[实用新型]一种柴油发动机用四元催化转化器

说明书

技术领域

本实用新型涉及柴油发动机尾气排放的后处理，具体地说，涉及一种柴油发动机用四元催化转化器。

背景技术

柴油机排放的主要污染物有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、碳烟以及附着在其上的可溶性有机物（SOF）和硫酸盐等微粒物（PM）等。 

近年来，随着油气混合过程的改善和柴油高压喷射技术的采用，碳微粒的总排放量有明显下降，一方面油气混合越充分，燃烧过程越完全碳微粒生成总质量也就越小，另一方面柴油喷射压力越大、喷嘴直径越小、喷嘴数目越多，柴油雾化效果越好，燃烧也越充分，也有利于碳微粒总质量的减少。 

但无论是油气混合过程的改善，还是燃油喷射技术的提高，都没改变柴油发动机扩散燃烧的本质，两者的最终结果都是增大了油气接触面积、增加了燃烧点、在促进燃烧的同时，也增加了细颗粒的生成机会，因此PM2.5以下较小的碳微粒所占的比重也在逐渐增大，随着燃烧过程变得更为充分，缸内燃烧温度不断增加，导致了NOx排量的增加。此外，随着单体泵、泵喷嘴及高压共轭技术的应用，喷射压力提高了、碳微粒排放的总质量下降了，但颗粒的数目并没有减少、尤其是细颗粒的数目反而上升了。 

  清洁柴油发动机技术在近几年取得了很大进步，尤其是在欧洲，满足欧IV、甚至欧V排放标准要求的清洁柴油车已开发出来。 

清洁柴油发动机技术包括机内净化措施技术和机外净化措施技术两类，机内净化措施主要是通过对柴油发动机油气混合、燃烧和点火等过程的改进与优化，达到减少污染物排放量的目的，目前采用的高压共轨、废气再循环（EGR）和涡轮增压技术是柴油发动机清洁化主要技术措施，其他技术措施还包括点火正时控制、多气门及可变升程技术等等。机外净化措施主要是指在排气系统中采用柴油车氧化催化剂(DOC)、三效催化剂（TWC）、碳烟C燃烧催化剂及微粒捕集(PDF)、选择性还原催化剂（SCR）等技术，对柴油发动机的排放进行机外的净化处理。 

氧化型催化剂（DOC）选用堇青石直流式蜂窝陶瓷为载体，以贵金属、稀土金属及过渡金属制备作为涂层材料，能催化氧化碳氢化合物（HC）和一氧化碳(CO)及可溶性有机物（SOF），由于柴油发动机是在稀燃条件下运行的，排气氧含量充足，对于一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和可溶性有机物(SOF)的氧化十分有利，但在柴油发动机较低的排放温度条件下，氧化型催化剂很难对碳烟(C) 直接进行氧化。 

TWC是在氧化型催化剂(DOC)的基础上改变涂层的材料成分，加强对氮氧化合物(NOx)的催化还原，起到氧化还原碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOx）的三效净化作用，但是对于碳烟（C）同样很难直接氧化。 

微粒捕集（PDF）选用堇青石壁流式蜂窝陶瓷为载体，新鲜的DPF或刚再生完的DPF对微粒物（PM）的过滤效率在85%左右，未被截留的都是较细的了。随着捕集进程的进行，DPF对微粒物（PM）的过滤效率很快会上升到99%以上。但是由于DPF对油品要求较高，对发动机本底碳烟的排放水平要求较高，在实际装车使用过程中，经常发生碳烟（C）的堆积，堵塞堇青石壁流式蜂窝陶瓷孔道，造成发动机背压增大，加大油耗，甚至造成发动机熄火。 

     一般情况下，微粒捕集装置（DPF）很少单独使用，总是跟氧化型催化剂同时使用CRT（DOC + DPF）,对于DPF来说，目前所有的研究主要集中在其再生上。 

SCR是通过添加尿素和HC作为还原剂，进行催化还原NO，用于降低NO的排放，转化效率可高达90％，但是需要增加独立的尿素喷射系统；SCR催化剂还要求在其前端加一支DOC，先将NOx氧化成NO2，其后加一支水解催化剂，促进尿素的水解；在其后端还要加一支氨的氧催化剂（Slip），用于多余氨的选择性氧化。 

SCR的体积大、成本高，需要动态计量控制还原剂，在低负荷时，由于废气温度较低，催化效率下降。另外，需要高流量的氨气才能使NO转化效率最高，此外SCR还需要提供添加尿素的基础建设。如果第一罐是尿素，此后换成水了，后果是NOx排放量是现有发动机的数倍以上。