[发明专利]内燃机的NOx存储器催化排气净化器的再生

说明书

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的、内燃机如稀混合气发动机(Mager-Mix-Motor)、DI发动机或者柴油发动机的NOx存储器催化排气净化器的再生。

为了净化在内部燃烧燃料的发动机的废气，必须还原在燃烧过程中附带产生的氧化氮。在常见的平均λ值调为1的内燃机中，通过三元催化器可以达到较好的效果。当然在全部或部分以λ值大于1运转的内燃机中，例如稀混合气四冲程发动机、DI发动机和柴油发动机，这种创立的废气净化方法目前不适用。在目前的发动机类型中，采用沸石催化排气净化器(下面也称为“稀混合气催化器”)和Nox存储器催化排气净化器进行废气处理。沸石催化排气净化器被热钝化，因此不能用于汽车发动机，汽车发动机在允许方法中必须证明具有耐疲劳强度。另外这种催化净化器仅利用废气中的碳氢化合物来还原氧化氮，所以只能达到较低的氧化氮转换。如果不考虑氧化氮部分还原成亚硝酸(Distickstoffoxid)，则其常常只能达到15％。此外，这种催化净化器的缺点还有，如果没有责金属则CO和HC的转换不充分。与正在研究的沸石催化排气净化器相比，更有前途的是NOx存储器催化排气净化器，因为其不仅利用了废气中的碳氢化合物，也利用了氢和CO作还原剂。其实是一种带有存储Nox的部件的三元催化器。当然，NOx存储器特别在发动机长时间的稀薄燃烧阶段后消耗了NOx，因此不再起作用。所以在NOx存储器催化排气净化器中必须定期从存储器中消除所存储的NOx，即还原所存储的NOx。

EP0 540 280公开了借助一种废气处理设备的废气处理，该废气处理设备具有一个存储和释放NOx的机构，其中氧化氮在发动机的稀薄燃烧中被中间存储起来，并通过导λ的废气加热而再次被热释放。然后借助分解NOx的催化器在氧化条件下再次分解被释放的氧化氮。具体说分解NOx的催化器由一个三元催化器和／或一个沸石催化器组成，该催化器在λ小于或等于1的情况下工作。缺点尤其在于，这种催化器不够热稳定，并且为了避免损伤，如这种催化器在λ=1时在高负荷和废气温度下常常出现的损伤，要求有一个排气线路(Abgasschaltung)，为此必需相应的运转所需的执行和控制单元。此外无法解决这些零件的耐疲劳强度问题。另外，对在发动机以理论值(符合化学计量的)工作时不被废气流经的废气设备零件，或者反过来在稀薄燃烧时不被废气流经的零件，其工作温度问题无法解决。这里特别是三元催化器起作用的温度范围难以解决，因为在该阶段由于运动的氧化氮的部分还原而形成更多的亚硝酸。如果通过定期冷却三元催化器而一再经过该范围，则会产生过多的亚硝酸产物，由于气体的暖室效应(Treibhausrelevanz)这是不希望的。

EP0 562 805公开了一种内燃机的废气后处理，其中废气设备有两个交替流过的、相互平行设置的稀NOx催化器。另外该已知装置包括一个用于改变废气空间速度(Raumgeschwindigkeit)的结构，以便能够调到废气的最佳空间速度。该废气设备还有一个将HC直接喷射到排气管中的机构。这里还要提及长期使用可能性，因为沸石催化器不够热稳定，尤其不能忍受较浓的或者符合化学计量的废气。同样，用于改变排气线路空间速度的结构的持久荷重能力也成问题。即使由于废气空间速度的匹配得到改善而使NOx的转换高于通常的沸石催化器，根据EPO 562 805的催化器也不能达到遵守新的废气极限值所要求的高于90％的数量级。此外，无法解决催化器形成亚硝酸和HC及CO转换太少的问题。

EP0 580 389公开了一种稀薄燃烧发动机的废气后处理方法，该发动机装备了一个基于碱金属、碱土金属或稀土金属的NOx吸收器，一个装在气流下游的三元催化器，以及用于检测负荷和废气温度的传感器。这里借助传感器的信息限定这样的范围，在该范围内NOx吸收器用来存储氧化氮。催化器的再生是通过加浓燃油一段预定时间来实现的。这种已知的装置的缺点在于，吸收器和三元催化器分开，因为发动机主要产生的氧化氮必须首先氧化成NO₂，以便能够存储在吸收器中。