本发明涉及一种用于使布置在内燃机的排气道中的颗粒过滤器再生的装置和方法,该装置带有至少一个用于将NO尤其氧化成NO
1.一种用于使布置在内燃机的排气道中的颗粒过滤器再生的装置,其带有至少一个用于将NO氧化的、布置在所述颗粒过滤器上游的NO氧化催化器,其中,此外在所述颗粒过滤器(6)上游设置有至少一个加热装置(8;xa019),借助于所述加热装置(8;xa019),引导到所述颗粒过滤器(6)的废气流(2"")根据限定的再生参数能够加热到限定的温度,其特征在于,为了执行至少暂时组合的主动和被动颗粒过滤器再生,所述加热装置(8)在流动技术上平行于所述NO氧化催化器(4)这样布置,即第一废气流(2")流动通过所述NO氧化催化器(4)而第二待加热的废气流(2")流动通过或经过所述加热装置(8),并且所述两个废气流(2",xa02")在所述NO氧化催化器(4)和所述加热装置(8)下游以及在所述颗粒过滤器(6)上游汇合,并且,至少在再生阶段期间,包含在废气中的碳和二氧化氮之间的质量比为至少1:4,其中,所述再生阶段以在所述颗粒过滤器(6)上游废气温度的限定的提高为特征。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2"")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)能够加热到这样的温度,该温度低于借助于添加碳氢化合物到所述废气流中的纯粹的主动的颗粒过滤器再生的再生温度。
3.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,至少一个所述加热装置通过燃烧器(19)或实施成热催化器(8)的氧化催化器而形成,其中,然后设置有配量装置(11),借助于所述配量装置(11),对于放热反应根据限定的配量参数在预定的时间以预定的量能够给在所述热催化器上游的所述废气流配有还原剂(10)。
4.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,设置有借助于关断装置能够闭锁的新鲜空气管路(20),利用所述新鲜空气管路(20),能够给在所述加热装置(8;xa019)上游和/或在所述NO氧化催化器(4)上游的废气流供给增压空气侧的新鲜空气流、和/或在废气回流管路到增压空气管路的入口下游分岔的增压空气流或借助于风扇或压缩机输送的新鲜空气流。
5.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,所述NO氧化催化器用于将NO氧化成NO₂。
6.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2"")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)能够加热到小于600°C的温度。
7.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2"")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)能够加热到小于或等于550°C的温度。
8.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2"")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)能够加热到小于或等于450°C的温度。
9.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2"")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)能够加热到这样的温度,该温度处于300°C至550°C的温度窗中。
10.根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2"")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)能够加热到这样的温度,该温度在350°C至450°C的温度窗中。
11.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述氧化催化器是HC氧化催化器。
12.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述氧化催化器是带有NO氧化活性的HC氧化催化器。
13.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,借助于所述配量装置(11),对于放热反应根据限定的配量参数在预定的时间以预定的量周期性地能够给在所述热催化器上游的所述废气流配有还原剂(10)。
14.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述还原剂(10)是碳氢化合物。
15.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,至少在再生阶段期间,包含在废气中的碳和二氧化氮之间的质量比为至少1:8,其中,所述再生阶段以在所述颗粒过滤器(6)上游废气温度的限定的提高为特征。
16.一种用于使布置在内燃机的排气道中的颗粒过滤器再生的方法,在所述方法中用于将NO氧化的、布置在所述颗粒过滤器上游的至少一个NO氧化催化器由废气流流过,其中,此外在所述颗粒过滤器(6)上游设置有至少一个加热装置(8;xa019),借助于所述加热装置(8;xa019),引导到所述颗粒过滤器(6)的废气流被加热,其特征在于,所述引导到所述颗粒过滤器(6)的废气流通过主动的和被动的颗粒过滤器再生的至少暂时的组合,根据限定的再生参数而加热到限定的温度,其中,所述加热装置(8)在流动技术上平行于所述NO氧化催化器(4)这样布置,即第一废气流(2")流动通过所述NO氧化催化器(4)而第二废气流(2")流动通过或经过所述加热装置(8),并且所述两个废气流(2",xa02")在所述NO氧化催化器(4)和所述加热装置(8)下游以及在所述颗粒过滤器(6)上游汇合,并且,至少在再生阶段期间,包含在废气中的碳和二氧化氮之间的质量比为至少1:4,其中,所述再生阶段以在所述颗粒过滤器(6)上游的废气温度的限定的提高为特征。
17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)加热到这样的温度,该温度低于借助于添加碳氢化合物到所述废气流中的纯粹的主动的颗粒过滤器再生的再生温度。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,设置有控制和/或调节装置,借助于所述控制和/或调节装置,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2")的温度根据NO₂浓度和/或所述颗粒过滤器的负荷和/或所述颗粒过滤器的再生能力而在至少一个废气流的限定的区域中预定。
19.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,在预定的时间和/或在超出预定的废气温度时和/或在低于预定的λ值时和/或在低于预定的氧气值时,增压空气侧的新鲜空气流的预定的量和/或在废气回流管路到增压空气管路的入口下游分岔的增压空气流的预定的量供应给在所述加热装置(8;xa019)上游的所述废气流。
20.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,在所述颗粒过滤器(6)的再生期间,内燃机的NOx未处理排放和/或NO氧化催化器的氧化能力通过调节限定的操作参数而改变。
21.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,所述方法用于操作根据权利要求1至16中的任一项所述的装置。
22.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,所述NO氧化催化器用于将NO氧化成NO₂。
23.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,所述限定的再生参数是所述颗粒过滤器(6)的负荷度和/或所述颗粒过滤器(6)的、借助于在至少一个所述NO氧化催化器(4)处形成的NO₂量的、基于NO₂的再生的效率。
24.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)加热到小于600°C的温度。
25.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)加热到小于或等于550°C的温度。
26.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)加热到小于或等于450°C的温度。
27.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)加热到这样的温度,该温度处于300°C至550°C的温度窗中。
28.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,引导到所述颗粒过滤器(6)的所述废气流(2")借助于至少一个所述加热装置(8;xa019)加热到这样的温度,该温度在350°C至450°C的温度窗中。
29.根据权利要求16或权利要求17所述的方法,其特征在于,在预定的时间和/或在超出预定的废气温度时和/或在低于预定的λ值时和/或在低于预定的氧气值时,增压空气侧的新鲜空气流的预定的量和/或在废气回流管路到增压空气管路的入口下游分岔的增压空气流的预定的量供应给在构造成氧化催化器或燃烧器的所述加热装置(8;xa019)上游的所述废气流。
30.根据权利要求20所述的方法,其特征在于,所述操作参数是燃料喷射压力和/或喷射开始和/或废气再循环率和/或喷射的次数。
31.根据权利要求20所述的方法,其特征在于,在所述颗粒过滤器(6)的再生期间,内燃机的NOx未处理排放和/或NO氧化催化器的氧化能力通过调节限定的操作参数而被提高。
32.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,至少在再生阶段期间,包含在废气中的碳和二氧化氮之间的质量比为至少1:8,其中,所述再生阶段以在所述颗粒过滤器(6)上游的废气温度的限定的提高为特征。技术领域
本发明涉及一种用于使布置在内燃机的排气道(Abgastrakt)中的颗粒过滤器再生(Regeneration)的装置,以及一种用于使布置在内燃机的排气道中的颗粒过滤器再生的方法。尤其地,对于在空气过量的情况下操作的内燃机、如带有直喷的柴油机或汽油机,本发明涉及用于使颗粒过滤器再生的方法和装置,如其例如在机动车或商用车中获得应用。
背景技术
为了减少含碳的细微颗粒,在车辆中通常应用所谓的颗粒分离器或颗粒过滤器。在车辆中的典型的颗粒分离器组件例如从文件EPxa010xa0727xa065xa0A2中已知。这样的颗粒分离器由此不同于颗粒过滤器,即,废气流沿着分离结构被引导,然而在颗粒过滤器中,废气必须穿流通过过滤介质。由于该差异,颗粒过滤器有堵塞的倾向,这提高废气背压,这意味着在内燃机的废气出口处引起不期望的压力提高,这再次降低马达功率并且导致内燃机的提高的燃料消耗。对于这样的颗粒过滤器组件的示例从文件EPxa003xa0418xa032xa0A2中已知。在这两个上文描述的组件中,借助于同样所包含的剩余氧气(O₂),布置在颗粒分离器或者颗粒过滤器上游的氧化催化器相应将在废气中的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO₂),更确切地说根据以下公式:2xa0NOxa0+xa0O₂xa0<->xa02xa0NO_{2xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0}xa0(1)在此应注意的是,上述反应的平衡在高的温度下处于NO侧。这再次导致,可获得的NO₂成分在高的温度下由于该热动态的限制而受限。NO₂再次在颗粒过滤器中利用含碳的最细颗粒转换成CO、CO₂、N₂和NO。借助于强氧化剂NO₂xa0,因此实现持续地消除所积聚的细微颗粒,使得可不用考虑如在其它的组件中必须昂贵地执行的再生循环。根据以下公式,在该关系中,人们称之为被动的再生:Cxa0+xa02xa0NO₂xa0->xa02xa0NOxa0+xa0CO₂xa0xa0xa0xa0(2)NO₂xa0+Cxa0->xa0NOxa0+xa0COxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3)在此,根据公式3的一氧化碳的形成仅居于次要地位,通常发生直到以二氧化碳的形式的+4氧化价位的碳的完全氧化,其中,对于每个碳分子的该氧化需要两个NO₂分子。除NO₂外,在含铂的NO氧化催化器处还由包含在燃料油和/或发动机油中的硫形成SO₃。SO₃和NO₂xa0在排气道中的冷的位置处液化成高腐蚀性的硫酸或硝酸,使得废气设备直到颗粒过滤器必须以不锈钢实施,以便避免腐蚀。装入颗粒过滤器中的碳借助于NO₂没有实现完全氧化,由此,碳含量以及因此废气背压持续升高。为了避免该状况,颗粒过滤器实际上增加地设有用于氧化NO的催化性的覆层(EPxa003418xa032xa0A2)。在此,具体涉及含铂的催化器。然而,该方法的缺点在于,形成在颗粒过滤器处的NO₂xa0仅可用作颗粒的氧化,颗粒在用于NO氧化的催化活性层下游被分离(abscheiden)、也就是说因此在过滤器介质内部。如果相反在过滤器表面上并且因此在催化活性层上形成由所分离的颗粒形成的层、所谓的滤饼(Filterkuchen),则颗粒过滤器侧的NO氧化催化器处于滤饼下游,使得此处分离的碳烟颗粒(Ru?partikel)不借助于来自安装在颗粒过滤器处的NO氧化催化器的NO₂被氧化。还附加的是,确切地说,仅仅安装在未处理气体侧(Rohgasseite)上的催化器层有益于系统的性能,这是因为在未处理气体侧上催化地形成的NO₂不再能够与在未处理气体侧上和在过滤器材料内部分离的碳烟(Ru?)相接触。颗粒过滤器的覆层的另一问题在于,过滤器的几何表面积明显小于通常使用的催化器基层(Katalysatorsubstrate)的表面积。对此的原因在于,过滤器在未处理气体侧上需要相对大的自由横截面以及因此自由的体积,以便装入碳烟灰(Russasche)和发动机油灰(Motoroelasche)。如果使用陶瓷的过滤器基层(Filtersubstrate),则该陶瓷的过滤器基层通过50xa0cpsi至200xa0cpsi的较小的蜂窝载体密度(Zelldichte)而实现。另一方面,精细的(rein)催化器通常实施成带有400xa0cpsi至900xa0cpsi的蜂窝载体密度。通过从50xa0cpsi提高到900xa0cpsi,产生从1m²/l到4m²/l的几何表面积的增加,由此,在催化器处的显著的转换提高成为可能。出于该原因,即使有过滤器的催化覆层,在颗粒过滤器前也不能取消NO氧化催化器,使得产生相对大的结构体积。如果NO氧化催化器和颗粒过滤器形成结构单元,那么这本身是这种状况,在该结构单元中颗粒过滤器的进口区域实施成NO氧化催化器,如其例如在文件DExa0103xa0270xa030xa0A1中所描述的那样。在用于通过NO₂xa0的被动再生的所有这些变型中应注意的是,碳烟氧化(Ru?oxidation)在低于200°C至230°C时不能还通过增加NO₂量而进一步提高。在大约370°C时,达到转换最大。从该温度起,碳烟氧化根据上文描述的反应(2)进行,也就是说两个NO₂分子与一个碳分子反应。这意味着以质量而论,0.13g碳可利用一克NO₂氧化,也就是说碳烟氧化可通过增加NO₂量而任意提高。该关系在图1中示出。如果温度低于200°C-230°C,则因此不能确保颗粒过滤器的可靠的功能。这通常出现在弱(schwach)负载的且建造(verbauen)在车辆中的发动机中,例如在轿车、线路公共汽车或垃圾收集车(Müllfahrzeug)中,它们还具有附加的高的怠速运转成分(Leerlaufanteil)。因此,特别在这种状况下采用颗粒过滤器再生的第二可能性,在该情况中主动提高废气温度。这通常通过在催化器、尤其HC氧化催化器上游添加碳氢化合物(HC)而发生。基于所添加的碳氢化合物借助于催化器的氧化的放热,实现显著的温度上升。"HC"xa0+xa0O₂xa0->xa0COxa0+xa0H₂Oxa0xa0xa0(4)"HC"xa0+xa0O₂xa0->xa0CO₂xa0+xa0H₂Oxa0xa0(5)为了足够热地使该催化器稳定,该催化器作为活性元件(Aktivkomponente)通常包含钯。钯不具有NO氧化活性并且此外降低可能包含在催化器中的铂的NO氧化活性。这导致,与纯粹的NO氧化催化器相比,HC氧化催化器具有显著小的NO氧化活性。如果通过配量(Zudosierung)碳氢化合物实现温度提高到超过600°C,则根据如下公式,借助于氧引起氧化或者烧尽在颗粒过滤器中分离的碳:Cxa0+xa0O₂xa0->xa0CO_2xa0xa0xa0(6)2Cxa0+xa0O₂xa0->xa02COxa0(7)然而在该所谓的主动的过滤器再生中存在风险,即通过放热地烧尽含碳的碳烟可能引起急剧的温度上升到超过1000°C,并且因此引起损伤颗粒过滤器和/或下游的催化器。此外因为温度上升必须保持若干分钟,以便确保碳烟颗粒的定量的氧化,所以碳氢化合物的需要不是不重要的并且使内燃机的效率下降,这是因为燃料通常用作碳氢化合物来源。与被动的再生相比,另一问题在于在再生期间高的一氧化碳排放,一氧化碳的形成在公式7中描述。出于该原因,在颗粒过滤器上和/或在颗粒过滤器下游必须安装另外的催化器用于氧化在再生期间形成的一氧化碳,以便避免一氧化碳排出到环境中。通过在NO氧化催化器前添加碳氢化合物,被动的和主动的再生的简单的组合是不成功的(zielführend):通过温度上升到超过600°C,由于热动态限制,在NO氧化催化器处几乎没有更多NO₂形成。此外,NO的氧化被大量碳氢化合物阻碍,由此引起NO₂形成的强烈减少。这导致,颗粒必须单独借助于氧被氧化,这是因为在该阶段中没有NO₂xa0供使用,这导致延长再生时间和高的一氧化碳排放。同时,对于热损伤,NO氧化催化器远没有用于碳氢化合物氧化的催化器稳定,这是因为,在温度超过550°C时引起活性元件的不可逆的烧结(Sinterung)并且因此引起NO氧化活性的下降。
发明内容
因此,本发明的目的是,提供一种用于使布置在内燃机的排气道中的颗粒过滤器再生的装置和方法,借助于该装置或方法,能够以结构上简单且紧凑的方式实现功能安全的且可靠的颗粒过滤器再生。该目的在装置方面利用根据本发明的装置实现。在方法方面,该目的利用根据本发明的方法实现。根据本发明,在颗粒过滤器下游对至少一个NO氧化催化器附加地设置有至少一个加热装置,借助于该加热装置,引导到颗粒过滤器的废气流根据限定的再生参数可被加热,尤其根据颗粒过滤器的负荷度和/或颗粒过滤器的NO₂再生的再生效率或者再生工作(Regenerationsarbeit),借助于形成在至少一个NO氧化催化器处的NO₂量而可被加热到限定的温度。通过变热的废气流,因此可提高颗粒过滤器处的温度,其中,同时还有来自NO氧化催化器的大量的NO₂xa0供使用,这是因为在NO氧化催化器的区域中不发生对不利的NO₂形成起作用的温度升高,或者不存在导致NO氧化活性下降的提高的碳氢化合物浓度。因此,废气流在颗粒过滤器前的该温度升高发生在排气系(Abgasstrang)的一部分中,排气系处于NO氧化催化器下游和/或平行于NO氧化催化器以及处于颗粒过滤器上游。因此,根据本发明这里提供颗粒过滤器的主动的和被动的再生的功能安全的、利用相应优点的和避免不利的相互作用的组合。利用这样的根据本发明的解决方案,因此可能的是,颗粒过滤器再生能够仅通过NO₂量进行,其中,在需要时颗粒过滤器处的温度借助于构造成控制和/或调节装置的电子控制单元变换到对相应期望的反应来说最佳的温度窗(Temperaturfenster)中。这意味着,引导到颗粒过滤器的废气流借助于至少一个加热装置对于内燃机和/或后处理系统的预定的时间或者预定的操作状态仅加热到这样的温度,该温度低于借助于在废气流中添加碳氢化合物的纯粹的主动的颗粒过滤器再生的再生温度。优选地,在此引导到颗粒过滤器的该废气流加热到小于600°C的温度,优选地小于或等于大约550°C,最优选地小于或等于大约450°C。特别优选地,温度在此处于300°C至550°C的温度窗中,最优选地在350°C至450°C的温度窗中。因此,引导到颗粒过滤器的废气流的温度在根据本发明的解决方案中特别优选地根据NO₂浓度和/或带有含碳颗粒的颗粒过滤器的负荷状态在至少一个废气流的限定区域中预定,确切地说借助于作为电子控制装置的控制和/或调节装置而预定。基于在同时通过强氧化剂NO₂支持碳烟氧化的情况下根据本发明可能的相对高的温度,能够缩短再生持续期且降低再生温度到大约400°C。由此,对于温度升高所需的碳氢化合物量以及通过再生所产生的一氧化碳排放同样降低,如降低不可控制的温度上升的风险以及颗粒过滤器或下游的催化器的由此相关的热损伤一样。为了确保颗粒过滤器或者颗粒分离器的可靠的再生,根据特别优选的实施形式设置成,至少在限定的再生操作期间,包含在废气中的碳和二氧化氮之间的质量比为至少1:4,优选地至少1:8。该再生操作尤其以在颗粒过滤器上游的废气温度的限定的升高为特征。根据第一具体的实施形式,在此,加热装置优选地在流动技术上平行于NO氧化催化器布置。例如,它们因此在流动技术上这样分离,使得加热装置和NO氧化催化器相应由废气流或气流流过。这具体意味着,例如第一废气流流过NO氧化催化器,而第二废气流流动通过或经过加热装置,其中,这两个废气流在NO氧化催化器和加热装置下游以及在颗粒过滤器上游汇合。根据第一装置变型,为此,在NO氧化催化器上游,分支管路可从引导到NO氧化催化器的输送管路分岔,其中,分支管路然后在NO氧化催化器下游通入到从NO氧化催化器引导到颗粒过滤器的排出管路中。那么加热装置可布置在分支管路的区域中。然而,对此替代地,以下结构实施方案也是可能的,在其中NO氧化催化器至少局部地包围或围绕加热装置。因此,尤其有利地避免加热装置的冷却。为了废气流的在流动技术上的分开(Aufzweigung),根据本发明的解决方案的另一特别优选的设计方案,设置有借助于控制和/或调节装置而联接的关断装置、例如阀等,借助于该关断装置能够根据限定的操作参数或闭锁参数控制或调节被引导通过NO氧化催化器和/或通过加热装置的气流量。对于至少一个NO氧化催化器和至少一个加热装置在流动技术上的平行的布置替代地,还可设置成,它们在流动技术上布置成彼此串联并且由废气流流过。为此,然后加热装置可布置在NO氧化催化器下游和在颗粒过滤器上游。加热装置本身优选地由热催化器(Heizkatalysator)形成,该热催化器再次优选地实施成氧化催化器。特别优选地,此外设置有配量装置,借助于该配量装置,根据限定的配量参数在预定的时间以及以预定的量给在热催化器上游的废气流配量用于放热反应的还原剂。在此,配量尤其周期性地实现。对于特别优选的状况,即,热催化器为HC氧化催化器,还原剂优选地由碳氢化合物形成。在此,碳氢化合物优选地由燃料形成。特别优选地是,碳氢化合物的添加通过设置在排气道中的独立的配量装置、例如喷嘴等进行配量。通过在预定的时间给废气流配量或者喷射预定量的碳氢化合物,那么在热催化器上游实现该配量。在此特别优选的是,如之前已经提及的那样,对应于预定的控制和/或调节参数借助于电子控制单元实现的、例如周期性反复的配量。因此,为了所配量的碳氢化合物的氧化,待加热的废气流可被引导通过优选地构造成HC氧化催化器的加热装置,由此,废气流被加热。然而,由此待获得的加热功率由存在的氧气量限制。因为对于这种状况,即,λ值(Lambdawert),也表示氧气量对燃料量的比,应达到值1,不再可能进行碳氢化合物的氧化。为了避免该状况,根据另一优选的设计方案提出,在达到一定的预定的温度和/或预定的时间后和/或在低于预定的λ值或氧气值时,给待加热的废气流供给新鲜空气。该优化的新鲜空气供给引起λ值的升高,且因此还引起最大可能的加热功率的升高。在此,新鲜空气通常可在内燃机的增压空气侧分岔,具体地例如也在废气回流管路到内燃机的增压空气管路的入口上游和/或下游分岔。此外,能够想到应用用于供给新鲜空气的风扇或压缩机。用于提高废气温度的替代的可能性在于,使用优选地利用燃料操作的燃烧器作为加热装置。尤其地,上文描述的太小的空气比例(Luftverh?ltnis)的问题适用于该状况,该问题可以类似于对于热催化器的解决方案来对待。加热装置、尤其热催化器原则上可布置在排气道外部,这意味着,即该热催化器不被废气绕流(umstr?men)。然而,这相对快速地导致该加热装置、尤其热催化器的冷却。因此,更有意义的是,加热装置、尤其热催化器这样布置在排气道中,即它至少部分地被废气绕流,由此减少到环境处的热损失。尤其可能的是,利用NO氧化催化器包围作为热催化器的例如HC氧化催化器。此外,可能的是,对于NO氧化催化器和作为热催化器的例如HC氧化催化器使用共同的基层,该基层在不同的区域中具有不同的催化覆层。通过在流动技术上在基层上游安装如导板和/或间壁,确保在再生阶段期间没有碳氢化合物在带有NO氧化覆层的区域上出现。此外,可想到的是加热装置、尤其热催化器和NO氧化催化器安置在共同的壳体中。为了进一步改进系统,此外可能的是,配备附加地带有NO氧化活性的、优选地构造成HC氧化催化器的热催化器,由此,提高在非再生操作中的NO₂成分并且因此颗粒的氧化借助于被动的再生而改善。由此实现,延长在主动的温度提升之间的间隔。与纯粹的NO氧化催化器相比,在此热催化器应实施成更加热稳定。这通常导致与纯粹的NO氧化催化器相比更低的NO氧化活性,如这之前已提及的那样。为了尤其在应用HC氧化催化器作为热催化器的情况下避免在颗粒过滤器下游的高的碳氢化合物浓度,该颗粒过滤器可设有用于氧化碳氢化合物的催化器。还可想到带有碳氢化合物氧化活性的、安装或者布置在颗粒过滤器上游和/或下游的催化器。作为活性元件,可考虑其它的钒氧化物(Vanadiumoxid)、铈(Cer)、沸石或铂金属族(Platinmetallgruppe)的元素。与此相对,不仅对于NO氧化催化器而且对于HC氧化催化器,作为活性元件主要可考虑铂金属族的金属,然而它们的成分不同:为了改善HC氧化催化器的热稳定性,例如该HC氧化催化器的钯含量高于NO氧化催化器的钯含量。对于HC氧化催化器,原则上作为活性元件还可考虑铈。这两个催化器类型的活性例如可通过应用沸石附加地提高。通过提高NO₂供应,可进一步可选择地改善再生。这可通过提高NOx未处理排放(NOx-Rohemission)而实现。这通过改变发动机的操作参数如喷射压力、废气再循环率、喷射开始、喷射的次数、吸入调节阀位置(Saugdrosselstellung)等而实现。通过更高的NOx供应,形成在NO氧化催化器处的NO₂量同时提高。另一可能性在于,通过改进在NO氧化催化器处的NO氧化来提高所形成的NO₂量。这通常通过提高停留时间、尤其通过减少引导通过催化器的废气量、和/或通过提高NO氧化催化器的温度而实现。为了实现该情况,此外可应用上文已经描述的用于提高NOx未处理排放的措施。为了除颗粒外还减小氮氧化物的排放,可在排气道或者排气系中附加地设置有用于NOx还原的催化器,例如至少一个NOx存储催化器(Speicherkatalysator)和/或至少一个SCR催化器。NOx存储催化器可布置在氧化催化器下游和/或颗粒过滤器下游,而对于SCR催化器还可想到定位在氧化催化器上游。对于NOx存储催化器,优选地使用铂和/或钡和/或钙作为活性元件。与此相对,对于SCR催化器,应用钨氧化稳定的(wolframoxidstabilisiert)五氧化二钒(Vanadiumpentoxid)、优选地二氧化钛基(Titandioxidbasis)或铁沸石(Eisenzeolith)或铜沸石(Kupferzeolith)或钴沸石(Kobaltzeolith)或二氧化锆(Zirkonoxid)是有意义的。用于减少氮氧化物和颗粒的这种系统的结构空间可通过以下方式减小,即,至少一个颗粒过滤器和至少一个SCR催化器和/或至少一个Nox阻断催化器(NOx-Sperrkatalysator)形成结构单元,其中,颗粒过滤器可设有SCR催化器覆层和/或NOx存储催化器覆层。综上所述,因此可确定的是,利用根据本发明的解决方案,在其中主动的和被动的颗粒过滤器再生至少暂时组合,可获得下列优点:因此可主动影响系统的再生能力。另外,可这样进行调节,即关于碳烟氧化的最大的再生工作借助于在上游的NO氧化催化器处形成的NO₂进行,也就是说,当再生工作借助于NO₂而不足够时,那么才添加还原剂或燃料,使得燃料消耗相对于纯粹的主动的颗粒过滤器再生显著减少。另外,利用根据本发明的解决方案,颗粒过滤器、尤其柴油机颗粒过滤器以及可能在下游的废气后处理元件的热负荷明显更小。另一显著的优点是,再生可以相当均匀地进行,由此,颗粒过滤器的所谓的碳烟穴(Ru?nest)和穿透式燃烧(Durchbrand)的风险可降低。另一显著的优点可在于,铂需求和由此用于制造废气后处理系统的成本明显低于纯粹的HCI再生系统(碳氢化合物注射(Hydrocarbonxa0injection)),这意味着纯粹的主动的再生系统存在,这是因为必须氧化较小量的碳氢化合物,而氧化在主动的再生期间形成的一氧化碳不是必要的。并且,与纯粹的主动的颗粒过滤器再生相比,由于所引起的(treibend)较小的温差而使到环境处的热损失更少,由此,用于绝缘和材料等费用必然更少。
附图说明
下面根据附图进一步解释本发明的许多实施例。其中:图1示意性显示了这样的图表,其示例性显示了通过温度的提高,碳烟氧化的改善;图2示意性显示了这样的图表,其示例性显示了通过NO₂供应和温度的提高,碳烟氧化的改善;图3显示了在颗粒过滤器上游的NO氧化催化器和实施成HC氧化催化器的热催化器的平行布置的第一实施形式;图4示意性显示了在颗粒过滤器上游的NO氧化催化器和构造成HC氧化催化器的热催化器的平行布置的替代的实施形式;图5示意性显示了用于使布置在内燃机的排气道中的、带有在颗粒过滤器上游的NO氧化催化器和HC氧化催化器的串联布置的颗粒过滤器再生的根据本发明的装置的另一替代的实施形式;以及图6示意性显示了对于图5的替代的实施形式,在其中代替热催化器而使用燃烧器。
具体实施方式
在图3中显示了第一示例性的根据本发明的实施形式,在其中在这里未示出的内燃机尤其柴油内燃机的排气道1中,废气流2借助于输送管路3引导到NO氧化催化器4。从该NO氧化催化器4,排出管路5引导到颗粒过滤器6。在NO氧化催化器4上游,分支管路7从输送管路3分岔并且在NO氧化催化器4下游通入到排出管路5中。在该分支管路7中,布置有作为加热装置的HC氧化催化器8。另外,在分支管路7中在HC氧化催化器8上游布置有喷嘴9,借助于喷嘴9可将燃料10作为还原剂在HC氧化催化器8上游喷入到分支管路7中。出于该原因,喷嘴9为配量装置11的组成部分,配量装置11除喷嘴9外也还具有燃料储存器12和控制或调节配量的控制和/或调节装置13。可选地在分支管路7中在喷嘴9上游布置有关断装置(Absperrorgan)14,关断装置14同样利用电子控制单元(但是这里没有示出)能够接通,以便在预定的时间从废气流2中分出限定的废气量,使得第一废气流2"流动通过NO氧化催化器4以及第二废气流2"流动通过分支管路7。然后,这两个废气流在NO氧化催化器4下游和在HC氧化催化器8上游再次汇合,并且作为废气流2""输送给颗粒过滤器6。如在图3中仅示意性示出的那样,NO氧化催化器4设计和尺寸定得比HC氧化催化器8明显更大,这由以下原因引起,即颗粒过滤器再生基本上应执行为基于NO₂的颗粒过滤器再生,也就是说,借助于在NO氧化催化器4中形成的NO₂。仅对于以下状况,即在NO氧化催化器4中或在其处形成的NO₂的再生工作应不够,借助于控制和/或调节装置13相应进行控制或调节地通过喷嘴9配量燃料10到分支管路7中。同时,通过相应操纵关断装置14,相应的废气质量流作为第二废气流2^"xa0被引导通过分支管路7,以便向HC氧化催化器8供给添加有碳氢化合物的废气流,由此,在HC氧化催化器中发生放热反应,该放热反应产生热的第二废气流2^"xa0,其在NO氧化催化器4下游与第一废气流2"相混合,使得该如之前一样添加有NO₂的第一废气流2"xa0提高到更高的温度水平上,由此,在颗粒过滤器6中基于NO₂的碳烟氧化以最优的方式进行,如示意性地在图1中所示出的那样。在此,以15表示表征100%转换的理想线,表明在此处每供给一克NO₂有0.13g碳被氧化。如果目前由电子控制单元检测到NO₂再生工作在下部的温度区域16中不再提供令人满意的再生结果并且/或者颗粒过滤器的负荷度上升超过预定的限度,则通过之前描述的措施将温度水平提高到上部的温度区域17上,以便再次更加有效地和最佳地形成碳烟烧尽。在此,由于主动的和被动的再生可能性的根据本发明的组合,例如足够将引导至颗粒过滤器6的废气流提高到优选地处于370°C至400°C的区域中的温度水平上。通过在图2中显示的NO₂水平的附加的提高,通过已经在上文描述的提高NO_x未处理排放和/或改善NOxa0氧化催化器的NO氧化活性,借助于内燃机和/或NOxa0氧化催化器的所改变的操作参数,与纯粹提高废气温度相比可附加地改善再生能力。颗粒过滤器的NO₂量和/或再生能力和/或负荷度的确定例如可通过数学模型和/或特性曲线和/或通过废气传感器(尤其压力传感器、NO₂传感器、NOx传感器、温度传感器)和/或用于确定颗粒量或者碳烟量的传感器来求得。上述内容以类似的方式适用于根据图4的替代的设计方案,在其中,与根据图3的设计方案不同,NO氧化催化器4和HC氧化催化器8这样进行并联联接,即形成热催化器或者加热装置的HC氧化催化器8在此由NO氧化催化器而至少局部地包围。由此,与HC氧化催化器8在其单独的布置中的情况相比,更好地避免HC氧化催化器8的冷却。在此,燃料10的配量以对根据图3的实施形式类似的方式仅朝向HC氧化催化器8而实现。为了分配废气流一方面通过NO氧化催化器4而另一方面通过HC氧化催化器8,这里还可再次设置有流动引导元件,例如在图3中仅示意性示出的引导元件18。另外,在该引导元件18的区域中还可设置有关断装置,使得至HC氧化催化器8的废气流的量或者通常来说流量被控制或者调节,如其之前结合关断装置14和分支管路7所已经描述的那样。通过应用引导元件还可能的是,NO氧化催化器4和HC氧化催化器8安装在共同的催化器基层上。在此,在再生期间作用有来自供给单元(这里示例性地实施成喷嘴9)的碳氢化合物的区域尤其被覆层地构造成HC氧化催化器8,然而剩余的区域尤其被覆层地实施成NO氧化催化器4。通常,不同的区域通过横截面、即横向于流动方向地相区分。此外,在图4中还仅纯粹示意性地显示同样布置在排气道1中的NOx还原催化器21,其例如构造成NOx存储催化器或SCR催化器。此外,工作原理和方法实施(Verfahrensführung)对应于结合图1至3所已经描述的内容。在图5中仅显示这样的实施形式,在其中,NO氧化催化器4和HC氧化催化器8不平行地联接,而是串联布置。这具体意味着,HC氧化催化器8布置在NO氧化催化器4下游和另外在颗粒过滤器6上游。作为还原剂的燃料10的配量那么这里同样再次这样实现,即通过配量实现在NO氧化催化器4下游和在HC氧化催化器8上游,该燃料不能到达NO氧化催化器4中。此外,方法实施和工作原理对应于之前已经结合图1至4所详细描述的内容。因此这里主要差别在于,废气流2与根据图3和4的设计方案相比不分岔或者分开,而是全部的废气流2首先流过NO氧化催化器4,紧接着流过HC氧化催化器8以及继续紧接着流过颗粒过滤器6。在图6中仅显示对于图5的替代的设计方案,在其中代替HC氧化催化器8,使用利用燃料操作的燃烧器19作为加热装置。这样的燃烧器应用可以尤其还结合之前提到的实施形式、尤其随时结合根据图3的实施形式。此外,图6的结构对应于图5的结构,使得为了避免重复而参考之前完成的实施方案。在全部的实施形式中,因此废气流或部分废气流被引导通过加热装置。然而,如之前已经所描述的那样,由此待获得的加热功率通过存在的氧气量而受限。为了避免该状况,可选择地,在达到一定的预定的温度和/或预定的时间之后和/或在低于预定的λ或氧气值时,可给待加热的废气流输送新鲜空气,例如在增压空气侧分岔的新鲜空气流。新鲜空气供给20在图3、5和6中仅极其示意性地通过箭头示出。