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CN1287077C - 用以对设在内燃机排气道中的NOx存储式催化器进行NOx再生的方法和装置 - Google Patents

用以对设在内燃机排气道中的NOx存储式催化器进行NOx再生的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在安装于内燃机的废气通道中的NOX存储式催化器中进行NOX再生的方法和装置，由此内燃机可以以不同的操作方式操作，并且废气在至少一种操作方式中返回到内燃机的导入气体中。根据本发明，NOX的再生是在降低废气再循环率或无废气再循环的情况下的至少一部分时间进行的。在NOX的再生结束之前5-0.5秒增加废气再循环率或启动废气再循环。这样就实现了快速切换到再生区中而不会发动不起内燃机，并且实现了短的再生时间。

Description

用以对设在内燃机排气道中的NOX存储式催化器 进行NOX再生的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种对设在内燃机排气道中的NOX存储式催化器进行NOX再生的方法和装置。
背景技术
为了对内燃机尤其是有时贫油(mager)运行的内燃机的废气进行再处理，众所周知，可将具有NOX存储功能的催化器(NOX存储式催化器)设置在内燃机的废气管道中。借此，催化器促使诸如一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物和氮氧化物这样组分的废气转换为对环境影响较小的化合物，以降低有害物质的排放。现时，力图使内燃机尽可能持续运行在贫油的λ＞1运行模式下，也就是，在所提供的空气-燃料混合物中具有过量的氧。在这种情况下，燃料的消耗就会降低。另一方面，在因过量氧的贫油模式下，不会达到NOX的完全催化还原，而在贫油运行下会使NOX吸收在NOX存储式催化器中。由于受限的催化器NOX存储容量，因此必需在周期性时间间隔进行NOX再生，为此通常用富油废气气氛的冲击，使得所吸收的NOX将通过现有的存在于废气中的过量还原剂(HC、CO)而被转换。
亦已公知，内燃机采用废气再循环运行，由此废气的一部分会与内燃机所提供的空气-燃料混合物进行混合。通过该措施，使内燃机温度以及由此使NOX的产生降低。为此，通常根据内燃机的运行点控制设置在再循环管道中的废气再循环阀。
对NOX存储式催化器的NOX再生进行控制和废气再循环通常相互独立地进行，使得在NOX再生期间允许废气再循环。由此，带来了各种问题。首先，从内燃机的贫油运行到富油运行的转换持续时间，即由富油空气-燃料混合物给定时间点到出现富油废气实际时间点所经过的时间，会不希望地延长。这是由于在废气再循环管道中存在富含氧气的废气，该废气再被导入内燃机的燃烧室，在此期间要求内燃机处于富油模式(Fettmodus)下。通过内燃机由分层运转到均匀运转还会出现另一问题，这通常会随着转换到富油模式而出现。与此相联的是，在运行转换以后特别短的时候导致可燃性问题和点火中断，这时尽管燃料供给提高，混合物仍会过贫油而不能燃烧。该问题通过起初还贫油的废气的再循环而会更加严重。最后，通过废气再循环会使NOX再生时间显著延长。这会降低废气物质流量(Massenstrom)并由此降低还原剂流量，而后者对于在NOX存储式催化器上释放的氮氧化物的转换来说是非常必要的。再生持续时间的延长会导致增大燃料式消耗的增加。
发明内容
因此本发明的任务在于，提供一种方法以及一种装置，通过它们可克服现有技术中实施NOX存储式催化器的NOX再生时的上述问题。
本发明的目的可通过以下的方法和装置实现。其方式是，通过降低废气再循环率或不提供废气再循环进行NOX再生，在废气再循环率的增大或启动以后发生NOX再生的结束，这保证了内燃机由贫油运行到富油运行的转换迅速并不间断，并且缩短了再生时间。此外，由于转换迅速，由λ＞1到λ≤1的λ值过渡时，可以看到的NOX解吸峰值得以减小。在NOX再生结束之前5-0.5秒，通过增大废气再循环率，使内燃机由再生模式到贫油模式的转换的过渡连续出现，使得机动车的运行状况不会发生改变。
在该方法的优选实施例中，NOX再生在其再生时间的至少一部分期间会以废气再循环率至多为15Vol.％，尤其是至多为10Vol.％进行。其余时间的再循环率会根据发动机类型而在25-35Vol.％范围内变化。对此，体积分数涉及所循环的废气体积在输入内燃机的总空气体积中所占的分数。在有利的预给定范围内，废气再循环率会在再生期间逐级地或连续地变化。
此外，最好是废气再循环率在NOX再生结束之前增大到5-25Vol.％，特别是15Vol.％。由此在NOX再生结束时达到的废气再循环率特别依赖于NOX再生结束以后所调整到的再循环率。
另一有利的构型在于，废气再循环率在NOX再生结束之前分级或连续地增大。按这种方式，过渡可以进一步平整。
按照另一个实施方式，废气再循环率在NOX再生结束之前2秒将增大。在这方面，可进一步有利地考虑：在NOX再生结束之前增大废气再循环率的时间点可根据在增大之前，和/或之后具有的废气再循率来设定。例如，在增大前后废气再循环率差异较大时，则应当在NOX再生结束之前相对较早时开始废气再循环率的增大。
在按照本发明用以实现NOX再生的装置中，设有一个装置，借助该装置在降低废气再循环率或无废气再循环的情况下和在NOX再生结束之前增大废气再循环率的情况下执行NOX再生的各个方法步骤。
在所述实施例中，该装置包括一个控制单元，其中可以以数字形式寄存对NOX再生和NOX存储式催化器按步骤进行控制的程序，其中在发动机控制装置中可以集成控制单元。
本发明还可以包括其它有利的进一步构型。
附图说明
下面将以实施例的形式并参照附图对本发明进行详细描述，其中：
图1是设置有排气道的内燃机结构示意图；
图2是在具有和无废气再循环的NOX再生期间的λ时间曲线图。
具体实施方式
图1示出了一种设置有排气道12的内燃机10的示意图。内燃机10的下游设置有一小体积的预催化器14，以及设置在排气道12中的NOX存储式催化器16。λ探测器18用于废气中氧浓度的探测，并且其位于排气道12的催化器系统14，16之前。λ探测器18将一个信号提供给发动机控制装置20，后者对该信号及其他测量信号以及内燃机10的运行参数进行处理。一个控制单元22集成在发动机控制装置20中，其中在该控制单元中以数字形式存储了按照本发明用以实现NOX存储式催化器16的NOX再生的程序。根据所输入的信号，发动机控制装置20或者控制单元22将控制内燃机10的运行方式，其控制方式，例如是影响喷入的空气-燃料混合物。为了该目的，所吸入的新鲜空气流将通过吸管26中节气阀24的调节而加以控制，然后，发动机控制装置20或者控制单元22将控制设置在废气回程管道28中的废气回程阀30。
如果这时在内燃机10的贫油阶段期间，确定出NOX存储式催化器16的再生必要性，控制单元22将使内燃机10转换到均匀的、化学计量的或富油的运行方式下。为此，例如控制单元22可预先给定节气阀24的一个较大的闭合位置，由此降低所提供空气-燃料混合物中的氧量。按照本发明，在再生持续时间的至少一段时间期间，废气再循环将降低和/或完全中止。这同样是由发动机控制装置20或控制单元22对废气回程阀30的相应控制实现的。
图2示出了在NOX存储式催化器16的NOX再生期间利用催化器系统14，16前面的λ探测器18所检测的λ值的时间曲线简图。其中虚线32表示在再生期间按照当前通常实践(再循环率大约为30Vol.％)接通废气再循环的λ曲线，而实线34表示无废气再循环的相应λ曲线。在起始的贫油阶段(Magerphase)期间，两条曲线32，34具有符合λ贫油预给定值(Lambdamagervorgabe)λm的恒定水平。在检测到有再生必要性并在提供给内燃机10的空气-燃料混合物转换到富油情况后，也就是所谓的富含燃料的化合物情况下，到时间点t0，在同时进行废气再循环的情况下，所检测的信号32在贫油的λ值λm上还保持一定延时。这样可以再循环富含氧的废气，该废气经过贫油阶段还处于废气再循环管道28中，并且可提供所吸入的新鲜空气。在该延迟后，会出现一相对平滑的信号32下降到时间点t1，在该时间点上其达到与λ富油预给定值(Lambdafettvorgabe)λf相应的值。λ值在先下降的平坦度同样是废气供给到所吸入的新鲜空气中的结果。在接着的再生时间期间，其一直延伸到时间点t2，将遵循λ富油预给定值λf，并且用在废气中所具有的还原剂CO和HC来还原NOx存储式催化器中所存储的氮氧化物NOX。在时间点t2上完成存储器清空后，内燃机10重新转换到贫油模式下，使得λ值重新达到λ贫油预定值λm。
按照本发明无废气再循环所检测到的λ曲线34(实线)表示出与上述接通废气再循环所检测到的曲线32有明显差异。λ曲线34表示无废气再循环情况下在时间点t0上将内燃机10转换到富油运行模式后几乎直接开始，并按比例向下倾斜的曲线，使得λ富油预给定值λf在时间点t1′上就已达到。此外，再生持续时间是必须达到NOX存储式催化器16的存储器完全清空的时间，这要比允许废气再循环的时间明显地缩短了，使得NOX再生结束的时间达到时间点t2′。在同时进行废气再循环(曲线32)情况下的很长再生时间是持续的废气提取的结果，这使得仅可提供减少的原剂物流，用以转换NOX存储式催化器的氮氧化物的还原剂的物质流量。
总之，无废气再循环的再生时间与同时进行废气再循环所需要的再生时间相比几乎缩短了一半。按照本发明的最大15Vol.％的优选废气再循环率可表示为λ曲线，这些λ曲线表现为所示曲线之间的中间状态。
通过废气再循环的接通或在NOX再生结束之前使废气再循环率增大，再生时间只会出现极小的增加。该缺点将通过使内燃机的运行模式最大程度地瞬时中性的转换的优点而被克服。
附图标记一览表
10  内燃机              12  废气道
14  预催化器            16 NOX存储式催化器
18  λ探测器            20  发动机控制装置
22  控制单元            24  节气阀
26  吸气管              28  废气再循环管道
30  废气再循环阀        32  带有废气再循环的λ曲线
34  无废气再循环的λ曲线
λf λ富油预定值       λm  λ贫油预定值

Claims (14)

1、用以对设在内燃机(10)废气道(12)中的NOX存储式催化器(16)进行NOX再生的方法，其中内燃机(10)可以工作在各种运行模式下，并且在至少一种运行模式下，将废气再循环到内燃机(10)吸入空气中，在NOX再生所持续的至少一部分期间，NOX再生是在降低废气再循环率或无废气再循环的情况下进行的，其特征在于，在NOX再生结束前5-0.5秒，增大废气再循环率或启动废气再循环。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于，在至多15Vol.％的废气再循环率下进行NOX再生。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于，在至多10Vol.％的废气再循环率下进行NOX再生。
4、根据权利要求1或2或3的方法，其特征在于，在NOX再生结束之前，将废气再循环率增大到5-25Vol.％。
5、根据权利要求4的方法，其特征在于，在NOX再生结束之前，将废气再循环率增大到15Vol.％。
6、根据权利要求5的方法，其特征在于，在NOX再生结束之前，废气再循环率可分级或连续地增大。
7、根据上述权利要求1的方法，其特征在于，在NOX再生结束之前2秒，增大废气再循环率。
8、按照权利要求1的方法，其特征在于，在NOX再生结束之前增大废气再循环率的时间点可根据在增大之前和/或之后具有的废气再循环率来设定。
9、按照权利要求7的方法，其特征在于，在NOX再生结束之前增大废气再循环率的时间点可根据在增大之前和/或之后具有的废气再循环率来设定。
10、根据上述权利要求1或2或3的方法，其特征在于，在内燃机一定的化学计量或富油运行情况下进行NOX再生。
11、根据上述权利要求1或2或3的方法，其特征在于，在内燃机均匀运行下进行NOX再生。
12、用以对设在内燃机(10)废气道(12)中的NOX存储式催化器(16)进行NOX再生的装置，其中内燃机(10)可以工作在各种运行模式下，并且在至少一种运行模式下，将废气再循环到内燃机(10)吸入空气中，其特征在于，该NOX再生装置设有一个装置，借助该装置在降低废气再循环率或无废气再循环的情况下和在NOX再生结束之前5-0.5秒增大废气再循环率的情况下再生NOX。
13、根据权利要求12的装置，其特征在于，该装置包括一控制单元(22)，在其中以数字的形式存储了为实现NOX存储式催化器的NOX再生的控制程序。
14、根据权利要求13的装置，其特征在于，控制单元(22)可集成在发动机控制装置(20)中。
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