[发明专利]减少来自柴油发动机废气的氮氧化物的方法

说明书

为了遵守从2014年开始生效的欧盟和美国从的所谓非道路-柴油发动机排放法规(欧盟IV级或Tier4排放标准(最终))，不可避免的是给这些柴油发动机配置一种废气净化系统。典型的废气净化系统除了包含用于氧化清除一氧化碳和碳氢化合物的柴油氧化催化器和任选的设置在所述柴油氧化催化器下游的柴油颗粒过滤器之外，还包含一个脱氮单元。在商用车领域和非道路领域中为了对柴油发动机废气脱氮，典型的是使用所谓的SCR-催化器(SCR：Selective Catalytic Reduction：选择性催化还原)和用于把氨或可分解成氨的化合物作为还原剂喷射到待净化的废气流中的装置，使用选择性催化还原氮氧化物的单元。优选的还原剂是脲水溶液或氨基甲酸铵溶液，特别优选脲溶液。这样的SCR-单元典型地设置在前置的柴油氧化催化器(DOC)和/或柴油颗粒过滤器(DPF)的下游。

此外，为了满足欧盟IV级或Tier4f排放标准，尤其使用按照EP-B1 054 722的系统或不含柴油颗粒过滤器的系统(只有DOC+SCR)。尤其是在上述“开放的”的系统中，即使在更长的运行时间后也必须在全部的运行点达到最大的SCR-效率，因为在使用不含柴油颗粒过滤器的系统来净化废气的发动机的情况下，如此调整燃烧过程，使得始终尽可能少地出现颗粒排放。这造成明显升高的NO_x-未处理的排放，从而为了达到法定的排放限值，在SCR-单元内的氮氧化物-转化率在系统的整个运行时间必须超过90％。

除了温度和通过SCR-催化器的质量流，SCR-系统的效率还通过位于SCR-催化器之前的NO₂/NO_x的比例和通过喷射的还原剂的量确定。NO₂/NO_x的比例通过前置的废气净化成套设备DOC和/或DPF调节，其中优选达到0.2-0.7，特别优选0.4-0.6的值。

不足地喷射还原剂(例如，α=0.8，其中，α代表位于SCR-催化器之前的待净化的废气内的NH₃/NO_x的摩尔比)导致，相当于还原剂的可用性的理论上可能的氮氧化物转化限制(对于α=0.8则为最大80％的氮氧化物转化率)。通过过量喷射还原剂(α>1)，通过SCR-催化器可达到热动态可行的、最大的氮氧化物转化，所述转化在各自的工况下(废气质量流、温度、SCR上游的NO₂/NO_x)仅通过催化器的物质性质确定。

但是，过量喷射还原剂也可能导致穿过SCR-催化器的氨穿透。因为按照欧盟-危险物质规定，氨是有毒和危害环境的气体，必须绝对避免残余排放。

根据现有技术的系统典型地基于模型调节还原剂喷射量，即，存储在发动机控制设备中的软件以未处理的排放中的NO_x-含量与之前通过试验测得的SCR-催化器在每个可设想的运行点的效率为基础，计算还原剂的化学计量需求并相应地控制待喷射的脲溶液的量(所谓的“预控制量”)。尤其是基于用过渡金属交换的沸石的SCR-催化器拥有显著的储氨能力，由此这种预控制的变得困难。可以贮存在催化器内的氨量取决于催化器的运行温度和老化状态。相应地，根据运行点，喷射的还原剂量的一部分被用于充满催化器的氨存储器。通过所述存储器，尤其是可以通过用从存储器中解吸的氨还原废气中所含的氮氧化物来补偿在动态运行时短时间产生的喷射量不足。然后必须通过还原剂过量喷射重新把氨存储器充满。

这种催化器的存储特性使预调器模型最佳匹配变得困难，因为极其难于用数学方式描述在SCR-催化器内的化学-物理过程的复杂性。因此，基于模型来调节还原剂的喷射有缺点，尤其是在发动机瞬态运行时，不能保证在全部的运行点都达到SCR-催化器的最大效率而没有氨穿透。

从背景技术中已知SCR-系统，在其中氨穿透在SCR-催化器之后借助氨传感器识别。

因此，WO2010/063566公开了一种氨传感器的结构和运作方式。

DE10 2006 051 790公开了一种用于净化内燃机废气的废气后处理系统，所述系统在废气流动方向按下述顺序包括：第一氧化催化器，用于把燃料引入废气管路的装置，第二氧化催化器，柴油颗粒过滤器，用于喷射对于有效氮氧化物还原的还原剂的装置，SCR-催化器和任选的具有氧化催化作用的(氨)阻断催化器。在SCR-催化器的下游可以设置氨传感器用于改善调节添加还原剂或用于诊断目的。