[发明专利]用来清洁内燃机废气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种方法，该方法使用存储废气成份的材料且使用粒子过滤器来清洁内燃机的废气，该方法特别适用于机动车辆。

背景技术

机动车辆中的内燃机的废气典型地包含有害气体一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和可能的硫氧化物(SOx)，并且也包含主要是碳黑残余和可能的粘附有机团块组份的粒子。CO、HC和粒子是发动机的燃烧室中的燃料的不完全燃烧的产物。如果燃烧温度局部超过1000℃，则在汽缸中由吸入空气中的氮气和氧气产生氮氧化物。硫氧化物由总是小量存在于非合成燃料中的有机硫化合物的燃烧产生。为了从机动车辆的废气去除对环境和健康有害的这些排放物，已经发展出多种催化废气清洁技术，其基本原理通常基于把要被清洁的废气引导穿过催化转换器，该催化转换器包括通流蜂窝体和施加到其上的催化活性的涂料。所述催化转换器促进不同废气成份的化学反应以形成例如二氧化碳CO₂和水的无害产物。

这里，使用的催化转换器的操作模式和组份根据要被清洁的废气的组份且根据在催化转换器处预期的废气温度水平而部分地显著不同。用作催化活性涂料的多种组份包含一种或更多种废气成份在某些操作条件下暂时被约束在其中的成份，其中所述废气成份可以在操作条件的合适变化的情况下以目标方式再次释放。这种成份在下面通常称为存储材料。

例如，氧存储材料用于三元催化转换器以便从以平均化学当量空气/燃料混合物操作的汽油发动机(火花点火发动机)的废气去除CO、HC和NO_x。已知的氧存储材料是铈-锆混合氧化物，该铈-锆混合氧化物可掺杂有另外的氧化物，特别地掺杂有稀土金属氧化物，例如氧化镧、氧化镨、氧化钕或氧化钇。

为了从以主要稀的空气/燃料混合物操作的内燃机(柴油机或稀燃火花点火发动机)的废气去除氮氧化物，可使用氮氧化物存储催化转换器。氮氧化物存储催化转换器包含氮氧化物存储材料，该氮氧化物存储材料存储来自稀废气的氮氧化物并且可再次释放所述氮氧化物，并且在还原废气条件下为催化还原供应它们以形成氮。氮氧化物存储材料通常包含碱性氧化物、氢氧化物、氢氧化合物和/或碱金属的、碱土金属的和/或稀土金属的碳酸盐。优选地使用钾的、钠的、锶的、钡的、镧的和铈的氧化物、氢氧化物、氢氧化合物和/或碳酸盐。

包含氧存储材料的三元催化转换器和包含NO_x存储材料的氮氧化物存储催化转换器的共同之处是它们在具有不连续分布的空气比率λ的条件下操作。它们以限定的方式经受空气比率λ的周期性变化并且因此经受氧化和还原废气条件的周期性变化。空气比率λ的所述变化在两种情况下对废气清洁结果来说都是必要的。

在三元催化转换器的情况下，以很短的循环时间(近似0.5到5Hz)和值λ＝1附近的0.005≤Δλ≤0.05的幅值Δλ调节废气的λ值(还原和氧化废气构成物相对彼此以化学当量比率存在)。由于车辆中的发动机的动态操作模式，出现了从所述状态的偏离。为了使在废气被引导穿过三元催化转换器时所述偏离对废气清洁结果没有不利影响，催化转换器中包含的氧存储材料由于它们按需要从废气吸收氧或将氧排入废气中而在一定程度上补偿所述偏离。

如例如在SAE950809中详细描述的，氮氧化物存储催化转换器在稀废气(λ＞2)中操作数秒，并且在这段时间期间吸收氮氧化物存储材料中的在稀条件下不能被还原的氮氧化物，而用废气中包含的氧来氧化CO和HC以形成CO₂和水。如果氮氧化物存储变得充满，则氮氧化物存储催化转换器必须通过切换到浓操作条件(λ＜0.9)而再生。在所述操作阶段期间，氮氧化物再次从存储材料被释放并且与废气中包含的还原性成分CO和HC反应(在形成CO₂和H₂O的情况下)以形成氮。

上述存储材料通常是施加到通流蜂窝体的催化活性涂料的构成部分。为清洁柴油机废气，并且也越来越多地为了清洁火花点火发动机的废气，除了有害气体成份的还原之外，粒子排放物的去除也是必要的。这里，为了保持废气清洁单元的数量尽可能小，并且因此能够提供可能的最节省成本且节省燃料的方法，越来越频繁地使用催化活性粒子过滤器。这些通常是包含催化活性涂料的陶瓷壁流式过滤器基体。所述涂料可以在流入和/或流出导管中施加到流入和流出导管之间的壁上和/或壁中。