[發明專利]選擇性催化還原系統和減少發動機氮氧化物排放的方法

在審

• 申請號: 201310256776.5
• 申請日: 2006-06-13
• 公開（公告）號: CN103527289A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 安德烈亞斯·欣茨;喬納斯·揚森;漢斯·貝爾恩萊爾;烏爾里克·戈貝特
• 申請（專利權）人: 沃爾沃拉斯特瓦格納公司
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20;F01N3/035
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陸弋;王偉

分案申請

本申請是申請號為200680054961.4的中國專利申請的分案申請，上述申請的申請日為2006年6月13日，發明名稱為“柴油機催化系統”。

發明領域

本發明涉及選擇性催化還原系統，該系統用于減少壓燃式發動機的氮氧化物排放水平，該系統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

至少從二十世紀七十年代早期起，在內燃機技術中，對排放的關注越來越多。對于SI（火花點燃式）發動機來說，在七十年代中期三元催化劑投放市場后，排放幾乎不被認為是個問題。

然而，對于CI（壓燃式）發動機，該情況稍加復雜；CI發動機具有氮氧化物（NO_x）和微粒（煙灰）的固有高排放水平。由于在CI發動機里發動機燃燒的本質，即大量的空氣被導入汽缸，于是空氣被壓縮。隨后，隨發動機負荷的函數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。

關于減少CI發動機排氣中的NO_x的排氣后處理的一個阻礙是氧的存在；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，汽缸中總有過剩空氣。排氣中的剩余空氣使得使用標準三元催化劑來減少NO_x排放成為不可能。

煙灰（或微粒）也是CI發動機的主要問題；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計限制。

有一些方法來減少CI發動機中的NO_x形成；最常見的方法是延遲噴射正時。通過延遲噴射正時，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，即煙灰形成和燃料消耗都隨著延遲噴射正時而增加。

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。常見的SCR系統包括涂有如沸石、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。不同于SI發動機的三元催化劑，SCR系統無法在僅由排氣組成的環境中工作；一些附加的試劑必須加入排氣中，如還原劑。常見的此種試劑是尿素，即(NH₂)₂CO，還有碳氫化合物或氫。

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

過濾器被用作煙灰散播的排氣后處理；然而此種過濾器隨發動機負荷情況變化而需要經常再生。該再生主要指排氣溫度通過任何方式增加，例如，通過極端延遲的燃料噴射、二次噴射、通過入口空氣節流、或通過任何其他適合的方式。該增加的排氣溫度使過濾器捕集的煙灰微粒“燃盡”，也就是與氧一起在排氣中反應以形成二氧化碳和水。然而，每一次再生后果導致了燃料經濟性損失。

現在和未來涉及NO_x排放的法規實際上將使聯合延遲燃料噴射、SCR系統和煙灰過濾器成為必須。這導致“惡性循環”，最終導致高燃料消耗，這又進一步導致溫室效應增加和糟糕的運行經濟性。

如果該NO_x排氣后處理可以改善，則該惡性循環應該被打破；該燃料噴射正時可以被設置成設定的給定最小燃料經濟性，這將跟著減少煙灰形成，進一步又將使NO_x的減少更容易。

所以本發明的目的是提供能夠達到高的NO_x轉化因數的排氣后處理系統。

發明內容

本發明通過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解決了以上或其他問題，所述第二催化器包括選擇性催化還原涂層。