還原劑供應設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本公開涉及一種用于供應碳氫化合物（燃料）作為用于NOx還原的還原劑的還原 劑供應設備。
【背景技術】
[0002] 通常，在存在還原催化劑的情況下在NOx與還原劑的反應中凈化包含在內燃機的 廢氣中的N0x(氧化氮）。例如專利文獻（JPA)公開了一種使用用于內燃機的 燃燒的燃料（碳氫化合物）作為還原劑的凈化系統，并且該系統在還原催化劑上游的位置 處將燃料供應到排氣通道。在凈化系統中，當還原催化劑的溫度并未達到激活溫度時，停止 燃料供應直到還原催化劑的溫度達到激活溫度。

【發明內容】

[0003] 然而，根據本公開的發明人的研宄，當還原催化劑的溫度達到激活溫度但沒有達 到某一高溫時，通過燃料的NOx還原行為（還原性能）仍然是低的，不能獲得足夠的NOx凈 化率。
[0004] 本公開的目的是提供一種具有改進的NOx凈化率的還原劑供應設備。
[0005] 在本公開的一方面，一種還原劑供應設備用于燃料燃燒系統，該燃料燃燒系統包 括具有被布置在廢氣通道中的還原催化劑的NOx凈化設備，以凈化包含在內燃機的廢氣中 的NOx。還原劑供應設備在還原催化劑上游的位置將還原劑供應到廢氣通道中。
[0006] 所述還原劑供應設備包括反應容器、當量比控制器和溫度控制器。反應容器其中 具有反應室，在反應室內，碳氫化合物的燃料與空氣混合并且被空氣中的氧氣氧化。當量比 控制器將反應室內部的燃料與空氣的當量比調節到規定的當量比范圍內。溫度控制器將反 應室內部的溫度調節到規定的溫度范圍內。規定的當量比范圍和規定的溫度范圍被設定為 使得生成冷焰反應，反應室內部的燃料通過冷焰反應被空氣中的氧氣部分氧化。將通過冷 焰反應被部分氧化的燃料用作還原劑。
[0007] 應當注意到，甚至在大氣壓力下，在高溫環境下的燃料經由與空氣中包含的氧氣 的氧化反應通過自點火燃燒。這樣的通過自點火燃燒的氧化反應也被稱為"熱焰反應"，其 中生成二氧化碳和水，同時生成熱。然而，當燃料和空氣的比率（即，當量比）以及環境溫度 落入給定范圍內時，氧化反應停留在如下文所示的冷焰反應中所持續的時間段變得更長， 并且之后熱焰反應發生。也就是說，氧化反應以兩個步驟（冷焰反應和熱焰反應）發生。
[0008] 當環境溫度為低并且當量比為低時，很可能發生冷焰反應。在冷焰反應中，燃料被 環境空氣中包含的氧氣部分氧化。當由于冷焰反應引起的熱生成而導致環境溫度上升，并 且之后過去給定時間，則被部分氧化的燃料（例如醛）被進一步氧化，由此熱焰反應發生。 當將經由冷焰反應生成的部分氧化的燃料（例如醛）用作NOx凈化還原劑時，與其中使用 未部分氧化的燃料的情況相比，改進了 NOx凈化率。
[0009] 鑒于以上內容，本公開的發明人研宄了使用重新形成的燃料作為NOx凈化的還原 劑以改進NOx凈化率。通過經由冷焰反應將燃料重新形成為例如醛來生成重新形成的燃 料。結果，發明人獲得以下認知：通過將環境溫度和當量比分別調節到給定范圍內冷焰反應 可在熱焰反應之前發生。
[0010] 考慮到所述認知，還原劑供應設備包括具有反應室的反應容器，并且燃料被反應 室內部的空氣中的氧氣氧化。反應室內部的溫度和當量比被調節為使得發生冷焰反應，由 此經由冷焰反應來部分氧化燃料。然后，部分氧化的燃料用作NOx凈化中的還原劑。因此， 與其中將不被部分氧化的燃料用作還原劑的情況相比，可改進NOx凈化率
【附圖說明】
[0011] 根據以下說明、所附權利要求和附圖，將最好地理解本公開以及其附加目的、特征 和優點，在附圖中：
[0012] 圖1是應用到燃燒系統的還原劑供應設備的示意圖；
[0013] 圖2是還原劑供應設備的橫截面視圖；
[0014] 圖3是示出噴射孔的橫截面形狀的燃料噴射器的橫截面視圖；
[0015] 圖4是在加熱器加熱表面上的燃料噴霧的投影面積的示意圖；
[0016] 圖5是涉及冷焰反應和熱焰反應的兩步驟氧化反應的圖；
[0017] 圖6是示出對應冷焰反應的圖5的部分的圖；
[0018] 圖7是示出冷焰反應的反應過程的圖；
[0019] 圖8是示出模擬在初始溫度的不同條件下由兩步驟氧化反應引起的溫度變化的 結果的圖；
[0020] 圖9是示出模擬在當量比的不同條件下由兩步驟氧化反應引起的溫度變化的結 果的圖；
[0021] 圖10是示出其中發生兩步驟氧化反應的初始溫度和當量比的區域的圖；
[0022] 圖11是示出模擬在臭氧濃度的不同條件下由兩步驟氧化反應引起的溫度變化的 結果的圖；
[0023] 圖12是示出根據圖1所示的還原劑供應設備在臭氧的生成和重新形成的燃料的 生成之間切換的過程的流程圖；
[0024] 圖13是示出圖12中示出的臭氧生成控制的子例程的過程的流程圖；
[0025] 圖14是示出圖12中示出的重新形成的燃料生成控制的子例程的過程的流程圖；
[0026] 圖15是應用到燃燒系統的還原劑供應設備的示意圖；以及
[0027] 圖16是應用到燃燒系統的還原劑供應設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下文將參考附圖來描述本公開的多個實施例。在實施例中，對應于在之前實施例 中描述的事物的部分可被分配有相同的附圖標記，并且可省略對該部分的冗余解釋。當在 實施例中描述僅配置的一部分時，將另一之前實施例應用到該配置的其他部分。各部分可 以組合，即使未明確描述各部分可以組合。實施例可以部分組合，即使未明確描述實施例可 組合，假如在組合中不存在危害。
[0029] (第一實施例）
[0030] 圖1中示出的燃燒系統包括內燃機10、增壓器11、柴油微粒過濾器（DPF) 14、DPF 再生設備（再生D0C14a)、NOx凈化設備15、還原劑凈化設備（凈化DOC16)以及還原劑供 應設備。燃燒系統安裝在車輛上并通過來自內燃機10的輸出為車輛供電。在本實施例中， 內燃機10是使用柴油燃料（輕油）用于燃燒的壓縮自點火柴油發動機。
[0031] 增壓器11包括渦輪11a、旋轉軸Ilb和壓縮機11c。渦輪Ila被布置在內燃機10 的廢氣通道IOex中并且通過廢氣的動能旋轉。旋轉軸Ilb將渦輪Ila的葉輪連接到壓縮 機Ilc的葉輪并且將渦輪Ila的旋轉力傳輸到壓縮機11c。壓縮機Ilc被布置在內燃機10 的進氣通道IOin中，并且在壓縮（機增壓）進氣之后將進氣供應到內燃機10。
[0032] 冷卻器12被布置在壓縮器Ilc下游的進氣通道IOin中。冷卻器12冷卻由壓縮 機Ilc壓縮的進氣，并且在通過節流閥13調節壓縮的進氣的流量之后經由進氣歧管將冷卻 器12冷卻的壓縮進氣分配到內燃機10的多個燃燒室中。
[0033] 再生DOC 14a (柴油氧化催化劑）、DPF 14 (柴油顆粒過濾器）、N0x凈化設備15和 凈化DOC 16以該順序被布置在渦輪Ila下游的排氣通道IOex中。DPF 14收集廢氣中包含 的微粒。再生DOC 14a包括對廢氣中包含的未燃燒燃料進行氧化并且燃燒未燃燃料的催化 劑。通過燃燒未燃燃料，燃燒由DPF 14收集的微粒并且再生DPF 14,由此維持DPF 14的收 集能力。應當注意到，通過再生DOC 14a內部的未燃燒燃料的該燃燒并非不斷執行，而是當 需要DPF 14的再生時暫時執行。
[0034] 還原劑供應設備的供應通道32連接到DFP 14下游并且NOx凈化設備14上游的 廢氣通道10ex。將由還原劑供應設備生成的重新形成的燃料作為還原劑經由供應通道32 供應到廢氣通道IOex中。如稍后將參考圖7描述的，通過將用作還原劑的碳氫化合物（即 燃料）部分氧化成部分氧化的碳氫化合物（例如醛），來生成重新形成的燃料。
[0035] NOx凈化設備15包括用于承載還原催化劑的蜂巢載體15b和將載體15b包圍其 中的外殼15a。NOx凈化設備15在存在還原催化劑的情況下通過NOx與重新形成的燃料的 反應（g卩，NOx到N 2的還原過程）來凈化廢氣中包含的NOx。應當注意到，盡管除了 NOx之 外，〇2也包含在廢氣中，但是重新形成的還原劑在存在O2的情況下選擇性地（優先）與NOx 反應。
[0036] 在本實施例中，還原催化劑具有吸附NOx的吸附性。更特別地，在催化劑溫度低于 通過還原催化劑的還原反應能夠發生時所在的激活溫度時，還原催化劑展現吸附廢氣中的 NOx的吸附性。然而，當催化劑溫度高于激活溫度時，被還原催化劑吸附的NOx被重新形成 的燃料還原并且然后從還原催化劑釋放。例如，NOx凈化設備15可利用由載體15b承載的 銀/鋁催化劑來提供NOx吸附性能。
[0037] 凈化DOC 16具有包圍承載氧化催化劑的載體的外殼。在存在氧化催化劑的情況 下，凈化DOC 16氧化從NOx凈化設備15流出而不被用作NOx還原的還原劑。因此，還原劑 可被禁止通過廢氣通道IOex的出口釋放到大氣中。應當注意到，氧化催化劑的激活溫度 (例如200°C )低于還原催化劑的激活溫度（例如250°C )。
[0038] 接下來，下文將描述還原劑供應設備。通常，還原劑供應設備生成重新形成的燃料 并且經由供應通道32將重新形成的燃料供應到廢氣通道1