[发明专利]用于内燃机废气再处理的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于内燃机的废气再处理的方法和装置。在此规定，内燃机(10)基本上以超过化学当量的空燃比(λ_E＞1)运行。此时产生的NOx排放物不能通过三元催化器(22)使废气转化为无害的成分，因此这时缺少还原剂。因此NOx排放物被储存在需要定期还原的NOx存储催化器(24)中。为了避免以硝酸盐储存在NOx存储催化器(24)中的NOx排放物发生解吸反应，设有旁路(16)，从而使化学当量的废气和/或很热的废气绕过NOx存储催化器(24)并经过另外的三元催化器(26)。由此在NOx存储催化器(24)进行存储或还原过程中内燃机(10)需要调节到不利于NOx存储催化器(24)进行存储或还原的运行状态时，可以中断NOx存储催化器(24)的存储或还原。

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机废气再处理的方法和装置。

背景技术

随着废气排放法规的日益严苛，发动机排放和内燃机的废气再处理需要满足更高的要求。汽车和发动机生产商一直致力于减小内燃机的燃油消耗以及由此产生的CO₂排放。这也推动开发更节能的内燃机燃烧方法。一种改善汽油发动机的燃烧效率的方法是稀混合气运转，即内燃机以超过化学当量的空燃比进行工作。由于稀混合气运转中所排出的NOx无法完全通过传统的三元催化剂对废气转化，因此需要额外的催化器、例如NOx存储催化器。在此NOx排放物作为硝酸盐存储在NOx存储催化器中。NOx存储催化器必须定期通过发动机的浓混合气运转模式进行还原。发动机的浓混合气运转需要在特定的边界条件下开始，因此无法随时机进行发动机的浓混合气运转，尽管对于废弃再处理是有益的或者说是必须的。

此外为了减小油耗进行所谓的“缩小尺寸”，即在输出相同功率的前提下使用更小的发动机，它具有更小的容量和/或更小的气缸，从而可以减小燃烧室中的磨损以及内燃机的重量。由此直接导致的功率下降通常通过废气涡轮机为发动机增压进行补偿。在小型增压发动机上实现低转速下的高扭矩(即所谓的“低端扭矩”)是个很大的挑战。一种用于提高扭矩的方法是所谓的扫气。在此进气阀门和废气阀门的打开时间有一定重叠，部分新鲜空气将残留在气缸中的废气扫至废气通道中，从而与没有气门重叠的传统方法相比显著提高燃烧室的进气量。通过提高废气通道中的气流量还可以改善涡轮压缩机尤其是在低转速下的响应性能。但是在扫气效率很高时空气与废气的比例会超过化学当量，即废气通道中的氧气富余，从而损害三元催化剂的作用并导致氮氧化物排放提高。在这种情况下可以利用NOx存储催化器显著降低氮氧化物排放。

从DE 196 44 407 C2中可知一种用于废气再处理的装置，其中在内燃机废气的气流方向上首先布置NOx存储催化器，并且在下游布置一个或多个三元催化器。在NOx存储催化器上设有旁路，从而保护NOx存储催化器免受高温影响，由此避免NOx存储催化器的提前老化。为此建议一种方法，其中内燃机以超过化学当量的空燃比运行并且以补喷射的方式向内燃机的气缸喷入燃料从而产生化学当量比的废气使三元催化器更快的达到工作温度。

从US 8 776 498 B2中可知一种装置和方法，其中在内燃机的废气通道中在废气气流方向上首先布置预催化器，同时在预催化器的下游设计用于选择性还原氮氧化物的催化器。在此设计用于接通该催化器的旁路，从而选择性还原氮氧化物，在其中布置三元催化器。在预催化器和用于选择性还原氮氧化物的催化器之间设计用于加入含水尿素溶液的阀门，从而为用于选择性还原氮氧化物的催化器提供还原介质。但是US 8 776 498 B2不具有NOx存储催化器，因此需要加入含水的尿素溶液减少NOx排放。

当具有NOx存储催化器的内燃机在NOx存储催化器进行储存之后以化学当量的空燃比运行时，可能导致以硝酸盐保持在NOx存储催化器中的氮氧化物发生解吸反应。这个解吸反应可能由热引起，也可能在发动机以化学当量的空燃比运行时由氧气的平衡反应导致。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于废气再处理的有效方法，它可以不受内燃机运行状态的影响实现高效的内燃机的废气再处理，并且避免储存在NOx存储催化器中的硝酸盐的解吸反应。