CN101598052A - 减少内燃发动机有害物质排放的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种减少内燃发动机有害物质排放的方法，所述内燃发动机在排气管中具有至少一个排气后处理装置，在所述至少一个排气后处理装置的上游，通过把燃烧气体从外面输入所述排气管中，来提高在所述内燃发动机的燃烧室中产生的排气的温度，所述从外面输入的燃烧气体借助点火器来点燃，其特征在于，停用点火器，并且为了维持排气后处理装置的放热反应，继续供应燃烧气体，以及在燃烧气体继续供应的情况下，点火器交替地停用和启用，从而产生间歇的排气流。

Description

减少内燃发动机有害物质排放的方法
技术领域
【0001】本发明涉及一种减少内燃发动机有害物质排放的方法。
背景技术
【0002】通常，压缩点火发动机(例如柴油发动机)尤其在部分负荷方面比外部点火的内燃发动机(汽油发动机)更有效率。这主要是因为，(例如)柴油发动机比(例如)汽油发动机能在空燃比更不充足和压缩更高的情况下驱动。这一点可以在如下情况下实现：当使用十六烷成份高的柴油时，其比汽油燃料(十六烷成份低、辛烷成份高)具有更高的点火倾向。此外，如果柴油发动机还具有涡轮增压机，则这个不充足燃烧的方案在部分负荷时会在涡轮增压机的上游导致较低的排气温度，这在从低负荷到高负荷的过渡过程中会引起所谓的涡轮迟滞现象。这使二级增压成为必要，以便一方面改善吸收能力，另一方面使排气循环(AGR)达到更高的量。此外，较低的排气温度还会限制排气后处理装置的效率。为了提高排气后处理装置的效率，尤其在内燃发动机的低负荷范围内或者冷启动时提高排气后处理装置的效率，可以通过在内燃发动机的燃烧室中进行再次喷射，或者通过在涡轮增压机和/或排气后处理装置的上游把燃烧气体从外面输进排气管中，来提高排气温度。
【0003】DE 69410608(＝WO 94/24424)涉及减少内燃发动机有害物质排放的问题。发动机具有排气管，排气管中设置有排气后处理装置。在冷启动期间，自燃的或者说自动点火的燃烧混合物在排气后处理装置的上游被导入排气管中。通过在排气管内燃烧此混合物来提高排气温度。
【0004】W002/64954A1涉及在发动机后面把燃料带进内燃发动机的排气流中的一种装置及一种方法，其促进了气体放电，使得燃料在进入排气后处理装置之前至少部分氧化。
【0005】在AT E 22 963 B(＝EP 0132 166)中，提供了一种容易点燃的混合物，该混合物被导入到内燃发动机的排气流中，此混合物借助点火棒或火花塞点燃，以提高排气温度。
【0006】EP 1 369 557 A1的目的也同样在于提高排气温度。在排气催化器单元前面接上燃料汽化单元，此燃料汽化单元具有电子加热元件。在排气催化器的上游，通过燃料汽化输入通道，把在燃料汽化单元中产生的燃料蒸汽导入排气管中，以便提高排气温度。
【0007】EP 1 637 706 A1也公开了一种提高排气温度的方法，其中可燃的气体在内燃发动机的下游也被导入排气管中。
【0008】EP 1 171 697 B1(＝US 2002/0179726)也公开了一种借助外部装置来提高排气温度的可能性。燃烧室被设置在排气弯管的范围内，该燃烧室通过排气管与该排气弯管相连。在需要时，使燃烧室工作，从而让它的热排气来加热内燃发动机的排气装置。
【0009】以及公知的，把柴油喷进排气装置中，尤其在柴油发动机低负荷的状态下，以此来提高排气的温度，从而提高排气后处理装置的温度，这种排气后处理装置通常应用在柴油发动机中。柴油在导入排气管之前可被外部的发热元件蒸发。但如果没有外部的发热元件，则必须采取其它的措施。因为柴油(十六烷成份更高)的沸点在180℃到360℃之间，必须通过内燃发动机内的内部装置(再次喷射)把排气温度至少提高到300℃至400℃之间，因此，通过把放热反应限制在200℃至300℃之间，来蒸发喷入的液态燃料并减少在排气催化器上的轴向温度梯度。此外，在燃料到达排气催化器之前，把导入或喷入排气管中的燃料烧掉，也不总是有益的，因为此温度对于自燃还不够高。
发明内容
【0010】本发明的目的在于，使用一种减少内燃发动机有害物质排放的方法，在此方法中借助简单的装置在内燃发动机的不同负荷状态下提高排气温度。
【0011】根据本发明，此目的通过一种减少内燃发动机有害物质排放的方法得以实现，其中该内燃发动机在排气管中具有至少一个排气后处理装置，在所述至少一个排气后处理装置的上游，通过把燃烧气体从外面输入排气管中，来提高在内燃发动机的燃烧室中的排气温度，所述从外面输入的燃烧气体借助点火器来点燃，其中
-停用点火器，并且为了维持排气后处理装置的放热反应，要继续供应燃烧气体，以及
-在燃烧气体继续供应的情况下，点火器交替地停用和启用，从而产生间歇的排气流。
【0012】本发明的原理在于，可在两个阶段中提高排气温度。在第一阶段，柴油(例如十六烷成份高的柴油)在内燃发动机中自燃。在第二阶段中，燃烧气体(例如辛烷成份高的燃料)被喷进排气管中(例如以液体状态或气体状态)。还有可能的是，燃烧气体以液体状态导入汽化腔中，发热元件在此汽化腔中起蒸发作用，从而把气体状态的燃烧气体导入排气管中。然后，可通过外部的点火器把燃烧气体点燃，此点火器可设计成点火棒或火花塞。在这种情况下，外部喷射系统可设置在所述至少一个排气后处理装置的上游，用来提高排气温度，以便排气后处理装置(例如在冷启动后)可更快地达到操作温度或起燃温度(引燃)。
【0013】还有可能的是，喷射系统设置在涡轮增压机或涡轮的上游。在这种情况下，在内燃发动机从低负荷状态到高负荷状态的过渡过程中，对可通过点火器点燃的、辛烷成份高的燃烧气体提高其排气温度(典型方式是氧气成份更高)。排气温度的突然上升会提高涡轮增压机的涡轮中的焓值，并因此使更多的新鲜空气导入燃烧室中(涡轮增压机的压缩机侧)。这样，更多的燃料喷进内燃发动机的燃烧室中，或者导致更多的排气进行循环(AGR，NOx减少)。
【0014】一旦排气温度足够高，外部的点火器以及燃烧气体的外部供应就停用了。在这种情况下，如果要提高排气温度，尤其在冷启动时，为了使至少一个排气后处理装置更快地达到操作温度，则从外部导入辛烷成份高的燃烧气体并随后点火，是有益的，因而可以立即减少内燃发动机的有害物质排放。
【0015】内燃发动机具有一个在燃烧室内终止的燃烧过程，其中燃料也在内部燃烧。在本发明中，外部这个概念是指在内燃发动机的外面，例如在排气管中进行的燃烧或通到排气管中的燃烧气体管路。
【0016】在本发明的优选方案中，停用点火器，燃烧气体、特别是辛烷成份高的燃烧气体继续从外部输入。当至少一个的排气后处理装置的操作温度达到时，在内燃发动机从中等负荷状到高负荷状态之间的范围内，来自内部燃烧过程的排气温度是足够高的，这一点是有利的。此后不再需要燃烧从外面输入的燃烧气体，但为了维持至少一个的排气后处理装置的放热反应，要继续从外部供应燃烧气体。
【0017】在另一优选方案中，外部点火器交替地或交错地启用或停用，因此在继续从外面供应气体的情况下，会产生间歇的排气流，也就是说，间歇性地对从外面供应的燃烧气体、特别是从外面供应的辛烷成份高的燃烧气体进行燃烧。在内燃发动机从低负荷状态到中等负荷状态的过渡过程中，当内燃发动机(内部燃烧过程)的排气温度低时，其间歇的排气流或者说从外面供应的燃烧气体的间歇性燃烧，可在至少一个排气催化器的上游，减少至少一个排气催化器的有效放热反应，这种方案是有优势的。
【0018】燃烧气体优选辛烷成份高的、沸点在25℃至215℃范围内的燃烧气体。也可使用CNG(压缩的天然气)作为燃烧气体。
【0019】在至少一个排气后处理装置或排气催化器的运行期间，排气催化器会老化，也就是说，排气催化器的转换效率会下降。新的排气催化器可称作新操作系统，该新操作系统会随运行时间的增加而老化。因此点火元件的启用取决于排气催化器的温度和老化程度。排气催化器上的温度或温度变化在新系统中通过启用点火器来产生，而在老化的系统中通过停用点火器，也就是关闭点火器来产生。
【0020】综上所述，点火器的启用取决于：
-在排气催化器之前的排气温度，此温度应该高于燃烧气体的沸点，当此燃烧气体处于气体状态时，这尤其有利；
-排气催化器的温度和老化状态，它决定放热额定值，所述放热额定值取决于排气催化器的温度、老化状态和排气流量，通过排气催化器的温度额定值减去放热额定值，来确定在排气催化器之前的温度额定值；
-在排气系统中的碳氢化合物(HC)的浓度，所述碳氢化合物的浓度取决于排气催化器之后的放热额定值和氧气浓度额定值。
【0021】相应地，为在排气催化器之前达到温度的额定值，则启用点火元件，但为了达到放热额定值，则停用点火元件。下文是一些示例性情况：
具体实施方式
【0022】情况1排气催化器前的排气温度低于排气催化器前的温度额定值，排气催化器前的温度与排气催化器后的温度之间的温度差大于放热额定值，那么从外面输入燃烧气体，并启用点火元件。
【0023】情况2排气催化器前的排气温度低于排气催化器前的温度额定值，排气催化器前的温度与排气催化器后的温度之间的温度差小于放热额定值，那么从外面输入燃烧气体，并间歇性地启用/停用点火元件。
【0024】情况3排气催化器前的排气温度高于排气催化器前的温度额定值，排气催化器前的温度与排气催化器后的温度之间的温度差大于放热额定值，那么从外面输入燃烧气体，并停用点火元件。
【0025】情况4排气催化器前的排气温度高于排气催化器前的温度额定值，排气催化器前的温度与排气催化器后的温度之间的温度差小于放热额定值，那么从外面输入燃烧气体，并停用点火元件。

Claims (7)

1.一种减少内燃发动机有害物质排放的方法，所述内燃发动机在排气管中具有至少一个排气后处理装置，在所述至少一个排气后处理装置的上游，通过把燃烧气体从外面输入到所述排气管中，来提高在所述内燃发动机的燃烧室中产生的排气的温度，所述从外面输入的燃烧气体借助点火器来点燃，其特征在于，
-停用点火器，并且为了维持所述排气后处理装置的放热反应，继续供应所述燃烧气体，以及
-在继续供应所述燃烧气体的情况下，所述点火器交替地停用和启用，从而产生间歇的排气流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧气体是辛烷成份高的燃烧气体。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述燃烧气体的沸点在25℃至215℃的范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，所述排气后处理装置包括排气催化器，其特征在于，如果所述排气催化器前的排气温度低于排气催化器前的温度额定值，所述排气催化器前的温度与所述排气催化器后的温度之间的温度差大于放热额定值，从外面输入燃烧气体，并启用点火元件。
5.根据权利要求1所述的方法，所述排气后处理装置包括排气催化器，其特征在于，如果所述排气催化器前的排气温度低于所述排气催化器前的温度额定值，所述排气催化器前的温度与排气催化器后的温度之间的温度差小于放热额定值，从外面输入燃烧气体，并间歇性地启用/停用点火元件。
6.根据权利要求1所述的方法，所述排气后处理装置包括排气催化器，其特征在于，如果所述排气催化器前的排气温度高于所述排气催化器前的温度额定值，所述排气催化器前的温度与所述排气催化器后的温度之间的温度差大于放热额定值，从外面输入燃烧气体，并停用点火元件。
7.根据权利要求1所述的方法，所述排气后处理装置包括排气催化器，其特征在于，如果所述排气催化器前的排气温度高于所述排气催化器前的温度额定值，所述排气催化器前的温度与所述排气催化器后的温度之间的温度差小于放热额定值，从外面输入燃烧气体，并停用点火元件。
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