用于機(jī)動車內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)以及用于運(yùn)行排氣系統(tǒng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動車內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)，包括SCR催化轉(zhuǎn)化器，該SCR催化轉(zhuǎn)化器用于在使用還原劑的情況下對內(nèi)燃機(jī)的排氣中包含的有害物質(zhì)進(jìn)行選擇性催化還原，SCR催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)的下游，設(shè)有添加裝置，該添加裝置用于在設(shè)置于渦輪機(jī)上游的添加位置處將還原劑添加到排氣中。此外本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行排氣系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了降低內(nèi)燃機(jī)氮氧化物排放，提出了借助還原劑執(zhí)行選擇性催化還原的排氣系統(tǒng)。為此目的，排氣系統(tǒng)包括SCR催化轉(zhuǎn)化器以及用于將還原劑添加排氣中的添加裝置。由現(xiàn)有技術(shù)例如已知文獻(xiàn)DE 103 42 003 Al，其公開了一種用于提供還原劑-半成品-溶液的裝置，該還原劑-半成品-溶液用于對內(nèi)燃機(jī)排氣中的氮氧化物進(jìn)行還原。其中規(guī)定:所述設(shè)備具有可控的加熱元件和與還原劑-半成品相接觸的催化層。
[0003]此外，現(xiàn)有技術(shù)中還存在文獻(xiàn)DE 103 57 402 Al中，其中公開了用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法及相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)。所述內(nèi)燃機(jī)具有多個(gè)燃燒室和排氣凈化裝置，該排氣凈化裝置具有氨生成催化器，該氨生成催化器僅接收源自至少一個(gè)第一燃燒室的排氣。在此，隨后的步驟為:以更稀的空氣燃料混合物運(yùn)行至少一個(gè)第二燃燒室；以稀空氣燃料混合物運(yùn)行至少一個(gè)第二燃燒室，以更稀的空氣燃料混合物運(yùn)行至少一個(gè)第一燃燒室并且在至少一個(gè)第一燃燒室的排氣中形成生成氨的缺氧環(huán)境。在此，對至少一個(gè)第一燃燒室的空氣添加進(jìn)行節(jié)流，并且通過在燃燒后向至少一個(gè)第一燃燒室的排氣中添加還原劑而在至少一個(gè)燃燒室的排氣中形成缺氧條件。最后，文獻(xiàn)WO 2007/069994 Al公開了用于內(nèi)燃機(jī)的排氣裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此本發(fā)明的目的在于，提供一種用于機(jī)動車內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)，其與現(xiàn)有技術(shù)已知的排氣系統(tǒng)相比能夠更加有效地降低內(nèi)燃機(jī)的氮氧化物排放。
[0005]該目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的、根據(jù)本發(fā)明的排氣系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。在此提出:在添加位置的上游設(shè)置氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器。為了實(shí)施選擇性催化還原，在SCR催化轉(zhuǎn)化器(SCR:選擇性催化還原)的上游在添加位置處借助于添加裝置將還原劑添加到排氣中。添加裝置因此位于SCR催化轉(zhuǎn)化器上游。為了在SCR催化轉(zhuǎn)化器中達(dá)到足夠高的轉(zhuǎn)化率，被添加的還原劑必需均勻地與排氣相混合，因此不會產(chǎn)生沉積或還原劑對排氣系統(tǒng)的潤壁。此外，在使用尿素水溶液作為還原劑的情況下，尿素水混合物的液滴直徑必需盡可能小，以使尿素通過熱解和/或水解盡可能有效地轉(zhuǎn)化成氨。
[0006]已知的是，在流動技術(shù)上在添加位置和SCR催化轉(zhuǎn)化器之間在排氣中設(shè)置至少一個(gè)混合器。然而此類混合器阻礙排氣流并且導(dǎo)致額外的消耗。附加的，它們對內(nèi)燃機(jī)的功率擴(kuò)展和功率達(dá)到也構(gòu)成阻礙。由于這些原因，在此希望使用排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)替代混合器來使添加的還原劑和排氣有效混合。為這一目的，將還原劑添加到排氣中的添加位置設(shè)置在渦輪機(jī)的上游，從而還原劑與排氣一起穿流過渦輪機(jī)。最后，SCR催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在渦輪機(jī)下游。就這方面而言可取消上述的混合器，因?yàn)榕艢鉁u輪增壓器或者說其渦輪機(jī)已經(jīng)接替了所述混合器的功能。
[0007]附加地根據(jù)本發(fā)明提出:在添加位置的上游設(shè)置氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器。所述氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器用于例如還原一氧化碳和碳?xì)浠衔锒視簳r(shí)存儲排氣中含有的氮氧化物的至少一部分。借助氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器可達(dá)到更低的起燃溫度，從該起燃溫度起排氣中含有的有害物質(zhì)幾乎完全被轉(zhuǎn)化。此外可以取消加熱措施，這降低了排氣系統(tǒng)的能耗并因此改善了由內(nèi)燃機(jī)和排氣系統(tǒng)組成的驅(qū)動設(shè)備的效率。例如，氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器用于一直對排氣中含有的氮氧化進(jìn)行暫存，直到SCR催化轉(zhuǎn)化器達(dá)到確定的溫度、特別是其運(yùn)行溫度并因此可用于氮氧化物的還原。
[0008]此外，在排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)上游添加還原劑的優(yōu)點(diǎn)在于:還原劑導(dǎo)致渦輪機(jī)冷卻，因此能將渦輪機(jī)設(shè)置得與此前的情況相比更接近內(nèi)燃機(jī)。
[0009]在本發(fā)明的一種改進(jìn)方案中，還原劑在其被添加到排氣中時(shí)是液態(tài)的。而無需規(guī)定:將已為氣態(tài)的還原劑添加到排氣中或者說使液態(tài)的還原劑在添加之前蒸發(fā)。而是在還原劑第一次與排氣接觸時(shí)，該還原劑應(yīng)該是液態(tài)的。按照這種方式，還原劑的蒸發(fā)熱被完全用于冷卻排氣并且由此冷卻渦輪機(jī)。
[0010]本發(fā)明的另一有利的方案為，在添加位置和渦輪機(jī)之間在流動技術(shù)上的間距被選擇成，使得液態(tài)的還原劑進(jìn)入渦輪機(jī)。通常，渦輪機(jī)包括導(dǎo)輪的靜止設(shè)置的導(dǎo)向葉片以及配備轉(zhuǎn)子葉片的葉輪。導(dǎo)輪的導(dǎo)向葉片用于將排氣輸送至葉輪。因此，在排氣穿流或者流過葉輪之前，首先流經(jīng)導(dǎo)向葉片。因此，導(dǎo)輪的熱負(fù)載高于葉輪或轉(zhuǎn)子葉片。由于這一原因，在添加位置和渦輪機(jī)之間的間距被選擇為，使得還原劑在其進(jìn)入渦輪機(jī)后至少部分仍是液態(tài)的。特別是規(guī)定，液態(tài)的還原劑碰撞到導(dǎo)向葉片上，然而并沒有達(dá)到葉輪或者轉(zhuǎn)子葉片。如果液態(tài)的還原劑達(dá)到葉輪或者轉(zhuǎn)子葉片便可能使轉(zhuǎn)子葉片承受不容許的高機(jī)械負(fù)荷。利用此方案，能使渦輪機(jī)的導(dǎo)向葉片被特別有效地冷卻。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的方案中規(guī)定:SCR催化轉(zhuǎn)化器是顆粒過濾器的組成部分。這一點(diǎn)特別是以如下方式實(shí)現(xiàn):顆粒過濾器設(shè)有起催化作用的催化層，因此顆粒過濾器便額外地作為SCR催化轉(zhuǎn)化器工作。
[0012]最后可以規(guī)定:在SCR催化轉(zhuǎn)化器的下游設(shè)有截止催化轉(zhuǎn)化器。所述截止催化轉(zhuǎn)化器例如用于阻止還原劑從排氣系統(tǒng)中溢出到機(jī)動車外部環(huán)境中。
[0013]此外，本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行特別是根據(jù)前述實(shí)施例所述的排氣系統(tǒng)的方法，其中排氣系統(tǒng)包括SCR催化轉(zhuǎn)化器，該SCR催化轉(zhuǎn)化器用于在使用還原劑的情況下對內(nèi)燃機(jī)的排氣中包含的有害物質(zhì)進(jìn)行選擇性催化還原，SCR催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置在排氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)的上游，在設(shè)置于渦輪機(jī)上游的添加位置處借助于添加裝置將還原劑添加到排氣中。在此規(guī)定，在添加位置的上游設(shè)置氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器。排氣系統(tǒng)的此種方案或者此種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)已得到說明。排氣系統(tǒng)以及其相應(yīng)的方法可以根據(jù)前述實(shí)施例進(jìn)一步改進(jìn)，就此可參閱前述實(shí)施例。
【附圖說明】
[0014]下面將結(jié)合在附圖中所示的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述，而非對本發(fā)明進(jìn)行限制。唯一的圖示出:
[0015]圖為包括內(nèi)燃機(jī)以及排氣系統(tǒng)的機(jī)動車的驅(qū)動設(shè)備示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖中示出包括內(nèi)燃機(jī)2以及排氣系統(tǒng)3的驅(qū)動設(shè)備I。由內(nèi)燃機(jī)2產(chǎn)生的排氣流經(jīng)排氣系統(tǒng)3，以接下來例如通過排氣系統(tǒng)3的尾管(未示出)到達(dá)驅(qū)動設(shè)備I的外部環(huán)境。排氣系統(tǒng)3沿流動方向包括氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器4，用于在添加位置6將還原劑添加排氣中的添加裝置5，排氣渦輪增壓器8的渦輪機(jī)7以及顆粒過濾器9?？蛇x地，在顆粒過濾器9的下游可設(shè)置截止催化轉(zhuǎn)化器10。顆粒過濾器9目前這樣設(shè)置，使得它也作為SCR催化轉(zhuǎn)化器11工作。例如，顆粒過濾器9為此目的而具有相應(yīng)的催化層。
[0017]在添加位置6處被添加到排氣中的還原劑與排氣一起穿流過排氣渦輪增壓器8的渦輪機(jī)7。在該穿流過程中實(shí)現(xiàn)還原劑與排氣的有效混合或者說排氣與還原劑的混合物的均質(zhì)化。因此，在SCR催化轉(zhuǎn)化器11中對氮氧化物的還原可以以高的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行。也有可能的是，在SCR催化轉(zhuǎn)化器11下游在排氣中仍包含的還原劑借助相應(yīng)設(shè)計(jì)的截止催化轉(zhuǎn)化器11被暫存和/或轉(zhuǎn)化。
[0018]通過將氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器4設(shè)置在添加位置6的上游可實(shí)現(xiàn)用于運(yùn)行排氣系統(tǒng)3的特別有效的方法。例如，緊接在內(nèi)燃機(jī)2啟動之后不向排氣中添加還原劑。至少在一確定的時(shí)段上，排氣中存在的氮氧化物卻是借助于氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器4暫存的。僅當(dāng)?shù)趸锎鎯Υ呋D(zhuǎn)化器4的存儲容量被用盡和/或SCR催化轉(zhuǎn)化器11達(dá)到其運(yùn)轉(zhuǎn)溫度時(shí)，才將還原劑添加排氣中，從而此后在使用還原劑的情況下借助SCR催化轉(zhuǎn)化器11實(shí)施氮氧化物的還原。
[0019]附圖標(biāo)記列表
[0020]1.驅(qū)動設(shè)備
[0021]2.內(nèi)燃機(jī)
[0022]3.排氣系統(tǒng)
[0023]4.氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器
[0024]5.添加裝置
[0025]6.添加位置
[0026]7.渦輪機(jī)
[0027]8.排氣渦輪增壓器
[0028]9.顆粒過濾器
[0029]10.截止催化轉(zhuǎn)化器
[0030]11.SCR催化轉(zhuǎn)化器
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于機(jī)動車內(nèi)燃機(jī)(2)的排氣系統(tǒng)(3)，包括SCR催化轉(zhuǎn)化器(11)，該SCR催化轉(zhuǎn)化器用于在使用還原劑的情況下對內(nèi)燃機(jī)(2)的排氣中包含的有害物質(zhì)進(jìn)行選擇性催化還原，SCR催化轉(zhuǎn)化器(11)設(shè)置在排氣渦輪增壓器(8)的渦輪機(jī)(7)的下游，設(shè)有添加裝置(5)，該添加裝置用于在設(shè)置于渦輪機(jī)(7)上游的添加位置(6)處將還原劑添加到排氣中，其特征在于，在添加位置￠)的上游設(shè)有氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，還原劑在其被添加到排氣中時(shí)是液態(tài)的。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，在添加位置(6)與渦輪機(jī)(7)之間在流動技術(shù)方面的間距被選擇為，使液態(tài)的還原劑進(jìn)入渦輪機(jī)(7)中。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，SCR催化轉(zhuǎn)化器(11)是顆粒過濾器(9)的組成部分。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于，在SCR催化轉(zhuǎn)化器(11)的下游設(shè)有截止催化轉(zhuǎn)化器(10)。6.—種用于運(yùn)行特別是根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(3)的方法，其中排氣系統(tǒng)(3)包括SCR催化轉(zhuǎn)化器(11)，該SCR催化轉(zhuǎn)化器用于在使用還原劑的情況下對內(nèi)燃機(jī)(2)的排氣中包含的有害物質(zhì)進(jìn)行選擇性催化還原，SCR催化轉(zhuǎn)化器(11)設(shè)置在排氣渦輪增壓器(8)的渦輪機(jī)(7)的下游，在設(shè)置于渦輪機(jī)(7)上游的添加位置(6)處借助于添加裝置(5)將還原劑添加到排氣中，其特征在于，在添加位置(6)的上游設(shè)置有氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器(4)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動車內(nèi)燃機(jī)(2)的排氣系統(tǒng)(3)，包括SCR催化轉(zhuǎn)化器(11)，該SCR催化轉(zhuǎn)化器用于在使用還原劑的情況下對內(nèi)燃機(jī)(2)的排氣中包含的有害物質(zhì)進(jìn)行選擇性催化還原，SCR催化轉(zhuǎn)化器(11)設(shè)置在排氣渦輪增壓器(8)的渦輪機(jī)(7)的下游，設(shè)有添加裝置(5)，該添加裝置用于在設(shè)置于渦輪機(jī)(7)上游的添加位置(6)處將還原劑添加到排氣中。在添加位置(6)的上游設(shè)置有氮氧化物存儲催化轉(zhuǎn)化器(4)。本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行排氣系統(tǒng)(3)的方法。
【IPC分類】F01N3/08, F01N3/20, F01N13/02
【公開號】CN105189956
【申請?zhí)枴緾N201480016510
【發(fā)明人】V·席米克, A·布卡特
【申請人】奧迪股份公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2014年3月5日
【公告號】DE102013005192A1, DE102013005192B4, WO2014146753A1