專利名稱：柴油發(fā)動機排氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于傳統(tǒng)柴油發(fā)動機上的發(fā)動機排氣凈化系統(tǒng)，其可以基本上減小在排氣流中的顆粒物質(zhì)、碳氫化合物、一氧化碳、二氧化碳和其他污染氣體。
背景技術(shù)：
所公知的是，柴油發(fā)動機的污染排氣比以汽油為能源的相似發(fā)動機含有基本上更多的顆粒物質(zhì)和更有害的氣體。雖然柴油發(fā)動機和以汽油為燃料的內(nèi)燃機都做了很多的改進以改善其排氣的質(zhì)量，但是大多數(shù)柴油發(fā)動機還沒有得益于催化轉(zhuǎn)換裝置的使用。催化轉(zhuǎn)換裝置的作用是將排氣中的碳氫化合物和氧化氮和其他的氣體分解成更簡單的化合物，提供更加清潔的排放。然而，在用于柴油發(fā)動機時，由于顆粒剩余物的積累抑制了催化反應(yīng)，催化轉(zhuǎn)換裝置很快失效了。非常希望的是，是否能夠克服該顆粒剩余物的問題，以使得催化轉(zhuǎn)化裝置可以有效地用在柴油發(fā)動機上以顯著地改善其廢氣排放。本發(fā)明獲得了該結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
簡單地說，本發(fā)明包括用于柴油發(fā)動機地排氣凈化系統(tǒng)，其中，排氣在加熱部件之上通過，以將氣體溫度升高到大約500°至750°華氏溫度，從而在排氣碰上氧化催化反應(yīng)床之前點燃和基本上燃燒掉在其中的大部分的顆粒物質(zhì)和其他可燃燒物，例如煙灰、碳氫化合物、乙醛和其他氣體。加熱部件采用火花塞電離附近的空氣并且點燃優(yōu)選地由丙烷和空氣混合物組成的氣態(tài)燃料，該氣體在壓力下導(dǎo)過帶孔陶瓷塊件以產(chǎn)生紅外線熱量，并且沿陶瓷塊件表面提供多個敞開的火焰，以便于點燃發(fā)動機排氣中的可燃氣體并且附加的熱量有助于燃燒掉其他的排氣成分。然后，被加熱的排氣在氧化催化反應(yīng)床上通過并且如同使用汽油燃料汽車中的傳統(tǒng)催化轉(zhuǎn)換裝置一樣被分解。由加熱部件施加在排氣中的熱量會隨著不同條件而變化，但是可以足夠持續(xù)地將催化反應(yīng)床保持在足以支持催化功能的溫度，因為柴油發(fā)動機自身中的熱量通常不足以這樣做。從本發(fā)明的催化室排出的氣體富含氧并且可以以基本上減小污染物水平的方式排放到大氣中。更加明確的，將排氣保持在基本上封閉的系統(tǒng)中，其中，處理后的排氣導(dǎo)過一系列基本上冷卻排氣的冷卻器和收集器，造成其中的水蒸氣冷凝并且從氣流中提取出由此所攜帶的水和污染物。冷卻后和凈化的排氣隨后導(dǎo)回柴油發(fā)動機的進氣口。
在對發(fā)動機需求高負荷或在變速運行期間，可能需要通過補充含有氧的冷卻和凈化排氣流來支持燃燒。因此，進氣和排氣閥是發(fā)動機進氣的上游，以給處理后的排氣補充周圍的空氣并且將相應(yīng)量的排氣排放到大氣中去。另外，通過控制可得到的重新進入排氣中的氧含量來支持燃燒，可以將發(fā)動機內(nèi)的燃燒溫度保持在大約2100°F以下，從而實質(zhì)上消除NOX的形成和排出。
本發(fā)明的主要目的是提供一種減小柴油發(fā)動機排氣中的污染物的系統(tǒng)。通過結(jié)合附圖對本發(fā)明所做的詳細說明，本發(fā)明的這個和其他目的以及優(yōu)點會變得更加顯而易見。


圖1是本發(fā)明的柴油發(fā)動機廢氣凈化系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的示意圖。
圖2是本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化裝置組件的優(yōu)選實施例的示意圖。
圖3是本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)一部分的放大局部示意圖，其示出了廢氣的冷卻和過濾。
圖4是本發(fā)明的發(fā)動機凈化系統(tǒng)的可替代實施例的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在詳細地參照附圖，本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)10特別地適用于柴油發(fā)動機12。雖然認為本發(fā)明也容易地適用于其他壓燃發(fā)動機，但是，由于柴油發(fā)動機目前是本發(fā)明的主要應(yīng)用，所以接下來的說明將參照柴油發(fā)動機。然而，可以理解的是，本發(fā)明并不因此而受到限制。
如圖1所示，發(fā)動機12的廢氣經(jīng)由管道14導(dǎo)向催化轉(zhuǎn)化裝置16，該催化轉(zhuǎn)化裝置的優(yōu)選實施例更詳細的簡要示出在圖2中。在此可見，組件16包括外殼18，該外殼在其上游端形成排氣入口20，而在其下游端形成排氣出口22。催化反應(yīng)床24如同在傳統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)換裝置中一樣設(shè)置在外殼18內(nèi)并且橫跨外殼18延伸。雖然認為不同類型的催化轉(zhuǎn)化裝置可以成功地使用在本發(fā)明中，但是如下所述的成功產(chǎn)生測試結(jié)果的催化反應(yīng)床24由包含氧化鈀的小顆粒物(大約直徑為3mm)組成，并且被應(yīng)用于大約1975至1993年之間的通用汽車公司的汽車上的催化轉(zhuǎn)換裝置中。
混合室26設(shè)置在下部，并且經(jīng)由帶小孔的塊件28與外殼18的內(nèi)部區(qū)域的上游部連通，所述塊件28優(yōu)選地由陶瓷材料形成。塊件28為應(yīng)用在氣體燃料的平面板紅外線空間加熱器的類型。具體地說，成功地用在本發(fā)明中的陶瓷塊件28大約為1.5英寸厚、8英寸長和4英寸寬，并且從由位于Warren，Michigan的Detroit Radiant Products Company制造的型號為No.P-16T的便攜式加熱器獲得，并且在Grainger目錄394中識別為2E392項。塊件28在其中形成大量的小蜂窩狀通道，以使得氣體能夠從混合室26穿過小蜂窩狀通道相對均勻進入到由外殼18的上游內(nèi)部所限定的燃燒室30中。塊件28可以由其他耐火材料形成，該耐火材料形成或被形成以限定在此延伸通過的氣體通道，所述耐火材料用于防止火焰?zhèn)魉突鼗旌鲜也⑶覂?yōu)選地另外用于產(chǎn)生如同在塊件28中的陶瓷材料所提供的紅外線波。
加壓的新鮮空氣和優(yōu)選為丙烷的燃料源分別經(jīng)由管道32和34與混合室26連通。也可以使用天然氣和其他的燃料。優(yōu)選為電觸發(fā)火花塞的點火裝置36設(shè)置在燃燒室30內(nèi)鄰近于陶瓷塊件28處。一旦將燃料和空氣導(dǎo)入混合室26并且該混合氣體經(jīng)過陶瓷塊件進入燃燒室30時，點火器36的觸發(fā)將引起燃料和空氣混合物在混合室的底部燃燒，將陶瓷塊件加熱到白熱狀態(tài)，從而將紅外線熱量輻射到外殼18內(nèi)的燃燒室30中。使用點火裝置中的火花塞會電離鄰近的空氣，這被認為有助于減少碳氫化合物，并且能夠可以周期性的切斷進入混合室的丙烷或其他燃料，這在隨后將進行說明。
空氣和燃料流入并且經(jīng)過混合室優(yōu)選地由需求/控制機構(gòu)37來調(diào)節(jié)，以調(diào)節(jié)室30內(nèi)的溫度。這使人在起動發(fā)動機之前能夠?qū)⑷紵?0的溫度迅速升到或稍微高于催化激活溫度，并且在此之后如果需要的話能夠改變溫度，以相應(yīng)于工作條件的變化。例如，一旦催化轉(zhuǎn)化裝置組件16在發(fā)動機運轉(zhuǎn)和催化劑激活時工作，那么當(dāng)已發(fā)現(xiàn)組件16有效地將發(fā)動機排氣中的污染物饋送出來從而將火焰保持在陶瓷塊件28處時，可以不必要繼續(xù)向混合室提供丙烷。對于更新和更干凈的燃燒柴油發(fā)動機，可能必須要至少周期地向混合室供給丙烷流，以將火焰保持在燃燒室中。在某些條件和/或應(yīng)用中，一旦燃燒室升高到一定溫度并且開始了催化作用，就不需要保持火焰。當(dāng)溫度高于大約750并且排氣中有足夠的污染物對催化反應(yīng)提供燃料時，由于通過鈀催化劑丙烷會與NOX反應(yīng)，所以可以將未點燃的丙烷導(dǎo)入到催化反應(yīng)床上。還有，未點燃的丙烷的導(dǎo)入有助于維持催化反應(yīng)，而沒有火焰。還可以使用其他的類似燃料，例如甲烷或丁烷。
雖然需要大約575°F的最小溫度來開始催化反應(yīng)，當(dāng)然取決于所使用的催化劑，但是上述的加熱器構(gòu)造有效地將燃燒室30內(nèi)的溫度升高到大約750°F的更加優(yōu)選的水平。其還在鄰近陶瓷塊件28的燃燒室的下端部中提供了大量的小火焰，在燃燒室的下端部內(nèi)鄰近陶瓷塊件的地方，空氣和丙烷的混合物流過在其中的孔。這些火焰不僅提供了效率高和有效的熱源，而且還具有較高的抗風(fēng)性，從而不會容易地被在其上迅速通過的排出氣體熄滅。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在室30內(nèi)的火焰和所產(chǎn)生的熱量的組合還會在排氣碰上氧化催化反應(yīng)床24之前點燃排氣流中的醛和乙醇，產(chǎn)生另外的熱量和燃燒掉排氣中較大比例的顆粒物質(zhì)和其它可燃物，例如煙灰、碳氫化合物和其他氣體。結(jié)果是，催化反應(yīng)床不會被顆粒殘余物阻塞，而當(dāng)柴油排氣導(dǎo)過傳統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化裝置時，會發(fā)生催化反應(yīng)床被顆粒殘余物阻塞的情況。
當(dāng)加熱的排氣流過催化反應(yīng)床24時，發(fā)生傳統(tǒng)的催化反應(yīng)，反應(yīng)表面的溫度升高到1000°F以上并且將排氣中沒有燃燒的碳氫化合物和氮氧化合物分解成更簡單的非污染化合物。被清潔的排氣隨后經(jīng)由排氣開口22排出組件16。雖然其他的加熱部件可以毫無疑問地用在本發(fā)明中，但是在陶瓷塊件28有效地防止火焰吸回到混合室26中的同時，上述部件組合在一起在燃燒室內(nèi)有效地提供了所需熱量，提供了防風(fēng)火焰，從而方便了排氣中的乙醛和乙醇的點燃。
采用1986年切諾基60系列的平板卡車，其帶有Caterpillar/Allison CatNo.34086的8.2升V8柴油機和24,000磅CVW的底盤，在空轉(zhuǎn)和全節(jié)流的條件下，被處理后的排氣的以下讀數(shù)記錄在催化轉(zhuǎn)化裝置組件16的打開系統(tǒng)下游，圖1所示的關(guān)閉系統(tǒng)中對應(yīng)于點A的位置

*在無載荷條件下(空檔位)或稍微低于紅線(rmp’s).
未經(jīng)處理的柴油機排氣的以下的讀數(shù)在圖1中的點B處得到，并且對周圍空氣的以下讀數(shù)在進行測試的位置處得到

因此，由上述數(shù)據(jù)可知，與未經(jīng)處理的排氣相比，處理后的柴油機排氣的質(zhì)量得到顯著地改善，并且可以與周圍空氣中的污染物不相上下。另外，與未處理的排氣中的氧含量12％-14％相比，凈化空氣中的氧含量范圍在大約15％到19％的范圍內(nèi)。
當(dāng)在排氣口22處排出催化轉(zhuǎn)化裝置組件16的排氣顯示出顯著的改善時，富含氧的氣體不需要排出到大氣中。更明確地講，其保持在或大量地保持在基本上關(guān)閉的凈化系統(tǒng)10(見圖1)中，其中，處理后的排氣經(jīng)由冷卻管道38導(dǎo)入濾水器中40中。導(dǎo)管38可以由薄管道系統(tǒng)形成，該管道系統(tǒng)形成多個線圈42、封閉端44和多個臨近于該封閉端的排氣孔46，該排氣孔46用于釋放經(jīng)由管道38進入濾水器40中的處理后的排氣。排氣口的口徑優(yōu)選地形成合適的尺寸，從而共同地限定大致等于導(dǎo)管38的橫截面積的出口面積，從而不會導(dǎo)致整個系統(tǒng)10中顯著的壓力下降。對于不同的應(yīng)用，冷卻導(dǎo)管38的尺寸參數(shù)會變化。在一個實施例中(如圖1和3所示)，導(dǎo)管38由直徑大約為1.5英寸并且線性長度為20英尺的鋼管形成，從而在催化轉(zhuǎn)化裝置組件16和濾水器之間限定6個16英寸直徑的線圈42。
濾水器40包括外殼48，該外殼具有在其中的開口50，冷卻導(dǎo)管38的下游端部延伸通過該開口50。排氣口52鄰近于外殼的上端部設(shè)置，以使得過濾后的排氣經(jīng)由導(dǎo)管56通入到冷卻器54中。環(huán)形密封件58由濾水器外殼48承載在冷卻導(dǎo)管38周圍，從而提供其間的氣密密封。冷卻導(dǎo)管38的下游端穿過的外殼48的下部裝有水49，水49優(yōu)選地含有相對少量的氧化鐵。當(dāng)處理后的排氣通過冷卻管道38并且經(jīng)由排氣孔46排出管道，氣體向上冒泡穿過濾水器40中的水和氧化鐵。當(dāng)氣體排出與開口端管相對的多個孔46時，氣體與水和氧化鐵的表面接觸面積得以顯著地增加，提高了過濾過程。當(dāng)氣體從水中穿過并且進入管道56時，水中的氧化鐵有效地收集水中氣體中的硫化物。導(dǎo)管60設(shè)置在冷卻器54的下端中，以將冷凝的水蒸汽從冷卻器54返回到濾水器40中。防吸收閥62包括在管道60中，以防止流體從濾水器40中流到冷卻器54中。
冷卻器54是傳統(tǒng)的冷卻器類型，并且因排氣在其間穿過造成排氣膨脹以及通過使用在其中的多個散熱器翅片(未示出)散熱來實現(xiàn)對其中的排氣的進一步冷卻。然后，冷卻氣體從冷卻器54經(jīng)由管道64進入到水收集分離器66中。水收集分離器66可以包括在其下端具有排水道68和在其上部的排氣口70的中空管道。當(dāng)冷卻后的排氣從導(dǎo)管64進入到水收集分離器66中時，氣體進一步膨脹，實現(xiàn)氣體的額外的冷卻和剩下水蒸氣的冷凝。冷凝排水管道72經(jīng)由管道60在濾水器40的下端與分離器66中的排水口連通。當(dāng)經(jīng)由排氣口70排出水收集分離器66，排氣經(jīng)由管道74導(dǎo)向第二冷卻器76，其中，排氣進一步冷卻并且分離出任何剩下的水氣。氣體從冷卻器76經(jīng)由管道78導(dǎo)入到柴油發(fā)動機12的進氣口80中。
當(dāng)處理后的排氣從催化轉(zhuǎn)化裝置組件16受到引導(dǎo)并且通過系統(tǒng)10的剩余部分，排氣的溫度從大約1000-1500減小到大約100，因此，富含氧的冷卻氣體可以有效地重新導(dǎo)入到封閉系統(tǒng)中的柴油發(fā)動機中，使排入到大氣中的任何污染物最小化。然而，由于由本發(fā)明的系統(tǒng)10所凈化的排氣仍然具有大約18％的氧含量，并且柴油發(fā)動機在較高負荷需求或在變速條件期間運行時可能需要含高達大約20％的氧的進氣，所以可能需要在這樣的運行條件期間在排氣流進入發(fā)動機進氣管之前使排氣流增加額外的外部空氣來支持發(fā)動機內(nèi)的燃燒。因此，系統(tǒng)10具有閥門機構(gòu)82，通過該閥門機構(gòu)，補充的周圍空氣可以導(dǎo)入到發(fā)動機進氣管的排氣上游中，并且如果必要，排氣可以釋放到大氣中，其可以等于或不能等于補充空氣的體積。如上所述，任何這樣排出的空氣都可以基本上由本發(fā)明凈化。在空轉(zhuǎn)時，如果不需要動力，系統(tǒng)會在完全關(guān)閉的狀態(tài)下運行，在該狀態(tài)下，實際上所有的凈化排氣都導(dǎo)回到發(fā)動機進氣管中。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與在傳統(tǒng)系統(tǒng)中所排放的未經(jīng)處理的排氣量相比，如上所述在基本上關(guān)閉的系統(tǒng)中排放到大氣中的排氣污染物的總質(zhì)量減小了大約99％。因此，歸因于排氣中這些體積的減小，釋放到大氣中的CO、CO2和其他污染物的總量通過本發(fā)明顯著地得以減小。
在系統(tǒng)10中，計算機化控制84可以用于響應(yīng)發(fā)動機對氧氣不同的需要來調(diào)節(jié)進氣和排氣閥機構(gòu)82。通過采用閥門控制84以使導(dǎo)過閥門機構(gòu)82的補充氧氣量最小化到維持燃燒的必需水平，發(fā)動機12的燃燒溫度可以保持在低于大約2100的水平，這防止或基本上限制了排氣中的NOX的形成，進一步增強了系統(tǒng)的性能。已經(jīng)觀察到NOX減小到大約0-40ppm的水平。
雖然上述系統(tǒng)10體現(xiàn)了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但可以理解的是，其他的過濾器/冷卻器組合可以用在本發(fā)明的凈化系統(tǒng)中以除去從排氣中所收集的未燃燒的碳微粒、水和其他氣體，并且降低排氣的溫度，以使得其可以在如上所述的閉合和基本上閉合的系統(tǒng)中有效地循環(huán)。例如，在圖4中示出了改進系統(tǒng)，其中，排氣從催化轉(zhuǎn)化裝置組件16導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)與上述實施例中的冷卻器54和76類似的冷卻器154中，并且從冷卻器154經(jīng)由管道157導(dǎo)入到冷凝器/收集器155中。冷凝器/收集器155收集由冷卻器154從排氣中所去除的冷凝物質(zhì)并且將氣體經(jīng)由計算機控制空氣閥182導(dǎo)入到柴油發(fā)動機的進氣管中。在其中所收集到的冷凝物質(zhì)和其他顆粒物質(zhì)從冷凝器/收集器155導(dǎo)入到反滲透裝置或機械過濾器159中，其中，留在系統(tǒng)中的液體和顆粒物質(zhì)被分離和收集以從系統(tǒng)中去除，并且在其中通過的氣體可以經(jīng)由管道163重新導(dǎo)入管道161中，以輸送給發(fā)動機。還可以在排氣環(huán)中使用一個或多個額外的冷卻器和收集器。
可以理解的是，還可以對冷卻和過濾過程進行其他的改變以冷卻從催化轉(zhuǎn)化裝置組件16流過的氣體流并且去除未燃燒的顆粒物質(zhì)、水蒸汽和其它氣態(tài)污染物。只要這些和其他的變化和改變在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，那么他們可以被認為是本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種用于柴油機或其他壓燃發(fā)動機的排氣凈化系統(tǒng)中以從中去除顆粒和氣態(tài)污染物的催化轉(zhuǎn)化器組件，所述組件包括外殼，其形成有進氣口和排氣口；催化部件，其設(shè)置在所述進氣口和所述排氣口之間的所述殼體內(nèi)，以使得當(dāng)所述進氣口與發(fā)動機排氣管連通時，排氣穿過圍繞所述催化部件的所述外殼；以及與所述殼體連接的加熱組件，其用于將流過所述進氣口和所述催化部件之間的所述外殼的排氣加熱到某一溫度，該溫度足以在所述排氣和所述催化部件之間開始催化反應(yīng)并且在顆粒污染物與所述催化部件接觸之前燃燒掉所述排氣中的顆粒污染物。
2.如權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述加熱組件在所述殼體中提供一個或多個火焰，用于點燃排氣中的氣態(tài)污染物并且升高所述進氣口和所述催化部件之間所述殼體中的溫度以提高所述加熱部件的效率。
3.如權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述催化部件包括含有鈀的小顆粒物。
4.如權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述加熱組件將所述排氣加熱到至少大約575的溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述加熱組件將所述排氣加熱到至少大約750的溫度。
6.如權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述加熱組件包括由帶有小孔的材料形成的紅外線熱產(chǎn)生部件，所述紅外線熱產(chǎn)生部件在其中形成多個小通道，所述紅外線熱產(chǎn)生部件與所述進氣口和所述催化部件之間的外殼的內(nèi)部相通；通過所述通道與所述外殼的所述內(nèi)部連通的加壓燃料源；以及靠近所述熱產(chǎn)生部件用于點燃在其中通過的燃料的點火器。
7.如權(quán)利要求6所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述燃料包括丙烷并且所述點燃器包括火花塞和觸發(fā)所述火花塞的裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述通道用于產(chǎn)生紅外線波型。
9.如權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述外殼在所述排氣進口和所述催化部件之間限定燃燒室，并且其中，所述加熱組件包括混合室；設(shè)置在所述混合室和所述燃燒室之間的一塊帶孔材料，所述帶孔材料在其中形成多個通道，所述多個通道經(jīng)由所述塊將所述混合室與所述燃燒室連通；燃料入口，其適于將加壓燃料源與所述混合室連通；進氣口，其適于將加壓空氣源與所述混合室連通；用于調(diào)節(jié)流入所述混合室中空氣和/或燃料的控制器；以及設(shè)置在所述外殼內(nèi)鄰近于所述帶孔材料塊的點火器，所述點火器用于點燃從所述混合室經(jīng)由所述塊流入到所述燃燒室中的燃料和空氣混合物，從而所述燃燒室內(nèi)的溫度被加熱到至少為大約575的溫度。
10.如權(quán)利要求6所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述加熱組件將所述外殼的所述內(nèi)部加熱到至少大約575的溫度。
11.如權(quán)利要求6所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述加熱組件將所述外殼的所述內(nèi)部加熱到至少大約750的溫度。
12.如權(quán)利要求6所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述催化部件包括含有鈀的小顆粒物。
13.如權(quán)利要求9所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述燃燒室內(nèi)的所述溫度通過所述加熱組件升高到至少大約750的溫度。
14.如權(quán)利要求9所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述帶孔材料為陶瓷材料并且所述催化部件包括含有鈀的小顆粒物。
15.如權(quán)利要求9所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述加熱組件在所述燃燒組件內(nèi)提供一個或多個火焰以點燃排氣中的氣態(tài)污染物并且升高所述進氣口和所述催化部件之間的所述外殼中的溫度，以提高所述加熱組件的效率。
16.如權(quán)利要求9所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述控制器適于可操作地連接到所述發(fā)動機上并且響應(yīng)于所述發(fā)動機運行條件的變化以改變流入所述混合室中的空氣和/或燃料量，從而所述燃燒室內(nèi)的溫度可以響應(yīng)于所述運行條件而變化。
17.如權(quán)利要求9所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述帶孔材料為陶瓷。
18.如權(quán)利要求9所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述通道用于產(chǎn)生紅外線波型。
19.如權(quán)利要求9所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述帶孔材料為陶瓷并且所述通道用于產(chǎn)生紅外線波型。
20.如權(quán)利要求10所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述催化部件包括含有氧化鈀的小顆粒物。
21.如權(quán)利要求15所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述燃燒室內(nèi)的所述溫度由所述加熱組件升到至少大約750的溫度。
22.一種用于柴油機或其他壓燃發(fā)動機的排氣凈化系統(tǒng)中以從中去除顆粒和氣態(tài)污染物的催化轉(zhuǎn)化器組件，所述組件包括外殼，其形成有進氣口和排氣口；包括有鈀的氧化催化部件設(shè)置在所述進氣口和所述排氣口之間的所述殼體內(nèi)并且延伸跨過所述外殼，以使得當(dāng)所述進氣口與發(fā)動機排氣管連通時，排氣通過圍繞所述催化部件的所述外殼；以及與所述殼體連接的加熱組件，其在所述外殼內(nèi)提供一個或多個火焰以點燃所述進氣口和所述催化部件之間排氣中的氣態(tài)污染物，并且將所述進氣口和所述催化部件之間的排氣加熱到某一溫度，該溫度足以在所述排氣和所述催化部件之間開始催化反應(yīng)并且在所述顆粒污染物與所述催化部件接觸之前燃燒掉所述排氣中的顆粒污染物。
23.如權(quán)利要求22所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述加熱組件包括由帶有小孔的材料形成的紅外線熱產(chǎn)生部件，所述紅外線熱產(chǎn)生部件在其中形成多個小通道，所述紅外線熱產(chǎn)生部件與所述進氣口和所述催化部件之間的外殼的內(nèi)部相通；通過所述通道與所述外殼的所述內(nèi)部連通的加壓燃料源；以及靠近所述熱產(chǎn)生部件用于點燃在其中通過的燃料的點火器。
24.如權(quán)利要求22所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述外殼在所述進氣口和所述催化部件之間限定燃燒室，并且其中，所述加熱組件包括混合室；設(shè)置在所述混合室和所述燃燒室之間的一塊陶瓷材料，所述陶瓷材料在其中形成多個通道，所述多個通道經(jīng)由所述塊將所述混合室與所述燃燒室連通；燃料入口，其適于將加壓燃料源與所述混合室連通；進氣口，其適于將加壓空氣源與所述混合室連通；用于調(diào)節(jié)流入所述混合室中空氣和/或燃料的控制器；以及設(shè)置在所述外殼內(nèi)鄰近于所述陶瓷塊的點火器，所述點火器用于點燃從所述混合室經(jīng)由所述塊流入到所述燃燒室中的燃料和空氣的混合物，從而所述燃燒室內(nèi)的溫度被加熱到至少為大約575的溫度。
25.如權(quán)利要求22所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述點火器包括火花塞和觸發(fā)所述火花塞的裝置。
26.如權(quán)利要求23所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述燃料包括丙烷并且所述點燃器包括火花塞和觸發(fā)所述火花塞的裝置。
27.如權(quán)利要求23所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述帶孔材料為陶瓷。
28.如權(quán)利要求24所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述燃燒室內(nèi)的溫度由所述加熱組件加熱到至少大約750的溫度。
29.如權(quán)利要求24所述的催化轉(zhuǎn)化器組件，其中，所述控制器適于可操作地連接到所述發(fā)動機上并且響應(yīng)于所述發(fā)動機運行條件的變化以改變流入所述混合室中的空氣和/或燃料量，從而所述燃燒室內(nèi)的溫度可以響應(yīng)于所述運行條件而變化。
30.一種用于柴油機或其他壓燃發(fā)動機以從其排氣中去除顆粒和氣態(tài)污染物的排氣凈化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括催化轉(zhuǎn)化器組件，該催化轉(zhuǎn)化器組件包括形成有進氣口和排氣口的外殼；氧化催化部件，其設(shè)置在所述進氣口和所述排氣口之間的所述殼體內(nèi)，以使得當(dāng)所述進氣口與發(fā)動機排氣管連通時，排氣通過繞所述催化部件的所述外殼并且從這里向外穿出所述排氣口；以及與所述殼體連接的加熱組件，其用于將流過所述進氣口和所述催化部件之間所述外殼的排氣加熱到某一溫度，該溫度足以在所述排氣和所述催化部件之間開始催化反應(yīng)并且在所述顆粒污染物與所述催化部件接觸之前燃燒掉所述排氣中的顆粒污染物，第一管道；多個氣體冷卻部件，其經(jīng)由所述第一管道與所述催化轉(zhuǎn)化器組件的所述外殼中的排氣口連通，所述部件將經(jīng)由所述催化轉(zhuǎn)化器組件中的所述排氣口的排氣的溫度降低到大約100的溫度；以及第二管道，其與所述氣體冷卻部件連通并且將冷卻后的排氣從所述冷卻部件導(dǎo)回到發(fā)動機中，以在其中燃燒。
31.如權(quán)利要求30所述的排氣凈化系統(tǒng)，其包括與所述第二管道連通的閥組件，該閥組件用于將計算的空氣量噴入到所述第二管道中，從而提高經(jīng)由所述第二管道進入發(fā)動機中的排氣中的氧的水平；以及可操作地連接到所述閥組件上以控制噴入空氣量的調(diào)節(jié)器。
32.如權(quán)利要求30所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述氣體冷卻裝置中的一個或多個造成在其中通過的排氣膨脹以實現(xiàn)排氣的冷卻和其中的水蒸氣的冷凝，并且包括用于冷凝水蒸氣的收集器和用于從所述系統(tǒng)引導(dǎo)冷凝水蒸氣的管道。
33.如權(quán)利要求30所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述加熱組件在所述殼體中提供一個或多個火焰，用于點燃排氣中的氣態(tài)污染物并且升高所述進氣口和所述催化部件之間所述殼體中的溫度以提高所述加熱部件的效率。
34.如權(quán)利要求30所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述氧化催化部件包括含有鈀的小顆粒物。
35.如權(quán)利要求30所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述加熱組件包括由帶有小孔的材料形成的紅外線熱產(chǎn)生部件，所述紅外線熱產(chǎn)生部件在其中形成多個小通道，所述紅外線熱產(chǎn)生部件與所述進氣口和所述催化部件之間的外殼的內(nèi)部相通；通過所述通道與所述外殼的所述內(nèi)部連通的加壓燃料源；以及靠近所述熱產(chǎn)生部件用于點燃在其中通過的燃料的點火器。
36.如權(quán)利要求30所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述點火器包括火花塞和觸發(fā)所述火花塞的裝置。
37.如權(quán)利要求30所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述燃料包括丙烷并且所述點燃器包括火花塞和觸發(fā)所述火花塞的裝置。
38.如權(quán)利要求30所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述帶孔材料是陶瓷。
39.如權(quán)利要求33所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述氧化催化部件包括含有鈀的小顆粒物床。
40.如權(quán)利要求35所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述氧化催化部件包括含有鈀的小顆粒物床。
41.一種用于柴油機或其他壓燃發(fā)動機以從其排氣中去除顆粒和氣態(tài)污染物的排氣凈化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括催化轉(zhuǎn)化器組件，該催化轉(zhuǎn)化器組件包括形成有進氣口和排氣口的外殼；氧化催化部件，其設(shè)置在所述進氣口和所述排氣口之間的所述殼體內(nèi)，以使得當(dāng)所述進氣口與發(fā)動機排氣管連通時，排氣通過繞所述催化部件的所述外殼并且從這里向外穿出所述排氣口；以及與所述殼體連接的加熱組件，其用于將流過所述進氣口和所述催化部件之間所述外殼的排氣加熱到某一溫度，該溫度足以在所述排氣和所述催化部件之間開始催化反應(yīng)并且在所述顆粒污染物與所述催化部件接觸之前燃燒掉所述排氣中的顆粒污染物，第一氣體冷卻部件，其與所述催化轉(zhuǎn)化器裝置的所述外殼中的排氣口連通以降低在其間通過的排氣的溫度；第二冷卻部件，其與所述第一部件連通以進一步冷卻從所述催化轉(zhuǎn)化裝置組件中的所述排氣口通過的排氣；第三冷卻部件，其與所述第二冷卻部件連通以進一步冷卻通過其中的排氣；過濾部件，其設(shè)置在兩個所述冷卻部件之間并且與這兩個所述冷卻部件連通以從排氣中去除氣態(tài)和顆粒污染物；以及管道，其與所述冷卻或過濾部件中其一連通并且將冷卻和過濾的排氣導(dǎo)回到發(fā)動機中以在其中燃燒。
42.如權(quán)利要求41所述的排氣凈化系統(tǒng)，其包括與所述管道連通的閥組件，該閥組件用于將計算的空氣量噴入到所述管道中，從而提高了經(jīng)由所述管道進入發(fā)動機的排氣中的氧的水平；以及可操作地連接到所述閥組件上以控制噴入空氣量的調(diào)節(jié)器。
43.如權(quán)利要求41所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述氣體冷卻部件中的一個或多個造成在其中通過的排氣膨脹以實現(xiàn)排氣的冷卻和其中水蒸氣的冷凝，并且包括用于冷凝水蒸氣的收集器和用于從所述系統(tǒng)引導(dǎo)冷凝水蒸氣的管道。
44.如權(quán)利要求41所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述加熱組件在所述殼體中提供一個或多個火焰，用于點燃排氣中的氣態(tài)污染物并且升高所述進氣口和所述催化部件之間所述殼體中的溫度以提高所述加熱部件的效率。
45.如權(quán)利要求41所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述氧化催化部件包括含有鈀的小顆粒物。
46.如權(quán)利要求41所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述加熱部件將所述排氣加熱到至少大約575的溫度。
47.如權(quán)利要求41所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述加熱部件將所述排氣加熱到至少大約750的溫度。
48.如權(quán)利要求41所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第一冷卻部件包括細長的金屬管構(gòu)件，其中形成多個線圈。
49.如權(quán)利要求41所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述加熱組件包括由帶有小孔的材料形成的紅外線熱產(chǎn)生部件，所述紅外線熱產(chǎn)生部件在其中形成多個小通道，所述紅外線熱產(chǎn)生部件與所述進氣口和所述催化部件之間的外殼的內(nèi)部相通；通過所述通道與所述外殼的所述內(nèi)部連通的加壓燃料源；以及靠近所述熱產(chǎn)生部件用于點燃在其中通過的燃料的點火器。
50.如權(quán)利要求41所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述點火器包括火花塞和用于觸發(fā)所述火花塞的裝置。
51.如權(quán)利要求44所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述氧化催化部件包括含有鈀的小顆粒物。
52.如權(quán)利要求48所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第二冷卻部件包括外殼，該外殼具有進氣口和排氣口并且在其中包含有冷卻液的供給，所述管構(gòu)件延伸通過所述進氣口并且延伸進入所述冷卻液，并且其中，所述排氣口與所述第三冷卻部件連通。
53.如權(quán)利要求49所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述加熱部件將所述排氣加熱到至少大約575的溫度。
54.如權(quán)利要求49所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述加熱部件將所述排氣加熱到至少大約750的溫度。
55.如權(quán)利要求49所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述帶小孔材料是陶瓷。
56.如權(quán)利要求49所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述通道用于產(chǎn)生紅外線波型。
57.如權(quán)利要求52所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第一冷卻部件的所述管構(gòu)件形成有設(shè)置在所述第二冷卻部件中的液體內(nèi)的延伸端和多個鄰近于所述端上的孔，所述多個孔用于分散通過其中流到所述冷卻液中的排氣，并且其中，所述外殼的所述進氣口與所述管構(gòu)件密封地結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于柴油機或其他壓燃發(fā)動機以從排氣中去除顆粒和氣態(tài)污染物的排氣凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括催化轉(zhuǎn)換裝置組件和多個氣體冷卻部件，所述催化轉(zhuǎn)換裝置組件將排氣加熱到足以在污染物接觸到催化部件之前燃燒掉排氣中的顆粒污染物的水平，所述多個氣體冷卻部件與所述催化轉(zhuǎn)換裝置組件中的排氣口連通以將從所述催化轉(zhuǎn)換裝置組件經(jīng)過的排氣的溫度降低到大約100°F的溫度，從而冷卻的排氣導(dǎo)回到發(fā)動機中以供進一步燃燒。
文檔編號F01N3/02GK1890465SQ200480034237
公開日2007年1月3日 申請日期2004年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者雷蒙德·P·科維特 申請人:雷蒙德·P·科維特