还原剂供应设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及一种用于供应碳氢化合物（燃料）作为用于NOx还原的还原剂的还原 剂供应设备。
【背景技术】
[0002] 通常，在存在还原催化剂的情况下在NOx与还原剂的反应中净化包含在内燃机的 废气中的N0x(氧化氮）。例如专利文献（JP2009-162173A)公开了一种使用用于内燃机的 燃烧的燃料（碳氢化合物）作为还原剂的净化系统，并且该系统在还原催化剂上游的位置 处将燃料供应到排气通道。在净化系统中，当还原催化剂的温度并未达到激活温度时，停止 燃料供应直到还原催化剂的温度达到激活温度。
【发明内容】
[0003] 然而，根据本公开的发明人的研宄，当还原催化剂的温度达到激活温度但没有达 到某一高温时，通过燃料的NOx还原行为（还原性能）仍然是低的，不能获得足够的NOx净 化率。
[0004] 本公开的目的是提供一种具有改进的NOx净化率的还原剂供应设备。
[0005] 在本公开的一方面，一种还原剂供应设备用于燃料燃烧系统，该燃料燃烧系统包 括具有被布置在废气通道中的还原催化剂的NOx净化设备，以净化包含在内燃机的废气中 的NOx。还原剂供应设备在还原催化剂上游的位置将还原剂供应到废气通道中。
[0006] 所述还原剂供应设备包括反应容器、当量比控制器和温度控制器。反应容器其中 具有反应室，在反应室内，碳氢化合物的燃料与空气混合并且被空气中的氧气氧化。当量比 控制器将反应室内部的燃料与空气的当量比调节到规定的当量比范围内。温度控制器将反 应室内部的温度调节到规定的温度范围内。规定的当量比范围和规定的温度范围被设定为 使得生成冷焰反应，反应室内部的燃料通过冷焰反应被空气中的氧气部分氧化。将通过冷 焰反应被部分氧化的燃料用作还原剂。
[0007] 应当注意到，甚至在大气压力下，在高温环境下的燃料经由与空气中包含的氧气 的氧化反应通过自点火燃烧。这样的通过自点火燃烧的氧化反应也被称为"热焰反应"，其 中生成二氧化碳和水，同时生成热。然而，当燃料和空气的比率（即，当量比）以及环境温度 落入给定范围内时，氧化反应停留在如下文所示的冷焰反应中所持续的时间段变得更长， 并且之后热焰反应发生。也就是说，氧化反应以两个步骤（冷焰反应和热焰反应）发生。
[0008] 当环境温度为低并且当量比为低时，很可能发生冷焰反应。在冷焰反应中，燃料被 环境空气中包含的氧气部分氧化。当由于冷焰反应引起的热生成而导致环境温度上升，并 且之后过去给定时间，则被部分氧化的燃料（例如醛）被进一步氧化，由此热焰反应发生。 当将经由冷焰反应生成的部分氧化的燃料（例如醛）用作NOx净化还原剂时，与其中使用 未部分氧化的燃料的情况相比，改进了 NOx净化率。
[0009] 鉴于以上内容，本公开的发明人研宄了使用重新形成的燃料作为NOx净化的还原 剂以改进NOx净化率。通过经由冷焰反应将燃料重新形成为例如醛来生成重新形成的燃 料。结果，发明人获得以下认知：通过将环境温度和当量比分别调节到给定范围内冷焰反应 可在热焰反应之前发生。
[0010] 考虑到所述认知，还原剂供应设备包括具有反应室的反应容器，并且燃料被反应 室内部的空气中的氧气氧化。反应室内部的温度和当量比被调节为使得发生冷焰反应，由 此经由冷焰反应来部分氧化燃料。然后，部分氧化的燃料用作NOx净化中的还原剂。因此， 与其中将不被部分氧化的燃料用作还原剂的情况相比，可改进NOx净化率
【附图说明】
[0011] 根据以下说明、所附权利要求和附图，将最好地理解本公开以及其附加目的、特征 和优点，在附图中：
[0012] 图1是应用到燃烧系统的还原剂供应设备的示意图；
[0013] 图2是还原剂供应设备的横截面视图；
[0014] 图3是示出喷射孔的横截面形状的燃料喷射器的横截面视图；
[0015] 图4是在加热器加热表面上的燃料喷雾的投影面积的示意图；
[0016] 图5是涉及冷焰反应和热焰反应的两步骤氧化反应的图；
[0017] 图6是示出对应冷焰反应的图5的部分的图；
[0018] 图7是示出冷焰反应的反应过程的图；
[0019] 图8是示出模拟在初始温度的不同条件下由两步骤氧化反应引起的温度变化的 结果的图；
[0020] 图9是示出模拟在当量比的不同条件下由两步骤氧化反应引起的温度变化的结 果的图；
[0021] 图10是示出其中发生两步骤氧化反应的初始温度和当量比的区域的图；
[0022] 图11是示出模拟在臭氧浓度的不同条件下由两步骤氧化反应引起的温度变化的 结果的图；
[0023] 图12是示出根据图1所示的还原剂供应设备在臭氧的生成和重新形成的燃料的 生成之间切换的过程的流程图；
[0024] 图13是示出图12中示出的臭氧生成控制的子例程的过程的流程图；
[0025] 图14是示出图12中示出的重新形成的燃料生成控制的子例程的过程的流程图；
[0026] 图15是应用到燃烧系统的还原剂供应设备的示意图；以及
[0027] 图16是应用到燃烧系统的还原剂供应设备的示意图。
【具体实施方式】
[0028] 下文将参考附图来描述本公开的多个实施例。在实施例中，对应于在之前实施例 中描述的事物的部分可被分配有相同的附图标记，并且可省略对该部分的冗余解释。当在 实施例中描述仅配置的一部分时，将另一之前实施例应用到该配置的其他部分。各部分可 以组合，即使未明确描述各部分可以组合。实施例可以部分组合，即使未明确描述实施例可 组合，假如在组合中不存在危害。
[0029] (第一实施例）
[0030] 图1中示出的燃烧系统包括内燃机10、增压器11、柴油微粒过滤器（DPF) 14、DPF 再生设备（再生D0C14a)、NOx净化设备15、还原剂净化设备（净化DOC16)以及还原剂供 应设备。燃烧系统安装在车辆上并通过来自内燃机10的输出为车辆供电。在本实施例中， 内燃机10是使用柴油燃料（轻油）用于燃烧的压缩自点火柴油发动机。
[0031] 增压器11包括涡轮11a、旋转轴Ilb和压缩机11c。涡轮Ila被布置在内燃机10 的废气通道IOex中并且通过废气的动能旋转。旋转轴Ilb将涡轮Ila的叶轮连接到压缩 机Ilc的叶轮并且将涡轮Ila的旋转力传输到压缩机11c。压缩机Ilc被布置在内燃机10 的进气通道IOin中，并且在压缩（机增压）进气之后将进气供应到内燃机10。
[0032] 冷却器12被布置在压缩器Ilc下游的进气通道IOin中。冷却器12冷却由压缩 机Ilc压缩的进气，并且在通过节流阀13调节压缩的进气的流量之后经由进气歧管将冷却 器12冷却的压缩进气分配到内燃机10的多个燃烧室中。
[0033] 再生DOC 14a (柴油氧化催化剂）、DPF 14 (柴油颗粒过滤器）、N0x净化设备15和 净化DOC 16以该顺序被布置在涡轮Ila下游的排气通道IOex中。DPF 14收集废气中包含 的微粒。再生DOC 14a包括对废气中包含的未燃烧燃料进行氧化并且燃烧未燃燃料的催化 剂。通过燃烧未燃燃料，燃烧由DPF 14收集的微粒并且再生DPF 14,由此维持DPF 14的收 集能力。应当注意到，通过再生DOC 14a内部的未燃烧燃料的该燃烧并非不断执行，而是当 需要DPF 14的再生时暂时执行。
[0034] 还原剂供应设备的供应通道32连接到DFP 14下游并且NOx净化设备14上游的 废气通道10ex。将由还原剂供应设备生成的重新形成的燃料作为还原剂经由供应通道32 供应到废气通道IOex中。如稍后将参考图7描述的，通过将用作还原剂的碳氢化合物（即 燃料）部分氧化成部分氧化的碳氢化合物（例如醛），来生成重新形成的燃料。
[0035] NOx净化设备15包括用于承载还原催化剂的蜂巢载体15b和将载体15b包围其 中的外壳15a。NOx净化设备15在存在还原催化剂的情况下通过NOx与重新形成的燃料的 反应（g卩，NOx到N 2的还原过程）来净化废气中包含的NOx。应当注意到，尽管除了 NOx之 外，〇2也包含在废气中，但是重新形成的还原剂在存在O2的情况下选择性地（优先）与NOx 反应。
[0036] 在本实施例中，还原催化剂具有吸附NOx的吸附性。更特别地，在催化剂温度低于 通过还原催化剂的还原反应能够发生时所在的激活温度时，还原催化剂展现吸附废气中的 NOx的吸附性。然而，当催化剂温度高于激活温度时，被还原催化剂吸附的NOx被重新形成 的燃料还原并且然后从还原催化剂释放。例如，NOx净化设备15可利用由载体15b承载的 银/铝催化剂来提供NOx吸附性能。
[0037] 净化DOC 16具有包围承载氧化催化剂的载体的外壳。在存在氧化催化剂的情况 下，净化DOC 16氧化从NOx净化设备15流出而不被用作NOx还原的还原剂。因此，还原剂 可被禁止通过废气通道IOex的出口释放到大气中。应当注意到，氧化催化剂的激活温度 (例如200°C )低于还原催化剂的激活温度（例如250°C )。
[0038] 接下来，下文将描述还原剂供应设备。通常，还原剂供应设备生成重新形成的燃料 并且经由供应通道32将重新形成的燃料供应到废气通道1