專利名稱：用于在機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生廢氣處理用氨的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生廢氣處理用氨的方法 以及用于執(zhí)行該方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
此外，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)廢氣中的氮氧化物的許可限值由于法律規(guī)定而越
來越低。為了滿足這些要求，已知給廢氣添加氨(NH3)，以將包含在 廢氣中的氮氧化物(NO和N02)轉(zhuǎn)變成對(duì)環(huán)境友好的化合物氮?dú)?N2) 和水(H20)。
原則上，用于機(jī)動(dòng)車廢氣處理的氨或氨前體如尿素或氨基甲酸銨可 以借助于專門的容器提供。為了提供對(duì)于機(jī)動(dòng)車的整個(gè)使用壽命足夠量 的氨，該容器必須很大。但通常不能為此提供足夠的位置。在使用較小 的容器時(shí)，必需在其間重新填充這些較小的容器。在填充容器時(shí)要注意， 該工作必須由專業(yè)車間進(jìn)行，以便排除中毒或氣味危害。
此外，氨也可以直接在機(jī)動(dòng)車上隨車產(chǎn)生。例如，由文獻(xiàn)DE 103 37 901 Al和DE 199 03 533 Al說明了用于借助于設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)排氣管路中 的等離子體催化反應(yīng)器合成氨的方法。但這些合成方法比較復(fù)雜、易受
干擾并且昂貴。
最后，由文獻(xiàn)DE 196 54 977 C2已知一種用于還原氮氧化物和黑煙 的方法。為此，在貧油地運(yùn)行的柴油機(jī)中將水噴入燃燒室中。注入的水 的蒸發(fā)使燃燒溫度降低，從而產(chǎn)生較少的氮氧化物。要噴入的水在那里 從柴油機(jī)廢氣中獲得。
此外，由文獻(xiàn)DE 196 48 219 Cl也已知一種用于從燃燒廢氣中分離 水的裝置。所獲得的水能以各種方式應(yīng)用，由此在機(jī)動(dòng)車中能省去攜帶 單獨(dú)的水箱。

發(fā)明內(nèi)容
在此背景下，本發(fā)明的目的在于，提供一種改進(jìn)的用于在機(jī)動(dòng)車的 內(nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生廢氣處理用氨的方法。此外，本發(fā)明的目的還在于，創(chuàng)造 一種用于執(zhí)行所述方法的設(shè)備。
按照該方法，所述目的這樣來實(shí)現(xiàn)，即內(nèi)燃機(jī)以入< 1.0的空燃比
(即富油)運(yùn)行，給引導(dǎo)至內(nèi)燃機(jī)的空氣/燃料混合物添加水，以便在機(jī) 動(dòng)車上產(chǎn)生對(duì)于廢氣處理必需的氨。在空氣不足時(shí)保證，在燃燒室內(nèi)產(chǎn) 生足夠量的氫氣，該氫氣特別是在內(nèi)燃機(jī)的富油運(yùn)行時(shí)與存在于廢氣流 中的或儲(chǔ)存的氮氧化物轉(zhuǎn)變成氨。因此，通過該特征組合以簡(jiǎn)單但非常 有效的方式通過混合物或廢氣的不同的依次進(jìn)行的反應(yīng)最后形成氨，該 氨能用于降低有害物質(zhì)。
有利地，添加的水的量根據(jù)供應(yīng)給內(nèi)燃機(jī)的空燃比入確定。因?yàn)榭?燃比影響在廢氣中產(chǎn)生的、要轉(zhuǎn)化的氮氧化物的量。
可替代地或者補(bǔ)充地，添加的水的量也根據(jù)設(shè)置在排氣管路中的氮 氧化物傳感器的信號(hào)來確定。
優(yōu)選地，在以氨完成廢氣處理后，使7jC從廢氣中返回，其中添加到 空氣/燃料混合物中的水通過從廢氣中返回的水來供給。以這種方式形成 閉合的回路，從而確保了在每個(gè)時(shí)刻供給水。
特別優(yōu)選地，從廢氣中返回的水通過冷凝過程獲得。為此將廢氣通 過熱交換器一直冷卻到露點(diǎn)之下，并收集和儲(chǔ)存或繼續(xù)引導(dǎo)分離出的水。
合理地，從廢氣中返回的水的量大于或等于要添加的水的量。由此 保證，始終為將水添加到空氣/燃料混合物中提供足夠的量。
按照該設(shè)備，所述目的這樣來實(shí)現(xiàn)，即在裝備有用于確定供應(yīng)給內(nèi) 燃機(jī)的空氣/燃料混合物的空燃比X的裝置的設(shè)備中設(shè)有用于向空氣/燃 料混合物添加水的添加裝置，以便在機(jī)動(dòng)車上隨車產(chǎn)生對(duì)于廢氣處理必 需的氨，其中添加裝置根據(jù)所確定的空燃比入工作。借助于該特征能省 去用于氨或氨前體的單獨(dú)的儲(chǔ)存裝置以及省去用于產(chǎn)生氨的昂貴的發(fā)生 器。此外，該控制還允許對(duì)水最佳地定量，從而一方面形成足夠量的氨， 另 一方面盡可能少地影響內(nèi)燃機(jī)內(nèi)的燃燒過程。
5此外，添加裝置能根據(jù)設(shè)置在排氣管路內(nèi)的氮氧化物傳感器的信號(hào)
來控制，以便也考慮NOx存儲(chǔ)催化器的動(dòng)態(tài)性能并由此更精確地對(duì)添加 的水定量。
添加裝置在內(nèi)燃機(jī)上游聯(lián)接在負(fù)壓區(qū)域中，以便易于將水添加到空 氣/燃料混合物中以及實(shí)現(xiàn)水和空氣/燃料混合物的盡可能均勻的混合，由 此有效地支持氨的形成。
摻加有氨的廢氣的廢氣處理合理地通過依次設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)排氣管路 中的炭煙濾清器、NOx儲(chǔ)存催化器和SCR催化器進(jìn)行。
如果還設(shè)有返回裝置，以便在用氨的廢氣處理的下游使水從內(nèi)燃機(jī) 廢氣中返回，則添加裝置可以由該返回裝置來供給。由此取消了用于水 的單獨(dú)的儲(chǔ)存容器的必要性。在此，水的返回可以不僅在內(nèi)燃機(jī)的富油 運(yùn)行期間而且在內(nèi)燃機(jī)的貧油運(yùn)行期間進(jìn)行。
按照改進(jìn)方案，該返回裝置與內(nèi)燃機(jī)排氣管路聯(lián)接并構(gòu)成為冷凝裝 置。這樣的冷凝裝置包括熱交換器，該熱交換器也在后置于廢氣處理裝 置的區(qū)域內(nèi)仍無問題地工作。
特別有利的是，返回裝置能根據(jù)添加裝置來控制。因?yàn)樘砑友b置指 明添加多少水，從而由此得到需要多少水來供給添加裝置。通過使熱交 換器在其功率方面節(jié)流或斷開，能直接地避免多余的水。但可替代地也 可簡(jiǎn)單地將多余的水排出到環(huán)境中，因?yàn)檫@不>5皮壞環(huán)境。
但補(bǔ)充地或者可替代地，返回裝置也可具有帶有物位裝置的儲(chǔ)備容 器并能根據(jù)該物位裝置來控制。這樣的帶有物位裝置的儲(chǔ)備容器對(duì)于水 供給表現(xiàn)為一定的緩沖器并且還能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)。


參照兩個(gè)附圖更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。其中
圖1示出用于產(chǎn)生廢氣處理用氨的方法的簡(jiǎn)化流程圖；以及
圖2示出帶有用于執(zhí)行圖1中的方法的設(shè)備的機(jī)動(dòng)車的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖l中示出的方法規(guī)定，內(nèi)燃機(jī)2以空氣不足的方式運(yùn)行，并給 供應(yīng)的空氣/燃料混合物添加水H20，以產(chǎn)生對(duì)于廢氣處理必需的氨NH3。
對(duì)此，在方法的第一步驟I中檢查空燃比入是否小于1.0。如果是這 樣的情況，則在第二步驟II中根據(jù)實(shí)際的空燃比入給空氣/燃料混合物添 加水，從而依據(jù)下面的化學(xué)反應(yīng)
H20 + CO —>H2 + C02
4xH20 + HyCx — > 4x+yH2 + 2xC02 首先提供增大的量的氫氣H2。然后在內(nèi)燃機(jī)2的排氣管路內(nèi)通過氫氣 H2與包含在廢氣中的氮氧化物NOx的反應(yīng)依據(jù)后續(xù)反應(yīng)
H2 + NO + N02 —> H20 + NH3
產(chǎn)生氨NH3。這在流程圖中通過步驟m來表示。最后，借助這樣產(chǎn)生的
氨NH3轉(zhuǎn)化剩下的氮氧化物NOx，其中按照反應(yīng)
NH3 + NO + N02 — > H20 + N2 產(chǎn)生水1120和氮?dú)鈃\2，這在圖1中對(duì)應(yīng)于步驟IV。在廢氣處理后，例如 借助于熱交換裝置將凈化的熱的廢氣冷卻到露點(diǎn)之下并由此從廢氣中分 離出7jCH20。水H20的返回對(duì)應(yīng)于所示方法的步驟V，該再返回理想地 根據(jù)供應(yīng)的空燃比入或設(shè)置在排氣管路4中的氮氧化物傳感器的信號(hào)來 進(jìn)行。最后，根據(jù)步驟VI，將返回的水H20用于添加到水H20的供給中。
圖2示出具有內(nèi)燃機(jī)2的機(jī)動(dòng)車1,該內(nèi)燃機(jī)帶有進(jìn)氣管路3和排氣 管路4。
在內(nèi)燃機(jī)2的進(jìn)氣管路3中設(shè)有用于確定或調(diào)節(jié)供應(yīng)給內(nèi)燃機(jī)2的 空氣/燃料混合物的空燃比入的裝置5。該裝置5與機(jī)動(dòng)車1的控制器以 及可能與設(shè)置在排氣管路4中的入傳感器聯(lián)接，并控制用于新鮮空氣的 節(jié)氣門、用于燃料的噴射裝置以及可能也控制廢氣再循環(huán)裝置。
用于水的添加裝置6與進(jìn)氣管路3或直接與內(nèi)燃機(jī)2的燃燒室聯(lián)接， 以便將水在負(fù)壓區(qū)域內(nèi)、亦即例如在未示出的節(jié)氣門下游導(dǎo)入到空氣/燃 料混合物中。添加裝置6具有一控制裝置，以1更4艮據(jù)由裝置5確定的空 燃比入控制添加的水的量，以最終提供對(duì)于廢氣處理優(yōu)化的量的氨。在內(nèi)燃機(jī)2的排氣管路4中，依次設(shè)有炭煙濾清器7、 NOx儲(chǔ)存催 化器8和SCR (選擇性催化還原，縮寫為SCR)催化器9。借助于該用 于廢氣處理的結(jié)構(gòu)過濾出炭煙并儲(chǔ)存或釋放以及轉(zhuǎn)化氮氧化物。
對(duì)于供給添加裝置6，在內(nèi)燃機(jī)2下游還設(shè)有返回裝置10，該返回 裝置在以氨完成廢氣處理之后將水從廢氣中返回。這樣獲得的水被導(dǎo)向 添加裝置6,其中要注意，回收的水的量大致等于添加的水的量。為了 使該回收的水的量不或者僅略微超過添加的水的量，可將例如構(gòu)成為熱 交換器的返回裝置10在其功率方面節(jié)流或斷開。
為了能使用從返回裝置10輸送至添加裝置6的水，還設(shè)有泵裝置11。
在圖2中還示出一用作緩沖器的儲(chǔ)備容器12。該儲(chǔ)備容器12也可具 有物位裝置13,從而簡(jiǎn)單地根據(jù)物位裝置13來控制返回裝置10。
附圖標(biāo)記列表
1機(jī)動(dòng)車
2內(nèi)燃機(jī)
3進(jìn)氣管路
4排氣管路
5用于確定或調(diào)節(jié)入的裝置
6添加裝置
7炭煙濾清器
8NOx儲(chǔ)存催化器
9SCR催化器
10返回裝置
11泵裝置
12儲(chǔ)備容器
13物位裝置
權(quán)利要求
1.用于在機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生廢氣處理用氨的方法，其特征在于內(nèi)燃機(jī)(2)以λ＜1.0的空燃比運(yùn)行，給供應(yīng)至內(nèi)燃機(jī)(2)的空氣/燃料混合物添加水，以便在機(jī)動(dòng)車(1)上隨車產(chǎn)生對(duì)于廢氣處理必需的氨。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于添加的水的量根據(jù)供 應(yīng)給內(nèi)燃機(jī)(2)的空燃比入來確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于添加的水的量根 據(jù)設(shè)置在排氣管路(4)中的氮氧化物傳感器的信號(hào)來確定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在以氨 完成廢氣處理后，從廢氣中返回水，并將該水用于供給添加到空氣/燃料 混合物中的水。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于從廢氣 中返回的水通過冷凝過程獲得。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于返回的 水的量大于或等于添加的水的量。
7. 用于在機(jī)動(dòng)車(1)的內(nèi)燃機(jī)(2)中產(chǎn)生廢氣處理用氨的設(shè)備， 用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，該設(shè)備具有用于確 定供應(yīng)給內(nèi)燃機(jī)(2)的空氣/燃料混合物的空燃比入的裝置(5)，其特 征在于設(shè)有用于向空氣/燃料混合物添加水的添加裝置(6),以便在 機(jī)動(dòng)車(1)上隨車產(chǎn)生對(duì)于廢氣處理必需的氨，其中添加裝置(6)能 根據(jù)所確定的空燃比A來控制。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于添加裝置(6)還能根 據(jù)設(shè)置在排氣管路(4)中的氮氧化物傳感器的信號(hào)來控制。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其特征在于添加裝置(6 )在 內(nèi)燃機(jī)(2)上游聯(lián)接在負(fù)壓區(qū)域中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于摻加有 氨的廢氣的廢氣處理適宜地通過依次設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)(2 )的排氣管路(4 ) 中的炭煙濾清器(7) 、 NOx儲(chǔ)存催化器(8)和SCR催化器(9)進(jìn)行。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于設(shè)有 返回裝置(10)，以便在用氨的廢氣處理的下游將水從內(nèi)燃機(jī)(2)的廢 氣中返回，其中添加裝置(6)由該返回裝置(10)供給。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于返回裝置(10)與 內(nèi)燃機(jī)(2)的排氣管路(4)聯(lián)接。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其特征在于返回裝置(10 ) 構(gòu)成為冷凝裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于返回 裝置(10)能根據(jù)添加裝置(6)來控制。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于返回 裝置(10)具有帶有物位裝置(13)的儲(chǔ)備容器(12)并能根據(jù)該物位 裝置(13 )來控制。
全文摘要
在一種用于在機(jī)動(dòng)車(1)的內(nèi)燃機(jī)(2)中產(chǎn)生廢氣處理用氨的方法中建議，內(nèi)燃機(jī)(2)以λ＜1.0的空燃比運(yùn)行，給供應(yīng)至內(nèi)燃機(jī)(2)的空氣/燃料混合物添加水，以便在機(jī)動(dòng)車(1)上隨車產(chǎn)生對(duì)于廢氣處理必需的氨。并且在一種用于執(zhí)行所述方法的設(shè)備中，該設(shè)備具有用于確定供應(yīng)給內(nèi)燃機(jī)(2)的空氣/燃料混合物的空燃比λ的裝置(5)，其中建議，設(shè)有用于向空氣/燃料混合物添加水的添加裝置(6)，以便在機(jī)動(dòng)車上隨車產(chǎn)生對(duì)于廢氣處理必需的氨，其中添加裝置(6)能根據(jù)所確定的空燃比λ來控制。按照建議，在所述方法和所述設(shè)備中能取消用于氨或氨前體的儲(chǔ)存容器并且也能省去用于合成氨的復(fù)雜的發(fā)生器。
文檔編號(hào)F01N3/18GK101617104SQ200780049113
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者A·科普 申請(qǐng)人:奧迪股份公司