專利名稱：用以對設(shè)在內(nèi)燃機排氣道中的NOx存儲式催化器進(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及9的前序部分特征的對設(shè)在內(nèi)燃機排氣道中的NOX存儲式催化器進(jìn)行NOX再生的方法和裝置。
為了對內(nèi)燃機尤其是有時貧油(mager)運行的內(nèi)燃機的廢氣進(jìn)行再處理，眾所周知，可將具有NOX存儲功能的催化器(NOX存儲式催化器)設(shè)置在內(nèi)燃機的廢氣管道中。借此，催化器促使諸如一氧化碳、未燃燒的碳?xì)浠衔锖偷趸镞@樣組分的廢氣轉(zhuǎn)換為對環(huán)境影響較小的化合物，以降低有害物質(zhì)的排放?，F(xiàn)時，力圖使內(nèi)燃機盡可能持續(xù)運行在貧油的λ＞1運行模式下，也就是，在所提供的空氣-燃料混合物中具有過量的氧。在這種情況下，燃料的消耗就會降低。另一方面，在因過量氧的貧油模式下，不會達(dá)到NOX的完全催化還原，而在貧油運行下會使NOX吸收在NOX存儲式催化器中。由于受限的催化器NOX存儲容量，因此必需在周期性時間間隔進(jìn)行NOX再生，為此通常用富油廢氣氣氛的沖擊，使得所吸收的NOX將通過現(xiàn)有的存在于廢氣中的過量還原劑(HC、CO)而被轉(zhuǎn)換。
亦已公知，內(nèi)燃機采用廢氣再循環(huán)運行，由此廢氣的一部分會與內(nèi)燃機所提供的空氣-燃料混合物進(jìn)行混合。通過該措施，使內(nèi)燃機溫度以及由此使NOX的產(chǎn)生降低。為此，通常根據(jù)內(nèi)燃機的運行點控制設(shè)置在再循環(huán)管道中的廢氣再循環(huán)閥。
對NOX存儲式催化器的NOX再生進(jìn)行控制和廢氣再循環(huán)通常相互獨立地進(jìn)行，使得在NOX再生期間允許廢氣再循環(huán)。由此，帶來了各種問題。首先，從內(nèi)燃機的貧油運行到富油運行的轉(zhuǎn)換持續(xù)時間，即由富油空氣-燃料混合物給定時間點到出現(xiàn)富油廢氣實際時間點所經(jīng)過的時間，會不希望地延長。這是由于在廢氣再循環(huán)管道中存在富含氧氣的廢氣，該廢氣再被導(dǎo)入內(nèi)燃機的燃燒室，在此期間要求內(nèi)燃機處于富油模式(Fettmodus)下。通過內(nèi)燃機由分層運轉(zhuǎn)到均勻運轉(zhuǎn)還會出現(xiàn)另一問題，這通常會隨著轉(zhuǎn)換到富油模式而出現(xiàn)。與此相聯(lián)的是，在運行轉(zhuǎn)換以后特別短的時候?qū)е驴扇夹詥栴}和點火中斷，這時盡管燃料供給提高，混合物仍會過貧油而不能燃燒。該問題通過起初還貧油的廢氣的再循環(huán)而會更加嚴(yán)重。最后，通過廢氣再循環(huán)會使NOX再生時間顯著延長。這會降低廢氣物質(zhì)流量(Massenstrom)并由此降低還原劑流量，而后者對于在NOX存儲式催化器上釋放的氮氧化物的轉(zhuǎn)換來說是非常必要的。再生持續(xù)時間的延長會導(dǎo)致增大燃料式消耗的增加。
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種方法以及一種裝置，通過它們可克服現(xiàn)有技術(shù)中實施NOX存儲式催化器的NOX再生時的上述問題。
本發(fā)明的目的分別由權(quán)利要求1和9所述特征的方法和裝置實現(xiàn)。其方式是，通過降低廢氣再循環(huán)率或不提供廢氣再循環(huán)進(jìn)行NOX再生，在廢氣再循環(huán)率的增大或啟動以后發(fā)生NOX再生的結(jié)束，這保證了內(nèi)燃機由貧油運行到富油運行的轉(zhuǎn)換迅速并不間斷，并且縮短了再生時間。此外，由于轉(zhuǎn)換迅速，由λ＞1到λ≤1的λ值過渡時，可以看到的NOX解吸峰值得以減小。在NOX再生結(jié)束之前，通過增大廢氣再循環(huán)率，使內(nèi)燃機由再生模式到貧油模式的轉(zhuǎn)換的過渡連續(xù)出現(xiàn)，使得機動車的運行狀況不會發(fā)生改變。
在該方法的優(yōu)選實施例中，NOX再生在其再生時間的至少一部分期間會以廢氣再循環(huán)率0-15Vol.％，尤其是0-10Vol.％，進(jìn)行。其余時間的再循環(huán)率會根據(jù)發(fā)動機類型而在25-35Vol.％范圍內(nèi)變化。對此，體積分?jǐn)?shù)涉及所循環(huán)的廢氣體積在輸入內(nèi)燃機的總空氣體積中所占的分?jǐn)?shù)。在有利的預(yù)給定范圍內(nèi)，廢氣再循環(huán)率會在再生期間逐級地或連續(xù)地變化。
此外，最好是廢氣再循環(huán)率在NOX再生結(jié)束之前增大到5-25Vol.％，特別是15Vol.％。由此在NOX再生結(jié)束時達(dá)到的廢氣再循環(huán)率特別依賴于NOX再生結(jié)束以后所調(diào)整到的再循環(huán)率。
另一有利的構(gòu)型在于，廢氣再循環(huán)率在NOX再生結(jié)束之前分級或連續(xù)地增大。按這種方式，過渡可以進(jìn)一步平整。
按照另一個實施方式，廢氣再循環(huán)率在NOX再生結(jié)束之前將增大5-0.5s，特別是2s。在這方面，可進(jìn)一步有利地考慮在NOX再生結(jié)束之前增大廢氣再循環(huán)率的時間點可根據(jù)在增大之前，和/或之后具有的廢氣再循率來設(shè)定。例如，在增大前后廢氣再循環(huán)率差異較大時，則應(yīng)當(dāng)在NOX再生結(jié)束之前相對較早時開始廢氣再循環(huán)率的增大。
在按照本發(fā)明用以實現(xiàn)NOX再生的裝置中，設(shè)有一個裝置，借助該裝置在降低廢氣再循環(huán)率或無廢氣再循環(huán)的情況下和在NOX再生結(jié)束之前增大廢氣再循環(huán)率的情況下執(zhí)行NOX再生的各個方法步驟。
在所述實施例中，該裝置包括一個控制單元，其中可以以數(shù)字形式寄存對NOX再生和NOX存儲式催化器按步驟進(jìn)行控制的程序，其中在發(fā)動機控制裝置中可以集成控制單元。
本發(fā)明的有利的進(jìn)一步構(gòu)型是其余從屬權(quán)利要求的主題。
下面將以實施例的形式并參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其中

圖1是設(shè)置有排氣道的內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是在具有和無廢氣再循環(huán)的NOX再生期間的λ時間曲線圖。
圖1示出了一種設(shè)置有排氣道12的內(nèi)燃機10的示意圖。內(nèi)燃機10的下游設(shè)置有一小體積的預(yù)催化器14，以及設(shè)置在排氣道12中的NOX存儲式催化器16。λ探測器18用于廢氣中氧濃度的探測，并且其位于排氣道12的催化器系統(tǒng)14，16之前。λ探測器18將一個信號提供給發(fā)動機控制裝置20，后者對該信號及其他測量信號以及內(nèi)燃機10的運行參數(shù)進(jìn)行處理。一個控制單元22集成在發(fā)動機控制裝置20中，其中在該控制單元中以數(shù)字形式存儲了按照本發(fā)明用以實現(xiàn)NOX存儲式催化器16的NOX再生的程序。根據(jù)所輸入的信號，發(fā)動機控制裝置20或者控制單元22將控制內(nèi)燃機10的運行方式，其控制方式，例如是影響噴入的空氣-燃料混合物。為了該目的，所吸入的新鮮空氣流將通過吸管26中節(jié)氣閥24的調(diào)節(jié)而加以控制，然后，發(fā)動機控制裝置20或者控制單元22將控制設(shè)置在廢氣回程管道28中的廢氣回程閥30。
如果這時在內(nèi)燃機10的貧油階段期間，確定出NOX存儲式催化器16的再生必要性，控制單元22將使內(nèi)燃機10轉(zhuǎn)換到均勻的、化學(xué)計量的或富油的運行方式下。為此，例如控制單元22可預(yù)先給定節(jié)氣閥24的一個較大的閉合位置，由此降低所提供空氣-燃料混合物中的氧量。按照本發(fā)明，在再生持續(xù)時間的至少一段時間期間，廢氣再循環(huán)將降低和/或完全中止。這同樣是由發(fā)動機控制裝置20或控制單元22對廢氣回程閥30的相應(yīng)控制實現(xiàn)的。
圖2示出了在NOX存儲式催化器16的NOX再生期間利用催化器系統(tǒng)14，16前面的λ探測器18所檢測的λ值的時間曲線簡圖。其中虛線32表示在再生期間按照當(dāng)前通常實踐(再循環(huán)率大約為30Vol.％)接通廢氣再循環(huán)的λ曲線，而實線34表示無廢氣再循環(huán)的相應(yīng)λ曲線。在起始的貧油階段(Magerphase)期間，兩條曲線32，34具有符合λ貧油預(yù)給定值(Lambdamagervorgabe)λm的恒定水平。在檢測到有再生必要性并在提供給內(nèi)燃機10的空氣-燃料混合物轉(zhuǎn)換到富油情況后，也就是所謂的富含燃料的化合物情況下，到時間點t0，在同時進(jìn)行廢氣再循環(huán)的情況下，所檢測的信號32在貧油的λ值λm上還保持一定延時。這樣可以再循環(huán)富含氧的廢氣，該廢氣經(jīng)過貧油階段還處于廢氣再循環(huán)管道28中，并且可提供所吸入的新鮮空氣。在該延遲后，會出現(xiàn)一相對平滑的信號32下降到時間點t1，在該時間點上其達(dá)到與λ富油預(yù)給定值(Lambdafettvorgabe)λf相應(yīng)的值。λ值在先下降的平坦度同樣是廢氣供給到所吸入的新鮮空氣中的結(jié)果。在接著的再生時間期間，其一直延伸到時間點t2，將遵循λ富油預(yù)給定值λf，并且用在廢氣中所具有的還原劑CO和HC來還原NOX存儲式催化器中所存儲的氮氧化物NOX。在時間點t2上完成存儲器清空后，內(nèi)燃機10重新轉(zhuǎn)換到貧油模式下，使得λ值重新達(dá)到λ貧油預(yù)定值λm。
按照本發(fā)明無廢氣再循環(huán)所檢測到的λ曲線34(實線)表示出與上述接通廢氣再循環(huán)所檢測到的曲線32有明顯差異。λ曲線34表示無廢氣再循環(huán)情況下在時間點t0上將內(nèi)燃機10轉(zhuǎn)換到富油運行模式后幾乎直接開始，并按比例向下傾斜的曲線，使得λ富油預(yù)給定值λf在時間點t1′上就已達(dá)到。此外，再生持續(xù)時間是必須達(dá)到NOX存儲式催化器16的存儲器完全清空的時間，這要比允許廢氣再循環(huán)的時間明顯地縮短了，使得NOX再生結(jié)束的時間達(dá)到時間點t2′。在同時進(jìn)行廢氣再循環(huán)(曲線32)情況下的很長再生時間是持續(xù)的廢氣提取的結(jié)果，這使得僅可提供減少的原劑物流，用以轉(zhuǎn)換NOX存儲式催化器的氮氧化物的還原劑的物質(zhì)流量。
總之，無廢氣再循環(huán)的再生時間與同時進(jìn)行廢氣再循環(huán)所需要的再生時間相比幾乎縮短了一半。按照本發(fā)明的最大15Vol.％的優(yōu)選廢氣再循環(huán)率可表示為λ曲線，這些入曲線表現(xiàn)為所示曲線之間的中間狀態(tài)。
通過廢氣再循環(huán)的接通或在NOX再生結(jié)束之前使廢氣再循環(huán)率增大，再生時間只會出現(xiàn)極小的增加。該缺點將通過使內(nèi)燃機的運行模式最大程度地瞬時中性的轉(zhuǎn)換的優(yōu)點而被克服。
附圖標(biāo)記一覽表內(nèi)燃機12廢氣道14預(yù)催化器16NOX存儲式催化器18λ探測器20發(fā)動機控制裝置22控制單元24節(jié)氣閥26吸氣管28廢氣再循環(huán)管道30廢氣再循環(huán)閥32帶有廢氣再循環(huán)的λ曲線34無廢氣再循環(huán)的λ曲線λfλ富油預(yù)定值λmλ貧油預(yù)定值
權(quán)利要求
1.用以對設(shè)在內(nèi)燃機廢氣道中的NOX存儲式催化器進(jìn)行NOX再生方法，其中內(nèi)燃機可以工作在各種運行模式下，并且在至少一種運行模式下，將廢氣再循環(huán)到內(nèi)燃機吸入空氣中，其特征在于，NOX再生在其再生持續(xù)時間的至少一部分期間是在降低廢氣再循環(huán)率或無廢氣再循環(huán)的情況下進(jìn)行的，并且在NOX再生結(jié)束前增大廢氣再循環(huán)率或啟動廢氣再循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在0-15Vol.％，特別是0-10Vol.％的廢氣再循環(huán)率下進(jìn)行NOX再生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在NOX再生結(jié)束之前，將廢氣再循環(huán)率增大到5-25Vol.％，特別是15Vol.％。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，在NOX再生結(jié)束之前，廢氣再循環(huán)率可分級或連續(xù)地增大。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，在NOX再生結(jié)束之前，廢氣再循環(huán)率可增大5-0.5s，特別是2s。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，在NOX再生結(jié)束之前增大廢氣再循環(huán)率的時間點可根據(jù)在增大之前和/或之后具有的廢氣再循環(huán)率來設(shè)定。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，在內(nèi)燃機一定的化學(xué)計量或富油運行情況下進(jìn)行NOX再生。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于，在內(nèi)燃機均勻運行下進(jìn)行NOX再生。
9.用以對設(shè)在內(nèi)燃機廢氣道中的NOX存儲式催化器進(jìn)行NOX再生裝置，其特征在于，該NOX再生裝置設(shè)有一個裝置，借助該裝置在降低廢氣再循環(huán)率或無廢氣再循環(huán)的情況下和在NOX再生結(jié)束之前增大廢氣再循環(huán)率的情況下執(zhí)行NOX再生的各個方法步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，該裝置包括一控制單元(22)，在其中以數(shù)字的形式存儲了為實現(xiàn)NOX存儲式催化器的NOX再生而控制各方法步驟的程序。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，控制單元(22)可集成在發(fā)動機控制裝置(20)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在安裝于內(nèi)燃機的廢氣通道中的NO
文檔編號F02M25/07GK1429315SQ01805960
公開日2003年7月9日 申請日期2001年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月2日
發(fā)明者埃克哈德·波特, 赫爾曼·哈恩, 澤淪·欣策, 米歇爾·齊爾默 申請人:大眾汽車股份公司