用于操作排氣凈化系統(tǒng)的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在帶有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛中凈化排氣的方法。該方法的特征在于，當(dāng)車(chē)輛中的發(fā)動(dòng)機(jī)未做正功時(shí)，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的排氣被引導(dǎo)穿過(guò)該發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑(4)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于操作排氣凈化系統(tǒng)的方法
[0001]本發(fā)明是針對(duì)一種用于在帶有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛中凈化排氣的方法。該方法的特征在于，當(dāng)車(chē)輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)未做任何正功時(shí)，來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣直接穿過(guò)一種或多種發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑。
[0002]機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的排氣所包含的排放物可以被分為三類(lèi)。因此，術(shù)語(yǔ)“主要排放物”指的是污染氣體，這些污染氣體是通過(guò)燃料燃燒過(guò)程在發(fā)動(dòng)機(jī)中直接形成的，并且在汽缸出口處存在于所謂的粗排氣(Rohabgas)中。來(lái)自稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)(柴油、尤其是分層填充操作的稀薄GDI)中的粗排氣不僅包含通常的主要排放物，也就是一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)以及氮氧化物(NOx)，而且還包含最高達(dá)按體積計(jì)15%的相對(duì)高比例的氧氣。此外，還有一些微粒排放物，這些微粒排放物主要地是由灰燼剩余物和可能的有機(jī)結(jié)塊組成并且它們是由汽缸中燃料部分地未完全燃燒產(chǎn)生的。
[0003]稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)是一種內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，在該內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中空氣/燃料混合物是保持在稀薄范圍內(nèi)，特別是在一個(gè)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或一個(gè)帶有汽油直接噴射和分層填充操作的稀混合物火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)(稀薄GDI)。正如以上已經(jīng)指出的，“稀薄”是指在汽缸中燃燒空氣多于燃料的化學(xué)計(jì)量燃燒所需的。該過(guò)量的空氣對(duì)燃燒溫度具有影響，并且導(dǎo)致排氣中氮氧化物濃度減小。燃燒空氣比λ (lambda)是一個(gè)用于描述由空氣和燃料組成的混合物組成的數(shù)字。該燃燒空氣比使實(shí)際上對(duì)燃燒有用的空氣質(zhì)量與用于完全燃燒所需的最小化學(xué)計(jì)量的空氣質(zhì)量相關(guān)。術(shù)語(yǔ)“稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)”是用于臨時(shí)地或主要地在λ>1的范圍內(nèi)運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)特別是一種經(jīng)典的稀薄燃燒概念，它是在過(guò)量的空氣(1.3〈λ〈2.2)下運(yùn)行的。
[0004]傳統(tǒng)的火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)大約λ = I的空氣比下運(yùn)行。在催化劑前面的一個(gè)λ探針測(cè)量排氣中的氧氣含量并且將用于控制空氣供給的信號(hào)發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)的控制單元?，F(xiàn)代的火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)概念，例如汽油直接噴射，在寬的負(fù)載范圍內(nèi)允許稀薄燃燒運(yùn)行，這與在燃料消耗方面超過(guò)化學(xué)計(jì)量概念的優(yōu)點(diǎn)相關(guān)。
[0005]符合將來(lái)應(yīng)用于歐洲、北美和日本的用于車(chē)輛的法定排氣排放物限制需要將所有污染物從排氣中有效地移除。可以通過(guò)在一種合適的氧化催化劑上氧化將來(lái)自稀薄排氣中的一氧化碳和碳?xì)浠衔锏奈廴疚餁怏w很容易地中和。具有或沒(méi)有附加的催化活性涂層的微粒過(guò)濾器是用于移除微粒排放物的合適設(shè)備。將氮氧化物還原為氮?dú)馐歉щy的，因?yàn)閬?lái)自稀薄燃燒內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中氧氣的含量高。已知的方法是基于使用氮氧化物存儲(chǔ)催化劑(NSC)或是用于選擇性催化還原(SCR)的方法，通常借助于氨氣作為一種還原劑在一種簡(jiǎn)稱(chēng)為SCR催化劑的合適的催化劑上進(jìn)行。
[0006]如將很容易領(lǐng)會(huì)的，滿(mǎn)足現(xiàn)今或?qū)?lái)的排氣排放物標(biāo)準(zhǔn)的排氣凈化系統(tǒng)必須由幾個(gè)部件構(gòu)造以便能夠滿(mǎn)足所設(shè)的限制。用這樣一種可以獲得一個(gè)最佳的最終結(jié)果的方法控制排氣凈化系統(tǒng)中的分立元件存在額外的困難。在此背景下的一個(gè)重要的方面是該排氣凈化部件常常有一個(gè)優(yōu)先的溫度范圍，在該溫度范圍下這些部件具有一個(gè)最優(yōu)的作用。當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，催化凈化不啟動(dòng)。當(dāng)排氣的溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)存在損壞催化劑的風(fēng)險(xiǎn)。
[0007]來(lái)自帶有現(xiàn)代內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛的排氣由于為了更低的燃料消耗對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化而變得越來(lái)越冷。因此，借助催化劑對(duì)排氣進(jìn)行后處理變得越來(lái)越困難和昂貴。用于有效的排氣后處理的催化劑中所需的溫度目前僅僅在冷啟動(dòng)后才能很好地實(shí)現(xiàn)。作為一種增加催化劑的活性的補(bǔ)償性措施，越來(lái)越大量的貴金屬必須用于這些催化劑中，或者這些催化劑必須被加熱至確保它們具有足夠高的活性，并且這樣進(jìn)而對(duì)燃料消耗具有不利的影響。在主要地使用一種稀薄混合物運(yùn)行的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和使用分層填充方法的稀薄燃燒火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī))的情況下排氣溫度特別地低，這是由于存在過(guò)量的空氣弓I起排氣的額外冷卻。因?yàn)檫@一原因，在這種情況下催化劑被安裝得越來(lái)越接近于發(fā)動(dòng)機(jī)(在發(fā)動(dòng)機(jī)附近)以便確保當(dāng)排氣從汽缸出口朝向催化劑流動(dòng)時(shí)失去盡可能少的熱量。而且，在許多情況下在歧管和催化劑之間的排氣管道已經(jīng)被隔熱。
[0008]除了在發(fā)動(dòng)機(jī)(冷啟動(dòng)條件)的預(yù)熱階段之外，在駕駛期間低的排氣溫度也更頻繁地出現(xiàn)。這是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不再做任何正功時(shí)的情況，例如當(dāng)車(chē)輛正在減速并且發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速模式(Schleppbetrieb)下運(yùn)行時(shí)。在這種情況下，吸入的空氣一般地?zé)o截流地穿過(guò)該發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入排氣部分，并且進(jìn)一步地冷卻該發(fā)動(dòng)機(jī)和含有催化劑的排氣后處理系統(tǒng)。
[0009]與此相反,在一種火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)載范圍內(nèi)，在排氣系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)附近的區(qū)域中達(dá)到超過(guò)1000°C的溫度是相當(dāng)可能的。因此，從過(guò)高的溫度中特別地保護(hù)位于該區(qū)域中的催化劑是非常必要的。
[0010]在極度高或極度低的溫度下機(jī)動(dòng)車(chē)輛排氣催化劑的保護(hù)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是充分熟知的。因此，在EP640757中提出為了防止過(guò)熱或在冷啟動(dòng)條件下對(duì)供應(yīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)用于燃燒的空氣/燃料混合物提供適當(dāng)?shù)目刂啤?br> [0011]JP2003193895同樣地描述了一種作為行駛速度的函數(shù)控制吸入空氣和的燃點(diǎn)的方法，特別地是在相對(duì)冷的排氣條件的情況下，以便從極度低的排氣溫度下保護(hù)催化劑。當(dāng)在汽油中加入了酒精的情況下，燃燒溫度比純汽油的情況下更低。在這種情況下，維持一個(gè)特定的排氣溫度以便保持排氣凈化催化劑在最優(yōu)的工作范圍內(nèi)是更困難的。所提出的是通過(guò)調(diào)節(jié)燃點(diǎn)來(lái)升高排氣溫度。使用對(duì)吸入空氣溫度和排氣背壓的控制同樣是可能的。
[0012]為了在冷啟動(dòng)條件下實(shí)現(xiàn)盡可能快的催化劑加熱，EP2146071中提出將排氣直接穿過(guò)催化劑、繞過(guò)渦輪增壓器，直到催化劑到達(dá)它的工作溫度。為了盡可能快地升高催化劑至工作溫度，還提出借助于外源加熱這些催化劑。后者也可以通過(guò)在排氣部分中使用某些燃燒器來(lái)實(shí)現(xiàn)(DE102008007844)。
[0013]在排氣部分中的催化劑暴露于一個(gè)提高的溫度的駕駛情境下，應(yīng)該保護(hù)它們免于極高的溫度峰值。例如在DE2409643和DE1451881中提到了用于避免由這樣的高溫引起催化劑損壞的策略。后一出版物中提出催化劑周?chē)呐酝肪€。
[0014]本發(fā)明的目標(biāo)是詳細(xì)說(shuō)明一種方法，該方法使得能夠以盡可能簡(jiǎn)單但同樣有效的方式來(lái)保護(hù)用于凈化排氣的催化劑系統(tǒng)免于過(guò)冷或過(guò)熱，。
[0015]這個(gè)和其他的由先前技術(shù)顯而易見(jiàn)地產(chǎn)生的目標(biāo)可通過(guò)具有本權(quán)利要求1特征的方法實(shí)現(xiàn)。權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求涉及根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例。
[0016]所闡明的目標(biāo)以一種非常簡(jiǎn)潔但同樣有利的方式通過(guò)一種借助于催化劑系統(tǒng)用于催化凈化來(lái)自?xún)?nèi)燃機(jī)中的排氣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該催化系統(tǒng)具有一個(gè)包含至少一種在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的第一催化劑(4)的主排氣管部分(8)和一個(gè)副排氣管部分(9)以及一個(gè)用于將排氣流切換至主排氣管部分和/或副排氣管部分的切換設(shè)備(7)，當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)正在做正功時(shí)排氣優(yōu)選地被引導(dǎo)穿過(guò)該主排氣管部分(8)，并且當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)(I)未做任何正功時(shí)排氣優(yōu)選地被引導(dǎo)穿過(guò)該副排氣管部分(9)。借助于根據(jù)本發(fā)明的方法，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行期間阻止冷排氣進(jìn)一步地冷卻至少一種在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑。在該方法下，同時(shí)能夠保護(hù)催化劑系統(tǒng)免受位于主排氣管部分(8)中的至少一種在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑(4)的過(guò)度的催化劑老化。特別是，汽油直接噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)通常在更高負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)速度下用一種化學(xué)計(jì)量的混合物運(yùn)行，即使在低負(fù)載下它們可以用分層填充來(lái)運(yùn)行。在這種情況下，在提高的溫度下如果將催化劑暴露于富氧的排氣(如下)則總是會(huì)出現(xiàn)增強(qiáng)的催化劑老化。這是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)突然地不再需要做任何正功時(shí)的情形(例如，在高負(fù)載運(yùn)行之后的一種怠速模式下車(chē)輛減速期間)。該富氧排氣在這里可以通過(guò)該副排氣管部分(9)被圍繞至少一種在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑(4)引導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明，它是用此方式免受由于在提高的溫度下氧氣的負(fù)載而引起的過(guò)度老化。
[0017]當(dāng)無(wú)燃料供給至發(fā)動(dòng)機(jī)但發(fā)動(dòng)機(jī)仍繼續(xù)地轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，稀薄燃燒內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)不再做任何正功，是由車(chē)輛的質(zhì)量(慣性質(zhì)量或重力質(zhì)量)驅(qū)動(dòng)的。這是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)是在“怠速模式”下的情形。這表明，例如，當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)減速階段(例如，由于車(chē)輛的制動(dòng)-可能由于一次發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，等等)，即車(chē)輛的速度減小且發(fā)動(dòng)機(jī)中不再供給任何燃料(怠速截止)。然而，在這一階段該發(fā)動(dòng)機(jī)仍然是與變速器相聯(lián)，并且選擇了一個(gè)檔位。在這里，通常的情況是只有空氣通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)由進(jìn)氣管道汲取至排氣系統(tǒng)。這樣的一個(gè)運(yùn)行模式是存在的，例如，當(dāng)接近一個(gè)紅燈時(shí)或快速接近一輛較慢的車(chē)輛的情況下以及當(dāng)在一個(gè)斜坡下行或在一次制動(dòng)操作期間。此外，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給在發(fā)動(dòng)機(jī)從變速器中脫離期間也被短暫地切斷，并且這導(dǎo)致通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)汲取空氣至排氣部分中，例如在換擋期間。
[0018]正如所述的，在一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)未做任何正功的階段，即不再用燃料供應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)(怠速截止)，引發(fā)了引導(dǎo)排氣越過(guò)至少一種在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑(4)。用于切換切換設(shè)備
(7)的精確時(shí)間優(yōu)選地發(fā)生在當(dāng)存在排氣(由于切斷燃料而富含氧氣)將到達(dá)至少一種在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)。切換設(shè)備(7)的切換因此可以在發(fā)動(dòng)機(jī)控制器一檢測(cè)到不再供給燃料至發(fā)動(dòng)機(jī)但發(fā)動(dòng)機(jī)不過(guò)仍在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就發(fā)生，和/或發(fā)生在當(dāng)例如在溫度傳感器
(15)處測(cè)量到溫度的一個(gè)急劇下降時(shí)，和/或發(fā)生在當(dāng)例如λ探針(11)在排氣中檢測(cè)到一個(gè)非常高的氧含量時(shí)。為了識(shí)別切換時(shí)間，此外也可能例如與燃料供給或油門(mén)的踏板值一同參考發(fā)動(dòng)機(jī)速度。在切換中重要的一點(diǎn)是盡可能使富氧排氣不能達(dá)到催化劑(4)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)利用通過(guò)傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器提供的這些可能性根據(jù)本發(fā)明對(duì)切換設(shè)備(7)進(jìn)行控制。
[0019]如上已經(jīng)所表明的，當(dāng)切斷燃料供給并且由此將富氧排氣泵送至排氣管道時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)在怠速模式下。一方面，這導(dǎo)致排氣的氧含量增加并且，另一方面，因?yàn)閺沫h(huán)境中獲得進(jìn)氣并且僅在有限的條件下在發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行加熱，必然地導(dǎo)致溫度降低。所以，使用一個(gè)λ探針(11)來(lái)檢測(cè)排氣中的氧含量將會(huì)是一種簡(jiǎn)潔的解決方案。
[0020]因此，一個(gè)優(yōu)先的選擇是借助于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器來(lái)控制切換設(shè)備(7)的切換。此外，僅當(dāng)超過(guò)或低于某一個(gè)排氣溫度和/或在排氣中某一個(gè)λ值時(shí)，一個(gè)特別優(yōu)選的選擇是將該排氣至少部分地引導(dǎo)穿過(guò)該副排氣管部分(9)。
[0021]除了發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)期間的低排氣溫度(在開(kāi)頭已經(jīng)討論過(guò)的)之外，還有-如上所述的-排氣可能被冷卻至一個(gè)臨界水平以下的駕駛情況。這是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不再做任何正功時(shí)的情況，例如當(dāng)車(chē)輛正在減速并且發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速模式下運(yùn)行時(shí)。在這種情況下，輸入的空氣一般無(wú)截流地穿過(guò)該發(fā)動(dòng)機(jī)至排氣部分，并且進(jìn)一步地冷卻該發(fā)動(dòng)機(jī)和含有催化劑的排氣后處理系統(tǒng)。當(dāng)在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑⑷之前的排氣溫度是處于或低于相應(yīng)的催化劑的起燃溫度范圍時(shí)，根據(jù)本發(fā)明中的方法是用于防止主排氣管部分中的催化劑(4)在怠速模式下被來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷空氣冷卻過(guò)多。根據(jù)催化劑類(lèi)型和催化劑老化的狀態(tài)，該起燃溫度通常是在200°C至350°C之間。在低于350°C，優(yōu)選地低于300°C，特別優(yōu)選地低于250°C的排氣溫度的范圍內(nèi)，因此，該方法是用于防止催化劑的冷卻并且從而確保在非常低的排氣溫度下(例如出現(xiàn)在低車(chē)速中)催化劑具有一個(gè)更高的凈化效果。該“起燃溫度”指的是當(dāng)在排氣中的一種特定的污染物通過(guò)相應(yīng)的催化劑轉(zhuǎn)化至50%時(shí)的排氣溫度。在這種情況中，優(yōu)選地預(yù)期是指在排氣中的未燃燒的碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)的起燃溫度。
[0022]如果，另一方面，在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑(4)中的排氣溫度是非常高的，根據(jù)本發(fā)明中的方法可以用于減少催化劑的熱損壞。該方法特別適用于有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛中，因?yàn)檫@些車(chē)輛在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的區(qū)域具有超過(guò)1000°c的非常高的排氣溫度。來(lái)自汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的組分通常是化學(xué)計(jì)量的，這意味著在與催化劑反應(yīng)之后排氣中的氧含量是非常低的。從文獻(xiàn)(對(duì)基于PVA1203的柴油去Nox催化劑的催化活性研究，學(xué)位論文 S.Eckhoff, 1998 ;催化雜志 109,433-462(1988) (Untersuchungen zurkatalytischen Aktivitat eines Diesel-DeNOx-Katalysators auf der Basis von Pt/A1203, Dissertation S.Eckhoff, 1998.;Journal of Catal.109，433-462 (1988)))中已知，當(dāng)在排氣中存在氧氣時(shí)尤其是含貴金屬的催化劑由于熱損壞易受?chē)?yán)重的失活。此外，C.Brinkmeier等人的研究(通過(guò)Nox存儲(chǔ)催化劑對(duì)射線引導(dǎo)的汽油直接噴射的排氣后處理，排放控制，德累斯頓 2006 (Abgasnachbehandlung mit NOx-Speicherkatalysatoren fiirdie strahlgefiihrte Benzindirekteinspritzung, Emission Control, Dresden2006))還表明NOx存儲(chǔ)催化劑如果在830°C的高排氣溫度下富氧排氣沖擊催化劑比如果在該溫度下用化學(xué)計(jì)量的或略微豐富的排氣組合物操作該催化劑受到更嚴(yán)重的損壞。由于進(jìn)氣流的節(jié)流過(guò)于嚴(yán)重地剎車(chē)，由于可駕駛性的原因，原則上不應(yīng)該阻止含氧排氣在高的排氣溫度下當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速模式(稱(chēng)作“怠速截止”或“燃料截?cái)唷?期間流動(dòng)通過(guò)該催化劑。然而，根據(jù)本發(fā)明的方法確保在高溫下當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速模式下將富氧排氣引導(dǎo)通過(guò)該發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑(4)，從而大大地減少了催化劑的失活。當(dāng)溫度超過(guò)排氣溫度(在該溫度以上在氧氣存在下相應(yīng)的催化劑經(jīng)受?chē)?yán)重的失活)時(shí)優(yōu)選地使用根據(jù)本發(fā)明的方法。在三向催化劑的情況下，該值是超過(guò)大約800°C，優(yōu)選地超過(guò)750°C并且特別優(yōu)選地超過(guò)700°C，以及在Nox存儲(chǔ)催化劑的情況下，該值是超過(guò)大約700°C，優(yōu)選地超過(guò)650°C并且特別優(yōu)選地超過(guò)600°C。
[0023]正如已經(jīng)表明的，所考慮的催化劑系統(tǒng)至少包括至少一種在主排氣管部分(8)中的在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的第一催化劑(4)、一個(gè)切換設(shè)備(7)和一個(gè)副排氣管部分(9)。
[0024]用于此目的的、本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的所有排氣凈化催化劑都是適合作為在本方法中主排氣管部分(8)中在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑。該發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑優(yōu)選地選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成:三向催化劑(TWC)、NOx存儲(chǔ)催化劑(NSC)、以及氧化催化劑(DOC)，其中在適當(dāng)?shù)那闆r下，它們可以作為一個(gè)微粒過(guò)濾器的一種涂層存在(也參見(jiàn)DE102010033688, EP1486248)。也可能使用多種彼此前后放置的催化劑作為在主排氣管部分(8)中的發(fā)動(dòng)機(jī)附近的催化劑。作為一種特別優(yōu)選的選擇，該在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的第一催化劑是選自由三向催化劑和NOx存儲(chǔ)催化劑組成的組或選自這些催化劑串聯(lián)安排的一個(gè)組合。例如，同樣可能的是使這些催化劑涂層作為在一種催化劑上的多個(gè)區(qū)域或以彼此疊置的兩個(gè)催化劑層的形式存在。使用一種發(fā)動(dòng)機(jī)附近的NOx存儲(chǔ)催化劑是非常特別優(yōu)選的。
[0025]在本發(fā)明中的另一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選的是，如果主排氣管部分(8)和該副排氣管部分(9)向一個(gè)共用的排氣部分(10)中開(kāi)放，在該共用的排氣部分(10)中安排至少一種另外的催化劑出)。當(dāng)排氣經(jīng)由副排氣管部分(9)穿過(guò)時(shí)，這個(gè)催化劑主要地負(fù)責(zé)排氣凈化。因?yàn)檫@一原因，在此有利的是使用一種在稀薄排氣條件下能夠提供污染物的高轉(zhuǎn)化率的催化劑。例如，能在此位置使用的優(yōu)選的催化劑是氧化催化劑、NOx存儲(chǔ)催化劑、三向催化劑、SCR催化劑(SCR)、N20分解催化劑以及碳?xì)浠衔锎鎯?chǔ)催化劑(HC吸附劑)。使用三向、N2O分解及NOx存儲(chǔ)催化劑是特別優(yōu)選的。使用一種三向催化劑作為催化劑(6)是非常特別優(yōu)選的。
[0026]在一個(gè)更進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，在該副排氣管部分(9)中可以使用一種另外的催化劑(5)。根據(jù)本發(fā)明，在該位置處的催化劑是暴露于富氧排氣中的并且因此其在富氧排氣中具有比在主排氣管部分中的催化劑(4)更高的穩(wěn)定性。例如，能在此位置使用的優(yōu)選的催化劑是氧化催化劑、NOx存儲(chǔ)催化劑、三向催化劑以及碳?xì)浠衔锎鎯?chǔ)催化劑。使用一種具有整合的碳?xì)浠衔锎鎯?chǔ)功能的氧化催化劑是非常特別優(yōu)選的。
[0027]在上面討論的催化活性組分優(yōu)選地作為一種載體應(yīng)用于基底。在此背景下，該基底可以由一種傳統(tǒng)的通道流整體塊、深層床過(guò)濾器或一種帶有微粒過(guò)濾功能的壁流式整體塊組成?？紤]到需要執(zhí)行的排氣凈化任務(wù)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道應(yīng)該使用哪種基底。表明應(yīng)用在根據(jù)本發(fā)明中圖1的上述三個(gè)位置(催化劑4、5和6)中的各種類(lèi)型的催化劑和在不同種類(lèi)負(fù)載基底上的催化劑涂層可以在DE102010033688、DE102010033689、EP1486248和W011124357、包括其中的參考文獻(xiàn)中找到。
[0028]一個(gè)排氣后處理系統(tǒng)在圖1中如示意圖所示。在正常的駕駛中(期間發(fā)動(dòng)機(jī)必須做正功)，排氣經(jīng)由閥(7)進(jìn)入主排氣管部分(8)并且橫穿催化劑(4)和(6)。發(fā)動(dòng)機(jī)一旦在一種怠速模式下運(yùn)行并且不再做任何正功時(shí)就會(huì)切換閥(7)，并且冷排氣流進(jìn)入副排氣管部分(9)中橫穿任選的催化劑(5)和(6)。因此，在主排氣管部分中的催化劑⑷不會(huì)和在沒(méi)有副排氣管部分的常規(guī)系統(tǒng)中一樣冷卻。
[0029]在本發(fā)明中的另一個(gè)實(shí)施例中，采用本方法保護(hù)催化劑(4)免受過(guò)度的催化劑老化。特別是，稀薄燃燒火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)通常在相對(duì)高的負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)速度下化學(xué)計(jì)量地運(yùn)行，即使在低負(fù)載下它們可以用一個(gè)分層填充來(lái)運(yùn)行。每當(dāng)催化劑暴露于富氧排氣中(燃料截?cái)?時(shí)，在提高的溫度下出現(xiàn)增強(qiáng)的催化劑老化。例如，這是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速(車(chē)輛減速)或當(dāng)執(zhí)行換擋操作時(shí)的情形。為了防止在提高的溫度下(例如，>600°C，在溫度傳感器
(15)處測(cè)量)富氧排氣流動(dòng)通過(guò)催化劑(4)，該排氣流在如上所述的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速模式下或換擋操作期間暫時(shí)地經(jīng)由副排氣管部分(9)穿過(guò)。借助于任選的催化劑(5)和/或催化劑
(6)對(duì)排氣繼續(xù)進(jìn)行凈化。這允許在催化劑(4)中使用催化劑涂層，該催化劑在低排氣溫度下具有一個(gè)非常高的催化活性但是有比常規(guī)催化劑更低的熱穩(wěn)定性。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，該發(fā)動(dòng)機(jī)附近的區(qū)域應(yīng)該被當(dāng)做是從汽缸出口開(kāi)始的一個(gè)10到120cm，優(yōu)選20-100cm，特別優(yōu)選20到80cm的區(qū)域。
[0031]在 優(yōu)先權(quán)日:之前，在此描述的用于一種排氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行模式是本領(lǐng)域技術(shù)人員未知的。因此，令人驚訝的是例如在此所述的一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程使運(yùn)行排氣系統(tǒng)變得可能，這些排氣系統(tǒng)借助于根據(jù)本發(fā)明的控制裝置具有多種更有效的催化劑，最后產(chǎn)生更好的排氣凈化作用。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)也體現(xiàn)在由于低水平的催化劑損壞在催化劑中使用較少的貴金屬，并且產(chǎn)生了顯著的成本節(jié)約。
[0032]該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通過(guò)圖1進(jìn)行示例性闡明。
[0033]1.發(fā)動(dòng)機(jī)
[0034]2.汽缸
[0035]3.排氣系統(tǒng)
[0036]4.催化劑
[0037]5.任選的催化劑
[0038]6.催化劑
[0039]7.切換設(shè)備，例如排氣蝴蝶閥或排氣閥(用于將排氣流切換至主排氣管部分和/或副排氣管部分)
[0040]8.主排氣管部分
[0041]9.副排氣管部分
[0042]10.共用的排氣部分
[0043]11.λ傳感器和/或NOx傳感器
[0044]12.λ傳感器和/或NOx傳感器
[0045]13.λ傳感器和/或NOx傳感器
[0046]14.λ傳感器和/或NOx傳感器
[0047]15.溫度傳感器
[0048]16.λ傳感器和/或NOx傳感器
【權(quán)利要求】
1.一種通過(guò)一個(gè)催化劑系統(tǒng)催化凈化來(lái)自?xún)?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的方法，該催化劑系統(tǒng)具有一個(gè)包含至少一種安排在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的第一催化劑(4)的主排氣管部分(8)和一個(gè)副排氣管部分(9)以及一個(gè)用于將排氣流切換至主排氣管部分和/或副排氣管部分的切換設(shè)備(7)，其特征在于，當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)(I)正在做正功時(shí)該排氣優(yōu)選地被引導(dǎo)穿過(guò)該主排氣管部分(8)，并且當(dāng)該發(fā)動(dòng)機(jī)未做任何正功時(shí)該排氣優(yōu)選地被引導(dǎo)穿過(guò)該副排氣管部分(9)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，僅當(dāng)在排氣中超過(guò)或低于一個(gè)確定的排氣溫度和/或一個(gè)確定的λ值時(shí)，該排氣至少部分地被引導(dǎo)通過(guò)該副排氣管部分(9)。
3.如上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在該主排氣管部分(8)中的催化劑⑷是選自由TWC、DOC和NSC組成的組。
4.如上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該主排氣管部分(8)和該副排氣管部分(9)向一個(gè)共用的排氣部分(10)中開(kāi)放，在該共用的排氣部分中安排至少一種另外的催化劑(6)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在該共用的排氣部分(10)中的催化劑(6)是選自由TWC、DOC、NSC、SCR、N2O分解催化劑和HC吸附劑組成的組。
6.如上述權(quán)利要求中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在該副排氣管部分(9)中安排一種另外的催化劑(5)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在該副排氣管部分(9)中的催化劑(5)是選自由TWC、NSC、DOC和HC吸附劑組成的組。
【文檔編號(hào)】F01N13/02GK103958843SQ201180075193
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月1日
【發(fā)明者】S·埃克霍夫 申請(qǐng)人:優(yōu)美科股份公司及兩合公司