内燃机中NOx-存储催化器的运行方法

文档序号:5242803
专利名称:内燃机中NOx-存储催化器的运行方法
技术水平本发明涉及到在采用稀薄(mager)燃油/空气混合气运行的内燃机中运行NOx-存储催化器的方法。例如这种内燃机是稀薄混合气运行的汽油机或者柴油机。
在稀薄燃油/空气混合气燃烧时使用NOx-存储催化器进行废气再处理,它将在稀薄混合气发动机运行中发出的氮氧化物在第一运行阶段存储,其持续时间在分钟数量级范围内。在一个持续时间位于秒范围内的第二个较短的运行阶段中,向存储催化器输入带还原剂的废气排空存储器。
NOx-存储催化器的存储能力取决于装载程度并且连续下降。如果第一阶段持续太长,则会导致排出所不希望的氮氧化物。第二阶段持续时间太长则会引起增加HC(碳氢化合物)和CO(一氧化碳)排放。
因此,要使两个阶段之间这样进行变化,既不增加NOx排放,也不增加HC和CO排放,还存在着问题。
根据这个关系,由DE19739848知道了,为NOx-存储器当时的填充NOx的程度建立模型。在这里,根据发动机工作方式如吸入空气质量流量和混合气成分确定加入存储器的NOx量。如果达到了确定的充填程度,则从第一阶段转换到第二阶段。在第二阶段中下降的充填程度被同样建立模型或者当位于存储催化器后面的废气探测器发出完全再生信号时,第二阶段才结束。
在一个或者两个阶段中建立模型需要很高的计算费用并且因此对发动机控制提出了高要求。此外,催化器由于老化过程其存储性能和转换性能是有变化的。
在有些车辆应用中,特别是在采用NOx-催化器的柴油车辆中,主要是通过向催化器前面的排气管路中喷入燃油来实现再生。在这种变化方案中,从贫油到富油的过渡和整个再生阶段是特别关键的,因为变化的流动情况会使为了在存储催化器前面的废气中产生均匀的还原剂分布而进行的合适配量变得困难。在废气中变化的流动情况下,似乎这个过渡阶段采用合理的费用是不能模型化的。
由于这个背景,本发明涉及的问题是,控制两个阶段之间的变换。
这个问题通过权利要求书中所述的组合特征来解决。优点本发明的优点在于再生阶段的大大统一的条件。
另一个优点是,大大减少在控制催化器装载和再生时的计算费用。
再一个优点是,可以简单检验废气处理系统,以及根据过程使控制策略与比如说因老化引起的催化器性能相适应。
下面详细介绍了本发明的实施例,在这里涉及到了公开了技术范围的DE19729848。


图1示出了所述技术范围,本发明在该技术范围内发挥其作用。图2示出了各种信号的时间曲线。图3示出了用来实现本发明的变型结构,图4以流程图的形式示出了一个实施例。
图1详细示出了一个内燃机1,装有一个NOx-存储催化器2、废气探测器3和4、一个控制装置5、一个燃油配量装置6以及用于测量负荷L和转速n以及在必要情况下用于内燃机其他工作参数象温度、节气阀位置等的各种传感器7、8、9。
此外,控制装置根据上述的和必要情况下根据其他输入信号产生燃油配量信号,借助这些信号控制燃油配量装置6。燃油配量装置6可以不仅用于所谓的进气管喷油,也可以用于向各个汽缸燃烧室1a直接喷射汽油。可以通过改变喷油脉冲宽度来改变混合气成分,用喷油脉冲宽度来控制燃油配量装置。在这个范围下,本发明方法的核心首先涉及到控制装置5和位于催化器后面的废气探测器4。
图2在图2a中示出了催化器前面的混合气成分λ(线2a)结合后面的废气探测器4的信号US(线2b)和催化器后面的NOx-浓度(线2c)的变换。后面的废气探测器例如可以作为氧测量传感器、作为碳氢化合物传感器(HC-传感器)、作为二氧化碳传感器(CO-传感器)或者氮氧化物传感器来实现。示出了氧传感器的信号,该氧传感器在缺少氧时提供高的信号电平和在氧过剩时提供低的信号电平。
在从t=0至t=60的第一阶段Ph1中,内燃机以大于1的λ运行,也就是说,以过剩空气运行。后面的探测器的低信号电平(线2b)表明,在催化器后面也笼罩着过剩空气或者说过剩氧。在t=60时刻,混合气成分从λ大于1转换到λ小于1,确切地说,转换到缺氧。这之后不久,大约在t=62时刻,后面的传感器4信号从低信号电平提高到高信号电平对缺氧做出反应。
如从图2中看到的那样,t=62时刻例如可以由后面的探测器信号的阈值超越来确定。
所示出的混合气成分的变化导致了内燃机排放碳氢化合物和一氧化碳,作为还原剂。代替排放起还原作用的废气成分,还原剂也可以从一个储存箱11出来通过一个被控制装置5控制的阀12输送到催化器前面的废气中。那么,发动机可以连续采用稀薄混合气运行。
图3示出了图1中结构的相应变化。
在本发明的方法中,再生阶段在计算方面没有建立模型,从而保持可变化状态,代替它,每次再生向催化器前面的排气管路中输入预先确定的、恒定量的燃油。然后,存储阶段的持续时间与再生阶段相适应。通过安装在催化器后面的废气探测器来确定失配,,并且通过影响存储阶段持续时间来减少失配。为此,如果废气探测器在再生阶段将近结束时没有发出废气成分浓度足够变化的信号,则缩短存储阶段。相反,如果这种变化出现的太早,则延长存储阶段。
再生阶段大大统一的条件的优点是这样得到的,只有要喷射的燃油质量流量(Massenstrom)还必须与废气质量流量相适应,以便以一定的所希望的λ值还原富油废气。
明显降低计算费用的优点是通过可以取消NOx-存储器完全再生所需要的总燃油量的模型化而获得的。
可以简单检验废气处理系统的另一个优点是如下得到的如果在实施本发明方法时出现的存储时间与有说服力的预定值相差很大的话,就存在着错误功能。
控制策略与例如因老化引起的催化器性能的根据过程的匹配的另一个优点如下得到如果要在存储阶段存入NOx-存储器的量超过其由于老化而下降的存储能力,这一点会在下面的再生阶段中通过废气探测器的反应被察觉到,并且在控制策略中被考虑。
图4示出了本发明方法的一个实施例。
步骤1代表了采用稀薄混合气的发动机运行。在这个运行阶段中由发动机排放的NOx被收入存储催化器。
在步骤2中,根据发动机运行参数计算出存储催化器的充填程度,与例如由DE19739848中公开的那样。
如果充填程度达到了一个阈值SW-NOx,则控制装置启动存储催化器的再生。这一点在步骤3和4中示出。
本发明重要的是,这一点采用预先确定的还原剂量来实现。在图3的实施例中,预先确定的还原剂量可以从油箱11出来通过一个可控制的阀12配量进入存储催化器前面的废气中。在图2的实施例中,预先确定的还原剂量在废气中通过稀薄混合气的发动机运行产生。比如说,所有为采用稀薄混合气进行的正常发动机运行所确定的燃油配量信号可以以预先规定的方式一直放大,直到燃油配量信号放大的总和与所希望的、为再生预先规定的燃油量相同为止。
如果这种燃油或者还原剂量已经被配量上了,则又进行稀薄混合气运行。在再生阶段将近结束时,评价后面的探测器4对再生做出的反应。如果后面的探测器是氧测量传感器,则其信号US可以与一个阈值相比较(步骤5)。
如果该信号没有达到该阈值,则这意味着,在再生结束时,在催化器后面还不缺少氧。那么,还原剂量不够用来完全再生NOx-存储催化器。结果是,与技术水平中的方法不一样,没有提高还原剂量,而是缩短了存储阶段。在步骤6中,所示出的示例实现了通过减小阈值SW-NOx来缩短。相反,如果后面的传感器反应结果太强,比如说,这一点可以在步骤5中由于超过阈值而被确定,在步骤7中则通过加大阈值SW-NOx来延长存储阶段。
权利要求
在内燃机废气中再生NOx-存储器的方法,该存储器在废气中氧过剩时容纳来自废气的NOx,并且在废气中缺少氧时通过排出氮而再生,在这种方法中,在废气中氧过剩的第一阶段和废气中氧缺乏的第二阶段之间交替地转换,其特征为,用于再生存储催化器的废气中氧缺乏通过在NOx-存储器前面的废气中的一定的、保持恒定的过剩燃油量产生。
全文摘要
提出了在内燃机废气中再生NO
文档编号F01N3/20GK1342244SQ00804390
公开日2002年3月27日 申请日期2000年12月29日 优先权日1999年12月29日
发明者威廉·波拉赫, 贝恩德·胡普费尔德, 托马斯·瓦尔, 弗朗克·布雷内 申请人:罗伯特·博施有限公司
再多了解一些
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