專利名稱：對(duì)設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)尾氣通道上的NOx－存儲(chǔ)催化劑進(jìn)行NOx－再生的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1和10前序部分中所述特征的對(duì)設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)尾氣通道上的NOx-存儲(chǔ)催化劑進(jìn)行NOx-再生的方法和裝置。
已知為對(duì)內(nèi)燃機(jī)，特別是瞬時(shí)貧運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)的尾氣進(jìn)行凈化，在尾氣管路中設(shè)置有一個(gè)具有NOx-存儲(chǔ)功能的催化劑(NOx-存儲(chǔ)催化劑)。催化劑將起著降低有害物質(zhì)排放的作用，其中催化劑促使諸如一氧化碳、未燃燒的碳?xì)浠衔锖脱趸任矚獬煞洲D(zhuǎn)化成對(duì)環(huán)境影響較小的化合物。目前努力實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)以貧工作方式λ＞1盡可能持續(xù)的工作，即在饋送的空燃混合氣中具有富余的氧。在該條件下將減少油耗。但另一方面在貧工作方式時(shí)由于氧富余，所以不能實(shí)現(xiàn)NOx的催化還原。為此在貧工作方式時(shí)NOx被吸附在NOx-存儲(chǔ)催化劑上。由于催化劑的NOx-存儲(chǔ)容量有限，所以必須定期對(duì)催化劑進(jìn)行NOx-再生，為此通常用富的尾氣環(huán)境對(duì)催化劑進(jìn)行加載，以便用在尾氣中存在的多余的還原物質(zhì)(HC、CO)對(duì)被吸收的NOx進(jìn)行轉(zhuǎn)化。
另外還已知利用尾氣回流對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其中將一部分尾氣與輸送給內(nèi)燃機(jī)的空燃混合氣進(jìn)行混合。采取該措施可以降低燃燒溫度并隨之減少NOx-的生成。為此通常將根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作點(diǎn)對(duì)設(shè)置在回流管路中的尾氣回流閥進(jìn)行控制。
通常對(duì)NOx-存儲(chǔ)催化劑的NOx-再生和尾氣回流的調(diào)整相互不受影響地進(jìn)行，所以在NOx-再生時(shí)是可以進(jìn)行尾氣回流的。因此將會(huì)出現(xiàn)各種問題。首先由內(nèi)燃機(jī)的貧工作向富工作的轉(zhuǎn)換時(shí)間將從預(yù)給定富空燃混合氣的時(shí)間點(diǎn)被延長(zhǎng)到富尾氣的真正出現(xiàn)，因而被不希望地延長(zhǎng)。這是因?yàn)樵谖矚饣亓鞴苈分写嬖诘母谎跷矚庠斐傻模谝呀?jīng)要求內(nèi)燃機(jī)富方式的同時(shí)，尾氣回流管路仍然向內(nèi)燃機(jī)的燃燒室饋送富氧的尾氣。由于內(nèi)燃機(jī)由層霧工作向均勻工作轉(zhuǎn)換而出現(xiàn)另一個(gè)問題，該轉(zhuǎn)換將伴隨向富方式的轉(zhuǎn)換，當(dāng)混合氣盡管增大了給油，但對(duì)點(diǎn)火仍然過貧，則尤其是在緊接著工作方式轉(zhuǎn)換后將伴隨可燃問題和點(diǎn)火中斷。該問題將因開始仍然貧的尾氣的回流而更為惡化。最后還由于尾氣回流將會(huì)明顯地延長(zhǎng)NOx-再生時(shí)間。此點(diǎn)是由于減少了尾氣物料流并隨之減少了還原物質(zhì)流而造成的，而該還原物質(zhì)流對(duì)在NOx-存儲(chǔ)催化劑上被釋放出的氧化氮進(jìn)行還原是必要的。再生時(shí)間的延長(zhǎng)將導(dǎo)致油耗明顯的提高。
所以本發(fā)明的目的在于提出一種方法以及一種裝置，采用此方法或利用此裝置可以克服在根據(jù)已有技術(shù)對(duì)NOx-存儲(chǔ)催化劑進(jìn)行NOx-再生時(shí)出現(xiàn)的上述的問題。
該目的通過采用具有根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1和10所述特征的方法和裝置得以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明在減少尾氣回流率和/或斷開尾氣回流的情況下進(jìn)行NOx-再生。因而可以保證內(nèi)燃機(jī)由貧工作向富工作快速并且無中斷的轉(zhuǎn)換并縮短再生時(shí)間。另外由于轉(zhuǎn)換迅速，所以可以減小在λ值λ＞1向λ≤1轉(zhuǎn)換過程中觀察到的NOx-解吸峰值。另外在開始NOx-再生前減少尾氣回流率或斷開尾氣回流。采用此方式可以在很大程度上隨機(jī)地進(jìn)行向再生工作的轉(zhuǎn)換，所以在很大程度上不會(huì)出現(xiàn)機(jī)動(dòng)車行駛狀態(tài)的變化。
優(yōu)選在開始NOx-前將尾氣回流率降低到0至25容積％，尤其是降低到5至15容積％。在NOx-再生時(shí)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施將尾氣回流率調(diào)整到0至15容積％，尤其是0至10容積％。目前根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型，通常的回流率被調(diào)整在25至35容積％之間。其中容積分量系以輸送給內(nèi)燃機(jī)的空氣容積為基準(zhǔn)的回流的尾氣容積。
根據(jù)本發(fā)明有益的設(shè)計(jì)，在開始NOx-再生前分級(jí)或連續(xù)地減少尾氣回流率。而且該措施用于盡可能隨機(jī)地對(duì)工作方式的轉(zhuǎn)換。
優(yōu)選在NOx-再生時(shí)，在減少或斷開尾氣回流后保持或僅微量改變尾氣回流率。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，在開始NOx-再生前0.2至10秒，優(yōu)選2秒開始減少尾氣回流率。其中另外有益的是，根據(jù)在減少回流率以及在斷開尾氣回流的前和后存在的尾氣回流率，對(duì)開始減少或斷開尾氣回流的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。
所以例如在降低回流率前和后存在的回流率之間的差較大時(shí)，應(yīng)較早地開始減少尾氣回流率，以便使過渡變得盡可能流暢。
在本發(fā)明進(jìn)行NOx-再生的的裝置中備有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，利用所述機(jī)構(gòu)至少在部分再生時(shí)間內(nèi)可實(shí)施對(duì)尾氣回流斷開和/或節(jié)流等方法步驟。
在一優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，所述機(jī)構(gòu)包括一個(gè)控制單元，在控制單元中以數(shù)字形式存儲(chǔ)有用于控制實(shí)施NOx-存儲(chǔ)催化劑的NOx-再生的方法步驟的程序，其中控制單元安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器內(nèi)。
本發(fā)明的有益的設(shè)計(jì)是其余的從屬權(quán)利要求的主題。
下面將對(duì)照實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。圖中示出

圖1為具有尾氣管路的內(nèi)燃機(jī)的示意圖；和圖2為在具有尾氣回流和沒有尾氣回流的NOx-再生時(shí)的λ與時(shí)間的關(guān)系曲線。
圖1示意示出具有尾氣管路12的內(nèi)燃機(jī)10。在內(nèi)燃機(jī)的下游的尾氣管路12內(nèi)設(shè)置有一個(gè)小容積的預(yù)催化劑14以及一個(gè)NOx-存儲(chǔ)催化劑16。一個(gè)λ探頭18用于對(duì)尾氣中的氧的濃度進(jìn)行檢測(cè)并且該探頭位于尾氣管路12內(nèi)的催化劑系統(tǒng)14、16的前面。λ探頭18將一個(gè)信號(hào)傳送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20，所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器對(duì)該信號(hào)和其它測(cè)量信號(hào)以及內(nèi)燃機(jī)10的工作參數(shù)進(jìn)行處理?？刂茊卧?2安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20內(nèi)，在控制單元內(nèi)以數(shù)字形式存儲(chǔ)有實(shí)施NOx-存儲(chǔ)催化劑的NOx-再生的本發(fā)明的程序。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20或控制單元22根據(jù)所有輸入的信號(hào)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的工作方式進(jìn)行控制，其中例如對(duì)饋送的空燃混合氣施加影響。為此通過對(duì)設(shè)置在進(jìn)氣管26內(nèi)的節(jié)流閥24的開度的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)抽吸的新鮮空氣容積流的調(diào)整。另外發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20或控制單元22對(duì)一個(gè)設(shè)置在回流管路28上的尾氣回流閥30進(jìn)行控制。
當(dāng)在內(nèi)燃機(jī)10貧階段確定出需要對(duì)NOx-存儲(chǔ)催化劑進(jìn)行再生時(shí)，則控制單元22促使內(nèi)燃機(jī)10向均勻的、化學(xué)計(jì)算的或富的工作方式的轉(zhuǎn)換。為此控制單元22例如預(yù)先給定節(jié)流閥24的緊密閉合的位置，從而減少在饋送的空燃混合氣內(nèi)的氧分量。根據(jù)本發(fā)明在至少部分再生時(shí)間內(nèi)減少尾氣回流和/或完全中斷尾氣回流。而且此點(diǎn)是通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20或控制單元22對(duì)尾氣回流閥30的相應(yīng)的控制實(shí)現(xiàn)的。
圖2為在NOx-再生催化劑的NOx-再生時(shí)在催化劑系統(tǒng)14、16前用λ探頭18測(cè)出的λ值與時(shí)間關(guān)系曲線簡(jiǎn)圖。其中虛線32表示根據(jù)目前通常的實(shí)踐在接通尾氣回流(回流率大約為30容積％)再生時(shí)的λ曲線，實(shí)線34則表示沒有尾氣回流時(shí)的相應(yīng)的λ曲線。在貧階段開始時(shí)兩條曲線32、34具有與λ預(yù)給定值λm相符的恒定的程度。在時(shí)間t0對(duì)再生必要性檢測(cè)和將饋送給內(nèi)燃機(jī)10的空燃混合氣轉(zhuǎn)換到富的，即燃油充足的配比后，在尾氣回流的同時(shí)測(cè)出的信號(hào)32在一定的遲延時(shí)間仍保持在貧λ值λm上。此點(diǎn)是由于在前的貧階段仍存在于尾氣回流管路28內(nèi)的并輸送給被抽吸的新鮮空氣的富氧的尾氣造成的。在該遲延后至?xí)r間點(diǎn)t1信號(hào)32將出現(xiàn)平緩的下降，在t1將達(dá)到與λf預(yù)給定值相符的值。λ值在前的平緩的下降同樣是由于尾氣饋送入抽吸的新鮮的空氣中造成的。在接著一直延伸到t2的再生時(shí)間內(nèi)將保持λ富預(yù)給定值λf并用在尾氣中存在的還原物質(zhì)CO和HC對(duì)NOx-存儲(chǔ)催化劑16內(nèi)存儲(chǔ)的氧化氮NOx進(jìn)行還原。在時(shí)間點(diǎn)t2上實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器排空后將內(nèi)燃機(jī)重新轉(zhuǎn)換到貧方式，從而使λ值重新到達(dá)λ貧預(yù)定值λm。
本發(fā)明的在沒有尾氣回流的情況下測(cè)出的λ曲線34(實(shí)線)明顯地偏離上述在接通尾氣回流時(shí)測(cè)出的曲線32。在沒有尾氣回流的情況下λ曲線具有一幾乎直接在內(nèi)燃機(jī)10轉(zhuǎn)換到富工作方式后在時(shí)間t0開始的相應(yīng)陡峭下降的曲線，從而在t1，時(shí)間點(diǎn)上已經(jīng)達(dá)到λ富預(yù)給定值λf。另外可以比接通尾氣回流時(shí)明顯地縮短完全排空NOx-存儲(chǔ)催化劑的存儲(chǔ)器所需的再生時(shí)間，從而在t2，時(shí)間點(diǎn)即可結(jié)束NOx-再生。在尾氣回流(曲線32)的同時(shí)的長(zhǎng)的再生時(shí)間是由于對(duì)尾氣持續(xù)的提取造成的，該對(duì)尾氣持續(xù)的提取將減少供對(duì)NOx-存儲(chǔ)催化劑的氧化氮轉(zhuǎn)換的還原物質(zhì)流。
總體上說在沒有尾氣回流時(shí)的再生時(shí)間與同時(shí)進(jìn)行尾氣回流所需的再生時(shí)間相比縮短了將近一半的時(shí)間。本發(fā)明的優(yōu)選的尾氣回流率具有的λ曲線是上述兩種曲線之間的中間狀況。
附圖標(biāo)記對(duì)照表10 內(nèi)燃機(jī)12 尾氣通道14 預(yù)催化劑16 NOx-存儲(chǔ)催化劑18 λ探頭20 發(fā)動(dòng)機(jī)控制器22 控制單元24 節(jié)流閥26 進(jìn)氣管28 尾氣回流管路30 尾氣回流閥32 具有尾氣回流時(shí)的λ曲線34 沒有尾氣回流時(shí)的λ曲線λfλ富預(yù)給定值λmλ貧預(yù)給定值
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的尾氣通道內(nèi)的NOx-存儲(chǔ)催化劑進(jìn)行NOx-再生的方法，其中內(nèi)燃機(jī)可以以各種工作方式工作并且其中至少在一種工作方式時(shí)尾氣回流入內(nèi)燃機(jī)抽吸空氣中，其特征在于，在開始NOx-再生前將減少尾氣回流率或斷開尾氣回流并且NOx-再生是在尾氣回流率減少的情況下或沒有尾氣回流的情況下進(jìn)行的。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在開始NOx-再生前將尾氣回流率降低到0至25容積％，尤其降低到5至15容積％。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在尾氣回流率在0至15容積％，尤其在0至10容積％的情況下進(jìn)行NOx-再生。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在NOx-再生前分級(jí)或連續(xù)地降低尾氣回流率。
5.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在NOx-再生過程中保持或僅微量地改變?cè)跍p少或斷開尾氣回流后的尾氣回流率的終值。
6.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在開始NOx-再生前0.2至10秒，尤其2秒開始減少尾氣回流率。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，根據(jù)在減少或斷開尾氣回流前或后對(duì)尾氣回流的減少或斷開的開始時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。
8.按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在內(nèi)燃機(jī)化學(xué)計(jì)算或富工作時(shí)進(jìn)行NOx-再生。
9.按照上述權(quán)利要求的中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在內(nèi)燃機(jī)均勻工作的情況下進(jìn)行NOx-再生。
10.一種用于對(duì)設(shè)置在機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃機(jī)的尾氣通道內(nèi)的NOx-存儲(chǔ)催化劑進(jìn)行NOx-再生的裝置，其中為內(nèi)燃機(jī)配屬有一個(gè)尾氣回流系統(tǒng)并且至少在內(nèi)燃機(jī)的一種工作方式時(shí)尾氣回流入內(nèi)燃機(jī)抽吸空氣內(nèi)，其特征在于，備有相應(yīng)機(jī)構(gòu)，利用該機(jī)構(gòu)在NOx-再生開始前減少和/或斷開尾氣回流和在減少尾氣回流率或在沒有尾氣回流的情況下實(shí)施NOx-再生方法步驟。
11.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)包括一個(gè)控制單元(22)，在該單元中以數(shù)字形式存儲(chǔ)有實(shí)施NOx-存儲(chǔ)催化劑的NOx-再生的方法步驟進(jìn)行控制的程序。
12.按照權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，控制單元(22)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(20)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)設(shè)置在機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃機(jī)的尾氣通道內(nèi)的NOx－存儲(chǔ)催化劑進(jìn)行NOx－再生的方法，其中內(nèi)燃機(jī)以各種工作方式工作并且至少在一種工作方式時(shí)尾氣回流入內(nèi)燃機(jī)的抽吸空氣中。其中在開始NOx－再生前減少尾氣回流率或斷開尾氣回流并且在減少尾氣回流率或沒有尾氣回流的情況下進(jìn)行NOx－再生。根據(jù)本發(fā)明可以不需要中斷點(diǎn)火快速地轉(zhuǎn)換到再生范圍并實(shí)現(xiàn)短的再生時(shí)間。
文檔編號(hào)F02D41/00GK1406314SQ01805888
公開日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2001年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月2日
發(fā)明者赫爾曼·哈恩, 澤倫·欣策, 埃克哈德·波特, 米夏埃爾·齊爾默 申請(qǐng)人:大眾汽車股份公司