用于機(jī)動(dòng)車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于具有排氣凈化設(shè)備的機(jī)動(dòng)車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方法，所述排氣凈化設(shè)備包括氧化催化劑（34）、顆粒過(guò)濾器（35）和SCR催化劑，其中由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（1）排出的排氣在通過(guò)顆粒過(guò)濾器（35）和SCR催化劑之前被引導(dǎo)通過(guò)氧化催化劑（34）。按照本發(fā)明設(shè)定，時(shí)不時(shí)地實(shí)施通過(guò)熱炭黑燃耗進(jìn)行的顆粒過(guò)濾器（35）的再生，其中在實(shí)施顆粒過(guò)濾器（35）的再生期間以具有至少接近1.0的λ值（λ）的空燃比來(lái)運(yùn)行柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（1），并且在排氣從氧化催化劑（34）出來(lái)之后和在進(jìn)入顆粒過(guò)濾器（35）之前將空氣混入排氣中，從而實(shí)現(xiàn)沉積在所述顆粒過(guò)濾器（35）上的炭黑的燃耗。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于機(jī)動(dòng)車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于具有排氣凈化設(shè)備的機(jī)動(dòng)車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方法，所述排氣凈化設(shè)備包括氧化催化劑(催化轉(zhuǎn)化器)、顆粒過(guò)濾器和SCR催化劑，其中由所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣在通過(guò)所述顆粒過(guò)濾器和SCR催化劑之前被弓I導(dǎo)通過(guò)所述氧化催化劑。
【背景技術(shù)】
[0002]在文獻(xiàn)W099/39809A1中描述了一種用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化設(shè)備，其相繼地設(shè)置有氧化催化器、顆粒過(guò)濾器和SCR催化器。
[0003]一般地，在具有顆粒過(guò)濾器和SCR催化器的排氣凈化設(shè)備中存在的問(wèn)題在于，在通過(guò)炭黑燃耗/燒掉實(shí)施熱顆粒過(guò)濾器再生時(shí)，取決于運(yùn)行條件，氮氧化物(NOx)被大多數(shù)未經(jīng)轉(zhuǎn)化地排放到環(huán)境中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種用于具有這樣的排氣凈化設(shè)備的機(jī)動(dòng)車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方法，所述方法即使在通過(guò)炭黑燃耗實(shí)施熱顆粒過(guò)濾器再生時(shí)也實(shí)現(xiàn)氮氧化物減少。
[0005]該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的運(yùn)行方法解決。
[0006]按照本發(fā)明的方法的特征在于，時(shí)不時(shí)地實(shí)施通過(guò)熱炭黑燃耗進(jìn)行的顆粒過(guò)濾器的再生，其中在實(shí)施所述顆粒過(guò)濾器的再生期間以具有至少接近1.0的λ值的空燃比來(lái)運(yùn)行所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)并且在排氣從所述氧化催化劑出來(lái)之后和在進(jìn)入所述顆粒過(guò)濾器之前將空氣混入所述排氣中，從而實(shí)現(xiàn)沉積在所述顆粒過(guò)濾器上的炭黑的燃耗。
[0007]本發(fā)明基于的認(rèn)識(shí)在于，如果以具有至少接近1.0的λ值的空燃比來(lái)運(yùn)行柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，那么典型應(yīng)用的柴油氧化催化劑即使在高的排氣溫度下也能夠不僅將氮氧化物轉(zhuǎn)化成無(wú)害的組成成份而且將還原性的排氣成分如一氧化碳(CO)和碳?xì)浠衔?HC)轉(zhuǎn)化為無(wú)害的組成成分。用于具有或者沒(méi)有氧存儲(chǔ)能力的柴油氧化催化劑的催化劑形式對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員是已知的，因此在此不再進(jìn)行探討。典型的當(dāng)然是帶涂層的載體催化劑，其中金屬或陶瓷載體設(shè)有含有貴金屬的中間層(washcoat)涂層。優(yōu)選的貴金屬是鉬系的元素，特另U是鉬自身。
[0008]SCR催化劑是這樣一種催化劑，其可以在氧化條件下亦即在λ >1.0的條件下借助于氨(NH3)選擇地并且連續(xù)地還原NOx。
[0009]就此而言，將表示空燃比的λ值如通常一樣理解為在燃燒用空氣-燃料混合物中實(shí)際存在的氧量與用于燃料的完全燃燒原理上至少需要的氧量的比例。具有空氣剩余的低配比的(稀的)空氣-燃料混合物因此具有大于I的λ值。與之相對(duì)地，具有燃料剩余的高配比的(濃的)空氣-燃料混合物具有小于I的λ值。在排氣系統(tǒng)中不存在氧源或者氧減少裝置時(shí)，在排氣中的λ值(排氣λ)相應(yīng)于用于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的空氣-燃料混合物的λ值(燃燒λ)。如果不需要區(qū)分，那么簡(jiǎn)單地因此以下僅僅稱(chēng)為λ值或縮寫(xiě)為入。[0010]由于按照本發(fā)明規(guī)定，在排氣進(jìn)入到顆粒過(guò)濾器之前空氣混入該排氣中，則該排氣程度或大或小地含有氧氣，從而可以進(jìn)行使顆粒過(guò)濾器再生的炭黑燃耗，其中前提條件為事先將溫度提高到相應(yīng)高的溫度。典型地對(duì)于熱炭黑燃耗來(lái)說(shuō)，超過(guò)550°c的排氣或顆粒過(guò)濾器的溫度是必需的。通常來(lái)說(shuō)，理想的燃耗速度大多在650°C以上才實(shí)現(xiàn)。在如此高的排氣溫度下，已經(jīng)在NOx轉(zhuǎn)換方面極大地降低了同樣設(shè)置在排氣凈化設(shè)備中的SCR催化劑的效果。如果SCR催化劑與顆粒過(guò)濾器相對(duì)近地設(shè)置，那么這一點(diǎn)尤其適用。然而，氧化催化劑在顆粒過(guò)濾器再生期間可以承擔(dān)這個(gè)功能。因此即使在顆粒過(guò)濾器再生期間也可除去排氣中的NOx。
[0011]作為顆粒過(guò)濾器優(yōu)選地使用基于硅碳化物或鈦酸鋁的所謂壁流式過(guò)濾器，其可選擇地可以在通道壁上具有帶催化效果的涂層。
[0012]為了輸送空氣到在氧化催化劑與顆粒過(guò)濾器之間的排氣中，可以應(yīng)用二次空氣泵。同樣可能的是，將空氣從壓縮空氣存儲(chǔ)器取出，或者借助于渦輪增壓器通過(guò)來(lái)自進(jìn)氣管的支路來(lái)提供空氣。優(yōu)選地是一種用于可變的、特別是可調(diào)節(jié)的空氣量提供裝置。
[0013]在本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案中，應(yīng)用具有三元催化劑涂層的氧化催化劑。在此指這樣的催化劑材料，其在λ =1.0周?chē)男》秶屑瓤梢詫Ox轉(zhuǎn)化為無(wú)害的產(chǎn)物，也可以將還原性的排氣成分如CO和HC轉(zhuǎn)化為無(wú)害的產(chǎn)物。典型地，催化劑涂層包含鉬和/或鈀以及銠，并且此外包含可以存儲(chǔ)和釋放氧的諸如氧化鈰的材料。合適的催化劑形式對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員——特別從涉及奧托/汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化的應(yīng)用——是已知的。通過(guò)該設(shè)計(jì)，尤其在進(jìn)行顆粒過(guò)濾器再生時(shí)能特別有效地除去有害的排氣組成成分(特別是NOx)。
[0014]在所述方法的另一設(shè)計(jì)方案中，在所述顆粒過(guò)濾器的再生期間混入這種流量的空氣，使得以可預(yù)先規(guī)定的速度實(shí)現(xiàn)沉積在所述顆粒過(guò)濾器(35)上的炭黑的燃耗。炭黑燃耗速度在此優(yōu)選借助于溫度傳感器獲取，所述溫度傳感器由于炭黑燃耗所弓I起的溫度變化可以直接在顆粒過(guò)濾器之后和/或之中測(cè)得在炭黑燃耗時(shí)釋放的熱量。因?yàn)樘亢谌己牡乃俣纫蕾?lài)于排氣的氧氣分壓力(氧分壓)，所以可以通過(guò)混入的空氣量來(lái)控制或調(diào)節(jié)炭黑燃耗。以這種方式，通過(guò)減少混入的空氣量并繼而降低炭黑燃耗的速度或者將其保持較低，例如顆粒過(guò)濾器的過(guò)熱由此是可避免的。同樣可借助于λ傳感器來(lái)調(diào)節(jié)或者控制空氣輸送，以實(shí)現(xiàn)期望的炭黑燃耗速度。因?yàn)橛赏庠垂┙o了促進(jìn)炭黑燃耗的空氣，所以實(shí)現(xiàn)了與空氣供給量無(wú)關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
[0015]在所述方法的另一設(shè)計(jì)方案中，在顆粒過(guò)濾器再生的運(yùn)行階段之外，在對(duì)于正常的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行來(lái)說(shuō)典型的空氣過(guò)量的情況下運(yùn)行所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，并且在排氣通過(guò)SCR催化劑之前將氨或者能夠分解出氨的還原劑(特別是尿素水溶液)混入排氣中。NOx還原在此借助于SCR催化劑實(shí)現(xiàn)。同時(shí)借助于氧化催化劑除去了可氧化的排氣組成成分。
[0016]在所述方法的另一設(shè)計(jì)方案中，所述排氣在通過(guò)顆粒過(guò)濾器之前和/或之后被引導(dǎo)通過(guò)SCR催化劑。SCR催化劑可以在此作為獨(dú)立的構(gòu)件設(shè)置在顆粒過(guò)濾器之前和/或之后。在本發(fā)明的另一個(gè)特別有利的實(shí)施形式中設(shè)定，所述排氣被引導(dǎo)通過(guò)構(gòu)成為顆粒過(guò)濾器的涂層的SCR催化劑。顆粒過(guò)濾器的具有SCR催化劑材料的涂層可以設(shè)置在顆粒過(guò)濾器的起過(guò)濾器作用的通道壁的未經(jīng)處理氣體側(cè)或凈化氣體側(cè)上。優(yōu)選的是，在凈化氣體側(cè)，至少在顆粒過(guò)濾器的下游部分上設(shè)有帶SCR催化劑材料的涂層。【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)由優(yōu)選的實(shí)施例的隨后說(shuō)明以及根據(jù)附圖產(chǎn)生。在前面在說(shuō)明中提到的特征和特征組合以及隨后在【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】中提到的和/或在附圖中單獨(dú)示出的特征和特征組合不僅僅在各自給出的組合中而且可在另外的組合中或可獨(dú)自地應(yīng)用，而不會(huì)離開(kāi)本發(fā)明的范圍。
[0018]在此，在唯一的附圖中示出了機(jī)動(dòng)車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的示意的原理圖，其具有與之連接的排氣凈化設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0019]在圖1中僅僅示意地示出連接有排氣凈化設(shè)備的機(jī)動(dòng)車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)I的一個(gè)有利的實(shí)施形式，在該發(fā)動(dòng)機(jī)上可以采用進(jìn)一步在下面詳細(xì)闡明的方法。機(jī)動(dòng)車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)I在此具有兩級(jí)的增壓裝置和兩級(jí)的排氣再循環(huán)裝置，并且包括具有帶有未進(jìn)一步表示的燃燒室的工作氣缸3的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體2，其中借助于高壓泵4可將燃料輸送給工作氣缸3或其相應(yīng)的燃燒室。通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)5可以將燃燒用空氣輸送給工作氣缸3或其相應(yīng)的燃燒室，并且通過(guò)排氣裝置(排氣系)6將排氣從工作氣缸3排出。在進(jìn)氣系統(tǒng)5中設(shè)有空氣過(guò)濾器
7、構(gòu)成為高壓排氣渦輪增壓器11的第一排氣渦輪增壓器的第一壓縮機(jī)10、構(gòu)成為低壓排氣渦輪增壓器9的第二排氣渦輪增壓器的第二壓縮機(jī)8、增壓空氣冷卻器12和節(jié)氣閥13。
[0020]在排氣裝置6中從發(fā)動(dòng)機(jī)缸體2開(kāi)始沿排氣的流動(dòng)方向設(shè)有配屬給高壓排氣渦輪增壓器11的第一渦輪14、配屬給低壓排氣渦輪增壓器9的第二渦輪15和排氣凈化設(shè)備
16。排氣凈化設(shè)備16在此具有用于從排氣中濾去顆粒物的顆粒過(guò)濾器35以及前置(上游)的氧化催化劑34。此外可以設(shè)有未示出的特別是電的加熱元件，以便快速地使得排氣凈化設(shè)備16到達(dá)需要的運(yùn)行溫度或到達(dá)提高的溫度。優(yōu)選地所述加熱元件直接設(shè)置在氧化催化劑34前面。氧化催化劑34優(yōu)選地構(gòu)成為所謂的柴油氧化催化劑，其具有帶三元催化劑功能的涂層且特別具有金屬箔承載體。如果存在，所述電加熱元件也優(yōu)選構(gòu)成為有涂層的金屬箔承載體(所謂的電加熱催化器)。
[0021]顆粒過(guò)濾器35可以通過(guò)燒結(jié)金屬設(shè)計(jì)構(gòu)成或者以蜂窩式結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成為壁流式過(guò)濾單元。優(yōu)選地對(duì)于顆粒過(guò)濾器35來(lái)說(shuō)，設(shè)有例如催化涂層，其例如具有起氧化催化作用的物質(zhì)和/或SCR催化物質(zhì)。SCR催化物質(zhì)可以在氧化條件下，由存儲(chǔ)的和/或輸送的氨(NH3)作為選擇性的氮氧化物還原劑，來(lái)催化NOx的選擇性的連續(xù)的還原。優(yōu)選地催化物質(zhì)是包含鐵或者銅的沸石催化劑。SCR催化物質(zhì)可以在此設(shè)置在顆粒過(guò)濾器35的起過(guò)濾作用的面的未經(jīng)處理氣體側(cè)或已凈化氣體側(cè)上。在顆粒過(guò)濾器35優(yōu)選地構(gòu)成為蜂窩式結(jié)構(gòu)形式的壁流式過(guò)濾器時(shí)，具有相應(yīng)的SCR催化物質(zhì)的涂層優(yōu)選設(shè)置在暴露于未經(jīng)處理氣體的通道壁上。特別是在這種情況下有利的是，SCR催化劑涂層僅僅部分地在入口側(cè)或出口側(cè)設(shè)置在顆粒過(guò)濾器35的通道壁上。例如可以在顆粒過(guò)濾器35的大約50%的長(zhǎng)度的軸向方向的第一部分上設(shè)有帶SCR催化物質(zhì)的涂層。沿軸向方向看過(guò)去的后部分不加涂覆或者設(shè)有起氧化催化作用的涂層。
[0022]為了使排氣中的氨含量升高，在氧化催化劑34與顆粒過(guò)濾器35之間設(shè)有添加裝置38，其可以將氨或者能夠分解出氨的還原劑例如尿素水溶液射入到排氣裝置6中。為了改善均勻分布，可以將未分別地示出的后置的混合器設(shè)置在排氣裝置6中。[0023]此外在此在排氣裝置6中在顆粒過(guò)濾器35的下游設(shè)有SCR催化劑單元36。其類(lèi)似于顆粒過(guò)濾器35的SCR催化物質(zhì)涂層，能夠選擇性地通過(guò)NH3還原NOx。優(yōu)選地SCR催化劑單元36遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)地設(shè)置在車(chē)輛的底部區(qū)域中，特別是設(shè)置在尾部消音器中。特別優(yōu)選地至少在排氣總成6中的設(shè)置是這樣的，使得在熱顆粒過(guò)濾器再生時(shí)其溫度升高至550°C以上。通過(guò)在幾何結(jié)構(gòu)上遠(yuǎn)離顆粒過(guò)濾器35并結(jié)合排氣裝置6在熱傳遞方面的相應(yīng)尺寸可以實(shí)現(xiàn):在加熱到大約800°C的顆粒過(guò)濾器35與SCR催化劑單元36之間存在大于250°C的溫度落差。
[0024]SCR催化劑單元36優(yōu)選構(gòu)成為具有相應(yīng)的涂層的、蜂窩式結(jié)構(gòu)形式的整體的排氣凈化構(gòu)件。同樣優(yōu)選的是基于銅和鐵的沸石催化劑涂層。然而SCR催化劑單元36也可以構(gòu)成全擠出蜂窩元件，例如基于五氧化釩/氧化鈦/氧化鎢。特別優(yōu)選的是，SCR催化劑單元36相比于顆粒過(guò)濾器涂層的SCR催化物質(zhì)具有不同的——特別是更低的——有催化效果的溫度范圍。此外優(yōu)選具有對(duì)于NH3來(lái)說(shuō)相對(duì)較大的存儲(chǔ)能力的實(shí)施形式。為了防止將NH3——例如由于熱脫附作用或者由于由加壓引起的泄漏——排出到環(huán)境中，可以在SCR催化劑單元36的下游設(shè)有另一氧化催化劑作為所謂的阻塞催化劑，該阻塞催化劑未額外地示出。
[0025]此外在氧化催化劑34與顆粒過(guò)濾器35之間設(shè)有二次空氣添加裝置39，其可以按照要求并且可變量地將空氣充入到排氣裝置6中。雖然在此二次空氣添加裝置39被標(biāo)在添加裝置38的下游，但是也可以設(shè)置在其上游或者在結(jié)構(gòu)上集成到添加裝置38中。這使通過(guò)添加裝置38輸送給排氣的尿素溶液實(shí)現(xiàn)了由壓縮空氣支持的渦流和分配。二次空氣添加裝置39可以連接到泵或壓縮空氣容器上。
[0026]在第二壓縮機(jī)8的下游分支出繞過(guò)高壓排氣渦輪增壓器11的壓縮機(jī)旁路18，其中設(shè)有壓縮機(jī)旁通閥19，從而根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)I的運(yùn)行狀態(tài)和由此產(chǎn)生的壓縮機(jī)旁通閥19的位置可以在不同程度上使該第二壓縮機(jī)8壓縮的新鮮空氣或者新鮮空氣-排氣混合物通過(guò)第一壓縮機(jī)10。通過(guò)這種方式使發(fā)動(dòng)機(jī)I的增壓壓力是可調(diào)節(jié)的，或者在發(fā)動(dòng)機(jī)I的低轉(zhuǎn)數(shù)下(其中高壓排氣渦輪增壓器11由于太低的排氣壓力還不可以工作)第一壓縮機(jī)10通過(guò)壓縮機(jī)旁路18是可繞過(guò)的。
[0027]在排氣裝置6中同樣設(shè)有分別繞過(guò)渦輪14、15的旁路20、21，亦即第一渦輪旁路20 (其中設(shè)有第一渦輪旁通閥22)和第二渦輪旁路21 (其中設(shè)有第二渦輪旁通閥23)。在發(fā)動(dòng)機(jī)I的低轉(zhuǎn)數(shù)以及由此隨之的低的排氣壓力時(shí)，高壓排氣渦輪增壓器11還不可以工作，因此在這個(gè)運(yùn)行狀態(tài)下第一渦輪旁通閥22如此可控制，使得排氣流可通過(guò)第一渦輪旁路20引導(dǎo)繞過(guò)第一渦輪14，并且因此完全可用于驅(qū)動(dòng)低壓排氣渦輪增壓器9的第二渦輪15。
[0028]在發(fā)動(dòng)機(jī)I的非常高的轉(zhuǎn)數(shù)下，作用于排氣渦輪增壓器9、11的渦輪14、15的排氣壓力很高，并由于高排氣壓力實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)數(shù)。由此產(chǎn)生排氣渦輪增壓器9、11的壓縮機(jī)8、10的高壓縮功率，并且由此產(chǎn)生新鮮空氣-排氣混合物的高增壓壓力。然而該增壓壓力不允許超過(guò)一個(gè)預(yù)定的值，從而在到達(dá)該預(yù)定的值時(shí)一個(gè)或兩個(gè)渦輪旁路20、21可用作所謂的廢氣門(mén)(廢氣旁通閥)。在此控制渦輪旁通閥22、23，使得它們例如部分地打開(kāi)，由此排氣流的一部分可以被引導(dǎo)繞過(guò)渦輪14、15，并且由此使作用于渦輪14、15的并且對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的排氣壓力是可減小的。由此導(dǎo)致了通過(guò)排氣渦輪增壓器9、11的壓縮機(jī)8、10壓縮的氣體的更弱壓縮，亦即更小的增壓壓力。
[0029]借助于低壓排氣渦輪增壓器9和高壓排氣渦輪增壓器11的這樣的設(shè)置，發(fā)動(dòng)機(jī)I的功率在不同的轉(zhuǎn)數(shù)范圍中是可優(yōu)化的并且可提供各自最優(yōu)的增壓壓力。由此可特別地防止所謂的渦輪滯后(亦即增壓壓力缺失或較小)以及由此引起的這種發(fā)動(dòng)機(jī)I在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的低功率，或者可至少顯著地減輕這種問(wèn)題并且由此使得例如通過(guò)該發(fā)動(dòng)機(jī)I驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛的行駛性能和燃料消耗是可優(yōu)化的。
[0030]在顆粒過(guò)濾器35的下游(亦即在排氣裝置6的低壓側(cè))從排氣裝置6分支出低壓排氣再循環(huán)(EGR)管路24，其在低壓排氣渦輪增壓器9的第二壓縮機(jī)8的上游并且在空氣過(guò)濾器7的下游又通到進(jìn)氣系統(tǒng)5中。借助于設(shè)置在排氣裝置6中的排氣堵流閥/阻尼閥17，通過(guò)低壓排氣再循環(huán)管路24再循環(huán)的排氣的量或者比例都是可影響的。在堵流閥17的下游并且在SCR催化劑單元36的上游可以設(shè)有第二添加裝置，其用于包含自由的或結(jié)合的形式的氨的還原劑，這未分別地示出。通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)了氨供應(yīng)，該氨供應(yīng)匹配于顆粒過(guò)濾器35的SCR催化劑涂層和SCR催化劑單元36的相應(yīng)運(yùn)行條件和相應(yīng)效果并且優(yōu)選為獨(dú)立可調(diào)節(jié)。雖然在此示出為設(shè)置在低壓排氣再循環(huán)管路24的分支位置之后，但是也可以將堵流閥17設(shè)置在SCR催化劑36之后。
[0031]在低壓EGR管路24中沿低壓EGR質(zhì)量流的流動(dòng)方向看去在排氣裝置6的分支處的下游，設(shè)有低壓EGR冷卻器25和低壓EGR閥26?？蛇x擇地在撤去低壓EGR冷卻器25的情況下通過(guò)使用的管長(zhǎng)或管設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)低壓EGR質(zhì)量流的冷卻。低壓EGR質(zhì)量流的冷卻確保，在壓縮機(jī)8、10上在排氣再循環(huán)運(yùn)行期間不出現(xiàn)不允許的高溫。
[0032]在低壓EGR管路24中可以在低壓EGR冷卻器25的上游設(shè)有另一 SCR催化劑37。其減少了在再循環(huán)的排氣中在特定情況下存在的氮氧化物和/或氨或氧。由此又避免或者減少了淤積和腐蝕現(xiàn)象，并且改善了在發(fā)動(dòng)機(jī)I的燃燒室中進(jìn)行的燃料燃燒過(guò)程。除此之夕卜，該另一 SCR催化劑37可以承擔(dān)過(guò)濾功能，從而至少比較粗大的顆粒可以從通過(guò)低壓通路再循環(huán)的排氣中除去。此外可以在氧化催化劑34或顆粒過(guò)濾器35的上游和/或下游設(shè)有一個(gè)或多個(gè)另外的起凈化作用的排氣后處理構(gòu)件，例如在排氣裝置6中布置有另一氧化催化劑、SCR催化劑和/或氮氧化物存儲(chǔ)催化劑，這未分別地示出。特別優(yōu)選的是，在SCR催化劑單元36的下游設(shè)有起氧化催化作用的排氣凈化構(gòu)件，借助于所述構(gòu)件可以除去排氣中的氨泄漏。
[0033]在高壓排氣渦輪增壓器11的渦輪14的上游(亦即在排氣裝置6的高壓側(cè))由排氣裝置6的排氣歧管33分支出高壓EGR管路27，其在節(jié)氣閥13的下游通到進(jìn)氣系統(tǒng)5中。借助于高壓EGR管路27，高壓EGR質(zhì)量流通過(guò)高壓EGR閥28可導(dǎo)入到進(jìn)氣系統(tǒng)5中。在示出的實(shí)施例中，在高壓EGR管路27中設(shè)有高壓EGR冷卻器29，其如果必要可以與低壓EGR冷卻器25在結(jié)構(gòu)上和/或在功能上統(tǒng)一。然而可選擇地，高壓EGR質(zhì)量流的冷卻例如也可以通過(guò)高壓EGR管路27的管長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于低壓EGR冷卻器25和/或高壓EGR冷卻器29來(lái)說(shuō)可以設(shè)有旁通管路、特別是設(shè)置有用于可變的流量調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的旁通管路，這未分別地不出。
[0034]示出的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)I因此具有排氣再循環(huán)裝置，其中排氣在高壓排氣渦輪增壓器11的渦輪14的上游通過(guò)相應(yīng)的高壓通路以及在排氣凈化設(shè)備16的下游通過(guò)相應(yīng)的低壓通路可從排氣裝置6中排出，并且如果必要可在冷卻之后輸送至低壓排氣渦輪增壓器9的壓縮機(jī)8的上游以及在進(jìn)氣系統(tǒng)5的節(jié)氣閥13的下游，并可因此輸送至燃燒室3。發(fā)動(dòng)機(jī)I在此可選擇地以沒(méi)有排氣再循環(huán)、具有高壓排氣再循環(huán)或低壓排氣再循環(huán)或者同時(shí)具有高壓排氣再循環(huán)和低壓排氣再循環(huán)并以各自可變的排氣再循環(huán)量運(yùn)行。因此可以給燃燒室3輸送具有可在寬的范圍內(nèi)改變排氣再循環(huán)率的(具有可變的低壓成分和可變的高壓成分)燃燒氣體。排氣再循環(huán)量(亦即再循環(huán)的排氣流量)以及EGR率的調(diào)節(jié)借助于排氣堵流閥17和/或低壓EGR閥26以及借助于高壓EGR閥28作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由此整個(gè)再循環(huán)的排氣的低壓成分以及高壓成分同樣在寬的范圍上是可調(diào)節(jié)的。這總的來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)了清潔的排氣再循環(huán)質(zhì)量流、排氣再循環(huán)質(zhì)量流的更好冷卻、防止了排氣再循環(huán)冷卻器25、29的煙塵堆積，并且實(shí)現(xiàn)了排氣再循環(huán)質(zhì)量流與進(jìn)氣系統(tǒng)5中新鮮空氣的良好混合?？蓪?shí)現(xiàn)高的排氣再循環(huán)率，并且可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)I的均勻的或者至少部分均勻的運(yùn)行。
[0035]排氣堵流閥17和低壓EGR閥26在此是構(gòu)成為預(yù)控制調(diào)節(jié)裝置的排氣再循環(huán)調(diào)節(jié)裝置的調(diào)整環(huán)節(jié)。不僅低壓EGR閥26而且堵流閥17都優(yōu)選是連續(xù)可調(diào)節(jié)的。借助于排氣堵流閥17和壓縮機(jī)8之前的低壓EGR閥26，在整個(gè)排氣再循環(huán)質(zhì)量流中的低壓成分是可調(diào)節(jié)的，并且因此后者同樣是可影響的。一旦存在用于推動(dòng)低壓排氣再循環(huán)質(zhì)量流的足夠的壓降，那么首先可僅通過(guò)低壓EGR閥26調(diào)節(jié)排氣再循環(huán)質(zhì)量流。如果不再是這樣的情況，那么可以附加地微調(diào)排氣堵流閥17，以便提高低壓EGR閥26兩側(cè)的壓降。在此確保了低壓排氣再循環(huán)質(zhì)量流與新鮮空氣的非常好的混合。此外另一優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)低壓通路再循環(huán)的排氣是干凈的并且?guī)缀鯚o(wú)振動(dòng)。附加地提供了提高的壓縮機(jī)功率，因?yàn)樵谠傺h(huán)的排氣的低壓成分較高的情況下，較多的排氣質(zhì)量流可引導(dǎo)通過(guò)渦輪14、15。因?yàn)樵傺h(huán)的排氣在壓縮機(jī)8、10之后可引導(dǎo)通過(guò)高效的增壓空氣冷卻器12，所以包括新鮮空氣和排氣的燃燒氣體的溫度也可以保持相對(duì)冷。內(nèi)燃機(jī)I根據(jù)要求不僅可以高壓排氣再循環(huán)運(yùn)行，而且可以低壓排氣再循環(huán)或者以?xún)烧哌\(yùn)行。
[0036]借助于在進(jìn)氣系統(tǒng)5中優(yōu)選設(shè)置的、繞過(guò)增壓空氣冷卻器12的增壓空氣冷卻器旁路30，可防止增壓空氣冷卻器12的煙塵堆積。例如，如果包含水蒸氣并且可能包含微塵的氣體混合物在增壓空氣冷卻器12中在露點(diǎn)下冷卻并且開(kāi)始形成冷凝物，則存在所謂的煙塵堆積的危險(xiǎn)。
[0037]優(yōu)選地設(shè)定，所有新鮮空氣-排氣混合物或僅僅其中一部分可以通過(guò)增壓空氣冷卻器旁路30 (其在增壓空氣冷卻器12的上游分支)在增壓空氣冷卻器12旁邊引導(dǎo)通過(guò)，由此其不可以通過(guò)增壓空氣冷卻器12冷卻并且因此溫度未下降到露點(diǎn)下。為了確保在必要時(shí)一亦即在新鮮空氣-排氣混合物的高溫時(shí)一新鮮空氣-排氣混合物可進(jìn)一步借助于增壓空氣冷卻器12有效地冷卻，在壓縮機(jī)8、10的下游并且在增壓空氣冷卻器12的上游在進(jìn)氣系統(tǒng)5中設(shè)有溫度傳感器31，從而在達(dá)到預(yù)定的溫度時(shí)在增壓空氣冷卻器旁路30中設(shè)置的增壓空氣冷卻器旁通閥32相應(yīng)地是可控制的，并且接著該增壓空氣冷卻器旁通閥32例如完全打開(kāi)或完全關(guān)閉，或在另一實(shí)施形式中部分地打開(kāi)。
[0038]為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)I和排氣后處理系統(tǒng)16的最優(yōu)運(yùn)行，優(yōu)選地在排氣裝置6中以及在進(jìn)氣系統(tǒng)5中設(shè)有另外的傳感器，這出于清晰的原因未進(jìn)一步示出?？梢詫囟群?或壓力傳感器設(shè)置在排氣歧管33的輸出側(cè)、在渦輪旁路20、21中、在優(yōu)選構(gòu)成為緊密單元的排氣凈化模塊的氧化催化劑34和顆粒過(guò)濾器35的組合的輸入和/或輸出側(cè)或之內(nèi)、在SCR催化劑36的輸入和/或輸出側(cè)、在空氣過(guò)濾器7的輸入和/或輸出側(cè)、在壓縮機(jī)8、10的輸入和輸出側(cè)，在排氣再循環(huán)管路24、27中以及如果必要設(shè)置在另外的位置，以便獲得溫度和壓力條件。優(yōu)選地此外在空氣過(guò)濾器7的下游設(shè)有空氣流量傳感器，以便獲得新鮮空氣流量。此外優(yōu)選地在排氣裝置6中設(shè)有排氣傳感器，例如在排氣歧管33中并且在氧化催化劑34或顆粒過(guò)濾器35之前和/或之后設(shè)置的λ傳感器。
[0039]存在的傳感器的信號(hào)可由未示出的控制裝置處理，所述控制裝置可以根據(jù)信號(hào)和存儲(chǔ)的特性曲線和特性脈譜圖一般地特別是在排氣裝置6中并且在進(jìn)氣系統(tǒng)5中獲取發(fā)動(dòng)機(jī)I的狀態(tài)，并且通過(guò)調(diào)整環(huán)節(jié)的控制和/或調(diào)節(jié)進(jìn)行調(diào)整。特別地在低壓和高壓通路中的排氣再循環(huán)質(zhì)量流以及發(fā)動(dòng)機(jī)I的關(guān)于扭矩或者平均壓力以及轉(zhuǎn)數(shù)的負(fù)荷狀態(tài)是可獲取或者可調(diào)節(jié)的。此外燃料噴射參數(shù)如每個(gè)工作周期的燃料噴射的次數(shù)及其噴射壓力、噴射持續(xù)時(shí)間和噴射時(shí)間點(diǎn)是可調(diào)節(jié)的。
[0040]隨后進(jìn)一步闡明發(fā)動(dòng)機(jī)I或排氣凈化設(shè)備16的運(yùn)行。
[0041]在正常的運(yùn)行條件下，亦即在經(jīng)預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)I和能夠運(yùn)行的排氣凈化設(shè)備16中，在對(duì)于正常的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行來(lái)說(shuō)典型的空氣過(guò)量的情況下運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)I。排氣中的可氧化的有害物質(zhì)CO和HC的去除主要借助于氧化催化劑34實(shí)現(xiàn)。在排氣中包含的顆粒通過(guò)顆粒過(guò)濾器35過(guò)濾，在排氣中包含的氮氧化物通過(guò)顆粒過(guò)濾器35的SCR催化劑涂層和/或通過(guò)SCR催化劑單元36除去。
[0042]就氮氧化物的去除而言，優(yōu)選依照SCR催化劑涂層或SCR催化劑單元36關(guān)于氮氧化物的當(dāng)前轉(zhuǎn)換的效率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于通過(guò)添加裝置38和/或另一添加裝置添加還原劑的配量率的控制性或調(diào)節(jié)性調(diào)整。配量率調(diào)整可以在此基于模型借助于計(jì)算模型或根據(jù)提供的特性曲線和/或特性脈譜圖根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)I和/或排氣凈化設(shè)備16的可預(yù)先規(guī)定的運(yùn)行變量的當(dāng)前值如此實(shí)現(xiàn)，使得氮氧化物減少率至少接近地到達(dá)可預(yù)先規(guī)定的額定值。在此優(yōu)選分析涉及發(fā)動(dòng)機(jī)I的氮氧化物的未經(jīng)處理排放的和在顆粒過(guò)濾器35或SCR催化劑單元36之后的氮氧化物傳感器的數(shù)據(jù)。與額定值的偏差盡可能地通過(guò)配量率的相對(duì)控制的改變來(lái)補(bǔ)償。
[0043]顆粒過(guò)濾器35所涉及的功能設(shè)定為，持續(xù)地監(jiān)控其炭黑負(fù)荷。為此優(yōu)選在考慮排氣流量和排氣溫度的情況下通過(guò)負(fù)荷模型分析在顆粒過(guò)濾器35上的通過(guò)測(cè)量技術(shù)獲取的壓差，并且由此獲取用于炭黑負(fù)荷的估計(jì)值。如果炭黑負(fù)荷超過(guò)可預(yù)先規(guī)定的邊界值，那么需要顆粒過(guò)濾器35的熱再生。假如滿足涉及顆粒過(guò)濾器再生的可實(shí)施性的預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，那么中斷發(fā)動(dòng)機(jī)I的正常運(yùn)行并且切換到特別運(yùn)行中。通過(guò)轉(zhuǎn)換發(fā)動(dòng)機(jī)I的燃燒參數(shù)并且通過(guò)釋放氧化催化劑34上的熱能來(lái)實(shí)現(xiàn)在顆粒過(guò)濾器35的輸入側(cè)對(duì)于炭黑燃耗需要的被提高至大約550°C至700°C的溫度。
[0044]由于顆粒過(guò)濾器35或排氣裝置6整體上提高了溫度，典型地極大地減弱了顆粒過(guò)濾器35的SCR催化劑涂層或SCR催化劑單元36的效果。然而為了減少氮氧化物，在顆粒過(guò)濾器再生期間以具有至少接近λ =1.0的λ值的空燃比來(lái)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)I。以接近1.0的燃燒λ也存在接近1.0的排氣λ，并且氮氧化物的減少以及可氧化的排氣組成成分的減少可以通過(guò)氧化催化劑34高效率地實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，如果確定氮氧化物的最終未經(jīng)處理的排放超過(guò)了預(yù)先規(guī)定的程度，那么進(jìn)行向具有大約1.0的λ的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過(guò)渡。那么氨的輸送對(duì)于氮氧化物減少既不是必需的，也不是有用的，因此結(jié)束或者中斷。
[0045]為了調(diào)節(jié)出目標(biāo)值約為1.0的燃燒λ，優(yōu)選地首先將用于空燃比的預(yù)控制值調(diào)節(jié)在λ =1.10與λ =1.15之間的范圍中。為此通過(guò)操作節(jié)氣閥13、用于排氣渦輪增壓器9、11的調(diào)整機(jī)構(gòu)以及EGR閥26、28，將空氣輸送量和排氣再循環(huán)量調(diào)節(jié)到依賴(lài)于運(yùn)行點(diǎn)的預(yù)控制值，并且通過(guò)燃料預(yù)噴射、主噴射以及附加的后噴射的總和來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)于λ預(yù)控制值所需的燃料量。典型地將節(jié)氣閥關(guān)閉到在70%與95%之間的值，將增壓閥關(guān)閉到在5%與45%之間的值，并且將廢氣門(mén)關(guān)閉到在25%與45%之間的值。優(yōu)選地將高壓EGR閥28完全閉合，并且通過(guò)操作低壓排氣再循環(huán)閥26和排氣堵流閥17來(lái)調(diào)節(jié)排氣再循環(huán)量。通過(guò)在>80° nOT(上止點(diǎn)后)的曲軸角下對(duì)遲滯的、無(wú)轉(zhuǎn)矩效果的燃料后噴射的計(jì)算出的預(yù)控制量的減少，實(shí)現(xiàn)了用于到達(dá)λ目標(biāo)值的濃氣氛。其準(zhǔn)確的值通過(guò)對(duì)以感應(yīng)方式優(yōu)選直接在氧化催化劑34之后獲得的用于排氣的氧含量值的處理以及后噴射量的再調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)。在此優(yōu)選的是，調(diào)節(jié)地調(diào)整在可預(yù)先規(guī)定的目標(biāo)范圍內(nèi)的振蕩的λ值。優(yōu)選地，通過(guò)從λ=0.95至λ =0.98的下邊界和從λ =1.0至λ =1.05的上邊界來(lái)規(guī)定λ目標(biāo)范圍。優(yōu)選的振蕩頻率處于IHz與5Hz之間。如已經(jīng)證實(shí)的那樣，通過(guò)該調(diào)節(jié)不僅關(guān)于CO和HC而且關(guān)于NOx實(shí)現(xiàn)了氧化催化劑34的特別高的轉(zhuǎn)化。
[0046]借助于優(yōu)選進(jìn)行的用于實(shí)現(xiàn)接近1.0的排氣λ的調(diào)節(jié)，在顆粒過(guò)濾器35的輸入側(cè)存在幾乎無(wú)氧氣的排氣，其不能實(shí)現(xiàn)炭黑燃耗。為了調(diào)節(jié)至炭黑燃耗所需要的氧含量，按照本發(fā)明操作二次空氣添加裝置39并且使顆粒過(guò)濾器35之前的排氣中氧含量上升。在此優(yōu)選地設(shè)定，特別是調(diào)節(jié)地如此調(diào)整二次空氣輸送，使得引起可預(yù)先規(guī)定的炭黑燃耗速度。作為對(duì)此的調(diào)節(jié)變量，可以考慮在顆粒過(guò)濾器35兩側(cè)的排氣溫度差，其例如借助于在輸入側(cè)和在輸出側(cè)設(shè)置的溫度傳感器是可獲取的。通過(guò)這種方式一方面可減短顆粒過(guò)濾器再生的持續(xù)時(shí)間，另一方面可以防止通過(guò)由于炭黑燃耗率過(guò)高引起的過(guò)熱對(duì)顆粒過(guò)濾器35的損害。
[0047]在顆粒過(guò)濾器再生已結(jié)束之后或者在存在其他的要求顆粒過(guò)濾器再生結(jié)束時(shí)，基本上返回到顆粒過(guò)濾器再生開(kāi)始之前的設(shè)定。亦即關(guān)斷二次空氣添加裝置39，又以對(duì)于正常的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)典型的空氣過(guò)量來(lái)運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)I并且又接受氮氧化物還原劑的按照要求的添加。
[0048]在時(shí)不時(shí)實(shí)施的熱顆粒過(guò)濾器再生期間由于所述的化學(xué)計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行而減小了到環(huán)境中的NOx釋放，這一點(diǎn)還可以通過(guò)伴隨的措施來(lái)改善。專(zhuān)門(mén)地在顆粒過(guò)濾器再生期間減小發(fā)動(dòng)機(jī)I的NOx未經(jīng)處理的排放，也屬于這一點(diǎn)，這優(yōu)選地通過(guò)把低壓EGR率調(diào)節(jié)至特別是設(shè)定的最大值來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地對(duì)低壓EGR率有利地將高壓EGR率減小到零。
[0049]一般地在此追求顆粒過(guò)濾器再生的次數(shù)或頻率的最小化。為此可以設(shè)置，在正常情況下(特別是在顆粒過(guò)濾器35的溫度處于或超過(guò)300°C時(shí))發(fā)動(dòng)機(jī)I的NOx未經(jīng)處理的排放的增加。由于在氧化催化劑34上的氧化，提供更多二氧化氮(NO2),其引起炭黑氧化或連續(xù)的顆粒過(guò)濾器再生(CRT效應(yīng))。由此顆粒過(guò)濾器35的炭黑負(fù)荷率減少，并且更少需要熱再生。另一正面的附加效應(yīng)是，發(fā)動(dòng)機(jī)I的燃料消耗典型地伴隨著NOx未經(jīng)處理的排放的提高而減小。NO2的供應(yīng)以及期望的CRT效應(yīng)通過(guò)在氧化催化劑34上游添加尿素或氨來(lái)提高。為此可以設(shè)有附加的添加單元，其在需要時(shí)激活。
【權(quán)利要求】
1.一種用于具有排氣凈化設(shè)備的機(jī)動(dòng)車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方法，所述排氣凈化設(shè)備包括氧化催化劑(34)、顆粒過(guò)濾器(35)和SCR催化劑，其中由所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(I)排出的排氣在通過(guò)所述顆粒過(guò)濾器(35 )和所述SCR催化劑之前被弓I導(dǎo)通過(guò)所述氧化催化劑(34 )，其特征在于，時(shí)不時(shí)地實(shí)施通過(guò)熱炭黑燃耗進(jìn)行的顆粒過(guò)濾器(35)的再生，其中在實(shí)施所述顆粒過(guò)濾器(35)的再生期間以具有至少接近1.0的λ值(λ )的空燃比來(lái)運(yùn)行所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(I)，并且在排氣從所述氧化催化劑(34 )出來(lái)之后和在進(jìn)入所述顆粒過(guò)濾器(35 )之前將空氣混入所述排氣中，從而實(shí)現(xiàn)沉積在所述顆粒過(guò)濾器(35)上的炭黑的燃耗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，應(yīng)用具有三元催化劑涂層的氧化催化劑(34)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述顆粒過(guò)濾器(35)的再生期間混入這種流量的空氣，使得以可預(yù)先規(guī)定的速度實(shí)現(xiàn)沉積在所述顆粒過(guò)濾器(35)上的炭黑的燃耗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在顆粒過(guò)濾器再生的運(yùn)行階段之夕卜，在對(duì)于正常的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行來(lái)說(shuō)典型的空氣過(guò)量的情況下運(yùn)行所述柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(1)，并且在排氣通過(guò)所述SCR催化劑之前將氨或者能夠分解出氨的還原劑混入排氣中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述排氣在通過(guò)所述顆粒過(guò)濾器(35)之前和/或之后被引導(dǎo)通過(guò)所述SCR催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，所述排氣被弓I導(dǎo)通過(guò)構(gòu)成為所述顆粒過(guò)濾器(35)的涂層的SCR催化劑。
【文檔編號(hào)】F02D41/02GK103502587SQ201180070684
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月6日
【發(fā)明者】O·巴爾塞斯, T·貝克曼, B·克普勒爾, S·穆勒 申請(qǐng)人:戴姆勒股份公司