[发明专利]诊断选择性催化还原催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种诊断内燃机排气后处理系统的选择性催化还原(SCR)催化剂方法，其中所述排气后处理系统包括SCR催化剂，布置在SCR催化剂上游的还原剂注射器，其用于将还原剂注入废气，和布置在SCR催化剂下游的废气传感器，其中所述传感器对离开所述SCR催化剂的废气中存在的氮氧化物(NO_x)和氨(NH₃)交叉敏感。

本发明例如适用于具有SCR催化剂的车辆，例如工业建筑机械领域内的工作机，特别是轮式装载机和铰接式拖车，以及其它车辆，例如包括被构造为使用柴油机或类似燃料类型的压缩点火发动机提供动力的卡车或公共汽车。

背景技术

汽车市场目前的监管条件已经导致改进燃油经济性和降低目前车辆的排放量的需求日益增加。这些监管条件必须与消费者对车辆高性能和快速响应的需求相平衡。

柴油机对化石能源具有高的效率且是一种最佳的转换器。NO_x排放浓度取决于局部氧原子浓度和局部温度。然而所述高效仅在升高的燃烧温度下是可行的，此时高水平的NO_x是不可避免的。此外，通过内部方式(空气/燃料比)抑制NO_x生成会导致微粒增加的趋势，这被称为NO_x微粒交换。此外，柴油机废气中过量的氧防止了还原NO_x的化学计量三效催化剂(3-way-catalyst)技术的使用，该技术在过去的80年中用于汽油发动机汽车。

减少柴油机废气中的氮氧化物(NO和NO₂，称为NO_x)和微粒物质(PM)，已成为环境保护和节约有限的化石能源供应观念的一个非常重要的问题。

配备柴油或其它稀燃发动机的车辆提供了燃料经济性增加的优点，然而，由于废气中的氧含量高，通过常规手段在这样的系统中催化还原NO_x排放物是困难的。在这方面，已知其中通过将还原剂活性注入进入催化剂的废气混合物中而不断地去除NO_x的选择性催化还原(SCR)催化剂，可以实现高NO_x转化效率。基于尿素的SCR催化剂使用气态氨作为活性NO_x还原剂。通常，将尿素水溶液载在车辆上，且注射系统用来将其供给到进入SCR催化剂的废气流中，在其中分解成氢氰酸(NHCO)和氨气(NH₃)，然后它被用来转化NO_x。

然而，在这样的系统中，必须非常精确地控制尿素注射水平。低注射(Under-injection)尿素可能导致次优的NO_x转化，而过注射(over-injection)可能导致排气管氨泄漏。在一个典型的尿素基SCR催化剂体系中，尿素注射量与废气NO_x浓度成比例，这表示在最大NO_x转化率和最小氨泄漏之间的平衡。

在SCR催化剂中存在吸附氨的情况下，改进SCR催化剂的NOx转化效率，其中吸附氨的水平表示SCR催化剂的储氨水平。通过在SCR催化剂中的氨缓冲物(buffer)，在稳态条件下改进NO_x的转化效率。此外，当还原剂注射可能未准确地跟上瞬态NO_x排放水平时，通过氨缓冲物在瞬态条件期间显著地改进NO_x转化效率。在这种情况下，在SCR催化剂中吸附的氨保证了充分地连续地将NO_x还原到符合监管的排放水平。然而，在特定的操作条件下例如高温度如果太多的氨存储在催化剂中，则催化剂中一些存储氨可能从催化剂中解吸和泄漏或被氧化成NO_x，且由此减小NO_x的整体转化效率。

为了有效地和有规律地实现降低NO_x排放的目的，需要确定SCR催化剂的性能和状态，特别是SCR催化剂的NH₃存储容量。

文献US 2010/0326051显示了一种操作和诊断方法，其中可以计算存储在SCR催化转化器中的总的氨转化量。然而该诊断方法受到在SCR转化器的实际存储容量方面精度相对较低的影响。

因此，需要一种消除上述弊端的用于诊断SCR催化剂的改进方法。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于诊断SCR催化剂的创造性方法，其中至少在一定程度上避免前面提到的问题。通过如下的方法来实现这个目的：