CN112983615A - 单模块集成式后处理模块 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种单模块集成式后处理模块。选择性催化还原系统可以包括界定单个中心线轴线的单个壳体。选择性催化还原系统还可以包括被布置在单个壳体内并具有与单个中心线轴线对准的DPF中心轴线的柴油机微粒过滤器。选择性催化还原系统还可以包括被布置在单个壳体内并具有与单个中心线轴线对准的中心轴线的SCR催化器。在一些实施方式中，柴油机微粒过滤器可以包括一个或更多个SiC过滤器。在一些实施方式中，SCR催化器可以包括一个或更多个挤制的SCR催化剂。

Description

单模块集成式后处理模块
本申请是申请日为2015年12月22日，申请号为201580070306.7，发明名称为“单模块集成式后处理模块”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年12月31日提交的美国临时申请第62/098,667号的优先权的权益，并且其内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本申请大体上涉及用于内燃机的后处理系统的领域。
背景
对于内燃机，例如柴油发动机或天然气发动机，可在交通工具的排气中排放氧化氮(NOx)化合物。为了减少NOx排放物，可实施选择性催化还原(SCR)过程，以借助于催化剂和还原剂将NOx化合物转化成更中性的化合物，例如双原子氮、水或二氧化碳。催化剂可以被包括在排气系统的催化剂室中。诸如无水氨、氨水或尿素的还原剂通常在被引入催化剂室之前被引入到排气流中。为了将还原剂引入到排气流中以用于SCR过程，SCR系统可以通过将还原剂蒸发或喷洒到排气系统的在催化剂室上游的排气管中的配给模块来配给还原剂或以其他方式引入还原剂。
概述
一个实施方式涉及选择性催化还原系统，其可以包括：界定中心线轴线的单个壳体；被布置在单个壳体内并且具有与单个中心线轴线对准的柴油机微粒过滤器中心轴线的柴油机微粒过滤器(diesel particulate filter)；以及在柴油机微粒过滤器下游被布置在单个壳体内并且具有与单个中心线轴线对准的中心轴线的选择性催化还原催化器。
在一些实施方式中，柴油机微粒过滤器包括一个或更多个SiC过滤器。在一些实施方式中，选择性催化还原催化器包括一个或更多个挤制的SCR催化剂(extruded SCRcatalyst)。在一些实施方式中，单个壳体具有单个入口和单个出口。在一些实施方式中，柴油机微粒过滤器可通过检修口从单个壳体中被选择性地移除。在一些实施方式中，选择性催化还原系统还包括排气噪声衰减部件。在一些实施方式中，单个壳体包括在柴油机微粒过滤器上游的入口处的一个或更多个偏转板。在一些实施方式中，单个壳体包括在选择性催化还原催化器上游的入口处的一个或更多个偏转板。在一些实施方式中，单个壳体具有单个入口和单个出口。在一些实施方式中，单个壳体界定分解反应器，所述分解反应器在柴油机微粒过滤器的下游并且在选择性催化还原催化器的上游。在一些另外的实施方式中，由单个壳体界定的分解反应器的直径与容纳柴油机微粒过滤器的单个壳体的直径相同。
另一个实施方式涉及一种系统，该系统包括发动机和后处理系统，该后处理系统与发动机流体连通并且被配置成接收来自发动机的排气。后处理系统可以包括：界定中心线轴线的单个壳体；被布置在单个壳体内并且具有与单个中心线轴线对准的柴油机微粒过滤器中心轴线的柴油机微粒过滤器；以及在柴油机微粒过滤器下游被布置在单个壳体内并且具有与单个中心线轴线对准的中心轴线的选择性催化还原催化器。
在一些实施方式中，柴油机微粒过滤器包括一个或更多个SiC过滤器。在一些实施方式中，选择性催化还原催化器包括一个或更多个挤制的SCR催化剂。在一些实施方式中，单个壳体具有单个入口和单个出口。在一些实施方式中，柴油机微粒过滤器可通过检修口从单个壳体中被选择性地移除。在一些实施方式中，选择性催化还原系统还包括排气噪声衰减部件。
在一些实施方式中，单个壳体包括在柴油机微粒过滤器上游的入口处的一个或更多个偏转板。在一些实施方式中，单个壳体包括在选择性催化还原催化器上游的入口处的一个或更多个偏转板。在一些实施方式中，单个壳体具有单个入口和单个出口。在一些实施方式中，单个壳体界定分解反应器，所述分解反应器在柴油机微粒过滤器的下游并且在选择性催化还原催化器的上游。在一些另外的实施方式中，由单个壳体界定的分解反应器的直径与容纳柴油机微粒过滤器的单个壳体的直径相同。
又一个实施方式涉及选择性催化还原系统，其包括界定一体积的主壳体；被容纳在主壳体内的第一内壳体；以及被容纳在主壳体内的第二内壳体。第一内壳体的出口与由主壳体界定的体积流体连通，并且第一内壳体界定第一中心线轴线。第二内壳体的入口与由主壳体界定的体积流体连通，并且第二内壳体界定平行于第一中心线轴线的第二中心线轴线。选择性催化还原系统还包括被布置在第一内壳体内并且具有与第一中心线轴线对准的柴油机微粒过滤器中心轴线的柴油机微粒过滤器和在柴油机微粒过滤器的下游被布置在第二内壳体内并且具有与第二中心线轴线对准的中心轴线的选择性催化还原催化器。
在一些实施方式中，由主壳体界定的体积是分解反应器。在一些另外的实施方式中，柴油机微粒过滤器包括一个或更多个SiC过滤器，并且选择性催化还原催化器包含一个或更多个挤制的SCR催化剂。
附图说明
在附图、权利要求和下文的描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。从描述、附图和权利要求中，本公开的其他特征、方面和优点将变得明显，其中：
图1是用于排气系统的示例性选择性催化还原系统的方框示意图；
图2是用于排气系统的示例性选择性催化还原系统的侧剖视图；
图3是用于排气系统的示例性单轴线中心线集成式选择性催化还原系统的侧剖视图；
图4是用于排气系统的示例性紧凑型单轴线、单模块集成式选择性催化还原系统的侧剖视图；
图5是用于排气系统的示例性集成式选择性催化还原系统的侧剖视图；
图6是用于排气系统的示例性单模块紧凑型集成式选择性催化还原系统的侧剖视图；
图7是图6的示例性单模块集成式选择性催化还原系统的正视图。
将认识到，一些或所有的附图是为了说明的目的的示意性表示。为了说明一个或更多个实施方式而提供附图，并且明确理解的是，它们将不被用于限制权利要求的范围或含义。
具体实施方式
以下是对与用于将还原剂注入和混合到交通工具的排气和SCR后处理系统中的方法、装置和系统相关的各种构思以及所述的方法、装置和系统的实施方式的更详细的描述。上面介绍和下面更详细讨论的各种构思可以用很多方式中的任一种来实施，因为所描述的构思不限于任何特定的实施方式。主要为了例证性目的来提供特定的实施方式和应用的实例。
I.综述
在具有SCR后处理系统的排气系统中，后处理系统部件，例如柴油机微粒过滤器(DPF)、还原剂递送系统、分解室或反应器、SCR催化器、柴油机氧化催化器(DOC)、一个或更多个传感器、和/或一个或更多个排气流体混合装置，可以被分离成用于排气系统的分开的部段或壳体。这样的分开的壳体可以允许后处理系统的模块化，但是多个壳体的方法也可能需要系统中的若干夹持接头(clamped joint)，并且可能需要用于交通工具上的后处理系统的大量空间。
在一些实施方式中，后处理系统的不同部件被组合成单模块集成式后处理系统。这样的单模块集成式系统可以减少后处理系统所并入的交通工具或其他系统中后处理系统所占据的空间区域，可以通过减少所使用的壳体部件和中间排气管道来降低后处理系统的重量，可以通过消除若干部件来降低后处理系统的成本，并且可以在保持后处理系统的效率的情况下降低后处理系统的装配成本。
在一些实施方式中，后处理系统可以是用于排气系统的单轴线中心线集成式选择性催化还原系统(single axis centerline integrated selective catalyticreduction system)，所述排气系统将后处理系统的部件集成为单个直列式设计(inlinedesign)。后处理系统的部件可以被组合到单个或一个或更多个长度减小的壳体中，并且可以消除现有后处理系统中的若干特征。例如，后处理系统部件的壳体的改进的入口和出口开口可以减小用于这样的部件的壳体的总长度。此外，利用具有吸水能力的基底垫(watercapable substrate mat)能够消除用于系统的脱水器，从而更进一步降低总长度。此外，利用改进的过滤器和基底，例如SiC(或其他类型的)过滤器和挤制的SCR催化剂(或通过其他工艺形成的催化剂)，可以减少DPF和SCR催化器部件所需的体积，从而进一步减少后处理系统的长度。另外，用于SCR催化剂的中间床NH3传感器(mid-bed NH3 sensor)(即，在第一上游SCR催化剂和第二下游SCR催化剂之间放置NH3传感器)的使用可以通过消除对用于检测后处理系统中的NH3的其他传感器的需求来进一步减少后处理系统的总长度。紧凑型混合部件可以被集成到后处理系统中，以更进一步减少后处理系统的长度。在一些实施方式中，可以改善NH3递送，以在短的纵向长度上有效地将NH3引入后处理系统，同时保持排气流中的足够的均匀性，例如通过使用具有还原剂配给系统的紧凑型NH3混合器。在其他实施方式中，可以使用具有平行内部壳体的单个壳体，这还可以进一步减小总长度。
II.后处理系统的综述
图1描绘了具有用于排气系统190的示例性还原剂递送系统110的后处理系统100。后处理系统100包括DPF 102、还原剂递送系统110、分解室或反应器104、以及SCR催化器106。
DPF 102被配置成从在排气系统190中流动的排气中移除微粒物质，例如烟灰。DPF102包括入口和出口，其中在入口处接收排气，且在使微粒物质基本上从排气中被过滤掉和/或将微粒物质转化成二氧化碳之后，排气在所述出口处离开。
分解室104被配置成将诸如尿素、氨水或柴油排气流体(DEF)的还原剂转化成氨。分解室104包括具有配给模块112的还原剂递送系统110，该配给模块112被配置成将还原剂配给到分解室104中。在一些实施方式中，还原剂被注入到SCR催化器106的上游。还原剂液滴然后经历蒸发、热解和水解的过程以在排气系统190内形成气态氨。分解室104包括入口和出口，所述入口与DPF 102流体连通以接收包含NOx排放物的排气，并且所述出口用于使排气、NOx排放物、氨和/或剩余还原剂流到SCR催化器106。
分解室104包括配给模块112，配给模块112安装到分解室104，使得配给模块112可以将还原剂配给到在排气系统190中流动的排气中。配给模块112可以包括隔离器(insulator)114，隔离器114置于配给模块112的一部分和分解室104的安装有配给模块112的部分之间。配给模块112流体联接到一个或更多个还原剂源116。在一些实施方式中，泵118可用于对来自还原剂源116的还原剂加压，以便递送到配给模块112。
配给模块112和泵118还电气地或通信地联接到控制器120。控制器120被配置成控制配给模块112将还原剂配给到分解室104中。控制器120也可被配置成控制泵118。控制器120可包括微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等或其组合。控制器120可包括存储器，其可包括但不限于能够为处理器、ASIC、FPGA等提供程序指令的电子的、光学的、磁性的或任何其他的存储或传输设备。存储器可包括存储器芯片、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、闪存或控制器120可从其读取指令的任何其他适当的存储器。指令可包括来自任何适当的编程语言的代码。
SCR催化器106被配置成通过加速氨和排气中的NOx之间的NOx还原过程来帮助NOx排放物还原成双原子氮、水和/或二氧化碳。SCR催化器106包括与分解室104流体连通的入口和与排气系统190的末端流体连通的出口，排气和还原剂从所述分解室104被接收。
排气系统190还可以包括与排气系统190流体流通的柴油机氧化催化器(DOC)(例如，在SCR催化器106的下游或在DPF 102的上游)，以氧化排气中的烃类和一氧化碳。在一些实施方式中，排气系统190可以包括DOC和SCR催化器106而没有DPF 102。
在一些实施方式中，DPF 102可定位在分解室或反应器管104的下游。例如，DPF102和SCR催化器106可以组合成单个单元，诸如SDPF。在一些实施方式中，配给模块112可以替代地定位在涡轮增压器的下游或涡轮增压器的上游。
III.用于排气系统的示例性选择性催化还原系统
图2描绘了用于排气系统的示例性选择性催化还原系统200的侧剖视图。选择性催化还原系统200包括与诸如柴油发动机的发动机流体连通的入口202，以接收从发动机输出的排气。在一些实施方式中，一个或更多个涡轮增压器或其他排气部件可以定位在发动机和入口202之间。
入口202与DPF 204流体连通，DPF 204被配置成从在排气系统中流动的排气中移除微粒物质，例如烟灰。DPF 204包括入口部分206，在入口部分206处排气被接收并被允许膨胀到DPF 204的横截面积，以增加所接收的排气的面积，同时保持微粒物质在排气中的分布基本均匀。
DPF 204还包括出口部分208，其收集一个或更多个过滤器210下游的排气。在一些实施方式中，DPF 204可以包括一个或更多个传感器212，传感器212被联接到DPF 204的外罩并且被配置成检测流过DPF 204的排气的一个或更多个特性(例如NOx含量、CO含量等)。在使用过滤器210使微粒物质基本上从排气中被过滤出和/或将微粒物质转化为二氧化碳之后，排气经由出口部分208离开。
DPF 204与分解室220的入口流体连通。也就是说，排气从DPF 204的出口部分208流到分解室220，分解室220被配置成将例如尿素、氨水或DEF的还原剂转化成不含水的氨(non-aqueous ammonia)。分解室220包括具有配给模块232的还原剂递送系统230，该配给模块232被配置成将还原剂配给到分解室220中。配给的还原剂液滴然后经历蒸发、热解和水解的过程以在分解室220内形成气态氨。分解室220包括入口和出口，所述入口与DPF 204流体连通以接收包含NOx排放物的排气，所述出口用于使排气、NOx排放物、氨和/或剩余还原剂流到SCR催化器240。
分解室220包括布置在分解室220内并定位在还原剂递送系统230的下游的混合器222。混合器222可以包括网格状构件、网孔状构件等，其被配置成将涡流引入流过分解室220的排气。因此，当还原剂由还原剂递送系统230配给时，混合器222进一步搅动排气和NH3混合物以增加均匀性。
分解室220与SCR催化器240流体连通。也就是说，来自分解室220的排气进入SCR催化器240的入口部分242，SCR催化器240被配置成通过加速氨和排气中的NOx之间的NOx还原过程来帮助将NOx排放物还原成双原子氮、水和/或二氧化碳。SCR催化器240包括与分解室220流体连通的入口部分242，从该分解室220接收排气和还原剂。入口部分242包括第二混合器244，其被配置成进一步混合排气和NH3并且增加进入SCR催化器240的排气和NH3的均匀性。排气和NH3混合物流过一个或更多个催化剂246。所述一个或更多个催化剂246可包含任何适当的催化剂，例如基于铂、钯、铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂、任何其他适当的催化剂或其组合。所述一个或更多个催化剂246可被布置在可例如界定蜂窝状结构的适当的基底上，例如陶瓷(例如堇青石)或金属(例如铬铝钴耐热钢)单块芯体。涂层(washcoat)也可用作用于前述催化剂的载体材料。例如，这样的涂层材料可包括氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其他适当的涂层材料或其组合。
在一些实施方式中，传感器组件248可以在上游的催化剂246和下游的催化剂246之间被布置在SCR催化器240的罩内，以捕获将被运输到传感器的排气的一部分，以检测排气中的NOx含量、排气中的NH3含量、和/或排气中的NOx与NH3含量的比例。传感器组件248可以根据由名称为“Exhaust Gas Sensor Module”的美国申请第13/764,165号和/或名称为“Exhaust Gas Sensor Module”的美国专利第8,756,913号中公开的一个或更多个实施方案来构造，其公开内容据此以其整体并入本文。
SCR催化器240还包括与所述一个或更多个催化剂246和排气系统的出口252流体连通的出口部分250。出口部分250收集在所述一个或更多个催化剂246的下游的排气。在一些实施方式中，出口部分250可以包括脱水器，例如出口部分250内的多孔内管和在出口部分250的外罩中的一个或更多个开口，以允许水从SCR催化器240中离开。
IV.用于排气系统的示例性单轴线中心线集成式选择性催化还原系统
图3描绘了用于排气系统的单轴线中心线集成式选择性催化还原系统300的侧剖视图。单轴线中心线集成式选择性催化还原系统300将所有催化器和过滤器包括在单个中心线轴线301上。单轴线中心线集成式选择性催化还原系统300包括与诸如柴油发动机的发动机流体连通的入口302，以接收从发动机输出的排气。在一些实施方式中，一个或更多个涡轮增压器或其他排气部件可以定位在发动机和入口302之间。
入口302与DPF 304流体连通，DPF 304被配置成从在排气系统中流动的排气中移除微粒物质，例如烟灰。DPF 304具有与单轴线301对准的DPF中心轴线。DPF 304包括入口部分306，在入口部分306处排气被接收并被允许膨胀到DPF 304的横截面积，以增加所接收的排气的面积，同时保持微粒物质在排气中的分布基本均匀。在所示的实施方式中，入口部分306包括一个或更多个偏转板308，以使来自入口302的流在朝向所述一个或更多个过滤器310向下游流动的同时向外偏转。入口部分306被设计成允许排气分散在入口部分306的非常短的轴向长度内。因此，DPF 304的长度可以被最小化，以便满足任何交通工具对系统长度的限制。在一些实施方式中，可以基于发动机流速来选择所述一个或更多个过滤器310。
DPF 304还包括出口部分314，出口部分314收集在所述一个或更多个过滤器310的下游的排气。出口部分314被设计成允许排气收缩在出口部分314的非常短的轴向长度内。因此，DPF 304的长度可以被最小化，以便满足任何交通工具对系统长度的限制。在一些实施方式中，所述一个或更多个过滤器310可以是SiC或其他类型的过滤器。与所述一个或更多个过滤器210相比，所述一个或更多个过滤器310可以具有减小的体积，例如减小25％的体积。所述一个或更多个过滤器310的减小的过滤器体积可以通过允许体积减小的改进的过滤器技术或排气情况和/或成分来实现。在一些实施方式中，DPF 304可以包括一个或更多个传感器312，传感器312被联接到DPF 304的外罩并且被配置成检测流过DPF 304的排气的一个或更多个特性(例如NOx含量、CO含量等)。在使用过滤器310使微粒物质基本上从排气中被过滤出和/或将微粒物质转化为二氧化碳之后，排气经由出口部分314离开。
DPF 304与分解室320的入口流体连通。也就是说，排气从DPF 304的出口部分314流到分解室320，分解室320被配置成将例如尿素、氨水或DEF的还原剂转化成氨。分解室320包括具有配给模块的还原剂递送系统330，所述配给模块被配置成将还原剂配给到分解室320中。分解室320可以具有与DPF 304和/或SCR催化器340基本上相同的横截面积和/或直径。分解室320还可以将DPF出口314和SCR入口部分342的特征并入分解室320中。配给的还原剂液滴然后经历蒸发、热解和水解的过程以在分解室320内形成气态氨。分解室320包括入口和出口，所述入口与DPF304流体连通以接收包含NOx排放物的排气，所述出口用于使排气、NOx排放物、氨和/或剩余还原剂流到SCR催化器340。
分解室320与SCR催化器340流体连通。也就是说，来自分解室320的排气进入SCR催化器340的入口部分342，SCR催化器340被配置成通过加速氨和排气中的NOx之间的NOx还原过程来帮助将NOx排放物还原成双原子氮、水和/或二氧化碳。SCR催化器340具有与单轴线301对准的SCR中心轴线。SCR催化器340包括与分解室320流体连通的入口部分342，从该分解室320接收排气和还原剂。入口部分342包括一个或更多个偏转板344，以使来自入口部分342的流在朝向一个或更多个催化剂346向下游流动的同时向外偏转，并且偏转板344被配置成进一步混合排气和NH3以增加进入SCR催化器340的排气和NH3的均匀性。入口部分342被设计成允许排气分散在入口部分342的非常短的轴向长度内。因此，SCR催化器340的长度可以被最小化，以便满足任何交通工具对系统长度的限制。
排气和NH3混合物流过一个或更多个催化剂346。所述一个或更多个催化剂346可包含任何适当的催化剂，例如基于铂、钯、铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂、任何其他适当的催化剂或其组合。所述一个或更多个催化剂346可被布置在可例如界定蜂窝状结构的适当的基底上，例如陶瓷(例如堇青石)或金属(例如铬铝钴耐热钢)单块芯体。涂层也可用作用于前述催化剂的载体材料。例如，这样的涂层材料可包括氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其他适当的涂层材料或其组合。在一些实施方式中，所述一个或更多个催化剂346可以是挤制的SCR催化剂。与所述一个或更多个催化剂246相比，挤制的SCR催化剂可以具有减小的体积，例如减小40％的体积。然而，应当注意，催化剂也可以通过其他工艺形成。所述一个或更多个催化剂346的体积减小可以通过允许体积减小的改进的SCR技术或排气情况和/或成分来实现。在一些实施方式中，可以基于发动机流速来选择所述一个或更多个催化剂346。在一些实施方式中，所述一个或更多个催化剂346可以包括防水的和/或具有吸水能力的基底垫。也就是说，所述一个或更多个催化剂346可以包括围绕用于所述一个或更多个催化剂346的基底缠绕的具有吸水能力的基底垫，基底在水被引入基底垫中时经历明显降低的性能影响。特别地，在暴露于水之后，基底垫压力在使用期间不显著降低。
在一些实施方式中，传感器组件348可以在上游的催化剂346和下游的催化剂346之间被布置在SCR催化器340的罩内，以捕获将被运输到传感器的排气的一部分，以检测排气中的NOx含量、排气中的NH3含量、和/或排气中的NOx与NH3含量的比例。传感器组件348可以根据由名称为“Exhaust Gas Sensor Module”的美国申请第13/764,165号和/或名称为“Exhaust Gas Sensor Module”的美国专利第8,756,913号中公开的一个或更多个实施方案来构造，其公开内容据此以其整体并入本文。
SCR催化器340还包括与所述一个或更多个催化剂346和排气系统的出口352流体连通的出口部分350。出口部分350收集在所述一个或更多个催化剂346的下游的排气。出口部分350可以基于具有吸水能力的基底垫的使用而省略脱水器，从而从单轴线中心线集成式选择性催化还原系统300中消除部件。出口部分350被设计成允许排气收缩在出口部分350的非常短的轴向长度内。因此，SCR催化器340的长度可以被最小化，以便满足任何交通工具对系统长度的限制。
图4描绘了用于排气系统的单轴线、单模块中心线集成式选择性催化还原系统400的侧剖视图。单轴线中心线集成式选择性催化还原系统400将所有催化器和过滤器包括在单个中心线轴线401上和单个壳体402内。单轴线中心线集成式选择性催化还原系统400包括与诸如柴油发动机的发动机流体连通的入口404，以接收从发动机输出的排气。在一些实施方式中，一个或更多个涡轮增压器或其他排气部件可以定位在发动机和入口404之间。
入口404与DPF 406流体连通，DPF 406被配置成从在排气系统中流动的排气中移除微粒物质，例如烟灰。DPF 406具有与单轴线401对准的DPF中心轴线。DPF 406包括入口部分408，在入口部分408处排气被接收并被允许膨胀到DPF 406的横截面积，以增加所接收的排气的面积，同时保持微粒物质在排气中的分布基本均匀。在所示的实施方式中，入口部分408包括一个或更多个偏转板410，以使来自入口404的流朝向一个或更多个过滤器412向下游流动的同时向外偏转。入口部分408被设计成允许排气分散在入口部分408的非常短的轴向长度内。因此，DPF 406的长度可以被最小化，以便满足任何交通工具对系统长度的限制。在一些实施方式中，可以基于发动机流速来选择所述一个或更多个过滤器412。在一些实施方式中，所述一个或更多个过滤器412可以是SiC或其他类型的过滤器。与所述一个或更多个过滤器210相比，所述一个或更多个过滤器412可以具有减小的体积，例如减小25％的体积。所述一个或更多个过滤器412的减小的过滤器体积可以通过允许体积减小的改进的过滤器技术或排气情况和/或成分来实现。在一些实施方式中，DPF 406可以包括一个或更多个传感器414，传感器414被联接到容纳DPF 406的单个壳体402并且被配置成检测流过DPF406的排气的一个或更多个特性(例如NOx含量、CO含量等)。在使用过滤器412将微粒物质基本上从排气中过滤出和/或转化为二氧化碳之后，排气从一个或更多个过滤器412的下游离开并进入分解室420中。
排气从DPF 406流到分解室420，分解室420被配置成将例如尿素、氨水或DEF的还原剂转化成不含水的氨。分解室420包括具有配给模块的还原剂递送系统430，所述配给模块被配置成将还原剂配给到分解室420中。分解室420可以具有与DPF 406和/或SCR催化器440基本上相同的横截面积和/或直径。分解室420还可以将单轴线中心线集成式选择性催化还原系统300的DPF出口314和SCR入口部分342的特征并入分解室420中。在一些实施方式中，还原剂递送系统430包括气态氨递送系统和/或快速转化为氨的液体还原剂递送系统。
分解室420与SCR催化器440流体连通。也就是说，来自分解室420的排气进入SCR催化器440，SCR催化器440被配置成通过加速氨和排气中的NOx之间的NOx还原过程来帮助将NOx排放物还原成双原子氮、水和/或二氧化碳。SCR催化器440具有与单轴线401对准的SCR中心轴线。
排气和NH3混合物流过一个或更多个催化剂446。所述一个或更多个催化剂446可包含任何适当的催化剂，例如基于铂、钯、铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂、任何其他适当的催化剂或其组合。所述一个或更多个催化剂446可被布置在可例如界定蜂窝状结构的适当的基底上，例如陶瓷(例如堇青石)或金属(例如铬铝钴耐热钢)单块芯体。涂层也可用作用于前述催化剂的载体材料。例如，这样的涂层材料可包括氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其他适当的涂层材料或其组合。在一些实施方式中，所述一个或更多个催化剂446可以是挤制的SCR催化剂。与所述一个或更多个催化剂246相比，挤制的SCR催化剂可以具有减小的体积，例如减小40％的体积。然而，应当注意，催化剂也可以通过其他工艺形成。所述一个或更多个催化剂446的体积减小可以通过允许体积减小的改进的SCR技术或排气情况和/或成分来实现。在一些实施方式中，可以基于发动机流速来选择所述一个或更多个催化剂446。在一些实施方式中，所述一个或更多个催化剂446可以包括防水的和/或具有吸水能力的基底垫。也就是说，所述一个或更多个催化剂446可以包括围绕用于所述一个或更多个催化剂446的基底缠绕的具有吸水能力的基底垫，基底在水被引入基底垫中时经历明显降低的性能影响。特别地，在暴露于水之后，基底垫压力在使用期间不显著降低。
在一些实施方式中，传感器组件448可以在上游的催化剂446和下游的催化剂446之间被布置在容纳SCR催化器440的单个壳体402内，以捕获将被运输到传感器的排气的一部分，以检测排气中的NOx的含量、排气中的NH3含量和/或排气中的NOx与NH3含量的比例。传感器组件448可以根据由名称为“Exhaust Gas Sensor Module”的美国申请第13/764,165号和/或名称为“Exhaust Gas Sensor Module”的美国专利第8,756,913号中公开的一个或更多个实施方案来构造，其公开内容据此以其整体并入本文。
SCR催化器440还包括与所述一个或更多个催化剂446和排气系统的出口452流体连通的出口部分450。出口部分450收集在所述一个或更多个催化剂446的下游的排气。出口部分450可以基于具有吸水能力的基底垫的使用而省略脱水器，从而从单轴线、单模块中心线集成式选择性催化还原系统400中消除部件。出口部分450被设计成允许排气收缩在出口部分450的非常短的轴向长度内。因此，SCR催化器440的长度可以被最小化，以便满足任何交通工具对系统长度的限制。
V.用于排气系统的示例性集成式选择性催化还原系统
图5描绘了用于排气系统的集成式选择性催化还原系统500的侧剖视图。集成式选择性催化还原系统500包括容纳DPF 506和SCR催化器540的主壳体502。DPF 506可以被容纳在主壳体502内的第一内壳体512内，并且SCR催化器540可以被容纳在第二内壳体542内。第一内壳体512和第二内壳体542被定位在主壳体502内，使得第一内壳体512的出口与主壳体502的内部体积流体连通并且第二内壳体的入口与主壳体502流体连通。在一些配置中，第一内壳体512的第一中心线轴线与第二内壳体542的第二中心线轴线是平行的。因此，通过使第一内壳体512与第二内壳体542基本上纵向重叠，第一内壳体512和第二内壳体542可以被定位在缩短的纵向长度内。集成式选择性催化还原系统500包括与诸如柴油发动机的发动机流体连通的入口504，以接收从发动机输出的排气。在这样的配置中，排气可以流入入口504，流入第一内壳体512中并流至DPF 506，流出并进入充当分解室520的主壳体502，流入第二内壳体542中并流至SCR催化器540，并通过出口552流出。在一些实施方案中，一个或更多个涡轮增压器或其他排气部件可以定位在发动机和入口504之间。
入口504与DPF 506流体连通，DPF 506被配置成从在排气系统中流动的排气中移除微粒物质，例如烟灰。DPF 506包括入口部分508，在入口部分508处排气被接收并被允许膨胀到DPF 506的横截面积，以增加所接收的排气的面积，同时保持微粒物质在排气中的分布基本均匀。
在一些实施方式中，DPF 506可以包括联接到主壳体502和/或DPF 506的外壳的一个或更多个传感器。所述一个或更多个传感器可以被配置成检测流过DPF 506的排气的一个或更多个特性(例如NOx含量、CO含量等)。在使用过滤器510将微粒物质基本上从排气中过滤出和/或转化为二氧化碳之后，排气从一个或更多个过滤器510的下游离开并进入由主壳体502界定的分解室520中。
排气从DPF 506流到分解室520，分解室520被配置成将例如尿素、氨水或DEF的还原剂转化成氨。分解室520包括具有配给模块的还原剂递送系统，所述配给模块被配置成将还原剂配给到分解室520中。在一些实施方式中，还原剂递送系统包括气态氨递送系统和/或快速转化为氨的液体还原剂递送系统。
分解室520与SCR催化器540流体连通。也就是说，来自分解室520的排气进入SCR催化器540，SCR催化器540被配置成通过加速氨和排气中的NOx之间的NOx还原过程来帮助将NOx排放物还原成双原子氮、水和/或二氧化碳。
排气和NH3混合物流过一个或更多个催化剂546。所述一个或更多个催化剂546可包含任何适当的催化剂，例如基于铂、钯、铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂、任何其他适当的催化剂或其组合。所述一个或更多个催化剂546可被布置在可例如界定蜂窝状结构的适当的基底上，例如陶瓷(例如堇青石)或金属(例如铬铝钴耐热钢)单块芯体。涂层也可用作用于前述催化剂的载体材料。例如，这样的涂层材料可包括氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其他适当的涂层材料或其组合。
在一些实施方式中，传感器组件可以被布置在主壳体502和/或SCR催化器540的外壳内。传感器组件可以被定位在上游的催化剂546和下游的催化剂546之间，以捕获将被运输到传感器的排气的一部分，以检测排气中的NOx含量、排气中的NH3含量、和/或排气中的NOx与NH3含量的比例。传感器组件可以根据由名称为“Exhaust Gas Sensor Module”的美国申请第13/764,165号和/或名称为“Exhaust Gas Sensor Module”的美国专利第8,756,913号中公开的一个或更多个实施方案来构造，其公开内容据此以其整体并入本文。
SCR催化器540还包括与所述一个或更多个催化剂546和排气系统的出口552流体连通的出口部分550。出口部分550收集在所述一个或更多个催化剂546的下游的排气。
图6-图7描绘了用于排气系统的集成式选择性催化还原系统600。集成式选择性催化还原系统600包括容纳DPF 606和SCR催化器640的主壳体602。DPF 606可以被容纳在主壳体602内的第一内壳体612内，并且SCR催化器640可以被容纳在第二内壳体642内。第一内壳体612和第二内壳体642被定位在主壳体602内，使得第一内壳体612与第二内壳体642的中心线轴线是平行的。因此，通过使第一内壳体612与第二内壳体642基本上纵向重叠，第一内壳体612和第二内壳体642可以被定位在缩短的纵向长度内。集成式选择性催化还原系统600包括与诸如柴油发动机的发动机流体连通的入口604，以接收从发动机输出的排气。在这样的配置中，排气可以流入入口604，流入第一内壳体612中并流至DPF 606，流出并进入充当分解室620的主壳体602，流入第二内壳体642中并流至SCR催化器640，并通过出口652流出。在一些实施方案中，一个或更多个涡轮增压器或其他排气部件可以定位在发动机和入口604之间。
入口604与DPF 606流体连通，DPF 606被配置成从在排气系统中流动的排气中移除微粒物质，例如烟灰。DPF 606包括入口部分608，在入口部分608处排气被接收并被允许膨胀到DPF 606的横截面积，以增加所接收的排气的面积，同时保持微粒物质在排气中的分布基本均匀。
在一些实施方式中，DPF 606可以包括联接到主壳体602和/或DPF 606的外壳的一个或更多个传感器。所述一个或更多个传感器可以被配置成检测流过DPF 606的排气的一个或更多个特性(例如NOx含量、CO含量等)。在使用过滤器610将微粒物质基本上从排气中过滤出和/或转化为二氧化碳之后，排气从一个或更多个过滤器610的下游离开并进入由主壳体602界定的分解室620中。在一些实施方式中，可以基于发动机流速来选择所述一个或更多个过滤器610。在一些实施方式中，所述一个或更多个过滤器610可以是SiC或其他类型的过滤器。与所述一个或更多个过滤器510相比，所述一个或更多个过滤器610可以具有减小的体积，例如减小25％的体积。所述一个或更多个过滤器610的减小的过滤器体积可以通过允许体积减小的改进的过滤器技术或排气情况和/或成分来实现。
排气从DPF 606流到分解室620，分解室620被配置成将例如尿素、氨水或DEF的还原剂转化成氨。分解室620包括具有配给模块的还原剂递送系统，所述配给模块被配置成将还原剂配给到分解室620中。在一些实施方式中，还原剂递送系统包括气态氨递送系统和/或快速转化为氨的液体还原剂递送系统。
分解室620与SCR催化器640流体连通。也就是说，来自分解室620的排气进入SCR催化器640，SCR催化器640被配置成通过加速氨和排气中的NOx之间的NOx还原过程来帮助将NOx排放物还原成双原子氮、水和/或二氧化碳。
排气和NH3混合物流过一个或更多个催化剂646。所述一个或更多个催化剂646可包含任何适当的催化剂，例如基于铂、钯、铑、铈、铁、锰、铜、钒的催化剂、任何其他适当的催化剂或其组合。所述一个或更多个催化剂646可被布置在可例如界定蜂窝状结构的适当的基底上，例如陶瓷(例如堇青石)或金属(例如铬铝钴耐热钢)单块芯体。涂层也可用作用于前述催化剂的载体材料。例如，这样的涂层材料可包括氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其他适当的涂层材料或其组合。
在一些实施方式中，所述一个或更多个催化剂646可以是挤制的SCR催化剂。与所述一个或更多个催化剂246相比，挤制的SCR催化剂可以具有减小的体积，例如减小40％的体积。然而，应当注意，催化剂也可以通过其他工艺形成。所述一个或更多个催化剂646的体积减小可以通过允许体积减小的改进的SCR技术或排气情况和/或成分来实现。在一些实施方式中，可以基于发动机流速来选择所述一个或更多个催化剂646。在一些实施方式中，所述一个或更多个催化剂646可以包括防水的和/或具有吸水能力的基底垫。也就是说，所述一个或更多个催化剂646可以包括围绕用于所述一个或更多个催化剂646的基底缠绕的具有吸水能力的基底垫，基底在水被引入该基底垫中时经历明显降低的性能影响。特别地，在暴露于水之后，基底垫压力在使用期间不显著降低。
在一些实施方式中，传感器组件可以被布置在主壳体602和/或SCR催化器640的外壳内。传感器组件可以被定位在上游的催化剂646和下游的催化剂646之间，以捕获将被运输到传感器的排气的一部分，以检测排气中的NOx含量、排气中的NH3含量、和/或排气中的NOx与NH3含量的比例。传感器组件可以根据由名称为“Exhaust Gas Sensor Module”的美国申请第13/764,165号和/或名称为“Exhaust Gas Sensor Module”的美国专利第8,756,913号中公开的一个或更多个实施方案来构造，其公开内容据此以其整体并入本文。
SCR催化器640还包括与所述一个或更多个催化剂646和排气系统的出口652流体连通的出口部分650。出口部分650收集在所述一个或更多个催化剂646的下游的排气。出口部分650可以基于具有吸水能力的基底垫的使用而省略脱水器，从而从集成式选择性催化还原系统600中消除部件。
在前述的示例性实施方式中的任一个中，来自发动机的所有排气流都经由单个入口202、302、404、504、604以及单个出口252、352、452、552、652流过选择性催化还原系统200、300、400、500、600。
在前述的示例性实施方式中的任一个中，DPF 204、304、406、506、606可以包括可选择性地移除的柴油机微粒过滤器，该柴油机微粒过滤器被配置成通过检修口，诸如容纳DPF 204、304、406、506、606的壳体的进出门(access door)或进出部分和/或容纳催化剂246、346、446、546、646的壳体的进出门或进出部分，从选择性催化还原系统200、300、400、500、600被单独地移除，而不必移除选择性催化还原系统200、300、400、500、600和/或选择性催化还原系统200、300、400、500、600的其他部件。
另外，在前述实施方式中，噪声或排气衰减部件可以被联接到选择性催化还原系统200、300、400、500、600和/或被定位在选择性催化还原系统200、300、400、500、600中或其周围，由此可以消除在选择性催化还原系统200、300、400、500、600的下游的辅助消声器。
术语“控制器”包括用于处理数据的所有类型的装置、设备和机器，举例来说包括可编程处理器、计算机、片上系统或多个处理器、编程处理器的一部分或前述项的组合。装置可包括专用逻辑电路，例如FPGA或ASIC。装置除了硬件以外还可包括为讨论中的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时间环境、虚拟机或它们中的一个或更多个的组合的代码。装置和执行环境可实现各种不同的计算模型基础设施，例如分布式计算和网格计算基础设施。
虽然本说明书包含很多特定的实施方式细节，但这些不应被解释为对可被要求权利的内容的范围的限制，而是作为特定的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施。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施。而且，虽然特征在上文被描述为以某些组合起作用且甚至按照原样最初被要求权利，但在一些情况下可从组合中删除来自所要求权利的组合中的一个或更多个特征，并且所要求权利的组合可涉及子组合或子组合的变形。
如在本文利用的，术语“基本上”和任何类似的术语旨在具有与本公开内容的主题所属的领域中的普通技术人员的常见和被接受的用法一致的宽泛的含义。审阅了本公开内容的本领域中的技术人员应理解，这些术语旨在允许所描述和所要求权利的某些特征的描述而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围，除非另有说明。因此，这些术语应该被解释为指示，所描述的和所要求保护的主题的非实质的或不重要的修改或变更被认为是在如在所附权利要求中所述的本发明的范围内。此外，注意，在权利要求中的限制在术语“装置”不在其中被使用的情况下按照美国专利法不应被解释为构成“装置加功能”限制。
术语“联接”、“连接”以及本文中所使用的类似术语意味着两个部件彼此直接或间接地连接。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)。可在两个部件或这两个部件和任何额外的中间部件整体地形成为与彼此成一体的单个主体的情况下或在这两个部件或这两个部件和任何额外的中间部件附接到彼此的情况下实现这样的连接。
如在本文使用的术语“流体联接的”、“流体连通的”等意指两个部件或对象具有在这两个部件或对象之间形成的通路，其中流体，例如水、空气、气态还原剂、气态氨等，可在具有或不具有介于中间的部件或对象的情况下流动。用于实现流体连通的流体联接件或构造的实例可包括管道、通道或用于实现流体从一个部件或对象到另一部件或对象的流动的任何其他适当的部件。
注意到在各种示例性实施方式中所示的系统的结构和布置在特性上仅仅是例证性的而不是限制性的很重要。出现在所描述的实施方式的精神和/或范围内的所有变化和修改需要被保护。应理解，一些特征可能不是必要的，且没有各种特征的实施方式可被设想为在本申请的范围内，该范围由接下来的权利要求限定。在阅读权利要求时，所意图的是，当诸如“一(a)”、“一(an)”、“至少一个”或“至少一个部分”的词语被使用时，并没有将权利要求限制到仅仅一个项目的意图，除非在权利要求中特别地相反地规定。当语言“至少一部分”和/或“一部分”被使用时，该项目可包括一部分和/或整个项目，除非特别地相反地规定。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
壳体，其具有中心线轴线；
柴油机微粒过滤器，其被布置在所述壳体内并且具有与所述中心线轴线对准的柴油机微粒过滤器中心轴线，所述柴油机微粒过滤器包括：
第一过滤器；和
第二过滤器，所述第二过滤器与所述第一过滤器分离并位于所述第一过滤器下游；
传感器，其在所述第一过滤器和所述第二过滤器之间联接至所述壳体，所述传感器被配置为检测所述第一过滤器和所述第二过滤器之间的排气的特性；
选择性催化还原催化器，其在所述柴油机微粒过滤器的下游被布置在所述壳体内并且具有与所述中心线轴线对准的中心轴线；
分解室，其在所述柴油机微粒过滤器的下游并且在所述选择性催化还原催化器的上游被布置在所述壳体内；以及
还原剂递送系统，其被配置为将还原剂配给到所述分解室中。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一过滤器或所述第二过滤器中的至少一个包括SiC过滤器。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述选择性催化还原催化剂包括一个或更多个挤制的SCR催化剂。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述壳体具有单个入口和单个出口。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述柴油机微粒过滤器能够通过检修口从所述壳体中被选择性地移除。
6.如权利要求1所述的系统，还包括排气噪声衰减部件。
7.如权利要求1所述的系统，其中由所述壳体界定的所述分解室的直径与容纳所述柴油机微粒过滤器的所述壳体的直径相同。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述选择性催化还原催化器包括具有吸水能力的基底垫。
9.一种被配置为接收来自发动机的排气的后处理系统，所述后处理系统包括：
壳体，其具有中心线轴线；
柴油机微粒过滤器，其被布置在所述壳体内并且具有与所述中心线轴线对准的柴油机微粒过滤器中心轴线；
选择性催化还原催化器，其在所述柴油机微粒过滤器的下游被布置在所述壳体内并且具有与所述中心线轴线对准的中心轴线，所述选择性催化还原催化器包括：
第一催化剂构件；和
第二催化剂构件，所述第二催化剂构件与所述第一催化剂构件分离并且位于所述第一催化剂构件的下游；
传感器组件，其在所述第一催化剂构件和所述第二催化剂构件之间被布置在所述壳体内，所述传感器组件被配置为检测所述第一催化剂构件和所述第二催化剂构件之间的排气的特性；以及
分解室，其在所述柴油机微粒过滤器的下游并且在所述选择性催化还原催化器的上游被布置在所述壳体内。
10.如权利要求9所述的后处理系统，其中所述柴油机微粒过滤器包括一个或更多个SiC过滤器。
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