使用增强的DEF来减少发动机排出的NOx制造技术

将未增强的DEF和能够形成氨的无水固体还原剂混合以产生增强的DEF，将增强的DEF喷射进入发动机排气后处理系统中，该发动机排气后处理系统执行发动机排出的排气的选择性催化还原(SCR)。

Use enhanced DEF to reduce engine exhaust NOX

【技术实现步骤摘要】
使用增强的DEF来减少发动机排出的NOx
本公开总体上涉及通过将存储在位于车辆上的柴油机排气流体(DEF)存储箱中的DEF(柴油机排气流体)喷射到发动机排气后处理系统以将“发动机排出的”排气(废气)中的氮氧化物(NOx)选择性地催化还原(SCR)。
技术介绍
用于柴油发动机排气后处理的一种技术利用SCR(选择性催化还原)来实现已知的化学反应，该化学反应将NOx(氮氧化物)转化为氮气(N2)和水(H2O)，这两种成分在地球大气中大量存在。可仅在两种反应物之间发生反应：1)存储在SCR催化剂表面部位的氨(NH3)和排气中的NOx；或者2)这两种反应物和另外的反应物，氧气(O2)，如果氧气也存在于排气中的话。氨分子通过以下已知的化学反应来减少NOx：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2ONO+NO2+2NH3→2N2+3H2O6NO2+8NH3→7N2+12H2O为符合尾管排放标准，目前由柴油发动机推进的车辆通常都使用DEF(在某些地理区域已知为诸如AdBlue和AUS325的其它名称)，溶解在67.5wt％去离子水中的32.5wt％尿素的液体溶液。DEF存储在位于车辆上的DEF存储箱中。DEF存储箱通常暴露在天气中，当外部温度低于DEF冰点并且发动机长时间不运行时，箱中的DEF将冻结。具体的32.5％/67.5％的DEF配方使DEF具有共晶浓度，其中尿素和水在相同温度(即-12℃(10°F))下冻结/解冻。在尿素浓度大于32.5％的混合物中，尿素(而不是水)在不同于32.5％/67.5％浓度的冻结温度的温度下冻结，在尿素浓度小于32.5％的混合物中，水(而不是尿素)，在不同于32.5％/67.5％的冻结温度的温度下冻结。尿素浓度大于32.5％wt将为每单位体积的DEF提供更多用于还原NOx的氨的可能性，但32.5％/67.5％的标准溶液用于避免在液体DEF中产生冰晶或尿素晶体，这可能对DEF喷射系统以合适的流体量和/或在32.5％的尿素浓度下喷射DEF的能力具有不利的效果。虽然DEF的水成分提供了使尿素易于溶解的液体介质，但是水需要通过发动机排气热蒸发以释放尿素，并且尿素需要发动机排气热以分解成氨，以使氨分子能附着到在后处理系统中的SCR催化剂的涂层表面上的催化部位，并且可以通过催化转化成N，(氮气)和H2O(水)来还原穿过那些表面的排气中的NOx。喷射进入后处理系统的DEF的量相对于发动机运行和发动机排气温度来进行控制，以减轻氨泄漏(ammoniaslip)和排气系统表面上沉积物的形成。使喷射的DEF和发动机排气流动通过混合器，可以通过改善DEF向期望的还原剂(氨)的转化而在一定程度上减缓沉积物的形成，但是用于流动通过混合器的足够的路径长度可能受到在具体的车辆中的用于后处理系统的可用封装空间的约束，或者混合器可能对排气流体具有不期望的限制性的作用。虽然后处理再生事件将分解或反应掉沉积物，但更频繁地使用此类事件来减轻沉积物形成会降低燃料效率和排气系统寿命。如果氨泄漏不能被限制为小于指定的尾管排出量的氨，则后处理系统可能要额外的成本，需要SCR催化剂下游的氨泄漏催化剂。
技术实现思路
本公开引入用于在发动机提供动力的车辆上产生“增强的”DEF的装置和方法，其通过将无水氨形成水可混溶的固体还原剂(例如尿素)与具有32.5％尿素浓度的标准DEF混合以产生更高还原剂浓度的溶液，然后将该溶液喷射进入发动机排气后处理系统，其中排气中的氮氧化物(NOx)通过与通过排气热从溶液中释放出来的氨(NH3)的催化反应转化为氮气(N2)和水(H2O)。标准DEF和“未增强的DEF”在这里可互换使用，表示具有32.5％/67.5％尿素/水的DEF，而“增强的DEF”表示具有大于32.5％尿素的溶液。增强的DEF比标准DEF具有更小的每单位体积溶液的水组分百分比，并因此每单位体积的增强的DEF溶液需要更少量的发动机排气热来蒸发水组分。该热差能用于将增加的尿素组分中的一些转化为氨，其余的尿素组分通过额外的发动机排气热转化。因为与标准DEF相比，增强的DEF提供了每单位体积流体的发动机排出的NOx减少，所以使用增强的DEF的发动机可以在更高的温度下运行，这增加了发动机排出的NOx但是也提供了比使用标准DEF的相同的发动机更高的运行效率，同时保持与当发动机使用标准DEF时相同的适用尾管排出的NOx排放标准的顺应性。二级还原剂存储器保存能够形成氨(例如氨基甲酸铵)的固体无水尿素或类似的无水固体还原剂。发动机控制单元(ECU)控制固体还原剂的量和来自DEF存储箱的DEF的量，它们混合在一起以产生“增强的”DEF，其为具有尿素大于32.5％wt和水小于67.5％wt的溶液。还原剂喷射系统以由DEF供应模块控制的量喷射增强的或未增强的DEF。ECU(发动机控制单元)监控发动机运行并控制固体还原剂和标准DEF的比例，以避免混合物中不溶解的固体并产生期望的尿素浓度，该期望的尿素浓度适合于发动机如何运行以使尾管排出的NOx符合适用的尾管排出的NOx排放标准，同时减轻氨泄漏和后处理系统表面上沉积物的形成。所要求保护的主题的一个总体方面涉及一种由柴油发动机操作的机动车辆，该柴油发动机具有排气后处理系统，排气后处理系统包括具有入口和出口的排气流动路径，发动机排出的柴油机排气通过该入口进入，处理过的柴油机排气通过该出口离开。柴油氧化催化剂(DOC)处理发动机排出的排气。柴油颗粒物过滤器(DPF)处理来自DOC(柴油氧化催化剂)的排气流体，并且主SCR催化剂具有包含催化材料的表面，来自DPF的排气流体穿过该表面。柴油机排气流体(DEF)存储箱保存未增强的DEF，并且二级还原剂存储器保存能够形成氨的无水固体还原剂。无水固体还原剂和未增强的DEF在混合区中混合以产生增强的DEF，并且DEF喷射器喷射增强的DEF以夹带来自DPF的排气流体，以使穿过主SCR催化剂的催化材料的排气流体中的一些NOx能进行催化还原。所要求保护的主题的另一个总体方面涉及刚刚描述的柴油机排气后处理系统。所要求保护的主题的另一个总体方面涉及一种产生增强的DEF的方法。通过本专利技术进一步详细说明而实现的前述
技术实现思路
存在于参见作为本专利技术一部分的以下附图的下文详细说明中。附图说明图1示出了由内燃机推进的机动车辆。图2是发动机的总体示意图，示出了其排气后处理系统的细节。图3是示出排气后处理系统的一部分的第一实施例的示意图。图4是示出排气后处理系统的一部分的第二实施例的示意图。图5是示出排气后处理系统的一部分的第三实施例的示意图。图6是示出排气后处理系统的一部分的第四实施例的示意图。图7是示出排气后处理系统的一部分的第五实施例的示意图。图8是示出排气后处理系统的一部分的第六实施例的示意图。图9是示出排气后处理系统的一部分的第七实施例的示意图。具体实施方式图1示出了诸如公路牵引车的卡车车辆10，其具有底盘12和支承在底盘12的框架上的驾驶室本体14，底盘12还支承动力系18的燃料消耗发动机16。发动机16通过动力系18的传动系运作以驱动车轮20，车轮20在地面上推进卡车车辆。图2示出了具有发动机进气系统22的发动机16，发动机进气系统22用于将空气输送到发动机气缸24，燃料被喷射到发动机气缸24中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由柴油发动机推进的机动车辆，所述柴油发动机包括排气后处理系统，所述排气后处理系统形成具有入口和出口的排气流动路径，发动机排出的柴油机排气通过所述入口进入，处理过的柴油机排气通过所述出口离开，所述排气流动路径包括：1)用于处理发动机排出的排气的柴油氧化催化剂(DOC)，2)用于处理来自所述DOC的排气流体的柴油颗粒物过滤器(DPF)，和3)具有供来自所述DPF的排气流体穿过的、包含催化材料的表面的主SCR催化剂；保存未增强的DEF的柴油机排气流体(DEF)存储箱；保存能够形成氨的无水固体还原剂的二级还原剂存储器；混合区，在所述混合区中混合所述无水固体还原剂和所述未增强的DEF以产生增强的DEF；以及DEF喷射器，所述DEF喷射器用于喷射所述增强的DEF以夹带来自所述DPF的排气流体，以使穿过所述主SCR催化剂的催化材料的排气流体中的一些NOx能进行催化还原。

【技术特征摘要】
2018.01.31 US 15/884,8161.一种由柴油发动机推进的机动车辆，所述柴油发动机包括排气后处理系统，所述排气后处理系统形成具有入口和出口的排气流动路径，发动机排出的柴油机排气通过所述入口进入，处理过的柴油机排气通过所述出口离开，所述排气流动路径包括：1)用于处理发动机排出的排气的柴油氧化催化剂(DOC)，2)用于处理来自所述DOC的排气流体的柴油颗粒物过滤器(DPF)，和3)具有供来自所述DPF的排气流体穿过的、包含催化材料的表面的主SCR催化剂；保存未增强的DEF的柴油机排气流体(DEF)存储箱；保存能够形成氨的无水固体还原剂的二级还原剂存储器；混合区，在所述混合区中混合所述无水固体还原剂和所述未增强的DEF以产生增强的DEF；以及DEF喷射器，所述DEF喷射器用于喷射所述增强的DEF以夹带来自所述DPF的排气流体，以使穿过所述主SCR催化剂的催化材料的排气流体中的一些NOx能进行催化还原。2.如权利要求1所述的机动车辆，其特征在于，所述混合区在递送管道内，DEF供应模块通过所述递送管道将所述DEF从所述DEF存储箱递送到所述DEF喷射器。3.如权利要求2所述的机动车辆，其特征在于，所述无水固体还原剂包括小颗粒，并且螺旋输送器将所述小颗粒从所述二级还原剂存储器输送到所述递送管道。4.如权利要求1所述的机动车辆，其特征在于，所述混合区包括混合室的内部，所述混合室在递送管道的外部，DEF供应模块通过所述递送管道将所述DEF从所述DEF存储箱递送到所述DEF喷射器。5.如权利要求4所述的机动车辆，其特征在于，所述无水固体还原剂包括小颗粒，并且螺旋输送器将所述小颗粒从所述二级还原剂存储器输送到所述混合室的内部。6.如权利要求5所述的机动车辆，其特征在于，包括至少一个加热器，所述至少一个加热器用于在所述小颗粒离开二级反应物存储器之后加热它们。7.如权利要求6所述的机动车辆，其特征在于，所述至少一个加热器包括：第一加热器和第二加热器，所述第一加热器用于加热由所述螺旋输送器输送的所述小颗粒，所述第二加热器用于当所述小颗粒在所述混合室的内部与所述DEF混合时加热所述小颗粒。8.如权利要求4所述的机动车辆，其特征在于，所述无水固体还原剂包括小颗粒，并且所述混合区包括混合室的内部，在所述混合室的内部设置搅拌器以在所述小颗粒与所述DEF混合时搅拌所述小颗粒。9.如权利要求8所述的机动车辆，其特征在于，螺旋输送器将所述小颗粒从所述第二还原剂存储器输送到所述混合室的内部，并且至少一个加热器加热所述小颗粒。10.如权利要求9所述的机动车辆，其特征在于，所述至少一个加热器包括：第一加热器和第二加热器，所述第一加热器用于加热由所述螺旋输送器输送的所述小颗粒，所述第二加热器用于当所述小颗粒在所述混合室的内部与所述DEF混合时加热所述小颗粒。11.如权利要求4所述的机动车辆，其特征在于，包括阀，这些所述阀选择性地可操作到第一状态和第二状态，所述第一状态将所述未增强的DEF从所述DEF供应模块转移到所述混合室的内部，以与所述无水固体还原剂混合而产生增强的DEF并且允许所述增强的DEF从所述混合室递送到所述DEF喷射器，同时防止将所述未增强的DEF递送到所述DEF喷射器，所述第二状态防止将来自所述DEF供应模块的所述未增强的DEF转移到所述混合室的...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·J·阿道曼，D·高斯比，N·辛格，
申请(专利权)人：万国引擎知识产权有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US