Способ и устройство для проверки работоспособности катализатора окисления no

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 NOx 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.

 

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 NOx 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 (NOx), 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
2SO22→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 NOx в потоке отработанного газа внутри катализатора окисления NO и/или после катализатора окисления NO и оценивают концентрацию NOx 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 NOx, так что внутри и/или ниже по ходу потока катализатора окисления NO происходит изменение концентрации NOx. 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 NOx. Если это изменение концентрации NOx 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 NOx внутри и/или после катализатора окисления NO можно производить простым способом с помощью датчиков NOx, которые измеряют фактические значения концентрации NOx до и после изменения концентрации восстановителя. Различие двух фактических значений концентрации NOx 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 NOx в параметрическую поверхность, и данные значения концентрации NOx после изменения концентрации восстановителя сравнивают с измеренными фактическими значениями NOx и оценивают.

Для определения концентрации NOx выше по ходу потока, чем катализатор окисления NO, там можно предусмотреть датчик NOx, однако при этом также определение концентрации NOx 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 NOx 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 NOx. 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 (NOx), 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 NOx и вместо этого различать состояния «еще имеется NOx» или «больше не имеется NOx». В соответствии с этим можно применять очень экономичные датчики скачков NOx, которые дают скачкообразные изменения сигнала, если состояние изменяется с «еще имеется NOx» на «больше не имеется NOx».

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 NOx 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 NOx 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 NOx, 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 NOx ниже по ходу потока, чем SCR-катализатор, можно данный датчик NOx 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 NOx. Во время процесса проверки добавление восстановителя непосредственно перед SCR-катализатором, в частности добавление веществ предшественников аммиака, прерывают. Вследствие этого поднимается концентрация NOx у датчика NOx. Затем производят добавление восстановителя перед катализатором окисления NO, как описано выше, и затем определяют значение NOx после SCR-катализатора с помощью датчика NOx 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 NOx 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 NOx, если катализатор окисления NO работает правильно. Если определяются недопустимо сильные отклонения от заданных значений концентрации NOx, регулирующее устройство может вызывать соответствующее сообщение о неисправности.

Особенно предпочтительно располагать дополнительный датчик NOx перед катализатором окисления NO для того, чтобы здесь также было возможно точное определение концентрации NOx 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 NOx 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 NOx 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 NOx. Обусловленное окислением оксида углерода изменение концентрации NOx в потоке отработанного газа после катализатора окисления NO 5 регистрируют с помощью измерительного устройства NOx 10 как фактическое значение NOx и передают на регулирующее устройство 12. В регулирующем устройстве 12 определенное фактическое значение NOx сравнивается с заданным или с рассчитанным ожидаемым значением NOx. Если это сравнение дает в итоге слишком большое отклонение фактического значения NOx от заданного значения NOx, 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 NOx 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 NOx 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 NOx после катализатора окисления NO 5 (сокращенно: NO-Oxikat). После этого концентрация NOx записывается как первое фактическое значение NOx,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 NOx 10, представленного на фиг.1, определяют концентрацию NOx как второе фактическое значение NOx,1 после катализатора окисления NO 5. Это второе фактическое значение концентрации NOx затем можно с помощью определения разности сравнить с записанным ранее значением NOx,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 NOx 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.

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 (NOx), 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 NOx 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 NOx в потоке отработанного газа внутри и/или после катализатора окисления NO (5) сравнивают с заданным значением NOx, причем при определении слишком маленького различия NOx 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 NOx внутри и/или после катализатора окисления NO (5), определяют заданное значение NOx, соответствующее изменению восстановителя в потоке отработанного газа внутри и/или после катализатора окисления NO (5), и при определении недопустимого отклонения от заданного значения NOx 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 (NOx).

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 NOx 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 NOx получают из измерения NOx перед катализатором окисления NO (5) и измерения NOx после катализатора окисления NO (5).

15. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что производят измерение концентрации NOx 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 NOx (10) измеряет концентрацию NOx 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 NOx (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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство (1) для подачи жидкой присадки (38) имеет резервуар (2) для хранения жидкой присадки (38), точку (3) всасывания, в которой жидкая присадка (38) может быть отсосана из резервуара (2) насосом (4) устройства (1), фильтр (5), который закрывает точку (3) всасывания, по меньшей мере частично разграничивает промежуточное пространство (6) между фильтром (5) и точкой (3) всасывания и отделяет промежуточное пространство (6) от внутреннего пространства (7) резервуара (2).

Изобретение относится к системам для очистки отработавших газов. Выхлопная система (10) для автомобильного двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях, включает: (а) первую монолитную подложку (6), содержащую катализатор SCR; (b) по меньшей мере, одну вторую монолитную подложку (4), содержащую каталитическое грунтовочное покрытие, содержащее, по меньшей мере, один металл платиновой группы (PGM), расположенную по потоку до первой монолитной подложки; и (с) третью монолитную подложку (2), расположенную между первой монолитной подложкой и (каждой) второй монолитной подложкой, при этом, по меньшей мере, один PGM на (каждой) второй монолитной подложке (4) подвержен испарению, когда (каждая) вторая монолитная подложка (4) оказывается в относительно жестких условиях, включая относительно высокие температуры, и при этом третья монолитная подложка (2) включает грунтовку, содержащую, по меньшей мере, один материал для улавливания испарившегося PGM.

Изобретение относится к выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания. Выхлопная система содержит первый катализированный цельный массив носителя, содержащий первое тонкослойное покрытие, расположенное в первой тонкослойной зоне цельного массива носителя, где первое тонкослойное покрытие содержит каталитическую композицию, содержащую, по меньшей мере, один металл платиновой группы и, по меньшей мере, один материал носителя, где, по меньшей мере, один металл платиновой группы в первом тонкослойном покрытии подвержен улетучиванию, когда первое тонкослойное покрытие выдерживается в условиях температуры ≥700°C, и второе тонкослойное покрытие, расположенное во второй тонкослойной зоне цельного массива носителя, где второе тонкослойное покрытие содержит, по меньшей мере, один материал, несущий медь для улавливания улетучившегося металла платиновой группы, где по меньшей мере один материал носителя представляет собой по меньшей мере один оксид металла, молекулярное сито или смесь любых двух или более из них, и когда по меньшей мере один материал носителя представляет собой по меньшей мере один оксид металла, то по меньшей мере один металл-оксидный носитель выбран из группы, состоящей из необязательно стабилизированного оксида алюминия, аморфного диоксида кремния-оксида алюминия, необязательно стабилизированного оксида циркония, оксида титана, необязательно стабилизированного смешанного оксида церия-оксида циркония и смесей двух или более из них, и где второе тонкослойное покрытие ориентировано для контактирования с выхлопным газом, который контактировал с первым тонкослойным покрытием, и второй катализированный цельный массив носителя, содержащий катализатор для селективного катализирования восстановления оксидов азота до молекулярного азота с азотным восстановителем, расположенный ниже по потоку от первого катализированного цельного массива носителя.

Изобретение относится к обработке отработавших газов. Устройство (1) для подачи жидкой добавки в поток (4) отработавших газов, имеющее трубопроводный участок (2) для потока (4) отработавших газов с входным концом (3), выходным концом (5), прямым участком (30) и выступом (17) с отверстием (31) для монтажа подающего устройства (7) для подачи жидкой добавки на прямом участке (30), причем выступ (17) имеет высоту (32) и протяженность (33), и протяженность (33) по меньшей мере в два раза больше, чем высота (32), на входном конце (3) и на выходном конце (5) расположено соответственно по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело (6), центральная ось (34) отверстия (31) направлена на одно из дискообразных сотовых тел (6), по меньшей мере одно из двух дискообразных сотовых тел (6) на входном конце (3) или на выходном конце (5) выполнено конусообразным, трубопроводный участок (2) между дискообразным сотовым телом (6), расположенным на выходном конце (5), и выходным концом (5) имеет участок (47) выравнивания потока, на котором поперечное сечение (53) трубопроводного участка (2) по меньшей мере частично смещено, а дискообразное сотовое тело (6), на которое направлена центральная ось (34), расположено под углом (36) наклона к оси (26) трубопроводного участка (2).

Изобретение относится к области обработки отработавших газов. Дозирующий модуль (10) для дозирования восстановителя в выпускной тракт двигателя внутреннего сгорания имеет, по меньшей мере, один охладитель (22, 24), который выполнен с возможностью прохождения по нему охлаждающей жидкости, служащей для охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Устройство очистки отработавших газов содержит форсунку (3) впрыска реагента перед катализатором (1) селективного восстановления оксидов азота.

Изобретение может быть использовано в выхлопных системах двигателей внутреннего сгорания. Выхлопная система двигателя содержит выхлопную трубу (18) с изгибом, направляющим поток выхлопных газов по криволинейной траектории, инжектор (12), экранирующий элемент (4) и направляющую лопатку (6).

Изобретение относится к системе (1) подачи для мочевины, в частности для устройства очистки отработавших газов путем обработки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, со сборником (5) для вещества, дозировочным устройством (7) для дозирования вещества, в частности в выпускной трубопровод (3) двигателя внутреннего сгорания, и с подводящим трубопроводом (9), которая включает подающий трубопровод (11) для подачи вещества в дозировочное устройство (7) и рециркуляционный трубопровод (13) для отвода среды от дозировочного устройства (7) в сборник (5), причем дозировочное устройство (7) выполнено таким образом, что в режиме эксплуатации системы (1) подачи для охлаждения вещество протекает от входного соединительного патрубка (17) до выходного соединительного патрубка (19) дозировочного устройства (7).

Изобретение относится к области обработки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Подающее устройство (1) для подачи жидкой добавки из бака (2) в устройство (3) для обработки отработавших газов (ОГ) имеет, по меньшей мере, корпус (4), который может быть установлен на баке (2), и держатель (5) компонентов, который служит опорой по меньшей мере одному насосу (6) и закреплен в корпусе (4) посредством зажимной пластины (7).

Изобретение относится к обработке отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Устройство очистки отработавших газов содержит форсунку 3 впрыска реагента перед катализатором 1 селективного восстановления оксидов азота.

Изобретение относится к датчику выхлопных газов (ДВГ), установленному в автомобильном транспортном средстве. Предложен способ контроля датчика выхлопных газов, установленного в выхлопной системе двигателя.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ эксплуатации двигателя заключается в том, что при определенной температуре выбранного компонента закрывают клапан противодавления, при этом регулируют работу впускного и/или выпускного клапана таким образом, чтобы уменьшить внутреннюю рециркуляцию отработавших газов цилиндра.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ эксплуатации двигателя заключаются в том, что во время работы двигателя (210) обеспечивают протекание выхлопных газов через первый, второй и третьи каталитические нейтрализаторы (82A, 82B), (84A, 84B), (70A, 70B) для накопления по меньшей мере некоторого количества выхлопного аммиака в первом каталитическом нейтрализаторе (82A, 82B).

Изобретение относится к устройству управления для двигателя внутреннего сгорания, в частности для диагностики неисправностей. Техническим результатом является управление диагностикой износа для диагностики снижения эксплуатационных характеристик датчика воздушно-топливного отношения.

Изобретение может быть использовано для диагностирования датчика NOx, присоединенного к системе очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Способ определения ухудшения работы датчика NOx выхлопных газов предназначен для двигателя (10), содержащего восстановительный каталитический нейтрализатор (152) и датчик (160) NOx выхлопных газов в подаваемых газах, расположенный выше по потоку от восстановительного каталитического нейтрализатора (152).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, имеющих устройство для обработки отработавшего газа, в которое подводится жидкая добавка. Способ эксплуатации дозирующего устройства (1) для жидкой добавки предназначен для устройства, имеющего по меньшей мере один насос (2) с подвижным насосным элементом, который для подачи жидкой добавки совершает подающие движения, и по меньшей мере один инжектор (4), который с помощью напорного трубопровода (5) подсоединен к напорной стороне насоса (2) и может открываться для дозирования жидкой добавки.

Изобретение относится к системе последующей обработки отработавших газов. Способ контроля компонентов системы последующей обработки отработавших газов (EATS) для дизельного двигателя содержит по направлению потока отработавших газов форсунку системы усовершенствованного впрыска углеводородов (AHI), блок дизельного катализатора окисления (DOC), дизельный сажевый фильтр (DPF) и систему селективного каталитического восстановления (SCR), включает: измерение количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI; измерение количества тепла (QEATS) от впрыснутого системой AHI топлива, выделившегося на блоке DOC и фильтре DPF в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI; измерение коэффициента преобразования (ηSCR) оксидов NOx в N2 системой SCR, когда впрыск углеводородов системой AHI не осуществляется; вычисление количества поданного тепла (QAHI) от топлива, впрыснутого системой AHI, в течение цикла впрыска углеводородов в случае полноценной работы форсунки; вычисление величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, равного: 1 - (QDOC/QEATS); вычисление величины коэффициента выноса углеводородов в системе AHI, равного: 1 - (QEATS/QAHI); и идентификацию неисправности форсунки системы AHI, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR путем сравнения каждого из вычисленного коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, вычисленного коэффициента выноса углеводородов в системе AHI и измеренного коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами.

Изобретение относится области пост-обработки выхлопных газов при помощи катализатора с селективным каталитическим восстановлением (SCR) и фильтра-улавливателя частиц.

Изобретение относится к способам и системам для регулировки воздушно-топливного отношения двигателя. Способ регулирования воздушно-топливного отношения двигателя состоит в том, что регулируют частоту и относительную длительность воздушно-топливного отношения, применяемого для управления цилиндрами двигателя, на основе ошибки между требуемой относительной длительностью и относительной длительностью сигнала, полученного от кислородного датчика, на основе ошибки между требуемой частотой и частотой сигнала, полученного от кислородного датчика, а также на основе типа топлива.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство включает корпус, выполненный в виде гладкой цилиндрической трубы с входным и выходным отверстиями.

Изобретение относится к системе диагностики двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является устранение последствия изменения состояния катализатора очистки выхлопного газа, при этом с точностью диагностировать нештатное ухудшение реакции датчика воздушно-топливного отношения с выпускной стороны. Предложен двигатель внутреннего сгорания, содержащий катализатор (20) очистки выхлопного газа, а также датчик (41) воздушно-топливного отношения, расположенный с выпускной стороны катализатора очистки выхлопного газа, останавливает или уменьшает подачу топлива в качестве управления отсечкой топлива и управляет воздушно-топливным отношением выхлопного газа, доводя его до богатого воздушно-топливного отношения после окончания управления отсечкой топлива в качестве управления богатым перезапуском. Система диагностики вычисляет первую характеристику изменения воздушно-топливного отношения в то время, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через первую область X воздушно-топливного отношения, и вторую характеристику изменения воздушно-топливного отношения в то время, когда выходное воздушно-топливное отношение впервые проходит через вторую область воздушно-топливного отношения Y, отличную от первой области X воздушно-топливного отношения. Система диагностики делает заключение из следующих: о штатном режиме работы, нештатном режиме работы или о необходимости уточнения для заключения, в отношении состояния датчика воздушно-топливного отношения, на основе первой характеристики изменения воздушно-топливного отношения, при этом, если на основе первой характеристики изменения сделано заключение о необходимости уточнения для заключения, то делает заключение о штатном или нештатном режиме работы датчика воздушно-топливного отношения на основе второй характеристики изменения воздушно-топливного отношения. 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

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, изменяют концентрацию восстановителя и определяют получаемое в результате этого изменение концентрации NOx в потоке отработанного газа внутри катализатора окисления NO иили после катализатора окисления NO и оценивают для проверки работоспособности катализатора. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх