[发明专利]用于柴油燃料燃烧后处理系统的排放控制系统

说明书

本申请为一项发明专利申请的分案申请，其母案的申请日为2003年10月16日、申请号为200310101437.6、发明名称为“柴油燃料燃烧后处理系统的排放控制系统”。

技术领域

本发明涉及一种燃料添加剂的使用，该燃料添加剂用于保护和改善燃烧排气流后处理系统的工作性能。包括一种或几种锰化合物的添加剂能够作为燃料的一部分被导入到一燃烧室中，或单独或与燃料一起被注入到燃烧排气流中。然后该添加剂将会提高后处理系统的工作性能，后处理系统包括，例如，具有催化的过滤器和连续再生技术柴油机微粒物过滤器的那些。

背景技术

众所周知，在汽车工业或在燃烧碳氢化合物燃料的任何工业中，采用了各种各样的方法来减少排气管(或烟窗)排气流的排放。例如，为减少来自火花点火式发动机的排气流排放，最常用的方法就是通过对空气-燃料的比例和点火时间进行精确的控制。通过最有效的设置延迟点火时间减少了HC和NO_X的排放，然而点火时间的过分延迟反而增加了CO和HC的输出。提高发动机速度，HC的排放量将减少，但是随着负荷的增高，NO_X的排放量也增高。通过升高冷却剂的温度来减少HC的排放量，却导致NO_X排放量的增高。

通过排气后处理系统处理来自燃烧过程中流出物流的方式来减少排放量也是已知的。该流出物包括各种化学物质和化合物，它们中的一些可以由催化剂转化为其它的化合物或物质。例如，在排气后处理中采用三效催化剂和一贫NO_X收集器也是已知的。其它催化和非催化方法也是已知的。

热反应净化器是非催化装置，该装置依靠均相的本体气体反应来氧化CO和HC。然而，在热反应净化器中，大部分的NO_X没有受到影响。通过提高排气流的温度(即采取减小的压缩比或延迟时间)或通过提高排气流的可燃性(富混合物)来增加反应。通常需要用1500°F(800℃)或更高的温度来提高峰值效率。通常，发动机在浓混合气运转时释放出1％的CO，并且空气也被注入到排气中。当所需的设置急剧地降低燃气效率时，热反应净化器很少被使用，

催化系统能够减少NO_X并且还能氧化CO和HC。然而需要提供一用于NO_X处理的还原环境，该环境从化学的角度出发需要一比恰当的发动机空气-燃料比例更浓的空气-燃料比例。可以使用双床转换器，其中空气被注入到第二级处以氧化CO和HC。虽然是有效的，但这个过程导致降低的燃料经济指标。

单级三效催化器(TWC’s)被广泛地使用，但是它们需要相当精确的燃料控制才能保证高效率。仅仅只有在非常接近的化学计量比下，对所有三种污染物来说效率才会高，对化学计量任意一边的偏差都能造成碳氢化合物和一氧化碳或NO_X排放量增加。这种TWC系统可以采用，例如，氧化锆或氧化钛排气氧传感器或其它类型的排气流传感器和一反馈电子控制系统，用于维持所需要的接近于化学计量比的空气-燃料比例。

催化剂载体床可以是小球和蜂巢(例如整体式的)。适当的还原材料包括钌和铑，而氧化材料则包括铈，铂和钯。

柴油机系统对排放控制提出了一系列不同的要求。用于减少颗粒物和HC的方法包括，燃料的喷射和空气运动最佳化，在不同的负载下使燃料有效地雾化，对燃料喷射时间的控制，使燃烧室内的附加损失最小化，减小囊体积或减少用于直接喷射的阀盖孔喷嘴的数量，降低润滑油的分配，和使发动机快速加热。

就后处理而言，柴油发动机通常贫燃，因此在排放的气体中通常会含有过量的氧气。因此，用常用的三效催化器来还原NO_X是不可行的。通过采用选择性的催化还原以及采用贫NO_X的催化剂，例如那些包括沸石催化剂或例如铱的金属，或者采用将NO催化热分解为0₂和N₂的方法将NO_X从柴油机排气流中除去。

柴油机颗粒物收集器已经被发展为采用陶器的或金属的过滤器，例如被催化的柴油机颗粒物过滤器(C-DPFs)和连续再生技术柴油机颗粒物过滤器(CRT-DPFs)。热和催化的再生能将被存储的物质烧尽。目前在讨论中的新颗粒物的标准可能使这种收集器成为必需。包括硫和芳香族成分的燃料组合物和润滑油的燃烧增加了颗粒物的排放。针对那些对颗粒物的有机部分进行非常有效氧化作用的柴油机的催化剂已经得到发展。