CN1664322A - 排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

由于在内燃机的排气通路上安装了氧化催化装置，即使在较低温度的排气中，传送至氧化催化装置的燃料也能有效燃烧，从而使在其气流下游侧捕集的排气中的微粒能彻底燃烧。在柴油发动机(10)的排气通路(11)中，从气流上游侧依次安装了氧化催化装置(12)和微粒捕集过滤器(13)，由氧化催化装置(12)载负的铂和钯的重量比是0.05≤Pd/(Pt+Pd)≤0.75，如果需要提高微粒捕集过滤器(13)的温度时，燃料被传送到氧化催化装置(12)内。

Description

排气净化装置
技术领域
本发明涉及在车辆柴油发动机的排气通路等处安装能净化流经该排气通路的排出气体的装置。
背景技术
作为安装在柴油发动机排气通路并能除去流经该排气通路的排出气体中的灰尘等微粒的现有装置，其主要部件如图5所示，安装有气流上游侧的铂氧化催化装置1和气流下游侧的微粒捕集过滤器2；其中，(A)在柴油发动机的运转中，排气中含有的一氧化氮成分被催化装置1中的铂氧化催化剂氧化，如下(1)所示生成二氧化氮，该二氧化氮成分使过滤器2捕集的微粒中的碳氧化，如下(2)所示使微粒燃烧，从而连续地对过滤器2进行再生，但是在排气温度比较低的柴油发动机中，在低负荷时，所述微粒的燃烧、氧化难以进行；
              (1)
微粒中的       (2)
因而(B)随着柴油发动机的运转，当过滤器2捕集的微粒的量达到所规定的值时，从铂氧化催化装置1的气流上游侧通过注射器3供给燃料(烃HC)，利用排气热和铂氧化催化剂使燃料燃烧，
             (3)
利用此反应产生的热，使排气温度进一步上升，流入过滤器2，利用排气具有的热量使过滤器2捕集的微粒燃烧(如下(4)所示)，进而从过滤器2中除去所述微粒，借此强制性地使过滤器2再生。
所述微粒中的          (4)
也就是说，虽然对于铂氧化催化剂要求可由排气中一氧化氮成分生成二氧化氮的性能和效率良好地使由注射器3供给的燃料燃烧的性能，但是，即使在铂氧化催化剂活性高时能够在200℃～300℃的较低温度的排气中使燃料有效燃烧，也会出现以下不便，即随着铂氧化催化剂的老化，其燃烧性能降低，不能确保过滤器2的强制性再生时所需的高热量，燃料中未燃烧的成分从气流下游侧流出。
所以，为了充分确保由铂氧化催化剂引起的所述燃料的燃烧性能，对发动机侧进行控制以提高从柴油发动机流入排气净化装置的排气温度，这样会产生一些问题，例如，延迟燃料喷射时间和进行进气节流等，此时会产生柴油发动机的燃费上升的问题。
[专利文献1]特开2002-35583号公报。
这种情况下，在燃烧催化装置的耐热金属制微粒表面载负的微粒状催化剂中，使用了铂和钯，但未提及两种成分的比例，也没有考虑由于燃料的供给对催化剂气流下游侧排气处理装置的升温。
发明内容
本发明涉及由于在内燃机的排气通路上设置了氧化催化装置，使得即使在较低温度的排气中，传送至氧化催化装置的燃料也能有效燃烧，从而使其气流下游侧的排气处理装置易于升温。
因此，本发明中的排气净化装置的构成是在内燃机的排气通路中从气流上游侧依次设置了氧化催化装置和排气处理装置，所述氧化催化装置中载负的铂和钯的重量比是0.05≤Pd/(Pt+Pd)≤0.75，需要升高所述排气处理装置的温度时，燃料被传送到所述氧化催化装置内。
本发明排气净化装置中，由于在内燃机排气通路中，由氧化催化装置载负的铂和钯的重量比在0.05≤Pd/(Pt+Pd)≤0.75的范围内选择，所以不仅能确保铂氧化催化剂对排气中一氧化氮成分的氧化性能，同时使得即使较低温度的排气中传送至氧化催化装置内的燃料在铂氧化催化剂和钯氧化催化剂的作用下，也能有效燃烧，因此能使氧化催化装置气流下游侧的排气处理装置容易升温。
附图说明
图1本发明实施例中的概略装置图。
图2所述实施例的作用说明图。
图3本发明其他实施例中的主要部件的概略装置图。
图4本发明其他实施例中的主要部件的概略装置图。
图5现有装置的主要部件装置图。
符号说明
10柴油发动机
11排气通路
12氧化催化装置
13微粒捕集过滤器
14注射器
20载体
21钯氧化催化剂层
22铂氧化催化剂层
31钯氧化催化剂
32铂氧化催化剂
具体实施方式
下面，对图例中所示的本发明的各实施例进行说明，其中相同部分分别赋予同一标号。
图1中，在车辆柴油发动机10的排气通路11中，从气流上游侧依次设置氧化催化装置12和微粒捕集过滤器13。氧化催化装置12中，在由堇青石形成的蜂巢状载体表面，利用氧化铝作为粘合剂载负微粒状铂和钯。
另外，在柴油发动机10的运转过程中，从柴油发动机10流到排气通路11的排气在流经微粒捕集过滤器13时，排气中所含的灰尘等微粒被捕集、除去，以净化状态排到微粒捕集过滤器13的气流下游侧。
进而，在氧化催化装置12的气流上游侧设置了注射器14，随着柴油发动机10的运转，微粒捕集过滤器13捕集的微粒量达到所规定的值时，经判断，如果安装在氧化催化装置12和微粒过滤器13之间的温度传感器1 7检测出的排气温度达到氧化催化剂的活性温度，则基于电子控制装置15的指示，从燃料泵16供给的轻油等燃料由注射器14传送到排气通路11内部。
另外，经判断，如果温度传感器17检测出的排气温度未达到氧化催化的活性温度，则实施发动机侧的控制，例如实施膨胀冲程中的燃料后喷射等，在排气温度达到氧化催化剂活性温度后，开始由注射器14向排气通路内供给燃料。
此时，根据温度传感器17检出的排气温度，控制来自注射器14的燃料供给量，使由注射器14直接传送的上述燃料在氧化催化装置12中燃烧，流入到微粒捕集过滤器13的排气其温度被调整至接近例如600℃。
也就是说，过滤器13的微粒捕集量未达到所规定的值时，不必强制性再生过滤器13。氧化催化装置12内的排气温度的规定值为例如大于等于250℃时，在氧化催化装置12内与上述现有装置的情形相同，如上述(1)、(2)式所示，由排气中的一氧化氮成分氧化生成二氧化氮，使氧化过滤器13捕集的微粒氧化、燃烧，从而除去过滤器13中的微粒，使过滤器13连续地再生。
利用柴油发动机10传送的排气的热量，在氧化催化装置12内铂氧化催化剂和钯氧化催化剂的作用下，由注射器14传送的燃料按上述(3)式所示燃烧，此燃烧热使排气温度进一步上升，然后排气流入过滤器13，被过滤器13捕集的微粒按上述(4)式燃烧，从而除去过滤器13中的所述微粒，强制性使过滤器13再生。
在此情况下，如果改变氧化催化装置12所载负的铂和钯的比率，所述(1)式的二氧化氮生成率和所述(3)式的燃料(轻油)的燃烧率分别如图2中曲线X1、X2和Y1～Y3所示变化。
曲线X1：排气温度为300℃的情况
曲线X2：排气温度为350℃的情况
曲线Y1：排气温度为250℃的情况
曲线Y2：排气温度为275℃的情况
曲线Y3：排气温度为300℃的情况
也就是说，在氧化催化装置12中贵金属的载负量一定的情况下，如果增加钯的载负率，则铂的载负率减少，如图2所示，如果钯的载负率从0增加，无论排气温度的高低，燃料燃烧率随钯载负率的增加急剧上升，然后维持在较高的值。另一方面，无论排气温度的高低，二氧化氮生成率随钯载负率的增加即铂的减少，缓慢下降，铂和钯的载负比率(重量比)Pd/(Pt+Pd)大于0.75时，曲线X1和曲线X2的下降斜率变得较大，导致二氧化氮生成率急剧下降。
为了使过滤器13捕集的微粒按上述(4)式利用排气热充分燃烧，强制性使过滤器13再生，需要效率良好地提高流入到过滤器13的排气的温度，并且，为了限制未燃烧成分的排出，有必要使能提高所述燃料燃烧率的铂和钯的载负率(重量比)Pd/(Pt+Pd)大于等于0.05，优选大于等于0.15，在此比率下，即使在较低的排气温度下，例如250℃左右，也能提高所述燃料的燃烧率。
另外，即使要通过增加铂和钯的载负比率(重量比)Pd/(Pt+Pd)以使二氧化氮生成率的下降较小，即以使二氧化氮生成率不发生下降，所述载负比率(重量比)也优选小于等于0.75，在此情况下，在过滤器13的连续性地再生时，二氧化氮生成率能停在有效的程度。
如上所述，如果氧化催化装置12按上述比率载负铂和钯，那么注射器14供给的燃料中即使含有成分不相同的多种HC，由于钯对于不饱和烃或甲烷、铂对于不同种的HC例如碳原子数大于等于3的饱和烃等具有特别好的燃烧性能，所以即使氧化催化剂的性能多少会有降低，与现有的铂氧化催化剂比较，整体上氧化催化装置12中燃料的燃烧性能仍能提高。在较低温度的排气氛围中，燃料也能容易地有效燃烧。所以柴油发动机10的排气温度即使不是总保持在较高水平，由于排气的作用注射器14供给的燃料也容易燃烧，使排气温度上升，进而使过滤器13捕集的微粒有效燃烧，从而强制性地使过滤器13能够有效再生。
因此不必进行发动机侧的排气温度控制，例如延迟发动机燃料喷射的时间、进气节流、排气节流等。所以抑制了柴油发动机10的燃料消耗量的增加，同时由于不必精密控制发动机排气温度的上升，所以具有的优点是容易实现能确保排气净化作用且安全性高的装置。
在图3所示的实施例中，在氧化催化装置12中载体20的表面上，朝向用箭头表示的排气流形成钯氧化催化剂层21，同时在载体20侧形成铂氧化催化剂层22，钯氧化催化剂层21和铂氧化催化剂层22形成了两个层并以此状态载负在载体上。
此种情况下，两个层中的氧化催化剂层中，钯氧化催化剂层21朝向排气流，由于提高了针对排气燃料燃烧性能优良的钯氧化催化剂的浓度，所以具有在过滤器的强制性再生时注射器供给的燃料能有效燃烧的优点。
在图4所示的实施例中，相对用箭头表示的排气流，氧化催化装置12的钯氧化催化剂31和铂氧化催化剂32从气流上游侧依次排成直列，此种情况下由于提高了氧化催化装置12中排气气流上游侧钯氧化催化剂31的浓度，所以具有即使在排气不易升温的催化剂前端部分(排气的气流上游区域)也能得到来自燃料有效燃烧的热量的特点。另外，即使排气温度较低，由于在催化剂前端部分设置了比铂氧化催化剂32燃烧性能优良的钯氧化催化剂31，使发动机排出的HC能自较低温度状态燃烧，减少蓄积在氧化催化剂上的HC的量。
所以，能防止由于在氧化催化剂上蓄积的HC在车辆加速时等伴随排气温度的上升发生着火而引起氧化催化剂的过度升温。
在所述各实施例中，是将燃料从注射器14直接传送至氧化催化装置12，但是即使改变为向内燃机的燃烧汽缸内进行多级喷射，即，利用后喷射，使燃料以未燃烧的状态从燃烧汽缸内流入到排气通路，该未燃烧的燃料在氧化催化装置12中燃烧，也可起到与上述实施例相同的作用效果。
另外，在上述各实施例中，采用微粒捕集装置作为排气处理装置，但也可以用排气处理时需要升高温度的装置进行替换，例如，使用NOx催化剂和氧化催化剂的装置等。

Claims (8)

1、排气净化装置，其中，在内燃机的排气通路中，从气流上游侧依次安装了氧化催化装置和排气处理装置，所述氧化催化装置中载负的铂和钯的重量比是0.05≤钯/(铂+钯)≤0.75，需要升高所述排气处理装置的温度时，燃料被传送到所述氧化催化装置内。
2、如权利要求1所述的排气净化装置，其中，所述重量比为0.15≤钯/(铂+钯)≤0.75。
3、如权利要求2所述的排气净化装置，其中，在所述氧化催化装置内钯氧化催化剂层和铂氧化催化剂层形成两个层，所述钯氧化催化剂层朝向排气气流形成，同时，所述铂氧化催化剂层形成于载体侧。
4、如权利要求2所述的排气净化装置，其中，所述氧化催化装置内钯氧化催化剂和铂氧化催化剂在排气气流上游侧依次排成直列。
5、如权利要求3所述的排气净化装置，其中，所述排气处理装置是微粒捕集过滤器。
6、如权利要求4所述的排气净化装置，其中，所述排气处理装置是微粒捕集过滤器。
7、如权利要求5所述的排气净化装置，其中，在内燃机内供给所述燃料，或者向所述氧化催化装置内直接供给所述燃料。
8、如权利要求6所述的排气净化装置，其中，在内燃机内供给所述燃料，或者向所述氧化催化装置内直接供给所述燃料。
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