用于内燃机废气再处理的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于内燃机的废气再处理的方法和装置。在此规定，内燃机(10)基本上以超过化学当量的空燃比(λE＞1)运行。此时产生的NOx排放物不能通过三元催化器(22)使废气转化为无害的成分，因此这时缺少还原剂。因此NOx排放物被储存在需要定期还原的NOx存储催化器(24)中。为了避免以硝酸盐储存在NOx存储催化器(24)中的NOx排放物发生解吸反应，设有旁路(16)，从而使化学当量的废气和/或很热的废气绕过NOx存储催化器(24)并经过另外的三元催化器(26)。由此在NOx存储催化器(24)进行存储或还原过程中内燃机(10)需要调节到不利于NOx存储催化器(24)进行存储或还原的运行状态时，可以中断NOx存储催化器(24)的存储或还原。

【技术实现步骤摘要】
用于内燃机废气再处理的方法和装置
本专利技术涉及一种用于内燃机废气再处理的方法和装置。
技术介绍
随着废气排放法规的日益严苛，发动机排放和内燃机的废气再处理需要满足更高的要求。汽车和发动机生产商一直致力于减小内燃机的燃油消耗以及由此产生的CO2排放。这也推动开发更节能的内燃机燃烧方法。一种改善汽油发动机的燃烧效率的方法是稀混合气运转，即内燃机以超过化学当量的空燃比进行工作。由于稀混合气运转中所排出的NOx无法完全通过传统的三元催化剂对废气转化，因此需要额外的催化器、例如NOx存储催化器。在此NOx排放物作为硝酸盐存储在NOx存储催化器中。NOx存储催化器必须定期通过发动机的浓混合气运转模式进行还原。发动机的浓混合气运转需要在特定的边界条件下开始，因此无法随时机进行发动机的浓混合气运转，尽管对于废弃再处理是有益的或者说是必须的。此外为了减小油耗进行所谓的“缩小尺寸”，即在输出相同功率的前提下使用更小的发动机，它具有更小的容量和/或更小的气缸，从而可以减小燃烧室中的磨损以及内燃机的重量。由此直接导致的功率下降通常通过废气涡轮机为发动机增压进行补偿。在小型增压发动机上实现低转速下的高扭矩(即所谓的“低端扭矩”)是个很大的挑战。一种用于提高扭矩的方法是所谓的扫气。在此进气阀门和废气阀门的打开时间有一定重叠，部分新鲜空气将残留在气缸中的废气扫至废气通道中，从而与没有气门重叠的传统方法相比显著提高燃烧室的进气量。通过提高废气通道中的气流量还可以改善涡轮压缩机尤其是在低转速下的响应性能。但是在扫气效率很高时空气与废气的比例会超过化学当量，即废气通道中的氧气富余，从而损害三元催化剂的作用并导致氮氧化物排放提高。在这种情况下可以利用NOx存储催化器显著降低氮氧化物排放。从DE19644407C2中可知一种用于废气再处理的装置，其中在内燃机废气的气流方向上首先布置NOx存储催化器，并且在下游布置一个或多个三元催化器。在NOx存储催化器上设有旁路，从而保护NOx存储催化器免受高温影响，由此避免NOx存储催化器的提前老化。为此建议一种方法，其中内燃机以超过化学当量的空燃比运行并且以补喷射的方式向内燃机的气缸喷入燃料从而产生化学当量比的废气使三元催化器更快的达到工作温度。从US8776498B2中可知一种装置和方法，其中在内燃机的废气通道中在废气气流方向上首先布置预催化器，同时在预催化器的下游设计用于选择性还原氮氧化物的催化器。在此设计用于接通该催化器的旁路，从而选择性还原氮氧化物，在其中布置三元催化器。在预催化器和用于选择性还原氮氧化物的催化器之间设计用于加入含水尿素溶液的阀门，从而为用于选择性还原氮氧化物的催化器提供还原介质。但是US8776498B2不具有NOx存储催化器，因此需要加入含水的尿素溶液减少NOx排放。当具有NOx存储催化器的内燃机在NOx存储催化器进行储存之后以化学当量的空燃比运行时，可能导致以硝酸盐保持在NOx存储催化器中的氮氧化物发生解吸反应。这个解吸反应可能由热引起，也可能在发动机以化学当量的空燃比运行时由氧气的平衡反应导致。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种用于废气再处理的有效方法，它可以不受内燃机运行状态的影响实现高效的内燃机的废气再处理，并且避免储存在NOx存储催化器中的硝酸盐的解吸反应。所述技术问题按照本专利技术一种用于内燃机废气再处理的方法解决，所述内燃机具有废气通道和布置在废气通道内的第一三元催化器，其中，所述废气通道沿着内燃机的废气穿过废气通道的流动方向在第一三元催化器的下游具有分叉处，并且所述废气通道被分为主通道和旁路，其中，在所述废气通道中布置有调节元件，借助所述调节元件使废气流在主通道和旁路之间进行切换，其中，在所述主通道中布置有NOx存储催化器，并且其中，在所述旁路中布置有第二三元催化器，所述方法包括以下步骤：-所述内燃机以超过化学当量的空燃比运行，此时所述内燃机的废气导引穿过所述废气通道的主通道，并且所述内燃机的NOx排放物存储在NOx存储催化器中；-所述内燃机以化学当量的空燃比运行，此时所述内燃机的废气导引穿过所述旁路，并且所述内燃机的废气除了通过第一三元催化器进行清洁以外，还通过布置在旁路中的第二三元催化器进行清洁；-还原所述NOx存储催化器，此时所述内燃机以不足化学当量的空燃比运行，并且所述内燃机的废气导引穿过所述废气通道的主通道。由此，内燃机可以在部分负荷状态下以超过化学当量的空燃比运行，这可以降低内燃机的燃油消耗。在此产生的并且无法被不足的还原介质转化的NOx排放物可以储存在NOx存储催化器中。当需要控制内燃机的负荷点时(在该负荷点上无法进行超过化学当量的空燃比运行)、例如较高的部分负荷或者满负荷时，内燃机可以以化学当量的空燃比运行，同时将废气导入旁路，从而避免存储在NOx存储催化器中的硝酸盐的解吸反应。由于当内燃机以化学当量的空燃比运行时废气中存在足够的还原介质，则在燃烧时产生的氮氧化物排放物(NOx排放物)可以通过第一和第二三元催化器转化为无害的废气成分。在本专利技术的优选实施例中规定，当所述内燃机以超过化学当量的空燃比运行时，所述内燃机以稀混合气模式或者扫气模式运转。扫气运转应理解为内燃机的一种运行方式，其中，进气阀和排气阀的打开时间部分重叠。由此吸入的部分新鲜冷空气将残留在气缸中的热废气扫入废气通道，从而与传统的无气门重叠的运行方式相比可以增大燃烧室中的进气量。扫气运转优选地使用在具有涡轮增压的内燃机上，从而在低负荷运行状态下提高涡轮的转矩并且减小所谓的“涡轮迟滞(Turboloch)”。通过稀混合气运转方法可以节省燃油消耗并且提高内燃机的效率。稀混合气运转和扫气运转都会导致废气中的氧气过量(超过化学当量的空气废气比)，从而无法提供足够的用于NOx排放物的还原介质。这些排放物可以存储在NOx存储催化器中而不会排入大气中。当NOx存储催化器达到最大储存能力时，NOx存储催化器可以定期进行还原。根据一种优选的实施例规定，当所述内燃机不希望或者无法进行稀混合气运转时，所述内燃机以化学当量的空燃比运行。这例如可以在具有较高的部分负荷范围内的运行点中进行。由此，发动机可以在该工作点上相对于稀混合气运转输出更高的功率。在本专利技术的另外的优选设计方案中规定，当超过温度上限值时，中断NOx存储催化器的还原并且废气被导引穿过所述旁路。通过旁路使废气绕道可以避免NOx存储催化器上的硝酸盐发生不希望的热学解吸反应和/或NOx存储催化器的提前热学老化。在此，废气尤其在高于500℃的温度、尤其高于550℃的温度时被导引穿过旁路，从而避免硝酸盐的热学解吸反应。当温度超过800℃、尤其超过900℃时，即便NOx存储催化器未加载，也很必要将废气导入旁路中，从而避免NOx存储催化器的热学老化或损伤。根据本方法的有利的改进方案中规定，当废气流量超过极值时，中断NOx存储催化器的还原。根据内燃机的负荷和废气的氧含量可以推导出内燃机的废气流量。由此可以识别内燃机的较高的部分负荷范围和满负荷范围，并且在该范围内将废气导引穿过旁路。此外有利地规定，当NOx存储催化器的温度低于温度下限值并且NOx存储催化器被加载时，所述内燃机以与化学当量的空燃比不同的空燃比运行。备选地，当NOx存储催化器未本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内燃机(10)废气再处理的方法，所述内燃机(10)具有废气通道(12)和布置在废气通道(12)内的第一三元催化器(22)，其中，所述废气通道(12)沿着内燃机(10)的废气穿过废气通道(12)的流动方向在第一三元催化器(22)的下游具有分叉处(18)，并且所述废气通道(12)被分为主通道(14)和旁路(16)，其中，在所述废气通道(12)中布置有调节元件(28)，借助所述调节元件(28)使废气流在主通道(14)和旁路(16)之间进行切换，其中，在所述主通道(14)中布置有NOx存储催化器(24)，并且其中，在所述旁路(16)中布置有第二三元催化器(26)，所述方法包括以下步骤：‑所述内燃机(10)以超过化学当量的空燃比(λE＞1)运行，此时所述内燃机(10)的废气导引穿过所述废气通道(12)的主通道(14)，并且所述内燃机(10)的NOx排放物存储在NOx存储催化器(24)中；‑所述内燃机(10)以化学当量的空燃比(λE＝1)运行，此时所述内燃机(10)的废气导引穿过所述旁路(16)，并且所述内燃机(10)的废气除了通过第一三元催化器(22)进行清洁以外，还通过布置在旁路(16)中的第二三元催化器(26)进行清洁；‑还原所述NOx存储催化器(24)，此时所述内燃机(10)以不足化学当量的空燃比(λE＜1)运行，并且所述内燃机(10)的废气导引穿过所述废气通道(12)的主通道(14)。...

【技术特征摘要】
2016.02.23 DE 102016202778.61.一种用于内燃机(10)废气再处理的方法，所述内燃机(10)具有废气通道(12)和布置在废气通道(12)内的第一三元催化器(22)，其中，所述废气通道(12)沿着内燃机(10)的废气穿过废气通道(12)的流动方向在第一三元催化器(22)的下游具有分叉处(18)，并且所述废气通道(12)被分为主通道(14)和旁路(16)，其中，在所述废气通道(12)中布置有调节元件(28)，借助所述调节元件(28)使废气流在主通道(14)和旁路(16)之间进行切换，其中，在所述主通道(14)中布置有NOx存储催化器(24)，并且其中，在所述旁路(16)中布置有第二三元催化器(26)，所述方法包括以下步骤：-所述内燃机(10)以超过化学当量的空燃比(λE＞1)运行，此时所述内燃机(10)的废气导引穿过所述废气通道(12)的主通道(14)，并且所述内燃机(10)的NOx排放物存储在NOx存储催化器(24)中；-所述内燃机(10)以化学当量的空燃比(λE＝1)运行，此时所述内燃机(10)的废气导引穿过所述旁路(16)，并且所述内燃机(10)的废气除了通过第一三元催化器(22)进行清洁以外，还通过布置在旁路(16)中的第二三元催化器(26)进行清洁；-还原所述NOx存储催化器(24)，此时所述内燃机(10)以不足化学当量的空燃比(λE＜1)运行，并且所述内燃机(10)的废气导引穿过所述废气通道(12)的主通道(14)。2.根据权利要求1所述的废气再处理方法，其特征在于，当所述内燃机(10)以超过化学当量的空燃比(λE＞1)运行时，所述内燃机(10)以稀混合气模式或者扫气模式运转。3.根据权利要求1或2所述的废气再处理方法，其特征在于，当所述内燃机(10)不希望或者无法进行稀混合气运转时，所述内燃机(10)以化学当量的空燃比(λE＝1)运行。4.根据权利要求1至3之一所述的废气再处理方法，其特征在于，当超过温度上限值(TO)时，中断NOx存储催化器(24)的还原并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·保克纳，FC·B·冯休梅恩林登斯热尔纳，
申请(专利权)人：大众汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE