提高涡轮增压式内燃机的排气系统中废气温度的方法和设备技术方案

本发明专利技术涉及用于提高具有后串接的废气净化装置（8）的涡轮增压式内燃机（1）、特别是机动车用涡轮增压式内燃机的排气系统中的废气温度的方法和设备，其中提供有在需要时能够接通的加热装置（10），在规定量的和/或足够量的增压空气能够溢流进该加热装置（10）的阶段，由内燃机（1）的增压压力管（2）向该加热装置供给空气，在此将在加热装置（10）中经加热的空气在废气净化装置（8）的上游送入排气系统，按本发明专利技术，至少在规定量的和/或足够量的增压空气能够溢流进该加热装置（10）的该内燃机的运行状态下，将来自内燃机（1）的排气系统的规定量的废气流供入该加热装置（10），特别是废气流由排气涡轮机（5）的上游的排气管（13）分流。

【技术实现步骤摘要】
提高涡轮增压式内燃机的排气系统中废气温度的方法和设备专利
本专利技术涉及用于提高涡轮增压式内燃机，特别是机动车的涡轮增压式内燃机的排气系统中的废气温度的方法，本专利技术还涉及实施这种方法的设备和内燃机。
技术介绍
为尽可能降低含碳细颗粒，在机动车中通常使用所谓的颗粒分离器或颗粒过滤器。例如由EP1072765A2已知一种典型的机动车中的颗粒分离器-装置。这种颗粒分离器与颗粒过滤器的差别在于，该废气流沿分离器结构导流，而在颗粒过滤器情况下，该废气需流过过滤介质。由于这种不同，颗粒过滤器易于堵塞，这提高了废气背压，即引起内燃机废气出口处的不希望的压力升高，这进而降低了发动机效率和造成内燃机的高的燃料消耗。由EP0341832A2中已知这类颗粒过滤器-装置的实例。在该两前述的装置中，在颗粒分离器或颗粒过滤器上游配置的氧化催化器各借助于同时含有的残余氧(O2)将废气中的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)，其反应方程式为：2NO+O2←→2NO2。要注意的是，在高温下上述反应的平衡趋向NO侧。其结果是，由于这种热力学的限制使在高温下可达到的NO2-含量受限。另一方面，该NO2在颗粒过滤器中与含碳的细颗粒反应生成CO、CO2、N2和NO。因此，借助于强氧化剂NO2以连续去除淀积的细颗粒，以致可不采用如在其它装置中需昂贵实施的再生循环。这方面所涉及的非能动再生按下列反应进行：2NO2+C→2NO+CO2NO2+C→NO+CO2C+2NO2→N2+2CO2。除NO2外，在含铂的NO-氧化催化器上由燃油和/或发动机油中所含的硫还形成SO3。该SO3和NO2在排气系统的冷的部位冷凝成高腐蚀性的硫酸或硝酸，以致直至颗粒过滤器的该废气装置必需用不锈钢制造，以避免腐蚀。如果借助于NO2未将渗入颗粒过滤器中的碳完全氧化，则碳含量和由此废气背压增加。为避免这点，目前越来越多地提供配有用于氧化NO的催化涂层的颗粒过滤器(EP0341832A2)。具体而言是涉及含铂的催化器。但此方法的缺点在于，在颗粒过滤器上形成的NO2仅可用于氧化在NO-氧化的催化活性层下游所淀积的颗粒，即在过滤介质中的颗粒。相反，如果在过滤器表面和由此在催化活性层上形成淀积颗粒层即所谓滤饼，则该颗粒过滤器侧的NO-氧化催化器位于滤饼的下游，以致在滤饼中淀积的炭黑颗粒不能借助于来自施加在颗粒过滤器上的NO-氧化催化器的NO2所氧化。再加上，严格而言，仅在未经处理的气体侧所施加的催化器层有助于该系统的效能，因为在净化的气体侧催化形成的NO2不再能与淀积在未经处理的气体侧的和过滤材料中的炭黑相接触。该颗粒过滤器的涂层的另一问题在于，该过滤器的几何表面明显小于通常使用的催化器基材的表面。其原因在于，该过滤器在未经处理的气体侧需较大的自由横截面和由此较大的自由体积，以渗入炭黑灰和发动机油灰。如果使用陶瓷的过滤器基材，则通过50-200cpsi的小的微孔密度(Zelldichte)实现。与此相反，纯的催化器通常为400-900cpsi的微孔密度。通过从50cpsi提高到900cpsi使几何表面从1m2/l提高到4m2/l，由此在该催化器上可大大增加处理量。由于此原因，尽管存在该过滤器的催化层，也可不弃用颗粒过滤器前的NO-氧化催化器，以至于产生较大的结构体积。就算是这种情况，即如果该NO-氧化催化器与颗粒过滤器形成一个结构部件，其中该颗粒过滤器的入口区设计为NO-氧化催化器，其也会产生较大的结构体积，如在DE10327030A1中所述。虽然通过这些措施仍在至多250℃可发生炭黑氧化，但也有这些使用情况，其中废气温度本身达不到，并且由此不能确保该颗粒过滤器的功能。这通常在低负荷的和机动车(例如轿车、公交车或垃圾车)用发动机中出现，这些发动机另外还具有高的空转比例。因此，特别在这些情况下，可应用第二种该颗粒过滤器再生的方法，其中能动地提高该废气温度。这通常通过在催化器上游加烃(HC)，特别是HC-氧化催化器进行。通过该烃在催化器上的放热反应或氧化达到明显的温度升高。如果由此可将温度升高到高于600℃，则导致借助于氧氧化或烧去淀积在颗粒过滤器上的碳，其反应如下：C+O2→CO2。但在这种所谓的能动过滤器再生情况下存在危险，即通过含碳的炭黑的放热燃烧导致达1000℃的剧烈温度升高，由此大多会导致颗粒过滤器和/或后串接的催化器的受损。此外，因为该温度升高需保持几分钟以确保炭黑颗粒的定量氧化，所以对烃的需求量不是微不足道的，并且降低了该内燃机的效率，因为通常使用燃料作为烃源。在NO-氧化催化器前加烃的该两类再生的简单组合不是目标所向。通过温度升高到高于600℃，由于热力学限制，在NO-氧化催化器上不再形成NO2。此外，由于大量的烃阻碍了NO的氧化，由此导致大大减少NO2-形成。这导致该颗粒需仅借助于氧氧化，因为在该阶段无NO2可利用，这就拉长了再生时间。同时，该NO-氧化催化器的耐热损害性远不如用于烃氧化的催化器，因为在高于550℃时会导致其活性成分的不可逆烧结，并由此导致NO-氧化活性的降低。除这类催化燃烧器外，还可使用通常的有明火焰的燃烧器或多孔燃烧器，其中其缺点在于，其运行需有外部的空气供应，因为不同于催化燃烧器，仅在有足够高的过量空气下才可运行。通常借助于压缩机或鼓风机确保该空气供应。例如EP1253300A1描述了这类中的一种方法，该方法中，在需要时可施加燃料和空气的燃烧器使在排气系统中所提供的如带颗粒过滤器和/或催化器的废气净化装置的上游的废气温度升高到高于其起动温度的温度。如果出现该内燃机的如空转或低负荷的运行状态，即在该废气温度对有效转化不希望有的废气成分是太低时，则特别是启动该燃烧器。这例如对常处于空转运行或特别短程运行的机动车是很重要的。向该燃烧器供入的空气可按现有技术借助于鼓风机或由供内燃机用的燃烧用空气管或对于涡轮增压式内燃机从增压压力管取得。但要确保供入燃烧器的空气的压力高于排气管中的废气压力；但在内燃机的某些运行状态下，至少在经增压压力管供空气时可能不是该情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供该类型的一种方法，该方法以结构上简单的装置，可在内燃机的所有运行状态下，实现废气净化装置的可靠再生或有效地转化不希望有的废气成分。此外，本专利技术还提供实施该方法的有利的设备和内燃机。该目的例如可以由以下技术方案来实现：1.用于提高具有后串接的废气净化装置(8)的涡轮增压式内燃机(1)、特别是机动车用涡轮增压式内燃机的排气系统中的废气温度的方法，其中提供有在需要时能够接通的加热装置(10)，在增压压力如此之高，以致规定量的和/或足够量的增压空气能够溢流进该加热装置(10)的阶段，由内燃机(1)的增压压力管(2)向该加热装置供给空气，在此将在加热装置(10)中经加热的空气在废气净化装置(8)的上游送入排气系统，其特征在于，至少在该增压压力不是如此之高，以致规定量的和/或足够量的增压空气能够溢流进该加热装置(10)的该内燃机的运行状态下，将来自内燃机(1)的排气系统的规定量的废气流供入该加热装置(10)，特别是排气管(13)的废气流在排气涡轮机(5)的上游分流；2.技术方案1的方法，其特征在于，增压压力不是如此之高，以致规定量的和/或足够量的增压空气能够溢流进加热装置(本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于提高具有后串接的废气净化装置(8)的涡轮增压式内燃机(1)的排气系统中的废气温度的方法，其中提供有在需要时能够接通的加热装置，在增压压力如此之高，以致规定量的和/或足够量的增压空气能够溢流进该加热装置的阶段，由内燃机(1)的增压压力管(2)向该加热装置供给空气，在此将在加热装置中经加热的空气在废气净化装置(8)的上游送入排气系统，其中至少在该增压压力不是如此之高，以致规定量的和/或足够量的增压空气能够溢流进该加热装置的该内燃机的运行状态下，将来自内燃机(1)的排气系统的规定量的废气流供入该加热装置，其中排气管(13)的废气流在排气涡轮机(5)的上游分流，其特征在于，在多气缸的内燃机(1)情况下，至少一个气缸经执行元件(15)与加热装置相连接，其中在多气缸的内燃机(1)的废气‑集流管(6a)中使用控制至少一个气缸的排气管(13)的流量的节流阀(14)，从而使所述至少一个气缸的废气或纯空气或多或少与其余的导向排气涡轮机(5)的排气系统分开。

【技术特征摘要】
2012.12.12 DE 102012024260.31.用于提高具有后串接的废气净化装置(8)的涡轮增压式内燃机(1)的排气系统中的废气温度的方法，其中提供有在需要时能够接通的加热装置，在增压压力如此之高，以致规定量的和/或足够量的增压空气能够溢流进该加热装置的阶段，由内燃机(1)的增压压力管(2)向该加热装置供给空气，在此将在加热装置中经加热的空气在废气净化装置(8)的上游送入排气系统，其中至少在该增压压力不是如此之高，以致规定量的和/或足够量的增压空气能够溢流进该加热装置的该内燃机的运行状态下，将来自内燃机(1)的排气系统的规定量的废气流供入该加热装置，其中排气管(13)的废气流在排气涡轮机(5)的上游分流，其特征在于，在多气缸的内燃机(1)情况下，至少一个气缸经执行元件(15)与加热装置相连接，其中在多气缸的内燃机(1)的废气-集流管(6a)中使用控制至少一个气缸的排气管(13)的流量的节流阀(14)，从而使所述至少一个气缸的废气或纯空气或多或少与其余的导向排气涡轮机(5)的排气系统分开。2.权利要求1的方法，其特征在于，增压压力不是如此之高，以致规定量的和/或足够量的增压空气能够溢流进加热装置的内燃机(1)的运行状态是该内燃机(1)的低负荷阶段和/或空转阶段和/或滑行阶段。3.权利要求1的方法，其特征在于，在接通的执行元件(15)情况下，部分或完全中断向该内燃机(1)的至少一个气缸供燃料。4.权利要求1至3之一的方法，其特征在于，作为加热装置使用供以燃料的燃烧器(10)，其燃料供入依据内燃机的运行参数和/或燃烧器(10)下游的λ传感器和/或燃烧器(10)上游的空气量计量器的λ传感器和/或废气后处理系统的运行参数来调节。5.权利要求1至3之一的方法，其特征在于，在增压压力管(2)和加热装置之间的供料管中提供调节阀。6.权利要求5的方法，其特征在于，所述调节阀是节流阀(12)。7.权利要求1至3之一的方法，其特征在于，作为用于控制给加热装置供空气的至少一个执行元件(15)和/或至少一个节流阀(12、14)的调节量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：A德林，
申请(专利权)人：曼卡车和巴士股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE