專利名稱：旨在減少機動車輛排放氣體中的NOx量的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旨在減少機動車輛排放氣體中的NOx量的SCR(選擇性催化還原)催化劑系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
與交通有關(guān)的污染物排放已經(jīng)在工業(yè)中經(jīng)歷了約三十年的重要發(fā)展。對四種受管制污染物(CO、He、NOx、顆粒)的排放限制已經(jīng)逐漸變得更加嚴格的事實已經(jīng)使得空氣質(zhì)量得以顯著地改善，特別是在大城市中。機動車輛使用的不斷增加要求更進一步減少這些污染物排放的持續(xù)努力。由此，預(yù)計在2015年歐6標(biāo)準生效時更嚴格的歐洲排放閾值的范圍內(nèi)減少氮氧化物(NOx)仍然是復(fù)雜的問題。具有在所有運行條件下高效的可得的污染控制技術(shù)仍然是運輸業(yè)的主要挑戰(zhàn)。其次，近年來與CO2排放直接相關(guān)的燃料消耗成為了汽車工業(yè)的主要關(guān)注點。由此，自2012年起歐洲水平的規(guī)定將落實在私家車的CO2排放上。已經(jīng)建立的是在即將到來的數(shù)十年將有規(guī)律地降低這個限制。因此CO2成為整個交通業(yè)的新的增長驅(qū)動力。局部污染(NOx)的 減少和燃料消耗(CO2)的減少的該雙重問題對柴油發(fā)動機特別困難，柴油發(fā)動機的稀混合物燃燒伴隨著難以處理的NOx排放。在此背景下對分配于貨物運輸與私家車輛的車輛均設(shè)想SCR后處理技術(shù)。事實上，已經(jīng)說明NOx減少的高效率可以使發(fā)動機在效率方面發(fā)揮其最優(yōu)的功能，在排放氣體的高NOx排放隨后通過SCR系統(tǒng)處理。SCR技術(shù)的一個限制在于需要在車輛上安裝用于還原氮氧化物必須的還原劑。重型貨車目前采用的系統(tǒng)使用尿素的水溶液作為還原劑。注射進排放氣體后，尿素通過排放氣體的溫度作用分解為氨(NH3),并使NOx能在特定催化劑上被還原。尿素水溶液的儲槽的集成仍是SCR系統(tǒng)的高限制條件。研究中的替代的解決辦法是將氣態(tài)的氨貯藏在鹽中。在此情況中，氨以化學(xué)絡(luò)合物的形式貯藏在由特定的氯化物類型的鹽(MgCl2、SrCl2, CaCl2, BaCl2, ZnCl2等)構(gòu)成的多孔的基質(zhì)中。通過改變基質(zhì)的溫度和/或壓力解吸氨，并隨后將其注射入排放氣體用于NOx的處理。涉及來自熱機內(nèi)的燃燒的煙的后處理的化學(xué)反應(yīng)是催化反應(yīng)，其主要取決于排放氣體和催化浸潰的溫度。然而，當(dāng)車輛啟動時，排放氣體的溫度不足以提供顯著的催化轉(zhuǎn)化。因此，需要等待一定的時長用于排放氣體達到SCR有效還原NOx的溫度。圖1顯示排放氣體溫度隨歐洲批準循環(huán)(新歐洲行駛循環(huán):NEDC)的典型變化。也指出通過SCR催化劑后處理后獲得的NOx排放和該后處理的效率。由此，當(dāng)車輛啟動時，排放氣體中的溫度不足以確保顯著的催化轉(zhuǎn)化，因此由發(fā)動機產(chǎn)生的排放不受到后處理，且效率接近于零。在循環(huán)的過程中溫度逐漸增力口，并隨后能夠“點燃”后處理系統(tǒng)，催化轉(zhuǎn)化可能具有可以達到100%的效率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種旨在減少機動車輛排放氣體中的NOx量的系統(tǒng)，其設(shè)置成當(dāng)機動車輛啟動時加速排放氣體的溫度升高以縮短用于催化轉(zhuǎn)化到達最優(yōu)的必要時間。根據(jù)本發(fā)明，此目的通過旨在減少機動車輛排放氣體中的NOx量的SCR催化劑系統(tǒng)得以實現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括:含有還原劑的貯藏室；用于處理排放氣體的載有還原劑的SCR催化劑；以及注射模塊，所述注射模塊設(shè)置成將來自所述貯藏室的所述還原劑注射到所述SCR催化劑上游的機動車輛排放氣體中。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還包括:至少一個熱交換器，其連接至所述貯藏室并含有旨在吸收來自所述貯藏室的所述還原劑的多孔基質(zhì)；在所述貯藏室的下游和所述交換器的上游的閥板或注射器，其設(shè)置成控制所述交換器中還原劑的添加；以及置于所述貯藏室和所述交換器之間的閥。所述交換器設(shè)置成在所述車輛的啟動之后的第一所謂的啟動周期中將熱能轉(zhuǎn)移至所述SCR催化劑的上游的機動車輛排放氣體。所述閥板或注射器設(shè)置成在所述啟動周期中控制所述交換器中的還原劑的流速，使得所述交換器的多孔基質(zhì)對還原劑的吸收提高交換器的溫度。隨后，在機動車輛運轉(zhuǎn)過程中的所謂的操作溫度周期中，所述閥板或注射器設(shè)置成當(dāng)排放氣體一達到某一溫度就閉合。對于閥，其設(shè)置成首先在所述操作溫度周期中調(diào)節(jié)所述交換器內(nèi)部的壓力，其次當(dāng)所述交換器內(nèi)部的壓力大于所述貯藏室內(nèi)部的壓力時，將包括在所述交換器中的還原劑傳送至所述貯藏室中。在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案中，所述貯藏室含有第一鹽，同時所述交換器含有第二鹽。所述鹽選擇為金屬氯化物，使得設(shè)置在所述貯藏室中的所述第一鹽的氨解吸焓小于設(shè)置在所述交換器中的所述第二鹽的氨解吸焓。在本發(fā)明的另一實施方案中，所述貯藏室包括作為還原劑的加壓的氨替代所述第一鹽。本發(fā)明還涉及SCR催化劑系統(tǒng)的實施方法，其包括如下步驟:-當(dāng)機動車輛啟動時打開所述閥，使得在分別存在于所述貯藏室中和所述交換器中的壓力的差的作用下，將包括在所述貯藏室中的所述還原劑以氣體形式傳送至所述交換器中；-當(dāng)氣體溫度達到預(yù)定值時閉合所述閥；-在機動車輛的操作周期中通過所述閥排放所述還原劑逐漸地排放所述交換器，使得所述還原劑再一次導(dǎo)入所述貯藏室內(nèi)。


通過閱讀僅以實施例的方式給出的非限定性的若干實施方案的說明并參考附圖，本發(fā)明的特征將變得更加明顯，在附圖中:-圖1顯示根據(jù)NEDC(新歐洲行駛循環(huán))批準循環(huán)的常規(guī)的去污染系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化的效率、NOx排放和排放氣體的溫度；-圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的第一個實施方案的旨在減少排放氣體中NOx量的SCR催化劑系統(tǒng)； -圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的第二個實施方案的旨在減少排放氣體中NOx量的SCR催化劑系統(tǒng)；-圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的第一個和第二個實施方案的系統(tǒng)的更詳細的部分；-圖5顯示根據(jù)克拉珀龍方程的系統(tǒng)的操作原理；-圖6顯示根據(jù)NEDC批準循環(huán)的排放管線中的熱交換器的運轉(zhuǎn)；-圖7顯示根據(jù)第一個變體的設(shè)置有交換器的清除元件的示意圖；-圖8顯示根據(jù)第二個變體的設(shè)置有交換器的清除元件的示意圖；-圖9顯示氣體再循環(huán)管道的示意圖，交換器設(shè)置在所述氣體再循環(huán)管道的周圍。
具體實施例方式在提出的系統(tǒng)中，還原劑的貯藏是基于可逆固-氣反應(yīng)類型:
權(quán)利要求
1.一種旨在減少機動車輛排放氣體中的NOx量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: -含有還原劑的貯藏室(I)； -用于處理排放氣體的載有還原劑的SCR (選擇性催化還原)催化劑(5)，以及 -注射模塊(6c )，其布置成將來自所述貯藏室(I)的所述還原劑注射到所述SCR催化劑(5)上游的機動車輛排放氣體中， 其特征在于 所述系統(tǒng)還包括: -至少一個熱交換器(2)，其連接至所述貯藏室(I)并含有旨在吸收來自所述貯藏室(I)的所述還原劑的多孔基質(zhì)； -在所述貯藏室(I)下游和所述交換器(2 )上游的閥板或注射器(11)，其布置成控制所述交換器(2)中還原劑的添加，和 -置于所述貯藏室(I)和交換器(2 )之間的閥(12 ); 其特征還在于 -所述交換器(2)布置成在所述車輛的啟動之后的第一所謂的啟動周期中將熱能轉(zhuǎn)移至所述SCR催化劑(5)上游的機動車輛排放氣體； -所述閥板或注射器(11)布置成在所述啟動周期中控制所述交換器(2 )中的還原劑的流速，使得所述交換器(2)的多孔基質(zhì)對還原劑的吸收提高交換器的溫度； -隨后在機動車輛運轉(zhuǎn)過程中的所謂的操作溫度周期中，所述閥板或注射器(11)布置成當(dāng)所述排放氣體一達到某一溫度就閉合；以及 -所述閥(12)，其布置成首先在所述操作溫度周期中調(diào)節(jié)所述交換器(2)中的壓力，其次當(dāng)所述交換器(2 )中的壓力大于所述貯藏室(I)中的壓力時，將包含在所述交換器(2 )中的所述還原劑傳送至所述貯藏室(I)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于從所述機動車輛的操作溫度周期開始直到下一啟動周期的開始，所述閥板或注射器(11)布置為閉合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于其還包括加熱體(3)，其布置成根據(jù)選自如下一個或多個參數(shù)的值加熱所述貯藏室(I):排放的NOx的濃度、發(fā)動機潤滑劑的溫度、發(fā)動機冷卻液的溫度、車輛的速度、發(fā)動機速度和發(fā)動機負荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述還原劑為氨。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述貯藏室(I)含有加壓的氨，且所述交換器(2)的所述多孔基質(zhì)是鹽，所述鹽選自金屬氯化物如氯化鋇、氯化鍶、氯化鎂、氯化鈣和氯化鎳。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述貯藏室(I)和所述交換器(2)分別含有第一鹽和第二鹽，所述鹽選擇為金屬氯化物使得所述第一鹽的氨解吸焓小于所述第二鹽的氨解吸焓。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于所述交換器(2)布置在用于注射所述還原劑的所述模塊(6c)下游和SCR催化劑(5)上游的排放氣體中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于其還包括一個或多個額外的清除元件(10)，其選自氧化催化劑、三元催化劑和顆粒過濾器，所述一個或多個清除元件(10)布置在用于注射所述還原劑的所述模塊(6c)的上游，而所述SCR催化劑(5)布置在所述注射模塊(6c)的下游，且所述交換器(2)布置在所述一個或多個額外的清除元件(10)的上游。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述一個或多個交換器(2)的多孔基質(zhì)設(shè)置在所述SCR催化劑(5)的上游和/或所述一個或多個額外的清除元件(10)的上游的排放氣體管道周圍的管(14)的內(nèi)部。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述一個或多個交換器(2)的多孔基質(zhì)設(shè)置在所述SCR催化劑5的周圍和/或所述一個或多個額外的清除元件(10)的周圍。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于其還包括用于再循環(huán)所述排放氣體(下文中稱為EGR)的管道(15)，安裝在EGR管道(15)周圍的管(16)，所述管(14)和所述EGR管道(15)之間的直徑差產(chǎn)生將所述交換器(2)的多孔基質(zhì)布置在其中的體積，使得當(dāng)在所述EGR管道(15)中循環(huán)的氣體的溫度超出臨界閾值時能夠通過將來自所述貯藏室(I)的所述還原劑傳送至所述交換器(2 )來冷卻EGR氣體。
12.包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)的機動車輛，其特征在于所述車輛包括渦輪壓縮機，所述渦輪壓縮機的渦輪機布置在所述交換器(2)的下游。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的系統(tǒng)的實施方法，其包括如下步驟: -當(dāng)所述機動車輛啟動時打開所述閥板或注射器(11)，使得在分別存在于所述貯藏室(I)和所述交換器(2)中的壓力差的作用下，將包括在所述貯藏室(I)中的所述還原劑以氣體形式傳送所述交換器(2)內(nèi)； -當(dāng)所述氣體溫度達到預(yù)定 值時閉合所述閥板或注射器(11); -在所述機動車輛的操作溫度周期過程中通過所述閥(12)排放所述還原劑來逐漸地排放所述交換器(2 )，使得所述還原劑再一次導(dǎo)入所述貯藏室(I)中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述交換器(2)完全排放且在所述機動車輛啟動時不含有任何還原劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中閥板或注射器(11)的打開通過計算機(7)根據(jù)選自如下一個或多個參數(shù)的值控制:排放的NOx的濃度、發(fā)動機潤滑劑的溫度、發(fā)動機冷卻液的溫度、氣流中或催化劑通道或過濾器內(nèi)部的排放氣體溫度、車輛的速度和發(fā)動機速度。
16.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的系統(tǒng)的使用方法，其中當(dāng)所述機動車輛啟動時所述閥板或注射器(11)打開，使得包括在所述貯藏室(I)中的所述還原劑以氣體形式傳送至設(shè)置在所述氧化催化劑(10)上游的所述交換器(2)內(nèi)，以促進由所述氧化催化劑(10)產(chǎn)生的NO2,從而改善SCR催化劑(5)的活化。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)的實施方法，其中當(dāng)所述機動車輛啟動時所述閥板或注射器(11)打開，使得包括在所述貯藏室(I)中的所述還原劑以氣體形式傳遞至所述交換器(2)中，以加速所述渦輪機的致動，其中當(dāng)所述渦輪機上游的溫度超出所述渦輪機的正常操作溫度范圍時所述閥板或注射器(11)閉合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旨在減少機動車輛排放氣體中的NOx量的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括含有還原劑的貯藏空間(1)；用于處理排放氣體的滿載還原劑的SCR(選擇性催化還原)催化轉(zhuǎn)化器(5)；以及注射模塊(6c)，其設(shè)計成將所述還原劑從所述貯藏空間(1)注射到所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(5)上游的機動車輛排放氣體中。所述系統(tǒng)進一步包括至少一個熱交換器(2)，其連接至所述貯藏空間(1)并含有旨在吸收來自所述貯藏空間(1)的所述還原劑的多孔基質(zhì)；所述貯藏空間(1)的下游和所述熱交換器(2)的上游的閥或注射器(11)，其設(shè)計成控制還原劑添加至所述交換器(2)；以及置于所述貯藏空間(1)和所述交換器(2)之間的閥(12)。這設(shè)計成在所述車輛啟動之后的稱為啟動周期的第一周期中將熱能轉(zhuǎn)移至SCR催化轉(zhuǎn)化器(5)上游的機動車輛的排放氣體。所述閥板或注射器(11)布置成在所述啟動周期中控制所述交換器(2)中的還原劑的流速，使得所述交換器(2)的多孔基質(zhì)對還原劑的吸收提高交換器的溫度。隨后在機動車輛運轉(zhuǎn)過程中的所謂的操作溫度周期中，所述閥板或注射器(11)還布置成當(dāng)所述排放氣體一達到某一溫度就閉合。所述閥(12)布置成首先在所述操作溫度周期中調(diào)節(jié)所述交換器(2)中的壓力，其次當(dāng)所述交換器(2)中的壓力大于所述貯藏空間(1)中的壓力時，將包含在所述交換器(2)中的所述還原劑傳送至所述貯藏空間(1)中。
文檔編號F01N3/20GK103228884SQ201180051470
公開日2013年7月31日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者A·奧杜安, J-B·德芒東 申請人:阿奎斯&阿奎斯股份有限公司