CN103154451B - 用于减少内燃机排气中的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的组件和方法 - Google Patents

用于减少内燃机排气中的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的组件和方法 Download PDF

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Abstract

一种用来减少内燃机的排气中氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的组件和方法，其中在第一级催化转化器中的排气起作用。第一级催化转化器输出的第一部分进行冷却而催化转化器输出的第二部分不冷却。将经过冷却的排气和未冷却的排气结合并流到第二级催化转化器。将空气喷射到（1）在其与经过冷却的排气的接合部之前的没有冷却的排气和（2）在其接合部之后结合的经过冷却的排气和未冷却的排气的选定的其中之一中。

Description

用于减少内燃机排气中的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的组件和方法
参考相关的申请
本申请要求以Joseph B. Gehret, Robert A. Panora, 和Ranson Roser的名义2010年4月28日提交的美国临时专利申请61/343392的优先权。
技术领域
本发明涉及内燃机排气的处理，而更具体地说涉及减少在内燃机尤其是火花点燃式、气态燃料内燃机的排气中普遍存在的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物。
背景技术
用气态燃料操作的火花点燃式（SI）内部燃烧（IC）发动机在燃烧室中产生少量不希望有的化合物，这些化合物在高温（800℉-1250℉）下从发动机排出。对于主要是由甲烷和其它轻质碳氢化合物组成的燃料来说，通常管制的化学成分是氮氧化物（NO，NO2，或一般写成NOx）和一氧化碳（CO）。氮氧化物是当空气的主成分氮（N2）与空气的另一主成分氧（O2）二者暴露于发动机燃烧室的高温和高压下起反应时形成。另一方面，一氧化碳是燃料不足以完全与氧反应造成形成二氧化碳（CO2）的结果。CO和NOx是有问题的污染物，因为它们的管制值在许多地区是定在现行工艺的极限处或低于该极限。
在严格管制的区域，目前控制从以富甲烷燃料（天然气、生物燃料、垃圾填埋气等）为燃料的SI/IC发动机的排放的做法是安装发动机排气管道化以消除这些化学成分达到法规所要求的范围的系统。对于较小发动机（小于1000 bhp）来说，常见的后处理系统是单级催化剂。在这些小系统中，将从发动机排出的燃料产物强制穿过催化剂整体（具有贵金属涂层的蜂窝状结构），该催化剂整体有助于所希望的氧化还原反应：
NOx产生N2+O2
CO+O2产生CO2
氮氧化物还原成气态氮（N2）和氧（O2），二者是良性的，而一氧化碳（CO）完全被氧化形成二氧化碳（CO2），同样是无害且不受管制。
目前基于催化剂的排放系统依靠很准确的控制发动机操作参数以使上述反应的转化效率最大。准确地说，在催化转化器中通过这些反应同时消除NOx和CO要求发动机燃烧过程相对于空气和燃料的混合物的精密操作窗口。这在图1中示出用于典型的SI/IC发动机。如所示，富油混合物产生从催化剂出来的NOx低但CO高，而贫油混合物产生CO低但NOx高。从图1显然可看出，同时消除NOx和CO要求把发动机空气/燃料比（AFR）精确地控制在化学计算量空气/燃料比附近的狭窄区域内。当燃烧化学计算量保持在图1的点A和B之内时，只能保持两种管制的污染物的达标。为了达到日益严格的排放标准，允许的燃烧混合物要求把发动机空气/燃料比控制在狭窄的范围内。
仍参见图1，图1示出了典型的发动机排放随着从装备有单个或多个三向催化剂（TWC）的SI/IC发动机中的AFR而变化的情况。满足对CO和NOx的管制极限要求把发动机AFR保持在图1的点A和B之间，而点A和B之间的区段近似代表化学计算量AFR。
在美国和别的地方的大多数应用中操作的稳态SI/IC发动机对于可允许的CO和NOx排放高度进行管制，上述CO和NOx排放日益变得受控制。最显著地，美国加利弗尼亚大气资源委员会（CARB）现在推荐极限为0.07 lb/MWh（磅/兆瓦时）NOx和0.1 lb/MWh CO作为他们的热电联合（CHP）应用的2007年标准的一部分。为保持最低60%总系统效率和采取27%电效率而应用热回收信贷（heat recovery credit），在排气的实际浓度方面规定的排放极限是3.7 PPM NOx和8.9 PPM CO。如本文所用的，“PPM”意指校正到标准空气稀释率（15%氧当量）的体积的百万分之一。南加利弗尼亚在南岸大气质量管理区（SCAQMD）的管辖范围下的地区已对NOx采用“CARB 2007”标准，而把CO排放限制到接近CARB极限的值。加利弗尼亚的另一些地区同样采用类似的标准，而美国的其它地区在法规中采用接近CARB 2007标准（例如MA，NY和NJ）。
遵守更新的标准，要求在用于CO和NOx二者的催化剂中有极高的转换效率。除了在控制空气/燃料混合物时极为精密之外，需要超大的转换整体。
图2示出对利用加工成一定尺寸以便符合CARB 2007的TWC系统的标准发动机（TecoDrive 7400型）所要求的稳态AFR控制精度，如由前面催化剂狭窄区段加热的排气氧传感器毫伏（mV）输出所表示的，AFR控制器通过稳态（无振动）AFR控制保持。如图2中所示，发动机燃烧混合物（空气燃料比）只有当排气管道中从标准λ传感器发出的信号保持在680和694 mV之间时才适合于催化剂性能达到规定的极限。高于该范围，则从催化剂排出的CO浓度超过8.9 PPM的SCAQMD极限，而低于该范围，则NOx将快速超过3.7 PPM极限。图2中所示的极限是CARB 2007具有用于发动机热回收信贷的那些极限，这样使燃料的热含量的60%有目的地用作电力或回收的热能。为了保持达标，对所示的实施例燃烧空气燃料混合物必须保持在14 mV窗口内。
用于将发动机操作的控制窗口扩大以达到CO和NOx二者的合格的排放的可能方法是这样修改系统，以便使用两级催化剂系统，每级系统都在截然不同的化学氛围下操作。早期催化剂系统通常采用具有级间空气喷射的两级设计。在这个时代，应用单用途催化剂整体——氧化或还原，但不能应用二者。以后，作为多用途，研制了单级催化剂（TWC），这些变成主要的式样。早期两级系统在稳定气态燃料的SI/IC发动机中成功地应用，但在少得多的严格标准之下。估计，用两级系统所遇到的NOx重组问题在更早的年代就存在，但对那时的极限无关紧要。
图3示出上述安排。如所示，两个催化剂级串连式垂直安装到排气系统中。将空气泵送到第一级（CAT 1）和第二级（CAT 2）之间的排气流中并充分混合。发动机空气燃料比如此保持，以便有助于在第一级中有效除去NOx。喷射到排气中的空气在偏向将CO氧化成CO2的第二催化剂级处产生氧化性环境，即使发动机AFR是在富油侧上可允许的操作窗口之外，也产生十分显著的好处。
利用两级系统的试验证明，用空气喷射的两级策略不仅无效，而且实际上对催化剂性能有害。从两级系统出来的NOx排放被发现一般高于类似尺寸和催化剂材料装料的单级系统。这种令人惊奇的结果表明，机理是这样的，即NOx在第二级中形成，可能通过富氧环境产生，还与有助于化学反应的条件亦即高温和催化剂材料充足相结合。
因此，本发明的目的是提供用于始终而可靠地从火花点燃式气态燃料的内燃机的排气中除去氮氧化物和一氧化碳的组件和方法。
发明内容
鉴于上述目的和其它目的，本发明的特点是准备通过提供在较低温度下进入催化转化器第二级的气体，用来有效地减少火花点燃式气态燃料内燃机排气中氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的组件和方法。
按照本发明，把进入第二级催化转化器的气体在第一级之后立即从通常排出发动机的极高温度（800℉-1250℉）冷却到较低的温度值。中间温度或温度范围提供所希望的化学反应（除去CO和碳氢化合物），而对由于NOx形成而不希望有的那些化学反应十分有利。这在热电联合（CHP）应用中被认为是特别可靠的途径，因为气体在热回收过程中被冷却。在CHP应用中这样做只要求（1）将冷却级重新定向以便在各级之间冷却，和（2）将冷却效率改变到属于在有利的温度范围内。
现在将参照附图更具体说明并在权利要求书中指出本发明的上述特点和另一些特点，包括构造的不同新颖细节和部件的组合及方法步骤。应该理解，实施本发明的特定组件和方法仅当作举例说明示出，而不作为本发明的限制。在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的原理和特点可以在不同的和许多实施例中应用。
附图说明
参见附图，在附图中示出本发明的说明性的实施例，从附图中将明白本发明的新颖特点和优点。
在附图中：
图1是示出现有技术在规定精确控制的空气/燃料比的可允许范围之内和之外的发动机排气中存在的氮氧化物和一氧化碳之间关系的曲线图；
图2是示出现有技术使用三向催化剂对标准发动机所要求的稳态空气/燃料比控制精度的曲线图；
图3是现有技术具有级间空气喷射的两级催化剂系统的示意图；
图4是按照本发明的实施例用于减少发动机的排气中氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的组件和方法的示意图；
图4A是可供选择的组件的示意图；
图5是示出下面说明的试验1的结果的曲线图；
图6是类似于图5的曲线图，但示出在使用图4的组件时氮氧化物和一氧化碳的显著不同和大为改善的减少；
图7是示出即使在空气燃料比控制器失调的情况下，本发明的组件和方法也对发动机空气燃料比的偏差提供更低排放和更大容差的曲线图；
图8是用于减少内燃机中氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的排放的另一种组件和方法的示意图；和
图8A是还有另一种可供选择的组件的示意图。
具体实施方式
具有级间冷却的两级系统的试验用图4所示的设备进行。如图4中所示，发动机排放的气体从发动机20排出并通过排气导管22沟流到催化转化器第一级24，该第一级24具有至少一个，而优选的是两个催化转化器Cat 1a和Cat 1b。优选的是两个催化元件而不是一个催化元件，以便在第一级24中对脱除NOx实现高性能。对于所公开的系统来说，单个催化转化器元件良好工作具有第一级24的稍微折中的性能。
来自发动机20的燃烧气体在正常发动机排气温度（大约1200℉）下进入第一级24，此后将排气流分裂成两股气流26，28。一股气流26随着它在冷却装置30上经过，或者通过一经受适合于汽化并显著降低该股气流温度的喷射的冷却介质的导管而冷却到大约280℉。另一股气流28绕过冷却盘管30并从空气喷射器32喷以受控制的空气量。两股气流26，28如在接合点34处那样重新结合，然后用管道输送到第二催化级（Cat.2）46中。排气冷却的程度能用温度调节阀36调节。
用证明所公开的发明的该设备进行了三次试验，试验结果综述如下。
试验1
在第一实验中，发动机20在高输出（156 bhp（英制马力）和2500 rpm（转/分））下工作并用天然气作燃料。温度调节阀36这样设定，以使大多数气体绕过冷却盘管30。在稳态发动机操作下，和用发动机AFR固定在利于从第一级催化剂24出来的NOx减少的条件下，开始综合在图5中的实验。
在头200秒期间和没有级间空气喷射的情况下，在口S1（图4）处测量排气系统中NOx、CO、和O2的浓度，及级间排气温度（“Tmix”）。在该时间范围内，和在S1处取样的情况下，NOx的排放大大低于棕标级限，而CO值不达标。另外，级间排气温度高，如所预期的（大约800℉），而O2浓度很接近零，表示接近化学计算量操作。在200秒处和准备开始空气喷射时，将取样口移到S2（图4），该S2紧接在第二级（Cat 2）之后。如所预期的，在第二级之后测得的CO和NOx浓度适度地低，具有附加催化剂元件的好处。
在520秒处级间空气喷射开始，如在图5中由在口S2处O2浓度阶跃变化清楚表示的。CO立即减少到接近零，但NOx浓度急剧增加，证明在过去得到的令人失望的结果没有本发明的好处。
随着喷射空气逐步在800，1100，和1400秒处增加，NOx稍有改善，但仍然十分不达标。在1660秒处，使发动机燃烧时改变到更富油的值，这仅使NOx排放变差。
在1950秒处，停止空气喷射，而使过程基本上返回到单级。在该最后时段里起具有富AFR的单级系统作用，测得NOx浓度低，而CO浓度发现是高的预期结果（见图1）。
试验2
在第二实验中，重复试验1，但用增加级间冷却以便达到较低的“Tmix”值（400℉范围）。在图6中示出的实验结果显著地不同。当空气喷射在550秒处开始时，NOx浓度从0.5 PPM减少到该值的大约一半，而CO同样减少到浓度大大低于达标极限。达标试验是基于在具有短期峰值的延长时间间隔内所取的时间平均值，如在试验2（图6）中所看到的那些，且只要它们不过大就允许。
当级间冷却显著增加时，在较高温度下对排放有显著负面影响的空气喷射在改善过程中十分有效。重要的是NOx减少不可预期且是过程的很有效的好处。
试验3
在第三试验中，首先把系统调节到提供接近最佳性能的稳态状况，亦即用等于主燃烧空气的大约1%的空气喷射级间冷却到大约520℉。接着，将发动机空气燃料比控制器逐步调节到更富油和更贫油二者的另外稳态操作点，以便确定过程对调节不当的容限。图7中所示的结果表明，过程成功地与λ传感器从660 mV到更大的692 mV的读数一致，基本上使单级催化剂系统的达标窗口加倍。
因此，新的组件和方法为用稳态（无抖动）燃料控制下的空气燃料比的发动机中的偏差提供更低的排放和更大的容限二者。同样的现象和结论可适应于抖动的燃料控制策略，但具有在AFR达标窗口方面的增加，如同后催化剂排放氧或λ传感器所测得的。
因此，本发明提供了图4中所示的组件10用于减少内燃机排气中的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物。组件包括具有用来连接到内燃机20上并从内燃机20延伸的排气接收端的第一排气导管22、与第一排气导管22的分配端连通的第一级催化转化器机构24、设在第一级催化转化器机构24上用于冷却从第一排气导管22接收的发动机排气的第一部分的冷却机构如冷却盘管30。
组件还包括用来便于来自第一级催化转化器机构24的发动机排气的经过冷却的第一部分气流26的运动的第一出口导管27、用来便于从第一级催化转化器机构24接收的发动机排气的第二股气流28的运动的第二出口导管29、接收来自空气喷射器32的空气并与用来冷却发动机排气的第二部分的第二出口导管29连通的空气喷射导管37、与第一出口导管27和空气喷射导管37连通的第二排气导管33、及与第二排气导管33连通并具有排气排放出口48的第二级催化转化器46。第一出口导管27可以任选地设有温度调节阀36。
在图4的组件操作时，从发动机20出来的排气通过第一排气导管22并进入第一级催化转化器机构24，其中排气的一部分26被冷却并转到第一出口导管27。排气的第二部分28基本上不经冷却并转到第二出口导管29上。
空气喷射器32将空气喷射到第二出口导管29中。第二股排气流28的热排气和喷射的空气穿过空气喷射导管37前进并与排气的经过冷却的这股气流26合并及前进到第二级催化转化器46且在出口48处从中排出。
还提供了用来减少内燃机排气中的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的组件的可供选择的实施例15，该可供选择的组件15在图8中示出，并包括具有连接到内燃机20上和从内燃机20延伸的排气接收端52的第一排气导管50、与第一排气导管50的分配端56连通的第一级催化转化器机构54、与第一级催化转化器54连通用来冷却从第一级催化转化器54接收的发动机排气的第一部分60的冷却机构58、和用于经过冷却的排气的导管62，上述导管62从冷却机构58延伸。
组件15还包括与第一级催化转化器机构54的输出和供经过冷却的排气用的导管62连通的冷却机构旁通导管64。
第二级催化转化器机构66与经过冷却的排气导管62和冷却机构旁通导管64连通。空气喷射导管68与经过冷却的排气导管62连通。排气出口70从第二级催化转化器机构66延伸。
在图8的组件的操作中，从发动机20出来的排气流到第一级催化转化器54。离开第一级催化转化器54的排气的第一部分流向冷却机构58。离开第一级催化转化器54的排气的第二部分进入冷却机构旁通导管64，该旁通导管64接合引出冷却机构58的经过冷却的排气导管62。来自冷却机构58和旁通导管64的结合的排气如在混合阀72处那样结合，并经受来自空气喷射器32的空气的喷射，和流到第二级催化转化器机构66，排气从该第二级催化转化器66通过出口70流出而具有大为减少的氮氧化物和一氧化碳。
还和图4中所示的组件10一起提供了用于减少内燃机排气中氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的方法。方法包括以下步骤：将发动机排气输送到第一级催化转化器24；冷却第一级催化转化器24中发动机排气的第一部分和通过排气出口导管27除去从催化转化器出来的经过冷却的第一部分；通过第二排气出口导管29除去从催化转化器24出来的发动机排气的未经冷却的部分；将空气喷射到第二出口导管29中；通过空气喷射导管37将发动机排气的未经冷却的第二部分和喷射的空气输送到第一排气出口导管27，以便在空气喷射导管37中与发动机排气的经过冷却的第一部分结合。
方法还包括使排气导管33中的排气流到第二级催化转化器46，和从第二级催化转化器46排放出排气，因而以便提供较少氮氧化物和较少一氧化碳含量的发动机排气。
还与图8中所示的组件15一起提供了用于减少内燃机的排气中的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的方法。
方法包括以下步骤：将发动机排气输送到第一级催化转化器54和将从第一级催化转化器54中出来的发动机排气部分地输送到冷却机构58及部分地输送到冷却机构旁通导管64；和将从冷却机构58与冷却机构旁通导管64出来的排气在经过冷却的排气导管62中混合；将空气通过空气喷射导管68喷射到经过冷却的排气导管62中；和将从冷却机构58，与使从冷却机构旁通导管64、及从喷射空气导管68出来的排气流到第二级催化转化器66；及通过出口70把处理过的发动机排气排放，由此提供较少氮氧化物和较少一氧化碳含量的发动机排气。
按照本发明的还有另一个特点，提供了用于减少火花点燃式气态燃料内燃机的排气中氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的方法。方法包括以下步骤：使从发动机20出来的排气流向第一级催化转化器24，54；使从第一级催化转化器24，54输出的排气的第一部分流到冷却机构30，58并因此流到经过冷却的排气导管26，62；使从第一级催化转化器24，54输出的排气的第二部分流到未经冷却的排气导管28，64；将排气的第一和第二部分结合并使结合的第一和第二部分流到第二催化转化器46、64及将空气喷射到（1）未经冷却的排气导管29和（2）结合的经过冷却的和未经冷却的排气在它们结合之后的选定的其中之一中。
在图4的系统的可供选择的实施例16中，供在其中负荷稳定和用于冷却的液体保持在稳定速率下的情况中使用，图4A的实施例能在设有热排气出口导管29和图4中所示的喷射导管37的情况下提供和操作。
同样地，可供选择的实施例18（图8A）能实现所需的降低保持在稳定负荷和稳定速率下的系统中的排放，其中排气旁通导管64和混合阀72从组件中省去，如图8A中所示。
因此，在图4A中示出的图4组件的可供选择的实施例包括排气导管22、汽化构造的冷却机构30、出口导管27、排气导管33、设置成将空气喷射到排气导管33中的空气喷射器32、和第二级催化转化器机构46及其出口48。
利用图4A所示的组件来减少内燃机排气中的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的方法包括以下步骤：使从内燃机出来的排气流到第一级催化转化器机构、水冷却从催化转化器机构出来的排气并使经过冷却的排气流向第二级催化转化器机构；将空气喷射到经过冷却的排气中；使经过空气冷却的排气流到第二催化转化器机构中；和从中将排气排放。
图8A的可供选择的实施例包括与图8中所示相同的组件，但没有排气旁通导管64和混合阀72。也就是说，组件包括排气导管52、与冷却机构连通的第一级催化转化器机构54、具有盘管或冷却汽化设施的冷却机构58。组件还包括用于将空气从冷却机构58喷射到输出管线62中的空气喷射机构32、和具有供处理过的排气用的出口70的第二级催化转化器机构66。
利用图8A中所示的组件来减少从内燃机出来的排气中氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物的方法包括以下步骤：使从内燃机出来的排气流到第一催化转化器机构；冷却从第一催化转化器出来的排气；将空气喷射到经过冷却的排气中；使经过冷却的排气流到第二级催化转化器机构中；和将从第二催化转化器中出来的排气排放。
应该理解，本发明决不是限于本文所公开的和/或附图所示的特定构造和方法步骤，而是也包括在权利要求书范围内的任何修改或等效物。

Claims (23)

1.一种用于减少火花点燃式气态燃料内燃机的排气中氮氧化物、一氧化碳和烃类的组件，该组件包括：
具有连接到内燃机上和从内燃机延伸的单一排气接收端并与发动机的所有燃烧室连通的第一排气导管；
与上述第一排气导管的分配端连通并适合于接收所有来自发动机的排气的第一级催化转化器机构；
设置在上述第一级催化转化器机构附近用于冷却从上述第一排气导管接收的发动机排气的第一部分的冷却机构；
用来便于来自上述第一级催化转化器机构的发动机排气的经过冷却的第一部分的运动的第一出口导管；
用来接收从上述第一级催化转化器机构接收的发动机排气的第二部分的第二出口导管；
与上述第二出口导管连通用来冷却发动机排气的第二部分的空气喷射导管；
与上述第一排气出口导管和上述第二出口导管连通的第二排气导管；和
与上述第二排气导管连通并具有排气排放出口的第二级催化转化器。
2.按照权利要求 1 所述的组件，其中上述第一级催化转化器机构包括多个催化转化器。
3.按照权利要求 1 所述的组件，其中上述用于冷却的机构包括冷却介质的盘管。
4.按照权利要求 1 所述的组件，其中上述用于冷却的机构包括冷却介质喷射机构，冷却介质适合于汽化以便降低发动机排气的第一部分的温度。
5.按照权利要求 3 所述的组件，其中上述盘管适合于将上述发动机排气的上述第一部分的温度降到大约 280 ℉。
6.按照权利要求 1 所述的组件，其中上述第一出口导管设有温度调节阀。
7.用来减少火花点燃式气态燃料内燃机的排气中氮氧化物、一氧化碳和烃类的组件，该组件包括：
具有连接到内燃机上并从内燃机延伸的单一排气接收端，并与发动机的所有燃烧室连通的第一排气导管；
与上述第一排气导管的分配端连通，并适合于接收来自发动机的所有排气的第一级催化转化器机构；
与上述第一级催化转化器机构连通用来冷却从上述第一级催化转化器机构接收的发动机排气的第一部分的冷却机构；
从上述冷却机构延伸的经过冷却的排气导管；
与上述第一级催化转化器和上述经过冷却的排气导管连通的冷却机构旁通导管；
与上述经过冷却的排气导管和上述冷却机构旁通导管连通的第二级催化转化器；
与上述经过冷却的排气导管连通的空气喷射导管；和
从上述第二级催化转化器延伸的排气出口。
8.按照权利要求 7 所述的组件，其中上述第一级催化转化器机构包括多个催化转化器。
9.按照权利要求 7 所述的组件，其中上述冷却机构包括冷却介质盘管。
10.按照权利要求 7 所述的组件，其中上述冷却机构包括冷却介质喷射机构，冷却介质适合于汽化以便降低发动机排气的第一部分的温度。
11.按照权利要求 7 所述的组件，还包括设在上述经过冷却的排气导管和上述旁通导管的接合处附近的混合阀。
12.一种用于减少火花点燃式气态燃料内燃机的排气中氮氧化物、一氧化碳和烃类的方法，该方法包括以下步骤：
使来自发动机的所有排气都通过单一排气导管流到第一级催化转化器；
使从第一级催化转化器输出的排气的第一部分流到冷却机构并因此流到经过冷却的排气导管；
使从第一级催化转化器输出的排气的第二部分流到未经冷却的排气导管；
将排气的第一部分和第二部分结合并使结合的排气的第一和第二部分流到第二排气导管并因此流到第二催化转化器；和
将空气喷射到下面（ 1 ）和（ 2 ）的选定的其中之一中：（ 1 ）未经冷却的排气导管，和（ 2 ）在它们结合之后的结合的经过冷却的排气和未经冷却的排气。
13.用于减少火花点燃式气态燃料内燃机的排气中氮氧化物、一氧化碳和烃类的方法，该方法包括以下步骤：
将所有发动机排气通过单一排气导管输送到第一级催化转化器机构；
将第一级催化转化器机构中发动机排气的第一部分冷却并通过第一出口导管从催化转化器机构中除去经过冷却的排气的第一部分；
通过第二出口导管从催化转化器机构中除去发动机排气的未经冷却的第二部分；
将空气喷射到第二出口导管中；
将发动机排气的未经冷却的第二部分和喷射的空气输送到第二排气出口导管以便在第二排气出口导管中与发动机排气的经过冷却的第一部分结合；
使第二排气出口导管中的排气流到第二级催化转化器；
从第二级催化转化器排出排气；和
由此提供较少氮氧化物、较少一氧化碳、和较少烃类含量的发动机排气。
14.用于从火花点燃式气态燃料内燃机的排气中减少氮氧化物、一氧化碳和烃类的方法，该方法包括如下步骤：
将所有发动机排气通过单一排气导管输送到第一级催化转化器；
将来自第一级催化转化器的发动机排气一部分输送到冷却机构和一部分输送到冷却机构旁通；
在经过冷却的排气导管中将来自冷却机构和冷却机构旁通的排气混合；
将空气喷射到经过冷却的排气导管中；
使来自冷却机构和来自冷却机构旁通的排气及喷射的空气流到第二级催化转化器；
从第二级催化转化器排出发动机排气；和
由此提供较少氮氧化物、较少一氧化碳、和较少烃类含量的发动机排气。
15.用于减少火花点燃式气态燃料内燃机的排气中氮氧化物、一氧化碳和烃类的组件，该组件包括：
具有用于接收来自内燃机所有排气的排气接收端的第一排气导管，该第一排气导管连接到内燃机上并从内燃机延伸；
与上述第一排气导管的分配端连通的第一级催化转化器机构；
用来便于来自上述第一级催化转化器机构的发动机排气的运动的出口导管；
用于在上述出口导管中冷却发动机排气的冷却机构；
与上述出口导管连通用于冷却发动机排气的空气喷射导管；和
与上述出口导管连通并具有排气排放出口的第二级催化转化器。
16.按照权利要求 15 所述的组件，其中上述第一级催化转化器机构包括多个催化转化器。
17.按照权利要求 15 所述的组件，其中上述用于冷却的机构包括冷却介质的盘管。
18.按照权利要求 15 所述的组件，其中上述用于冷却的机构包括冷却介质喷射机构，冷却介质适合于汽化以便在上述出口导管内降低发动机排气的温度。
19.用于减少火花点燃式气态燃料内燃机的排气中氮氧化物、一氧化碳和烃类的组件，该组件包括：
具有连接到内燃机上并从内燃机延伸的单一排气接收端，并与发动机的所有燃烧室连通的第一排气导管；
与上述第一排气导管的分配端连通并适合于接收来自发动机的所有排气的第一级催化转化器机构；
与上述第一级催化转化器机构连通用于冷却从上述第一级催化转化器机构接收的发动机排气的冷却机构；
从上述冷却机构延伸的经过冷却的排气导管；
与上述经过冷却的排气导管连通的空气喷射导管；
与上述经过冷却的排气导管连通的第二级催化转化器；和
从上述第二级催化转化器延伸的排气出口。
20.按照权利要求 19 所述的组件，其中上述第一级催化转化器机构包括多个催化转化器。
21.按照权利要求 19 所述的组件，其中上述冷却机构包括冷却介质喷射机构，冷却介质适合于汽化以便降低发动机排气的温度。
22.用于从火花点燃式气态燃料内燃机的排气中减少氮氧化物、一氧化碳和烃类的方法，该方法包括以下步骤：
将所有发动机排气通过单一排气导管输送到第一级催化转化器机构；
通过出口导管除去来自催化转化器机构的排气；
在出口导管中将发动机排气冷却；
将空气喷射到出口导管中；
使出口导管中的排气流到第二级催化转化器；
将排气从第二级催化转化器排出；和
由此提供较少氮氧化物、较少一氧化碳、和较少烃类含量的发动机排气。
23.用于从火花点燃式气态燃料内燃机的排气中减少氮氧化物、一氧化碳和烃类的方法，该方法包括以下步骤：
将所有发动机排气通过单一排气导管输送到第一级催化转化器；
将来自第一级催化转化器的发动机排气输送到冷却机构；
使来自冷却机构的排气流到经过冷却的排气导管；
将空气喷射到经过冷却的排气导管中；
使来自冷却机构的排气和喷射的空气流到第二级催化转化器；
将发动机排气从第二级催化转化器排出；和
由此提供较少氮氧化物、较少一氧化碳、和较少烃类含量的发动机排气。
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