[发明专利]用于从内燃机的废气后处理的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于内燃机的排气后处理系统。

发明背景

本部分中的陈述仅仅提供与本发明相关的背景信息，不一定构成现有技术。

在废气供应流中的已知的燃烧副产物包括一氧化碳（CO）、氮氧化物（NO_X）和微粒物质（PM）等等。未燃烧的碳氢化合物（HC）和氧气（O₂）也存在于发动机排出的排放物中。使发动机以不同的空燃比，包括浓的、稀的和化学计量空燃比，运行会产生不同比例的燃烧副产物、HCs和氧。存在于发动机进气中的在燃烧高温中分离的氮和氧分子产生NO_X，NO_X产生率遵循与燃烧过程的已知关系，例如，较高的NO_X产生率与较高的燃烧温度和空气分子暴露于较高温度的较长时间相关联。一旦在燃烧室中产生NO_X分子，NO_X分子就能在已知的催化装置中还原成氮和氧分子。

多种发动机运行策略和后处理装置已经用来还原燃烧副产物，燃烧副产物包括废气供应流中的NO_X排放物。

用于还原NO_X排放物的一种示例性后处理装置是选择性催化还原装置（SCR）。已知的SCR装置利用得自尿素注射的氨水来与NO_X反应。存储在SCR内的催化剂床中的氨水与NO_X反应，优选地与NO₂反应，并产生有利的反应以还原NO_X。已知在柴油机应用中，在SCR中还原NO₂之前操作SCR上游的柴油氧化催化器（DOC）以将NO转变成NO₂。

另一种后处理装置是NO_X捕获装置。NO_X捕获装置使用了能存储一些数量的NO_X以便随后的还原作用的催化剂。发动机控制技术已经发展到将这些NO_X捕获器或NO_X吸附器与省油发动机控制策略结合以改善燃料效率并依然获得可接受的NO_X排放水平。一种控制策略包括在稀混合气发动机运行期间用稀NO_X捕获器存储NO_X排放物，然后在浓混合气发动机运行期间清除存储的NO_X，在较高温度的发动机运行条件下利用三元催化作用将NO_X还原成氮和水。用在柴油机应用中的另一种后处理装置是柴油机微粒过滤器。柴油机微粒过滤器捕获碳烟和微粒物质以便随后在周期性的高温再生事件期间清除。

其他的后处理装置处理包括NO_X排放物的废气流。三元催化剂（TWC）特别地用在汽油化学计量废气供应流后处理应用中。在化学计量和浓混合气发动机运行期间，在废气供应流中存在很少的氧或不存在氧，因此允许超过99％的NO_X排放物在TWC中还原成氮（N₂）和氧。在稀混合气发动机运行期间，存在于废气供应流中的氧抑制TWC中的NO_X还原，导致NO_X漏过并需要额外的后处理装置来还原NO_X排放物，例如在上面描述的SCR和NO_X捕获装置。

包括多个稀燃废气后处理装置的稀燃废气后处理系统的不利之处在于需要额外的组装空间、伴随用于热耗散的额外表面积的低热效率、和可归因于增大的背压的发动机转矩损失。因而，有利的是，通过去除废气供应流中多余的氧，从而允许废气供应流的化学计量后处理，来减少后处理系统中的后处理装置的数量。

发明内容

一种内燃机以稀空燃比运行并且与排气后处理系统流体地相连，排气后处理系统包括流体地连接在三元催化转化器上游的氧分离器装置。

本发明提供以下技术方案：

方案1. 设备，包括：构造成以稀空燃比运行的内燃机，所述内燃机流体连通地连接到排气后处理系统，所述排气后处理系统包括流体连通地连接在三元催化转化器上游的氧分离器装置。

方案2. 如方案1所述的设备，其中所述氧分离器装置包括：氧分离器元件，其构造成将氧从废气供应流分离。

方案3. 如方案2所述的设备，其中所述氧分离器元件包括多孔膜元件，所述多孔膜元件包括被涂覆以氧化铝、硅石和沸石中的至少一种的碳化硅。

方案4. 如方案3所述的设备，其中所述氧分离器元件包括多个不对称地构造的多孔膜元件。