[发明专利]用后接氧化催化转换器减少柴油机有害物质排放的方法

说明书

本发明涉及一种用后接氧化催化转换器减少柴油机在冷起动、部分载荷和/或空载时有害物质排放的方法。

按现有技术状况有很多种减少柴油机有害物质排放的方法。这里人们必须区分两种不同的有害物质，也就是气态有害物质和颗粒。对于柴油机车辆长期以来把炭黑颗粒看作最有害的成份，因此开发了很多种装置，以便从废气中去除炭黑颗粒。其中例如由US-PS 4,404,795已知一种过滤体，它允许气体通过，但是把炭黑颗粒滤掉。为了避免由于炭黑颗粒的积聚堵塞过滤器，过滤体经常在它的前面部分用一个电热器加热，使积聚的炭黑层点燃并烧毁。为了促进这个过程在这种情况下可以在过滤体前面送入额外的空气。

柴油机减少有害物质的另一种方案出发点在于：必须使在柴油机废气中的碳氢化合物和一氧化碳氧化，以便排除这一部分有害物质。为了这个目的对于柴油机采用和强制点火发动机中一样的氧化催化转换器，也就是带许多让废气通过的带氧化剂活性涂层的通道的蜂窝体，它有利于碳氢化合物和一氧化碳的氧化作用。有一部分流过蜂窝体的炭黑颗粒被点燃并通过烧毁而从废气中去除，但这不是氧化催化转换器的主要目的。

还有另一种减少在高温下形成的废气中的氧化氮的方案，例如可以通过在排气系统中额外提供碳氢化合物来达到。原则上考虑上述三种可能性的综合(方案)，但是在技术上和经济性方面难以实现。

对于强制点火发动机大家知道，例如由EP-B-0 412103在柴油机起动前和/或后对废气催化转换器的前置部分进行加热，以便在冷起动阶段(这个阶段排放的有害物质特别多)就达到催化反应。按现有技术状况有大量可以用作这种前置部分的电加热蜂窝体的实施例。

在柴油机中可以通过燃烧室的结构措施和改进的柴油机管理减少炭黑排出以后，为了减少不可避免的碳氢化合物成分一种优先采用的用来降低有害物质排放的方案是使用氧化催化转换器。但是这里出现一个至今还不太引起注意的和无法解决的问题，也就是氧化催化转换器原则上也不能设计成过滤器，而是具有可自由通过的通道，尽管如此在比较低的温度时在它的表面上也会较快地积聚一层炭黑，渗入通气孔内，减少催化活性表面或者甚至完全履盖住该表面。其结果是：带有这样一薄层炭黑的氧化催化转换器实际上不可能再发挥催化活性作用。

当一个没有炭黑积聚层的催化转换器在约300-350℃时开始它的催化活性时，而炭黑层在这个温度下则丝毫不起变化。这个炭黑层只有在超过约600℃时才被烧毁。这将导致，一旦氧化催化转换器积聚了炭黑它就不再具有活性，(即使)它的温度达到350℃以上。因为对于柴油机车辆其运行状态，例如最常出现的冷起动、部分载荷和/或空转时，在催化转换器区域的废气温度明显低于600℃，在这种情况下氧化催化转换器的功能无法发挥。

本发明的目的在于：创造一种用后接氧化催化转换器减少柴油机在冷起动、部分载荷和/或空转时有害物质排放的方法，它能确保提前催化反应。

为了实现这个目的按照本发明在柴油机的排气系统内装一个氧化催化转换器，它在进气一侧至少具有一个可电加热的局部区域，这里电加热区域在柴油机起动前和/或后一直加热到能使积聚的炭黑烧毁的温度。这个电加热区可以是一个小的单独的蜂窝体或者一个集成在大蜂窝体内的局部区域。通常这个电加热区的轴向长度为10至50mm，其直径在氧化催化转换器的半径和直径之间并具有约50至200cpsi(每平方英寸蜂窝数)。它的电气功率例如可以在500和2000瓦之间，但是也可以更小或更大。

如果氧化催化转换器具有两个或多个顺序设置的电加热区也可能特别有利，它们可以被一个接一个地加热，使得不超过最大的电功率，这样也能使整个催化转换器的表面逐步消除炭黑。有关这方面的情况例如在EP-B-0 412103中叙述了一种合适的蜂窝体结构。

和已知的首先应该减少强制点火发动机冷起动时的有害物质排放的加热催化转换器不同，本发明在于：使可电加热区迅速加热到可烧毁积聚炭黑的温度。这个温度明显地高于对于自由的催化表面碳氢化合物的催化反应时所采用的温度。因此电加热区必须加热到特别是超过600℃的温度。因为应该正是在冷起动时减少有害物质排放，电加热区必须尽可能快地加热，例如在20秒钟以内，最好在10秒钟以内。