排气后处理系统技术方案

技术编号:19395128 阅读:30 留言:0更新日期:2018-11-10 04:24
本发明专利技术涉及一种后处理系统(200),所述后处理系统沿通过所述后处理系统(200)的废气流方向串联地包括:柴油机氧化催化器(108)、柴油机排气流体(DEF)输送装置、烟灰减少装置以及选择性催化还原(SCR)催化器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】排气后处理系统
本公开总体上涉及发动机系统,更具体地涉及排气后处理系统和方法。
技术介绍
一种用于减少某些柴油发动机排气成分的已知方法是使用排气后处理系统,其利用了氮氧化物的选择性催化还原(SCR)。在典型的SCR系统中,将尿素或基于尿素的水溶液与废气混合。在一些应用中,将尿素溶液通过专门的喷射器装置直接喷射到排气通道中。所喷射的尿素溶液(其有时被称为柴油机排气流体(DEF))与废气混合并分解以提供排气流中的氨(NH3)。然后,氨在催化器处与排气中的氮氧化物(NOx)反应以提供氮气(N2)和水(H2O)。在典型应用中,特别是对于大型发动机,将高效柴油微粒过滤器(DPF)与NOx还原系统诸如使用了SCR的系统结合使用。此类系统通常在过滤烟灰方面非常有效,同时还转换来自柴油机排气的一氧化二氮排放物,但此类系统的体积也相对较大。例如,典型的组合式DPF/SCR后处理系统(其也可包括AMOX和DOC催化器)可以是发动机排量容积的约3至6倍,这使得设计和集成到车辆或发动机系统中具有挑战性,还会增加整机重量和成本。在过去已经提出将SCR催化剂涂覆到DPF过滤器基材上来消除用于SCR催化剂的单独基材并允许在DPF上游喷射DEF,但低温烟灰氧化反应和快速SCR反应将在发动机操作期间争夺NO2,这通常会形成高的DPF平衡点,即DPF上的高烟灰负载量下的系统平衡,已知这使得DPF易于遭受破裂或严重损伤,并且需要在高温下进行DPF再生。高温再生通常需要所谓的主动再生,这需要使用热源或高燃料浓度进行再生,两者都会降低机器的燃料经济性。在授予Mullins等人的美国专利No.8,413,432(“Mullins”)中可以看到先前提出的后处理系统的一个实例。Mullins描述了一种用于车辆的再生控制系统,其包括再生控制模块和再生中断模块。对于在冻结的定量给料剂的预定熔融期间发生的微粒过滤器的再生事件,再生控制模块选择性地向氧化催化器提供燃料。当定位于氧化催化器与微粒过滤器之间的定量给料剂喷射器的温度大于预定温度时,再生中断模块选择性地中断再生事件并禁止在再生事件完成之前向氧化催化器提供燃料。因此可以理解,Mullins的系统需要主动再生。
技术实现思路
在一个方面,本公开描述了一种后处理系统。该后处理系统适用于例如包括具有排气导管的发动机的机器,该排气导管适于在操作期间为来自发动机的废气流规定路线。该后处理系统可连接到排气导管并设置成接收和处理来自发动机的废气流。该后处理系统包括:柴油机氧化催化器(DOC),其连接到排气导管并布置成接收来自发动机的废气流;传输导管,其连接在DOC的下游端;柴油机排气流体(DEF)输送装置,其与传输导管相关联并适于将DEF选择性地喷射到传输导管中,以在操作期间由通过传输导管的气体沿下游方向载送;烟灰减少装置,其连接到传输导管的下游端,该烟灰减少装置被布置成在操作期间接收通过传输导管的气体;以及选择性催化还原(SCR)催化器,其连接到DPF的与传输导管相对的下游端,该SCR催化器被布置成在操作期间接收通过烟灰减少装置的气体。附图说明图1为具有已知SCR系统的发动机的框图,并且图2为已知排气处理模块的局部剖开的轮廓视图。图3为根据本公开的后处理系统的框图。图4A和图4B为已知系统包装封套的示意性构型,图5A和图5B为根据本公开的并且关于已知包装封套的后处理系统的第一实施方案的示意性构型,并且图6A和图6B为根据本公开的并且关于已知包装封套的后处理系统的第二实施方案的示意性构型。图7为根据本公开的示出后处理系统随时间推移的操作的图表。具体实施方式图1和图2为本领域已知的排气后处理系统100的表示。在例示的实施方案中,系统100包括第一模块104,该第一模块流体地连接到发动机102的排气导管106。在发动机操作期间,第一模块104被布置成在内部接收来自导管106的发动机废气。第一模块104包含柴油机氧化催化器(DOC)108,其在柴油机微粒过滤器(DPF)110的上游串联地布置,其中的每一个都具有相对大的框架。应当注意,CDPF110为涂覆的DPF(CDPF)。由发动机102提供给第一模块104的废气首先通过DOC108,然后通过CDPF110,再进入传输导管112。传输导管112将第一模块104与第二模块114流体地互连,使得来自发动机102的废气可通过串联的第一模块104和第二模块114,然后在连接到第二模块的烟囱120处释放出来。在例示的实施方案中,第二模块114包封SCR催化器116和氨氧化催化器(AMOX)118,它们各自形成在其自身相应的基材上。SCR催化器116和AMOX118用于在存在氨的情况下处理来自发动机102的废气,氨是在喷射到传输管道112中的废气中的DEF降解之后提供的。再生装置130沿导管106设置在第一模块104的上游。对于CDPF110的主动再生,再生装置130(其可实现为燃料燃烧加热器)在操作期间选择性地增大废气温度,如已知的那样。DEF121由DEF喷射器122喷射到传输导管112中。DEF121包含在贮存器128内并由泵126提供给DEF喷射器122。随着DEF121喷射到传输导管112中,它与从中通过的废气混合,并因此被载送到第二模块114。为了促进DEF与排气的混合,混合器124可沿传输导管112设置。图2为系统100的局部剖开的轮廓视图,其中与先前描述的对应结构相同或相似的结构为了简单起见用先前使用的相同的附图标记来表示。如图2所示,第一模块104和第二模块114彼此相邻设置,其中传输导管112设置在它们之间。DEF喷射器122相对于废气流的方向F设置在传输导管112的上游端。图3为根据本公开的后处理系统200的框图。系统200被配置成替换发动机102的系统100(图1),但不必使用再生装置130并且包装尺寸较小,如下文所述。系统200包括DOC202,其在该实施方案中具有比DOC108(图1)更小的直径和更小的总体积。任选地,DOC202还可包括相对小的NOx吸收器,以改善流过其中的废气温度的流动温度。系统200被布置成使得来自发动机102(图1)的排气导管106将来自发动机102的废气提供给以已知的方式操作的DOC202。传输导管204将DOC202流体地互连到处理模块206,该处理模块直接地或通过消声器(未示出)连接到烟囱120(也参见图1)。处理模块206包括串联紧凑型装置208,在例示的实施方案中,该串联紧凑型装置包括DPF210和组合式SCR加AMOx(SCR/AMOx)212。DEF喷射器214沿传输导管204设置并且被布置成在操作期间在其中在DOC202与串联紧凑型装置208之间喷射DEF,使得DEF的喷射在DOC202的下游和串联紧凑型装置208的上游发生。为了实现期望的排放,在例示的实施方案中,DPF210为可由高级堇青石(AC)或钛酸铝(AT)制成的整体式壁流型基材,其具有入口通道较大且出口通道较小的不对称通道(ACT)构造。所示的DPF210每平方英寸具有约300个通道并且是未涂覆的、未催化的或包括水解涂层。在操作期间,DOC202由排气流中存在的NO和O2产生NO2。由DOC202形成的NO2被载送到DPF210,以在约200本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于发动机(102)的后处理系统(200),所述发动机(102)具有排气导管(106),所述排气导管(106)适于在操作期间为来自所述发动机(102)的废气流规定路线,所述后处理系统(200)适于连接到所述排气导管(106)并设置成接收和处理来自所述发动机(102)的所述废气流,所述后处理系统(200)包括:柴油机氧化催化器(108)(DOC),其连接到所述排气导管(106)并布置成接收来自所述发动机(102)的所述废气流;传输导管(106),其连接在所述DOC(108)的下游端;柴油机排气流体(DEF)(121)输送装置(122),其与所述传输导管(106)相关联并且适于选择性地将DEF(121)喷射到所述传输导管(106)中,以在操作期间由通过所述传输导管(106)的气体沿下游方向载送;烟灰减少装置(210),其连接到所述传输导管(106)的下游端,所述烟灰减少装置(210)被布置成在操作期间接收通过所述传输导管(106)的所述气体;以及选择性催化还原(SCR)催化器(116),其连接到所述烟灰去除装置(210)的与所述传输导管(106)相对的下游端,所述SCR催化器(116)被布置成在操作期间接收通过所述烟灰减少装置(210)的所述气体。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.25 US 15/0808411.一种用于发动机(102)的后处理系统(200),所述发动机(102)具有排气导管(106),所述排气导管(106)适于在操作期间为来自所述发动机(102)的废气流规定路线,所述后处理系统(200)适于连接到所述排气导管(106)并设置成接收和处理来自所述发动机(102)的所述废气流,所述后处理系统(200)包括:柴油机氧化催化器(108)(DOC),其连接到所述排气导管(106)并布置成接收来自所述发动机(102)的所述废气流;传输导管(106),其连接在所述DOC(108)的下游端;柴油机排气流体(DEF)(121)输送装置(122),其与所述传输导管(106)相关联并且适于选择性地将DEF(121)喷射到所述传输导管(106)中,以在操作期间由通过所述传输导管(106)的气体沿下游方向载送;烟灰减少装置(210),其连接到所述传输导管(106)的下游端,所述烟灰减少装置(210)被布置成在操作期间接收通过所述传输导管(106)的所述气体;以及选择性催化还原(SCR)催化器(116),其连接到所述烟灰去除装置(210)的与所述传输导管(106)相对的下游端,所述SCR催化器(116)被布置成在操作期间接收通过所述烟灰减少装置(210)的所述气体。2.根据权利要求1所述的后处理系统(200),其中所述烟灰减少装置为以下至少一项:未催化的;未涂覆的;包括水解涂层;以及包括水解催化剂。3.根据权利要求1所述的后处理系统(200),其中所述烟灰减少装置为由整体式薄壁流型基材制成的柴油机微粒过滤器(DPF)(210),所述基材由高级堇青石(AC)或钛...

【专利技术属性】
技术研发人员:A·C·罗德曼J·J·德里斯科尔B·巴莱亚W·J·罗贝尔
申请(专利权)人:卡特彼勒公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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