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CN101187326A - 减少柴油机中的颗粒物质和氮氧化物的净化装置 - Google Patents

减少柴油机中的颗粒物质和氮氧化物的净化装置 Download PDF

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CN101187326A CNA2006101566939A CN200610156693A CN101187326A CN 101187326 A CN101187326 A CN 101187326A CN A2006101566939 A CNA2006101566939 A CN A2006101566939A CN 200610156693 A CN200610156693 A CN 200610156693A CN 101187326 A CN101187326 A CN 101187326A
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Abstract

本发明公开了一种减少颗粒物质和氮氧化物量的净化装置。该净化装置包括催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)；压差传感器；后喷射喷射器；柴油机燃料分解催化剂(DFC)；氮氧化物吸附催化剂(脱－NOx催化剂)；氮氧化物传感器；和控制装置。

Description

减少柴油机中的颗粒物质和氮氧化物的净化装置
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2006年11月21日提交的韩国申请第10-2006-0115167号的优先权，该申请在此整体引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种减少柴油机废气中含有的颗粒物质和氮氧化物的净化装置。
背景技术
通常，在传统的减少柴油机废气中含有的颗粒物质和氮氧化物的净化装置中，催化型柴油机颗粒过滤器(Catalyzed Diesel ParticulateFilter)(CDPF)、氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)和柴油机氧化催化剂(DOC)顺次设置在排气管中，从排气管分出的副排气管设置在排气管中催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)的前面，开关阀门、二次喷射系统和柴油机燃料分解催化剂(DFC)设置在副排气管中，并且副排气管的出口位于脱-NOx催化剂的前面。
在这种情况下，检测催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)中积累的颗粒物质(PM)的量的压差传感器与催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)的前端和后端相连接，并且检测废气中氮氧化物的浓度的氮氧化物传感器设置在柴油机氧化催化剂(DOC)的后端。
在上述传统的净化装置中，使用柴油机燃料分解催化剂(DFC)通过分解燃料而形成还原剂，然后所形成的还原剂供给到氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)。然而，存在的问题在于，根据废气的条件，柴油机燃料分解催化剂(DFC)被迅速氧化，结果是出现通过氧化燃料来净化废气，而不是通过分解从二次喷射系统喷射出来的燃料、由此形成还原剂来净化废气的现象。
另外，在氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)发挥脱硫活性的时候(该过程在催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)之后使用在CDPF强制再生时产生的再生热进行)，从二次喷射系统喷射出来的燃料使柴油机燃料分解催化剂(DFC)催化快速氧化反应，这样在氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)入口处废气的温度迅速升高，结果是氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)过于迅速地变质。
而且，存在的问题在于，传统净化装置的结构很复杂，其中配有额外的支路管，该支路管在催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)的前面从排气管分出，并在氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)的前面包括出口，并且柴油机燃料分解催化剂(DFC)包括在支路管中。
发明内容
本发明的各实施方式提供了一种净化装置，其通过在氮氧化物吸附催化剂再生时从后喷射的燃料形成还原剂，并使用该还原剂再生氮氧化物吸附催化剂来可靠地实现氮氧化物(NOx)的净化。
根据本发明一个实施方式，减少颗粒物质和氮氧化物的净化装置包括催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)，其设置在排气管中捕捉颗粒物质。压差传感器检测催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)中含有的颗粒物质(PM)的量。后喷射喷射器设置在排气管中以便后喷射(post-inject)燃料。柴油机燃料分解催化剂(DFC)通过分解从后喷射喷射器中喷射出来的燃料形成还原剂。氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)使用通过柴油机燃料分解催化剂(DFC)形成的还原剂来还原其中积累的氮氧化物，并将其清除。氮氧化物传感器设置在排气管中检测废气中含有的氮氧化物(NOx)的量。控制装置从通过压差传感器检测的信号来确定催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)的再生时间并控制通过柴油机的喷射器而后喷射的燃料的量，并且从通过氮氧化物传感器检测的信号来确定氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)的再生时间并控制通过后喷射喷射器而后喷射的燃料的量。
附图说明
为了更好理解本发明的特性和目的，参考下列的详细描述和附图，其中：
图1描绘了根据本发明第一实施方式的减少颗粒物质和氮氧化物的净化装置；和
图2描绘了根据本发明第二实施方式的减少颗粒物质和氮氧化物的净化装置。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本发明的优选实施方式。
参考图1，其显示了本发明的第一实施方式。如图所示，催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14、柴油机燃料分解催化剂(DFC)16和氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18分别设置在柴油机10的排气管12中。设置压差传感器20以检测催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14中含有的颗粒物质(PM)的量，该传感器与催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14的前端和后端相连接并且检测其间的压力差。基于排气路径，即，废气在排气管12中的流动方向，用于后喷射燃料的后喷射喷射器22和用于检测氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18中积累的氮氧化物(NOx)的量的氮氧化物传感器24设置在柴油机燃料分解催化剂(DFC)16的上游端。
这里，催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14捕捉通过排气管12排出的废气中包含的颗粒物质(PM)，所收集的颗粒物质(PM)被燃烧并在催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14再生时通过柴油机10的喷射器10a进行的燃料后喷射而被除去。
此外，催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14在其前端用柴油机氧化催化剂(DOC)14a局部涂覆，该催化型柴油机颗粒过滤器配置为所谓的“闭合型催化转化器(CCC)”型催化装置。催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14设置为接近柴油机10的排气歧管11，以便直接从歧管11中获得余热。
而且，柴油机燃料分解催化剂(DFC)16通过分解从后喷射喷射器22喷射出来的燃料形成还原剂，并且氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18使用通过柴油机燃料分解催化剂(DFC)16形成的还原剂还原并清除其中积累的氮氧化物。
在这种情况下，柴油机燃料分解催化剂(DFC)16的作用是通过催化反应切断和分解碳链，将作为柴油机10的燃料的柴油转变成为还原剂，例如具有高反应性的一氧化碳、短链烃类(HC)和氢(H2)。
即，如下所述，柴油机燃料分解催化剂(DFC)16切断构成作为燃料主要成分的烃类化合物的碳链，从而通过热裂化作用将烃类化合物分解。
分解燃料(热裂化)的过程：
C16H34→2n-C8H17 *→n-C6H13 *→2n-C4H9 *→C2H5*→C2H4
C16H34→8C2H4+H2
(其中，*代表基)。
此外，柴油机燃料分解催化剂(DFC)16表现出蒸气重整功能和部分氧化功能，如下所述，其允许从分解的燃料中形成还原剂。
形成一氧化碳(CO)和氢(H2)的过程，上述物质是来自分解燃料的还原剂(蒸气重整)：
C16H34+16H2O→16CO+33H2
形成一氧化碳(CO)、烃类(HC)和氢(H2)的过程，上述物质是来自分解燃料的还原剂(部分氧化)：
C16H34+1/2O2→8C2H4+H2O
C16H34+8O2→16CO+17H2。
因此，通过柴油机燃料分解催化剂(DFC)16形成的还原剂防止了在氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18中通过从后喷射喷射器22中喷射出来的燃料与氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18直接反应而产生的快速氧化反应，从而防止了由于氧化反应而引起的氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18的变质。
结果，柴油机燃料分解催化剂(DFC)16能够将所吸附的氮氧化物(NOx)还原为氮(N2)。
同时，氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18构成了下述催化装置：如前述的柴油机燃料分解催化剂(DFC)16一样，基于排气路径，在其上游端，局部配有形成还原剂的催化剂(reducing agent formingcatalyst)18a，从而通过分解从后喷射喷射器22喷射出来的燃料而形成还原剂。
更具体的说，氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18基本上包括用于净化氮氧化物的催化剂涂布部分，另外还在其前端包括形成还原剂的催化剂18a的进一步涂布部分，该部分可增加柴油机燃料分解催化剂(DFC)的功能，即，通过分解燃料形成还原剂。
因此，因为氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18部分包括形成还原剂的催化剂18a，相对昂贵的柴油机燃料分解催化剂(DFC)16的用量可以减少。
而且，控制装置26从通过压差传感器20检测的信号来确定催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14的再生时间，并从通过氮氧化物传感器24检测的信号来确定氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18的再生时间。
在这种情况下，当通过压差传感器20确定了催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14的再生时间时，控制装置26通过控制柴油机10的喷射器10a的操作来控制通过喷射器10a后喷射的燃料量，并且当通过氮氧化物传感器24确定了氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18的再生时间时，控制装置26通过控制后喷射喷射器22的操作来控制通过后喷射喷射器22后喷射的燃料量。
而且，在本发明中，基于排气路径，柴油机燃料分解催化剂(DFC)16位于氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18的上游端，催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14位于氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18的上游端。根据本发明的第一实施方式，催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14设置为位于柴油机燃料分解催化剂(DFC)16的前面。
在这种情况下，柴油机燃料分解催化剂(DFC)16和氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18依次排列在同一外罩中。
参考图2，其显示了本发明的第二实施方式。根据第二实施方式，基于排气路径，柴油机燃料分解催化剂(DFC)16设置为位于催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14的上游。
在这种情况下，柴油机燃料分解催化剂(DFC)16和氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18相互分隔，依次排列在单独的外罩中。
而且，根据本发明的第一和第二实施方式，后喷射喷射器22位于柴油机燃料分解催化剂(DFC)16前面的排气管12上，氮氧化物传感器24位于氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18前面的排气管12上。
在这种情况下，氮氧化物传感器24实时检测流过排气管12的废气中含有的氮氧化物(NOx)的量，然后将其输出至控制装置26。控制装置26通过来自氮氧化物传感器24的信号输入，估算在氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18中积累的氮氧化物(NOx)的量，将积累的氮氧化物(NOx)的量与氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18的容量进行比较，然后计算出氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18的再生时间。
结果，控制装置26能够更准确地计算氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18的再生时间，从而更有效地避免了氮氧化物(NOx)的排放。
在下文中，将描述根据本发明的减少颗粒物质和氮氧化物的净化装置的操作。
首先，当废气在柴油机10中燃烧后通过排气管10排出时，废气中包含的颗粒物质(PM)被催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14捕捉，氮氧化物(NOx)积累在氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18中。
在这些过程中，控制装置26通过压差传感器20来确定催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14的再生时间。当达到再生时间时，控制装置26将后喷射信号输出至柴油机10的喷射器10a，然后将所收集的颗粒物质(PM)通过后喷射的燃料经氧化清除。
下一步，控制装置26通过氮氧化物传感器24确定氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18的再生时间。当达到再生时间时，控制装置26将后喷射信号输出至后喷射喷射器22。通过后喷射喷射器喷射的燃料通过柴油机燃料分解催化剂(DFC)16和形成还原剂的催化剂18a被转变为具有高反应性的一氧化碳(CO)、短链烃类(HC)和氢(H2)，然后供给到氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18。
在这种情况下，氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18通过供应的还原剂将积累的氮氧化物(NOx)还原成氮(N2)，然后将其排出。
结果，避免了通过从后喷射喷射器22后喷射的燃料直接与氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18反应而产生的快速氧化反应，从而防止了氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18因变质所引起的损害。
下一步，根据本发明，在高温下脱硫和使废气再生的过程不另外进行，该过程通常是为了从氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18中清除有害的硫涂层(这是柴油机燃料中含硫成分的结果)，使用催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14再生时排放的热量就可以实现使用从柴油机10的排气歧管11传递的余热来对氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18进行脱硫和再生。
即，氮氧化物吸附催化剂(脱-NOx催化剂)18的脱硫过程所需要的热源可以从催化型柴油机颗粒过滤器(CDPF)14再生过程中产生的余热获得，该热量是燃料通过柴油机10的喷射器10a后喷射而产生的，因此通过减少后喷射的燃料量可以提高空气-燃料比。
如上所述，根据本发明的减少颗粒物质和氮氧化物的净化装置通过柴油机燃料分解催化剂来分解氮氧化物吸附催化剂再生时后喷射的燃料以形成还原剂，防止了在使用已形成的还原剂将积累在氮氧化物吸附催化剂中的氮氧化物再生时由于氮氧化物和催化剂过热所导致的氮氧化物吸附催化剂变质而引起的损害，因此实现了氮氧化物的正常清除。

Claims (8)

1.一种减少颗粒物质和氮氧化物的净化装置，其包括：
催化型柴油机颗粒过滤器，其设置在排气管中捕捉颗粒物质；
压差传感器，其用于检测所述催化型柴油机颗粒过滤器中含有的颗粒物质的量；
后喷射喷射器，其设置在排气管中以便后喷射燃料；
柴油机燃料分解催化剂，其通过分解从所述后喷射喷射器中喷射出来的燃料而形成还原剂；
氮氧化物吸附催化剂，其使用通过所述柴油机燃料分解催化剂形成的还原剂来还原其中积累的氮氧化物，并将其清除；
氮氧化物传感器，其设置在排气管中检测废气中的氮氧化物的含量；和
控制单元，其从通过所述压差传感器检测的信号来确定催化型柴油机颗粒过滤器的再生时间并控制通过柴油机的喷射器而后喷射的燃料量，并且从通过所述氮氧化物传感器检测的信号来确定所述氮氧化物吸附催化剂的再生时间并控制通过所述后喷射喷射器而后喷射的燃料量。
2.根据权利要求1所述的净化装置，其中所述催化型柴油机颗粒过滤器与排气歧管直接连接，并且是部分配有柴油机氧化催化剂的闭合催化转化器型催化装置。
3.根据权利要求1所述的净化装置，其中所述氮氧化物吸附催化剂是部分配有形成还原剂的催化剂的催化装置，所述形成还原剂的催化剂通过分解燃料而形成还原剂。
4.根据权利要求1所述的净化装置，其中基于排气路径，所述柴油机燃料分解催化剂位于氮氧化物吸附催化剂的上游，并且，基于排气路径，所述催化型柴油机颗粒过滤器位于氮氧化物吸附催化剂的上游。
5.根据权利要求4所述的净化装置，其中基于排气路径，所述催化型柴油机颗粒过滤器位于柴油机燃料分解催化剂的上游。
6.根据权利要求4所述的净化装置，其中基于排气路径，所述柴油机燃料分解催化剂位于催化型柴油机颗粒过滤器的上游。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的净化装置，其中所述后喷射喷射器在排气管中位于所述柴油机燃料分解催化剂的前面。
8.根据权利要求7所述的净化装置，其中所述氮氧化物传感器在排气管中位于所述氮氧化物吸附催化剂的前面。
CNA2006101566939A 2006-11-21 2006-12-30 减少柴油机中的颗粒物质和氮氧化物的净化装置 Pending CN101187326A (zh)

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