機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)及其過(guò)濾裝置和制造方法
【專利摘要】一種機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)及其過(guò)濾裝置和制造方法，該機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)包括柴油氧化催化器和過(guò)濾裝置，該過(guò)濾裝置包括殼體和安裝在所述殼體內(nèi)的過(guò)濾體，包括PM過(guò)濾層，包括多孔金屬管及其上卷繞的內(nèi)層泡沫合金層，用于過(guò)濾所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的PM；NOx還原層，包括卷繞在所述內(nèi)層泡沫合金層上涂覆有選擇性催化還原催化劑的外層泡沫合金層，所述外層泡沫合金層的孔徑大于所述內(nèi)層泡沫合金層，所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的NOx和通過(guò)所述尾氣排氣管噴入的NH3在所述NOx還原層中發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)被還原為N2，并經(jīng)過(guò)所述出氣口排出。本發(fā)明還公開(kāi)了該過(guò)濾裝置的制造方法。
【專利說(shuō)明】機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)及其過(guò)濾裝置和制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車尾氣處理方法及裝置，特別是一種用于機(jī)動(dòng)車（柴油車）尾氣 后處理系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)及其選擇性催化還原過(guò)濾裝置和該裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率高、燃油經(jīng)濟(jì)性好，在當(dāng)前能源緊張和排放限制日益嚴(yán)格的形 勢(shì)下，優(yōu)勢(shì)更加明顯。有關(guān)資料顯示，我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染中，柴油車占了氮氧化物 (NOx)排放的68. 1%，顆粒物（PM)的90%以上（參見(jiàn)中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部，《中國(guó) 機(jī)動(dòng)車污染防治年報(bào)》，2013)，柴油車已成為我國(guó)機(jī)動(dòng)車NOx和PM的主要排放者。因而，柴 油車排放后處理技術(shù)得到大量研究并取得長(zhǎng)足發(fā)展。一般綜合考慮柴油車的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、 設(shè)計(jì)、燃燒及標(biāo)定情況，在柴油車加裝尾氣后處理裝置，通過(guò)過(guò)濾、氧化或還原反應(yīng)將尾氣 中的PM、碳?xì)浠衔铮℉C)、一氧化碳（CO)以及NOx等主要污染物去除或轉(zhuǎn)化成無(wú)害的水 (H2O)、二氧化碳（CO2)及氮?dú)猓∟2),以滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)。
[0003] 如上所述，柴油車排放主要污染物是NOx和PM，而NOx和PM排放存在相互制約的關(guān) 系（trade-off)，目前對(duì)NOjJPPM的處理主要采取兩條不同技術(shù)路線：一條是共軌（CR) +選 擇性催化還原（SCR)路線還原NOx，即柴油機(jī)通過(guò)機(jī)內(nèi)燃燒改進(jìn)，PM排放較低（已經(jīng)達(dá)標(biāo)）， 而NOx排放則較高，此時(shí)需要采取SCR路線將NOx還原；另外一條是廢氣再循環(huán)（EGR) +柴油 機(jī)顆粒過(guò)濾器DPF/CDPF路線，此時(shí)將部分排氣通過(guò)廢氣再循環(huán)（EGR)方法EGR引回柴油機(jī) 的氣缸燃燒室，NOx排放較低（已經(jīng)達(dá)標(biāo)），而PM排放較高，此時(shí)需要加裝過(guò)濾裝置去除PM。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中柴油車后處理裝置主要有以下幾種：
[0005] 1)柴油氧化催化器（DOC)，主要用于氧化尾氣中的C0、HC以及PM中的可溶性有機(jī) 物（SOFs)，通常由陶瓷作為載體，在上面涂覆中間層（washcoat)，該中間層一般用三氧化 二鋁（Y-Al2O3)以提供較大比表面積，中間層中含有催化活性的貴金屬，主要為鉬（Pt)、鈀 (Pd)及銠（Rh);
[0006] 2)柴油顆粒過(guò)濾器（DPF)，用于過(guò)濾PM，主要是陶瓷或金屬作為載體，其大量的薄 壁通道上具有細(xì)小的微孔（微米級(jí)），尾氣通過(guò)后PM被過(guò)濾下來(lái)，通過(guò)再生等方法使DPF持 續(xù)工作，如申請(qǐng)?zhí)枮?200510047699. 8"，名稱為"一種復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過(guò)濾-再生 裝置"的中國(guó)發(fā)明專利所公開(kāi)的柴油車尾氣微粒過(guò)濾再生裝置，在對(duì)柴油車微粒進(jìn)行有效 過(guò)濾后，可在車載電源正常供電的情況下，實(shí)現(xiàn)智能化再生；
[0007] 3)選擇性催化還原（SCR)，主要是向排氣管中持續(xù)噴射尿素溶液，通過(guò)尿素水解 產(chǎn)生的氨（NH3)與尾氣中NOx在涂覆有催化劑的載體上發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，將NOx還 原為無(wú)害的N2，尾氣得以凈化，如申請(qǐng)?zhí)枮?201010118454.0"，名稱為"柴油車用儲(chǔ)液罐加 壓式尿素溶液計(jì)量噴射系統(tǒng)"的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)的尿素溶液計(jì)量噴射系統(tǒng)，可集成到柴 油車尾氣后處理裝置中對(duì)柴油車尾氣予以凈化。
[0008] 隨著排放法規(guī)愈加嚴(yán)格，如北美的Tier2Bin5和歐V/VI實(shí)施，要求NOjJPPM同 時(shí)得到去除，典型的后處理系統(tǒng)為DOC+CDPF/DPF+SCR或者DOC+SCR+CDPF/DPF。此時(shí)，整個(gè) 系統(tǒng)較復(fù)雜、成本高、體積大，給整車布置帶來(lái)諸多不便；此外還存在DPF主動(dòng)再生以及SCR尿素噴射溫度等問(wèn)題。與此同時(shí)，由于國(guó)內(nèi)燃油等問(wèn)題，部分發(fā)動(dòng)機(jī)的NOj^PPM排放均較 高，也要求能將NOx和PM同時(shí)去除；還有一些發(fā)動(dòng)機(jī)裝配共軌+SCR系統(tǒng)，由于受到發(fā)動(dòng)機(jī) 性能和穩(wěn)定性的制約，其PM排放仍然高于歐四/五標(biāo)準(zhǔn)，也需要將NOx與PM同時(shí)去除。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于凈化柴油車尾氣的機(jī)動(dòng)車尾氣后處 理系統(tǒng)及其過(guò)濾裝置和制造方法，能同時(shí)去除柴油車排放尾氣中的NOx與PM，以解決現(xiàn)有技 術(shù)中存在的上述問(wèn)題。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)的過(guò)濾裝置， 安裝在機(jī)動(dòng)車的尾氣排氣管上，能同時(shí)去除機(jī)動(dòng)車尾氣中的NOx和PM，包括：
[0011] 殼體，包括設(shè)置在所述殼體兩端的進(jìn)氣口和出氣口；
[0012] 過(guò)濾體，安裝在所述殼體內(nèi)，包括：PM過(guò)濾層，包括與所述殼體的中心同軸設(shè)置的 多孔金屬管，所述多孔金屬管上卷繞有內(nèi)層泡沫合金層（未涂覆催化劑），所述機(jī)動(dòng)車尾氣 經(jīng)所述進(jìn)氣口通過(guò)所述多孔金屬管導(dǎo)引并流經(jīng)所述內(nèi)層泡沫合金層后，所述機(jī)動(dòng)車尾氣中 的PM得到過(guò)濾并經(jīng)被動(dòng)再生除去；NOx還原層，包括卷繞在所述內(nèi)層泡沫合金層上的外層 泡沫合金層，所述外層泡沫合金層上涂覆有催化劑，所述外層泡沫合金層的孔徑大于所述 內(nèi)層泡沫合金層，所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的NOx和通過(guò)所述尾氣排氣管噴入的NH3在所述NOx還 原層中發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)被還原為N2，并經(jīng)過(guò)所述出氣口排出。
[0013] 上述的過(guò)濾裝置，其中，所述多孔金屬管包括：
[0014] 金屬環(huán)，對(duì)應(yīng)于所述進(jìn)氣口設(shè)置；
[0015] 金屬端蓋，對(duì)應(yīng)于所述出氣口設(shè)置；
[0016] 多條金屬筋，所述多條金屬筋的一端與所述金屬環(huán)連接，所述多條金屬筋的另一 端與所述金屬端蓋的邊緣連接，所述多條金屬筋包括一組左旋螺旋筋和一組右旋螺旋筋， 所述左旋螺旋筋和右旋螺旋筋分別交錯(cuò)連接為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的圓管。
[0017] 上述的過(guò)濾裝置，其中，還包括用于固定所述PM過(guò)濾層和NOx還原層的進(jìn)氣法蘭 和出氣法蘭，分別對(duì)應(yīng)于所述進(jìn)氣口和出氣口設(shè)置，所述多孔金屬管通過(guò)所述金屬環(huán)安裝 在所述進(jìn)氣法蘭上，所述進(jìn)氣法蘭對(duì)應(yīng)于所述金屬環(huán)設(shè)置有進(jìn)氣孔，所述多孔金屬管通過(guò) 所述金屬端蓋與所述出氣法蘭連接，所述出氣法蘭對(duì)應(yīng)于所述金屬端蓋設(shè)置有安裝孔。
[0018] 上述的過(guò)濾裝置，其中，所述外層泡沫合金層外還包覆有網(wǎng)格狀金屬柵層，以固定 并保持所述泡沫合金層卷繞泡沫的形狀。
[0019] 上述的過(guò)濾裝置，其中，所述進(jìn)氣法蘭和/或所述出氣法蘭與所述內(nèi)層泡沫合金 層的端部及所述NOx還原層的端部之間，設(shè)置有與所述內(nèi)層泡沫合金層的熱膨脹系數(shù)相同 的金屬絲網(wǎng)襯墊。
[0020] 上述的過(guò)濾裝置，其中，所述出氣法蘭設(shè)置有與所述出氣口連通的出氣通道，所述 出氣通道為設(shè)置在所述出氣法蘭的外緣上的凸臺(tái)與所述殼體之間形成的縫隙。
[0021] 上述的過(guò)濾裝置，其中，所述內(nèi)層泡沫合金層的孔徑為200-2000μm，所述外層泡 沫合金層的孔徑為1000-4000μm，。
[0022] 為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)，包括柴 油氧化催化劑和過(guò)濾裝置，其中，所述柴油氧化催化器通過(guò)第一段排氣管與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣出 口連接，所述過(guò)濾裝置通過(guò)第二段排氣管與所述柴油氧化催化器器連接，所述第二段排氣 管上設(shè)置有尿素噴嘴，所述過(guò)濾裝置為上述的過(guò)濾裝置。
[0023] 上述的機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)，其中，所述柴油氧化催化器器用于氧化去除機(jī)動(dòng) 車尾氣中HC、C0和PM中的部分SOFs，并將所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的NO氧化產(chǎn)生NO2，所述柴油 氧化催化器器包括金屬筒體和安裝在所述金屬筒體內(nèi)陶瓷載體，所述陶瓷載體上涂覆有貴 金屬催化劑。
[0024] 上述的機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)，其中，所述陶瓷載體為全流式蜂窩狀結(jié)構(gòu)，所述金 屬筒體的兩端安裝有進(jìn)氣法蘭和出氣法蘭。
[0025] 上述的機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)，其中，所述陶瓷載體和所述金屬筒體之間設(shè)置有 用于緩沖和密封的耐高溫襯墊。
[0026] 上述的機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)，其中，還包括尿素噴射控制單元，所述尿素噴射控 制單元分別與機(jī)動(dòng)車的車載電子控制單元及安裝在所述過(guò)濾裝置入口處的溫度傳感器連 接，通過(guò)所述車載電子控制單元獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩同時(shí)相應(yīng)的NOx值以及排氣流量 也一并獲取，通過(guò)所述溫度傳感器獲取所述過(guò)濾裝置入口處的溫度，尿素噴射控制單元根 據(jù)事先編入的程序確定所需尿素量并向所述尿素噴嘴發(fā)出指令噴射尿素。
[0027] 為了更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種上述過(guò)濾裝置的制造方法。為了 更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種用于機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)的過(guò)濾裝置，安裝 在機(jī)動(dòng)車的尾氣排氣管上，其中，能同時(shí)去除機(jī)動(dòng)車尾氣中的NOx和PM，包括：
[0028] 殼體，包括設(shè)置在所述殼體兩端的進(jìn)氣口和出氣口；以及
[0029] 過(guò)濾體，安裝在所述殼體內(nèi)，包括：
[0030] PM過(guò)濾層，包括多個(gè)片狀小孔徑泡沫合金片疊置的泡沫合金層，所述多個(gè)泡沫合 金片與所述殼體呈90度角垂直放置，所述機(jī)動(dòng)車尾氣經(jīng)所述進(jìn)氣口并流經(jīng)所述泡沫合金 層后，所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的PM得到過(guò)濾并經(jīng)被動(dòng)再生除去；以及
[0031] NOx還原層，包括多個(gè)大孔徑泡沫合金片疊置的泡沫合金層，所述大孔徑泡沫合金 片上涂覆有選擇性催化還原催化劑，所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的NOx和通過(guò)所述尾氣排氣管噴入 的NH3在所述NO還原層中發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)被還原為N2，并經(jīng)過(guò)所述出氣口排出。 [0032] 本發(fā)明的技術(shù)效果在于：
[0033] 本發(fā)明將SCR和DPF整合到一個(gè)催化反應(yīng)器中形成選擇性催化還原過(guò)濾裝置 (SCRf)，既簡(jiǎn)化了整個(gè)尾氣處理系統(tǒng)，減小了體積及降低了成本，又能實(shí)現(xiàn)NOx和PM同時(shí)去 除的目的。更為重要的是，與現(xiàn)有技術(shù)的后處理系統(tǒng)相比，本發(fā)明能夠在低溫冷啟動(dòng)時(shí)使其 入口溫度快速升高達(dá)到反應(yīng)所需，降低排放，同時(shí)也能夠有效利用DPF再生時(shí)的熱量，減少 熱損失。此外，本申請(qǐng)的DPF避免了現(xiàn)有技術(shù)中需要后噴燃油實(shí)現(xiàn)主動(dòng)再生的問(wèn)題，只需被 動(dòng)再生即可，也降低了系統(tǒng)成本及復(fù)雜性。
[0034] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的尾氣后處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的柴油機(jī)氧化催化器和過(guò)濾裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖3A為本發(fā)明一實(shí)施例的過(guò)濾裝置的主視圖；
[0038] 圖3B為圖3A的A-A剖視圖；
[0039] 圖3C為圖3A的過(guò)濾體剖視圖；
[0040] 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的多孔金屬管示意圖；
[0041] 圖5A為本發(fā)明一實(shí)施例的各泡沫合金層示意圖；
[0042] 圖5B為圖5A裝配效果圖；
[0043] 圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的過(guò)濾體爆炸圖；
[0044] 圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的過(guò)濾裝置工作原理圖。
[0045] 其中，附圖標(biāo)記
[0046] 1 機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)
[0047] 21 柴油氧化催化器
[0048] 22 過(guò)濾裝置
[0049] 221 殼體
[0050] 2211 進(jìn)氣口
[0051] 2212 出氣口
[0052] 2213 端錐
[0053] 222 過(guò)濾體
[0054] 2221 PM過(guò)濾器
[0055] 22211多孔金屬管
[0056] 222111 金屬環(huán)
[0057] 222112金屬端蓋
[0058] 222113 金屬筋
[0059] 22212內(nèi)層泡沫合金層
[0060] 2222 NOx 過(guò)濾器
[0061] 22221外層泡沫合金層
[0062]22222第三泡沫合金層
[0063] 2223 網(wǎng)格狀金屬柵層
[0064] 2224 金屬絲網(wǎng)襯墊
[0065] 2225 環(huán)形旁通道
[0066] 223 進(jìn)氣法蘭
[0067] 2231 進(jìn)氣孔
[0068] 224 出氣法蘭
[0069] 2241 安裝孔
[0070] 2242 凸臺(tái)
[0071] 23 第一排氣管
[0072] 24 第二排氣管
[0073] 25 尿素噴嘴
[0074] 26 尿素噴射控制單元
[0075] 27 混合器
[0076] 3 車載電子控制單元
[0077] 4 溫度傳感器
[0078] 5發(fā)動(dòng)機(jī)
[0079] 6尿素泵
[0080] 7尿素罐
【具體實(shí)施方式】
[0081] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述：
[0082] 參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的尾氣后處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的尾氣后 處理系統(tǒng)1，包括機(jī)動(dòng)車尾氣柴油氧化催化器21和過(guò)濾裝置22、車載電子控制單元3、尿素 系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（圖未示），所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與所述車載電子控制單元3連接，所述 尿素系統(tǒng)分別與所述車載電子控制單元3及所述機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)2連接，數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)包括車輛轉(zhuǎn)速采集模塊、車輛扭矩采集模塊、NOx傳感器、溫度傳感器4和壓力傳感器， 尿素系統(tǒng)包括尿素噴嘴25、尿素罐7和尿素泵6,尿素泵6分別與尿素罐7和尿素噴嘴25 連通，所述車載電子控制單元3與尿素泵6連接。因該尾氣處理系統(tǒng)1中的其他各組成部 分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系及功用等均為較成熟的現(xiàn)有技術(shù)，故在此不再贅述，下面僅對(duì)本發(fā)明的 機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)2予以詳細(xì)說(shuō)明。
[0083] 參見(jiàn)圖2,圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的柴油氧化催化器和過(guò)濾裝置結(jié)構(gòu)示意圖。包括 柴油氧化催化器21 (DOC)和過(guò)濾裝置22,所述柴油氧化催化器21通過(guò)第一排氣管23與機(jī) 動(dòng)車的發(fā)動(dòng)機(jī)5排氣出口連接，所述過(guò)濾裝置22通過(guò)第二排氣管24與所述柴油氧化催化 器21連接，所述第二排氣管24上設(shè)置有尿素噴嘴25。所述柴油氧化催化器21用于氧化去 除機(jī)動(dòng)車尾氣中HC、C0和PM中的部分SOFs，并將所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的NO氧化生成NO2,該 NO2可以將下游過(guò)濾裝置22過(guò)濾下來(lái)的PM氧化除去，即發(fā)生被動(dòng)再生反應(yīng)，還可以發(fā)生快 速SCR反應(yīng)，提高反應(yīng)效率。所述柴油氧化催化器21包括金屬筒體和安裝在所述金屬筒體 內(nèi)的陶瓷載體（圖未示），所述陶瓷載體上涂覆有貴金屬催化劑。本實(shí)施例中，所述陶瓷載 體為全流式蜂窩狀結(jié)構(gòu)，所述金屬筒體的兩端安裝有進(jìn)氣法蘭和出氣法蘭。其中，所述陶瓷 載體和所述金屬筒體之間還可設(shè)置有用于緩沖和密封的耐高溫襯墊。排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)5出來(lái) 后首先經(jīng)過(guò)D0C，排氣中的HC、C0以及SOFs被氧化去除，同時(shí)NO也被催化氧化成NO2 ;隨后 氣體流經(jīng)所述過(guò)濾裝置22,PM由內(nèi)層的泡沫過(guò)濾而除去，NOx由外部噴入的尿素水解/熱 解而來(lái)的NH3在涂覆有SCR催化劑的外層泡沫上還原而去除。由此，實(shí)現(xiàn)NOx和PM的同時(shí) 去除。
[0084] 本實(shí)施例中，還可包括尿素噴射控制單元26 (D⑶)，所述尿素噴射控制單元26分 別與車載電子控制單元3及安裝在所述過(guò)濾裝置22入口處的溫度傳感器4連接，通過(guò)所 述車載電子控制單元3獲取車輛轉(zhuǎn)速采集模塊和車輛扭矩采集模塊采集到的機(jī)動(dòng)車的轉(zhuǎn) 速和扭矩以獲得相應(yīng)的NOx值以及流量，D⑶通過(guò)CAN通訊從E⑶獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)所述 溫度傳感器4獲取所述過(guò)濾裝置22入口處的溫度，根據(jù)事先編入的程序確定所需尿素量 并向所述尿素噴嘴25發(fā)出指令噴射尿素。工作時(shí)，D⑶通過(guò)CAN(控制器局域網(wǎng)）通訊從 ECU(ElectronicControlUnit電子控制單元）獲取轉(zhuǎn)速和扭矩?cái)?shù)據(jù)，即可獲得相應(yīng)的NOx 值以及流量，同時(shí)通過(guò)溫度傳感器4獲取過(guò)濾裝置22入口處的溫度，再綜合考慮過(guò)濾裝置 22載體體積、NH3存儲(chǔ)等因素，由DCU向噴嘴發(fā)出指令噴射尿素，可采用開(kāi)環(huán)控制方式。具 體可為，ECU采集到數(shù)據(jù)點(diǎn)（轉(zhuǎn)速和扭矩），同時(shí)這點(diǎn)相應(yīng)的排氣情況（流量、濃度）等信 息也一并采集到，通過(guò)CAN通訊將此信息傳輸給DCU，DCU讀到此數(shù)據(jù)后再綜合溫度傳感器 4采集的溫度數(shù)據(jù)以及其他參數(shù)，在事先編入的程序的圖譜里找到對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，首先根據(jù)溫度 掃描和空速掃描試驗(yàn)得出該催化器基本性能，即：在不同溫度和不同空速下該催化器的NOx 還原效率，建立一個(gè)MAP，當(dāng)DCU從ECU得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩?cái)?shù)據(jù)后，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)MAP，對(duì) 應(yīng)轉(zhuǎn)速和扭矩那點(diǎn)的NOx和流量值也得到，溫度從溫度傳感器得到，再結(jié)合氨存儲(chǔ)特性，便 可確定尿素噴射量。然后噴出相應(yīng)量的尿素溶液。
[0085] 參見(jiàn)圖3A-3C，圖3A為本發(fā)明一實(shí)施例的過(guò)濾裝置22的主視圖，圖3B為圖3A的 A-A剖視圖，圖3C為圖3A的過(guò)濾體剖視圖。本發(fā)明的過(guò)濾裝置22,通過(guò)選擇性催化還原 和過(guò)濾實(shí)現(xiàn)同時(shí)去除機(jī)動(dòng)車尾氣中NOx和PM的目標(biāo)，包括：殼體221，包括設(shè)置在所述殼體 221兩端的進(jìn)氣口 2211和出氣口 2212,考慮到減少體積以及安裝和加工的工藝性，殼體221 的主體結(jié)構(gòu)可優(yōu)選為圓柱體，該進(jìn)氣口 2211和出氣口 2212可以通過(guò)端錐2213與圓柱體連 接為一個(gè)整體，該圓錐體的端錐2213可以使進(jìn)入和流出過(guò)濾裝置22的尾氣流通順暢，不產(chǎn) 生流量梯度，壓降分布均勻，可以更好地捕集顆粒物并發(fā)生SCR反應(yīng)；過(guò)濾體222,安裝在所 述殼體221內(nèi)，包括PM過(guò)濾器2221，該P(yáng)M過(guò)濾器2221，包括與所述殼體221的中心線同軸 設(shè)置的多孔金屬管22211，所述多孔金屬管22211上卷繞有內(nèi)層泡沫合金層22212,所述機(jī) 動(dòng)車尾氣經(jīng)所述進(jìn)氣口 2211通過(guò)所述多孔金屬管22211導(dǎo)引并流經(jīng)所述內(nèi)層泡沫合金層 22212后，所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的PM得到過(guò)濾并經(jīng)被動(dòng)再生除去；以及NOx還原層2222,包括 卷繞在所述內(nèi)層泡沫合金層22212上的外層泡沫合金層22221，所述外層泡沫合金層22221 上涂覆有選擇性催化還原催化劑，所述外層泡沫合金層22221的孔徑大于所述內(nèi)層泡沫合 金層22212,所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的NOx和通過(guò)所述尾氣排氣管噴入的NH3在所述NOx還原層 2222中發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)被還原為N2，并經(jīng)過(guò)所述出氣口 2212排出。
[0086] 本實(shí)施例中，所述NOx過(guò)濾器2222還包括第三泡沫合金層22222,用于將所述第二 合金泡沫層22221未完全凈化的NOx進(jìn)一步還原，所述第三泡沫合金層22222上涂覆有選 擇性催化還原劑，所述第三泡沫合金層22222的孔徑大于所述第二合金泡沫層22221。該過(guò) 濾裝置22的金屬部件均優(yōu)選采用金屬鋼材（SUS304)，各部件之間可采用焊接連接，以保證 了氣密性，提高其使用的耐久性。
[0087] 參見(jiàn)圖4,圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的多孔金屬管示意圖。所述多孔金屬管22211 包括：金屬環(huán)222111，對(duì)應(yīng)于所述進(jìn)氣口 2211設(shè)置；金屬端蓋222112,對(duì)應(yīng)于所述出氣口 2212設(shè)置；多條金屬筋222113,所述多條金屬筋222113的一端與所述金屬環(huán)222111連 接，所述多條金屬筋222113的另一端與所述金屬端蓋222112的邊緣連接，所述多條金屬筋 222113包括一組左旋螺旋筋和一組右旋螺旋筋,所述左旋螺旋筋和右旋螺旋筋分別交錯(cuò)連 接為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的圓管。該多孔金屬管22211可采用3維（3D)切割而成，為筋狀環(huán)繞螺旋結(jié) 構(gòu)，中間孔徑可根據(jù)使用要求設(shè)置不同尺寸。該多孔金屬管22211主要功用有兩個(gè)：1)支 撐卷繞好的內(nèi)層泡沫合金層22212,使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；2)導(dǎo)引氣體流動(dòng)。尾氣氣流經(jīng)該多孔金 屬管22211，隨后呈向外輻射狀流經(jīng)內(nèi)層泡沫合金層22212而得以凈化。
[0088] 參見(jiàn)圖5A、5B，圖5A為本發(fā)明一實(shí)施例的各泡沫合金層示意圖，圖5B為圖5A裝配 效果圖。過(guò)濾體222可以由三種不同孔徑泡沫卷繞而成。所述外層泡沫合金層22221或合 金第三合金層22222外還包覆有網(wǎng)格狀金屬柵層2223,以固定并保持所述外層泡沫合金層 22221或第三泡沫合金層22222卷繞泡沫的形狀。所述內(nèi)層泡沫合金層22212的孔徑為小 孔徑（200-2000μm)的未涂覆SCR催化劑的泡沫合金層，外層選用涂覆SCR催化劑的大孔 徑（1000μπι-5000μπι)泡沫。
[0089] 參見(jiàn)圖6,圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的過(guò)濾體爆炸圖。本實(shí)施例中，還可包括用于固 定所述PM過(guò)濾層2221和NOx還原層2222的進(jìn)氣法蘭223和出氣法蘭224,分別對(duì)應(yīng)于所 述進(jìn)氣口 2211和出氣口 2212設(shè)置，所述多孔金屬管22211通過(guò)所述金屬環(huán)222111安裝在 所述進(jìn)氣法蘭223上，所述進(jìn)氣法蘭223對(duì)應(yīng)于所述金屬環(huán)222111設(shè)置有進(jìn)氣孔2231，所 述多孔金屬管22211通過(guò)所述金屬端蓋222112與所述出氣法蘭224連接，所述出氣法蘭 224對(duì)應(yīng)于所述金屬端蓋222112設(shè)置有安裝孔2241。所述出氣法蘭224設(shè)置有與所述出 氣口 2212連通的出氣通道，所述出氣通道，，即凸臺(tái)2242與所述殼體221之間形成的縫隙 作為出氣通道。其中，所述進(jìn)氣法蘭223和/或所述出氣法蘭224與所述內(nèi)層泡沫合金層 22212的端部及所述NOx還原層2222的端部之間，設(shè)置有與所述內(nèi)層泡沫合金層22212的 熱膨脹系數(shù)相同的金屬絲網(wǎng)襯墊2224。其中，所述金屬絲網(wǎng)襯墊2224和所述第一合金泡沫 層22212和第二合金泡沫層22221之間還可設(shè)置有環(huán)形旁通道2225,所述環(huán)形旁通道2225 為涂覆有選擇性催化還原劑的合金泡沫層。該環(huán)形旁通道2225優(yōu)選采用孔徑3000μm的 涂覆有SCR催化劑的合金泡沫。
[0090] 參見(jiàn)圖7,圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的過(guò)濾裝置22工作原理圖。含有ΡΜ、Ν0χ等主要 污染物的尾氣從過(guò)濾裝置22的進(jìn)氣口 2211流入，通過(guò)進(jìn)氣端錐2213和進(jìn)氣法蘭223,經(jīng)多 孔金屬管22211導(dǎo)引，流經(jīng)內(nèi)層泡沫合金層22212,然后再依次流經(jīng)外層泡沫合金層22221 得以凈化，凈化后的氣體再經(jīng)出氣法蘭224和另一端的端錐2213,通過(guò)出氣口 2212排入大 氣。氣體首先流經(jīng)內(nèi)層泡沫合金層22212,該層采用小孔徑泡沫，PM在這層區(qū)域被過(guò)濾，被 過(guò)濾下來(lái)的PM可以通過(guò)被動(dòng)再生去除，以保證裝置運(yùn)行的連續(xù)性和穩(wěn)定性；隨后，氣體流 經(jīng)較大孔徑的外層泡沫合金層22221，該層區(qū)域泡沫涂覆有SCR釩基催化劑，尾氣中的NOx 和在第二段排氣管24上游噴入的NH3在該層區(qū)域發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，NOx被還原為 無(wú)害的N2 ;在外層泡沫合金層22221選用大孔徑泡沫還可以降低整個(gè)過(guò)濾裝置22的排氣背 壓。
[0091] 上面所述過(guò)濾裝置為徑向流（RadialDesign)結(jié)構(gòu)，氣流首先流經(jīng)多孔金屬管，隨 后呈向外輻射狀相繼流經(jīng)內(nèi)、外泡沫層，最終通過(guò)出氣口排出，氣體得以凈化。在本發(fā)明另 一實(shí)施例中，該過(guò)濾裝置還可以為軸向流（AxialDesign)結(jié)構(gòu)，即氣流通過(guò)進(jìn)氣口進(jìn)入該 過(guò)濾裝置，過(guò)濾裝置內(nèi)的片狀泡沫與殼體始終呈90度角垂直放置，泡沫層區(qū)域?yàn)槿舾善?沫堆積而成。前半部分區(qū)域可采用小孔徑泡沫合金，實(shí)現(xiàn)PM過(guò)濾功能，即PM過(guò)濾層；后半 部分區(qū)域可采用大孔徑涂覆有催化劑的泡沫合金，實(shí)現(xiàn)NOx還原功能，S卩NOx還原層。以此， 實(shí)現(xiàn)NOx和PM同時(shí)去除的目標(biāo)。
[0092] 關(guān)于PM的被動(dòng)再生，是NO2在280_350°C的溫度范圍內(nèi)與碳顆粒反應(yīng)，將碳顆粒氧 化去除而生成N0+C0的過(guò)程，本發(fā)明中，由內(nèi)層泡沫合金層22212的小孔徑泡沫過(guò)濾下來(lái)的 PM即碳顆粒能夠充分并優(yōu)先利用NO2，發(fā)生被動(dòng)再生反應(yīng)；NOx由外部噴入的NH3在涂覆釩基 催化劑的大孔徑泡沫上還原去除，這樣的體系中存在著對(duì)NO2的競(jìng)爭(zhēng)，如方程式（1)和（2) 所示。（1)式為PM被動(dòng)再生反應(yīng)，（2)式為快速SCR反應(yīng)。
[0093]N02+C-N0+C0 (I)
[0094]N0+N02+2NH3 - 2N2+H20 (2)
[0095] 本發(fā)明將小孔徑的泡沫合金（未涂覆催化劑）圍繞多孔通氣金屬管卷繞，作為內(nèi) 層；然后，將涂覆有SCR釩基催化劑（TiO2-V2O5-WO3)的較大孔徑泡沫合金圍繞內(nèi)層的泡沫 卷繞，作為外層。內(nèi)層選用小孔徑的泡沫合金，主要用來(lái)過(guò)濾PM，并通過(guò)上游DOC產(chǎn)生的 NO2，將過(guò)濾下來(lái)的PM經(jīng)被動(dòng)再生除去使得過(guò)濾裝置22能夠持續(xù)工作；經(jīng)過(guò)濾后的尾氣隨 后流經(jīng)外面的泡沫層，該層泡沫涂覆有SCR催化劑，噴入的尿素水解成NH3將NOx還原成無(wú) 害N2排放。本發(fā)明設(shè)計(jì)靈活，可實(shí)現(xiàn)30-85 %的PM過(guò)濾效率和50 % -95 %的NOx還原效率。
[0096] 本發(fā)明中，可通過(guò)單點(diǎn)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)考查過(guò)濾裝置22的NOx和PM同時(shí)去除效果：N0X 可以通過(guò)紅外分析儀（FTIR)或其他氣體分析儀器測(cè)量其尿素噴射前后濃度變化，可以算 出轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)還可以測(cè)量出N2O濃度而算出選擇性，即有多少NOx被還原為N2，有多少 NOx被還原為N20,N2O是溫室效應(yīng)氣體，對(duì)它的排放有限制，而N2則為無(wú)害氣體；PM去除效 率可以通過(guò)相關(guān)儀器測(cè)量得出，也可以通過(guò)過(guò)濾裝置22樣件的排氣背壓（或壓降）變化判 斷出。試驗(yàn)時(shí)，首先檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)5原始排放，然后再檢測(cè)裝有本發(fā)明裝置后尾氣的排放，由 此得到目標(biāo)污染物的轉(zhuǎn)化效率。下表為本發(fā)明的目標(biāo)污染物（NOj^PPM)的去除效率的ESC 測(cè)試結(jié)果（NOx還原效率及PM過(guò)濾效率）。
[0097]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)的過(guò)濾裝置，安裝在機(jī)動(dòng)車的尾氣排氣管上，其特 征在于，能同時(shí)去除機(jī)動(dòng)車尾氣中的N0 X和PM，包括： 殼體，包括設(shè)置在所述殼體兩端的進(jìn)氣口和出氣口；以及 過(guò)濾體，安裝在所述殼體內(nèi)，包括： PM過(guò)濾層，包括與所述殼體的中心線同軸設(shè)置的多孔金屬管，所述多孔金屬管上卷繞 有內(nèi)層泡沫合金層，所述機(jī)動(dòng)車尾氣經(jīng)所述進(jìn)氣口通過(guò)所述多孔金屬管導(dǎo)引并流經(jīng)所述內(nèi) 層泡沫合金層后，所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的PM得到過(guò)濾并經(jīng)被動(dòng)再生除去；以及 N0X還原層，包括卷繞在所述內(nèi)層泡沫層上的外層泡沫合金層，所述外層泡沫合金層上 涂覆有選擇性催化還原催化劑，所述外層泡沫合金層的孔徑大于所述內(nèi)層泡沫合金層，所 述機(jī)動(dòng)車尾氣中的N0X和通過(guò)所述尾氣排氣管噴入的NH 3在所述N0X還原層中發(fā)生選擇性 催化還原反應(yīng)被還原為N2，并經(jīng)過(guò)所述出氣口排出。
2. 如權(quán)利要求1所述的過(guò)濾裝置，其特征在于，所述多孔金屬管包括： 金屬環(huán)，對(duì)應(yīng)于所述進(jìn)氣口設(shè)置； 金屬端蓋，對(duì)應(yīng)于所述出氣口設(shè)置； 多條金屬筋，所述多條金屬筋的一端與所述金屬環(huán)連接，所述多條金屬筋的另一端與 所述金屬端蓋的邊緣連接，所述多條金屬筋包括一組左旋螺旋筋和一組右旋螺旋筋，所述 左旋螺旋筋和右旋螺旋筋分別交錯(cuò)連接為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的圓管。
3. 如權(quán)利要求2所述的過(guò)濾裝置，其特征在于，還包括用于固定所述PM過(guò)濾層和N0X 還原層的進(jìn)氣法蘭和出氣法蘭，分別對(duì)應(yīng)于所述進(jìn)氣口和出氣口設(shè)置，所述多孔金屬管通 過(guò)所述金屬環(huán)安裝在所述進(jìn)氣法蘭上，所述進(jìn)氣法蘭對(duì)應(yīng)于所述金屬環(huán)設(shè)置有進(jìn)氣孔，所 述多孔金屬管通過(guò)所述金屬端蓋與所述出氣法蘭連接，所述出氣法蘭對(duì)應(yīng)于所述金屬端蓋 設(shè)置有安裝孔。
4. 如權(quán)利要求1、2或3所述的過(guò)濾裝置，其特征在于，所述外層泡沫合金層外還包覆有 網(wǎng)格狀金屬柵層，以固定并保持所述外層泡沫合金層卷繞泡沫的形狀。
5. 如權(quán)利要求4所述的過(guò)濾裝置，其特征在于，所述進(jìn)氣法蘭和/或所述出氣法蘭與所 述內(nèi)部泡沫合金層的端部及所述N0X還原層的端部之間，設(shè)置有與所述內(nèi)層泡沫合金層的 熱膨脹系數(shù)相同的金屬絲網(wǎng)襯墊。
6. 如權(quán)利要求3或5所述的過(guò)濾裝置，其特征在于，所述出氣法蘭設(shè)置有與所述出氣口 連通的出氣通道，所述出氣通道為設(shè)置在所述出氣法蘭的外緣上的凸臺(tái)與所述殼體之間形 成的縫隙。
7. -種機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)，包括柴油氧化催化器和過(guò)濾裝置，其特征在于，所述柴 油氧化催化器通過(guò)第一排氣管與機(jī)動(dòng)車的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣出口連接，所述過(guò)濾裝置通過(guò)第二排 氣管與所述柴油氧化催化器連接，所述第二排氣管上設(shè)置有尿素噴嘴，所述過(guò)濾裝置為上 述權(quán)利要求1-9中所述的過(guò)濾裝置。
8. 如權(quán)利要求7所述的機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，所述柴油氧化催化器用 于氧化去除機(jī)動(dòng)車尾氣中HC、CO和PM中的部分SOFs，并將所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的NO氧化生 成N0 2，所述柴油氧化催化器包括金屬筒體和安裝在所述金屬筒體內(nèi)的陶瓷載體，所述陶瓷 載體上涂覆有貴金屬催化劑。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括尿素噴射控制 單元，所述尿素噴射控制單元分別與機(jī)動(dòng)車的車載電子控制單元及安裝在所述過(guò)濾裝置入 口處的溫度傳感器連接，通過(guò)所述車載電子控制單元獲取機(jī)動(dòng)車的轉(zhuǎn)速和扭矩以獲得相應(yīng) 的N0X值以及流量，通過(guò)所述溫度傳感器獲取所述過(guò)濾裝置入口處的溫度，根據(jù)預(yù)設(shè)所需尿 素量向所述尿素噴嘴發(fā)出指令噴射尿素。
10. -種上述權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的過(guò)濾裝置的制造方法。
11. 一種用于機(jī)動(dòng)車尾氣后處理系統(tǒng)的過(guò)濾裝置，安裝在機(jī)動(dòng)車的尾氣排氣管上，其特 征在于，能同時(shí)去除機(jī)動(dòng)車尾氣中的NO x和PM，包括： 殼體，包括設(shè)置在所述殼體兩端的進(jìn)氣口和出氣口；以及 過(guò)濾體，安裝在所述殼體內(nèi)，包括： PM過(guò)濾層，包括多個(gè)片狀小孔徑泡沫合金片疊置的泡沫合金層，所述多個(gè)泡沫合金片 與所述殼體呈90度角垂直放置，所述機(jī)動(dòng)車尾氣經(jīng)所述進(jìn)氣口并流經(jīng)所述泡沫合金層后， 所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的PM得到過(guò)濾并經(jīng)被動(dòng)再生除去；以及 NOx還原層，包括多個(gè)大孔徑泡沫合金片疊置的泡沫合金層，所述大孔徑泡沫合金片上 涂覆有選擇性催化還原催化劑，所述機(jī)動(dòng)車尾氣中的NOx和通過(guò)所述尾氣排氣管噴入的NH3 在所述NO還原層中發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)被還原為N2，并經(jīng)過(guò)所述出氣口排出。
【文檔編號(hào)】F01N3/035GK104279026SQ201410456826
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】李軍, 李廷民, 張玉虎, 河在魚(yú), 劉新勇, 王三霞 申請(qǐng)人:艾藍(lán)騰新材料科技(上海)有限公司