CN102216593A - 用于降低车辆内燃机的排气中的nox含量的方法和设备 - Google Patents

用于降低车辆内燃机的排气中的nox含量的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于降低车辆内燃机(10)的排气中的NOx含量的方法和设备，该内燃机(10)包括：至少一个气缸(11)；用于供给空气的进气口(12)；排气出口(14)，该排气出口(14)用于将排气排出到用于减少内燃机(10)的排放的排气后处理系统(40)中，其中，排气再循环装置(80)将排气从内燃机(10)的排气出口(14)供给到进气口(14)，并且在排气出口(14)下游的排气流中串联的至少两个能量吸收器(54、60)吸收排气的能量。通过在一定的转速范围内驱动内燃机(10)以在排气出口(14)处产生热排气，来使排气过热到第一温度，其中该第一温度足以驱动所述至少两个能量吸收器(54、60)，其中在所述至少两个能量吸收器(54、60)的下游，排气的温度被确立为足以在排气后处理系统(40)中以大于80％的效率从排气中去除NOx。

Description

用于降低车辆内燃机的排气中的NOX含量的方法和设备
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的、用于降低车辆内燃机的排气中的NOx含量的方法以及用于降低内燃机的排气中的NOx含量的设备。
背景技术
近年来，关于车辆的排放水平，已经呈现出一种更严格立法的趋势。对于以汽油为动力的车辆来说，三元催化剂已经能够使发动机在实际上没有不期望排放的情况下运转。
然而，对于以柴油为动力的车辆或压燃(CI)式发动机来说，排放问题远未得到解决。在氮氧化物NOx(例如NO和NO2)和微粒物质(例如碳烟)方面，CI式发动机存在固有的高排放水平，而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)的排放水平较低。此外，降低CI式发动机的、已经较低的HC和CO排放是相当容易的。
CI式发动机的另一个固有特征是燃料消耗低。然而，在燃料消耗和排放之间存在着众所周知的折衷：针对最大燃料经济性进行调节的发动机将排放大量的NOx和少量的微粒物，而针对低的NOx排放进行调节的发动机将导致高的燃料消耗和高的微粒物排放。
另一个众所周知的现象是发动机转速与微粒物排放之间的关联。发动机转速的降低通常会导致微粒物排放的减少，这只是因为以下事实：即，微粒物将有更多的时间在燃烧室中燃烧。
如今，为发动机排气系统提供某种排气后处理系统已经或多或少地成为一种工业标准，例如提供微粒捕集器、三元催化剂(用于汽油发动机)、NOx捕集器的SCR(SCR＝选择性催化还原)。
用于改善CI式发动机的性能和燃料消耗的一种常见方法是为该发动机提供涡轮增压器。涡轮增压器的功能是：在与压缩机相连的涡轮中，对排气中含有的一部分能量进行回收，该压缩机用于压缩待进入发动机气缸中的空气。这使得在进气冲程期间有更多空气被引入气缸中，这又使发动机能够以每发动机工作容积提供更多的功率。
回收排气能量的另一种方法是使用所谓的涡轮复合机(turbo compound)。涡轮复合机类似于涡轮增压器，但涡轮复合机的涡轮机连接到发动机的曲轴，而不是如涡轮增压器的情形中那样为对发动机进行增压的压缩机提供能量。从该涡轮机至曲轴的这种能量传递能够以任何适当的方式实现，但两种最常见的方式是：在涡轮机和曲轴之间提供机械连接，或者为该涡轮机提供与电动机连接的发电机，该电动机连接到曲轴。
此外，微粒物排放严重取决于喷射压力，即：柴油燃料喷射到燃烧室时的压力。该喷射压力越高，微粒物排放就越低。
EP 1 036 270描述了能够减少内燃机排放的NOx量的排气后处理系统(EGR)以及与涡轮复合机串联的涡轮增压器。该涡轮复合机有利于提高排气背压，这能够用于改善排气再循环。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种改进的、用于降低车辆内燃机的排气中的NOx含量的方法，该方法允许实现发动机的低尾气排放、非常低的HC、CO、NOx和微粒物排放、以及良好的燃料经济性。另一目的在于提供一种改进的、用于降低车辆内燃机的排气中的NOx含量的设备。
通过独立权利要求的特征实现了上述目的。其它权利要求和书面描述公开了本发明的有利实施例。
根据本发明的第一方面，提出了一种用于降低车辆内燃机的排气中的NOx含量的方法，该内燃机包括：至少一个气缸；进气口，该进气口用于供给空气；排气出口，该排气出口用于将排气排出到排气后处理系统中，该排气后处理系统用于减少所述内燃机的排放，其中，排气再循环装置将排气从内燃机的排气出口供给到进气口，并且，在该排气出口下游的排气流中串联的至少两个能量吸收器吸收所述排气的能量。通过在一定的转速范围内驱动内燃机以在所述排气出口处产生热的排气，来实现使排气过热到第一温度，其中该第一温度足以驱动所述至少两个能量吸收器，其中在所述至少两个能量吸收器的下游，排气的温度被确立为足以在所述排气后处理系统中以大于80％的效率从排气中去除NOx。在所述内燃机以良好的燃料消耗状态运转的同时，能够使后处理系统(尤其是该后处理系统中的催化剂)在有利的温度下运行。优选地，该发动机在可能的最低转速下但又在较高负荷下运转，以保持功率恒定。有利地，发动机效率在此区域中很高，尤其对于涡轮复合式发动机来说。较高的负荷升高了排气温度。优选地，通过用于提供给定的恒定功率和/或较低空气剩余量的较低发动机转速以及较高负荷，能够实现排气的过热。特别地，与在较高发动机转速下的相同发动机功率相比，低的发动机转速用于实现高的(“过热的”)排气温度。
优选地，至少在发动机的高负荷阶段使用该方法。也能够在内燃机的中等负荷阶段应用该方法。所期望的转速优选处于在排气中产生高温的低转速值。优选地，能够通过使用带有动力换档的机械式自动变速器来确立低的转速，该机械式自动变速器是双离合器变速器，其中在该双离合器变速器中，当在该变速器的多个档位之间换档时，实际上不会发生任何的输出功率损耗。
有利地，能够根据后处理系统下游的NOx含量来改变该内燃机的转速。能够将该转速调节为处于所述后处理系统的高效率范围内。特别地，尤其能够在较低负荷下降低发动机转速以升高排气温度，这有利于SCR催化剂或SCR系统并且有利于微粒过滤器。较低的发动机转速所引起的较高排气温度提高了驱动所述涡轮复合机的排气能量。此外，能够通过降低发动机转速来减小发动机摩擦功。在高负荷下，通过具有两级涡轮机膨胀(turbine expansion)，排气温度降低到处于后处理系统的高效率温度范围内。这有利地产生了用于排气后处理系统的非常窄的温度带。
特别地，在SCR失活的冷起动时，发动机能够有利地在较高温度下运转，以便更好地驱动排气再循环装置来使发动机出口处的NOx排放保持较低。此问题的另一种解决办法可以是：使用传统的排气压力调节器，以在冷起动时产生额外的排气再循环装置驱动压力。
可选地，能够根据所述后处理系统的、预计的NOx转换率来改变内燃机的转速。
有利地，对NOx含量进行测量和/或计算，以可靠地适当控制所述内燃机。特别地，如果能够使用带有动力换档的机械式自动变速器，则能够使转速保持足够低。通过使该转速保持较低，发动机将产生其温度均匀、足够高而处于特定温度窗口内的排气，并且，由于转速低(即进气量较低)，空速将较低。
通过根据内燃机的转速和所述至少两个能量吸收器上游的所需推进力和/或所需温度来调节所述传动单元的速度，能够将内燃机的转速选择得足够低，从而排气温度能够保持足够高的值。因此，能够降低NOx含量。能够通过调节该传动单元的传动档位来改变该速度。有利地，通过使内燃机的转速保持在800rpm至1500rpm之间的范围内，优选保持在850rpm至1300rpm之间的范围内，产生了足够高的排气温度。
优选地，该内燃机的转速的变动能够保持低于200rpm。
优选地，通过将涡轮增压器的排气涡轮机和涡轮复合机的涡轮机串联地使用来冷却排气，能够将排气温度降低至有利于催化剂中的NOx转换的期望温度范围。尽管当内燃机以非常低的速度运转时排气的温度会升高，但所述至少两个能量吸收器将排气温度降低至尤其有利于从排气中去除NOx的有利温度区间。该催化剂例如可以是SCR催化剂或NOx吸收催化剂。优选地，排气的温度能够被确立为至少330℃但不大于450℃的值。特别地，排气的温度能够被确立为至少350℃但不大于400℃的值。在这个温度范围内，SCR催化剂尤其能够以非常高的NOx转换效率、在最佳操作状态下工作。
特别地，通过将内燃机的低转速、适当选择的传动比、以及在所述至少两个能量吸收器中吸收排气能量进行良好匹配地组合，该温度范围能够被确立为处在用于排气中的NOx的选择性催化还原(SCR)的最佳范围内。优选地，与内燃机联接的传动单元具有非连续的档位，当在这些档位之间换档时，能够在这些档位之间以推进力无损失或仅有微小损失的方式进行切换。
有利地，供给到所述内燃机的燃料/空气混合物的拉姆达值(lambda value)能够确立为不大于1.4。优选地，能够确立在1.2至1.4之间的拉姆达值。特别地，能够通过使用涡轮复合机作为能量吸收单元来实现低的拉姆达值。
具有涡轮增压器单元的、用于内燃机的系统通常被称为“涡轮复合机”系统，该涡轮增压器单元布置成用于从排气中提取一定量的能量并将该能量馈送回发动机，例如馈送到发动机曲轴。被馈送回发动机的能量也能够馈送到与发动机联接的发电机，或者在分体式设备中，该能量能够馈送回发动机曲轴以及发电机。在内燃机的运转期间，通过使用串联布置的两个涡轮机(涡轮增压器和涡轮复合机)，在内燃机的排气侧实现了比其进气侧的压力高的压力。因此，在内燃机的效率未降低的情况下，获得了足够的推进压力来将EGR气体再循环到进气歧管。由此，排气中含有的能量的一部分被用作提供给曲轴的额外动力，而不是被引出到大气中并因此损失掉。
由于该涡轮复合机，减少了提供给内燃机的过量空气的量，因此拉姆达值从通常较高的值(例如约1.7)降低至1.4或更低。该涡轮复合机有利地提高了内燃机的排气背压，这有利于EGR(排气再循环)并允许在内燃机的空气进气口处使用高效率的涡轮增压器。有利地，对于非常有效率的涡轮增压器，排气歧管与进气歧管之间的压力差并不驱动排气再循环装置。这通常能够通过选择具有较低效率的涡轮增压器来解决。低效率意味着更大的压降在排气歧管中形成更高压力，并且意味着进一步在进气歧管中产生较低的压力。然而，在由于涡轮复合机引起的额外压降下，排气歧管中的压力将会增加，并且利用高效率的涡轮增压器，排气再循环装置也将更顺畅。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于执行上述方法的、用于降低内燃机的NOx排放的设备，该设备包括内燃机，该内燃机具有：至少一个气缸；进气口，该进气口用于供给空气；排气出口，该排气出口用于将排气排出到排气后处理系统中，该排气后处理系统用于降低内燃机的排放；排气再循环装置，该排气再循环装置将排气从内燃机的排气出口供给到进气口；以及至少两个能量吸收器，所述至少两个能量吸收器在排气出口下游的排气流中串联。还设置有在内燃机与车辆的驱动轴之间联接的传动单元，该传动单元允许内燃机的用于使排气过热的预定转速；并且，在所述至少两个能量吸收器中能够吸收排气能量，以根据内燃机的转速来确立处于后处理系统中的NOx转换的期望温度范围内的排气温度。特别地，与较高发动机转速下的相同发动机功率相比，低的发动机转速用于实现高的(“过热的”)排气温度。
所述传动单元的传动是可变的，以允许内燃机转速的预定的较窄速度范围。优选地，能够以850rpm至1500rpm之间的低转速来驱动该内燃机。
根据本发明的设备旨在用于内燃机，优选用于柴油发动机，尤其是重型车辆的柴油发动机，该内燃机具有：至少一个气缸；进气口，该进气口用于提供空气；排气出口，该排气出口用于排出排气；用于将排气从所述出口再循环到所述进气口以降低从发动机的有害排放(形式为CO、NOx及HC化合物)的另外的管线；可控阀，该可控阀布置在所述另外的管线中；以及涡轮增压器单元，该涡轮增压器单元包括第一能量吸收器和压缩机，该第一能量吸收器用于从排气中吸收能量，该压缩机用于对空气进行压缩并将其送到所述进气口中。该设备海包括第二能量吸收器，该第二能量吸收器从排气中吸收能量，布置在所述第一能量吸收器的下游，用于在所述出口中形成比所述进气口中的压力高的压力。
对于排气再循环装置，在发动机的普通排气出口与靠近发动机的新鲜空气进气口的点之间设置有独立管线。在该管线中，布置有可控阀，该阀进一步连接到控制单元。根据现有的发动机运行状况，尤其是针对其转速及其负荷，该控制单元将确定所述阀的开度，即确定被再循环到发动机进气口中的EGR气体的量。然后，由于排气口侧压力通常高于进气口侧压力，所以一定量的EGR气体将从发动机排气口侧进给到发动机进气口侧，由此为EGR气体产生自然的“推进压力”。
在具有EGR系统的柴油发动机与涡轮增压器单元一起使用的情形中，对于大多数操作点而言，由于在涡轮增压器的压缩机之后(即在发动机进气歧管的如下点处：流入的新鲜空气在该点被进给到发动机)存在比发动机排气出口处更高的压力，所以将产生一定问题。这反过来意味着将不可能进行EGR气体的再循环，因为从发动机排气口到发动机进气口侧将不存在任何自然的推进压力。这样，无EGR气流能够被喷射到发动机中。
根据本发明的优选实施例，所述发动机能够配备有EGR系统和用于从排气中进一步提取能量并将该能量馈送到发动机曲轴和/或发电机的系统。这样，保证了能够在发动机排气出口侧形成所需的推进压力，而不会降低发动机效率，因为通过从排气中提取额外的能量并将该能量馈送回发动机，补偿了被消弱的气体交换。
优选地，该传动单元能够包括带有动力换档的机械式自动变速器(AMT-PS)。还能够采用双离合器变速器，该双离合器变速器被视为带有动力换档的自动变速器的子类。
优选地，所述至少两个能量吸收器中的一个能量吸收器能够联接到涡轮增压器的压缩机。有利地，所述至少两个能量吸收器中的一个能量吸收器联接到曲轴或电机中的一个。有利地，一个能量吸收器可以包含涡轮增压器的涡轮机，另一个能量吸收器可以包含涡轮复合机的涡轮机。
有利地，该后处理系统能够包括用于降低排气中的微粒(例如碳烟)含量的装置。该后处理系统能够包括用于去除排气中的NOx的装置。有利地，这两个装置在排气流中串联布置。用于降低微粒含量的装置能够布置在用于去除NOx的装置的上游或下游。在布置于上游的情形中，排气中的NOx能够使用于降低微粒含量的装置中的微粒物(例如碳烟)和未燃烧的碳氢化合物氧化。此外，还能够提供用于氧化排气中的一种或多种成分的装置，特别是提供氧化催化剂。
优选地，该设备能够包括具有极低速换挡策略的、带有动力换档的机械式自动变速器(AMT-PS)，利用所述策略，车辆被换档为在低于最大功率的发动机转速下巡航。除了所提及的其它优点，由于足够高的温度，微粒过滤器能够有利地被连续催化再生，并且因为尿素需要最低温度来适当地发挥作用，所以能够改进尿素基SCR催化剂或系统的操作。
附图说明
从实施例的以下详细描述中，可以最好地理解本发明以及上述及其它目的和优点，但本发明不限于这些实施例，其中：
图1概略地示出了根据本发明的、包括排气后处理系统的内燃机设备的第一实施例；
图2概略地示出了NOx转换效率相对于排气温度的特性曲线；并且
图3概略地示出了根据本发明的NOx转换效率的、计算出的温度相关特性与测量到的温度相关特性之间的比较。
在这些附图中，相同或相似的元件由相同的附图标记表示。这些附图仅是概略性示意，并非旨在描绘本发明的具体参数。此外，这些附图仅旨在描绘本发明的典型实施例，因此不应视为限制本发明的范围。
具体实施方式
图1概略地示出了根据本发明的设备，该设备尤其能够用于柴油机式内燃机。
根据一个优选实施例，柴油发动机10旨在用于载重车辆中，并且例如包括六个气缸11(仅一个气缸标有附图标记)。然而，本发明不局限于气缸的任何具体数目或任何具体的气缸构造。
以先前公知的方式，发动机10配备有进气歧管12，空气经由进气管道90而被从大气中进给到该进气歧管12。所输入的空气然后分流到各个气缸11。此外，燃料由相应数目的燃料喷射装置(未示出)供给到气缸11中，每个所述燃料喷射装置均经由电连接件(未示出)而连接到中央控制单元(未示出)。该控制单元优选是基于计算机的，该控制单元能以公知的方式操作来控制每一个燃料喷射装置，以便在每一次(each instant)都将适当的燃料/空气混合物供给到发动机10。
在发动机10的运行期间，该控制单元能操作成以如下方式来控制各个喷射装置：即，使得供给到发动机10中的燃料/空气混合物每一次都将适合于当前的运行状况。由此，以基本上公知的方式来获得燃料供给，即根据表示发动机10和相关车辆的运行状态的大量参数来获得燃料供给。例如，可以根据目前的节气门位置以及发动机10的转速和负荷来执行该控制。
每个气缸11均设置有排气出口。这些排气出口一起会聚成排气歧管14，并延续到排气管道42中。此排气管道42经由涡轮增压器单元50延伸，这样的涡轮增压器单元50基本是常规的。因此，该涡轮增压器单元50包括压缩机52和能量吸收单元54，该能量吸收单元54为涡轮机的形式，用于从排气中吸收能量，该能量吸收单元54布置在排气管道42中，利用流经排气管道42的排气而旋转并且驱动压缩机52。该图所示的实施例被设计成如下方式：即，这些排气出口结合到单个排气管道42(称为“单入口”)，作为该实施例的一种替代方案，这些排气出口可以分组为两组，从而使排气导管由通向涡轮机54的两个管道组成(称为“双入口”)。
涡轮机54布置在轴56上，压缩机52同样布置在该轴56上。涡轮机54从排气流中吸收的能量被以此方式传递到压缩机52，该压缩机52的功能在于对空气管道100中的流入空气进行压缩而送到发动机10的进气管道12。以此方式，可以将更多量的燃料进给到发动机10中，由此能够增加该发动机10的功率输出。
发动机10还配备有用于将一定量的排气再循环到发动机10的进气口侧的设备。根据本文开始部分所讨论的内容，EGR系统80(“排气再循环装置”)同样也是先前公知的。因此，根据该实施例，EGR管线82形式的、另外的管线在涡轮机54上游的点处连接到排气管道42。EGR管线82在发动机10的进气歧管12上游的点处汇合到进气管道90中。沿着EGR管线82，布置有可控阀(未示出)，该可控阀经由另外的连接件(未示出)连接到所述控制单元。在可替代的另一实施例中，能够提供一种长路线EGR系统，其中排气并非在涡轮机54的上游和压缩机52的下游被再循环，而是在压缩机52的上游和涡轮机54的下游被再循环。
所述控制单元能够根据当前的运行状况而操作，以将上述阀调节到闭合位置、打开位置或部分打开位置。因此，根据该阀的位置，相应量的排气将经由EGR管线82而再循环到进气歧管12。通过使这些EGR气体再循环到进气歧管12，在各个气缸11中实现了燃烧期间的温度降低，由此减少了气缸11中的NOx的产生。
各个气缸11中的NOx的产生是与温度相关的，因此，希望尽可能地降低进入发动机10中的气体(即包括空气和再循环的EGR气体)的温度。为此，EGR管线82设置有冷却器84，该冷却器84的功能在于冷却被再循环到进气歧管12的EGR气体。为此，冷却器84包括环路86，适当的冷却剂循环通过该环路86。优选地，该冷却剂是用于发动机10的普通冷却剂，但空气也可以用于这种冷却。借助于该冷却器84，EGR气体能够冷却，这进一步有助于减少NOx化合物的产生量。
进气管道90配备有另一个冷却器(未示出)(也称为“中冷器”)，该冷却器用于冷却由压缩机52供给的压缩空气。这也有助于减少发动机10中产生的NOx化合物的量。该第二冷却器优选布置成利用空气来进行冷却。
第二涡轮机60用于从排气中吸收能量。第二涡轮机60是涡轮复合机的一部分。因此，离开发动机10并从第一涡轮机54中经过的排气还被进给通过第二涡轮机60，然后使该第二涡轮机60旋转。为此，第二涡轮机60以可旋转方式布置在另外的轴72上。在已经将排气能量的一部分传递到第二涡轮机60之后，优选在该排气经过后处理系统40之后利用消音器(未示出)将排气引出到大气中。在一个示例性实施例中，轴72驱动发电机70，该发电机70经由电压转换器74向电机20提供电能。通过将离合器18致动或停用，该电机20能够连接到内燃机10的输出轴16或与输出轴16断开。
此外，第二涡轮机60能够经由未示出的动力传动装置而连接到发动机10的输出曲轴(未示出)。该动力传动装置优选是机械式的，其包括将轴72与曲轴(未示出)连接的齿轮传动装置。此外，该动力传动装置还设置有齿轮减速器，以将第二涡轮机60的转速转换成适合于曲轴的转速。以此方式，在第二涡轮机60和曲轴之间传递动力，即，能够从排气流中重新获得一定量的燃烧气体能量，并且该能量用作给曲轴的额外动力。
还能够在曲轴和电机20之间分配由排气提供给涡轮机60的动力。
有利地，后处理系统40包括如下单元中的至少一个：用于减少排气中的微粒物质的单元44；或用于转换NOx的单元46(尤其是SCR催化剂)。该NOx转换单元46能够布置在单元44的上游或下游。该单元44可以是抑制碳烟微粒的微粒过滤器，和/或是用于使未燃烧的碳氧化的氧化催化剂。
优选地，内燃机10的转速低于1500rpm，尤其在850rpm至1500rpm之间。特别地，内燃机10以实际上恒定的转速运转。通过将内燃机10与挠性传动装置一起使用，允许与排气温度和/或NOx转换效率相关地优化该发动机的转速。
该内燃机的转速越低，则排气歧管14中的排气温度越高。低的转速不仅导致高的排气温度，而且导致低的碳烟形成，并且还导致提供给进气歧管12的空气流减少。由于空气较少，该低拉姆达燃烧还使得经过单元44和单元46时的空速低，这能够提高上述催化系统的效率。
在所述涡轮复合机的下游但在NOx转换单元46的上游，排气温度能够被确立在200℃至400℃的范围内，优选在250°至380℃的范围内，该NOx转换单元46尤其可以是SCR催化剂。在300℃至400℃的温度范围内，该SCR催化剂产生了SCR催化剂的η＞80％的效率。这个范围对于新鲜的SCR催化剂和老化的SCR催化剂来说是有利的。
图2描绘了多种稀燃NOx后处理系统的、作为温度的函数的转换效率的一般特性。在低温以及高温下，转换效率都低，这由在低温和高温区域处以虚线绘出的圆LO来表示。在大约200℃至400℃之间的中等温度范围内，能够实现最佳效率，这由在中等温度区域处以虚线绘出的圆HI来表示。
通过在低转速下驱动该内燃机10，两个能量吸收器54、60下游的排气温度能够保持远高于250℃，其中，涡轮复合机的涡轮机60以及涡轮增压器50的两级膨胀使得第二能量吸收器60的输出温度很好地保持在由图2所示的圆HI表示的温度窗口内，该温度低于排气歧管14处的排气温度。该涡轮复合机的能量回收由于更高的排气温度而显著增加。内燃机10的较低转速使得离开该内燃机的排气中的碳烟含量较低，这意味着：对于该内燃机中的燃烧来说，较低的拉姆达λ是可能的，从而利用该涡轮复合机产生了更高的排气温度和更好的发动机效率。该λ的范围可以在1.2至1.4之间，而不是传统上更高的最高达1.7的值。
通过在SCR催化剂处提供更高的效率η，内燃机10能够针对离开该内燃机的排气中的更高NOx含量来进行优化，由此提供微粒过滤器(DPF)的更好再生以及更好的效率。该微粒过滤器中的微粒物质能够被排气中的NOx氧化。在此情形中，所述单元44优选布置在所述单元46的上游。
对于该微粒过滤器的被动再生来说，温度T＞300℃是有利的。对于所述SCR催化剂，该温度应优选低于380℃，即T＜380℃。内燃机10的具有非常低转速的低速策略改善了排气的空速，尤其是降低了该空速，并且潜在地减少了NOx通过催化剂单元46的逸出。
图3示出了作为该排气后处理系统(EATS)的温度的函数的、用作后处理系统40中的单元46的SCR催化剂中的NOx还原效率的、如点A所示的测量值以及如曲线C所示的模拟曲线。
该测量值能够被范化，以产生点B所示的规范值。模拟曲线C良好地拟合这些规范值B。
通过与作为传动单元30的、带有动力换档的机械式自动变速器相结合地使用内燃机10的低转速以提高排气歧管14处的排气温度，以及与涡轮复合机相结合地使用涡轮增压器50来降低排气温度，能够在期望的温度范围内确立高达80％的NOx还原效率。对于新的系统来说，即使在适当更高的温度下，该效率也很高。如果该系统已老化，则高温下的效率可能降低。

Claims (35)

1.一种用于降低车辆内燃机(10)的排气中的NOx含量的方法，所述内燃机(10)包括：至少一个气缸(11)；进气口(12)，所述进气口(12)用于供给空气；排气出口(14)，所述排气出口(14)用于将排气排出到排气后处理系统(40)中，所述排气后处理系统(40)用于减少所述内燃机(10)的排放，其中，排气再循环装置(80)将排气从内燃机(10)的所述排气出口(14)供给到所述进气口(14)，并且，在所述排气出口(14)下游的排气流中串联的至少两个能量吸收器(54、60)吸收所述排气的能量，其特征在于，通过在一定的转速范围内驱动所述内燃机(10)以在所述排气出口(14)处产生热的排气，来使所述排气过热到第一温度，其中所述第一温度足以驱动所述至少两个能量吸收器(54、60)，其中在所述至少两个能量吸收器(54、60)的下游，所述排气的温度被确立为足以在所述排气后处理系统(40)中以大于80％的效率从所述排气中去除NOx。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述后处理系统(40)下游的NOx含量来改变所述内燃机(10)的转速。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述后处理系统(40)的预计的NOx转换率来改变所述内燃机(10)的转速。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所述内燃机(10)的转速和/或根据所述至少两个能量吸收器(54，60)上游的所需温度来调节传动单元(30)的传动档位。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，使所述内燃机(10)的转速保持在800rpm至1500rpm之间的范围内，优选保持在850rpm至1300rpm之间的范围内。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，使所述内燃机(10)的转速的变动保持低于200rpm。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述两个能量吸收器(54，60)下游的排气温度被确立在一定的温度范围内，所述温度范围处于在所述排气后处理系统(40)的NOx还原催化剂(46)中还原NOx的最佳范围内。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述排气的温度被确立为至少330℃但不大于450℃的值，优选被确立为至少350℃但不大于400℃的值。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，供给到所述内燃机(10)中的燃料/空气混合物的拉姆达比(λ)被确立为不大于1.4。
10.一种执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的、用于降低内燃机(10)的NOx排放的设备，所述设备包括内燃机(10)，所述内燃机(10)具有：至少一个气缸(11)；进气口(12)，所述进气口(12)用于供给空气；排气出口(14)，所述排气出口(14)用于将排气排出到排气后处理系统(40)中，所述排气后处理系统(40)用于减少所述内燃机(10)的排放；排气再循环装置(80)，所述排气再循环装置(80)将排气从内燃机(10)的所述排气出口(14)供给到所述进气口(14)；以及至少两个能量吸收器(54，60)，所述至少两个能量吸收器(54，60)在所述排气出口(14)下游的排气流中串联，其特征在于，
(a)传动单元(30)，所述传动单元(30)联接在所述内燃机(10)和车辆的驱动轴(16)之间，所述传动单元(30)允许所述内燃机(10)的用于使排气过热的预定转速；和
(b)在所述至少两个能量吸收器(54，60)中能够吸收排气能量，以根据所述内燃机(10)的转速来确立处于所述后处理系统(40)中的NOx转换的期望温度范围内的排气温度。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述内燃机(10)的转速能够被确立在850rpm至1500rpm之间。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述至少两个能量吸收器中的一个能量吸收器(54)联接到涡轮增压器(50)。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的设备，其特征在于，所述至少两个能量吸收器中的一个能量吸收器(60)联接到曲轴或电机(70)中的一个。
14.根据权利要求10至13中的任一项所述的设备，其特征在于，所述传动单元(30)是带有动力换档的自动变速器。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述传动单元(30)是无级变速传动单元。
16.根据权利要求10至15中的任一项所述的设备，其特征在于，所述后处理系统(40)包括用于降低排气中的微粒含量的装置(44)。
17.根据权利要求10至16中的任一项所述的设备，其特征在于，所述后处理系统(40)包括用于降低排气中的氮氧化物(NOx)含量的装置(46)。
18.根据权利要求10至17中的任一项所述的设备，其特征在于，所述内燃机(10)是柴油发动机。
19.一种用于降低车辆内燃机的排气中的NOx含量的方法，所述内燃机包括：至少一个气缸；进气口，所述进气口用于供给空气；排气出口，所述排气出口用于将排气排出到排气后处理系统中，所述排气后处理系统用于减少所述内燃机的排放，其中，排气再循环装置将排气从内燃机的所述排气出口供给到所述进气口，并且，在所述排气出口下游的排气流中串联的至少两个能量吸收器吸收所述排气的能量，其中，通过在一定的转速范围内驱动所述内燃机以在所述排气出口处产生热的排气，来使所述排气过热到第一温度，其中所述第一温度足以驱动所述至少两个能量吸收器，其中在所述至少两个能量吸收器的下游，所述排气的温度被确立为足以在所述排气后处理系统中以大于80％的效率从所述排气中去除NOx。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，根据所述后处理系统的预计的NOx转换率来改变所述内燃机的转速。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，根据所述内燃机的转速和/或根据所述至少两个能量吸收器上游的所需温度来调节传动单元的传动档位。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，使所述内燃机的转速保持在800rpm至1500rpm之间的范围内，优选保持在850rpm至1300rpm之间的范围内。
23.根据权利要求19所述的方法，其中，使所述内燃机的转速的变动保持低于200rpm。
24.根据权利要求19所述的方法，其中，所述两个能量吸收器下游的排气温度被确立在一定的温度范围内，所述温度范围处于在所述排气后处理系统的NOx还原催化剂中还原NOx的最佳范围内。
25.根据权利要求19所述的方法，其中，所述排气的温度被确立为至少330℃但不大于450℃的值，优选被确立为至少350℃但不大于400℃的值。
26.根据权利要求19所述的方法，其中，供给到所述内燃机中的燃料/空气混合物的拉姆达比被确立为不大于1.4。
27.一种执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的、用于降低内燃机(10)的NOx排放的设备，所述设备包括内燃机，所述内燃机具有：至少一个气缸；进气口，所述进气口用于供给空气；排气出口，所述排气出口用于将排气排出到排气后处理系统中，所述排气后处理系统用于减少所述内燃机的排放；排气再循环装置，所述排气再循环装置将排气从内燃机的所述排气出口供给到所述进气口；以及至少两个能量吸收器，所述至少两个能量吸收器在所述排气出口(14)下游的排气流中串联，其中，
(a)传动单元设置成联接在所述内燃机和车辆的驱动轴之间，所述传动单元允许所述内燃机的用于使排气过热的预定转速；并且
(b)在所述至少两个能量吸收器中能够吸收排气能量，以根据所述内燃机的转速来确立处于所述后处理系统中的NOx转换的期望温度范围内的排气温度。
28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述内燃机的转速能够被确立在850rpm至1500rpm之间。
29.根据权利要求27所述的设备，其中，所述至少两个能量吸收器中的一个能量吸收器联接到涡轮增压器。
30.根据权利要求27所述的设备，其中，所述至少两个能量吸收器中的一个能量吸收器联接到曲轴或电机中的一个。
31.根据权利要求27所述的设备，其中，所述传动单元是带有动力换档的自动变速器。
32.根据权利要求31所述的设备，其中，所述传动单元是无级变速传动单元。
33.根据权利要求27所述的设备，其中，所述后处理系统包括用于降低排气中的微粒含量的装置。
34.根据权利要求27所述的设备，其中，所述后处理系统包括用于降低排气中的氮氧化物含量的装置。
35.根据权利要求27所述的设备，其中，所述内燃机是柴油发动机。
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