[發明專利]減少來自柴油發動機廢氣的氮氧化物的方法

在審

• 申請號: 201310476740.8
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103541792A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: M·維特羅克;O·斯維亞特萊克
• 申請（專利權）人: 道依茨股份公司
• 主分類號: F01N3/20
• 分類號: F01N3/20
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 柳冀

為了遵守從2014年開始生效的歐盟和美國從的所謂非道路-柴油發動機排放法規(歐盟IV級或Tier4排放標準(最終))，不可避免的是給這些柴油發動機配置一種廢氣凈化系統。典型的廢氣凈化系統除了包含用于氧化清除一氧化碳和碳氫化合物的柴油氧化催化器和任選的設置在所述柴油氧化催化器下游的柴油顆粒過濾器之外，還包含一個脫氮單元。在商用車領域和非道路領域中為了對柴油發動機廢氣脫氮，典型的是使用所謂的SCR-催化器(SCR：Selective?Catalytic?Reduction：選擇性催化還原)和用于把氨或可分解成氨的化合物作為還原劑噴射到待凈化的廢氣流中的裝置，使用選擇性催化還原氮氧化物的單元。優選的還原劑是脲水溶液或氨基甲酸銨溶液，特別優選脲溶液。這樣的SCR-單元典型地設置在前置的柴油氧化催化器(DOC)和/或柴油顆粒過濾器(DPF)的下游。

此外，為了滿足歐盟IV級或Tier4f排放標準，尤其使用按照EP-B1?054?722的系統或不含柴油顆粒過濾器的系統(只有DOC+SCR)。尤其是在上述“開放的”的系統中，即使在更長的運行時間后也必須在全部的運行點達到最大的SCR-效率，因為在使用不含柴油顆粒過濾器的系統來凈化廢氣的發動機的情況下，如此調整燃燒過程，使得始終盡可能少地出現顆粒排放。這造成明顯升高的NO_x-未處理的排放，從而為了達到法定的排放限值，在SCR-單元內的氮氧化物-轉化率在系統的整個運行時間必須超過90％。

除了溫度和通過SCR-催化器的質量流，SCR-系統的效率還通過位于SCR-催化器之前的NO₂/NO_x的比例和通過噴射的還原劑的量確定。NO₂/NO_x的比例通過前置的廢氣凈化成套設備DOC和/或DPF調節，其中優選達到0.2-0.7，特別優選0.4-0.6的值。

不足地噴射還原劑(例如，α=0.8，其中，α代表位于SCR-催化器之前的待凈化的廢氣內的NH₃/NO_x的摩爾比)導致，相當于還原劑的可用性的理論上可能的氮氧化物轉化限制(對于α=0.8則為最大80％的氮氧化物轉化率)。通過過量噴射還原劑(α>1)，通過SCR-催化器可達到熱動態可行的、最大的氮氧化物轉化，所述轉化在各自的工況下(廢氣質量流、溫度、SCR上游的NO₂/NO_x)僅通過催化器的物質性質確定。

但是，過量噴射還原劑也可能導致穿過SCR-催化器的氨穿透。因為按照歐盟-危險物質規定，氨是有毒和危害環境的氣體，必須絕對避免殘余排放。

根據現有技術的系統典型地基于模型調節還原劑噴射量，即，存儲在發動機控制設備中的軟件以未處理的排放中的NO_x-含量與之前通過試驗測得的SCR-催化器在每個可設想的運行點的效率為基礎，計算還原劑的化學計量需求并相應地控制待噴射的脲溶液的量(所謂的“預控制量”)。尤其是基于用過渡金屬交換的沸石的SCR-催化器擁有顯著的儲氨能力，由此這種預控制的變得困難。可以貯存在催化器內的氨量取決于催化器的運行溫度和老化狀態。相應地，根據運行點，噴射的還原劑量的一部分被用于充滿催化器的氨存儲器。通過所述存儲器，尤其是可以通過用從存儲器中解吸的氨還原廢氣中所含的氮氧化物來補償在動態運行時短時間產生的噴射量不足。然后必須通過還原劑過量噴射重新把氨存儲器充滿。

這種催化器的存儲特性使預調器模型最佳匹配變得困難，因為極其難于用數學方式描述在SCR-催化器內的化學-物理過程的復雜性。因此，基于模型來調節還原劑的噴射有缺點，尤其是在發動機瞬態運行時，不能保證在全部的運行點都達到SCR-催化器的最大效率而沒有氨穿透。

從背景技術中已知SCR-系統，在其中氨穿透在SCR-催化器之后借助氨傳感器識別。

因此，WO2010/063566公開了一種氨傳感器的結構和運作方式。

DE10?2006?051?790公開了一種用于凈化內燃機廢氣的廢氣后處理系統，所述系統在廢氣流動方向按下述順序包括：第一氧化催化器，用于把燃料引入廢氣管路的裝置，第二氧化催化器，柴油顆粒過濾器，用于噴射對于有效氮氧化物還原的還原劑的裝置，SCR-催化器和任選的具有氧化催化作用的(氨)阻斷催化器。在SCR-催化器的下游可以設置氨傳感器用于改善調節添加還原劑或用于診斷目的。