废气(例如，柴油废气)，并且将废气传递给过滤和还原单元318。进气管302可以由坚固的、刚性的、耐热和/或耐腐蚀的材料制成，比如金属(例如不锈钢、铝、合金等)、陶瓷、任何其它合适的材料或其组合。进气管302可以具有任何合适的横截面，例如圆形的、正方形的、矩形的、多边形的、椭圆形的或任何其它合适的横截面。
进气管302在Y接头处分隔成第一进气管302a和第二进气管302b。第一进气管302a和第二进气管302b被设置成将废气的进气流分成第一进气流和第二进气流，第一进气流和第二进气流随后被传递给过滤和还原单元318。
第一催化剂310被布置在由第一进气管302a限定的第一流动路径中，并且还被布置在由第二进气管302b限定的第二流动路径中。第一催化剂310被配制成氧化流经第一进气管302a和第二进气管302b的废气的至少一部分。例如，在一些实施方案中，其中废气是柴油废气，第一催化剂310可以包括柴油氧化催化剂。柴油氧化催化剂可被配制成氧化包括在废气流中的一氧化碳、烃类和/或微粒物质。此外，柴油氧化催化剂可以被配制成具有低的起燃温度和对硫(例如包含在废气中的SOx气体)的高耐受性。合适的柴油氧化催化剂可以包括例如铂、钯、氧化铝或其组合。
第一温度传感器316a在第一催化剂310的上游被布置在第一进气管302a中，并且第二温度传感器316b在第一催化剂310的下游被布置在第一进气管302a中。此外，第三温度传感器316c在第一催化剂310的上游被布置在第二进气管302b中，并且第四温度传感器316d在第一催化剂310的下游也被布置在第二进气管302b中。第一温度传感器316a和第二温度传感器316b被设置为分别测量进入第一进气管302a的废气的温度和流经第一催化剂310后离开第一进气管302a的废气的温度。类似地，第三温度传感器316c和第四温度传感器316d被设置为分别测量进入第二进气管302b的废气的温度和在流经第一催化剂310之后离开第二进气管302b的废气的温度。
虽然示为被分隔成第一进气管302a和第二进气管302b，但进气管302可以被分隔成或以其它方式分离成任何数量的进气管，用于将废气的进气流分隔成多个进气流。分隔进气流可以例如减小废气的背压，或允许进气流与第一催化剂310的更有效的相互作用。
过滤和还原单元318包括限定内部体积的壳体319。壳体319可与关于后处理系统200描述的壳体219大体上相似，并且因此不在本文中更详细地描述。
过滤器320在主体混合器330上游被布置在由壳体319限定的内部体积内。过滤器320被设置为接收来自第一进气管302a和第二进气管302b的废气(例如，柴油废气)流，并且大体上从废气中除去微粒。过滤器320可与关于后处理系统200描述的过滤器220大体上相似，并且因此不在本文中更详细地描述。
温度传感器326被布置成靠近过滤器320的入口，并且被设置成测量流入过滤器320的废气的温度。压力传感器322，例如差压传感器，也横跨过滤器320布置。压力传感器322可以被设置成测量流经过滤器320的废气的压力差。压力传感器322可以例如用于确定过滤器320的运行效率或过滤器320的剩余的寿命。例如，高于预定阈值的废气的压力降可以指示过滤器320被堵塞和/或需要更换。
主体混合器330在过滤器320的下游和SCR系统350的上游被布置在由壳体319限定的内部体积内，并且将过滤器320流体联接到SCR系统350。主体混合器230可以包括限定内部体积的主体混合器壳体。注入口340被布置在主体混合器330的侧壁上并且被设置成将排气还原剂传递到主体混合器330中。
在一些实施方案中，废气可包括柴油废气，并且排气还原剂可包括柴油排气流体。柴油排气流体可包括尿素、尿素的水溶液或任何其它流体，所述任何其它流体包括氨、副产物或如本领域中已知的任何其它柴油排气流体(例如在名称之下销售的柴油排气流体)。温度传感器336被布置成靠近主体混合器330的入口。温度传感器336可以设置为测量流入主体混合器330的废气的温度。
主体混合器330被构造成在将废气传递到SCR系统350之前，允许排气还原剂与废气的有效混合。主体混合器330可以包括任何合适的结构，例如通道、钝体、叶片、分隔壁或任何其它特征或结构，以促进还原剂与废气的混合，增加保留时间，增加温度，减少排气还原剂沉积物和/或减小背压。
SCR系统350在主体混合器330下游被布置在由壳体319限定的内部体积内，并且被设置为处理流经SCR系统350的废气(例如柴油废气)。SCR系统350被设置为选择性地还原废气的一部分。SCR系统350可与本文关于后处理系统200描述的SCR系统250大体上相似，并且因此不在本文更详细地描述。温度传感器356被布置成靠近SCR系统350的出口。温度传感器356可以被设置为测量从SCR系统流出到排气管380中的废气的温度。
排气管380被布置在过滤和还原单元318的下游。排气管380可以由与进气管302大体上相同的材料形成。排气管380被设置为接收经处理的废气(或经处理的废气和任何过量的排气还原剂(例如尿素)或其副产物(例如氨)的混合物)，并且将其递送到外部环境。第二催化剂370被布置在排气管380内。第二催化剂370可以被设置为氧化剩余在离开SCR系统350的废气中的任何过量的排气还原剂。
在一些实施方案中，排气还原剂可以是柴油排气流体(例如本文所述的尿素的水溶液)，柴油排气流体提供用于参与SCR系统350内的选择性催化还原的氨源。在这样的实施方案中，第二催化剂370可以包括配制成将氨氧化成氮气的铵氧化催化剂，如本文关于后处理系统200中所包括的第二催化剂270所描述的。
温度传感器376被布置在进气管302内并且被设置为测量在流经第二催化剂370之后离开排气管380的废气的温度。此外，第一气体传感器372和第二气体传感器374也被布置在排气管380中，并且可以被设置为测量包括在离开排气管380的废气中的气体的一部分的浓度。在一些实施方案中，废气可以是柴油废气。在这样的实施方案中，第一气体传感器372可以包括NOx传感器和/或SOx传感器，其被设置为测量包括在离开排气管380的废气中的NOx气体和/或SOx气体的浓度。此外，第二气体传感器374可以包括氨传感器，其被设置成测量废气中的氨(例如，诸如尿素的柴油排气流体的分解产物)的浓度。
在一些实施方案中，排气管380的靠近过滤和还原单元318的部分也可以被分隔成或以其它方式分离成多个排气管。例如，两个、三个或甚至更多个排气管可以联接到过滤和还原单元318的出口，并且被设置为接收来自SCR系统350的经处理的废气的一部分。然后，多个排气管可以在排气管380处合并在一起。在这样的实施方案中，第二催化剂370可以被布置在多个排气管的每一个排气管中。
图4是用于增加由后处理系统(例如，后处理系统100/200/300)的壳体(例如，壳体219/319)限定的内部体积内的可用空间的示例性方法400的示意性流程图。由壳体限定的内部体积内可用的较大空间允许增加可定位在由壳体219/319或本文所述的任何其它壳体限定的内部体积内的SCR系统(例如，SCR系统150/250/350)、过滤器(例如，过滤器120/220/320)和/或主体混合器(例如，主体混合器(例如，主体混合器230/330))的尺寸。
方法400包括在402处将SCR系统定位在壳体的内部体积内。例如，SCR系统150/250/350或SCR催化剂位于由壳体219/319或本文所述的任何其它壳体限定的内部体积内。在一些实施方案中，在404处过滤器在由壳体限定的内部体积内定位在SCR系统的上游。例如，过滤器120/220/320在壳体219/319或本文所述的任何其它壳体的内部体积内定位在SCR系统的上游，使得过滤器120/220/320靠近入口定位，并且SCR系统靠近壳体219/319或本文所述的任何其它壳体的出口定位。在特定的实施方案中，方法400还可以包括横跨过滤器120/220/320定位的差压传感器(例如差压传感器222/322)。
在特定实施方案中，在406处，主体混合器在由壳体限定的内部体积内定位在SCR系统的上游和过滤器的下游。例如，主体混合器230/330在壳体219/319或本文所述的任何其它壳体的内部体积内定位在过滤器120/220/320和SCR系统150/250/350之间。主体混合器230/330可以被构造成接收还原剂，例如经由流体地联接到壳体219/319或本文所述的任何其它壳体的插入单元(例如，还原剂注射器)接收还原剂，并且促进还原剂与流经后处理系统100/200/300的废气(例如柴油废气)的混合。
在408处，进气管流体地联接到壳体的入口。例如，进气管102/202/302流体地联接到壳体219/319或本文所描述的任何其它壳体的入口。在410处，第一催化剂定位在进气管内。例如，第一催化剂110/210/310定位在进气管102/202/302内。在特定的实施方案中，进气管(例如，进气管302)可以被分隔成多个进气管，多个进气管流体地联接到壳体219/319或本文所描述的任何其它壳体的入口。在这样的实施方案中，第一催化剂110/210/310位于多个进气管的每一个进气管内。在一些实施方案中，第一催化剂110/210/310包括柴油氧化催化剂，如本文所述。
在一些实施方案中，方法400还包括在412处将排气管联接到壳体的出口。例如，排气管180/280/380联接到壳体219/319或本文所述的任何其它壳体的出口。在414处，第二催化剂可以定位在排气管内。例如，第二催化剂170/270/370可以定位在排气管180/280/380内。在各种实施方案中，第二催化剂170/270/370包括氨氧化催化剂。
如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“a(一)”、“an(一)”、和“the(该)”包括复数指示物。因此，例如，术语“一个构件”旨在表示单个构件或多个构件的组合，“一种材料”旨在表示一种或更多种材料或其组合。
应注意，如在本文用于描述各种实施方案的术语“示例性的”或“示例”旨在指示这样的实施方案是可能的实施方案的可能的示例、表示和/或图示(且这样的术语并不旨在暗示这样的实施方案必须是非凡或最好的示例)。
本文所使用的术语“联接”、“连接”以及类似术语意指两个部件直接或间接地连接到彼此。这样的连接可以是固定的(例如永久的)或可移动的(例如可移除的或可释放的)。这种连接可以用两个构件或彼此一体地形成为单个整体的两个构件和任何附加的中间构件，或用两个构件或附接至彼此的两个构件和任何附加的中间构件来实现。
重要的是注意到，各种示例性实施方案的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开中只详细描述了几个实施方案，但审阅本公开的本领域中的技术人员将容易认识到，在不实质上偏离本文所述的主题的新颖性教导和优点的情况下，很多修改(例如在各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、方位等上的变化)是可能的。在不偏离本发明的范围的情况下，也可在各种示例性实施方案的设计、操作条件和布置上做出其它替代、修改、变化和省略。
虽然本说明书包含很多特定的实施细节，但这些不应被解释为对任何发明或可被主张的内容的范围的限制，而是作为特定发明的特定实施方式所特有的特征的描述。在单独的实施方式的上下文中在本说明书中描述的某些特征也可组合地在单个实施方式中实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可单独地或以任何适当的子组合在多个实施方式中实现。而且，虽然特征在上面被描述为以某些组合起作用且甚至按照原样最初被主张，在一些情况下可从组合删除来自所主张的组合的一个或更多个特征，且所主张的组合可涉及子组合或子组合的变形。

Claims (25)

1.一种后处理系统，包括：
过滤和还原单元，所述过滤和还原单元包括：
限定内部体积的壳体；
布置在所述壳体的内部体积中的过滤器；
选择性催化还原系统，所述选择性催化还原系统在所述过滤器的下游被布置所述壳体的内部体积内，所述选择性催化还原系统被设置为选择性地分解流经所述后处理系统的废气的成分；
第一催化剂，其被配制为氧化废气的至少一部分；
进气管，所述进气管被布置在所述过滤和还原单元的上游并且被设置为将废气传递给所述过滤和还原单元，所述第一催化剂被布置在所述进气管中；以及
排气管，所述排气管被布置在所述过滤和还原单元的下游。
2.如权利要求1所述的后处理系统，其中所述第一催化剂是柴油氧化催化剂。
3.如权利要求1所述的后处理系统，其中所述进气管包括：
第一进气管；以及
第二进气管，
其中所述第一催化剂被布置在所述第一进气管和所述第二进气管中的每一个中。
4.如权利要求1所述的后处理系统，其中所述后处理系统还包括被配制成氧化排气还原剂的第二催化剂。
5.如权利要求4所述的后处理系统，其中所述第二催化剂是铵氧化催化剂。
6.如权利要求4所述的后处理系统，其中所述第二催化剂被布置在所述排气管中。
7.如权利要求1所述的后处理系统，所述后处理系统还包括横跨所述过滤器定位的差压传感器。
8.如权利要求1所述的后处理系统，其中所述过滤和还原单元还包括：
主体混合器，所述主体混合器在所述过滤器和所述选择性催化还原系统之间定位在所述壳体内。
9.一种后处理系统，包括：
壳体，所述壳体包括入口、出口，并且所述壳体限定内部体积；
进气管，所述进气管流体地联接到所述入口；
选择性催化还原系统，所述选择性催化还原系统位于由所述壳体限定的所述内部体积内；以及
位于所述进气管中的第一催化剂。
10.如权利要求9所述的后处理系统，所述后处理系统还包括：
过滤器，所述过滤器位于由所述壳体限定的所述内部体积内，所述过滤器位于所述选择性催化还原系统的上游。
11.如权利要求10所述的后处理系统，所述后处理系统还包括：
主体混合器，所述主体混合器在由所述壳体限定的所述内部体积内定位在所述过滤器的下游和所述选择性催化还原系统的上游，所述主体混合器被构造成将还原剂与流经所述后处理系统的废气混合。
12.如权利要求10所述的后处理系统，所述后处理系统还包括横跨所述过滤器定位的差压传感器。
13.如权利要求9所述的后处理系统，其中，所述进气管被分隔成多个进气管，所述多个进气管中的每一个进气管流体地联接到所述壳体，并且被构造成将废气的一部分传递到所述壳体中，并且其中所述第一催化剂位于在所述多个进气管中的每一个进气管中。
14.如权利要求9所述的后处理系统，其中所述第一催化剂包括柴油氧化催化剂。
15.如权利要求9所述的后处理系统，所述后处理系统还包括：
排气管，所述排气管流体地联接到所述壳体的所述出口；以及
位于所述排气管内的第二催化剂。
16.如权利要求15所述的后处理系统，其中所述第二催化剂包含氨氧化催化剂。
17.如权利要求16所述的后处理系统，其中NOx传感器和氨传感器中的至少一个可操作地联接到所述第二催化剂下游的所述排气管。
18.一种用于增加后处理系统的壳体内的可用空间的方法，所述壳体限定内部体积，所述方法包括：
将选择性催化还原系统定位在由所述壳体限定的所述内部体积内；
将进气管流体地联接到所述壳体的入口；以及
将第一催化剂定位在所述进气管内。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述第一催化剂包括柴油氧化催化剂。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述进气管被分隔成与所述壳体的所述入口流体地联接的多个进气管，并且其中所述第一催化剂位于所述多个进气管的每一个进气管内。
21.如权利要求18所述的方法，所述方法还包括：
将过滤器在所述选择性催化还原系统的上游定位所述壳体的所述内部体积内。
22.如权利要求21所述的方法，所述方法还包括：
横跨所述过滤器定位差压传感器。
23.如权利要求21所述的方法，所述方法还包括：
将主体混合器定位在所述选择性催化还原系统的上游和所述过滤器的下游。
24.如权利要求18所述的方法，所述方法还包括：
将排气管流体地联接到所述壳体的出口；以及
将第二氧化催化剂定位在所述排气管内。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述第二催化剂包括氨氧化催化剂。
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