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1、(10)申请公布号 CN 103154451 A (43)申请公布日 2013.06.12 CN 103154451 A *CN103154451A* (21)申请号 201080066499.6 (22)申请日 2010.10.28 10166307.8 2010.06.17 EP 61/343392 2010.04.28 US 12/816706 2010.06.16 US F01N 3/00(2006.01) (71)申请人 特科根公司 地址 美国马萨诸塞州 (72)发明人 J.B.格雷特 R.A.帕诺拉 R.罗泽 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人。
2、 赵华伟 严志军 (54) 发明名称 用于减少内燃机排气中的氮氧化物、 一氧化 碳和碳氢化合物的组件和方法 (57) 摘要 一种用来减少内燃机的排气中氮氧化物、 一 氧化碳和碳氢化合物的组件和方法， 其中在第一 级催化转化器中的排气起作用。第一级催化转化 器输出的第一部分进行冷却而催化转化器输出的 第二部分不冷却。将经过冷却的排气和未冷却 的排气结合并流到第二级催化转化器。将空气喷 射到 （1） 在其与经过冷却的排气的接合部之前的 没有冷却的排气和 （2） 在其接合部之后结合的经 过冷却的排气和未冷却的排气的选定的其中之一 中。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.。
3、10.29 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2010/002853 2010.10.28 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/136756 EN 2011.11.03 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 7 页 附图 10 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书7页 附图10页 (10)申请公布号 CN 103154451 A CN 103154451 A *CN103154451A* 1/3 页 2 1. 一种用于减少内燃机排气中氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的组件， 该组件包 括 ： 具有连接到内燃机上和从。
4、内燃机延伸的排气接收端的第一排气导管 ； 与上述第一排气导管的分配端连通的第一级催化转化器机构 ； 设置在上述第一级催化转化器机构上用于冷却从上述第一排气导管接收的发动机排 气的第一部分的冷却机构 ； 用来便于来自上述第一级催化转化器机构的发动机排气的经过冷却的第一部分的运 动的第一出口导管 ； 用来便于从上述第一级催化转化器机构接收的发动机排气的第二部分的运动的第二 出口导管 ； 与上述第二出口导管连通用来冷却发动机排气的第二部分的空气喷射导管 ； 与上述第一出口导管和上述空气喷射导管连通的第二排气导管 ； 和 与上述第二排气导管连通并具有排气排放出口的第二级催化转化器。 2. 按照权利要求。
5、 1 所述的组件， 其中上述第一级催化转化器机构包括多个催化转化 器。 3. 按照权利要求 1 所述的组件， 其中上述用于冷却的机构包括冷却介质的盘管。 4. 按照权利要求 1 所述的组件， 其中上述用于冷却的机构包括冷却介质喷射机构， 冷 却介质适合于汽化以便降低发动机排气的第一部分的温度。 5. 按照权利要求 3 所述的组件， 其中上述盘管适合于将上述发动机排气的上述第一 部分的温度降到大约 280 。 6. 按照权利要求 1 所述的组件， 其中上述第一出口导管设有温度调节阀。 7. 用来减少内燃机排气中氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的组件， 该组件包括 ： 具有连接到内燃机上并从内燃机。
6、延伸的排气接收端的第一排气导管 ； 与上述第一排气导管的分配端连通的第一级催化转化器机构 ； 与上述第一级催化转化器机构连通用来冷却从上述第一级催化转化器机构接收的发 动机排气的第一部分的冷却机构 ； 从上述冷却机构延伸的经过冷却的排气导管 ； 与上述第一级催化转化器和上述经过冷却的排气导管连通的冷却机构旁通导管 ； 与上述经过冷却的排气导管和上述冷却机构旁通导管连通的第二级催化转化器 ； 与上述经过冷却的排气导管连通的空气喷射导管 ； 和 从上述第二级催化转化器延伸的排气出口。 8. 按照权利要求 7 所述的组件， 其中上述第一级催化转化器机构包括多个催化转化 器。 9. 按照权利要求 7 。
7、所述的组件， 其中上述冷却机构包括冷却介质盘管。 10. 按照权利要求 7 所述的组件， 其中上述冷却机构包括冷却介质喷射机构， 冷却介 质适合于汽化以便降低发动机排气的第一部分的温度。 11. 按照权利要求 7 所述的组件， 还包括设在上述经过冷却的排气导管和上述旁通导 管的接合处附近的混合阀。 12. 一种用于减少火花点燃式气态燃料内燃机的排气中氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化 权 利 要 求 书 CN 103154451 A 2 2/3 页 3 合物的方法， 该方法包括以下步骤 ： 使来自发动机的排气流到第一级催化转化器 ； 使从第一级催化转化器输出的排气的第一部分流到冷却机构并因此流到经过。
8、冷却的 排气导管 ； 使从第一级催化转化器输出的排气的第二部分流到未经冷却的排气导管 ； 将排气的第一部分和第二部分结合并使结合的第一和第二部分流到第二催化转化器 ； 和 将空气喷射到下面 （1） 和 （2） 的选定的其中之一中 ：（1） 未经冷却的排气导管， 和 （2） 在它们结合之后的结合的经过冷却的排气和未经冷却的排气。 13. 用于减少内燃机排气中氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的方法， 该方法包括以 下步骤 ： 将发动机排气输送到第一级催化转化器机构 ； 将第一级催化转化器机构中发动机排气的第一部分冷却并通过第一出口导管从催化 转化器机构中除去经过冷却的第一部分 ； 通过第二出口导管。
9、从催化转化器机构中除去发动机排气的未经冷却的第二部分 ； 将空气喷射到第二出口导管中 ； 将发动机排气的未经冷却的第二部分和喷射的空气输送到第二排气出口导管以便在 第二排气出口导管中与发动机排气的经过冷却的第一部分结合 ； 使第二排气出口导管中的排气流到第二级催化转化器 ； 和 从第二级催化转化器排出排气 ； 由此提供较少氮氧化物和较少一氧化碳含量的发动机排气。 14. 用于从内燃机的排气中减少氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的方法， 该方法包 括如下步骤 ： 将发动机排气输送到第一级催化转化器 ； 将来自第一级催化转化器的发动机排气一部分输送到冷却机构和一部分输送到冷却 机构旁通 ； 在经过。
10、冷却的排气导管中将来自冷却机构和冷却机构旁通的排气混合 ； 将空气喷射到经过冷却的排气导管中 ； 使来自冷却机构和来自冷却机构旁通的排气及喷射的空气流到第二级催化转化器 ； 和 从第二级催化转化器排出发动机排气 ； 由此提供较少氮氧化物和较少一氧化碳含量的发动机排气。 15. 用于减少内燃机排气中氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的组件， 该组件包括 ： 具有连接到内燃机上并从内燃机延伸的排气接收端的第一排气导管 ； 与上述第一排气导管的分配端连通的第一级催化转化器机构 ； 用来便于来自上述第一级催化转化器机构的发动机排气的运动的出口导管 ； 用于在上述出口导管中冷却发动机排气的冷却机构 ； 与。
11、上述出口导管连通用于冷却发动机排气的空气喷射导管 ； 和 与上述出口导管连通并具有排气排放出口的第二级催化转化器。 16. 按照权利要求 15 所述的组件， 其中上述第一级催化转化器机构包括多个催化转 权 利 要 求 书 CN 103154451 A 3 3/3 页 4 化器。 17. 按照权利要求 15 所述的组件， 其中上述用于冷却的机构包括冷却介质的盘管。 18. 按照权利要求 15 所述的组件， 其中上述用于冷却的机构包括冷却介质喷射机构， 冷却介质适合于汽化以便在上述出口导管降低发动机排气的温度。 19. 用于减少内燃机排气中氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的组件， 该组件包括 ： 。
12、具有连接到内燃机上并从内燃机延伸的排气接收端的第一排气导管 ； 与上述第一排气导管的分配端连通的第一级催化转化器机构 ； 与上述第一级催化转化器机构连通用于冷却从上述第一级催化转化器机构接收的发 动机排气的冷却机构 ； 从上述冷却机构延伸的经过冷却的排气导管 ； 与上述经过冷却的排气导管连通的空气喷射导管 ； 与上述经过冷却的排气导管连通的第二级催化转化器 ； 和 从上述第二级催化转化器延伸的排气出口。 20. 按照权利要求 19 所述的组件， 其中上述第一级催化转化器机构包括多个催化转 化器。 21. 按照权利要求 19 所述的组件， 其中上述冷却机构包括冷却介质喷射机构， 冷却介 质适合于。
13、汽化以便降低发动机排气的温度。 22. 用于从内燃机的排气中减少氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的方法， 该方法包 括以下步骤 ： 将发动机排气输送到第一级催化转化器机构 ； 通过出口导管除去来自催化转化器机构的经过冷却的排气 ； 在出口导管中将发动机排气冷却 ； 将空气喷射到出口导管中 ； 使出口导管中的排气流到第二级催化转化器 ； 和 将排气从第二级催化转化器排出 ； 由此提供较少氮氧化物和较少一氧化碳含量的发动机排气。 23. 用于从内燃机的排气中减少氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的方法， 该方法包 括以下步骤 ： 将发动机排气输送到第一级催化转化器 ； 将来自第一级催化转化器的发动机。
14、排气输送到冷却机构 ； 使来自冷却机构的排气流到经过冷却的排气导管 ； 将空气喷射到经过冷却的排气导管中 ； 使来自冷却机构的排气和喷射的空气流到第二级催化转化器 ； 和 将发动机排气从第二级催化转化器排出 ； 由此提供较少氮氧化物和较少一氧化碳含量的发动机排气。 权 利 要 求 书 CN 103154451 A 4 1/7 页 5 用于减少内燃机排气中的氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合 物的组件和方法 0001 参考相关的申请 本申请要求以Joseph B. Gehret, Robert A. Panora, 和Ranson Roser的名义2010 年 4 月 28 日提交的美国临时专利申请。
15、 61/343392 的优先权。 0002 技术领域 本发明涉及内燃机排气的处理， 而更具体地说涉及减少在内燃机尤其是火花点燃式、 气态燃料内燃机的排气中普遍存在的氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物。 0003 背景技术 用气态燃料操作的火花点燃式 （SI） 内部燃烧 （IC） 发动机在燃烧室中产生少量不希望 有的化合物， 这些化合物在高温 （800 -1250 ） 下从发动机排出。对于主要是由甲烷和 其它轻质碳氢化合物组成的燃料来说， 通常管制的化学成分是氮氧化物 （NO， NO2， 或一般写 成 NOx） 和一氧化碳 （CO） 。氮氧化物是当空气的主成分氮 （N2） 与空气的另一主成分氧 （。
16、O2） 二者暴露于发动机燃烧室的高温和高压下起反应时形成。另一方面， 一氧化碳是燃料不足 以完全与氧反应造成形成二氧化碳 （CO2） 的结果。CO 和 NOx 是有问题的污染物， 因为它们 的管制值在许多地区是定在现行工艺的极限处或低于该极限。 0004 在严格管制的区域， 目前控制从以富甲烷燃料 （天然气、 生物燃料、 垃圾填埋气等） 为燃料的 SI/IC 发动机的排放的做法是安装发动机排气管道化以消除这些化学成分达到 法规所要求的范围的系统。对于较小发动机 （小于 1000 bhp） 来说， 常见的后处理系统是单 级催化剂。 在这些小系统中， 将从发动机排出的燃料产物强制穿过催化剂整体 （。
17、具有贵金属 涂层的蜂窝状结构） ， 该催化剂整体有助于所希望的氧化还原反应 ： NOx 产生 N2+O2 CO+O2产生 CO2 氮氧化物还原成气态氮 （N2） 和氧 （O2） ， 二者是良性的， 而一氧化碳 （CO） 完全被氧化形 成二氧化碳 （CO2） ， 同样是无害且不受管制。 0005 目前基于催化剂的排放系统依靠很准确的控制发动机操作参数以使上述反应的 转化效率最大。准确地说， 在催化转化器中通过这些反应同时消除 NOx 和 CO 要求发动机燃 烧过程相对于空气和燃料的混合物的精密操作窗口。这在图 1 中示出用于典型的 SI/IC 发 动机。如所示， 富油混合物产生从催化剂出来的 N。
18、Ox 低但 CO 高， 而贫油混合物产生 CO 低但 NOx 高。从图 1 显然可看出， 同时消除 NOx 和 CO 要求把发动机空气 / 燃料比 （AFR） 精确地 控制在化学计算量空气 / 燃料比附近的狭窄区域内。当燃烧化学计算量保持在图 1 的点 A 和 B 之内时， 只能保持两种管制的污染物的达标。为了达到日益严格的排放标准， 允许的燃 烧混合物要求把发动机空气 / 燃料比控制在狭窄的范围内。 0006 仍参见图 1， 图 1 示出了典型的发动机排放随着从装备有单个或多个三向催化剂 （TWC） 的 SI/IC 发动机中的 AFR 而变化的情况。满足对 CO 和 NOx 的管制极限要求把。
19、发动机 AFR 保持在图 1 的点 A 和 B 之间， 而点 A 和 B 之间的区段近似代表化学计算量 AFR。 0007 在美国和别的地方的大多数应用中操作的稳态 SI/IC 发动机对于可允许的 CO 和 说 明 书 CN 103154451 A 5 2/7 页 6 NOx排放高度进行管制， 上述CO和NOx排放日益变得受控制。 最显著地， 美国加利弗尼亚大 气资源委员会 （CARB） 现在推荐极限为 0.07 lb/MWh（磅 / 兆瓦时） NOx 和 0.1 lb/MWh CO 作 为他们的热电联合 （CHP） 应用的 2007 年标准的一部分。为保持最低 60% 总系统效率和采 取 2。
20、7% 电效率而应用热回收信贷 （heat recovery credit） ， 在排气的实际浓度方面规定的 排放极限是 3.7 PPM NOx 和 8.9 PPM CO。如本文所用的，“PPM” 意指校正到标准空气稀释 率 （15% 氧当量） 的体积的百万分之一。南加利弗尼亚在南岸大气质量管理区 （SCAQMD） 的 管辖范围下的地区已对 NOx 采用 “CARB 2007” 标准， 而把 CO 排放限制到接近 CARB 极限的 值。加利弗尼亚的另一些地区同样采用类似的标准， 而美国的其它地区在法规中采用接近 CARB 2007 标准 （例如 MA， NY 和 NJ） 。 0008 遵守更新的。
21、标准， 要求在用于 CO 和 NOx 二者的催化剂中有极高的转换效率。除了 在控制空气 / 燃料混合物时极为精密之外， 需要超大的转换整体。 0009 图 2 示出对利用加工成一定尺寸以便符合 CARB 2007 的 TWC 系统的标准发动机 （TecoDrive 7400 型） 所要求的稳态 AFR 控制精度， 如由前面催化剂狭窄区段加热的排气氧 传感器毫伏 （mV） 输出所表示的， AFR 控制器通过稳态 （无振动） AFR 控制保持。如图 2 中所 示， 发动机燃烧混合物 （空气燃料比） 只有当排气管道中从标准传感器发出的信号保持在 680 和 694 mV 之间时才适合于催化剂性能达到。
22、规定的极限。高于该范围， 则从催化剂排出 的 CO 浓度超过 8.9 PPM 的 SCAQMD 极限， 而低于该范围， 则 NOx 将快速超过 3.7 PPM 极限。 图 2 中所示的极限是 CARB 2007 具有用于发动机热回收信贷的那些极限， 这样使燃料的热 含量的 60% 有目的地用作电力或回收的热能。为了保持达标， 对所示的实施例燃烧空气燃 料混合物必须保持在 14 mV 窗口内。 0010 用于将发动机操作的控制窗口扩大以达到 CO 和 NOx 二者的合格的排放的可能方 法是这样修改系统， 以便使用两级催化剂系统， 每级系统都在截然不同的化学氛围下操作。 早期催化剂系统通常采用具有。
23、级间空气喷射的两级设计。在这个时代， 应用单用途催化剂 整体氧化或还原， 但不能应用二者。以后， 作为多用途， 研制了单级催化剂 （TWC） ， 这些 变成主要的式样。早期两级系统在稳定气态燃料的 SI/IC 发动机中成功地应用， 但在少得 多的严格标准之下。估计， 用两级系统所遇到的 NOx 重组问题在更早的年代就存在， 但对那 时的极限无关紧要。 0011 图 3 示出上述安排。如所示， 两个催化剂级串连式垂直安装到排气系统中。将空 气泵送到第一级 （CAT 1） 和第二级 （CAT 2） 之间的排气流中并充分混合。发动机空气燃料 比如此保持， 以便有助于在第一级中有效除去 NOx。喷射到。
24、排气中的空气在偏向将 CO 氧化 成 CO2的第二催化剂级处产生氧化性环境， 即使发动机 AFR 是在富油侧上可允许的操作窗 口之外， 也产生十分显著的好处。 0012 利用两级系统的试验证明， 用空气喷射的两级策略不仅无效， 而且实际上对催化 剂性能有害。从两级系统出来的 NOx 排放被发现一般高于类似尺寸和催化剂材料装料的单 级系统。这种令人惊奇的结果表明， 机理是这样的， 即 NOx 在第二级中形成， 可能通过富氧 环境产生， 还与有助于化学反应的条件亦即高温和催化剂材料充足相结合。 0013 因此， 本发明的目的是提供用于始终而可靠地从火花点燃式气态燃料的内燃机的 排气中除去氮氧化物和。
25、一氧化碳的组件和方法。 0014 发明内容 说 明 书 CN 103154451 A 6 3/7 页 7 鉴于上述目的和其它目的， 本发明的特点是准备通过提供在较低温度下进入催化转化 器第二级的气体， 用来有效地减少火花点燃式气态燃料内燃机排气中氮氧化物、 一氧化碳 和碳氢化合物的组件和方法。 0015 按照本发明， 把进入第二级催化转化器的气体在第一级之后立即从通常排出发动 机的极高温度 （800 -1250 ） 冷却到较低的温度值。中间温度或温度范围提供所希望 的化学反应 （除去 CO 和碳氢化合物） ， 而对由于 NOx 形成而不希望有的那些化学反应十分有 利。这在热电联合 （CHP） 。
26、应用中被认为是特别可靠的途径， 因为气体在热回收过程中被冷 却。在 CHP 应用中这样做只要求 （1） 将冷却级重新定向以便在各级之间冷却， 和 （2） 将冷却 效率改变到属于在有利的温度范围内。 0016 现在将参照附图更具体说明并在权利要求书中指出本发明的上述特点和另一些 特点， 包括构造的不同新颖细节和部件的组合及方法步骤。 应该理解， 实施本发明的特定组 件和方法仅当作举例说明示出， 而不作为本发明的限制。 在不脱离本发明的范围的情况下， 本发明的原理和特点可以在不同的和许多实施例中应用。 附图说明 0017 参见附图， 在附图中示出本发明的说明性的实施例， 从附图中将明白本发明的新 。
27、颖特点和优点。 0018 在附图中 ： 图1是示出现有技术在规定精确控制的空气/燃料比的可允许范围之内和之外的发动 机排气中存在的氮氧化物和一氧化碳之间关系的曲线图 ； 图2是示出现有技术使用三向催化剂对标准发动机所要求的稳态空气/燃料比控制精 度的曲线图 ； 图 3 是现有技术具有级间空气喷射的两级催化剂系统的示意图 ； 图 4 是按照本发明的实施例用于减少发动机的排气中氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合 物的组件和方法的示意图 ； 图 4A 是可供选择的组件的示意图 ； 图 5 是示出下面说明的试验 1 的结果的曲线图 ； 图 6 是类似于图 5 的曲线图， 但示出在使用图 4 的组件时氮氧化。
28、物和一氧化碳的显著 不同和大为改善的减少 ； 图 7 是示出即使在空气燃料比控制器失调的情况下， 本发明的组件和方法也对发动机 空气燃料比的偏差提供更低排放和更大容差的曲线图 ； 图 8 是用于减少内燃机中氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的排放的另一种组件和方 法的示意图 ； 和 图 8A 是还有另一种可供选择的组件的示意图。 0019 具体实施方式 具有级间冷却的两级系统的试验用图 4 所示的设备进行。如图 4 中所示， 发动机排放 的气体从发动机20排出并通过排气导管22沟流到催化转化器第一级24， 该第一级24具有 至少一个， 而优选的是两个催化转化器Cat 1a和Cat 1b。 优选的。
29、是两个催化元件而不是一 个催化元件， 以便在第一级 24 中对脱除 NOx 实现高性能。对于所公开的系统来说， 单个催 说 明 书 CN 103154451 A 7 4/7 页 8 化转化器元件良好工作具有第一级 24 的稍微折中的性能。 0020 来自发动机 20 的燃烧气体在正常发动机排气温度 （大约 1200 ） 下进入第一级 24， 此后将排气流分裂成两股气流 26， 28。一股气流 26 随着它在冷却装置 30 上经过， 或者 通过一经受适合于汽化并显著降低该股气流温度的喷射的冷却介质的导管而冷却到大约 280 。另一股气流 28 绕过冷却盘管 30 并从空气喷射器 32 喷以受控制。
30、的空气量。两股 气流 26， 28 如在接合点 34 处那样重新结合， 然后用管道输送到第二催化级 （Cat.2） 46 中。 排气冷却的程度能用温度调节阀 36 调节。 0021 用证明所公开的发明的该设备进行了三次试验， 试验结果综述如下。 0022 试验 1 在第一实验中， 发动机 20 在高输出 （156 bhp（英制马力） 和 2500 rpm（转 / 分） ） 下工 作并用天然气作燃料。温度调节阀 36 这样设定， 以使大多数气体绕过冷却盘管 30。在稳态 发动机操作下， 和用发动机 AFR 固定在利于从第一级催化剂 24 出来的 NOx 减少的条件下， 开始综合在图 5 中的实验。
31、。 0023 在头 200 秒期间和没有级间空气喷射的情况下， 在口 S1（图 4） 处测量排气系统 中 NOx、 CO、 和 O2的浓度， 及级间排气温度 （ “Tmix” ） 。在该时间范围内， 和在 S1 处取样的情况 下， NOx 的排放大大低于棕标级限， 而 CO 值不达标。另外， 级间排气温度高， 如所预期的 （大 约 800 ） ， 而 O2浓度很接近零， 表示接近化学计算量操作。在 200 秒处和准备开始空气喷 射时， 将取样口移到 S2 （图 4） ， 该 S2 紧接在第二级 （Cat 2） 之后。如所预期的， 在第二级之 后测得的 CO 和 NOx 浓度适度地低， 具有附加。
32、催化剂元件的好处。 0024 在 520 秒处级间空气喷射开始， 如在图 5 中由在口 S2 处 O2浓度阶跃变化清楚表 示的。 CO立即减少到接近零， 但NOx浓度急剧增加， 证明在过去得到的令人失望的结果没有 本发明的好处。 0025 随着喷射空气逐步在800， 1100， 和1400秒处增加， NOx稍有改善， 但仍然十分不达 标。在 1660 秒处， 使发动机燃烧时改变到更富油的值， 这仅使 NOx 排放变差。 0026 在 1950 秒处， 停止空气喷射， 而使过程基本上返回到单级。在该最后时段里起具 有富 AFR 的单级系统作用， 测得 NOx 浓度低， 而 CO 浓度发现是高的预。
33、期结果 （见图 1） 。 0027 试验 2 在第二实验中， 重复试验 1， 但用增加级间冷却以便达到较低的 “Tmix” 值 （400 范围） 。 在图 6 中示出的实验结果显著地不同。当空气喷射在 550 秒处开始时， NOx 浓度从 0.5 PPM 减少到该值的大约一半， 而 CO 同样减少到浓度大大低于达标极限。达标试验是基于在具有 短期峰值的延长时间间隔内所取的时间平均值， 如在试验 2（图 6） 中所看到的那些， 且只要 它们不过大就允许。 0028 当级间冷却显著增加时， 在较高温度下对排放有显著负面影响的空气喷射在改善 过程中十分有效。重要的是 NOx 减少不可预期且是过程的很。
34、有效的好处。 0029 试验 3 在第三试验中， 首先把系统调节到提供接近最佳性能的稳态状况， 亦即用等于主燃烧 空气的大约 1% 的空气喷射级间冷却到大约 520 。接着， 将发动机空气燃料比控制器逐步 调节到更富油和更贫油二者的另外稳态操作点， 以便确定过程对调节不当的容限。图 7 中 所示的结果表明， 过程成功地与 传感器从 660 mV 到更大的 692 mV 的读数一致， 基本上 说 明 书 CN 103154451 A 8 5/7 页 9 使单级催化剂系统的达标窗口加倍。 0030 因此， 新的组件和方法为用稳态 （无抖动） 燃料控制下的空气燃料比的发动机中的 偏差提供更低的排放和。
35、更大的容限二者。同样的现象和结论可适应于抖动的燃料控制策 略， 但具有在 AFR 达标窗口方面的增加， 如同后催化剂排放氧或 传感器所测得的。 0031 因此， 本发明提供了图 4 中所示的组件 10 用于减少内燃机排气中的氮氧化物、 一 氧化碳和碳氢化合物。组件包括具有用来连接到内燃机 20 上并从内燃机 20 延伸的排气接 收端的第一排气导管22、 与第一排气导管22的分配端连通的第一级催化转化器机构24、 设 在第一级催化转化器机构24上用于冷却从第一排气导管22接收的发动机排气的第一部分 的冷却机构如冷却盘管 30。 0032 组件还包括用来便于来自第一级催化转化器机构 24 的发动机。
36、排气的经过冷却的 第一部分气流 26 的运动的第一出口导管 27、 用来便于从第一级催化转化器机构 24 接收的 发动机排气的第二股气流 28 的运动的第二出口导管 29、 接收来自空气喷射器 32 的空气并 与用来冷却发动机排气的第二部分的第二出口导管 29 连通的空气喷射导管 37、 与第一出 口导管27和空气喷射导管37连通的第二排气导管33、 及与第二排气导管33连通并具有排 气排放出口 48 的第二级催化转化器 46。第一出口导管 27 可以任选地设有温度调节阀 36。 0033 在图 4 的组件操作时， 从发动机 20 出来的排气通过第一排气导管 22 并进入第一 级催化转化器机构。
37、 24， 其中排气的一部分 26 被冷却并转到第一出口导管 27。排气的第二 部分 28 基本上不经冷却并转到第二出口导管 29 上。 0034 空气喷射器 32 将空气喷射到第二出口导管 29 中。第二股排气流 28 的热排气和 喷射的空气穿过空气喷射导管37前进并与排气的经过冷却的这股气流26合并及前进到第 二级催化转化器 46 且在出口 48 处从中排出。 0035 还提供了用来减少内燃机排气中的氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的组件的可 供选择的实施例15， 该可供选择的组件15在图8中示出， 并包括具有连接到内燃机20上和 从内燃机 20 延伸的排气接收端 52 的第一排气导管 50。
38、、 与第一排气导管 50 的分配端 56 连 通的第一级催化转化器机构 54、 与第一级催化转化器 54 连通用来冷却从第一级催化转化 器 54 接收的发动机排气的第一部分 60 的冷却机构 58、 和用于经过冷却的排气的导管 62， 上述导管 62 从冷却机构 58 延伸。 0036 组件15还包括与第一级催化转化器机构54的输出和供经过冷却的排气用的导管 62 连通的冷却机构旁通导管 64。 0037 第二级催化转化器机构 66 与经过冷却的排气导管 62 和冷却机构旁通导管 64 连 通。空气喷射导管 68 与经过冷却的排气导管 62 连通。排气出口 70 从第二级催化转化器 机构 66。
39、 延伸。 0038 在图8的组件的操作中， 从发动机20出来的排气流到第一级催化转化器54。 离开 第一级催化转化器54的排气的第一部分流向冷却机构58。 离开第一级催化转化器54的排 气的第二部分进入冷却机构旁通导管 64， 该旁通导管 64 接合引出冷却机构 58 的经过冷却 的排气导管 62。来自冷却机构 58 和旁通导管 64 的结合的排气如在混合阀 72 处那样结合， 并经受来自空气喷射器 32 的空气的喷射， 和流到第二级催化转化器机构 66， 排气从该第二 级催化转化器 66 通过出口 70 流出而具有大为减少的氮氧化物和一氧化碳。 0039 还和图4中所示的组件10一起提供了用。
40、于减少内燃机排气中氮氧化物、 一氧化碳 说 明 书 CN 103154451 A 9 6/7 页 10 和碳氢化合物的方法。方法包括以下步骤 ： 将发动机排气输送到第一级催化转化器 24 ； 冷 却第一级催化转化器24中发动机排气的第一部分和通过排气出口导管27除去从催化转化 器出来的经过冷却的第一部分 ； 通过第二排气出口导管 29 除去从催化转化器 24 出来的发 动机排气的未经冷却的部分 ； 将空气喷射到第二出口导管 29 中 ； 通过空气喷射导管 37 将 发动机排气的未经冷却的第二部分和喷射的空气输送到第一排气出口导管 27， 以便在空气 喷射导管 37 中与发动机排气的经过冷却的第。
41、一部分结合。 0040 方法还包括使排气导管 33 中的排气流到第二级催化转化器 46， 和从第二级催化 转化器 46 排放出排气， 因而以便提供较少氮氧化物和较少一氧化碳含量的发动机排气。 0041 还与图8中所示的组件15一起提供了用于减少内燃机的排气中的氮氧化物、 一氧 化碳和碳氢化合物的方法。 0042 方法包括以下步骤 ： 将发动机排气输送到第一级催化转化器 54 和将从第一级催 化转化器54中出来的发动机排气部分地输送到冷却机构58及部分地输送到冷却机构旁通 导管64 ； 和将从冷却机构58与冷却机构旁通导管64出来的排气在经过冷却的排气导管62 中混合 ； 将空气通过空气喷射导管。
42、 68 喷射到经过冷却的排气导管 62 中 ； 和将从冷却机构 58， 与使从冷却机构旁通导管 64、 及从喷射空气导管 68 出来的排气流到第二级催化转化器 66 ； 及通过出口 70 把处理过的发动机排气排放， 由此提供较少氮氧化物和较少一氧化碳含 量的发动机排气。 0043 按照本发明的还有另一个特点， 提供了用于减少火花点燃式气态燃料内燃机的排 气中氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物的方法。方法包括以下步骤 ： 使从发动机 20 出来的 排气流向第一级催化转化器 24， 54 ； 使从第一级催化转化器 24， 54 输出的排气的第一部分 流到冷却机构30， 58并因此流到经过冷却的排气导。
43、管26， 62 ； 使从第一级催化转化器24， 54 输出的排气的第二部分流到未经冷却的排气导管 28， 64 ； 将排气的第一和第二部分结合并 使结合的第一和第二部分流到第二催化转化器 46、 64 及将空气喷射到 （1） 未经冷却的排气 导管 29 和 （2） 结合的经过冷却的和未经冷却的排气在它们结合之后的选定的其中之一中。 0044 在图4的系统的可供选择的实施例16中， 供在其中负荷稳定和用于冷却的液体保 持在稳定速率下的情况中使用， 图 4A 的实施例能在设有热排气出口导管 29 和图 4 中所示 的喷射导管 37 的情况下提供和操作。 0045 同样地， 可供选择的实施例 18（。
44、图 8A） 能实现所需的降低保持在稳定负荷和稳定 速率下的系统中的排放， 其中排气旁通导管 64 和混合阀 72 从组件中省去， 如图 8A 中所示。 0046 因此， 在图 4A 中示出的图 4 组件的可供选择的实施例包括排气导管 22、 汽化构造 的冷却机构 30、 出口导管 27、 排气导管 33、 设置成将空气喷射到排气导管 33 中的空气喷射 器 32、 和第二级催化转化器机构 46 及其出口 48。 0047 利用图 4A 所示的组件来减少内燃机排气中的氮氧化物、 一氧化碳和碳氢化合物 的方法包括以下步骤 ： 使从内燃机出来的排气流到第一级催化转化器机构、 水冷却从催化 转化器机构。
45、出来的排气并使经过冷却的排气流向第二级催化转化器机构 ； 将空气喷射到 经过冷却的排气中 ； 使经过空气冷却的排气流到第二催化转化器机构中 ； 和从中将排气排 放。 0048 图8A的可供选择的实施例包括与图8中所示相同的组件， 但没有排气旁通导管64 和混合阀 72。也就是说， 组件包括排气导管 52、 与冷却机构连通的第一级催化转化器机构 说 明 书 CN 103154451 A 10 7/7 页 11 54、 具有盘管或冷却汽化设施的冷却机构58。 组件还包括用于将空气从冷却机构58喷射到 输出管线 62 中的空气喷射机构 32、 和具有供处理过的排气用的出口 70 的第二级催化转化 器。
46、机构 66。 0049 利用图 8A 中所示的组件来减少从内燃机出来的排气中氮氧化物、 一氧化碳和碳 氢化合物的方法包括以下步骤 ： 使从内燃机出来的排气流到第一催化转化器机构 ； 冷却从 第一催化转化器出来的排气 ； 将空气喷射到经过冷却的排气中 ； 使经过冷却的排气流到第 二级催化转化器机构中 ； 和将从第二催化转化器中出来的排气排放。 0050 应该理解， 本发明决不是限于本文所公开的和 / 或附图所示的特定构造和方法步 骤， 而是也包括在权利要求书范围内的任何修改或等效物。 说 明 书 CN 103154451 A 11 1/10 页 12 图 1 说 明 书 附 图 CN 10315。
47、4451 A 12 2/10 页 13 图 2 说 明 书 附 图 CN 103154451 A 13 3/10 页 14 图 3 说 明 书 附 图 CN 103154451 A 14 4/10 页 15 图 4 说 明 书 附 图 CN 103154451 A 15 5/10 页 16 图 4A 说 明 书 附 图 CN 103154451 A 16 6/10 页 17 图 5 说 明 书 附 图 CN 103154451 A 17 7/10 页 18 图 6 说 明 书 附 图 CN 103154451 A 18 8/10 页 19 图 7 说 明 书 附 图 CN 103154451 A 19 9/10 页 20 图 8 说 明 书 附 图 CN 103154451 A 20 10/10 页 21 图 8A 说 明 书 附 图 CN 103154451 A 21 。