緊湊的廢氣后處理系統(tǒng)的制作方法

專利名稱：緊湊的廢氣后處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備，其利用至少 一個(gè)催化器(Katalysator)和/或顆 粒過濾器和/或顆粒分離器(Partikelabscheider )來轉(zhuǎn)化內(nèi)燃機(jī)廢氣成 分并利用至少一個(gè)可相對(duì)移動(dòng)的補(bǔ)償器(Kompensator)來補(bǔ)償內(nèi)燃機(jī) 和廢氣管道之間的相對(duì)移動(dòng)和/或廢氣管道不同部件之間的相對(duì)移動(dòng)。
背景技術(shù)：
基于日益嚴(yán)格的不再能僅通過發(fā)動(dòng)機(jī)措施符合的廢氣限值，目前 大多內(nèi)燃機(jī)均配置有后處理系統(tǒng)以用于降低有害物質(zhì)的排放。 其例如可以涉及
-三通催化器(Drei-Wege-Katalysator) -NC^存貯催化器 -柴油氧化催化器 -SCR催化器 -顆粒過濾器
因?yàn)轭w粒過濾器和SCR催化器有較新的發(fā)展，所以下面給以簡(jiǎn)短 描述。
除固體顆粒之外氧化氮(Stickoxide)也屬于在燃燒過程中產(chǎn)生并 一再降低其允許排放量的受限廢氣成分。為降低汽車中運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī) 的這類廢氣成分，目前使用了各種方法。降低氧化氮主要借助于催化 器(Katalysator),在富氧廢氣中還需還原劑，以提高選擇性和NOx 轉(zhuǎn)化率(Umsatze)。已知這類方法總稱為SCR法，SCR代表"選擇性 催化還原"。多年來已用于發(fā)電廠領(lǐng)域，近幾年也用于內(nèi)燃機(jī) (Brennkraftmaschine)中。這類方法的詳述參見DE 3428232 Al。可使 用含V20s的混合氡化物如以V20s/W03/Ti02形式作為SCR催化器。 其中典型的丫205含量為0.2-3%。作為還原劑在實(shí)際應(yīng)用中可使用氨 或釋放出氨的呈固態(tài)或溶液形式的化合物如尿素或甲酸銨。為了轉(zhuǎn)化 1摩爾一氧化氮需要1摩爾的氨。
4NO + 4NH3 + 02 。 4N2 + 6H20 (1)如果在SCR催化器前接有用于形成N02的含鉑的NO氧化催化器 2NO + 02 2N02 (2)
則該SCR反應(yīng)可大大加速，并明顯增加了低溫活性 NO + 2NH3 + N02 ^ 2N2 + 3H20 (3)
在汽車中運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)情況下，用SCR方法難以發(fā)生氧化氮還 原，因?yàn)檫@里存在變換的運(yùn)行條件，這使得難以實(shí)現(xiàn)還原劑的按量配 量。雖然一方面應(yīng)達(dá)到盡可能高的氧化氮轉(zhuǎn)化率，但另一方面應(yīng)注意 到不造成未消耗的氨的排放。為有助于此，常使用設(shè)置于SCR催化器 下游的阻氨催化器(Ammoniak-Sperrkatalysator),其將過量的氨轉(zhuǎn)化成 氮和水蒸氣。此外，當(dāng)在SCR催化器中廢氣溫度高于650'C時(shí)，使用 ￥205作為SCR催化器的活性材料可能出現(xiàn)問題，這是因?yàn)檫@時(shí)V205
升華。由此，對(duì)于高溫應(yīng)用使用不含V20s的鐵沸石或銅沸石。
為最小化細(xì)顆粒(Feinstoffpartikel)可在發(fā)電廠領(lǐng)域及汽車中使用 所謂的顆粒分離器或顆粒過濾器。汽車中應(yīng)用的帶有顆粒分離器的典 型裝置例如在EP 1072765 Al中有所描述。這類裝置與帶有顆粒過濾 器的裝置的差別在于顆粒分離器的通道直徑明顯大于所存在的最大 顆粒的直徑，而在顆粒過濾器中該過濾器通道的直徑在顆粒直徑的范 圍內(nèi)。由于這種差別，顆粒過濾器有被堵塞的危險(xiǎn)，這增加廢氣的背 壓并降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率。帶有顆粒過濾器的裝置和方法參見EP 0341832 A2。上述的兩種裝置或方法的特征在于，在每一情形下安裝在顆粒分 離器或顆粒過濾器上游的氧化催化器(至少一種含鉑作為活性物質(zhì)的 催化器)也借助于所含的殘余氣將廢氣中的一氧化氮氧化成二氧化 氮，所述二氧化氮進(jìn)而在顆粒分離器或顆粒過濾器中與碳顆粒轉(zhuǎn)化為 CO、 C02、 N2和NO。以此方式，進(jìn)行沉積的固體顆粒的連續(xù)除去。
2N02 + C ^> 2NO + C02 (4) 2N02 + C 。 2NO + CO (5) 2C + 2N02 ^ N2 + 2C02 (6)在顆粒分離器或顆粒過濾器中去除沉積的炭黑顆粒的另一種可能
性在于，在再生循環(huán)(Regenerationszyklen)中于高溫下用廢氣中存在的 氧來氧化該炭黑顆粒。
C + 02 ^ C02 (7)
為滿足未來生效的廢氣規(guī)定，需同時(shí)使用減少氧化氮排放的裝置 以及減少固體顆粒排放的裝置。為此已知各種裝置和方法。
在DE 10348799 Al中描述了一種裝置，該裝置由氧化催化器、廢 氣流中安裝在該氧化催化器下游的SCR催化器和在廢氣流中進(jìn)而安 裝在SCR催化器下游的顆粒過濾器組成。適于在SCR催化器中進(jìn)行 的選擇性催化反應(yīng)的還原劑的加入可直接在SCR催化器前經(jīng)與內(nèi)燃 機(jī)運(yùn)行參數(shù)有關(guān)的可控尿素噴入設(shè)備實(shí)現(xiàn)。該裝置的缺點(diǎn)是，在氧化 催化器中產(chǎn)生的二氧化氮通過在SCR催化器中的選擇性催化還原基 本上全部耗盡，以致不能提供給下游安裝的顆粒過濾器中沉積的固體 顆粒的轉(zhuǎn)化所用。因此該顆粒過濾器的再生必須通過昂貴的廢氣流的 循環(huán)加熱來實(shí)現(xiàn)，其中廢氣流富集有未燃燒的烴。這通過對(duì)燃燒混合 物加潤滑油或在顆粒過濾器前噴入燃料發(fā)生。這類用于顆粒過濾器再 生的裝置一方面是耗費(fèi)的和因而是昂貴的，另一方面位于裝置末端的 顆粒過濾器的循環(huán)再生又重新產(chǎn)生不再可由廢氣中去除的有害物質(zhì)。 此外，在使用顆粒過濾器時(shí)可導(dǎo)致過濾器由油灰所堵塞，以致必須以 一定的時(shí)間間隔拆卸和清潔該過濾器。
由EP 1054722 Al中已知另 一種由顆粒過濾器和用于選擇性催化 反應(yīng)的裝置的組合。其中所述裝置由安裝在廢氣流中的提高廢氣中二 氣化氮含量的氧化催化器、下游安裝的固體過濾器、用于還原液體的 存儲(chǔ)容器(Reservoir)、以及安裝在固體過濾器后的還原液體的噴入 設(shè)備和在其下游廢氣流中安裝的SCR催化器組成。雖然上述裝置可利 用在氧化催化器中產(chǎn)生的二氧化氮連續(xù)轉(zhuǎn)化在固體過濾器中沉積的 炭黑類的固體顆粒，但有一個(gè)另外的重要缺點(diǎn)。該顆粒過濾器引起廢 氣的冷卻，以致例如在使用現(xiàn)今市場(chǎng)上的常規(guī)牌號(hào)為AdBlue的還原 液體時(shí)，該在下面導(dǎo)管區(qū)的廢氣溫度特別在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后或在內(nèi)燃機(jī)
9運(yùn)行中是太低了 ，以致在不形成有問題的副產(chǎn)物即33%的含水尿素溶 液情況下不能產(chǎn)生氨。
關(guān)于尿素((NH2)2CO)分解成氨(NH3)是已知的，其在最佳條件(溫度 大于350。C)下以兩步發(fā)生，首先按
(NH2)2CO ^ NH3 + HNCO (8)
發(fā)生熱解，即尿素的熱分解。接著按
HNCO + H20 ^ NH3 + C02 (9)
發(fā)生水解，即異氰酸(HNCO)催化分解成氨(NH3)和二氧化碳(C02)。 因?yàn)樵谑褂肁dBlue時(shí)還原劑以一種在水中溶解的形式存在，所以 在實(shí)際的熱解和水解前和期間必須將水蒸發(fā)掉。
如果在前述(8)和(9)反應(yīng)中的溫度低于350。C或僅緩慢加熱， 則由DE4038054 Al所知，通過按(8)形成的異氛酸的三聚反應(yīng)按下式 形成主要是固態(tài)的不可熔的氰尿酸
3HNCO 、歐-督c(HNC(:)h (10)
該氰尿酸導(dǎo)致下游連接的SCR催化器的堵塞。如在DE 4038054中 所述，補(bǔ)救可如此實(shí)現(xiàn)，即使加栽有還原劑的廢氣流在水解催化器上 流過。將該可發(fā)生定量水解的廢氣溫度可壓低到160°C。在所述出版 物中也描述了相應(yīng)催化器的結(jié)構(gòu)和組成如配有水解催化器的S C R催 化器體系的結(jié)構(gòu)和功能。
為減小(verkleinern )催化器但在催化器中的停留時(shí)間仍為恒定， 則該水解催化器也在廢氣分流中運(yùn)行，該廢氣分流從廢氣流中引出并 在完成水解后再送入廢氣流中。EP 1052009 Al中描述了相應(yīng)裝置。 如果該廢氣分流盡可能在近發(fā)動(dòng)機(jī)引出，以使水解催化器可在高溫水 平下運(yùn)行則是特別有利的。在加栽廢氣的內(nèi)燃機(jī)中特別有利的是已在 渦輪增壓器前引出廢氣分流并在渦輪增壓器下游再返回。但在近發(fā)動(dòng) 機(jī)引出廢氣分流和計(jì)量輸入還原劑會(huì)產(chǎn)生問題。在內(nèi)燃機(jī)的某些運(yùn)行機(jī)制動(dòng)運(yùn)行、在空運(yùn)
轉(zhuǎn)期(Leerlaufphase)或在關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，該廢氣的流向會(huì)產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)，以 使還原劑、由還原劑釋出的氨或由還原劑形成的副產(chǎn)物，如異氰酸(反
可^發(fā)動(dòng)機(jī)接觸廢氣"部件;目接觸。這可導(dǎo)致那°里的結(jié);勾:料;爭(zhēng)別是
密封圏的腐蝕。
該問題的一個(gè)解決方案在于具有針對(duì)在噴入部位和發(fā)動(dòng)機(jī)組之間 的尿素的分解產(chǎn)物的氧化活性的催化器裝置，在返回流情況下在那里 分解這些高腐蝕性化合物。
但由于另一個(gè)催化器又加劇了由多個(gè)待用催化器、還原劑噴入體
系和顆粒分離器原本已出現(xiàn)的位置問題，因?yàn)樘貏e是在汽車中所安裝 的內(nèi)燃機(jī)情況下常無足夠的結(jié)構(gòu)空間可供利用。
與內(nèi)燃機(jī)的廢氣管道即與也容納催化器的部件相關(guān)，從DE 10157131 C2已知構(gòu)造(verbauen)補(bǔ)償器。其中涉及撓性(flexible)構(gòu) 件，其可補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械振動(dòng)和廢氣管道的熱膨脹。該構(gòu)件整合進(jìn)
廢氣管道中并且由廢氣流過。

發(fā)明內(nèi)容
由前述的現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是在避免已知裝置的缺點(diǎn) 下在廢氣管道中安裝廢氣后處理系統(tǒng)或廢氣后處理系統(tǒng)的部件，以可 避免增大結(jié)構(gòu)空間。
本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1的特征實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明設(shè)備的有利改 進(jìn)實(shí)施方案列于從屬權(quán)利要求中。
基本考慮是通過現(xiàn)有結(jié)構(gòu)空間的多次利用以可以最小化對(duì)廢氣后 處理系統(tǒng)的位置需求。曾發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)燃機(jī)的管道中通常設(shè)置有非常適 用于安裝催化器和/或顆粒過濾器和/或顆粒分離器的補(bǔ)償器。因?yàn)橐?此方式也可雙重利用該補(bǔ)償器所需的結(jié)構(gòu)空間用于催化器，以致所得 結(jié)構(gòu)空間可用于其它目的。
因?yàn)樵撗a(bǔ)償器常安裝得非常近于內(nèi)燃機(jī)，所以該解決方案對(duì)總歸 必須非常近發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置的催化器特別有利。
可相對(duì)移動(dòng)的補(bǔ)償器構(gòu)件也即補(bǔ)償器的部件可有利的為波紋管 (Faltenbalg)或波紋軟管(Wellschlauch)或滑動(dòng)套筒(Schiebehiilse)。
關(guān)于可整合進(jìn)補(bǔ)償器中的催化器類型不受限制，其例如可為三通催化器、NOx存貯催化器、SCR催化器、水解催化器、NH3氧化催化 器、用于氧化還原劑的催化器、HC氧化催化器、用于從NO產(chǎn)生n02 的氧化催化器或其它催化器，也可考慮整合由兩種或多種前述催化器 的任意組合。
如果近發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置，催化器和視需要顆粒分離器或顆粒過濾器整 合進(jìn)補(bǔ)償器特別適用。其特別適用于分解釋氨還原劑的水解催化器和 可能在其上游安裝的氧化催化器，特別是在從SCR催化器上游的廢氣 流中分支出的廢氣分流中加入氨或釋氨物質(zhì)時(shí)。為加入還原劑(氨或釋 氨物質(zhì))，通常配置有還原劑存儲(chǔ)容器和還原劑配量設(shè)備，其中該配量 設(shè)備將還原劑加到廢氣分流中，并且該廢氣分流在加料點(diǎn)下游和SCR 催化器的上游如經(jīng)噴嘴返回到廢氣流中。該在返回點(diǎn)下游安裝的SCR 催化器借助于在選擇性催化還原過程中釋出的氨將廢氣流中所含的 氧化氮還原成氮和水蒸氣。在廢氣分流中，在還原劑加入點(diǎn)上游存在 氧化催化器，其在廢氣流反向去往內(nèi)燃機(jī)方向的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件下氧 化返回的氨和/或返回的還原劑分解產(chǎn)物。
本發(fā)明的廢氣后處理系統(tǒng)可以有利的方式一方面將廢氣中的氧化 氮轉(zhuǎn)化為氮和水，另一方面在不附加特別的控制技術(shù)或調(diào)節(jié)技術(shù)耗費(fèi)
原;j或由還原劑產(chǎn)生的副產(chǎn)物與內(nèi)燃機(jī)的與廢氣接觸的;件、目接t ，
并防止由此引起的腐蝕。本發(fā)明的廢氣后處理系統(tǒng)的空間需求可通過 在補(bǔ)償器中整合至少一個(gè)所述的催化器而有利地限制到最小。有利的 是在補(bǔ)償器中安裝多個(gè)催化器，視需要還有顆粒分離器或顆粒過濾 器。
在補(bǔ)償器中整合的氧化催化器可如此構(gòu)造，以使其一方面可氧化 返回的氨和/或返回的還原劑分解產(chǎn)物，另一方面在廢氣呈正常方向即
從內(nèi)燃機(jī)流出的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件下氧化廢氣中夾帶的 一氧化碳和/或 一氧化氮和/或夾帶的烴。由此以有利的方式實(shí)現(xiàn)在廢氣分流中的所述 廢氣成分轉(zhuǎn)化成無害化合物或在后續(xù)的反應(yīng)中可用的化合物。如此該 一氧化氮的氧化例如可為在SCR催化器中的SCR反應(yīng)提供附加的對(duì) 反應(yīng)有利的二氧化氮。
對(duì)前述的在還原劑加入點(diǎn)上游處所安裝的氧化催化器上的氨氧化 中，希望該反應(yīng)進(jìn)行到氧化價(jià)為零，也即氮。4線+303 2Nr-6H20 <11)
但這不再是選擇性進(jìn)行，以致該氧化經(jīng)常繼續(xù)進(jìn)行直到氧化價(jià)[+1 ]
(笑氣-N20)、 [+2](—氧化氮-NO)或甚至于[+4] (二氣化氣-N02)。
2跳+ 2.5 02 。
2NO + 3H20 [+2j (12)
2NO+02 o 2N()2 [+4] (13)
NH3+N02 ^2NO+H20 [+2] (14)
2NH3+2N02+'/::02 ^2N2CKH20 [+1] (15)
為增加關(guān)于氮的選擇性，在廢氣分流中在氧化催化器下游和在還 原劑的加入點(diǎn)上游安裝附加的SCR催化器以利用在補(bǔ)償器中返回的 氨選擇性還原氧化氮是有利的。由此可由有利的方式實(shí)現(xiàn)，即該返回 的氨首先借助于廢氣分流中所含的氧化氮按反應(yīng)式(1)和(3)氧化成氮。 該反應(yīng)以高選擇性進(jìn)行，從而避免不合意的副產(chǎn)物如笑氣或氧化氮的 形成。
僅當(dāng)廢氣中不再有氧化氮時(shí)，氨和/或還原劑分解產(chǎn)物才與在SCR 催化器上游安裝的純氧化催化器相遇，那里反應(yīng)在強(qiáng)烈降低數(shù)量的殘 余氨情況下基本按反應(yīng)式(l l)進(jìn)行。
該附加的SCR催化器也不需附加的結(jié)構(gòu)空間，因?yàn)槠淇砂仓?(unterbringen )在補(bǔ)償器中。當(dāng)然在廢氣分流中的氧化催化器和安裝 在該氧化催化器下游的附加的SCR催化器有利地組合成一個(gè)構(gòu)件，這 額外減小了所占的結(jié)構(gòu)空間。特別有利的是，例如通過涂覆相應(yīng)的活 性催化器物質(zhì)使廢氣分流中的氧化催化器具有對(duì)氧化氮的SCR活性。
為有利于由還原劑中釋出氨，可在還原劑的加入點(diǎn)下游安裝水解 催化器。在廢氣分流和/或廢氣流中的還原劑加入點(diǎn)的下游安裝至少一 個(gè)用于將顆粒從廢氣中分離出的分離設(shè)備(Abscheidevorrichtung)也 是有利的。該水解催化器和用于分離顆粒的分離設(shè)備可整合在補(bǔ)償器中。
出于安裝目的，該補(bǔ)償器大多用短的管件焊接在構(gòu)件上。如此可 安裝前述的在廢氣分流中所安裝的構(gòu)件、催化器、加料設(shè)備如還原劑 噴嘴、以及視需要的針對(duì)補(bǔ)償器內(nèi)和/或管件即與補(bǔ)償器以不可拆卸的 方式相連的廢氣管道的部件內(nèi)的廢氣分流的顆粒分離器。以此方式可 提供在一個(gè)構(gòu)件中的非常緊湊結(jié)構(gòu)的還原劑備料系統(tǒng)
(Reduktionsmittelaufbereitung )。
通過在廢氣流中安裝另一在正常廢氣流動(dòng)方向下將在廢氣流中所 含的一氧化氮至少部分轉(zhuǎn)變成二氧化氮的氧化催化器，經(jīng)增加二氣化 氮含量一方面產(chǎn)生了以有利方式連續(xù)再生廢氣分流中下游連接的從 于從廢氣中分離顆粒的分離設(shè)備的前提條件，另 一 方面為在廢氣分流 返回到廢氣流下游所發(fā)生的SCR反應(yīng)也提供了較高含量的有利于反 應(yīng)的二氧化氮，這有利地增加了氧化氮的轉(zhuǎn)化。當(dāng)廢氣流在非廢氣分
流的其它位置從內(nèi)燃機(jī)排出后，例如在渦輪增壓器后，在廢氣流中需 另一其中有利地整合另一氧化催化器的補(bǔ)償器。
對(duì)相關(guān)的用于氧化氨的氧化催化器以及其它氧化催化器，有利地 使用鉑和/或鈀和/或銥和/或它們的氧化物和/或IrTiOx和/或沸石作為 活性材料。
在廢氣分流中安裝的用于氧化氨的氣化催化器情況下，沿廢氣流
動(dòng)方向看按如下方式提供不同特性是有利的即鄰近還原劑加入點(diǎn)側(cè)
優(yōu)選將氨優(yōu)選選擇性地氧化成氮和水，而與此不同的是，在其相對(duì)側(cè) 以轉(zhuǎn)換率優(yōu)化地氣化廢氣中夾帶的一氧化碳和/或一氧化氮和/或夾帶
的烴。其有利地如此實(shí)現(xiàn)，即鄰近還原劑加入點(diǎn)側(cè)的鈀和/或銥和/或 沸石的裝料高于朝向內(nèi)燃機(jī)側(cè)的裝料。該同樣效果也可通過該氧化催 化器的鄰近還原劑加入點(diǎn)側(cè)的鉑和/或其氧化物的裝料低于朝向內(nèi)燃 機(jī)側(cè)的裝料來實(shí)現(xiàn)。
對(duì)借助于氨還原氧化氮的SCR催化器的活性成分有利地使用釩和 /或五氧化二釩和/或二氧化鈦和/或氧化鵠和/或含銅沸石和/或含鐵沸
石和/或含鈷沸石。對(duì)用于改進(jìn)氨釋出的水解催化器可使用二氧化鈦和 /或二氧化硅和/或氧化鋁和/或沸石作為活性成分。
在借助于廢氣渦輪增壓器為內(nèi)燃機(jī)增壓(aufgeladen)情況下，在 廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)上游配置向其中噴入還原液體的廢氣分流
14的支流可能是有利的，以對(duì)氨的釋出產(chǎn)生盡可能高的溫度水平。如果
其為雙流供料渦輪機(jī)，其中從至少一個(gè)第一汽缸向一個(gè)流(Flut)送 入廢氣，從至少一個(gè)第二汽缸向另一個(gè)流送入廢氣，則從兩流之一分 流出廢氣分流是有利的。從其中分流出廢氣分流的流的氣缸可用不同 與另 一 流的汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)運(yùn)行，使得可以以有利的方式最優(yōu)化廢 氣分流中還原劑備料方面的比例，由此例如提高在啟動(dòng)階段中或低負(fù) 荷運(yùn)行區(qū)的廢氣溫度。
如果涉及具有兩個(gè)廢氣渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)，其中一個(gè)廢氣渦輪 增壓器的渦輪機(jī)由該內(nèi)燃機(jī)的第 一汽缸座(Zylinderbank)以廢氣給料， 該另一個(gè)廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)由該內(nèi)燃機(jī)的第二汽缸座以廢氣 給料，當(dāng)該廢氣分流在該兩廢氣渦輪增壓器之一的渦輪機(jī)前從廢氣流 中分出時(shí)則是有利的。從廢氣管道分出該廢氣分流的該汽缸座的汽缸 可以以與另外汽缸座的汽缸不同的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)運(yùn)行。以這種方式也可 有利地最佳化廢氣分流中該還原劑備料方面的比例，由此例如提高在 啟動(dòng)階段或低負(fù)荷運(yùn)行范圍的廢氣溫度。
為準(zhǔn)確計(jì)量加入還原劑，在廢氣分流中安裝節(jié)流元件也是有利的，
該節(jié)流元件可控制或調(diào)節(jié)廢氣的空速和/或支路中的廢氣量。
為在汽車中安裝的內(nèi)燃機(jī)的推動(dòng)運(yùn)行或發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行下減輕通
過廢氣返回流引入有氨或還原劑分解產(chǎn)物的氧化催化器或配備的 SCR催化器的負(fù)擔(dān)，在該還原劑的加料點(diǎn)上游安裝單向閥是有利的。 替代地或附加地使用在廢氣分流中的加料點(diǎn)上游安裝的可控截止元 件(如廢氣閥形式)可能是有利的，其可在需要時(shí)截止廢氣分流。這 類可控閥門也可以以有利方式用作可控或可調(diào)的節(jié)流元件，并可經(jīng)本 來就存在的發(fā)動(dòng)機(jī)控制設(shè)備控制。
此外，在SCR催化器下游安裝用于氧化氨的催化器可能是有利的， 以避免氨逃逸(Ammoniakschlupf)。
關(guān)于如上所述用于不同目的的前述氧化催化器，通過選用各最合 適的活性成分來使各目的或各后續(xù)化學(xué)反應(yīng)最佳化是有利的。
在廢氣溫度以及廢氣中的二氧化氮含量基本上同時(shí)影響廢氣后處 理系統(tǒng)的有效性后，通過本來就存在的控制設(shè)備改變發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)以 改變廢氣溫度或二氧化氮的含量可能是有利的。特別是可通過改變發(fā) 動(dòng)機(jī)參數(shù)或通過在用于氧化一氧化氮(和/或烴和/或一氧化碳)的氧化
15催化器前將烴加入廢氣流中來提高廢氣溫度和二氧化氮含量。
此外，將含于廢氣后處理系統(tǒng)中的多個(gè)催化器組合在一個(gè)外殼中 如一個(gè)補(bǔ)償器中和/或在與補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣管道
的部件中是有利的，以盡可能減少該系統(tǒng)的成本和特別是例如在生產(chǎn) 用車輛中該裝置的位置需求。顆粒分離器或顆粒過濾器應(yīng)當(dāng)有利地以
可更4灸的方式安裝(verbauen)。
如前所述，不僅水解催化器或氧化催化器，并且該廢氣后處理系 統(tǒng)的其它構(gòu)件如各類催化器、顆粒過濾器或顆粒分離器以及止回閥或 截止設(shè)備均可組合進(jìn)一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償器中和/或與補(bǔ)償器以不可拆卸 的方式連接的廢氣管道的部件中。這可以有利的方式最小化部件成本 和安裝成本。
為確保內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)后催化器的快速啟動(dòng)(冷啟動(dòng))，將具有該廢氣后 處理系統(tǒng)的整合構(gòu)件的補(bǔ)償器近發(fā)動(dòng)機(jī)安裝是有利的，這也可有利于 補(bǔ)償器的功能。
在將該廢氣后處理系統(tǒng)的構(gòu)件整合進(jìn)補(bǔ)償器中時(shí)總要注意，該補(bǔ) 償器的基本功能(即接受廢氣管道的振動(dòng)和熱膨脹)不受影響。如果 例如使用可補(bǔ)償大的橫向移動(dòng)的波紋管或波纟文軟管，則該后處理部件 的外徑必須小于該補(bǔ)償器的內(nèi)徑，否則在運(yùn)行中可導(dǎo)致補(bǔ)償器與后處 理部件的接觸。這在短時(shí)間內(nèi)會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)償器和/或廢氣后處理系統(tǒng)的受 損。
如果借助于滑動(dòng)套筒僅補(bǔ)償該廢氣管道的縱向移動(dòng)或該后處理系 統(tǒng)僅安裝在鄰接補(bǔ)償器中的管件中，則該后處理該統(tǒng)可牢固安裝。即 后處理部件的外徑可在扣除公差范圍內(nèi)相等于該補(bǔ)償器的內(nèi)徑。


下面借助于圖和實(shí)施例詳述本發(fā)明。 其中
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的具有分流水解的廢氣后處理系統(tǒng) 圖2示出具有用于還原劑的分流水解和氧化催化器的第一種SCR系
統(tǒng)，以避免分流中回流 圖3示出具有用于還原劑的分流水解和氧化催化器的第二種SCR系
統(tǒng)，以避免分流中回流 圖4示出用于帶渦輪增壓器的內(nèi)燃機(jī)的具有分流中的分流水解和回流保護(hù)的廢氣后處理系統(tǒng)
圖5示出具有近發(fā)動(dòng)機(jī)的和整合進(jìn)補(bǔ)償器的啟動(dòng)催化器和下游連接的
主催化器的廢氣后處理系統(tǒng) 圖6示出補(bǔ)償器的俯視圖，其中該補(bǔ)償器是類似波紋管的波形管 圖7示出圖6中的具有整合催化器的補(bǔ)償器的B-B截面圖，該催化器
與補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接 圖8示出通過補(bǔ)償器和催化器的截面，其中該催化器與補(bǔ)償器以可拆
卸的方式連接
圖9示出圖8中示出的具有拆開的催化器的補(bǔ)償器的俯視圖
圖IO示出通過補(bǔ)償器和催化器的截面，其中該補(bǔ)償器構(gòu)造為滑動(dòng)套
筒(Schiebehiilse )
具體實(shí)施例方式
為說明關(guān)聯(lián)性，首先在圖1中示意性示出現(xiàn)有技術(shù)的裝置，該裝 置中氧化氮以選擇性催化還原方式從內(nèi)燃機(jī)的廢氣中去除。
由內(nèi)燃機(jī)(未示出)經(jīng)燃燒過程產(chǎn)生的廢氣按圖1中沿箭頭表示的 方向首先進(jìn)入廢氣處理管道1，其中在盡可能近發(fā)動(dòng)機(jī)處向熱廢氣加 入還原劑。如在含SCR催化器的汽車中實(shí)際所用的那樣，該還原劑是 尿素水溶液，當(dāng)然也可以以固體形式加入尿素，如在有關(guān)專業(yè)文獻(xiàn)中 所述。此外，還可加氨作為還原劑，該氨也可在其它位置例如較有利 的熱條件下由釋氨物質(zhì)得到。配量依內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制 單元(未示出)實(shí)現(xiàn)，即經(jīng)噴嘴2在水解催化器3緊前面將尿素水溶液 噴入廢氣流中。該水解催化器3的目的是在避免副產(chǎn)物的條件下盡可 能完全使尿素水溶液轉(zhuǎn)變成氨和水蒸氣。在一定的前提下，該分解也 可在無水解催化器下充分進(jìn)行，以致可不使用水解催化器。平行于水 解催化器3安裝有氧化催化器4，其目的在于，按前述反應(yīng)(2)，使部 分在廢氣所含的 一氧化氮借助于廢氣中存在的過量氧而氧化成二氧 化氮。
該氧化氮真正的選擇性催化還原在位于水解催化器3下游的SCR 催化器6中進(jìn)行，該SCR催化器應(yīng)在同時(shí)的高的還原選擇性下將盡可 能多含量的在廢氣中存在的氧化氮(NOx)轉(zhuǎn)變成氮和水蒸氣，而同 時(shí)無過量氨(NH3)留在廢氣流中。在所述的SCR反應(yīng)中，在廢氣流中 存在的二氧化氮比廢氣中所含的一氧化氮更適于反應(yīng)，因此如此設(shè)計(jì)氧化催化器即以使盡可能高的一氣化氮含量轉(zhuǎn)變成二氧化氮是有利 的。
考慮到在汽車中運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)總是呈交變的運(yùn)行條件，很明顯的 是，所需的盡可能高的氧化氮的轉(zhuǎn)化率僅當(dāng)以略微氨過量的代價(jià)才可 確保成功實(shí)現(xiàn)。為在不利的轉(zhuǎn)化條件下阻止有毒的氨隨部分凈化的廢
氣釋放到外部空氣中，在SCR催化器6后要下游連接NH3氧化催化 器7，由此該過量的NH3可轉(zhuǎn)變成氮和水蒸氣。該氣化反應(yīng)應(yīng)當(dāng)盡可 能選擇性進(jìn)行。
如上所述，如果在還原劑加料點(diǎn)的溫度水平在整個(gè)運(yùn)行范圍均很 高，則可不用水解催化器3。
本發(fā)明的廢氣后處理系統(tǒng)的實(shí)施例示于圖2。
該裝置也用于分流水解(Teilstromhydrolyse )，為此從廢氣流IO 分路出廢氣分流ll,在該分流中加入還原劑，在本實(shí)施例中加入尿素 水溶液(AdBlue)。配量通過與內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)相關(guān)控制的配量設(shè)備9 實(shí)現(xiàn)，該配量設(shè)備由存儲(chǔ)容器8中取出尿素水溶液并經(jīng)噴嘴2.1依內(nèi) 燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)按規(guī)定量噴入廢氣流中。在加料點(diǎn)下游廢氣流中安裝有 水解催化器3.1,如上所述，其有助于還原劑的水解。該栽有氨的廢 氣分流11的返回在水解催化器3.1下游和在廢氣流10中安裝的SCR 催化器6的上游實(shí)現(xiàn)，在SCR催化器6下游連接NH3氧化催化器7。 SCR催化器6和NH3氧化催化器7與圖1中所述的相同，以致再次描 迷其功能就多余了，取而代之的是可參閱前面圖1的描述。
如前所述，在內(nèi)燃機(jī)的某些運(yùn)行狀態(tài)下，主要是低負(fù)荷、推動(dòng)運(yùn) 行、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行、空運(yùn)轉(zhuǎn)期間或發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)廢氣流動(dòng) 方向的反向。為在這種情況下防止還原劑、由還原劑釋出的氨和/或由 還原劑形成的副產(chǎn)物如異氰酸(反應(yīng)式9)、氰尿酸(反應(yīng)式IO)等通過返
"觸，,在還原刑加料,:上游的廢氣;流n中安l氧化催化器、6。氧
化催化器在活性成分方面的設(shè)計(jì)要使該氧化催化器氧化返回的還原 劑、由還原劑釋出的氨或由還原刑形成的副產(chǎn)物。該氧化催化器的活 性成分的選擇要使其盡可能選擇性地氧化氨。作為該氧化催化器16 的活性物質(zhì)可使用鉑、釔、銥、其氧化物、IrTiOx和沸石，在該設(shè)計(jì) 中應(yīng)注意，高的鉑含量雖對(duì)盡可能高的轉(zhuǎn)化率是需要的，但對(duì)反應(yīng)的選擇性有不利影響。
因?yàn)樵诟邷叵履蛩胤纸饧铀龠M(jìn)行，所以水解催化器和由此還有氧
化催化器16近發(fā)動(dòng)機(jī)安裝是有利的。因?yàn)檠a(bǔ)償器通常也近發(fā)動(dòng)機(jī)安 裝，所以采用上述兩催化器整合在補(bǔ)償器中。
在擴(kuò)展該氧化催化器16的功能中是如此設(shè)計(jì)，即從沿廢氣流動(dòng)方 向看其具有不同特性，鄰近還原劑加料點(diǎn)側(cè)的16a優(yōu)選選擇性將氨氧 化成氮和水，而與此不同的是，在相對(duì)側(cè)16b轉(zhuǎn)化率最優(yōu)化 (umsatzoptimiert)地氧化廢氣中夾帶的 一氧化碳和/或一氧化氮和/ 或夾帶的烴。這可有利的如此實(shí)現(xiàn)即鄰近還原劑加料點(diǎn)側(cè)16a比面 向內(nèi)燃機(jī)側(cè)16b負(fù)栽有更高量的鈀和/或銥和/或沐石。該同樣的效果 也可通過該氧化催化器的鄰近還原劑加料點(diǎn)側(cè)16a比面向內(nèi)燃機(jī)側(cè) 16b負(fù)栽有更低量的鉑和/或其氧化物來實(shí)現(xiàn)。
如上所述，廢氣分流11返回到SCR催化器6上游的廢氣流10中。 該返回點(diǎn)應(yīng)盡可能在SCR催化器緊前面，以避免栽有氨的廢氣回流至 廢氣流10中。但如果在廢氣流10中出現(xiàn)太少的返流，則返回的氨通 過平行于廢氣分流II的安裝在廢氣流10中的另一氣化催化器4,1氧 化。該另一氧化催化器4,1用于提高廢氣流10中的二氧化氣含量，以 改進(jìn)在SCR反應(yīng)中可達(dá)到的氧化氮的轉(zhuǎn)化率，并因此平行于廢氣分流 ll安裝，因?yàn)檫@樣對(duì)廢氣分流ll中的溫度水平特別是在還原劑的加 料點(diǎn)處的溫度水平無不利影響。如果在廢氣分流11的上游安裝另一 較大的氧化催化器4.1時(shí)會(huì)是該情況。
在此裝置中，該氧化催化器16和水解催化器3分別整合至補(bǔ)償器 20.1和20.2中。
在氨氧化時(shí)，在還原劑加料點(diǎn)上游安裝的氧化催化器16要力求使 該反應(yīng)呈選擇性進(jìn)行，即進(jìn)行到氧化價(jià)為零(反應(yīng)式(ll))。但該反應(yīng)并 不總是選擇性的，以致如上所迷氧化常繼續(xù)進(jìn)行到氧化價(jià)為[+l](笑氣 -N20)、 [+2](—氧化氮-NO)或甚至是[+4] (二氧化氮-N02)(反應(yīng)式(12) -(15))。為補(bǔ)救提出圖3的裝置。其中所述裝置與圖2的裝置的差別 僅在于在廢氣分流U中在氧化催化器16下游和還原刑加料點(diǎn)上游安 裝另一SCR催化器17。其使得借助于廢氣中所含的一氣化氮和殘余 氧按反應(yīng)式(1)或借助于一氧化氮和二氧化氮按反應(yīng)式(3)將可能回流 的氨高選擇性地轉(zhuǎn)化為氮和水蒸氣。只有當(dāng)廢氣中的氣化氮耗完時(shí)，
19該氨的氧化才借助于氧化催化器6進(jìn)行。
在該裝置中，該氧化催化器16、 SCR催化器17和水解催化器3 分別整合在20.3、 20.4和20.5中。
除上述外，圖3中裝置的構(gòu)件和功能與圖2所述一致，對(duì)此可參 閱針對(duì)圖2的描述。
現(xiàn)今在生產(chǎn)用車輛中運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)常具有至少 一 級(jí)渦輪增壓裝 置，其借助于廢氣中所含的廢氣焓壓縮加入到內(nèi)燃機(jī)中的燃燒空氣。 由此，這對(duì)于廢氣后處理出現(xiàn)了問題，因?yàn)榻?jīng)一個(gè)或多個(gè)廢氣渦輪增 壓器的渦輪機(jī)流過的廢氣由此經(jīng)強(qiáng)烈冷卻。經(jīng)這種冷卻的廢氣流特別 是在啟動(dòng)操作和在低的部分負(fù)荷范圍下不能達(dá)到對(duì)于還原劑水解所 需的足夠的廢氣溫度。甚至當(dāng)使用水解催化器時(shí)大多也達(dá)不到該溫度 水平。為補(bǔ)救該問題提供圖4的裝置。如圖4所示，來自內(nèi)燃機(jī)(未示 出)的廢氣流在廢氣渦輪增壓器13的渦輪機(jī)14前己分路，以從該廢氣 流中分出廢氣分流11.1，而剩余廢氣流經(jīng)渦輪機(jī)14,經(jīng)渦輪機(jī)推動(dòng)壓 縮機(jī)15并作為廢氣流10.1離開渦輪增壓器。
在該實(shí)施例中，該還原劑的水解也在廢氣分流11.1中進(jìn)行，為此 由存儲(chǔ)容器8、配量設(shè)備9和噴嘴2.1組成的計(jì)量設(shè)備將還原劑依內(nèi) 燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)加入廢氣分流11.1中。通過在廢氣分流U.l中占主導(dǎo) 地位的相對(duì)高的廢氣溫度和加料點(diǎn)下游連接的水解催化器，該還原劑 可在不產(chǎn)生麻煩的反應(yīng)產(chǎn)物如氰尿酸條件下分解出氨。
平行于廢氣分流11.1，該從廢氣渦輪增壓器13來的廢氣流10.1 流經(jīng)氧化催化器4.1，該氣化催化器也如前述實(shí)施例一樣將廢氣流10.1 中所含的一氧化氮氧化成二氧化氮。在氧化催化器4.1的下游該廢氣 分流11.1返回到廢氣流10.1中。由于在主流(Hauptstrom)和分流 (Teilstrom)之間的大溫差，補(bǔ)償器的安裝是必要的。這時(shí)該水解催化 器及氧化NO的氧化催化器4.1和/或氧化尿素分解產(chǎn)物的催化器16,1 可整合進(jìn)補(bǔ)償器中。
由廢氣分流4.11來的栽有氨的廢氣和來自廢氣流10.1的富集二氧 化氮的廢氣隨后流經(jīng)連接在返回點(diǎn)下游的顆粒分離器5，其一方面用 于廢氣中所含的成分的充分混合和均勻分布，另一方面由廢氣中沉降 炭黑顆粒，該炭黑顆粒借助于氧化催化器4.1中產(chǎn)生的二氣化氮連續(xù) 轉(zhuǎn)化為一氧化碳、二氣化碳，氮和一氣化氮。在顆粒分離器下游連接SCR催化器6.1,其以選擇性催化還原方式將廢氣中所含的氧化氮轉(zhuǎn) 化成氮和水蒸氣。為避免氨逃逸(Ammoniakschlupf),該SCR催化 器6.1在其下游設(shè)置涂以構(gòu)成NH3氧化催化器7.1的活性材料的區(qū)域。 為避免內(nèi)燃機(jī)的廢氣接觸部件受某些運(yùn)行狀態(tài)下回流的栽有由還 原劑釋出的氨的或分解時(shí)形成的副產(chǎn)物的廢氣的損害，借助于在廢氣 分流11.1的分路和還原劑加入點(diǎn)之間安裝的由氧化催化器16.1和 SCR催化器17.1組成的組合實(shí)現(xiàn)，從正常的由箭頭所示的廢氣流動(dòng)方 向看，該SCR催化器17.1連接在氧化催化器16.1的下游。在該組合 中配置的氧化催化器16.1從正常的由該箭頭所示的廢氣流動(dòng)方向看 是將一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化氮。與此不同的是，如果例如在發(fā)動(dòng)機(jī)制 動(dòng)操作時(shí)，導(dǎo)致廢氣流反向，則在廢氣中所含的氨在流過SCR催化器氮和水蒸氣。如果廢氣中不再存在^化氮^則該回';的氨在氧化催化 器16.1中發(fā)生氧化。為了在延續(xù)較長(zhǎng)的回流期間減輕前述的SCR催化器17.1和氧化催 化器16.1的組合的負(fù)擔(dān)，在SCR催化器17.1和還原劑加入點(diǎn)之間借 助于發(fā)動(dòng)機(jī)控制設(shè)備(未示出)提供與內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)有關(guān)的可控截止 機(jī)構(gòu)(Absperrorgan ) 12。實(shí)施截止時(shí)的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)可由發(fā)動(dòng)機(jī) 控制單元借助于傳感器和/或借助于貯存于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中的特性 曲線。此外，該截止機(jī)構(gòu)12可在廢氣呈正常流動(dòng)方向的運(yùn)行狀態(tài)即按箭 頭所示方向流動(dòng)時(shí)拉出以控制或調(diào)節(jié)廢氣分流11.1中的質(zhì)量流或廢 氣量。為此依內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行參數(shù)連續(xù)地或間斷地節(jié)流廢氣分流11.1。 如此實(shí)現(xiàn)的廢氣分流的可變性使得可準(zhǔn)確控制SCR反應(yīng)所需的廢氣 中的氨濃度。因?yàn)樵撗趸呋?6.1和SCR催化器17.1設(shè)置得非?？拷l(fā)動(dòng) 機(jī)，所以適于將該兩催化器整合在共同的補(bǔ)償器20,6中。相反，安裝 在噴入點(diǎn)下游的水解催化器3.1設(shè)置在單獨(dú)的補(bǔ)償器20.7中。不同于圖4的實(shí)施例，該截止機(jī)構(gòu)12當(dāng)然也可安裝在廢氣分流 11.1的分路和還原劑加入點(diǎn)之間的任何其它位置。此外，也可考慮在 圖2和3的裝置中設(shè)置相應(yīng)的截止機(jī)構(gòu)。最后，為簡(jiǎn)化裝置還可使用 簡(jiǎn)單的止回閥代替可控或可調(diào)的截止機(jī)構(gòu)12,其在廢氣分流11.1中當(dāng)然該截止機(jī)構(gòu)12或止回閥可整合進(jìn)補(bǔ)償器20.6中，這對(duì)噴嘴 2.1同樣適用，例如其可與水解催化器3.1 —起存在于補(bǔ)償器20.7中。與圖4的實(shí)施例不同，如果渦輪機(jī)14是雙流(zweiflutig)供料渦 輪機(jī)，即其中一個(gè)流(Flut)來自第一數(shù)量的汽缸和另一管來自含廢 氣的第二數(shù)量的汽缸，則從該兩個(gè)流之一分路出廢氣分流是有利的。 分路出廢氣分流的流的汽缸運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)(如燃料噴入時(shí)間或燃 料噴入量)可不同于另 一個(gè)流的汽缸，以致可用有利的方式最優(yōu)化廢氣 分流中的還原刑備料(Au化ereitung)的比例，其中例如通過在膨脹沖程或排氣沖程的后噴入提高在啟動(dòng)階段或在低負(fù)荷運(yùn)行范圍的廢氣 溫度。在有兩個(gè)汽缸座(Zylinderbanker )的內(nèi)燃機(jī)情況下，即通常每一 汽缸座均有自己的廢氣渦輪增壓器，以致該一個(gè)廢氣渦輪增壓器的渦 輪機(jī)從內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)汽缸座供料以廢氣和該另一個(gè)廢氣渦輪增壓器 的渦輪機(jī)從內(nèi)燃機(jī)的另 一 個(gè)汽缸座供料以廢氣，則在該兩廢氣渦輪增 壓器之一的渦輪機(jī)前從廢氣流中分路出廢氣分流是有利的。從其廢氣 管道中分路出廢氣分流的汽缸座的氣缸運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)(如燃料噴 入時(shí)間或燃料噴入量)可不同于另 一汽缸座的汽缸，以致可用有利方式 最優(yōu)化廢氣分流中關(guān)于還原劑備料(Aufbereitung des Reduktionsmittels)的比例，例如通過在膨脹沖程或排氣沖程的后噴入 提高在啟動(dòng)階段或在低負(fù)荷運(yùn)行范圍的廢氣溫度。關(guān)于前述實(shí)施例中的相關(guān)催化器，要說明的是其為整體催化器 (Vollkatalysator )和/或涂層催化器，這些催化器的活性成分可施加類催化器也可4助于多種已知5的制備方法制備，^特別;參閱有關(guān)專 業(yè)文獻(xiàn)。對(duì)前述實(shí)施例中的用于氧化氨的相關(guān)氧化催化器以及其它的氧化 催化器，可使用鉑和/或鈀和/或銥和/或其氧化物和/或IrTiOx和/或沸 石作為活性材料。用于借助于氨還原氧化氮的SCR催化器的活性成分 可用釩和/或五氧化二釩和/或二氧化鈦和/或氧化鵠和/或含銅沸石和/ 或含鐵沸石和/或含鈷沸石。對(duì)用于改進(jìn)此外將多種催化器和/或顆粒分離器安置于共同的外殼中以節(jié)省結(jié) 構(gòu)空間和減少成本也是有利的。
因?yàn)樵谑褂妙w粒分離器或顆粒過濾器時(shí)會(huì)導(dǎo)致分離器或過濾器被 油灰堵塞，所以將過濾器設(shè)計(jì)成可更換的和因而易凈化的是有利的。
為在最佳操作范圍內(nèi)運(yùn)行廢氣后處理系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù) 和/或通過借助于調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)(如燃料噴入時(shí)間或燃料噴入量)提 高烴濃度和/或通過在用于氧化一氧化氮的同時(shí)起氧化烴和/或一氧化 氮作用的催化器的上游將烴加入廢氣流中可改變廢氣溫度和/或用于 分離顆粒的設(shè)備中的二氧化氮含量。
在圖5中示出該后處理系統(tǒng)分配為近內(nèi)燃機(jī)23設(shè)置的小的啟動(dòng)催 化器21和下游連接的主催化器22,其中兩者可以是同樣的催化器類 型(如三路催化器)。該分配意在用于在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)通 過該啟動(dòng)催化器的快速加熱而達(dá)到后處理系統(tǒng)的啟動(dòng)溫度。因?yàn)閱?dòng) 催化器和主催化器經(jīng)受明顯不同的熱負(fù)荷，甚至當(dāng)為同一催化器類型 時(shí)，通常其催化器組成也不同。在這種裝置中推薦將該小型啟動(dòng)催化 器整合在補(bǔ)償器20.8中。
前述圖2-5的相關(guān)補(bǔ)償器20 - 20.8可以不同類型實(shí)現(xiàn)，下面描述 一些實(shí)施例。
圖6示出補(bǔ)償器20.X的波紋管狀裝置。補(bǔ)償器20.X借助其與廢 氣管道(未示出)相連接的連接區(qū)通過第一法蘭24和第二法蘭25形成。 在法蘭24、 25之間延伸有連接管26,在其中間區(qū)有彈簧箱的波形管 段(Wellrohrabschnitt) 27，該兩法蘭24、 25與連接管26牢固相連， 以使補(bǔ)償器20.X安裝在廢氣管道(未示出)中的情況下，如果該與補(bǔ)償 器20.X相連的廢氣管道段彼此相對(duì)在任意方向移動(dòng)，則該移動(dòng)可通 過波形管段補(bǔ)償。
在圖6的補(bǔ)償器的20,X的沿線B-B截面中，圖7示出催化器28 在補(bǔ)償器的20.X中的固定。如截面所示，連接管26在法蘭24、 25 之間延伸，并一方面推進(jìn)到在第一法蘭24上配置的圓筒形伸出部分 29，并例如通過焊接與其呈形狀配合連接。另一方面該連接管26以 其另一端插入在第二法蘭25中存在的凹槽30中。在第二法蘭25和 連接管26之間也例如通過焊接實(shí)現(xiàn)形狀配合連接。該催化器28在其 一端33推入同心穿過第一法蘭24和其上配置的圓筒形伸出部分29的開口32中，并在凹槽32中呈形狀配含固定。該催化器28的自由 端34伸入連接管26中，并與連接管26的內(nèi)壁有間隙，以使在第一 法蘭24和第二法蘭25之間相對(duì)移動(dòng)時(shí)不發(fā)生催化器28和連接管26 之間的接觸。圖7中同樣可以看出在第一法蘭24中的鉆孔31,其用 于借助螺栓(未示出)將補(bǔ)償器20.X固定在廢氣管道(未示出)上。圖8也以截面圖示出其中安裝的催化器是易拆卸的補(bǔ)償器20.Y。 在此情況下，第一法蘭24.1和第二法蘭25,1也可借助于連接管26.1 連接，該連接管的中間區(qū)有彈簧箱式的波形管段27,1 。該第 一法蘭24.1 和第二法蘭25.1各具有同心凹槽35、 36,該連接管26.1以各末端插 入，并與法蘭24.1、 25.1呈形狀配合連接。在圖8左方示出呈拆卸位的安裝在另一法蘭37中的催化器28.1, 該法蘭具有伸出部分38。法蘭37和伸出部分38是由凹槽39同心穿 透，該催化器28.1呈形狀配合安裝凹槽中。為將催化器28.1緊固在 補(bǔ)償器20.Y中，在另一法蘭37中安裝有通孔40,在催化器裝配狀態(tài) 下該通孔與第一法蘭24.1中的鉆孔31.1對(duì)齊。該鉆孔31.1和通孔40 同時(shí)用于將催化器28.1固定在補(bǔ)償器20.Y中和將該裝置固定在廢氣 管道(未示出)上。圖9示出前述圖8的透視圖。由于圖8和9的裝置是一致的，所 以標(biāo)號(hào)也適用。圖9僅示出以此視圖還可看到的特征，此外可參閱針 對(duì)圖8的描述。在圖9中看出，法蘭24.1和25.1相對(duì)旋轉(zhuǎn)了 90°，這提供了更好 的可安裝性，因?yàn)樵搩煞ㄌm不會(huì)相互妨礙。該第二法蘭25.1在與其相 連的廢氣管道(未示出)上的固定通過鉆孔41實(shí)現(xiàn)，經(jīng)該鉆孔用螺 栓將法蘭25.1固定在廢氣管道(未示出)上的相應(yīng)對(duì)接件上。圖IO示出另一種補(bǔ)償器的截面圖。因?yàn)樗狙b置與圖8和9的裝 置僅在某些點(diǎn)處有差別，所以僅進(jìn)一步討論這些差別。與圖8和9中 實(shí)施例的相同部件用同樣附圖標(biāo)記，并參閱所述附圖對(duì)這些部件的描 述。圖10的裝置示出配置為滑動(dòng)套筒的補(bǔ)償器20.Z。該滑動(dòng)套筒由第 一管件42和其內(nèi)徑相應(yīng)于該第一管件42的外徑的第二管件43組成。 該第二管件43在第一管件42上滑動(dòng)，在該第一管件42上滑動(dòng)的該 第二管件43的部件44設(shè)計(jì)為波形管狀。該波形管結(jié)構(gòu)一方面用于使兩管件之間的接觸最小化，以改進(jìn)該兩管件的相互可滑動(dòng)性，另一方
面可由此達(dá)到足夠的密封作用。通過焊接(Verl。ten)或焊合 (Verschwie(3en)將該第 一管件42形狀配合地固定在第 一法蘭24.1上和 將第二管件形狀配合地固定在第二法蘭25.1上。該補(bǔ)償器20.Z使得 管件42、 43僅在其軸向相對(duì)移動(dòng)。
此外，圖10的催化器裝置與圖8的催化器裝置的差別還在于，在 圖10的實(shí)施例中該催化器裝置是第一催化器45和第二催化器46的 組合。該兩催化器安裝在一個(gè)栽體管48中，該栽體管以其一端49與 另一法蘭37形狀配合地安裝。在該情況下第一催化器45可為氧化催 化器，第二催化器46可為SCR催化器，就如圖3和4的實(shí)施例的在 廢氣后處理系統(tǒng)的廢氣分流中彼此相鄰安裝一樣。
當(dāng)然上述方案也可在不脫離本發(fā)明的基本構(gòu)思下借助本領(lǐng)域技術(shù) 人員所熟知的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行多種設(shè)計(jì)，所以所述實(shí)施方案僅為示例性 描述。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其利用至少一個(gè)催化器和/或顆粒過濾器和/或顆粒分離器來轉(zhuǎn)化內(nèi)燃機(jī)廢氣成分并利用至少一個(gè)可相對(duì)移動(dòng)的補(bǔ)償器來補(bǔ)償內(nèi)燃機(jī)和廢氣管道之間的相對(duì)移動(dòng)和/或廢氣管道不同部件的相對(duì)移動(dòng)，其特征在于，-該至少一個(gè)用于轉(zhuǎn)化廢氣成分的催化器和/或該至少一個(gè)顆粒過濾器和/或至少一個(gè)顆粒分離器安裝在該補(bǔ)償器(20.1-20.8、20.X、20.Y、20.Z)內(nèi)和/或安裝在與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣管道的部件內(nèi)，-該催化器和/或該顆粒過濾器和/或顆粒分離器的外徑小于或等于該補(bǔ)償器(20.1-20.8、20.X、20.Y、20.Z)和/或與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣管道的部件的內(nèi)徑。
2. 權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，所述補(bǔ)償器(20,1 - 20.8、 20.X、 20.Y、 20.Z)是波纟文管或波紋軟管或滑動(dòng)套管。
3. 上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，所述催化器是三路催 化器或NOx存貯催化器或SCR催化器或水解催化器或NH3氧化催化 器或用于氧化還原劑的催化器或HC氧化催化器或用于由NO產(chǎn)生 N02的氧化催化器或是兩種或更多種上述催化器類型的任意組合。
4. 上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，在補(bǔ)償器(20.1 - 20.8、 20.X、 20.Y、 20.Z)內(nèi)和/或與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣 管道的部件內(nèi)安裝不同的催化器類型或至少一種催化器和顆粒過濾 器或顆粒分離器。
5. 權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其中-在SCR催化器(6， 6，1)上游從廢氣流(10， IO.I)中分路出廢氣分 流(ll, 11.1)，-配置還原劑存儲(chǔ)容器(8)和還原劑配量設(shè)備(9)，其中該配量設(shè)備(9)將還原劑加到廢氣分流(U, ll.l)中， -該還原劑是在加料點(diǎn)下游通過熱廢氣釋出氨的物質(zhì)或該還原劑是氨，-該廢氣分流(ll, ll.l)在加料點(diǎn)下游和SCR催化器(6， 6.1)上游返回至廢氣流(IO, IO.I)中， -在返回點(diǎn)下游安裝的SCR催化器(6,6.1)借助于釋出的氨以選擇性催化還原方式將廢氣流中所含的氧化氮還原成氮和水蒸氣， -在還原劑加料點(diǎn)的上游的廢氣分流(ll, ll.l)中安裝有氧化催化器(16， 16.1)，其在廢氣流反向去往內(nèi)燃機(jī)方向的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條 件下氧化返回的氨和/或返回的還原劑分解產(chǎn)物， -氧化催化器(16， 16.1)安裝在至少一個(gè)補(bǔ)償器(20.1， 20.3， 20.6， 20.X, 20.Y, 20.Z)內(nèi)和/或安裝在與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式 連接的廢氣管道的部件內(nèi)。
6. 權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，所述氧化催化器(16, 16.1)如 此配置，以使其除返回的氨和/或返回的還原劑分解產(chǎn)物外，在廢氣從 內(nèi)燃機(jī)流出的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件下氧化廢氣中夾帶的 一氧化碳和/或一 氧化氮和/或夾帶的烴。
7. 權(quán)利要求5或6的設(shè)備，其特征在于，在廢氣分流(ll, U.l)中 于氧化催化器(16， 16.1)的下游和還原劑加料點(diǎn)的上游安裝用于借助 于返回的氨選擇性還原氣化氮的附加SCR催化器(17， 17.1)，和該附 加SCR催化器(17, 17.1)安裝在至少一個(gè)補(bǔ)償器(20.4, 20.6， 20.X, 20.Y, 20.Z)內(nèi)和/或安裝在與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣 管道的部件內(nèi)。
8. 權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于，所述在廢氣分流(ll， 11.1) 中的氧化催化器(16， 16.1)和在其下游安裝的附加SCR催化器(17， 17.1) 容納在一個(gè)構(gòu)件內(nèi)，該構(gòu)件安裝在補(bǔ)償器(20.X, 20.Y， 20.Z)內(nèi)和/或 安裝在與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣管道的部件內(nèi)。
9. 權(quán)利要求5的設(shè)備，其特征在于，所述用于氧化廢氣分流(ll， U. 1)中的氨的氣化催化器同時(shí)對(duì)氧化氮也具有SCR活性，該具有SCR 活性的氧化催化器安裝在至少一個(gè)補(bǔ)償器(20.X, 20.Y, 20.Z)內(nèi)和/或
10.權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其中-在SCR催化器(6， 6.1)的上游從廢氣流(10, IO.I)中分路出廢氣 分流(ll， U.l),-配置還原劑存儲(chǔ)容器(8)和還原劑配量設(shè)備(9)，其中該配量設(shè)備(9)將還原劑加到廢氣分流(n， ii.i)中， -該還原劑是在加料點(diǎn)下游通過熱廢氣釋出氨的物質(zhì)或該還原劑是氨，-該廢氣分流(ll, ll.l)在加料點(diǎn)下游和SCR催化器(6， 6,1)上游返回至廢氣流(IO， IO.I)中，-在返回點(diǎn)下游安裝的SCR催化器(6，6.1)借助于釋出的氨以選擇性催化還原方式將廢氣流中所含的氧化氮還原成氮和水蒸氣，-在還原劑加料點(diǎn)下游的廢氣分流(ll， ll.l)中安裝有助于從還原劑中釋出氨的水解催化器(3.1),且該水解催化器(3.1)安裝在至少一個(gè)補(bǔ)償器(20.2, 20.5， 20,7， 20,X, 20.Y， 20.Z)內(nèi)和/或安裝在與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣管道的部件內(nèi)。
11. 權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其中-在SCR催化器(6， 6,1)的上游從廢氣流(10， IO.I)中分路出廢氣分流(ll, 11.1)，-配置還原劑存儲(chǔ)容器(8)和還原劑配量設(shè)備(9),其中該配量設(shè)備(9)將還原劑加到廢氣分流(11， ll.l)中，-該還原劑是在加料點(diǎn)下游通過熱廢氣釋出氨的物質(zhì)或該還原劑是氨，-該廢氣分流(ll， ll.l)在加料點(diǎn)下游和SCR催化器(6， 6.1)上游返回至廢氣流(IO, IO.I)中，畫在返回點(diǎn)下游安裝的SCR催化器(6，6.1)借助于釋出的氨以選擇性催化還原方式將廢氣流中所含的氧化氮還原成氮和水蒸氣，-在還原刑加料點(diǎn)的下游的廢氣分流中和/或在廢氣流中安裝至少一個(gè)用于從廢氣中分離顆粒的分離設(shè)備，并且該分離設(shè)備安裝在至少一個(gè)補(bǔ)償器(20，X， 20.Y, 20.Z)內(nèi)和/或安裝在與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣管道的部件內(nèi)。
12. 權(quán)利要求11的廢氣后處理設(shè)備，其特征在于，所迷分離設(shè)備安裝在SCR催化器的上游或下游的廢氣流中。
13. 權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其中-在SCR催化器(6， 6.1)的上游從廢氣流(10, IO.I)中分路出廢氣分流(ll， 11.1),-配置還原劑存儲(chǔ)容器(8)和還原劑配量設(shè)備(9),其中該配量設(shè)備(9)將還原劑加到廢氣分流(11, U.l)中，-該還原刑是在加料點(diǎn)下游通過熱廢氣釋出氨的物質(zhì)或該還原劑是氨，陽該廢氣分流(ll, ll.l)在加料點(diǎn)下游和SCR催化器(6, 6.1)上游返回至廢氣流(IO， IO.I)中，-在返回點(diǎn)下游安裝的SCR催化器(6，6.1)借助于釋出的氨以選擇性催化還原方式將廢氣流中所含的氧化氮還原成氮和水蒸氣，-在廢氣分流(ll， ll.l)返回點(diǎn)上游的廢氣流(lO, 10.1)中安裝另外的氧化催化器(4.1)，其在離開內(nèi)燃機(jī)的廢氣的正常流向下將廢氣流中所含的一氧化氮至少部分轉(zhuǎn)化成二氧化氮，并且該另外的氧化催化器(4.1)安裝在至少一個(gè)補(bǔ)償器(20.8， 20.X, 20.Y，20.Z)內(nèi)和/或安裝在與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣管道的部件內(nèi)。
14. 權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其中-在SCR催化器(6， 6.1)的上游從廢氣流(10, IO.I)中分路出廢氣分流(ll, 11.1),-配置還原劑存儲(chǔ)容器(8)和還原劑配量設(shè)備(9),其中該配量設(shè)備(9)將還原劑加到廢氣分流(U， ll.l)中，-該還原劑是在加料點(diǎn)下游通過熱廢氣釋出氨的物質(zhì)或該還原劑是氨，-該廢氣分流(U, ll.l)在加料點(diǎn)下游和SCR催化器(6, 6.1)上游返回至廢氣流(IO, IO.I)中，-在返回點(diǎn)下游安裝的SCR催化器(6,6.1)借助于釋出的氨以選擇性催化還原方式將廢氣流中所含的氧化氮還原成氮和水蒸氣，-在SCR催化器(6, 6.1)下游安裝有NH3氧化催化器(7, 7.1)，并且該NHs氧化催化器(7， 7.1)安裝在至少一個(gè)補(bǔ)償器(20.4， 20.6，20.X， 20.Y, 20.Z)內(nèi)和/或安裝在與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣管道的部件內(nèi)。
15, 上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其中-在SCR催化器(6， 6.1)的上游從廢氣流(10, IO.I)中分路出廢氣分流(ll， 11.1)，-配置還原劑存儲(chǔ)容器(8)和還原劑配量設(shè)備(9),其中該配量設(shè)備(9)將還原劑加到廢氣分流(11, ll.l)中,-該還原劑是在加料點(diǎn)下游通過熱廢氣釋出氨的物質(zhì)或該還原劑是氨，-該廢氣分流(ll， ll.l)在加料點(diǎn)下游和SCR催化器(6, 6.1)上游返回至廢氣流(IO， IO.I)中，-在返回點(diǎn)下游安裝的SCR催化器(6，6.1)借助于釋出的氨以選擇性催化還原方式將廢氣流中所含的氧化氮還原成氮和水蒸氣，-在還原劑加料點(diǎn)上游的廢氣分流中安裝有止回閥或可控或可調(diào)節(jié)的截止設(shè)備(12)，并且-該止回閥或截止設(shè)備(12)安裝在至少一個(gè)補(bǔ)償器(20.4， 20.6，20.X， 20,Y, 20.Z)內(nèi)和/或安裝在與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣管道的部件內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及緊湊的廢氣后處理系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明涉及一種設(shè)備，其利用至少一個(gè)催化器和/或顆粒過濾器和/或顆粒分離器來轉(zhuǎn)化內(nèi)燃機(jī)廢氣成分并利用至少一個(gè)可相對(duì)移動(dòng)的補(bǔ)償器來補(bǔ)償內(nèi)燃機(jī)和廢氣管道之間的相對(duì)移動(dòng)和/或廢氣管道不同部件的相對(duì)移動(dòng)。其中該至少一個(gè)用于轉(zhuǎn)化廢氣成分的催化器和/或該至少一個(gè)顆粒過濾器和/或至少一個(gè)顆粒分離器安裝在該補(bǔ)償器(20.1-20.8、20.X、20.Y、20.Z)內(nèi)和/或與該補(bǔ)償器以不可拆卸的方式連接的廢氣管道的部件內(nèi)。該催化器和/或該顆粒過濾器和/或顆粒分離器的外徑小于或等于該補(bǔ)償器(20.1-20.8、20.X、20.Y、20.Z)的內(nèi)徑。
文檔編號(hào)B01D53/56GK101513592SQ20091000718
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日
發(fā)明者A·基斯特納, A·多林 申請(qǐng)人:德國曼商用車輛股份公司