專利名稱：排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣凈化裝置，具體地說(shuō)，涉及一種使用對(duì)排氣中 的顆粒物進(jìn)行捕集的顆粒物捕集裝置來(lái)凈化從例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之類內(nèi) 熟夂W^" T《f W『J《F飛『J承置o
背景技術(shù)：
通常，公知柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中含有顆粒物(下文稱作PM (顆粒 物Particulate Matter)),所述顆粒物包含作為主要元素的碳，并且引起 空氣污染。因此，人們提出了從排氣中捕集和除去這些顆粒物的多種裝 置和方法。例如，提出了 (i)通過(guò)強(qiáng)有力地噴射供給燃料而增加柴油機(jī) 微粒過(guò)濾器(下文稱作"DPF")的溫度來(lái)氧化和燃燒所捕集的PM的 方法，(ii)從排氣中的NO產(chǎn)生出N02、并且用]\02氧化PM的方法 (例如國(guó)際申請(qǐng)日本國(guó)家階段公報(bào)No. 2002-531762(文獻(xiàn)1))，以及(iii) 使用被催化的DPF來(lái)氧化PM的方法(例如日本未審查的專利申請(qǐng)公 報(bào)No. Hei 6-272541 (文獻(xiàn)2 )以及日本未審查的專利申請(qǐng)公報(bào)No. Hei 9-125931 (文獻(xiàn)3))。
但是，在方法(i)中，存在的問(wèn)題有由于強(qiáng)有力地噴射供給燃料 而引起燃料性價(jià)比降低；而且PM燃M速，從而導(dǎo)致DPF由于PM 迅速燃燒期間產(chǎn)生的反應(yīng)熱使得溫度急劇改變而碎裂。此夕卜在方法(ii) 中，存在的問(wèn)題是N02對(duì)PM的氧化速度不足，因此難以徹底地氧化和 去除從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的PM。此外，在方法(iii)中，存在的問(wèn)M:催 化劑和PM都是固體，因此催化劑和PM彼此并不充分接觸，從而導(dǎo)致 PM的氧化v^應(yīng)不充分。
最近公開(kāi)了一項(xiàng)技術(shù)(例如國(guó)際申請(qǐng)日本國(guó)家階段公報(bào)No. 2005-502823 (文獻(xiàn)4 ))。此技術(shù)是使用相比1\02具有更強(qiáng)氧化能力的臭 氧(03)來(lái)氧化和處理PM。在如文獻(xiàn)4所述的對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣進(jìn)行后處理的方法中，通過(guò)在顆粒物過(guò)濾器的上游安裝用于^f吏用等離子體
從排氣產(chǎn)生用作氧化劑的臭氧或N02的裝置來(lái)氧化和去除捕集在顆粒 物過(guò)濾器中的PM,以相應(yīng)于排氣的溫度選擇性地在低溫時(shí)使用臭氧和 N02并且在高溫時(shí)使用N02。
但是，在文獻(xiàn)4中所述的方法中，使用等離子體從作為排氣成分的 氧氣形成臭氧，并且含有NOx等的排氣與所形成的臭氧一起被引入顆 粒物過(guò)濾器中。由此，具有強(qiáng)氧化能力的臭氧與排氣中的NOx等反應(yīng)， 并且在進(jìn)入到顆粒物過(guò)濾器之前就被消耗。結(jié)果，將用于氧化和去除 PM的臭氧的量減少，由此不能獲得4艮好的凈化功效。因此，存在的問(wèn) 収PM的氧化狄降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是考慮了上述現(xiàn)在技術(shù)的問(wèn)題而做出的。本發(fā)明的目的是 提供一種使用對(duì)排氣中的PM進(jìn)行捕集的顆粒物捕集裝置來(lái)凈化從例如 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之類的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中排出的排氣的裝置，其中，通過(guò)使得在 使用臭氧來(lái)氧化和去除PM的過(guò)程中能夠有效地利用臭氧并且通過(guò)充分 地抑制由NOx等引起的PM的氧化速度的降低來(lái)實(shí)現(xiàn)高級(jí)別的PM凈 化效率。
本發(fā)明的發(fā)明人致力于精心研究如何實(shí)現(xiàn)上述目的，因此發(fā)現(xiàn)了通 過(guò)將NO氧化催化劑設(shè)置在臭氧供給裝置的上游側(cè)而抑制臭氧由于與 NOx反應(yīng)而發(fā)生的消耗，充分地抑制了 PM的氧化iUL的降低并從而最 終實(shí)現(xiàn)了高級(jí)別的PM凈化效率，這是因?yàn)槌粞跻子谂c排氣中的NOx 和HC、特別是NO發(fā)生反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置包括
連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通道；
顆粒物捕集裝置，所述顆粒物捕集裝置設(shè)置在所述排氣通道中，并 且捕集排氣中的顆粒物；
臭氧供給裝置，所述臭氧供給裝置連接到所述排氣通道并且位于所 述顆粒物捕集裝置的上游側(cè)，并且所述臭氧供給裝置能夠?qū)⒊粞豕┙o到 所述顆粒物捕集裝置；以及NO氧化催化劑，所述NO氧化催化劑設(shè)置在所述排氣通道中并且 位于所述臭氧供給裝置的上游側(cè)，并且所述NO氧化催化劑氧化所述排 氣中的NO。
根據(jù)本發(fā)明的上述排氣凈化裝置，NO氧化催化劑設(shè)置在臭氧供給 裝置的上游側(cè)，由此排氣中NO的至少一部分^L位于臭氧供給裝置上游 側(cè)的NO氧化催化劑預(yù)先氧化成N02，所以減少了尤其易于與臭IUl生 ^^應(yīng)的NO的量。結(jié)果，抑制了由排氣中的NOx對(duì)臭氧的消耗，更大 量的臭氧可被用以氧化和去除顆粒物捕集裝置中的PM。因此，充分抑 制了 PM的氧化it^的降低，從而實(shí)現(xiàn)了高級(jí)別的PM凈化效率。
本發(fā)明的排氣凈化裝置優(yōu)選進(jìn)一步包括排氣溫度檢測(cè)裝置，所述 排氣溫度檢測(cè)裝置用于測(cè)量或估算經(jīng)過(guò)所述顆粒物捕集裝置的排氣的 溫度；以及臭氧供給控制裝置，所述臭氧供給控制裝置基于由所述排氣 溫度檢測(cè)裝置所檢測(cè)到的排氣的溫度來(lái)控制所述臭氧供給裝置。在這種 情況下，臭氧供給控制裝置特別優(yōu)選為將臭氧供給裝置控制為使得當(dāng)排 氣的溫度在50攝氏度或更高的第一預(yù)定溫度和300攝氏度或更低的第 二預(yù)定溫度之間的范圍內(nèi)時(shí)供給臭氧。
當(dāng)排氣的溫度為50攝氏度或更高時(shí)，NO易于被NO氧化催化劑更 有效地氧化成N02。當(dāng)排氣的溫^A300攝氏度或更低時(shí)，NO和臭氧 之間的反應(yīng)性傾向于比N02和臭氧之間的反應(yīng)性更高。因此，根據(jù)本發(fā) 明的這種適當(dāng)?shù)呐艢鈨艋b置，更穩(wěn)妥地抑制了排氣中NOx對(duì)臭氧的 消耗。因此，更有效地抑制了 PM的氧化速度的降低，從而實(shí)現(xiàn)了高級(jí) 別的PM凈化效率。
此外，在本發(fā)明中，臭氧供給控制裝置更優(yōu)選地控制臭氧供給裝置 以使得在捕集于顆粒物捕集裝置中的顆粒物的量為預(yù)定值或更高時(shí)供 給臭氧。
根據(jù)本發(fā)明的臭氧供給裝置優(yōu)選地包括用作臭IU1生裝置的臭氧 發(fā)生器；連接到所述臭氧發(fā)生器的臭氧供給通道；臭氧供給噴嘴，所述 臭氧供給噴嘴連接到所述臭氧供給通道，并且所述臭氧供給噴嘴設(shè)置在 所述排氣通道中且位于所述顆粒物捕集裝置的上游側(cè)。另外，更優(yōu)選地， 在用作原料的空氣或氧氣流到施加有高電壓的放電管中的同時(shí)，這種臭 氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧。用作原料的空氣或氧氣特別優(yōu)選為從排氣通道的外
6部it^的氣體， 根據(jù)本發(fā)S
所述多孔氧化物載體上的貴金屬，并且能夠?qū)⑴艢庵械腘O氧化成N02。
此外，在本發(fā)明中，所述顆粒物捕集裝置優(yōu)選為基本上不包括分解 臭氧的催化劑。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種使用用于捕集排氣中的PM的顆粒物捕 集裝置凈化從例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣的裝置，其中， 通過(guò)使得在使用臭氧來(lái)氧化和去除PM的過(guò)程中能夠有效地利用臭氧、 并且通過(guò)充分地抑制由于NOx等引起的PM的氧化速度的降低，來(lái)實(shí) 現(xiàn)高級(jí)別的PM凈化效率。


圖l是本發(fā)明的排氣凈化裝置的優(yōu)選實(shí)施方式的示意圖，所述裝置 與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)連接。
圖2是示出與NO或N02 >^應(yīng)的臭氧的減少率與溫度之間的關(guān)系的圖。
圖3是本示例和對(duì)比示例中所使用的實(shí)驗(yàn)裝置(用于凈化排氣的裝 置)的示意圖。
圖4是示出示例1和對(duì)比示例1至3中的PM氧化速度的比較的圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)注意，在 如下的描述和附圖中，相同或等同的元件以相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示，并且 略去了重復(fù)的描述。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上的排氣凈化裝置的優(yōu)選 實(shí)施方式的示意圖。在圖1中，附圖標(biāo)記10標(biāo)示壓縮點(diǎn)燃內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) (即柴油發(fā)動(dòng)機(jī))，附圖標(biāo)記ll標(biāo)示與進(jìn)氣口連通的進(jìn)氣歧管，附圖標(biāo) 記12標(biāo)示與排氣口連通的排氣歧管，附圖標(biāo)記13標(biāo)示燃燒室。從燃料 罐(未圖示)供給到高壓泵17的燃料被高壓泵17泵送到共軌18并且在高壓下積蓄壓力。然后，共軌18中高壓燃料直接從燃料噴射閥14噴 射供給到燃料室13。來(lái)自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)10的排氣經(jīng)過(guò)排氣歧管12和渦輪 增壓器19，然后流到位于它們下游的排氣通道15，最終在經(jīng)歷下面詳 述的凈化過(guò)程之后被排出到環(huán)境空氣中。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的形式并不局限于 裝備有這種共軌式燃料噴射裝置的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
在圖1中所示的排氣通道15中，用于氧化排氣中的NO的NO氧 化催化劑20、用作捕集排氣中的顆粒物(PM)的顆粒物捕集裝置的柴 油機(jī)顆粒物微粒過(guò)濾器30 (下文稱作"DPF")從上游到下脊農(nóng)次按順 序設(shè)置。
適當(dāng)?shù)厥褂冒ǘ嗫籽趸镙d體和被所述多孔氧化物載體承載的 貴金屬并且能夠有效地將排氣中的NO氧化成N02的NO氧化催化劑來(lái) 作為根據(jù)本發(fā)明的NO氧化催化劑20。構(gòu)成這種多孔氧化物載體的金屬 氧化物不受特殊限制，但是可以包括例如氧化鋁、二氧化硅、氧化鈦、 氧化鋯、二氧化鋅、二氧化鈰-氧化鋁固溶體、二氧化鈰-氧化鈦固溶體、 二氧化鈰-氧化鋯固溶體、氧化鋯-氧化鈦固溶體、二氧化硅-氧化鋁固溶 體、沸石等。而且，可以僅使用一種金屬氧化物、使用兩種或更多種金 屬氧化物的組合或使用復(fù)合氧化物作為多孔氧化物載體。這種多孔氧化 物栽體的量也不受特殊限制，但是優(yōu)選為在每升如下所述的基材含30 克到400克的范圍內(nèi)。
所述貴金屬包括鉑(Pt)、把(Pd)、銠(Rd)、銥(Ir)以及釕(Ru)。 在這些貴金屬中，^目對(duì)于NO的氧化活性高的觀點(diǎn)來(lái)看，更優(yōu)選Pt。 這些貴金屬的被承栽量也不受特殊P艮制，但是優(yōu)選為處于每升如下所述 的基材含0.1克到20克的范圍內(nèi)。
包括釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鉬、銀、銦等的金屬可以 承載在所述多孔氧化物載體上。
根據(jù)本發(fā)明的NO氧化催化劑20的形式也不受特殊限制，但是可 以形成為例如蜂窩狀的整體式催化劑、粒狀形式的粒狀催化劑等。此處 所使用的基材也不受特殊限制，但是能夠適當(dāng)?shù)夭捎谜w式基材、粒狀 基材、板狀基材等。具體地，當(dāng)使用整體式基材時(shí)，易于能夠更確定地 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果。另外，這些基材的材料也不受特殊限制，但是可以 適當(dāng)?shù)夭捎糜衫巛狼嗍?、碳化硅和富鋁紅柱石等陶瓷制成的基材，以及由例如含有鉻、鎳、鋁的不銹鋼等金屬制成的基材。
根據(jù)本發(fā)明的NO氧化催化劑20的具體示例包括例如日本未審查 的專利申請(qǐng)公報(bào)No. Hei 8-103636、日本未審查的專利申請(qǐng)公報(bào)No. Hei 8-243356、日本未審查的專利申請(qǐng)公報(bào)No. Hei 9-299795、日本未審查 的專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2001-115824、日本未審查的專利申請(qǐng)公報(bào)No.
2002- 35587、日本未審查的專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2002-89246、日本未審查 的專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2003-80033 、日本未審查的專利申請(qǐng)公報(bào)No.
2003- 205223、日本未審查的專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2004-167354以及日本未 審查的專利申請(qǐng)公報(bào)No. 2006-46286中所描述的NO氧化催化劑。
根據(jù)本發(fā)明的DPF 30的形式不受特殊限制，但是可以是泡沫式或 如圖1中所示的壁流式。壁流式DPF具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其中在下游側(cè) 設(shè)置有止動(dòng)件的第 一通道和在上游側(cè)設(shè)置有止動(dòng)件的第二通道交替地 在隔室中形成。排氣從第一通道經(jīng)過(guò)流動(dòng)通道壁表面，然后流到第二通 道中，隨后流向下游。此時(shí)，排氣中的PM被流動(dòng)通道壁表面捕集。這 種DPF30的材料也不受特殊限制，但是可以適當(dāng)?shù)夭捎糜衫巛狼嗍?碳化硅、二氧化硅、氧化鋁以及富鋁紅柱石等陶瓷制成的基材、以及由 例如含有鉻、鎳和鋁的不銹鋼等金屬制成的基材。當(dāng)DPF30涂覆有包 括貴金屬等的催化劑時(shí)，臭氧易于在PM的氧化之前就被分解。因而， 優(yōu)選為DPF 30并不涂覆有催化劑。
如圖1中所示，在根據(jù)本發(fā)明的排氣凈化裝置中，能夠供給臭氧(o3) 的臭氧供給裝置40在上述NO氧化催化劑20和DPF 30之間連接到DPF 30，即，在NO氧化催化劑20的下游和DPF30的上游之間連接到DPF 30。這種臭氧供給裝置40包括用作臭SJL生裝置的臭M生器41以及 經(jīng)由臭氧供給通道42連接到臭IL良生器41的臭氧供給噴嘴43。
可以使用其形式為在用作原料的空氣或氧氣流到能夠施加有高電 壓的放電管的同時(shí)允許產(chǎn)生臭氧的臭氧發(fā)生器或者呈任意形式的臭氧 發(fā)生器來(lái)作為根據(jù)本發(fā)明的臭IUt生器41。但是，當(dāng)供給到臭IU1生器 41的氣體中存在氮?dú)鈺r(shí)會(huì)形成NOx。因而，優(yōu)選地僅供給氧氣。
注意，與文獻(xiàn)4的情況不同，用作原料的空氣或氧氣是從排氣通道 的外部^的氣體，例如環(huán)境空氣中存在的氣體。其并不像文獻(xiàn)4的情 況那樣是排氣通道內(nèi)的排氣中所包含的氣體。在臭氧發(fā)生器41中，在
9低溫度下使用原料氣體可以提供比在高溫時(shí)使用原料氣體時(shí)更高的臭 氧發(fā)生效率。因此，通過(guò)以上述方式使用存在于排氣通道的外部的氣體
產(chǎn)生臭氧，與文獻(xiàn)4中的情況相比，可以提高臭氧發(fā)生效率。
根據(jù)本發(fā)明的臭氧供給噴嘴43優(yōu)選地設(shè)置在DPF 30的緊上游，從 而抑制從臭氧供給噴嘴43噴射供給的臭氧由于與排氣中的NOx等反應(yīng) 而被消耗，并且然后將臭氧從臭氧供給噴嘴43向DPF 30供給。另夕卜， 臭氧供給噴嘴43優(yōu)選地具有多個(gè)臭氧供給口 44 ，所述多個(gè)臭氧供給口 44散布在DPF 30的上游邊緣表面的整個(gè)直徑上，使得能夠在DPF 30 的整個(gè)上游邊緣表面上均勻地供給臭氧。除了具有臭氧供給噴嘴43的 形式外，也可以采用其它各種形式來(lái)作為臭氧供給裝置40的形式。例 如，當(dāng)僅設(shè)置有一個(gè)臭氧供給口時(shí)，臭氧供給口和DPF的上游邊緣表 面優(yōu)選ilkJL此隔開(kāi)一個(gè)距離，所i^巨離允許臭氧被均勻地供給到整個(gè)上 游邊緣表面上。
此外，在如圖1中所示的本發(fā)明的排氣凈化裝置中，設(shè)置有溫度傳 感器50作為用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)DPF 30的排氣的溫度的排氣溫度檢測(cè)裝置， 并且溫度傳感器50電連接到ECU 100，所述ECU 100用作基于借助于 溫度傳感器50所檢測(cè)到的排氣溫度來(lái)控制臭氧供給裝置40的臭氧供給 控制裝置。根據(jù)本發(fā)明的排氣溫度檢測(cè)裝置并不局限于溫度傳感器50， 并且可以是用于使用存儲(chǔ)于ECU 100中的發(fā)動(dòng)機(jī)特性映射數(shù)據(jù)等基于 發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等來(lái)估算經(jīng)過(guò)DPF 30的排氣的溫度的裝置。另外， 在本發(fā)明的排氣凈化裝置中，盡管沒(méi)有示出，但是也可以設(shè)置有用于根 據(jù)DPF 30上下游之間的壓差#測(cè)PM的捕集量以及阻塞的排氣壓力 傳感器以及用于檢測(cè)流到DPF 30中的排氣的空燃比的空燃比傳感器 等。
根據(jù)如圖1中所示的本發(fā)明的排氣凈化裝置，排氣中的至少一部分 NO (優(yōu)選為4^ )被上述NO氧化催化劑20氧化成]\02。然后，當(dāng)從 臭氧供給裝置40將臭氧供給到排氣中時(shí)，NOx和臭氧根據(jù)下面的化學(xué) 反應(yīng)式彼此反應(yīng)，使得臭氧被消耗。
NO+03—N02+02…(1)
N02+03—N03+02…(2)
2N03—2N02+N02 ... (3)但是，考慮到臭氧和NOx之間的反應(yīng)性，N02的反應(yīng)性低于NO的 反應(yīng)性。因而，通過(guò)以上述方式在先將排氣中的NO氧化成N02,根據(jù) 反應(yīng)式(1)中的反應(yīng)所消耗的臭氧的量便減少。因此，用于氧化并去 除后面DPF30中的PM的臭氧的量更大。因此，充分抑制了PM的氧 化速度的降低，從而實(shí)現(xiàn)了高級(jí)別的PM凈化效率。
然后，在DPF 30中通過(guò)臭氧和PM之間進(jìn)行如下的反應(yīng)來(lái)以CO 和C02的形式除去PM。
C+03—CO+02… (4)
C+203—C02+202… (5)
注意，本發(fā)明人獲得了如下認(rèn)識(shí)。即，03在約200攝氏度或更高時(shí) 開(kāi)始分解。PM在200攝氏度或更高時(shí)開(kāi)始被NO2氧化。此外，考慮到 臭氧和NOx之間的反應(yīng)性，當(dāng)輸入500磅/分鐘的臭氧時(shí)，如圖2中所 示在300攝氏度或更低(優(yōu)選為250攝氏度或更低)時(shí)N02的反應(yīng)性低 于NO的反應(yīng)性。在大于300攝氏度時(shí)，無(wú)論NOx的種類如何，臭氧 和NOx之間的反應(yīng)性趨向于變得更高。
因此，在本發(fā)明的排氣凈化裝置中，當(dāng)經(jīng)過(guò)DPF 30的排氣的溫度 在50攝氏度或更高(更優(yōu)選地為100攝氏度或更高)的第一預(yù)定溫度 和300攝氏度或更低(更優(yōu)選地為250攝氏度或更低)的第二預(yù)定溫度 之間的范圍內(nèi)時(shí)，從臭氧供給裝置40供給臭氧。在超過(guò)300攝氏度(更 優(yōu)選地為超過(guò)250攝^JL)的溫度范圍內(nèi)，優(yōu)選地僅使用借助于NO氧 化催化劑形成的N02來(lái)氧化PM,而不供給臭氧。如果以如上方式對(duì)臭 氧供給裝置40進(jìn)行控制，則更穩(wěn)妥地抑制了排氣中的NOx對(duì)臭氧的消 耗。因此充分抑制了 PM的氧化速度的降低，從而實(shí)現(xiàn)了更高程度的 PM凈化效率。
注意，用于以如上方式供給臭氧的時(shí)刻優(yōu)選取在DPF 30中PM的 捕集量為預(yù)定值或更多時(shí)。
另外，為了借助于NO氧化催化劑20更穩(wěn)妥地將NO氧化成N02 ， 50攝氏度或更高的溫度是必要的。既然100攝氏度或更高的溫度是優(yōu)選 的，所以NO氧化催化劑20優(yōu)選地在排氣通道15中盡可能地安裝在上 游。另外，在本發(fā)明的排氣凈化裝置中，通過(guò)與包括EGR裝置等不同 的排氣凈化裝置結(jié)合使用而優(yōu)選地預(yù)先降低排氣中NOx的量。當(dāng)按如 上方式預(yù)先降低了排氣中的NOx的量時(shí)，則進(jìn)一步降低了臭氧的消耗 量，由此易于提高PM氧化效率。
已經(jīng)如上所i^描述了本發(fā)明的排氣凈化裝置的優(yōu)選實(shí)施方式。在 本發(fā)明中，也可以采用另一種實(shí)施方式。例如，在上述實(shí)施方式中，采 用壁流式的DPF作為PM捕集裝置。除此之外，也可以采用各種過(guò)濾 器結(jié)構(gòu)。就基材的形狀和結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，除了上述蜂窩狀形狀外，板形、圓 柱形、粒狀、網(wǎng)狀(例如無(wú)機(jī)纖維制成的紡布或無(wú)紡布，以及金屬網(wǎng)) 狀的基材都可以采用。
此外，除了用于作為壓縮點(diǎn)燃內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之外，本發(fā) 明能夠使用于所有可能產(chǎn)生PM的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中。例如，包括直噴式火 花點(diǎn)火內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、更具體地說(shuō)是直噴式稀燃汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等。在這種發(fā) 動(dòng)機(jī)中，燃料直接噴射到氣缸燃燒室中。在燃料噴射量大的高負(fù)栽區(qū)域， 燃料不完全燃燒，由此可能會(huì)產(chǎn)生PM。即使當(dāng)在這種發(fā)動(dòng)機(jī)中使用本 發(fā)明時(shí)，也完全能夠?qū)崿F(xiàn)與前勤目同的效果。
[示例
下面將基于示例和對(duì)比示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體的說(shuō)明。但是，本 發(fā)明并不局限于下述的示例。
(1) 實(shí)驗(yàn)裝置
圖3示出在示例和對(duì)比示例中所使用的實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。在圖3 中所示的實(shí)驗(yàn)裝置60中，如下所述的模擬氣體(MG)經(jīng)過(guò)設(shè)置于上游 石英管61中的NO氧化催化劑62，然后經(jīng)過(guò)設(shè)置在下游石英管63中的 DPF64,然后從未圖示的排氣導(dǎo)管排出到外界。氧氣和從未圖示的臭氧 發(fā)生器供給的臭氧(或者只有氧氣)作為注入氣體從設(shè)置在上游石英管 61和下游石英管63之間的三通肘管65處供給，與模擬氣體相混合，然 后與模擬氣體一起供給到DPF 64。在上游石英管61和下游石英管63 的外圓周區(qū)域中分別設(shè)置有電加熱器66和67，以控制NO氧化催化劑 62和DPF64的溫度。另外，*沒(méi)置有溫度傳感器68和69，以分別用來(lái) 測(cè)量緊在NO氧化催化劑62和DPF 64上游位置處的溫度。
(2) 實(shí)驗(yàn)糾將電加熱器66和67控制為使得借助于溫度傳感器68和69所檢測(cè) 到的溫度為200攝氏度。按體積濃度來(lái)說(shuō)，模擬氣體由210磅/分鐘的 NO、 5%的02、 3%的H20以及作為4hf嘗的N2。模擬氣體的流動(dòng)速度 為9.5升/分鐘。此外，注入氣體由10000磅/分鐘的臭氧(03)組成， 并且當(dāng)打開(kāi)臭氧發(fā)生器的電源而供給臭氧時(shí)以02作為補(bǔ)償。另一方面， 當(dāng)臭氧發(fā)生器的電源被斷開(kāi)以便不供給臭氧時(shí)輸入氣體僅包括02，并 且注入氣體的流動(dòng)速度為0.5升/分鐘。
(3) 實(shí)驗(yàn)方法
直到借助于溫度傳感器68和69檢測(cè)到的溫度變成恒定值(200攝 氏度)之前N2持續(xù)地流動(dòng)。在溫度變成恒定之后上述含有NO的模擬 氣體流動(dòng)。同時(shí)，將02引入到臭氧發(fā)生器中。然后，為了產(chǎn)生臭氧， 接通臭IUt生器的電源，同時(shí)引入02。
根據(jù)借助于未圖示的排氣分析器檢測(cè)到的CO和co2的濃度來(lái)計(jì)算 在DPF 64中被氧化的PM的量(氧化速度)。即，通過(guò)用模擬氣體的流 動(dòng)速度、所測(cè)量到的體積濃度和測(cè)量時(shí)間之積除以相當(dāng)于l摩爾的體積 (例如22.4升)來(lái)獲得測(cè)量過(guò)程中的摩爾數(shù)?；谀枖?shù)來(lái)計(jì)算被氧化 的PM的量(氧化速度)。
(4) 示例和對(duì)比示例 (示例1)
設(shè)置具有如下所示特點(diǎn)的NO氧化催化劑62和DPF 64，然后接通 臭IU1生器的電源。在這種狀態(tài)下，測(cè)量被氧化的PM的量(氧化l變)。
< NO氧化催化劑>
4吏用通過(guò)用Zr02涂敷直徑為30毫米、長(zhǎng)度為50毫米、單元壁厚 度為4mil (毫英寸長(zhǎng)度，1/1000英寸)、單元數(shù)量為400cpsi (每平方英 寸的單元數(shù))的由堇青石制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)所制備的催化劑。Zr02的 涂敷量為120克/升。分母L(升)意思是每一升催化劑(后面同樣如此)。 通過(guò)使用含有二亞硝基二氨鈿的水溶液將Pt承載于所述催化劑上。然 后，將催化劑干燥，然后在300攝氏度下焙燒一個(gè)小時(shí)以獲得NO氧化 催化劑。所承載的鉑的量為10克/升。將通過(guò)上述方法獲得的NO氧化 催化劑62設(shè)置于上游石英管61中以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
13<DPF>
使用由堇青石制成并且直徑為30亳米、長(zhǎng)度為50毫米、單元壁厚 度為12亳英寸、單元數(shù)量為每平方英寸300個(gè)單元的DPF (沒(méi)有涂敷 催化劑)，其中PM沉積在DPF上。為了沉積PM，通過(guò)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī) (排量是2升)的排氣管中設(shè)置容器，并且通過(guò)在以2000轉(zhuǎn)/每分和30 牛米的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)小時(shí)來(lái)在其中分配排氣，從而將PM捕集， 在所述容器中可平行地安裝有12個(gè)由堇青石制成并且直徑為30毫米、 長(zhǎng)度為50亳米的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。以上述方式沉積有PM的DPF 64設(shè)置在 下游石英管63中，同時(shí)PM沉積表面面對(duì)著上游側(cè)。然后開(kāi)始進(jìn)行實(shí) 驗(yàn)。
(對(duì)比示例l)
除了在下游石英管63中但二沒(méi)置有與示例1中所用的DPF相同的沉 積有PM的DPF 64而不在上游石英管61中設(shè)置NO氧化催化劑62之 外，并且除了模擬氣體流動(dòng)而不使模擬氣體含有NO之外，采用了與示 例1中相同的方式(接通臭ltJL生器的電源)來(lái)測(cè)量被氧化的PM的量 (氧化狄)。
(對(duì)比示例2)
除了在下游石英管63中^5U殳置有與示例1中所用的DPF相同的沉 積有PM的DPF 64而不在上游石英管61中設(shè)置NO氧化催化劑62之 外，采用了與示例1中相同的方式(模擬氣體含有NO并且接通臭IIJL 生器的電源)來(lái)測(cè)量被氧化的PM的量(氧化速度)。
(對(duì)比示例3)
除了斷開(kāi)臭IL良生器的電源以便于不供給臭氧之外，采用與示例1 中相同的方式(使用NO氧化催化劑，并且模擬氣體含有NO )來(lái)測(cè)量 被氧化的PM的量(氧化速度)。
(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖4示出在示例1和對(duì)比示例1至3中在將N2轉(zhuǎn)換為模擬氣體之 后(在將02引入臭IU1生器之后)10分鐘所獲得的PM氧化il;l。在 圖4中，分配到豎軸上的PM氧化il;變的單位克/小時(shí)/升表示每一升DPF 在一個(gè)小時(shí)內(nèi)所氧化的PM的克數(shù)。
14首先，通過(guò)比較對(duì)比示例1的結(jié)果與對(duì)比示例2的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)存在NO時(shí)，大大降低了臭氧氧化PM的速度。相反，通過(guò)比較示例 1的結(jié)果與對(duì)比示例2的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)借助于示例1中的NO IU匕 催化劑將85%的NO氧化成N02時(shí)，臭氧和NOx之間的反應(yīng)受到抑制， 從而充分地抑制了臭氧氧化PM的it;變的降低。通過(guò)比較示例1的結(jié)果 與對(duì)比示例3的結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不供給臭氧時(shí)，PM氧化速度顯著 降低。
工業(yè)應(yīng)用
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種通過(guò)使用用于捕集排氣中的 PM的顆粒物捕集裝置來(lái)凈化從例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排放出的 排氣的裝置，顆粒物其中，通過(guò)使得在4吏用臭氧來(lái)氧化以及去除PM的 過(guò)程中可以有效地利用臭氧、并且通過(guò)充分地抑制由NOx等引起的PM 的氧化速度的降低，實(shí)現(xiàn)了高級(jí)別的PM凈化效率。
權(quán)利要求
1. 一種排氣凈化裝置，包括連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通道；顆粒物捕集裝置，所述顆粒物捕集裝置設(shè)置在所述排氣通道中，并且捕集排氣中的顆粒物；臭氧供給裝置，所述臭氧供給裝置連接到所述排氣通道并且位于所述顆粒物捕集裝置的上游側(cè)，并且所述臭氧供給裝置能夠?qū)⒊粞豕┙o到所述顆粒物捕集裝置；以及NO氧化催化劑，所述NO氧化催化劑設(shè)置在所述排氣通道中并且位于所述臭氧供給裝置的上游側(cè)，并且所述NO氧化催化劑氧化所述排氣中的NO。
2.如權(quán)利要求l所述的排氣凈化裝置，所述裝置進(jìn)一步包括排氣溫度檢測(cè)裝置，所述排氣溫度檢測(cè)裝置執(zhí)行對(duì)經(jīng)過(guò)所述顆粒物 捕集裝置的所述排氣的溫度的測(cè)量和估算之一；以及臭氧供給控制裝置，所述臭氧供^控制裝置基于由所述排氣溫;1檢測(cè)裝置所檢測(cè)到的所述排氣的溫度來(lái)控制所述臭氧供給裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的排氣凈化裝置，其中，所述臭氧供給控制 裝置控制所述臭氧供給裝置以使得當(dāng)所述排氣的溫度在50攝氏度或更 高的第 一預(yù)定溫度和300攝氏度或更低的第二預(yù)定溫度之間的范圍內(nèi)時(shí) 供給臭氧。
4.如權(quán)利要求3所述的排氣凈化裝置，其中，所述臭氧供給控制 裝置控制所述臭氧供給裝置以使得當(dāng)捕集在所述顆粒物捕集裝置中的 顆粒物的量為預(yù)定值或更高時(shí)供給臭氧。
5.如權(quán)利要求1所述的排氣凈化裝置，其中，所述臭氧供給裝置 包括用作臭氧發(fā)生裝置的臭IIJL生器；連接到所述臭lLiL生器的臭氧供給通道；以及臭氧供給噴嘴，所述臭氧供給噴嘴連接到所述臭氧供給 通道，并且所述臭氧供給噴嘴設(shè)置在所述排氣通道中且位于所述顆粒物 捕集裝置的上游側(cè)。
6.如權(quán)利要求5所述的排氣凈化裝置，其中，在用作原料的空氣 和氧氣之一流到施加有高電壓的放電管中的同時(shí)，所述臭氧發(fā)生器產(chǎn)生 臭氧。
7.如權(quán)利要求6所述的排氣凈化裝置，其中，用作原料的空氣和 氧氣之一是從所述排氣通道的外部1的氣體。
8. 如權(quán)利要求1所述的排氣凈化裝置，其中，所述NO氧化催化 劑包括多孔氧化物載體和承載于所述多孔氧化物載體上的貴金屬，并且 能夠?qū)⑴艢庵械腘O氧化成N02。
9. 如權(quán)利要求1所述的排氣凈化裝置，其中，所述顆粒物捕集裝 置基本上不包括分解臭氧的催化劑。
全文摘要
一種排氣凈化裝置，包括連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的排氣通道(15)；顆粒物捕集裝置(30)，所述顆粒物捕集裝置設(shè)置在所述排氣通道(15)中，并且捕集排氣中的顆粒物；臭氧供給裝置(40)，所述臭氧供給裝置連接到所述排氣通道(15)并且位于所述顆粒物捕集裝置(30)的上游側(cè)，并且所述臭氧供給裝置能夠?qū)⒊粞豕┙o到所述顆粒物捕集裝置(30)；以及NO氧化催化劑(20)，所述NO氧化催化劑(20)設(shè)置在所述排氣通道(15)中并且位于所述臭氧供給裝置(40)的上游側(cè)，并且所述NO氧化催化劑(20)氧化所述排氣中的NO。
文檔編號(hào)F01N3/023GK101460719SQ20078002087
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者井部將也, 伊藤由彥, 坂野幸次, 垣花大, 平田裕人, 榊原雄二, 橫田幸治 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社