專利名稱：減少柴油機中的顆粒物質和氮氧化物的凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種減少柴油機廢氣中含有的顆粒物質和氮氧化物的 凈化裝置。
背景技術：
通常，在傳統的減少柴油機廢氣中含有的顆粒物質和氮氧化物的 凈化裝置中，催化型柴油機顆粒過濾器(Catalyzed Diesel Particulate Filter) (CDPF)、氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)和柴油機氧 化催化劑(DOC)順次設置在排氣管中，從排氣管分出的副排氣管設 置在排氣管中催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF)的前面，開關閥門、 二次噴射系統和柴油機燃料分解催化劑(DFC)設置在副排氣管中， 并且副排氣管的出口位于脫-NOx催化劑的前面。
在這種情況下，檢測催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF)中積累的 顆粒物質(PM)的量的壓差傳感器與催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF) 的前端和后端相連接，并且檢測廢氣中氮氧化物的濃度的氮氧化物傳 感器設置在柴油機氧化催化劑(DOC)的后端。
在上述傳統的凈化裝置中，使用柴油機燃料分解催化劑(DFC) 通過分解燃料而形成還原劑，然后所形成的還原劑供給到氮氧化物吸 附催化劑(脫-NOx催化劑)。然而，存在的問題在于，根據廢氣的條 件，柴油機燃料分解催化劑(DFC)被迅速氧化，結果是出現通過氧 化燃料來凈化廢氣，而不是通過分解從二次噴射系統噴射出來的燃料、 由此形成還原劑來凈化廢氣的現象。
另外，在氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)發揮脫硫活性的 時候(該過程在催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF)之后使用在CDPF
強制再生時產生的再生熱進行)，從二次噴射系統噴射出來的燃料使柴
油機燃料分解催化劑(DFC)催化快速氧化反應，這樣在氮氧化物吸 附催化劑(脫-NOx催化劑)入口處廢氣的溫度迅速升高，結果是氮氧 化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)過于迅速地變質。
而且，存在的問題在于，傳統凈化裝置的結構很復雜，其中配有 額外的支路管，該支路管在催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF)的前面 從排氣管分出，并在氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)的前面包 括出口，并且柴油機燃料分解催化劑(DFC)包括在支路管中。
發明內容
本發明的各實施方式提供了一種凈化裝置，其通過在氮氧化物吸 附催化劑再生時從后噴射的燃料形成還原劑，并使用該還原劑再生氮 氧化物吸附催化劑來可靠地實現氮氧化物(NOx)的凈化。
根據本發明一個實施方式，減少顆粒物質和氮氧化物的凈化裝置 包括催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF),其設置在排氣管中捕捉顆粒 物質。壓差傳感器檢測催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF)中含有的顆 粒物質(PM)的量。后噴射噴射器設置在排氣管中以便后噴射 (post-inject)燃料。柴油機燃料分解催化劑(DFC)通過分解從后噴 射噴射器中噴射出來的燃料形成還原劑。氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx 催化劑)使用通過柴油機燃料分解催化劑(DFC)形成的還原劑來還 原其中積累的氮氧化物，并將其清除。氮氧化物傳感器設置在排氣管 中檢測廢氣中含有的氮氧化物(NOx)的量。控制裝置從通過壓差傳 感器檢測的信號來確定催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF)的再生時間 并控制通過柴油機的噴射器而后噴射的燃料的量，并且從通過氮氧化 物傳感器檢測的信號來確定氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)的 再生時間并控制通過后噴射噴射器而后噴射的燃料的量。
為了更好理解本發明的特性和目的，參考下列的詳細描述和附圖，
其中
圖1描繪了根據本發明第一實施方式的減少顆粒物質和氮氧化物
的凈化裝置；和
圖2描繪了根據本發明第二實施方式的減少顆粒物質和氮氧化物 的凈化裝置。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖詳細地描述本發明的優選實施方式。
參考圖1，其顯示了本發明的第一實施方式。如圖所示，催化型柴 油機顆粒過濾器(CDPF) 14、柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16和氮 氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18分別設置在柴油機10的排氣 管12中。設置壓差傳感器20以檢測催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF) 14中含有的顆粒物質(PM)的量，該傳感器與催化型柴油機顆粒過濾 器(CDPF) 14的前端和后端相連接并且檢測其間的壓力差。基于排氣 路徑，即，廢氣在排氣管12中的流動方向，用于后噴射燃料的后噴射 噴射器22和用于檢測氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18中積 累的氮氧化物(NOx)的量的氮氧化物傳感器24設置在柴油機燃料分 解催化劑(DFC) 16的上游端。
這里，催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF) 14捕捉通過排氣管12 排出的廢氣中包含的顆粒物質(PM)，所收集的顆粒物質(PM)被燃 燒并在催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF) 14再生時通過柴油機10的 噴射器10a進行的燃料后噴射而被除去。
此外，催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF) 14在其前端用柴油機氧 化催化劑(DOC) 14a局部涂覆，該催化型柴油機顆粒過濾器配置為所 謂的"閉合型催化轉化器(CCC)"型催化裝置。催化型柴油機顆粒過 濾器(CDPF) 14設置為接近柴油機10的排氣歧管11，以便直接從歧 管11中獲得余熱。
而且，柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16通過分解從后噴射噴射 器22噴射出來的燃料形成還原劑，并且氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx 催化劑)18使用通過柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16形成的還原劑 還原并清除其中積累的氮氧化物。
在這種情況下，柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16的作用是通過 催化反應切斷和分解碳鏈，將作為柴油機10的燃料的柴油轉變成為還
原劑，例如具有高反應性的一氧化碳、短鏈烴類(HC)和氫(H2)。 艮P，如下所述，柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16切斷構成作為
燃料主要成分的烴類化合物的碳鏈，從而通過熱裂化作用將烴類化合
物分解。
分解燃料(熱裂化)的過程
C16H34—2n-C8H17* — n-C6H13* —2n-C4H9* — C2H5*— C2H4
Cl6H34—8C2H4 + H2
(其中，*代表基)。
此外，柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16表現出蒸氣重整功能和 部分氧化功能，如下所述，其允許從分解的燃料中形成還原劑。
形成一氧化碳(CO)和氫(H2)的過程，上述物質是來自分解燃 料的還原劑(蒸氣重整)
C16H34+16H20 — 16CO+33H2
形成一氧化碳(CO)、烴類(HC)和氫(H2)的過程，上述物質 是來自分解燃料的還原劑(部分氧化) C16H34+l/2 02 — 8C2H4+H20 C16H34+8 02 — 16 CO+17H2。
因此，通過柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16形成的還原劑防止 了在氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18中通過從后噴射噴射器 22中噴射出來的燃料與氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18直 接反應而產生的快速氧化反應，從而防止了由于氧化反應而引起的氮 氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18的變質。
結果，柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16能夠將所吸附的氮氧化 物(NOx)還原為氮(N2)。
同時，氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18構成了下述催化 裝置如前述的柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16 —樣，基于排氣路 徑，在其上游端，局部配有形成還原劑的催化劑(reducing agent forming catalyst) 18a，從而通過分解從后噴射噴射器22噴射出來的燃料而形 成還原劑。
更具體的說，氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18基本上包 括用于凈化氮氧化物的催化劑涂布部分，另外還在其前端包括形成還
原劑的催化劑18a的進一步涂布部分，該部分可增加柴油機燃料分解 催化劑(DFC)的功能，即，通過分解燃料形成還原劑。
因此，因為氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18部分包括形 成還原劑的催化劑18a，相對昂貴的柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16 的用量可以減少。
而且，控制裝置26從通過壓差傳感器20檢測的信號來確定催化 型柴油機顆粒過濾器(CDPF) 14的再生時間，并從通過氮氧化物傳感 器24檢測的信號來確定氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18的 再生時間。
在這種情況下，當通過壓差傳感器20確定了催化型柴油機顆粒過 濾器(CDPF) 14的再生時間時，控制裝置26通過控制柴油機10的噴 射器10a的操作來控制通過噴射器10a后噴射的燃料量，并且當通過 氮氧化物傳感器24確定了氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18 的再生時間時，控制裝置26通過控制后噴射噴射器22的操作來控制 通過后噴射噴射器22后噴射的燃料量。
而且，在本發明中，基于排氣路徑，柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16位于氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18的上游端，催化型 柴油機顆粒過濾器(CDPF) 14位于氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催 化劑)18的上游端。根據本發明的第一實施方式，催化型柴油機顆粒 過濾器(CDPF) 14設置為位于柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16的 前面。
在這種情況下，柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16和氮氧化物吸 附催化劑(脫-NOx催化劑)18依次排列在同一外罩中。
參考圖2，其顯示了本發明的第二實施方式。根據第二實施方式， 基于排氣路徑，柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16設置為位于催化型 柴油機顆粒過濾器(CDPF) 14的上游。
在這種情況下，柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16和氮氧化物吸 附催化劑(脫-NOx催化劑)18相互分隔，依次排列在單獨的外罩中。
而且，根據本發明的第一和第二實施方式，后噴射噴射器22位于 柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16前面的排氣管12上，氮氧化物傳感 器24位于氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18前面的排氣管12上。
在這種情況下，氮氧化物傳感器24實時檢測流過排氣管12的廢 氣中含有的氮氧化物(NOx)的量，然后將其輸出至控制裝置26。控 制裝置26通過來自氮氧化物傳感器24的信號輸入，估算在氮氧化物 吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18中積累的氮氧化物(NOx)的量，將 積累的氮氧化物(NOx)的量與氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑) 18的容量進行比較，然后計算出氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑) 18的再生時間。
結果，控制裝置26能夠更準確地計算氮氧化物吸附催化劑(脫 -NOx催化劑)18的再生時間，從而更有效地避免了氮氧化物(NOx) 的排放。
在下文中，將描述根據本發明的減少顆粒物質和氮氧化物的凈化 裝置的操作。
首先，當廢氣在柴油機10中燃燒后通過排氣管IO排出時，廢氣 中包含的顆粒物質(PM)被催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF) 14捕 捉，氮氧化物(NOx)積累在氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑) 18中。
在這些過程中，控制裝置26通過壓差傳感器20來確定催化型柴 油機顆粒過濾器(CDPF) 14的再生時間。當達到再生時間時，控制裝 置26將后噴射信號輸出至柴油機10的噴射器10a，然后將所收集的顆 粒物質(PM)通過后噴射的燃料經氧化清除。
下一步，控制裝置26通過氮氧化物傳感器24確定氮氧化物吸附 催化劑(脫-NOx催化劑)18的再生時間。當達到再生時間時，控制裝 置26將后噴射信號輸出至后噴射噴射器22。通過后噴射噴射器噴射的 燃料通過柴油機燃料分解催化劑(DFC) 16和形成還原劑的催化劑18a 被轉變為具有高反應性的一氧化碳(CO)、短鏈烴類(HC)和氫(H2)， 然后供給到氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18。
在這種情況下，氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18通過供 應的還原劑將積累的氮氧化物(NOx)還原成氮(N2)，然后將其排出。
結果，避免了通過從后噴射噴射器22后噴射的燃料直接與氮氧化 物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18反應而產生的快速氧化反應，從而
防止了氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18因變質所引起的損害。 下一步，根據本發明，在高溫下脫硫和使廢氣再生的過程不另外 進行，該過程通常是為了從氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18 中清除有害的硫涂層(這是柴油機燃料中含硫成分的結果)，使用催化 型柴油機顆粒過濾器(CDPF) 14再生時排放的熱量就可以實現使用從 柴油機10的排氣歧管11傳遞的余熱來對氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx 催化劑)18進行脫硫和再生。
艮P，氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)18的脫硫過程所需要 的熱源可以從催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF) 14再生過程中產生的 余熱獲得，該熱量是燃料通過柴油機10的噴射器10a后噴射而產生的， 因此通過減少后噴射的燃料量可以提高空氣-燃料比。
如上所述，根據本發明的減少顆粒物質和氮氧化物的凈化裝置通 過柴油機燃料分解催化劑來分解氮氧化物吸附催化劑再生時后噴射的 燃料以形成還原劑，防止了在使用已形成的還原劑將積累在氮氧化物 吸附催化劑中的氮氧化物再生時由于氮氧化物和催化劑過熱所導致的 氮氧化物吸附催化劑變質而引起的損害，因此實現了氮氧化物的正常 清除。
權利要求
1.一種減少顆粒物質和氮氧化物的凈化裝置，其包括催化型柴油機顆粒過濾器，其設置在排氣管中捕捉顆粒物質；壓差傳感器，其用于檢測所述催化型柴油機顆粒過濾器中含有的顆粒物質的量；后噴射噴射器，其設置在排氣管中以便后噴射燃料；柴油機燃料分解催化劑，其通過分解從所述后噴射噴射器中噴射出來的燃料而形成還原劑；氮氧化物吸附催化劑，其使用通過所述柴油機燃料分解催化劑形成的還原劑來還原其中積累的氮氧化物，并將其清除；氮氧化物傳感器，其設置在排氣管中檢測廢氣中的氮氧化物的含量；和控制單元，其從通過所述壓差傳感器檢測的信號來確定催化型柴油機顆粒過濾器的再生時間并控制通過柴油機的噴射器而后噴射的燃料量，并且從通過所述氮氧化物傳感器檢測的信號來確定所述氮氧化物吸附催化劑的再生時間并控制通過所述后噴射噴射器而后噴射的燃料量。
2. 根據權利要求l所述的凈化裝置，其中所述催化型柴油機顆粒過濾 器與排氣歧管直接連接，并且是部分配有柴油機氧化催化劑的閉合催 化轉化器型催化裝置。
3. 根據權利要求1所述的凈化裝置，其中所述氮氧化物吸附催化劑是 部分配有形成還原劑的催化劑的催化裝置，所述形成還原劑的催化劑 通過分解燃料而形成還原劑。
4. 根據權利要求1所述的凈化裝置，其中基于排氣路徑，所述柴油機 燃料分解催化劑位于氮氧化物吸附催化劑的上游，并且，基于排氣路 徑，所述催化型柴油機顆粒過濾器位于氮氧化物吸附催化劑的上游。
5. 根據權利要求4所述的凈化裝置，其中基于排氣路徑，所述催化型 柴油機顆粒過濾器位于柴油機燃料分解催化劑的上游。
6. 根據權利要求4所述的凈化裝置，其中基于排氣路徑，所述柴油機 燃料分解催化劑位于催化型柴油機顆粒過濾器的上游。
7. 根據權利要求1至6中任何一項所述的凈化裝置，其中所述后噴射 噴射器在排氣管中位于所述柴油機燃料分解催化劑的前面。
8. 根據權利要求7所述的凈化裝置，其中所述氮氧化物傳感器在排氣 管中位于所述氮氧化物吸附催化劑的前面。
全文摘要
本發明公開了一種減少顆粒物質和氮氧化物量的凈化裝置。該凈化裝置包括催化型柴油機顆粒過濾器(CDPF)；壓差傳感器；后噴射噴射器；柴油機燃料分解催化劑(DFC)；氮氧化物吸附催化劑(脫-NOx催化劑)；氮氧化物傳感器；和控制裝置。
文檔編號F01N3/023GK101187326SQ20061015669
公開日2008年5月28日 申請日期2006年12月30日 優先權日2006年11月21日
發明者李津夏 申請人:現代自動車株式會社