[发明专利]压燃式发动机及其排放系统

说明书

本申请是分案申请，其母案的申请日为2003年9月15日、申请号为03821726.0，名称为“压燃式发动机及其排放系统”。

技术领域

本发明涉及一种压燃式发动机，例如柴油机，及其排放系统。

背景技术

常规的压燃式发动机，例如柴油机比汽油机产生的气态烃(HC)和一氧化碳(CO)少，并且通过使用放置在流通型蜂窝独体上的铂(Pt)基柴油机氧化反应催化剂(DOC)，这些组分可能满足目前的法律限定标准。柴油机氧化氮(NO_x)排放目前由发动机管理，例如废气再循环(EGR)控制。但是，结果却增加了包括未燃的烃(HC)的挥发性和可溶性有机馏分(分别记作VOF和SOF)的柴油机颗粒状物质(PM)的排放。

但是，由于在未来的岁月排放标准将更加严格，技术工程师面临的挑战是如何满足这些标准。

用于处理来自压燃式发动机例如柴油机的废气以满足目前和未来排放标准的装置包括DOC、催化煤烟过滤器(CSF)、NO_x阱、贫NO_x催化剂(LNC)(也称作烃选择性催化还原(HC-SCR)催化剂或非选择性催化还原(NSCR)催化剂)和选择性催化还原(SCR)催化剂，即使用NO_x-专用反应剂，例如氨或氨前体，如脲。

在WO 94/22564中公开了一种用于处理柴油机排放物中的CO、HC和颗粒的VOF组分的示例性DOC组合物，该催化剂包括二氧化铈和沸石及携带任选的Pt或钯(Pd)的分散金属组分的任选氧化铝。替换或另外地，沸石任选通过例如离子交换与尤其是Pt和/或Pd掺混。

在申请人的EP 0341832中，公开了一种用于在二氧化氮(NO₂)中于最高400℃燃烧沉积在过滤器上的柴油机颗粒的方法，该NO₂是通过经过在过滤器上游处理的适宜催化剂氧化废气中的一氧化氮(NO)而获得的。NO氧化催化剂可以包括铂族金属(PGM)，如Pt、Pd、钌(Ru)、铑(Rh)或其组合，特别是Pt。可以用促进更高温燃烧的材料，如贱金属催化剂，例如氧化钒、La/Cs/V₂O₅或贵金属催化剂涂覆过滤器。这种体系由Johnson Matthey以出售。

WO 00/29726公开了一种用于处理包括柴油机排放物的废气流的装置，该装置包括包含第一催化剂和与第一催化剂相关的第二催化剂的CSF。第一催化剂可以包含至少一种包含PGM组分混合物的第一PGM；第一铈组分；和优选的锆组分。第二催化剂可以包含第二铈组分和任选的至少一种第二PGM。第二催化剂可以是一种单独的催化元件或者是过滤器的一部分，并且优选设计为通过氧化其VOF来降低柴油机排放颗粒。实施例均未记载包含Pd的第一或第二催化剂。

EP 0560991公开了一种方法，该方法包括在NO_x吸收剂上吸收来自贫内燃机废气的NO_x，并间歇地降低氧浓度以释放被吸收的NO_x，用来经过带有还原剂的适宜催化剂进行还原，由此再生NO_x吸收剂。

这些装置的一个问题在于，当废气温度太低时，例如在空转或缓慢驱动条件下的广泛时间内，这些装置中的催化剂不具有最佳活性。由此，法定污染物如CO、HC和NO_x的排放增加，并且过滤器负载PM。例如在NO_x阱的情况下，NO氧化催化剂必须足够热，以便能够将NO氧化为NO₂，使得NO₂能够在适宜的NO_x吸收剂上被吸收。在使用CSF的情况下，可以通过在过滤器上燃烧注射的HC燃料以将过滤器的温度提高到约600℃来再生活化过滤器。但是，除非在HC注射之前过滤器温度超过约250-300℃，否则HC不可能在过滤器上燃烧或者燃烧可能不完全，由此导致HC和CO排放增加。

EP 0758713中公开了提高包括和NO_x阱体系的温度的方法。

现有技术中提高包括DOC、CSF或NO_x阱的排放系统的温度的方法的一个问题是它们通常导致燃料损失增加。