[发明专利]用于双床式催化装置系统的被动式辅助空气输送系统

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种双床式催化装置系统，尤其是涉及用于天然气发动机的双床式、三通催化剂(three-way catalyst)系统的辅助空气输送系统。

背景技术

对于具有用于发动机排气的三通催化剂系统的天然气内燃机而言，空气/燃料比必须保持在非常狭窄的范围内，以在催化剂中同时获得高效率的NOx还原和CO氧化。该策略的缺点在于：难以达到同时获得两个反应的高效率所需要的空气/燃料比的控制精确性，以及难以在发动机催化剂系统的整个寿命内保持这种精确性。所面临的一个具体问题是催化剂易于老化或失效，结果导致所需的控制范围进一步变窄，且其中心也发生改变。

为了克服该控制方面的问题，一些发动机制造厂商已经采用一种替代策略，来在催化剂中获得高效率的Nox和CO氧化。该替代策略把催化剂分为双床，且在第一床中利用较宽的、较少临界范围的空燃比控制来完成Nox的还原反应。然后，将辅助空气添加到离开第一催化剂床的、在其进入第二催化剂床之前的产物中。辅助空气的供给可保证有充足的氧气存在，以有效地氧化来自第一催化剂床、流入第二催化剂床的供应气体中所剩余的CO。

不幸的是，当这些系统在一定的条件下已经应用在有些客车发动机上时，该类型的系统要求包括特别是合乎目标的发动机驱动空气泵和主动控制，以能够启动和中止和/或调制空气输送的过程。明显的，由于增加了空气泵和主动控制，这样的系统不利地是昂贵和复杂的。

因此，在本领域需要这样的辅助空气输送系统，其可向双床式催化装置的第二床提供必需的氧气，以保证CO和未燃烧HC的有效氧化，而不用过度地增加系统的成本和复杂性。本发明的具体实施例提供这样的一种系统和方法。

发明内容

鉴于上述，本发明的具体实施例提供一种用于具有三元排气催化剂的天然气发动机的、新的和改进的辅助空气输送系统。更特别地，本发明的具体实施例提供一种新的、改进的辅助空气输送系统，以向双床式催化装置的第二床输送空气，从而保证CO和未燃烧HC进行有效氧化。更加特别的，本发明的具体实施例提供一种新的和改进的被动式辅助空气输送系统，其不需要使用额外的空气泵或与之关联的控制。

在一个方面，本发明的具体实施例提供一种用于涡轮增压天然气发动机的双床式催化装置中的第二床的被动式辅助空气输送系统。所述系统利用通道从所述涡轮增压器向在双床式催化装置上的辅助空气导入点提供新鲜、压缩的空气。在一个具体实施例中，所述通道包括与辅助空气通道串联的孔口，其尺寸被确定为在整个发动机转速/负荷范围内保证足够的空气输送。

在另一个方面，本发明的具体实施例提供一种被动式辅助空气输送系统，其用于自然吸气式发动机的或用于在压缩机上游输入燃料的涡轮增压发动机的双床式催化装置的第二床。在该具体实施例中，所述催化装置分割为分离的腔或室，其具有包含着文丘里混合器的中间管道。所述文丘里混合器通向周围环境空气，且其尺寸被确定为输送必需的空气数量来支持氧化催化剂操作。在一个具体实施例中，后催化剂氧传感器被使用来保证空气/燃料比在正确的范围内，以使在第二催化剂床中维持过剩的氧气量用于氧化过程。

本发明包括使用被动式装置来输送和计量空气，而不是专门设计的泵和主动流量控制。另外，在没有复杂的控制部件下，控制的较宽范围使得低排放和高寿命得以实现。与上面论述的先前方法比较，本发明的具体实施例是有利的，因为它们是被动式的或无源的(passive)，没有活动的部件，和不需要任何主动(active)控制。

本发明的其它方面，通过包括结合附图，从下面的详细说明中，本发明的宗旨和优点将会变得更加明显。

附图说明

包括在说明书中且形成说明书一部分的附图阐明了当前发明的若干方面，与说明书一起用于解释本发明原理。在附图中：

图1是用于根据当前发明一个具体实施例的双床式催化装置的被动式辅助空气系统的示意图；和

图2是用于根据当前发明教导构造的双床式催化装置的被动式辅助空气系统的替换具体实施例的示意图。

虽然本发明将结合某些优选的具体实施例来描述，但是并不是意图局限于这些具体实施例。相反的，本发明的意图涵盖那些包括在由附带的权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有替代物、变体和等同物。

具体实施方式