CN101166568A

CN101166568A - 用于净化排气的方法和用于净化排气的装置

Info

Publication number: CN101166568A
Application number: CNA2006800139963A
Authority: CN
Inventors: 铃木重治; 山崎清; 榊原雄二
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2008-04-23
Also published as: WO2006117993A2; EP1877162B1; US20090308060A1; DE602006016588D1; JP2006307681A; KR20070118662A; CA2606145A1; EP1877162A2; WO2006117993A3; JP4725177B2

Abstract

本发明涉及用于净化排气的方法和用于净化排气的装置。该净化排气的方法包括步骤：捕集PMs、强制排出PMs和净化PMs。在捕集PMs的步骤中，用过滤器捕集排气中的PMs。在强制排出PMs的步骤中，通过向过滤器吹送加压气体而形成含PMs的气体来排出捕集于过滤器上的PMs。在净化PMs的步骤中，通过将氧化剂与含PMs的气体接触来净化包含在含PMs的气体中的PMs，从而通过氧化将PMs从含PMs的气体中除去。

Description

用于净化排气的方法和用于净化排气的装置

技术领域

本发明涉及一种用于净化含有颗粒物质(下文中简写为“PMs”)的排气的方法，以及一种利用所述排气方法净化排气的装置。

背景技术

对于汽油机，通过排气方面的严格规范以及能够应对严格规范的技术进步已经能够安全地减少排气中的有害成分。另一方面，对于柴油机，由于具有排放颗粒(或PMs，例如含碳的细颗粒、含硫的细颗粒如硫酸盐，以及高分子碳氢化合物细颗粒(下文中称为“SOFs”))的独特状况，净化柴油机排气要比净化汽油机的排气更难。

对于柴油机，排气净化装置已得到发展，下述内容已经公知。例如，排气净化装置可以概略地划分为捕集型(或壁流式)排气净化装置和开放型(或直流式)排气净化装置。其中，已知由陶瓷制成的插入式蜂窝结构(即柴油机PMs过滤器，下文中称为“DPFs”)为捕集型排气净化装置中的一种。在DPFs中，蜂窝结构以例如棋格的形式插入各单元的相对开口。DPFs包括插装在排气流下游侧的入口单元，邻近入口单元并插装在排气流上游侧的出口单元，以及界定入口单元和出口单元的蜂窝壁。在DPFs中，由蜂窝壁的细孔捕集PMs来过滤排气，从而抑制PMs排放。

但是，在DPFs中，随着Pms的沉积，压力损失也将增大。因此，需要通过特定装置定期除去沉积的PMs来再生DPFs。所以，当压力损失增大时，常规上使高温排气流过DPFs来燃烧沉积的PMs从而再生DPFs。但是，在这种情况下，PMs的沉积量越多，燃烧沉积的PMs的温度升高的越高。因此，可能会出现DPFs被由这种燃烧引起的熔化或热应力损坏的情况。

因此，日本专利未审定公开(KOKAI)No.2002-129936建议采取一种在柴油机的排气歧管中添加臭氧来通过氧化利用臭氧除去PMs的方法。由于臭氧具有较高的活性，因而是一种很好的氧化剂。但是，臭氧在300℃或更高的温度下会热分解。因此，在高温排气中臭氧发挥的优势明显地减小。另外，即使将臭氧用在低温排气中，氧化排气中的NO、HC和CO也会消耗臭氧。因此，可用于氧化PMs的臭氧的量急剧减少。

此外，在日本专利审定公开(KOKOKU)No.7-106290公开一种近来发展起来的排气净化过滤器催化剂。排气净化过滤器催化剂包括由铝制成并形成于DPF的蜂窝壁表面上的涂层，以及加载在涂层上的例如铂(Pt)等催化剂成分。由于排气净化过滤器催化剂通过所加载的催化剂成分的催化反应来氧化并燃烧所捕集的PMs，使得能够在捕集PMs的同时或紧接着捕集PMs通过燃烧PMs来再生DPF。而且，由于催化反应发生在较低的温度下，并且能够在PMs的捕集量较少时燃烧PMs，因此，排气净化过滤器催化剂具有作用在DPF上的热应力很小而使得DPF免于损坏的优点。

另外，日本专利未审定公开(KOKAI)No.9-94434公开一种排气净化过滤器催化剂，其中，加载有催化剂成分的涂层不仅形成于DPF的蜂窝壁上，还形成于蜂窝壁的孔中。当催化剂成分加载于蜂窝壁的孔中时，PMs和催化剂成分之间接触的可能性增大，使得能够通过氧化燃烧孔内捕集的PMs。而且，该专利文献公开了在涂层上还加载有选自碱金属和碱土金属的NOx吸收成分。假若这样的话，排气净化过滤器催化剂不仅具有增强的NOx净化性能，还更加便于利用被NOx吸收成分吸收的NOx来氧化PMs。应注意的是，NOx吸收成分变成硝酸盐或亚硝酸盐来吸收NOx，且所得到的NOx吸收成分的硝酸盐或亚硝酸盐的特征在于具有较低的熔点，因此能够在排气温度下熔化并捕集PMs。因此，由NOx吸收成分的硝酸盐或亚硝酸盐捕集的PMs很有可能与此时非常接近它们的NO₂接触。所以，排气净化过滤器催化剂还具有通过氧化有效地净化PMs的益处。

但是，当低温排气流入上述常规过滤器催化剂中时，可能会出现沉积在DPFs上的PMs增大压力损失的情况。为了避免这种情况，可以考虑供给诸如臭氧等氧化剂至常规过滤器催化剂来防止由PMs的沉积导致的排气压力损失增大。然而，催化剂成分，或用以支承催化剂成分的金属氧化物可能会分解臭氧。因此，在常规过滤器催化剂中，难以利用臭氧通过氧化除去PMs。

发明内容

本发明在考虑到前述概况的基础上作出了改进。所以使用诸如臭氧等氧化剂，通过氧化有效地除去PMs是本发明的一个目标。

根据本发明的用于净化排气的方法达到了上述目的，其包括步骤：

用过滤器捕集排气中的颗粒物质(下文中简写为“PMs”)；

通过向所述过滤器上吹送加压气体来强制排出捕集在所述过滤器上的PMs，由此形成含PMs的气体；以及

通过使所述含PMs的气体与氧化剂接触来净化包含在所述含PMs的气体中的PMs，由此通过氧化将PMs从所述含PMs的气体中除去。

在本方法中，排气可以优选地具有预定温度，并且加压气体的温度可以优选地低于排气预定温度；氧化剂可以优选地包含臭氧。应注意的是，加压气体的温度可以优选地为室温至300℃的温度范围之内，还优选地为室温至200℃的温度范围之内。而且所述强制排出PMs的步骤可以优选地包含步骤：从所述过滤器的排气流下游侧向所述过滤器的排气流上游侧供给加压气体；将所形成的含PMs的气体供给到副过滤器，由此捕集所述副过滤器上的PMs；以及向所述副过滤器供给氧化剂。

另外，根据本发明的排气净化装置包括：

配置有用于捕集PMs的过滤器的主流路；

逆流装置，该逆流装置用于从所述过滤器的排气流下游侧向所述过滤器的排气流上游侧供给加压气体，从而将捕集在所述过滤器上的PMs吹出后并以含PMs的气体的形式吹送到所述过滤器的排气流上游侧；

副流路，该副流路设置在所述过滤器的排气流上游侧，从所述主流路分支并延伸出来，配置有用于过滤PMs的副过滤器，并且在所述逆流装置致动时能够供所述含PMs的气体流通；

用于向所述副流路供给氧化剂的装置，该氧化剂供给装置设置在所述副过滤器的排气流上游侧；

旁通流路，该旁通流路设置在所述过滤器的排气流上游侧，从所述主流路分支并延伸出来，并且在所述逆流装置致动时能够供排气流通；以及

用于将排气流从所述主流路切换至所述旁通流路或从所述旁通流路切换至所述主流路的切换阀；

在所述逆流装置致动时，所述切换阀将排气从所述主流路进一步导向所述旁通流路；包含在被吹送到所述过滤器的排气流上游侧的所述含PMs的气体中的PMs在所述副流路中流动而被捕集在所述副过滤器上；以及从所述氧化剂供给装置供给的氧化剂通过氧化将捕集在所述副过滤器上的PMs除去。

本装置还可以优选地设置在所述旁通流路中并以与所述过滤器和所述逆流装置相同的方式运转(操作)的第二过滤器和第二逆流装置。在这种情况下，本装置还可以优选地包括用于开启和关闭所述副流路的开闭阀，该开闭阀设置在所述副流路的排气流下游侧，其中，在所述开闭阀关闭所述副流路时，排气在所述主流路和所述旁通流路两者内流动。

而且，在本装置中，所述过滤器可以优选地包含催化剂涂层。

根据本方法和本装置，可以容易地令所述含PMs的气体的温度低于所述排气温度。从而防止所述氧化剂热分解。并且，所述含PMs的气体除了PMs外极少包含能被氧化的组分。所以，可以通过氧化有效地除去PMs。因此，不仅能够在不被热应力损坏的条件下很容易地再生所述过滤器，还可以防止排气压力损失增大。

此外，当所述过滤器包含催化剂涂层时，所述催化剂涂层能够有效地净化排气中的HC、CO和NOx。另外，由于所述氧化剂几乎不接触催化剂涂层，因此不会出现催化剂成分分解氧化剂的缺陷。结果，能够通过氧化消耗氧化剂而有效地除去PMs。

附图说明

通过以下结合构成公开文献一部分的附图和详细的技术要求而进行的详细说明来更好地理解本发明，将会很容易地对本发明作出完整的评价并得知本发明诸多优点。

图1是示出根据本发明第一示例的执行捕集PMs的方法的排气净化装置的说明图；

图2是示出用在根据本发明第一示例的排气净化装置中的过滤器催化剂的截面图；

图3是示出根据本发明第一示例的执行强制排出PMs的方法和净化PMs的方法的排气净化装置的说明图；

图4是示出根据本发明第二示例的执行捕集PMs的方法的排气净化装置的说明图；

图5是示出根据本发明第二示例所述的执行强制排出PMs的方法和净化PMs的方法的排气净化装置的说明图；

图6是示出根据本发明第二示例所述的附加地执行强制排出PMs的方法和附加地执行净化PMs的方法的排气净化装置的说明图；以及

图7是示出根据第一比较示例所述的排气净化装置的说明图。

具体实施方式

概略地说明了本发明后，通过参照此处仅为了说明而非试图限定所附权利要求的范围而提供的具体优选实施例来进一步描述本发明。

根据本发明的排气净化方法，在捕集PMs的步骤中，首先用过滤器捕集PMs。关于排气，可以是诸如柴油机排放的排气等示例性的含PMs的排气。

过滤器通过仅让排气中的气体成分通过的过滤作用捕集PMs。例如，过滤器可以是由金属泡沫或耐热无纺织物构成。或者，过滤器可以由诸如堇青石和碳化硅等耐热陶瓷制成。作为这种过滤器中的一种，一种壁流结构DPF已经公知。壁流结构DPF包括：插装于排气流下游侧的入口单元；位于入口单元附近并插装于排气流上游侧的出口单元；以及界定入口单元和出口单元的具有大量孔的多孔蜂窝壁。

当将这种壁流结构DPF用作过滤器时，流入入口单元的排气通过多孔蜂窝壁经出口单元排出。因此，在这种情况下，PMs被捕集至多孔蜂窝壁的细孔上。

在强制排出PMs的步骤中，通过向过滤器吹送加压气体并同时形成含PMs的气体强制排出捕集于过滤器上的PMs来再生过滤器。对于加压气体，可以使用氮气。但是，由于加压空气更廉价而且更容易处理，因此优选地使用加压空气。加压气体可以通过过滤器的入口端面供给，也可以通过过滤器的出口端面供给。当使用DPF并通过DPF的入口端面供给加压气体时，PMs可能会被进一步推入DPF的多孔蜂窝壁的细孔中。因此，优选地供给加压气体以使其通过出口端面流入DPF中，并通过入口端面流出以提高所捕集的PMs的排放率。应注意的是，加压气体可以被压缩至压力为0.2至15MPa之间，更优选地，为0.5至15MPa之间。另外，加压气体的供给时间可以优选为1至20分钟之间，更优选为2至10分钟之间。

在净化PMs的步骤中，通过将氧化剂与含PMs的气体接触而进行氧化来除去PMs。对于氧化剂，可以是例如NO₂，或活性氧化物种。“活性氧化物种”是指诸如O基、OH基、O离子和臭氧等呈现氧化性的化学物种。其中，臭氧是特别优选的选项，因为它显示了在低温区域氧化PMs的良好能力。应当注意的是，降低含PMs的气体的温度至较低温度会比降低排气的温度更容易。因此，能够防止臭氧热分解。应注意的是，氧化剂的供给流量可以优选为1至30g/min，且其供给时间为1至20分钟之间，更优选为2至20分钟之间。

当在使氧化剂与含PMs的气体接触时，可以仅向流动的含PMs的气体中供给氧化剂。但是，为了增强氧化剂和PMs之间的接触能力，优选地在含PMs的气体的流路内布置副过滤器。对于副过滤器，可以是与上述相同的过滤器。应当注意的是，可以从压缩并容纳氧化剂的气缸内供给氧化剂。此外，还可以通过使环境大气放电来供给臭氧。

能够执行本发明排气净化方法的本发明排气净化装置包括主流路、逆流装置、辅流路、供给氧化剂的装置、旁通流路和切换阀。主流路配置有前述的过滤器。逆流装置从过滤器排气流下游侧供给加压气体至其排气流上游侧并将捕集于过滤器上的PMs以含PMs的气体的形式吹送至过滤器排气流上游侧。辅流路设于过滤器排气流上游侧，从主流路分支并延伸出来，配置有过滤PMs的副过滤器，并当逆流装置致动时能够供含PMs的气体流通。氧化剂供给装置设于副过滤器排气流上游侧，供给上述之一的氧化剂至辅流路。旁通流路设于过滤器排气流上游侧，从主流路分支并延伸出来，并当逆流装置致动时能够供排气流通。切换阀将排气流从主流路切换至旁通流路或从旁通流路切换至主流路。

在本发明排气净化装置中，排气首先在主流路内流动从而过滤器上的捕集PMs。当过滤器内的PMs的沉积量增大而增大了排气压力损失时，有必要再生过滤器。如果这样的话，切换阀将排气流路从主流路切换至旁通流路。因此，本装置能够防止排气压力损失增大。

而且，当排气在旁路通路内流动时，致动逆流装置以从过滤器排气流下游侧处供给加压气体至其排气流上游侧处。因此，捕集于过滤器上的PMs作为含PMs的气体被吹向过滤器的排气流上游侧。含PMs的气体在辅流路内流动以使得PMs被捕集在副过滤器上。在这种情况下，应当注意的是，设于副过滤器排气流上游侧处的氧化剂供给装置被致动以供给氧化剂至在辅流路中流动的含PMs的气体。氧化剂通过氧化除去含PMs的气体中包含的PMs。另外，当氧化剂从副过滤器中流过时，氧化剂除去捕集于副过滤器上的PMs。

氧化剂供给装置供给氧化剂至副过滤器排气流上游侧处的辅流路。例如，可以以下列方式向辅流路供给氧化剂：从充满活性氧化物的气缸通过阀供给氧化剂至含PMs的气体中。另外，还可以使用利用放电的臭氧发生器供给氧化剂至含PMs的气体中。而且，可以通过用诸如泵等装置供给由在空气或排气中放电而产生的臭氧至辅流路来供给氧化剂至含PMs的气体中。甚至当排气在旁通流路中流动时，也能优选地除去PMs。因此，期望在旁通流路中还能设置第二过滤器。而且，当PMs沉积在该设于旁通流路内的第二过滤器上时，也有必要再生第二过滤器。因此，旁通流路可以优选地以与主流路相同的方式布置，也就是说，旁通流路可以优选地还包括用于从过滤器的排气流下游侧供给加压气体至其排气流上游侧并将沉积在过滤器上的PMs以含PMs的气体的形式吹送至过滤器的排气流上游侧的第二逆流装置。在这种情况下，应当注意的是，本发明排气净化装置的运转是为了当第二逆流装置供给加压气体至旁通流路中的第二过滤器时，能够在主流路内流动排气。

应注意的是，本发明排气净化装置可以包括单独的旁通流路或多个旁通流路。当本发明排气净化装置包括多个旁通流路时，旁通流路可以优选地配置有能够捕集PMs的过滤器，和能够以与主流路相同的方式分别地再生过滤器的逆流装置。

过滤器可以优选地为包含催化剂涂层的过滤器催化剂。当过滤器催化剂包含催化剂涂层时，还能够净化除PMs外的其它有害气体成分。例如，当过滤器催化剂氧化排气中的NO时，将生成具有高氧化性的NO₂和亚硝酸盐离子或亚硝酸根离子。因此，本发明排气净化装置还具有更强的PMs净化性能。而且，由于氧化剂不通过过滤器，因此不存在氧化剂被加载在催化剂涂层上的催化剂成分所分解这样的缺点。基于上述事实，可以优选地不在副过滤器中形成催化剂涂层。

过滤器催化剂的催化剂涂层包括例如支承件。支承件可以由诸如氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化铈和氧化硅等多孔氧化物组成。另外，支承件还可以由用多种多孔氧化物制成的复合氧化物组成。此外，催化剂成分可以是具有氧化性的成分。对于催化剂成分，可以使用诸如Fe、Co、Ni和W等贵金属。另外，催化剂涂层可以优选地还包括加载在支承件上的NOx吸收成分。NOx吸收成分可以由选自碱金属和碱土金属的至少一种成分组成。当排气流过过滤器催化剂时，还加载于催化剂涂层的支承件上的NOx吸收成分吸收其中的硝酸根离子或亚硝酸根离子。由于所吸收的硝酸根离子或亚硝酸根离子具有强氧化剂的作用，因此本发明排气净化装置还具有加强的PMs净化性能。

而且，催化剂涂层可以优选地包括相对于1L容量的过滤器加载量为0.1至20g的范围之间的催化剂成分。当催化剂成分的加载量小于该范围的下限时，加载的催化剂成分的活性就会太低而不能实际应用。当催化剂成分的加载量大于该范围的上限时，加载的催化剂成分显示出饱和的活性，同时所得到的催化剂涂层的成本也会升高。此外，催化剂涂层可以优选地还包括相对于1L容量的过滤器加载量为0.05至1.5mol的范围之间的NOx吸收成分。当NOx吸收成分的加载量小于该范围的下限时，所加载的NOx吸收成分活性太低而使得加载无意义。当NOx吸收成分的加载量大于该范围的上限时，所加载的NOx吸收成分可能会覆盖所加载的催化剂成分而使得所加载的催化剂成分的活性降低。

示例

下面将参照示例和比较示例详细地说明本发明。

第一示例

图1示出根据本发明第一示例的排气净化装置。例如，排气净化装置设于所使用的柴油机的排气岐管和排气消声器之间。

如图1所示，根据第一示例的排气净化装置包括排气管1。排气管1包括入口侧分支10、主流路11、辅流路12、旁通流路13和出口侧分支14。主流路11、辅流路12和旁通流路13在入口侧分支10处从排气管1中分支出来并设为相互平行。而且，主流路11、辅流路12和旁通流路13在出口侧分支14处分别并入排气管1。此外，主流路11包括设于其中的过滤器催化剂2，旁通流路13包括设于其中的第二过滤器催化剂2′。同时，辅流路12包括设于其中的DPF。

如图2所示，过滤器催化剂2和第二过滤器催化剂2′分别由壁流结构DPF20构成。壁流结构20包括入口单元21、出口单元22和多孔蜂窝壁23。进口单元21被插装于DPF20的相反端的排气流下游侧。出口单元22设成与入口单元21邻近，并插装于DPF20的相反端的排气流上游侧。多孔蜂窝壁23界定入口单元21和出口单元22，并具有大量细孔。过滤器催化剂2和第二过滤器催化剂2′还包括形成于蜂窝壁23的表面和蜂窝壁23的细孔表面的催化剂涂层24。下面将详细说明过滤器催化剂2和第二过滤器催化剂2′的制造过程而不再详细说明其布置。

首先，准备由堇青石制成的DPF。DPF的孔容量为0.58至0.65mL/g之间，孔直径为25至35μm之间，其容量为1.5L。同时，准备浆料。所准备的浆料由按重量计为70份的量的γ-氧化铝粉末、按重量计为70份的量的氧化钛-氧化锆固溶体粉末和按重量计为12份的量的氧化铈粉末组成。应注意的是，γ-氧化铝粉末、氧化钛-氧化锆固溶体粉末和氧化铈粉末的比表面积分别为220m²/g、100m²/g和120m²/g。而且，所得到的浆料粘度被控制在100cps或更小。在将浆料涂敷于DPF上后，DPF在500℃下被焙烧三小时从而形成涂层。应当注意的是，所形成的涂层相对于1L容量的DPF的量为152g。而且，蜂窝壁23中孔的平均直径为25μm或更大。然后，Pt、Li、Ba和K通过水分吸收加载方法分别加载于得到的涂层上。最后，DPF在300℃下被焙烧三小时来完成催化剂涂层24。应当注意的是，Pt、Li、Ba和K相对于1L容量的DPF的加载量分别为1.5g、0.3mol、0.05mol和0.025mol。

对于DPF3，使用与上述DPF相同的DPF。也就是说，所使用的DPF的规格如下：孔容量为0.58至0.65mL/g之间；孔直径为25至35μm之间；但是容量为1.0L。应注意的是，所使用的DPF中没有形成任何涂层或催化剂涂层。

如图1所示，排气管1还包括设于入口侧分支10的切换阀4。切换阀4在主流路11和旁通流路13之间选择性地切换排气流路。如图所示，当切换阀4关闭旁通流路13时，排气只分布在主流路11内；辅流路12与旁通流路13在入口侧分支10处相通。另一方面，如图3所示，当切换阀4关闭主流路11时，排气只分布在旁通流路13内；辅流路12和主流路11在入口侧分支10处相通。

而且，排气管1还包括设于主流路11内的空气供给阀5。空气供给阀5位于过滤器催化剂2排气流下游侧处。空气供给阀5向过滤器催化剂2的出口相对端面吹送由压缩器制造的加压空气。

另外，排气管1还包括设于辅流路12内的臭氧供给阀6。臭氧供给阀6位于DPF3排气流上游侧。臭氧供给阀6向与DPF3的入口相对端面送吹由臭氧发生器60生成的臭氧。

根据第一示例的如上布置的排气净化装置首先用于如图1所示被切换阀4关闭的旁通流路13和辅流路12。因此，排气只分布在主流路11内。因此，排气中的PMs被捕集于过滤器催化剂2上并在被捕集于过滤器催化剂2上之后由加载于催化剂涂层24上的Pt通过氧化而被净化。另一方面，关于燃料稀薄环境下的排气，HC和CO由Pt通过氧化净化，NOx被吸收入Li、Ba和K，NOx吸收成分被加载于催化剂涂层24上。当燃料稀薄环境下的排气通过向燃料稀薄环境下的排气间歇地供给燃料而转变为燃料丰富环境下的排气时，被吸收于NOx吸收成分中的NOx将从催化剂涂层24排出，然后由当前在燃料丰富环境下的排气中充裕的HC和CO通过还原而净化。

这里应当注意的是，当低温排气长时间持续流入排气管1时，或当排气长期保持在还原气氛中时，受催化剂涂层24影响的通过氧化对PMs进行的净化可能不会再维持排气流动。如果这样的话，PMs将沉积于过滤器催化剂2的蜂窝壁上，于是就会出现排气压力损失增大的缺点。在这种情况下，如图3所示致动切换阀4来控制排气仅在旁通流路13内流动。因此，可以避免增大排气压力损失。

此外，致动空气供给阀5来向过滤器催化剂2的排气流下游端面，即出口相对端面供给加压空气。加压空气按顺序通过出口单元22、蜂窝壁23和入口单元21，然后通过过滤器催化剂2的排气流上游端面，即入口相对端面吹送。在这种情况下，沉积在过滤器催化剂2的蜂窝壁23上的PMs与加压气体一起被吹出以形成含PMs的气体。因此过滤器催化剂2再生PMs捕集能力。

应当注意的是，通过过滤器催化剂2的入口相对端面的含PMs的气体按照图3中的虚线箭头的指示流入辅流路12。然后，含PMs的气体经过DPF3，在出口分支14处流入排气管1。当含PMs的气体流经DPF3时，含PMs的气体中的PMs被捕集于DPF3上。而且，此时还致动了臭氧供给阀6。因此，捕集于DPF3上的PMs在它们捕集于DPF3上之前，或被捕集于其上的同时，或被捕集于其上之后通过氧化被立即除去。另外，由于含PMs的气体中没有其它诸如NO、HC和CO等与臭氧反应的成分，因此不会出现这些成分消耗所供给的臭氧的缺点。此外，由于含PMs的气体具有比流入排气管1的排气更低的温度，使得能够避免出现臭氧被热分解的缺点。

另外，所供给的臭氧具有高PMs氧化能力，甚至在低温时也能够很容易地氧化PMs。因此，能够缩短臭氧的供给时间。因此也能够缩短将排气分布于旁流通道13内的时间。总而言之，能够在PMs沉积在设于旁通流路13内的第二过滤器催化剂2′之前多次执行上述再循环程序。

第二示例

但是，根据第一示例的排气净化装置可能会遇到PMs沉积在设于旁通流路13内的第二过滤器催化剂2′上的问题，这最终会在DPF3的再生期间增大排气压力损失。

因此，如图4所示，根据本发明第二示例的排气净化装置还包括第二空气供给阀5′。如图所示，第二空气供给阀5′设于第二过滤器催化剂2′排气流下游侧。因此，配置有根据第二示例的排气净化装置以使得第二空气供给阀5′向第二过滤器催化剂2′的出口相对端面吹送由压缩器50′产生的加压气体。

而且，根据第二示例的排气净化装置还包括设于中立位置的切换阀4。也就是说，在中立位置，切换阀4可以开启主流路11和旁通流路13。另外，根据第二示例的排气净化装置还包括设于排气管1的出口侧分支14的三通阀40。三通阀40可以选择性地关闭主流路11、辅流路12和旁通流路13的出口之一。

根据第二示例布置的排气净化装置被控制为处于三种状态；一种在主流路11内将PMs捕集于过滤器催化剂2上，并在旁通流路13内将PMs捕集于第二过滤器催化剂2′上的状态，如图4所示；一种再生主流路11内的过滤器催化剂2的状态，如图5所示；以及再生旁通流路13内第二过滤器催化剂2′的状态，如图6所示。

如图4所示，在主流路11内将PMs捕集于过滤器催化剂2上，并在旁通流路13内将PMs捕集于过滤器催化剂2′上的状态下，切换阀4处于开通主流路11和旁通流路13的中立位置；三通阀40关闭辅流路12的出口。因此排气流入主流路11和旁通流路13。因此，过滤器催化剂2和第二过滤器催化剂2′捕集排气中的PMs来净化排气。

如图5所示，在再生主流路11内的过滤器催化剂2的状态下致动切换阀4来关闭主流路11和辅流路12。因此，排气仅在旁通流路13内流动。此外，三通阀40关闭主流路11的出口。从而过滤器催化剂2再生PMs捕集能力。同时，所供给的臭氧通过氧化除去捕集于辅流路12内的DPF3上的PMs。

如图6所示，在再生旁通流路13内的第二过滤器催化剂2′的状态下，致动切换阀4来关闭辅流路12和旁通流路13。因此，排气仅在主流路11内流动。而且，三通阀40关闭旁通流路13的出口。然后，致动第二空气供给阀5′和臭氧供给阀6。从而第二过滤器催化剂2′再生PMs捕集能力。同时，所供给的臭氧通过氧化除去捕集于辅流路12内的DPF3上的PMs。

当根据第二示例的排气净化装置被控制为上述三种不同的模式时，设于过滤器催化剂2或第二过滤器催化剂2′之前及之后的压力传感器，能够令过滤器催化剂2或第二过滤器催化剂2′处于再循环模式。也就是说，当通过压力传感器检测到过滤器催化剂2或第二过滤器催化剂2′中的压力损失大于预定值时，使得根据第二示例的排气净化装置处于过滤器催化剂2或第二过滤器催化剂2′的再循环模式。此外，还可以由发动机的转矩和转速推定PMs的生成量来使得根据第二示例的排气净化装置处于过滤器催化剂2或第二过滤器催化剂2′的再循环模式。即当检测到PMs的生成量超出预定阈值时，过滤器催化剂2或第二过滤器催化剂2′再循环。另外，在检测到车辆的行驶距离大于预定值时，也可以简单地再循环过滤器催化剂2或第二过滤器催化剂2′。

执行下面的示例来研究根据第二示例的排气净化装置的优点。

首先，2-L排量的直喷式柴油机的排气岐管连接至根据第二示例的排气净化装置的排气管1的排气流上游端。然后，控制柴油机的转速和输出转矩以使得在根据第二示例的排气净化装置中的排气管1的入口侧分支10处的排气温度为250℃或350℃。因此，在两种工作条件下操作根据第二示例的排气净化装置来评估其优点。从运转的柴油机排放的PMs的生成量为每小时平均1.0g/hr或4.0g/hr。

首先，根据第二示例的排气净化装置在如图4所示的捕集PMs的模式下工作相当于运转柴油机行驶100km的时间。随后，根据第二示例的排气净化装置在如图5所示的再生过滤器催化剂2的模式下工作5分钟。在这种情况下，空气供给阀5供给约5m³的空气，臭氧供给阀6供给约6g的臭氧。此后，根据第二示例的排气净化装置在如图4所示的模式下工作相当于运转柴油机行驶100km的时间。然后根据第二示例的排气净化装置再在如图6所示的再生第二过滤器催化剂2′的模式下工作5分钟。还是在这种情况下，第二空气供给阀5′供给约5m³的空气，臭氧供给阀6供给约6g的臭氧。

重复上述一系列操作直至根据第二示例的排气净化装置运转了相当于运转柴油机行驶3000km的时间。此时，测量根据第二示例的排气净化装置的PMs转化率和排气压力损失。下表1列出了该结果。应当注意的是，PMs转化率是通过由过滤器催化剂2、第二过滤器催化剂2′和DPF3的重量的增量测定残留PMs沉积量并计算所得到的残留PMs沉积量与柴油机排放的PMs生成量的比率而确定的。而且，通过经常监控根据第二示例的整个排气净化装置中的排气压力而确定排气压力损失来测定重复操作期间其最大排气压力损失。

第一比较示例

图7示出根据第一比较示例的排气净化装置。如图所示，根据第一比较示例的排气净化装置包括排气管1、过滤器催化剂2和臭氧供给阀6。过滤器催化剂2除了容量为3L外，以与根据第一示例的排气净化装置的过滤器催化剂2相同的方式布置。臭氧供给阀6设于排气管1中，在过滤器催化剂2的排气流上游侧，并与臭氧发生器60相连接。

根据第一比较示例的据此构造的排气净化装置以与第二示例相同的方式设于2-L排量的直喷式柴油机的排气系统内。利用根据第一比较示例的排气净化装置，从柴油机中排放的排气被净化。应当注意的是，操作根据第一比较示例的排气净化装置以使得臭氧供给阀6在每次相当于运行柴油机行驶100km时，重复地在约5分钟内供给6g臭氧。然后根据第一比较示例的排气净化装置以这种方式工作相当于运行柴油机行驶3000km的时间。此时，测量根据第一比较示例的排气净化装置的PMs转化率和排气压力损失。下表1列出了结果。

第二比较示例

根据第二比较示例的排气净化装置除了包括取代连接至臭氧发生器60的臭氧供给阀6的连接至压缩燃料添加装置的燃料添加阀外，以与图7中所示的根据第一对比示例的排气净化装置相同的方式布置。

根据第二比较示例的据此构造的排气净化装置以与第二示例相同的方式设于2-L排量的直喷式柴油机的排气系统内。利用根据第二比较示例的排气净化装置，从柴油机中排放的排气被净化。应当注意的是，操作根据第二比较示例的排气净化装置以使得燃料添加阀在每次相当于运行柴油机行驶100km时，重复地在约5分钟内添加相当于燃费恶化率约为5％的量的燃料(轻油)。应当注意的是，燃料添加量相当于生成约6g的臭氧所需要的能量。然后，根据第二比较示例的排气净化装置以这种方式工作相当于运行柴油机行驶3000km的时间。此时，测量根据第二比较示例的排气净化装置的PMs转化率和排气压力损失。下表1列出了结果。应当注意的是，燃料的添加升高了根据第二比较示例的排气净化装置的过滤器催化剂2的催化剂床温以使得易于PMs的氧化。

评估

表1

	入口排气温度为250℃		入口排气温度为350℃
	入口排气温度为250℃		入口排气温度为350℃			PMs转化率(％)	排气压力损失(kPa)	PMs转化率(％)	排气压力损失(kPa)
第二示例	77	7	92	5		PMs转化率(％)	排气压力损失(kPa)	PMs转化率(％)	排气压力损失(kPa)
第二示例	77	7	92	5	第一比较示例	68	15	49	20
第二比较示例	25	32	59	18	第一比较示例	68	15	49	20

从表1中可以明显看出，在入口排气温度设为250℃或350℃的两种工作条件下，根据第二示例的排气净化装置具有比根据第一和第二比较示例更高的PMs转化率；并显示了更低的排气压力损失。

另一方面，当入口排气温度为250℃时，根据第一比较示例的排气净化装置具有较高的PMs转化率，但是当入口排气温度为350℃时，其具有降低的PMs转化率。这个缺点被认为是由于当臭氧被添加至入口温度为350℃的排气中时热分解消耗了添加的臭氧或所添加的臭氧与排气中的组分反应而导致的。此外，当入口排气温度为250℃时，根据第一比较示例的排气净化装置具有比根据第二示例的排气净化装置更低的PMs转化率。认为较低的PMs转化率应当归因于由于过滤器催化剂2所包含的氧化铈热分解了所添加的臭氧或所添加的臭氧与排气中的组分发生反应。

而且，根据第二比较示例的排气净化装置通过添加燃料的方法升高了过滤器催化剂2的催化剂床温以易于PMs的氧化。但是，应当注意的是，尽管当入口排气温度为350℃时根据第二比较示例的排气净化装置在一定程度上促进了PMs转化率，但是，当入口排气温度为250℃时，其PMs转化率迅速降低。认为当入口排气温度为250℃时燃料不易点燃而使得燃料添加对于过滤器催化剂2的床温升高没有贡献。另外，作为这个缺点的结果，PMs以阻碍催化剂成分有效发挥作用的较大的量沉积在过滤器催化剂2上。

如上，根据第二示例的排气净化装置能够防止排气压力损失增大。而且，能够防止由PMs的沉积导致的过滤器催化剂2的催化剂活性降低。此外，能够使得所添加的臭氧最大程度上发挥对PMs的氧化。

工业实用性

本发明排气净化方法以及使用该方法的本发明排气净化装置适用于诸如柴油机等内燃机排放的排气的净化，特别是包含PMs的排气的净化。而且，还可以利用诸如臭氧等氧化剂通过氧化来高效率地净化PMs。

Claims

1.一种用于净化排气的方法，该方法包括以下步骤：

用过滤器捕集排气中的颗粒物质(下文中简写为“PMs”)；

2.如权利要求1所述的方法，其中：

所述排气具有预定温度，所述加压气体的温度低于所述排气的预定温度；并且

所述氧化剂包含臭氧。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述强制排出PMs的步骤包括以下步骤：

从所述过滤器的排气流下游侧向所述过滤器的排气流上游侧供给加压气体；

将所形成的含PMs的气体供给到副过滤器，由此捕集所述副过滤器上的PMs；以及

向所述副过滤器供给氧化剂。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述加压气体的温度为室温至300℃的温度范围之内。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述加压气体被压缩至压力为0.2至15MPa之间。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述加压气体的供给时间为1至20分钟之间。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述氧化剂的供给流量为1至30g/min，且其供给时间为1至20分钟之间。

8.一种用于净化排气的装置，该装置包括：

配置有用于捕集PMs的过滤器的主流路；

9.如权利要求8所述的装置，还包括设置在所述旁通流路中并以与所述过滤器和所述逆流装置相同的方式运转的第二过滤器和第二逆流装置。

10.如权利要求9所述的装置，还包括用于开启和关闭所述副流路的开闭阀，该开闭阀设置在所述副流路的排气流下游侧，其中，在所述开闭阀关闭所述副流路时，排气在所述主流路和所述旁通流路两者内流动。

11.如权利要求8所述的装置，其中，所述过滤器包含催化剂涂层。

12.如权利要求8所述的装置，其中，所述逆流装置供给的加压气体的温度为室温至300℃的范围之内。

13.如权利要求8所述的装置，其中，所述逆流装置将所述加压气体压缩至压力为0.2至15MPa之间。

14.如权利要求8所述的装置，其中，所述逆流装置供给所述加压气体的时间为1至20分钟之间。

15.如权利要求8所述的装置，其中，所述氧化剂供给装置供给的氧化剂的流量为1至30g/min，且其供给时间为1至20分钟之间。