[发明专利]监测内燃发动机排气中的受规制的排放物浓度的方法

说明书

相关申请

本发明申请要求2010年11月3日提交的德国专利申请102010060330.9的权益，其全部内容通过引用包括在此。

技术领域

本公开涉及一种监测内燃发动机排气中受规制的排放物浓度(regulated emission concentration)C_i的方法。

背景技术

发动机排出的排气常包括燃烧的副产品，其可对环境有害，并且因此须符合排放物规定。为了减少这些所谓的受规制的排放物，内燃发动机通常装备有各种排气后处理系统。为了未燃烧的烃(HC)以及一氧化碳(CO)的氧化，常在排气释放系统中提供氧化催化转化器(oxidation catalytic converter)，特别是在以过量空气运行的内燃发动机的情况下尤其如此，例如以稀燃模式运行的火花点火发动机或者直接喷射式柴油发动机。

在火花点火发动机的情况下，也可使用三元催化转化器，然而其仅在窄范围内的化学计量操作(λ≈1)下提供最优转化。此处，通过未氧化排气组分减少氮氧化物(NOx)，其中未氧化排气组分尤其以一氧化碳和未燃烧的烃出现，其中所述排放物在同时被氧化。

在过量空气的情况下(λ＞＞1)，不能将排气中的氮氧化物降低至标准以下，即由于缺少还原剂。为了降低氮氧化物，因此使用选择性催化转化器，即所谓的SCR催化转化器，其中为了选择性地降低氮氧化物，有目的地将还原剂引入排气。对于还原剂，除了氨和尿素，也可使用未燃烧的烃。后者也称为HC富集，直接将未燃烧的烃引入排气释放系统，或者通过发动机内方法，如通过后喷射入另外的燃料实现。

也可通过所谓的氮氧化物存储催化转化器(LNT-稀NO_x捕集器)。这里，在例如通过缺乏氧气的内燃发动机的亚化学计量运行(例如λ＜0.95)实现的再生期间被还原之前，氮氧化物最初(在内燃发动机的稀燃模式期间)被吸收(即收集和存储)在催化转化器中。在再生期间，氮氧化物NOx基本被释放并转化为二氧化氮(NO₂)、二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)。

为了最小化碳烟颗粒的排放物，使用所谓的再生颗粒过滤器，其将烟碳颗粒从排气中过滤出并储存，而所述烟碳颗粒在过滤器再生期间被间歇地烧掉。

使用LNT的一个困难由排气中所含的硫引起，其也同样在LNT中被吸收。直接脱硫使用的高温能够损伤存储催化转化器，引起催化转化器热老化，并且对氮氧化物的期望转化产生不利的影响。LNT的储存能力，也就是其存储氮氧化物的能力随着运行持续时间延长而降低。

排气的高温引起热老化，并且由于运行持续时间延长而引起功能性限制，换句话说，引起转化效率降低，这不仅在存储催化转化器的情况下发生，也在氧化催化转化器的情况下发生。特别地，已证实用于甲烷氧化的高温很关键。

由于排气后处理系统的效率随着运行持续时间延长而降低，或者排气后处理系统也能够被基本不可逆转地损伤，为了防止由于受限制功能性或缺乏转化引起的不良高排放物，可监测排气后处理系统或该系统的功能性。即使现有法规不强制要求车上诊断(OBD)，但是未来方案也可使之成为必要。例如，欧VI排放物标准规定对未处理氮氧化物排放物的监测。

降低氮氧化物排放物的一个发动机内方法包括排气再循环，换句话说，来自排气释放系统的排气通过再循环管路再循环进入进气系统。

排气再循环是降低氮氧化物排放物的一种方案，其中能够以增加的排气再循环率相当程度地降低氮氧化物排放物。此处，通过以下等式确定排气再循环率x_EGR：

x_EGR＝m_EGR/(m_EGR+m_Fresh air)

其中m_EGR表示再循环排气的量，m_Fresh air表示提供的新鲜空气量，换句话说为助燃空气，视需要，其已被通过压缩机传送并压缩。

排气再循环也适用于在部分负荷范围内降低未燃烧烃的排放物。为了获得氮氧化物排放物相当程度的降低，可使用高排气再循环率，例如达到x_EGR≈60％至70％这样的大小。

在通过排气涡轮增压而增压，以及装备有排气再循环系统的内燃发动机的情况下，由于通常从至少一个排气涡轮增压器的涡轮的上游的排气释放系统抽取再循环排气，并且不能再用于驱动至少一个涡轮，这导致冲突。