CN218062434U - 用于后处理系统的催化和加热混合器以及后处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于后处理系统的催化和加热混合器以及后处理系统。一种用于后处理系统的催化和加热混合器，包括壳体、在壳体内的金属基底。该金属基底被配置成将废气与还原剂混合以获得废气‑还原剂混合物，并且该金属基底包括在该金属基底的至少一部分上的催化剂涂层。催化和加热混合器还包括在壳体内的加热元件。加热元件被配置成在废气通过催化和加热混合器时加热废气。

Description

用于后处理系统的催化和加热混合器以及后处理系统

技术领域

本公开内容总体上涉及用于与内燃发动机一起使用的后处理系统。

背景技术

排气后处理系统(exhaust aftertreatment system)被用于处理由内燃发动机产生的废气。排气后处理系统可以包括氧化催化器、颗粒过滤器和选择性催化还原系统，以在将废气排出到环境中之前处理废气。通过使用排气后处理系统处理废气，排气后处理系统降低了废气中有害排放物的水平，否则这些有害排放物将被排放到大气中。

实用新型内容

根据本公开内容的一些方面，公开了一种用于后处理系统的催化和加热混合器(catalyzed and heated mixer)。该催化和加热混合器包括壳体；在壳体内的金属基底，其中金属基底被配置成将废气与还原剂混合以获得废气-还原剂混合物，并且其中金属基底包括在该金属基底的至少一部分上的催化剂涂层；以及在壳体内的加热元件，其中加热元件被配置成在废气通过该催化和加热混合器时加热废气。加热元件是电加热线圈。催化剂涂层是选择性催化还原涂层。选择性催化还原涂层包括钒涂层、铁-沸石涂层或铜/铁-沸石涂层。催化和加热混合器还包括具有多于一个开口的穿孔板，以允许废气和还原剂进入催化和加热混合器。加热元件包括第一加热元件和第二加热元件。催化剂涂层是柴油氧化催化剂涂层。控制器被配置成基于催化和加热混合器的入口处的废气的温度来激活加热元件。

根据本公开内容的一些其他方面，公开了一种后处理系统。该后处理系统包括选择性催化还原系统和在选择性催化还原系统的上游的催化和加热混合器，该催化和加热混合器包括壳体；在壳体内的金属基底，其中金属基底被配置成将废气与还原剂混合以获得废气-还原剂混合物，并且其中金属基底包括在该金属基底的至少一部分上的催化剂涂层；以及在壳体内的加热元件，其中加热元件被配置成在废气通过该催化和加热混合器时加热废气。催化和加热混合器被定位在后处理系统的颗粒过滤器的下游。加热元件包括第一加热元件和第二加热元件，并且其中第一加热元件和第二加热元件中的至少一个是电加热线圈。催化剂涂层是选择性催化还原涂层，该选择性催化还原涂层包括钒涂层、铁-沸石涂层或铜/铁-沸石涂层。催化和加热混合器还包括具有多于一个开口的穿孔板，以允许废气和还原剂进入催化和加热混合器。该后处理系统还包括控制器，该控制器被配置成基于催化和加热混合器的入口处的废气的温度来激活加热元件。

根据本公开内容的一些其他方面，公开了一种后处理系统。该后处理系统包括氧化催化器和在氧化催化器的上游的催化和加热混合器，该催化和加热混合器包括壳体；在壳体内的金属基底，其中金属基底被配置成将废气与还原剂混合以获得废气-还原剂混合物，并且其中金属基底包括在该金属基底的至少一部分上的催化剂涂层；以及在壳体内的加热元件，其中加热元件被配置成在废气通过该催化和加热混合器时加热废气。加热元件包括第一加热元件和第二加热元件，并且其中第一加热元件和第二加热元件中的至少一个是电加热线圈。催化剂涂层是柴油氧化催化剂涂层。催化和加热混合器还包括具有多于一个开口的穿孔板，以允许废气和还原剂进入催化和加热混合器。

应理解，前述构思和下文更详细论述的另外的构思的所有组合(假设这样的构思不是互相不一致的)被设想为本文公开的主题的一部分。特别地，出现在本公开内容结尾处的所要求保护的主题的所有组合被设想为本文公开的主题的一部分。

附图说明

结合附图，本公开内容的前述特征和其他特征从以下描述和所附权利要求中将变得更充分明显。理解这些附图仅描绘了根据本公开内容的若干种实施方式并且因此不应被认为是对其范围的限制，将通过使用附图以另外的具体性和细节来描述本公开内容。

图1是根据本公开内容的一些实施方案的后处理系统的示例性框图。

图2A是根据本公开内容的一些实施方案的在图1的后处理系统中使用的催化和加热混合器的示例性前透视图。

图2B是根据本公开内容的一些实施方案的图2A的催化和加热混合器的示例性后视图。

图2C是根据本公开内容的一些实施方案的图2A的催化和加热混合器的示例性透视剖视图。

图2D是根据本公开内容的一些实施方案的图2A的催化和加热混合器的示例性侧剖视图。

图2E是示出根据本公开内容的一些实施方案的图2A的催化和加热混合器的示例性前视图，其中移除催化和加热混合器的穿孔板，更详细地示出第一加热元件。

图2F是根据本公开内容的一些实施方案的图2E的催化和加热混合器的示例性透视图。

图2G是根据本公开内容的一些实施方案的图2E的催化和加热混合器的示例性透视剖视图。

图2H是根据本公开内容的一些实施方案的图2A的催化和加热混合器的示例性透视图，其中移除穿孔板和第一加热元件。

图2I是根据本公开内容的一些实施方案的图2A的催化和加热混合器的壳体和基底的实例，其中移除穿孔板、第一加热元件和第二加热元件。

图2J是根据本公开内容的一些实施方案的催化和加热混合器的穿孔板的另一个实例。

图3是示例性流程图，其概述根据本公开内容的一些实施方案的用于以开/关模式操作图2的催化和加热混合器的操作。

图4是示例性流程图，其概述根据本公开内容的一些实施方案的用于以连续模式操作图2的催化和加热混合器的操作。

图5是示例性图表，其比较根据本公开内容的一些实施方案的图2A-图2J的催化和加热混合器和非催化和加热混合器之间的定量给料水平(dosing level)。

图6是示例性图表，其比较根据本公开内容的一些实施方案的图2A的催化和加热混合器和非催化和加热混合器之间的SCR入口温度。

图7是示例性图表，其比较根据本公开内容的一些实施方案的图2A的催化和加热混合器和非催化和加热混合器之间的排出系统的NO_x排放物(system out NOx emission)。

图8是示例性模拟，其示出根据本公开内容的一些实施方案的图1的后处理系统中的背压。

图9是示例性图表，其示出根据本公开内容的一些实施方案的以开/关模式的图2A的催化和加热混合器的操作。

图10是示例性图表，其示出根据本公开内容的一些实施方案的以连续模式的图2A的催化和加热混合器的操作。

图11是根据本公开内容的一些实施方案的后处理系统的另一个示例性框图。

图12是示例性图表，其示出根据本公开内容的一些实施方案的NO_x减少(例如，去NO_x)比率。

图13是示例性图表，其比较根据本公开内容的一些实施方案的在图11的后处理系统中使用的催化和加热混合器和非催化和加热混合器之间的排出系统的NO_x排放物和选择性还原催化器入口温度。

贯穿以下详细描述参考附图。在附图中，相似的符号通常标识相似的部件，除非上下文另外指示。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施方式不意味着是限制性的。可以利用其他实施方式，并且可以作出其他改变，而不偏离此处呈现的主题的精神或范围。将容易理解的是，如本文通常描述和附图中说明的本公开内容的方面可以以各种各样的不同配置被布置、替代、组合和设计，所有配置被明确地设想并且构成本公开内容的一部分。

具体实施方式

本申请涉及一种后处理系统，该后处理系统被设计成处理从发动机排放的废气。后处理系统可以在将经处理的废气释放到大气中之前从废气中去除多种类型的不合意的成分。更严格的排放控制要求在冷启动期间更好的排放管理。后处理系统可以包括氧化催化器、颗粒过滤器和选择性催化还原(SCR)催化剂。氧化催化器、颗粒过滤器和SCR催化剂的组合可能无法满足一些严格的排放要求。例如，在低温/冷启动条件期间，氧化催化器、颗粒过滤器和SCR催化剂的组合可能无法以满足严格的排放要求的方式处理废气。因此，在一些实施方案中，可以在后处理系统中引入加热器以加热废气并且提高后处理系统的操作效率。然而，单独的加热器可能无法将后处理系统的整体性能改进到满足排放要求的水平。因此，在一些实施方案中，还可以使用将废气与还原剂混合的混合器。将加热器和混合器添加至后处理系统可以增加后处理系统的总长度(例如，由于由加热器和混合器消耗的空间)。混合器可能是后处理系统中不合意的背压的最大贡献者之一。为了是有效的，混合器的设计通常是复杂的，这进而可能导致成本增加。

因此，本公开内容提供了一种催化和加热混合器。在一些实施方案中，催化和加热混合器可以通过包覆有SCR涂层或氧化催化剂涂层来催化。催化和加热混合器可以包括具有所述涂层的金属基底以及电子加热元件。当包覆有SCR涂层时，催化和加热混合器可以被定位在SCR的前面。加热元件可以提供另外的热量以使SCR催化剂升温，并且提供还原剂和废气的混合功能。与常规混合器相比，来自加热元件的另外的热量可以加速还原剂的蒸发和分解，以减少混合器的依赖并且改进抗沉积能力。此外，在一些实施方案中，催化和加热混合器可以比非催化和加热混合器更快地使SCR催化剂升温以达到还原剂定量给料温度。当包覆有氧化催化剂涂层时，催化和加热混合器可以被定位在后处理系统中的氧化催化器之前，以相对于非催化和加热混合器更快地达到氧化催化器的起燃温度。在一些实施方案中，通过将加热器和混合器整合到单个部件中，可以减小后处理系统的总长度。此外，可以减少后处理系统消耗的总重量、成本和空间。此外，在一些实施方案中，通过使用催化和加热混合器，可以不需要单独的氧化催化器或SCR系统，这进一步减少后处理系统的总长度、成本和重量。在一些实施方案中，催化和加热混合器的加热或电力源可以是交流发电机或电池。

现在参考图1，示出了根据本公开内容的一些实施方案的后处理系统100的示例性框图。后处理系统100被配置成接收来自发动机105的废气。发动机105可以是压缩点火式内燃发动机(compression ignited internal combustion engine)诸如柴油发动机，火花点火式内燃发动机(spark-ignited internal combustion engine)诸如汽油发动机，或者任何其他类型的发动机诸如天然气发动机、双燃料发动机、生物柴油发动机、E-85发动机等。发动机105排放由于来自大气的空气与燃料的燃烧的废气。废气从发动机105经由入口导管110排放到壳体115中。

壳体115界定内部容积，用于处理废气的一种或更多种元件被布置在该内部容积内。为了承受操作条件，壳体115可以由刚性、耐热和耐腐蚀的材料诸如不锈钢、铁、铝、金属、陶瓷或任何其他合适的材料形成。尽管壳体115在图1中已经被示出为具有特定的形状和尺寸，但是壳体可以具有任何合适的横截面(例如，圆形、正方形、矩形、卵形、椭圆形、多边形等)和任何合适的尺寸。壳体115可以容纳氧化催化器120，用于氧化来自废气的一氧化氮和某些类型的颗粒物质，并且分解来自废气的未燃烧的碳氢化合物。在一些实施方案中，氧化催化器120可以是柴油氧化催化器(“DOC”)或适合于在后处理系统100中使用的其他类型的氧化催化器。

在一些实施方案中，后处理系统100可以与用于选择性地将碳氢化合物(例如，燃料)注入到氧化催化器120中的碳氢化合物定量给料组件125相关联。氧化催化器120可以催化碳氢化合物的点燃，以便升高废气的温度，用于再生氧化催化器和/或再生壳体115内的其他元件。在一些实施方案中，后处理系统100还可以包括在壳体115内的颗粒过滤器130。在一些实施方案中并且如示出的，颗粒过滤器130可以被布置在氧化催化器120的下游。在其他实施方案中，颗粒过滤器130可以被布置在氧化催化器120的上游。当被定位在氧化催化器120的“上游”时，颗粒过滤器130可以被定位在入口导管110和氧化催化器之间，使得离开颗粒过滤器的废气进入氧化催化器。当被定位在氧化催化器120的“下游”时，颗粒过滤器130可以被定位在氧化催化器和选择性催化还原(“SCR”)系统135之间，使得离开氧化催化器的废气进入颗粒过滤器。在一些实施方案中，颗粒过滤器可以被设置在氧化催化器120的上游和下游两者。

颗粒过滤器130可以被配置成从废气中去除颗粒物质(例如，烟灰、灰、碎片、无机颗粒等)。颗粒过滤器可以是适合于在后处理系统100内使用的多种过滤器中的任何一种。例如，在一些实施方案中，颗粒过滤器130可以是具有陶瓷过滤器(例如堇青石)的柴油颗粒过滤器(“DPF”)，并且可以是对称的或非对称的。在一些实施方案中，颗粒过滤器130可以被催化。在一些实施方案中，氧化催化器120和颗粒过滤器130可以被整合到单个部件中。

壳体115还可以包括催化和加热混合器140。在一些实施方案中，催化和加热混合器140可以被定位在颗粒过滤器130的下游，使得离开颗粒过滤器的废气进入催化和加热混合器。催化和加热混合器140可以被配置成在废气进入SCR系统135之前加热该废气。催化和加热混合器140还可以被配置成将废气与还原剂混合。催化和加热混合器140可以被配置成经由还原剂定量给料组件150从还原剂储存罐145接收还原剂。还原剂端口155可以被定位在壳体115(或催化和加热混合器140)的侧壁上，以允许将还原剂定量给料到催化和加热混合器(例如，催化和加热混合器140)的内部容积中。

在一些实施方案中，还原剂端口155可以包括还原剂注入器，还原剂注入器被配置成将经由还原剂端口接收的还原剂流与压缩空气组合，并且将还原剂-空气组合的流或射流递送到催化和加热混合器140中。在一些实施方案中，还原剂注入器可以是预定直径的喷嘴。在其他实施方案中，可以使用其他机构来选择性地将还原剂递送到催化和加热混合器140中。因此，催化和加热混合器140可以被配置成接收废气和还原剂，并且促进废气与还原剂的混合以形成废气-还原剂混合物。催化和加热混合器140还可以被配置成将废气-还原剂混合物加热到目标温度。

经由还原剂端口155注入到催化和加热混合器140中的还原剂可以被储存在还原剂储存罐145内。还原剂促进废气的成分(例如，包含在废气中的NO_x气体)的分解。取决于废气的成分，可以使用任何合适的还原剂。例如，在一些实施方案中，废气可以包括柴油废气，并且还原剂可以包括柴油排气流体(例如，以名称

销售的柴油排气流体)诸如尿素、尿素的含水溶液或含有氨的任何其他流体。当含水尿素溶液被用于还原剂时，该溶液可以包含特定比率的尿素与水。例如，在一些实施方案中，该比率可以是按体积计32.5％的尿素和按体积计67.5％的去离子水、按体积计40％的尿素和按体积计60％的去离子水，或任何其他合适的比率的尿素与去离子水。来自还原剂储存罐145的还原剂可以通过还原剂定量给料组件150被选择性地定量给料到分解室中。还原剂定量给料组件150可以包括多种结构，以促进从还原剂储存罐145接收还原剂并将还原剂递送到还原剂端口155。例如，还原剂定量给料组件150可以包括多种泵、阀、筛网、过滤器等或者与多种泵、阀、筛网、过滤器等相关联，所述多种泵、阀、筛网、过滤器等促进从还原剂储存罐145接收还原剂并且将该还原剂供应到还原剂端口155。

此外，在一些实施方案中，还原剂可以以液体形式或以气态形式定量给料到催化和加热混合器140中。在一些实施方案中，还原剂端口155，并且特别是与还原剂端口相关联的还原剂注入器，可以被配置成注入呈液体形式的还原剂。在这样的实施方案中，还原剂端口155可以构成“湿式定量给料器(wet doser)”或“液体定量给料器”或者是“湿式定量给料器”或“液体定量给料器”的一部分。在其他实施方案中，气化器可以与还原剂端口155、还原剂注入器和/或还原剂定量给料组件150相关联，以在定量给料到壳体115中之前将液体还原剂气化或转化为气态形式。无论以液体形式还是气态形式定量给料，在被注入到催化和加热混合器140中后，还原剂经历蒸发、热解和/或水解以形成气态氨，然后气态氨与废气混合以在催化和加热混合器内形成废气-还原剂混合物。废气-还原剂混合物然后可以在SCR系统135的SCR催化剂160上流动。

SCR系统135可以被配置成还原来自废气的诸如氮氧化物(NO_x)气体、一氧化碳(CO)气体、碳氢化合物等的成分。具体地，SCR催化剂160可以被配制成在SCR催化剂存在的情况下使用气态氨作为试剂来分解废气中的某些成分。具体地，SCR催化剂160引起废气中的气态氨催化，从而在氧化反应期间还原废气中的NO_x。在一些实施方案中，SCR催化剂160可以包括金属-沸石催化剂，包括但不限于Cu-CHA-沸石(例如，Cu-SSZ-13催化剂)，而且还包括其他沸石结构，包括Cu-SAPO-34催化剂、Cu-LTA、Cu-AEI、Cu-ZSM、Cu-β、Cu-菱沸石或任何其他合适的催化剂。在其他实施方案中，SCR催化剂160可以包括钒、铁-沸石或铜/铁-沸石催化剂。在还其他实施方案中，SCR催化剂160可以包括多区催化剂(multi-zonecatalyst)，该多区催化剂例如具有包括铜-沸石催化剂的第一区和包括铁-沸石催化剂的第二区，或者反之亦然。SCR催化剂160可以被布置在合适的基底诸如例如陶瓷(例如，堇青石)或金属(例如，坎塔尔铬铝钴耐热钢(kanthal))整体芯上，该基底可以例如界定蜂窝结构。在一些实施方案中，修补基面涂层(washcoat)还可以用作SCR催化剂160的载体材料。这样的修补基面涂层材料可以包括，例如，氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、任何其他合适的修补基面涂层材料或其组合。整体芯可以被牢固地定位在罐中以形成SCR系统135，该SCR系统135可以被安装在后处理系统100中。在一些实施方案中，SCR系统135可以包括选择性催化还原过滤器(SCRF)。来自SCR系统135的经处理的废气(例如，经处理以减少诸如NO_x气体、未燃烧的碳氢化合物等的成分)可以通过氨滑移催化器(ammonia slip catalyst)(“ASC”)或氨氧化催化器(“AMO_x”)165以减少氨滑移，由此，未被SCR催化剂160催化的氨可以在经由出口导管170排出到环境中之前被分解。

仍然参考图1，后处理系统100还包括控制器175，控制器175被配置成控制后处理系统100的多种元件在处理废气时的操作。例如，控制器175可以可操作地连接到还原剂定量给料组件150，以指示还原剂定量给料组件选择性地将还原剂从还原剂储存罐145递送到还原剂端口155。控制器175还可以可操作地连接到还原剂端口155，以选择性地操作还原剂端口，以将从还原剂储存罐145接收的还原剂定量给料到催化和加热混合器140中。因此，控制器175可以经由还原剂定量给料组件150和还原剂端口155来控制还原剂的定量给料速率。

控制器175还可以被配置成控制碳氢化合物定量给料组件125以选择性地将碳氢化合物定量给料到氧化催化器120中(例如，当需要氧化催化器120和/或颗粒过滤器130的再生时)。在一些实施方案中，碳氢化合物的选择性定量给料还可以用于升高废气的温度。因此，在一些实施方案中，碳氢化合物定量给料组件125可以与催化和加热混合器140结合使用，以升高废气的温度。在一些实施方案中，控制器175可以用于检测废气的温度并且控制催化和加热混合器140的操作以达到目标温度，如下文更详细地论述的。在一些实施方案中，控制器175可以通过打开或关闭催化和加热混合器中的加热元件(例如，开/关模式)来控制催化和加热混合器140的操作。在一些实施方案中，控制器175可以通过调整催化和加热混合器中加热元件的功率电平(例如，连续模式)来控制催化和加热混合器140的操作。在一些实施方案中，控制器175可以通过控制连接到催化和加热混合器140的交流发电机180和/或电池185的操作来控制加热元件的操作(例如，打开、关闭、调整功率电平)。在一些实施方案中，交流发电机180和/或电池185为催化和加热混合器140的加热元件提供加热源。例如，在一些实施方案中，在发动机正常操作期间(例如，当发动机105运行时、非冷启动条件等)，用于催化和加热混合器140的加热元件的电力可以来自交流发电机180。然而，当发动机105的温度太低时(例如，冷启动条件)，用于催化和加热混合器140的加热元件的电力可以来自电池185。在其他实施方案中，用于催化和加热混合器140的加热元件的电力可以来自其他源。

控制器175同样可以连接到后处理系统100的由控制器控制的其他元件。控制器175可以使用任何类型和任何数量的有线连接或无线连接来可操作地联接到后处理系统100的多个部件。例如，在一些实施方案中，有线连接诸如串行电缆、光纤电缆、CAT5电缆等可以用于将控制器175通信地连接到后处理系统100的一种或更多种元件。在其他实施方案中，可以使用无线连接诸如互联网、Wi-Fi、蜂窝网络、无线电、蓝牙、ZigBee等。在一些实施方案中，可以使用有线连接和无线连接的组合。此外，在一些实施方案中，控制器局域网络(CAN)总线可以在控制器175和后处理系统100的多种元件之间提供信号、信息和/或数据的交换。

控制器175可以包括一个或更多个处理单元或处理器，或者与一个或更多个处理单元或处理器相关联。处理单元可以包括微处理器、可编程逻辑控制器(PLC)芯片、专用集成电路(ASIC)、一个或更多个现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、一组处理部件或其他合适的电子处理部件。控制器175的处理单元可以被配置成执行用于进行本文描述的操作的计算机可读指令。处理单元可以在硬件、固件、软件或其任何组合中实现。“执行计算机可读指令”意味着处理单元可以进行该指令所要求的操作。处理单元可以从与控制器175相关联的存储器中检索用于执行的指令，并且将呈可执行形式的指令拷贝到物理存储器。在一些实施方案中，处理单元可以被配置成执行指令，而不是首先将指令拷贝到物理存储器。指令可以使用一种或更多种编程语言、脚本语言、汇编语言等来编写。因此，控制器175经由其相关联的处理单元可以被配置成执行存储在与控制器相关联的存储器中的指令、算法、命令或程序。

尽管示出了被配置成控制后处理系统100的多种元件(例如，还原剂定量给料组件150、碳氢化合物定量给料组件125等)的单个控制器(例如，控制器175)，但在一些实施方案中，可以使用用于这些元件中的一种或更多种元件的单独的控制器。例如，在一些实施方案中，单独的控制器可以用于控制催化和加热混合器140的操作。控制器175可以包括在进行本文描述的功能时可能需要或被认为有用的其他硬件、软件和/或固件部件或者与所述其他硬件、软件和/或固件部件相关联。在一些实施方案中，控制器175可以是后处理系统100的电子控制单元(ECU)的一部分。控制器175可以被配置成基于从一个或更多个传感器诸如传感器190A、190B、190C、190D、190E、190F和190G接收的数据来控制还原剂定量给料组件150、碳氢化合物定量给料组件125、催化和加热混合器140以及后处理系统100的由控制器控制的任何其他元件。

传感器190A-190G中的每一个可以被配置成测量一个或更多个条件。例如，在一些实施方案中，传感器190A可以定位在发动机105内并且被配置成测量一个或更多个发动机参数(例如，发动机速度、发动机温度、发动机负荷、交通工具速度等)。传感器190B可以定位在入口导管110内以测量流过入口导管的废气的一个或更多个参数，传感器190C可以被配置成测量在氧化催化器120的入口处的废气的一个或更多个参数，传感器190D可以被配置成测量在颗粒过滤器130的入口处的废气的一个或更多个参数，传感器190E可以被配置成测量在催化和加热混合器140的入口处的废气的一个或更多个参数，传感器190F可以被配置成测量在氨滑移催化器165的出口处的废气的一个或更多个参数，而传感器190G可以被配置成测量流过出口导管170的废气的一个或更多个参数。

在一些实施方案中，传感器190A-190G中的一个或更多个可以包括NO_x传感器，该NO_x传感器被配置成测量废气中的NO_x气体的量。在其他实施方案中，传感器190A-190G中的一个或更多个可以包括温度传感器以测量废气的温度。在又其他实施方案中，传感器190A-190G中的一个或更多个可以包括压力传感器、氧气传感器、颗粒物质传感器、氨传感器(例如，确定氨滑移)或任何其他传感器，以测量控制器175在控制后处理系统100的多种元件时可能需要或被认为合意的参数，以及用于使用催化和加热混合器140实现废气的目标温度的参数。此外，尽管单个传感器(例如，传感器190A-190G)被示出在多个位置，但在一些实施方案中，多个传感器可以被定位在那些位置。此外，在一些实施方案中，传感器190A-190G中的每一个可以被配置成测量单个参数(例如，温度、NO_x量等)，而在其他实施方案中，这些传感器中的每一个可以被配置成测量多个参数。另外，传感器190A-190G中的每一个可以是物理传感器(例如，诸如热敏电阻的硬件装置)或虚拟传感器(例如，基于软件模型来确定传感器被配置成测量的参数的值)。

尽管传感器190A-190G在后处理系统100中已经被示出为定位在特定位置，但这些传感器的定位可以适当改变。例如，尽管传感器190D已经被示出为安装在颗粒过滤器130的入口处，但在一些实施方案中，传感器可以被定位在氧化催化器120的出口和颗粒过滤器的入口之间的任何位置。类似地，尽管传感器190E已经被示出为安装在催化和加热混合器140的入口处，但在一些实施方案中，传感器可以安装在颗粒过滤器的出口和催化和加热混合器的入口之间的任何位置。类似地，其他传感器的位置可以改变。此外，尽管在图1中仅示出了传感器190A-190G，但在其他实施方案中，另外的传感器可以根据需要安装在其他位置，以使控制器175能够进行本文描述的功能。传感器190A-190G中的每一个可以被配置成收集数据并且将该数据传输到控制器175。基于所收集的数据，控制器175然后可以控制后处理系统100的操作。

尽管后处理系统100的某些部件在图1中被示出和描述，但后处理系统可以包括可能合适的其他元件或另外的元件。例如，在一些实施方案中，后处理系统100可以包括挡板、二级过滤器(例如，二级分流或催化过滤器)，或在适当操作后处理系统100时可能需要或被认为合意的任何其他部件。此外，尽管催化和加热混合器140、氧化催化器120、颗粒过滤器130、SCR系统135和ASC 165已经被描述为布置在单个壳体(例如，壳体115)内，但在一些实施方案中，这些部件中的一个或更多个可以布置在单独的壳体中并且以可操作的关联连接在一起。此外，尽管已经描述了催化和加热混合器140、氧化催化器120、颗粒过滤器130、SCR系统135和ASC 165中的每一种的单个实例，但在一些实施方案中，如果合适的话，可以在后处理系统100内设置这些元件中的一种或更多种的多个实例。

转向图2A-图2I，示出了根据本公开内容的一些实施方案的催化和加热混合器200的实例。催化和加热混合器200类似于图1的催化和加热混合器140。催化和加热混合器200可以是被配置成加热废气的加热器和被配置成将废气与还原剂混合的混合器的组合。因此，催化和加热混合器200可以包括容纳加热元件和基底的壳体205。在图2I中更详细地示出了壳体205的切开部分。尽管催化和加热混合器200的壳体205被示出为圆柱形或环形，但壳体可以具有其他配置、形状和尺寸。在一些实施方案中，壳体205可以包含金属。在其他实施方案中，可以使用其他合适的材料。壳体205可以包括附接至其的安装凸台(mountingboss)210。安装凸台210可以用于在后处理系统100内安装催化和加热混合器200，以及将催化和加热混合器连接到电力。安装凸台210还可以具有其他形状、尺寸和配置，并且可以设置在壳体205上的其他合适位置。

催化和加热混合器200还包括穿孔板215，如图2A所示，以允许废气和还原剂进入催化和加热混合器。在一些实施方案中并且如示出的，穿孔板215可以包括多于一个孔。尽管穿孔板215示出了多于一个孔具有不同尺寸，但在一些实施方案中，所有孔可以具有单一尺寸。此外，在一些实施方案中，其中布置多于一个孔的图案可以不同于所示出的图案。

在穿孔板215后面，催化和加热混合器200包括第一加热元件220。可以在图2C-图2G中更详细地看到第一加热元件220。第一加热元件220可以被配置成加热废气和还原剂的混合物。在一些实施方案中，第一加热元件220可以被配置为由任何合适的材料构造的加热线圈(例如，电阻加热线圈)。在其他实施方案中，第一加热元件220可以是另一种类型的加热装置。在又其他实施方案中，第一加热元件220可以包括可以用于加热的任何装置或机构。在一些实施方案中，第一加热元件220可以被配置为脉宽调制加热装置(pulse widthmodulated heating device)，因为脉宽调制可以用于控制加热元件。在其他实施方案中，可以以其他方式控制第一加热元件220。在一些实施方案中，第一加热元件220可以连接到交流发电机180和电池185。第一加热元件220可以在从交流发电机180和/或电池185接收电力时加热。在一些实施方案中，第一加热元件220可以是10千瓦的加热元件。在其他实施方案中，第一加热元件220可以具有其他功率容量。在一些实施方案中，第一加热元件220可以被配置成使得1千瓦功率的加热器以约5℃每秒的速率升高废气温度。在其他实施方案中，第一加热元件220可以被配置成实现其他加热速率。因此，尽管第一加热元件220在图2A-图2I中被示出为加热线圈，但在其他实施方案中，第一加热元件可以具有其他形状、尺寸和配置。

此外，在一些实施方案中，在第一加热元件220后面，催化和加热混合器200包括基底225(在图2C-图2I中示出)和第二加热元件230(在图2C、图2D和图2F-图2H中示出)。因此，在一些实施方案中，第一加热元件220被夹在穿孔板215和基底225/第二加热元件230之间。在一些实施方案中，基底225可以是基于金属的基底。此外，在一些实施方案中，基底225可以包覆有SCR涂层以形成催化和加热混合器。因此，在一些实施方案中，催化和加热混合器200可以被催化以便还提供SCR系统135的功能。在一些实施方案中，可以使用任何类型的优选的SCR涂层(例如，合适的金属涂层、上文关于SCR催化剂160提及的涂层等)。在一些实施方案中，SCR涂层可以设置在废气接触的金属基底225的所有表面上。在其他实施方案中，SCR涂层可以设置在基底225的某些合意的表面上。

基底225可以与第二加热元件230相关联。在一些实施方案中，第二加热元件230可以包括多于一个加热元件部分或加热线圈，它们被配置成加热废气和还原剂的混合物。在一些实施方案中，第二加热元件230可以被配置成类似于第一加热元件220。例如，在一些实施方案中，第二加热元件230可以包括电阻加热元件，诸如电阻加热线圈。在一些实施方案中，第二加热元件230可以是其他类型的加热装置，如上文关于第一加热元件220描述的。在一些实施方案中，第二加热元件230可以被配置成提供1千瓦的功率以便以约5℃每秒的速率升高废气温度。在其他实施方案中，第二加热元件230可以以其他速率加热。在一些实施方案中，第二加热元件230可以被配置成与第一加热元件220不同。因此，在一些实施方案中，第二加热元件230的形状、尺寸和/或配置可以类似于第一加热元件，而在其他实施方案中，第二加热元件230的形状、尺寸和/或配置可以不同于第一加热元件的形状、尺寸和/或配置。

因此，催化和加热混合器200包括容纳穿孔板215、第一加热元件220、基底225和第二加热元件230的壳体205。在一些实施方案中，这些部件中的一个或更多个可以具有不同于所示出的配置的配置。穿孔板235的另一个实例在图2J中示出。穿孔板235包括槽而不是孔。因此，催化和加热混合器200的穿孔板中的开口可以具有多种配置。在一些实施方案中，废气和还原剂的混合物可以通过穿孔板215、235进入，由穿孔板和第一加热元件220和第二加热元件230混合和加热，与基底225上的SCR涂层反应，并且通过壳体的靠近基底的端部离开催化和加热混合器。

催化和加热混合器200提供加热功能、混合功能以及SCR功能。当提供SCR功能时，在一些实施方案中，后处理系统(例如，后处理系统100)中可能不需要另外的SCR系统(例如，SCR系统135)。在其他实施方案中，具有SCR涂层的催化和加热混合器200以及单独的SCR系统(例如，SCR系统135)都可以被使用。当催化和加热混合器200包覆有SCR涂层时，第一加热元件220和/或第二加热元件230可以用于直接加热SCR催化剂(例如，SCR涂层)，提供比使用单独的SCR系统时快得多的起燃。因此，在一些实施方案中，具有SCR涂层的催化和加热混合器200可以在冷启动和升温条件期间提供足够的NO_x转化率。

加热废气可以帮助实现SCR系统135的更快的起燃。来自第一加热元件220和/或第二加热元件230的热量还可以提高定量给料到(例如，通过还原剂端口155)催化和加热混合器200中的还原剂的蒸发速率，以及还原剂分解成氨的速率，从而改进由第一加热元件和/或第二加热元件提供的混合能力。这样的提高的还原剂的蒸发速率和分解速率可以减少对常规混合器的依赖。此外，催化和加热混合器200可以降低混合器设计的复杂性，从而减少压降。此外，通过提高还原剂的蒸发速率和分解速率，第一加热元件220和/或第二加热元件230可以在较高的定量给料速率下减少还原剂在催化和加热混合器的壁上的沉积。催化和加热混合器200还可以简化混合器的设计。在一些实施方案中，混合器、挡板、叶片或其他结构可以与催化和加热混合器200结合使用，以进一步促进还原剂与废气的混合。

此外，在一些实施方案中，通过使用提供至少加热功能和混合功能的催化和加热混合器200，可以不需要单独的加热器和混合器部件。因此，在一些实施方案中，后处理系统100的总长度可以减小(例如，催化和加热混合器可以比组合的单独的加热器和混合器部件消耗更少的空间)。在一些实施方案中，并且特别是当也使用SCR涂层时，可能不需要单独的SCR系统，从而进一步减小后处理系统100的总长度。如果单独的SCR系统与催化和加热混合器200中的SCR涂层一起使用，则可以使用较小长度的SCR催化剂，再次减小后处理系统100的总长度。催化和加热混合器200还可以比单独的加热器和混合器部件制造更便宜。催化和加热混合器200的总重量可以小于单独的加热器和混合器部件的组合重量。

转向图3，示出了概述根据本公开内容的一些实施方案的过程300的操作的示例性流程图。过程300可以用于实现废气的目标温度。例如，在一些实施方案中，过程300可以用于实现在SCR系统135的入口处的废气的目标温度。过程300可以由控制器175实施。在一些实施方案中，控制器175可以是反馈控制器，该反馈控制器被配置成通过选择性地激活和停用催化和加热混合器200的第一加热元件220和/或第二加热元件230来实现废气的目标温度。第一加热元件220和/或第二加热元件230的选择性激活和停用可以被认为是以开/关模式操作加热元件。换句话说，在开/关模式中，第一加热元件220和/或第二加热元件230打开(例如，加热)或关闭(例如，不加热)。在一些实施方案中，过程300可以连续地运行，而在其他实施方案中，过程300可以周期性地运行(例如，每隔几秒、几分钟等)，或在满足某些条件(例如，废气温度大于或小于预定的温度)后运行。

因此，为了达到废气的目标温度，在操作305处开始后，控制器175在操作310处确定在催化和加热混合器200上游(例如，在发动机105和催化和加热混合器的入口之间)的废气的温度。控制器175还可以确定在催化和加热混合器200下游的废气的温度(例如，使用从传感器190F和/或190G接收的数据)。在一些实施方案中，控制器175可以确定进入后处理系统的废气的温度。例如，控制器175可以从传感器190B接收温度数据，该传感器190B测量离开发动机105并且经由入口导管110进入后处理系统100的废气的温度。在其他实施方案中，控制器175可以测量在催化和加热混合器200的其他上游和/或下游位置处的废气的温度。例如，在一些实施方案中，控制器175可以测量在催化和加热混合器200的入口处的废气的温度(例如，使用从传感器190D和/或传感器190E接收的数据)。

在操作315，控制器175确定在操作310处确定的废气的温度是否低于或等于低阈值。在一些实施方案中，低阈值可以是指示冷启动条件(例如，当发动机的温度低于阈值时)的温度。在冷启动条件期间，进入后处理系统100的废气也可以处于较低的温度。在这样的较低的温度，NO_x的转化效率可以降低。例如，SCR催化剂160的效率可以在较低的温度降低。在一些实施方案中，起燃温度可以是在SCR系统135内可以引发催化反应的最低温度。因此，在一些实施方案中，可以将低阈值设置为起燃温度，以帮助在SCR系统135内实现较快的起燃温度。如果控制器175在操作315处确定废气的温度小于或等于低阈值，则控制器在操作320处激活催化和加热混合器200的第一加热元件220和/或第二加热元件230。

在一些实施方案中，控制器175可以通过激活交流发电机180和/或电池185来激活第一加热元件220和/或第二加热元件230。在一些实施方案中，并且特别是在冷启动条件期间，交流发电机180可能花费一些时间来开始向第一加热元件220和/或第二加热元件230提供电力。在这样的情况下，控制器175可以激活电池185。当交流发电机180变得能够向第一加热元件220和/或第二加热元件230提供电力时，控制器175可以从电池切换到交流发电机以向第一加热元件和/或第二加热元件提供电力。当第一加热元件220和/或第二加热元件230被激活时，第一加热元件和/或第二加热元件可以在额定功率操作。此外，在一些实施方案中，第一加热元件220和/或第二加热元件230可以在额定功率继续操作，直到第一加热元件和/或第二加热元件被控制器175停用。

在操作320处激活第一加热元件220和/或第二加热元件230后，或者如果在操作315处废气的温度大于低阈值，则控制器175在操作325处确定废气的温度是否大于或等于高阈值。在一些实施方案中，控制器175可以在操作325处确定催化和加热混合器200下游的废气的温度。例如，控制器175可以从催化和加热混合器200的出口处、SCR系统135的入口处、SCR系统的出口处等的传感器(未示出)接收温度数据，以确定离开催化和加热混合器的废气的温度。在一些实施方案中，高阈值可以对应于废气的目标温度。在一些实施方案中，目标温度可以基于实现最佳NO_x转化效率的温度。在其他实施方案中，目标温度可以基于其他因素。一般来说，目标温度可以高于低温度阈值。

如果控制器175确定废气的温度大于或等于高阈值，则在操作330处，控制器停用第一加热元件220和/或第二加热元件230。在一些实施方案中，控制器可以通过控制交流发电机180和/或电池185来停用第一加热元件220和/或第二加热元件230。例如，通过指示交流发电机180和/或电池185停止向第一加热元件220和/或第二加热元件230提供电力，控制器可以停用第一加热元件和/或第二加热元件。在停用第一加热元件220和/或第二加热元件230后，过程300循环回到操作310，以继续监测废气的温度，并且激活/停用催化和加热混合器200的第一加热元件和/或第二加热元件，以将废气的温度保持在目标温度。

现在参考图4，示出了概述根据本公开内容的一些实施方案的过程400的操作的示例性流程图。过程400可以用于实现废气的目标温度。例如，在一些实施方案中，过程400可以用于实现废气的目标温度(例如，在SCR系统135的入口处)。过程400可以由控制器175实施。在一些实施方案中，可以合意的是调整第一加热元件220和/或第二加热元件230的功率，而不是如图3中所描述的激活和停用第一加热元件和/或第二加热元件。例如，在一些实施方案中，当废气的温度高时，第一加热元件220和/或第二加热元件230可以在较低的功率电平操作，并且当废气的温度低时，第一加热元件220和/或第二加热元件230可以在较高的电平操作。因此，在一些实施方案中，第一加热元件220和/或第二加热元件230可以以连续模式操作，在该连续模式中，第一加热元件和/或第二加热元件的功率电平被连续地调整。

在操作405处开始后，控制器175在操作410处确定催化和加热混合器200上游和/或下游的废气的温度，如上文在操作310处描述的。在操作415处，控制器175确定如在操作410处确定的废气的温度是否小于或等于低阈值(例如，目标温度)，如上文在操作315处描述的。如果废气的温度小于或等于低阈值，则在操作420处激活催化和加热混合器200的第一加热元件220和/或第二加热元件230，如上文在操作320处描述的。如果废气的温度大于低阈值或在激活第一加热元件220和/或第二加热元件230之后，过程400进行到操作425。在操作425处，控制器175确定在操作410处测量的实际下游温度与目标温度的温度差异。例如，在一些实施方案中，控制器175可以接收由催化和加热混合器200的出口处的传感器收集的温度数据。控制器175然后可以计算在催化和加热混合器200的出口处的废气的温度与目标温度之间的差异。基于温度差异，控制器175可以在操作430处调整第一加热元件220和/或第二加热元件230的操作。

具体地，在一些实施方案中，第一加热元件220和/或第二加热元件230可以被配置成支持从诸如12伏、24伏、48伏等的低电压到诸如数百伏的高电压的宽范围的工作电压，这取决于交流发电机180和电池185的工作电压范围。在一些实施方案中，控制器175可以基于从操作425确定的温度变化，将第一加热元件220和/或第二加热元件230的功率或占空比(duty cycle)调制在0％和100％之间(或在0伏和第一加热元件和/或第二加热元件的最高工作电压之间)，以保持废气的目标温度。换句话说，取决于催化和加热混合器200下游的废气与目标温度的温度差异，控制器175可以调整第一加热元件220和/或第二加热元件230的功率。在一些实施方案中，废气的每个温度差异(或温度差异范围)可以与第一加热元件220和/或第二加热元件230的特定功率相关联。例如，在一些实施方案中，废气的温度差异的第一范围可以与以X功率电平操作第一加热元件220和/或第二加热元件230相关联，废气的温度差异的第二范围可以与以Y功率电平操作第一加热元件和/或第二加热元件相关联，等等。在一些实施方案中，第一加热元件220和/或第二加热元件230的功率电平可以通过调整交流发电机180和/或电池185的操作来调整，以基于第一加热元件和/或第二加热元件的期望输出功率来改变输出电流。因此，通过改变第一加热元件220和/或第二加热元件230的功率电平，控制器175可以调制第一加热元件和/或第二加热元件的操作以将废气保持在目标温度。在一些实施方案中，控制器175可以保持查找表以将温度差异(或温度差异范围)与第一加热元件220和/或第二加热元件230的特定功率设置相关联。

在调整第一加热元件220和/或第二加热元件230的功率后，过程400循环回到操作425，以继续跟踪废气的温度差异并且调整第一加热元件和/或第二加热元件的操作。

现在转向图5-图10，示出了比较根据本公开内容的一些实施方案的具有和不具有催化和加热混合器(例如，具有SCR涂层的催化和加热混合器200)的后处理系统100的多种操作特征的示例性图表。具体地参考图5，示出了示例性图表500。图表500示出，与没有加热器相比，通过使用催化和加热混合器可以实现增加的定量给料。图表500绘制了在X轴505上的SCR温度(例如，SCR入口温度)相对于在Y轴510上的最大还原剂(例如，DEF)定量给料。对于X轴505上的每个SCR温度，条形部分515、520、525、530示出在后处理系统100中不具有加热器的情况下的定量给料水平，并且条形部分535、540、545和550示出在后处理系统内使用催化和加热混合器200的情况下提高的定量给料水平。

图6示出了绘制在X轴605上的时间和在Y轴610上的SCR入口温度的示例性图表600。图表600示出，与非催化和加热混合器相比，在催化和加热混合器的情况下SCR入口温度可以提前约220秒开始还原剂定量给料。例如，图表600示出了当在后处理系统100内不使用加热器时SCR入口温度随时间变化的曲线615。曲线620示出了当使用非催化和加热混合器(例如，没有整合的混合器并且没有SCR涂层的普通加热器)时SCR入口温度随时间的变化。虽然与曲线615相比，曲线620示出了改进的性能(例如，SCR入口温度的更快升高)，但与曲线625相比，该性能较低，曲线625示出了在催化和加热混合器的情况下SCR入口温度随时间的变化。在SCR入口温度较快升高的情况下，可以提高低温NO_x转化效率。

图7示出了绘制在X轴705上的时间和在Y轴710上的排出系统(SO)的NO_x排放物的示例性图表700。图表700示出了与非催化和加热混合器相比，在催化和加热混合器的情况下减少的排出系统的NO_x排放物。例如，图表700示出了当在后处理系统100内不使用加热器时绘制SO NO_x排放物随时间的曲线715。曲线720示出了当使用非催化和加热混合器(例如，没有整合的混合器并且没有SCR涂层的普通加热器)时随时间的SO NO_x排放物。曲线725示出了在催化和加热混合器(例如，具有SCR涂层的催化和加热混合器)的情况下随时间的SONO_x排放物。可以看到，曲线725示出了SO NO_x排放物的减少，从不使用加热器时的1.576g/KW-hr，以及从使用非催化和加热混合器时的0.427g/KW-hr到使用催化和加热混合器时的0.151g/KW-hr的减少—超过65％的减少。这样的迅速起燃和SO NO_x排放物的减少可能能够满足更严格的排放标准诸如NSVII或EURO VII的要求。

图8示出了示例性背压模拟800。混合器可以被认为是后处理系统100中背压的主要贡献者之一，如图8中的部分805示出的。通常，后处理系统100中较低的背压是合意的。通过降低混合器的设计复杂性，可以降低与混合器相关联的背压，从而降低后处理系统100中的总背压。例如，如上文论述的，通过将加热器和混合器整合到单个部件中，可以用更简单的混合器设计来实现相同的混合功能，这可以降低后处理系统100中的背压。发明人已经发现，催化和加热混合器200可以将后处理系统100中的总背压降低约3-8千帕斯卡(kPa)。

图9和图10示出了比较开/关模式(例如，如图3中描述的)相对于连续模式(例如，如图4中描述的)的催化和加热混合器和非催化和加热混合器的操作的图表。具体地参考图9，示例性图表900绘制了在X轴905上的时间和在Y轴910上的SCR入口温度和加热器功率。图表900示出了示出当在后处理系统100中不使用加热器时随时间的SCR入口温度的曲线915。当使用加热器(例如，催化和加热混合器)时，实现SCR入口温度的较快上升，以及SCR的入口处的较高温度，如曲线920示出的。曲线925示出了在催化和加热混合器中的第一加热元件220和/或第二加热元件230以开/关模式的操作。曲线925示出了第一加热元件220和/或第二加热元件230打开或关闭。例如，曲线925示出了在冷启动条件期间，第一加热元件220和/或第二加热元件230被打开持续更长的时间段。一旦SCR入口温度达到某一水平，随着SCR入口温度变化，第一加热元件220和/或第二加热元件230被激活/停用。

图10示出了绘制在X轴1005上的时间和在Y轴1010上的SCR入口温度和加热器功率的示例性图表1000。图表1000示出了示出当在后处理系统100中不使用加热器时随时间的SCR入口温度的曲线1015。曲线1015类似于曲线915。当使用加热器(例如，催化和加热混合器)时，实现SCR入口温度的较快上升，以及SCR的入口处的较高温度，如曲线1020示出的。曲线1025示出了在催化和加热混合器中的第一加热元件220和/或第二加热元件230以连续模式的操作。例如，曲线1025示出了在冷启动条件期间，第一加热元件220和/或第二加热元件230以较高的加热器功率被打开。一旦SCR入口温度达到某一水平，随着SCR入口温度变化，第一加热元件220和/或第二加热元件230的加热器功率被连续地调整。将曲线920与曲线1020进行比较，可以看到在曲线1020中实现了SCR入口温度的较快升高。此外，将曲线920与曲线1020进行比较，可以看到与曲线920相比，曲线1020示出较高的SCR入口温度。因此，在一些实施方案中，与如图3中描述的打开/关闭第一加热元件220和/或第二加热元件230相比，如图4中描述的加热器功率的连续调整可以提供后处理系统100的更好的性能。

现在参考图11，示出了根据本公开内容的一些实施方案的后处理系统1100的示例性框图。后处理系统1100具有与后处理系统100类似的部件，并且因此不再描述。然而，与具有定位在颗粒过滤器130下游和SCR系统135上游的催化和加热混合器140的后处理系统100相比，后处理系统1100包括在颗粒过滤器130下游和SCR系统135上游的混合器1105。混合器1105可以被配置成将废气与经由还原剂端口定量给料的还原剂混合。后处理系统1100还可以包括定位在氧化催化器120上游的催化和加热混合器1110。在一些实施方案中，催化和加热混合器1110可以被配置成类似于催化和加热混合器200，因为催化和加热混合器可以包括第一加热元件220和/或第二加热元件230。在其他实施方案中，催化和加热混合器1110可以被不同地配置。

此外，与其中基底225具有SCR涂层的催化和加热混合器200相比，催化和加热混合器1110的基底可以具有氧化催化剂涂层以提供氧化催化器120的功能。可以使用任何合适的氧化催化剂涂层。在一些实施方案中，催化和加热混合器1110可以包括具有氧化催化剂涂层的基于金属的催化剂基底。在其他实施方案中，氧化催化剂涂层可以以其他方式提供。通过在催化和加热混合器1110内提供氧化催化剂涂层并且在氧化催化器120的上游整合催化和加热混合器，可以使用较短长度的氧化催化器。在一些实施方案中，甚至可以不需要单独的氧化催化器(例如，氧化催化器120)，其中仅催化和加热混合器1110起到氧化催化器的功能。催化和加热混合器1110可以类似于上文描述的过程300和过程400来操作。例如，催化和加热混合器1110可以以开/关模式操作，如图3中描述的，或以连续模式操作，如图4中描述的。通过使用催化和加热混合器1110，可以实现后处理系统1100的所有部件的较快起燃，以减少低温排气排放物并且满足更严格的排放规定。特别地，较快起燃以转化碳氢化合物、一氧化碳和NO_x可以在氧化催化器中实现。例如，并且如图12所示，催化和加热混合器1110可以提供在低排气温度条件下优化的NO₂/NO_x比率以用于较快的NO_x反应。因此，催化和加热混合器1110可以改进在低温瞬态条件下的去NO_x性能。此外，在一些实施方案中，后处理系统可以被设置为包括催化和加热混合器1110和催化和加热混合器140两者。

现在转向图13，示例性图表1300绘制了在X轴1305上的时间和在Y轴1310上的排出系统的(SO)NO_x排放物和SCR入口温度。图表1300示出了与非催化和加热混合器相比，在催化和加热混合器(例如，催化和加热混合器1110)的情况下减少的排出系统的NO_x排放物。例如，曲线1315示出了当使用非催化和加热混合器(例如，没有整合的混合器并且没有SCR涂层的普通加热器)时随时间的SO NO_x排放物。曲线1320示出了在催化和加热混合器(例如，具有SCR涂层的催化和加热混合器)的情况下随时间的SO NO_x排放物。可以看到，曲线1320示出了在低温条件下在0.5NO₂/NO_x比率供应的情况下约0.1g/KW-hr的SO NO_x排放物的减少。此外，曲线1325示出了在催化和加热混合器的情况下SCR入口温度的变化。

因此，本公开内容提供了一种具有SCR涂层或氧化催化剂涂层的催化和加热混合器，以提高后处理系统中废气处理的效率。

应当注意，如本文用于描述多种实施方案的术语“示例”意图指示这样的实施方案是可能的实施方案的可能的示例、表示和/或说明(并且这样的术语并不意图意味着这样的实施方案必须是特别的或最好的示例)。

如本文使用的，术语“约”通常意指所陈述的值的正或负10％。例如，约0.5将包括0.45和0.55，约10将包括9至11，约1000将包括900至1100。

如本文使用的术语“联接”及类似术语意指两个构件彼此直接地或间接地连接。这样的连接可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除或可释放的)。这样的连接可以用两个构件或两个构件与任何另外的中间构件彼此一体地形成为单个整个主体(single unitary body)来实现，或者用两个构件或两个构件与任何另外的中间构件彼此附接来实现。

重要的是注意到，多种示例性实施方案的结构和布置仅仅是说明性的。尽管在本公开内容中仅详细描述了几种实施方案，但是审阅本公开内容的本领域技术人员将容易地理解，许多修改(例如，在多种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例；参数的值、安装布置；材料的使用、颜色、定向等方面的变化)是可能的，而实质上不偏离本文描述的主题的新颖性教导和优点。此外，应当理解，来自本文公开的一种实施方案的特征可以与本文公开的其他实施方案的特征组合，如本领域普通技术人员将理解的。也可以在多种示例性实施方案的设计、操作条件和布置方面做出其他替代、修改、变化和省略，而不偏离本文的实施方案的范围。

虽然本说明书包含许多特定的实施方式细节，但是这些不应当被解释为对任何实施方案或可被要求保护内容的范围的限制，而是解释为特定实施方案的特定实施方式特有的特征的描述。在本说明书中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中以组合实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的多种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实现。此外，尽管特征可以在上文被描述为以某些组合起作用并且甚至最初被这样要求保护，但是在一些情况下，来自要求保护的组合的一个或更多个特征可以从该组合中删除，并且要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。

Claims (18)

1.一种用于后处理系统的催化和加热混合器，其特征在于，所述催化和加热混合器包括：

壳体；

在所述壳体内的金属基底，其中所述金属基底被配置成将废气与还原剂混合以获得废气-还原剂混合物，并且其中所述金属基底包括在所述金属基底的至少一部分上的催化剂涂层；以及

在所述壳体内的加热元件，其中所述加热元件被配置成在所述废气通过所述催化和加热混合器时加热所述废气。

2.根据权利要求1所述的催化和加热混合器，其中所述加热元件是电加热线圈。

3.根据权利要求1或2所述的催化和加热混合器，其中所述催化剂涂层是选择性催化还原涂层。

4.根据权利要求3所述的催化和加热混合器，其中所述选择性催化还原涂层包括钒涂层、铁-沸石涂层或铜/铁-沸石涂层。

5.根据权利要求1、2或4所述的催化和加热混合器，还包括具有多于一个开口的穿孔板，以允许所述废气和所述还原剂进入所述催化和加热混合器。

6.根据权利要求1所述的催化和加热混合器，其中所述加热元件包括第一加热元件和第二加热元件。

7.根据权利要求1、2或6所述的催化和加热混合器，其中所述催化剂涂层是柴油氧化催化剂涂层。

8.根据权利要求1、2、4或6所述的催化和加热混合器，其中控制器被配置成基于所述催化和加热混合器的入口处的所述废气的温度来激活所述加热元件。

9.一种后处理系统，其特征在于，所述后处理系统包括：

选择性催化还原系统；和

在所述选择性催化还原系统的上游的催化和加热混合器，所述催化和加热混合器包括：

壳体；

在所述壳体内的金属基底，其中所述金属基底被配置成将废气与还原剂混合以获得废气-还原剂混合物，并且其中所述金属基底包括在所述金属基底的至少一部分上的催化剂涂层；以及

在所述壳体内的加热元件，其中所述加热元件被配置成在所述废气通过所述催化和加热混合器时加热所述废气。

10.根据权利要求9所述的后处理系统，其中所述催化和加热混合器被定位在所述后处理系统的颗粒过滤器的下游。

11.根据权利要求9或10所述的后处理系统，其中所述加热元件包括第一加热元件和第二加热元件，并且其中所述第一加热元件和所述第二加热元件中的至少一个是电加热线圈。

12.根据权利要求9或10所述的后处理系统，其中所述催化剂涂层是选择性催化还原涂层，所述选择性催化还原涂层包括钒涂层、铁-沸石涂层或铜/铁-沸石涂层。

13.根据权利要求9或10所述的后处理系统，其中所述催化和加热混合器还包括具有多于一个开口的穿孔板，以允许所述废气和所述还原剂进入所述催化和加热混合器。

14.根据权利要求9或10所述的后处理系统，还包括控制器，所述控制器被配置成基于所述催化和加热混合器的入口处的所述废气的温度来激活所述加热元件。

15.一种后处理系统，其特征在于，所述后处理系统包括：

氧化催化器；和

在所述氧化催化器的上游的催化和加热混合器，所述催化和加热混合器包括：

壳体；

在所述壳体内的金属基底，其中所述金属基底被配置成将废气与还原剂混合以获得废气-还原剂混合物，并且其中所述金属基底包括在所述金属基底的至少一部分上的催化剂涂层；以及

在所述壳体内的加热元件，其中所述加热元件被配置成在所述废气通过所述催化和加热混合器时加热所述废气。

16.根据权利要求15所述的后处理系统，其中所述加热元件包括第一加热元件和第二加热元件，并且其中所述第一加热元件和所述第二加热元件中的至少一个是电加热线圈。

17.根据权利要求15或16所述的后处理系统，其中所述催化剂涂层是柴油氧化催化剂涂层。

18.根据权利要求15或16所述的后处理系统，其中所述催化和加热混合器还包括具有多于一个开口的穿孔板，以允许所述废气和所述还原剂进入所述催化和加热混合器。

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