本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的尾氣后處理的設(shè)備以及一種用于尾氣后處理設(shè)備的再生的方法。

背景技術(shù)：

不斷嚴(yán)格化的尾氣規(guī)定對車輛制造商提出了更高的要求，所述要求通過相應(yīng)的用于還原發(fā)動機(jī)的原始排放的措施并且通過相應(yīng)的尾氣后處理解決。隨著下一個立法階段EU6標(biāo)準(zhǔn)的引入，針對汽油機(jī)規(guī)定了顆粒數(shù)的極限值。可以通過使用汽油機(jī)顆粒過濾器來確保遵守該極限值。在行駛運行過程中，這種汽油機(jī)顆粒過濾器受到煙塵的加載。為了不使尾氣被壓明顯上升，該汽油機(jī)顆粒過濾器必須持續(xù)地或者周期性地再生。為了使被汽油機(jī)顆粒過濾器回收的煙塵與氧氣發(fā)生熱力學(xué)氧化，必須使足夠高的溫度水平與同時現(xiàn)存于汽油機(jī)的尾氣設(shè)備中的氧氣相結(jié)合。因為現(xiàn)代的柴油發(fā)動機(jī)通常在沒有過剩氧量的情況下以化學(xué)計量(或稱為當(dāng)量)燃燒空氣比(λ＝1；λ亦稱“過量空氣系數(shù)”)運行，對此需要附加措施。對此的措施例如考慮柴油發(fā)動機(jī)的短時的稀薄調(diào)整(Magerverstellung)或向尾氣設(shè)備輸入二次空氣。迄今優(yōu)選使用汽油機(jī)的稀薄調(diào)整，因為該方法不需要使用額外的部件并且在汽油發(fā)動機(jī)的大多數(shù)工作點上可以輸送充足的氧氣量。然而所述稀薄調(diào)整的弊端在于，在發(fā)動機(jī)的稀薄調(diào)整的過程中一氧化氮不能通過三元催化劑被充分地轉(zhuǎn)化。

由文獻(xiàn)DE 103 61 791 A1已知一種用于尾氣后處理的設(shè)備，所述設(shè)備具有氮氧化合物存儲催化器和顆粒過濾器，其中，為了使氮氧化合物存儲催化器再生而使內(nèi)燃機(jī)混合比濃地運行，并且在氮氧化合物存儲催化劑與顆粒過濾器之間向尾氣通道吹入二次空氣。通過這種方式，同時實現(xiàn)了顆粒過濾器的再生。

由文獻(xiàn)DE 10 2010 046 747 A1已知一種尾氣后處理設(shè)備和尾氣后處理方法，其中，為了顆粒過濾器的再生，流入顆粒過濾器中的空氣比可選地在濃的與稀薄之間擺動。

已知的設(shè)備和方法具有的弊端在于，在再生時至少階段性地不實施完全的尾氣凈化，并且由此使得排放的尾氣在經(jīng)過顆粒過濾器的過程中升高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明當(dāng)前所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種方法和設(shè)備，利用所述方法和設(shè)備不僅能實現(xiàn)用于顆粒過濾器再生的足夠高的溫度水平，而且還能夠在顆粒過濾器的再生過程中使有害物質(zhì)排放保持得盡可能低。

所述技術(shù)問題通過一種用于內(nèi)燃機(jī)、尤其汽油發(fā)動機(jī)的尾氣后處理的方法解決，并且通過一種用于實施所述方法的設(shè)備解決。

根據(jù)本發(fā)明提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)、尤其汽油發(fā)動機(jī)的尾氣后處理的方法，所述內(nèi)燃機(jī)包括尾氣通道、布置在所述尾氣通道中的第一三元催化器、沿尾氣的流動方向后接的顆粒過濾器和沿尾氣的流動方向布置在顆粒過濾器之前的用于向尾氣通道二次空氣進(jìn)氣的器件，其中，沿尾氣的流動方向在用于二次空氣進(jìn)氣的器件與顆粒過濾器之間在尾氣通道中布置第二三元催化器或者顆粒過濾器具有三元催化涂層，所述方法包括以下步驟：

-內(nèi)燃機(jī)以化學(xué)計量(或稱為化學(xué)當(dāng)量)的燃燒空氣比(；亦稱混合空氣比)運行；

-檢測布置在內(nèi)燃機(jī)的尾氣通道中的顆粒過濾器的負(fù)載狀態(tài)；

-當(dāng)所述負(fù)載狀態(tài)需要對顆粒過濾器進(jìn)行再生時，通過至少短時地將用于內(nèi)燃機(jī)的可燃混合物調(diào)節(jié)至濃的(fett)并且通過至少短時向尾氣通道中通入二次空氣來將尾氣溫度提高至顆粒過濾器的再生溫度，從而在顆粒過濾器的加熱階段在第二三元催化器中或者在經(jīng)催化涂層處理的顆粒過濾器中使?jié)獾娜紵矚獗环艧嵫趸?，?/p>

-內(nèi)燃機(jī)在顆粒過濾器的再生階段的過程中利用濃的或化學(xué)計量的混合物運行。

通過根據(jù)本發(fā)明的方法，顆粒過濾器可以加熱到再生溫度，并且隨后再生，而不會在顆粒過濾器的加熱階段或在顆粒過濾器的再生階段使至少一個三元催化部件的凈化作用受到不利影響。

針對被設(shè)計為汽油發(fā)動機(jī)的內(nèi)燃機(jī)，顆粒過濾器可以設(shè)計為汽油機(jī)顆粒過濾器并且被稱為汽油機(jī)顆粒過濾器。

通過在從屬權(quán)利要求中所實施的措施，可以實現(xiàn)在獨立權(quán)利要求中所給出的方法的擴(kuò)展和改進(jìn)。

應(yīng)該理解的是，概念“加熱階段”和“再生階段”所指的狀態(tài)不一定非得在時間上依次先后發(fā)生，而是也可以同時存在。

此外應(yīng)該理解的是，顆粒過濾器的觸發(fā)再生的負(fù)載狀態(tài)可以不同參數(shù)的方式被確定，只要所述參數(shù)提供了關(guān)于負(fù)載的直接或間接的報告。例如負(fù)載狀態(tài)可以通過顆粒過濾器的上游和下游的壓差測量測得。作為備選，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的適當(dāng)?shù)倪\行參數(shù)、例如當(dāng)前載荷和轉(zhuǎn)速模擬負(fù)載狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載狀態(tài)超過預(yù)定的閾值時，就有必要進(jìn)行再生。

根據(jù)所述方法的優(yōu)選擴(kuò)展方式規(guī)定，內(nèi)燃機(jī)在顆粒過濾器的加熱階段的過程中利用濃的混合物運行，并且在顆粒過濾器的再生階段的過程中以化學(xué)計量的燃燒空氣比(λ＝1)運行。因為內(nèi)燃機(jī)僅在加熱階段的過程中偏離化學(xué)計量燃燒空氣比，而且利用濃的混合物運行(λ＜1)，可以將原始排放保持得較低。此外，存在于尾氣中的還原劑(碳水化合物HC、一氧化碳CO、氫氣H2)的份額通過第二三元催化器或催化式顆粒過濾器之前的二次空氣發(fā)生放熱氧化，由此得到所期望的尾氣溫度上升，并且另一方面還在第二三元催化器的入口具有最大限度符合化學(xué)計量的混合空氣比例，從而使第二三元催化器/催化式顆粒過濾器能夠有效地限制尾氣中的有害物質(zhì)。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中規(guī)定為有利的是，在加熱階段中，通過二次空氣進(jìn)氣在尾氣通道中在第二催化器或經(jīng)催化涂層處理的顆粒過濾器的入口之前設(shè)置化學(xué)計量的混合空氣比，并且在再生階段中設(shè)置超化學(xué)計量的混合空氣比(稀薄，λ＞1)。由此可以提高尾氣中的氧氣含量，從而通過相應(yīng)的對在顆粒過濾器中回收的煙塵的氧化可靠且受控地實現(xiàn)顆粒過濾器的再生。

根據(jù)另一種優(yōu)選的改進(jìn)方式規(guī)定，為了進(jìn)行顆粒過濾器的再生，在加熱階段與再生階段之間多次交替轉(zhuǎn)換。由此可以確保的是，一方面在顆粒過濾器的再生過程中不會導(dǎo)致顆粒過濾器的過熱和燒穿，并且另一方面避免溫度下降到再生溫度以下。這優(yōu)選地通過恒定的二次空氣進(jìn)氣和內(nèi)燃機(jī)化學(xué)計量和濃的交替運行實現(xiàn)。由此，在內(nèi)燃機(jī)的化學(xué)計量的時間間隔中通過二次空氣實現(xiàn)稀薄的混合空氣比，并且在濃的(低化學(xué)計量)時間間隔中實現(xiàn)化學(xué)計量的混合空氣比。加熱階段和再生階段的相對長度可以選擇為等長或不等長的，優(yōu)選在時間上是等長的。

此外有利地規(guī)定，在加熱階段過程中以及再生階段過程中，分別以化學(xué)計量的燃燒空氣比或混合空氣比加載第一和第二三元催化器或第一三元催化器或經(jīng)催化涂層處理的顆粒過濾器。由此能夠在內(nèi)燃機(jī)的每個運行狀態(tài)下始終確保有效的尾氣凈化。

根據(jù)所述方法的備選改進(jìn)方式規(guī)定，內(nèi)燃機(jī)在顆粒過濾器的加熱階段過程中并且在再生階段過程中利用濃的混合物運行，其中，在這兩個階段中通入這樣數(shù)量的二次空氣，使得顆粒過濾器的入口處的混合空氣比足夠稀薄，也就是說具有足夠多的過剩氧氣，并且氧化顆粒過濾器中的煙塵。在該實施例中，加熱階段和再生階段同時發(fā)生。通過內(nèi)燃機(jī)的濃混合比可以實現(xiàn)較低的一氧化氮的原始排放。然而由于這兩個三元催化器中的每一個和經(jīng)催化涂層處理的顆粒過濾器都沒有以化學(xué)計量的燃燒空氣比或化學(xué)計量的混合空氣比運行，可能會出現(xiàn)一氧化氮滑脫(Stickoxid-Schlupf)，而一氧化氮滑脫同樣也可以通過其他尾氣后處理設(shè)備、尤其氮氧化物存儲催化器被消除。

根據(jù)本發(fā)明還規(guī)定了一種用于內(nèi)燃機(jī)、尤其汽油發(fā)動機(jī)的尾氣凈化的設(shè)備，所述內(nèi)燃機(jī)帶有尾氣通道、布置在所述尾氣通道中的第一三元催化器、沿尾氣的流動方向后接的顆粒過濾器和沿尾氣的流動方向布置在該顆粒過濾器之前的用于向尾氣通道進(jìn)行二次空氣進(jìn)氣的器件，其中，沿尾氣的流動方向在用于二次空氣進(jìn)氣的器件與顆粒過濾器之間具布置了第二三元催化器，或者顆粒過濾器具有三元催化涂層，并且所述設(shè)備設(shè)計用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法。由此在內(nèi)燃機(jī)的運行狀態(tài)下(在該運行狀態(tài)下，進(jìn)行在內(nèi)燃機(jī)中的混合物的濃稠化用于通過在第二催化器上的二次空氣進(jìn)氣加熱尾氣)而設(shè)置化學(xué)計量的混合空氣比并且由此通過第二三元催化部件實現(xiàn)有效的尾氣凈化。在內(nèi)燃機(jī)的運行狀態(tài)下(在所述運行狀態(tài)下，內(nèi)燃機(jī)已經(jīng)以化學(xué)計量的燃燒空氣比運行并且以已經(jīng)通過第一三元催化器實現(xiàn)有效的尾氣凈化)可以在第二三元催化部件之前輸入二次空氣，以便為在顆粒過濾器中回收的煙塵的氧化提供氧氣，并且由此實現(xiàn)顆粒過濾器的再生。由此確保了，這兩個三元催化部件中至少始終有一個以化學(xué)計量的混合空氣比運行，并且通過這兩個三元催化部件中的一個對尾氣進(jìn)行有效的凈化。還可行的是，在內(nèi)燃機(jī)的另一種運行狀態(tài)下，內(nèi)燃機(jī)以化學(xué)計量的混合空氣比運行，并且不置入二次空氣。在該運行狀態(tài)下，兩個三元催化部件以化學(xué)計量混合空氣比運行。

根據(jù)一種有利的改進(jìn)方式規(guī)定，用于二次空氣進(jìn)氣的器件包括二次空氣閥。通過二次空氣閥可以調(diào)節(jié)第一三元催化器與第二三元催化部件之間的空氣輸入。由此能夠以簡單且舒適的方式，調(diào)整在尾氣通道中二次空氣閥下游、尤其在第二三元催化器和/或顆粒過濾器上的混合空氣比。由此可以通過第二三元催化部件實現(xiàn)尾氣凈化或控制顆粒過濾器的再生。尤其可以通過關(guān)閉二次空氣閥抑制過高的氧氣濃度并且由此抑制在顆粒過濾器中煙塵不受控的燃燒，否則不受控的燃燒會導(dǎo)致顆粒過濾器的損毀。

另一種優(yōu)選的改進(jìn)方式在于，用于二次空氣進(jìn)氣的器件包括二層空氣管路，所述二次空氣管路將壓縮機(jī)與內(nèi)燃機(jī)之間的空氣管路區(qū)段與尾氣通道相連。通過壓縮機(jī)可以將空氣壓縮至高于在尾氣通道中第一三元催化器下游的壓力。由此可以不必為了二次空氣進(jìn)氣而需要額外的用于壓縮空氣的壓縮機(jī)。

根據(jù)優(yōu)選的實施方式規(guī)定，沿尾氣穿過尾氣通道的流動方向在第二三元催化器與顆粒過濾器之間或沿所述流動方向在顆粒過濾器之后，在尾氣通道中布置有λ傳感器。通過λ傳感器檢測尾氣中的氧含量，并且將二次空氣進(jìn)氣調(diào)節(jié)至混合空氣比，以便調(diào)節(jié)顆粒過濾器的加熱和/或顆粒過濾器的再生。

本發(fā)明其他的優(yōu)選設(shè)計方式由其余在從屬權(quán)利要求中規(guī)定的技術(shù)特征給出。

只要未在個別情況中另作說明，那么本發(fā)明在該申請中所提到的多種實施方式都可以有利地相互結(jié)合。

內(nèi)燃機(jī)優(yōu)選為機(jī)動車、尤其轎車的驅(qū)動裝置的部件。所述驅(qū)動裝置可以是混合驅(qū)動裝置，其具有多個帶有彼此不同的驅(qū)動能量源的部件。

附圖說明

以下借助附圖根據(jù)實施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳盡的闡述。在附圖中：

圖1示出內(nèi)燃機(jī)的一種實施方式，其帶有根據(jù)本發(fā)明的用于凈化內(nèi)燃機(jī)的尾氣的設(shè)備；

圖2示出內(nèi)燃機(jī)的備選實施方式，其帶有根據(jù)本發(fā)明的用于凈化內(nèi)燃機(jī)的尾氣的設(shè)備；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的用于顆粒過濾器的再生的實施方式的視圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的用于顆粒過濾器的再生的備選實施方式的視圖。

具體實施方式

圖1示出內(nèi)燃機(jī)10，其呈通過渦輪增壓器30加載的汽油發(fā)動機(jī)的形式，所述內(nèi)燃機(jī)帶有供氣系統(tǒng)50并帶有尾氣通道12。供氣系統(tǒng)50包括空氣過濾器42、吸氣管道36、壓縮機(jī)28、節(jié)氣門38和增壓空氣冷卻器40。在尾氣通道12中沿內(nèi)燃機(jī)10的尾氣的流動方向布置有渦輪增壓器30的渦輪機(jī)34，所述渦輪機(jī)通過驅(qū)動軸44驅(qū)動渦輪增壓器30的壓縮機(jī)28。

沿內(nèi)燃機(jī)10的尾氣穿過尾氣通道12的流動方向，在渦輪機(jī)34下游在尾氣通道12中布置有第一三元催化器14。在第一三元催化器14的下游設(shè)置有用于向尾氣通道12二次空氣進(jìn)氣的器件20。用于二次空氣進(jìn)氣的器件20包括二次空氣閥22和二次空氣管路24，所述二次空氣管路將吸氣管路36在壓縮機(jī)28與內(nèi)燃機(jī)10之間的空氣管路區(qū)段26與尾氣通道12相連。在用于二次空氣進(jìn)氣的器件20的下游，在尾氣通道12中布置有第二三元催化器16。沿內(nèi)燃機(jī)10的尾氣穿過尾氣通道12的流動方向，在第二三元催化器16的下游布置有λ傳感器32和顆粒過濾器18、尤其汽油機(jī)顆粒過濾器。

圖2示出另一種內(nèi)燃機(jī)10，其帶有供氣系統(tǒng)50和尾氣通道12。在構(gòu)造基本上相同的情況下，在尾氣通道12中未布置第二三元催化器16。事實上，取代了圖1中非催化的顆粒過濾器18，布置設(shè)計有三元催化涂層的顆粒過濾器18′，其由此獲得了三元催化器和顆粒過濾器的功能。

在本申請的范疇內(nèi)，圖1中的第二三元催化器16和圖2中的經(jīng)催化涂層處理的顆粒過濾器18′都被稱為第二三元催化部件。

在內(nèi)燃機(jī)運行時所形成的煙塵通過顆粒過濾器18、18′被回收，其中，顆粒過濾器18、18′被煙塵加載。如果探測到顆粒過濾器18、18′的煙塵加載的確定的閾值(這例如可以通過對顆粒過濾器18、18′的壓力差測量或通過基于模型的計算完成)，則開始采取對顆粒過濾器18、18′的再生方法。為此，首先在顆粒過濾器18、18′的入口前將內(nèi)燃機(jī)10的尾氣溫度提高到約為600℃的再生溫度。這通過根據(jù)本發(fā)明的方法實現(xiàn)。首先，檢查第二三元催化部件16、18′是否具有所謂的“起燃溫度”，其例如約為350℃。由此可以確保，內(nèi)燃機(jī)10的尾氣中的燃料的未燃燒組分在第二三元催化部件16、18′中能夠放熱氧化。如果第二三元催化部件16、18′處于起燃溫度，則顆粒過濾器18、18′被繼續(xù)加熱至再生溫度。為此，內(nèi)燃機(jī)10利用濃混合氣運行，所述濃混合氣優(yōu)選具有λ約為0.9的燃燒空氣比?；旌蠚獾奈慈紵慕M分、尤其一氧化碳、碳水化合物和氫氣連同燃燒產(chǎn)物一起導(dǎo)入尾氣通道12中。由于空氣進(jìn)入壓縮機(jī)28之后的吸氣管路36并且該空氣通過二次空氣管路24和二次空氣閥22導(dǎo)入尾氣通道12，燃料的未燃燒的組分能夠在位于下游的第二三元催化部件16、18′處放熱轉(zhuǎn)化。內(nèi)燃機(jī)10的燃燒空氣比λ_E可以先導(dǎo)式調(diào)整，從而設(shè)置為所期望的目標(biāo)溫度。同時，通過第二三元催化器16下游的λ傳感器32測量由內(nèi)燃機(jī)10的燃燒空氣比和通入的二次空氣所得到的混合后的燃燒空氣比λ_m。在顆粒過濾器18、18′的加熱階段的過程中該混合后的燃燒空氣比λ_m被調(diào)節(jié)至λ_m＝1，從而使第二三元催化部件16、18′能夠?qū)崿F(xiàn)理想的尾氣凈化作用，并且有效地轉(zhuǎn)化尾氣中的有害物質(zhì)。

如果達(dá)到顆粒過濾器18、18′的再生溫度，則切換至再生階段。為此，內(nèi)燃機(jī)10重新以化學(xué)計量的燃燒空氣比λ_E＝1運行。由此能夠在第一三元催化器14的再生階段的過程中充分轉(zhuǎn)化內(nèi)燃機(jī)10的尾氣的有害物質(zhì)。為了給顆粒過濾器18、18′的再生提供氧氣，進(jìn)一步向尾氣通道12中鼓入二次空氣。所期望的混合后的燃燒空氣比(例如λ_m＝1.1)可以通過穿過二次空氣閥22的二次空氣的相應(yīng)配量被調(diào)節(jié)。由此能夠確保在顆粒過濾器18、18′中回收的煙塵的轉(zhuǎn)化率不會過高，否則將會導(dǎo)致顆粒過濾器18、18′的熱損傷。如果在再生階段的過程中顆粒過濾器18、18′入口處的溫度下降至再生溫度以下，則重新切換至加熱階段。如圖3所示，在顆粒過濾器18、18′的加熱階段與再生階段之間的切換可以例如可選地分別在100秒的時間間隔內(nèi)完成。這一過程一直重復(fù)，直至顆粒過濾器18、18′充分再生，這例如同樣通過顆粒過濾器18、18′前后的壓力差測量實現(xiàn)。

作為備選，顆粒過濾器18、18′還可以如圖4所描繪的那樣再生。在此情況下，加熱階段和再生階段同時進(jìn)行。為此，內(nèi)燃機(jī)10以濃的混合物運行，優(yōu)選以λ_E＝0.9至0.95的燃燒空氣比運行。與此同時，優(yōu)選持續(xù)將二次空氣鼓入尾氣通道12中，從而使稀薄地混合的燃燒空氣比(其也被稱為混合空氣比)被調(diào)整為λ_m＞1，優(yōu)選λ_m＝1.1。由此燃料的未燃燒的組分同時放熱氧化并且具有足夠的氧氣輔助使用，以便轉(zhuǎn)化在顆粒過濾器18、18′中回收的煙塵。

兩個在圖3和圖4中所述的方法能夠以所示出的尾氣通道12的設(shè)計方式轉(zhuǎn)化。優(yōu)選地實施根據(jù)圖3的方法，從而使在該方法中至少一個三元催化器14、16(或者說18′)始終以化學(xué)計量混合空氣比運行。

附圖標(biāo)記清單

10 內(nèi)燃機(jī)

12 尾氣通道

14 第一三元催化器

16 第二三元催化器

18 顆粒過濾器

18′ 經(jīng)催化涂層處理的顆粒過濾器

20 用于二次空氣進(jìn)氣的器件

22 二次空氣閥

24 二次空氣管路

26 空氣管路區(qū)段

28 壓縮機(jī)

30 渦輪增壓器

32 λ傳感器

34 渦輪機(jī)

36 吸氣管路

38 節(jié)氣門

40 增壓空氣冷卻器

42 空氣過濾器

44 驅(qū)動軸

50 供氣系統(tǒng)

λ_E 燃燒空氣比

λ_m 混合空氣比