用于车辆的排气系统技术方案

一种用于车辆的排气系统，包括排气管段、选择性催化还原(SCR)催化剂和燃烧器组件，该燃烧器组件在选择性催化还原(SCR)催化剂的上游位置与排气管段连接，用于在发动机启动前预热排气系统。燃烧器组件包括带有燃烧室的燃烧器和在燃烧器和排气管段之间延伸的连接管。金属网过滤元件位于连接管内，和/或催化剂涂层被布置在连接管的内表面，以减少启动时燃烧器组件的排放物。催化剂涂层包括支持材料和催化剂材料的混合物，催化剂材料与燃烧器产生的排放物发生化学反应，以减少预热期间从排气系统释放的燃烧器产生的排放物的量。释放的燃烧器产生的排放物的量。释放的燃烧器产生的排放物的量。

【技术实现步骤摘要】
用于车辆的排气系统


[0001]本公开涉及用于在内燃机(如柴油机)冷启动期间预热选择性催化还原(SCR)催化剂的排气燃烧器组件。更具体地，本公开提供了用于控制由排气燃烧器组件产生的排放物的部件和方法。

技术介绍

[0002]本节中提供的信息是为了普遍介绍本公开的背景。本节所描述的本专利技术人的工作，以及在申请时可能不符合现有技术条件的描述方面，既不明确也不隐含地承认为针对本公开的现有技术。
[0003]为了改善和/或保持空气质量，特别是在城市地区，政府对汽油和柴油发动机的NOx(氮氧化物)的排放进行了管制。内燃机，特别是柴油机还产生颗粒物(PM)或烟尘和一氧化碳(CO)形式的碳氢化合物的排放。因此，许多现代汽车都配备了排气处理系统，以减少排气中的氮氧化物、一氧化碳和颗粒物的排放量。
[0004]排气处理系统可以包括柴油氧化催化剂(DOC)。DOC从排气中去除碳氢化合物和/或碳氧化物。排气处理系统还可以包括柴油微粒过滤器(DPF)，它从排气中去除颗粒物(PM)。排气处理系统还可以包括选择性催化还原(SCR)催化剂。柴油排气处理液(DEF)喷射器将DEF(例如，尿素
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水溶液)作为化学还原剂注入位于SCR催化剂上游的分解管或反应器。当DEF在分解管中遇到热排气时，水的部分发生蒸发，尿素发生分解，形成氨气。由DEF提供的氨气(NH3)被SCR催化剂所吸附。当氨气存在于SCR催化剂的表面，并且催化剂是热的，排气中的氮氧化物将与氨气反应，形成氮气(N2)。这样一来，发动机排放的氮氧化物量就会减少。
[0005]当SCR催化剂在远高于典型环境温度的高温下运行时，SCR催化剂与排气中的氮氧化物反应最为有效。因此，由于需要尽快加热SCR催化剂以及SCR催化剂上游的所有排气系统部件，成功应用SCR来控制发动机冷启动时的氮氧化物排放是一个挑战。发动机启动时的排气温度通常较低，因此，车辆在启动时可能会排放出更多的氮氧化物。因此，需要在发动机启动前预热SCR催化剂，以便其在发动机启动时或启动后不久开始与氮氧化物反应。
[0006]在发动机启动前预热SCR催化剂的一种常见方法是在排气系统中使用燃烧器组件，该组件被置于SCR催化剂的上游。燃烧器组件在发动机启动前被激活，燃烧燃料以加热SCR催化剂。典型的燃烧器组件是将燃料(如柴油)与空气一起引入燃烧室的装置，在燃烧室中空气
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燃料混合物由点火器(如火花塞或电热塞)点燃。在许多系统中，燃烧器的燃料由燃料泵提供，空气由空气泵提供给燃烧器。燃烧器中产生的燃烧迅速加热排气和排气系统部件，使SCR催化剂迅速被激活，以加快氮氧化物与氨气的反应。这种"预热"过程的预期最终结果是将排气中的氮氧化物排放减少到接近零(或从排气中完全消除氮氧化物)。
[0007]然而，燃烧器本身在"预热"过程中会产生排放物。为了点燃燃烧器，使用了低的空气燃料比(AFR)，这相当于燃烧器中的"富"燃烧环境。通常情况下，这个点火过程会持续5
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15秒。在这段时间内，燃烧器产生的排气中的CO浓度可能相当高。当燃烧器从点火模式过渡
到正常运行时，就会使用较高的"贫"AFR，从燃烧室流出的排气中的CO浓度就会下降到一个非常低的值(可能为零，取决于燃烧器的设计和运行条件)。
[0008]当燃烧器用于预热时，最好使燃烧器产生的排放物(特别是氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物)达到最少。以尽可能高的空气燃料比(AFR)进行燃烧有利于低排放，但同时，如果AFR提高到高比率，就不能保持稳定的燃烧。因此，仍然需要能够在"预热"过程中减少燃烧器组件的NOx、CO和碳氢化合物的排放的解决方案。

技术实现思路

[0009]本节提供了本公开的一般概要，并不是对其全部范围或所有特征的全面公开。
[0010]根据本公开的一个方面，提供了一种用于车辆的排气系统，该系统包括排气管段，该排气管段限定出主排气通道，以及选择性催化还原(SCR)催化剂，该催化剂与排气管段流体连通并位于其下游。该排气系统还包括燃烧器组件，与排气管段连接，用于在发动机启动前对排气系统，尤其对选择性催化还原(SCR)催化剂进行预加热。燃烧器组件包括带有燃烧室的燃烧器和在燃烧器和排气管段之间延伸的连接管。
[0011]连接管包括内表面，该内表面限定出连接管通道，该通道布置成与燃烧器的燃烧室和排气管段中的主排气管通道流体连通。在连接管的内表面上布置有催化剂涂层。催化剂涂层包括支撑材料和催化剂材料的混合物。催化剂涂层中的催化剂材料由一种或多种铂族金属(PGM)制成，并与燃烧器产生的排放物进行化学反应。因此，当燃烧器燃烧室中的空气
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燃料比为富燃性时，催化剂涂层减少了在初始预热阶段从排气系统中释放的燃烧器产生的排放物(即尾气排放)的量。
[0012]根据本公开的另一个方面，在连接管通道中设置有过滤元件。该过滤元件由金属网制成，具有允许排气流经该过滤元件，同时截留燃烧器产生的颗粒物的孔隙。颗粒物主要是由燃烧器在初始启动时产生的，当时空气
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燃料比是富燃性的。即使在初始启动期间，燃烧器产生的颗粒物(如烟尘)的量与柴油机经常产生的颗粒物的量相比也很小。因此，过滤元件的烟尘容量不需要很大，特别是由于二氧化氮(NO2)和燃烧器在初始启动后(即在贫燃期间)产生的高温会使截留在过滤元件中的颗粒物很快燃烧掉。
[0013]根据本公开的另一个方面，提供了一种用于预热车辆的排气系统的方法。该方法包括以下步骤：以第一燃料喷射速率向位于选择性催化还原(SCR)催化剂上游的燃烧器组件的燃烧室喷射燃料，并以第一流速向燃烧器组件的燃烧室供应空气。因此，空气的第一流速和第一燃料喷射速率在燃烧室内确定了第一空气/燃料比。该方法进行的步骤是在燃烧器组件的燃烧室内点燃空气/燃料混合物，以在燃烧室内产生热量和排放物，并在预定的启动期保持第一空气/燃料比。然后，该方法进行的步骤是在燃烧器组件的燃烧室内点燃空气/燃料混合物一段时间后，启动车辆的发动机。
[0014]该方法还包括将燃烧室中产生的热量和排放物通过包括催化剂涂层的连接管的步骤。如上所述，连接管通向位于选择性催化还原(SCR)催化剂上游的排气管段。连接管中的催化剂涂层与通过连接管的排放物引发了化学反应，以减少燃烧器组件在预定的启动期内产生的排放物中的氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)的浓度。
[0015]有利的是，本文所述的排气系统和相关方法在燃烧器组件对排气系统和选择性催化还原(SCR)催化剂进行预热期间减少了尾气排放。未来低氮氧化物排放法规的一个特别
具有挑战性的方面涉及到发动机在冷启动期间产生的氮氧化物的转化。本文所述的解决方案通过使排气燃烧器在发动机启动前预热后处理系统而不在该运行期间产生不可接受的污染物排放来解决与冷启动排放相关的挑战。因此，本文所述的排气燃烧器组件有助于客户满足这些新的要求，并为燃烧器组件在排气系统中的放置位置提供了极大的灵活性。例如，在一些客户的应用中，由于包装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于车辆的排气系统，其特征在于，包括：排气管段，其中限定出主排气通道；选择性催化还原(SCR)催化剂，布置成与所述排气管段流体连通并位于其下游；与所述排气管段相连的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括其中布置有燃烧室的燃烧器；在所述燃烧器和所述排气管段之间延伸的连接管，其中所述连接管包括内表面，所述内表面限定出连接管通道，所述连接管通道布置成与所述燃烧器的燃烧室和所述排气管段的主排气通道流体连通；和设置在所述连接管通道中的过滤元件，所述过滤元件由金属网制成，具有允许所述燃烧器产生的排气流经所述过滤元件，同时截留所述燃烧器产生的颗粒物的孔隙，其中在所述过滤元件上布置有用于与所述燃烧器产生的排放物发生化学反应的催化剂涂层。2.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述催化剂涂层还布置在所述连接管的内表面上。3.根据权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述连接管包括使排气流动方向反转的弯头。4.根据权利要求2所述的排气系统，其特征在于，所述催化剂涂层中的催化剂材料是三效催化剂(TWC)，所述三效催化剂与所述燃烧器的燃烧室内的空气/燃料混合物燃烧产生的氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放物发生化学反应。5.根据权利要求4所述的排气系统，其特征在于，所述催化剂涂层中的支撑材料是氧化铝，并且所述催化剂涂层还包括储氧材料。6.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，所述过滤元件的金属网被构...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：天纳克汽车营运公司，
类型：新型
国别省市：