專利名稱：純化廢氣中氮氧化物的方法以及操作該方法的排氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種純化廢氣中氮氧化物的方法，以及操作該方法的排氣系統(tǒng)。更具 體而言，本申請(qǐng)涉及一種純化廢氣中氮氧化物的方法，以及操作該方法的排氣系統(tǒng)，當(dāng)滿足 預(yù)定條件時(shí)包含在廢氣中的氮氧化物被儲(chǔ)存，接著儲(chǔ)存的氮氧化物通過(guò)另外注入的燃料被 釋放，使得儲(chǔ)存的氮氧化物與另外注入的燃料間發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，從而改進(jìn)了純化氮 氧化物的效率。
背景技術(shù)：
通常，使得通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管排出的廢氣流至安裝在排氣管上的催化轉(zhuǎn)化器 中，并在其中凈化。此后，當(dāng)廢氣通過(guò)消聲器時(shí)其噪音被降低，然后廢氣通過(guò)尾管排放至空 氣中。催化轉(zhuǎn)換器純化包含于廢氣中的污染物。此外，將微粒過(guò)濾器裝在排氣管上以捕集 包含于廢氣中的微粒物質(zhì)(PM)。脫氮催化劑(脫-NOx催化劑)為一種這樣的催化轉(zhuǎn)化器，其純化包含于廢氣中的 氮氧化物。如果將諸如尿素、氨、一氧化碳和碳?xì)浠衔?HC)的還原劑提供給廢氣，則包含 于廢氣中的氮氧化物在脫-NOx催化劑上通過(guò)與還原劑的氧化還原反應(yīng)而被還原。最近，將稀NOx捕集器(LNT)催化劑用作這樣的脫-NOx催化劑。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在稀大 氣中操作時(shí)，LNT催化劑吸收包含于廢氣中的氮氧化物，而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在濃大氣中操作時(shí)，釋 放吸收的氮氧化物。使用這樣的LNT催化劑的排氣系統(tǒng)根據(jù)儲(chǔ)存在LNT催化劑中的氮氧化物的量控制 發(fā)動(dòng)機(jī)的操作狀態(tài)(稀或濃)。但是，在氮氧化物量被檢測(cè)且空氣-燃料混合物的狀態(tài)被控 制的情況下，LNT催化劑的再生時(shí)間被延遲。也就是說(shuō)，雖然控制部分判斷再生時(shí)間，但是 實(shí)際上需要長(zhǎng)時(shí)間以滿足目標(biāo)空氣/燃料比。因此，降低了純化氮氧化物的效率。此外，由于脫-NOx催化劑的再生時(shí)間基于由NOx傳感器傳送的信號(hào)加以判斷，因 此存在傳感器可能失靈的問(wèn)題。而且，可能使用昂貴的傳感器。在此背景部分公開(kāi)的上述信息僅為了增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景的理解，因此其可含有 不形成在該國(guó)家為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。在本發(fā)明背景部分所公開(kāi)的信息只是用于加深對(duì)本發(fā)明一般背景的理解，而不應(yīng) 該被認(rèn)為是承認(rèn)或者任何形式的暗示該信息形成了本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面提供一種用于純化廢氣中的氮氧化物的方法，以及操作該方法的 排氣系統(tǒng)，通過(guò)僅基于發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件判斷脫-NOx催化劑的再生時(shí)間從而具有改進(jìn)氮氧化物純化效率的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的其他方面提供用于純化廢氣中氮氧化物的方法，以及操作該方法的排氣系統(tǒng)，通過(guò)另外安裝噴嘴(injector)以在排氣管中注入燃料并通過(guò)使用柴油機(jī)燃料裂解 催化劑活化另外注入的燃料從而具有進(jìn)一步改進(jìn)氮氧化物純化效率的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案的排氣系統(tǒng)可以包括安裝在排氣管或發(fā)動(dòng)機(jī)上 的噴嘴以另外注入燃料；安裝在噴嘴的排氣管下游的柴油機(jī)燃料裂解催化劑以通過(guò)熱裂解 將另外注入的燃料轉(zhuǎn)化為高反應(yīng)活性的還原劑；安裝在柴油機(jī)燃料裂解催化劑的排氣管下 游的脫-NOx催化劑以儲(chǔ)存包含于廢氣中的氮氧化物并通過(guò)另外注入的燃料釋放儲(chǔ)存的氮 氧化物，從而通過(guò)與高反應(yīng)活性的還原劑的氧化還原反應(yīng)還原氮氧化物；以及控制部分，其 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件控制燃料的另外注入?？刂撇糠挚梢愿鶕?jù)預(yù)定的注入模式在發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件滿足燃料的另外注入條 件和燃料的另外注入時(shí)間條件時(shí)，控制噴嘴另外注入燃料。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常操作且不在空轉(zhuǎn)狀態(tài)，不發(fā)生換檔，當(dāng)前檔速高于或者等于第一前 進(jìn)速度，脫-NOx催化劑的入口溫度在催化劑活化溫度范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在預(yù)定的轉(zhuǎn)速范 圍內(nèi)以及不連續(xù)發(fā)生再生時(shí)，燃料的另外注入條件可得以滿足。當(dāng)在脫-NOx催化劑后部的氮氧化物放出量大于或者等于預(yù)定放出量，儲(chǔ)存在 脫-NOx催化劑中的氮氧化物量大于或者等于預(yù)定量，或者碳?xì)浠衔锱c氮氧化物之比大 于或者等于預(yù)定比例時(shí)，燃料的另外注入時(shí)間條件可得以滿足。預(yù)定的注入模式隨發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或脫-NOx催化劑的狀態(tài)而變化。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或脫-NOx催化劑的狀態(tài)在脫-NOx催化劑的 再生過(guò)程中發(fā)生變化時(shí)，控制部分可以控制噴嘴停止燃料的另外注入。排氣系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括微粒過(guò)濾器以捕集包含于廢氣中的微粒物質(zhì)。當(dāng)微粒過(guò)濾器的再生條件得以滿足時(shí)，燃料的另外注入時(shí)間條件也得以滿足。當(dāng)微粒過(guò)濾器的入口和出口之間的壓差大于或者等于預(yù)定值時(shí)，微粒過(guò)濾器的再 生條件得以滿足。本發(fā)明的方法和裝置具有其他特征和優(yōu)點(diǎn)，這些特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)引入本文的附 圖以及如下具體實(shí)施方式
(它們一起用于解釋本發(fā)明的某些原理)而變得顯然或更詳細(xì)地 說(shuō)明。


圖1是操作根據(jù)本發(fā)明所述的純化包含于廢氣中的氮氧化物的一個(gè)示例性方法 的排氣系統(tǒng)的示意圖。圖2是顯示氮氧化物儲(chǔ)存在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性排氣系統(tǒng)中所用的脫-NOx 催化劑中的示意圖。圖3是顯示氮氧化物從根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性排氣系統(tǒng)中所用的脫-NOx催化 劑中釋放的示意圖。圖4是顯示在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性排氣系統(tǒng)中所用的脫-NOx催化劑中第一 催化劑層的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖5是顯示在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性排氣系統(tǒng)中所用的控制部分的輸入和輸 出的關(guān)系的方框圖。圖6是操作根據(jù)本發(fā)明所述的用于純化示例性廢氣中的氮氧化物的方法的流程 圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)提及本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案，這些具體實(shí)施方案的實(shí)施例在附圖 中示出并且在下文描述。盡管將結(jié)合示例性具體實(shí)施方案來(lái)描述本發(fā)明，但應(yīng)該理解的是 本說(shuō)明書(shū)并不意在將本發(fā)明限制在那些示例性具體實(shí)施方案中。相反，本發(fā)明意在不僅覆 蓋示例性的具體實(shí)施方案，而且覆蓋包括在權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各 種選擇形式、修改形式、等價(jià)形式和其他具體實(shí)施方案。圖1是操作根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案所述的純化廢氣中氮氧化物的方法 的排氣系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，排氣系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)10、排氣管20、廢氣再循環(huán)(EGR)裝置80、柴油 機(jī)燃料裂解催化劑32、微粒過(guò)濾器30、脫-NOx催化劑40和控制部分50。發(fā)動(dòng)機(jī)10燃燒空氣-燃料混合物，其中燃料與空氣混合以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械 能。發(fā)動(dòng)機(jī)10與進(jìn)氣歧管18相連以在燃燒室12中接收空氣，并連接至排氣歧管16以使 得在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣收集在排氣歧管16中并排放至外部。第一噴嘴14安裝在燃燒 室12中以將燃料注入燃燒室12中。在文中以柴油機(jī)作為示例，但是也可以使用汽油機(jī)。當(dāng)使用汽油機(jī)時(shí)，空氣-燃料 混合物經(jīng)進(jìn)氣歧管18流入燃燒室12，火花塞(未示出)安裝在燃燒室12的上部。此外，可以使用具有各種壓縮比，優(yōu)選壓縮比小于或者等于16. 5的發(fā)動(dòng)機(jī)。排氣管20與排氣歧管16相連以將廢氣排放至車(chē)輛的外部。微粒過(guò)濾器30和 脫-NOx催化劑40安裝在排氣管20上以除去包含于廢氣中的碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氮?化物。廢氣再循環(huán)裝置80安裝在排氣管20上，自發(fā)動(dòng)機(jī)10排放的廢氣流經(jīng)廢氣再循環(huán) 裝置80。此外，廢氣再循環(huán)裝置80與進(jìn)氣歧管18相連從而通過(guò)使一部分廢氣與空氣混合 來(lái)控制燃燒溫度。通過(guò)控制控制部分50來(lái)控制提供給進(jìn)氣歧管18的廢氣的量進(jìn)行這樣的 燃燒溫度的控制。第一氧氣傳感器25安裝在廢氣再循環(huán)裝置80的排氣管20的下游上，以檢測(cè)流經(jīng) 廢氣再循環(huán)裝置80的廢氣中的氧氣量。第二噴嘴90安裝在廢氣再循環(huán)裝置80的排氣管20下游，并電力連接至控制部分 50，并根據(jù)控 制部分50的控制執(zhí)行燃料向排氣管20中的另外注入。微粒過(guò)濾器30安裝在第二噴嘴90的排氣管20下游。柴油機(jī)燃料裂解催化劑在 微粒過(guò)濾器30的上游供應(yīng)。這樣，柴油機(jī)燃料裂解催化劑32安置在第二噴嘴90和脫-NOx 催化劑40之間。在本文中，柴油機(jī)燃料裂解催化劑32與微粒過(guò)濾器30分開(kāi)安置，但是柴 油機(jī)燃料裂解催化劑32可以涂布在微粒過(guò)濾器30的前部。柴油機(jī)燃料裂解催化劑32通過(guò)催化劑反應(yīng)切斷包含在燃料內(nèi)的碳化合物的鏈環(huán) 以分解碳化合物。也就是說(shuō)，柴油機(jī)燃料裂解催化劑32通過(guò)熱裂解切斷形成碳?xì)浠衔锏逆湱h(huán)并分解燃料。因此，另外注入的燃料的有效反應(yīng)區(qū)域增加，并由此制得包括高反應(yīng)活性 氧(氧化HC)、CO和H2的碳?xì)浠衔铩崃呀馊缦逻M(jìn)行。式(1)C16H34 — 2n-C8H17* — n_C6H13* — n_C4H9* — C2H5* — C2H4式⑵C16H34 — 8C2H4+H2此處，*表示自由基。在文中，碳?xì)浠衔锉硎居砂趶U氣和燃料中的碳和氫構(gòu)成的所有化合物。柴油機(jī)微粒過(guò)濾器(DPF) 30 (其為一種微粒過(guò)濾器30)安裝在柴油機(jī)燃料裂解催 化劑32的下游，并捕集包含于自排氣管20排放的廢氣中的微粒物質(zhì)(PM)。在該說(shuō)明書(shū)中， 微粒過(guò)濾器30和柴油機(jī)微粒過(guò)濾器30用于表示相同的過(guò)濾器。但是，其它類型的微粒過(guò) 濾器30 (例如催化劑微粒過(guò)濾器(CPF))可用于代替柴油機(jī)微粒過(guò)濾器30使用。此外，氧化催化劑可涂布在柴油機(jī)微粒過(guò)濾器30上。這樣的氧化催化劑將包含于 廢氣中的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸佳趸癁槎趸迹趶U氣中的一氧化氮氧化為二 氧化氮。氧化催化劑可主要涂布在微粒過(guò)濾器30的特定區(qū)域，或者可均勻地涂布在微粒過(guò) 濾器30的整個(gè)區(qū)域。第一溫度傳感器35安裝在柴油機(jī)燃料裂解催化劑32的排氣管20的上游，檢測(cè)柴 油機(jī)燃料裂解催化劑32的入口溫度。第二溫度傳感器36安裝在柴油機(jī)燃料裂解催化劑32 的下游，檢測(cè)柴油機(jī)燃料裂解催化劑32的出口溫度或者微粒過(guò)濾器30的入口溫度。同時(shí)，壓差傳感器55安裝在排氣管20上。壓差傳感器55檢測(cè)微粒過(guò)濾器30的 入口和出口的壓差，并將其相應(yīng)的信號(hào)傳送至控制部分50。當(dāng)由壓差傳感器55檢測(cè)的壓差 大于或者等于預(yù)定值時(shí)，控制部分50控制微粒過(guò)濾器30再生。此時(shí)，第一噴嘴14能夠后 注入燃料以燃燒捕集在微粒過(guò)濾器30中的煤煙。脫-NOx催化劑40安裝在微粒過(guò)濾器30的排氣管20下游。脫-NOx催化劑40儲(chǔ) 存包含于廢氣中的氮氧化物，并通過(guò)燃料的另外注入釋放儲(chǔ)存的氮氧化物。此外，脫-NOx 催化劑40進(jìn)行釋放的氮氧化物的還原反應(yīng)以純化包含于廢氣中的氮氧化物。第三溫度傳感器60和第四溫度傳感器65分別安裝在脫-NOx催化劑40的上游和 下游以檢測(cè)入脫-NOx催化劑40的入口溫度和出口溫度。在文中，脫-NOx催化劑40被分 成兩個(gè)部分。將脫-NOx催化劑40分成兩個(gè)部分的原因在于涂布在各部分上的金屬比例可 發(fā)生變化以實(shí)現(xiàn)特定的功能。例如，通過(guò)增加鈀(Pd)比例增強(qiáng)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)10的第一部分 40的耐熱能力，通過(guò)增加鉬(Pt)比例防止在第二部分40的碳?xì)浠衔锏姆懦觥Ｏ喾?，可?使用在整個(gè)區(qū)域涂布相同金屬比例的脫-NOx催化劑40。此外，第二氧氣傳感器70安裝在脫-NOx催化劑40的排氣管20下游。第二氧氣 傳感器70用于監(jiān)測(cè)根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案的排氣系統(tǒng)是否正常地純化包含于廢 氣中的有害材料?？刂撇糠?0基于由各傳感器25、35、36、55、60、65和70傳送的信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的 驅(qū)動(dòng)條件，并基于發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件控制燃料的另外注入量和另外注入時(shí)間。由此，控制部 分50控制脫-NOx催化劑40以釋放儲(chǔ)存的氮氧化物。例如，當(dāng)儲(chǔ)存在脫-NOx催化劑40中 的氮氧化物量大于或者等于預(yù)定值時(shí)，控制部分50控制燃料另外注入。此外，控制部分50控制廢氣中的碳?xì)浠衔锱c氮氧化物的比例大于或者等于預(yù)定比例以活化脫-NOx催化劑40中氮氧化物的還原反應(yīng)。預(yù)定比例可以為8。同時(shí)，控制部分50基于發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件計(jì)算儲(chǔ)存在脫-NOx催化劑40中的氮 氧化物量，在脫-NOx催化劑的后部的氮氧化物的放出量，以及碳?xì)浠衔锱c氮氧化物的比 例。根據(jù)由各種實(shí)驗(yàn)得到的圖表進(jìn)行這樣的計(jì)算。此外，控制部分50根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或者脫-NOx催化劑的狀 態(tài)，通過(guò)第二噴嘴90改變?nèi)剂系淖⑷肽Ｊ?。在此，通過(guò)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的操作周期設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī) 的狀態(tài)，并通過(guò)考慮脫-NOx催化劑的降解設(shè)定脫-NOx催化劑的狀態(tài)。同時(shí)，控制部分50可以控制第一噴嘴14后注入燃料以代替第二噴嘴90的另外注 入而在脫-NOx催化劑40中活化氮氧化物的還原反應(yīng)。此時(shí)，后注入燃料在柴油機(jī)燃料裂 解催化劑32上被轉(zhuǎn)化為高反應(yīng)活性的還原劑，并在脫-NOx催化劑40中促進(jìn)氮氧化物的還 原反應(yīng)。因此，應(yīng)理解的是在該說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，另外的注入包括后注入。在下文中，參照?qǐng)D2至圖4進(jìn)一步描述脫-NOx催化劑40。圖2是顯示氮氧化物儲(chǔ)存在根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案的排氣系統(tǒng)中所用 的脫-NOx催化劑中的示意圖；圖3是顯示氮氧化物從根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案的排 氣系統(tǒng)中所用的脫-NOx催化劑中釋放的示意圖；圖4是顯示在根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施 方案的排氣系統(tǒng)中所用的脫-NOx催化劑中第一催化劑層的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖2和圖3所示，脫-NOx催化劑40包括涂布在載體上的第一和第二催化劑層 44和46。第一催化劑層44靠近廢氣安置，第二催化劑層46靠近載體安置。第一催化劑層44氧化包含于廢氣中的氮氧化物，通過(guò)與包含于未燃燒燃料或廢 氣中的碳?xì)浠衔锏难趸€原反應(yīng)還原一部分氧化的氮氧化物。此外，氧化的氮氧化物的 剩余部分?jǐn)U散至第二催化劑層46。第一催化劑層44，如圖4所示，包括沸石催化劑112和 負(fù)載在多孔氧化鋁上的金屬催化劑114中的至少一種。沸石催化劑112為其中銅、鉬、錳、鐵、鈷、鎳、鋅、銀、鈰和鎵的至少一種元素被離 子交換的催化劑。發(fā)生在沸石催化劑112中的化學(xué)反應(yīng)如下。式(3)Z-Cu2DNO — Z-Cu2+ (NO2) ads — Z_Cu2++N02式(4)Z+CT+N0 — Z+ (NO2) ads — Ζ++Ν02式(5)Z-Cu2+ (NO2O ads+N0 — Z-Cu2+N2Ofads — Z_Cu2+(T+N2+02式(6)Z_H++CnH2n — Z_CnH2n+1+ — η (Z-H) +CnH2n+式(7)mN02+CnH2n+ — CnH2nNmO2m — N2+C02+H20這里，“ Z，，表示沸石，下標(biāo)“ ads，，表示吸附。而且，鉬、鈀、銠、銥、釕、鎢、鉻、錳、鐵、鈷、銅、鋅和銀中的至少一種元素可用于在 多孔氧化鋁上負(fù)載的金屬催化劑114。負(fù)載在多孔氧化鋁上的金屬催化劑114中發(fā)生的化 學(xué)反應(yīng)如下。式(8)N0+02—(NOx)ads式(9) THC+ (NOx) ads — THC-ONO 或 THC-NO2式(IO)THC-NO2— THC-NCO式(11)THC-NC0+N0+02 — N2+C02+H20這里，THC表示碳?xì)浠衔?。如上所述，碳?xì)浠衔锉硎居砂趶U氣和燃料中的 碳和氫組成的所有化合物。
第二催化劑層46儲(chǔ)存自第一催化劑層44擴(kuò)散的氮氧化物，并通過(guò)另外注入的燃 料釋放儲(chǔ)存的氮氧化物以在第一催化劑層44中將儲(chǔ)存的氮氧化物還原。第二催化劑層46包括貴金屬108和NOx儲(chǔ)存材料106。氧化鋇(BaO)可用作NOx 儲(chǔ)存材料106。貴金屬108促進(jìn)NOx儲(chǔ)存材料106儲(chǔ)存氮氧化物。如鉬和鈀的各種金屬材 料可用作貴金屬108。在下文，將詳細(xì)描述脫-NOx催化劑的操作。氮氧化物儲(chǔ)存模式在燃料不由第二噴嘴90另外注入時(shí)，包含于廢氣中的氮氧化物在第一催化劑層 44中被氧化。一部分氧化的氮氧化物通過(guò)與包含于廢氣中的碳?xì)浠衔锏难趸?還原反應(yīng) 還原成為氮?dú)?。在該階段，包含于廢氣中的碳?xì)浠衔锉谎趸癁槎趸?。發(fā)生在第一催 化劑層44中的化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)要地如下所示。
式(12)Ν0+1/202— NO2 式(13)N0+HC— 1/2N2+C02而且，氧化的氮氧化物的剩余部分與包含于廢氣中的氮氧化物擴(kuò)散至第二催化劑 層46。此時(shí)，第二催化劑層46的貴金屬108促進(jìn)NOx儲(chǔ)存材料106儲(chǔ)存氮氧化物。發(fā)生在 第二催化劑層46中的化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)要地如下所示。
式(14)Ba0+2N02+l/202 — Ba (NO3) 2氮氧化物再生模式當(dāng)由第二噴嘴90另外注入燃料時(shí)，另外注入的燃料流經(jīng)柴油機(jī)燃料裂解催化 劑32，此時(shí)燃料轉(zhuǎn)化為低分子的碳?xì)浠衔?。此外，部分低分子的碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為氧化 (oxygenated)的碳?xì)浠衔锊⒘鹘?jīng)脫-NOx催化劑40。此時(shí)，氮氧化物通過(guò)與碳?xì)浠衔锏娜〈磻?yīng)由第二催化劑層46釋放，其簡(jiǎn)要地 如下所示。
式(15)Ba (NO3) 2+3C0 — BaC03+2N0+2C02此外，在第一催化劑層44中，通過(guò)釋放的氮氧化物與碳?xì)浠衔锖脱趸奶細(xì)浠?合物的氧化_還原反應(yīng)，使得氮氧化物還原為氮?dú)?，碳?xì)浠衔锖脱趸奶細(xì)浠衔镅趸?為二氧化碳。這簡(jiǎn)要地如下所示。
式(16)N0+HC/氧化 HC = 1/2N2+C02因此，包含于氮氧化物和碳?xì)浠衔锉患兓?。圖5是顯示在根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案的排氣系統(tǒng)中所用的控制部分的 輸入和輸出關(guān)系的方框圖。如圖5所示，將通過(guò)第一和第二氧氣傳感器25和70，第一、第二、第三和第四溫度 傳感器35、36、60和65，發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器75，和計(jì)時(shí)器85的檢測(cè)值傳送至控制部分50。控制部分50基于檢測(cè)值確定發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件，燃料的另外注入量和另外注入 時(shí)間，和另外注入模式，并將用于控制第二噴嘴90的信號(hào)輸出至第二噴嘴90。發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器75檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并將其相應(yīng)的信號(hào)傳送至控制部分50。當(dāng)完成脫-NOx催化劑的再生或者在脫-NOx催化劑的再生過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng) 條件改變和停止燃料的另外注入時(shí)，打開(kāi)計(jì)時(shí)器85。相反，當(dāng)在計(jì)時(shí)器85的打開(kāi)狀態(tài)開(kāi)始 燃料的另外注入時(shí)，復(fù)位計(jì)時(shí)器85。
同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案的排氣系統(tǒng)除圖5所示的傳感器外還包括 多個(gè)傳感器，但是為了更好理解和易于描述而省略對(duì)其說(shuō)明。在下文中，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案所述的用于純化廢氣中氮 氧化物的方法。圖6是操作根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案所述的用于純化廢氣中氮氧化物的 方法的流程圖。如圖6所示，在步驟S210中，當(dāng)操作發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，控制部分50基于由傳感器25、35、 36、55、60、65、70和75檢測(cè)值確定發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件。在步驟S220中，控制部分50基于發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件計(jì)算氮氧化物的生成量，并基 于氮氧化物的生成量確定儲(chǔ)存在脫-NOx催化劑40中的氮氧化物量是否大于或者等于預(yù)定 的氮氧化物量。如果在步驟S220中氮氧化物的儲(chǔ)存量小于預(yù)定氮氧化物量，則控制部分50基于 發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件繼續(xù)計(jì)算氮氧化物的儲(chǔ)存量。如果在步驟S220中氮氧化物的儲(chǔ)存量大于或者等于預(yù)定氮氧化物量，則在步驟 S230中控制部分50確定燃料的另外注入條件是否得以滿足。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常操作且不在空 轉(zhuǎn)狀態(tài)，不發(fā)生換檔，當(dāng)前檔速高于或者等于第一前進(jìn)速度，脫-NOx催化劑的入口溫度在 催化劑活化溫度范圍內(nèi)(例如200°C -600°C )，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在預(yù)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，以及再生 不連續(xù)發(fā)生時(shí)，燃料的另外注入條件可得以滿足。為了確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否正常操作，另外檢測(cè) 燃料溫度、進(jìn)氣溫度、大氣壓力、冷卻劑溫度和燃料注入量。此外，當(dāng)脫-NOx催化劑的溫度 太高或太低時(shí)，氮氧化物的還原反應(yīng)不正常發(fā)生。因此，如果脫-NOx催化劑的入口溫度太 高或太低，阻止了脫-NOx催化劑40的再生。此外，當(dāng)脫-NOx催化劑40的再生剛完成或者 當(dāng)在脫-NOx催化劑40的再生完成后預(yù)定時(shí)間未過(guò)去時(shí)，脫-NOx催化劑40的再生也被阻 止。也即，阻止了脫-NOx催化劑40的連續(xù)再生。在步驟S230中，如果燃料的另外注入條件不滿足，則在步驟S230中控制部分50 繼續(xù)確定燃料的另外注入條件是否滿足。在步驟S230中，如果燃料的另外注入條件得以滿足，則在步驟S240中控制部分50 確定燃料的另外注入條件是否滿足。也即，由于在步驟S230中燃料的另外注入已經(jīng)準(zhǔn)備就 緒，因此如果滿足燃料的另外注入時(shí)間條件則另外注入燃料。當(dāng)在脫-NOx催化劑40后部 的氮氧化物放出量大于或者等于預(yù)定放出量，儲(chǔ)存在脫-NOx催化劑40中的氮氧化物量大 于或者等于預(yù)定量(在該步驟中的預(yù)定量可以比在步驟S220中的大)，或者碳?xì)浠衔锱c 氮氧化物之比大于或者等于預(yù)定比例時(shí)，燃料的另外注入時(shí)間條件可得以滿足。預(yù)定放出 量、預(yù)定量和預(yù)定比例可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)10的狀態(tài)和脫-NOx催化劑40的狀 態(tài)設(shè)定。在步驟S240中，如果燃料的另外注入時(shí)間條件不滿足，則在步驟S240中控制部分 50繼續(xù)確定燃料的另外注入時(shí)間條件是否滿足。在步驟S240中，如果燃料的另外注入時(shí)間條件得以滿足，則在步驟S250中控制部 分50確定燃料的另外注入模式。如上所述，控制部分50根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的 狀態(tài)或者脫-NOx催化劑的狀態(tài)控制第二噴嘴90以改變?nèi)剂系牧硗庾⑷肽Ｊ?。主要根?jù)注 入時(shí)間值和注入期(即輸入第二噴嘴90的閥的閉合/開(kāi)啟信號(hào)的脈沖寬度)確定燃料的另外注入模式。因此，控制部分50根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或者脫-NOx催化 劑的狀態(tài)確定注入時(shí)間的最佳值和最佳注入期。此后，控制部分50根據(jù)確定的燃料的另外注入模式控制第二噴嘴90以另外地注 入燃料，在步驟S260中第二噴嘴90另外注入燃料從而再生脫-NOx催化劑40。脫-NOx催 化劑40的再生是指儲(chǔ)存在脫-NOx催化劑40中的氮氧化物被釋放。在脫-NOx催化劑40的再生過(guò)程中，在步驟S270中控制部分50確定發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng) 條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或者脫-NOx催化劑40的狀態(tài)是否改變。發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的 狀態(tài)或者脫-NOx催化劑的狀態(tài)的改變是指脫-NOx催化劑40的再生應(yīng)該被阻止。發(fā)動(dòng)機(jī) 的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或者脫-NOx催化劑的狀態(tài)的改變使得換擋信號(hào)被檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速超出預(yù)定速度范圍，或者脫-NOx催化劑40的入口溫度超出催化劑活化溫度范圍。此 外，本領(lǐng)域技術(shù)人員用以確定脫-NOx催化劑40的再生應(yīng)該被阻止的所有狀態(tài)包括在發(fā)動(dòng) 機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或者脫-NOx催化劑的狀態(tài)的改變中。如果在步驟S270中發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或者脫-NOx催化劑的狀態(tài) 不改變，則在步驟S290中控制部分50確定脫-NOx催化劑40的再生是否被完成。如果在步 驟S270中發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或者脫-NOx催化劑的狀態(tài)改變，則在步驟S280 中控制部分50控制第二噴嘴90停止燃料的另外注入，該方法返回步驟S230。如果脫-NOx催化劑40的再生沒(méi)有完成，則該方法返回步驟S260。相反地，如果 脫-NOx催化劑40的再生得以完成，則完成根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案所述的用于純 化廢氣中氮氧化物的方法。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件精確控制另外注入的燃料量可以改進(jìn)純 化包含于廢氣中的氮氧化物的效率。此外，由于另外注入的燃料被柴油機(jī)燃料裂解催化劑活化，在脫-NOx催化劑中發(fā) 生的氧化-還原反應(yīng)也被活化。由此，包含于廢氣中的氮氧化物的純化效率可得以進(jìn)一步 提尚。為了解釋的方便和權(quán)利要求書(shū)中的準(zhǔn)確限定，術(shù)語(yǔ)“前面”或“后面”等參考附圖 中顯示的示例性具體實(shí)施方案的特征的位置而用于描述這種特征。以上對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說(shuō)明和闡述的目的。它們并非 意在窮舉或者將本發(fā)明限制在所公開(kāi)的精確形式，并且很明顯地，根據(jù)上述教導(dǎo)可進(jìn)行很 多修改和變化。選擇示例性的具體實(shí)施方案并進(jìn)行描述是為了解釋本發(fā)明的某些原理及其 實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域其它技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種示例性具體實(shí)施方 案及其各種選擇形式和修改形式。本發(fā)明的范圍旨在由權(quán)利要求書(shū)及其等同形式限定。
權(quán)利要求
一種純化氮氧化物的方法，其純化包含于廢氣中的氮氧化物，該方法包括提供安裝在排氣管上的排氣系統(tǒng)，其中所述排氣系統(tǒng)包括噴嘴，其安裝在排氣管或發(fā)動(dòng)機(jī)上以另外注入燃料；柴油機(jī)燃料裂解催化劑，其安裝在噴嘴的排氣管下游以通過(guò)熱裂解將另外注入的燃料轉(zhuǎn)化為高反應(yīng)活性的還原劑；脫 NOx催化劑，其安裝在柴油機(jī)燃料裂解催化劑的排氣管下游，以儲(chǔ)存包含于廢氣中的氮氧化物，并通過(guò)另外注入的燃料釋放儲(chǔ)存的氮氧化物從而通過(guò)與高反應(yīng)活性的還原劑的氧化還原反應(yīng)還原氮氧化物；和控制部分，其根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件控制燃料的另外注入；以及在發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件滿足燃料的另外注入條件和燃料的另外注入時(shí)間條件時(shí)，根據(jù)預(yù)定的注入模式通過(guò)另外注入燃料再生脫 NOx催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常操作且不在空轉(zhuǎn)狀態(tài)，不發(fā)生換 檔，當(dāng)前檔速高于或者等于第一前進(jìn)速度，脫-NOx催化劑的入口溫度在催化劑活化溫度范 圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在預(yù)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，以及再生不連續(xù)發(fā)生時(shí)，所述燃料的另外注入條件 得以 兩足。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)在脫-NOx催化劑后部的氮氧化物放出量大于 或者等于預(yù)定放出量，儲(chǔ)存在脫-NOx催化劑中的氮氧化物量大于或者等于預(yù)定量，或者碳 氫化合物與氮氧化物之比大于或者等于預(yù)定比例時(shí)，所述燃料的另外注入時(shí)間條件得以滿 足。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)定的注入模式隨發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng) 機(jī)的狀態(tài)或脫-NOx催化劑的狀態(tài)而變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，當(dāng)在脫-NOx催化劑的再生過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng) 條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或脫-NOx催化劑的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，停止燃料的另外注入。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述排氣系統(tǒng)進(jìn)一步包括微粒過(guò)濾器以捕集包 含于廢氣中的微粒物質(zhì)，且其中，當(dāng)微粒過(guò)濾器的再生條件得以滿足時(shí)，燃料的另外注入時(shí)間條件也得以滿足。
7.一種排氣系統(tǒng)，其安裝在排氣管上以純化包含于廢氣中的氮氧化物，所述排氣系統(tǒng) 包括噴嘴，其安裝在排氣管上以另外注入燃料；柴油機(jī)燃料裂解催化劑，其安裝在噴嘴的排氣管下游并通過(guò)熱裂解將另外注入的燃料 轉(zhuǎn)化為高反應(yīng)活性的還原劑；脫-NOx催化劑，其安裝在柴油機(jī)燃料裂解催化劑的排氣管下游，暫時(shí)儲(chǔ)存包含于廢氣 中的氮氧化物，并通過(guò)另外注入的燃料釋放儲(chǔ)存的氮氧化物從而通過(guò)與高反應(yīng)活性的還原 劑的氧化還原反應(yīng)還原氮氧化物；以及控制部分，其在發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件滿足燃料的另外注入條件和燃料的另外注入時(shí)間條 件時(shí)，根據(jù)預(yù)定的注入模式控制噴嘴另外注入燃料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣系統(tǒng)，其中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常操作且不在空轉(zhuǎn)狀態(tài)，不發(fā)生 換檔，當(dāng)前檔速高于或者等于第一前進(jìn)速度，脫-NOx催化劑的入口溫度在催化劑活化溫度 范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在預(yù)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，以及再生不連續(xù)發(fā)生時(shí)，所述燃料的另外注入條件得以滿足。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣系統(tǒng)，其中，當(dāng)在脫-NOx催化劑后部的氮氧化物放出量 大于或者等于預(yù)定放出量，儲(chǔ)存在脫-NOx催化劑中的氮氧化物量大于或者等于預(yù)定量，或 者碳?xì)浠衔锱c氮氧化物之比大于或者等于預(yù)定比例時(shí)，所述燃料的另外注入時(shí)間條件得 以 兩足。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定的注入模式隨發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條 件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或脫-NOx催化劑的狀態(tài)而變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣系統(tǒng)，其中，當(dāng)在脫-NOx催化劑的再生過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī) 的驅(qū)動(dòng)條件、發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)或脫-NOx催化劑的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，停止燃料的另外注入。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的排氣系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括微粒過(guò)濾器以捕集包含于廢氣中 的微粒物質(zhì)，其中，當(dāng)微粒過(guò)濾器的再生條件得以滿足時(shí)，燃料的另外注入時(shí)間條件也得以滿足。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其中，當(dāng)微粒過(guò)濾器的入口和出口之間的壓差 大于或者等于預(yù)定值時(shí)，微粒過(guò)濾器的再生條件得以滿足。
全文摘要
一種排氣系統(tǒng)，其包括安裝在排氣管或發(fā)動(dòng)機(jī)上的噴嘴以另外注入燃料；安裝在噴嘴的排氣管下游的柴油機(jī)燃料裂解催化劑以通過(guò)熱裂解將另外注入的燃料轉(zhuǎn)化為高反應(yīng)活性的還原劑；安裝在柴油機(jī)燃料裂解催化劑的排氣管下游的脫-NOx催化劑以儲(chǔ)存包含于廢氣中的氮氧化物并通過(guò)另外注入的燃料釋放儲(chǔ)存的氮氧化物，從而通過(guò)與高反應(yīng)活性的還原劑的氧化還原反應(yīng)還原氮氧化物；以及控制部分，其根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件控制燃料的另外注入，其中，控制部分可以根據(jù)預(yù)定的注入模式在發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)條件滿足燃料的另外注入條件和燃料的另外注入時(shí)間條件時(shí)，控制噴嘴另外注入燃料。
文檔編號(hào)B01D53/94GK101987281SQ20091022637
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者樸一洙, 樸鎮(zhèn)佑, 李津夏 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社;起亞自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社