[发明专利]排气净化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种排气净化装置，该排气净化装置能够有效地净化从柴油发动机排出的排气中所包含的NOx和PM。

背景技术

关于汽油发动机，已经制定了严格的排气排放控制标准并取得了技术进步，因此排气中的有害成分的量大大减少。然而，柴油发动机排放PM(主要包括碳颗粒，例如，碳烟、高分子量碳氢化合物颗粒、以及诸如硫酸盐之类的硫基颗粒)形式的有害成分，使得与汽油发动机相比更难以净化排气。

发展至今日，柴油发动机的排气净化装置大致分为两种类型，即公知的捕集型排气净化装置(壁流)和开放型排气净化装置(直流)。特别地，捕集型排气净化装置已知的是由陶瓷制成的闭塞的(clogged)蜂窝结构(柴油PM过滤器(以下称为“DPF”))。具体地，DPF具有陶瓷蜂窝结构，其中孔室(蜂窝，cell)在其开口部分的两端交替闭塞而成格子状。所述DPF包括在排气流方向的下游侧闭塞的流入侧孔室、与流入侧孔室邻接并在排气流方向的上游侧闭塞的流出侧孔室、以及分隔流入侧孔室和流出侧孔室的孔室隔壁。排气被孔室隔壁的细孔过滤，从而孔室隔壁捕集PM，由此抑制PM的排出。

然而，在DPF中，由于PM堆积导致压力损失上升。因而，需要采用某种手段定期地除去堆积的PM以使DPF再生。因此，在压力损失上升的情况下，通过使用燃烧器或者电加热器等的加热处理，或者采用向排气喷射轻油、使用氧化催化剂燃烧排气然后在高温状态下将排气供给至DPF的方式，来燃烧堆积的PM，以便使DPF再生。然而，在这种情况下，PM的堆积量越大，则燃烧所需温度越高，因此会产生热应力，导致DPF不期望的破损。

近年来，开发了连续再生式DPF(过滤器催化剂)，其中，在DPF的孔室隔壁的表面上形成氧化铝涂层、并在该涂层上载持白金(Pt)等催化剂金属。在存在这种过滤器催化剂的情况下，由于捕集的PM通过催化剂金属的催化反应而氧化并燃烧，因此，可以通过与捕集同时或者在捕集之后燃烧PM来使DPF再生。此外，由于催化反应在相对低的温度下发生，并且在PM捕集量少的情况下进行燃烧，所以DPF仅承受小的热应力，因此有利地防止了DPF的破损。

作为这种过滤器催化剂的例子，日本特开平09-173866号公报公开了一种过滤器催化剂，其中，在孔室隔壁的表面上形成有由颗粒尺寸大于孔室隔壁的细孔的平均尺寸的活性氧化铝构成的多孔涂层，所述细孔的内表面涂敷有颗粒尺寸小于孔室隔壁的细孔的平均尺寸的活性氧化铝，并且还载持有催化剂金属。这种过滤器催化剂使得能够在增大涂层的比表面积的同时降低压力损失。

已知一种用于净化汽油发动机排气的催化剂为NOx储存还原型催化剂(以下称为“NSR”)。NSR用于在氧气过量的稀氛围下使用NOx吸藏材料来吸藏NOx，并允许由NOx吸藏材料吸藏的NOx在间歇的浓氛围下(浓峰，rich spike)被还原并净化。日本特开2002-021544号公报公开了一种排气净化装置，其中，NSR在排气流方向上设置在DPF的上游侧。而且，还提出了一种在通过向排气中喷射轻油来还原并净化NOx的同时氧化并燃烧PM的技术。

日本特开平06-159037号公报公开了一种体现为柴油颗粒NOx还原催化剂(DPNR)的过滤器催化剂，其中，在形成于孔室隔壁的细孔的内壁面上的涂层上载持有贵金属和NOx吸藏材料。这种DPNR负责利用NOx吸藏材料吸藏NOx，并通过喷射诸如轻油等还原剂来还原并净化所吸藏的NOx。

然而，柴油发动机的排气与汽油发动机的排气在以下方面存在差异。

(1)汽油发动机的情况下，流入催化剂入口的气体的温度为300-400℃，但是在柴油发动机的情况下，流入催化剂入口的气体的温度低至约200-300℃。

(2)由于燃料组成的不同，与汽油发动机中相比，柴油发动机的排气中的硫浓度更高。

因此，当汽油发动机的NSR在不经改变的情况下被应用于柴油发动机时，NOx吸藏性能将降低，NOx吸藏材料会遭受硫中毒，并且，不能保证充分的NOx净化性能。即，由于催化剂的上游侧的温度难以升高，所以广泛应用于汽油发动机用NSR的由K和Ba的组合物构成的NOx吸藏材料在使用期间会遭受硫中毒，不期望地大大降低NOx净化性能。

在DPNR的情况下，在DPNR的上游设置氧化催化剂，并且向氧化催化剂内供给含有燃料的排气，从而处于还原氛围的高温排气被供给至DPNR，并且硫中毒的NOx吸藏材料被再生。然而，在包括K和Ba的组合物的NOx吸藏材料中，NOx吸藏材料的硫脱离速度低，使得不能够充分地再生NOx吸藏材料。