專利名稱：用來清潔在排氣管路內(nèi)流動(dòng)的快燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來清潔在排氣管路內(nèi)流動(dòng)的快燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流的方法和裝置，這種發(fā)動(dòng)機(jī)尤其是通過直接噴射輸入空氣/燃料混合物。
在碳?xì)浠衔?，例如在汽油中存在的，和空氣一起在快燃發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒時(shí)除形成燃燒主產(chǎn)品二氧化碳和水蒸汽以外還形成副產(chǎn)品，特別是有害物質(zhì)，主要是碳?xì)浠衔?HC)，一氧化碳(CO)和氧化氮(NOx)，以及在某些情況下炭黑顆粒。廢氣中有害物質(zhì)和炭黑顆粒的含量主要取決于輸入的空氣/燃料比。在空氣/燃料比過小時(shí)稱為“高配比的”混合物組成(空氣過少)；在空氣/燃料比過大時(shí)稱為“低配比的”混合物組成(空氣過多)。
炭黑主要出現(xiàn)在空氣特別少的燃燒時(shí)。雖然在正常情況下快燃發(fā)動(dòng)機(jī)中不達(dá)到這種條件，但是可能在局部由于不均勻性，特別是冷起動(dòng)階段出現(xiàn)這種情況。炭黑通常由于燃料分子在缺氧情況下的熱裂化形成，并在氫裂解的情況下導(dǎo)致富碳巨分子的聚合，然后使它燒結(jié)成最終的炭黑顆粒。在接近化學(xué)計(jì)量學(xué)的空氣比時(shí)由于噴入量的提高使高配比的混合物區(qū)越來越擴(kuò)展而導(dǎo)致炭黑的急劇增加。在高配比的混合物區(qū)形成的炭黑在沒有其他措施時(shí)大多幾乎不燃燒。
為了使未燃燒的炭黑顆粒不影響環(huán)境，例如由DE41 17 676 A1已知，特別在柴油機(jī)的排氣管路中，至少設(shè)一帶有輸送炭黑沉積物的過濾器。這種顆粒過濾器的再生，也就是該沉積的發(fā)黑顆粒的燃燒，例如通過不時(shí)地輸入燃料和空氣進(jìn)行，以加熱炭黑顆粒，使在空氣過少時(shí)形成的炭黑顆粒重新燃燒。由DE 40 12 719 A1還已知，過濾器配備至少一種分解有害物質(zhì)成分，特別是碳?xì)浠衔?HC)，一氧化碳(CO)和/或氧化氮的催化劑。
此外在空氣過少時(shí)燃燒時(shí)廢氣含有比較多的CO和HC，而在空氣過多直至一定數(shù)值時(shí)CO和HC幾乎可以完全氧化。在略低配比的混合物組成區(qū)內(nèi)NOx的含量經(jīng)過一最大值。但是對(duì)于快燃發(fā)動(dòng)機(jī)在這個(gè)區(qū)域內(nèi)燃料的特殊消耗處于最佳值。也就是說如果快燃發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整到最佳的低的燃料消耗，那么在廢氣中除平常的CO和HC濃度外還存在高的NOx濃度。這里迄今為止幾乎沒有注意到這樣的事實(shí)，快燃發(fā)動(dòng)機(jī)也產(chǎn)生顆粒，然而它大多較小并且比在柴油機(jī)中產(chǎn)生較少的總體積。盡管如此這種顆粒也對(duì)環(huán)境有害。
本發(fā)明的目的在于，提供用于更好地清潔在排氣管路內(nèi)流動(dòng)的快燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流的措施和裝置。
這個(gè)任務(wù)通過按權(quán)利要求1的方法和按權(quán)利要求12的裝置來解決。優(yōu)良的造型和改進(jìn)結(jié)構(gòu)在各從屬權(quán)利要求中說明。
按本發(fā)明的用來清潔在排氣管路中流動(dòng)的，主要通過直接噴射輸入空氣/燃料混合物的快燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流的方法的特征在于排氣管路中的廢氣至少依次流過一帶起催化作用的涂層，尤其是三通涂層的蜂窩體和一帶有至少有時(shí)貯存至少一種有害物質(zhì)，特別是碳?xì)浠衔?HC)，一氧化碳(CO)和/或氧化氮(NOx)的涂層的顆粒過濾器，由此可以有利地達(dá)到廢氣更好的清潔。
事實(shí)表明，當(dāng)在至少一個(gè)帶有一起催化作用的涂層的蜂窩體后面設(shè)置一帶有至少有時(shí)貯存至少一種有害物質(zhì)組分的涂層的顆粒過濾器時(shí)可以令人驚訝地達(dá)到在排氣管路內(nèi)流動(dòng)的廢氣不管是在有害物質(zhì)組分還是在某些情況下出現(xiàn)的炭黑顆粒方面的更好的清潔。
因此對(duì)于例如在冷起動(dòng)階段給快燃發(fā)動(dòng)機(jī)輸入高配比的空氣/燃料-混合物的情況，為了更好地清潔廢氣建議，顆粒過濾器的涂層貯存在蜂窩體內(nèi)未被分解的殘余HC和CO。
對(duì)于給快燃發(fā)動(dòng)機(jī)輸入低配比的空氣/燃料-混合物的情況，為了更好地清潔廢氣建議，顆粒過濾器的涂層貯存在蜂窩體內(nèi)未被分解的殘余NOx。
由此可以以優(yōu)良的方法按要求地和幾乎完全地消除廢氣中各種提高的有害物質(zhì)濃度。
為了進(jìn)一步減少氧化氮(NOx)建儀，根據(jù)廢氣內(nèi)殘余的NOx-濃度在蜂窩體之后通過至少一個(gè)還原劑管道，例如連續(xù)地給顆粒過濾器輸入還原劑，尤其是來自還原劑貯存罐的還原劑。
此外作為另一種選擇建議，間歇地給顆粒過濾器輸送還原劑、特別是根據(jù)在顆粒過濾器內(nèi)貯存的殘余NOx的數(shù)量。
根據(jù)蜂窩體之后廢氣中殘余NOx的濃度輸入還原劑，例如氨，幾乎完全避免還原劑的過量供給，由此達(dá)到殘余NOx和還原劑之間大致的化學(xué)配比，并有利地改善包含NOx的快燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的清潔。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，只需要比例如在廢氣流過帶有起催化作用的涂層的蜂窩體前將還原劑噴入廢氣內(nèi)時(shí)少得多的還原劑。
按本發(fā)明還原劑管道最好終止于顆粒過濾器，在那里顆粒過濾器特別是具有一內(nèi)置分配裝置，還原劑管道與它相連。
為了進(jìn)一步減少碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)建議，根據(jù)蜂窩體之后廢氣內(nèi)殘余的HC-CO濃度給顆粒過濾器輸入一種氧化劑，尤其是氧(O2)。
顆粒過濾器的涂層最好可以可選擇地和/或累進(jìn)地至少有時(shí)貯存氧氣(O2)。
根據(jù)殘余的碳?xì)浠衔?HC)和殘余的一氧化碳(CO)輸入氧化劑幾乎完全避免了過量供給，由此達(dá)到殘余HC和CO與氧化劑之間大致的化學(xué)配比，并以有利的方法改善快燃發(fā)動(dòng)機(jī)的包含HC和CO的廢氣的清潔。
通?，F(xiàn)代快燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有一電子控制裝置或與此類似的控制和調(diào)節(jié)裝置。為了例如通過一發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置更好地控制和/或調(diào)節(jié)廢氣清潔建議，在蜂窩體和顆粒過濾器之間設(shè)置至少一個(gè)測(cè)量探針，它測(cè)量至少一種在蜂窩體內(nèi)未被分解的有害物質(zhì)組分，其中為了測(cè)量殘余有害物質(zhì)組分碳?xì)浠衔?HC)，一氧化碳(CO)和氧化氮(NOx)最好分別至少設(shè)置一個(gè)測(cè)量探針。由此可以以有利的方法測(cè)出在蜂窩體內(nèi)未分解的殘余有害物質(zhì)，并在設(shè)置在它后面的，具有相應(yīng)的貯存涂層的顆粒過濾器內(nèi)通過輸入過濾器的還原劑或氧化劑的支持而分解，還原劑或氧化劑的定量供給例如借助于電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置控制。
按照本發(fā)明顆粒過濾器最好通過顆粒的燃燒再生，特別是通過發(fā)動(dòng)機(jī)熱量和/或通過蜂窩體內(nèi)，尤其是例如借助于發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置以規(guī)定的間歇的放熱反應(yīng)釋放。
作為到此為止所述的單獨(dú)的裝置的另一種選擇蜂窩體也可以至少在部分區(qū)域內(nèi)同時(shí)形成顆粒過濾器，由此可以有利地達(dá)到節(jié)省位置的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明其他的特征，優(yōu)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)借助于一示范的實(shí)施例和圖形加以說明。
唯一的圖形示意表示一用來清潔在一排氣管路2內(nèi)流動(dòng)的，尤其是通過直接噴射輸入空氣/燃料-混合物的快燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的廢氣流的裝置。在排氣管路內(nèi)沿流動(dòng)方向S依次至少放置一帶有起催化作用的涂層，尤其是三通道催化劑的蜂窩體1和一帶有至少有時(shí)貯存至少一種有害物質(zhì)組分，特別是碳?xì)浠衔?HC)，一氧化碳(CO)和/或氧化氮(NOx)的涂層的顆粒過濾器4。
顆粒過濾器4的涂層最好至少局部這樣構(gòu)成，使得如果給快燃發(fā)動(dòng)機(jī)1輸入高配比的空氣/燃料-混合物，那么便貯存在蜂窩體3內(nèi)未被分解的殘余HC和CO；如果給快燃發(fā)動(dòng)機(jī)1輸入低配比的空氣/燃料-混合物，那么便貯存在蜂窩體3內(nèi)未被分解的殘余NOx。
為了測(cè)量殘余有害物質(zhì)組分碳?xì)浠衔?HC)，一氧化碳(CO)和氧化氮(NOx)分別設(shè)置至少一個(gè)測(cè)量探頭5，6，7，它們安裝在蜂窩體3和顆粒過濾器4之間，并且例如與一未畫出的電子發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置連接，它還以有利的方式包含用來控制和調(diào)節(jié)廢氣清潔的程序。特別是可以用它確定在某些情況下需要輸入的還原劑和/或氧化劑的供給量。
因此例如根據(jù)測(cè)出的在蜂窩體3之后廢氣內(nèi)的殘余HC-CO-濃度或測(cè)出的殘余NOx-濃度給顆粒過濾器4輸送氧化劑或從一還原劑貯存罐中通過至少一條還原劑管9借助于泵11輸送還原劑。顆粒過濾器4，特別是為了輸送還原劑最好具有一內(nèi)置的分配裝置10，它與還原劑管9相連。
優(yōu)先采用液態(tài)氨作為還原劑，它可以攜帶在還原劑罐8內(nèi)并在必要時(shí)可以輸入。作為另一種選擇也可以在還原劑貯存罐8內(nèi)攜帶作為貯存的原料，例如尿素的還原劑，并在必要時(shí)，特別是熱解地制造，接著作為液體，特別是通過分配裝置10，輸送給顆粒過濾器4。
顆粒過濾器4輸送炭黑顆粒沉積物的結(jié)構(gòu)最好是一種氣孔結(jié)構(gòu)或通道結(jié)構(gòu)，其中在通道結(jié)構(gòu)的情況下它們最好至少部分地錯(cuò)開和/或橫向設(shè)置。為了使顆粒過濾器4再生，也就是說為了使沉積在它里面的炭黑顆粒燃燒，顆粒過濾器4至少這樣緊密地設(shè)置在蜂窩體3之后，使得顆粒特別是通過在蜂窩體3內(nèi)的放熱反應(yīng)，最好按可確定的時(shí)間間隔，釋放地燃燒。
按照本發(fā)明蜂窩體3也可以優(yōu)先地至少在部分區(qū)域內(nèi)同時(shí)形成顆粒過濾器4。
還應(yīng)該指出，除按本發(fā)明設(shè)置蜂窩體3和顆粒過濾器4外在快燃發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣管道2內(nèi)還可以設(shè)置其他的部件。特別是在蜂窩體3之前至少可以設(shè)一所謂的，使蜂窩體3及其催化涂層保持盡可能干燥的捕水器，以便在蜂窩體3內(nèi)即使廢氣溫度只有約100℃時(shí)也能進(jìn)行氧化或還原過程。因此捕水器含有在規(guī)定溫度之下能大量吸收和貯存水的材料。
排氣管道2內(nèi)蜂窩體3之前也可以附加地設(shè)一可電加熱的催化劑，以便確保即使在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后不久也能對(duì)于催化分解至少有時(shí)提高廢氣溫度。最后蜂窩體3本身可以電加熱。
本發(fā)明特別適合于快燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣裝置，這里顆粒過濾器4除了它的任務(wù)，在某些情況下捕集炭黑顆粒外還有利地承擔(dān)在冷起動(dòng)階段內(nèi)殘余碳?xì)浠衔?HC)以及一氧化碳(CO)的補(bǔ)充的氧化作用，和在快燃發(fā)動(dòng)機(jī)1負(fù)荷運(yùn)行時(shí)特別地承擔(dān)殘余氧化氮(NOx)補(bǔ)充的還原作用。
圖形標(biāo)記表1 快燃發(fā)動(dòng)機(jī) 2 排氣管路3 蜂窩體 4 顆粒過濾器5 測(cè)量探針6 測(cè)量探針7 測(cè)量探針8 還原劑貯存罐9 還原劑管10 分配裝置11 泵S 流動(dòng)方向
權(quán)利要求
1.用來清潔在排氣管路(2)中流動(dòng)的，尤其是通過直接噴射輸入空氣/燃料-混合物的快燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的廢氣流的方法，其特征為廢氣在排氣管路(2)內(nèi)依次流過至少一個(gè)帶有起催化作用的涂層。尤其是三通道-涂層的蜂窩體(3)和一個(gè)帶有至少有時(shí)貯存至少一種有害物質(zhì)組分，特別是碳?xì)浠衔?HC)，一氧化碳(CO)和/或氧化氮(NOx)的涂層的顆粒過濾器(4)。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中給快燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)輸入高配比的空氣/燃料-混合物，其特征為顆粒過濾器(4)的涂層貯存在蜂窩體(3)中未分解的殘余HC和CO。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中給快燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)輸入低配比的空氣/燃料-混合物，其特征為顆粒過濾器(4)的涂層貯存在蜂窩體(3)中未分解的殘余NOx。
4.按權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)的方法，其特征為根據(jù)在蜂窩體(3)之后廢氣中殘余NOx濃度給顆粒過濾器(4)輸入還原劑，例如氨。
5.按權(quán)利要求4的方法，其特征為連續(xù)地輸送還原劑。
6.按權(quán)利要求4的方法，其特征為間歇地，特別是根據(jù)顆粒過濾器(4)內(nèi)貯存的殘余NOx量輸送還原劑。
7.按權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)的方法，其特征為根據(jù)蜂窩體(3)之后廢氣中殘余HC-CO濃度給顆粒過濾器(4)輸送氧化劑，尤其是氧氣(O2)。
8.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的方法，其特征為顆粒過濾器(4)的涂層至少有時(shí)貯存氧氣(O2)。
9.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的方法，其特征為在蜂窩體(3)和顆粒過濾器(4)之間至少放置一個(gè)測(cè)量探針，它至少測(cè)量一種在蜂窩體(3)中未分解的殘余有害物質(zhì)組分。
10.按權(quán)利要求9的方法，其特征為為了測(cè)量殘余有害物質(zhì)組分碳?xì)浠衔?HC)，一氧化碳(CO)和氧化氮(NOx)分別至少放置一個(gè)測(cè)量探針(5，6，7)。
11.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的方法，其特征為顆粒過濾器(4)通過顆粒的燃燒再生，特別是通過發(fā)動(dòng)機(jī)熱量釋放和/或通過蜂窩體(3)內(nèi)的放熱反應(yīng)，尤其按規(guī)定的間歇。
12.用來清潔在排氣管路(2)中流動(dòng)的，尤其是通過直接噴射輸入空氣/燃料-混合物的快燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的廢氣流的裝置，其特征為沿廢氣在排氣管路(2)中的流動(dòng)方向(S)依次設(shè)置至少一個(gè)帶有起催化作用的涂層，尤其是三通道-催化劑的蜂窩體(3)和一個(gè)帶有至少有時(shí)貯存至少一種有害物質(zhì)組分，特別是碳?xì)浠衔?HC)，一氧化碳(CO)和/或氧化氮(NOx)的涂層的顆粒過濾器(4)。
13.按權(quán)利要求12的裝置，其中給快燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)輸入高配比的空氣/燃料-混合物，其特征為可借助于顆粒過濾器(4)的涂層貯存在蜂窩體(3)中未分解的碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)。
14.按權(quán)利要求12的裝置，其中給快燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)輸入低配比的空氣/燃料-混合物，其特征為可借助于顆粒過濾器(4)的涂層貯存在蜂窩體(3)中未分解的氧化氮(NOx)。
15.按權(quán)利要求12至14之任一項(xiàng)的裝置，其特征為可根據(jù)蜂窩體(3)之后廢氣中殘余NOx濃度從還原劑貯存罐(8)中通過至少一個(gè)還原劑管(9)給顆粒過濾器(4)輸送還原劑，例如氨。
16.按權(quán)利要求15的裝置，其特征為還原劑管(9)終止于顆粒過濾器(4)上。
17.按權(quán)利要求16的裝置，其特征為顆粒過濾器(4)具有一內(nèi)置的分配裝置(10)，還原劑管(9)與分配裝置相連。
18.按權(quán)利要求12至17之任一項(xiàng)的裝置，其特征為可根據(jù)蜂窩體(3)之后廢氣中殘余HC-CO濃度給顆粒過濾器(4)輸送氧化劑，例如氧氣(O2)。
19.按權(quán)利要求12至18之任一項(xiàng)的裝置，其特征為顆粒過濾器(4)的涂層做成這樣，使它至少有時(shí)貯存氧氣(O2)。
20.按權(quán)利要求12至19之任一項(xiàng)的裝置，其特征為為了測(cè)量至少一種在蜂窩體(3)中未分解的殘余有害物質(zhì)組分在蜂窩體(3)和顆粒過濾器(4)之間設(shè)置至少一個(gè)測(cè)量探針。
21.按權(quán)利要求20的裝置，其特征為為了測(cè)量殘余有害物質(zhì)組分碳?xì)浠衔?HC)，一氧化碳(CO)和氧化氮(NOx)分別至少設(shè)置一測(cè)量探針(5，6，7)。
22.按權(quán)利要求12至21之任一項(xiàng)的裝置，其特征為顆粒過濾器(4)通過發(fā)動(dòng)機(jī)熱量釋放和/或可通過蜂窩體(3)中的放熱反應(yīng)再生，尤其是按規(guī)定的時(shí)間間隔。
23.按權(quán)利要求12至22之任一項(xiàng)的裝置，其特征為蜂窩體(3)至少在部分區(qū)域內(nèi)同時(shí)構(gòu)成顆粒過濾器(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來清潔在排氣管路(2)中流動(dòng)的,尤其是通過直接噴射輸入空氣/燃料－混合物的快燃發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的廢氣流的方法和裝置。為了更好地清潔廢氣在排氣管路(2)內(nèi)依次流過至少一個(gè)帶有起催化作用的涂層,尤其是三通道－涂層的蜂窩體(3)和一個(gè)帶有至少有時(shí)貯存至少一種有害物質(zhì)組分,特別是碳?xì)浠衔?HC),一氧化碳(CO)和/或氧化氮(NO
文檔編號(hào)F01N3/24GK1336981SQ00802895
公開日2002年2月20日 申請(qǐng)日期2000年1月5日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月18日
發(fā)明者沃爾夫?qū)っ? 羅爾夫·布呂克 申請(qǐng)人:發(fā)射技術(shù)有限公司