专利名称：用于在废气后处理系统中改善还原剂的水解的方法
技术领域：
本发明的主题是一种按权利要求1前序部分所述的用于在用过量空气运行的内燃机如具有直接喷射系统的柴油机和汽油机中的废气后处理系统中改善还原剂的水解的方法以及一种用于实施所述方法的装置。
背景技术：
除了固体颗粒之外，氧化氮属于受限制的、在燃烧过程中产生的废气成分，并且氧化氮的允许的排放总是被进一步地降低。今天，为了在用在汽车中的内燃机上将这些废气成分降低到最低限度而使用不同的方法。在多数情况下借助于催化器来减少氧化氮，在富含氧气的废气中附加地需要还原剂，用于提高选择性和NOX-转化率(
)。在综合概念SCR-方法下面已经公开这些方法，其中SCR代表“选择性催化还原”。多年以来，在发电厂领域中使用SCR方法并且近年来也将其用在内燃机中。这样的方法的详细介绍可从DE 34 28 232 A1中获知。作为SCR-催化器，可以使用含V2O5的、比如V2O5/WO3/TiO2形式的混合氧化物。典型的V2O5份额在此处于0.2-3％之间。除此以外，作为用于SCR催化器的活性材料，含铁的或含铜的沸石(Zeolithe)也是常用的。
作为还原剂，实际使用固态形式或者溶液形式的氨或者分解出氨的化合物，如尿素或者甲酸铵(Ammoniumformiat)。对于一摩尔一氧化氮的转化来说在此需要一摩尔氨。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (1) 如果在SCR催化器前面连接含铂的、用于形成NO2的NO-氧化催化器 2NO+O2→2NO2 (2) 那就可以显著加速SCR反应并且明显提高低温活性。
NO+2NH3+NO2→2N2+3H2O (3) 按催化器的结构、铂含量及应用情况，所述催化器具有处于180℃-330℃之间的跳动温度。在此将这样的温度称为跳动温度，在该温度时，50％的一氧化氮被氧化成二氧化氮。
在用在汽车中的内燃机上，之所以借助于所述SCR方法难以降低氧化氮，是因为那里存在变化的运行条件，这就使得还原剂的按量进行计量变得困难。虽然一方面应该达到尽可能高的氧化氮转化率，但另一方面应该注意，不会排放未消耗的氨。为避免后者，经常使用布置在所述SCR催化器后面的氨-截止催化器，该氨-截止催化器将过量的氨转化为氮和水蒸汽。在所谓的冷起动时在冷发动机起动后并且由此在非运行发热的后处理系统后面也必须遵守废气排放，所述冷起动带来特殊的问题。
为将固体颗粒降到最低限度，不仅在发电厂领域中而且在汽车中要么使用所谓的颗粒分离器要么使用颗粒过滤器。一种对于在汽车中的应用情况来说典型的、具有颗粒分离器的装置比如在EP 1 072 765A2中得到说明。所述的装置与这样的具有颗粒过滤器的装置的区别在于，所述颗粒分离器的通道的直径比出现的最大颗粒的直径大得多，而在颗粒过滤器中，过滤通道的直径处于颗粒的直径的范围内。由于这种区别，颗粒过滤器存在堵塞危害，这就提高了排气背压并且降低了发动机功率。一种装置和一种方法代替前面所述类型的颗粒分离器使用颗粒过滤器，该装置及方法可从EP 0 341 832 A2中获知。前面所述的装置或者说方法的突出之处在于，相应地布置颗粒分离器或者说颗粒过滤器上游的氧化催化器-大多数是作为活性材料具有铂的催化器-借助于同样包含的剩余氧气使废气中的一氧化氮氧化成二氧化氮，而所述二氧化氮则又在颗粒分离器或者说颗粒过滤器中与碳颗粒一起转化为CO、CO2、N2和NO。通过这种方式，在较低的温度下连续去除积聚的固体颗粒。
2NO2+C→2NO+CO2 (4) NO2+C→NO+CO (5) 2C+2NO2→N2+2CO2 (6) 由此省去再生循环，而在其它装置上则必须麻烦地实施所述再生循环，用于在较高的温度下借助于氧气使含碳的炭黑颗粒在较高的温度下氧化。
为了满足将来适用的排气规定，有必要同时不仅使用用于降低氧化氮排放的装置而且使用用于降低固体颗粒排放的装置。为此，已经用DE 103 48 799 A1及EP 1 054 722 B1公开了不同的装置和方法。
作为用于SCR反应的还原剂，如早已提到的一样，在发电厂领域中氨已经经受考验，不过氨由于其毒性在用在汽车中的内燃机上被无危险的分解出氨的固态或水状的形式的化合物如尿素或甲酸铵所取代。这些材料的分解以及由此氨的释放在所述SCR方法中对该方法的可使用性来说具有决定作用。
在尿素((NH2)2CO)分解成氨(NH3)这个方面已经知道，这在理想的条件下(超过350℃的温度)分两个阶段进行，根据 (NH2)2CO→NH3+HNCO (7) 首先进行热分解，也就是尿素的热分解。随后根据 HNCO+H2O→NH3+CO2 (8) 进行水解，也就是异氰酸(HNCO)分解成氨(NH3)和二氧化碳(CO2)。
因为还原剂在使用今天市场上常见的、被称为AdBlue的33％的水状的尿素溶液时以在水中溶解的形式存在，所以这种水在真正的热分解和水解之前或者过程中必须蒸发。
如果在前面根据(7)和(8)进行的反应中存在的温度低于350℃或者说仅仅缓慢加热，那么从DE 40 38 054 A1中已知，通过根据(7)形成的异氰酸的三聚合(Trimerisierung)按照 3HNCO<350℃-->350℃(HNCO)3 (9) 产生主要是固态的氰尿酸，并且其结果是按照 氰尿酸+NH3→氨基氰尿酸+H2O (10) 产生氨基氰尿酸(Ammelid)，按照 氨基氰尿酸+NH3→二氨基氰尿酸+H2O (11) 产生二氨基氰尿酸(Ammelin)，并且按照 二氨基氰尿酸+NH3→三聚氰胺+H2O (12) 产生三聚氰胺(Melamin)，这些产物会导致后面的排气管路堵塞。象在提到的DE 40 38 054中所解释的一样可以通过以下方式来提供补救措施，即将被加载了还原剂的废气流导送通过尿素分解及水解催化器。废气温度因此可以降低到160℃，自该废气温度起可以进行定量水解。相应的催化器的结构和组成就象装备有水解催化器的SCR催化器系统的结构和功能一样在所提到的公开文献中同样得到说明。作为用于尿素分解及水解催化器的活性成分，使用TiO2和/或SiO2和/或Al2O3和/或沸石。为了缩小所述催化器，但是将在所述催化器中的停留时间保持恒定，如EP 1052009 A1中所示出的一样所述水解催化器经常在从主流中提取的废气支流中运行。在此特别有利的是，尽可能在靠近发动机的地方提取所述废气支流，以便能够使所述水解催化器在高温度水平运行。在装载了废气的内燃机中，有利的是，在涡轮增压器之前就已提取所述废气支流并且在该涡轮增压器的下游又将其导回。相应的装置在DE 10206028 A1、DE 19855384 A1及DE 19960976 A1中得到说明。
如果所述水解催化器比如由于其在温度太低和/或还原剂定量供给量太高时运行而过载，则异氰酸不会成功进行定量水解。这在使用水状的尿素溶液时特别成问题，因为通过水的蒸发附加地从废气中抽走热量并且所述尿素溶液由此而冷却。在一种这样的情况下，如前面所解释的一样，形成在热方面非常稳定的副产品如氰尿酸、氨基氰尿酸、二氨基氰尿酸和三聚氰胺。这些固体材料沉积在所述水解催化器、尿素喷嘴及管道上，从而会导致所述废气流完全闭锁或者说所述SCR系统失灵。只有在450℃-500℃以上这些材料才完全成功分解。不过，现代的柴油机的废气温度由于其高效率通常低于400℃。其结果是，可能形成的沉积物在没有采取附加的措施的情况下无法再次去除。
将废气温度提高到一个相应的水平上的方案，如在DE 3605255 A1中所说明的一样，在于调节发动机参数比如喷射开始或者降低燃料/空气比。
除此以外，可以提高废气中未燃烧的碳氢化合物和/或一氧化碳的份额，用于而后必要时以催化方式使这些材料氧化并且由此提高废气温度。相应的装置和方法可以从DE 102005023398 A1、DE 10323245 A1及DE 60210528 T2中获知。
除了通过放热反应来提高温度水平之外，还从DE 19960976 A1中已知，对水解催化器进行电加热以提高温度。
所有前面用于提高温度的方案的共同点是，它们导致燃料消耗增加并且由此导致内燃机的效率变差。
发明内容
因此，本发明的任务是，在避免内燃机的效率变差的情况下，在所述内燃机的大的工作参数范围内保证在废气后处理系统的支流中运行的水解催化器的功能能力并且除此以外可靠地防止在所述废气支流中或者在该废气支流的下游形成有问题的固体沉积物如氰尿酸、氨基氰尿酸、二氨基氰尿酸和三聚氰胺。
该任务通过一种按权利要求1所述的方法得到解决，权利要求2到8有利地拓展了按本发明的方法，一种用于实施所述方法的装置在权利要求10到19中表征。
按本发明的方法在废气后处理系统中用于氧化氮的选择性的催化还原，其中在所述SCR催化器的上游从所述废气流中分支出比该废气流小的废气支流，在所述废气支流中布置了用于输送还原剂的定量供给装置并且在其下游布置了水解催化器，并且所述废气支流在所述水解催化器的下游且在所述SCR催化器的上游导回到所述废气流中。
本发明基于这样的考虑，即以有利的方式通过对通过所述废气支流导引的废气量的主动控制或调节将在所述水解催化器上的温度保持在预先给定的界限内并且由此在不影响内燃机的效率的情况下避免所述水解催化器的冷却。为此，借助于在所述废气支流中布置在所述水解催化器的上游或下游的、能够触发或调节的节流装置，在低于或者超过所测量的或者间接确定的、在所述水解催化器上的温度阈值或者出现所述内燃机的特定的运行状态时来完全或者部分闭锁或者说打开所述废气支流。
例如，在所述水解催化器的温度低以及在所述水解催化器之前存在高废气温度时以及/或者存在内燃机的导致一种这样的高废气温度的工作参数时，通过所述节流装置的打开来提高所述废气量，用于有利地对所述水解催化器进行加热。在所述水解催化器上的温度低以及/或者存在低废气温度时以及/或者存在所述内燃机的导致低废气温度的工作参数时，通过所述节流装置的部分关闭以有待输入的还原剂量还能允许的程度来降低废气量，用于保证将还原剂按规定接纳到所述废气支流中。由此可以以有利的方式防止所述水解催化器冷却。
此外，对防止所述水解催化器进一步冷却有利的是，如果低于在所述水解催化器上的第一温度阀值，那么作为部分闭锁所述废气支流的补充来触发所述定量供给装置，从而降低或阻止所述还原剂的输送。这一点不依赖于用于氧化氮的完全还原的实际需求而进行。
在低于在所述水解催化器上的下温度阈值时并且在同时存在比预先给定的极限值低的废气温度时，有利的是，完全关闭所述节流装置并且阻止通过所述定量供给装置进行的还原剂输送。
在关闭节流装置并且阻止还原剂输送时，如果所述废气温度上升到高于预先给定的极限值的数值并且/或者存在所述内燃机的导致废气温度出现这种上升的工作参数，那就打开所述节流装置并且释放通过所述定量供给装置进行的还原剂输送，从而对所述水解催化器进行加热。
如果超过预先确定的在所述水解催化器上的上温度阈值，那就可以通过至少部分关闭所述节流装置来如此降低通过所述废气支流导送的废气量，从而避免在所述水解催化器上温度进一步上升，由此可以以有利的方式抑制所述水解催化器的热损坏。
在前面所说明的处理方式中，可以有利地在测量技术上直接借助于温度传感器来确定废气温度和在所述水解催化器上的温度。当然也存在着比如借助于两个用于确定在所述水解催化器之前及之后的废气温度的温度传感器来间接确定在所述水解催化器上的温度的可能性，其中在这种情况下，也可以考虑借助于所述定量供给装置来添加的还原剂量或者说还原剂温度。
此外存在着通过模型来确定所述水解催化器的温度以及废气温度的方案，方法是依赖于内燃机的工作参数如燃料喷射量和/或废气压力和/或增压压力和/或油温和/或发动机冷却剂温度和/或环境温度和/或发动机转速和/或还原剂的定量供给量在基准内燃机上求得在所述水解催化器上的温度分布，并且以特性曲线、组合特性曲线、函数或神经网络的形式保存在所述内燃机的控制仪中。在存在特定的工作参数或者说其时间次序时，那么可以在借助于特性曲线或者组合特性曲线的情况下推断所述水解催化器的温度或者说在所述水解催化器之前及之后的废气温度。
一种用于实施按权利要求1所述方法的有利的装置在所述废气支流中设置了节流装置，其中所述节流装置能够借助于能够由控制单元利用控制信号来加载的驱动装置来驱动。所述控制信号在此有利地依赖于至少一个相当于至少一个预先给定的在所述水解催化器上的温度值的第一信号值和/或至少一个相当于至少一个预先给定的在水解催化器的上游的废气流和/或废气支流中的温度值的第二信号值和/或至少一个相当于所述内燃机的至少一个工作参数的至少一个预先给定的数值的第三信号值由所述控制单元来形成。
为产生控制信号有利的是，借助于所述控制单元来检测传感器信号并将其进行逻辑关联，所述传感器信号则依赖于油门踏板位置和/或燃料喷射量和/或废气压力和/或增压压力和/或油温和/或发动机冷却剂温度和/或环境温度和/或发动机转速和/或还原剂的定量供给量和/或废气温度和/或水解催化器的温度来获得。
所述废气支流中的还原剂的输送可以在所述节流装置的下游不过也可以在其上游进行。优选在所述节流装置的上游进行输送，因为通过借助于节流装置进行的降压降低了气体温度。
可能的用于所述水解催化器的活性成分是钛和/或硅和/或钒和/或钨和/或其氧化物和/或沸石。
所述用于借助于氨来使氧化氮还原的催化器作为活性成分可以包含钒和/或五氧化钒和/或二氧化钛和/或氧化钨和/或含铜的沸石和/或含铁的沸石和/或含钴的沸石。
此外，在所述废气支流中并且还在导回到所述主流中之前安装第二SCR催化器。
所述废气支流可以在废气涡轮增压器的废气涡轮机的上游从所述废气流中提取，用于以有利的方式在所述废气支流中保持尽可能高的温度水平。
为了加速SCR反应，可以在所述废气支流中和/或在废气流中安装含铂金属的催化器用于形成NO2。
另一种可能的装置在于，在所述还原剂的输送点的下游安装用于分离颗粒的装置，从而可以附加地减少颗粒排放。该装置可以布置在所述SCR催化器的上游或下游。
为了有利地提高NOX-转化率，可以如此构造所述水解催化器，使得其借助于氨同时具有用于氧化氮的还原活性。
所述节流装置可以构造为活门或滑阀或针阀或构造为球阀或盘阀，可以用电的、气动的或液压的方式来触发所述节流装置。
下面借助于附图根据几个实施例对本发明进行详细解释。其中 图1是用于改善支流水解的装置， 图2是用于改善用于具有涡轮增压器的内燃机的支流水解的装置。
具体实施例方式 图1示意示出了在商用车中运行的具有支流水解及集成的发动机排气制动器(Motorstaubremse)的废气后处理系统。由内燃机1通过燃烧过程产生的废气-在所有附图中通过箭头来表示-首先作为废气流2到达排气管路中。在那里从所述废气流2中分支出废气支流3，在所述废气支流3中尽可能在靠近发动机的地方向热废气添加还原剂。所述还原剂如在具有SCR催化器的汽车中在实践中常用的一样是水状的尿素溶液。不过，当然也可以设想添加如在有关的专业文献中早已详细说明的一样的固体形式的尿素。所述还原剂的计量通过依赖于所述内燃机1的工作温度借助于电子式控制单元4来控制的计量装置5来进行，所述计量装置5从储备容器6中提取水状的尿素溶液并且通过喷嘴7按所述内燃机1的工作状态以预先给定的量喷入所述废气支流3中。现在，在热废气中在使用水状的尿素溶液的情况下水份额蒸发并且尿素一定根据前面用(7)和(8)所表示的反应转换为氨(NH3)和二氧化碳(CO2)。这在没有附加的辅助手段的情况下在废气温度太低(<350℃)时仅仅不完全地获得成功，取而代之根据(9)会产生氰尿酸且在较小的程度上产生氨基氰尿酸、二氨基氰尿酸和三聚氰胺。为了在很大程度上避免这一点，在用于所述还原剂的输送点的下游并且在将所述废气支流3导回到废气流2中的导回点的上游布置了水解催化器16，由此临界的废气温度下降到大约160℃，自所述临界的废气温度起产生尿素的前面所述的成问题的分解产物。
与所述还原剂的输送点并行地在废气流2中布置了氧化催化器8，该氧化催化器8的任务是，根据前面用(2)表示的反应借助于在废气中存在的过量的氧气将包含在废气中的一氧化氮中的一部分氧化成二氧化氮。在所述氧化催化器8的下游，加载了还原剂的废气支流3又汇入所述废气流2中。
在所述废气支流3汇入废气流2的汇入口的下游进行氧化氮的真正的选择性的催化还原，借助于SCR催化器9将在废气中存在的氧化氮(NOX)的尽可能大的份额在同时保持还原的高选择性的情况下转换为氮和水蒸汽，而没有在废气流中留下过量的氨(NH3)。如果这一点由于比如在高动态的负载变化中出现的还原剂的误计量而不完全获得成功，那就在所述SCR催化器9的下游在废气流中留下过量的氨，因而将所述过量的氨通过布置在所述SCR催化器9后面的NH3-氧化催化器14转换为氮和水蒸汽。
为了部分或者完全闭锁所述废气支流3，在所述还原剂的输送点的上游并且在所述废气支流3的分支点的下游布置了活门形式的节流装置12。因为该节流装置12当然可以不仅仅作为活门实现，而且可以以多种多样的方式实现，比如作为滑阀或者针阀或者作为球阀或者盘阀实现，为了仅仅列举几种可能性，下面使用更为一般的概念，即节流装置。为了关闭或者说打开所述节流装置12，设置了驱动装置13，该驱动装置13本身作用于所述节流装置12并且由控制单元4进行触发。驱动装置13可以是电的、液压的或者气动的驱动装置，所述的驱动装置结合上面所提到的不同的节流装置都是已知的。
为了检测所述水解催化器16的温度，在该水解催化器16上布置了第一温度传感器10，所述废气流2的温度借助于在该废气流2中在所述废气支流3从该废气流2中分支出来的分支点的上游布置的第二温度传感器11来检测。
为探测高负载或者正的或负的负载跃变，设置了与电子式控制单元4相连接的、对油门踏板15a的位置进行探测的油门踏板传感器15。
现在按照按本发明的方法，依赖于加载在所述水解催化器16上的温度、废气温度和/或至少一个工作参数来控制通过所述废气支流导送的废气量，从而防止低于比如160℃的温度极限。为实现这一点，借助于所述第一温度传感器10来检测加载在所述水解催化器16上的温度并且由所述控制单元4与保存在该控制单元4中的第一温度阈值进行比较，用于获得第一信号。此外，通过第二温度传感器11来检测废气温度并且由所述控制单元4与保存在该控制单元4中的第二温度阈值进行比较，用于获得第二信号。如果现在所述第一信号表示在所述水解催化器16上的低温并且所述第二信号表示在所述水解催化器16之前的高废气温度，那么通过所述控制单元4为所述节流装置12的驱动装置13产生触发信号，从而打开所述节流装置12。通过该节流装置12的打开，对所述水解催化器进行加热。如果TiO2以其锐钛矿的形式用作所述水解催化器12的活性成分，那么向上限制所述水解催化器的温度是有意义的。如果在一种这样的情况下催化器温度超过600℃，那就出现从锐矿石到金红石的转化，并且其结果是出现所述水解催化器的活性的下降。此外会导致还原剂的氧化。为避免这一点，在超过在所述水解催化器16上的预先规定的上温度阈值时，也就是如果所述第一信号表示在所述水解催化器16上的太高的温度，那就通过所述控制单元4为所述节流装置12的驱动装置13产生触发信号，使得所述节流装置12部分关闭，从而降低通过废气支流3、3’导送的废气量。由此避免在所述水解催化器16上温度进一步上升。
相反，如果以前面所说明的方式在所述水解催化器16上发现低温并且/或者存在低废气温度，那就通过所述控制单元4及驱动装置13完全或者部分关闭所述节流装置12，用于防止所述水解催化器16冷却。同时，可以不依赖于实际的还原剂需求通过所述控制单元4通过所述计量装置5的相应的触发来部分或完全阻止还原剂输送。
在低于在所述水解催化器16上的下温度阈值时并且在同时存在借助于所述第二温度传感器11探测到的并且借助于所述控制单元4分析的、低于预先给定的极限值的废气温度时，完全关闭所述节流装置12并且通过所述控制单元4及由该控制单元4触发的计量装置5来阻止还原剂的输送。由此将所述水解催化器的进一步的冷却限制在最低限度上。
如果所述控制单元4在所述节流装置12关闭并且还原剂输送被阻止时通过对第二温度传感器11的信号的相应分析发现，所述废气温度上升到一个高于预先给定的极限值的数值，那就通过借助于所述控制单元4对所述驱动装置13进行的相应触发来打开所述节流装置12，并且通过所述计量装置5的相应触发再度释放还原剂的输送。
为了在突然出现负载变化时克服前面所说明的调节的惯性，在此规定，依赖于所述油门踏板15a的位置的时间分析借助于表示所述油门踏板位置的油门踏板传感器15通过所述控制单元4来探测正的和负的负载跃变。如果所发现的负载跃变是正的负载跃变，那就通常通过借助于所述控制单元4对所述驱动装置13进行的相应触发来打开所述节流装置12，因为由于较高的负载，废气温度显著上升，并且这种快速的温度上升在所述节流装置12打开时导致对所述水解催化器16的快速加热。如果相反所述负载跃变是负的并且在所述水解催化器上的温度是低的，那就通过所述控制单元4及驱动装置13至少部分关闭所述节流装置12，用于防止所述水解催化器16加速冷却。
当然也可以通过对不同于油门踏板位置的影响参量的分析来探测负载跃变。因此为发现负载跃变，借助于所述控制单元4对燃料喷射量或增压压力进行分析。
当然也可以由所述控制单元4对其它影响废气温度的工作参数进行分析并且将这些工作参数一同用于确定所述节流装置12的驱动装置13的触发。这样的工作参数比如是燃料喷射量和/或废气压力和/或增压压力和/或油温和/或发动机冷却剂温度和/或环境温度和/或发动机转速和/或还原剂的定量供给量。这些工作参数的时间变化也可以考虑用于所述节流装置12的驱动装置13的触发。
在拥有发动机制动器(在附图中未示出)的内燃机安装在汽车中时，可以通过发动机制动状态的利用来对所述水解催化器进行短期加热。为此，由所述控制单元来检测工作状态“发动机制动器激活”。如果存在发动机制动过程，那么在中断还原剂输送以及中断燃料喷射的情况下所述控制活门保持至少部分打开。通过所述内燃机的压缩功来压缩的废气相应地在排气冲程中被压入从所述废气流中分支出来的废气支流中，使得所述废气支流的温度显著上升。通过发动机制动过程对所述水解催化器进行加热的方案不依赖于所使用的发动机制动器的类型。不仅在如在CH 429298 A中所说明的减压制动器中、在如可从DE 966212 B中获知的发动机排气制动器中或者在如可在DE3904497 C1中得知的由这两种发动机制动器类型构成的组合制动器中，都能够使用这种处理方式。在最后提到的两种发动机制动器类型中，发动机制动板(在附图中没有示出)并行于所述废气支流布置在废气流中，并且所述处于废气支流中的节流装置仅仅稍许打开，以便不影响发动机制动作用。
当然也可以代替借助于所述第二温度传感器11对废气温度进行上面所说明的测量技术上的测定或者说借助于所述第一温度传感器10对所述水解催化器16的温度进行上面所说明的测量技术上的测定这种方式，间接地测定这些温度，为此使用所谓的“模型”。这些模型是保存在内燃机的控制仪中的代表在所述水解催化器上的温度分布和/或废气温度的特性曲线值、组合特性曲线值、数学函数或者神经网络。所述特性曲线值、组合特性曲线值、函数值或来自神经网络的数值在此在准备工作阶段中依赖于内燃机的工作参数如燃料喷射量和/或废气压力和/或增压压力和/或油温和/或发动机冷却剂温度和/或环境温度和/或发动机转速和/或还原剂的定量供给量在基准内燃机上求得。现在为了确定在所述排气管路中或者在水解催化器上的温度，可以借助于所述控制单元4-在存在内燃机的特定的工作参数时-通过由所述控制单元4检测到的工作参数和/或其时间次序和/或其逻辑关联借助于所保存的特性曲线值或组合特性曲线值来间接地确定所述水解催化器的温度和/或在所述水解催化器之前和/或之后的废气温度。
在今天用在汽车中的内燃机上，经常存在至少单级的涡轮增压器装置，该涡轮增压器装置借助于包含在废气流中的废气焓对输送给内燃机的燃烧用空气进行压缩。因此对于废气后处理来说，这提出了问题，因为通过所述废气涡轮增压器的涡轮机流动的废气因这些问题势必显著冷却。如此冷却的废气流尤其在起动运行中并且在下面的部分负载范围内不能为所述还原剂的水解达到足够的废气温度。甚至在使用水解催化器时，在多数情况下所述温度水平也不够。按图2的装置提供用于这种问题的补救措施。在图2中示出的装置与按图1的装置的不同之处在于，涡轮增压器20的涡轮机19布置在所述废气支流3’从废气流2中分支出来的分支点的上游及所述氧化催化器8的上游。来自内燃机1的废气流2因此早在所述废气涡轮增压器20的涡轮机19前面就分支到所述废气支流3’中，而其余的废气则通过所述涡轮机19来导引，通过所述涡轮机19来驱动压缩机21并且然后被输送给布置在后面的氧化催化器8。通过布置所述涡轮机19，使废气支流3’中的温度水平保持高水平，因为没有通过所述涡轮机19进行冷却。
在按图2的实施例中，前面所述的附加的部件相对于结合按图1的实施例所说明的作用原理没有改变所述装置的作用原理，这通过保持附图标记清楚地表明。为避免重复，关于其余的部件的布置以及尤其功能的说明，请参照关于图1的说明。
当然，前面所说明的按图1及2的装置也可以如在按图2的实施例中明确显示的一样与颗粒分离器或颗粒过滤器相组合。在图2中，在所述废气支流3和废气流2的汇合点的下游并且在所述SCR催化器9的上游，颗粒分离器22处于废气流中，该颗粒分离器22使处于废气中的炭黑颗粒积聚。连续地借助于在所述氧化催化器8中按照(2)由NO以及包含在废气中的剩余氧气产生的NO2来清除所积聚的炭黑颗粒，所述NO2使炭黑颗粒按照反应(4)、(5)和(6)氧化成一氧化碳或者说二氧化碳。所述颗粒分离器或者颗粒过滤器也可以布置在不同于上面所说明的位置上，不仅布置在所述SCR催化器的上游也布置在所述SCR催化器的下游。
上面所说明的实施方式当然可以用本领域的技术人员所了解的专业知识以多种多样的方式在不离开基本的发明构思的情况下来进行拓展，所说明的实施方式由此应该仅仅具有示范特征。
权利要求
1.用于在设置用于在用过量空气运行的内燃机(1)的废气中的NOx的选择性的催化还原的废气后处理系统中改善还原剂的水解的方法，其中在SCR催化器(9)的上游从废气流(2)中分支出比该废气流(2)小的废气支流(3、3’)，在所述废气支流(3、3’)中布置了用于输送还原剂的定量供给装置(17)并且在该定量供给装置(17)的下游布置了水解催化器(16)，并且所述废气支流(3、3’)在所述水解催化器(16)的下游并且在所述SCR催化器(9)的上游被导回到所述废气流(2)中，其特征在于，在所述水解催化器(16)上的温度通过对通过所述废气支流(3、3’)导送的废气量的主动控制或调节保持在预先给定的界限内，从而在低于或超过在所述水解催化器(16)上和在所述废气流(2)和/或所述废气支流(3、3’)中所测量的或者间接测定的温度阈值以及/或者出现所述内燃机(1)的特定的工作状态和/或工作状态变化时，能够借助于在所述废气支流(3、3’)中布置在所述水解催化器(16)的上游或下游的节流装置(12)来完全或者部分闭锁或者说打开所述废气支流(3、3’)，所述节流装置(12)的打开程度能够控制和/或调节。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述水解催化器(16)的温度低并且在所述水解催化器(16)之前存在高废气温度并且/或者存在所述内燃机(1)的导致一种这样的高废气温度的工作参数和/或工作参数变化时，通过所述节流装置(12)的打开来提高通过废气支流(3、3’)导送的废气量，用于对所述水解催化器(16)进行加热，并且在所述水解催化器(16)上的温度低并且/或者存在低废气温度并且/或者存在所述内燃机(1)的导致低废气温度的工作参数和/或工作参数变化时，通过所述节流装置(12)的部分关闭以有待输送的还原剂量还允许的程度来降低通过所述废气支流(3、3’)导送的废气量，用于保证按规定将还原剂接纳到所述废气支流(3、3’)中。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，如果低于预先确定的在所述水解催化器(12)上的第一温度阀值，那么作为部分闭锁所述废气支流(3、3’)的补充通过所述定量供给装置(17)的相应触发不依赖于用于氧化氮的完全还原的实际需求来降低或阻止所述还原剂的输送。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在低于预先确定的在所述水解催化器(16)上的下温度阈值时并且在同时存在比预先给定的极限值低的废气温度时，完全关闭所述节流装置(12)并且阻止通过所述定量供给装置(17)进行的还原剂输送。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在关闭所述节流装置(12)并且阻止还原剂的输送时，如果所述废气温度上升到比预先给定的极限值高的数值并且/或者存在所述内燃机(1)的导致废气温度出现这种上升的工作参数和/或工作参数变化，那就打开所述节流装置(12)并且释放通过所述定量供给装置(17)进行的还原剂输送。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在超过预先确定的在所述水解催化器(16)上的上温度阈值时，通过至少部分关闭所述节流装置(12)来降低通过所述废气支流(3、3’)导送的废气量，从而避免在所述水解催化器(16)上温度进一步上升。
7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在测量技术上直接借助于设在所述水解催化器(16)上的温度传感器来检测在该水解催化器(16)上的温度。
8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，间接地借助于两个用于在所述水解催化器(16)之前和之后测定废气温度的温度传感器来确定在所述水解催化器(16)上的温度。
9.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过模型来确定在所述水解催化器(16)上的温度和/或废气温度，其中所述模型包括保存在内燃机的控制仪中的、代表着在所述水解催化器(16)上的温度分布和/或废气温度的特性曲线值、组合特性曲线值、数学函数或神经网络，其中所述温度分布依赖于所述内燃机(1)的工作参数如燃料喷射量和/或废气压力和/或增压压力和/或油温和/或发动机冷却剂温度和/或环境温度和/或发动机转速和/或还原剂的定量供给量在基准内燃机上求得，并且在存在所述内燃机的特定的工作参数和/或其时间次序时，通过与所保存的特性曲线值、组合特性曲线值、数学函数或神经网络之间的逻辑关联来间接地确定所述水解催化器(16)的温度和/或在所述水解催化器(16)之前和/或之后的废气温度。
10.用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法的装置，其中在SCR催化器(9)的上游从所述废气流(2)中分支出比该废气流(2)小的废气支流(3、3’)，在所述废气支流(3、3’)中布置了用于输送还原剂的定量供给装置(17)并且在该定量供给装置(17)的下游布置了水解催化器(16)并且其中所述废气支流(3、3’)在所述水解催化器(16)的下游且在所述SCR催化器(9)的上游导回到所述废气流(2)中，其特征在于，在所述废气支流(3、3’)中设置了节流装置(12)，并且所述节流装置(12)能够借助于由控制单元(4)利用控制信号来触发的驱动装置(13)来驱动，其中所述控制信号依赖于至少一个相当于至少一个预先给定的在所述水解催化器(16)上的温度值的第一信号值和/或至少一个相当于至少一个预先给定的在所述废气流(2)或废气支流(3、3’)中的温度值的第二信号值和/或至少一个相当于所述内燃机(1)的至少一个工作参数的至少一个预先给定的数值和/或其时间变化的第三信号值由所述控制单元(4)来形成。
11.按权利要求9所述的装置，其特征在于，所述SCR催化器(9)作为活性成分包含钒和/或五氧化钒和/或二氧化钛和/或氧化钨和/或含铜的沸石和/或含铁的沸石和/或含钴的沸石。
12.按权利要求9所述的装置，其特征在于，在所述SCR催化器(9)的上游布置了用于形成NO2的氧化催化器(8)。
13.按权利要求11所述的装置，其特征在于，所述氧化催化器(8)作为活性成分包括铂和/或钯和/或铑和/或其氧化物和/或沸石。
14.按权利要求9所述的装置，其特征在于，在所述SCR-催化器(9)的上游或下游布置了用于将颗粒从废气中分离出来的装置。
15.按权利要求9所述的装置，其特征在于，所述水解催化器(16)作为活性成分包括钛和/或硅和/或钒和/或钨和/或其氧化物和/或沸石。
16.按权利要求9所述的装置，其特征在于，所述SCR催化器(9)及所述用于分离颗粒的装置布置在将所述废气支流(3、3’)导回到所述废气流(2)中的导回点的下游。
17.按权利要求9所述的装置，其特征在于，所述用于水解的催化器(16)借助于氨同时具有用于氧化氮的还原活性。
18.按权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制信号由传感器信号构成，而所述传感器信号则依赖于燃料喷射量和/或废气压力和/或增压压力和/或油温和/或发动机冷却剂温度和/或环境温度和/或发动机转速和/或还原剂的定量供给量和/或废气温度和/或水解催化器(16)的温度来获得并且借助于所述控制单元(4)来检测且进行逻辑关联。
19.按权利要求9所述的装置，其特征在于，所述废气支流(3’)从废气流(2)中分支出来的分支点处于至少一个废气涡轮增压器(20)的涡轮机(19)的上游并且在至少一个废气涡轮增压器(20)的至少一个涡轮机(19)的下游将所述废气支流(3’)导回到所述废气流(2)中。
全文摘要
本发明涉及一种用于在废气后处理系统中改善还原剂的水解的方法，其中在水解催化器上的温度通过对通过从废气流中分支出的废气支流导送的废气量的主动控制或调节保持在预先给定的界限内，从而在低于或超过在水解催化器上和在所述废气流和/或所述废气支流中所测量的或者间接测定的温度阈值以及/或者出现所述内燃机的特定的工作状态和/或工作状态变化时，能够借助于在所述废气支流中布置在所述水解催化器的上游或下游的节流装置来完全或者部分闭锁或者说打开所述废气支流，所述节流装置的打开程度能够控制和/或调节。此外本发明还涉及一种用于实施所述方法的装置。
文档编号B01D53/94GK101462023SQ20081018597
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者A·多林 申请人:德国曼商用车辆股份公司