Система и способы для управления содержанием вредных компонентов в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания и блок обработки топлива - RU2004120435A

Реферат

1. Система для уменьшения NO_x в потоке отработавших газов, содержащем избыток О₂, содержащая катализатор NSR; блок обработки топлива, расположенный по потоку перед катализатором NSR, содержащий вход, выход и по меньшей мере один катализатор; и по меньшей мере, один вход для впрыска топлива, расположенный по потоку перед катализатором блока обработки топлива, при этом топливо впрыскивается во вход для впрыска топлива и реагирует на катализаторе блока обработки топлива для быстрого повышения температуры, по меньшей мере, части катализатора блока обработки топлива, и превращения за счет этого, по меньшей мере, части топлива в Н₂ и СО.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая тепловую массу, имеющую теплоемкость, превышающую теплоемкость блока обработки топлива.

3. Система по п.2, в которой, по меньшей мере, часть тепловой массы выбрана из группы, состоящей из фильтра твердых частиц, блока обработки топлива, катализатора NSR, монолитной структуры, имеющей теплоемкость, превышающую теплоемкость блока обработки топлива, и их комбинаций.

4. Система по п.3, в которой, по меньшей мере, часть тепловой массы является фильтром твердых частиц и по меньшей мере одна часть тепловой массы является монолитной структурой, имеющей теплоемкость, превышающую теплоемкость блока обработки топлива.

5. Система по п.1, дополнительно содержащая предварительный нагреватель топлива, который расположен по потоку перед блоком обработки топлива и за входом для впрыска топлива.

6. Система по п.1, дополнительно содержащая испаритель топлива, который расположен по потоку перед блоком обработки топлива и за входом для впрыска топлива.

7. Система по п.1, дополнительно содержащая смеситель, который расположен по потоку перед блоком обработки топлива и за входом для впрыска топлива.

8. Система по п.7, в которой смеситель является статическим смесителем.

9. Система по п.7, в которой смеситель содержит отрезок трубы с отношением L/D более 5.

10. Система по п.7, в которой, по меньшей мере, часть смесителя покрыта катализатором, способным окислять нагар или углеродистые отложения.

11. Система по п.1, дополнительно содержащая отрезок трубы, который расположен по потоку перед блоком обработки топлива и за входом для впрыска топлива.

12. Система по п.11, в которой отрезок трубы покрыт катализатором, способным окислять нагар или углеродистые отложения.

13. Система по п.1, дополнительно содержащая систему управления.

14. Система по п.13, в которой система управления измеряет и регулирует скорость потока топлива.

15. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один катализатор блока обработки топлива является монолитным катализатором.

16. Система по п.15, в которой монолитный катализатор выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из керамики и металла.

17. Система по п.15, в которой монолитный катализатор имеет толщину стенки в диапазоне от 10 до 500 мкм.

18. Система по п.1, в которой блок обработки топлива содержит, по меньшей мере, два катализатора, при этом, по меньшей мере, один катализатор является катализатором реформинга и, по меньшей мере, один катализатор является катализатором окисления.

19. Система по п.18, в которой катализатор окисления содержит элементы, выбранные из группы, состоящей из элементов групп VI, VII, VIII и IB периодической системы элементов.

20. Система по п.19, в которой катализатор окисления содержит элементы, выбранные из группы, состоящей из Pd, Pt, Ir, Rh, Cu, Co, Fe, Ni, Ir, Cr, Mo и их комбинаций.

21. Система по п.19, в которой катализатор окисления содержит элементы, выбранные из группы, состоящей из Ni, Rh, Pd, Pt и их комбинаций.

22. Система по п.18, в которой, по меньшей мере, два катализатора расположены последовательно.

23. Система по п.18, в которой, по меньшей мере, два катализатора расположены параллельно.

24. Система по п.1, в которой катализатор NSR и блок обработки топлива не расположены внутри одного корпуса.

25. Система по п.1, в которой катализатор NSR и блок обработки топлива расположены внутри одного корпуса.

26. Способ регенерации адсорбента катализатора NSR, который содержит стадии: обеспечения потока отработавших газов двигателя, содержащего кислород; впрыск топлива по потоку перед блоком обработки топлива, который содержит вход, выход и, по меньшей мере, один катализатор; не обязательно, смешивания потока отработавших газов с топливом; реагирования смеси топлива и потока отработавших газов внутри по меньшей мере одного катализатора блока обработки топлива для генерирования восстанавливающей газовой смеси, содержащей СО и Н₂; введения восстанавливающей газовой смеси в катализатор NSR, имеющий адсорбент, который регенерируется за счет ввода восстанавливающей газовой смеси.

27. Способ по п.26, в котором поток отработавших газов выбран из группы, состоящей из отработавших газов двигателя с воспламенением от сжатия и отработавших газов двигателя с искровым зажиганием бедной смеси.

28. Способ по п.26, в котором топливо содержит углеводороды.

29. Способ по п.28, в котором топливо выбрано из группы, состоящей из бензина и дизельного топлива.

30. Способ по п.26, в котором топливо испаряют перед впрыском во вход для впрыска топлива.

31. Способ по п.26, в котором топливо впрыскивают во вход для впрыска топлива с эквивалентным соотношением более 1.

32. Способ по п.31, в котором топливо впрыскивают во вход для впрыска топлива с эквивалентным соотношением от около 2 до около 5.

33. Способ по п.26, в котором, по меньшей мере, часть катализатора блока обработки топлива нагревают, по меньшей мере, до 500° С.

34. Способ по п.33, в котором время, необходимое для нагревания, по меньшей мере, части катализатора до температуры 500°С, составляет менее 10 с.

35. Способ по п.26, в котором катализатор NSR регенерируют за счет работы блока обработки топлива с эквивалентным соотношением от около 1,2 до около 7.

36. Способ по п.35, в котором катализатор NSR регенерируют за счет работы блока обработки топлива с эквивалентным соотношением от около 2 до около 5.

37. Способ по п.26, в котором концентрация кислорода в потоке отработавших газов составляет менее 6%.

38. Способ по п.26, в котором стадия введения восстанавливающей газовой смеси в катализатор NSR дополнительно способствует периодическому десульфированию адсорбента катализатора NSR.

39. Способ по п.26, в котором дополнительно используют систему управления.

40. Способ по п.26, в котором блок обработки топлива содержит, по меньшей мере, два катализатора, при этом, по меньшей мере, один катализатор является катализатором реформинга и, по меньшей мере, один катализатор является катализатором окисления.

41. Способ по п.26, в котором топливо впрыскивают прерывисто.

42. Блок обработки топлива для использования с потоком отработавших газов двигателя, содержащий вход для приема потока отработавших газов двигателя, содержащего кислород; выход; по меньшей мере, один катализатор; и по меньшей мере, один вход для впрыска топлива, который расположен по потоку перед катализатором и способствующий впрыску топлива в катализатор, так что, по меньшей мере, часть топлива реагирует на катализаторе для быстрого повышения температуры, по меньшей мере, части катализатора, и, по меньшей мере, часть топлива превращается в Н₂ и СО.

43. Блок обработки топлива по п.42, в котором поток отработавших газов выбран из группы, состоящей из отработавших газов двигателя с воспламенением от сжатия и отработавших газов двигателя с искровым зажиганием бедной смеси.

44. Блок обработки топлива по п.42, в котором, по меньшей мере, часть катализатора нагревается, по меньшей мере, до 500°С.

45. Блок обработки топлива по п.44, в котором время, необходимое для нагревания, по меньшей мере, части катализатора до температуры 500°С, составляет менее 10 с.

46. Блок обработки топлива по п.42, дополнительно содержащий смеситель, который расположен по потоку за входом для впрыска топлива и перед катализатором.

47. Блок обработки топлива по п.46, в котором смеситель выбран из группы, состоящей из статического смесителя и отрезка трубы.

48. Блок обработки топлива по п.42, дополнительно содержащий, по меньшей мере, два катализатора, при этом, по меньшей мере, один катализатор является катализатором реформинга и, по меньшей мере, один катализатор является катализатором окисления.

49. Блок обработки топлива по п.48, в котором катализатор окисления содержит элементы, выбранные из группы, состоящей из элементов групп VI, VII, VIII и IB периодической системы элементов.

50. Блок обработки топлива по п.49, в котором катализатор окисления содержит элементы, выбранные из группы, состоящей из Pd, Pt, Ir, Rh, Cu, Co, Fe, Ni, Ir, Cr, Mo и их комбинаций.

51. Блок обработки топлива по п.49, в котором катализатор окисления содержит элементы, выбранные из группы, состоящей из Ni, Rh, Pd, Pt и их комбинаций.

52. Блок обработки топлива по п.48, в котором, по меньшей мере, два катализатора расположены последовательно.

53. Блок обработки топлива по п.48, в котором, по меньшей мере, два катализатора расположены параллельно.

54. Способ управления системой по п.1, который содержит следующие стадии: инициирования потока топлива в блок обработки топлива; регулирования скорости потока топлива; поддержания скорости потока топлива, пока не будет регенерирован адсорбент катализатора NSR; и выключения потока топлива.

55. Способ управления способом по п.26, который содержит следующие стадии: инициирования впрыска топлива; уменьшения концентрации кислорода в потоке отработавших газов двигателя; регулирования скорости потока топлива; поддержания скорости потока топлива, пока не будет регенерирован адсорбент катализатора NSR; и выключения потока топлива.

56. Способ по п.55, в котором стадия впрыска топлива и стадия уменьшения концентрации кислорода в потоке отработавших газов происходят одновременно.

57. Способ управления способом по п.26, в котором впрыском топлива управляют посредством управления переменной, выбранной из группы, состоящей из температуры в желаемом месте внутри потока отработавших газов, концентрации кислорода в желаемом месте внутри потока отработавших газов, концентрации NOx в желаемом месте внутри потока отработавших газов, полной скорости потока отработавших газов и рабочего параметра двигателя.

58. Способ по п.57, в котором рабочий параметр двигателя дополнительно выбран из группы, состоящей из скорости вращения, крутящего момента, турбонаддува, установки клапана рециркуляции отработавших газов и воздушного потока двигателя.

59. Способ управления способом по п.26 посредством оценки уровня насыщения NOx катализатора NSR.

60. Способ по п.59, в котором уровень насыщения оценивают с использованием датчика NO_x, расположенного по потоку за катализатором NSR.

61. Способ по п.59, в котором уровень насыщения оценивают с использованием рабочих параметров двигателя, которые оценивают полное количество NO_x, создаваемых двигателем.

62. Способ по п.59, в котором способ по п.26 инициируют, когда оценивают катализатор NSR как имеющий заданный уровень насыщения.