带压差的尾气后处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于内燃发动机的尾气后处理装置。本发明能用于客车以及重型车辆例如卡车或公共汽车。
【背景技术】
[0002]为了满足严格的排放法规，近乎全部内燃发动机车辆都配备有尾气后处理装置，尾气后处理装置包括具有至少一个催化剂基底的至少一个催化转换器。催化转换器基底通常包括带流道结构，尾气能够通过所述带流道结构同时暴露于大面积的催化剂基底。基底的流道可以通过允许气体在相邻流道之间流通的穿孔或类似结构流体连接。这能使气体扩散通过基底结构。对于汽油机，最经常使用的催化转换器是三元催化剂(TWC)型，而柴油发动机氧化催化剂(D0C)型和/或稀勵^甫获(LNT)型催化转换器是柴油发动机最经常使用的转换器。还优选，TWC或D0C/LNT被补充有带选择性催化还原(SCR)功能的转换器以增加N0X还原。典型地，当使用SCR型催化转换器时，在尾气进入SCR型催化转换器之前，液体或气体还原剂被添加到废气排放流中。还原剂的添加使得催化还原时N0X被还原成双原子氮N2以及水H20。
[0003]还存在在一种催化转换器中组合有多于一种类型催化转换器的功能的催化转换器。
[0004]组合多于一种催化转换器是有困难的，因为尾气后处理装置通常与由于发动机舱内的有限可用空间而导致的设计限制有关。因此，从发动机机组视角来看，小的尾气后处理装置更优选，但是，小的尾气后处理装置通常意味着入口与催化转换器的催化剂基底之间的流经距离有限。有限的距离意味着尾气排放的混合所能发生的时间和距离有限。尾气排放的混合不充分引起不均匀的尾气排放混合物。这例如对于布置在尾气排放流中的排放气体传感器正常工作并且引起精确排放物测量来说是有问题的。
[0005]催化转换器的其它问题方面在于高背压和不充分的加热。高背压暗示大的尾气流动阻力。这对于内燃发动机的效率来说是负面的，造成功率输出的减少。这种功率输出减少的补偿导致燃料消耗增加。如果在两个可能的流动通路之间存在背压差，通过具有较低背压的流动通路的流量将会大于通过具有较高背压的流动通路的流量。流量比(flow rat1)将会与背压差成比例。催化转换器的加热很关键，因为催化转换器在较高的温度是最有效的。因此，希望催化转换器尽快达到最佳操作温度并且催化转换器在操作期间保持为热的。
[0006]如果使用具有带SCR功能的催化剂基底的催化转换器，则尾气排放的不充分混合是要特别引起注意的。对于具有SCR功能的催化转换器，液体或气体还原剂例如尿素被引入到尾气排放流中以使得还原剂和尾气排放在到达具有SCR功能的基底之前混合。当采用液体还原剂时还希望液体还原剂蒸发。因此，充分的混合和还原剂蒸发对于具有SCR功能的基底正常工作来说都是必不可少的。
[0007]US 8607551公开了一种用于尾气净化的尾气净化器和系统，包括串联布置并且被分配在内燃发动机尾气通道中的SCR型的NOx催化剂和载有催化剂的柴油发动机颗粒过滤器(a Catalyst Supported diesel particulate Filter，简称 CSF)。净化器包括在其中具有水解催化剂的用于尿素供应的通道和在其中具有氧化催化剂的用于碳氢化合物供应的通道。图4描述的现有技术公开了 D0C、CSF以及SCR型催化剂串联布置。尿素喷射阀布置在SCR型催化剂上游的管内。在US 8607551和现有技术中都没有提供充分的混合以及还原剂(尿素)蒸发性能并且相应的设计受限于发动机舱组装的要求。
[0008]因此，需要进一步的改进。
【发明内容】
[0009]本发明的一个目的在于提供一种紧凑的尾气后处理装置，尤其是紧凑的两个催化转换器的尾气后处理装置，其由于具有改进的混合和还原剂蒸发特性，从而具有改进的催化性能。通过根据权利要求1的尾气后处理装置来实现该目的。通过串联地布置两个催化转换器，其中第二催化转换器为SCR型，以及应用与还原剂的喷射有关的压差，提供了具有期望的形状以及改进的混合和还原剂蒸发特性的紧凑尾气后处理装置。
[0010]本发明的进一步优点和有利的特征将在下面的描述和附加权利要求中被公开。
[0011]本发明的另一目的在于提供这样的尾气后处理装置的制造方法。
[0012]本领域技术人员公知的是，催化转换器可包括多于一个的催化剂基底，例如TWC型催化转换器通常包括两个基底。还可采用具有涂层的提供了两种不同功能例如D0C型和LNT型功能的单个催化剂基底。这不是本发明的一部分，并且为了简明，下面本发明相应的催化转换器被简单指为第一和第二催化剂基底。对于各个第一和第二催化剂基底，可能多于一个基底的催化转换器被认为包括在内。
[0013]本发明能被用于具有火花点火发动机的车辆以及具有压缩点火发动机的车辆中。如果尾气后处理装置被用在具有柴油发动机的车辆中，第一催化剂基底优选为柴油发动机D0C型或LNT型。如果尾气后处理装置被用在具有汽油机或任何其它火花点火燃料例如乙醇基燃料发动机的车辆中，第一催化剂基底可以是TWC型。DOC、TWC以及LNT催化剂技术方面以及各种催化剂的利弊对本领域技术人员来说是已知的。用作第一催化转换器的催化转换器类型不是本发明自身的一部分。
[0014]因此，在整个本发明的描述中显然的是，当涉及所述第一催化剂基底时，可能是TWC型催化转化器，其实际上包括两个催化剂基底。
[0015]用于净化车辆尾气排放的尾气后处理装置通常布置在内燃发动机之后的尾气通道中。所述内燃发动机的尾气排放排出通过所述尾气通道时，它们进入所述尾气后处理装置。尾气通道通常被包围尾气后处理装置的封装部包围。
[0016]本发明的尾气后处理装置包括所述第一催化剂基底和所述第二催化剂基底，其中所述第一催化剂基底布置在所述第二催化剂基底的上游。所述第一和第二催化剂基底被布置为使得各催化剂基底覆盖所述尾气通道各流道横截面的大部分。优选催化转换器的整个横截面被覆盖，但是显然根据本发明的某些方面，部分横截面可被例如还原剂喷射装置或还原剂喷射管占据。横截面的一部分也可用于提供尾气循环。
[0017]第一和第二催化剂基底在所述尾气通道的流动方向上延伸相应的长度，使得从所述内燃发动机排出的尾气排放流流过所述第一催化剂基底的长度并且随后流过所述第二催化剂基底的长度。
[0018]根据本发明，第二催化剂基底优选为选择催化还原(Selective CatalyticReduct1n，简称SCR)型。然而，第二催化剂基底也可以是其它设计，其中具有还原性或其他化学特性的液体或气体的喷射减少。
[0019]因此，根据本发明的尾气后处理装置另外包括能够将液体或气体还原剂喷入尾气后处理装置的还原剂喷射装置。还原剂喷射装置优选至少包括喷射器喷嘴以及喷射器管，喷射器管布置为使得喷射器管能延伸穿过尾气后处理装置的封装部。被布置成延伸入尾气后处理装置的还原剂管的一部分的喷射器喷嘴被布置为使得还原剂能够被添加到尾气流中。还原剂喷射装置优选被布置于还原剂箱以及适于从还原剂箱向还原剂喷射装置提供还原剂的装置。上面公开的SCR催化剂和还原剂喷射装置的功能被认为是本领域技术人员公知的并且不是本发明本身的一部分。
[0020]根据本发明，管在所述第一催化剂基底的所述流动方向上延伸以使得所述管提供通过所述第一催化剂基底的通道。所述管包括阻塞部，阻塞部被布置为使得所述阻塞部覆盖所述管的横截面。所述阻塞部被设置为在所述管和所述第一催化剂基底之间能获得背压差。获得的压差为尾气流过第一催化剂基底和尾气流过管提供了不同的流速。所述还原剂喷射装置延伸穿过所述封装部并进入所述管，使得还原剂能在所述管内喷射。
[0021]为了使得SCR型的催化剂基底能有效净化尾气，要求喷射的还原剂和尾气之间的合适关系、喷射的还原剂的充分蒸发以及蒸发的还原和尾气的良好的混合。湍流尾气流和所维持的高尾气温度对混合和蒸发性能是有利的。而且，尾气和喷射的还原剂能够混合的时间和距离越长，能获得更好的混合和还原剂蒸发。
[0022]通过将还原剂喷射装置布置在所述管内，从还原剂被喷入的地方到随后布置的SCR型催化剂之间的距离将被延长，这样对混合还原剂蒸发有好处。
[0023]因此，根据本发明的一个方面，所述还原剂喷射装置被布置为使得所述还原剂能在所述阻塞部的下游被喷射。如同已经叙述的，在所述阻塞部下游喷射还原剂，其中所述阻塞部被布置在管中，使得与其它可能的方式相比，还原剂能更远离第二催化剂基底被喷射。
[0024]根据本发明的又一方面，所述管与所述第一催化剂基底同心布置。从制造角度来说，将管与所述第一催化剂基底同心布置是有利的。然而，也可以径向偏移地布置管。取决于尾气后处理装置的设计，径向偏移管可被用来提高混合性能。由于尾气流过第一催化剂基底和管时将会不同，因此通过径向移动管，有可能在管和第一催化转换器之后获得漩流、湍流运动，而这对混合特性是有好处的。
[0025]阻塞部可以是不同的结构。根据本发明的一个方面，所述阻塞部具有比所述第一催化剂基底高的背压。根据本发明的一个优选方面，由布置在管内的阻塞部的较高