[发明专利]用于SCR-催化器的运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的废气后处理的SCR催化器的运行方法，其中，为了减少废气中的氮氧化物，对还原剂进行添加，并且借助模型计算应添加的还原剂的需要量。

背景技术

已公开一些在其废气区域设置有SCR-催器(Selective Catalytic Reduction-选择催化还原)的内燃机的运行方法和装置。这种催化器在有催化剂的情况下将在内燃机的废气中含有的氮氧化物(NOx)还原成氮。通过这一措施可大大地减少在废气中的氮氧化物。在还原过程中需要氨(NH₃)，将其混合到废气中。将NH₃或者分离NH₃的试剂用作还原剂。通常为此使用水状的尿素溶液。借助一种添加装置在SCR催化器前面将这种尿素溶液喷射到废气管道中。从这种溶液中形成NH₃，它起还原剂的作用。优选地根据发动机的氮氧化物的排放来添加还原剂，并且因此还原剂的添加与发动机的瞬时转速和转矩有关。因此，这种添加优选地根据内燃机的运行特性参数和根据废气特性参数进行。

必须小心地确定还原剂的添加。当添加太少时氮氧化物在SCR催化器中不再能完全地还原。当添加太高时会出现所谓的还原剂的溢出(NH₃-溢出)。这一方面由于氨的挥发会产生臭味，并且另一方面会产生还原剂的消耗不必要的太多的后果。

SCR催化器的效率既和温度有关，也和催化器的NH₃的加料水平，也就是添加的NH₃的量很有关系。SCR催化器通过吸附作用在它的表面上存储一定量的氨。因此，除了直接作为尿素溶液添加的氨外还有存储的氨供氮氧化物的还原使用。这样和排空的催化器相比其效率得到提高。存储情况和催化器的相应的运行温度有关，也就是说，温度越低，存储能力越大。

当催化器将它的存储器完全装满时当负载跃变时会发生NH₃溢出。甚至当不再有还原剂喷入时可能是这种情况。因为通常人们希望取得尽可能高的氮氧化物转化，因此要求在有高的NH₃的加料水平时能使SCR催化器运行。其中，NH₃加料水平表示具有存储的NH₃的SCR-催化器的加料程度。甚至在精确设计的计量量时在不稳定条件的情况下也会突然出现NH₃-溢出。

为了使还原剂的计量最佳化，DE 10 2004 031 624 A1建议一种用于净化内燃机的废气所使用的SCR催化器的运行方法。在这种方法中将对还原剂的加料水平，特别是对NH₃加料水平的控制或者调节规定在一个规定的额定数值上。据说通过这种有针对性的规定额定数值可以保证特别是在内燃机不稳定状态时一方面可提供催化还原氮氧化物足够量的还原剂，并且另一方面也可避免还原剂的溢出。借助一种催化剂模型(SCR模型)求出SCR催化器的催化剂加料水平。在这其中考虑了流入SCR催化器中的NOx质量流、离开SCR催化器的NOx质量流、催化器温度以及在必要时的NH₃溢出。SCR-催化器的效率与催化的活性有关。当运行温度低时催化活性小，随着运行温度的增高它通过最大值，当运行温度进一步增加时其催化活性又下降。如前所述，SCR-催化器的最大可能的催化剂加料水平也和SCR-催化器的运行温度有关。

对还原剂的必要的量的计算要经历大量的误差和偏差。例如发动机的原始的排放、催化器的转化程度，还有计量系统的不精确性都影响计量量的计算。因此要求对催化器的加料水平进行适配。为了能进行适配通常采用NOx传感器。这种传感器检测SCR催化器下游的氮氧化物的量。根据通常的NOx传感器中的测量原理这些传感器显示出一种相对于NH₃的横向敏感性。因此，常规使用的NOx传感器测量出由NOx和NH₃构成的总信号。而SCR-模型只计算SCR-催化器下游的NOx排放。因此和测量的NOx传感器数值的偏差有三个原因：除了作为第一原因的模型不精确(最大到±50ppm)外可能是低估了SCR-催化器的加料水平，并且释放出NH₃(NH₃-溢出)，并且过高估计加料水平，并且因此转化量小和释放出NOx(NOx-溢出)可能是偏差的原因。