专利名称：柴油机油烟净化器的再生方法
本项发明属于柴油机油烟净化器的再生方法，并且涉及到内燃机，如Elsbett发动机。
根据当前的现有技术，油烟净化器是用来净化柴油机的废气的，这种废气只能加以再生或者在500℃以上的温度下随意地烧掉。当采用具有催化活性的油烟净化器时，这个温度值可降低到约400℃。然而点火温度通常高于柴油机的比较低的废气温度。因而只有废气通过净化器的逐渐增加的油烟覆盖层，并且其温度升高时，油烟才能被烧掉。与此同时，废气催化剂之前的压力会增大，这样将导致柴油机效率的降低。在某些运行工况下，点火温度未达到时，净化器就可能被堵住。这样，将不能控制净化器的再生。此外，大量的油烟经常聚集在净化器上，烧掉它们会达到过高的温度，这种过高的温度可能损坏净化器。
借助于将添加剂计量地送入废气流，能够引发和保持烧去净化器上油烟粒子的可控过程。
这种方法在联邦德国专利DE-OS3111228，DE-OS3325391和DE-PS3821143中介绍过。根据这种方法，单独用氯化铜(I)或者与氮化铝或乙酰丙酮一起混合在废气流内。然而这种方法具有这样的缺点，它们不能充分降低点火温度，并且净化器不能在其工作期间进行再生。再者，净化器上氧化铜的堆积可能减少透气性，从而降低柴油机的输出功率。此外，充分供给合适的添加成分也会成为问题，而且根据环境政策采用含有重金属的成分，是会招致反对的。
本项发明提供了消除现有方法的缺点的可能性，并且能够于柴油机净化器工作期间，在低于100℃的废气温度下，实现净化器的不污染环境的可控再生。
根据专利要求1～9，本项发明提出了解决这些问题的比较简易和可靠的方法。
根据权利要求1，可以采用连接在油烟净化器前面的氧化催化剂。催化剂可制成分离的部件，也可将其在油烟净化器的前部做成一个覆盖层。如果油烟净化器被降低点火温度的催化剂加以覆盖，那末要选用分离安置的氧化催化剂，否则，可以肯定，油烟净化器是不能在其前面的部分附着点火催化剂的。另一种可能性是在整个油烟净化器上安置氧化催化剂，这种情况仅适合于不带有点火催化剂的油烟净化器，并且存在着氧化催化剂降低油烟净化器透气性的缺点。
因此，在实际的柴油机净化器的前面安置一种常用的氧化催化剂，例如适用于汽油机的氧化催化剂。为了在再生过程中达到更快速的加热，这样的催化剂在长度上可以减少约 1/2 ，或者比另外的常用长度小些，例如可小 1/4 左右。另一种可能性是将净化器或者其进口部分，即柴油机净化器的前部，约为总长度 1/4 的部分，用一种氧化催化剂，例如以贵金属为基础的氧化催化剂进行覆盖。在催化剂之前的气流延伸部分内，要提供这样一种可能性，通过喷咀向废气流喷射或者向其注入一种最好为汽化形式的液体燃料。这种燃料在氧化催化剂上被转化，并且对氧化催化剂和柴油机的净化器进行加热。燃料剂量一定要调整得可以达到绝热终点温度，这个温度一般约为600℃，并且足以使油烟点燃。
按照所推荐的方法，借助于控制系统，燃料的补充可以与通过柴油机的气流一同被送入管路内，这样可以在氧化催化剂和(或)油烟净化器不发生热过载的情况下达到必要的发火温度。
在动压力具有预定的控制值时，压力计将使燃料出油的计量工作开始进行。当达到油烟点火温度时，温度传感器将切断燃料的计量供给。切断燃料供给的另一种可能性是利用压力下降到低于第二个动压力的控制值，这个值被作为控制信号。
当采用净化轿车废气的普通的氧化催化剂时，所讨论的燃料的点火温度介于100℃至200℃。乙醇(约为70℃)和甲醇(约为20℃)的点火温度是最低的，然而甲醇具有燃烧焓比较小的缺点。
从另一方面来说，点火温度为150～200℃的汽油具有使用广泛的优点。
根据本项发明，为了在原理上试验这种方法，起初采用了如
图1所示的试验装置。用两台莱司脱(Leister)吹风机作为泵1和2，利用这两台吹风机可以建立起温度为20～500℃的气流。这项试验工作是用模拟的废气(体积为10%的O2，体积为90%N2)来代替发动机的废气的情况下来完成的。
利用两台吹风机可以达到最大的空间速度气体时空速度GHSV＝40000h-1。乙醇燃料在进入废气流之前被汽化。利用在进油计量点4和氧化催化剂5之间的产生紊流的阻挡板3，可以改善燃料的分布，并且从而使燃料蒸汽均匀地进入催化剂。利用铂铑催化剂作为氧化催化剂，其中的贵金属施加到载体材料上，载体材料的总成分rAl2O3的重量为82%，CeC2的重量为15%，ZrO2的重量为3%。贵重金属的含量为催化剂容积1立升含有1.4克，贵重金属的重量比为Pt∶Rh＝5∶1。催化剂的覆盖层施加在蜂窝状的陶瓷堇青石本体上，本体上网眼的密度为62眼/厘米2。在柴油机的油烟净化器6中，一种带有通孔的普通工业用整体的堇青石净化器在相对点要间隔地堵起来(所谓的壁流式净化器，这种净化器是圆柱形的，长度为15.2厘米，直径为14.4厘米，网眼密度为31眼/厘米2)，在附图上注明的各点测量出温度;此外，在废气中测定出CO2和CH。
在模拟试验中，只使用了未附着油烟的净化器，并且试验局限于测定净化器中的温度。这是必要的，因为当采用有油烟覆盖的净化器时，要产生高的压降，吹风机将不能充分迫使气体通过净化器。根据初步的试验，可以保证，柴油机的油烟在温度600℃的情况下总能从净化器上烧掉。
从催化剂前面的废气温度100℃开始，在空速为10000h-1和燃料供给为每分钟10毫升乙醇的情况下，经过大约2分钟，净化器入口处的温度可达到600～700℃。这个时间基本上用催化剂和净化器的热容量来确定。在这个过程中，大约使用20毫升乙醇，而CO2在废气中的比例为体积的2.0～2.5%。
在试验规定的精确度内，燃料可以完全被转化。测出的最终温度大致与预先规定的燃料和废气混合物的绝热燃烧温度相同。
与实际情况近似的试验是按下述方法进行的用气体的计量部件代替吹风机1和2(参看图1试验装置)，利用计量部件可以计量出氮和氧。在燃料送入之前，可以用电加热器对气体混合物加以预热。按照这样修改的系统，在发动机试验台上，对具有前述几何形状的附着有油烟的壁流式净化器进行了再生(净化器未用具有催化作用的成分进行浸渍)。连接在前面的点火催化剂的长度为5厘米。采用了附着在粉碎的载体材料上的铂钯催化剂作为氧化催化剂，(总的贵重金属含量为催化剂容积1立升含有1.75克，贵重金属的重量比为Pt∶Pd＝3∶1)，载体材料的总成分为CeO2的重量为10%，TiO2(＝抗SO2)的重量为60%，WO3的重量为30%。
在下列条件下实现了净化器的再生气体体积的流速20立米/小时(GHSV＝10.000h-1)催化剂前面的温度150℃燃料供给每分钟10毫升乙醇气体中氧的含量气体体积的10%在这些条件下，氧化催化剂后面的温度达到了约650℃。在油烟燃掉期间，净化器的温度继续在升高。净化器上达到的最高温度主要决定于所积聚的油烟的量。
在这些试验研究中，当净化器中部的温度超过800℃时，燃料的供给要中断。因而最高温度在850℃至1000℃之间。
在这些条件下，净化器可以完全再生。整个过程延续的时间约为5分钟，在此时间内要使用大约50毫升的燃料。比较高的气体体积流速或者较高的气体温度会使再生时间较短或者燃料消耗较少。
图2表示一种控制系统，该系统在实践中是适合于使燃料剂量与发动机的气体流速相匹配的。
流量计7测量体积的流速，这个体积的流速是由柴油机8吸入的。为此，可以使用普通的工业用流量计，如同在喷射的汽油机上，为了类似的目的用来控制喷射泵所用的流量计。这种流量计通常是一种热线式的风速计，或者是带有节流阀的机械装置，这种装置最后产生一个为体积流速函数的电压。
利用这样得到的体积流速的值，对计量泵要这样控制，使得燃料剂量以所要求的比例常数随空气流速线性地增加，这样总能达到所希望的绝热终点温度。借助于电磁铁驱动的小型柱塞泵，是适合于用来作为液体燃料的计量泵9的，这种柱塞泵可以便宜地进行制造。利用电磁铁的脉冲频率，或通过调准活塞的冲程，可以确定所供给的燃料的体积。在第一种情况下，控制部分必须将流量计7的信号变换为具有适当频率的有节奏的信号。
利用计量泵排出管内的阻尼元件，可以使液体脉冲变得平滑。
当着达到点火温度，而温度传感器11切断燃料的计量供给时，压力计10可以在规定的压力范围内(在催化剂前面测出的)使机构投入运行。
与普通的方法相比，所叙述的再生方法具有下列优点1.柴油净化器能够在任何发动机废气的温度下被点燃。
2.可以在发动机排出通路内保持低的压力，从而可以提高发动机的效率。
3.柴油净化器可以采用没有和具有催化活性的覆盖层，如钒酸根或掺杂氧化钒。
4.部分污染物(CO和碳氢化合物)总能在氧化催化剂上被转化。
5.氧化催化剂的老化现象很少，因为通过适当的调整燃料的配量，催化剂不会遭受到极高的温度。油烟净化器内的过高温度也可以避免，因为再生作用可以发生在过量的油烟收集在净化器以前的某一适当时间。最终的效果是延长了整个废气净化系统的寿命。
权利要求
1.柴油机油烟净化器的再生方法的特点是，柴油机的废气被送入通常的催化剂，以氧化内燃机废气中的气体污染物，催化剂连接在油烟净化器的前面，或者放在油烟净化器的前一部分上，或者安置在整个油烟净化器上，并且为了烧掉聚集在净化器内的油烟，通常周期地将一定量的能够迅速汽化的液体燃料，最好以汽化形式送入催化剂的流路的上游，送入的剂量要足以能够达到300～10000℃，最好为500～700℃的绝热终点温度，并且该温度可选择得与发动机的空气流速相适应。
2.根据权利要求1，本方法的特点是，所采用的油烟净化器装有降低柴油机油烟点火温度的催化剂，这种催化剂可任意安置在具有氧化催化剂的油烟净化器前部后面。
3.根据权利要求1或2，本方法的特点是，由计量泵任意量出的液体燃料要用热量加以汽化，该热量可由发动机的废气管路或外部的热源获取。
4.根据权利要求3，本方法的特点是，液体燃料在毛细管通路内被汽化，该毛细管通路与热的废气管的延伸部分相接触。
5.根据权利要求1～4的任一项，本方法的特点是，用阻挡板将废气中的燃料分布加以改善，这样，在通向安置在燃料供给点前面和(或)后面的氧化催化剂的流路内，可以增大已减小的压力和紊流度，并且可以控制废气和液体燃料或者燃料气体的混合物进入氧化催化剂。
6.根据权利要求1～5的任一项，本方法的特点是，燃烧时间开始于在油烟净化器或氧化催化剂前面达到预定的第一动压力的时刻，而燃料供给中断于达到预定的终点温度的时刻，此终点温度是在氧化催化剂后面测出的，或者中断于达到适当的净化器温度的时刻，此温度是在油烟净化器上或其后面测出的，或者燃料供给中断于在油烟净化器或氧化催化剂前面达到预定的第二动压力的时刻。
7.根据权利要求1～6的任一项，本方法的特点是，采用低沸点的脂肪族和(或)芳香族碳氢化合物，最好以汽油作为燃料，或者采用低沸点的直链或支链醇，最好为乙醇、甲醇和(或)丙醇，以及它们的混合物作为燃料。
8.根据权利要求1～7的任一项，本方法的特点是，采用具有通孔的整体陶瓷净化器作为油烟净化器，通孔在相对的端面被间隔地堵住，或者采用金属丝织物编织的净化器、陶瓷纤维编织的净化器或泡沫陶瓷净化器作为油烟净化器。
9.根据权利要求1～8的任一项，本方法的特点是，采用含有贵重金属的催化剂作为氧化催化剂，而活性成分最好覆盖在一种抗SO2的载体材料上。
全文摘要
本方法用来再生柴油机的油烟净化器。在这种方法内，发动机的热废气沿着氧化催化剂被送入，而氧化催化剂连接在油烟净化器的前面，并且向氧化催化剂送进迅速汽化的点火燃料。燃料剂量要调整得便于达到绝热终点温度300～1000℃。
文档编号F01N13/02GK1048581SQ9010309
公开日1991年1月16日 申请日期1990年6月23日 优先权日1989年6月24日
发明者伯恩德·恩格勒, 彼得·舒伯特, 格哈德·瓦尼马彻 申请人:底古萨股份公司