專利名稱：再生no的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于稀燃內(nèi)燃機(例如包括氮氧化物(NOx)的吸收劑的柴油發(fā)動機)的排氣系統(tǒng)。特別是，本發(fā)明涉及一種再生這種NOx吸收劑的方法。
從例如EP0560991(通過參考結(jié)合在本申請中)可知包括用于從稀薄廢氣中吸收氮氧化物(NOx)并將所存儲的NOx釋放到包含較少氧氣的大氣中以便還原成氮(N2)的裝置的車輛稀燃內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)。這種NOx吸收劑通常結(jié)合例如鉑(Pt)的催化劑以便將一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)，并且還任選性結(jié)合例如銠的催化劑以便利用適當?shù)倪€原劑(例如碳氫化合物)將NOx還原成N2。包括NOx吸收劑、NO氧化催化劑以及任選的NOx還原催化劑的催化劑經(jīng)常被稱作稀薄NOx吸收裝置或者簡稱為NOx吸收裝置。
典型NOx吸收裝置配方中的NOx吸收劑可以包括堿性金屬(例如鉀和、或銫)的化合物；堿土金屬(例如鋇或鍶)的化合物；和、或稀土金屬(通常是鑭和、或釔)的化合物。針對這種配方在稀薄發(fā)動機操作過程中用于NOx存儲的普遍機理是在第一步，NO在Pt上的活性氧化地點與氧氣反應以形成NO2。第二步涉及用無機氮鹽形式的存儲材料吸收NO2。
當發(fā)動機在濃縮狀態(tài)下間歇運轉(zhuǎn)或者廢氣處于高溫時，氮鹽種類在熱力學上變得不穩(wěn)定并且分解，并產(chǎn)生NO或NO2。在濃縮狀態(tài)下，這些NOx由一氧化碳、氫和碳氫化合物還原成N2，這可以發(fā)生在還原催化劑上。
盡管無機NOx存儲成分通常作為氧化物存在，但可以理解，在空氣或包含CO2和H2O的廢氣存在的情況下，它還可以是碳酸鹽或者可能是氫氧化物形式的。我們還在我們的WO00/21647(通過參考結(jié)合在本申請中)中解釋了NOx特性反應物可以用于再生NOx吸收裝置。
EP-B-0341832(通過參考結(jié)合在本申請中)描述了一種用于燃燒柴油廢氣中的微粒物質(zhì)(PM)的工藝，該方法包括在催化劑上將廢氣中的NO氧化成NO2、從廢氣中過濾PM并在NO2中在高達400℃下燃燒已過濾的PM。這種系統(tǒng)可從Johnson Matthey公司購得并且用CRT商標在市場上出售。
EP0758713A(通過參考結(jié)合在本申請中)公開了一種用于柴油發(fā)動機的排氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如EP-B-0341832中所公開的CRT系統(tǒng)、用于間歇升高廢氣溫度以使NO2與收集在過濾器上的碳反應的加熱器以及CRT過濾器下游的用于去除廢氣內(nèi)的NO的NOx吸收劑或稀薄NOx催化劑。通過在一個或多個發(fā)動機氣缸的任意一個排氣沖程過程中將碳氫化合物燃料引入到廢氣內(nèi)或者通過將碳氫化合物燃料注入到發(fā)動機和氧化催化劑之間的廢氣導管內(nèi)，對NOx吸收劑進行再生或者供給用于在稀薄NOx催化劑上還原NO的還原劑。
將還原劑注入到NOx吸收劑上游的廢氣中的目的是為了減少廢氣中的氧氣濃度，即濃縮廢氣成分，但不必使其變濃(Λ＜1)。然而，通過將碳氫化合物還原劑注入到NOx吸收劑的遠上游的廢氣中，液態(tài)碳氫化合物還原劑液滴蒸發(fā)。此外，在全氣流時，僅在獲得任何程度的富度之前去除所有的過量氧氣(通過燃燒)就需要大量的還原劑。在還原劑是碳氫化合物燃料例如柴油時，這種方法在燃料經(jīng)濟性上是高成本的。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過靠近承載NOx吸收劑的基板單片的上游面引入受控尺寸的還原劑液滴來有意限制注入的液態(tài)還原劑(例如碳氫化合物燃料)的蒸發(fā)，還原劑液滴可以與NOx吸收劑接觸。在它們接觸時，周圍物質(zhì)強烈還原，并且這樣可以還原附近的氮鹽。因而，這種配置可顯著減少與NOx吸收劑再生相關的還原劑消耗。
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種用于稀燃內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)，包括設置在整體單片基板上的至少一種NOx吸收劑、包括用于將液態(tài)還原劑液滴注入到該至少一個基板上游的廢氣中的注入器的裝置以及在使用時用于控制還原劑注入以便再生NOx吸收劑由此滿足有關排放標準的裝置，該配置使得液態(tài)還原劑液滴接觸NOx吸收劑由此引起NOx的局部還原。
本領域中熟練的技術人員熟知用于在內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中控制還原劑液滴尺寸的技術，并且可以選擇適當?shù)脑O備用于所需目的。考慮的參數(shù)包括選擇適當?shù)膲毫σ员銓⑦€原劑輸送到注入頭，這可以使用柴油發(fā)動機中的共軌燃料注入器，以及依據(jù)發(fā)動機速度和、或系統(tǒng)中廢氣的氣體時空速度調(diào)制壓力。注入頭的設計從類似技術領域中眾所周知并且可以采用靜電噴濺技術或者用于家用鍋爐等的燃料燃燒器的技術方面。無論選用什么配置，本發(fā)明最重要的特征是還原劑以液態(tài)還原劑液滴形式接觸NOx吸收劑。
在一個實施例中，如

圖1所示，排氣系統(tǒng)包括設置在平行配置的整體單片基板上的多個NOx吸收劑，各基板與還原劑注入器關聯(lián)，以及在使用時用于利用液態(tài)還原劑液滴連續(xù)地接觸平行基板中的至少一個并同時使該多個NOx吸收劑保持與廢氣流串列的裝置。各NOx吸收裝置上的氣體時空速度(GHSV)取決于各線路中的相對背壓，但通常會將該系統(tǒng)設立為在各線路中的GHSV基本相同的情況下使得各線路中的配置相同。在一種再生技術中，在系統(tǒng)中的NOx吸收劑內(nèi)順序進行NOx吸收劑再生，即在任意時刻，至少一個線路沒有注入還原劑，以將輸出系統(tǒng)中離開所有NOx吸收裝置的廢氣混和時，其成分稀薄，即Λ＞1。
在圖2A和圖2B所示的第二實施例中，將至少一個基板的上游端以流體流動的方向上細分成至少兩個區(qū)，并且該系統(tǒng)包括在使用時用于將至少兩個區(qū)的一部分與液態(tài)還原劑液滴連續(xù)接觸同時該至少一個基板作為整體與廢氣的裝置保持串列的裝置。該實施例的優(yōu)點在于與包括多個基板單片的系統(tǒng)相比，在包括該排氣系統(tǒng)的車輛上需要更少的空間來容納該系統(tǒng)，多個基板單片的系統(tǒng)中的每一個包括NOx吸收劑。
在該第二實施例的一種配置中，如3圖所示，用于將該至少兩個區(qū)的一部分與液態(tài)還原劑液滴接觸的裝置包括設置在基板上游端的片狀閥?？梢允褂闷瑺铋y上游的單注入器，且通過開啟該片狀閥將所注入的大多數(shù)還原劑引導到特定區(qū)域?；蛘?，由片狀閥分開的各區(qū)域可與各自的注入器連接。接收還原劑的該部分內(nèi)的還原廢氣流可以促進NOx吸收劑的再生并可受到片狀閥的開啟的影響。
第一或第二實施例的排氣系統(tǒng)可以包括通過正反饋控制還原劑注入以避免碳氫化合物還原劑不必要地散逸到大氣中的裝置。該控制裝置包括用于氧化部置在該NOx吸收劑基板或各NOx吸收劑基板下游的還原劑的氧化催化劑、用于確定跨越氧化催化劑溫差(ΔT)的裝置以及在使用時用于控制液態(tài)還原劑液滴注入的裝置，其中，還原劑液滴注入控制裝置控制還原劑注入的速率以將ΔT保持在預定范圍內(nèi)，其中，將這種系統(tǒng)構造成使氧化催化劑上方的廢氣成分稀薄。
在包括用于控制還原劑注入的裝置的排氣系統(tǒng)的一個實施例中，如果ΔT太大，則降低還原劑注入的速率。
用于本發(fā)明中的NOx吸收劑可包括堿金屬、堿土金屬或稀土金屬或者它們中的任何兩種或更多種的混合物中的至少一種。適當?shù)膲A金屬可選自由鉀和銫組成的群組；有效的堿土金屬可以選自由鎂、鈣、鍶和鋇所組成的群組；稀土金屬可以是鑭和釔的一種或兩種。
在這些實施例中，NOx吸收劑可以包括用于氧化一氧化氮的催化劑，這種催化劑可以是鉑族金屬，如鉑，并且還可包括用于將NOx還原成N2的催化劑，如銠。
在特別實施例中，控制裝置在使用時僅在NOx還原催化劑為活性時注入還原劑。
除非另有描述，用于本發(fā)明中的催化劑涂覆在由金屬、陶瓷或碳化硅(例如堇青石)材料制成的大表面積基板單片上。常用的配置是每平方英寸(cpsi)從100至600的蜂巢式流通單片結(jié)構，如300至400cpsi(每cm-215.5至93.0個單元，如每cm-246.5至62.0個單元)。
微粒運動可以使液態(tài)還原劑液滴經(jīng)過常規(guī)的流通式陶瓷或金屬單片基板，而并不撞擊基板的壁上所承載的NOx吸收劑。為了增加還原劑接觸NOx吸收劑的可能性，在一個實施例中，使用包括陶瓷或金屬泡沫的泡沫基板。替代實施例采用例如EP-A-1057519或WO03/038248(二者都通過參考結(jié)合在本申請中)中所公開的包括內(nèi)柵板的金屬局部過濾器基板。根據(jù)另一實施例，NOx吸收劑包括常規(guī)的陶瓷壁流式過濾器；在這種過濾器中，壓降驅(qū)動常規(guī)方法應確保還原劑液滴接觸所存儲的NOx。在后面的這個實施例中，PM本身的有效過濾并不重要，所以可使用多孔過濾器，但是正如JP-B-2722987(JP-A-06-159037)(通過參考結(jié)合在本申請中)中所描述的那樣，希望得到組合的NOx和PM控制，即過濾器包括煤煙燃燒催化劑/NO氧化催化劑(例如Pt)、NOx吸收劑(例如鋇氧化物)以及任選的NOx還原催化劑(例如銠)。
在再一個實施例中，該NOx吸收劑基板單片或每個NOx吸收劑基板單片包括微粒過濾器。
當氧化催化劑涂覆在常規(guī)的流通式單片上并設置在還原劑注入器和NOx吸收劑基板之間時，微粒運動也可帶來優(yōu)點。根據(jù)單片的開放的正面面積以及單片的單元密度，還原劑液滴能夠在基本不氧化的情況下經(jīng)過氧化催化劑并且可用于還原存儲在NOx吸收劑中的NOx。蒸發(fā)的碳氫化合物還原劑，即氣態(tài)碳氫化合物，在氧化催化劑上氧化的可能性更大。
在特定配置中，本說明書所描述的用于輸送還原劑的NOx還原催化劑和系統(tǒng)設置在前面所提到的EP-B-0341832中所描述的配置的下游。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種包括根據(jù)本發(fā)明排氣系統(tǒng)的車輛。
內(nèi)燃機可以是柴油或稀燃汽油發(fā)動機，如直注式汽油機。正如相關法律所規(guī)定的那樣，柴油發(fā)動機可以是輕型發(fā)動機或重型發(fā)動機。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供一種將設置在稀燃內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)的整體單片基板上的NOx吸收劑再生的方法，該方法包括將NOx吸收劑與液態(tài)還原劑液滴接觸，由此引起NOx的局部還原。
根據(jù)排氣系統(tǒng)包括設置在平行配置的整體單片基板上的多個NOx吸收劑的一個實施例，該方法包括將平行基板的至少一個與液態(tài)還原劑液滴連續(xù)接觸，同時多個NOx吸收劑與廢氣流保持串列。
在另一個實施例中，該方法包括將單個基板的一部分與液態(tài)還原劑液滴連續(xù)接觸，同時基板作為整體與廢氣流保持串列。在單個基板的僅一部分與還原劑接觸時，這可以在減小的廢氣流中進行。
在特定實施例中，該方法提供以下步驟在位于NOx吸收劑基板下游的氧化催化劑上方氧化還原劑、確定氧化催化劑的入口和出口溫度之間的差值(ΔT)并調(diào)節(jié)還原劑注入的速率以使ΔT處于預定范圍內(nèi)。
所希望的是，在NOx吸收劑包括用于將NOx還原成N2的催化劑的情況下，該方法包括僅在NOx還原催化劑為活性時將該NOx吸收劑基板或各NOx吸收劑基板與液態(tài)還原劑液滴接觸，以催化NOx還原。
為了更全面地理解本發(fā)明，將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述，在這些圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)一個實施例的示意圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)另一個實施例的示意圖，該圖示出了包括整體基板單片的NOx吸收裝置的端向視圖，并示出了位于基板上游端的多個還原劑注入器的注入點以及噴射區(qū)域；圖2B是如圖2A所示的整體基板單片的示意性側(cè)視圖；圖3是包括與用于處理柴油發(fā)動機廢氣的煤煙燃燒反應器結(jié)合的NOx吸收裝置的本發(fā)明另一排氣系統(tǒng)實施例的示意性截面圖；圖4是本發(fā)明運行中的排氣系統(tǒng)實施例的示意圖；圖5是示出了圖4中的實施例的作為道路速度的函數(shù)的上游空燃比(AFR)的曲線圖；圖6是示出了用于示于圖4中的實施例的在怠速狀態(tài)下的NOx測量結(jié)果的曲線圖；圖7是示出了用于示于圖6中的軌跡的在怠速狀態(tài)下的相應系統(tǒng)溫度的曲線圖；圖8是示出了用于示于圖4中的實施例的在40mph時的NOx測量結(jié)果的曲線圖；圖9是示出了用于示于圖8中的軌跡的在40mph時的相應溫度測量結(jié)果的曲線圖；以及圖10是示出了用于示于圖4中的系統(tǒng)的作為道路速度的函數(shù)的NOx轉(zhuǎn)化的曲線圖。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的一種排氣系統(tǒng)，通常用40表示，其中12表示柴油發(fā)動機，14表示排氣歧管，16表示排氣線路，42表示多個NOx吸收催化劑，這些NOx吸收催化劑包括Pt/Rh和BaO，Pt/Rh和BaO支撐在氧化鋁活化涂層上且每個位于基板單片上并配置在平行排氣線路44中的，各線路具有自己的還原劑供給裝置20，供給裝置20包括用于將一定量的柴油燃料注入到NOx吸收催化劑42上游的排氣線路16內(nèi)的注入器。支撐在伽馬-氧化鋁活化涂層上的氧化催化劑32(例如1wt％的鉑)位于排氣線路44的下游接合點的下游。熱電偶TC1檢測位于到TC1的入口處的廢氣的溫度，且第二熱電偶TC2位于氧化催化劑32的下游以檢測TC2的出口處的廢氣溫度。TC1和TC2將檢測的溫度中繼到發(fā)動機控制單元(ECU(未示出))中的處理器。
在使用時，以確保氣體在氧化催化劑32上方一直是稀薄的方式操作該系統(tǒng)。例如，在任一時刻，至少一個線路沒有注入還原劑，因而在將全部NOx-吸收劑42的輸出氣體流混合時，合成氣體在通過下游氧化催化劑32之前是完全稀薄的。在特定臨界廢氣溫度以下不注入還原劑，在該溫度下NOx吸收催化劑處于其用于催化NOx還原的起燃溫度以下。在該溫度以上，增加還原劑數(shù)量導致廢氣中要還原的NOx的數(shù)量增加。小的過量還原劑散逸在氧化催化劑32上方進行氧化，且所形成的放熱曲線導致跨越催化劑的溫度增加，這種溫度由在TC2和TC1處所檢測的溫差所測得，即ΔT＝TC2-TC1。該控制策略是調(diào)整還原劑添加速率，以將所測得的ΔT基本保持在與最佳NOx去除所對應的預定值。如果ΔT太小則增加還原劑流，或者，如果ΔT大于最佳有效NOx轉(zhuǎn)化所需的，則減小還原劑流。
圖2A和2B示出了另一個實施例，其中圖1中的實施例的多個平行NOx吸收裝置42由單個整體NOx吸收裝置42A所取替，并且三個還原劑供給裝置20等距設置在NOx吸收裝置基板單片的上游端并將其中心由注入點46限定的還原劑噴射導引到基板單片前面上的并置區(qū)域45上。這種配置提供了與圖1中所述的實施例相同的總體效果，但使用了配有兩個或更多還原劑注入器的更大的單個(即整體)NOx吸收裝置基板。可以以順序方式操作這些注入器，以在任一時刻僅有部分NOx吸收裝置經(jīng)歷再生，且將來自該部分的出氣與沒有再生的部分的廢氣混和。以提供總的稀薄氣流，以在催化劑32進行氧化。
參看示于3圖的另一個實施例，廢氣后處理系統(tǒng)80包括其入口連接到柴油發(fā)動機(未示出)的排氣歧管的煤煙燃燒反應器120。反應器120在其上游部分容納由承載氧化鋁基活化涂層和Pt的陶瓷蜂巢組成的氧化催化劑122。在其下游部分，反應器120容納由過濾等級的陶瓷蜂巢組成的壁流式過濾器124，陶瓷蜂巢的通道在入口端交替堵塞和不堵塞，并且在出口端交替堵塞，其中在入口端堵塞的通路在出口端不堵塞，反之亦然。在EP-B-0341832中描述了用于將NO氧化成NO2以在下游過濾器燃燒PM的這種氧化催化劑配置，且將這種配置被稱為CRT。集氣區(qū)126從反應器120的出口端延續(xù)，作為NOx吸收裝置導管130入口處的片狀閥128X、Y和Z的操作室。導管130容納由承載包含鋇氧化物和金屬性Pt和Rh的氧化鋁活化涂層的流通式陶瓷蜂巢單片基板組成的NOx吸收裝置131X、Y。片狀閥128X、Y、Z的支軸安裝在徑向延伸過反應器130的表面并氣密密封到NOx吸收裝置131的表面上的隔板129上。閥128任何一側(cè)的反應器130每個區(qū)域X、Y設有反應物注入器132X、Y。在所示出的完整的反應器130中，閥128位于中央位置Z。閥位置X和Y示出為插入物。反應器130形成為帶有出口134，通向大氣或進一步處理。優(yōu)選在如圖1所示出的配置中，控制反應器130的兩個半部內(nèi)的流速以提供凈稀薄成分且將混合物通過氧化催化器。
在系統(tǒng)正常操作時，包括處于例如300℃下的蒸氣(H2O(g))、氮氣(N2)、氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、未燃燒的碳氫化合物燃料(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)以及微粒物質(zhì)(PM)的廢氣與催化劑122接觸，NO在催化劑122上氧化成NO2且某些HC和CO氧化成蒸氣和CO2。然后，廢氣進入過濾器124，大部分PM收集在過濾器124上并通過與在催化劑122中形成的NO2反應，并且還可能與O2的反應而燃燒。之后，以三種模式中的一種對無PM的氣體進行處理128ZNOx吸收區(qū)域130X和130Y均吸收(或吸附)NOx；128X區(qū)域131X接收離開增壓區(qū)126的小部分氣體以及132X處的柴油燃料注入。對氣體進行再生，并且氣體的流出物與區(qū)域130Y的流出物再組合；區(qū)域131Y接收氣體的主要部分，吸收NOX并在134將氣體的流出物通到大氣；128Y區(qū)域131Y執(zhí)行在128X所描述的任務。
當NOx吸收裝置131Y有吸收NOx的自由能力時，發(fā)動機管理系統(tǒng)(未示出)從區(qū)域X改變到區(qū)域Y，反之亦然。
下面提供的示例僅作為說明。
示例對配有6升渦輪增壓發(fā)動機并且包括發(fā)動機渦輪52的歐洲1級排放限制所認可類型的單層公交車的排氣系統(tǒng)50(如圖所示4)進行改裝，以結(jié)合用于將廢氣轉(zhuǎn)移到三個平行支路56中的一個內(nèi)的三路分流器54，每個支路中的廢氣流為等速流。每個支路56包括容納接有NOx吸收裝置62的氧化催化劑60的腔58。氣體流隨后與NOx吸收裝置的下游結(jié)合，且總的廢氣流通過“清理”氧化催化劑64，以在廢氣直接通到大氣之前去除離開NOx吸收裝置的任何未燃燒碳氫化合物(HC)。包括燃料電磁閥68的燃料注入器66位于每個氧化催化劑60前部，NOx傳感器69位于排氣分流器54的前部，組合的NOx/空燃比傳感器70位于NOx吸收裝置后面，并且測量溫度的熱電偶T1、T2、T3和T4位于氧化催化劑60的前面和后面并位于反應器的出口處。氧化催化劑60和NOx吸收裝置62以每in-2400個單元(每cm-262個單元)和0.06in(0.15mm)的壁厚分別涂覆在陶瓷流通式單片上。氧化催化劑60為直徑5.66in(144mm)×3in(76mm)并且體積為75.5in3(1.24升)，NOx吸收裝置62直徑相同，但長6in(152mm)，而“清理”氧化催化劑64為直徑10.5in(267mm)×長3in(76mm)并且體積為260in3(4.26升)。
僅使用分流排氣中的一個支路來進行本說明書所描述的實驗。使用含50ppm硫的柴油燃料操作該車輛并在怠速、10、20、30以及40mph的穩(wěn)定速度下運行一定時間段；在這些點中的每一個點將燃料注入且如圖5中所示出的那樣確定注入期間的空燃比。以實驗方式選擇時間和持續(xù)時間的組合(2秒注入，每支路每分鐘一次)，因為這樣可以給出廢氣溫度(以便將NOx吸收裝置保持在活性溫度窗口內(nèi))和NOx轉(zhuǎn)換的最佳組合。同時，測量系統(tǒng)前、后的NOx排放物以及溫度輪廓。
在圖5中，方形波表示注入器之后、催化劑前表面之前的理想理想化空燃比。廢氣混合物通常是稀薄的，但在注入過程中瞬間變濃。作為道路速度的函數(shù)的計算出的“濃”空燃比(基于注入的燃料體積，排氣化學計量以及排氣流速)用這種曲線所表示?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果化學計量空燃比為14.7∶1，那么注入器不能在大于約6mph的速度時產(chǎn)生真正的濃縮混合物。用于后面的附圖中的所測得的空燃比得自后NOx吸收裝置傳感器。因為催化劑系統(tǒng)中的吸收和化學活性，方形波失去了嚴格限定的形狀。
圖6示出了怠速狀態(tài)來自發(fā)動機以及NOx吸收裝置之后的NOx排放物(ppm)連同NOx吸收裝置之后測量的空燃比。圖7示出了同一時間段的溫度軌跡。從圖6中可以看出，當在怠速時期開始階段注入燃料時，空燃比如圖5中的預測所預期的那樣從稀薄降為濃縮，在初始NOx臨界點之后，可看到良好的NOx轉(zhuǎn)化。隨著時間的推移，空燃比在整個注入情形中保持稀薄，但仍保持良好的NOx轉(zhuǎn)化。在氧化催化劑上方產(chǎn)生的放熱曲線T2有助于將NOx吸收裝置的溫度保持在其220-550℃的操作窗口以內(nèi)。還記錄了NOx吸收裝置兩端的放熱曲線T3，其中某些是由來自氧化催化劑的未反應氣態(tài)還原劑的燃燒所引起的。對這種結(jié)果進行解釋旨在該放熱曲線的某些是來自在這種發(fā)動機怠速狀態(tài)下隨著時間的增加而在NOx吸收裝置的表面上反應的未燃燒燃料液滴的燃燒。這是因為系統(tǒng)入口溫度下降，以不足以蒸發(fā)進入的燃料，并且后傳感器測量的空燃比峰形變得不明顯并且更圓，這就表明燃料液滴的沉積、蒸發(fā)以及后續(xù)氧化的序列。由這種情形引起的局部濃縮還用于保持所觀察到的NOx吸收裝置的工作效率。
圖8和圖9中示出了實驗結(jié)果，且公交車保持在40mph的穩(wěn)定速度的。此時，排氣流速要高得多，但使用與怠速時相同的注入流速，且預期排氣在整個注入期間一直保持稀薄(圖5)。然而，除了在燃料首先注入時的臨界峰值之外，NOx在余下的操作時間減少，盡管不像在怠速時那樣有效。T2上方的放熱曲線T3有時比怠速時更低，但因為廢氣的增大流速的熱容量，放熱是非常顯著的。因而放熱反應仍在發(fā)生，并且我們再次相信這是因為某些未燃燒的燃料液滴被帶過氧化催化劑并且在NOx吸收裝置上進行燃燒。盡管氧化催化劑入口溫度較高，但預期會出現(xiàn)持續(xù)的燃料液滴，因為如由在NOx吸收裝置兩端測量的顯著放熱曲線以及在明顯稀薄狀態(tài)下所觀察的吸收裝置再生所顯示的較大排氣流速可能攜帶液滴經(jīng)過氧化催化劑。
圖10示出了作為速度的函數(shù)的經(jīng)過計算的該系統(tǒng)平均NOx轉(zhuǎn)化效率的趨勢。圖5表明在大約6mph以上不會出現(xiàn)濃縮廢氣狀態(tài)，但是在稀薄狀態(tài)下在較大速度范圍內(nèi)獲得了良好的NOx轉(zhuǎn)化。這尤其適合于城市公交車最常用的從怠速到30mph的操作范圍。
權利要求
1.一種用于稀燃內(nèi)燃機(12)的排氣系統(tǒng)(40；50；80)，包括設置在整體單片基板(42；42A；60；130)上的至少一個NOx吸收劑、包括用于將液態(tài)還原劑液滴注入到所述至少一個基板的上游的廢氣內(nèi)的注入器的裝置(20；66，68；132)以及在使用時用于控制還原劑的注入以再生所述NOx吸收劑由此滿足相關排放標準的裝置，所述配置使得所述液態(tài)還原劑的液滴接觸所述NOx吸收劑由此引起NOx的局部還原。
2.根據(jù)權利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于包括設置在平行配置的整體單片基板(42)上的多個NOx吸收劑，每個基板與還原劑注入器(20)連接，所述排氣系統(tǒng)還包括在使用時用于將至少一個所述平行基板與液態(tài)還原劑的液滴連續(xù)接觸并且同時所述多個NOx吸收劑與廢氣流保持串列的裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于將所述至少一個基板(42A；130)的上游端以液流方向上細分成至少兩個區(qū)(45；131X，131Y)，且所述系統(tǒng)包括在使用時用于將所述至少兩個區(qū)的一部分與液態(tài)還原劑液滴順序接觸同時所述至少一個基板作為整體與廢氣流保持串列的裝置。
4.根據(jù)權利要求3所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述用于將所述至少兩個區(qū)的一部分與液態(tài)還原劑液滴接觸的裝置包括設置在所述基板上游端的片狀閥(128)。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于包括與每個區(qū)連接的分立注入器(20；132X，132Y)。
6.根據(jù)權利要求2、3、4或5所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于包括設置在所述NOx吸收劑基板或所述每個NOx吸收劑基板下游的用于氧化所述還原劑的氧化催化劑(32)、用于確定跨越所述氧化催化劑的溫差(ΔT)的裝置(TC1，TC2)以及在使用時用于控制液態(tài)還原劑液滴的注入的裝置，其中，所述還原劑液滴注入控制裝置控制所述還原劑的注入速率以將ΔT保持在預定范圍內(nèi)，其中所述系統(tǒng)構造成室所述氧化催化劑上方的廢氣成分是稀薄的。
7.根據(jù)權利要求6所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于如果ΔT過大，則降低所述還原劑注入的速率。
8.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述NOx吸收劑包括至少一種堿金屬、堿土金屬或稀土金屬或其任意兩個或多個的混和物的化合物。
9.根據(jù)權利要求8所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述堿金屬選自由鉀和銫所組成的群組。
10.根據(jù)權利要求8所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述堿土金屬選自由鎂、鈣、鍶和鋇所組成的群組。
11.根據(jù)權利要求8所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述稀土金屬選自由鑭和釔所組成的群組。
12.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述NOx吸收劑包括用于氧化一氧化氮的催化劑，所述催化劑可任選為鉑族金屬，如鉑。
13.根據(jù)權利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述NOx吸收劑包括用于將NOx還原成N2的催化劑，如銠。
14.根據(jù)權利要求12或13所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于包括在使用時僅在所述NOx還原催化劑為活性時將還原劑注入的控制裝置。
15.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述NOx吸收劑基板單片包括陶瓷或金屬泡沫。
16.根據(jù)權利要求1到14中的任意一項所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于所述NOx吸收劑基板單片包括微粒過濾器。
17.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于包括位于所述注入器和所述NOx吸收劑基板單片之間的氧化催化劑。
18.包括根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的排氣系統(tǒng)的車輛。
19.根據(jù)權利要求18所述的車輛，其特征在于包括柴油發(fā)動機。
20.一種再生設置在稀燃內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)(40；50；80)的整體單片基板(42；42A；60；130)上的NOx吸收劑的方法，所述方法包括將NOx吸收劑與液態(tài)還原劑液滴接觸，由此引起NOx的局部還原。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其特征在于所述排氣系統(tǒng)包括設置在平行配置的整體單片基板(42)上的多個NOx吸收劑，所述方法包括將所述平行基板的至少一個與液態(tài)還原劑液滴連續(xù)接觸，同時所述多個NOx吸收劑保持與廢氣流串列。
22.根據(jù)權利要求20所述的方法，其特征在于包括將所述基板(42A)的一部分與所述液態(tài)還原劑液滴連續(xù)接觸，同時所述基板作為整體與廢氣流保持串列。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其特征在于將所述基板的一部分與所述液態(tài)還原劑液滴使接觸的步驟出現(xiàn)于減小的廢氣流。
24.根據(jù)權利要求21、22或23所述的方法，其特征在于包括在位于所述NOx吸收劑基板下游的氧化催化劑(32)上方氧化所述還原劑、確定所述氧化催化劑的入口和出口溫度之間的差值(ΔT)并調(diào)節(jié)還原劑添加速率以使ΔT處于預定范圍內(nèi)。
25.根據(jù)權利要求20、21、22或23所述的方法，其特征在于所述NOx吸收劑包括用于將NOx還原成N2的催化劑，所述方法包括僅在所述NOx還原催化劑對于催化NOx還原是活性時將所述NOx吸收劑基板或每個所述NOx吸收劑基板與液態(tài)還原劑液滴接觸。
26.根據(jù)權利要求20到25中的任意一項所述的方法，其特征在于所述還原劑包括碳氫化合物，如為發(fā)動機提供動力的燃料。
全文摘要
一種用于稀燃內(nèi)燃機(12)的排氣系統(tǒng)(40)，包括設置在整體單片基板(42)上的至少一個NO
文檔編號F01N3/035GK101014756SQ200580027508
公開日2007年8月8日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權日2004年6月18日
發(fā)明者J·T·吉尼, M·V·特威格 申請人:約翰遜馬西有限公司