Изобретение касается процесса восстановления фильтра твердых частиц, расположенного в выхлопном канале (канал отработавших газов) двигателя внутреннего сгорания, согласно ограничительной части пункта 1, а также устройства для восстановления фильтра твердых частиц, расположенного в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, согласно ограничительной части пункта 8.
В частности, изобретение касается способа и устройства для восстановления фильтров твердых частиц у двигателей внутреннего сгорания, работающих с избытком воздуха, таких как, например, дизельные двигатели или бензиновые двигатели с непосредственным впрыском топлива, которые применяются в грузовых автомобилях или безрельсовых транспортных средствах.
Для сокращения до минимума количества пылевидных частиц в транспортных средствах регулярно используются так называемые сепараторы твердых частиц или фильтры твердых частиц. Система отделения твердых частиц в транспортных средствах известна, например, из EP 1072765 A2. Такого рода сепараторы твердых частиц отличаются от фильтров твердых частиц тем, что поток выхлопных газов (отработавших газов) направляется вдоль сепарационных структур, в то время как у фильтров твердых частиц выхлопной газ должен проходить сквозь фильтрующую среду. Вследствие этого конструктивного различия фильтры твердых частиц склонны к засорению, что повышает противодавление выхлопных газов, то есть вызывает нежелательное повышение давления в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, что, в свою очередь, уменьшает мощность двигателя и следствием чего является повышенный расход топлива двигателем внутреннего сгорания. Пример системы с такого рода фильтром твердых частиц известен из EP 0341832 A2.
У каждой из двух описанных выше систем окислительный катализатор, расположенный соответственно выше по потоку от сепаратора твердых частиц или фильтра твердых частиц, окисляет окись азота (NO) в выхлопном газе с помощью содержащегося в нем также остаточного кислорода (O2) с образованием двуокиси азота (NO2), причем в соответствии со следующим уравнением:
2NO+O2<->2NO2
В фильтре твердых частиц для его восстановления NO2 реагирует с углеродосодержащими частицами твердого вещества, превращаясь в CO, CO2, N2 и NO. С помощью сильного окислительного средства NO2 может, таким образом, происходить непрерывное удаление отложившихся пылеобразных частиц (пассивное восстановление). Впрочем, это устройство и способ имеют тот недостаток, что здесь образуется или соответственно имеется большое количество токсичного NO2 в выхлопном тракте.
Поэтому чтобы избежать выхода NO2 в окружающую среду, необходимо следить за тем, чтобы область между окислительными катализаторами NO и фильтрами твердых частиц была выполнена достаточно герметично. Но наряду с NO2, в этом способе на платиносодержащих катализаторах NO образуется также SO3 из содержащейся в топливе и/или моторном масле серы. Этот SO3 и NO2 конденсируются на холодных местах в выхлопном тракте с образованием высококоррозионных серных или соответствующих селитренных кислот, так что выхлопная система вплоть до фильтров твердых частиц должна быть выполнена из нержавеющей стали, чтобы наверняка избежать коррозии.
Кроме того, известен процесс восстановления фильтра твердых частиц путем активного повышения температуры выхлопных газов. В этой связи, например, в DE 102005055240 A1 описана конструкция, у которой в главном выхлопном канале, если смотреть в направлении потока выхлопного газа, расположен катализатор для окисления углеводородов (окислительный катализатор HC), фильтр твердых частиц дизельного выхлопа и затем катализатор SCR для восстановления выделившейся окиси азота. Кроме того, предусмотрен дополнительный выхлопной канал, который ответвляется от главного выхлопного канала выше по потоку катализатора HC и который после фильтра твердых частиц дизельного выхлопа снова входит в главный выхлопной канал. В дополнительном выхлопном канале предусмотрен дроссель для регулирования ответвляемого потока выхлопного газа, окислительный катализатор и выше по потоку окислительного катализатора - сепаратор твердых частиц. В конструкции такого рода в обычном режиме дроссельная заслонка закрыта, так что весь поток выхлопных газов проходит через главный выхлопной канал и очищается в нем. Во время фазы восстановления фильтра твердых частиц дизельного выхлопа главного выхлопного канала, дроссельная заслонка, однако, открывается, чтобы направить часть потока выхлопного газа через дополнительный выхлопной канал, минуя фильтр твердых частиц дизельного выхлопа и снова соединить потоки выхлопных газов, проходящие через главный выхлопной канал и дополнительный выхлопной канал, в точке смешения выше по потоку катализатора SCR.
Благодаря такому режиму работы массовый поток выхлопных газов через фильтр твердых частиц дизельного выхлопа во время фазы его восстановления сокращается, так что должна быть только повышена температура небольшого количества выхлопного газа, и фильтр твердых частиц дизельного выхлопа может быть восстановлен при небольшом подводе энергии. Дополнительно путем разделения массового потока выхлопных газов и последующего смешения имеющего высокую температуру потока выхлопных газов главного выхлопного канала и имеющего низкую температуру потока выхлопных газов дополнительного выхлопного канала в точке смешения температура потока выхлопных газов может быть снова понижена катализатором SCR. С помощью сепаратора твердых частиц в дополнительном выхлопном канале должен предотвратиться выход потока выхлопных газов из выхлопного канала без сепарации частиц сажи.
Добавление углеводородов (HC) к окислительным катализаторам происходит через включенное непосредственно перед ними инжекционное устройство. Так как окислительные катализаторы в конструкции такого рода осуществляют окисление NO до NO2 даже в режиме отсутствия восстановления, то в режиме отсутствия восстановления происходит также, хотя и небольшое, пассивное восстановление фильтра с помощью NO2. Это значит, что у конструкции такого рода даже в режиме отсутствия восстановления происходит образование NO2, который потом, как правило, выпускается неизрасходованным. Из-за токсичности NO2 это, однако, неудобно и нежелательно.
Как очевидно, такого рода конструкция состоит из относительно большого количества деталей и к тому же мало компактна, так что в целом получается большой объем конструкционных работ.
Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставление способа и устройства для восстановления расположенного в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания фильтра твердых частиц, с помощью которого (способа или устройства) конструктивно просто можно будет проводить функционально надежное и безопасное восстановление фильтра твердых частиц, в частности, с сокращением до минимума выброса NO2 и SO3.
Эта задача решается относительно способа с помощью отличительных признаков пункта 1. Относительно устройства эта задача решается с помощью отличительных признаков пункта 8. Предпочтительные варианты осуществления этого решения являются соответственно предметом зависимых пунктов.
В соответствии с изобретением предлагается, чтобы поток выхлопных газов, подводимый, по меньшей мере, к одному фильтру твердых частиц, представлял собой поток неочищенных выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, к которому в режиме восстановления выше по потоку фильтра твердых частиц имеющий заданную более высокую по сравнению с этим потоком неочищенных выхлопных газов температуру горячий поток выхлопных газов подмешивается и управляется посредством устройства управления и/или регулирования, которое в соответствии с заданными параметрами восстановления управляет дроссельным и/или запорным устройством. При этом поток неочищенных выхлопных газов проходит по каналу неочищенных выхлопных газов, к которому выше по потоку фильтра твердых частиц посредством другого выхлопного канала, который здесь называется как подводящий канал, подводится горячий поток выхлопных газов.
При этом под потоком неочищенных выхлопных газов в смысле настоящего изобретения понимается, в частности, поток выхлопных газов, который выше по потоку фильтра твердых частиц не проходит через окислительный катализатор NO и таким образом представляет собой нагруженный частицами сажи, по существу, не содержащий NO2 или соответственно имеющий только малое количество NO2 от сгорания поток выхлопных газов.
Согласно одному особенно предпочтительному конкретному варианту осуществления подлежащий нагреву поток выхлопных газов выше по потоку, по меньшей мере, от одного фильтра твердых частиц в месте ответвления ответвляется от потока неочищенных выхлопных газов, причем затем этот ответвленный поток выхлопных газов нагревается посредством нагревательного устройства, предпочтительным образом, посредством, по меньшей мере, одного нагреваемого катализатора, и снова подводится к потоку неочищенных выхлопных газов в виде нагретого потока выхлопных газов по подводящему каналу ниже по потоку места ответвления и выше по потоку, по меньшей мере, одного фильтра твердых частиц, в месте входа (устья).
С помощью такого рода решения, предлагаемого изобретением, можно функционально надежно и безопасно осуществлять восстановление фильтра твердых частиц с сокращением до минимума выброса NO2 и/или SO3 без использования, по меньшей мере, одного включенного перед фильтром твердых частиц окислительного катализатора NO. Это происходит, в частности, благодаря тому, что в режиме отсутствия восстановления ответвленное по подводящему каналу количество выхлопных газов уменьшается до заданного минимального значения, в частности, также практически предотвращается любой поток выхлопных газов через подводящий канал. Благодаря этому предотвращается или соответственно сокращается образование NO2 и SO3 при окислении NO и SO2 на выполненном, предпочтительным образом, в виде окислительного катализатора HC нагревательном устройстве.
Для фазы восстановления фильтра твердых частиц ответвленное или соответственно направленное через направляющий канал количество выхлопного газа может быть, с другой стороны, увеличено до заданного значения путем освобождения или соответственно открытия, по меньшей мере, одного дроссельного и/или запорного устройства, а затем могут быть дозированно добавлены углеводороды. Во время этой фазы восстановления образование NO2 и SO3 не ожидается, так как, с одной стороны, их каталитическое образование в присутствии углеводородов подавляется, а с другой стороны, термодинамическое равновесие NO/NO2 и SO2/SO3 при температурах, устанавливающихся во время восстановления на выполненном, предпочтительным образом, в виде окислительного катализатора HC нагревательном устройстве, например, свыше 700°C, смещается в сторону NO и SO2, то есть образование NO2 и SO3 в этом случае ограничивается или соответственно предотвращается чисто термодинамическим путем. Благодаря экзотермической реакции или соответственно окислению, предпочтительным образом, углеводородов в результате удается получить эффективное оптимальное термическое восстановление осевших на расположенном ниже по потоку фильтре твердых частиц углеродосодержащих частиц сажи.
Как уже излагалось выше, таким образом в соответствии с идеей настоящего изобретения посредством, по меньшей мере, одного нагреваемого катализатора, который расположен в подводящем канале, создается горячий поток выхлопных газов. Этот нагреваемый катализатор выполнен, предпочтительным образом, в виде окислительного катализатора, в частности, в виде окислительного катализатора HC. К этому окислительному катализатору выше по потоку подводятся углеводороды. Подводимые углеводороды представляют собой, предпочтительным образом, топливо из системы подачи топлива транспортного средства, которое посредством устройства дозированной подачи, например форсунки или тому подобного, в высокодисперсном, или соответственно распыленном состоянии вдувается в подводящий канал выше по потоку нагреваемого, или соответственно окислительного катализатора в заданные моменты времени в заданном количестве. Такого рода нагреваемый или соответственно окислительный катализатор имеет такой активный компонент, который с заданными составными частями потока выхлопных газов, то есть в настоящем примере, с углеводородами, путем экзотермической реакции создает нагретый поток выхлопных газов. Особенно подходящими в качестве активных компонентов для окислительного катализатора HC являются элементы платиновой группы металлов, и/или ванадий, и/или вольфрам, и/или церий. Эти активные компоненты могут использоваться или соответственно применяться как по отдельности, так и в комбинации друг с другом.
Конкретно устройство управления и/или регулирования может при этом управлять дроссельным и/или запорным устройством, которое, например, представляет собой дроссельную и/или запорную заслонку или дроссельный и/или запорный клапан. Такого рода элементы в виде заслонок или клапанов просты и надежны в управлении и обслуживании, причем они располагаются, предпочтительным образом, в потоке неочищенных выхлопных газов после места ответвления и перед местом входа или соответственно в отведенном потоке выхлопных газов выше по потоку нагреваемого катализатора.
Для зажигания дозированно добавленных углеводородов подлежащий нагреву поток выхлопных газов направляется через выполненное, предпочтительным образом, в виде окислительного катализатора HC нагревательное устройство, за счет чего поток выхлопных газов нагревается. Полученная при этом тепловая мощность, впрочем, лимитируется имеющимся количеством кислорода. Потому что в случае, если вследствие добавления слишком большого количества углеводородов, величина лямбда достигнет значения 1, окисление углеводородов станет невозможным. Чтобы избежать этого, предлагается в подлежащий нагреву поток выхлопных газов, по достижении определенной заданной температуры и/или после опускания ниже заданного значения величины лямбда или кислорода, или достижения этого значения, подавать свежий воздух. Эта опциональная подача свежего воздуха вызывает увеличение величины лямбда и вместе с тем также увеличение максимально возможной тепловой мощности. Свежий воздух может при этом, в принципе, ответвляться со стороны наддувочного воздуха, конкретно, например, также ниже по потоку входа возвратного канала выхлопных газов в канал наддувочного воздуха.
Благодаря добавлению, например, углеводородов, или соответственно после него, благодаря их окислению на окислительном катализаторе HC, остаточное количество кислорода в подлежащем нагреву, или соответственно нагретом потоке выхлопных газов может, таким образом, очень сильно уменьшиться, так что в данном случае полного окисления углеводородов больше происходить не будет. Чтобы избежать этого, поток неочищенных выхлопных газов альтернативно или дополнительно ниже по потоку места ответвления, но выше по потоку места входа, может, например, дросселироваться, благодаря чему затем снова через подводящий канал будет направляться больше выхлопных газов и вместе с тем больше кислорода. Для этого в области подводящего канала ниже и/или выше по потоку нагреваемого катализатора может быть предусмотрен сенсор кислорода, посредством которого может регистрироваться концентрация кислорода в потоке выхлопных газов. Точно так же там может быть предусмотрен, по меньшей мере, один сенсор температуры.
Нагреваемый катализатор может быть, в принципе, расположен также вне выхлопного канала, что, однако, при известных условиях может привести к быстрому охлаждению этого нагреваемого катализатора. Поэтому по одному из предпочтительных вариантов осуществления предусмотрено расположение катализатора нагрева в выхлопном канале таким образом, чтобы он обтекался, по меньшей мере, одним потоком выхлопных газов, в частности, потока неочищенных выхлопных газов, по меньшей мере, в отдельных областях. Тогда в этом случае направляемые через канал неочищенных выхлопных газов и подводящий канал потоки выхлопных газов будут разъединены по потоку.
Чтобы, например, в случае углеводородов, применяемых в качестве окислительного средства, избежать высокой концентрации углеводородов ниже по потоку фильтра твердых частиц, он может быть оснащен катализатором для окисления углеводородов. Ниже и/или выше по потоку фильтра твердых частиц, после места входа, возможно расположение катализатора, обладающего активностью окисления углеводородов. Чтобы избежать ненужного высокого выпуска NO2 и SO3, нагружение этих дополнительных катализаторов активными компонентами и/или их объем меньше по сравнению с, по меньшей мере, одним расположенным в подводящем канале нагревающим катализатором.
Вся система может комбинироваться с другими катализаторами для восстановления NOX, такими как, например, катализаторами-накопителями NOX и/или катализаторами SCR, которые, предпочтительным образом, могут быть предусмотрены, или соответственно расположены ниже по потоку фильтра твердых частиц в выхлопном канале. Для катализаторов-накопителей NOX в качестве активных компонентов предпочтительными являются платина, и/или барий, и/или кальций. В отличие от этого, для катализаторов SCR целесообразно применение стабилизированного оксидом вольфрама пентоксида ванадия на базе диоксида титана или цеолитов железа, или цеолитов меди, или цеолитов кобальта.
В принципе, активность всех катализаторов может быть повышена путем применения цеолитов.
В принципе, по меньшей мере, один, предпочтительным образом, выполненный в виде окислительного катализатора HC нагреваемый катализатор дополнительно может также обладать активностью окисления NO, в результате чего составляющие NO2 в режиме отсутствия восстановления повышаются, так что в заданных границах дополнительно появляется принципиальная возможность восстановления фильтра твердых частиц с помощью NO2. Образующиеся здесь в данных условиях количества NO2 однако, значительно ниже, чем это было бы при использовании включенных перед фильтром твердых частиц окислительных катализаторов NO. Впрочем, тогда в этой связи необходимо также обратить внимание на то, что окислительный катализатор HC должен быть выполнен термически стабильно. Вследствие этого, в свою очередь, обычно имеет место более низкая активность окисления NO по сравнению с чистыми окислительными катализаторами NO, так что и по этой причине количество NO остается пониженным.
Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью чертежей, на которых:
Фиг.1 - схематично первый соответствующий изобретению вариант осуществления;
Фиг.2 - схематично вариант осуществления, альтернативный показанной на фиг.1, с окислительным катализатором HC, расположенным в потоке выхлопного газа, и
Фиг.3 - схематично увеличенный детальный вид разветвляющегося участка канала неочищенных выхлопных газов.
На фиг.1 схематично и исключительно для примера показан первый вариант осуществления предлагаемого изобретением устройства 1 для восстановления для фильтра 3 твердых частиц, расположенного в выхлопном канале 2 не изображенного здесь двигателя внутреннего сгорания.
Конкретно выхлопной канал 2 имеет здесь канал 21 неочищенных выхлопных газов с первым направляющим участком 4, от которого выше по потоку фильтра 3 твердых частиц в месте 6 ответвления ответвляется подводящий канал 5, причем этот подводящий канал 5 также, в свою очередь, выше по потоку фильтра 3 твердых частиц в месте 7 входа соединяется с продолженным выше по потоку места 6 ответвления направляющим участком 4', чтобы образовать направляющий участок 4''.
В подводящем канале 5 расположен окислительный катализатор 8 HC.
Кроме того, устройство 1 для восстановления включает в себя дозирующее устройство 9 для топлива, которое, как это показано очень схематично, соединено с устройством 10 управления и/или регулирования. Дозирующее устройство 9 имеет выполненную в виде байпасного канала вдающуюся внутрь подводящего канала 5 впрыскивающую форсунку 11, через которую происходит управляемый, или соответственно регулируемый с помощью устройства 10 управления и/или регулирования впрыск топлива 12 в заданные моменты времени в заданных количествах в подводящий канал 5 выше по потоку окислительного катализатора 8 HC.
Как это также видно на фиг.1, выше по потоку окислительного катализатора 8 HC в области подводящего канала 5 расположена также дроссельная заслонка 13, которая также, предпочтительным образом, соединена с устройством 10 управления и/или регулирования. Далее, в направляющем участке 4' в области между местом 6 ответвления и местом 7 входа расположена также дроссельная заслонка 14, которая, предпочтительным образом, также соединена с устройством 10 управления и/или регулирования.
В зависимости от положения обеих дроссельных заслонок 13, 14 может происходить управление, или соответственно регулирование ответвляемого от поступающего от двигателя внутреннего сгорания потока 15 неочищенных выхлопных газов в подводящий канал 5 количества и массы подлежащего нагреву потока 16 выхлопных газов. На фиг.1 сплошными линиями изображено открытое положение дроссельных заслонок 13, 14, а пунктиром закрытое положение дроссельных заслонок 13, 14. Стрелки 22 изображают здесь схематически варьируемую возможность перестановки дроссельных заслонок 13, 14.
Подлежащий нагреву поток 16 выхлопных газов вдоль своего пути потока выше по потоку окислительного катализатора 8 HC принимает впрыснутое топливо, или соответственно впрыснутые углеводороды и, обогащенный топливом, проходит через окислительный катализатор 8 HC, в котором затем происходит экзотермическая реакция, или соответственно окисление, благодаря которому поток 16 выхлопных газов нагревается до заданной температуры.
Этот нагретый поток 16' выхлопных газов затем, ниже по потоку окислительного катализатора 8 HC, в месте 7 входа снова подводится к поступающему через направляющий участок 4' потоку 15' неочищенных выхлопных газов, где оба потока 15', 16' выхлопных газов перемешиваются, так что затем, после перемешивания двух потоков 15', 16' выхлопных газов, горячий смешанный поток 17 неочищенных выхлопных газов направляется к фильтру 3 твердых частиц, где отложившиеся в фильтре 3 твердых частиц углеродосодержащие частицы сажи преобразуются в CO, CO2, N2 и NO, благодаря чему фильтр 3 твердых частиц восстанавливается.
В режиме отсутствия восстановления дроссельная заслонка 13 установлена так, что она практически полностью закрывает подводящий канал 5, так что поток выхлопных газов не может, или почти не может попасть в фильтр 3 твердых частиц по подводящему каналу 5. Тогда в этом случае дроссельная заслонка 14 полностью открыта.
В режиме восстановления дроссельная заслонка 13 открыта настолько широко, что заданное количество выхлопных газов ответвляется от потока 15 выхлопных газов и уже описанным выше образом создается горячий поток 17 неочищенных выхлопных газов, который затем подводится к фильтру 3 твердых частиц для его восстановления.
В случае, если, например, при добавлении топлива 12 в подводящий канал 5 остаточное количество кислорода в потоке 16 выхлопных газов будет сильно уменьшаться и вместе с тем не будет происходить полного окисления углеводородов на окислительном катализаторе 8 HC, дроссельная заслонка 14 может быть более или менее закрыта, а дроссельная заслонка 13 открыта, благодаря чему поток 15' неочищенных выхлопных газов через направляющий участок 4' будет сильно дросселироваться, так что большее количество выхлопных газов 16 и вместе с тем большее количество кислорода через подводящий канал 5 и вместе с тем через окислительный катализатор 8 HC будет поступать в фильтр 3 твердых частиц.
Точно также, как это символически показано каналом 19 свежего воздуха (штриховая линия), во время режима восстановления со стороны наддувочного воздуха в подлежащий нагреву поток 16 выхлопных газов может подмешиваться поток свежего воздуха, чтобы еще больше повысить тепловую мощность в заданные моменты времени, или соответственно при достижении заданных температур выхлопных газов и/или опускании заданной величины лямбда или соответственно кислородного числа ниже заданного значения, за счет увеличения имеющегося в распоряжении количества кислорода.
В настоящем примере к фильтру 3 твердых частиц подключается также катализатор 23 восстановления NOX, например, катализатор SCR.
Кроме того, как это показано на фиг.1 только штриховыми линиями, ниже по потоку места 7 входа и выше по потоку фильтра 3 твердых частиц также может быть предусмотрен окислительный катализатор 18 HC, посредством которого могут быть надежно предотвращены высокие концентрации углеводородов ниже по потоку фильтра 3 твердых частиц. Альтернативно или дополнительно к этому можно также оснастить сам фильтр 3 твердых частиц соответствующим активным компонентом.
На фиг.2 схематично и в качестве примера показан второй вариант осуществления устройства 1 для восстановления, в котором для особенно компактной и благодаря этому занимающей мало места конструкции окислительный катализатор 8 HC расположен внутри кольцеобразно окружающей окислительный катализатор 8 HC области канала неочищенных выхлопных газов и заключен в нее. Конкретно поток 15 неочищенных выхлопных газов, направляющийся через первый направляющий участок 4 канала 21 неочищенных выхлопных газов в направлении к окислительному катализатору HC, делится здесь одним или несколькими направляющими поток элементами 24 на проходящий исключительно через направляющий участок 4' канала 21 неочищенных выхлопных газов первый поток 15' выхлопных газов, а также на проходящий исключительно через окислительный катализатор 8 HC, подлежащий нагреву второй поток 16 выхлопных газов. Как это видно также из фиг.3, можно, например, аналогично варианту осуществления, показанному на фиг.1, посредством выполненной или соответственно расположенной в области входного отверстия 20 направляющих поток элементов 24 дроссельной заслонки 13 управлять количеством ответвленного в ответвленный канал, подлежащего нагреву второго потока 16 выхлопных газов во время фазы восстановления или соответственно во время фазы отсутствия восстановления.
Масса второго потока 16 выхлопных газов, проходящего через окислительный катализатор 8 HC, задается геометрией направляющих поток элементов 24 и/или положением, например, установленной в этой геометрии дроссельной заслонки 13. Управление дроссельной заслонкой 13 осуществляется, в свою очередь, через электронное устройство 10 управления и/или регулирования, а именно в зависимости от заданных параметров восстановления или соответственно рабочих параметров, аналогично управлению дроссельной заслонкой 13, изображенному выше в связи с вариантом осуществления, показанным на фиг.1.
Непосредственно перед входным отверстием 20 направляющих поток элементов 24 здесь, в свою очередь, расположена впрыскивающая форсунка 11 дозирующего устройства 9, посредством которой топливо 12 может впрыскиваться во второй поток 14 выхлопных газов, так что в окислительном катализаторе 8 HC происходит экзотермическая реакция, и выходящий из окислительного катализатора 8 HC горячий поток 16' выхлопных газов смешивается с потоком 15' неочищенных выхлопных газов в горячий поток 17 выхлопных газов. Этот горячий поток 17 выхлопных газов проходит затем через фильтр 3 твердых частиц, а затем также через восстановительный катализатор 23 NOX, как это уже было описано выше в связи с фиг.1.
Образуемые направляющими поток элементами 24 области потока аналогично вариантам осуществления, показанным на фиг.1 и 2, образуют здесь, в свою очередь, ответвляющийся от направляющего участка 4 направляющий участок 4' и «подводящий канал» 5, который затем в области, расположенной ниже по потоку окислительного катализатора 8 HC, снова соединяются в один общий направляющий участок 4''.
В области направляющих участков 4' может быть тогда, аналогично варианту осуществления, показанному на фиг.1, в свою очередь, предусмотрена дроссельная заслонка (дроссельные заслонки) 14, посредством которых возможна более или менее закрытая геометрия кольцевой камеры. Выбранное изображение двух дроссельных заслонок 14 не учитывает эту геометрию кольцевой камеры и служит только для схематичного представления.
Изобретение относится к способу и устройству для восстановления фильтра твердых частиц, расположенного в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания, в частности фильтра твердых частиц дизельного выхлопа, причем к, по меньшей мере, одному фильтру твердых частиц подводится подлежащий очищению поток выхлопных газов. Поток выхлопных газов, подводимый, по меньшей мере, к одному фильтру (3) твердых частиц, представляет собой поток (15) неочищенных выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, к которому в режиме восстановления, регулируемо посредством, по меньшей мере, одного устройства (10) управления и/или регулирования, осуществляющего управление дроссельным и/или запорным устройством (13) в соответствии с заданными параметрами восстановления, выше по потоку фильтра (3) твердых частиц подмешивается имеющий заданную более высокую температуру по сравнению с потоком (15) неочищенных выхлопных газов горячий поток (16') выхлопных газов. Техническим результатом изобретения является функционально надежное и безопасное восстановление фильтра твердых частиц с сокращением до минимума выброса NO2 и SO3. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.
1. Способ восстановления расположенного в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания фильтра твердых частиц дизельного выхлопа, причем, по меньшей мере, к одному фильтру твердых частиц подводят подлежащий очищению поток выхлопных газов, отличающийся тем, что подводимый, по меньшей мере, к одному фильтру (3) твердых частиц поток выхлопных газов представляет собой поток (15) неочищенных выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, к которому в режиме восстановления, регулируемо посредством, по меньшей мере, одного устройства (10) управления и/или регулирования, осуществляющего управление дроссельным и/или запорным устройством (13) в соответствии с заданными параметрами восстановления, выше по потоку фильтра (3) твердых частиц подмешивают имеющий заданную более высокую температуру по сравнению с потоком (15) неочищенных выхлопных газов горячий поток (16') выхлопных газов.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подлежащий нагреву поток (16) выхлопных газов выше по потоку, по меньшей мере, одного фильтра (3) твердых частиц в месте (6) ответвления ответвляют от потока (15) неочищенных выхлопных газов, причем этот ответвленный поток (16) выхлопных газов нагревают посредством нагревательного устройства, в частности нагреваемого катализатора (8), и снова подводят к потоку (15') неочищенных выхлопных газов в виде нагретого потока (16') выхлопных газов ниже по потоку места (6) ответвления и выше по потоку, по меньшей мере, одного фильтра (3) твердых частиц в месте (7) входа.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что посредством устройства (10) управления и/или регулирования осуществляют управление, по меньшей мере, одним расположенным в потоке (15) неочищенных выхлопных газов после места (6) ответвления и перед местом (7) входа и/или в ответвленном потоке (16) выхлопных газов дроссельным и/или запорным устройством (13, 14) таким образом, что во время фазы восстановления, в зависимости от заданных рабочих параметров и/или параметров восстановления, от потока (15) неочищенных выхлопных газов ответвляют заданное подлежащее нагреву количество выхлопных газов.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что дроссельное или запорное устройство (13) в режиме отсутствия восстановления, по существу, предотвращает или, по меньшей мере, уменьшает до заданного минимального значения подвод горячего потока (16') выхлопных газов к потоку неочищенных выхлопных газов.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячий поток (16') выхлопных газов создают посредством, по меньшей мере, одного нагреваемого катализатора (8) в виде нагревательного устройства, который имеет, по меньшей мере, один такой активный компонент, который с заданными составными частями подлежащего нагреву потока (16) выхлопных газов вступает в экзотермическую реакцию и создает при этом нагретый поток (16') выхлопных газов, причем нагреваемый катализатор (8) предпочтительным образом выполнен в виде окислительного катализатора, наиболее предпочтительным образом в виде окислительного катализатора НС, через который проходит нагруженный углеводородом (12) подлежащий нагреву поток (16) выхлопных газов таким образом, что поток (16) выхлопных газов путем экзотермической реакции углеводородов (12) нагревается в окислительном катализаторе, причем предпочтительным образом углеводороды (12) дозированно добавляются в подлежащий нагреву поток (16) выхлопных газов выше по потоку окислительного катализатора (8) в заданные моменты времени в заданных количествах посредством дозирующего устройства (9) с электронным управлением и регулированием.
6. Способ по п.2, отличающийся тем, что в подлежащий нагреву поток (16) выхлопных газов по достижении заданной температуры нагрева, измеренной в горячем потоке (16') выхлопных газов, и/или заданного значения лямбда подводится поток свежего воздуха.
7. Способ по п.3, отличающийся тем, что устройство (10) управления и/или регулирования, в случае опускания содержания кислорода или соответственно значения лямбда в ответвленном подлежащем нагреву потоке (16) выхлопных газов в режиме восстановления ниже заданного предельного значения содержания кислорода или соответственно значения лямбда, запирает или дросселирует поток (15') выхлопных газов ниже по потоку места (6) ответвления посредством, по меньшей мере, одного дроссельного и/или запорного устройства (14) таким образом, что в зависимости от содержания кислорода или соответственно значения лямбда в потоке (15) неочищенных выхлопных газов и/или в зависимости от содержания кислорода или соответственно значения лямбда в подлежащем нагреву или соответственно нагретом потоке (16, 16') выхлопных газов заданное количество выхлопных газов ответвляют от потока (15) неочищенных выхлопных газов и выше по потоку места (7) входа, подводят, по меньшей мере, в одно предусмотренное для нагрева ответвленного подлежащего нагреву потока (16) выхлопных газов нагревательное устройство (8).
8. Устройство для восстановления расположенного в выхлопном канале двигателя внутреннего сгорания фильтра твердых частиц дизельного выхлопа для осуществления способа по п.1, по меньшей мере, с одним фильтром твердых частиц, через который проходит подлежащий очищению поток выхлопных газов, отличающееся тем, что поток выхлопных газов, подводимый, по меньшей мере, к одному фильтру (3) твердых частиц посредством канала (21) неочищенных выхлопных газов, представляет собой поток (15) неочищенных выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, к которому для режима восстановления выше по потоку фильтра (3) твердых частиц может подводиться посредством другого, запираемого посредством, по меньшей мере, одного дроссельного и/или запорного устройства (13) в заданной степени выхлопного канала в виде подводящего канала (5) имеющий заданную более высокую по сравнению с этим потоком (15) неочищенных выхлопных газов температуру горячий поток (16') выхлопных газов.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в подводящем канале (5) расположено, по меньшей мере, одно нагревательное устройство, в частности, по меньшей мере, один нагреваемый катализатор (8), причем катализатор нагрева (8) предпочтительным образом выполнен в виде окислительного катализатора, и причем предпочтительным образом предусмотрено дозирующее устройство (9), посредством которого в подлежащий нагреву поток (16) выхлопных газов выше по потоку, по меньшей мере, одного нагревающего катализатора (8) могут дозированно добавляться углеводороды (12) или тому подобные для экзотермической реакции.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что подводящий канал (5) выше по потоку, по меньшей мере, одного фильтра (3) твердых частиц в месте (6) ответвления ответвляется от канала (21) неочищенных выхлопных газов и ниже по потоку этого места ответвления и выше по потоку, по меньшей мере, одного фильтра твердых частиц в месте (7) входа снова соединяется с каналом (21) неочищенных выхлопных газов.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что в направляющем участке (4') канала (21) неочищенных выхлопных газов после места (6) ответвления и перед местом (7) входа и/или в подводящем канале (5) перед или после, по меньшей мере, одного нагреваемого катализатора (8) в виде нагревательного устройства расположено, по меньшей мере, одно управляемое устройством управления и/или регулирования дроссельное и/или запорное устройство (13, 14), посредством которого может регулироваться количество выхлопных газов, ответвляемое от потока (15) неочищенных выхлопных газов.
12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что подводящий канал (5) соединен по потоку с запираемым посредством запирающего органа каналом (19) свежего воздуха, с помощью которого в подводящий канал (5) можно подавать со стороны наддувочного воздуха поток свежего воздуха или ответвляемый ниже по потоку входа возвращающего канала выхлопных газов в канал наддувочного воздуха поток наддувочного воздуха.
13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в области подводящего канала (5) ниже и/или выше по потоку нагревающего катализатора (8) предусмотрен сенсор кислорода для регистрации концентрации О2 в потоке выхлопных газов и/или сенсор температуры для регистрации температуры в потоке выхлопных газов.
14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что ниже по потоку места (7) входа и выше и/или ниже по потоку фильтра (3) твердых частиц расположен, по меньшей мере, один окислительный катализатор (18), в частности окислительный катализатор для окисления углеводородов в канале (4) неочищенных выхлопных газов, причем предпочтительным образом предусмотрено, что расположенный ниже по потоку места (7) входа канала, по меньшей мере, один окислительный катализатор (18) выполнен в виде окислительного катализатора НС, который имеет более низкое содержание окисляющего углеводороды активного компонента (компонентов) и/или меньший объем, чем также выполненный в виде окислительного катализатора НС нагреваемый катализатор в подводящем канале (5).
15. Устройство по п.9, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один фильтр (3) твердых частиц дополнительно обладает активностью окисления НС, и/или что, по меньшей мере, один нагреваемый катализатор дополнительно обладает активностью окисления NO, и/или что в выхлопном тракте (2), в частности, ниже по потоку фильтра (3) твердых частиц расположен катализатор (17) восстановления NOX, в частности по меньшей мере, один катализатор-накопитель NOX и/или, по меньшей мере, один катализатор SCR.
| DE 102005055240 А1, 31.05.2007 | |||
| JP 2004270565 А, 30.09.2004 | |||
| Регулятор расхода | 1987 |
|
SU1481719A1 |
| DE 19855384 А1, 08.08.2000 | |||
| JP 2008157192 А, 10.07.2008. | |||
