專(zhuān)利名稱(chēng)：：內(nèi)燃機(jī)的NOx存儲(chǔ)器催化排氣凈化器的再生的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的、內(nèi)燃機(jī)如稀混合氣發(fā)動(dòng)機(jī)(Mager-Mix-Motor)、DI發(fā)動(dòng)機(jī)或者柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx存儲(chǔ)器催化排氣凈化器的再生。為了凈化在內(nèi)部燃燒燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣，必須還原在燃燒過(guò)程中附帶產(chǎn)生的氧化氮。在常見(jiàn)的平均λ值調(diào)為1的內(nèi)燃機(jī)中，通過(guò)三元催化器可以達(dá)到較好的效果。當(dāng)然在全部或部分以λ值大于1運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)中，例如稀混合氣四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、DI發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，這種創(chuàng)立的廢氣凈化方法目前不適用。在目前的發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型中，采用沸石催化排氣凈化器(下面也稱(chēng)為“稀混合氣催化器”)和Nox存儲(chǔ)器催化排氣凈化器進(jìn)行廢氣處理。沸石催化排氣凈化器被熱鈍化，因此不能用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在允許方法中必須證明具有耐疲勞強(qiáng)度。另外這種催化凈化器僅利用廢氣中的碳?xì)浠衔飦?lái)還原氧化氮，所以只能達(dá)到較低的氧化氮轉(zhuǎn)換。如果不考慮氧化氮部分還原成亞硝酸(Distickstoffoxid)，則其常常只能達(dá)到15％。此外，這種催化凈化器的缺點(diǎn)還有，如果沒(méi)有責(zé)金屬則CO和HC的轉(zhuǎn)換不充分。與正在研究的沸石催化排氣凈化器相比，更有前途的是NOx存儲(chǔ)器催化排氣凈化器，因?yàn)槠洳粌H利用了廢氣中的碳?xì)浠衔?，也利用了氫和CO作還原劑。其實(shí)是一種帶有存儲(chǔ)Nox的部件的三元催化器。當(dāng)然，NOx存儲(chǔ)器特別在發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的稀薄燃燒階段后消耗了NOx，因此不再起作用。所以在NOx存儲(chǔ)器催化排氣凈化器中必須定期從存儲(chǔ)器中消除所存儲(chǔ)的NOx，即還原所存儲(chǔ)的NOx。EP0540280公開(kāi)了借助一種廢氣處理設(shè)備的廢氣處理，該廢氣處理設(shè)備具有一個(gè)存儲(chǔ)和釋放NOx的機(jī)構(gòu)，其中氧化氮在發(fā)動(dòng)機(jī)的稀薄燃燒中被中間存儲(chǔ)起來(lái)，并通過(guò)導(dǎo)λ的廢氣加熱而再次被熱釋放。然后借助分解NOx的催化器在氧化條件下再次分解被釋放的氧化氮。具體說(shuō)分解NOx的催化器由一個(gè)三元催化器和／或一個(gè)沸石催化器組成，該催化器在λ小于或等于1的情況下工作。缺點(diǎn)尤其在于，這種催化器不夠熱穩(wěn)定，并且為了避免損傷，如這種催化器在λ=1時(shí)在高負(fù)荷和廢氣溫度下常常出現(xiàn)的損傷，要求有一個(gè)排氣線(xiàn)路(Abgasschaltung)，為此必需相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)所需的執(zhí)行和控制單元。此外無(wú)法解決這些零件的耐疲勞強(qiáng)度問(wèn)題。另外，對(duì)在發(fā)動(dòng)機(jī)以理論值(符合化學(xué)計(jì)量的)工作時(shí)不被廢氣流經(jīng)的廢氣設(shè)備零件，或者反過(guò)來(lái)在稀薄燃燒時(shí)不被廢氣流經(jīng)的零件，其工作溫度問(wèn)題無(wú)法解決。這里特別是三元催化器起作用的溫度范圍難以解決，因?yàn)樵谠撾A段由于運(yùn)動(dòng)的氧化氮的部分還原而形成更多的亞硝酸。如果通過(guò)定期冷卻三元催化器而一再經(jīng)過(guò)該范圍，則會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的亞硝酸產(chǎn)物，由于氣體的暖室效應(yīng)(Treibhausrelevanz)這是不希望的。EP0562805公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)的廢氣后處理，其中廢氣設(shè)備有兩個(gè)交替流過(guò)的、相互平行設(shè)置的稀NOx催化器。另外該已知裝置包括一個(gè)用于改變廢氣空間速度(Raumgeschwindigkeit)的結(jié)構(gòu)，以便能夠調(diào)到廢氣的最佳空間速度。該廢氣設(shè)備還有一個(gè)將HC直接噴射到排氣管中的機(jī)構(gòu)。這里還要提及長(zhǎng)期使用可能性，因?yàn)榉惺呋鞑粔驘岱€(wěn)定，尤其不能忍受較濃的或者符合化學(xué)計(jì)量的廢氣。同樣，用于改變排氣線(xiàn)路空間速度的結(jié)構(gòu)的持久荷重能力也成問(wèn)題。即使由于廢氣空間速度的匹配得到改善而使NOx的轉(zhuǎn)換高于通常的沸石催化器，根據(jù)EPO562805的催化器也不能達(dá)到遵守新的廢氣極限值所要求的高于90％的數(shù)量級(jí)。此外，無(wú)法解決催化器形成亞硝酸和HC及CO轉(zhuǎn)換太少的問(wèn)題。EP0580389公開(kāi)了一種稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣后處理方法，該發(fā)動(dòng)機(jī)裝備了一個(gè)基于堿金屬、堿土金屬或稀土金屬的NOx吸收器，一個(gè)裝在氣流下游的三元催化器，以及用于檢測(cè)負(fù)荷和廢氣溫度的傳感器。這里借助傳感器的信息限定這樣的范圍，在該范圍內(nèi)NOx吸收器用來(lái)存儲(chǔ)氧化氮。催化器的再生是通過(guò)加濃燃油一段預(yù)定時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種已知的裝置的缺點(diǎn)在于，吸收器和三元催化器分開(kāi)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)主要產(chǎn)生的氧化氮必須首先氧化成NO2，以便能夠存儲(chǔ)在吸收器中。EP0560991公開(kāi)了一種用于處理內(nèi)燃機(jī)廢氣的設(shè)備，其中在機(jī)殼內(nèi)包括吸收器和催化器。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒時(shí)，也就是廢氣稀薄時(shí)，氧化氮被存儲(chǔ)；當(dāng)廢氣中的氧氣濃度降到較濃的或者理論的λ值時(shí)，氧化氮釋放，使得釋放的NOx與廢氣中未燃燒的碳?xì)浠衔镆约癈O發(fā)生還原反應(yīng)。通常從稀薄燃燒轉(zhuǎn)到較濃或者理論燃燒時(shí)會(huì)伴隨扭矩突變，汽車(chē)駕駛者只有在加速階段才很希望感受到這種突變。如果這種扭矩突變出現(xiàn)在恒定運(yùn)轉(zhuǎn)階段，則駕駛者極不希望感受到。因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，NOx存儲(chǔ)器在恒定運(yùn)轉(zhuǎn)階段進(jìn)行倒空，所以試圖通過(guò)在加油的同時(shí)推遲點(diǎn)火時(shí)刻來(lái)減小扭矩突變。另外，目前已知的NOx存儲(chǔ)器排氣凈化催化器通過(guò)含有硫磺的燃料進(jìn)行減活化。NOx存儲(chǔ)器排氣凈化催化器中吸收NOx的材料，具體說(shuō)BaO或BaCO3，與廢氣中的SO2生成熱穩(wěn)定硫酸鹽，其中SO2在催化器中的鉑上被氧化成SO3，生成的硫酸鹽能夠在一個(gè)溫度下分解，該溫度高于由存儲(chǔ)器材料和NO2形成的硝酸鹽被分解的溫度。因此為了分解這種硫酸鹽，根據(jù)所使用的燃料的硫含量，有時(shí)進(jìn)行一個(gè)硫酸鹽再生程序，其中通過(guò)加濃廢氣將溫度提高到約600-700℃，使硫酸鹽分解。但這種加濃的缺點(diǎn)在于，其常常與發(fā)動(dòng)機(jī)功率的提高相互制約，使得最后在進(jìn)行脫硫時(shí)汽車(chē)出現(xiàn)意外加速。本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種處理內(nèi)燃機(jī)廢氣的裝置，其降低了廢氣中NOx的含量和／或NOx存儲(chǔ)器中的硫酸鹽含量，而不會(huì)出現(xiàn)扭矩突變或者功率輸出提高。該任務(wù)是通過(guò)權(quán)利要求1和／或4所述特征實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案見(jiàn)從屬權(quán)利要求。本發(fā)明可用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣解毒，其中解毒特別是指氧化氮的還原。本發(fā)明還可用于SOx的中間存儲(chǔ)，如在稀薄燃燒內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置中根據(jù)燃料所含硫含量而出現(xiàn)的情況。NOx的存儲(chǔ)通常是通過(guò)NO2的貯存(例如硝酸鹽)實(shí)現(xiàn)的，其中尤其是堿土氧化物和／或堿土碳酸鹽(例如BaO)。這種物質(zhì)也可以以SOx形式，尤其是以SO3形式貯存為硫酸鹽。因?yàn)槊摿虮让摰蟾叩臏囟?，所以最好SOx存儲(chǔ)器位于NOx存儲(chǔ)器之前，由此一方面在SOx存儲(chǔ)器處的溫度高于在NOx存儲(chǔ)器處的溫度，另一方面NOx存儲(chǔ)器不會(huì)被SOx毒化。在再生過(guò)程中，也即存儲(chǔ)器以廢氣接近λ=1或者更濃運(yùn)轉(zhuǎn)，SOx和NOx再次釋放，其中NOx被現(xiàn)有的HC和／或CO催化置換。相反，SOx或者就這樣被釋放，或者與CO和／或HC反應(yīng)生成不同的化合物被釋放，其中在當(dāng)前的再生條件下不會(huì)使SOx貯存在后面的NOx存儲(chǔ)器中。下面主要只涉及NOx存儲(chǔ)器，但如果沒(méi)有特別說(shuō)明，這種實(shí)施也同樣適用于SOx存儲(chǔ)器或者這些存儲(chǔ)器的組合。有利的是，具有多于一個(gè)缸的內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置包括裝在內(nèi)燃機(jī)后面的NOx存儲(chǔ)器排氣凈化催化器，其中廢氣連續(xù)流過(guò)催化器的NOx存儲(chǔ)器，使得一旦機(jī)器稀薄燃燒，NOx就在NOx存儲(chǔ)器中被吸收，一旦廢氣中的氧氣濃度降低，NOx就被釋放，其中在NOx釋放過(guò)程中機(jī)器以毛λ值稍高于理論比值λ=1運(yùn)轉(zhuǎn)。在NOX釋放過(guò)程中最好λ值≥1．01。這樣可以在稀薄燃燒和稍高于理論廢氣值的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)之間來(lái)回變換，其中變換的時(shí)刻取決于稀薄燃燒的持續(xù)時(shí)間。為了產(chǎn)生毛值λ≥1的接近理論值的廢氣流，最好選擇性地單獨(dú)加濃部分缸，而另一部分缸繼續(xù)稀薄燃燒。為此最好在恒定工作階段無(wú)負(fù)荷變化地實(shí)現(xiàn)選擇性的單缸λ失調(diào)(Verstimmung)。缸單獨(dú)的加濃最好在半數(shù)或者接近半數(shù)的缸上進(jìn)行。此外加濃的缸具體說(shuō)加到λ≤0．9，尤其是最好加到λ≤0．85。通過(guò)這種極端加濃，相對(duì)接近λ=1的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了扭矩波動(dòng)較小，因?yàn)樵趶?qiáng)烈加濃情況下的功率輸出比接近λ=1情況的低。這要求通過(guò)節(jié)氣閥和／或燃油的整個(gè)噴射量更小的調(diào)整。為此，最好加濃到λ=0．7及更小。由此還得出，本發(fā)明尤其適用與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是直接噴射式。此外通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了不必對(duì)缸單獨(dú)節(jié)流，使得機(jī)械執(zhí)行元件的份額不再加大。在4缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，例如可以加濃2缸，而另兩缸稀薄燃燒。相應(yīng)地適用于缸數(shù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)。在此缸的對(duì)半分配不是絕對(duì)必要的，而是可以根據(jù)要求選擇其它的比例，其中該比例在工作過(guò)程中也可以變化。選擇性的單缸的λ失調(diào)可以由控制單元進(jìn)行?？偠灾@里描述的廢氣處理方法不僅使氧化氮，而且使所有的廢氣組分都得到良好的轉(zhuǎn)換，其中當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)因行駛性能所限處于不穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)加濃或者以λ=1運(yùn)轉(zhuǎn)，由此再次〖排空NOx存儲(chǔ)器，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在稀薄燃燒和λ略大于1的接近理論值的燃燒之間來(lái)回變換。這樣實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，即為產(chǎn)生接近理論值的廢氣，發(fā)動(dòng)機(jī)選擇性地加濃一部分缸，而另一部分繼續(xù)保持稀薄燃燒。此時(shí)只有很小的扭矩波動(dòng)，而且發(fā)動(dòng)機(jī)功率不提高。因此可以取消其它措施如過(guò)分移動(dòng)點(diǎn)火時(shí)刻。有利的是，在本發(fā)明的方法中亞硝酸的產(chǎn)生不是通過(guò)已知的三元催化器。另外本發(fā)明的裝置通過(guò)相應(yīng)的選擇性的單缸λ失調(diào)實(shí)現(xiàn)NOx存儲(chǔ)器的脫硫。下表給出了稀薄燃燒及再生過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)的毛氧化氮轉(zhuǎn)化率ηNOx的測(cè)量值，按連續(xù)順序稀薄燃燒接著再生過(guò)程，一個(gè)是加濃λ值為0．85，一個(gè)是略高于理論值λ為1．01。從表中可以看出，即使在略高于理論λ值工作的本發(fā)明的再生方法實(shí)現(xiàn)了甚至比已知方法中加濃廢氣的轉(zhuǎn)換率還高的毛-轉(zhuǎn)換率。表1<tablesid="table1"num="001"><table>ηNox[％]再生λ870．85881．01</table></tables>下面參考圖1描述一個(gè)最佳實(shí)施例，圖中示意性給出了廢氣設(shè)備在內(nèi)燃機(jī)上的安置。圖1中用附圖標(biāo)記1表示具有多于一個(gè)缸的機(jī)器，如稀薄-混合氣-發(fā)動(dòng)機(jī)、DI發(fā)動(dòng)機(jī)或者柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其后面設(shè)置了一個(gè)廢氣凈化設(shè)備2，該廢氣凈化設(shè)備具有一個(gè)NOx存儲(chǔ)器排氣凈化催化器。通過(guò)選擇性的部分缸(未示出)λ值的失調(diào)和其它缸的稀薄燃燒，調(diào)節(jié)毛-λ值即所有缸的平均λ值略高于廢氣的理論值，以再生NOx存儲(chǔ)器3，由此實(shí)現(xiàn)NOx存儲(chǔ)器的再生和脫硫。權(quán)利要求1．具有多于一個(gè)缸的內(nèi)燃機(jī)(1)的廢氣凈化裝置(2)，在內(nèi)燃機(jī)后面安裝了一個(gè)有害物質(zhì)存儲(chǔ)器(3)，其中廢氣連續(xù)地流過(guò)有害物質(zhì)存儲(chǔ)器(3)，使得當(dāng)機(jī)器(1)稀薄燃燒時(shí)，有害物質(zhì)就貯存在有害物質(zhì)存儲(chǔ)器中，當(dāng)廢氣中的氧氣濃度下降或者CO組分和／或HC組分升高時(shí)，貯存的有害物質(zhì)就釋放出來(lái)，其特征在于，在有害物質(zhì)釋放階段，機(jī)器(1)運(yùn)轉(zhuǎn)的毛-λ值略高于理論比值λ=1。2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，在有害物質(zhì)的釋放階段λ-值≥1．01。3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，為生成毛值λ＞1的接近理論值的廢氣流，選擇性地加濃部分缸，而另一部分缸繼續(xù)稀薄燃燒。4．具有多于一個(gè)缸的內(nèi)燃機(jī)(1)的廢氣凈化裝置(2)，在內(nèi)燃機(jī)后面安裝了一個(gè)有害物質(zhì)存儲(chǔ)器(3)，其中廢氣連續(xù)地流過(guò)有害物質(zhì)存儲(chǔ)器(3)，使得當(dāng)機(jī)器(1)稀薄燃燒時(shí)，有害物質(zhì)就貯存在有害物質(zhì)存儲(chǔ)器中，當(dāng)廢氣中的氧氣濃度下降或者CO組分和／或HC組分升高時(shí)，貯存的有害物質(zhì)就釋放出來(lái)，其特征在于，在有害物質(zhì)釋放階段，部分缸被加濃，而另一部分缸繼續(xù)稀薄燃燒。5．根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，選擇性的單缸λ失調(diào)是在恒定運(yùn)轉(zhuǎn)階段無(wú)負(fù)荷變化地實(shí)現(xiàn)。6．根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，在4缸發(fā)動(dòng)機(jī)中加濃兩個(gè)缸，兩個(gè)缸保持稀薄燃燒。7．根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，具體選擇性的單缸λ值失調(diào)由一個(gè)控制單元進(jìn)行。8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，控制單元考慮有害物質(zhì)存儲(chǔ)器的有害物質(zhì)負(fù)荷狀態(tài)，并在達(dá)到預(yù)定的負(fù)荷狀態(tài)時(shí)和／或在一定的發(fā)動(dòng)機(jī)工況時(shí)進(jìn)行λ失調(diào)。9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，負(fù)荷狀態(tài)有一個(gè)固定的預(yù)定值或者取決于發(fā)動(dòng)機(jī)工況。10．根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，控制單元在怠速、滑轉(zhuǎn)和／或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷≤最大發(fā)動(dòng)機(jī)額定負(fù)荷的25％時(shí)進(jìn)行。11．根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，有害物質(zhì)是NOx和／或SOx，尤其是NO2和／或SO3。12．根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，在有害物質(zhì)存儲(chǔ)器上和／或在其后面(廢氣流的下游)是一個(gè)催化器或者一個(gè)催化作用的層，其適于將一種或幾種有害物質(zhì)，可能的話(huà)還有在釋放階段釋放的有害物質(zhì)分解成比較無(wú)害的成分，如CO2，H2O和／或N2。13．根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，內(nèi)燃機(jī)是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。14．根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，內(nèi)燃機(jī)是直接噴射式的。15．根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，內(nèi)燃機(jī)有一個(gè)作用于所有缸的進(jìn)氣閥裝置(4)。16．根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，內(nèi)燃機(jī)沒(méi)有選擇缸的進(jìn)氣閥裝置。全文摘要具有多于一個(gè)缸的內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置,帶有一個(gè)安裝在內(nèi)燃機(jī)后面的NOx存儲(chǔ)器排氣凈化催化器,其中廢氣連續(xù)流過(guò)催化器的NOx存儲(chǔ)器,使得當(dāng)機(jī)器稀薄燃燒時(shí)NOx在NOx存儲(chǔ)器中被吸收,當(dāng)廢氣中氧氣濃度下降時(shí)釋放NOx,使得在NOx釋放階段機(jī)器的毛λ值稍高于理論比例λ=1。為了生成接近理論值的毛λ值≥1的廢氣流,選擇性地使一部分缸單獨(dú)加濃,而另一部分缸繼續(xù)稀薄燃燒。文檔編號(hào)B01D53/94GK1283133SQ98812734公開(kāi)日2001年2月7日申請(qǐng)日期1998年12月10日優(yōu)先權(quán)日1997年12月29日發(fā)明者U·瓦沙茨,U·D·斯坦德特申請(qǐng)人:大眾汽車(chē)有限公司