车辆及其尾气后处理系统

文档序号:446902 发布日期:2021-12-28 浏览:32次 >En<

阅读说明:本技术 车辆及其尾气后处理系统 (Vehicle and tail gas aftertreatment system thereof ) 是由 赵振兴 石伟 田园 于 2020-06-28 设计创作,主要内容包括:本发明涉及车辆尾气后处理系统领域,提供一种车辆及其尾气后处理系统,包括稀燃NO-(X)捕集装置,所述车辆尾气后处理系统还包括氧化亚氮捕集装置,所述氧化亚氮捕集装置位于所述稀燃NO-(X)捕集装置的下游,所述氧化亚氮捕集装置包括载体和涂覆于所述载体上的催化剂涂层,所述催化剂涂层包括贵金属,所述贵金属包括铑,并且所述铑在所述贵金属中的重量百分比不小于90%。在本发明的车辆尾气后处理系统中,先经过稀燃NO-(X)捕集装置,生成一定量的N-(2)O;而当尾气流动到氧化亚氮捕集装置处时,在铑为主要成分的催化剂涂层捕集下,N-(2)O被“无竞争”地吸附,使得排出到尾气后处理系统中的气体中N-(2)O含量大大降低。(The invention relates to the field of vehicle tail gas aftertreatment systems, and provides a vehicle and a tail gas aftertreatment system thereof, wherein the vehicle comprises lean burn NO X A trapping device, the vehicle exhaust aftertreatment system further comprising a nitrous oxide trapping device located at the lean NO X Downstream of the trap device, the nitrous oxide trap device includes a carrier and a catalyst coating coated on the carrier, the catalyst coating includes a noble metal, the noble metal includes rhodium, and the weight percentage of the rhodium in the noble metal is not less than 90%. In the vehicle exhaust aftertreatment system of the invention, lean NO is first passed X A trapping device for generating a certain amount of N 2 O; and when the tail gas flows to the nitrous oxide trapping device, N is trapped by the catalyst coating layer taking rhodium as a main component 2 O is adsorbed &#34;competitively&#34; so that N is present in the gas exiting the exhaust gas aftertreatment system 2 The content of O is greatly reducedLow.)

车辆及其尾气后处理系统

技术领域

本发明涉及车辆尾气后处理技术领域,特别涉及一种车辆及其尾气后处理系统。

背景技术

无论是搭载有柴油发动机的车型还是汽油发动机的车型,发动机及排放系统中或多或少的都会产生氧化亚氮(N2O)。尤其是匹配有LNT的轻型柴油车后处理系统,此现象更为明显,现有的轻型柴油车辆尾气后处理系统如图1所示,沿尾气排放方向,大致依次包括稀燃NOX捕集装置(lean NOX trap,LNT)1、柴油颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter,DPF)5和选择性催化还原装置(Selective Catalytic Reduction,SCR)6。

从增压器后的排气入口进入到尾气后处理系统中的气体中,NO占比90%以上。发动机浓燃时(例如加油门的工况),排到后处理系统的CO和NO,在LNT内部贵金属Pt、Pd、Rh的作用下生成一定量的N20,其反应公式为:2NO+CO→N2O+CO2

N2O产生的温室效应是CO2的310多倍。N2O已经被汽车行业所重视,例如现在轻型柴油车国Ⅵ法规中N2O的排放限值是30mg/km,据推测未来欧Ⅶ针对N2O排放限值会更加严格,但是N2O的减排是整个汽车行业的难题,仍没有行之有效的办法,有效对汽车减排N2O的设计已经迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此,本发明旨在提出一种车辆及其尾气后处理系统,所述车辆的尾气后处理系统能够有效降低尾气中氧化亚氮的含量。

为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:

一种车辆的尾气后处理系统,所述车辆的尾气后处理系统包括稀燃NOX捕集装置,所述车辆的尾气后处理系统还包括氧化亚氮捕集装置,所述氧化亚氮捕集装置位于所述稀燃NOX捕集装置的下游,所述氧化亚氮捕集装置包括载体和涂覆于所述载体上的催化剂涂层,所述催化剂涂层包括贵金属,所述贵金属包括铑,并且所述铑在所述贵金属中的重量百分比不小于90%。

进一步的,所述氧化亚氮捕集装置还包括壳体和衬垫,所述载体位于所述壳体中,所述壳体在两端具有开口,所述载体沿纵向的两端分别朝向对应侧的所述壳体的开口,所述衬垫夹设于所述载体的外周壁和所述壳体的内周壁之间;所述载体上形成有沿纵向延伸的多个孔道,所述孔道的内壁上涂覆有所述催化剂涂层。

进一步的,所述载体包括陶瓷、金属、碳化硅和钛酸铝中的一者和氧化铝;并且/或者,所述壳体从沿纵向从一端到另一端依次包括第一连接管段、第一扩张段、主体段、第二扩张段和第二连接管段,所述载体位于所述主体段内,所述第一扩张段和所述第二扩张段形成为从一端到另一端内径逐渐增大,并且所述第一扩张段和所述第二扩张段的内径较大的一端均朝向所述主体段。

进一步的,所述催化剂涂层中所述铑的含量与所述载体体积比值为大于100mg/L。

进一步的,所述尾气后处理系统还包括一氧化碳喷射装置,所述一氧化碳喷射装置位于所述氧化亚氮捕集装置的上游、用于向所述尾气后处理系统中喷射一氧化碳。

进一步的,所述一氧化碳喷射装置包括一氧化碳储存部、一氧化碳输送管路、流量控制部和喷嘴,所述流量控制部位于所述一氧化碳输送管路上,所述一氧化碳喷射装置设置为朝向所述尾气后处理系统中喷射高压一氧化碳。

进一步的,所述车辆包括控制系统,所述尾气后处理系统还包括温度传感器,所述温度传感器的信号输出端电连接于所述控制系统的信号输入端,所述控制系统的信号输出端电连接于所述流量控制部的信号输入端,以根据所述温度传感器的测量结果控制所述流量控制部的工作。

进一步的,所述温度传感器包括邻近所述稀燃NOX捕集装置设置的第一温度传感器和邻近所述氧化亚氮捕集装置设置的第二温度传感器。

进一步的,所述尾气后处理系统还包括柴油颗粒捕集器和选择性催化还原装置,沿所述尾气后处理系统中气流方向,所述稀燃NOX捕集装置、所述柴油颗粒捕集器、所述选择性催化还原装置、所述一氧化碳喷射装置和所述氧化亚氮捕集装置顺次设置。

本发明的另一方面提供一种车辆,设置有所述的车辆的尾气后处理系统。

在本发明的车辆的尾气后处理系统中,在所述稀燃NOX捕集装置的下游设置的所述氧化亚氮捕集装置2包括载体和涂覆于所述载体21上的催化剂涂层,用于对氧化亚氮进行针对性的捕集,氧化亚氮捕集装置起作用的催化器涂层中主要含有铑元素,铑元素能够很好对氧化亚氮进行捕集。当尾气(主要成分为NOX和CO)进入尾气后处理系统中时,先经过稀燃NOX捕集装置,在稀燃NOX捕集装置中,在贵金属Pt、Pd、Rh的作用下,主要对NO和CO进行捕集,生成一定量的N2O;而当尾气继续向下游流动到氧化亚氮捕集装置处时,此时,尾气中主要含有的氮氧化物为N2O,在铑为主要成分的催化剂涂层捕集下,N2O被“无竞争”地吸附在了氧化亚氮捕集装置催化剂涂层表面,从而使得排出到尾气后处理系统中的气体中N2O含量大大降低。

本发明的其它特征和优点将在随后的

具体实施方式

部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1为现有技术的尾气后处理系统的示意图;

图2为本发明实施方式所述的车辆的尾气后处理系统的示意图;

图3为图2中氧化亚氮捕集装置的内部结构示意图。

附图标记说明

1稀燃NOX捕集装置;2氧化亚氮捕集装置;21载体;22壳体;23衬垫;3一氧化碳喷射装置;31一氧化碳储存部;32一氧化碳输送管路;33流量控制部;34喷嘴;41第一温度传感器;42第二温度传感器;5柴油颗粒捕集器;6选择性催化还原装置

具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

在本发明中,需要理解的是,术语“背离”、“朝向”等指示的方位或位置关系与实际使用的方位或位置关系相对应;“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。这些都仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

本发明提供了一种车辆的尾气后处理系统,所述车辆的尾气后处理系统包括稀燃NOX捕集装置1,所述车辆的尾气后处理系统还包括氧化亚氮捕集装置2,所述氧化亚氮捕集装置2位于所述稀燃NOX捕集装置1的下游,所述氧化亚氮捕集装置2包括载体21和涂覆于所述载体21上的催化剂涂层,所述催化剂涂层包括贵金属,所述贵金属包括铑,并且所述铑在所述贵金属中的重量百分比不小于90%。

在本发明的车辆的尾气后处理系统中,在所述稀燃NOX捕集装置1的下游设置的所述氧化亚氮捕集装置2包括载体21和涂覆于所述载体21上的催化剂涂层,用于对氧化亚氮进行针对性的捕集,氧化亚氮捕集装置2起作用的催化器涂层中主要含有铑元素,铑元素能够很好对氧化亚氮进行捕集。当尾气(主要成分为NOX和CO)进入尾气后处理系统中时,先经过稀燃NOX捕集装置1,在稀燃NOX捕集装置1中,在贵金属Pt、Pd、Rh的作用下,主要对NO和CO进行捕集,生成一定量的N2O,其反应公式为:2NO+CO→N2O+CO2;而当尾气继续向下游流动到氧化亚氮捕集装置2处时,此时,尾气中主要含有的氮氧化物为N2O,在铑为主要成分的催化剂涂层捕集下,N2O被“无竞争”地吸附在了氧化亚氮捕集装置2催化剂涂层表面,从而使得排出到尾气后处理系统中的气体中N2O含量大大降低;其中,例如所述铑在所述贵金属中的重量百分可以是93%、95%或97%。

其中,所述贵金属除包括铑以外,还可以选择性地包括贵金属Pt、Pd、Rh等,但是金属铑为主要成分,其可以很好地捕集N2O,相比于其它贵金属更迅速有效地捕集N2O,并且以金属铑为主要成分也能够有效防止其它贵金属与CO发生反应而消耗CO,从而抑制对N2O的捕集和吸收;可以理解的是,在优选情况下,所述贵金属由铑组成,即贵金属仅包括铑。

并且,优选地,所述催化剂涂层中所述铑的含量与所述载体21体积比值大于100mg/L,以使得载体21上包含有足够量的铑用于与N2O反应,进一步优选地,所述催化剂涂层中所述铑的含量与所述载体21体积比值可以在180-220mg/L的范围内,例如190mg/L、200mg/L或210mg/L。

在一些实施方式中,所述氧化亚氮捕集装置2还包括壳体22和衬垫23,所述载体21位于所述壳体22中,所述壳体22在两端具有开口,所述载体21沿纵向的两端分别朝向对应侧的所述壳体22的开口,所述衬垫23夹设于所述载体21的外周壁和所述壳体22的内周壁之间;所述载体21上形成有沿纵向延伸的多个孔道,所述孔道的内壁上涂覆有所述催化剂涂层。气流从壳体22的一端进入壳体22内,并流经其中设置的载体21后再从另一端排出,在通过载体21时,气流流经载体21上的多个孔道,增大接触面积,从而在孔道上的催化剂涂层上有效吸附。

可选择地,所述载体21由惰性物质构成,例如陶瓷、金属、碳化硅和钛酸铝中的一者制成,并且所述载体21含有氧化铝,氧化铝提供较高的比表面积、增强N2O附着能力;衬垫23起到保证密封性和减震保护作用;催化剂涂层成分主要除包括贵金属外,还包括助剂,其中,助剂则有效提高催化剂活性、提高高温稳定性以及抗硫能力,所述助剂可以包括氧化锆和氧化铈中的一者或它们的组合。

并且,在结构上,作为一种选择,所述壳体22从沿纵向(延伸方向)从一端到另一端依次包括第一连接管段、第一扩张段、主体段、第二扩张段和第二连接管段,所述载体21位于所述主体段内,所述第一扩张段和所述第二扩张段形成为从一端到另一端内径逐渐增大,并且所述第一扩张段和所述第二扩张段的内径较大的一端均朝向所述主体段,从而使得主体段具有各个大的内径,即更大的内部空间,以容纳载体21,使流经主体段的气流能够在其中更充分地附着、捕集和反应。

优选地,所述尾气后处理系统还包括一氧化碳喷射装置3,所述一氧化碳喷射装置3位于所述氧化亚氮捕集装置2的上游、用于向所述尾气后处理系统中喷射一氧化碳。氧化亚氮捕集装置2中的催化剂涂层可以有效吸附N2O,将其裂解为N2和OX,但是,反应速度较慢,由此当N2O量较大时,为了更有效地,捕集并反应掉N2O,本申请的发明人设计在氧化亚氮捕集装置2前喷射一氧化碳气体,这有利于加快N2O裂解产生N2和OX,并迅速生成N2和CO2

具体地,在一些实施方式中,所述一氧化碳喷射装置3包括一氧化碳储存部31、一氧化碳输送管路32、流量控制部33和喷嘴34,所述流量控制部33位于所述一氧化碳输送管路32上,所述一氧化碳喷射装置3设置为朝向所述尾气后处理系统中喷射高压一氧化碳。其中,所述流量控制部33设置为可以测量、收集、反馈流经所述一氧化碳输送管路32的气流信息,并控制流经所述一氧化碳输送管路32的气流流量;所述一氧化碳储存部31可以包括一氧化碳储存罐和高压减压装置(例如高压泵)。

另外,所述车辆包括控制系统(可以为车辆的ECU),所述尾气后处理系统还包括温度传感器,所述温度传感器的信号输出端电连接于所述控制系统的信号输入端,所述控制系统的信号输出端电连接于所述流量控制部33的信号输入端,以根据所述温度传感器的测量结果控制所述流量控制部33的工作,本申请的发明人发现,对于所需要的一氧化碳的量,其与在上游产生的氮氧化物的量和在下游氮氧化物反应的速度有关,可以通过系统内温度传感器的温度信号来控制喷射到系统中的一氧化碳的量,从而为氮氧化物提供尽可能足够的一氧化碳,以使得氮氧化物能够充分反应,由不会造成一氧化碳喷射过多而造成一氧化碳大量逃逸污染空气。

优选地,所述温度传感器包括邻近所述稀燃NOX捕集装置1设置的第一温度传感器41和邻近所述氧化亚氮捕集装置2设置的第二温度传感器42,其中,第一温度传感器41邻近所述稀燃NOX捕集装置1设置包括了第一温度传感器41设置在所述稀燃NOX捕集装置1处的情况以及第一温度传感器41靠近所述稀燃NOX捕集装置1但是与所述稀燃NOX捕集装置1仍存在一定距离的情况,同理地,第二温度传感器42邻近所述氧化亚氮捕集装置2设置包括了第二温度传感器42设置在所述氧化亚氮捕集装置2处的情况以及第二温度传感器42靠近所述氧化亚氮捕集装置2但是与所述氧化亚氮捕集装置2仍存在一定距离的情况。本申请的发明人发现,对于所需要的一氧化碳的量,其与在上游产生的氮氧化物的量和在下游氮氧化物反应的速度有关,当上游稀燃NOX捕集装置1处温度在200℃-400℃并在保持温度范围内持续一段时间时,在上游氧化亚氮捕集装置2内会产生大量的氧化亚氮,需要喷射一氧化碳才能量氧化亚氮充分反应;而当下游的氧化亚氮捕集装置2中温度未达到一定温度时,例如未达到370°时,在氧化亚氮捕集装置2中,一氧化碳中和氧化亚氮的反应很慢,如果在上游喷射大量一氧化碳,则一氧化碳来不及与氧化亚氮反应就会逃逸到外界,造成对环境的污染,因此,可以设置当上游稀燃NOX捕集装置1处温度在200℃-400℃并在保持温度范围内持续第一时间(该第一时间可以根据不同车型来确定,例如70秒)并且下游的氧化亚氮捕集装置2中温度达到一定温度(该一定温度可以根据不同车型来确定,例如370°)时才喷射一氧化碳,从而有效防止过多的一氧化碳直接排到外界造成环境污染。

此外,本实施方式中,所述尾气后处理系统还包括柴油颗粒捕集器5和选择性催化还原装置6,沿所述尾气后处理系统中气流方向,所述稀燃NOX捕集装置1、所述柴油颗粒捕集器5、所述选择性催化还原装置6、所述一氧化碳喷射装置3和所述氧化亚氮捕集装置2顺次设置。

本发明的第二方面提供了一种车辆,设置有权所述的车辆的尾气后处理系统;所述车辆可以为轻型柴油车,当设置有所述车辆的尾气后处理系统后,尾气中N2O的含量大大降低,可将N2O排放量降到5~17mg/km的水平。

在本说明书的描述中,参考术语“一种实施方式“”、“一些实施方式”、“例如”或“示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。

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