[发明专利]降低排放的燃烧

说明书

背景技术

本发明涉及一种用于降低不完全燃烧产生的类型的污染物例如微粒、未燃烧的烃和一氧化碳的排放，同时避免提高NO₂的生成的新方法。

柴油机相对于奥托型发动机具有许多重要的优点。其中有燃料经济性、容易维修和长寿命。但是，从排放的角度来看，相对于它们的火花点火对应物，它们存在更严重的问题。排放问题涉及微粒物质(PM)、氮的氧化物(NO_x)、未燃烧的烃(HC)和一氧化碳(CO)。术语NO_x用于描述氮的氧化物的各种化学物质，尤其包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。NO受到了关注，因为据信其在日光和烃的存在下经过一系列反应而经历了被称为光化学烟雾形成的过程，且其是酸雨的主要贡献者。另一方面，NO₂具有作为氧化剂的高强力且是强肺部刺激物。微粒(PM)也与呼吸问题相关。当进行发动机运行改进以降低柴油机中的微粒和未燃烧的烃时，NOx的排放趋于增加。

已提出采用后处理设备，如柴油机微粒过滤器(DPF)和柴油机氧化催化剂(DOC)，来降低来自柴油机的微粒以及气态的烃和一氧化碳的排放。这些设备在较老的发动机中承受着极大的压力并且在较新的发动机中需要功效的改进。所有情形中，它们是都昂贵的，这主要是由于有效性所需要使用的贵金属的成本。期望降低DPF设备的成本和/或改进它们的功效。

本领域已意识到，NO₂作为强氧化剂在燃烧柴油机微粒中起着有益的作用。Cooper等人在美国专利US4,902,487中通过使用在未催化的DPF上游的重度催化的DOC而实施了这样的反应。重度催化的DOC将废气中存在的NO转化为NO₂，该NO₂氧化了碳微粒以帮助过滤器再生。作为该专利实施例2中的第一种成分，采用了常规陶瓷整体料负载的催化剂，含有大约80g/ft³ Pt。所报道的铂的通常加载量为DOC体积的30～90g/ft³。最近，该设备的制造商已介绍了采用重度催化的DPF来帮助低温再生的系统。目前报道的总的贵金属加载量为90～120g/ft³。该途径的结果是，大量的过量NO₂排出该系统。NO₂是强肺部刺激物且已由MSHA限制了废气中的浓度并且CARB建议浓度上限为废气氮的氧化物的20％。但是，尽管存在铂成本高和NO₂排放的相关问题，在这类系统中，本领域发现必须采用高的铂加载量以实现令人满意的再生。

已采取另一商业措施来改进Cooper型烟灰过滤器的再生，并且产生高NO₂排放以及通过使用铈或铁燃料添加剂来帮助DPF再生。参见Blanchard等人的美国专利US6,767,526，其采用DOC与DPF或者单独的DPF，具有固定的铂加载量，所述铂加载量是未被具体规定的、足以将NO氧化为NO₂的浓度。其并未解决与Cooper系统相关的铂高成本或者NO₂排放的不利影响。

另一商业测试过的系统采用在新的丝网过滤器上游的DOC，但是需要在废气中形成高NO₂的重度催化的DOC，以使未催化的丝网过滤器再生。参见，例如，EP1350933。

在美国专利US6,023,928中，Peter-Hoblyn和Valentine描述了具有DOC或DPF的铂FBC，和或，具有催化的或未催化的DPF的Pt/Ce，但是并未描述使铂加载量最小化或NO₂的降低。

需要一种系统，其提供了良好的PM降低，同时使NO₂的产生和排放最小化。

发明内容

本发明的目的是提供一种系统，其通过催化废气处理提供良好的PM降低，同时使NO₂的排放最小化。

本发明的另一目的是提供一种系统，其可以通过降低对铂催化剂的需求来降低系统成本，同时保持NO₂作为DPF中烟灰氧化的助剂的明显益处。

本发明的又一目的是提供一种有效的柴油机微粒降低系统，其提供了良好的PM降低功效，同时使贵金属的使用最小化和降低了从废气装置中排出的NO₂的量。

本发明的再进一步目的是提供一种配方控制系统，其是耐用的且可以在低废气温度下氧化烟灰而无需经常清洁。