[其他]排气系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种排气系统，且特别是涉及一种能够处理包括NOx的排气成分的排气系统。

背景技术

内燃机，包括柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机，以及本领域中已知的其他发动机，可排出包含固体、液体和气体组分的复杂混合物的排气。例如，排气的气体组分可包括诸如氮氧化物（“NOx”）和CO之类的化合物，且排气中的固体和/或液体组分可包括水溶性有机馏分、煤烟，和/或未燃烧的碳氢化合物。由内燃机排放的可溶性有机馏分、煤烟，以及未燃烧的碳氢化合物通常一起被称作“颗粒物质”。

政府基于发动机的类型、尺寸，和/或类别调节从此类发动机排放到大气中的排气。这些排放法规不断变得更加严格，且发动机制造商通常使用排气催化处理系统，以遵守这些法规。在此类系统中，还原剂，诸如，尿素或氨水，可注入到选择性催化还原（“SCR”）催化剂元件的排气上游，并且SCR催化剂元件中的催化剂材料可在还原剂存在情况下还原排气中所携带的NOx。此外，微粒过滤器可以捕获排气中所携带的颗粒物质的一部分。

SCR催化剂元件的有效性是基于其将排气中所携带的NOx转化成N₂和其它气态物，诸如，O₂和H₂O的能力。使SCR催化剂元件保持在所需温度范围内，并为其提供具有足够水平的NO₂的??排气流是协助最大化SCR催化剂元件的NOx转化效率的两个因素。但是，离开发动机的排气的温度通常远高于SCR催化剂元件的最佳温度范围。一般地，此类排气也具有远低于SCR催化剂元件的最佳的NOx还原所需范围的NO₂水平。因此，排气处理系统常常包括氧化催化剂元件，所述氧化催化剂元件设置在SCR催化剂元件上游，以协助使排气中存在的相对丰富的NO氧化。使NO氧化可增加存在于进入SCR催化剂元件的排气中的NO₂的??量，并且可以协助使SCR催化剂元件对NOx的转化最大化。

美国专利号6,928,806（“'806专利”）示出一种用于控制内燃机的NOx和颗粒物质排放的示例性的排气处理系统。具体地，'806专利公开了一种氧化催化剂元件、耦合在氧化催化剂元件下游的SCR催化剂元件，和耦合在SCR催化剂元件下游的微粒过滤器。所公开的氧化催化剂元件提高了进入SCR催化剂元件的NO₂的水平，且微粒过滤器在排气被释放到大气中之前去除排气中的颗粒。

尽管'806专利中公开的系统可协助去除颗粒物质，并减少排气中NOx的含量，但是'806专利的系统有几个缺点。例如，由于排气温度的动态性质和流速，可能难以将'806专利所采用的SCR催化剂元件的操作维持在其最佳温度和NO₂水平内。此外，'806专利所采用的SCR催化剂元件和微粒过滤器大且难以取出或更换进行维修。这些组件的尺寸也使其难以将排气处理系统封装在，例如，车辆或空间有限的其他机器的发动机舱中。此外，此类微粒过滤器需要使用各种加热装置的频繁的车载再生。此类加热装置难以使用，并且进一步增加了排气处理系统的成本和复杂性。此外，使用此类加热装置主动再生微粒过滤器需要将排气加热到可能有害于氧化和SCR催化剂元件中所用的催化剂材料的温度。

本实用新型的实施例旨在克服上述不足之处。

发明内容

在本实用新型的示例性实施例中，一种排气系统包括被配置成接收来自燃烧发动机的排气的排气通道、配置在排气通道内的热交换器，和流体地连接到热交换器的还原剂供应元件，还原剂供应元件包括甲烷。排气系统还包括流体地连接到热交换器且被配置成经由热交换器接收来自还原剂供应元件的甲烷的第一催化剂元件。排气系统进一步包括配置在排气通道内且被配置成经由热交换器接收来自燃烧发动机的排气的第二催化剂元件。排气系统还包括配置在排气通道内且被配置成接收组合流的清洁催化剂元件。组合流包括离开第一催化剂元件的排气和甲烷。

在本实用新型的另一个示例性实施例中，一种排气系统包括被配置成将从燃烧发动机接收的排气的温度降至约250° C到约400°C之间的热交换器。排气系统包括流体地连接到热交换器且被配置成使由热交换器加热的甲烷至少部分氧化的第一催化剂元件。排气系统进一步包括与第一催化剂元件并联地流体连接到热交换器的第二催化剂元件，第二催化剂元件被配置成使排气的成分氧化。排气系统进一步包括配置在第一和第二催化剂元件下游的清洁催化剂元件。清洁催化剂元件被配置成还原组合流的成分。组合流包括排气中的氧化成分和至少部分氧化的甲烷。