[发明专利]电激发催化转化器设备以及使用其的方法

说明书

相关申请

本申请要求享有根据35USC§119于2007年2月23日提交的美国临时专利申请No.60/891281的优先权。该临时申请的整个内容都在这里通过参考而并入。

技术领域

本发明涉及一种电激发催化转化器设备，用于处理来自汽车的内燃发动机的发动机排气，以减少其中可能的存在的污染。更具体地，本发明涉及一种采用高压电晕来处理发动机排气的电激发催化转化器，其中电晕可与小型的传统陶瓷单片型转换器型转化器一起使用或者可以不与其一起使用。

背景技术

在机动车排气系统中，催化转化器广泛用于减少来自内燃发动机的不想要的排放。催化转化器还在包括发电机组、叉车、采矿设备、卡车、公交车、火车等很多装备了发动机的机器上使用，以处理来自这些机器的发动机的发动机排气来减少排气中的污染物。

催化转化器提供一个用于支持化学反应的环境，其中来自内燃发动机的不想要的废气副产物被转化成通常被排出到车辆外部的环境中的更不活泼的气体。催化转化器通过涂覆有诸如铂、钯和/或铑的贵金属的密集蜂窝体来促进不想要的排气的转化。在传统的催化转化器中，诸如一氧化二氮、一氧化碳和未燃碳氢化合物的气体被转化成诸如氮气、二氧化碳、水等反应产物。

然而，当发动机排气包含了包括过量不想要的污染物，其包括高水平(level)的一氧化二氮、一氧化碳和未燃碳氢化合物时，传统的催化转化器可能不能有效地将这样过量的不想要的污染物处理/转化到更安全理想的水平。在这种情况下，理想的是，在发动起排气通过传统催化转化器之前对发动机排气进行预处理，和/或在其从传统催化转化器排出之后对发动机排气进行后处理，以将发动机排气中存在的污染物的量降至更安全可接受的水平。

例如，已经提出了一种在现有技术中一篇名为“The InternalCombustion Engine at Work(工作中的内燃发动机)”的在线文章中所讨论的下文称为“Westbrook(威斯布鲁克)”设备的等离子体辅助催化还原系统，以在排气进入传统催化转化器之前减少来自柴油发动机的排气污染物(例如，参见，http://www.llnl.gov/str/westbrook.html的文章)。

图1示出Westbrook设备——等离子体辅助催化还原系统1的示意图，其中等离子体辅助催化还原系统1具有金属线电极2，该金属线电极2纵向设置在柱形金属排气管3的中心内，传统催化转化器4的上游。在这个已知系统中，通过施加于线电极2的高压短脉冲在排气管3中产生非热等离子体。根据上文提到的Westbrook文章，电极2产生的非热等离子体将一氧化氮和碳氢化合物氧化成二氧化氮和部分氧化的碳氢化合物，随后，传统催化转化器将二氧化氮和碳氢化合物转化成氮、二氧化碳和水。

图2示出用Westbrook装置处理的排气排放的光谱的分析结果，其示出了等离子体辅助催化还原的好处。Westbrook宣称等离子加(plus)催化作用几乎完全消除了来自柴油发动机的不想要的排气排放。

采用如上所述的Westbrook设备的充电技术是一种插入技术，即线电极2以基本上平行于排气气流的构造放置在发动机排气的主流道内。由于Westbrook的线电极2没有远离发动机排气气流的主流道放置(recess)，因此线电极2会受到来自发动机排气的污染，并且由于直接暴露于发动机排气，因此污染物可能在单个线电极2上堆积。因此，经过长时间的使用后，在减少发动机排气的污染方面，这种单线电晕充电器不能最佳地发挥作用。

此外，纵向放置在排气管道内部的单线电极周围的电晕充电器可能没有覆盖在排气管道内部限定的主流道的整个横截面积。结果，发动机排气的整个气流可能没有与电晕充电相互作用和/或通过电晕充电，这将使得电晕充电器的这种构造对其减少来自发动机排气的污染物的目的来说是无效的。

而且，如上所述，诸如Westbrook设备的插入装置，可能需要麻烦且费时的过程以将其安装在排气管道内。

等离子体辅助催化还原系统需要与单线电晕发生器结合的传统催化转化器的应用，并且因此，在没有应用传统催化转化器的情况下Westbrook设备可能不能有效地减少发动机排气中存在的不想要的成分。仅采用单线电极的等离子体辅助催化还原系统不会被用作独立单元来处理发动机排气以减少其中不想要的成分。