[發(fā)明專利]柴油機(jī)催化系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680054961.4
• 申請(qǐng)日: 2006-06-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101460720A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安德烈亞斯·欣茨;喬納斯·揚(yáng)森;漢斯·貝爾恩萊爾;烏爾里克·戈貝特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沃爾沃拉斯特瓦格納公司
• 主分類號(hào): F01N3/20
• 分類號(hào): F01N3/20;F01N3/035
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 安 翔;林月俊

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及選擇性催化還原系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于減少壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的氮氧化物排放水平，該系統(tǒng)包括位于第一催化器上游的第一還原劑噴射器，該第一催化器包括選擇性催化還原涂層。

背景技術(shù)

至少?gòu)亩兰o(jì)七十年代早期起，在內(nèi)燃機(jī)技術(shù)中，對(duì)排放的關(guān)注越來(lái)越多。對(duì)于SI(火花點(diǎn)燃式)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，在七十年代中期三元催化劑投放市場(chǎng)后，排放幾乎不被認(rèn)為是個(gè)問(wèn)題。

然而，對(duì)于CI(壓燃式)發(fā)動(dòng)機(jī)，該情況稍加復(fù)雜；CI發(fā)動(dòng)機(jī)具有氮氧化物(NO_x)和微粒(煙灰)的固有高排放水平。由于在CI發(fā)動(dòng)機(jī)里發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的本質(zhì)，即大量的空氣被導(dǎo)入汽缸，于是空氣被壓縮。隨后，隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的函數(shù)變化的一定量燃料被噴入該壓縮空氣中。噴射燃料將由于空氣壓縮所引起的高溫而自燃。

噴射燃料以擴(kuò)散模式燃燒，即，燃燒速度或多或少地由噴射燃料和壓縮空氣之間的混合比率所控制。煙灰將形成在富燃料帶并且NO_x將形成在燃燒帶中，該燃燒帶具有高溫并且留有足夠的氧以形成NO_x。

關(guān)于減少CI發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的NO_x的排氣后處理的一個(gè)阻礙是氧的存在；如之前的暗示，大量空氣在燃料噴射以前被導(dǎo)入汽缸中。因此，與完全燃燒所有噴射燃料所需的空氣量相比，汽缸中總有過(guò)?？諝?。排氣中的剩余空氣使得使用標(biāo)準(zhǔn)三元催化劑來(lái)減少NO_x排放成為不可能。

煙灰(或微粒)也是CI發(fā)動(dòng)機(jī)的主要問(wèn)題；如上述，煙灰形成于富燃料燃燒帶。形成小燃料滴的高燃料噴射壓力能顯著減少煙灰形成，但是在能接受多高的噴射壓力上存在著設(shè)計(jì)限制。

有一些方法來(lái)減少CI發(fā)動(dòng)機(jī)中的NO_x形成；最常見(jiàn)的方法是延遲噴射正時(shí)。通過(guò)延遲噴射正時(shí)，能減少最大燃燒溫度，這將依次減少NO_x形成。然而，該NO_x的減少伴隨著一些代價(jià)，即煙灰形成和燃料消耗都隨著延遲噴射正時(shí)而增加。

一種減少NO_x排放的有效方法是使用SCR(選擇性催化還原)排放后處理系統(tǒng)。常見(jiàn)的SCR系統(tǒng)包括涂有如沸石、V氧化物(如V₂O₅)、銅沸石、鐵沸石或者適合SCR的其他已知材料的基質(zhì)。不同于SI發(fā)動(dòng)機(jī)的三元催化劑，SCR系統(tǒng)無(wú)法在僅由排氣組成的環(huán)境中工作；一些附加的試劑必須加入排氣中，如還原劑。常見(jiàn)的此種試劑是尿素，即(NH₂)₂CO，還有碳?xì)浠衔锘驓洹?/p>

SCR催化劑的效率，與行駛周期(driving?cycle)有關(guān)，限于大約65—80％，并且其功能由于煙灰的存在而嚴(yán)重削弱。

過(guò)濾器被用作煙灰散播的排氣后處理；然而此種過(guò)濾器隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷情況變化而需要經(jīng)常再生。該再生主要指排氣溫度通過(guò)任何方式增加，例如，通過(guò)極端延遲的燃料噴射、二次噴射、通過(guò)入口空氣節(jié)流、或通過(guò)任何其他適合的方式。該增加的排氣溫度使過(guò)濾器捕集的煙灰微粒“燃盡”，也就是與氧一起在排氣中反應(yīng)以形成二氧化碳和水。然而，每一次再生后果導(dǎo)致了燃料經(jīng)濟(jì)性損失。

現(xiàn)在和未來(lái)涉及NO_x排放的法規(guī)實(shí)際上將使聯(lián)合延遲燃料噴射、SCR系統(tǒng)和煙灰過(guò)濾器成為必須。這導(dǎo)致“惡性循環(huán)”，最終導(dǎo)致高燃料消耗，這又進(jìn)一步導(dǎo)致溫室效應(yīng)增加和糟糕的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

如果該NO_x排氣后處理可以改善，則該惡性循環(huán)應(yīng)該被打破；該燃料噴射正時(shí)可以被設(shè)置成設(shè)定的給定最小燃料經(jīng)濟(jì)性，這將跟著減少煙灰形成，進(jìn)一步又將使NO_x的減少更容易。

所以本發(fā)明的目的是提供能夠達(dá)到高的NO_x轉(zhuǎn)化因數(shù)的排氣后處理系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過(guò)位于第一催化器下游的第二還原劑噴射器和置于第二還原劑噴射器下游的第二催化器來(lái)解決了以上或其他問(wèn)題，所述第二催化器包括選擇性催化還原涂層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一催化器包括過(guò)濾器功能元件(filterfunction)以捕集由壓燃燃燒形成的微粒。在此實(shí)施例中，第一催化器包括多個(gè)細(xì)長(zhǎng)單元，這些單元分別交替地具有封閉和開(kāi)放的頂端和底端，其中排氣氣流被促使通過(guò)組成該單元的單元壁，并且其中選擇性催化還原涂層涂在壁的單側(cè)或雙側(cè)。

為了進(jìn)一步給根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)提供氧化能力，氧化催化涂層被涂在單元壁的上游側(cè)。