СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КАТАЛИЗАТОРА ОКИСЛЕНИЯ NO Российский патент 2017 года по МПК F01N11/00 F01N3/20 

Изобретение относится к способу проверки работоспособности катализатора окисления NO согласно п.1 ограничительной части формулы изобретения, а также к устройству для осуществления способа согласно п.16 формулы изобретения.

Двигатели внутреннего сгорания автомобилей, которые эксплуатируются с избытком воздуха, оборудованы системами последующей обработки с каталитическим действием для снижения содержания вредных веществ, в которых применяют накапливающие NO_x катализаторы, SCR-катализаторы (катализаторы селективного восстановления), а также фильтры твердых частиц для того, чтобы соблюдать установленные законом требования к предельным показателям отработанного газа. Все данные системы объединяет то, что диоксид азота (NO₂) является важным компонентом протекающих в системах последующей обработки реакций. Указанный диоксид азота образуется с помощью в большинстве случаев содержащих платину катализаторов окисления NO (NO = монооксид азота), с помощью содержащихся в отработанном газе оксидов азота (NO_x), из поступающего из двигателя внутреннего сгорания монооксида азота:

2NO+О₂↔2NO₂ Уравнение 1

Однако при реальной эксплуатации существует значительная проблема сульфатирования катализаторов окисления NO содержащейся в топливе и/или в моторном масле серой. При горении из серы образуется диоксид серы (SO₂), который в катализаторе окисления NO окисляется до SO₃ согласно следующим уравнениям:

S+О₂→SO₂ Уравнение 2 2SO₂+О₂→SO₃ Уравнение 3

При этом оказалось, что количество образующегося SO₃ и количество образующегося NO₂ находятся в прямой зависимости друг от друга, так что в катализаторе окисления NO, в котором образуется желательное большое количество NO₂, в то же время образуется нежелательное большое количество SO₃. Данный SO₃ образует с содержащим металлы катализатором тонкое покрытие сульфатов, или с водой серную кислоту, которая физически поглощается поверхностью катализатора. И то и другое приводит к перекрытию активных центров катализатора и вместе с тем к снижению его активности, что в свою очередь уменьшает активность присоединенных компонентов системы обработки отработанного газа, таких как SCR-катализаторы или фильтры твердых частиц.

По этой причине необходимо следить за состоянием катализатора окисления NO или его окисляющей способностью.

Для трехходового каталитического нейтрализатора из DE 102004009615 B4 известен способ, при котором его способность аккумулировать кислород (О₂) определяют с помощью периодических колебаний между обедненным и обогащенным режимом работы двигателя и наблюдением над реакцией катализатора с помощью размещенного дальше по ходу потока лямбда-зонда, а именно таким образом, что в случае затухающей амплитуды колебания остаточного О₂ катализатор еще обладает способностью аккумулировать О₂, а в противном случае катализатор не может больше принимать О₂. Данный способ нельзя применять в случае катализаторов окисления NO по двум причинам: с одной стороны, данные катализаторы не обладают выраженной способностью аккумулировать О₂, и с другой стороны, как правило, дизельные двигатели, работающие на обедненных смесях, или бензиновые двигатели с непосредственным впрыскиванием топлива не эксплуатируются без дальнейшего обогащения. При этом крайне сильно поднимаются как нежелательный выброс сажи, так и термическая нагрузка на двигатель.

Для так называемых дизельных катализаторов окисления, которые служат для окисления несгоревших углеводородов и оксида углерода, из EP 1373693 B2 известен второй способ. В данном случае периодически повышают окисление углеводородов, чаще всего с помощью последующего дополнительного впрыскивания топлива в камеру сгорания и определяют выделение тепла при окислении данных углеводородов в дизельном катализаторе окисления NO с помощью термоэлемента. Определяемое повышение температуры сравнивают с ожидаемым значением, которое определяют исходя из количества добавленных углеводородов. Если измеренное и ожидаемое значения слишком сильно откланяются друг от друга, то дизельный катализатор окисления поврежден. Недостаток данного способа состоит в том, что необходимо добавлять большое количество углеводородов, так как в противном случае по причине количества тепла и обусловленного этим незначительного подъема температуры, не наблюдается никакой реакции системы. Это приводит к значительному ухудшению степени эффективности механизма зажигания и вместе с этим к росту потребления горючего. Следующим недостатком данного способа является высокая термическая нагрузка на катализатор, что в случае катализатора окисления NO, как уже описано выше, может привести к его повреждению. Кроме того, в частности, в случае устанавливаемых на автомобилях двигателей внутреннего сгорания, по причине сильно изменяющихся условий окружающей среды и вызванных этим колебаний температурных потерь в устройстве обработки отработанного газа, имеется проблема, состоящая в том, что определение температуры может происходить с большой ошибкой измерения.

Из EP 1936140 A1 уже известен способ контроля за системой обработки отработанного газа двигателя внутреннего сгорания, при котором в потоке отработанного газа выше по ходу потока, чем система обработки отработанного газа, расположен первый лямбда-зонд для учета коэффициента избытка воздуха, и далее по ходу потока, чем система обработки отработанного газа, расположен второй лямбда-зонд для учета коэффициента избытка воздуха. Для контроля за работоспособностью системы обработки отработанного газа двигатель внутреннего сгорания переводят в режим, при котором выходящий из цилиндров отработанный газ имеет настолько высокую концентрацию несгоревших углеводородов, что первый зонд работает неправильно, а именно таким образом, что данный первый зонд по сравнению с фактическим коэффициентом избытка воздуха в отработанном газе показывает более высокий коэффициент избытка воздуха, при этом систему обработки считают неработоспособной, если оба коэффициента избытка воздуха по существу имеют одинаковые величины.

В основе данного изобретения лежит задача предоставить способ проверки работоспособности катализатора окисления NO, который можно применять в линии отработанного газа эксплуатируемого с избытком воздуха двигателя внутреннего сгорания, который можно осуществлять простым образом с эксплуатационной надежностью также при низких температурах потока отработанного газа.

Данную задачу решают с помощью отличительных признаков п.1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования способа по изобретению раскрываются в зависимых пп. со 2 по 15.

В способе согласно п.1 формулы изобретения предусмотрено, что в потоке отработанного газа, который поступает в катализатор окисления NO, производят изменение концентрации восстановителя, определяют получающееся в результате этого изменение концентрации NO_x в потоке отработанного газа внутри катализатора окисления NO и/или после катализатора окисления NO и оценивают концентрацию NO_x для проверки катализатора окисления NO. При этом предпочтительно определенное количество восстановителя добавляется и/или производится выше по ходу потока, чем катализатор окисления NO. Однако также существует возможность эксплуатацию двигателя внутреннего сгорания изменять таким образом, что в потоке отработанного газа происходит изменение концентрации восстановителя. В катализаторе окисления NO восстановитель окисляется посредством содержащегося в потоке отработанного газа NO_x, так что внутри и/или ниже по ходу потока катализатора окисления NO происходит изменение концентрации NO_x. Произведенное выше по ходу потока, чем катализатор окисления NO, изменение концентрации содержащегося в отработанном газе восстановителя должно при правильном функционировании катализатора окисления NO внутри и/или после катализатора окисления NO давать достаточно большое изменение концентрации NO_x. Если это изменение концентрации NO_x слишком маленькое, то можно сделать вывод о неудовлетворительной работе катализатора окисления NO. О неудовлетворительной или ухудшенной работоспособности катализатора окисления NO тогда может быть извещено, например, с помощью соответствующего сообщения о неисправности.

Измерение концентрации NO_x внутри и/или после катализатора окисления NO можно производить простым способом с помощью датчиков NO_x, которые измеряют фактические значения концентрации NO_x до и после изменения концентрации восстановителя. Различие двух фактических значений концентрации NO_x является мерой окислительной способности катализатора окисления NO, если кроме изменения количества восстановителя никакие другие параметры системы не изменялись. Существует также возможность записывать для различных других параметров системы заданные значения концентрации NO_x в параметрическую поверхность, и данные значения концентрации NO_x после изменения концентрации восстановителя сравнивают с измеренными фактическими значениями NO_x и оценивают.

Для определения концентрации NO_x выше по ходу потока, чем катализатор окисления NO, там можно предусмотреть датчик NO_x, однако при этом также определение концентрации NO_x можно производить с помощью соответствующей математической модели, принимая во внимание соответствующее рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания.

Если двигатель внутреннего сгорания находится в установившемся режиме работы, также возможно изменение концентрации NO_x после катализатора окисления NO после повышения концентрации восстановителя определять с помощью значения перед повышением концентрации восстановителя и данное значение сравнивать с заданным значением или ожидаемым значением концентрации NO_x. Добавленное и/или произведенное количество восстановителя может быть задано таким образом, чтобы восстановитель полностью восстанавливал содержащийся в потоке отработанного газа перед катализатором окисления NO оксид азота (NO_x), если катализатор окисления NO функционирует правильно. Если при данном определенном количестве восстановителя не устанавливается полного восстановления оксида азота, это значит, что катализатор окисления NO больше не функционирует правильно. При этом можно отказаться от точного определения концентрации NO_x и вместо этого различать состояния «еще имеется NO_x» или «больше не имеется NO_x». В соответствии с этим можно применять очень экономичные датчики скачков NO_x, которые дают скачкообразные изменения сигнала, если состояние изменяется с «еще имеется NO_x» на «больше не имеется NO_x».

Предлагается в качестве восстановителя применять углеводороды или оксид углерода, которые оба могут производиться при изменении параметров двигателя, как, например, с помощью смещения впрыскивания топлива на более позднее время и/или с помощью активирования более позднего дополнительного впрыскивания топлива без применения дополнительных устройств.

Данные восстановители реагируют согласно следующим уравнениям с содержащимся в отработанном газе оксидом азота:

«HC»+2NO→N₂+H₂O+CO₂ Уравнение 4 2CO+2NO→N₂+2CO₂ Уравнение 5

Применение оксида углерода по сравнению с углеводородами имеет преимущество, состоящее в том, что оксид углерода окисляется при существенно более низких температурах, чем это происходит в случае длинноцепочечных углеводородов из топлива. Это приводит к тому, что согласно уровню техники ниже определенной температуры невозможно преобразование и вместе с этим проверка с помощью углеводородов, так как и заданное значение и фактическое значение равны нулю. Поэтому предпочтительно применение оксида углерода в качестве восстановителя, в частности при таких низких температурах, которые встречаются в двигателях внутреннего сгорания, у которых вводится в эксплуатацию по меньшей мере один турбонагнетатель, работающий на отработанном газе. Следующей проблемой при применении углеводородов является коксование катализатора длинноцепочечными углеводородными соединениями, в частности при низких температурах.

В предпочтительном усовершенствовании способа восстановитель, который необходим для контроля работоспособности катализатора окисления NO, образуется при гомогенном самовоспламенении от сжатия в двигателе внутреннего сгорания или при частично-гомогенной эксплуатации двигателя внутреннего сгорания. При гомогенном самовоспламенении от сжатия (Английский язык: homogenous Charge compression ignition, сокращенно HCCI, или также controlled auto ignition, сокращенно CAI) для повышения выхода оксида углерода в фазе проверки речь идет о способе зажигания, при котором топливо по возможности более гомогенно распределяется в камере сгорания и затем при сжатии само воспламеняется. Это происходит чаще всего с помощью смешивания горючего и приточного воздуха определенным образом перед цилиндрами двигателя внутреннего сгорания. Целью данного гомогенного самовоспламенения от сжатия является инициировать горение во всей камере сгорания по возможности одновременно. С помощью данного способа зажигания можно значительно снизить выход NO_x и сажи, в то время как, с другой стороны, происходит повышение выхода оксида углерода.

Недостаток при гомогенном способе зажигания в случае двигателя внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива, в котором при нормальном режиме работы топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, состоит в том, что в впускном тракте должно быть предусмотрено дополнительное устройство для введения топлива.

При так называемом частично-гомогенном самовоспламенении от сжатия в случае двигателя внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива начало впрыскивания сильно смещено на более ранний момент, так что топливо и воздух смешиваются только в камере сгорания. С помощью более раннего начала впрыскивания избегают зажигания капель топлива, что способствует их испарению благодаря относительно большому времени пребывания. Конечно, полностью гомогенное смешивание топлива и воздуха в большинстве случаев не удается, так что говорят о частично-гомогенном самовоспламенении от сжатия. Тем не менее в данном случае также происходит сильное повышение выхода оксида углерода. Одновременно, как правило, понимается выход углеводородов, но с двумя значительными отличиями от способа, который основывается на смещении начала впрыскивания на более поздний момент. С одной стороны, концентрация оксида углерода при гомогенном или частично-гомогенном самовоспламенении от сжатия значительно выше, чем концентрация углеводородов, в то время как данное соотношение при смещении впрыскивания на более позднее время сдвигается в направлении концентрации углеводородов, и она, как правило, значительно выше, чем концентрация оксида углерода. С другой стороны, при гомогенном или частично-гомогенном самовоспламенении от сжатия выходящие углеводороды имеют гораздо более короткую цепь, обычно в области от 1 до 5 атомов углерода, так что можно избежать засорения катализатора окисления длинноцепочечными, пиролизованными и конденсированными углеводородами.

Особенно предпочтительным, в частности при частично-гомогенной эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, является способ, при котором начало впрыскивания в фазе проверки сдвинуто на более ранний момент, в частности на по меньшей мере от 15° угла поворота коленчатого вала до максимально 370° угла поворота коленчатого вала перед верхней мертвой точкой, более предпочтительно на значение от 20° угла поворота коленчатого вала до 350° угла поворота коленчатого вала перед верхней мертвой точкой.

Альтернативно или, предпочтительно, дополнительно к этому можно в фазе проверки, во время гомогенного или частично-гомогенного режима эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, предусмотреть, чтобы возвращаемое со стороны отработанного газа в поток, поступающий со стороны нагнетаемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, количество отработанного газа повышалось настолько, чтобы доля отработанного газа, возвращаемого в поступающий в двигатель внутреннего сгорания нагнетаемый воздух, составляла по меньшей мере 30% и самое большее 80%.

Далее также может быть предусмотрено, чтобы поступающее в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания в фазе проверки количество отработанного газа и соотношение воздух/топливо лямбда варьировалось таким образом, чтобы температура в камере сгорания в области лямбда более 1,02 включительно не превышала 1850 K, в области лямбда от 1,02 до 0,98 не превышала 1600 K и в области лямбда менее 0,98 не превышала 1500 K. В качестве альтернативы или дополнительных мер может быть предусмотрено, чтобы соотношение воздух/топливо снижалось до значения лямбды менее 1 или сразу было меньше 1, однако при этом выше по ходу потока, чем катализатор окисления NO еще содержался бы NO_x в отработанном газе. Далее альтернативно или дополнительно может быть предусмотрено, чтобы давление впрыска топлива в цилиндры в фазе проверки поднималось по меньшей мере на 20% и/или до по меньшей мере 1200 бар, однако не более чем 3500 бар.

Соотношение концентраций оксида углерода и углеводородов при гомогенном или частично-гомогенном режиме эксплуатации обычно составляет по меньшей мере 2:1.

Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления данного способа можно альтернативно или дополнительно для повышения выхода оксида углерода предусмотреть, чтобы коэффициент сжатия в фазе проверки снижался по меньшей мере на 20%, однако самое большее на 75% и/или не менее чем до 6:1.

Далее можно альтернативно или дополнительно изменять время открытия клапана в фазе проверки. Эти меры нацелены с одной стороны на то, чтобы удлинять запаздывание зажигания так, чтобы получалась более длинная фаза гомогенизации, с другой стороны, достигается очень сильное повышение давления из-за снижения скорости горения. Таким образом, возможно закрывать по меньшей мере один впускной клапан до достижения нижней мертвой точки смены рабочей смеси. Вследствие этого происходит при закрытом выпускном клапане снижение давления в камере сгорания, и это сопровождается снижением температуры в камере сгорания. Также предполагается более позднее закрытие впускного клапана после нижней мертвой точки смены рабочей смеси, вследствие чего уже всосанный воздух снова выталкивается через впускной клапан. Данный способ известен как цикл Миллера и приводит по причине более низкого заполнения к более низкому максимальному давлению во время сгорания. Следующая возможность состоит в том, чтобы изменять время открытия клапана в фазе проверки таким образом, чтобы по меньшей мере один выпускной клапан дольше оставался открытым, вследствие чего поднимается доля остаточных газов благодаря обратному потоку отработанного газа из выпускного тракта, и вследствие этого уменьшается скорость горения. Время открытия клапана можно варьировать с помощью известного способа с помощью изменяющегося привода клапанов.

Так как SCR-катализатор, так же как содержащий платину катализатор окисления NO, в присутствии углеводородов или оксида углерода имеет способность восстанавливать NO_x, он может приобщаться к определению способности окисления NO. Так как при SCR-способе (селективное каталитическое восстановление) для регулирования добавки восстановителя в нормальном режиме работы обычно применяют датчик NO_x ниже по ходу потока, чем SCR-катализатор, можно данный датчик NO_x также применять для проверки способности окисления NO катализатора окисления NO. Катализатор окисления NO, расположенный выше по ходу потока, чем SCR-катализатор, можно контролировать относительно его окислительной способности с помощью расположенного после SCR-катализатора датчика NO_x. Во время процесса проверки добавление восстановителя непосредственно перед SCR-катализатором, в частности добавление веществ предшественников аммиака, прерывают. Вследствие этого поднимается концентрация NO_x у датчика NO_x. Затем производят добавление восстановителя перед катализатором окисления NO, как описано выше, и затем определяют значение NO_x после SCR-катализатора с помощью датчика NO_x и сравнивают с ожидаемым значением. Если устанавливают слишком большое отклонение от ожидаемого значения, можно сделать вывод о недостаточной окислительной способности катализатора окисления NO.

Далее в основе данного изобретения лежит задача создать устройство для осуществления способа по изобретению, которое реализуемо с помощью как можно более простых технических средств.

Данную следующую задачу решают с помощью устройства, которое раскрывается в п.16 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования устройства по изобретению раскрываются в зависимых пп.17-19.

Согласно п.17 формулы изобретения для осуществления способа по изобретению предусмотрено регулирующее устройство, которое регулирует изменение концентрации содержащегося в потоке отработанного газа восстановителя перед катализатором окисления NO и с помощью датчиков измеряет концентрацию NO_x в потоке отработанного газа внутри и/или после катализатора окисления NO и оценивает. С помощью регулирующего устройства можно посредством изменения режима эксплуатации двигателя внутреннего сгорания достигать изменения концентрации восстановителя в потоке отработанного газа в двигателе внутреннего сгорания, вследствие чего должно происходить соответствующее изменение измеренной датчиками концентрации NO_x, если катализатор окисления NO работает правильно. Если определяются недопустимо сильные отклонения от заданных значений концентрации NO_x, регулирующее устройство может вызывать соответствующее сообщение о неисправности.

Особенно предпочтительно располагать дополнительный датчик NO_x перед катализатором окисления NO для того, чтобы здесь также было возможно точное определение концентрации NO_x в потоке отработанного газа.

Далее изобретение разъясняется подробнее с помощью представленных на рисунках примеров вариантов осуществления.

На рисунках представлено:

фиг.1 - схематическое изображение двигателя внутреннего сгорания с системой для обработки отработанного газа, которая включат катализатор окисления NO, и

фиг.2 - блок-схема для разъяснения способа при установившемся режиме эксплуатации двигателя внутреннего сгорания.

На фиг.1 представлен двигатель внутреннего сгорания 1, в который через всасывающий воздухопровод 2 поступает наддувочный воздух 3. От двигателя внутреннего сгорания 1 трубопровод для отработанного газа 4 ведет к катализатору окисления NO 5, за которым по направлению движения потока 6 следует SCR-катализатор 7. В направлении движения потока 6 после SCR-катализатора 7 расположен фильтр твердых частиц 8. В направлении движения потока перед SCR-катализатором 7 стрелкой 9 обозначено добавление восстановителя, например водного раствора аммиака. Немного выше по ходу потока расположено измерительное устройство для NO_x 10 в трубопроводе для отработанного газа 4, которое через сигнальный провод 11 связано с регулирующим устройством 12. Регулирующее устройство 12, кроме того, через регулирующий провод 13 соединено с расположенным на линии рециркуляции отработанного газа 14 запорным элементом 15, а также через другой регулирующий провод 16 соединено для управления с двигателем внутреннего сгорания 1.

В трубопроводе для отработанного газа 4 перед катализатором окисления NO 5 расположена турбина 17, работающая на отработанном газе турбонагнетателя отработанного газа 18, с помощью которой известным образом приводится в действие компрессор 19 во всасывающем воздухопроводе 2 для сжатия наддувочного воздуха 3.

Для проверки работоспособности, в частности окислительной способности катализатора окисления NO 5, можно, например, в нормальном режиме эксплуатации двигателя внутреннего сгорания 1 повысить концентрацию углеводородов и/или оксида углерода в отработанном газе двигателя внутреннего сгорания 1. Кроме того, регулирующее устройство 12 может устанавливать более позднее впрыскивание для получения углеводородов, гомогенное самовоспламенение от сжатия в двигателе внутреннего сгорания или частично-гомогенный режим эксплуатации двигатели внутреннего сгорания для того, чтобы достигнуть желаемого повышения выхода углеводородов и/или оксида углерода в двигателе внутреннего сгорания 1. При изменении по меньшей мере одного эксплуатационного параметра двигателя внутреннего сгорания 1 концентрация углеводородов и/или оксида углерода перед катализатором окисления NO 5 поднимается по меньшей мере до значения концентрации NO_x перед катализатором окисления NO 5.

Для того чтобы поднять выход оксида углерода до желаемого значения, можно с помощью регулирующего устройства 12, например, таким образом настроить запирающий элемент 15, чтобы повысить долю возвращаемого отработанного газа более чем на 30% по отношению к подводимому к двигателю внутреннего сгорания 1 количеству наддувочного воздуха. Количество возвращаемого отработанного газа можно дополнительно повысить тем, что на стороне входа всасывающего воздухопровода 2 можно предусмотреть не представленную на фигуре дроссельную заслонку для повышения разности давлений между отработанным газом и наддувочным воздухом 3.

Альтернативно или дополнительно можно через регулирующий провод 16 регулировать двигатель внутреннего сгорания 1 таким образом, чтобы соотношение лямбда воздух/топливо, например, снижать ниже 1,05 и/или давление впрыска повышать, например, по меньшей мере на 20% или до по меньшей мере 1200 бар. Альтернативно или дополнительно также можно предусмотреть смещение начала впрыскивания в двигателе внутреннего сгорания 1, примерно на по меньшей мере 20° угла поворота коленчатого вала, однако не больше 370° угла поворота коленчатого вала, перед верхней мертвой точкой (верхняя мертвая точка зажигания). Кроме того, можно альтернативно или дополнительно предусмотреть снижение коэффициента сжатия, в частности по меньшей мере на 20%, и/или изменение времени открытия клапана.

Благодаря такому изменению эксплуатационных параметров достигают того, что в потоке отработанного газа двигателя внутреннего сгорания 1 производится большое количество восстановителя, в частности оксида углерода, который окисляется в катализаторе окисления NO 5 с помощью содержащегося в потоке отработанного газа NO_x. Обусловленное окислением оксида углерода изменение концентрации NO_x в потоке отработанного газа после катализатора окисления NO 5 регистрируют с помощью измерительного устройства NO_x 10 как фактическое значение NO_x и передают на регулирующее устройство 12. В регулирующем устройстве 12 определенное фактическое значение NO_x сравнивается с заданным или с рассчитанным ожидаемым значением NO_x. Если это сравнение дает в итоге слишком большое отклонение фактического значения NO_x от заданного значения NO_x, то из этого можно сделать вывод о недостаточной или, соответственно, ухудшенной работоспособности катализатора окисления NO 5. Если установленное отклонение слишком велико, можно, например, через следующий провод управления 20 передавать сигнал о неисправности от регулирующего устройства 12.

Принципиально также существует возможность располагать измерительное устройство для NO_x 10 после SCR-катализатора 7 в трубопроводе для отработанного газа 4 так, чтобы SCR-катализатор 7 был включен в проверку работоспособности. При таком расположении измерительного устройства для NO_x 10 во время проверки работоспособности катализатора окисления NO 5 в месте, обозначенном стрелкой 9, не добавляют восстановитель для селективного каталитического восстановления.

Вместо получения большого количества восстановителя в потоке отработанного газа перед катализатором окисления NO 5 с помощью изменения эксплуатационных параметров, также можно производить целенаправленное добавление углеводородов в качестве восстановителя перед катализатором окисления NO 5 в трубопровод для отработанного газа 4.

В конце фазы проверки, в которой проверяется работоспособность катализатора окисления NO 5, двигатель внутреннего сгорания 1 снова переводят в нормальный режим эксплуатации. Затем фазы проверки можно проводить регулярно через большие интервалы времени.

На блок-схеме фиг.2 представлены отдельные стадии способа, которые проходят при проверке работоспособности катализатора окисления NO 5.

В представленном способе после начала процесса сначала проверяют, находится ли двигатель в установившемся режиме эксплуатации. Если да, то на следующей стадии способа происходит определение концентрации NO_x после катализатора окисления NO 5 (сокращенно: NO-Oxikat). После этого концентрация NO_x записывается как первое фактическое значение NO_x,0. Затем повышают концентрацию CO и/или HC перед катализатором окисления NO 5 описанным выше способом, в частности изменением параметров эксплуатации двигателя внутреннего сгорания 1. После этого с помощью измерительного устройства для NO_x 10, представленного на фиг.1, определяют концентрацию NO_x как второе фактическое значение NO_x,1 после катализатора окисления NO 5. Это второе фактическое значение концентрации NO_x затем можно с помощью определения разности сравнить с записанным ранее значением NO_x,0. В случае если полученная разность между двумя фактическими значениями меньше заданного ожидаемого значения, выдается сообщение о неисправности, которое указывает на уменьшенную или недостаточную работоспособность катализатора окисления NO 5. Однако если полученная разность больше или равна заданному или ожидаемому значению, то фаза проверки прекращается и сообщение о неисправности не вызывается.

В случае если предусмотренное на фиг.1 измерительное устройство для NO_x 10 расположено в потоке отработанного газа после SCR-катализатора 7, то перед определением обоих фактических значений прекращают добавление мочевины или соответствующего, предусмотренного для селективного каталитического восстановления восстановителя.

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Способ и устройство для проверки работоспособности катализатора окисления NO. В потоке отработанного газа, который поступает в катализатор окисления NO (5), изменяют концентрацию восстановителя и определяют получаемое в результате этого изменение концентрации NO_x в потоке отработанного газа внутри катализатора окисления NO (5) и/или после катализатора окисления NO (5) и оценивают для проверки работоспособности катализатора. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ проверки работоспособности катализатора окисления NO (5), который применяют для восстановления содержащегося в потоке отработанного газа эксплуатируемого с избытком воздуха двигателя внутреннего сгорания (1) оксида азота (NO_x), отличающийся тем, что в потоке отработанного газа, который поступает в катализатор окисления NO (5), изменяют концентрацию восстановителя и определяют получаемое в результате этого изменение концентрации NO_x в потоке отработанного газа внутри катализатора окисления NO (5) и/или после катализатора окисления NO (5) и оценивают для проверки работоспособности катализатора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед катализатором окисления NO (5) в поток отработанного газа двигателя внутреннего сгорания (1) добавляют определенное количество восстановителя и что полученное вследствие этого изменение концентрации NO_x в потоке отработанного газа внутри и/или после катализатора окисления NO (5) сравнивают с заданным значением NO_x, причем при определении слишком маленького различия NO_x констатируют недостаточную работоспособность и/или происходит сообщение о неисправности.

3. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что, перед изменением количества восстановителя, измеряют и записывают фактическое значение NO_x внутри и/или после катализатора окисления NO (5), определяют заданное значение NO_x, соответствующее изменению восстановителя в потоке отработанного газа внутри и/или после катализатора окисления NO (5), и при определении недопустимого отклонения от заданного значения NO_x констатируют недостаточную работоспособность.

4. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что добавленное и/или произведенное количество восстановителя определяют и/или задают таким образом, чтобы восстановитель полностью восстанавливал содержащийся в потоке отработанного газа перед катализатором окисления NO (5) оксид азота (NO_x).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что концентрация углеводородов и/или концентрация оксида углерода перед катализатором окисления NO (5) должна быть самое большее такой, как концентрация NO_x перед катализатором окисления NO (5), и/или что отношение концентрации оксида углерода к концентрации углеводорода составляет по меньшей мере 2:1.

6. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что восстановитель, в частности оксид углерода, получают при гомогенном самовоспламенении от сжатия в двигателе внутреннего сгорания (1) или при частично-гомогенном режиме эксплуатации двигателя внутреннего сгорания.

7. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что для образования восстановителя сдвигают начало впрыскивания топлива в двигателе внутреннего сгорания (1), в частности при частично-гомогенном режиме эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, на более раннее время, в частности на от 15° угла поворота коленчатого вала до максимально 370° угла поворота коленчатого вала включительно до верхней мертвой точки зажигания, предпочтительно на от 20° угла поворота коленчатого вала до 350° угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки зажигания.

8. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что в частности при частично-гомогенном режиме эксплуатации двигателя внутреннего сгорания для образования восстановителя количество отработанного газа, возвращаемого со стороны отработанного газа на сторону наддувочного воздуха в двигателе внутреннего сгорания (1), таким образом повышают, чтобы доля отработанного газа в поступающем в двигатель внутреннего сгорания (1) наддувочном воздухе (3) составляла по меньшей мере 30% и самое большее 80%.

9. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что для образования восстановителя количество отработанного газа, возвращаемого в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания (1), и соотношение воздух/топливо лямбда варьируют таким образом, чтобы температура в камере сгорания в области лямбда больше 1,02 включительно, в частности в области лямбда от 40 до 1,02 включительно, не превышала 1850 К, в области лямбда от 1,02 до 0,98 включительно не превышала 1600 К и в области лямбда меньше 0,98 не превышала 1500 K.

10. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что давление впрыска для образования восстановителя повышают по меньшей мере на 20% и/или по меньшей мере до от 1200 бар до максимально 3500 бар.

11. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что для образования восстановителя коэффициент сжатия снижают по меньшей мере на от 20% до максимально 75% и/или не менее чем до 6:1.

12. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что время открытия клапана при образовании восстановителя изменяют таким образом, чтобы повышалось остаточное количество топлива и/или снижалась температура камеры сгорания двигателя внутреннего сгорания (1).

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что время открытия клапана изменяют таким образом, чтобы, в частности, с помощью изменяющегося клапанного механизма по меньшей мере один выпускной клапан двигателя внутреннего сгорания (1) оставался открытым дольше и/или по меньшей мере один впускной клапан позже открывался и/или позже закрывался.

14. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что фактическое значение NO_x получают из измерения NO_x перед катализатором окисления NO (5) и измерения NO_x после катализатора окисления NO (5).

15. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что производят измерение концентрации NO_x в потоке отработанного газа после SCR-катализатора (7), который присоединен в потоке отработанного газа после катализатора окисления NO (5), причем во время проверки работоспособности катализатора окисления NO (5) прекращают добавление мочевины или соответствующего необходимого для SCR-процесса восстановителя.

16. Устройство для осуществления способа для проверки работоспособности катализатора окисления NO (5), которое расположено в трубопроводе для отработанного газа (4) эксплуатируемого при избытке воздуха двигателя внутреннего сгорания (1), в частности для осуществления способа по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что регулирующее устройство (12) регулирует изменение концентрации содержащегося в потоке отработанного газа восстановителя, и расположенное в катализаторе окисления NO (5) или после катализатора окисления NO (5) измерительное устройство для NO_x (10) измеряет концентрацию NO_x в потоке отработанного газа и передает для оценки в регулирующее устройство (12).

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что к катализатору окисления NO (5) последовательно присоединен SCR-катализатор (7) и что измерительное устройство для NO_x (10) расположено после SCR-катализатора (7).

18. Устройство по одному из предшествующих пп.16 или 17, отличающееся тем, что регулирующее устройство (12) регулирует эксплуатационные параметры двигателя внутреннего сгорания (1) для образования восстановителя в потоке отработанного газа.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что регулирующее устройство (12) регулирует рециркуляцию отработанного газа, и/или время открытия клапана, и/или начало впрыскивания топлива, и/или поступление наддувочного воздуха (3) в двигатель внутреннего сгорания (1) для образования восстановителя в потоке отработанного газа.