[发明专利]用于内燃机的排气系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的排气系统。 

背景技术

借助于布置在排气管道中的废气后处理装置来处理来自内燃机(例如，火花点燃式发动机或柴油发动机)的废气以便减小污染物排放是众所周知的惯例。在该情况下，废气后处理装置的效率或效能在很大程度上受到废气后处理装置中的主导温度水平并且受到用于内燃机中的燃烧的空燃比影响。 

在火花点燃式发动机的情况下，现有技术包括使用例如催化反应器，所述反应器使用增加某些反应的速度的催化材料以即使在低温度下也保证碳氢化合物(HC)和(CO)的氧化。如果目的还包括还原氮氧化物(NO_X)，则这可以通过使用三元催化转化器实现，但是这需要在窄范围内的火花点燃式发动机的理想配比操作(λ≈1)。在该情况下，借助于可用的未氧化废气组分(即，一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物)还原氮氧化物，同时氧化这些废气组分。 

在使用过量空气的内燃机的情况下，也就是说，例如使用稀薄混合物的火花点燃式发动机和尤其直接喷射柴油发动机以及直接喷射火花点燃式发动机，由于所涉及的原理(即，缺少还原剂)而不能还原废气中的氮氧化物。 

为了氧化未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳，氧化催化转化器特别地设在废气流中。为了实现充分转化，需要一定的操作温度。“起燃温度”可以为120℃或250℃。 

通过在被称为“SCR催化转化器”(SCR：选择性催化还原)的选择性作用催化转化器上使用包含氨的还原剂以提供二氧化氮(NO₂)和水(H₂O)，有可能减少来自使用过量空气的内燃机(尤其柴油发动机)的氮氧化物排放量。气态氨(NH₃)、氨的水溶液或尿素的水溶液被用作还原剂。 如果尿素被用作还原剂，则尿素在水解催化转化器的上游被直接喷射到排气管道中并且借助于水解在那里被转化为氨。然后，在内燃机中的燃烧期间产生的氮氧化物借助于暂时储存在SCR催化转化器中的氨被选择性地还原为水和氮。特别地，SCR催化转化器可以在低温度下储存氨直到达到一定的储存容量，该氨在高温度下再次被解吸附。 

除了氨和尿素以外，未燃烧的碳氢化合物也被用作还原剂。后者也被称为HC浓集，其中未燃烧的碳氢化合物直接被引入到排气管道中或者通过发动机内的措施被供应，即，在实际燃烧过程之后通过附加燃料二次喷射到燃烧室中。在这里，所喷射的附加燃料不假定在燃烧室中通过正在进行的主燃烧过程或通过在主燃烧过程完成之后仍然高的燃烧气体温度被点燃，而是假定在排气和再充过程期间被引入排气管道中。 

原则上，也有可能借助于被称为氮氧化物或NOx储存催化转化器(LNT：稀薄NOx捕集器)的装置减少氮氧化物排放量。在这里，氮氧化物初始在内燃机的稀薄燃烧操作期间被吸附(即，收集和储存)在催化转化器中，然后在再生阶段期间例如在缺氧的条件下借助于内燃机的亚理想配比操作(例如，λ＜0.95)被还原。 

用于实现内燃机的浓混合物(即，亚理想配比)操作的发动机内的另外选择是废气再循环(AGR)和在柴油发动机的情况下的进气管道中的节气。如果例如通过喷射附加燃料将还原剂直接引入排气管道中则有可能免除发动机内的措施。在再生阶段期间，氮氧化物被释放并且大致被转化为二氧化氮(NO₂)、二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)。再生阶段的频率由氮氧化物的总排放量和NO_X储存催化转化器(LNT)的储存容量确定。 

储存催化转化器(LNT)的温度应当优选地在200℃至450℃之间的温度窗口中，因此在一方面保证氮氧化物的快速还原，并且在另一方面保证在不转化氮氧化物的情况下不发生解吸附，所述氮氧化物再次被释放，有时可能由过高温度触发。 

在使用中并且尤其在NOx储存催化转化器布置在排气管道中的一个困难由包含在废气中的硫产生，硫类似地吸附在NOx储存催化转化器中并且不得不作为“脱硫”(即，硫的去除)的一部分定期被去除。为了该目的，NOx储存催化转化器必须被加热到通常在600℃至700℃之间的高温度，并且被供应还原剂，又有可能借助于到内燃机的浓混合物操作的过渡实现该目的。NOx储存催化转化器的温度越高，脱硫过程越有效，但是 不应当超过容许最大温度，原因是在那样的情况下，NOx储存催化转化器的脱硫由于过高温度而显著地导致催化转化器的热老化。因此，临近NOx储存催化转化器的寿命的结束对氮氧化物的期望转化有负面影响，并且储存容量特别地由于热老化而减小。