[发明专利]用于净化具有催化转化器的内燃机的排气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于净化具有催化转化器的内燃机的排气的方法，所述催化转化器包括氧储存成分。本发明尤其涉及在发动机已经在稀薄条件下操作之后的氧储存成分的最佳填充度的恢复，用于发动机的调节过(受到λ(lambda)控制的)的化学计量操作。

背景技术

为了净化这些发动机的排气，使用所谓的三元催化转化器，所述三元催化转化器同时从排气去除一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)。

空燃比λ(λ)经常用于说明供给到发动机的空气/燃料混合物的组分。所述空燃比是关于化学计量条件的规格化的空气/燃料比。空气/燃料比说明了每千克燃料下有多少千克空气被供给到内燃机。用于化学计量燃烧的空气/燃料比对于普通的发动机燃料而言是14.7。此时，空燃比λ是1。低于14.7的空气/燃料比，或者低于1的空燃比，称为浓的，并且高于14.7的空气/燃料比，或者高于1的空燃比，称为稀的。

如果在内燃机中没有发生用于排气的某些成分的储存效应，则排气的空燃比与供给到发动机的空气/燃料混合物的空燃比对应。为了获得三种污染物全部的较高的转化程度，空燃比λ必须设定在λ＝1周围非常窄的范围内(化学计量条件)。其中三种污染物全部至少80％被转化的、λ＝1周围的区间经常称为λ窗。

为了补偿排气中的氧含量的波动，三元催化转化器包括氧储存成分(OSC)，所述氧储存成分在稀排气条件(λ＞1)下储存氧，并且在浓排气条件(λ＜1)下放出氧，由此将排气的化学计量设定到λ＝1。允许其氧化状态改变的复合物适于作为催化转化器中的氧储存成分。优选地使用氧化铈，氧化铈可以表达为Ce₂O₃和CeO₂。为了使氧化铈稳定，氧化铈例如作为与氧化锆混合的氧化物使用。

在下文中，将应当理解，氧储存成分的储存容量意思是被每克氧储存成分可以吸收的氧质量。因此，填充度指的是实际储存的氧质量与储存容量的比。储存容量可以使用本领域的技术人员已知的多种方法经实验确定。

调节空燃比的目的是防止氧储存物完全填充或者基本清空(empty)。在氧储存物完全填充的情况下，出现较稀的排气的转折点(breakthrough)，并且因此放出氮氧化物。在氧储存物基本上清空的情况下，出现较浓的排气的转折点，也就是说，放出一氧化碳和碳氢化合物。

布置在沿着排气流动方向的催化转化器上游的氧探针(λ探针)(催化器前(pre-cat)探针)的信号用于调节空燃比。借助所述探针，供给到发动机的空气/燃料混合物被调节成使得排气在进入催化转化器之前具有化学计量组分。在本发明的上下文中，所述调节称为λ调节。除了催化器前探针以外，氧探针通常被包含在催化转化器下游的传递管系(drive train)中。λ调节的目标化学计量可以借助所述催化器前探针被重新调整。这称为催化后调节。催化后调节尤其用于监测和调整催化转化器的氧储存物的填充度。

这些探针产生作为排气的氧含量的函数的电压。因此，传统地使用两点的λ探针，所述两点的λ探针也称为阶跃变化的λ探针。在稀排气条件下，所述λ探针具有约0.2V的电压，在过渡到浓排气时，该电压在非常窄的λ区间内从0.2V跳跃到超过0.7V。这里，催化后调节构造成产生约0.65V的探针电压。该点位于探针特征曲线的最陡的分支上，并且与约50％的氧储存物的最佳填充度对应。这样，可以容易地检测和校正排气的化学计量的上偏差和下偏差。

火花点火式发动机主要借助具有化学计量组分的空气/燃料混合物操作。然而，如果发动机不再输出动力，则燃料供给被传统地切断。如果出现该所谓的超速断油(overrun fuel cutoff)，则仅空气被供给到发动机，使得排气组分与周围空气对应。

在超速断油期间，催化转化器的氧储存成分使氧完全饱和，或者用氧填充。在超速断油期间，不可能进行催化后调节。例如由于λ调节的调节误差，除了超速断油以外，也会在其它驱动状态中发生氧储存物完全填充。

在超速断油结束之后，调节过的化学计量操作应当尽可能快地重新开始。然而，为此，首先必须使氧储存物的填充度恢复到约50％的最佳值。因此，在超速断油之后，发动机传统地在浓空气/燃料混合物下短暂操作。所述在浓空气/燃料混合物下的短暂操作也称为浓脉冲。仅当氧储存物的填充度已经恢复到约50％时，正规的催化后调节才恢复。或者，也已知的是，催化后调节将在超速断油结束之后直接被重新激活。两种方法的缺点是，花费较长的时间来设定用于λ调节的最佳条件。在所述时间段内会出现不期望的排放物。