[發明專利]提高渦輪增壓式內燃機的排氣系統中廢氣溫度的方法和設備

有效

• 申請號: 201310672723.1
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103867323B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: A.德林
• 申請（專利權）人: 曼卡車和巴士股份公司
• 主分類號: F02D43/00
• 分類號: F02D43/00;F02B37/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 石克虎,林森

發明領域

本發明涉及用于提高渦輪增壓式內燃機，特別是機動車的渦輪增壓式內燃機的排氣系統中的廢氣溫度的方法，本發明還涉及實施這種方法的設備和內燃機。

背景技術

為盡可能降低含碳細顆粒，在機動車中通常使用所謂的顆粒分離器或顆粒過濾器。例如由EP 1072765 A2已知一種典型的機動車中的顆粒分離器-裝置。這種顆粒分離器與顆粒過濾器的差別在于，該廢氣流沿分離器結構導流，而在顆粒過濾器情況下，該廢氣需流過過濾介質。由于這種不同，顆粒過濾器易于堵塞，這提高了廢氣背壓，即引起內燃機廢氣出口處的不希望的壓力升高，這進而降低了發動機效率和造成內燃機的高的燃料消耗。由EP 0341832 A2中已知這類顆粒過濾器-裝置的實例。

在該兩前述的裝置中，在顆粒分離器或顆粒過濾器上游配置的氧化催化器各借助于同時含有的殘余氧(O₂)將廢氣中的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO₂)，其反應方程式為：

2NO+O₂←→2NO₂。

要注意的是，在高溫下上述反應的平衡趨向NO側。其結果是，由于這種熱力學的限制使在高溫下可達到的NO₂-含量受限。

另一方面，該NO₂在顆粒過濾器中與含碳的細顆粒反應生成CO、CO₂、N₂和NO。因此，借助于強氧化劑NO₂以連續去除淀積的細顆粒，以致可不采用如在其它裝置中需昂貴實施的再生循環。這方面所涉及的非能動再生按下列反應進行：

2NO₂+C→2NO+CO₂

NO₂+C→NO+CO

2C+2NO₂→N₂+2CO₂。

除NO₂外，在含鉑的NO-氧化催化器上由燃油和/或發動機油中所含的硫還形成SO₃。該SO₃和NO₂在排氣系統的冷的部位冷凝成高腐蝕性的硫酸或硝酸，以致直至顆粒過濾器的該廢氣裝置必需用不銹鋼制造，以避免腐蝕。

如果借助于NO₂未將滲入顆粒過濾器中的碳完全氧化，則碳含量和由此廢氣背壓增加。為避免這點，目前越來越多地提供配有用于氧化NO的催化涂層的顆粒過濾器(EP 0341832 A2)。具體而言是涉及含鉑的催化器。但此方法的缺點在于，在顆粒過濾器上形成的NO₂僅可用于氧化在NO-氧化的催化活性層下游所淀積的顆粒，即在過濾介質中的顆粒。相反，如果在過濾器表面和由此在催化活性層上形成淀積顆粒層即所謂濾餅，則該顆粒過濾器側的NO-氧化催化器位于濾餅的下游，以致在濾餅中淀積的炭黑顆粒不能借助于來自施加在顆粒過濾器上的NO-氧化催化器的NO₂所氧化。再加上，嚴格而言，僅在未經處理的氣體側所施加的催化器層有助于該系統的效能，因為在凈化的氣體側催化形成的NO₂不再能與淀積在未經處理的氣體側的和過濾材料中的炭黑相接觸。

該顆粒過濾器的涂層的另一問題在于，該過濾器的幾何表面明顯小于通常使用的催化器基材的表面。其原因在于，該過濾器在未經處理的氣體側需較大的自由橫截面和由此較大的自由體積，以滲入炭黑灰和發動機油灰。如果使用陶瓷的過濾器基材，則通過50-200cpsi的小的微孔密度(Zelldichte)實現。與此相反，純的催化器通常為400-900cpsi的微孔密度。通過從50cpsi提高到900cpsi使幾何表面從1m²/l提高到4m²/l，由此在該催化器上可大大增加處理量。

由于此原因，盡管存在該過濾器的催化層，也可不棄用顆粒過濾器前的NO-氧化催化器，以至于產生較大的結構體積。就算是這種情況，即如果該NO-氧化催化器與顆粒過濾器形成一個結構部件，其中該顆粒過濾器的入口區設計為NO-氧化催化器，其也會產生較大的結構體積，如在DE 10327030 A1中所述。