專利名稱：排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
以前，在柴油發(fā)動機中存在下述柴油發(fā)動機，其在排氣氣體流通的排氣管的中途裝備選擇還原型催化劑，該選擇還原型催化劑具備即使在氧共存下也能夠選擇性地使NOx 與還原劑反應(yīng)的性質(zhì)，在該選擇還原型催化劑的上游側(cè)添加需要量的還原劑以使該還原劑 在選擇還原型催化劑上與排氣氣體中的NOx (氮氧化物)進行還原反應(yīng)，由此能夠減少NOx 的排出濃度。此外，在車間等中的工業(yè)性排煙脫硝處理領(lǐng)域中，使用氨(NH3)作為還原劑來還原 凈化NOx的手法的有效性已經(jīng)廣為人知，但在汽車的情形中，對于搭載氨這個東西本身而 行駛，由于難以確保安全，故近年來使用無毒性的尿素水作為還原劑正受到研究。S卩，如果將尿素水在選擇還原型催化劑的上游側(cè)添加至排氣氣體中，則在該排氣 氣體中尿素水被分解為氨和二氧化碳，使得排氣氣體中的NOx在選擇還原型催化劑上被氨 良好地還原凈化(參照例如專利文獻1)。另一方面，實現(xiàn)柴油發(fā)動機的排氣凈化時，僅除去排氣氣體中的NOx并不夠，對于 排氣氣體中所含的微粒(Particulate Matter 粒子狀物質(zhì))還需要通過微粒過濾器進行 捕集，采用這種微粒過濾器時，需要在排氣阻力未因堵塞而增大時將微粒適宜地燃燒除去 以實現(xiàn)微粒過濾器的再生。因此，考慮在微粒過濾器的前段，附帶裝備流通型(7 口一 7 >—型)氧化催化 齊U，在微粒堆積量增加了的階段，向較前述氧化催化劑更上游的排氣氣體中添加燃料，以將 微粒過濾器強制再生。簡言之，如果向較氧化催化劑更上游的排氣氣體中添加燃料，則該添加燃料(HC) 在通過前段的氧化催化劑期間發(fā)生氧化反應(yīng)，故因其反應(yīng)熱而升溫的排氣氣體的流入造成 緊接的微粒過濾器的催化劑床溫度上升、微粒被燃燒完，從而實現(xiàn)微粒過濾器的再生化。此外，將這些微粒過濾器及其前段的氧化催化劑配置在較選擇還原型催化劑的更 上游側(cè)時，通過前述氧化催化劑使添加燃料發(fā)生氧化反應(yīng)、實現(xiàn)排氣氣體的升溫，由此也可 以升高下游側(cè)的選擇還原型催化劑的催化劑床溫度而提高催化劑活性，因此可從較以往低 的排氣溫度區(qū)域使選擇還原型催化劑以高活性狀態(tài)起作用。專利文獻1 日本特開2004-218475號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題然而，例如在冬季清晨的始發(fā)動時等發(fā)動機尚處于冷機狀態(tài)時，微粒過濾器前段 的氧化催化劑是冷透的，尚未上升到能夠發(fā)揮充分催化劑活性的活性下限溫度，因此存在 下述不便，即，始發(fā)動開始后暫時無法實行燃料添加，也無法升高下游側(cè)的選擇還原型催化劑的催化劑床溫度、提高催化劑活性，可能產(chǎn)生始發(fā)動時不能凈化NOx的時間段。另一方面，未來的排氣氣體的凈化相關(guān)的規(guī)定有較現(xiàn)狀更為嚴格的傾向，正變成無法對可能產(chǎn)生的始發(fā)動時不能凈化NOx的時間段置之不理的情況，能夠從發(fā)動機始發(fā)動 時就立即獲得高NOx減少率的排氣凈化裝置的開發(fā)受到要求。本發(fā)明鑒于上述實際情況而進行，其涉及實現(xiàn)了微粒與NOx的同時減少的排氣凈 化裝置，其目的在于使得能夠與運行條件無關(guān)地始終保持高NOx減少率。解決技術(shù)問題的手段本發(fā)明是在排氣管的中途具備NOx減少催化劑、且在該NOx減少催化劑的上游具 備微粒過濾器的排氣凈化裝置，其特征在于，在前述微粒過濾器的前段設(shè)置能夠噴射適量 的燃料并點火燃燒的燃燒器，同時在前述微粒過濾器與前述NOx減少催化劑之間，安裝對 排氣氣體中的未燃HC進行氧化處理且對排氣氣體中的NO變?yōu)镹O2的氧化反應(yīng)進行促進的 氧化催化劑。并且，若這樣進行，則排氣氣體中的微粒被微粒過濾器捕集，同時通過其下游的 NOx減少催化劑，排氣氣體中的NOx由還原反應(yīng)或吸留反應(yīng)而減少，因此可實現(xiàn)排氣氣體中 的微粒與NOx的同時減少。而且，即使是在發(fā)動機尚處于冷機狀態(tài)的始發(fā)動時等那樣的、NOx減少催化劑未達 到活性下限溫度的運行狀態(tài)下，只要通過燃燒器在NOx減少催化劑的上游側(cè)噴射適量的燃 料并點火燃燒，則因該燃燒而高溫化的排氣氣體被導(dǎo)入至NOx減少催化劑，其催化劑床溫 度也被強制性地升溫至反應(yīng)所需的溫度，結(jié)果可與現(xiàn)狀的運行條件無關(guān)地使NOx減少催化 劑達到活性狀態(tài)、實現(xiàn)NOx的良好減少。此時，即使燃燒器中產(chǎn)生的未燃HC穿過微粒過濾器，該未燃HC也在到達NOx減少 催化劑之前經(jīng)氧化催化劑氧化處理，因此可將NOx減少催化劑因未燃HC而中毒，或者向車 外的排氣中產(chǎn)生白煙的情況防止于未然。此外，排氣氣體中的NO的一部分在通過氧化催化劑期間發(fā)生氧化、變成反應(yīng)性高 的NO2,由于該反應(yīng)性高的NO2的比率增加，故通過NOx減少催化劑減少NOx的反應(yīng)受到促 進，而實現(xiàn)良好的NOx減少。進一步地，通過使燃燒器點火燃燒從而可使緊接的微粒過濾器以短時間效率良好 地升溫，可在必要的時機與現(xiàn)狀的運行條件無關(guān)地任意實行該微粒過濾器的強制再生，且 可在較以往更短的時間內(nèi)完成強制再生。另一方面，在具體實施本發(fā)明之際，可以將選擇還原型催化劑或NOx吸留還原催 化劑的任一者作為NOx減少催化劑，在將選擇還原型催化劑作為NOx減少催化劑時，排氣氣 體中的NO的一部分在通過氧化催化劑期間發(fā)生氧化而成為反應(yīng)性高的NO2,由于該反應(yīng)性 高的NO2的比率增加，反應(yīng)速度快的還原反應(yīng)受到促進，而實現(xiàn)良好的NOx減少。此外，在將NOx吸留還原催化劑作為NOx減少催化劑時，排氣氣體中的NO的一部 分在通過氧化催化劑期間發(fā)生氧化而成為反應(yīng)性高的NO2,由于該反應(yīng)性高的NO2的比率增 力口，反應(yīng)速度快的吸留反應(yīng)受到促進，而實現(xiàn)良好的NOx減少。發(fā)明效果根據(jù)上述本發(fā)明的排氣凈化裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)如下述的各種優(yōu)異效果。(I)即使是在NOx減少催化劑未達到活性下限溫度的運行狀態(tài)下，也可以使燃燒器點火燃燒、使NOx減少催化劑的催化劑床溫度強制性地升溫至反應(yīng)所需的溫度，因而可與現(xiàn)狀的運行條件無關(guān)地使NOx減少催化劑為活性狀態(tài)，并始終確保高NOx減少率，而且， 可將燃燒器中產(chǎn)生的未燃HC在到達NOx減少催化劑之前通過氧化催化劑進行氧化處理，因 而可將NOx減少催化劑的因未燃HC而中毒或白煙的發(fā)生防止于未然，進一步地，也可使排 氣氣體中的NO的一部分經(jīng)氧化催化劑氧化，而增加反應(yīng)性高的NO2的比率，因而可以促進 通過NOx減少催化劑減少NOx的反應(yīng)，實現(xiàn)NOx減少率的升高。(II)可通過使燃燒器點火燃燒從而使緊接的微粒過濾器以短時間效率良好地升 溫，因而可在必要的時機與現(xiàn)狀的運行條件無關(guān)地任意實行該微粒過濾器的強制再生，并 且，可在較以往更短的時間內(nèi)完成強制再生。


[圖1]表示本發(fā)明的一實施例的概略圖。符號說明3排氣氣體4排氣管5選擇還原型催化劑(NOx減少催化劑)13微粒過濾器14燃燒器15氧化催化劑
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。圖1表示本發(fā)明的一實施例，在本實施例的排氣凈化裝置中，在介由排氣岐管2從 柴油發(fā)動機1排出的排氣氣體3流通的排氣管4的中途，裝備有選擇還原型催化劑5 (NOx 減少催化劑)，該還原型催化劑5具備即使在氧共存下也能夠選擇性地使NOx與氨反應(yīng)的性 質(zhì)。在該選擇還原型催化劑5的入側(cè)設(shè)置有噴射噴嘴6，該噴射噴嘴6與在所需位置設(shè) 置的尿素水槽8之間，通過具備尿素水噴射閥的尿素水供給管線9連接，通過裝備于該尿素 水供給管線9的中途的供給泵10的驅(qū)動，可將尿素水槽8內(nèi)的尿素水11(還原劑)介由尿 素水噴射閥7添加至選擇還原型催化劑5的上游側(cè)，尿素水添加裝置12由這些尿素水噴射 閥7、尿素水槽8、尿素水供給管線9、供給泵10構(gòu)成。并且，在較基于該尿素水添加裝置12的尿素水11的添加位置(噴射噴嘴6的開 口位置)更上游的排氣管4上，裝備有從排氣氣體3中捕集并除去微粒的微粒過濾器13，同 時在該微粒過濾器13的前段裝備有能夠噴射適量的燃料并點火燃燒的燃燒器14，該燃燒 器14構(gòu)成如下，其具備未圖示的對適量燃料進行噴射的燃料噴射噴嘴、與用于對從該噴射 口噴射的燃料進行點火的火花塞。此外，在較前述微粒過濾器13與前述選擇還原型催化劑5之間的尿素水11的添 加位置(噴射噴嘴6的開口位置)更上游處，安裝對排氣氣體3中的未燃HC進行氧化處理 且對排氣氣體3中的NO變?yōu)镹O2的氧化反應(yīng)進行促進的氧化催化劑15。
應(yīng)予說明，此處圖示的例子中，在前述選擇還原型催化劑5的緊后面，作為漏出氨 (U —々7 > 二 7 )對策而裝備有對剩余的氨進行氧化處理的NH3泄漏(7 )催 化劑16。這樣，只要如此構(gòu)成排氣凈化裝置，則排氣氣體3中的微粒被微粒過濾器13捕集， 同時在其下游，尿素水11從尿素水添加裝置12的噴射噴嘴6被添加至排氣氣體3中，分解 為氨和二氧化碳，排氣氣體3中的NOx在選擇還原型催化劑5上被氨良好地還原凈化，因而 可實現(xiàn)排氣氣體3中的微粒與NOx的同時減少。并且，即使是在柴油發(fā)動機1尚處于冷機狀態(tài)的始發(fā)動時等那樣的、選擇還原型 催化劑5未達到活性下限溫度的運行狀態(tài)下，只要通過燃燒器14在選擇還原型催化劑5的 上游側(cè)噴射適量的燃料并點火燃燒，則因該燃燒而高溫化的排氣氣體3被導(dǎo)入選擇還原型 催化劑5，其催化劑床溫度也被強制性地升溫至反應(yīng)所需的溫度，結(jié)果可與現(xiàn)狀的運行條件 無關(guān)地使選擇還原型催化劑5達到活性狀態(tài)、實現(xiàn)NOx的良好減少。此時，即使燃燒器14中產(chǎn)生的未燃HC穿過微粒過濾器13，該未燃HC也在到達選 擇還原型催化劑5之前經(jīng)氧化催化劑15氧化處理，因此可將選擇還原型催化劑5因未燃HC 而中毒，或者向車外的排氣中產(chǎn)生白煙的情況防止于未然。此外，排氣氣體3中的NO的一部分在通過氧化催化劑15期間發(fā)生氧化而成為反 應(yīng)性高的NO2,由于該反應(yīng)性高的NO2的比率增加，利用選擇還原型催化劑5的、反應(yīng)速度快 的還原反應(yīng)受到促進，而實現(xiàn)良好的NOx減少。S卩，添加至選擇還原型催化劑5的尿素水，在其添加后在排氣氣體3中受熱，而由 下式(NH2) 2C0+H20 — 2NH3+C02分解為氨和二氧化碳，因而NOx被該氨所還原凈化，但相對于占排氣氣體3中的 NOx的大半的NO，NO2因氧化催化劑15而增多時，基于反應(yīng)速度最快的下式N0+N02+2NH3 — 2N2+3H20的還原反應(yīng)受到促進，而可實現(xiàn)良好的NOx減少。應(yīng)予說明，對該還原反應(yīng)進行促進時，重要的是排氣氣體3中的Ν0/Ν02比接近約 1 1. 3，因此優(yōu)選預(yù)先對氧化催化劑15的原料中所含的鉬等貴金屬量進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以 使在柴油發(fā)動機1的廣泛運行區(qū)域內(nèi)排氣氣體3中的Ν0/Ν02比為約1 1. 3。此外，此處附帶而言，假設(shè)如果沒有對基于氧化催化劑15的NO變?yōu)镹O2的氧化反 應(yīng)進行促進的作用，則排氣氣體3中的NOx的大半為NO所占，雖由下式6N0+4NH3 — 5N2+6H20或者，下式4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20排氣氣體中的NOx被還原凈化，但與排氣氣體3中的Ν0/Ν02比為約1 1. 3的情 形相比，不言而喻，其反應(yīng)速度變慢。所以，根據(jù)上述實施例，即使在選擇還原型催化劑5未達到活性下限溫度的運行 狀態(tài)下，由于可以使燃燒器14點火燃燒，將選擇還原型催化劑5的催化劑床溫度強制性地 升溫至反應(yīng)所需的溫度，因而可以與現(xiàn)狀的運行條件無關(guān)地使選擇還原型催化劑5為活性 狀態(tài)，并始終確保高NOx減少率，并且，由于可以將在燃燒器14產(chǎn)生的未燃HC在到達選擇還原型催化劑5之前通過氧化催化劑15氧化處理，因而可以將選擇還原型催化劑5的因未燃HC而中毒或白煙的發(fā)生防止于未然，進一步地，由于可用氧化催化劑15使排氣氣體3中 的NO的一部分發(fā)生氧化而增大反應(yīng)性高的NO2的比率，因而可以促進利用選擇還原型催化 劑5的反應(yīng)速度快的還原反應(yīng)，也可以實現(xiàn)NOx減少率的提高。此外，通過使燃燒器14點火燃燒從而可使緊接的微粒過濾器13以短時間效率良 好地升溫，因而可在必要的時機與現(xiàn)狀的運行條件無關(guān)地任意實行該微粒過濾器13的強 制再生，并且，可在較以往更短的時間內(nèi)完成強制再生。以上所述的實施例中，雖然采用具備即使在氧共存下也能夠選擇性地使NOx與氨 反應(yīng)的性質(zhì)的選擇還原型催化劑5作為NOx減少催化劑，并在該選擇還原型催化劑5的上 游側(cè)添加尿素水11作為還原劑，但也可以采用具備即使在氧共存下也能夠選擇性地使NOx 與HC反應(yīng)的性質(zhì)的選擇還原型催化劑作為NOx減少催化劑，并在該選擇還原型催化劑的上 游側(cè)添加輕油等燃料(HC)作為還原劑。此外，排氣空燃比為稀(U — >)時，也可采用具備下述性質(zhì)的NOx吸留還原催化 劑來作為NOx減少催化劑，即，將排氣氣體3中的NOx氧化而作為硝酸鹽的狀態(tài)暫時吸留， 且在排氣氣體3中的O2濃度降低時通過未燃HC或CO等的介入將NOx分解放出而還原凈 化的性質(zhì)，這樣進行時，排氣氣體3中的NO的一部分在通過氧化催化劑15期間發(fā)生氧化而 成為反應(yīng)性高的NO2,由于該反應(yīng)性高的NO2的比率增加，反應(yīng)速度快的吸留反應(yīng)受到促進 而實現(xiàn)良好的NOx減少。應(yīng)予說明，不言而喻，本發(fā)明的排氣凈化裝置并不僅限于上述實施例，可在不脫離 本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)進行各種改變。
權(quán)利要求
排氣凈化裝置，是在排氣管的中途具備NOx減少催化劑、且在該NOx減少催化劑的上游具備微粒過濾器的排氣凈化裝置，其中，在前述微粒過濾器的前段設(shè)置能夠噴射適量的燃料并點火燃燒的燃燒器，同時在前述微粒過濾器與前述NOx減少催化劑之間，安裝對排氣氣體中的未燃HC進行氧化處理且對排氣氣體中的NO變?yōu)镹O2的氧化反應(yīng)進行促進的氧化催化劑。
2.權(quán)利要求1所述的排氣凈化裝置，其中NOx減少催化劑是選擇還原型催化劑或NOx 吸留還原催化劑中的任一者。
全文摘要
本發(fā)明的技術(shù)問題涉及實現(xiàn)了微粒與NOx的同時減少的排氣凈化裝置，且在于使得能夠與運行條件無關(guān)地始終保持高NOx減少率。本發(fā)明涉及排氣凈化裝置，其在排氣管4的中途具備選擇還原型催化劑5作為NOx減少催化劑，并在該催化劑上游具備微粒過濾器13，所述選擇還原型催化劑5具備即使在氧共存下也能選擇性地使NOx與氨反應(yīng)的性質(zhì)，在前述微粒過濾器13的前段，設(shè)置能夠噴射適量的燃料并點火燃燒的燃燒器14，同時在前述微粒過濾器13與前述選擇還原型催化劑5之間，安裝對排氣氣體3中的未燃HC進行氧化處理且對排氣氣體3中的NO變?yōu)镹O2的氧化反應(yīng)進行促進的氧化催化劑15。
文檔編號F01N3/36GK101815852SQ20088011027
公開日2010年8月25日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月4日
發(fā)明者佐野類, 南川仁一, 通阪久貴 申請人:日野自動車株式會社