還原劑供應設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本公開內容涉及一種還原劑供應設備,用于供應作為用于NOx還原的還原劑的碳氫化合物(燃料)。
【背景技術】
[0002]通常,在存在還原催化劑條件下的NOx與還原劑的反應中凈化包含在內燃機的廢氣中的Ν0χ(氧化氮)。例如,專利文獻(JP 2009-162173 A)公開了一種凈化系統,其使用用于內燃機燃燒的燃料(碳氫化合物)作為還原劑,系統將燃料提供到在還原催化劑上游位置的排氣道中。
【發明內容】
[0003]本公開內容的發明人已經研宄出一種凈化系統,其中,與空氣混合的燃料借助空氣中的氧氣被部分地氧化以重整燃料,并且重整的燃料作為還原劑被提供到排氣道中。根據這個結構,改進了還原劑的還原性能,從而能夠增大NOx凈化率。
[0004]但在市場上基于碳氫的燃料(例如輕油)中混合了分子結構不同的各種成分,對于每一個產油區或銷售區,這些成分的混合比都不同。因此,市場上的燃料的特性各種各樣,在為了重整而部分地氧化燃料時,重整的燃料的還原性能相當大地受到重整前燃料特性中的區別的影響。
[0005]本公開內容的目的是提供一種還原劑供應設備,其抑制了由于燃料特性引起的NOx凈化率的降低。
[0006]在本公開內容的一個方面中,提供了一種還原劑供應設備用于燃料燃燒系統,所述燃料燃燒系統包括具有還原催化劑的NOx凈化設備,所述NOx凈化設備被設置在排氣道中以凈化在內燃機的廢氣中所含有的NOx,所述還原劑供應設備在所述還原催化劑上游位置處將還原劑提供到所述排氣道中。
[0007]還原劑供應設備包括重整設備、獲得部和控制器。重整設備將燃料與空氣混合為混合物,燃料是碳氫化合物,通過以空氣中的氧氣部分地氧化燃料來重整燃料。重整的燃料作為還原劑提供到排氣道中。獲得部獲得作為特性指標的物理量。物理量與提供給重整設備的燃料的特性相關聯。控制器按照由獲得部獲得的特性指標控制重整設備。
[0008]根據本公開內容的方面,獲取與提供給重整設備的燃料的特性相關聯的物理量作為特性指標,按照獲取的特性指標來控制重整設備的操作。為此,例如,當燃料的特性為重整后燃料的還原性能不足時,對重整設備進行控制以通過增大還原劑的供應量或者改進重整設備的重整操作來改進還原性能。因此,能夠抑制由于燃料特性引起的NOx凈化率的降低。
【附圖說明】
[0009]依據以下的說明、所附權利要求書和附圖將最佳地理解本公開內容及其附加的目的、特點和優點,在附圖中:
[0010]圖1是應用于燃燒系統的還原劑供應設備的示意圖;
[0011]圖2是示出在不同初始溫度條件下由兩步驟氧化反應產生的仿真溫度變化的結果的圖示;
[0012]圖3是示出在不同當量比條件下由兩步驟氧化反應產生的模擬溫度變化的結果的圖示;
[0013]圖4是示出根據圖1所示的還原劑供應設備的用以在臭氧的產生與重整燃料的產生之間轉換的過程的流程圖;
[0014]圖5是示出圖4中所示的重整燃料產生控制的子例程的過程的流程圖;
[0015]圖6是示出在提供給反應室的燃料是CltlH22的情況下的冷焰反應產物的仿真結果的圖示;
[0016]圖7是示出在提供給反應室的燃料是C16H34的情況下的冷焰反應產物的仿真結果的圖不;
[0017]圖8是示出顯示圖6和7中所示的冷焰反應產物的總量的仿真結果的圖示;
[0018]圖9是示出用于根據燃料特性來改變重整設備的操作的過程的流程圖;
[0019]圖10是示出在NOx凈化率與燃料特性之間的相關性的圖示;
[0020]圖11是示出適合于燃料特性的還原劑量的圖示;
[0021]圖12是示出適合于NO凈化率的還原劑量的圖示;
[0022]圖13是示出適合于燃料特性的加熱器溫度的圖示;
[0023]圖14是示出適合于燃料特性的臭氧供應量的圖示;
[0024]圖15是示出在內燃機中的熱生成量與燃料特性之間的相關性的圖示;
[0025]圖16是示出在內燃機中的點火延遲時間與燃料特性之間的相關性的圖示;
[0026]圖17是示出在反應室內的溫度與燃料特性之間的相關性的圖示;
[0027]圖18是應用于燃燒系統的還原劑供應設備的示意圖;
[0028]圖19是應用于燃燒系統的還原劑供應設備的示意圖;以及
[0029]圖20是應用于燃燒系統的還原劑供應設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]以下將參考附圖來說明本公開內容的多個實施例。在實施例中,可以為對應于在前實施例中所述內容的部分指定相同的參考標記,并省略了對該部分的多余解釋。只有當在實施例中描述了結構的一部分時,另一個在前實施例才可以被應用到該結構的其他部分。即使沒有明確說明這些部分可以組合,這些部分也是可以組合的。即使沒有明確說明可以組合實施例,實施例也可以部分地組合,只要在組合中不存在損害。
[0031](第一實施例)
[0032]如圖1所示的燃燒系統包括內燃機10、增壓器11、柴油特定過濾器(DPF) 14、DPF再生設備(再生DOC 14a)、NOx凈化設備15、還原劑凈化設備(凈化DOC 16)和還原劑供應設備。燃燒系統安裝在車輛上,車輛由來自內燃機10的輸出提供動力。在本實施例中,內燃機10是使用柴油燃料(輕油)來燃燒的壓縮自點火柴油發動機。
[0033]增壓器11包括渦輪11a、旋轉軸Ilb和壓縮機11c。渦輪Ila布置在用于內燃機10的排氣道1ex中,并借助廢氣的動能旋轉。旋轉軸Ilb將渦輪Ila的葉輪連接到壓縮機Ilc的葉輪,并向壓縮機Ilc傳送渦輪Ila的旋轉力。壓縮機Ilc布置在內燃機10的進氣道1in中,在壓縮(即增壓)進氣流后將進氣流提供給內燃機10。
[0034]冷卻器12布置在壓縮機Ilc下游的進氣道1in中。冷卻器12冷卻由壓縮機Ilc壓縮的進氣流,在由節流閥13調整壓縮進氣流的流量后,將由冷卻器12冷卻的壓縮進氣流通過進氣歧管分布到內燃機10的多個燃燒室中。
[0035]再生DOC 14a (柴油氧化催化劑)、DPF 14 (柴油特定過濾器),NOx凈化設備15和凈化DOC 16以此順序布置在渦輪Ila下游的排氣道1ex中。DPF 14收集廢氣中包含的顆粒。再生DOC 14a包括催化劑,其氧化在廢氣中包含的未燃燒的燃料并燃燒未燃燒的燃料。通過燃燒未燃燒的燃料,燃燒了由DPF 14收集的顆粒,再生DPF 14,從而保持了 DPF 14的收集能力。應注意,未燃燒的燃料在再生DOC 14a內部的這個燃燒并非不斷執行,而是在需要DPF 14的再生時臨時執行。
[0036]還原劑供應設備的供應通道32連接到DPF 14下游和NOx凈化設備15上游的排氣道10ex。由還原劑供應設備產生的重整燃料作為還原劑通過供應通道32提供到排氣道1ex中。通過將碳氫化合物(即燃料)部分地氧化為諸如乙醛之類的被部分地氧化的碳氫化合物來產生重整燃料,重整燃料用作還原劑,如稍后參考圖7所述的。
[0037]NOx凈化設備15包括用于承載還原催化劑的蜂巢狀載體15b和在其中容納載體15b的外殼15a。NOx凈化設備15通過在還原催化劑存在的情況下NOx與重整燃料的反應來凈化在廢氣中包含的NOx,即NOx到N2的還原過程。應注意,盡管除了 NOx以外,在廢氣中同樣包含有O2,但在O2存在的情況下重整還原劑選擇性地(優先)與NOx反應。
[0038]在本實施例中,還原催化劑具有吸附NOx的吸附性。具體而言,當催化劑溫度低于活化溫度時,還原催化劑展現出吸附廢氣中的NOx的吸附性,在活化溫度會發生借助還原催化劑的還原反應。而當催化劑溫度高于活化溫度時,由還原催化劑吸附的NOx由重整還原劑還原,隨后從還原催化劑釋放。例如,NOx凈化設備15可以借助由載體15b承載的銀/氧化鋁催化劑提供NOx吸附性能。
[0039]凈化DOC 16具有外殼,其容納承載氧化催化劑的載體。凈化DOC 16在氧化催化劑存在的情況下氧化還原劑,還原劑在沒有用于NOx還原時從NOx凈化設備15流出。因而,可以禁止還原劑通過排氣道1ex的出口釋放到大氣中。應當注意,氧化催化劑的活化溫度(例如200°C )低于還原催化劑的活化溫度(例如250°C )。
[0040]接下來,以下將說明還原劑供應設備。通常,還原劑供應設備產生重整燃料,并購將重整燃料通過供應通道32提供到排氣道1ex中。還原劑供應設備包括重整設備Al和電控單元(EOT 80),如以下將說明的。重整設備Al包括放電反應器20 (臭氧產生器)、空氣泵20p、反應容器30、燃料噴射器40和加熱器50。
[0041 ] 放電反應器20包括在其中具有流體通道22a的外殼22,和布置在流體通道22a內部的多對電極21。具體而言,電極21通過電絕緣件固定在外殼22內。電極21具有平板形狀,彼此面對平行排列。交替排列了接地的一個電極21和在向放電反應器20供電時施加了高電壓的另一個電極21。對電極21的電力施加由ECU 80的微機81控制。
[0042]由空氣泵20p吹送的空氣流入放電反應器20的外殼22中。空氣泵20p由電機驅動,電機由微機81控制。由空氣泵20p吹送的空氣流入外殼22內的流體通道22a,并流過在電極21之間形成的放電通道21a。
[0043]反應容器30附接到放電反應器20的下游側,并且在反應容器30的內部形成反應室30a。在反應室30a中,燃料與空氣混合為混合物,以空氣中的氧氣氧化燃料。通過放電通道21a的空氣通過空氣入口 30c流入反應室30a,此后,從在反應容器30中形成的噴射端口 30b噴出。噴射端口 30b與供應通道32相連通。
[0044]燃料噴射器40附接到反應容器30。燃料箱40t中液體形式(液體燃料)的燃料由泵40p提供給燃料噴射器40,并通過燃料噴射器40的噴射孔(未示出)噴射到反應室3