本發(fā)明涉及一種排氣裝置和一種用于處理內(nèi)燃機(jī)的廢氣的方法。

背景技術(shù)：

在機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃機(jī)下游連接著排氣裝置，該排氣裝置通常包括催化器，利用該催化器可以在排氣裝置中凈化廢氣。

在文獻(xiàn)de101042804a1中描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的具有廢氣后處理單元的廢氣凈化裝置。在文獻(xiàn)de4342062a1中描述了一種用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化裝置，其中，在此使用nox吸收劑。此外，從文獻(xiàn)de102007052153a1中已知一種用于幾乎無有害物質(zhì)排放地運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在這個(gè)背景下提供一種具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的排氣裝置和方法。所述排氣裝置和所述方法的設(shè)計(jì)方案由從屬權(quán)利要求和說明書中得出。

根據(jù)本發(fā)明的用于作為燃料可以燃燒柴油的內(nèi)燃機(jī)的排氣裝置具有兩個(gè)催化器，所述催化器沿廢氣的流動(dòng)方向連接在內(nèi)燃機(jī)下游。在此，第一催化器構(gòu)造成nox-儲(chǔ)存催化器。第二催化器構(gòu)造成柴油機(jī)催化器。在內(nèi)燃機(jī)和第一催化器之間布置有第一閥。在內(nèi)燃機(jī)和第二催化器之間布置有第二閥。如果內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度小于或等于極限值，則應(yīng)至少打開第一閥并且引導(dǎo)內(nèi)燃機(jī)的廢氣流過第一催化器。如果廢氣的溫度大于極限值，則應(yīng)關(guān)閉第一閥并且打開第二閥，其中，應(yīng)引導(dǎo)內(nèi)燃機(jī)的廢氣流過第二催化器。

沿廢氣的流動(dòng)方向在兩個(gè)催化器下游連接著用于還原劑的輸送裝置，所述輸送裝置被構(gòu)造用于將還原劑輸送給廢氣。這個(gè)輸送裝置連接在兩個(gè)催化器下游，其中，輸送裝置直接連接在至少一個(gè)催化器下游，例如僅在第二催化器下游。

此外，沿廢氣的流動(dòng)方向至少在第一催化器下游、在設(shè)計(jì)方案中僅在第一催化器或兩個(gè)催化器下游直接連接著廢氣渦輪增壓器。此外，沿廢氣的流動(dòng)方向在兩個(gè)催化器下游連接著柴油機(jī)微粒過濾器，所述柴油機(jī)微粒過濾器在設(shè)計(jì)方案中直接連接在第二催化器下游。

在第一實(shí)施形式中，兩個(gè)催化器沿廢氣的流動(dòng)方向彼此并聯(lián)布置在兩個(gè)彼此并聯(lián)布置的排氣管上。

在這種情況下，第二催化器沿廢氣的流動(dòng)方向布置在廢氣渦輪增壓器上游，其中，輸送裝置沿廢氣的流動(dòng)方向布置在兩個(gè)催化器和廢氣渦輪增壓器之間，其中，柴油機(jī)微粒過濾器沿廢氣的流動(dòng)方向連接在廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)下游。

作為補(bǔ)充，輸送裝置沿廢氣的流動(dòng)方向布置在兩個(gè)催化器和廢氣渦輪增壓器之間。同樣可行的是，柴油機(jī)微粒過濾器沿廢氣的流動(dòng)方向連接在廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)下游。

在作為替換方案的第二實(shí)施形式中，第二催化器沿廢氣的流動(dòng)方向布置在第一催化器下游。

在這種情況下，第二催化器沿流動(dòng)方向布置在廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)下游，其中，沿廢氣的流動(dòng)方向在第二催化器下游連接著輸送裝置和柴油機(jī)微粒過濾器。

排氣裝置通常具有溫度傳感器或溫度計(jì)，所述溫度傳感器或溫度計(jì)被構(gòu)造用于測量從內(nèi)燃機(jī)流動(dòng)到兩個(gè)閥的廢氣的溫度。

根據(jù)本發(fā)明的方法用于運(yùn)行用于內(nèi)燃機(jī)的排氣裝置，該排氣裝置具有兩個(gè)催化器，所述催化器沿廢氣的流動(dòng)方向連接在內(nèi)燃機(jī)下游。第一催化器可構(gòu)造成nox-儲(chǔ)存催化器，第二催化器可構(gòu)造成柴油機(jī)催化器。在此，在內(nèi)燃機(jī)和第一催化器之間布置有第一閥。在內(nèi)燃機(jī)和第二催化器之間布置有第二閥。如果內(nèi)燃機(jī)的廢氣的溫度小于或等于極限值，則至少打開第一閥并且引導(dǎo)內(nèi)燃機(jī)的廢氣流過第一催化器。如果廢氣的溫度大于極限值，則關(guān)閉第一閥并且打開第二閥，其中，引導(dǎo)內(nèi)燃機(jī)的廢氣流過第二催化器。

在設(shè)計(jì)方案中，當(dāng)廢氣的溫度小于或等于所列舉的極限值或第一極限值時(shí)，關(guān)閉第二閥。所以總是兩個(gè)閥中的僅一個(gè)閥關(guān)閉，而另一閥打開。由此，僅當(dāng)廢氣的溫度最大相當(dāng)于極限值時(shí)，廢氣才流過第一催化器。通常僅在最大與極限值一樣大的溫度下才應(yīng)使用第一催化器或者說nox-儲(chǔ)存催化器。

此外也可考慮，在溫度的第二極限值下已經(jīng)打開第二閥，該第二極限值小于所列舉的第一極限值，從該第一極限值起關(guān)閉第一閥。在這種情況下，兩個(gè)閥在溫度位于第一極限值和第二極限值之間的范圍中時(shí)同時(shí)打開，并且兩個(gè)催化器同時(shí)用于凈化廢氣。

在所述方法的第一實(shí)施形式中，廢氣僅流過兩個(gè)催化器之一。在所述方法的第二實(shí)施形式中，廢氣根據(jù)其溫度流過第一催化器或在旁邊流過與所述第一催化器并聯(lián)布置的排氣管。在第二實(shí)施形式中與此無關(guān)地，可能情況下部分凈化的廢氣總是流過第二催化器。

在廢氣流過兩個(gè)催化器至少之一之后，由輸送裝置將包含液態(tài)的尿素和/或氨的還原劑輸送給所述廢氣。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的至少一個(gè)運(yùn)行參數(shù)、例如內(nèi)燃機(jī)的氮氧化物排放量和/或根據(jù)廢氣的溫度計(jì)量還原劑的量。

在廢氣流過兩個(gè)催化器至少之一之后，通過具有用于執(zhí)行選擇性催化還原(scr)的涂層或scr催化器的柴油機(jī)微粒過濾器與廢氣執(zhí)行選擇性催化還原。

在此提出，廢氣首先流過兩個(gè)催化器至少之一。然后給廢氣輸送還原劑。隨后廢氣經(jīng)受選擇性催化還原。

利用提供的排氣裝置，從現(xiàn)在起可以直接在內(nèi)燃機(jī)下游從廢氣中去除氮氧化物，其中，使用可以轉(zhuǎn)換的nox-儲(chǔ)存催化器作為第一催化器。利用該第一nox-儲(chǔ)存催化器執(zhí)行氮氧化物(nox)的催化儲(chǔ)存。作為補(bǔ)充，在利用尿素水溶液作為還原劑的情況下可以實(shí)現(xiàn)選擇性催化還原。因此利用提供的排氣裝置通過設(shè)置不同的互補(bǔ)措施可以對廢氣進(jìn)行組合式凈化。

在廢氣具有高溫的機(jī)動(dòng)車行駛狀態(tài)中，例如在全負(fù)荷的情況下，在柴油機(jī)微粒過濾器再生的情況下，或如果廢氣達(dá)到用于執(zhí)行選擇性催化還原的溫度，則通過包括至少一個(gè)排氣活瓣、即一個(gè)排氣活瓣或多個(gè)排氣活瓣的第一閥關(guān)閉第一催化器，并將第一催化器從廢氣的流中除去。取而代之，打開同樣包括至少一個(gè)排氣活瓣的第二閥，并引導(dǎo)具有高于極限值的溫度的廢氣替代性地流過第二催化器并且由此流過柴油機(jī)催化器或柴油機(jī)氧化催化器。

由此得到，第一催化器在廢氣溫度高于極限值的情況下得到保護(hù)，由此延緩了所述第一催化器的老化。由此得到，對于確定的物質(zhì)以及由此對于催化器可以過濾出所述物質(zhì)開始的溫度，第一催化器的所謂起燃是微弱的。在此例如過濾由一氧化碳和烴形成的混合物(co/hc)以及氮氧化物(nox)。通過第一催化器在所提供的排氣裝置中的運(yùn)行方式提供了預(yù)調(diào)控的nox-儲(chǔ)存催化器，該nox-儲(chǔ)存催化器可以在低溫、例如在內(nèi)燃機(jī)冷啟動(dòng)或重啟動(dòng)的情況下已經(jīng)可從廢氣中去除所列舉的物質(zhì)。

在第一實(shí)施形式中兩個(gè)彼此并聯(lián)連接的催化器在此沿廢氣的流動(dòng)方向布置在廢氣渦輪增壓器上游。第一催化器(ptn，渦輪機(jī)前端nox-儲(chǔ)存催化器)是氮氧化物儲(chǔ)存催化器，該氮氧化物儲(chǔ)存催化器布置在廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)上游。利用所述第一催化器在低溫下已經(jīng)可以對一氧化碳和氫進(jìn)行良好地氧化。此外利用第一催化器可以實(shí)現(xiàn)氮氧化物的低溫降低。在此，第一催化器通常比第二催化器具有更低的熱穩(wěn)定性。用于溫度的極限值可以調(diào)整到如下值，在該值的情況下在選擇性催化還原中可以實(shí)現(xiàn)高的nox轉(zhuǎn)化率。

第二催化器構(gòu)造成柴油機(jī)催化器，并且與第一催化器并聯(lián)布置，作為渦輪機(jī)前端催化器(ptc)布置在廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)上游，或者布置在第一催化器和廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)下游，并構(gòu)造成doc(柴油機(jī)催化器)或noc(nox-氧化催化器)?？梢允褂胣sc(nox-儲(chǔ)存催化器)代替noc，該nsc滿足相同的功能，并具有相同的涂層，只是名稱不同。利用第二催化器同樣可以對一氧化碳和氫化合物進(jìn)行氧化。這個(gè)第二催化器比第一催化器更加熱穩(wěn)定。此外，第二催化器具有良好的二氧化氮活性或no2活性。

柴油機(jī)微粒過濾器具有用于選擇性催化還原的涂層或具有用于執(zhí)行選擇性催化還原的催化器(scr)并沿流動(dòng)方向布置在廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)下游，利用該柴油機(jī)微粒過濾器在典型地用于選擇性催化還原的溫度范圍中可以實(shí)現(xiàn)氮氧化物的降低。

通過交替地應(yīng)用兩個(gè)不同的催化器——這兩個(gè)催化器可根據(jù)相應(yīng)的溫度接通或斷開，第一催化器基本上得到保護(hù)，并且保持所述第一催化器的用于執(zhí)行氮氧化物的催化的功效，這是因?yàn)樗龅谝淮呋鳜F(xiàn)在不再遭受過高的溫度。在此，當(dāng)在例如小于200℃的溫度下還未激活選擇性催化還原時(shí)，第一催化器在冷的內(nèi)燃機(jī)和冷的排氣裝置的情況下也可以使用。但在低溫情況下仍然可以利用第一催化器儲(chǔ)存氮氧化物(nox)。此外，根據(jù)溫度減小第一催化器的運(yùn)行時(shí)間，由此也減小了硫的污染。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案從說明書和附圖中得到。

不言而喻的是，上文提到的和下文還要描述的特征不僅分別以給出的組合形式，還能以其它的組合形式或單獨(dú)地使用，而沒有偏離本發(fā)明的范圍。

附圖說明

本發(fā)明根據(jù)實(shí)施形式在附圖中示意性示出并參照附圖示意性以及詳細(xì)說明。

圖1在示意性剖面圖中示出根據(jù)本發(fā)明的排氣裝置的第一實(shí)施形式。

圖2在示意性剖面圖中示出根據(jù)本發(fā)明的排氣裝置的第二實(shí)施形式。

圖3在示意性剖面圖中示出根據(jù)本發(fā)明的排氣裝置的第三實(shí)施形式。

具體實(shí)施方式

相互關(guān)聯(lián)和全面地描述附圖，相同的部件配置有相同的附圖標(biāo)記。

圖1、圖2和圖3在示意圖中分別示出內(nèi)燃機(jī)2的示例，該內(nèi)燃機(jī)在此包括氣缸體4。在此，該內(nèi)燃機(jī)2在圖1中配置有根據(jù)本發(fā)明的排氣裝置6的第一實(shí)施形式，在圖2中配置有根據(jù)本發(fā)明的排氣裝置36的第二實(shí)施形式以及在圖3中配置有根據(jù)本發(fā)明的排氣裝置46的第三實(shí)施形式。

在圖1中示意性示出的根據(jù)本發(fā)明的排氣裝置6的第一實(shí)施形式包括第一催化器8(ptn)和第二催化器10(ptc)，所述第一催化器和所述第二催化器與內(nèi)燃機(jī)2通過排氣管12a連接，并且連接在該排氣管下游。此外，催化器8、10彼此并聯(lián)布置在彼此并聯(lián)布置的排氣管12b、12c上。在此，柴油作為燃料通過內(nèi)燃機(jī)2燃燒。

在內(nèi)燃機(jī)2和第一催化器8之間連接著第一閥14。在此，當(dāng)?shù)谝婚y14如在圖1中所示是打開的，則廢氣從內(nèi)燃機(jī)2流動(dòng)到第一催化器8。如果第一閥14閉合，則第一催化器8、在此為nox-儲(chǔ)存催化器與內(nèi)燃機(jī)2分開。在內(nèi)燃機(jī)2和第二催化器10之間連接著第二閥16。在此，當(dāng)?shù)诙y16打開，則廢氣從內(nèi)燃機(jī)2流動(dòng)到第二催化器10。如果第二閥16如在圖1中所示是閉合的，則第二催化器10與內(nèi)燃機(jī)2分開。在這兩個(gè)閥14、16上游，溫度傳感器28布置在排氣管12a上和/中，該溫度傳感器被構(gòu)造用于測量直接從內(nèi)燃機(jī)2朝閥14、16和/或催化器8、10的方向流動(dòng)的廢氣的溫度。

在兩個(gè)催化器8、10下游連接著作為還原劑的尿素的輸送裝置18。在這個(gè)輸送裝置18下游連接著廢氣渦輪增壓器24的渦輪機(jī)20和壓縮機(jī)24，其中，廢氣從渦輪機(jī)20通過排氣管12d被輸送給連接在渦輪機(jī)20下游的用于執(zhí)行選擇性催化還原的柴油機(jī)微粒過濾器26。廢氣從壓縮機(jī)22經(jīng)過排氣管12e重新返回到內(nèi)燃機(jī)2。此外，在壓縮機(jī)22下游連接著另一排氣管12f，該排氣管具有空氣質(zhì)量流量傳感器29、此處為熱膜式空氣流量計(jì)(hfm)和空氣過濾器30。

利用在此提供的排氣裝置6的第一實(shí)施形式也可以實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實(shí)施形式。在此在內(nèi)燃機(jī)中燃燒燃料時(shí)產(chǎn)生廢氣，該廢氣通過排氣管12a向著兩個(gè)催化器8、10的方向流動(dòng)。在此由溫度傳感器28測量廢氣的溫度。如果廢氣的溫度最大相當(dāng)于極限值，則打開第一閥14，其中，廢氣從現(xiàn)在起流過第一閥14、排氣管12b和第一催化器8，其中，從廢氣中過濾氮氧化物、一氧化碳和碳?xì)浠衔?。但如果廢氣的溫度高于極限值，則關(guān)閉第一閥14并取而代之打開第二閥16。在這種情況下，第一催化器8與內(nèi)燃機(jī)2的廢氣分開。該廢氣這時(shí)流過第二催化器10，替代第一催化器8通過該第二催化器凈化廢氣。

與廢氣首先流過催化器8、10中的兩個(gè)中的哪個(gè)催化器無關(guān)，接著通過輸送裝置18作為還原劑將尿素并且由此將氨化合物輸送給所述廢氣，其中，根據(jù)作為內(nèi)燃機(jī)2的運(yùn)行參數(shù)的氮氧化物排放量來計(jì)量尿素的量。另外，廢氣流過廢氣渦輪增壓器24的渦輪機(jī)20，接著通過柴油機(jī)微粒過濾器26經(jīng)受選擇性催化還原。

在圖2中示意性示出的根據(jù)本發(fā)明的排氣裝置36的第二實(shí)施形式與圖1中的第一實(shí)施形式的區(qū)別是，與第一排氣管12b中的第一催化器8僅并聯(lián)連接著第二排氣管12c。第二催化器11在此同樣構(gòu)造成柴油機(jī)催化器，并布置在渦輪機(jī)20下游的排氣管12d上。在第二催化器11下游直接連接著用于還原劑的輸送裝置18，在該輸送裝置下游又連接著柴油機(jī)微粒過濾器26。

在圖3中的排氣裝置46的第三實(shí)施形式中與圖2中的第二實(shí)施形式相比提出，在柴油機(jī)微粒過濾器26下游附加地連接著用于執(zhí)行選擇性催化還原的模塊32。

在排氣裝置36、46的第二實(shí)施形式和第三實(shí)施形式中，在內(nèi)燃機(jī)2和第一催化器8之間連接著第一閥14。在此，如果第一閥14如在圖2和圖3中所示是打開的，則廢氣從內(nèi)燃機(jī)2流動(dòng)到第一催化器8。如果第一閥14閉合，則第一催化器8與內(nèi)燃機(jī)2分開。在內(nèi)燃機(jī)2和第二催化器11之間在排氣管12c上連接著第二閥16。在此，如果第二閥16打開，則廢氣從內(nèi)燃機(jī)2流過排氣管12c。如果第二閥16如圖1中所示是關(guān)閉的，則排氣管12c與內(nèi)燃機(jī)2分開。因此廢氣可以替代性地流過排氣管12c，而不是流過第一催化器8。在兩閥14、16上游在管12a上和/或中布置有溫度傳感器28，該溫度傳感器被構(gòu)造用于測量廢氣的溫度。因?yàn)榈诙呋?1布置在廢氣渦輪增壓器24的渦輪機(jī)20下游，所以廢氣與所述廢氣先前是否流過第一催化器8無關(guān)地流過所述第二催化器。

在第二催化器11下游連接著作為還原劑的尿素的輸送裝置18。在這個(gè)輸送裝置18下游連接著用于執(zhí)行選擇性催化還原的柴油機(jī)微粒過濾器26并且可能情況下連接著附加模塊32。

利用參照圖2和圖3提出的排氣裝置36、46的實(shí)施形式可以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的其它實(shí)施形式。在此在內(nèi)燃機(jī)2中燃燒燃料時(shí)產(chǎn)生廢氣，該廢氣通過排氣管12a向著兩個(gè)閥14、16的方向流動(dòng)。在此由溫度傳感器28測量廢氣的溫度。如果廢氣的溫度最大相當(dāng)于極限值，則打開第一閥14，其中，廢氣從現(xiàn)在起流過第一閥14、排氣管12b和第一催化器8，其中，從廢氣中過濾氮氧化物、一氧化碳和碳?xì)浠衔?。然后廢氣通過渦輪機(jī)20流動(dòng)到第二催化器11。但如果廢氣的溫度高于極限值，則關(guān)閉第一閥14并取而代之打開第二閥16。在這種情況下，第一催化器8與內(nèi)燃機(jī)2的廢氣分開。該廢氣這時(shí)通過排氣管12c流動(dòng)到渦輪機(jī)20并且接著流動(dòng)到第二催化器11。