CN101094975A - 用于供给燃料或还原剂的装置和方法以及等离子体焰炬 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于供给燃料或还原剂的装置和方法，其中能使通过喷射供给的燃料或还原剂汽化和/或能提供具有高反应性的燃料或还原剂，和提供了一种可用于它的等离子体焰炬(30)。用于供给燃料或还原剂的装置包括用于将气体(23，33)转变成等离子体并吹出等离子体的等离子体焰炬(30)，和用于将燃料或还原剂喷射到被供以等离子体的区域(20)的喷射器(18)。所述方法包括将气体(23，33)转变成等离子体，吹出等离子体，和将燃料或还原剂喷射到等离子体区域(20)中。

Description

用于供给燃料或还原剂的装置和方法以及等离子体焰炬
技术领域
本发明涉及一种用于供给燃料或还原剂的装置和方法，以及能用于所述装置和方法的等离子体焰炬。
背景技术
图1表示用于将燃料直接喷射到内燃机燃烧室的传统喷射器，该喷射器10包括接近圆柱形的喷嘴12和接近柱状的针阀14，喷嘴12中具有中空空间13，针阀14在喷嘴12的中空空间中滑动(移动)。将喷嘴12和针阀14设置成使得它们的轴线A同轴延伸。此外，在喷嘴12中设有与中空空间13连通的供给通道15，供给通道15与燃料源(未示出)相连，高压燃料通过供给通道15供给到中空空间13中。供给的燃料通过针阀14和喷嘴12的内壁面之间的环形通路16流到喷嘴12的远端部分18，且在喷嘴12的远端部分18被从喷射孔19喷射出来。在该喷射器中，通过使针阀14在中空空间13中滑动以使针阀14的远端与喷嘴远端部分18的内壁面接触来关闭或打开喷射孔19的入口，藉此控制从喷射口19进行的燃料喷射。
这种喷射器也用于将燃料喷射到排气管中，在排气管中流动着来自内燃机的废气，这在未经审查的日本专利(Kokai)2001-159309中被披露。未经审查的日本专利(Kokai)2001-159309提出通过利用设置在催化剂上游的放电装置在排气管中产生放电并在放电装置的更上游侧上喷射还原剂。根据该技术，由于碳氢化合物的存在，能加快放电装置中从NO到NO2的氧化速度。此外，未经审查的日本专利(Kokai)2001-159309提出了在催化剂上游喷射还原剂和在催化剂上产生放电等离子体。根据该技术，加快了催化剂上反应的速度并能加强净化活动。
在未经审查的日本专利(Kokai)5-321634中也描述了使用用于净化汽车废气的放电等离子体。未经审查的日本专利(Kokai)5-321634涉及通过PM捕集器收集柴油机废气中的颗粒物质(在下文中称为“PM”)和通过将新鲜空气供给到PM捕集器来使PM捕集器再生的PM消除装置。在该公开文献中，提出向供给到PM捕集器的新鲜空气中喷射水，通过对包含水的新鲜空气进行电晕放电来产生羟基，并通过产生的羟基的作用来加快在PM捕集器中捕集的PM的燃烧速度。
关于使汽车废气净化的放电等离子体的使用，未审查的日本专利(Kokai)6-343820提出向等离子体产生装置供应水蒸汽并将获得的水蒸汽等离子气体供给到废气中，藉此使废气中的有害成分氧化并使其变为无害的。在该公开文献中，披露了通过将水蒸汽供给到等离子体产生装置来获得活性化学物质如O、OH、H、H2O和O3。
日本专利(Kokai)2002-61556披露了用于将汽油喷射到内燃机燃烧室的喷嘴，在喷嘴中，在燃料的通道中产生放电，从而在将燃料喷射到燃烧室之前给燃料充电。该专利公开文献声明，该充电在燃料与空气混合时促进了燃料的电离，从而导致在燃烧时产生很少NOX、CO等等。
如上所述，用于喷射燃料或还原剂的喷射器正在用于各种用途，然而，在这些用途的任一个中，特别是在低温下，存在不能仅仅通过喷射使燃料或还原剂令人满意地汽化的问题。
在将燃料喷射到直喷式内燃机的燃烧室时燃料没有令人满意地汽化的情况下，不充分地进行燃料和空气之间的混合，这趋向于使燃料燃烧不完全和产生PM。
在将还原剂喷射到其中流动着内燃机废气的排气管中时还原剂没有令人满意地汽化的情况下，向催化剂的扩散以及与催化剂的接触可能变得不够，因而不能实现充分净化，或还原剂可能未反应并按原样释放到空气中。
传统上已知用等离子体净化废气，如未审查的日本专利(Kokai)2001-159309中所述的。然而，如在未审查的日本专利(Kokai)2001-159309中那样当将燃料喷射到废气并在随后的废气处理过程中提供等离子体时，废气流作为整体转变成等离子态，因而为了产生等离子体需要较大的能量或等离子体密度减小。
因而，需要用于供给燃料或还原剂的装置和方法，其中甚至在没有考虑到仅仅喷射的燃料或还原剂的充分汽化的情况下，通过喷射供给的燃料或还原剂也能汽化，和/或能较容易地提供具有高反应性的燃料或还原剂。
发明内容
本发明的用于供给燃料或还原剂的装置包括用于将气体转变成等离子体并供给等离子体的等离子体焰炬，和用于将燃料或还原剂喷射到被供以等离子体的区域的喷射器。
本发明中使用的“等离子体焰炬”是指将供给的气体转变成等离子体并供给等离子体的等离子体产生装置，特别是能从其远端部喷出等离子体的等离子体产生装置。
根据本发明的用于供给燃料或还原剂的装置，能通过基团的形成和裂化将从喷射器喷射的燃料或还原剂转变成具有高反应性的低分子量成分，和/或甚至在不能仅仅通过喷射燃料或还原剂获得令人满意的汽化的情况下也能使从喷射器喷射的燃料或还原剂迅速汽化。
根据本发明的用于供给燃料或还原剂的装置，能仅仅在用于喷射燃料或还原剂的喷射器的喷射口附近产生等离子体，即，不是在喷射燃料或还原剂的整个空间中而是仅仅在该空间的一部分中产生等离子体。因而，能使得待转变成等离子体的空间较小，即，能以较小的能量消耗获得高的等离子体密度。
根据本发明的用于供给燃料或还原剂的装置，与单独将燃料或还原剂转变成等离子体的情况相比，等离子体中的燃料或还原剂的浓度减小，因而能抑制碳烟的产生。
此外，根据本发明的用于供给燃料或还原剂的装置，能选择待转变成等离子体的气体以便能防止等离子体焰炬腐蚀。
在本发明的用于供给燃料或还原剂的装置的另一个实施例中，待转变成等离子体的气体选自氮(N2)、空气、氩(Ar)和再循环废气(EGR(废气再循环)气体)。
由于能将氮、空气、氩或再循环废气转变成等离子体且能从喷射器将燃料或还原剂喷射到等离子体，所以能加快燃料或还原剂的基团的形成、裂化、汽化等等的速度。
特别地，在将空气和/或EGR气体供给到等离子体焰炬并将其转变成等离子体的情况下，包含在空气和/或EGR气体中的水分在转变成等离子体时能产生羟基和O基，这些基团加快了裂化和重整的速度，或结合到被等离子体打断的燃料或还原剂分子链的末端，从而防止不饱和碳氢化合物的产生或抑制碳烟的产生。重整的或分子量减小的燃料或还原剂是非常活跃的还原剂且在许多应用中是优选的。此外，在将空气和/或EGR气体供给到等离子体焰炬并将其转变成等离子体的情况下，有利地不需要用于存储供给到等离子体焰炬的气体的罐或类似装置，这是因为能分别从大气和废气流中获得空气和EGR气体。
在将EGR气体供给到等离子体焰炬并将其转变成等离子体的情况下，这是有利的，因为EGR气体具有较低的氧浓度，使得燃料或还原剂的氧化和消耗较少，且EGR气体具有较稳定的例如大约5到10％的含水浓度。
在本发明的用于供给燃料或还原剂的装置的又一个实施例中，装置包括用于将水供给到被供以等离子体的区域的供水装置。
供水装置可以是用于喷水的另一个喷射器，但用于喷射燃料或还原剂的喷射器可以同时作为用于供水的供水装置工作。
根据该实施例，将水与燃料或还原剂一起转变成等离子体以产生羟基和O基团，以便能加快燃料或还原剂的裂化与重整的速度和能抑制碳烟的产生。
在本发明的用于供给燃料或还原剂的装置的一个实施例中，等离子体焰炬和用于喷射燃料或还原剂的喷射器是分开的。
根据该实施例，被供以等离子体的区域与喷射器分开，以便能防止喷射器由于等离子体而变坏。
在本发明的用于供给燃料或还原剂的装置的一个实施例中，喷射器的喷嘴设置在等离子体焰炬中且待转变成等离子体的气体在等离子体焰炬的内壁和喷射器的喷嘴之间流动。
根据该实施例，能改善等离子体与从喷射器喷射的燃料或还原剂的接触。
在该实施例中，通过用喷射器的喷嘴作为放电电极以及通过在喷嘴和与其配合的电极之间施加电压以产生放电，能在喷射器的喷射口附近产生放电等离子体。
此外，在该实施例中，通过在喷射器的喷射口外围设置感应线圈，从高频电源向喷射口外围的感应线圈供应高频电流，在喷射口附近产生磁场，以及产生涡电流，能在喷射口附近产生感应耦合等离子体。
在本发明的用于供给燃料或还原剂的装置的一个实施例中，等离子体是放电等离子体，并且当待转变成等离子体的气体特别是EGR气体的温度低于预定温度时，特别地低于100℃时，更特别地低于120℃时，不在等离子体焰炬将气体转变成等离子体。
当将待转变成等离子体的气体冷却到低温时，包含在气体中的水分有时凝结成液态水。特别地，由于EGR气体具有较高的含水量，所以当它在供给到等离子体焰炬的过程中被冷却时，它可能产生液态水。在用于本发明中的等离子体焰炬通过放电产生等离子体的情况下，如果在放电部分中存在液态水，则可能发生短路，这可能引起装置损坏。因而，根据该实施例，当温度低于预定温度时不进行放电，以便能防止装置变坏或出现类似情况。
在本发明的用于供给燃料或还原剂的装置的一个实施例中，当被供以燃料或还原剂的空间中的氧浓度超过预定浓度时，不在等离子体焰炬将气体转变成等离子体。
当通过等离子体引起燃料或还原剂特别是较轻的燃料或还原剂如汽油的裂化和重整时，如果在被供以燃料或还原剂的空间中氧浓度高，则氧化或燃烧反应可能在那里消耗较大量的燃料或还原剂。因而，当该空间中的氧浓度超过预定浓度时，例如超过10％，特别地5％，不进行放电，藉此能有效利用燃料或还原剂。在为了净化废气而将燃料或还原剂喷射到排气管的情况下，考虑到能量消耗，这是特别优选的。
在本发明的用于供给燃料或还原剂的方法中，将气体转变成等离子体并供给等离子体，和将燃料或还原剂喷射到等离子体。
本发明的等离子体焰炬将气体转变成等离子体并将等离子体供给到用于喷射燃料或还原剂的喷射器的喷射口附近。
根据本发明的用于供给燃料或还原剂的方法或等离子体焰炬，能通过基团的形成和裂化将通过喷射供给的燃料或还原剂转变成具有高反应性的低分子量成分，和/或即使没有仅仅通过喷射燃料或还原剂使燃料或还原剂令人满意的汽化，也能使通过喷射供给的燃料或还原剂迅速汽化。
附图说明
图1是放大的横截面图，表示传统的喷射器；
图2是横截面图，表示本发明的用于供给燃料或还原剂的装置的原理；
图3是示意性横截面图，表示本发明的利用放电等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置的一个实施例；
图4是示意性横截面图，表示本发明的利用放电等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置的另一个实施例；
图5是示意性横截面图，表示本发明的利用放电等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置的又一个实施例；
图6是表示用于喷射燃料和水的喷嘴的示意性横截面图，该喷嘴能用于本发明的用于供给燃料或还原剂的装置中；
图7是示意性横截面图，表示本发明的利用感应耦合等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置的一个实施例；
图8是示意性横截面图，表示本发明的利用微波等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置的一个实施例；
图9是框图，表示用于将空气供给到等离子体焰炬的供给机构的一个实施例；
图10是框图，表示用于将EGR气体供给到等离子体焰炬的供给机构的一个实施例；
图11是表示直喷式内燃机的示意性横截面图，在该直喷式内燃机上能使用本发明的用于供给燃料或还原剂的装置；
图12是表示废气净化系统的示意性横截面图，在该废气净化系统上能使用本发明的用于供给燃料或还原剂的装置；
图13是示意性横截面图，表示用于通过等离子体进行碳氢化合物分子的裂化的实验装置；
图14是示意性横截面图，表示在图13中所示的实验装置中使用的喷嘴。
具体实施方式
下面基于图中所示的实施例具体描述本发明，每个图都是表示本发明原理的图，但本发明不局限于这些实施例。
<本发明的用于供给燃料或还原剂的装置>
通过参考图2能概略地描述本发明的用于供给燃料或还原剂的装置。
在本发明的用于供给燃料或还原剂的装置中，能将从喷射器喷射的燃料或还原剂至少部分地转变成等离子体。如图2中所示，这能通过下列方式完成：将燃料或还原剂从位于喷嘴末端部分18的喷射口19喷射到等离子体区域，特别是，喷射口19附近的等离子体区域20。
能通过将气体如氮、空气、氩和再循环废气转变成等离子体，然后将等离子体喷出(供给)到用于喷射燃料或还原剂的喷射器的喷射口附近来形成等离子体区域。
除了例如可以是碳氢化合物如汽油和轻油、醚或乙醇之外，能根据用途选择由本发明用于供给燃料或还原剂的装置喷射的燃料或还原剂。顺便说说，术语“燃料”和“还原剂”是根据正在用的喷射器的用法选择的术语。一般而言，“燃料”是用于表明从喷射器供给的物质的术语，在该喷射器中，被供给的物质是用来爆发性地燃烧的，“还原剂”是用于表明从喷射器供给的物质的术语，在该喷射器中，被供给的物质是用于还原其它物质的。因而，这些术语有时表明同样的物体，并能彼此可交换地使用。更具体地，在一些情况下，汽油作为“燃料”喷射到燃烧室中以在内燃机中产生动力，同时，汽油作为“还原剂”喷射到排气管中以还原从该内燃机排出的废气中的NOX。当然，作为内燃机动力能源的“燃料”可以不同于用于净化废气的“还原剂”。
关于在本发明的用于供给燃料或还原剂的装置中使用的喷射器，可以使用任何喷射器。例如，该喷射器可以是图1中所示的用于将燃料喷射到内燃机燃烧室的传统喷射器10。
在如图2中所示的通过在喷射器喷射口19附近的区域中的等离子体焰炬产生等离子体区域20的情况下，喷射口19附近的该等离子体区域20不是通过喷射器喷射燃料或还原剂的空间如排气管或燃烧室的全部，而是该空间的一部分，例如可以是离喷射口195cm内的区域，特别地离喷射口192cm内的区域，更特别地离喷射口191cm内的区域。
本发明的用于供给燃料或还原剂的装置可以具有任何机构，例如可以具有图3到8中所示的机构。
<本发明的利用放电等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置>
图3中所示的用于供给燃料或还原剂的装置利用放电等离子体。在图3中所示的用于供给燃料或还原剂的装置中使用的等离子体焰炬30内，放电电极36设置在导电圆柱管道32的中心轴上，导电圆柱管32用于通过将要转变成等离子体的气体，例如氮，且在管道32和放电电极36之间设置绝缘材料34。管道32和放电电极36分别与地面和电源38相连以彼此作为反电极工作。管道32和放电电极36可以是阴极或阳极。此外，管道32或放电电极36可以接地。
当使用该用于供给燃料或还原剂的装置时，通过电源38在管道32和放电电极36之间产生放电，藉此将通过等离子体焰炬30中的流动通路供应的气体23转变成等离子体。从喷射器10将燃料或还原剂喷射到等离子体区域20中。
在图3中，用管道作为一个电极，但当然能用单独的电极作为放电电极36的反电极。
也可以采用图4中所示的机构，其中用于喷射燃料或还原剂的喷射器10的喷嘴设置在等离子体焰炬30′中，待转变成等离子体的气体33在等离子体焰炬30′的内壁和喷射器10的喷嘴之间流通，且用喷射器10的喷嘴作为一个电极。
此外，在进一步将水供给到产生等离子体的区域的情况下，如图5中所示，可以使用用于喷水的附加喷射器10′。在这种情况下，如图6中所示，也可以用具有两个同轴通路并能喷射燃料或还原剂和水的喷嘴18′代替用于喷射燃料或还原剂的喷射器10的喷嘴。
在等离子体焰炬中，用作电极的部分可以由这样的一种材料形成，当在电极之间施加电压时，该材料能作为放电电极工作。关于这种材料，可以使用导电材料或半导体材料，但金属材料如铜、钨、不锈钢、铁和铝是优选的。特别地，在电弧放电中，电极达到高温，因而优选地使用高熔点材料，如钨。此外，可以将绝缘材料设置在这种导电或半导体材料上以便产生势垒放电。
放电等离子体意味着通过下面的方式产生的等离子体：使通过电极之间的放电产生的高能电子与气体分子碰撞，从而使气体分子离子化成正离子和负离子。为了产生该放电等离子体，可以使用任何放电方式，能采用电弧放电或电晕放电，如势垒放电。
在用电弧放电在等离子体焰炬中产生等离子体的情况下，电源38例如能供应1到50伏特的电压和5到500安培的电流。在该电弧放电中，放电由从阴极发出的电子维持。关于产生电弧放电的电流，不仅能使用直流电而且能使用交流电。
电弧放电是有利的，因为能通过增加放电电流或放电电压容易地增加输出，和因为稳定的放电能持续很长一段时间。此外，电弧放电是有利的，因为用于产生电弧放电的装置和技术简单且设备的成本较低。
在用电晕放电在等离子体焰炬中产生等离子体的情况下，电源38可以供应脉冲直流电压或脉冲交流电压。关于施加在电极之间的电压，一般能使用1到100千伏的电压和例如5到20千伏的电压。所施加电压的脉冲周期可以从0.1μs到10ms，特别是从0.1到10μs。
顺便说说，考虑到等离子体的稳定性和电极的耐用性，优选地通过在电极上设置绝缘材料来执行势垒放电。
<本发明的利用感应耦合等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置>
图7中所示的本发明的用于供给燃料或还原剂的装置使用感应耦合等离子体。在图7中所示的用于供给燃料或还原剂的装置中使用的等离子体焰炬40中，用于待转变成等离子体的气体(如氮)流动的管道42的远端部分由传递电磁波的材料形成，例如绝缘材料，如石英，且用于产生感应电场的感应线圈44设置在远端部分的外围中。感应线圈在一端通过匹配箱49与高频电源48相连，在另一端接地。
在使用该用于供给燃料或还原剂的装置时，从高频电源48向感应线圈44供应高频电流，同时通过匹配箱49调节阻抗，结果，在管道42的远端部分内，产生磁场，从而产生涡电流，藉此在管道42中及其附近感应产生等离子体20。关于这里使用的高频电流，例如，能使用具有2到50MHz频率的电流，特别是具有从3到40MHz频率的电流。
考虑到耐用性，该感应耦合等离子体是优选的，因为能防止电极(金属部分)直接暴露于高温等离子体。
与本发明的利用放电等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置相似，在本发明的利用感应耦合等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置中，能将用于喷射燃料或还原剂的喷射器10的喷嘴设置在等离子体焰炬中，且能进一步将水供给到产生等离子体的区域。
<本发明的利用微波等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置>
图8中所示的等离子体焰炬50产生微波等离子体，在图8中所示的等离子体焰炬50中，在管道中设置激发等离子体的材料55以便待转变成等离子体的气体流动，激发等离子体的材料55在受到微波的辐射时加快其周围的等离子体的激发。激发等离子体的材料例如是导电陶瓷，特别是导电陶瓷烧结体，如碳化硅烧结体。
在使用该等离子体焰炬50时，由微波产生装置如磁控管产生的微波和例如处于大约2.54GHz频率的微波通过波导管并从天线辐照到将要转变为等离子体的气体上，从而电场强度加强并产生等离子体。
尤其，在大气压力或高于大气压的气体压力下产生微波导致的等离子体的情况下，使用激发等离子体的材料55并通过将微波辐照到激发等离子体的材料而在激发等离子体的材料附近产生等离子体。
考虑到耐用性，使用微波等离子体是优选的，因为能防止电极(金属部分)直接暴露于高温等离子体。
与本发明的利用放电等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置相似，在本发明的利用微波等离子体的用于供给燃料或还原剂的装置中，能将用于喷射燃料或还原剂的喷射器10的喷嘴可设置在等离子体焰炬中，且能进一步将水供给到产生等离子体的区域。
<用于向等离子体焰炬供给气体的机构>
将待转变成等离子体的气体供给到等离子体焰炬，可以使用任何机构。例如，能从存储这种气体的气罐供给待转变成等离子体的气体，特别是氮或氩。此外，在向排气管供给还原剂的情况下，当待转变成等离子体的气体是空气时，如图9中所示，能通过随意地使用一泵来从周围环境中供给气体。此外，当待转变成等离子体的气体是再循环废气时，如图10(a)和10(b)中所示，气体能从废气净化催化剂如NOX存储-还原型催化剂或NOX选择还原型催化剂的下游侧、或从位于等离子体焰炬下游的废气净化催化剂的上游侧再循环。
在测量待转变成等离子体的气体温度的情况下，如图9和图10(a)与10(b)中所示，可以在通向等离子体焰炬的供气通道中设置温度传感器，也能通过在等离子体焰炬本身中设置温度传感器来测量气体温度。
在测量被供以燃料或还原剂的区域中的氧浓度的情况下，不仅测量该区域本身中的氧浓度，而且如图9和图10(b)中所示，能测量该区域上游的氧浓度。
<本发明的用于供给燃料或还原剂的方法，和等离子体焰炬>
本发明的用于供给燃料或还原剂的方法和等离子体焰炬如上面关于用于供给燃料或还原剂的装置所述。
<直喷式内燃机>
图11表示直喷式内燃机，其中能使用本发明的用于供给燃料或还原剂的装置和方法以及等离子体焰炬。
图11中所示的直喷式内燃机包括喷射器10、气缸体61、气缸盖62、活塞63、燃烧室64、进气阀65、进气口66、排气阀67和排气口68。在这种情况下，通过控制线10a控制喷射器10的燃料喷射。在直喷式内燃机60中，可以喷射通常用于直喷式内燃机的燃料，如汽油和轻油。
当本发明的用于供给燃料或还原剂的装置或方法或等离子体焰炬用于这种直喷式内燃机时，能在等离子体区域20中将喷射器10喷射的燃料转变成具有高反应性的低分子量成分，和/或能使喷射器10喷射的燃料汽化，以便能加快燃烧室中燃料的燃烧和/或燃料与空气的混合的速度，并能防止排放出未燃烧的燃料或防止产生PM。
可以一直产生等离子体20，但考虑到能量消耗，优选地仅仅在喷射燃料时产生等离子体，特别地，仅仅在低温下喷射燃料时如在内燃机启动时产生等离子体。
<废气净化系统>
图12表示废气净化系统，其中能使用本发明的用于供给燃料或还原剂的装置和方法以及等离子体焰炬。
图12中所示的废气净化系统70包括喷射器10，排气管76，催化剂特别是NOX净化催化剂72，如NOX存储-还原型催化剂或NOX选择还原型催化剂，以及壳体74。箭头79表示废气流动方向，通过控制线10a控制喷射器10的还原剂喷射。
在该废气净化系统70中，不仅能将用作内燃机动力能源的燃料如汽油和轻油作为还原剂进行喷射，而且能喷射单独的还原剂。能用于废气净化系统70的NOX净化催化剂是加快废气中、特别是内燃机废气中的NOX还原的催化剂。
当将本发明的用于供给燃料或还原剂的装置或方法或等离子体焰炬用于这种废气净化系统时，能在等离子体区域20中将喷射器10喷射的还原剂转变成具有高反应性的低分子量成分，和/或能使喷射器10喷射的还原剂汽化，以便能促进还原剂向下游侧上的催化剂的扩散和还原剂与催化剂的接触。这加快了催化剂上的还原反应，从而又能防止未反应的还原剂释放到大气中。此外，当用于该废气净化系统中的催化剂是NOX净化催化剂时，特别是NOX存储-还原型催化剂或NOX选择还原型催化剂时，能加快催化剂进行的NO2还原反应。
可以一直产生等离子体20，但考虑到能量消耗，优选地仅仅在喷射还原剂时产生等离子体，特别地，仅仅在暖机仍然不够的情况下喷射还原剂时产生等离子体。
<等离子体>
如通常所知的，“等离子体”意味着处于下列状态中的物质：两个或更多自由运动的正和负带电粒子同时存在。因而，处于等离子体状态中的物质具有高位能，且燃料或还原剂能通过基团的形成和裂化转变成等离子体，以分解成具有高反应性的低分子量成分。此外，甚至当以液滴状态供给时，燃料或还原剂也能立刻汽化，并通过基团的形成和裂化转变成具有高反应性的低分子量成分。
根据本发明产生的等离子体能采取各种形式，本发明不受用于产生等离子体的装置的限制，而是例如能使用放电等离子体、微波等离子体和感应耦合等离子体。
<通过等离子体进行的燃料或还原剂的裂化>
考虑到等离子体非常高的能态，对于本领域技术人员来说很明显，能通过将燃料或还原剂的至少一部分转变成等离子体来立刻进行燃料或还原剂的汽化、基团形成和裂化。然而，在下面，通过实验证实将碳氢化合物(C13H28)转变成等离子体所引起的裂化等等。
使用图13中所示的测试装置。在实验中，使来自燃料供给源的燃料(C13H28)和来自N2供给源的作为载运气体的N2混合并通过喷嘴将它们供给到室中。在该实验中，观察到从喷嘴的远端喷出放电等离子体。来自N2供给源的N2也直接供给到室中，通过气相色谱仪对一部分来自室中的废气进行分析。
图14表示在该实验中使用的用于产生等离子体的喷嘴。图14中所示的喷嘴包括空心的圆柱形电极92和设置在该电极中心轴上的棒状电极94，在这些电极之间形成气流通路96，箭头98表示通过气流通路96的气流。在该喷嘴中，通过电源93在空心的圆柱形电极92和设置在其中心轴上的棒状电极94之间施加电压，藉此在空心的圆柱形电极92的远端部92a和棒状电极94的远端部94a之间产生放电。顺便说说，将玻璃管设置在圆柱形电极内以引起势垒放电。
根据该实验，仅仅在通过放电产生等离子体时，气相色谱仪测量到C1到C3成分，这说明等离子体能将较大的分子(C13H28)裂化成较小的分子(C1到C3)。

Claims (11)

1.一种用于供给燃料或还原剂的装置，包括：
用于将气体转变成等离子体并供给所述等离子体的等离子体焰炬，和
用于将燃料或还原剂喷射到被供以所述等离子体的区域的喷射器。
2.如权利要求1所述的用于供给燃料或还原剂的装置，其中所述待转变成等离子体的气体选自氮、空气、氩和再循环废气。
3.如权利要求1或2所述的用于供给燃料或还原剂的装置，其中所述装置包括用于将水供给到被供以所述等离子体的区域的供水装置。
4.如权利要求1到3中任一个所述的用于供给燃料或还原剂的装置，其中所述等离子体焰炬和所述喷射器是分开的。
5.如权利要求1到3中任一个所述的用于供给燃料或还原剂的装置，其中所述喷射器的喷嘴设置在所述等离子体焰炬中，且所述待转变成等离子体的气体在所述等离子体焰炬的内壁和所述喷射器的喷嘴之间流动。
6.如权利要求1到5中任一个所述的用于供给燃料或还原剂的装置，其中所述等离子体是放电等离子体，并且当所述待转变成等离子体的气体低于预定温度时，不在所述等离子体焰炬中将所述气体转变成等离子体。
7.如权利要求1到6中任一个所述的用于供给燃料或还原剂的装置，其中当被供以所述燃料或还原剂的区域中的氧浓度超过预定浓度时，不在等离子体焰炬中将所述气体转变成等离子体。
8.一种直喷式内燃机，其中通过如权利要求1到7中任一个所述的用于供给燃料或还原剂的装置将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室。
9.一种在排气管中包括催化剂的废气净化系统，其中通过如权利要求1到7中任一个所述的用于供给燃料或还原剂的装置在所述催化剂上游喷射还原剂。
10.一种用于供给燃料或还原剂的方法，包括将气体转变成等离子体，吹出所述等离子体，和将燃料或还原剂喷射到所述等离子体中。
11.一种等离子体焰炬，用于将气体转变成等离子体并将所述等离子体吹出到用于喷射燃料或还原剂的喷射器的喷射口附近。
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