内燃机排气后处理器系统及其应用相关专利信息介绍

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中华人民共和国国家知识产权局受理了一项发明专利申请，其公布号为2.4，公布日期为2020年6月30日，申请号为2.4。申请人系同济大学，位于上海市杨浦区四平路1239号。发明人为谭丕强和姚超捷。该专利由上海科盛知识产权代理有限公司代理，代理人为吴文滨。专利分类号为F01N 3/28（2006.01）。发明名称为“一种内燃机排气后处理器系统及其应用”，摘要中描述了该系统位于内燃机之后，并涉及了后处理的相关技术。

器系统由进气管（2）、若干后处理器（3）以及排气管（4）依次相连构成，其中后处理器（3）由壳体（11）组成，壳体（11）内部装有载体（5），载体（5）表面涂有控温涂层（6），该涂层（6）中含有添加剂，这些添加剂是从金属氧化物、金属碳酸盐或金属氢氧化物中选取的一种或多种。相较于现有技术，本发明能够将内燃机排气后处理系统的温度维持在适宜水平，这有助于提升DOC、SCR、TWC、LNT催化剂的活性。因此，它能有效降低内燃机排放尾气中的污染物含量，并且所使用的添加剂具备再生能力。详见权利要求书第1页、说明书第5页及附图第2页。专利号：CN A 2020.11.03，分类号：CN 11。

该内燃机排气后处理器系统与内燃机相连接，该系统由进气管、多个后处理器和排气管依次连接而成。后处理器内部设有壳体，壳体内装有载体，载体表面涂有控温涂层，涂层中含有金属氧化物、金属碳酸盐和金属氢氧化物等添加剂。依据权利要求1中描述的内燃机排气后处理装置，其显著特点在于，该装置所采用的金属氧化物是氧化镁或氧化钡中的任意一种或多种。

述金属碳酸盐包括碳酸镁和碳酸钡中的任意一种或数种。权利要求1中提及的内燃机排气后处理器系统具有以下特点：其中所用的金属氢氧化物是氢氧化镁或氢氧化钡中的任意一种或数种。此外，权利要求1所述的内燃机排气后处理器系统中，载体（5）与控温涂层（6）之间被催化剂层（7）所隔开。所述内燃机排气后处理器系统，其特点在于，该控温涂层（6）是通过以下步骤制备的：首先，将添加剂与去离子水充分混合，然后以每分钟/min的速度研磨36小时，制成浆液；接着，将此浆液均匀涂覆在载体（5）表面；随后，在特定温度下烘干36小时，并最终在450℃下进行热处理。

在550摄氏度的温度下进行12小时的焙烧处理，从而制得表面涂覆有控温涂层（6）的载体（5）。所述内燃机排气后处理器系统，依据权利要求1的描述，其显著特点在于，壳体（11）内部配备了保温层（12）。所述内燃机排气后处理器系统，依照权利要求1的描述，其显著特点为：壳体（11）的两端分别设为进气端与排气端；进气端配备有进气扩张管（8），该扩张管（8）的内径随着气体流动方向逐渐增大；排气端则装有排气收缩管（9），该收缩管（9）的内径同样沿气体流动方向逐渐减小。9.权利要求1描述的内燃机排气后处理系统，其显著特点在于，该系统的排气管（4）上配备了阀门（10）。10.此类系统与权利要求1至9中的任一系统相似。

所述的排气后处理器系统在控制内燃机温度方面具有应用价值。该权利要求书第1页第2项，涉及一种内燃机排气后处理器系统及其应用。技术领域方面，本发明归属于后处理器领域，特别针对内燃机排气后处理器系统及其应用进行了创新。内燃机凭借其出色的动力输出和成本效益，在交通、农业、工业以及电力生产等多个领域得到了广泛应用。然而，这类发动机的排放问题较为严重，对生态环境和人类健康构成了显著的威胁。国六排放标准以及非道路国四标准的逐步实施，促使除了运用先进的缸内净化技术之外，机外净化内燃机排气后处理器也已成为有效控制内燃机排放的关键技术途径。在广泛使用的内燃机中，柴油机和汽油机占据了主导地位。

油机方面，其后处理设备包括：柴油机的氧化催化转化器（DOC）、选择性催化还原装置（SCR）以及柴油颗粒捕集器（DPF）；而在汽油机领域，后处理设备则包括：三元催化器（TWC）、汽油颗粒捕集器（GPF）以及稀燃氮氧化物捕集技术（LNT）。DOC、SCR、TWC、LNT等催化剂主要通过催化作用降低内燃机排放的污染物，而温度对其效能有着显著影响。各类催化剂的适宜工作温度通常介于200至500摄氏度之间。尽管DPF和GPF对温度的要求相对较低，但它们的再生过程，尤其是被动再生，同样高度依赖于后处理器的温度。后处理器若温度过低或过高，其工作效能将显著下降；特别是当温度过高时，后处理器的性能会受到影响。

处理器温度过高可能造成永久性损害，对处理器本身构成威胁。特别是在混合动力汽车中，发动机频繁启动与停止，使得排气后处理器的温度波动较大，进而导致排放量增加。因此，在内燃机启动初期或冷启动阶段，后处理器的温度相对较低，此时必须安装额外的加热设备，以便迅速提升其工作效能；而在内燃机排放系统或后处理器温度过高的情况下，比如长时间处于高负荷状态，必须对后处理器进行有效冷却，以保证其正常运行和操作安全。实际上，在内燃机行业，尤其是混合动力领域，对内燃机排气后处理器的温度控制极为看重。常见的加热手段包括电加热和排气节流等，但它们都会对内燃机的燃油经济性产生不利影响。

速度并不算快；此外，内燃机的排气后处理器数量有限，且其效果并不理想。本发明旨在解决先前提到的问题，提供一种内燃机排气后处理器系统及其应用。该系统能够将处理器的温度维持在一个适宜的区间，这对DOC、SCR、TWC、LNT催化剂的活性大有裨益。通过这种方式，可以有效降低内燃机尾气中的污染物含量。此外，添加剂在高温下参与反应的原料与低温下产热反应的产物相互转化，形成一个循环，防止添加剂的过度消耗，并实现其可再利用。本发明的目标是通过以下技术途径达成：设计了一种内燃机尾气处理装置，该装置位于内燃机尾部，主要由一系列依次相连的进气管道构成。

所述后处理器包含壳体结构，该壳体内部安置有载体，载体表面涂有用于调节温度的涂层，该涂层含有特定的添加剂，这些添加剂是从金属氧化物、金属碳酸盐以及金属氢氧化物中选取的一种或多种。其中，优选使用的金属氧化物是氧化镁或氧化钡。在说明书的第1页第5段中，明确指出金属氧化物的添加量应控制在3.0至6.0克每升的载体范围内，同时，根据具体需求，也可适当调整添加量。此外，推荐的金属碳酸盐包括碳酸镁和碳酸钡，可以单独使用或混合使用。同样，推荐的金属氢氧化物则包括氢氧化镁和氢氧化钡，同样可以单独选用或进行组合。 0014 优选地，。

该控温涂层是通过以下步骤制备而成的：首先，将添加剂与去离子水充分混合，形成均匀的浆液；接着，对浆液进行研磨处理；然后，将研磨后的浆液均匀涂覆在载体表面；最后，经过烘干和焙烧工艺，成功制作出带有控温涂层的载体。在步骤(a)中，我们优先选用行星式球磨机进行研磨作业，该球磨机的转速设定在250至380r/min之间，研磨过程持续了36小时，最终得到的浆液颗粒度达到了D90标准，具体数值为220微米。在步骤(b)中，我们首先将载体放置在定量涂覆专机的涂覆腔内，然后向浆料盘中加入含有添加剂的浆液，进行精确的定量涂覆。此过程将浆料均匀涂覆在载体表面，形成一层受控温度的涂层。具体来说，烘干温度设定为，烘干时间则定在。

12小时后，进行12小时的焙烧处理，待焙烧完成后，将样品冷却至环境温度。此外，在优选方案中，所述的载体与控温涂层之间配置有催化剂层，该催化剂层的制作工艺与控温涂层相似，区别在于先涂覆催化剂浆液，随后再涂覆控温涂层浆液。所使用的催化剂可以是市场上已有的或文献中已公开的类型。优选方案中，该壳体内部配备了隔热层，该隔热层由纤维毡材料构成，并均匀地附着在壳体的内侧表面。此外，优选地，该壳体是用金属材料构建而成的。优选情况下，该载体采用蜂窝陶瓷制成，其形状为圆柱形，内部布满了用于尾气流通的通道。这些尾气通道的壁面以及载体的两端都涂有用于调节温度的涂层，并且载体表面还涂有催化剂。

在层状结构中，催化剂层被均匀地涂抹在尾气通道的侧壁上。更具体地，该壳体按照气体流动的方向被划分为进气端和排气端，进气端配备了进气扩张管，该扩张管的直径随着气体流动的方向逐渐变大。另外，排气端安装了排气收缩管，该收缩管的直径同样随着气体流动的方向逐渐缩小。优选情况下，该排气管配备了阀门装置。当内燃机长时间未启动使用时，应关闭此阀门，以避免添加剂与空气发生反应，从而减少冷启动时的加热效能。此外，这种排气后处理器系统在温度控制领域有着广泛的应用。以氧化镁作为添加剂的例子来看，在内燃机处于低排气温度的工作条件下，该添加剂与尾气中的某些成分发生热化学反应，进而对处理器进行加热提升。

高内燃机排气后处理器的温度得以提升，促使后处理器迅速进入高效温度区间，此时所发生的化学反应包括：水蒸气与氧化镁反应生成氢氧化镁并释放热量，二氧化碳与氧化镁及氢氧化镁反应生成更多的二氧化碳、水蒸气和热量。以氢氧化镁作为添加剂的例子，当内燃机在高排温工况下运行，特别是排气后处理器的温度升至380℃以上时，该添加剂在低温条件下与尾气发生的热化学反应产物会进一步产生吸热反应，从而有效降低内燃机排气后处理器系统的温度。这一化学反应的描述如下：Mg(OH)2与热量反应。

在H2O与MgO的反应中，生成了MgCO3和MgO，以及MgCO3与H2O和Mg(OH)2的生成。经过这一系列变化，添加剂得以恢复，为下一次加热做准备。本发明通过添加剂的化学反应特性，在内燃机运行至低排气温度工况时，添加剂与尾气中的一部分成分发生反应，从而产生热量，进而加热处理器，使其迅速进入高效温度窗口；而在高排气温度工况下，添加剂与尾气反应生成的产物在受热后分解，产生吸热反应，这一过程不仅有助于保护处理器并稳定其工作温度，还能使添加剂得到再生。相较于现有技术，本发明展现出以下几大优势：首先，通过添加剂在极端高温或低温条件下的吸热特性，实现了有效的温度调节。其次，该添加剂还能产生相应的效果。

热反应能将内燃机排气后处理器的温度维持在一个适宜的水平，这对DOC、SCR、TWC、LNT催化剂的活性极为有利，进而显著降低内燃机尾气中的污染物含量。与电加热、排气节流等手段不同，通过添加剂的化学反应来调节温度，不仅不会影响内燃机的燃油效率，而且对温度变化的响应速度也很快。采用MgO、BaO等物质作为反应的辅助成分，这些成分在反应过程中，当温度较高时，会参与反应，而温度较低时，它们又是产热反应的产物，从而形成一个循环体系，这样可以有效防止添加剂的过度消耗，确保其可循环利用。图1展示了内燃机排气后处理器系统的结构图；图2呈现了带有控温涂层的载体局部放大视图；图3描绘了带有控温装置的局部结构图。

图17展示了温涂层与催化剂层载体的局部放大图像；图0044呈现了带有保温层的壳体结构示意图。图中详细标注了：1. 内燃机；2. 进气管；3. 后处理器；4. 排气管；5. 载体；6. 控温涂层；7. 催化剂层；8. 进气扩张管；9. 排气收缩管；10. 阀门；11. 壳体；12. 保温层。具体实施方法，通过参照附图及具体的实施案例，对这一发明进行详尽的阐述。如图1所示，该内燃机配备了一种排气后处理器系统，该系统位于内燃机1的尾部。该后处理器系统由进气管2、若干个后处理器3以及排气管4依次相连构成。其中，后处理器3由壳体11组成，壳体11的内壁上安装有保温层12（如图4所示，载体5亦在其中）。

该设备内部布满了用于尾气流通的通道，这些通道可以是方形的，亦或是蜂窝状结构。壳体11中安置了载体5，载体5表面涂有控温涂层6（如图2所示），涂层6内含有添加剂，这些添加剂是从金属氧化物、金属碳酸盐和金属氢氧化物中选取的一种或多种。壳体11根据气体流动方向划分为进气端和排气端，进气端配备了进气扩张管8，该管内径随着气体流动方向逐渐增大；排气端则配备了排气收缩管9，该管内径随着气体流动方向逐渐减小。排气管4上安装了阀门10。在此之中，使用的金属氧化物包括氧化镁或氧化钡的单一种类或它们的组合，而金属碳酸盐则是由碳酸镁或碳酸钡中的某一种或几种构成，至于金属氢氧化物，则特指氢氧化镁或氢氧化钡。

19、的一种或多种。控温涂层6的制备方法如下：参照说明书第3/5页第5项CN A 5 0050，首先将添加剂与去离子水充分混合，接着进行研磨处理，使用行星式球磨机进行研磨操作，该球磨机的转速为每分钟若干转，研磨持续时间为36小时。研磨后的浆液颗粒度达到D90为22微米，从而获得所需浆液。接着，将步骤(a)所得的浆液均匀涂覆在载体5上，具体操作为将载体5置于定量涂覆专机的涂覆腔内，将含有添加剂的浆液倒入定量涂覆专机的浆料盘中，实施定量涂覆，使浆料在载体表面形成控温涂层。之后，进行烘干处理（烘干温度设定为特定值，烘干时间为36小时），并进一步进行其他处理。

通过控制焙烧过程，设定特定的焙烧温度，并在12小时的时间内完成焙烧操作，最终制得表面涂覆有控温涂层6的载体5。载体5与控温涂层6之间可以设置催化剂层7（如图3所示），其制备过程如下：首先，将催化剂与去离子水充分混合均匀，然后进行研磨处理，使用行星式球磨机进行研磨，该球磨机的转速为每分钟多少转，研磨时长为36小时，最终浆液的颗粒度研磨至D90达到220微米，从而得到催化剂浆液；其次，将添加剂与去离子水混合均匀，同样进行研磨，使用行星式球磨机，转速为每分钟多少转，研磨时长为36小时，浆液颗粒度研磨至D90为220微米，得到添加剂浆液。

先将催化剂浆液均匀涂抹于载体5之上，具体操作是将载体5置于涂覆专机的涂覆腔中，然后将步骤(a)制备的催化剂浆液倒入涂覆专机的浆料盘中，实施定量涂覆，使其在载体表面形成一层催化剂7。随后，对涂覆好的催化剂层进行烘干处理（烘干温度为特定值，持续时间为36小时）以及焙烧处理（焙烧温度为特定值，持续时间为12小时），最终获得带有催化剂层7的载体5；接着，将步骤(b)制备的添加剂浆液均匀涂覆在已涂覆催化剂层7的载体5上，具体操作是将带有催化剂层的载体5放置于涂覆专机的涂覆腔中，将添加剂浆液倒入涂覆专机的浆料盘中，再次实施定量涂覆，使浆料均匀覆盖在已涂覆催化剂层的载体上。

在载体5的表面，催化剂层7上形成了一层控温涂层6，随后该涂层经过36小时的烘干处理（烘干温度具体数值未给出）和12小时的焙烧过程（焙烧温度具体数值未给出），最终形成了带有催化剂层7和控温涂层6的载体5。此外，本发明还涉及排气后处理器系统在内燃机温度控制领域的一种应用。本实施例中，有一款内燃机排气后处理装置，该装置被安装在第一台内燃机的尾部。该装置由进气管、若干后处理装置和排气管依次连接而成。后处理装置内部装有壳体，壳体中放置有载体，载体表面涂有控温涂层。控温涂层中含有添加剂，这种添加剂是氧化钡，其含量为每升载体中3克。 后处理器系。

只需三分钟，温度即可上升至50摄氏度，且在450摄氏度下，能够维持两分钟不发生升温。本实施例中，所涉及的内燃机排气后处理器系统位于内燃机1的后部，该系统由进气管2、若干个后处理器3以及排气管4依次连接而成。后处理器3由壳体11构成，壳体11内部装有载体5，载体5之上布置有催化剂层7，而催化剂层7表面涂有控温涂层6。控温涂层6中含有添加剂，该添加剂为BaO，其含量为每升6克。后处理器系统仅需6分钟便可达到80摄氏度的温度，且在450摄氏度下能够维持3分钟不发生升温。0062 实施例3 0063 描述了一种内燃机排气后处理器系统，该系统位于内燃机尾部，由进气管2、多个后处理器3以及排气管4依次连接而成。

理器3由壳体11构成，壳体11内部安置有载体5，载体5表面涂有一层控温涂层6，该涂层中混入了添加剂，该添加剂为氧化镁（MgO），其含量为每升3克。根据后处理器说明书第4/5页的内容，系统2.5分钟内能将温度提升至55摄氏度，且在430摄氏度下能够维持2分钟不发生升温。在实施例4中，介绍了一种内燃机排气后处理器系统，该系统位于内燃机1的后部。该系统由进气管2、多个后处理器3以及排气管4依次连接而成。后处理器3由壳体11构成，壳体11内部装有载体5。载体5上布置有催化剂层7，而催化剂层7表面涂有控温涂层6。控温涂层6中含有添加剂，该添加剂为氧化镁（MgO），其含量为每升6克。

后处理器系统仅需5分钟就能达到95摄氏度的温度，且在430摄氏度下能维持3.5分钟不发生升温。本实施例展示了一种内燃机排气后处理装置，该装置位于内燃机1的尾部。该系统由进气管2、若干个后处理器3以及排气管4依次相连构成。后处理器3由壳体11组成，壳体11内部装有载体5。载体5上布置有催化剂层7，而催化剂层7表面涂有一层控温涂层6。控温涂层6中含有添加剂，这些添加剂包括氧化镁（MgO）和氧化钡（BaO），其浓度均为3克每升。后处理器系统仅需5分钟便可升至90摄氏度，且在430摄氏度下能够维持4分钟不升温。综上所述，我们可以观察到，氧化镁在控温方面的表现相较于氧化钡更为出色。此外，对实施例的详细描述旨在帮助该技术领域的普通技术人员更好地理解并应用这一发明。熟悉该技术领域的人员显然能够轻松对这些实施例进行各种调整，并且能够将文中阐述的普遍原理应用于其他实施例，无需付出创造性劳动。鉴于此，本发明并不仅限于所提及的实施例，只要该领域技术人员依据本发明的启示，在保持在本发明范畴内进行的改进和修改，均应包含在本发明的保护范围内。说明书的第5页至第5页，编号为CN A 7，包含图1、图2和图3。说明书附图的第1页至第2页，编号为CN A 8，展示了图4。说明书附图的第2页至第2页，编号为CN A 9。