專利名稱：用于運(yùn)行以甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)并用甲烷氧化催化劑處理排放氣體的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行以甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)并用甲烷氧化催 化劑處理排放氣體的方法和設(shè)備。本發(fā)明可應(yīng)用于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)或其他 以可變負(fù)荷循環(huán)運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)，以減少一氧化碳、曱烷和其他未燃燒 的碳?xì)浠衔锏呐欧拧?br> 背景技術(shù)：
天然氣主要由曱烷組成。天然氣作為燃料在內(nèi)燃機(jī)中燃燒，因?yàn)?在世界各地的許多市場(chǎng)，天然氣從能源角度而言與柴油或汽油相比花 費(fèi)較少。此外，天然氣與柴油或汽油相比，燃燒更清潔，這可以幫助 改善空氣質(zhì)量，從而提供另一將燃燒柴油或汽油的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)用燃燒 天然氣的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)取代的動(dòng)機(jī)。然而，在從內(nèi)燃機(jī)的燃燒室排出的 排放氣體中，會(huì)殘留未燃燒的燃料，對(duì)于以天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)也 是如此。因?yàn)榧淄槭且环N導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體，人們希望在排放氣體 離開(kāi)車輛的排氣管之前將未燃曱烷氧化。
有多種方法用于燃燒在發(fā)動(dòng)機(jī)中的天然氣。所謂的化學(xué)計(jì)量天然
氣發(fā)動(dòng)機(jī)使用的實(shí)際空燃比為約14. 6:1,其對(duì)應(yīng)于K,因?yàn)閗是通 過(guò)將實(shí)際空燃比除以14.6 (這是理論上的化學(xué)計(jì)量理想空燃比)來(lái)計(jì) 算的。如本文中所定義的，在化學(xué)計(jì)量模式下運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)不必以嚴(yán) 格等于1.0的k運(yùn)行，而是以處于或接近l. 0的k運(yùn)行即可，這樣， 在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中被燃燒的空氣和燃料的充氣(charge)中基本沒(méi) 有過(guò)剩的氧氣。美國(guó)專利No. 5，131， 224公開(kāi)了一種減少來(lái)自以天然氣 為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的曱烷排氣排放量的方法。該，224專利教導(dǎo)，采用平 均略微富燃料的(也即，k平均小于1. 0)空氣燃料混合物在化學(xué)計(jì)量 運(yùn)行模式下運(yùn)行天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并使用鉑或鉑-鈀(非銠)催化轉(zhuǎn)化器 來(lái)進(jìn)行排放氣體處理。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，可以通過(guò)使用排放氣體 再循環(huán)和三效催化劑來(lái)減少N0x和曱烷的排放，但這些技術(shù)會(huì)大大增
加系統(tǒng)總成本。
所謂的貧燃火花點(diǎn)火("LBSI")天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，由火花塞觸發(fā)點(diǎn)火 來(lái)燃燒天然氣的貧燃料混合物(leanmixture)。貧燃料混合物意為， 在燃燒室中有過(guò)剩的氧氣，于是X大于1。與不利用三效催化劑和排 放氣體再循環(huán)而運(yùn)行的化學(xué)計(jì)量天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比，LBSI天然氣發(fā)動(dòng) 機(jī)較為不復(fù)雜且成本較低，同時(shí)產(chǎn)生更低的氮氧化物(NOx)排放，因?yàn)?較高的空燃比導(dǎo)致較低的燃燒溫度。與化學(xué)計(jì)量天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比， LBSI天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)還產(chǎn)生較低的二氧化碳排放。從而，與不采用排放 氣體再循環(huán)或三效催化劑的化學(xué)計(jì)量天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比，LBSI發(fā)動(dòng)機(jī) 具有成本和性能優(yōu)勢(shì)。然而，LBSI天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)問(wèn)題是，曱烷 氧化催化劑會(huì)由于暴露于硫氧化物(S0x)而遭到抑制，即使硫氧化物濃 度極低亦會(huì)如此，從而導(dǎo)致曱烷氧化轉(zhuǎn)化效率下降。人們認(rèn)為，S0x 被化學(xué)吸收到催化劑修補(bǔ)基面涂層(wash coat)上，從而有效阻擋住 曱烷的轉(zhuǎn)化部位。舉例而言，實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)表明，僅為lppm(w/w) 的S0x濃度水平，在小于50小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，可以導(dǎo)致曱烷轉(zhuǎn)化效 率降低25%，且這樣的濃度可由存在于天然氣和發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中的硫 引入到發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體中。例如，對(duì)排放氣體中S0x的貢獻(xiàn)者可以是 通常加入天然氣中用于嗅覺(jué)檢測(cè)的添味劑。
Engelhard公司為氣體研究所(Gas Research Institute)編寫(xiě) 的一份題為 "Catalyst Development for Methane Emissions Abatement From Lean Burn Natural Gas Vehicles (用于從貧燃天 然氣車輛減小曱烷排放的催化劑開(kāi)發(fā))"、注明日期為1997年11月 的報(bào)告，報(bào)告了于1994年1月到1997年5月之間完成的、目的是開(kāi) 發(fā)一種貧燃天然氣車輛的催化轉(zhuǎn)化器的工作，該催化轉(zhuǎn)化器將在車輛 的整個(gè)使用壽命期間持續(xù)地氧化甲烷。含鈀(Pd)的催化劑，如鈀/氧化 鋁(A1203)，被發(fā)現(xiàn)是用于從天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)消減甲烷排放的最活潑的催 化劑。Engelhard公司在其最終報(bào)告中報(bào)告，其未能達(dá)到其目的，因 為存在于發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體中的S0x抑制了催化劑活性。Engelhard 公司的研究集中于開(kāi)發(fā)一種耐硫催化劑以及在接近地類似真實(shí)天然氣
車輛排氣的實(shí)驗(yàn)室條件下調(diào)查鈀氧化催化劑的去活機(jī)理。
已出版的SAE技術(shù)論文961971,題為"Methane Emissions
Abatement from Lean Burn Natural Gas Vehicle Exhaust: Sulfur，s Impact on Catalyst Performance (從貧燃天然氣車輛的排氣中消減 曱烷排放硫?qū)Υ呋瘎┬阅艿挠绊?"，其作者為Engelhard公司的雇 員。在該SAE技術(shù)論文的第18頁(yè)，作者公開(kāi)了一種周期性熱還原再生 的策略，使得催化劑在存在硫的情況下保持可接受的活性。具體而言， 所公開(kāi)的策略包括，運(yùn)行天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)以在持續(xù)14.5分鐘的貧燃、高 空間速度模式和持續(xù)30秒的富燃、低空間速度模式之間循環(huán)催化劑。 催化劑溫度從在貧燃模式期間的550攝氏度升高到富燃模式期間的大 約650攝氏度。作者從它們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，該策略僅僅延遲了催化 劑甲烷活性的最終衰減。
已公布的日本專利申請(qǐng)JP20002000058777號(hào)(公布號(hào) JP2003254117A2)，題為"Exhaust Emission Controlling Method (排 氣排放控制方法)"('58777申請(qǐng))，類似于SAE技術(shù)論文961971,該 申請(qǐng)公開(kāi)了一種交替地在過(guò)量空氣的貧燃?xì)夥障潞瓦^(guò)量燃料的富燃?xì)?氛下燃燒燃料的方法。源自在富燃?xì)夥障氯紵剂系呐欧艢怏w，使得 受抑制的催化劑部位受到還原氣氛影響，這種還原氣氛使受抑制的催 化劑部位再生，從而恢復(fù)曱烷氧化催化劑活性和恢復(fù)甲烷氧化轉(zhuǎn)化率。 根據(jù)'58777申請(qǐng)，可以通過(guò)計(jì)算何時(shí)催化劑的甲烷轉(zhuǎn)化效率下降一預(yù) 定量，來(lái)確定使受抑制的催化劑部位再生的定時(shí)，而這種計(jì)算基于多 個(gè)參數(shù)，包括排放氣體中的硫濃度、空燃比和排放氣體溫度。這種方 法的問(wèn)題在于，其增加了控制該發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜程度，因?yàn)樵摲椒ò?計(jì)算使甲烷氧化催化劑脫硫的定時(shí)，以及在貧燃或富燃模式下運(yùn)行發(fā) 動(dòng)機(jī)的兩種控制策略的定時(shí)，因?yàn)閷?duì)應(yīng)于在富燃模式下運(yùn)行的定時(shí)取 決于可以在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖(engine map)上的任意一點(diǎn)發(fā)生的、 所計(jì)算的定時(shí)。
因此，存在對(duì)改進(jìn)的控制策略的需求，該改進(jìn)的控制策略運(yùn)行以 甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，以簡(jiǎn)單、有效地實(shí)現(xiàn)一些與以甲烷作燃料的LBSI
發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的低排放的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)管理曱烷氧化催化劑的性能和 脫硫來(lái)減少未燃曱烷的排放。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種方法，該方法用于運(yùn)行以甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)并處理 來(lái)自該發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體，以減少甲烷和氮氧化物的排放。在該方法 的優(yōu)選實(shí)施方案中，發(fā)動(dòng)機(jī)以天然氣為燃料。所公開(kāi)的方法包括，當(dāng) 在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定第一點(diǎn)集中的一點(diǎn)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，為該
發(fā)動(dòng)機(jī)供給貧燃料混合物作燃料；當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定第 二點(diǎn)集中的一點(diǎn)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，為該發(fā)動(dòng)機(jī)供給富燃料混合物作燃料; 以及使來(lái)自該發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體流過(guò)曱烷氧化催化劑。
舉例而言，發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定第二點(diǎn)集，可關(guān)聯(lián)于何時(shí) 該發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)定的高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)且在預(yù)定的低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷范圍 內(nèi)運(yùn)行。在一個(gè)優(yōu)選的方法中，通過(guò)何時(shí)該發(fā)動(dòng)機(jī)以少于最大發(fā)動(dòng)機(jī) 負(fù)荷的20%的負(fù)荷運(yùn)行，來(lái)定義該預(yù)定的低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷范圍，通過(guò)何 時(shí)該發(fā)動(dòng)機(jī)以為最大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的至少80%的速度運(yùn)行，來(lái)定義該預(yù) 定的高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍。優(yōu)選地，發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定第二點(diǎn) 集，關(guān)聯(lián)于何時(shí)該發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)且在預(yù)定的發(fā)動(dòng) 機(jī)負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行，其中發(fā)動(dòng)機(jī)可以，并被控制為，在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行 模式下運(yùn)行，并使得在該發(fā)動(dòng)機(jī)和曱烷氧化催化劑之間的排放氣體溫 度為至少600攝氏度，更優(yōu)選地在650攝氏度和800攝氏度之間。在 一個(gè)實(shí)施方案中，以富燃料混合物運(yùn)行的預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷范圍對(duì)應(yīng) 于何時(shí)進(jìn)氣歧管壓力小于大約85kPa的絕對(duì)壓力(大約12psia)。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正在以化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)減少經(jīng)過(guò)進(jìn) 氣歧管進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的空氣質(zhì)量單位流量，來(lái)產(chǎn)生富燃料混合 物。在一些實(shí)施方案中，可以通過(guò)對(duì)通過(guò)進(jìn)氣通路的空氣流進(jìn)行節(jié)流， 來(lái)降低空氣質(zhì)量單位流量。裝配有渦輪增壓器的以曱烷作燃料的發(fā)動(dòng) 機(jī)，可以通過(guò)開(kāi)啟廢氣門(mén)閥使得排放氣體中的一部分繞過(guò)該渦輪增壓 器的渦輪，來(lái)降低空氣質(zhì)量單位流量。如果渦輪增壓器是可變幾何形 狀渦輪增壓器或可變噴嘴渦輪增壓器，則相應(yīng)的幾何形狀或噴嘴均可 以被控制，以減小空氣質(zhì)量單位流量。
在一個(gè)優(yōu)選的方法中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以貧燃料混合物運(yùn)行時(shí)，在燃燒 室中形成的充氣的平均X是至少1. 3，且優(yōu)選地在1. 3和1.7之間。 該方法還可以包括為以甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)供給包括甲烷和氫氣的 燃料混合物作燃料，并控制貧燃料混合物使之具有在1. 3和2. 0之間
的平均k。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以富燃料混合物運(yùn)行時(shí)，在燃燒室內(nèi)形成的充氣
的平均X小于或等于1. 0，優(yōu)選地在0. 95和1. 0之間。
該優(yōu)選的方法還包括，啟動(dòng)一火花塞，以促進(jìn)貧燃料和富燃料混 合物的點(diǎn)火，并且當(dāng)為發(fā)動(dòng)機(jī)供給貧燃料混合物作燃料時(shí)，將啟動(dòng)該 火花塞的定時(shí)提前到一個(gè)更早的時(shí)間。
該方法優(yōu)選地包括在存在由甲烷氧化催化劑提供的鈀的情況下， 使排放氣體內(nèi)的所述曱烷氧化。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以將鈀滲入包 含氧化鋁的修補(bǔ)基面涂層中，且該修補(bǔ)基面涂層可被沉積在包含碳化 硅或硅酸鋁鎂(稱為"堇青石，，)的陶瓷載體上。在一些實(shí)施方案中， 該方法可包括將修補(bǔ)基面涂層沉積在金屬載體上。
在一些優(yōu)選的方法中，甲烷氧化催化劑在發(fā)動(dòng)機(jī)以貧燃料混合物 為燃料時(shí)，促進(jìn)甲烷的氧化，且在發(fā)動(dòng)機(jī)以富燃料混合物為燃料時(shí)， 促進(jìn)將氮氧化物還原成氮?dú)狻?br> 該方法還可以包括命令發(fā)動(dòng)機(jī)在為發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定第 二點(diǎn)集中的一個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)運(yùn)行一段預(yù)定時(shí)間，作為發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)序列中 的一個(gè)步驟。如果發(fā)動(dòng)機(jī)是車輛或機(jī)器的原動(dòng)機(jī)，控制器可被編程為， 識(shí)別當(dāng)所述車輛或機(jī)器靜止時(shí)的預(yù)定義狀況，且命令發(fā)動(dòng)機(jī)在為發(fā)動(dòng) 機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定第二點(diǎn)集中的一個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)運(yùn)行一段預(yù)定時(shí)間或 直到該車輛不再靜止，以先到的時(shí)間為準(zhǔn)。
公開(kāi)了一種以曱烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，該以曱烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)包
括進(jìn)氣歧管，其限定一通路，空氣可通過(guò)該通路流入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室； 燃料計(jì)量閥，其可操作以調(diào)節(jié)通過(guò)燃料供應(yīng)管道引入燃燒室的、包含 曱烷的燃料的質(zhì)量單位流量；布置在進(jìn)氣歧管內(nèi)的節(jié)流閥，用于調(diào)節(jié) 引入燃燒室的空氣的質(zhì)量單位流量；排氣歧管，其限定與燃燒室連通 的通路，用于從燃燒室接收燃燒產(chǎn)物，并將燃燒產(chǎn)物導(dǎo)引到排氣管； 置于該排氣管中的甲烷氧化催化劑；與以甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián) 的至少一個(gè)傳感器，用于計(jì)算或測(cè)量排氣歧管或進(jìn)氣歧管中的1;以 及電子控制器，其被編程以在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的相應(yīng)的預(yù)定點(diǎn)以 貧燃模式和富燃料模式之一運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)。
在一優(yōu)選實(shí)施方案中,所述至少一個(gè)傳感器是k傳感器，其帶有 置于排氣歧管或排氣管中所述甲烷氧化催化劑上游的傳感探頭，且該
X傳感器可操作以向電子控制器發(fā)送表示所測(cè)5t值的信號(hào)。
在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)傳感器包括與進(jìn)氣歧管相 關(guān)聯(lián)的第 一質(zhì)量流量傳感器和與燃料供應(yīng)管道相關(guān)聯(lián)的笫二質(zhì)量流量 傳感器，且該第 一和第二質(zhì)量流量傳感器可操作以向電子控制器發(fā)送 表示相應(yīng)的空氣和燃料質(zhì)量單位流量的信號(hào)，且該電子控制器可編程 以計(jì)算在燃燒室中形成的充氣的X。
在又一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述至少一個(gè)傳感器包括與進(jìn)氣歧管 相關(guān)聯(lián)的第一溫度傳感器；與進(jìn)氣歧管相關(guān)聯(lián)的第一壓力傳感器；與燃 料供應(yīng)管道相關(guān)聯(lián)的第二溫度傳感器；與燃料供應(yīng)管道相關(guān)聯(lián)的第二 壓力傳感器；并且電子控制器可編程以處理從第一和第二溫度傳感器 及第一和第二壓力傳感器收集到的數(shù)據(jù)，以計(jì)算在燃燒室內(nèi)形成的充 氣的丄。
在優(yōu)選的設(shè)備中，甲烷氧化催化劑包括鈀。鈀可以被滲入包含氧 化鋁的修補(bǔ)基面涂層中，且該#"補(bǔ)基面涂層可以沉積在包含碳化珪或 硅酸鋁鎂的陶資載體上。在另一實(shí)施方案中，該修補(bǔ)基面涂層可沉積 在金屬載體上。
曱烷氧化催化劑由多種成分組成。 一般而言，優(yōu)選地甲烷氧化催 化劑包括至少一種催化活性成分，即選自由鈀、鉑和銠組成的組的貴 金屬。甲烷氧化催化劑優(yōu)選地還包括至少一種儲(chǔ)氧成分，該儲(chǔ)氧成分 選自由二氧化鈰(稱為"鈰土")以及鈰和鋯的組合(combination)組
成的組。此外，甲烷氧化催化劑優(yōu)選地還包括針對(duì)硫化氫的清除劑。 甲烷氧化催化劑可以是為汽車應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的那種類型的三效催化劑， 盡管這種催化劑的配方尚未被開(kāi)發(fā)用于以曱烷作燃料的貧燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
在一優(yōu)選實(shí)施方案中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在貧燃模式下運(yùn)行時(shí)，曱烷氧化 催化劑包括用于氧化曱烷的鈀，且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量模式下運(yùn)行時(shí)， 甲烷氧化催化劑還包括用于將氮氧化物還原成氮?dú)獾你?。曱烷氧化?化劑還可以包括充當(dāng)儲(chǔ)氧成分的二氧化鈰和針對(duì)>^化氫的清除劑。
燃料可以采用多種方式引入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)可 以包括端口燃料噴射閥，用于將燃料引入位于進(jìn)氣歧管和燃燒室之間 的進(jìn)氣端口。在另一實(shí)施方案中，可以采用噴頭(sparger)來(lái)將來(lái)自 燃料供應(yīng)管道的燃料引入進(jìn)氣歧管中節(jié)流閥的上游。代替噴頭，發(fā)動(dòng) 機(jī)可以包括設(shè)置在進(jìn)氣歧管的處于節(jié)流閥上游的壁中的多個(gè)端口 ，其 中來(lái)自燃料供應(yīng)管道的燃料可從充氣室流經(jīng)所述多個(gè)端口而進(jìn)入進(jìn)氣 歧管。該布置與噴頭相比的優(yōu)點(diǎn)在于，它不阻擋通過(guò)進(jìn)氣歧管的任何 流通面積。
在又一實(shí)施方案中，發(fā)動(dòng)機(jī)可包括帶有置于燃燒室內(nèi)的噴嘴的燃 料噴射閥，用于將該燃料直接引入燃燒室。燃料可以在進(jìn)氣沖程期間 或在壓縮沖程的早期燃燒室的壓力仍然較低時(shí)被引入燃燒室。
公開(kāi)的本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有優(yōu)點(diǎn)。與以天然氣為燃料的化
學(xué)計(jì)量發(fā)動(dòng)機(jī)或，244專利所教導(dǎo)的以更富燃料的混合物運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī) 相比，本文所公開(kāi)的發(fā)動(dòng)機(jī)和方法可以在大多數(shù)時(shí)間中以貧燃模式運(yùn) 行，以實(shí)現(xiàn)較低的N0x和二氧化碳排放，同時(shí)當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)特 性曲線圖的預(yù)定區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，僅以富燃料混合物運(yùn)行。SAE技術(shù)論 文961971的作者描述了一種在貧燃模式下運(yùn)行14. 5分鐘、在富燃料 模式下運(yùn)行30秒鐘的方法，但他們的結(jié)論是，該方法僅僅延遲了催化 劑性能的最終衰減。不同于SAE技術(shù)論文981971中所教導(dǎo)的方法，本 文所公開(kāi)的方法和設(shè)備的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在最大加燃料水平下甲烷氧 化催化劑性能可以被恢復(fù)到85%到90。/。的甲烷轉(zhuǎn)化率。本文所公開(kāi)的方 法還比定時(shí)周期性催化劑脫硫循環(huán)更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴⒉恍枰槍?duì)貧 燃和富燃料模式的兩種并行的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略。在采用定時(shí)脫硫循環(huán) 的情況下，當(dāng)處于是進(jìn)行脫硫循環(huán)的時(shí)間時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可能在發(fā)動(dòng)機(jī)特 性曲線圖上的任意位置的狀況下運(yùn)行，因此對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上 的每個(gè)運(yùn)行點(diǎn)都需要并行的控制策略。采用本文所公開(kāi)的方法和設(shè)備， 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖的預(yù)定區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)僅以富 燃料模式運(yùn)行。日本專利申請(qǐng)JP20002000058777號(hào)也公開(kāi)了一種在貧 燃和富燃料運(yùn)行模式之間周期性地切換的方法，但此方法具有和SAE 技術(shù)論文981971所教導(dǎo)的方法相同的缺點(diǎn)。
因此，本文所公開(kāi)的方法和設(shè)備，提供了一種用于運(yùn)行以甲烷作 燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的途徑，與以曱烷作燃料的化學(xué)計(jì)量發(fā)動(dòng)機(jī)相比，其可 以減少NOx和二氧化碳的排放。實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)表明，所公開(kāi)的方法和 設(shè)備可以允許以曱烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)在大多數(shù)時(shí)間以貧燃模式運(yùn)行， 而同時(shí)當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖的預(yù)定區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)通過(guò)以富
燃料模式運(yùn)行而維持甲烷氧化催化劑的轉(zhuǎn)化效率。


圖l是用于實(shí)施所公開(kāi)的方法的設(shè)備的示意圖。該設(shè)備包括燃料 噴射系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、催化轉(zhuǎn)化器以及電子控制器。在該實(shí)施方 案中，端口噴射器被用來(lái)將燃料引入進(jìn)氣端口，置于排氣管中甲烷氧 化催化劑的上游的l傳感器被用來(lái)控制傳送到燃燒室的充氣的空燃 比。
圖2是用于實(shí)施所公開(kāi)的方法的設(shè)備的第二實(shí)施方案的示意圖。 圖2的設(shè)備類似于圖1中的設(shè)備，只是采用了噴頭來(lái)將燃料引入進(jìn)氣 歧管，并且用于進(jìn)入的空氣和燃料的質(zhì)量流量傳感器被用來(lái)替代X傳 感器以控制傳送到燃燒室的充氣的空燃比。
圖3是用于實(shí)施所公開(kāi)的方法的設(shè)備的第三實(shí)施方案的示意圖。 圖3的設(shè)備和圖l與圖2中的設(shè)備類似，只是燃料可通過(guò)多個(gè)端口引 入進(jìn)氣歧管，且采用溫度和壓力傳感器測(cè)量進(jìn)入的空氣和燃料的溫度 和壓力，使得電子控制器可以計(jì)算空氣和燃料的質(zhì)量流量，從而控制 傳送到燃燒室的充氣的空燃比。圖3還示出了具有包括渦輪增壓器和 廢氣門(mén)的渦輪增壓系統(tǒng)的實(shí)施方案。具有渦輪增壓系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)可以 用該渦輪增壓系統(tǒng)控制傳送到燃燒室的充氣的空燃比。
圖4是一幅發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖，示出了該特性曲線圖上的、發(fā)動(dòng) 機(jī)可以貧燃料混合物運(yùn)行的區(qū)域以及發(fā)動(dòng)機(jī)可以富燃料混合物運(yùn)行的 區(qū)域。
圖5是針對(duì)不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的、X與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的曲線圖。繪出 了多條線，每條線對(duì)應(yīng)于一個(gè)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。此圖以舉例方式示 出了所述方法的應(yīng)用，顯示了可如何在貧燃狀況下以大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)，且表明目標(biāo)k可被確定為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和 負(fù)荷的函數(shù)。
圖6是甲烷濃度與時(shí)間的曲線圖，示出了通過(guò)應(yīng)用所公開(kāi)的方法 而造成的對(duì)甲烷氧化催化劑的再生效應(yīng)。所標(biāo)示出的數(shù)據(jù)來(lái)自實(shí)驗(yàn)結(jié) 果，其顯示出了所公開(kāi)的方法在使曱烷氧化催化劑再生方面的效果。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，帶有相隔100的倍數(shù)的相似附圖標(biāo)記的、名稱相似的
部件，在不同的實(shí)施方案中指相似的部件。
圖i是用于實(shí)施所公開(kāi)的方法的設(shè)備ioo的示意圖。該設(shè)備包括
燃料噴射系統(tǒng)110、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室120、催化轉(zhuǎn)化器140和電子控制器 150。在該實(shí)施方案中，燃料噴射系統(tǒng)110包括端口噴射器112,端口 噴射器112將來(lái)自燃料供應(yīng)管道114的燃料引入進(jìn)氣端口 116?？諝?通過(guò)進(jìn)氣歧管118流入燃燒室120,節(jié)流閥119調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣歧管118 的空氣流動(dòng)。燃燒室120由汽缸體122、活塞124以及汽缸蓋126限 定。發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括火花塞128，火花塞128用于觸發(fā)在燃燒室120 內(nèi)的充氣的點(diǎn)火。如對(duì)于內(nèi)燃機(jī)所公知的，進(jìn)氣閥門(mén)130可操作以控 制從進(jìn)氣歧管118進(jìn)入燃燒室120的空氣和燃料混合物的流動(dòng)，排氣 閥門(mén)132可操作以控制燃燒產(chǎn)物從燃燒室120至排氣歧管134的流動(dòng)。 排放氣體從排氣歧管134流到設(shè)置在催化轉(zhuǎn)化器140內(nèi)部的曱烷氧化 催化劑。上述排放氣體從催化轉(zhuǎn)化器140流向發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管142。
在由圖1示出的實(shí)施方案中，k傳感器152被置于處于甲烷氧化 催化劑上游的排氣歧管134中。來(lái)自傳感器152的X測(cè)量被用來(lái)控制 傳送到燃燒室的充氣的空燃比。根據(jù)所公開(kāi)的本發(fā)明，采用從l傳感 器152接收到的數(shù)據(jù)，電子控制器150可編程以在大多數(shù)運(yùn)行狀況下 以貧燃模式運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)，其中傳送到燃燒室120的充氣具有大于1.1 的平均L在某些預(yù)定義的發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定運(yùn)行狀況一一 例如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的預(yù)定義范圍以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的預(yù)定義范圍——下， 發(fā)動(dòng)機(jī)被控制為以較富的空氣-燃料混合物運(yùn)行，其中傳送到燃燒室 120的充氣所具有的1小于或等于約1. 0,且優(yōu)選地介于0. 95和1. 0 之間。在圖l的實(shí)施方案中，電子控制器150處理來(lái)自X傳感器152 的1測(cè)量，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖確定對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的當(dāng)前值，目標(biāo)1是什么。在該實(shí)施方案中，因?yàn)殡y于測(cè)量 燃燒室內(nèi)的X，且由于燃料噴射系統(tǒng)采用端口噴射器而難于測(cè)量燃燒 室上游的k,所以X傳感器位于排氣歧管134中。然而，根據(jù)在排氣 歧管134中或在排氣管中催化轉(zhuǎn)化器140上游的任意點(diǎn)獲得的k測(cè)量, 電子控制器150可以確定燃燒室120內(nèi)的3u因此，使用通過(guò)傳感器
152獲得的X測(cè)量，電子控制器150可以使用節(jié)流閥119和端口噴射 器112來(lái)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖控制X，使得發(fā)動(dòng)機(jī)大多數(shù)時(shí)間以貧 燃模式運(yùn)行(平均X介于1. 3和1. 7之間)，而在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖的 預(yù)定區(qū)域中以化學(xué)計(jì)量模式運(yùn)行(X小于或等于約1.0，且優(yōu)選地介于 0. 95和1. O之間)，且通過(guò)該方法，曱烷氧化催化劑周期性地再生以 從催化劑的活性部位驅(qū)走硫，并恢復(fù)曱烷轉(zhuǎn)化效率。
圖2是可用于實(shí)施所公開(kāi)的方法的設(shè)備的第二實(shí)施方案的示意 圖。設(shè)備200與設(shè)備100類似，只是噴頭212被用來(lái)將燃料引入進(jìn)氣 歧管，且分別用于測(cè)量進(jìn)入的空氣和燃料的質(zhì)量流量的質(zhì)量流量傳感 器254和256被用來(lái)取代1傳感器，以控制傳送到燃燒室的充氣的空 燃比。
設(shè)備200包括燃料噴射系統(tǒng)210、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室220、催化轉(zhuǎn)化器 240和電子控制器250。噴頭212將來(lái)自燃料供應(yīng)管道214的燃料引 入進(jìn)氣歧管218中節(jié)流閥2 19的上游。燃料和空氣在被引入燃燒室 220之前，在進(jìn)氣歧管218內(nèi)混合。節(jié)流閥219調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室220 的空氣-燃料混合物的流動(dòng)。燃燒室220由汽缸體222、活塞224以及 汽缸蓋226限定。發(fā)動(dòng)機(jī)可包括火花塞228,火花塞228用于觸發(fā)在 燃燒室220內(nèi)部的充氣的點(diǎn)火。設(shè)備200還包括進(jìn)氣閥門(mén)230，其 可操作以允許空氣和燃料混合物進(jìn)入燃燒室120;和排氣閥門(mén)232,其 可操作以允許燃燒產(chǎn)物從燃燒室220流到排氣歧管234。排放氣體從 排氣歧管234流到設(shè)置在催化轉(zhuǎn)化器240內(nèi)部的甲烷氧化催化劑。所 述排放氣體從催化轉(zhuǎn)化器240流向發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管242。
設(shè)備200可用來(lái)以與設(shè)備100相同的方式實(shí)施所討論的方法，只 是確定燃燒室中的1的方式有所不同。控制器250使用來(lái)自傳感器254 和256的質(zhì)量流量測(cè)量確定X,而非使用X測(cè)量。于是電子控制器可 以運(yùn)行燃料計(jì)量閥215和節(jié)流閥219以使得k大于1.1，以在大多數(shù) 狀況下以貧燃模式運(yùn)行，且使得在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定區(qū)域中， X小于或等于1. 0并優(yōu)選地介于0. 95和1. 0之間。
圖3是可用于實(shí)施所公開(kāi)的方法的設(shè)備的第三實(shí)施方案的示意 圖。設(shè)備300使用從燃料供應(yīng)管道314通向進(jìn)氣歧管318的端口環(huán)312, 且采用溫度和壓力傳感器測(cè)量進(jìn)入的空氣和燃料的溫度和壓力，使得 電子控制器可以計(jì)算空氣和燃料的質(zhì)量流量，從而控制傳送到燃燒室 的充氣的空燃比。
設(shè)備300包括燃料噴射系統(tǒng)310、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室320、催化轉(zhuǎn)化器 340和電子控制器350。 一環(huán)形充氣室向端口 212供應(yīng)燃料，且燃料流 入進(jìn)氣歧管318內(nèi)節(jié)流閥319的上游。類似于設(shè)備200，在空氣-燃料 混合物被引入燃燒室320以在其中形成充氣之前，空氣和燃料可以在 進(jìn)氣歧管318中進(jìn)行一定程度的混合。節(jié)流閥319可以被用來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn) 入燃燒室320的空氣-燃料混合物的流動(dòng)。
燃燒室320由汽缸體322、活塞324以及汽缸蓋326限定。發(fā)動(dòng) 機(jī)可包括火花塞328，火花塞328用于觸發(fā)在燃燒室320內(nèi)部的充氣 的點(diǎn)火。設(shè)備300還包括進(jìn)氣閥門(mén)330,其可操作以允許空氣和燃 料混合物進(jìn)入燃燒室320;和排氣閥門(mén)332,其可操作以允許燃燒產(chǎn)物 從燃燒室320流入排氣歧管334。
在此實(shí)施方案中，從排氣歧管334流出的排放氣體可被導(dǎo)向渦輪 增壓器338的渦輪，或者可通過(guò)操作廢氣門(mén)閥336,被引導(dǎo)繞開(kāi)該渦 輪。進(jìn)氣口 316將進(jìn)氣引導(dǎo)到渦輪增壓器338，然后通過(guò)空氣通路317 到進(jìn)氣歧管318。如發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，渦輪增壓器338 由排放氣體驅(qū)動(dòng)，且可以被用來(lái)增大進(jìn)氣的壓力。在排放氣體流出該 渦輪之后，排氣管339將排放氣體導(dǎo)向催化轉(zhuǎn)化器340。當(dāng)廢氣門(mén)閥 336打開(kāi)時(shí)，排放氣體流經(jīng)排氣管337至催化轉(zhuǎn)化器340。渦輪增壓器 338的渦輪可為可變幾何形狀渦輪或可變噴嘴渦輪。通過(guò)控制廢氣門(mén) 以控制通過(guò)該渦輪的排放氣體的量，和/或通過(guò)控制該渦輪的可變幾何 形狀或噴嘴，經(jīng)過(guò)進(jìn)氣歧管118的空氣質(zhì)量流量得到控制，由此可以 與燃料計(jì)量閥315協(xié)同運(yùn)作控制X。也即，可以通過(guò)控制燃料計(jì)量閥 315和節(jié)流閥119，并結(jié)合如下之一對(duì)l進(jìn)行控制廢氣門(mén)336,或渦 輪增壓器338的可變幾何形狀或可變噴嘴渦輪，或廢氣門(mén)336和渦輪 增壓器338的可變幾何形狀或可變噴嘴渦輪。
類似于其他實(shí)施方案，設(shè)備300可以用來(lái)實(shí)施所討論的方法。電 子控制器350可以根據(jù)通過(guò)空氣溫度傳感器358和空氣壓力傳感器 360獲得的測(cè)量來(lái)計(jì)算空氣質(zhì)量單位流量。類似地，電子控制器350 可根據(jù)通過(guò)燃料溫度傳感器362和燃料壓力傳感器364獲得的測(cè)量來(lái)
計(jì)算燃料質(zhì)量單位流量。然后電子控制器350可以參照發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲 線圖，基于當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況來(lái)確定所需的運(yùn)行模式(貧燃或化學(xué)計(jì) 量)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖的預(yù)定區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，電子控制器 350控制燃料計(jì)量閥315和節(jié)流閥319以將較富的燃料混合物傳送到 燃燒室，優(yōu)選地X介于O. 95和1. O之間。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在以較富的燃料混 合物運(yùn)行的預(yù)定區(qū)域以外的一點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，電子控制器350控制燃料計(jì) 量閥315和節(jié)流閥319以傳送貧燃料混合物到燃燒室，優(yōu)選地平均X 介于l. 1和1.7之間。
圖l到3說(shuō)明了用于實(shí)施所公開(kāi)的方法的設(shè)備的不同實(shí)施方案。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將能理解，可以不偏離所公開(kāi)的設(shè)備的精神和范 圍而對(duì)所示出的實(shí)施方案作出改變。例如，在圖3中所示的用于將燃料 引入進(jìn)氣歧管的端口環(huán)312，可代替圖2中的具有同樣效果的噴頭212。 在其他的變化中，圖1的X傳感器可代替圖2和圖3中示出的實(shí)施方 案中的傳感器，或圖2中的燃料質(zhì)量流量傳感器256可代替圖3的實(shí) 施方案中的壓力和溫度傳感器362和364。所公開(kāi)的設(shè)備的重要特征 在于與以甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)傳感器一一其測(cè)量 可由電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器用來(lái)直接計(jì)算或測(cè)量排氣歧管或進(jìn)氣歧管中的 k的參數(shù)；和這樣一個(gè)或多個(gè)傳感器與電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的組合，其 可以命令并控制發(fā)動(dòng)機(jī)在大多數(shù)運(yùn)行狀況下以貧燃模式運(yùn)行，并且在 由發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖定義的預(yù)定狀況下以較接近于化學(xué)計(jì)量的較富的 燃料混合物運(yùn)行，使得X小于或等于大約1.0。
圖4是發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖的例示，其中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩在y軸上而發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在x軸上。線4QQ限定了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩上限，使得在線400 和x軸之間的空間是發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行范圍。圖4中的軸并未示出單位， 因?yàn)榇藞D例示了該目前公開(kāi)的方法所教導(dǎo)的途徑，該方法可應(yīng)用于任 何發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖。根據(jù)該方法，發(fā)動(dòng)機(jī)被控制以在大多 數(shù)運(yùn)行狀況下以貧燃模式運(yùn)行，而在某些預(yù)定運(yùn)行狀況下以化學(xué)計(jì)量 模式運(yùn)行。在圖4中，區(qū)域401是示出的發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的、發(fā) 動(dòng)機(jī)被控制以貧燃模式運(yùn)行的空間。也即，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速限定發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上區(qū)域401中的一點(diǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器控制 進(jìn)氣歧管中的空燃比，以按照大于1. 1的平均X向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室傳
送充氣。線402限定區(qū)域403的邊界，區(qū)域403是發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖 上的、發(fā)動(dòng)機(jī)被控制以較接近于化學(xué)計(jì)量的較富的燃料混合物運(yùn)行的 預(yù)定區(qū)域。也即，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速限定發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線閨 上區(qū)域403中的一點(diǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器控制空燃比，以按照介于約0. 95 和1. O之間的平均X向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室傳送充氣。
在圖4中，由線402限定的、燃燒較富的燃料混合物的預(yù)定區(qū)域， 在某種程度上是任意的。該預(yù)定區(qū)域可以是發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的任 意區(qū)域，但是優(yōu)選地處于被頻繁使用但代表預(yù)期的正常工作循環(huán)的一 個(gè)小比例的區(qū)域中，使得發(fā)動(dòng)機(jī)主要以貧燃模式運(yùn)行。此外，如下文 關(guān)于圖6更詳細(xì)描述的，為在脫硫循環(huán)結(jié)束時(shí)減少對(duì)催化劑進(jìn)行氧化 的時(shí)間，優(yōu)選地，在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上選擇進(jìn)行化學(xué)計(jì)量運(yùn)行的區(qū) 域，使得當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式下運(yùn)行時(shí)該區(qū)域中排放氣體溫 度通常高于600攝氏度，更優(yōu)選地，高于650攝氏度。
圖5示出了針對(duì)不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的、3t與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的曲線圖， 其可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖4所示的發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖。在圖5中右手側(cè)的圖 例給出了用來(lái)繪制與以rpm為單位的不同發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度相對(duì)應(yīng)的線 的獨(dú)特記號(hào)。根據(jù)所公開(kāi)的方法，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性曲線圖上的大 多數(shù)點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)在平均X大于1.1的貧燃模式下運(yùn)行。被編程到發(fā)動(dòng) 機(jī)特性曲線圖中的理想的X,隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷 增高而逐漸增大，而且對(duì)于較高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速理想的X通常較高。該 模式的例外情況是，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在"化學(xué)計(jì)量"運(yùn)行模式下運(yùn)行時(shí)(這 在該實(shí)施例中是當(dāng)X小于或等于1. 0時(shí))該發(fā)動(dòng)機(jī)正在預(yù)定義的發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行之時(shí)，或發(fā)動(dòng)機(jī)正在從化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式轉(zhuǎn) 到正常的貧燃運(yùn)行模式之時(shí)。在圖5的實(shí)施例中，對(duì)于化學(xué)計(jì)量運(yùn)行 模式，該預(yù)定義的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍是在2500和2800rpm之間，且該預(yù) 定義的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷范圍是從O到最大負(fù)荷的大約20%。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 是3000rpm且發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷小于最大發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的50°/。時(shí)，X被控制為有 助于從化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換到貧燃運(yùn)行模式的值，反之亦然。
遵循一系列的被確定為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之函數(shù)的預(yù)定k
以降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放，同時(shí)當(dāng)在預(yù)定義的狀況下發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行
模式下運(yùn)行時(shí)自動(dòng)地進(jìn)行對(duì)甲烷氧化催化劑的周期性脫硫。
圖6是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線圖，其示出了所公開(kāi)的方法在使已經(jīng)因吸 收S0x而受到抑制的曱烷氧化催化劑再生方面的效果。該數(shù)據(jù)收集自 以天然氣為燃料的CumminsTM 5. 9升發(fā)動(dòng)機(jī)。甲烷氧化催化劑包括滲 有鈀的催化性氧化鋁修補(bǔ)基面涂層，該修補(bǔ)基面涂層沉積在包含硅酸 鋁鎂的載體上。在其他實(shí)施方案中，載體可為金屬或碳化硅。圖6繪 出了在曱烷氧化催化劑下游的排放氣體中的甲烷濃度，其中濃度以百 萬(wàn)分之…(ppm)為單位測(cè)量。圖6中繪出的數(shù)據(jù)說(shuō)明了從貧燃運(yùn)行模 式切換到化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式對(duì)曱烷濃度的影響。在左手側(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)正 在貧燃運(yùn)行模式下運(yùn)行，曱烷濃度為大約675ppm。在所示出的數(shù)據(jù)中， 已使曱烷氧化催化劑的轉(zhuǎn)化效率顯著下降，以更好地說(shuō)明所公開(kāi)的方 法的再生能力。也即，在圖的左手側(cè)，催化劑的曱烷轉(zhuǎn)化效率為約65 % ，且因?qū)0x吸收到甲烷氧化催化劑的活性部位而導(dǎo)致催化活性被 嚴(yán)重抑制。在通過(guò)所公開(kāi)的方法對(duì)甲烷氧化催化劑脫硫后，甲烷轉(zhuǎn)化 效率恢復(fù)到85-90 %。通過(guò)實(shí)施所公開(kāi)的方法，無(wú)論何時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行 在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖的、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器被編程而以化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式 運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的部分，都會(huì)發(fā)生脫硫，并且根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的 化學(xué)計(jì)量區(qū)域的大小以及發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行循環(huán)，脫硫可以足夠的頻 率進(jìn)行，從而防止曱烷氧化催化劑被抑制到圖6中所示的程度，并且 使得將甲烷轉(zhuǎn)化效率恢復(fù)到85-90%所需的時(shí)間更少。
在圖6中，如圖例所示，對(duì)照相同的時(shí)間刻度繪制了三組數(shù)據(jù)。 以百萬(wàn)分之...(ppm)為單位測(cè)量的曱烷濃度和以Nm為單位測(cè)量的發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩共享在左手邊的y軸上帶單位的、從0到1000的相同刻度。以 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)為單位測(cè)量的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使用右手邊的y軸上帶單 位的、從0到3000的刻度。在所標(biāo)示的時(shí)間刻度的大約1220秒處， 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式從X在1.4和1.5之間的貧燃模式，切換到平均X約 為l的化學(xué)計(jì)量模式。在為收集該數(shù)據(jù)而進(jìn)行的試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 保持恒定直至脫硫循環(huán)結(jié)束，但發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷減少，如所繪出的發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩所示。這模擬了在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖的、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速被保持在2800rpm左右且發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于最大負(fù)荷的20%的預(yù) 定區(qū)域中切換到化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式。存在與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化和為幫
助脫硫而進(jìn)行的使甲烷氧化催化劑到較高溫度的加熱相關(guān)的一些瞬態(tài) 效應(yīng)。在所繪出的甲烷濃度的數(shù)據(jù)中，因?yàn)榧淄閭鞲衅鞯奈恢迷诩淄?氧化催化劑的下游，在測(cè)量的甲烷濃度和正從存放甲烷氧化催化劑的 催化轉(zhuǎn)化器離開(kāi)的排氣流中的曱烷濃度之間可能存在延遲。
圖6示出，采用所公開(kāi)的方法，可以在很短的時(shí)段內(nèi)發(fā)生通過(guò)脫 硫?qū)崿F(xiàn)的曱烷氧化催化劑的再生。當(dāng)排放氣體中過(guò)剩的甲烷轉(zhuǎn)化為一 氧化碳和氫氣，且氬氣通過(guò)與硫反應(yīng)生成H2S和H2S04而從甲烷氧化催 化劑中去除S0x時(shí)，發(fā)生脫硫。在所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行 模式下運(yùn)行的時(shí)段約60秒，但曱烷氧化催化劑脫硫是在約40秒后完 成。在該實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)榍袚Q是手動(dòng)執(zhí)行，發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式 下運(yùn)行的時(shí)間比發(fā)生脫硫所需的時(shí)間長(zhǎng)，而通過(guò)讓運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)間 超過(guò)脫硫所需的時(shí)間，確認(rèn)了脫硫是以最大可能限度完成的。也即， 在大約1260秒標(biāo)記處曱烷濃度的增加表明脫硫完成。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被切換 回貧燃運(yùn)行模式，且瞬態(tài)效應(yīng)已減退時(shí)，所測(cè)量的曱烷濃度證實(shí)，甲 烷轉(zhuǎn)化效率恢復(fù)到了 85-90 %。
雖然在圖6中未示出，但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)切換到化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式時(shí)， 被引導(dǎo)至?xí)跬檠趸呋瘎┑呐欧艢怏w的溫度升高。在產(chǎn)生圖6所示數(shù) 據(jù)的測(cè)試中，在1220秒標(biāo)記之前的貧燃運(yùn)行模式下，即使采用相對(duì)于 脫硫時(shí)段來(lái)說(shuō)較高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器的排放氣體的溫度 也為約645攝氏度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)切換到化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 矩低得多，但進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器的排放氣體的溫度增大至約700攝氏度。 排放氣體溫度優(yōu)選地保持低于800攝氏度，因?yàn)楦哂诖藴囟鹊臏囟葧?huì) 損害曱烷氧化催化劑。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在1275秒標(biāo)記之后切換回貧燃運(yùn)行模 式時(shí)，進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器的排放氣體的溫度降回約645攝氏度?？梢韵?信，當(dāng)甲烷氧化催化劑的溫度低于600攝氏度時(shí)，曱烷氧化催化劑的 脫硫較差，并且對(duì)于針對(duì)圖6中繪出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而選擇的、發(fā)動(dòng)機(jī)特 性曲線圖中的以化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式運(yùn)行的預(yù)定區(qū)域，當(dāng)在化學(xué)計(jì)量運(yùn)
行模式下以高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)，排放氣體處于對(duì)甲 烷氧化催化劑進(jìn)行脫硫的理想溫度。
可以相信，當(dāng)甲烷氧化催化劑處于氧化狀態(tài)時(shí)，曱烷氧化催化劑 在氧化甲烷方面更為有效，且在通過(guò)所公開(kāi)的脫硫循環(huán)將硫從該催化
劑的活性部位驅(qū)除之后，甲烷氧化催化劑未被氧化。因此，在以化學(xué) 計(jì)量運(yùn)行模式運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)并完成脫硫循環(huán)后，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)切換回貪燃運(yùn) 行模式時(shí)，催化劑的甲烷轉(zhuǎn)化效率并未恢復(fù)，直到甲烷催化劑被氧化， 這解釋了，在從脫硫模式切換到正常的貧燃運(yùn)行模式之后，在所測(cè)量
的甲烷濃度中觀察到的 一些瞬態(tài)效應(yīng)。
在正常運(yùn)行狀況下，在實(shí)踐所公開(kāi)的方法時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)在隨 機(jī)的時(shí)間間隔中在化學(xué)計(jì)量狀況下運(yùn)行。例如，當(dāng)車輛正在調(diào)低速檔 或沿山向下滑行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可能暫時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的被指定 進(jìn)行化學(xué)計(jì)量運(yùn)行的區(qū)域中運(yùn)行。可以基于發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)期運(yùn)行周期來(lái) 選擇發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍的大小，以提 供自動(dòng)再生曱烷氧化催化劑的足夠時(shí)段。無(wú)論何時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)在和化學(xué)計(jì) 量運(yùn)行模式相關(guān)聯(lián)的預(yù)定義狀況下運(yùn)行，甲烷氧化催化劑都可以完全 再生或部分再生，這取決于發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式下運(yùn)行的時(shí)間 長(zhǎng)度。
因?yàn)闀跬檠趸呋瘎┛梢栽诙虝r(shí)段內(nèi)(在實(shí)驗(yàn)實(shí)施例中，當(dāng)催化
劑被嚴(yán)重抑制時(shí)，大約40秒)完全再生，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)序列可以 可選地包括發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)序列——該發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)序列包括對(duì)甲烷氧化催 化劑的脫硫，這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過(guò)借助于再生曱烷氧化催化劑而將 甲烷轉(zhuǎn)化效率恢復(fù)到較高水平，來(lái)開(kāi)始每個(gè)運(yùn)行循環(huán)。也即，作為啟 動(dòng)序列的一部分，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可以被編程以命令發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)特 性曲線圖中的、發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式下運(yùn)行的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行一段 預(yù)定時(shí)間。在另一實(shí)施方案中，當(dāng)車輛靜止時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可以被 編程以在其他預(yù)定時(shí)間在化學(xué)計(jì)量模式下運(yùn)行。例如，如果所公開(kāi)的 以曱烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)是垃圾車的原動(dòng)機(jī)，當(dāng)該垃圾車靜止且發(fā)動(dòng)機(jī) 控制器識(shí)別出操作員已經(jīng)停車來(lái)?yè)焓盎騼A倒裝載物時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器 可命令發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式下運(yùn)行一段預(yù)定的時(shí)間或運(yùn)行至該 車輛被命令從其靜止位置開(kāi)始移動(dòng)為止。在這些例子中(啟動(dòng)和車輛靜 止時(shí)的預(yù)定時(shí)間)，同樣的方法用于甲烷氧化催化劑的脫硫。也即，發(fā) 動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖中的預(yù)定區(qū)域內(nèi)在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式下運(yùn) 行。唯一的區(qū)別在于，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器可被編程為，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器識(shí) 別出預(yù)定的運(yùn)行狀況時(shí)，在該特性曲線圖的那部分運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)，而不
是當(dāng)在運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的正常過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)在該特性曲線圖的那部分運(yùn)行 時(shí)。
雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的具體要素、實(shí)施方案和應(yīng)用，然 而可以理解的是，本發(fā)明并不限于此，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 偏離本公開(kāi)內(nèi)容的范圍的前提下，尤其是根據(jù)前述教導(dǎo)，作出修改。
權(quán)利要求
1. 一種運(yùn)行以甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)并處理來(lái)自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體以減少甲烷和氮氧化物排放的方法，所述方法包括:當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定第一點(diǎn)集中的一點(diǎn)運(yùn)行所述發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，為所述發(fā)動(dòng)機(jī)供給貧燃料混合物作燃料；當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定第二點(diǎn)集中的一點(diǎn)運(yùn)行所述發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，為所述發(fā)動(dòng)機(jī)供給富燃料混合物作燃料；以及使來(lái)自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體流經(jīng)甲烷氧化催化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的 所述預(yù)定第二點(diǎn)集關(guān)聯(lián)于何時(shí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)定的高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍 內(nèi)且在預(yù)定的低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)定的低發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷范 圍通過(guò)何時(shí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)以小于最大發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的20%的負(fù)荷運(yùn)4亍來(lái)定 義。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述預(yù)定的高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范 圍通過(guò)何時(shí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)以為最大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的至少80%的速度運(yùn)行來(lái) 定義。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的 所述預(yù)定第二點(diǎn)集關(guān)聯(lián)于何時(shí)所述發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi) 且在預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍 是在2500rpm和2800rpm之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷范圍 對(duì)應(yīng)于何時(shí)進(jìn)氣歧管壓力小于大約85kPa的絕對(duì)壓力(大約12psia)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷范圍 對(duì)應(yīng)于何時(shí)排出所述燃燒室的排放氣體的溫度是至少600攝氏度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷范圍 對(duì)應(yīng)于何時(shí)排出所述燃燒室的排放氣體的溫度是至少650攝氏度且低 于800攝氏度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)降低通向所述發(fā)動(dòng)機(jī)的 空氣質(zhì)量單位流量產(chǎn)生所述富燃料混合物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中通過(guò)對(duì)通過(guò)進(jìn)氣通路的空氣流進(jìn)行節(jié)流降低所述空氣質(zhì)量單位流量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中當(dāng)所述以甲烷作燃料的發(fā) 動(dòng)機(jī)裝配有渦輪增壓器時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟廢氣門(mén)閥來(lái)降低所述空氣質(zhì)量單 位流量。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中通過(guò)控制可變幾何形狀渦 輪增壓器的幾何形狀來(lái)降低所述空氣質(zhì)量單位流量。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中通過(guò)控制可變噴嘴渦輪增壓器的噴嘴來(lái)降低所述空氣質(zhì)量單位流量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述貧燃料混合物具有為至 少1.3的平均k。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述貧燃料混合物具有在 1.3和1.7之間的平均X。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括為所述以甲烷作燃料的 發(fā)動(dòng)機(jī)供給包含甲烷和氫氣的燃料混合物作燃料，以及控制所述貧燃 料混合物使之具有在1. 3和2. 0之間的平均L
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述富燃料混合物具有小于 或等于1.0的平均X。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述富燃料混合物具有在 0. 90和1.0之間的平均5u
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括啟動(dòng)一火花塞，以促進(jìn) 所述貧燃料和富燃料混合物的點(diǎn)火，并且當(dāng)為所述發(fā)動(dòng)機(jī)供給所述貧 燃料混合物作燃料時(shí)，將啟動(dòng)所述火花塞的定時(shí)提前到更早的時(shí)間。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)以所述富燃料混合物 運(yùn)行所述發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，控制所述發(fā)動(dòng)機(jī)以用大于600攝氏度的溫度將所 述排放氣體傳送到所述甲烷氧化催化劑。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)以所述富燃料混合物 運(yùn)行所述發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，控制所述發(fā)動(dòng)機(jī)以用大于650攝氏度且小于800 攝氏度的溫度將所述排放氣體傳送到所述甲烷氧化催化劑。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括為所述發(fā)動(dòng)機(jī)供給天然 氣作燃料。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在存在由所述曱烷氧化 催化劑提供的鈀的情況下，對(duì)所述排放氣體中的甲烷進(jìn)行氧化。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括將所述鈀滲入包含氧 化鋁的修補(bǔ)基面涂層中。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括將所述修補(bǔ)基面涂層 沉積在包含碳化硅或硅酸鋁鎂的陶t:載體上。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括將所述修補(bǔ)基面涂層 沉積在金屬載體上。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述曱烷氧化催化劑，在 所迷發(fā)動(dòng)機(jī)以貧燃料混合物作為燃料時(shí)，促進(jìn)曱烷的氧化，且在所述 發(fā)動(dòng)機(jī)以富燃料混合物作為燃料時(shí)，促進(jìn)將氮氧化物還原成氮?dú)狻?br> 29. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)是車輛或機(jī)器的 原動(dòng)機(jī)，且一控制器被編程以識(shí)別當(dāng)所述車輛或機(jī)器靜止時(shí)的預(yù)定義 狀況，且命令所述發(fā)動(dòng)機(jī)在為所述發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的所述預(yù)定第 二點(diǎn)集中的一個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)運(yùn)行一段預(yù)定時(shí)間或直到所述車輛不再靜止， 以先到的時(shí)間為準(zhǔn)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括命令所述發(fā)動(dòng)機(jī)在為所 述發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的所述預(yù)定第二點(diǎn)集中的 一個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)運(yùn)行一段 預(yù)定時(shí)間，作為所述發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)序列中的一個(gè)步驟。
31. —種以甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括進(jìn)氣歧管，其限定一通路，空氣可通過(guò)該通路流入所述發(fā)動(dòng)機(jī)的 燃燒室；燃料計(jì)量閥，其可操作以調(diào)節(jié)通過(guò)燃料供應(yīng)管道引入所述燃燒室 的、包含曱烷的燃料的質(zhì)量單位流量；節(jié)流閥，其設(shè)置在所述進(jìn)氣歧管內(nèi)部，用于調(diào)節(jié)引入所述燃燒室 的空氣的質(zhì)量單位流量；排氣歧管，限定與所述燃燒室連通的通路，用于從所述燃燒室接 收燃燒產(chǎn)物，并將所述燃燒產(chǎn)物導(dǎo)引到排氣管；甲烷氧化催化劑，其設(shè)置于所述排氣管中；與所述以甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)傳感器，用于計(jì) 算或測(cè)量所述排氣歧管或所述進(jìn)氣歧管中的k;以及 電子控制器，其被編程以在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的相應(yīng)的預(yù)定點(diǎn) 以貧燃模式與富燃料模式之一運(yùn)行所述發(fā)動(dòng)機(jī)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述至少一個(gè)傳感器是 X傳感器，其帶有置于所述排氣歧管或所述排氣管中所述曱烷氧化催 化劑上游的傳感探頭，且所述l傳感器可操作以向所述電子控制器發(fā) 送表示所測(cè)k值的信號(hào)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述至少一個(gè)傳感器包 括與所述進(jìn)氣歧管相關(guān)聯(lián)的第 一質(zhì)量流量傳感器和與所述燃料供應(yīng)管 道相關(guān)聯(lián)的第二質(zhì)量流量傳感器，且所述第一和第二質(zhì)量流量傳感器 可操作以向所述電子控制器發(fā)送表示相應(yīng)的空氣和燃料質(zhì)量單位流量 的信號(hào)，且所述電子控制器可編程以計(jì)算在所述燃燒室中形成的充氣 的L
34. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述至少一個(gè)傳感器包括第一溫度傳感器，與所述進(jìn)氣歧管相關(guān)聯(lián)； 第一壓力傳感器，與所述進(jìn)氣歧管相關(guān)聯(lián)； 第二溫度傳感器，與所述燃料供應(yīng)管道相關(guān)聯(lián)； 第二壓力傳感器，與所述燃料供應(yīng)管道相關(guān)聯(lián)；并且 所述電子控制器可編程，以處理從所述第一和第二溫度傳感器及所述第一和第二壓力傳感器收集到的數(shù)據(jù)，以計(jì)算在所述燃燒室內(nèi)形成的充氣的k。
35. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述甲烷氧化催化劑包 含鈀。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述鈀被滲入包含氧化 鋁的修補(bǔ)基面涂層中。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述修補(bǔ)基面涂層被沉 積在包括碳化硅或硅酸鋁鎂的陶瓷載體上。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述修補(bǔ)基面涂層被沉 積在金屬載體上。
39. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述甲烷氧化催化劑還 包括銠。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述甲烷氧化催化劑還 包括二氧4b鈰。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述甲烷氧化催化劑還 包括針對(duì)硫化氫的清除劑。
42. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述曱烷氧化催化劑是 三效催化劑。
43. 根據(jù)權(quán)利要求31所迷的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述甲烷氧化催化劑包 括選自由鈀、鉑和銠組成的組的至少一種貴金屬。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述甲烷氧化催化劑還 包括至少一個(gè)儲(chǔ)氧成分，該儲(chǔ)氧成分選自由二氧化鈰以及鈰和鋯的組 合纟且成的組。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述甲烷氧化催化劑還 包括針對(duì)硫化氫的清除劑。
46. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括端口燃料噴射閥，用 于將所述燃料引入位于所述進(jìn)氣歧管和所述燃燒室之間的進(jìn)氣端口 。
47. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括噴頭，用于將來(lái)自所 述燃料供應(yīng)管道的所述燃料引入所述進(jìn)氣歧管中節(jié)流閥的上游。
48. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，還包括多個(gè)端口，所述多個(gè) 端口設(shè)置在所述進(jìn)氣歧管的位于所述節(jié)流閥上游的壁中，其中來(lái)自所 述燃料供應(yīng)管道的所述燃料可流過(guò)所述多個(gè)端口進(jìn)入所述進(jìn)氣歧管 中。
49. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括燃料噴射閥，其帶有置 于所述燃燒室內(nèi)的噴嘴，用于將所述燃料直接引入所述燃燒室。
全文摘要
提供一種用于在貧燃運(yùn)行模式或化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式下運(yùn)行以甲烷作燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的方法和設(shè)備。當(dāng)甲烷氧化催化劑被用來(lái)處理來(lái)自在貧燃運(yùn)行模式下運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體時(shí)，催化劑會(huì)因SOx降低催化劑的甲烷轉(zhuǎn)化效率而被抑制。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式下運(yùn)行時(shí)，可以發(fā)生對(duì)催化劑的脫硫，從而恢復(fù)催化劑的甲烷轉(zhuǎn)化效率。所公開(kāi)的方法涉及當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定第一點(diǎn)集中的一點(diǎn)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，為該發(fā)動(dòng)機(jī)供給貧燃料混合物作燃料，以及當(dāng)在所述發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的預(yù)定第二點(diǎn)集中的一點(diǎn)運(yùn)行該發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，為該發(fā)動(dòng)機(jī)供給富燃料混合物作燃料。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的排放氣體流過(guò)甲烷氧化催化劑，在優(yōu)選實(shí)施方案中該甲烷氧化催化劑適于當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)在化學(xué)計(jì)量運(yùn)行模式下運(yùn)行時(shí)促進(jìn)NOx的還原。該設(shè)備包括用于檢測(cè)和控制λ的裝置以及電子控制器，該電子控制器被編程為在發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線圖上的相應(yīng)的預(yù)定點(diǎn)以貧燃模式和富燃料模式之一運(yùn)行該發(fā)動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)B01J23/40GK101379279SQ200780004413
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2007年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月3日
發(fā)明者D·A·盧, J·哈里斯, M·鄧恩, O·勒博斯坦德, R·艾西莫 申請(qǐng)人:西港能源有限公司