柴油机氧化催化剂以及配备该催化剂的排气系统

摘要

本发明涉及柴油机氧化催化剂以及配备该催化剂的排气系统。本发明涉及一种安装在将发动机中产生的废气排出至外部的排气管上的柴油机氧化催化剂，该催化剂可以包括其上涂布有烃类捕集阱(HC捕集阱)的第一部分，所述HC捕集阱取决于是否满足预定条件而吸收或释放烃类(HC)，以及其上涂布有氧化催化剂的第二部分，所述氧化催化剂氧化废气中的烃类(HC)和一氧化碳(CO)，其中所述第二部分与从第一部分释放的HC进行氧化反应并通过利用在其氧化反应中产生的氧化热来释放在氧化催化剂上吸收的硫。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年11月21日提交的韩国专利申请号10-2008-0116420的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种柴油机氧化催化剂以及配备该催化剂的排气系统。更特别地，本发明涉及一种柴油机氧化催化剂以及配备该催化剂的排气系统，所述排气系统通过利用在低温下吸收的烃类(HC)而在高温下释放在氧化催化剂上吸收的硫。

背景技术

通常，将从发动机通过排气歧管流出的废气驱动至安装在排气管上的催化转化器中，并在其中净化。此后，废气通过消音器时的噪音降低，然后废气通过尾管排入空气中。所述催化转化器是一种柴油机微粒过滤器(DPF)，净化包含在废气中的污染物。用于捕集包含在废气中的微粒材料(PM)的催化载体是在催化转化器中，从发动机流出的废气通过在其中的化学反应净化。

一种催化转化器为柴油机氧化催化剂(DOC)。DOC氧化包含在废气中的HC和CO。

同时，由于包含在燃料中的硫会降低氧化催化剂的性能，包括铂(Pt)的具有高的硫耐受性的贵金属主要用于DOC。然而，由于铂比较昂贵，因此DOC的制造成本变得昂贵。因此，主要使用包括铂和钯(Pd)的氧化催化剂。在此情况下，主要关注因硫引起的氧化催化剂的活性的降低。

特别地，当废气温度低时，因硫引起的氧化催化剂的活性的降低非常大。

图6是显示废气温度与在硫中毒之后恢复氧化催化剂的活性所需的时间之间关系的图。如图6所示，在废气温度为400℃的情况中，需要5分钟以恢复氧化催化剂的活性，在废气温度为450℃的情况中，需要1分钟以恢复氧化催化剂的活性，在废气温度为500℃的情况中，需要10秒以恢复氧化催化剂的活性。因此，为了使用包括铂和钯的氧化催化剂，废气温度必须保持在450℃以上，但这是非常困难的。

在本发明背景部分所公开的信息仅用于加强对本发明一般背景的理解，而不应该被认为是承认或者任何形式的暗示该信息形成了本领域技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面目的在于提供一种柴油机氧化催化剂以及配备该催化剂的排气系统，其优点在于通过利用包含在废气中的烃类的氧化热来释放氧化催化剂中吸收的硫，从而恢复氧化催化剂的活性。

在本发明的一个方面，安装在将发动机中产生的废气排出至外部的排气管上的柴油机氧化催化剂可以包括其上涂布有烃类捕集阱(HC捕集阱)的第一部分，所述HC捕集阱取决于是否满足预定条件而吸收或释放烃类(HC)，以及其上涂布有氧化催化剂的第二部分，所述氧化催化剂氧化废气中的烃类(HC)和一氧化碳(CO)，其中所述第二部分与从第一部分释放的HC进行氧化反应并通过利用在其氧化反应中产生的氧化热来释放在氧化催化剂上吸收的硫。

可以将所述第一部分涂布在载体上，并将所述第二部分涂布在第一部分上，其中将废气配置为首先接触第二部分。

可以将所述第一部分涂布在载体上，并将所述第二部分涂布在载体上，其中使第一部分与第二部分沿废气的流动方向依次排列从而使得废气首先接触第一部分。

可以将所述第一部分涂布在柴油机氧化催化剂的前部的载体上，并将所述第二部分涂布在柴油机氧化催化剂的后部的载体上。

当废气温度高于预定温度时，可以满足预定条件。

所述烃类捕集阱可以是β沸石，其中所述β沸石具有十二环结构，且二氧化硅SiO₂与氧化铝Al₂O₃的比例为24-38。

所述烃类捕集阱可以为第一部分中整个涂层(washcoat)的大约30％至大约50％。

可以使用包括铂(Pt)和钯(Pd)的贵金属作为氧化催化剂。

在本发明的另一方面，将一种排气系统安装在排气管上，在发动机中产生的废气通过该排气系统并净化包含在废气中的有害物质，其中所述排气系统可以包括氧化HC和CO的柴油机氧化催化剂，且其中柴油机氧化催化剂为上述的柴油机氧化催化剂。

本发明的方法和装置具有其他特征和优点，这些特征和优点将通过引入本文的附图以及下文对本发明的详细描述(它们一起用于解释本发明的某些原理)而变得明显或更详细地加以陈述。

附图说明

图1为配备本发明的示例性柴油机氧化催化剂的排气系统的示意图。

图2为本发明的一个示例性柴油机氧化催化剂的示意图。

图3为本发明的另一个示例性柴油机氧化催化剂的示意图。

图4为显示在预定时间过程中，在配备本发明的示例性具体实施方案的排气系统的发动机在空转状态下被驱动之后，当废气温度升高至预定温度时，硫的浓度以及在柴油机氧化催化剂后部的温度的图。

图5为显示在分别配备常规技术的排气系统以及本发明的示例性具体实施方案的排气系统的发动机的情况下，HC和CO的浓度的图。

图6为显示废气温度与在硫中毒之后恢复氧化催化剂的活性所需的时间之间关系的图。

具体实施方式

现在将详细提及本发明的各个具体实施方案，这些具体实施方案的实施例在附图中示出并且在下文描述。尽管将结合示例性具体实施方案来描述本发明，但应理解当前的描述并不意在将本发明限制在那些示例性具体实施方案中。相反地，本发明意在不仅涵盖示例性具体实施方案，还涵盖包括在所附权利要求限定的本发明的实质和范围内的各种选择、修改、等价和其他具体实施方案。

图1为配备本发明的各个具体实施方案的柴油机氧化催化剂的排气系统的示意图。配备本发明的各个具体实施方案的柴油机氧化催化剂的一类排气系统将被示例性地描述，但是本发明的实质并不限于本文示例的具体实施方案。

如图1所示，在发动机10中产生的废气顺序经过涡轮增压器20，催化微粒过滤器(CPF)30，柴油机氧化催化剂(DOC)40，注射喷嘴50，和选择性催化还原(SCR)装置60，包含在废气中的有害物质在该过程中得以净化。将涡轮增压器20，CPF 30，DOC 40，注射喷嘴50，和SCR装置60安装在排气管70上。

发动机10包括多个用于燃烧空气-燃料混合物的气缸(未示出)。所述气缸连接至进气歧管(未示出)以接收空气-燃料混合物，进气歧管连接至进气管(未示出)以接收空气。

此外，气缸连接至排气歧管(未示出)，在燃烧过程中产生的废气聚集在排气歧管中。所述排气歧管连接至排气管70。

涡轮增压器20通过利用废气的能量旋转涡轮机(未示出)从而增加空气的摄入量。

CPF 30安装在涡轮增压器20的下游。CPF 30捕集包含在废气中的PM，并再生捕集的PM(即煤烟)。当CPF的入口和出口之间的压力差大于预定压力(约20-30千帕)时，煤烟的再生通常开始。

DOC 40安装在CPF 30的下游，并从CPF 30接收其中除去PM的废气。DOC 40将包含在废气中的烃类(HC)和一氧化碳(CO)氧化为二氧化碳(CO₂)。

注射喷嘴50安装在DOC 40和SCR装置60之间，并将还原剂注入其中已在DOC 40除去HC和CO的废气中。还原剂可以为氨。通常，将尿素通过注射喷嘴50注入废气中，且尿素分解为氨。

将与所述还原剂混合的废气提供至SCR装置60。

SCR 60安装在注射喷嘴50的下游，并包括其中过渡元素被离子交换的沸石催化剂。所述过渡元素可以为铜或铁以有效还原NO_x。SCR60通过利用还原剂将包含在废气中的NO_x还原至氮气(N₂)从而除去废气中的NO_x。

下文将详细描述本发明的各个具体实施方案的柴油机氧化催化剂。

如图2所示，本发明的各个具体实施方案的DOC 40包括载体42，第一部分44和第二部分46。

第一部分44为包括烃类捕集阱(HC捕集阱)的涂层，并被涂布在载体42上。将β沸石用作HC捕集阱以有效吸收烃类。特别地，β沸石具有十二环的结构，且二氧化硅SiO₂与氧化铝Al₂O₃的比例为24-38。此外，β沸石为第一部分44的整个涂层的30-50％。

通常，当废气温度低于或者等于250℃时，β沸石吸收HC，当废气温度高于250℃时，β沸石释放吸收的HC。因此，当废气温度低于或者等于预定温度时，第一部分44吸收HC，当废气温度高于预定温度时，第一部分44释放HC。

第二部分46为包括铂和钯的氧化催化剂的涂层，并被涂布在第一部分44上。第二部分44氧化在废气中包含的HC和CO。此外，第二部分46氧化从第一部分44释放的HC。在此情况下，DOC 40的温度快速上升使得DOC 40的温度由于HC的氧化热而大于或者等于500℃，因此DOC 40中吸收的硫被释放。

如图3所示，本发明的其他示例性具体实施方案的DOC 40与40相同，除了DOC 40的涂层结构之外。

本发明的各个具体实施方案的DOC 40包括载体42，第一部分44和第二部分46。

第一部分44被涂布在DOC 40的前部的载体42上，且第二部分46被涂布在DOC 40的后部的载体42上。

图4为显示在预定时间过程中，在配备本发明的示例性具体实施方案的排气系统的发动机在空转状态下被驱动之后，当废气温度升高至预定温度时，硫的浓度以及在柴油机氧化催化剂后部的温度的图。

通过在10分钟过程中利用包含50ppm的硫的燃料在空转状态下驱动发动机10的情况下，由于在第一部分44中吸收了少量的HC，因此即使废气温度升高至预定温度(约350℃)，也只产生少量的氧化热。因此，仅可释放5ppm的硫。

相反地，通过在120分钟过程中利用包含50ppm的硫的燃料在空转状态下驱动发动机10，由于在第一部分44中吸收了大量的HC，因此产生大量的氧化热。因此可释放32ppm的硫。

因此，在第一部分44中吸收的HC对于释放在第二部分46中吸收的硫非常有效。

图5为显示在分别配备常规技术的排气系统以及本发明的示例性具体实施方案的排气系统的发动机的情况下，HC和CO的浓度的图。图中30％和50％分别意指HC捕集阱为第一部分44的涂层的30％和50％。

如图5所示，当在20分钟过程中在空转状态下驱动现有技术的排气系统时，HC和CO的氧化能力被破坏。在此情况下，在500℃下再生柴油机氧化催化剂以恢复其氧化能力。

然而，本发明的示例性具体实施方案的排气系统可以具有足够的HC和CO氧化能力而无需再生柴油机氧化催化剂。特别地，在HC捕集阱为第一部分44中的涂层的50％的情况下，本发明的示例性具体实施方案的排气系统与现有技术的排气系统(其中需要再生氧化催化剂)具有相似的HC和CO的氧化能力。

根据如上所述的本发明，由于包含在废气中的烃类在低温下被吸收，且氧化催化剂的活性通过利用吸收的烃类的氧化热而在高温下恢复，因此可以获得烃类的稳定的净化性能。

此外，由于使用了包括铂和钯的氧化催化剂，制造成本可以降低。

为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，使用术语“上面”、“下面”、“前面”和“后面”并参考在图中所示的这些特征的位置描述示例性具体实施方案的特征。

以上对本发明的具体示例性具体实施方案的描述是为了说明和阐的目的而表示。它们并非意在穷举或者将本发明限制在所公开的精确形式，并且很明显地，根据上述教导很多修改和变化是可能的。选择并描述示例性具体实施方案是为了解释本发明的某些原理和它们的实际应用，从而使得本领域其他技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性具体实施方案及其各种选择和修改。本发明的范围旨在由其权利要求及其等价确定。