還原劑供應(yīng)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及一種用于供應(yīng)碳?xì)浠衔铮ㄈ剂希┳鳛橛糜贜Ox還原的還原劑的還原 劑供應(yīng)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，在存在還原催化劑的情況下在NOx與還原劑的反應(yīng)中凈化包含在內(nèi)燃機(jī)的 廢氣中的N0x(氧化氮）。例如專利文獻(xiàn)（JP2009-162173A)公開了一種使用用于內(nèi)燃機(jī)的 燃燒的燃料（碳?xì)浠衔铮┳鳛檫€原劑的凈化系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)在還原催化劑上游的位置 處將燃料供應(yīng)到排氣通道。在凈化系統(tǒng)中，當(dāng)還原催化劑的溫度并未達(dá)到激活溫度時(shí)，停止 燃料供應(yīng)直到還原催化劑的溫度達(dá)到激活溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 然而，根據(jù)本公開的發(fā)明人的研宄，當(dāng)還原催化劑的溫度達(dá)到激活溫度但沒有達(dá) 到某一高溫時(shí)，通過燃料的NOx還原行為（還原性能）仍然是低的，不能獲得足夠的NOx凈 化率。
[0004] 本公開的目的是提供一種具有改進(jìn)的NOx凈化率的還原劑供應(yīng)設(shè)備。
[0005] 在本公開的一方面，一種還原劑供應(yīng)設(shè)備用于燃料燃燒系統(tǒng)，該燃料燃燒系統(tǒng)包 括具有被布置在廢氣通道中的還原催化劑的NOx凈化設(shè)備，以凈化包含在內(nèi)燃機(jī)的廢氣中 的NOx。還原劑供應(yīng)設(shè)備在還原催化劑上游的位置將還原劑供應(yīng)到廢氣通道中。
[0006] 所述還原劑供應(yīng)設(shè)備包括反應(yīng)容器、當(dāng)量比控制器和溫度控制器。反應(yīng)容器其中 具有反應(yīng)室，在反應(yīng)室內(nèi)，碳?xì)浠衔锏娜剂吓c空氣混合并且被空氣中的氧氣氧化。當(dāng)量比 控制器將反應(yīng)室內(nèi)部的燃料與空氣的當(dāng)量比調(diào)節(jié)到規(guī)定的當(dāng)量比范圍內(nèi)。溫度控制器將反 應(yīng)室內(nèi)部的溫度調(diào)節(jié)到規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。規(guī)定的當(dāng)量比范圍和規(guī)定的溫度范圍被設(shè)定為 使得生成冷焰反應(yīng)，反應(yīng)室內(nèi)部的燃料通過冷焰反應(yīng)被空氣中的氧氣部分氧化。將通過冷 焰反應(yīng)被部分氧化的燃料用作還原劑。
[0007] 應(yīng)當(dāng)注意到，甚至在大氣壓力下，在高溫環(huán)境下的燃料經(jīng)由與空氣中包含的氧氣 的氧化反應(yīng)通過自點(diǎn)火燃燒。這樣的通過自點(diǎn)火燃燒的氧化反應(yīng)也被稱為"熱焰反應(yīng)"，其 中生成二氧化碳和水，同時(shí)生成熱。然而，當(dāng)燃料和空氣的比率（即，當(dāng)量比）以及環(huán)境溫度 落入給定范圍內(nèi)時(shí)，氧化反應(yīng)停留在如下文所示的冷焰反應(yīng)中所持續(xù)的時(shí)間段變得更長， 并且之后熱焰反應(yīng)發(fā)生。也就是說，氧化反應(yīng)以兩個(gè)步驟（冷焰反應(yīng)和熱焰反應(yīng)）發(fā)生。
[0008] 當(dāng)環(huán)境溫度為低并且當(dāng)量比為低時(shí)，很可能發(fā)生冷焰反應(yīng)。在冷焰反應(yīng)中，燃料被 環(huán)境空氣中包含的氧氣部分氧化。當(dāng)由于冷焰反應(yīng)引起的熱生成而導(dǎo)致環(huán)境溫度上升，并 且之后過去給定時(shí)間，則被部分氧化的燃料（例如醛）被進(jìn)一步氧化，由此熱焰反應(yīng)發(fā)生。 當(dāng)將經(jīng)由冷焰反應(yīng)生成的部分氧化的燃料（例如醛）用作NOx凈化還原劑時(shí)，與其中使用 未部分氧化的燃料的情況相比，改進(jìn)了 NOx凈化率。
[0009] 鑒于以上內(nèi)容，本公開的發(fā)明人研宄了使用重新形成的燃料作為NOx凈化的還原 劑以改進(jìn)NOx凈化率。通過經(jīng)由冷焰反應(yīng)將燃料重新形成為例如醛來生成重新形成的燃 料。結(jié)果，發(fā)明人獲得以下認(rèn)知：通過將環(huán)境溫度和當(dāng)量比分別調(diào)節(jié)到給定范圍內(nèi)冷焰反應(yīng) 可在熱焰反應(yīng)之前發(fā)生。
[0010] 考慮到所述認(rèn)知，還原劑供應(yīng)設(shè)備包括具有反應(yīng)室的反應(yīng)容器，并且燃料被反應(yīng) 室內(nèi)部的空氣中的氧氣氧化。反應(yīng)室內(nèi)部的溫度和當(dāng)量比被調(diào)節(jié)為使得發(fā)生冷焰反應(yīng)，由 此經(jīng)由冷焰反應(yīng)來部分氧化燃料。然后，部分氧化的燃料用作NOx凈化中的還原劑。因此， 與其中將不被部分氧化的燃料用作還原劑的情況相比，可改進(jìn)NOx凈化率
【附圖說明】
[0011] 根據(jù)以下說明、所附權(quán)利要求和附圖，將最好地理解本公開以及其附加目的、特征 和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中：
[0012] 圖1是應(yīng)用到燃燒系統(tǒng)的還原劑供應(yīng)設(shè)備的示意圖；
[0013] 圖2是還原劑供應(yīng)設(shè)備的橫截面視圖；
[0014] 圖3是示出噴射孔的橫截面形狀的燃料噴射器的橫截面視圖；
[0015] 圖4是在加熱器加熱表面上的燃料噴霧的投影面積的示意圖；
[0016] 圖5是涉及冷焰反應(yīng)和熱焰反應(yīng)的兩步驟氧化反應(yīng)的圖；
[0017] 圖6是示出對(duì)應(yīng)冷焰反應(yīng)的圖5的部分的圖；
[0018] 圖7是示出冷焰反應(yīng)的反應(yīng)過程的圖；
[0019] 圖8是示出模擬在初始溫度的不同條件下由兩步驟氧化反應(yīng)引起的溫度變化的 結(jié)果的圖；
[0020] 圖9是示出模擬在當(dāng)量比的不同條件下由兩步驟氧化反應(yīng)引起的溫度變化的結(jié) 果的圖；
[0021] 圖10是示出其中發(fā)生兩步驟氧化反應(yīng)的初始溫度和當(dāng)量比的區(qū)域的圖；
[0022] 圖11是示出模擬在臭氧濃度的不同條件下由兩步驟氧化反應(yīng)引起的溫度變化的 結(jié)果的圖；
[0023] 圖12是示出根據(jù)圖1所示的還原劑供應(yīng)設(shè)備在臭氧的生成和重新形成的燃料的 生成之間切換的過程的流程圖；
[0024] 圖13是示出圖12中示出的臭氧生成控制的子例程的過程的流程圖；
[0025] 圖14是示出圖12中示出的重新形成的燃料生成控制的子例程的過程的流程圖；
[0026] 圖15是應(yīng)用到燃燒系統(tǒng)的還原劑供應(yīng)設(shè)備的示意圖；以及
[0027] 圖16是應(yīng)用到燃燒系統(tǒng)的還原劑供應(yīng)設(shè)備的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下文將參考附圖來描述本公開的多個(gè)實(shí)施例。在實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于在之前實(shí)施例 中描述的事物的部分可被分配有相同的附圖標(biāo)記，并且可省略對(duì)該部分的冗余解釋。當(dāng)在 實(shí)施例中描述僅配置的一部分時(shí)，將另一之前實(shí)施例應(yīng)用到該配置的其他部分。各部分可 以組合，即使未明確描述各部分可以組合。實(shí)施例可以部分組合，即使未明確描述實(shí)施例可 組合，假如在組合中不存在危害。
[0029] (第一實(shí)施例）
[0030] 圖1中示出的燃燒系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)10、增壓器11、柴油微粒過濾器（DPF) 14、DPF 再生設(shè)備（再生D0C14a)、NOx凈化設(shè)備15、還原劑凈化設(shè)備（凈化DOC16)以及還原劑供 應(yīng)設(shè)備。燃燒系統(tǒng)安裝在車輛上并通過來自內(nèi)燃機(jī)10的輸出為車輛供電。在本實(shí)施例中， 內(nèi)燃機(jī)10是使用柴油燃料（輕油）用于燃燒的壓縮自點(diǎn)火柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0031] 增壓器11包括渦輪11a、旋轉(zhuǎn)軸Ilb和壓縮機(jī)11c。渦輪Ila被布置在內(nèi)燃機(jī)10 的廢氣通道IOex中并且通過廢氣的動(dòng)能旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸Ilb將渦輪Ila的葉輪連接到壓縮 機(jī)Ilc的葉輪并且將渦輪Ila的旋轉(zhuǎn)力傳輸?shù)綁嚎s機(jī)11c。壓縮機(jī)Ilc被布置在內(nèi)燃機(jī)10 的進(jìn)氣通道IOin中，并且在壓縮（機(jī)增壓）進(jìn)氣之后將進(jìn)氣供應(yīng)到內(nèi)燃機(jī)10。
[0032] 冷卻器12被布置在壓縮器Ilc下游的進(jìn)氣通道IOin中。冷卻器12冷卻由壓縮 機(jī)Ilc壓縮的進(jìn)氣，并且在通過節(jié)流閥13調(diào)節(jié)壓縮的進(jìn)氣的流量之后經(jīng)由進(jìn)氣歧管將冷卻 器12冷卻的壓縮進(jìn)氣分配到內(nèi)燃機(jī)10的多個(gè)燃燒室中。
[0033] 再生DOC 14a (柴油氧化催化劑）、DPF 14 (柴油顆粒過濾器）、N0x凈化設(shè)備15和 凈化DOC 16以該順序被布置在渦輪Ila下游的排氣通道IOex中。DPF 14收集廢氣中包含 的微粒。再生DOC 14a包括對(duì)廢氣中包含的未燃燒燃料進(jìn)行氧化并且燃燒未燃燃料的催化 劑。通過燃燒未燃燃料，燃燒由DPF 14收集的微粒并且再生DPF 14,由此維持DPF 14的收 集能力。應(yīng)當(dāng)注意到，通過再生DOC 14a內(nèi)部的未燃燒燃料的該燃燒并非不斷執(zhí)行，而是當(dāng) 需要DPF 14的再生時(shí)暫時(shí)執(zhí)行。
[0034] 還原劑供應(yīng)設(shè)備的供應(yīng)通道32連接到DFP 14下游并且NOx凈化設(shè)備14上游的 廢氣通道10ex。將由還原劑供應(yīng)設(shè)備生成的重新形成的燃料作為還原劑經(jīng)由供應(yīng)通道32 供應(yīng)到廢氣通道IOex中。如稍后將參考圖7描述的，通過將用作還原劑的碳?xì)浠衔铮?燃料）部分氧化成部分氧化的碳?xì)浠衔铮ɡ缛瑏砩芍匦滦纬傻娜剂稀?br>[0035] NOx凈化設(shè)備15包括用于承載還原催化劑的蜂巢載體15b和將載體15b包圍其 中的外殼15a。NOx凈化設(shè)備15在存在還原催化劑的情況下通過NOx與重新形成的燃料的 反應(yīng)（g卩，NOx到N 2的還原過程）來凈化廢氣中包含的NOx。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管除了 NOx之 外，〇2也包含在廢氣中，但是重新形成的還原劑在存在O2的情況下選擇性地（優(yōu)先）與NOx 反應(yīng)。
[0036] 在本實(shí)施例中，還原催化劑具有吸附NOx的吸附性。更特別地，在催化劑溫度低于 通過還原催化劑的還原反應(yīng)能夠發(fā)生時(shí)所在的激活溫度時(shí)，還原催化劑展現(xiàn)吸附廢氣中的 NOx的吸附性。然而，當(dāng)催化劑溫度高于激活溫度時(shí)，被還原催化劑吸附的NOx被重新形成 的燃料還原并且然后從還原催化劑釋放。例如，NOx凈化設(shè)備15可利用由載體15b承載的 銀/鋁催化劑來提供NOx吸附性能。
[0037] 凈化DOC 16具有包圍承載氧化催化劑的載體的外殼。在存在氧化催化劑的情況 下，凈化DOC 16氧化從NOx凈化設(shè)備15流出而不被用作NOx還原的還原劑。因此，還原劑 可被禁止通過廢氣通道IOex的出口釋放到大氣中。應(yīng)當(dāng)注意到，氧化催化劑的激活溫度 (例如200°C )低于還原催化劑的激活溫度（例如250°C )。
[0038] 接下來，下文將描述還原劑供應(yīng)設(shè)備。通常，還原劑供應(yīng)設(shè)備生成重新形成的燃料 并且經(jīng)由供應(yīng)通道32將重新形成的燃料供應(yīng)到廢氣通道1