CN1406314A - 对设置在内燃机尾气通道上的NOx－存储催化剂进行NOx－再生的方法和装置 - Google Patents

对设置在内燃机尾气通道上的NOx－存储催化剂进行NOx－再生的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于对设置在机动车的内燃机的尾气通道内的NOx－存储催化剂进行NOx－再生的方法，其中内燃机以各种工作方式工作并且至少在一种工作方式时尾气回流入内燃机的抽吸空气中。其中在开始NOx－再生前减少尾气回流率或断开尾气回流并且在减少尾气回流率或没有尾气回流的情况下进行NOx－再生。根据本发明可以不需要中断点火快速地转换到再生范围并实现短的再生时间。

Description

对设置在内燃机尾气通道上的NOx-存储催化剂 进行NOx-再生的方法和装置
本发明涉及一种具有权利要求1和10前序部分中所述特征的对设置在内燃机尾气通道上的NOx-存储催化剂进行NOx-再生的方法和装置。
已知为对内燃机，特别是瞬时贫运行的内燃机的尾气进行净化，在尾气管路中设置有一个具有NOx-存储功能的催化剂(NOx-存储催化剂)。催化剂将起着降低有害物质排放的作用，其中催化剂促使诸如一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物和氧化氮等尾气成分转化成对环境影响较小的化合物。目前努力实现内燃机以贫工作方式λ＞1尽可能持续的工作，即在馈送的空燃混合气中具有富余的氧。在该条件下将减少油耗。但另一方面在贫工作方式时由于氧富余，所以不能实现NOx的催化还原。为此在贫工作方式时NOx被吸附在NOx-存储催化剂上。由于催化剂的NOx-存储容量有限，所以必须定期对催化剂进行NOx-再生，为此通常用富的尾气环境对催化剂进行加载，以便用在尾气中存在的多余的还原物质(HC、CO)对被吸收的NOx进行转化。
另外还已知利用尾气回流对内燃机进行驱动，其中将一部分尾气与输送给内燃机的空燃混合气进行混合。采取该措施可以降低燃烧温度并随之减少NOx-的生成。为此通常将根据内燃机的工作点对设置在回流管路中的尾气回流阀进行控制。
通常对NOx-存储催化剂的NOx-再生和尾气回流的调整相互不受影响地进行，所以在NOx-再生时是可以进行尾气回流的。因此将会出现各种问题。首先由内燃机的贫工作向富工作的转换时间将从预给定富空燃混合气的时间点被延长到富尾气的真正出现，因而被不希望地延长。这是因为在尾气回流管路中存在的富氧尾气造成的，在已经要求内燃机富方式的同时，尾气回流管路仍然向内燃机的燃烧室馈送富氧的尾气。由于内燃机由层雾工作向均匀工作转换而出现另一个问题，该转换将伴随向富方式的转换，当混合气尽管增大了给油，但对点火仍然过贫，则尤其是在紧接着工作方式转换后将伴随可燃问题和点火中断。该问题将因开始仍然贫的尾气的回流而更为恶化。最后还由于尾气回流将会明显地延长NOx-再生时间。此点是由于减少了尾气物料流并随之减少了还原物质流而造成的，而该还原物质流对在NOx-存储催化剂上被释放出的氧化氮进行还原是必要的。再生时间的延长将导致油耗明显的提高。
所以本发明的目的在于提出一种方法以及一种装置，采用此方法或利用此装置可以克服在根据已有技术对NOx-存储催化剂进行NOx-再生时出现的上述的问题。
该目的通过采用具有根据独立权利要求1和10所述特征的方法和装置得以实现。根据本发明在减少尾气回流率和/或断开尾气回流的情况下进行NOx-再生。因而可以保证内燃机由贫工作向富工作快速并且无中断的转换并缩短再生时间。另外由于转换迅速，所以可以减小在λ值λ＞1向λ≤1转换过程中观察到的NOx-解吸峰值。另外在开始NOx-再生前减少尾气回流率或断开尾气回流。采用此方式可以在很大程度上随机地进行向再生工作的转换，所以在很大程度上不会出现机动车行驶状态的变化。
优选在开始NOx-前将尾气回流率降低到0至25容积％，尤其是降低到5至15容积％。在NOx-再生时根据本发明的优选实施将尾气回流率调整到0至15容积％，尤其是0至10容积％。目前根据发动机类型，通常的回流率被调整在25至35容积％之间。其中容积分量系以输送给内燃机的空气容积为基准的回流的尾气容积。
根据本发明有益的设计，在开始NOx-再生前分级或连续地减少尾气回流率。而且该措施用于尽可能随机地对工作方式的转换。
优选在NOx-再生时，在减少或断开尾气回流后保持或仅微量改变尾气回流率。
根据本发明的一优选实施方式，在开始NOx-再生前0.2至10秒，优选2秒开始减少尾气回流率。其中另外有益的是，根据在减少回流率以及在断开尾气回流的前和后存在的尾气回流率，对开始减少或断开尾气回流的时间点进行测定。  所以例如在降低回流率前和后存在的回流率之间的差较大时，应较早地开始减少尾气回流率，以便使过渡变得尽可能流畅。
在本发明进行NOx-再生的的装置中备有相应的机构，利用所述机构至少在部分再生时间内可实施对尾气回流断开和/或节流等方法步骤。
在一优选的设计中，所述机构包括一个控制单元，在控制单元中以数字形式存储有用于控制实施NOx-存储催化剂的NOx-再生的方法步骤的程序，其中控制单元安装在发动机控制器内。
本发明的有益的设计是其余的从属权利要求的主题。
下面将对照实施例并结合附图对本发明做进一步的说明。图中示出：
图1为具有尾气管路的内燃机的示意图；和
图2为在具有尾气回流和没有尾气回流的NOx-再生时的λ与时间的关系曲线。
图1示意示出具有尾气管路12的内燃机10。在内燃机的下游的尾气管路12内设置有一个小容积的预催化剂14以及一个NOx-存储催化剂16。一个λ探头18用于对尾气中的氧的浓度进行检测并且该探头位于尾气管路12内的催化剂系统14、16的前面。λ探头18将一个信号传送给发动机控制器20，所述发动机控制器对该信号和其它测量信号以及内燃机10的工作参数进行处理。控制单元22安装在发动机控制器20内，在控制单元内以数字形式存储有实施NOx-存储催化剂的NOx-再生的本发明的程序。发动机控制器20或控制单元22根据所有输入的信号对内燃机的工作方式进行控制，其中例如对馈送的空燃混合气施加影响。为此通过对设置在进气管26内的节流阀24的开度的控制实现对抽吸的新鲜空气容积流的调整。另外发动机控制器20或控制单元22对一个设置在回流管路28上的尾气回流阀30进行控制。
当在内燃机10贫阶段确定出需要对NOx-存储催化剂进行再生时，则控制单元22促使内燃机10向均匀的、化学计算的或富的工作方式的转换。为此控制单元22例如预先给定节流阀24的紧密闭合的位置，从而减少在馈送的空燃混合气内的氧分量。根据本发明在至少部分再生时间内减少尾气回流和/或完全中断尾气回流。而且此点是通过发动机控制器20或控制单元22对尾气回流阀30的相应的控制实现的。
图2为在NOx-再生催化剂的NOx-再生时在催化剂系统14、16前用λ探头18测出的λ值与时间关系曲线简图。其中虚线32表示根据目前通常的实践在接通尾气回流(回流率大约为30容积％)再生时的λ曲线，实线34则表示没有尾气回流时的相应的λ曲线。在贫阶段开始时两条曲线32、34具有与λ预给定值λm相符的恒定的程度。在时间t0对再生必要性检测和将馈送给内燃机10的空燃混合气转换到富的，即燃油充足的配比后，在尾气回流的同时测出的信号32在一定的迟延时间仍保持在贫λ值λm上。此点是由于在前的贫阶段仍存在于尾气回流管路28内的并输送给被抽吸的新鲜空气的富氧的尾气造成的。在该迟延后至时间点t1信号32将出现平缓的下降，在t1将达到与λf预给定值相符的值。λ值在前的平缓的下降同样是由于尾气馈送入抽吸的新鲜的空气中造成的。在接着一直延伸到t2的再生时间内将保持λ富预给定值λf并用在尾气中存在的还原物质CO和HC对NOx-存储催化剂16内存储的氧化氮NOx进行还原。在时间点t2上实现存储器排空后将内燃机重新转换到贫方式，从而使λ值重新到达λ贫预定值λm。
本发明的在没有尾气回流的情况下测出的λ曲线34(实线)明显地偏离上述在接通尾气回流时测出的曲线32。在没有尾气回流的情况下λ曲线具有一几乎直接在内燃机10转换到富工作方式后在时间t0开始的相应陡峭下降的曲线，从而在t1，时间点上已经达到λ富预给定值λf。另外可以比接通尾气回流时明显地缩短完全排空NOx-存储催化剂的存储器所需的再生时间，从而在t2，时间点即可结束NOx-再生。在尾气回流(曲线32)的同时的长的再生时间是由于对尾气持续的提取造成的，该对尾气持续的提取将减少供对NOx-存储催化剂的氧化氮转换的还原物质流。
总体上说在没有尾气回流时的再生时间与同时进行尾气回流所需的再生时间相比缩短了将近一半的时间。本发明的优选的尾气回流率具有的λ曲线是上述两种曲线之间的中间状况。
              附图标记对照表
       10         内燃机
       12         尾气通道
       14         预催化剂
       16         NOx-存储催化剂
       18         λ探头
       20         发动机控制器
       22         控制单元
       24         节流阀
       26         进气管
       28         尾气回流管路
       30         尾气回流阀
       32         具有尾气回流时的λ曲线
       34         没有尾气回流时的λ曲线
      λf        λ富预给定值
      λm        λ贫预给定值

Claims (12)

1.一种用于对设置在内燃机的尾气通道内的NOx-存储催化剂进行NOx-再生的方法，其中内燃机可以以各种工作方式工作并且其中至少在一种工作方式时尾气回流入内燃机抽吸空气中，其特征在于，在开始NOx-再生前将减少尾气回流率或断开尾气回流并且NOx-再生是在尾气回流率减少的情况下或没有尾气回流的情况下进行的。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在开始NOx-再生前将尾气回流率降低到0至25容积％，尤其降低到5至15容积％。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在尾气回流率在0至15容积％，尤其在0至10容积％的情况下进行NOx-再生。
4.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在NOx-再生前分级或连续地降低尾气回流率。
5.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在NOx-再生过程中保持或仅微量地改变在减少或断开尾气回流后的尾气回流率的终值。
6.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在开始NOx-再生前0.2至10秒，尤其2秒开始减少尾气回流率。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，根据在减少或断开尾气回流前或后对尾气回流的减少或断开的开始时间点进行测定。
8.按照上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在内燃机化学计算或富工作时进行NOx-再生。
9.按照上述权利要求的中任一项所述的方法，其特征在于，在内燃机均匀工作的情况下进行NOx-再生。
10.一种用于对设置在机动车的内燃机的尾气通道内的NOx-存储催化剂进行NOx-再生的装置，其中为内燃机配属有一个尾气回流系统并且至少在内燃机的一种工作方式时尾气回流入内燃机抽吸空气内，其特征在于，备有相应机构，利用该机构在NOx-再生开始前减少和/或断开尾气回流和在减少尾气回流率或在没有尾气回流的情况下实施NOx-再生方法步骤。
11.按照权利要求10所述的装置，其特征在于，所述机构包括一个控制单元(22)，在该单元中以数字形式存储有实施NOx-存储催化剂的NOx-再生的方法步骤进行控制的程序。
12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于，控制单元(22)安装在发动机控制器(20)内。
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