專利名稱：利用臭氧的排氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用臭氧的排氣凈化系統(tǒng)。
技術(shù)背景一般地，壓燃型內(nèi)燃機(柴油機型內(nèi)燃機)的排氣中經(jīng)常含有主要由碳(C)形成的所謂的PM(微粒物)。此PM成為了可見度惡化以及污跡在 建筑物上沉積的原因。為此原因，許多內(nèi)燃機設(shè)置了帶有微粒過濾器(后 文中稱為"過濾器")等的排氣通道，以捕集排氣內(nèi)的PM，且通過向 排氣中添加燃油且燃燒過濾器上添加的燃油、或通過使用加熱器以加 熱過濾器等使得過濾器的溫度高將捕集在過濾器上的PM燒掉。然而，如果升高過濾器的溫度來以此方式燒掉排氣中的PM，則對 于添加燃油和以加熱器加熱這兩種方法，燃油消耗量將增加，因此引 起了燃油經(jīng)濟性的惡化。因此，近年來，已經(jīng)關(guān)注了臭氧使得PM即使 在低溫度下也能被燒掉這一點，且已經(jīng)提出了使用等離子體生成臭氧 且使將生成的臭氧送入過濾器等內(nèi)以去除捕集在過濾器等上的PM的 方法。日本專利公布(A)No. 2005-502823披露了一種排氣凈化系統(tǒng)，該排 氣凈化系統(tǒng)在排氣中在過濾器上游側(cè)設(shè)置了等離子體生成器，使用該 等離子體生成器生成臭氧或二氧化氮，將所生成的臭氧或二氧化氮送 入過濾器內(nèi)，且燃燒捕集在過濾器上的PM。在該排氣凈化系統(tǒng)中，當(dāng) 排氣的溫度低于一定溫度閾值(例如20(TC)時，等離子體生成器主要生 成臭氧，而當(dāng)溫度是此溫度閾值或更高時，等離子體生成器主要生成 二氧化氮。這是因為當(dāng)生成臭氧時消耗的動力大于當(dāng)生成二氧化氮時 消耗的動力，所以僅在二氧化氮使PM氧化的能力低的溫度范圍內(nèi)才生成臭氧，即在低于以上的溫度閾值的溫度范圍內(nèi)才生成臭氧。在這點上，在壓燃型內(nèi)燃機中，排氣溫度相對地低。持續(xù)低于溫 度閾值的溫度的狀態(tài)是常見的。為此原因，在排氣凈化系統(tǒng)中，在許 多情況下等離子體生成器生成臭氧以燒掉捕集在過濾器上的PM且因 此動力消耗變大。進一步地，如果試圖在已由過濾器捕集了一定程度的PM后通過臭氧來燒掉PM，則將必須在相對短的時間內(nèi)生成大量臭氧。如果試圖在短的時間內(nèi)生成大量臭氧，則不僅動力消耗將變大，而且等離子體 生成器將必須具有高的臭氧生成能力，這將因此最終引起生產(chǎn)成本的增加。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種盡管使用了帶有相對低的臭氧生 成能力的臭氧生成器但仍能有效地?zé)舨都谶^濾器等上的微粒物的 排氣凈化系統(tǒng)。在本發(fā)明的實施例中提供了排氣凈化系統(tǒng)，該排氣凈化系統(tǒng)設(shè)置有布置在發(fā)動機排氣通道上的且捕集排氣內(nèi)的微粒物的捕集設(shè)備， 用于生成臭氧的臭氧生成器，和能吸附臭氧的臭氧吸附劑，其中由臭 氧生成器生成的臭氧的至少一部分被臭氧吸附劑吸附，且當(dāng)捕集在捕 集設(shè)備上的微粒物應(yīng)被去除時，吸附在臭氧吸附劑上的臭氧從臭氧吸 附劑釋放且供給到捕集設(shè)備。根據(jù)該實施例，當(dāng)捕集在捕集設(shè)備上的微粒物應(yīng)被去除時，吸附 在臭氧吸附劑上的臭氧供給到捕集設(shè)備。為此原因，可以將大于臭氧 生成器的臭氧生成能力的臭氧供給到捕集設(shè)備。注意到"當(dāng)捕集在捕集設(shè)備上的微粒物應(yīng)被去除時"意味著例如，當(dāng)捕集設(shè)備已捕集微粒物且由于捕集設(shè)備引起的壓力損失增加到 超過預(yù)先確定的值等時，捕集設(shè)備已捕集的微粒物達到一定程度，該 程度使得如果將由臭氧生成器生成的臭氧和從臭氧吸附劑釋放的臭氧 供給到捕集設(shè)備時，幾乎所有供給的臭氧會與捕集的微粒物反應(yīng)且?guī)?乎無臭氧會從捕集設(shè)備流出。在本發(fā)明的另一個實施例中，臭氧吸附劑由沸石形成。在本發(fā)明的另一個實施例中，進一步設(shè)置了從臭氧生成器經(jīng)過臭 氧吸附劑引導(dǎo)到捕集設(shè)備的主通道，從主通道分支且旁路通過臭氧吸 附劑的旁通通道，和設(shè)置在旁通通道分支的部分處且調(diào)節(jié)由臭氧生成 器生成的臭氧流入旁通通道內(nèi)的流速的臭氧流速調(diào)節(jié)閥。根據(jù)該實施例，可以選擇使得由臭氧生成器生成的臭氧被臭氧吸 附劑吸附，或使其直接流入到捕集設(shè)備內(nèi)而不被臭氧吸附劑吸附。注 意的是流速調(diào)節(jié)閥也包括開關(guān)閥，以用于在主通道和旁通通道之間切 換。在本發(fā)明的另一個實施例中，當(dāng)捕集在捕集設(shè)備上的微粒物應(yīng)被 去除時，控制臭氧流速調(diào)節(jié)閥，使得由臭氧生成器生成的臭氧流過旁通通道o根據(jù)該實施例，當(dāng)微粒物應(yīng)被去除時，吸附在臭氧吸附劑上的臭 氧可以供給到捕集設(shè)備且也使得由臭氧生成器生成的臭氧直接流動到 捕集設(shè)備。在本發(fā)明的另一個實施例中，即使當(dāng)捕集在捕集設(shè)備上的微粒物 應(yīng)被去除時，如果排放溫度高于分解開始溫度，則控制臭氧流速調(diào)節(jié) 閥，使得由臭氧生成器生成的臭氧流過主通道。根據(jù)該實施例，即使當(dāng)應(yīng)去除微粒物時，如果存在臭氧在達到捕 集設(shè)備前結(jié)束分解的可能性，則也可以阻止由臭氧生成器生成的臭氧 供給到捕集設(shè)備，且生成的臭氧可以有效地被利用以去除微粒物。在本發(fā)明的另一個實施例中，進一步設(shè)置了從發(fā)動機排氣通道分 支的且連接到臭氧吸附劑的分支通道，和用于調(diào)節(jié)流入分支通道的排 氣的流速的排氣流速調(diào)節(jié)閥，其中，當(dāng)從臭氧吸附劑釋放臭氧時，控 制排氣流速調(diào)節(jié)閥，使得從內(nèi)燃機排放的排氣的至少一部分經(jīng)過分支 通道流入到臭氧吸附劑。根據(jù)本實施例，為從臭氧吸附劑釋放臭氧，排氣用于提高臭氧吸 附劑的溫度。因此，不再存在設(shè)置用于升高臭氧吸附劑的溫度的加熱 器的需求，且可以降低生產(chǎn)成本。根據(jù)本發(fā)明，可以使用帶有相對低的臭氧生成能力的臭氧生成器 以有效地?zé)舨都谶^濾器等上的微粒物。


本發(fā)明可以從如下闡述的對發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述連同附圖來 更完全地理解，其中圖1是安裝了本發(fā)明的排氣凈化系統(tǒng)的內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)的視圖；圖2a是微粒過濾器的示意性前視圖；圖2b是微粒過濾器的截面?zhèn)纫晥D；圖3是臭氧供給設(shè)備的示意性截面視圖；圖4是臭氧供給系統(tǒng)的開關(guān)閥的控制的流程圖；圖5是臭氧供給系統(tǒng)的另一個構(gòu)造的視圖；圖6是使用在工作例子中的測試設(shè)備的示意性視圖。
具體實施方式
如下將參考附圖解釋本發(fā)明的排氣凈化系統(tǒng)。圖1是示出了壓燃 型內(nèi)燃機的視圖，其中利用了本發(fā)明的排氣凈化系統(tǒng)。參考圖1，發(fā)動機體1設(shè)置有多個氣缸la。每個氣缸la通過相應(yīng) 的進氣管2連接到穩(wěn)壓罐3且通過排氣歧管4和排氣管5連接到微粒 過濾器(在下文中稱為"過濾器")6，過濾器6容納在過濾器外殼7內(nèi)。 注意在此描述中，由排氣口(未示出)、排氣歧管4和排氣管5所限定的 通道被稱為"排氣通道"。圖2a和圖2b示出了過濾器6的結(jié)構(gòu)。注意圖2a是過濾器6的前 視圖，而圖2b是過濾器6的截面?zhèn)纫晥D。如在圖2a和圖2b中示出， 過濾器6具有蜂窩結(jié)構(gòu)，該蜂窩結(jié)構(gòu)設(shè)置有多個平行地延伸的排氣通 道10和11。這些排氣通道包括其下游端被塞12封閉的排氣流入通道 10和其上游端被塞13封閉的排氣流出通道11。注意到圖2a中的剖面 線部分示出了塞13。因此，排氣流入通道IO和排氣流出通道11通過 薄的分隔件14交替地布置。過濾器6由例如堇青石的多孔材料形成。因此，流入排氣流入通 道10的排氣，如在圖2b中以箭頭示出，經(jīng)過周圍的分隔件14且流出 到鄰接的排氣流出通道11內(nèi)。在此，在壓燃型內(nèi)燃機中，主要包括碳(C)的微粒物(后文中稱為 "PM")在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生。因此，排氣包括PM。排氣中的PM沉積在 排氣流入通道IO和排氣流出通道11的周向壁表面上，且沉積在分隔 件14內(nèi)的孔的內(nèi)壁表面上，從而當(dāng)排氣流過過濾器6時被捕集，如在 圖2b中示出。以此方式捕集在過濾器6等的周向壁表面上(后文中簡單地稱為 "在過濾器上")的PM在過濾器6上逐漸積累，從而導(dǎo)致過濾器6的 孔變得被阻塞。如果過濾器6的孔變得以此方式被阻塞，則由于過濾器6導(dǎo)致的排氣壓力損失變高，且有害地影響了內(nèi)燃機的運行。為此原因，提出了多種方法以去除沉積在過濾器6上的PM。 一種 這樣的方法是將臭氧或其它具有極高氧化能力的成分送到過濾器6，以 與在過濾器6上積累的PM反應(yīng)且因此燒掉PM。通過將臭氧等送到過 濾器6來以此方式燒掉PM， PM可以在相對低的溫度下被燒掉。為此 原因，例如與將過濾器升高到PM的通常燃燒溫度(大約60(TC)以燒掉 PM、或使作為氧化劑的二氧化氮(N02)穿過過濾器以燒掉PM的情況相 比，PM的氧化溫度低且因此當(dāng)燒掉PM時幾乎不需要升高過濾器的溫 度，使得改進了燃油經(jīng)濟性。因此，在本發(fā)明中提供了能將臭氧供給到過濾器6的臭氧供給系 統(tǒng)20。如在圖l中示出，臭氧供給系統(tǒng)20設(shè)置有臭氧供給設(shè)備21和 能吸附臭氧的臭氧吸附劑22。臭氧供給設(shè)備21具有如在圖3中示出的臭氧生成器23和用于將 外側(cè)空氣引入到該臭氧生成器23內(nèi)的外側(cè)空氣泵(未示出)。臭氧生成 器23可以通過以等離子體來處理被引入到臭氧生成器23內(nèi)的外側(cè)空 氣來現(xiàn)場生成臭氧。此等離子體可以是任何等離子體，只要它能從氧 產(chǎn)生臭氧。例如，它可以是放電等離子體、微波等離子體或感性耦合 等離子體。圖示的臭氧生成器23是用于通過放電等離子體來生成臭氧的系 統(tǒng)，且具有管狀外電極41和布置在此外電極41的中心軸線上的中心 電極42。外電極41接地，而中心電極42連接到電源43。兩個電極41、 42相互通過絕緣體44絕緣。進一步地，連接到外側(cè)空氣泵的外側(cè)空氣 供給管路45設(shè)置在外電極41的一部分處。該外側(cè)空氣供給管路45用 于將待由放電等離子體處理的外側(cè)空氣46供給到臭氧生成器23。在外 電極41的一個端部處設(shè)置了臭氧排放口 47以排放由放電等離子體處 理獲得的臭氧。在這樣構(gòu)造的臭氧生成器23內(nèi)，含氧的外側(cè)空氣經(jīng)過外側(cè)空氣供給管路45供給到兩個電極41和42之間，由電源43在兩 個電極41和42之間施加電壓，且在電極41和42之間導(dǎo)致排放以生 成等離子體。因此，臭氧在兩個電極41和42之間的空間48內(nèi)生成。 包括生成的臭氧的氣體49從臭氧排放出口 47排放。當(dāng)如以上所解釋使用放電來生成等離子體時，所使用的電極由導(dǎo) 電材料或半導(dǎo)體材料制成。具體地，可以優(yōu)選地使用金屬材料，例如 銅、鉤、不銹鋼、鐵、鋁等。注意的是當(dāng)電弧放電時電極變得高溫， 所以電極優(yōu)選地使用鎢或其它這樣的高熔點材料制成。進一步地，在 阻擋放電的情況中，絕緣材料可以設(shè)置在導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料上。 因此，在阻擋放電中，可以改進等離子體的穩(wěn)定性、電極的耐久性等。注意的是臭氧供給設(shè)備21通過外側(cè)空氣泵引入外側(cè)空氣，但也可 以將排氣在設(shè)置臭氧供給系統(tǒng)20的位置上游處從發(fā)動機排氣通道引 入。在此情況中，不需要用于引入排氣的泵。臭氧吸附劑22基本上傾向于當(dāng)其溫度是臨界吸附溫度(例如200°C) 或更低的低溫時吸附臭氧，且當(dāng)其溫度是較高的溫度時允許被吸附的 臭氧釋放。具體地，當(dāng)臭氧吸附劑22的溫度是高溫且流動經(jīng)過臭氧吸 附劑22的流體的流速高時，可以釋放大量被吸附的臭氧。在此實施例中，臭氧吸附劑22包括沸石。硅石-礬土比，即硅石-礬土的孔尺寸確定了臭氧是否能被吸附(捕集)，且確定了吸附溫度。即 被認為臭氧物理上被臭氧吸附劑22吸附(捕集)，且在吸附中基本上無 化學(xué)變化發(fā)生。注意的是任何可物理上吸附臭氧的材料均可以用作臭氧吸附劑 22。作為此材料，除以上的沸石外，還可以有活性炭等。然而，如果 試圖使用活性炭來物理吸附臭氧，則活性炭自身與臭氧反應(yīng)而逐漸燃 燒。因此，活性炭用作臭氧吸附劑22不是優(yōu)選的。進一步地，臭氧供給系統(tǒng)20具有多個流動管24。在此實施例中， 它具有第一流動管24a至第四流動管24d，即具有四個流動管。第一流 動管24a連接到臭氧供給設(shè)備21和容納了臭氧吸附劑22的吸附劑外殼 25，而第二流動管24b連接到吸附劑外殼25和排氣管5。特別地，第 二流動管24b優(yōu)選地在過濾器6的直接上游的位置連接到排氣管5。注 意到第二流動管24b也可以在過濾器6的上游側(cè)連接到過濾器外殼7 而作為連接到排氣管5的替代。通過使得第二流動管24b的連接位置 以此方式位于過濾器6的直接上游處，從第二流動管24b排放的臭氧 被長時間保持為不包含在流過排氣管5的排氣中。因此，臭氧與排氣 中的碳氫化合物(HC)等反應(yīng)，且保持不還原為氧。進一步地，第三流動管24c從第一流動管24a分支且與第二流動 管24b匯合。即第三流動管24c連接到第一流動管24a和第二流動管 24b。第四流動管24d從排氣管5分支且與第一流動管24a匯合。艮口， 第四流動管24d連接到排氣管5和第一流動管24a。在第三流動管24c從第一流動管24a分支的分支部分處設(shè)置了第 一開關(guān)閥26a。第一開關(guān)閥26a在吸附劑流入位置和旁通位置之間切換， 在吸附劑流入位置，從臭氧供給設(shè)備21處供給的臭氧經(jīng)過第一管24a 流入到臭氧吸附劑22(在圖1中由虛線示出的位置)，在旁通位置，臭氧 流過第三流動管24c且旁路通過臭氧吸附劑22(在圖1中由實線示出的 位置)。進一步地，在第四流動管24d從排氣管5分支的部分處，設(shè)置 了第二開關(guān)閥26b。第二開關(guān)閥26b在排氣管流動位置和流動管流入位 置之間切換，在排氣管流動位置，從發(fā)動機體1排出的排氣全部流動 流過排氣管5而不流入第四流動管24d(在圖1中以實線示出的位置)， 在流動管流入位置，排氣的全部或一部分流入第四流動管24d(在圖1 中以虛線示出的位置)。因此，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)閥26a的開關(guān)位置是吸附劑流入位置時，從臭氧供給設(shè)備21供給的臭氧流入到臭氧吸附劑22中。當(dāng)臭氧吸附劑22 的溫度是臨界吸附溫度或更低時，流入的臭氧被臭氧吸附劑22吸附。 另一方面，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)閥26a的開關(guān)位置是旁通位置時，從臭氧供給設(shè) 備21供給的臭氧流動通過第三流動管24c和第二流動管24b，進入到 流動通過排氣管5且供給到過濾器6的排氣內(nèi)。當(dāng)?shù)诙_關(guān)閥26b的開關(guān)位置是流動管流入位置時，從發(fā)動機體 1排放的排氣的全部或一部分流動通過第四流動管24d和第一流動管 24a的部分進入到臭氧吸附劑22。因此，臭氧吸附劑22的溫度由于流 入的排氣而升高且變得高于臨界吸附溫度，使得已經(jīng)被臭氧吸附劑22 吸附的臭氧釋放。釋放的臭氧與流入到臭氧吸附劑22的排氣一起流出 臭氧吸附劑22，且經(jīng)過第二流動管24b供給到在排氣管5內(nèi)流動的排 氣且供給到過濾器6。下面，將解釋如此構(gòu)造的臭氧供給系統(tǒng)20的運行。當(dāng)從發(fā)動機體 1排放的排氣的溫度，特別是流動通過緊接在設(shè)置有臭氧供給系統(tǒng)20 的位置之前的排氣管5的排氣的溫度(下文中稱為"直接前方排氣溫度") 低于分解開始溫度時，使得第一開關(guān)閥26a的開關(guān)位置為旁通位置。因 此，從臭氧供給設(shè)備21供給的臭氧流動通過第三通道24c和第二通道 24b，進入到流動通過排氣管5且供給到過濾器6內(nèi)的排氣內(nèi)。在此， "分解開始溫度"意味著在該溫度下的熱導(dǎo)致臭氧開始分解的溫度， 且例如為3(XTC。因此，當(dāng)直接前方排氣溫度低于分解開始溫度時，從臭氧供給設(shè) 備21供給的臭氧被供給到過濾器6，且沉積在過濾器6上的PM和在 排氣內(nèi)的PM優(yōu)選地由臭氧燒掉。即如果臭氧供給到的排氣的溫度低于 分解開始溫度，則臭氧幾乎決不會由于被從由臭氧供給系統(tǒng)20供給到 排氣至到達過濾器6的時間間隔內(nèi)的熱分解而終止，使得所供給的臭 氧可以有效地用于燒掉PM。另一方面，當(dāng)直接前方排氣溫度是分解開始溫度或更高時，臭氧 將由于在從臭氧供給系統(tǒng)20供給到排氣至到達過濾器6的時間間隔內(nèi) 分解而終止。為此原因，在本實施例中，當(dāng)直接前方排氣溫度是分解開始溫度或更高時，第一開關(guān)闊26a的開關(guān)位置設(shè)定為吸附劑流入位 置。因此，使從臭氧供給設(shè)備21供給的臭氧流動通過第一通道24a至 臭氧吸附劑22。通常，臭氧吸附劑22的溫度低于臨界吸附溫度，使得 流動到臭氧吸附劑22的臭氧被臭氧吸附劑22吸附。因此，當(dāng)直接前 方排氣溫度是分解開始溫度或更高時，臭氧保持不分解而對過濾器6 上的燒掉無貢獻。以此方式，通過根據(jù)直接前方排氣溫度來切換第一開關(guān)閥26a，可 以有效地?zé)舫练e在過濾器6上的PM。然而，當(dāng)來自發(fā)動機體1的 PM的排放量大時或當(dāng)狀態(tài)持續(xù)為直接前方排氣溫度為分解開始溫度 或更高時，如以上所解釋地，僅從臭氧供給系統(tǒng)20供給臭氧燒掉PM 的能力是不足的，PM沉積在過濾器6上，且由于過濾器6造成的排氣 壓力損失最終變大。因此，在本實施例中，當(dāng)影響壓力損失的臨界沉積量的PM沉積 在過濾器6上時，不僅從臭氧供給設(shè)備21向過濾器6供給臭氧，而且 將吸附在臭氧吸附劑22上的臭氧供給到過濾器6。具體地，使第一開 關(guān)閥26a的開關(guān)位置為旁通位置且第二開關(guān)閥26b的開關(guān)位置為流動管 流入位置。因此，從臭氧供給設(shè)備21供給的臭氧經(jīng)過第三通道24c和 第二通道24b供給到過濾器6。進一步地，從發(fā)動機體1排放的排氣流入到臭氧吸附劑22。排氣 的溫度經(jīng)常高于臨界吸附溫度。因此，臭氧吸附劑22的溫度也升高到 高于臨界吸附溫度的溫度。因此，臭氧從臭氧吸附劑22釋放。因為相 對大量的排氣流動通過臭氧吸附劑22，所以促進了釋放。進一步地， 從臭氧吸附劑22釋放的臭氧供給到過濾器6。即根據(jù)本實施例，當(dāng)大 量的PM沉積在過濾器6上時，使得大量臭氧流到過濾器6以燒掉PM。即在此實施例中，由臭氧供給設(shè)備21供給的臭氧保持為大體上恒定而不論發(fā)動機運行狀態(tài)如何。在其中PM可以有效地被供給的臭氧燒 掉的發(fā)動機運行狀態(tài)中，臭氧供給到過濾器6，而在其中PM不能有效 地?zé)舻陌l(fā)動機運行狀態(tài)中，使得臭氧被臭氧吸附劑22吸附。當(dāng)大量 臭氧應(yīng)送入過濾器6時，臭氧從臭氧吸附劑22釋放且送入過濾器6內(nèi)。 以此方式，通過利用臭氧吸附劑22，即使當(dāng)大量臭氧應(yīng)送入過濾器6 內(nèi)時也不需要僅從臭氧供給設(shè)備21供給臭氧，所以不再存在使得臭氧 供給設(shè)備21的臭氧生成器23的臭氧生成能力高的需求，且因此產(chǎn)品 成本可以降低且臭氧供給設(shè)備21可以制成得緊湊。注意到在以上的解釋中，閥26a和26b制成為能在兩個位置之間 切換的開關(guān)閥，但這些閥也可以是能在這兩個位置之間連續(xù)地調(diào)節(jié)流 速的流速調(diào)節(jié)閥。在此情況中，例如作為第一開關(guān)閥26a的替代，可以 使用能調(diào)節(jié)經(jīng)過第一通道24a的臭氧流速和到第三通道24c內(nèi)的臭氧流 速的流速調(diào)節(jié)閥(臭氧流速調(diào)節(jié)閥)。進一步地，作為第二開關(guān)閥26b的 替代，可以使用能調(diào)節(jié)流動到第四通道24d內(nèi)的排氣的流速和流動通 過排氣管5的排氣的流速的流速調(diào)節(jié)閥(排氣流速調(diào)節(jié)閥)。進一步地，加熱器可以在臭氧吸附劑22周圍接附。因此，即使當(dāng) 例如排氣的溫度低且排氣自身的流動不足以將臭氧吸附劑22的溫度升 高為高于臨界吸附溫度時，臭氧吸附劑22的溫度也可以升高為高于臨 界吸附溫度。圖4是本發(fā)明的臭氧供給系統(tǒng)20的開關(guān)閥26a和26b的控制的流 程圖。首先，在步驟101處判斷由排氣溫度傳感器30檢測到的直接前 方排氣溫度Tg是否低于分解開始溫度Tgd。排氣溫度傳感器30是在 臭氧供給系統(tǒng)20的上游側(cè)處接附到排氣管5的傳感器，且它檢測流過 排氣管5的排氣的溫度。當(dāng)在步驟101處判斷為直接前方排氣溫度Tg 低于分解開始溫度Tgd時，流程前進到步驟102。在步驟102處，第一開關(guān)閥26a的開關(guān)位置是旁通位置，且從臭氧供給設(shè)備21供給的臭氧 供給到過濾器6而不經(jīng)過臭氧吸附劑22。然后在步驟103處判斷如基于差壓傳感器31的輸出而估計出的過 濾器6上的PM沉積量Qpm是否大于臨界沉積量Qpmc。在此，差壓 傳感器31是用于檢測在過濾器6上游側(cè)的排氣壓力和在過濾器6下游 側(cè)的排氣壓力之間的差異的上游/下游壓力差的傳感器。進一步地，過 濾器6的上游/下游壓力差和過濾器6上沉積的PM的量之間的關(guān)系由 試驗或計算發(fā)現(xiàn)，且存儲在內(nèi)燃機的電子控制單元(未示出)的MAP圖 中。PM的沉積量Qpm基于實際地由差壓傳感器31檢測的過濾器6的 上游/下游壓力差和此MAP圖來估計。當(dāng)過濾器6上的估計的PM沉積量Qpm判斷為大于PM的臨界沉 積量Qpmc時，流程前進到步驟104處。在步驟104處，第二開關(guān)闊 26b的開關(guān)位置設(shè)定為流動管流入位置，排氣流到臭氧吸附劑22處， 且吸附在臭氧吸附劑22上的臭氧被釋放且供給到過濾器6。另一方面， 當(dāng)過濾器6上的PM的估計沉積量Qpm判斷為是PM的臨界沉積量 Qpmc或更低時，流程前進到步驟105處。在步驟105處，第二開關(guān)閥 26b的開關(guān)位置設(shè)定為排氣管流動位置，因此排氣流動通過排氣管5到 過濾器6而不流到流動管24。另一方面，當(dāng)在步驟101處將直接前方排氣溫度Tg判斷為是分解 開始溫度Tgd或更高時，流程前進到步驟106。在步驟106處，第一開 關(guān)閥26a的開關(guān)位置設(shè)定為吸附劑流入位置，且從臭氧供給設(shè)備21供 給的臭氧流到臭氧吸附劑22且被其吸附。注意到在以上的實施例中，過濾器用于捕集排氣中的PM，但如果 棑氣內(nèi)的PM可以被捕集，則也可以使用除過濾器之外的另一個捕集設(shè) 備，例如靜電捕集器。進一步地，在此實施例中也可以包括如在圖5中示出的臭氧供給系統(tǒng)20。即圖5的臭氧供給系統(tǒng)具有主通道35，以用于將臭氧供給設(shè) 備21和排氣管5連接，且設(shè)置有臭氧吸附劑22(對應(yīng)于圖1的第一通 道24a和第二通道24b)、從主通道35分支以旁路通過臭氧吸附劑22 的旁通通道36(對應(yīng)于圖1中的第三通道24c)、和從排氣管5分支且連 接到臭氧吸附劑22的分支通道37(對應(yīng)于圖1的第四通道24d)。進一 步地，分支到旁通通道的部分設(shè)置有第一開關(guān)閥26a，而從排氣管25 分支的部分設(shè)置有第二開關(guān)閥26b。本發(fā)明的臭氧供給系統(tǒng)不必設(shè)置所有以上部件。例如，不必設(shè)置 分支通道37和第二開關(guān)閥26b。在此情況中，為將臭氧吸附劑22的溫 度升高到高于臨界吸附溫度，將加熱器設(shè)置在臭氧吸附劑22周圍，且 設(shè)置閥等用于將外側(cè)空氣引入到臭氧吸附劑22。進一步地，旁通通道 36和第一開關(guān)閥26a不需要設(shè)置。在此情況中，所有從臭氧供給設(shè)備 21供給的臭氧流過臭氧吸附劑22。因此，當(dāng)臭氧吸附劑22的溫度為 臨界吸附溫度或更低時，臭氧被臭氧吸附劑22吸附直至臭氧吸附劑22 的臨界吸附。在達到臨界吸附后，臭氧供給到過濾器6。例子圖6中的測試設(shè)備用于實驗以闡明本發(fā)明的效果。在此，在圖6 中示出的測試設(shè)備設(shè)計為使用紅外圖像爐來調(diào)節(jié)過濾器6和臭氧吸附 劑22的溫度。在不同的設(shè)備之間的管路使用肋片加熱器加熱且維持在 15(TC。排氣管5由模型氣體生成器供給模型氣體，模型氣體包括10 升/分的流速和150。C的溫度下的5vol。/。的02、500vol卯m的NO、150vo1 ppm的N02、 80vol ppm的C3H6、 3vol。/。的H20，以及余量的N2。30mm直徑X50mm長度的堇青石柴油微粒過濾器(DPF)用作過濾 器6。此DPF6由大約46.5網(wǎng)眼/平方厘米(300網(wǎng)眼/平方英寸)形成，每 個網(wǎng)眼的邊長為大約0.3mm(12毫英寸)。進一步地，所使用的臭氧吸 附劑22包括外殼25，外殼25包裝有成形為3mm直徑的小球的50g的ZSM-50。進一步地，臭氧供給設(shè)備21以1升/分的流速供給包含500vol ppm的03且剩余為02的氣體。在實驗中，首先2升的柴油發(fā)動機以2000rpmX30Nm運行一小時。 排氣中的PM被DPF捕集。然后，作為比較例子，DPF6的紅外圖像爐被設(shè)定在20(TC，模型 氣體從模型氣體生成器供給且臭氧從臭氧供給設(shè)備21供給到DPF6而 不經(jīng)過臭氧吸附劑22。在從DPF6流出的氣體中的CO和C02的濃度 被分析且從分析值計算PM的氧化速度(在PM氧化開始后3分鐘的平 均氧化速度)。另一方面，作為本發(fā)明的例子，首先，從臭氧供給設(shè)備21供給的 臭氧在室溫下穿過臭氧吸附劑22三十分鐘以使得臭氧吸附劑22吸附 臭氧。此后將用于DPF的紅外圖像爐設(shè)定為200°C，且用于臭氧吸附 劑22的紅外圖像爐設(shè)定為150°C。然后，模型氣體穿過臭氧吸附劑22 到DPF6且臭氧從臭氧供給設(shè)備21供給到DPF6而不經(jīng)過臭氧吸附劑 22。在從DPF6流出的氣體中的CO和C02的濃度被分析且從分析值計 算PM的氧化速度(在PM氧化開始后3分鐘的平均氧化速度)。作為結(jié)果，比較例子的氧化速度為4.3g/hl，而本發(fā)明的例子的氧 化速度為4.8g/hl。從以上的結(jié)果，當(dāng)沉積在過濾器6上的PM應(yīng)被去 除時，獲知通過將臭氧從臭氧供給設(shè)備21供給到過濾器6且也通過釋 放吸附在臭氧吸附劑22上的臭氧且將其供給到過濾器6，沉積在過濾 器6上的PM可以快速地?zé)簟ｋm然本發(fā)明已經(jīng)通過參考特定的為圖示目的選擇的實施例描述， 但應(yīng)顯而易見的是本領(lǐng)域技術(shù)人員可進行多種修改而不偏離本發(fā)明的 基本概念和范圍。
權(quán)利要求
1.一種排氣凈化系統(tǒng)，該排氣凈化系統(tǒng)設(shè)置有布置在發(fā)動機排氣通道上且捕集所述排氣內(nèi)的微粒物的捕集設(shè)備，用于生成臭氧的臭氧生成器，和能吸附臭氧的臭氧吸附劑，其中由所述臭氧生成器生成的所述臭氧的至少一部分被所述臭氧吸附劑吸附，并且當(dāng)捕集在所述的捕集設(shè)備上的微粒物應(yīng)被去除時，吸附在所述臭氧吸附劑上的臭氧從所述臭氧吸附劑釋放且供給到所述捕集設(shè)備。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中所述臭氧吸附劑由 沸石形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的排氣凈化系統(tǒng)，進一步設(shè)置有從所述臭 氧生成器經(jīng)過所述臭氧吸附劑引導(dǎo)到所述捕集設(shè)備的主通道，從所述 主通道分支且旁路通過所述臭氧吸附劑的旁通通道，和設(shè)置在所述旁 通通道分支的部分處且調(diào)節(jié)由所述臭氧生成器生成的所述臭氧流入所 述旁通通道內(nèi)的流速的臭氧流速調(diào)節(jié)閥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中，當(dāng)捕集在所述捕集設(shè)備上的所述微粒物應(yīng)被去除時，控制所述臭氧流速調(diào)節(jié)閥，使得 由所述臭氧生成器生成的所述臭氧流過所述旁通通道。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的排氣凈化系統(tǒng)，其中即使當(dāng)捕集在所述 捕集設(shè)備上的所述微粒物應(yīng)被去除時，如果排氣溫度高于分解開始溫 度，則控制所述臭氧流速調(diào)節(jié)閥，使得由所述臭氧生成器生成的所述 臭氧流過所述主通道。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的排氣凈化系統(tǒng)，進一步設(shè)置有從所述發(fā) 動機排氣通道分支的且連接到所述臭氧吸附劑的分支通道，和用于調(diào)節(jié)流入所述分支通道的排氣的流速的排氣流速調(diào)節(jié)閥，其中，當(dāng)從所述臭氧吸附劑釋放臭氧時，控制所述排氣流速調(diào)節(jié)閥，使 得從所述內(nèi)燃機排放的所述排氣的至少一部分經(jīng)過所述分支通道流入 到所述臭氧吸附劑。
全文摘要
一種排氣凈化系統(tǒng)，該排氣凈化系統(tǒng)設(shè)置有布置在發(fā)動機排氣通道上且捕集排氣內(nèi)的微粒物的捕集設(shè)備(6)，用于生成臭氧的臭氧生成器(21)，和能吸附臭氧的臭氧吸附劑(22)，其中由所述臭氧生成器生成的臭氧的至少一部分被所述臭氧吸附劑吸附，且當(dāng)捕集在所述的捕集設(shè)備上的微粒物應(yīng)被去除時，吸附在臭氧吸附劑上的臭氧從臭氧吸附劑釋放且供給到捕集設(shè)備。因此，可以使用具有相對低的臭氧生成能力的臭氧生成器來有效地?zé)舨都谶^濾器等上的微粒物。
文檔編號B01D46/24GK101227963SQ20068002676
公開日2008年7月23日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者井部將也, 垣花大, 平田裕人 申請人:豐田自動車株式會社