[发明专利]用于柴油发动机排气系统的加热的喷射系统

说明书

相关申请

本申请要求2011年9月8日提交的欧洲专利申请No.11180569.3的优先权，为了所有的目的其整个内容通过参考结合于此。

技术领域

本发明涉及为了还原氮氧化物排放物，特别是还原柴油发动机的氮氧化物排放物，用于将还原剂供给到内燃发动机的排气系统中的喷射装置。

背景技术

各种排气净化系统从以前的系统是已知的。根据第一种可能性，NOx从流过的排气流吸收并暂时储存在LNT（稀NOx收集器）中。由于LNT的储存容量的固有的限制，因此经常除去储存的NOx。为此，发动机的运行参数从储存过程期间的稀模式改变到浓模式。在浓模式中，发动机以化学计量的燃料相对于燃烧空气的量运行。这导致具有一氧化碳（CO）和烃（HC）的燃烧后的排气的增浓。同时，浓模式使排气温度升高。结果，在LNT催化转化器中的温度升高，其中在浓脉冲模式期间，来自排气的CO和HC更多地进入LNT中。

LNT催化转化器具有铂族金属涂层。其催化储存的NOx与起还原剂作用的CO和HC之间的各种氧化还原反应，其中NOx转化成氮气和水，在储存的NOx转化之后，发动机切换回到稀模式并且再开始储存循环。

在常规的LNT催化转化器中用于还原储存的NOx所用的贵金属大大增加这些催化转化器的成本。而且，这种系统的制造比较昂贵。还有，一些催化转化系统对诸如硫化氢和其他含硫化合物的催化剂毒物很敏感，硫化氢和其他含硫化合物在含硫燃料的燃烧期间可以产生并且影响催化作用。所述化合物通常也可以由贵金属涂层适当地（duly）分解，但是为此目的使用的高催化转换器温度大大缩短催化转化器的寿命。

上面所述类型的LNT催化转化器例如已经从EP 1 004 347B1知道。所述文献中公开的催化转化器具有两层结构，其中第一层负责NOx储存而第二层包含有助于NOx的分解的贵金属化合物。所述催化转化器保持连续的稀/浓，也就是说不交替工作，并且在这里得到流过的氮氧化物的大约20%至30%的转化效率。

除了上面提到的LNT催化转换器之外，利用外部输入的还原剂还原排气中的氮氧化物的其他催化转化器系统也是已知的。还原剂通常借助于喷射装置喷射到排气流中。然后设置在喷射装置下游的所谓的SCR催化转化器实现实际的转换。SCR（选择性催化还原）是指燃烧装置、废物燃烧装置、燃气涡轮、工业装置和发动机的排气中的氮氧化物的选择性催化还原技术。SCR催化转化器中的化学反应是选择性的，也就是说，优选地，氮氧化物（NO、NO₂）被还原，而不希望的次要反应（诸如，例如二氧化硫的氧化形成三氧化硫）基本上被抑制。SCR催化转化器通常与炭烟颗粒过滤器和氧化催化转换器结合使用。

对于上面提到的还原反应需要还原剂，其中氨（NH₃）通常用作还原剂。在这里，一般不直接用氨，也就是说，不用纯氨，而是用32.5%尿素水溶液形式的氨，在行业中一律叫做成分按照DIN 70070调制。为什么氨不以纯净形式携带在车辆上的原因是这种物质是有害的。氨对皮肤和粘膜（具体说是眼睛上的）有刺激作用，而且，在空气中形成爆炸混合物。

当上面提到的尿素溶液喷射到热排气流中时，尿素溶液通过分解反应形成氨和二氧化碳。于是以这种方式生成的氨在设置于下游SCR催化转化器中得到。在氨与排气中氮氧化物转化期间发生反歧化/归中（comproportionation）反应，其中形成水（H₂O）和氮（N₂）。在SCR催化转化器的情况下，在两种不同类型的催化转化器之间通常存在区别。一种类型基本由二氧化钛、五氧化二钒和氧化钨构成。另一种类型利用沸石。

喷射的尿素的量决定于发动机的氮氧化物排放物，因此决定于发动机的当前旋转速度和转矩。尿素-水溶液的消耗根据未处理的发动机排放物相当于所用柴油燃料的大约2%至8%。因此需要设置在车上的相应的容器容积，这被认识到是部分地不利的。具体说，这与柴油运行的客用车量中的使用相反，因为设置附加的容器。

通过选择性催化还原在很大的程度上从排气中去除氮氧化物。与柴油微粒过滤器（DPF）或上面提到的LNT相反，没有为了还原污染物的过量的燃料消耗，因为与上面提到的催化转换器相反，在运行期间SCR催化转化器不利用从最佳燃烧状态的暂时的偏离。