用于柴油发动机的排气系统技术方案

描述了用于处理由柴油发动机产生的废气的排气系统，其包括：(a)用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置，其中排放物控制装置包括铂族金属(PGM)和基材，其中铂族金属(PGM)选自铂(Pt)、钯(Pd)及其组合；(b)用于将氨前体引入废气的喷射器，其在用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置的下游；(c)第一选择性催化还原催化剂，其在用于将氨前体引入废气的喷射器的下游，其中第一选择性催化还原催化剂包括基材和第一选择性催化还原组合物，其中基材为流通式基材或过滤式基材；(d)第二选择性催化还原催化剂，其在第一选择性催化还原催化剂的下游，其中第二选择性催化还原催化剂包括流通式基材和第二选择性催化还原(SCR)组合物；和其中所述排放物控制装置和所述第一选择性催化还原催化剂的至少一个具有过滤式基材。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于柴油发动机的排气系统
本专利技术涉及用于柴油发动机的排气系统。本专利技术还涉及包括排气系统的车辆和涉及处理由柴油发动机产生的废气的方法。
技术介绍
柴油发动机产生通常含有至少四种类型的被世界各地的政府间组织立法禁止的污染物的废气排放物：一氧化碳(CO)、未燃烧的烃(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)。存在各种各样的排放物控制装置，用于处理每种类型的污染物的一种或更多种。通常将这些排放物控制装置作为排气系统的部件进行组合，以保证在将废气排放至环境之前处理所有四种类型的污染物。将柴油发动机，特别是重型(HD)柴油发动机设计以具有改进的燃料经济性。由于这些设计，柴油发动机输出更高水平的氮氧化物(NOx)，并且需要用于这样的发动机的排气系统以提供越来越高的NOx转化率来满足排放法规。已证实选择性催化还原(SCR)是满足柴油发动机，尤其是HD柴油发动机的NOx排放要求和法规的有效解决方案。随着对改进的燃料经济性的不断增长的需求，改进SCR系统的NOx排放减少将允许更高的发动机排出的NOx排放物。然而，这样的要求对典型地由柴油氧化催化剂(DOC)、催化烟灰过滤器(CSF)和SCR催化剂组成的目前的排气系统设计是有挑战性的。一种途径是将CSF用涂布有SCR催化组合物的柴油颗粒物过滤器(DPF)替换，同时保留在下游的流通式SCR催化剂。这样的排气系统的实例描述于SAE2014-01-1525中。在过滤器基材上的选择性催化还原催化剂已显示出具有高的NOx转化能力(参见SAE2008-01-0072、SAE2011-01-1312和SAE2012-01-0843)。还希望使废气排放物中的一氧化二氮(N2O)的量最小化。美国环境保护署已指出，1磅的一氧化二氮(N2O)对大气变暖的影响是1磅的二氧化碳(CO2)的300多倍。一氧化二氮(N2O)还是消耗臭氧的物质(ODS)。据估计，一氧化二氮(N2O)分子在被去除或破坏之前在大气中停留约120年。目前用于管理发动机排放物的法规并未限制一氧化二氮(N2O)，因为它作为温室气体(GHG)单独地进行管理。
技术实现思路
本专利技术涉及能够特别是在低温(例如在“冷启动”时-由冷态启动柴油发动机时)提供非常高NOx的转化率的排气系统。排气系统还可以使在NOx还原期间作为副产物产生的N2O的量最小化。本专利技术提供了用于处理由柴油发动机产生的废气的排气系统，其包括：(a)用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置，其中排放物控制装置包括铂族金属(PGM)和基材，其中铂族金属(PGM)选自铂(Pt)、钯(Pd)及其组合；(b)用于将氨前体引入废气的喷射器，其在用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置的下游；(c)第一选择性催化还原催化剂，其在用于将氨前体引入废气的喷射器的下游，其中第一选择性催化还原催化剂包括基材和第一选择性催化还原组合物，其中基材为流通式基材或过滤式基材；(d)第二选择性催化还原催化剂，其在第一选择性催化还原催化剂的下游，其中第二选择性催化还原催化剂包括流通式基材和第二选择性催化还原(SCR)组合物；和其中所述排放物控制装置和所述第一选择性催化还原催化剂的至少一个具有过滤式基材。本专利技术人已发现，使用本专利技术的排气系统可以获得优异的NOx转化率。已发现通过排气系统提供的NOx转化率可以通过以下得以进一步改进：(a)直接在第一选择性催化还原催化剂的上游计量配给NH3气体(特别是在低温)，和/或(b)特别是当废气温度相对低时，加热来自用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置的废气。本专利技术的排气系统可以在瞬态FTP测试循环下提供>95％NOx转化率，这将会允许柴油发动机满足将来的排放物法规和燃料经济目标。本专利技术还提供了车辆。所述车辆包括柴油发动机和根据本专利技术的排气系统。本专利技术还涉及处理由柴油发动机产生的废气的方法。所述方法包括将由柴油发动机产生的废气传送通过排气系统，特别是根据本专利技术的排气系统的步骤。附图说明图1至5示意性描绘了根据本专利技术的排气系统的方面。图1显示了排气系统，其中来自柴油发动机的涡轮增压器的废气(1)出口流入氧化催化剂(10)，其可以为柴油氧化催化剂(DOC)或冷启动概念(dCSCTM)催化剂。来自氧化催化剂的废气(2)出口通过导管流向第一选择性催化还原催化剂，其为选择性催化还原过滤器催化剂(40)。侧流NH3计量配给器(20)能够将气态NH3引入导管。常规的尿素计量配给器(25)也位于导管中。侧流NH3计量配给器(20)和尿素计量配给器(25)二者在混合器(30)的上游。混合器邻近选择性催化还原过滤器催化剂(SCR-DPF)(40)的入口面。第二选择性催化还原(SCR)催化剂(50)。SCR-DPF(40)和SCR催化剂(50)是紧密联接的并且可以布置在相同的容器(60)内。然后可以将来自SCR催化剂(50)的出口的废气传送至任选的氨泄漏催化剂(70)。图2显示了与图1中所示相同的排气系统，不同之处在于图1中的氧化催化剂(10)被催化烟灰过滤器(80)替代。第一SCR催化剂具有流通式基材。图3显示了与图2中的排气系统类似的排气系统，不同之处在于除了催化烟灰过滤器(80)以外存在氧化催化剂(10)。氧化催化剂可以为柴油氧化催化剂(DOC)或冷启动概念(dCSCTM)催化剂。图4是显示侧流NH3计量配给器布置的示意图。将来自柴油发动机的废气从排气歧管(5)传送至排气系统中的涡轮增压器(15)。旁通(35)允许一些废气(3)传送至用于侧流NH3计量配给的布置中。布置可以任选地含有催化烟灰过滤器(45)。侧流NH3计量配给器(20)含有常规的尿素计量配给器(55)和尿素水解催化剂(65)以用于产生NH3，可以将所述NH3引入来自涡轮增压器(15)的主废气料流(1)。图5显示了与图1中所示的排气系统类似的排气系统。氧化催化剂(10)可以为柴油氧化催化剂(DOC)、催化烟灰过滤器(CSF)、冷启动概念(dCSCTM)催化剂或柴油氧化催化剂(DOC)和催化烟灰过滤器(CSF)的组合。除了侧流NH3计量配给器(20)以外或替代侧流NH3计量配给器(20)，排气系统可以含有电加热器(75)，可以将其用于加热来自氧化催化剂(10)出口的废气。图6是显示在重负荷瞬态FTP循环中实施例1和2的％NOx转化率的柱状图。具体实施方式现在将进一步描述本专利技术。以下部分涉及排气系统的不同部分并且更详细地定义每个部分，并且还涉及本专利技术的车辆和方法。除非明确地相反说明，否则可以将如此定义的本专利技术的每个部分或方面与本专利技术的任意其它部分或方面组合。尤其是，可以将指定为优选或有利的任意特征与指定为优选或有利的任意其它一个或多个特征组合。用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置排放物控制装置适合于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)，优选CO和HC。排放物控制装置可以另外适合于将一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)。用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置可以选自：(i)柴油氧化催化剂(DOC)；(ii)催化烟灰过滤器(CSF)；(iii)冷启动概念(dCSCTM)催化剂；(iv)柴油氧化催化剂(DOC)和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于处理由柴油发动机产生的废气的排气系统，其包括：(a)用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置，其中所述排放物控制装置包括铂族金属(PGM)和基材，其中所述铂族金属(PGM)选自铂(Pt)、钯(Pd)及其组合；(b)用于将氨前体引入废气的喷射器，其在所述用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置的下游；(c)第一选择性催化还原催化剂，其在所述用于将氨前体引入废气的喷射器的下游，其中所述第一选择性催化还原催化剂包括基材和第一选择性催化还原组合物，其中所述基材为流通式基材或过滤式基材；(d)第二选择性催化还原催化剂，其在所述第一选择性催化还原催化剂的下游，其中所述第二选择性催化还原催化剂包括流通式基材和第二选择性催化还原(SCR)组合物；和其中所述排放物控制装置和所述第一选择性催化还原催化剂的至少一个具有过滤式基材。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于处理由柴油发动机产生的废气的排气系统，其包括：(a)用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置，其中所述排放物控制装置包括铂族金属(PGM)和基材，其中所述铂族金属(PGM)选自铂(Pt)、钯(Pd)及其组合；(b)用于将氨前体引入废气的喷射器，其在所述用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置的下游；(c)第一选择性催化还原催化剂，其在所述用于将氨前体引入废气的喷射器的下游，其中所述第一选择性催化还原催化剂包括基材和第一选择性催化还原组合物，其中所述基材为流通式基材或过滤式基材；(d)第二选择性催化还原催化剂，其在所述第一选择性催化还原催化剂的下游，其中所述第二选择性催化还原催化剂包括流通式基材和第二选择性催化还原(SCR)组合物；和其中所述排放物控制装置和所述第一选择性催化还原催化剂的至少一个具有过滤式基材。2.根据权利要求1所述的排气系统，其另外包括用于将气态氨引入废气中的机构，其中将用于引入气态氨的机构布置在所述用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置的下游和所述第一选择性催化还原催化剂的上游。3.根据权利要求2所述的排气系统，其中用于从氨前体产生气态氨的机构包括：(i)用于将氨前体引入次废气导管的喷射器；和(ii)用于将氨前体转变成气态氨的水解催化剂；其中所述用于将氨前体引入次废气导管的喷射器在所述水解催化剂的上游。4.根据权利要求3所述的排气系统，其中将所述次废气导管联接至在涡轮增压器上游的柴油发动机的排气歧管。5.根据前述权利要求任一项所述的排气系统，其另外包括在所述用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置与所述第一选择性催化还原催化剂之间的能够电加热的导管。6.根据权利要求5所述的排气系统，其中所述能够电加热的导管为所述用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置的出口与所述第一选择性催化还原催化剂的入口之间的废气导管的一部分。7.根据前述权利要求任一项所述的排气系统，其中所述用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置可以选自(i)柴油氧化催化剂(DOC)，(ii)催化烟灰过滤器(CSF)，(iii)冷启动概念催化剂；(iv)柴油氧化催化剂(DOC)和催化烟灰过滤器(CSF)；以及(v)冷启动概念催化剂和催化烟灰过滤器(CSF)。8.根据权利要求7所述的排气系统，其中所述排放物控制装置为：(i)催化烟灰过滤器(CSF)；(ii)具有过滤式基材的冷启动概念催化剂；(iii)柴油氧化催化剂(DOC)和催化烟灰过滤器(CSF)；或(iv)冷启动概念催化剂和催化烟灰过滤器(CSF)；和其中所述第一选择性催化还原催化剂具有流通式基材。9.根据权利要求7所述的排气系统，其中所述排放物控制装置为：(i)柴油氧化催化剂(DOC)；或(ii)具有流通式基材的冷启动概念催化剂；和其中所述第一选择性催化还原催化剂具有过滤式基材。10.根据前述权利要求任一项所述的排气系统，其中所述用于氧化一氧化碳(CO)和/或烃(HC)的排放物控制装置包括冷启动概念催化剂，其中所述冷启动概念催化剂包括负载在基材上的催化材料，其中所述催化材料包括含有贵金属和分子筛的分子筛催化剂。11.根据权利要求10所述的排气系统，其中所述贵金属包括钯。12.根据权利要求10或权利要求11所述的排气系统，其中所述分子筛选自小孔分子筛、中孔分子筛和大孔分子筛。13.根据权利要求10至12任一项所述的排气系统，其中所述分子筛为具有由选自以下的骨架类型代码(FTC)表示的骨架结构的小孔分子筛：ACO、AEI、AEN、AFN、AFT、AFX、ANA、APC、APD、ATT、CDO、CHA、DDR、DFT、EAB、EDI、EPI、ERI、GIS、GOO、IHW、ITE、ITW、LEV、KFI、MER、MON、NSI、O...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·纳塞里，C·艾丁，S·马拉，R·康韦，
申请(专利权)人：庄信万丰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB