[發明專利]用于供給燃料或還原劑的裝置和方法以及等離子體焰炬

無效

• 申請號: 200580016569.6
• 申請日: 2005-06-21
• 公開（公告）號: CN101094975A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 平田裕人;松村惠理子;石橋一伸
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;F01N3/08;F02M43/04;B01D53/90
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 代易寧;車文

技術領域

本發明涉及一種用于供給燃料或還原劑的裝置和方法，以及能用于所述裝置和方法的等離子體焰炬。

背景技術

圖1表示用于將燃料直接噴射到內燃機燃燒室的傳統噴射器，該噴射器10包括接近圓柱形的噴嘴12和接近柱狀的針閥14，噴嘴12中具有中空空間13，針閥14在噴嘴12的中空空間中滑動(移動)。將噴嘴12和針閥14設置成使得它們的軸線A同軸延伸。此外，在噴嘴12中設有與中空空間13連通的供給通道15，供給通道15與燃料源(未示出)相連，高壓燃料通過供給通道15供給到中空空間13中。供給的燃料通過針閥14和噴嘴12的內壁面之間的環形通路16流到噴嘴12的遠端部分18，且在噴嘴12的遠端部分18被從噴射孔19噴射出來。在該噴射器中，通過使針閥14在中空空間13中滑動以使針閥14的遠端與噴嘴遠端部分18的內壁面接觸來關閉或打開噴射孔19的入口，藉此控制從噴射口19進行的燃料噴射。

這種噴射器也用于將燃料噴射到排氣管中，在排氣管中流動著來自內燃機的廢氣，這在未經審查的日本專利(Kokai)2001-159309中被披露。未經審查的日本專利(Kokai)2001-159309提出通過利用設置在催化劑上游的放電裝置在排氣管中產生放電并在放電裝置的更上游側上噴射還原劑。根據該技術，由于碳氫化合物的存在，能加快放電裝置中從NO到NO₂的氧化速度。此外，未經審查的日本專利(Kokai)2001-159309提出了在催化劑上游噴射還原劑和在催化劑上產生放電等離子體。根據該技術，加快了催化劑上反應的速度并能加強凈化活動。

在未經審查的日本專利(Kokai)5-321634中也描述了使用用于凈化汽車廢氣的放電等離子體。未經審查的日本專利(Kokai)5-321634涉及通過PM捕集器收集柴油機廢氣中的顆粒物質(在下文中稱為“PM”)和通過將新鮮空氣供給到PM捕集器來使PM捕集器再生的PM消除裝置。在該公開文獻中，提出向供給到PM捕集器的新鮮空氣中噴射水，通過對包含水的新鮮空氣進行電暈放電來產生羥基，并通過產生的羥基的作用來加快在PM捕集器中捕集的PM的燃燒速度。

關于使汽車廢氣凈化的放電等離子體的使用，未審查的日本專利(Kokai)6-343820提出向等離子體產生裝置供應水蒸汽并將獲得的水蒸汽等離子氣體供給到廢氣中，藉此使廢氣中的有害成分氧化并使其變為無害的。在該公開文獻中，披露了通過將水蒸汽供給到等離子體產生裝置來獲得活性化學物質如O、OH、H、H₂O和O₃。

日本專利(Kokai)2002-61556披露了用于將汽油噴射到內燃機燃燒室的噴嘴，在噴嘴中，在燃料的通道中產生放電，從而在將燃料噴射到燃燒室之前給燃料充電。該專利公開文獻聲明，該充電在燃料與空氣混合時促進了燃料的電離，從而導致在燃燒時產生很少NO_X、CO等等。

如上所述，用于噴射燃料或還原劑的噴射器正在用于各種用途，然而，在這些用途的任一個中，特別是在低溫下，存在不能僅僅通過噴射使燃料或還原劑令人滿意地汽化的問題。

在將燃料噴射到直噴式內燃機的燃燒室時燃料沒有令人滿意地汽化的情況下，不充分地進行燃料和空氣之間的混合，這趨向于使燃料燃燒不完全和產生PM。

在將還原劑噴射到其中流動著內燃機廢氣的排氣管中時還原劑沒有令人滿意地汽化的情況下，向催化劑的擴散以及與催化劑的接觸可能變得不夠，因而不能實現充分凈化，或還原劑可能未反應并按原樣釋放到空氣中。

傳統上已知用等離子體凈化廢氣，如未審查的日本專利(Kokai)2001-159309中所述的。然而，如在未審查的日本專利(Kokai)2001-159309中那樣當將燃料噴射到廢氣并在隨后的廢氣處理過程中提供等離子體時，廢氣流作為整體轉變成等離子態，因而為了產生等離子體需要較大的能量或等離子體密度減小。

因而，需要用于供給燃料或還原劑的裝置和方法，其中甚至在沒有考慮到僅僅噴射的燃料或還原劑的充分汽化的情況下，通過噴射供給的燃料或還原劑也能汽化，和/或能較容易地提供具有高反應性的燃料或還原劑。

發明內容

本發明的用于供給燃料或還原劑的裝置包括用于將氣體轉變成等離子體并供給等離子體的等離子體焰炬，和用于將燃料或還原劑噴射到被供以等離子體的區域的噴射器。

本發明中使用的“等離子體焰炬”是指將供給的氣體轉變成等離子體并供給等離子體的等離子體產生裝置，特別是能從其遠端部噴出等離子體的等離子體產生裝置。