[发明专利]在压燃式发动机中通过在膨胀冲程喷入烃产生NOx还原剂

说明书

本发明一般涉及操作柴油机的改进方法。更具体地说，本发明涉及在膨胀冲程中喷入烃在柴油发动机中形成NO_x还原物质的方法。

在柴油发动机的正常操作中，首先在发动机的压缩室中将空气压缩成约500磅／平方英寸的压力。空气的压缩使其温度升高到约1000°F。然后通过燃料喷入喷嘴将柴油燃料喷入压缩的热空气中。燃料在压缩室雾化，在此，温度升高到燃料的自燃温度，在燃烧室中气体自发点燃、燃烧和膨胀。燃烧产物的膨胀向下驱动汽缸，从而为发动机提供动力冲程。

为了使发动机高效地操作，即在以最低的燃料消耗得到最高的功率，一般操作在能产生含大量氧和含最少量未燃烧烃的废气的空气燃料比，遗憾的是，最大功率和高效地操作柴油机还为最高操作温度升高造成条件，从而产生NO_x排放。减少NO_x排放的一种方法当然是使废气与能够将废气中的NO_x数量减少的催化剂相接触。然而，对在柴油机废气环境有效的催化剂来说，在废气中存在还原物质时脱NO_x的催化剂一般更有效。为了产生这些还原物质，发动机应操作在低的峰值温度的条件下，而这些条件与使整个发动机有效操作的所要求的条件相反。

在催化剂下提供还原物质的一种方法是第二次喷入，即在接近膨胀冲程结束时以固定的曲柄角将烃喷入柴油发动机的汽缸中。这种方法的一个问题是，完全将NO_x还原所需的各种还原物质的量取决于发动机操作参数，如发动机速度、发动机负荷以及入口气体(空气和废气循环，“EGR”)压力(当压缩机存在时)，以及以曲柄角的第二次喷入不能随发动机操作参数变化调节烃的喷入量。以固定的曲柄角的喷入烃的第二个问题是，最有效的还原剂，即烯烃和氧化物，不是发动机的主要燃料源。在发动机中将这些化合物喷入废气流中必须提供这些化合物的第二种来源。以固定的曲柄角的第二次喷入的还有一个问题是将高沸点芳族分子引入废气中。这会给废气处理系统造成负担，因为除非将它们氧化成CO₂和H₂O，这些分子将参与PNA排放。

因此，本发明的一个目的是提供一种操作发动机的方法，使得在柴油发动机的燃烧室中产生有效的NO_x还原物质，其量足以将发动机废气中存在的NO_x催化转化。本发明的另一目的是使用一种转化废气中NO_x的方法，此法可以避免如果这些物质由通常燃烧中作为副产品生成而提出的各种限制。

换言之，本发明的一个目的是高效地操作柴油发动机的同时，在燃烧室产生足量的有机裂解产物，即还原物质，用于将废气中NO_x催化还原。

在一实施方案中，本发明涉及的方法是通过在柴油为燃料的发动机汽缸中在膨胀冲程喷入烃以增加氧化物、不饱和物、不饱和氧化物以及它们的混合物的生成而减少NO_x的排放，但基本上不降低发动机的功率，此方法包括：

(a)在一个或多个预选的发动机操作点确定校准量的烃和校准的曲柄角值，在此操作点，在发动机的汽缸中生成增量的氧化物、不饱和物、不饱和的氧化物以及它们的混合物，在此操作点的发动机的废气流的废催化剂下游中存在低浓度的NO_x，在此操作点，发动机的功率基本上没有降低；

然后在发动机操作中

(b)测定该发动机的操作点；

(c)当测定的操作点和预选的操作点之一相同时，由预选的操作点的校准的曲柄角值和校准的烃量确定在该测定的操作点在膨胀冲程的曲柄角值和烃量。当测定的操作点是不同于预选的操作点时，通过在预选测定点的校准曲柄角值和校准烃量之间的插值测定膨胀冲程中喷入的烃量和曲柄角；

(d)在膨胀冲程中以此曲柄角将该量的烃喷入发动机的汽缸中；以及

(e)只要(b)步的操作点有变化，重复(c)和(d)步骤。

图1说明理解本发明的柴油发动机所必须的一个汽缸的主要部件。

图2为本发明的普通导轨喷入系统结构示意图。

图3说明峰值的裂解产物产量(氧化物和烃不饱和物(烯烃))与在负荷3．1巴BMEP、1．4巴进气压力和转速2，250转／分钟的具体的发动机操作点在本发明的膨胀冲程开始测定的第二次喷入角的依赖关系。

图4说明这些裂解产物的总和对发动机负荷、进气压力和转速的依赖关系。

图5说明当发动机操作参数变化时裂解产物产量与偏离于峰值发生的角度的依赖关系。