用于處理排氣的催化轉(zhuǎn)化器和包括所述催化轉(zhuǎn)化器的后處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于處理排氣的催化轉(zhuǎn)化器和包含所述催化轉(zhuǎn)化器的排氣系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]使用已知為SCR (選擇性催化還原)的技術(shù)等等以減少從燃式發(fā)動機排放的氮氧化物NOx。這個技術(shù)涉及將特定劑量的尿素溶液添加到排氣線路中的排氣。尿素溶液能夠噴灑到排氣線路中，在此之后細小分布的尿素溶液在與熱排氣接觸時蒸發(fā)，使得氨形成。氨和排氣的混合物然后被引導穿過SCR催化轉(zhuǎn)化器。在那里，排氣中的氮氧化物中的氮與氨中的氮反應(yīng)，使得氮氣形成。氮氧化物中的氧氣與氨中的氫反應(yīng)，使得水形成。排氣中的氮氧化物因此在催化轉(zhuǎn)化器中還原成氮氣和水汽。通過正確地配給尿素，從燃式發(fā)動機排放的氮氧化物能夠很大程度地減少。
[0003]傳統(tǒng)SCR催化轉(zhuǎn)化器移除氮氧化物的能力與排氣溫度有關(guān)。最佳溫度取決于SCR催化轉(zhuǎn)化器中使用的活性催化材料的類型。傳統(tǒng)SCR催化轉(zhuǎn)化器移從排氣除氮氧化物的能力主要在低溫下是成問題的。排氣中的氮氧化物N Ox由一氧化氮NO和二氧化氮NO2構(gòu)成。傳統(tǒng)SCR催化轉(zhuǎn)化器從排氣移除氮氧化物的能力也取決于一氧化氮NO和二氧化氮顯2之間的比率。SCR催化轉(zhuǎn)化器還原排氣中的氮氧化物的量的能力在排氣包含等量的一氧化氮和二氧化氮時是最佳的。尤其來自柴油發(fā)動機的排氣通常包含比一氧化氮的比例明顯更低的二氧化氮的比例。流過SCR催化轉(zhuǎn)化器的排氣是影響SCR催化轉(zhuǎn)化器能力的另一因素。
[0004]在SCR催化轉(zhuǎn)換器上游的排氣線路中的氧化催化轉(zhuǎn)化器DOC (柴油氧化催化劑)的配置已知用于增加排氣中的二氧化氮的比例。氧化催化轉(zhuǎn)化器將一氧化氮NO氧化成二氧化氮N02。排氣中的二氧化氮比例因此能夠增加。然而，氧化催化轉(zhuǎn)化器將一氧化氮NO氧化成二氧化氮NO2的能力隨排氣溫度和流動變化。因此，氧化催化轉(zhuǎn)化器不能一直傳遞一氧化氮和二氧化氮之間的理想分布。氧化催化轉(zhuǎn)化器也形成排氣線路中的反壓力。
[0005]通常，SCR催化轉(zhuǎn)化器積累氨，所述氨然后與排氣中的氮氧化物反應(yīng)。在低溫下比在高溫下在SCR催化轉(zhuǎn)化器中積累更多的氨。這意味著積累的氨能夠與排氣中的快速溫度增加關(guān)連的被釋放且被引導出SCR催化轉(zhuǎn)化器。為了消除這種氨排放，氨逸流催化轉(zhuǎn)化器能夠設(shè)置在排氣線路中的SCR催化轉(zhuǎn)化器的下游。氨逸流催化轉(zhuǎn)化器一般包括諸如鉑的貴金屬的涂層，所述貴金屬的涂層將氨氧化成氮氣、氮氧化物和一氧化二氮。一氧化二氮是強大的溫室氣體。氨逸流催化轉(zhuǎn)化器也生成排氣線路中的反壓力。
[0006]在具有氧化催化轉(zhuǎn)化器D0C、微粒過濾器DPF、SCR催化轉(zhuǎn)化器和氨逸流催化轉(zhuǎn)化器ASC的傳統(tǒng)排氣系統(tǒng)中，在冷開啟之后需要相對長的時間達到尿素溶液能夠開始被添加的溫度。沒有來自排氣的氮氧化物的消除在這個加熱時段期間發(fā)生。
[0007]文件US 7，431，895描述了一種排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括具有設(shè)置成兩個層的活性催化材料的SCR催化轉(zhuǎn)化器。SCR部件能夠在外層中設(shè)置，且氮氧化物存儲部件能夠在內(nèi)層中設(shè)置。氮氧化物能夠借助于氮氧化物存儲部件在排氣具有較低溫度時暫時地存儲SCR催化轉(zhuǎn)化器中，并且在排氣到達較高溫度時被釋放。然而，氧化催化轉(zhuǎn)化器的存在是這個SCR催化轉(zhuǎn)化器良好工作的條件，所述氧化催化轉(zhuǎn)化器給SCR催化轉(zhuǎn)化器提供包含基本等同量的一氧化氮和二氧化氮的氮氧化物。如果隨著時間推移平均存在過剩的二氧化氮，則存儲能力將不能被高效地利用，因為存儲能力將一般被完全利用且缺少附加存儲的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的主要目的是提供一種催化轉(zhuǎn)化器，所述催化轉(zhuǎn)化器具有與冷開啟關(guān)連的存儲氮氧化物和減少氮氧化物排放的能力。其他目的是在基本所有操作溫度下提供氮氧化物的良好消除，并且基本防止已知為“氨逸流”的氨排放。
[0009]這些目的借助于前述類型的催化轉(zhuǎn)化器實現(xiàn)，所述催化轉(zhuǎn)化器的特征在于權(quán)利要求I的特征部分指明的特征。還原劑的注射僅在排氣系統(tǒng)中達到某個溫度之后開始。在冷開啟期間，排氣因此初始在沒有添加氨的情況下流過催化轉(zhuǎn)化器。內(nèi)層因此包括氮氧化物存儲材料和具有在載體材料上將一氧化氮氧化成二氧化氮的良好能力的催化材料。所述催化轉(zhuǎn)化器能夠用作系統(tǒng)中的氨逸流催化轉(zhuǎn)化器(ASC)，所述系統(tǒng)具有布置在上游的氧化催化轉(zhuǎn)化器、后續(xù)微粒過濾器和SCR催化轉(zhuǎn)化器。在冷開啟期間，氧化催化轉(zhuǎn)化器首先被加熱，于是氧化催化轉(zhuǎn)化器開始產(chǎn)生二氧化氮。在這個階段期間，微粒過濾器、SCR催化轉(zhuǎn)化器和氨逸流催化轉(zhuǎn)化器仍然是冷的。二氧化氮然后存儲在氮氧化物存儲材料中。一旦微粒過濾器已經(jīng)變熱且SCR催化轉(zhuǎn)化器已經(jīng)開始變熱，就能夠開始添加尿素，并且氮氧化物能夠開始被還原。一旦熱量到達氨逸流催化轉(zhuǎn)化器，存儲的氮氧化物就能夠被還原。這個催化轉(zhuǎn)化器也能夠用作對應(yīng)系統(tǒng)中的SCR催化轉(zhuǎn)化器。在這種情況下，實現(xiàn)在冷開啟期間存儲氮氧化物的較強能力。氮氧化物排放能夠在冷開啟期間借助于所述氮氧化物存儲功能減少，直到達到可以添加還原劑的溫度。
[0010]一旦最低必要操作溫度達到，還原劑的注射就開始，使得在排氣中形成氨。還原劑有利地是尿素溶液。到達催化轉(zhuǎn)化器的排氣和氨將初始與第一外層取得接觸。氨擴散到第一層中且被吸收到所謂的活性座中。排氣中的氮氧化物也擴散到第一層中，在第一層中，氮氧化物與所述活性座中的氨反應(yīng)，使得水和氮氣形成。氨和氮氧化物的濃度隨著與第一層的表面的距離一起減小。然而，氨的濃度比二氧化氮的濃度隨著與表面的距離更加快速地減小，因為氨被吸收到所述座位中，而氮氧化物能夠基本自由地擴散到第一層中，只要氮氧化物不與氨反應(yīng)。氮氧化物的一部分也穿入第二層中。
[0011]氮氧化物和氨反應(yīng)的傾向性在氨在相對低溫下正在添加到排氣的操作情況下是低的。第一層中的氮氧化物將因此與被吸收到所述座位中的氨以明顯更小的程度反應(yīng)。相對大量的氮氧化物將因此擴散到第二層中，在第二層中，氮氧化物的一部分將通過促進一氧化氮在第二層中氧化成二氧化氮的活性催化材料而氧化成二氧化氮。第二層中的二氧化氮擴散回到第一層，這導致在第一層中的相對深的深度處氨和氮氧化物之間的反應(yīng)數(shù)量顯著增加。在排氣低溫的情況下，第二層將促使催化轉(zhuǎn)化器的能力明顯增加且消除來自排氣的氮氧化物。當排氣低溫時，這是極度理想的，并且導致催化轉(zhuǎn)化器即使在低操作溫度下也能夠具有消除氮氧化物的良好能力。
[0012]氮氧化物和氨反應(yīng)的傾向性在還原劑正在注入排氣中且高溫占據(jù)的操作情況下是高的。擴散到第一層中的氮氧化物因此與已經(jīng)吸收到第一層中的氨幾乎立即反應(yīng)。所述反應(yīng)主要接近第一層的表面發(fā)生。僅小部分的氮氧化物到達第二層。第二層在這種情況下接收僅相對少量的氮氧化物，在這種情況下，第二層的存在僅以最低限度促使催化轉(zhuǎn)化器從排氣消除氮氧化物的能力增加。因為催化轉(zhuǎn)化器通常已經(jīng)具有在高溫下從排氣消除氮氧化物的良好能力，所以這是不必要的。催化轉(zhuǎn)化器因此具有在低和高排氣溫度下從排氣消除氮氧化物的良好能力。
[0013]相對大量的氨能夠在還原劑正在被注射且低溫占據(jù)催化轉(zhuǎn)化器的操作情況下存儲在第一層中。因為催化轉(zhuǎn)化器包括第二層，第二層具有氮氧化物存儲材料和具有促進一氧化氮氧化成二氧化氮的能力的催化材料，所以第二層能夠同時地包含大量的存儲二氧化氮。催化轉(zhuǎn)化器吸收氨的能力由于油門的發(fā)動機下壓減小。積累的氨將因此從座位中的第一層釋放。釋放的氨的一部分沿第二層的方向擴散，在第二層中與包含高比例的二氧化氮的存儲氮氧化物反應(yīng)，這意味著大部分的暫時釋放氨能夠被消除，因此在催化轉(zhuǎn)化器下游的氨排放能夠被消除。借助于存儲氮氧化物防止氨逸流的優(yōu)點是，氨在沒有產(chǎn)生一氧化二氮的情況下被消除。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，第二層包括貴金屬。通常，貴金屬具有作為與一氧化氮氧化成二氧化氮關(guān)連的催化劑的良好能力。第二層有利地包括鉑。鉑是為此目的極好的催化劑。鈀和銠是其他替換性貴金屬。然而，鈀和銠氧化氮氧化物的能力明顯低于鉑的能力。貴金屬在傳統(tǒng)氨逸流催化轉(zhuǎn)化器中用于將氨氧化成氮氣、一氧化二氮和一氧化氮。在存儲氮氧化物不足以消除暫時過剩的氨的情況下，貴金屬能夠幫助這么做。
[0015]根據(jù)本