[发明专利]提高涡轮增压式内燃机的排气系统中废气温度的方法和设备

说明书

发明领域

本发明涉及用于提高涡轮增压式内燃机，特别是机动车的涡轮增压式内燃机的排气系统中的废气温度的方法，本发明还涉及实施这种方法的设备和内燃机。

背景技术

为尽可能降低含碳细颗粒，在机动车中通常使用所谓的颗粒分离器或颗粒过滤器。例如由EP 1072765 A2已知一种典型的机动车中的颗粒分离器-装置。这种颗粒分离器与颗粒过滤器的差别在于，该废气流沿分离器结构导流，而在颗粒过滤器情况下，该废气需流过过滤介质。由于这种不同，颗粒过滤器易于堵塞，这提高了废气背压，即引起内燃机废气出口处的不希望的压力升高，这进而降低了发动机效率和造成内燃机的高的燃料消耗。由EP 0341832 A2中已知这类颗粒过滤器-装置的实例。

在该两前述的装置中，在颗粒分离器或颗粒过滤器上游配置的氧化催化器各借助于同时含有的残余氧(O₂)将废气中的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO₂)，其反应方程式为：

2NO+O₂←→2NO₂。

要注意的是，在高温下上述反应的平衡趋向NO侧。其结果是，由于这种热力学的限制使在高温下可达到的NO₂-含量受限。

另一方面，该NO₂在颗粒过滤器中与含碳的细颗粒反应生成CO、CO₂、N₂和NO。因此，借助于强氧化剂NO₂以连续去除淀积的细颗粒，以致可不采用如在其它装置中需昂贵实施的再生循环。这方面所涉及的非能动再生按下列反应进行：

2NO₂+C→2NO+CO₂

NO₂+C→NO+CO

2C+2NO₂→N₂+2CO₂。

除NO₂外，在含铂的NO-氧化催化器上由燃油和/或发动机油中所含的硫还形成SO₃。该SO₃和NO₂在排气系统的冷的部位冷凝成高腐蚀性的硫酸或硝酸，以致直至颗粒过滤器的该废气装置必需用不锈钢制造，以避免腐蚀。

如果借助于NO₂未将渗入颗粒过滤器中的碳完全氧化，则碳含量和由此废气背压增加。为避免这点，目前越来越多地提供配有用于氧化NO的催化涂层的颗粒过滤器(EP 0341832 A2)。具体而言是涉及含铂的催化器。但此方法的缺点在于，在颗粒过滤器上形成的NO₂仅可用于氧化在NO-氧化的催化活性层下游所淀积的颗粒，即在过滤介质中的颗粒。相反，如果在过滤器表面和由此在催化活性层上形成淀积颗粒层即所谓滤饼，则该颗粒过滤器侧的NO-氧化催化器位于滤饼的下游，以致在滤饼中淀积的炭黑颗粒不能借助于来自施加在颗粒过滤器上的NO-氧化催化器的NO₂所氧化。再加上，严格而言，仅在未经处理的气体侧所施加的催化器层有助于该系统的效能，因为在净化的气体侧催化形成的NO₂不再能与淀积在未经处理的气体侧的和过滤材料中的炭黑相接触。

该颗粒过滤器的涂层的另一问题在于，该过滤器的几何表面明显小于通常使用的催化器基材的表面。其原因在于，该过滤器在未经处理的气体侧需较大的自由横截面和由此较大的自由体积，以渗入炭黑灰和发动机油灰。如果使用陶瓷的过滤器基材，则通过50-200cpsi的小的微孔密度(Zelldichte)实现。与此相反，纯的催化器通常为400-900cpsi的微孔密度。通过从50cpsi提高到900cpsi使几何表面从1m²/l提高到4m²/l，由此在该催化器上可大大增加处理量。

由于此原因，尽管存在该过滤器的催化层，也可不弃用颗粒过滤器前的NO-氧化催化器，以至于产生较大的结构体积。就算是这种情况，即如果该NO-氧化催化器与颗粒过滤器形成一个结构部件，其中该颗粒过滤器的入口区设计为NO-氧化催化器，其也会产生较大的结构体积，如在DE 10327030 A1中所述。