CN101096923B - 用于操作具有四元催化转化器的内燃发动机的方法 - Google Patents

用于操作具有四元催化转化器的内燃发动机的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于操作内燃发动机的方法，包括：如果氧化催化转化器的当前温度T催化剂低于预先定义的温度T阈值，1，即T催化剂＜T阈值，1，将组合式排气后处理系统的氧化催化转化器加热至预先定义的温度T阈值，1；接下来使排气富集用于还原氮氧化物(NOX)的还原剂。在该方法中：为了开始微粒过滤器的再生，预先定义的温度T阈值，1增加修正值ΔTDPF，即T阈值，2＝T阈值，1+ΔTDPF，所述温度增量ΔTDPF预先定义为过滤器负载m碳黑的函数，即ΔTDPF＝f(m碳黑)，和/或为了对存储催化转化器(LNT)进行脱硫，预先定义的温度T阈值，1或T阈值，2增加修正值ΔTLNT达到T阈值，3，所述温度增量ΔTLNT预先定义为氮氧化物的总转化率ΔNOX的函数，即ΔTLNT＝f(ΔNOX)。本发明旨在提供一种有利的方式操作所述类型的组合式排气后处理系统的方法，特别涉及微粒过滤器的再生和存储催化转化器的清洁或脱硫。

Description

用于操作具有四元催化转化器的内燃发动机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作内燃发动机的方法，具体涉及操作具有四元催化转化器的内燃发动机的方法。
背景技术
根据现有技术，内燃发动机具有不同的排气后处理系统以便减少污染物排放。即使没有附加措施，如果温度水平足够高且存在足够的氧量，则未燃烧的碳氢化合物(HC)及一氧化碳(CO)的氧化随着汽缸进气的膨胀和排出而发生。然而，作为排气温度沿下游快速下降及所产生的快速下降的反应速度的结果，所述反应快速中断。任何氧的缺乏都可以通过空气的二次注入来补偿。然而通常需要在排气管中提供专门的反应器和/或过滤器，以便在所有的操作条件下显著地减少污染物排放。
通过提供热绝缘和排气系统中足够大的排气管体积，热反应器尝试对排气系统中的HC和CO提供全面的后氧化处理。热绝缘的目的在于通过最小化热损失来确保最高可能温度水平，而大排气管体积目的在于确保较长的排气停留时间。较长的停留时间和较高的温度水平两者有助于所需的后氧化处理。这样做的缺点是亚化学计量燃烧期间的低效率及高成本。对柴油发动机来说，热反应器因为太低的温度水平而不能实现这样的目标。
鉴于所述原因，根据现有技术，使用具有催化反应器的火花点火发动机，其中通过使用增加特定反应的速度的催化材料，甚至在低温度下也能确保HC和CO的氧化。如果氮氧化物也需要还原，则这可以通过使用三元催化转化器来实现，然而这样的催化转化器为此目的要求火花点火发动机在窄范围(λ≈1)内的化学计量操作。
在此，通过所出现的未氧化的排气成分来还原氮氧化物NOX，具体来说，这些成分包括一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物，且同时氧化所述排气成分。
在以额外的空气操作的内燃发动机，即例如以稀混合气燃烧模式操作的火花点火发动机，特别是直喷式柴油发动机或直喷式火花点火发动机中，主要因为缺少还原剂，所以包含在排气中的氮氧化物不能被还原。
为了氧化未燃烧的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)，在排气系统中提供氧化催化转化器。为了还原氮氧化物，使用选择性催化转化器-即所称的SCR催化转化器，其中以预定方式将还原剂引入到排气中，以便选择性地还原氮氧化物。除氨和尿素之外，未燃烧的碳氢化合物也被用作还原剂。这也称为HC富集，其中将未燃烧的碳氢化合物直接引入到排气管中或通过发动机的内部措施，例如在主燃烧之后通过附加燃料的后喷射将未燃烧的碳氢化合物添加进燃烧室。在此，后喷射的燃料不应在燃烧室中由持续的主燃烧或由仍然存在的较高燃烧气体温度点燃，即使在主燃烧结束之后亦如此，而是应在进气交换期间引入到排气管中。
然而，从工厂的角度来看，使用后喷射处理的内燃发动机非常易受未燃烧的碳氢化合物引起的机油稀释或污染影响。取决于后喷射的燃料量及喷射时间，或多或少的一部分后喷射的燃料会冲击汽缸内壁并在那里与粘着的机油膜混合。燃料接下来和机油及漏出的气体一起进入曲轴箱，从而明显增加机油稀释。机油稀释随着增加的燃料量及在后面的方向上的后喷射的运动而增加。作为机油润滑性能改变的结果，机油稀释对磨损和耐久性，即内燃发动机的使用寿命具有显著影响。
基本上也可以通过所称的氮氧化物存储催化转化器(LNT-稀NOX捕集器)来还原氮氧化物排放，作为组合式排气后处理系统的组件的该催化转化器也是本发明的主题。
在此，在内燃发动机的稀混合气燃烧模式期间，氮氧化物最初在催化转化器中被吸收，即累积和存储，然后在再生阶段(脱NOX)期间在缺乏氧而未燃烧的碳氢化合物充当还原剂的情况下例如通过内燃发动机的亚化学计量操作(例如λ＜0.95)还原。用于使排气富集还原剂，特别是未燃烧的碳氢化合物的其他发动机内部选项包括排气再循环(EGR)及柴油发动机进气管中的节流动作(throttling action)。如上已对SCR催化转化器所述，也可以通过类似地可视为发动机内部措施的燃料的后喷射来使排气富集未燃烧的碳氢化合物。该方法的缺点与上文所述相同，特别是机油稀释。
如果通过例如喷射附加的燃料，将还原剂直接引入到排气管中，则可以不使用发动机内部措施。在再生阶段期间，氮氧化物被释放出，且基本上转化为二氧化氮(NO2)，二氧化碳(CO2)及水(H2O)。
通过氮氧化物的总排放量及LNT的存储容量来确定再生阶段的频率。存储催化转化器(LNT)的温度应优选在200℃至450℃之间的温度窗口中，使得既能确保快速还原，又不发生重新释放的氮氧化物(NOX)没有转化的脱附，这可以在较高温度下触发。
使用LNT的一个问题来源于包含在排气中的硫，硫类似地由LNT吸收，且必须通过所称的脱硫(脱SOX)定期去除。为此目的，必须将LNT加热到通常在600℃至700℃之间的较高温度，并提供还原剂，这可以接下来通过切换到内燃发动机的浓混合气燃烧模式来实现。
对于使排气富集还原剂，请参考上文中结合SCR催化转化器和LNT的清洁进一步做出的说明。
根据现有技术，定期执行存储催化转化器的脱硫，即以固定的预先定义的间隔执行，一般是在达到了预先定义的行驶距离或操作持续时间时执行。然而该方法不能满足需求，因为脱硫撇开实际需要执行-实际需要即硫对LNT的污染。执行不必要的脱硫会造成增加的燃料消耗，因为必须考虑到要使用附加燃料来加热LNT且如果适合，还要使排气富集还原剂。从经济的角度，所述的方法因此被视为是不利的，特别是由于燃料消耗的减少是主要的开发目标。
此外，脱硫所需的较高温度会损坏存储催化转化器，增加催化转化器的热老化并在催化转化器的使用寿命后期对所需的氮氧化物的转化产生负面影响。LNT的存储容量或存储氮氧化物的容量随着增加的操作持续时间而减小，这主要应归因于硫对存储催化转化器的污染，即硫在LNT中的累积。随增加的操作减小的LNT存储容量也不利于定期执行LNT的脱硫。
为了最小化碳黑微粒的排放，根据现有技术，使用从排气中过滤出并存储碳黑微粒的所称的再生式微粒过滤器，所述碳黑微粒在过滤器再生(脱碳黑)期间间歇性地燃尽。为此目的，需要在排气中具有氧或额外的空气，以便氧化过滤器中的碳黑，且这可以通过例如内燃发动机的超化学计量操作(λ＞1)来提供。
根据现有技术，定期再生过滤器，即以固定的预先定义的间隔进行再生，一般是在达到了预先定义的行驶距离或操作持续时间时进行再生。过滤器的实际负载也可以通过数学模型进行估计或通过测量由过滤器中增加的微粒质量带来的过滤器流阻产生的排气背压进行估计，并在达到预先定义的最大可允许负载时执行再生。
仅在高负载及高转速操作期间能达到微粒过滤器再生的较高温度-无催化辅助时约550℃。因此必须借助附加措施来确保所有操作条件下的过滤器再生。
可以通过将附加燃料后喷射进入燃烧室来加热微粒过滤器，后喷射的燃料因完成主燃烧或燃烧结束时出现在燃烧室中的较高温度而在燃烧室中点燃，使得排入排气管的排气的排气温度在发动机内升高。也可以通过以亚化学计量(λ＜1)方式操作内燃发动机来加热排气从而加热过滤器，这也类似地视为发动机内部措施。
还应结合微粒过滤器的再生考虑，附加燃料的使用是作为切换到浓混合气发动机燃烧模式的结果或作为为加热目的而后喷射燃料的结果，主要会对内燃发动机的燃料消耗产生负面影响。特别是，微粒过滤器再生的频率及过滤器再生的持续时间对用于这些目的的燃料量具有显著且直接的影响，从而对总的燃料消耗产生显著且直接影响。
由于火花点火发动机的排气和柴油发动机的排气两者都包含未燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)以及碳黑微粒-虽然量和质量不同，因此在现有技术中通常使用由一个或多个上述催化转化器、反应器和/或过滤器组成的组合式排气后处理系统。
本发明的主题是具有作为排气后处理组件的氧化催化转化器、存储催化转化器(LNT)及微粒过滤器(DPF)的组合式排气后处理系统，即所称的四元催化转化器。
组合式排气后处理系统的单独的组件可以具体表现为分离的组件。在每种情况下都可以为存储催化转化器与微粒过滤器提供分离的支撑基板。在此，形成两个支撑基板，使其彼此分离或连接在一起，且存储催化转化器通常排列在微粒过滤器的上游。
可以选择使用蜂窝式过滤器作为微粒过滤器，蜂窝式过滤器同时充当用于形成存储催化转化器的支撑基板。在此，存储催化转化器和微粒过滤器打破了作为一个结构单元的原则，即作为整体组件或整体排气后处理组件形成。
组合式排气后处理系统的组件，即氧化催化转化器、存储催化转化器及微粒过滤器，通常串行连接，存储催化转化器排列在微粒过滤器的上游，而氧化催化转化器排列在存储催化转化器的上游。
单独组件这样的排列是有利的，对于减少相应的污染物所需的温度来说尤其如此。
为了转化足够量的污染物并显著减少污染物排放，柴油发动机用的氧化催化转化器及火花点火发动机中使用的三元催化转化器两者都需要特定的操作温度。在本发明的上下文中，在多个氧化催化转化器中还包括三元催化转化器。
作为在其他两个组件上游提供氧化催化转化器的结果，氧化催化转化器是最接近内燃发动机出口且热排气首先通过的排气后处理组件。因此，热损失及关联的热排气温度下降较少。因此，即使在冷起动之后，氧化催化转化器也能在较短的时间跨度内到达其所称的起燃(light-off)温度，例如150℃。特别是在内燃发动机的亚化学计量操作(λ＜1)期间，作为氧化催化转化器中加强的氧化过程的结果，排气中未燃烧的碳氢化合物的高浓度可以确保排气温度明显上升。在此，热量在需要之处得到释放，具体来说是在相邻于排气后处理组件处。
氧化催化转化器中发生的放热反应加热流过的排气，且因此使排列在催化转化器下游的排气后处理组件得到加热，这有利于分配给所述组件的目标。位于下游的存储催化转化器(LNT)以其200℃至450℃的优选温度范围操作。然而，在此仍未达到脱硫所需的较高温度。
微粒过滤器通常在一般的发动机稀混合气燃烧操作期间不能达到其再生温度550℃。然而，在存储催化转化器中发生的反应只是稍与热耗散关联，并以此方式导致排气温度及微粒过滤器温度的升高。
另外，过滤器的再生、所称的被动式再生即使在低温下也会发生，其中排气中的氮氧化物(NOX)为氧化提供氧，这里的氧化即燃烧存储在过滤器中的碳黑微粒，且基本上形成一氧化氮(NO)及一氧化碳(CO)。
由于所述两个排气后处理组件要求不同且部分冲突的边界条件或内燃发动机操作参数，所以同时操作和控制存储催化转化器和微粒过滤器会在某些情况下导致冲突。两个组件都需要较高温度，具体来说过滤器的再生及LNT的清洁或脱硫需要较高温度。然而对空燃比λ的需求不同。过滤器需要氧，即额外的空气并因此需要内燃发动机的超化学计量操作(λ＞1)以便氧化碳黑，而LNT的清洁或脱硫却需要使排气富集还原剂并因此需要内燃发动机的亚化学计量(λ＜1)操作。
基本上有利的是以产生协同效应的方式配置四元催化转化器的操作，特别在加热各组件的方面这是可能的。
根据现有技术，例如，加热组合式排气后处理系统，在达到最低温度时，开始微粒过滤器的再生，且接下来执行存储催化转化器的脱硫。
过滤器再生期间的碳黑燃烧是放热过程，作为其结果，至少能保持先前在加热期间达到的温度。如果适合，则温度进一步升高，但这不利于接下来的存储催化转化器的脱硫。
发明内容
根据上述背景，本发明的目标是说明一种根据权利要求1的前序部分的方法，使用该方法可以按尽可能有利的方式操作所讨论的类型的组合式排气后处理系统，特别是对于微粒过滤器的再生及存储催化转化器的清洁或脱硫。
所述目标是通过一种用于操作内燃发动机的方法实现的，所述内燃发动机具有至少一个汽缸及用于排出来自至少一个汽缸的排气的至少一个排气管，且具有在至少一个排气管中提供的用于排气后处理的组合式排气后处理系统，其中该组合式排气后处理系统是具有下述组件的四元催化转化器：
特别用于氧化包含在排气中的一氧化碳(CO)和未燃烧的碳氢化合物(HC)的氧化催化转化器；
用于存储和还原包含在排气中的氮氧化物(NOX)的存储催化转化器(LNT)；及
用于收集和燃烧包含在排气中的碳黑微粒的微粒过滤器，
且在所述方法中：
如果氧化催化转化器的当前温度T催化剂低于预先定义的温度T阈值，1，即T催化剂＜T阈值，1，将组合式排气后处理系统的氧化催化转化器加热至预先定义的温度T阈值，1；接下来
使排气富集用于还原氮氧化物(NOX)的还原剂，
且在所述方法中：
为了开始微粒过滤器的再生，预先定义的温度T阈值，1增加修正值ΔTDPF，其中T阈 值，2＝T阈值，1+ΔTDPF，所述温度增量ΔTDPF预先定义为过滤器负载m碳黑的函数，即ΔTDPF＝f(m碳黑)，和/或
为了对存储催化转化器(LNT)进行脱硫，预先定义的温度T阈值，1或T阈值，2增加修正值ΔTLNT达到T阈值，3，所述温度增量ΔTLNT预先定义为氮氧化物的总转化率ΔNOX的函数，即整个排气管上的转化率，即ΔTLNT＝f(ΔNOX)。
附图说明
在下文中，根据图1至4基于两种方法变体更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出预先定义的温度增量ΔTDPF与过滤器负载m碳黑之间的函数关系ΔTDPF(m碳 黑)的示例；
图2示出预先定义的温度增量ΔTLNT与总转化率ΔNOX之间的函数关系ΔTLNT(ΔNOX)的示例；
图3示出本发明的方法的第一实施例；及
图4示出本发明的方法的第二实施例。
参考符号
EGR         排气再循环
CH4         甲烷
CO          一氧化碳
CO2         二氧化碳
脱NOX       存储催化转化器的清洁
脱碳黑      微粒过滤器的再生
脱SOX       存储催化转化器的脱硫
dm碳黑/dt   过滤器再生速率，再生期间的碳黑转化速率
HC          未燃烧的碳氢化合物
H2O         水
NO2         二氧化氮
NOX         氮氧化物
ΔNOX       氮氧化物的总转化率
LNT         稀NOX捕集器，存储催化转化器
m碳黑       满负载的微粒过滤器的碳黑质量，过滤器负载
mS          负载的存储催化转化器的硫质量
SCR         选择性催化还原
ΔTDPF      预先定义的用于过滤器再生的温度增量
ΔTLNT      预先定义的用于存储催化转化器的脱硫的温度增量
T催化剂     氧化催化转化器的温度
TDPF        微粒过滤器的温度
TLNT        存储催化转化器的温度
T阈值，1    预先定义的氧化催化转化器的最低温度
T阈值，2    预先定义的用于微粒过滤器的再生的氧化催化转化器的温度
T阈值，3    预先定义的用于存储催化转化器的脱硫的氧化催化转化器的温度
λ          空燃比
具体实施方式
根据本发明，包括氧化催化转化器的温度T催化剂，且可直接测量或通过温度传感器计算该温度。在此，该温度的计算可以例如基于在排气管中的另一个点上检测到的温度。可以按此方式使用现有的传感器，例如用于车载故障诊断(OBD)的传感器。
预先定义的T阈值，1可以变化且可以取决于相应的目标。如果只要氧化通常包含在排气中的未燃烧的碳氢化合物或所出现的一氧化碳，则最低温度或阈值温度T阈值，1可预先定义为例如约180℃-250℃。
氧化催化转化器的所述温度与排气富燃料化期间在氧化催化转化器中发生的放热反应一起，确保位于下游的存储催化转化器以其优选的温度窗口200℃至450℃操作。存储的氮氧化物的释放及其后续的还原只需要很短的时间，即仅几秒钟。
测试表明，用于提供内燃发动机的亚化学计量操作(λ＜1)的发动机内部措施-无论是升高排气温度还是富集排气以用于LNT的清洁或脱硫-基本上导致增加的甲烷排放(CH4)。如果大量的甲烷被氧化-如所述这会可能作为使用发动机内部措施的结果而产生，则需要预先定义显著更高的温度T催化剂，例如约500℃至550℃的T阈值，1且这有益于目标。
氧化催化转化器这样高的操作温度会强烈地加热位于下游的相邻的存储催化转化器(LNT)，以致于LNT的温度不在200℃至450℃之间的优选温度窗口内，且先前存储的氮氧化物发生脱附，这会对内燃发动机的排放产生负面影响。
鉴于此，使用分离的载体基板形成氧化催化转化器，并将所述氧化催化转化器排列在LNT上游且与其隔开是有益于的。
放热过程在氧化催化转化器中发生，特别是内燃发动机进行亚化学计量操作以使排气富燃料化期间，这本质上导致对排气进行附加的加热。根据本发明，对氧化催化转化器的加热可以用于提供位于下游的微粒过滤器的延时再生，或提供LNT的延时脱硫。
在使排气流富集用于清洁存储催化转化器的还原剂之后，内燃发动机再次切换到稀混合气燃烧模式(λ＞1)或抑制，即停止燃料或类似物直接喷射进入排气管。然后排气流具有过滤器再生所需的额外的氧，且在氧化催化转化器或存储催化转化器中部分地吸收这些氧。
测试表明，微粒过滤器在LNT的清洁过程结束20至200秒之后处于或达到其最高温度。对氧化催化转化器的加热及温度波在排气管中的传播可以引起微粒过滤器的延时加热。
为了根据本发明的方法确保微粒过滤器在LNT的清洁之后达到所需的再生温度-虽然是在延时之后，预先定义的氧化催化转化器的温度T阈值增加修正值ΔTDPF。
如果在LNT的清洁之后执行过滤器再生，则下面的等式因此可以应用于氧化催化转化器在开始排气富燃料化之前的最低温度：
T阈值，2＝T阈值，1+ΔTDPF
在此，温度增量ΔTDPF是过滤器负载m碳黑的函数，其中：
ΔTDPF＝f(m碳黑)
该函数关系使得可以只在已达到过滤器的最小负载时执行过滤器再生及其他效果。该方法的其他实施例是可能有利的，其中过滤器再生仅在过滤器的当前负载大于过滤器的额定最大负载，即该过滤器过载时开始。
图1通过示例表示预先定义的温度增量ΔTDPF与当前的过滤器负载m碳黑之间的可能的函数关系，该函数关系可以在本发明的方法的范围内使用。可以清楚地看到，温度增量ΔTDPF设置为零，直到完全落在过滤器过载(＞100％)的范围内，即再生事实上仅在足够高的过滤器过载程度下开始。
该措施的背景不是根据本发明的组合，即LNT的清洁与后续的过滤器再生的组合应替换或不需要执行适合情况下的深度及较长持续时间的过滤器再生(深度及较长持续时间的过滤器再生通常单独执行)。然而，应在LNT的清洁之后通过过滤器的至少初级再生来增加执行这样的深度再生的时间间隔。
如果过滤器再生(脱碳黑)紧接在存储催化转化器的清洁(脱NOX)之后，则可以有利地产生协同效应，且因此作为目标的单独的过滤器再生比在现有技术中执行频率低。作为过滤器再生少于现有技术的方法中的再生的结果，这会导致燃料的额外消耗。因此可以使用根据本发明的方法来减少总的燃料消耗。
根据该方法的一个有利实施例，预先定义的氧化催化转化器的温度升高，以便仅在过滤器过载时可靠地开始再生，这一事实具有这样的优点：所得到的再生速率与过滤器负载相关，即在高水平的过滤器负载得到高再生速率。为了将对过滤器再生执行的加热用作权宜之计，即尽可能经济的一种方法，过滤器再生应尽可能仅在高水平的过滤器负载上执行，以便利用可以这样获得的高再生速率dm碳黑/dt。
即使图1中示出的函数关系只具有示例特征，但温度增量ΔTDPF基本上应如所示那样倾向于随增加的过滤器负载m碳黑而升高。
根据本发明的方法，对于LNT的脱硫采取与上文中对于微粒过滤器及其再生所述类似的方法。
也就是说，在尽可能经济地使用燃料的目标下，用于加热LNT的能量应不仅用于清洁存储催化转化器，还应同时用于后者的脱硫。
由于脱硫所需600℃至700℃的温度高于过滤器再生所需的约550℃的再生温度，所以预先定义的氧化催化转化器的最低温度为存储催化转化器的脱硫所增加的温度增量ΔTLNT通常高于用于过滤器再生的温度增量ΔTDPF，其中需要考虑到内燃发动机在再生期间是以稀混合气燃烧模式操作，而在脱硫期间需要还原剂，因此，然后通常以亚化学计量方式操作内燃发动机以用于排气富燃料化。未燃烧的碳氢化合物及其他未完全氧化的排气成分在氧化催化转化器中部分氧化，以便发出热量，且以此方式导致附加的排气加热。
根据本发明，温度增量ΔTLNT预先定义为总转化率ΔNOX的函数。在本发明的范围中，总转化率表示从汽缸中排出的氮氧化物在其通过排气管的整个路径上的减少。即，互相比较内燃发动机出口处的氮氧化物浓度及排气管末端的氮氧化物浓度，以确定有多少百分比的氮氧化物浓度已沿着所有排气后处理组件降低，其中：
ΔTLNT＝f(ΔNOX)
该方法的背景是存储催化转化器在日益被硫污染时，所能够存储的氮氧化物的量不断下降。随着操作持续时间增加，硫污染增加，且同时，氮氧化物的转化减少或转化率下降。
如果总转化率ΔNOX相应地下降，则这可以看作是存储催化转化器逐渐受硫污染的指示。用于脱硫目的的温度增量ΔTLNT应随着降低的总转化率ΔNOX增加。
图2通过示例示出预先定义的温度增量ΔTLNT与总转化率ΔNOX之间的可能的函数关系，该函数关系可以在本发明的方法的范围中使用。可以清楚地看到，事实上并不在足够高的转化水平(＞40％)下开始脱硫。只在氮氧化物转化明显减少时，温度增量ΔTLNT才增加。
图1和2中的温度增量随着增加的负载或降低的转化率而升高，且示出不存在单纯的阶跃函数，这一事实基于过滤器的再生速率及LNT的硫转化率两者不仅随着增加的负载而增加，一般也以指数方式随着升高的温度而增加这样事实。
由于对应的高再生速率在特别高的过滤器负载及快速脱硫情况下较佳，即在特别严重地被硫污染的LNT的情况下需要较高的硫转化率，图1和2中的温度增量相应地增加。
温度增量ΔTLNT也可以预先定义为LNT的硫负载mS的函数，其中：
ΔTLNT＝f(mS)
相反，先前所述的方法使用排气中的氮氧化物浓度，该浓度根据现有技术通常已通过传感器检测出，以便例如监视排气后处理组件的功能性。
根据本发明的方法，可以在存储催化转化器的清洁之后执行微粒过滤器的再生或存储催化转化器的脱硫或两者的组合。
由于所有的措施都要求组合式排气后处理系统具有足够高的温度，所以这有利地产生协同效应。根据本发明，用于加热排气后处理系统的能量-例如内燃发动机的亚化学计量操作(λ＜1)期间所需的燃料-可以得到高效的使用，特别是用于多种目的。
这可以实现本发明所基于的目标，具体来说即说明一种根据权利要求1的前序部分的方法，通过该方法可以按尽可能有利的方式操作所讨论的类型的组合式排气后处理系统，特别是涉及微粒过滤器的再生及存储催化转化器的清洁或脱硫。
下面对根据从属权利要求的更多有利方法的变体进行说明。
该方法这样的实施例是有利的，其中为了加热氧化催化转化器，加热排气，且通过发动机内部措施来获得排气温度的升高。
可以结合发动机内部措施，不仅用于使排气富集还原剂，还用于特别是氧化催化转化器的加热。用于升高排气温度的发动机内部措施包括例如在进气管中提供的进气冷却器的目标旁路，因此新鲜的汽缸进气温度升高。类似地可以通过减少新鲜的汽缸进气中额外的氧来升高排气温度。
在此，该方法这样的实施例也是有利的，其中通过作为发动机内部措施的进入至少一个汽缸的至少一次燃料后喷射获得排气温度的升高。作为对燃烧提供更多燃料的结果，在燃料的化学转化期间也释放出更多能量，然后该能量被用于或帮助加热燃烧气体。
该方法这样的变体也是有利的，其中通过作为发动机内部措施的排气再循环(EGR)获得排气温度的升高。再循环到燃烧室中的热排气会升高新鲜的汽缸进气的温度。另外，汽缸进气中的氧浓度降低，即，通过热排气的再循环使内燃发动机的操作有效地富燃料化。
在柴油发动机中，该方法这样的实施例也是有利的，其中通过柴油发动机进气管中加大的节流动作获得排气温度的升高。
类似地，本发明这样的实施例也是有利的，其中通过以亚化学计量(λ＜1)操作内燃发动机获得排气温度的升高。发生在氧化催化转化器中的氧化过程，特别是未燃烧的碳氢化合物的氧化过程导致排气温度升高，然后局部地直接加热氧化催化转化器，而且还加热位于下游的其他排气后处理组件。
该方法这样的实施例也是有利的，其中，为了加热氧化催化转化器，通过将燃料引入氧化催化转化器上游的至少一个排气管并在该氧化催化转化器中氧化燃料，来获得排气温度的升高。该变体提供排气中的甲烷浓度方面的优点，如果使用发动机内部措施使排气富集还原剂或用于加热排气，则甲烷浓度会明显升高。
图1示出预先定义的温度增量ΔTDPF与过滤器负载m碳黑之间的函数关系ΔTDPF(m碳 黑)的示例。图2示出预先定义的温度增量ΔTLNT与总转化率ΔNOX之间的函数关系ΔTLNT(ΔNOX)的示例。这两个图均已在上文中详述，因此下面不再对其进行赘述。
图3示出本发明的方法的第一实施例，其中只执行清洁LNT(脱NOX)，而不执行微粒过滤器的再生(脱碳黑)或存储催化转化器的脱硫(脱SOX)。
在这点上，图3的上半部分包括相对于时间t绘制的单个排气后处理组件中的温度廓线图，而在下半部分示出所介绍的方法步骤，这同样相对于时间绘制。
为了清洁LNT，对组合式排气后处理系统的氧化催化转化器预先定义约200℃至250℃的最低温度T阈值，1。如果氧化催化转化器的当前温度T催化剂低于所述预先定义的最低温度T阈值，1，即，如果T催化剂＜T阈值，1，这是在方法开始时的情况，则加热氧化催化转化器(加热)，直到氧化催化转化器的温度T催化剂达到所需的最低温度T阈值，1。
接下来，为了清洁LNT，使排气富集还原剂，以便还原累积并存储在LNT中的氮氧化物(NOX)，在此这是通过内燃发动机的亚化学计量操作(λ＜1)提供的。
在内燃发动机的亚化学计量操作期间发生在氧化催化转化器中的放热过程导致附加的对排气的加热，进而导致对氧化催化转化器的加热。从而氧化催化转化器的温度T催化剂升高。
对排气的加热不仅导致对氧化催化转化器的加热，还导致对氧化催化转化器下游提供的排气后处理组件的加热-虽然时间上有偏移，具体来说下游提供的排气后处理组件有存储催化转化器和微粒过滤器。
可以从图3中看出，存储催化转化器达到350℃至400℃的最高温度ΔTLNT，最高，且在排气富燃料化(λ＜1)期间，在200℃至450℃之间的温度窗口中操作，这样的温度对清洁来说是较佳的。
在使排气流富集用于清洁存储催化转化器的还原剂之后，内燃发动机切换回稀混合气燃烧模式(λ＞1)。
存储催化转化器未达到脱硫所需的最低温度T阈值，3。所达到的温度水平也不足以用于位于下游的微粒过滤器的再生。
图4示出本发明的方法的第二实施例，其中不仅执行LNT的清洁(脱NOX)，还执行微粒过滤器的再生(脱碳黑)及存储催化转化器的脱硫(脱SOX)。
为了引起微粒过滤器的再生，氧化催化转化器的最低温度增加修正值ΔTDPF，其中：
T阈值，2＝T阈值，1+ΔTDPF
为了存储催化转化器(LNT)的脱硫，类似地需要增加到最低温度T阈值，3的温度增量ΔTLNT，其中：
T阈值，3＝T阈值，1+ΔTLNT  (1)
或
T阈值，3＝T阈值，1+ΔTDPF+ΔTLNT＝T阈值，2+ΔTLNT  (2)
可以根据上述等式将温度增量ΔTLNT与温度增量ΔTDPF累积地加到最低温度T阈值，1上(等式(2))或只将温度增量ΔTLNT加到最低温度T阈值，1上(等式(1))而不是再加上温度增量ΔTDPF。这也取决于是用何种方式，即根据何种方法提供温度增量。在此，应考虑到通常ΔTLNT＝ΔTDPF，因为用于脱硫的温度通常大于或高于过滤器的再生温度，如上文中若干次提到那样。
对组合式排气后处理系统中的氧化催化转化器预先定义约450℃至550℃的最低温度T阈值，3，其中：
T阈值，1约为200℃至250℃
而
ΔTLNT约为250℃至300℃。
由于氧化催化转化器的当前温度T催化剂低于预先定义的最低温度T阈值，3，所以加热氧化催化转化器(加热)，直到氧化催化转化器的温度T催化剂已达到所需的最低温度T阈值，3。
接下来，为了清洁LNT，第一次使排气富集还原剂，以便还原累积并存储在LNT中的氮氧化物(NOX)，这是通过内燃发动机的亚化学计量操作(λ＜1)实现的。
内燃发动机的亚化学计量操作期间发生在氧化催化转化器中的放热过程导致附加的对排气的加热，进而进一步加热氧化催化转化器。从而氧化催化转化器的温度T催化剂上升到600℃至620℃的最高温度。
对排气的加热还导致对氧化催化转化器下游提供的排气后处理组件的加热，具体来说下游组件有存储催化转化器和微粒过滤器。然而，对所述组件的加热是以时间偏移的方式发生的。
一旦LNT达到脱硫所需的最低温度600℃，内燃发动机就再次以亚化学计量(λ＜1)方式操作，以便提供脱硫所需的还原剂。
在所述再次使排气流富集用于存储催化转化器的脱硫的还原剂之后，内燃发动机再次切换到稀混合气燃烧模式(λ＞1)，使得过滤器再生所需的额外的空气或氧出现在排气中。微粒过滤器在短时间后达到过滤器再生所需的约550℃的温度。

Claims (12)

1.一种用于操作内燃发动机的方法，所述内燃发动机具有至少一个汽缸及用于排出来自所述至少一个汽缸的排气的至少一个排气管，且具有在所述至少一个排气管中提供的用于排气后处理的组合式排气后处理系统，其中所述组合式排气后处理系统是四元催化转化器，所述四元催化转化器包括用于氧化包含在排气中的一氧化碳CO和未燃烧的碳氢化合物HC的氧化催化转化器；用于存储和还原包含在排气中的氮氧化物NOX的NOX存储催化转化器；及用于收集和燃烧包含在排气中的碳黑微粒的微粒过滤器，所述方法包括：
如果所述氧化催化转化器的当前温度T催化剂低于预先定义的温度T阈值，１，即T催化 剂＜T阈值，１，将所述组合式排气后处理系统的氧化催化转化器加热至预先定义的温度T阈值，1；接下来
使排气富集用于还原氮氧化物NOX的还原剂，
其中
预先定义修正值ΔTDPF为微粒过滤器负载m碳黑的函数，即ΔTDPF＝f(m碳黑)，及预先定义修正值ΔTLNT为氮氧化物的总转化率ΔNOX的函数，即ΔTLNT＝f(ΔNOX)；为了开始所述微粒过滤器的再生，预先定义的温度T阈值，1增加修正值ΔTDPF达到T阈值，2，即T阈值，2＝T阈值，1+ΔTDPF，和/或
为了对所述NOX存储催化转化器进行脱硫，预先定义的温度T阈值，1增加修正值ΔTLNT达到T阈值，3、即T阈值，3＝T阈值，1+ΔTLNT，或预先定义的温度T阈值，1增加修正值ΔTDPF达到T阈值，2并增加修正值ΔTLNT达到T阈值，3、即T阈值，3＝T阈值，2+ΔTLNT＝T阈值，1+ΔTDPF+ΔTLNT。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，仅在所述微粒过滤器的当前负载大于所述微粒过滤器的额定最大负载时开始所述微粒过滤器再生。
3.如上述权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，为了加热所述氧化催化转化器，加热排气，而排气温度的升高是通过内燃发动机内部措施获得的。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过作为内燃发动机内部措施的进入所述至少一个汽缸的至少一次燃料后喷射，获得所述排气温度的升高。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过作为内燃发动机内部措施的排气再循环，获得所述排气温度的升高。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过作为内燃发动机内部措施的排气再循环，获得所述排气温度的升高。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述内燃发动机为柴油发动机，其中通过作为内燃发动机内部措施的在所述柴油发动机的进气管中加大的节流动作，获得排气温度的升高。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述内燃发动机为柴油发动机，其中通过作为内燃发动机内部措施的在所述柴油发动机的进气管中加大的节流动作，获得排气温度的升高。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述内燃发动机为柴油发动机，其中通过作为内燃发动机内部措施的在所述柴油发动机的进气管中加大的节流动作，获得排气温度的升高。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述内燃发动机为柴油发动机，其中通过作为内燃发动机内部措施的在所述柴油发动机的进气管中加大的节流动作，获得排气温度的升高。
11.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过以亚化学计量λ＜1的方式操作所述内燃发动机，获得所述排气温度的升高。
12.如权利要求4至10之一所述的方法，其特征在于，通过以亚化学计量λ＜1的方式操作所述内燃发动机，获得所述排气温度的升高。
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