[发明专利]排气净化系统

说明书

技术领域

本发明涉及排气净化系统，其净化从内燃机排放的排气。特别地，本发明涉及在稀燃运转期间能有效净化从内燃机排放的排气的排气净化系统。 

背景技术

近年来，因为对于全球环境的考虑，降低二氧化碳(CO₂)排放的需求增加，稀燃运转旨在改进机动车内燃机的燃料效率。同时，氮氧化物(NOx)基本上不能通过常规三元催化剂降低，这是因为由于稀燃，来自使用汽油的稀燃发动机、直喷式发动机和柴油发动机的排气包含大量氧。目前，已加强不同的技术开发以有效净化来自发动机，特别是来自柴油发动机的排气。 

该净化的有效途径之一是采用NOx捕集型催化剂(trappingcatalyst)。当进入的排气的空燃比在稀条件下时，NOx捕集型催化剂捕集排气中的氮氧化物，并且，当进入的排气的空燃比在理论值(化学计量的)或浓条件下时，NOx捕集型催化剂释放并还原捕集的氮氧化物。由此，在超过允许的氮氧化物捕集量之前，通过使得排气的空燃比为理论值或浓，释放并还原捕集的NOx。然后，通过增加的还原剂(氢气(H₂)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC))还原氮氧化物。然而，熟知过量还原剂，特别是过量碳氢化合物能导致环境恶化，如果它们未用于还原氮氧化物而排出的话。此外，将排气的空燃比迅速切换为理论值或浓以增加还原剂是不期望的，这是因为其导致劣化的运转性能并降低燃料效率。 

因此，已试图将氢气特别用作更有效的还原氮氧化物的还原剂。此外，已提出通过蒸汽重整(steam reforming)产生氢气的催化剂(参见专利文献1)。 

专利文献1：日本专利3741303 

然而，因为蒸汽重整反应是吸热反应，需要热供给以达到充分的反应速度，即，需要在高温条件下引入催化剂。所以，为了在实际运转条件下带来充分的氮氧化物净化效果，这是很难的实际解决方案。此外，通过使排气的空燃比更浓以增加氮氧化物的还原率导致环境恶化，这是因为未反应的碳氢化合物排放量增加。所以，有必要增加更多催化剂以去除碳氢化合物。由此，除了NOx捕集型催化以外，已提出提供HC吸附催化剂(参见专利文献2)。 

专利文献2：日本专利未审公布2003-206785 

已提出另一种方法，将碳氢化合物吸附剂和蒸汽重整催化剂组合以在更少的氧气条件下通过使用水净化碳氢化合物(例如参见专利文献3)。 

专利文献3：日本专利未审公布2002-282697 

专利文献3在低空间速度(SV)下使用不良吸附甲烷的模拟实验中显示良好结果。此外，已进行使用发动机的实验，其中使用除了碳氢化合物吸附剂和蒸汽重整催化剂以外的三元催化剂，空燃比约为理论值(A/F＝13.5-15.5)。然而，碳氢化合物的释放和净化力为40％，其相对低。此外，氮氧化物的还原性不明确。NOx捕集型催化剂和HC吸附催化剂的组合效果也不清楚。 

发明内容

在上述常规方法中，难以确保氮氧化物还原和碳氢化合物氧化之间的相容性。所以，为了净化排气，降低燃料效率和要 求大量催化剂容量和催化剂量(quantity)是不可避免的。 

本发明关注上述常规问题。本发明的目的在于提供排气净化系统，其能实现紧凑型催化剂系统并确保氮氧化物还原和碳氢化合物氧化之间的相容性。 

本发明第一方面提供内燃机用排气净化系统，该系统包括：NOx捕集剂，当排气的过量空气系数大于1时，其吸附氮氧化物，并且，当过量空气系数为1以下时，其释放氮氧化物；NOx净化催化剂，其将氮氧化物还原为氮气；和氧气浓度控制器，其控制排气中的氧气浓度，其中，当排气的过量空气系数大于1时，氮氧化物被吸附至NOx捕集剂，当排气的过量空气系数为1以下时，氧气浓度控制器控制在NOx净化催化剂入口处排气的氧气浓度为0.8至1.5体积％，由此NOx净化催化剂还原从NOx捕集剂释放的氮氧化物。 

本发明第二方面提供用于内燃机的排气净化方法，该方法包括：设置内燃机用排气净化系统，该系统包括：NOx捕集剂，当排气的过量空气系数大于1时，其吸附氮氧化物，当过量空气系数为1以下时，其释放氮氧化物；NOx净化催化剂，其将氮氧化物还原为氮气；和氧气浓度控制器，其控制排气中的氧气浓度；当排气的过量空气系数大于1时，吸附氮氧化物至NOx捕集剂；和通过氧气浓度控制器来控制在NOx净化催化剂入口处排气的氧气浓度为0.8至1.5体积％，由此通过NOx净化催化剂还原从NOx捕集剂释放的氮氧化物。 

附图说明