專利名稱：減少排氣中氮氧化物的方法
減少排氣中氮氧化物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于減少內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(特別是柴油發(fā)動機(jī))的排氣中的氮氧化物
的方法和裝置。背景技術(shù)：
用于減少內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣中的氮氧化物的方法是已知的。特別是在柴油車輛 中，至今為止已經(jīng)使用了基于不同運(yùn)轉(zhuǎn)模式的多種催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)。 —種廣泛使用的催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)為稀N0x捕集器(LNT)催化轉(zhuǎn)化器。LNT通常具 有下面的三個主要部分NOx存儲部分，其通常由例如碳酸鋇的鋇化合物組成。同樣也利用 堿金屬和堿土金屬(例如，除鋇之外也可以特別是鉀、銫，或者也可以是鍶和鎂)元素化合 物作為存儲成分介質(zhì)。 LNT也具有N0x氧化部分。N0x以N0和N02的混合物出現(xiàn)在發(fā)動機(jī)排氣中。其作 為硝酸鹽類(N03)存在于在LNT催化轉(zhuǎn)化器中。為了轉(zhuǎn)化為硝酸鹽形態(tài)，NO以及冊2都需 要被氧化(即與來自排氣的氧反應(yīng))。鉑或其它典型的鉑系金屬(也稱為鉑族金屬(PGM) 或貴金屬)為經(jīng)常用于該催化氧化反應(yīng)的金屬。所述金屬可單獨使用或也可以合金形態(tài)使 用。 LNT催化轉(zhuǎn)化器包含還原成分的部分。存儲的再生涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(例如柴油發(fā) 動機(jī))在富燃料工況下的運(yùn)轉(zhuǎn)，即在A < 1時，通過A (lambda)探測器進(jìn)行測量。結(jié)果相 對于實際空氣所需要用于燃燒的燃料有過量的燃料，沒有燃燃的燃料做為還原劑進(jìn)入LNT 催化轉(zhuǎn)化器。例如這些燃燃包括一氧化碳、氫和碳?xì)浠衔?。所述還原劑與NOx反應(yīng)，例如 以吸附成硝酸鹽形態(tài)的N0x反應(yīng)，從而還原氮氧化物成氮氣.銠是通常用在LNT催化轉(zhuǎn)化 器中的貴金屬.除了所述三個構(gòu)成部分外，使用強(qiáng)表面支撐相(surface su卯ort phase) 例如氧化鋁(所有成分通常以分散形態(tài)涂覆至氧化鋁上)以便產(chǎn)生更有活性的表面。同樣 以此方式經(jīng)常涂覆不同的穩(wěn)定組分和所謂的氧存儲材料。 LNT中的鉑和鉑族金屬的另一個作用是與還原劑(例如C0、 H2和HC)的氧化以便 釋放增加LNT催化轉(zhuǎn)化器的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度至去除吸附的硫所需的高溫度所需的熱量。
因此，LNT催化轉(zhuǎn)化器包含用于氧化CO和HC的材料以及用于存儲N0x的材料。然 而，目前N0x的存儲技術(shù)的性能在多個方面受到限制。 例如，柴油發(fā)動機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)中的LNT以稀燃料工況/富燃料工況循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)， 即在稀燃料工況運(yùn)轉(zhuǎn)模式和富燃料工況運(yùn)轉(zhuǎn)模式之間交替。在稀燃料工況期間，在燃料燃 燒期間發(fā)動機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的NOx與NOx存儲成分結(jié)合。由于后者自然地具有有限的存儲能力， 發(fā)動機(jī)以設(shè)定的時間間隔短暫地以富燃料工況運(yùn)轉(zhuǎn)，即對于燃燒空氣，引入至發(fā)動機(jī)內(nèi)的 燃料量比運(yùn)轉(zhuǎn)所需的實際量大得多。關(guān)于A探測器的測量信號，這意味著發(fā)動機(jī)從A > 1 的稀工況轉(zhuǎn)換為A <1的富燃料工況。在富燃料工況期間，通過一氧化碳、氫和碳?xì)浠?物充分還原結(jié)合在NOx存儲成分內(nèi)的氮氧化物以形成氮。 除了 LNT催化轉(zhuǎn)化器，SCR催化轉(zhuǎn)化器在排氣凈化領(lǐng)域也是已知的。選擇性催化
4還原(SCR)指的是燃燒廠、垃圾焚燒廠、氣體渦輪、工廠和發(fā)動機(jī)的排氣中的氮氧化物的選 擇性催化還原技術(shù)。SCR催化轉(zhuǎn)化器處的化學(xué)反應(yīng)是可選擇的，即氮氧化物(NO， N02)優(yōu)先 地被還原，同時充分抑制不期望的副反應(yīng)(例如二氧化硫氧化形成三氧化硫)。
為了反應(yīng)的活性，需要氨(NH》，其中氨混合至排氣中。氮氧化物與氨的均衡反應(yīng) 的產(chǎn)物為水(H20)和氮氣(N2)。存在兩種類型的催化轉(zhuǎn)化器一種類型基本上由二氧化鈦、 五氧化二釩和氧化鎢組成。另一種類型使用沸石。 在柴油車輛中，特別是在多用途車輛中使用SCR方法以還原污染物排放。這樣，沒
有直接地使用所需的氨(即純凈形態(tài))，而是以在工業(yè)中一向稱為AdBlue⑧的32. 5%的尿 素溶液的形式。該成分在德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 70070內(nèi)受到控制。通過例如計量泵或噴射器將溶 液噴射進(jìn)SCR催化轉(zhuǎn)化器上游的排氣區(qū)內(nèi)。作為水解反應(yīng)的結(jié)果，從尿素水溶液中產(chǎn)生氨 和C02。以這樣方式產(chǎn)生的氨能夠在相應(yīng)溫度下在SCR催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)與排氣中的氮氧化物 以上述方式反應(yīng)。 噴射的尿素數(shù)量取決于發(fā)動機(jī)的氮氧化物排放并且因此取決于發(fā)動機(jī)的當(dāng)前旋 轉(zhuǎn)速度和扭矩。取決于未處理的排放，尿素水溶液的消耗約為所使用的柴油燃料的2%至 8%。因此，需要帶有相應(yīng)的存儲器容量，其被部分地認(rèn)為是不利的。特別是，這阻礙了在以 柴油運(yùn)轉(zhuǎn)的乘用機(jī)動車輛中的使用，因為必須提供額外的存儲器。 所需的氨不以純凈形式運(yùn)載的原因是該物質(zhì)是有害的的。氨對皮膚和黏膜(特別 是眼睛)具有腐蝕效應(yīng)并且也會在空氣中形成爆炸混合物。 通過選擇性催化還原，從排氣中去除大量的氮氧化物。同時，其不會消耗額外的燃 料用于還原污染物，這與由于在運(yùn)轉(zhuǎn)中其需要間歇地偏離最佳燃料條件這一事實而產(chǎn)生了 額外燃料消耗的柴油微粒過濾器(DPF)或上述的LNT不同。例如在載重車輛中，使用SCR 技術(shù)的缺點產(chǎn)生自所需的AdBlue⑧形式的氨。 后者必須裝載在高級金屬或塑料箱內(nèi)作為額外的運(yùn)轉(zhuǎn)液體并且必須連續(xù)地噴射 進(jìn)排氣流中。除了 SCR催化轉(zhuǎn)化器和噴射系統(tǒng)，這使得除了柴油存儲器之外的另一個通常 較小的存儲器成為必要。 另一個缺點在于必須以可變的方式噴射AdBlue⑧。迄今為止需要所述AdBlue⑧:
通過進(jìn)給比適應(yīng)排氣質(zhì)量流中的NOx。這樣，如果給量過多的尿素，則由其形成的氨不再與 N0x反應(yīng)。在這種不正確的給量情況下，氨能夠進(jìn)入周圍環(huán)境中。由于即使非常小的濃度的
氨也會被感覺到，這會導(dǎo)致令人不舒服的味道。 另一個問題最終在于在當(dāng)前不能夠確保AdBlue⑧的大的地理范圍內(nèi)供應(yīng)。 最后，已知能夠?qū)NT和SCR催化轉(zhuǎn)化器以串聯(lián)的方式特別是以將LNT在排氣流 方向上設(shè)置在SCR催化轉(zhuǎn)化器的上游這種方式放置在排氣管路中。這種布置能夠確保未 由LNT催化轉(zhuǎn)化器攔截的氮氧化物在SCR催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)被中和。早先嘗試從燃料中而非從 AdBlue⑧中直接產(chǎn)生的氨來運(yùn)轉(zhuǎn)SCR催化轉(zhuǎn)化器迄今為止是不成功的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠從排氣，尤其是在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣，特別 是在柴油發(fā)動機(jī)的排氣中去除氮氧化物的改進(jìn)的方法。 通過所述方法實現(xiàn)所述目的，即在具有LNT催化轉(zhuǎn)化器和SCR催化轉(zhuǎn)化器的排氣系統(tǒng)中，從燃料中直接產(chǎn)生氨并且存儲在該SCR催化轉(zhuǎn)化器中，通過位于LNT催化轉(zhuǎn)化器和 SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的A探測器控制或測量氨形成。相應(yīng)地不再一定需要外部氨源。
因此，本發(fā)明的第一方面為一種減少排氣，尤其是具有排氣凈化裝置的內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)的排氣，特別是柴油發(fā)動機(jī)的排氣中的氮氧化物的方法，該排氣凈化裝置包含至少一個 LNT催化轉(zhuǎn)化器和設(shè)置在排氣流方向上所述LNT催化轉(zhuǎn)化器下游的至少一個SCR催化轉(zhuǎn)化 器以及位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化器和所述SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的至少一個A探測器；其特征 在于，在富燃料工況下所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)產(chǎn)生氨，所述氨能夠存儲在所述SCR催化轉(zhuǎn) 化器(3)內(nèi)并且能夠在SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)與來自所述排氣的氮氧化物反應(yīng)；基于位于所 述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)和所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)之間的A探測器(5)的信號確定或控 制所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)內(nèi)產(chǎn)生的氨。 本發(fā)明基于該LNT催化轉(zhuǎn)化器能夠在富燃料工況(富燃料循環(huán))期間的特定工況 下產(chǎn)生氨的原理。該工況為例如富燃料運(yùn)轉(zhuǎn)模式的持續(xù)時間、LNT的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度、排氣在LNT 內(nèi)的空間速度或這些的組合。該LNT的老化狀態(tài)也對LNT催化轉(zhuǎn)化器的氨形成具有影響。
依照本發(fā)明的方法可用于凈化所有含有氮氧化物的排氣。所述排氣也應(yīng)該具有能 夠從排氣的其它成分合成氨的可能性，即所述排氣應(yīng)該具有自由態(tài)或結(jié)合態(tài)的氫，例如作 為112，、1120或其它形態(tài)的碳?xì)浠衔?簡寫為HC)。合成氨所需的氮來自于存在的N2或從 氮氧化物自身。氨的產(chǎn)生例如依照下面的反應(yīng)式發(fā)生
N2+3H2 — 2NH3
2N0+5H2 — 2NH3+2H20
2N02+7H2 — 2NH3+4H20
2N0+5C0+3H20 — 2NH3+5C02
2N02+7C0+3H20 — 2NH3+7C02 在本發(fā)明的背景下，對物質(zhì)數(shù)量的措詞"確定"應(yīng)理解意為直接的或間接的測量或 者通過數(shù)學(xué)模擬估計或計算各個物質(zhì)。因此，可能作為用于間接測量的示例以在富燃料工 況期間通過對位于LNT和SCR之間的A探測器在富燃料工況脈沖持續(xù)時間記錄的信號進(jìn) 行積分來確定由LNT催化轉(zhuǎn)化器釋放的氨數(shù)量。 對于通過數(shù)學(xué)模擬的估計，能夠測試參考系統(tǒng)及其在不同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的特性，在 控制單元里執(zhí)行的結(jié)果能夠隨后在例如具有類似發(fā)動機(jī)和排氣凈化系統(tǒng)的車輛的連續(xù)生 產(chǎn)中使用。 通常僅在足以將存儲在LNT內(nèi)的氮氧化物盡可能地轉(zhuǎn)化為氮的時間周期內(nèi)執(zhí)行 柴油發(fā)動機(jī)的富燃料工況。出于節(jié)省燃料的目的，尋求在時間方面盡可能短地保持所述富 燃料工況。 然而，在本發(fā)明的情況中，發(fā)現(xiàn)比常規(guī)更長時間地執(zhí)行富燃料工況能導(dǎo)致存儲氨 產(chǎn)生，產(chǎn)生的氨能存儲在SCR催化轉(zhuǎn)化器下游內(nèi)。如果氮氧化物在設(shè)置在富燃料工況之后 的稀燃料工況期間內(nèi)通過LNT，則所述氮氧化物隨后通過SCR內(nèi)存儲的氨成比例地反應(yīng)形 成氮。 通過依照本發(fā)明位于LNT和SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的A探測器，能夠確定LNT催化 轉(zhuǎn)化器的氨形成并且以這樣的方式修改例如富燃料工況的持續(xù)時間直至達(dá)到SCR催化轉(zhuǎn) 化器所需氨的負(fù)載密度。出于該目的，考慮以所述確定穿過LNT催化轉(zhuǎn)化器的還原劑的出現(xiàn)的A探測器的信號作為氨形成的測量。因此，能夠在所述測量值的基礎(chǔ)上，通過例如延 長富燃料工況階段來增大氨形成的變量并以這種方法進(jìn)行控制。 這樣，通過連接至位于LNT和SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的入探測器的控制裝置在運(yùn)轉(zhuǎn) 期間執(zhí)行控制?？刂蒲b置能夠記錄并且處理來自A探測器的測量信號，其中可以控制命令 的形式執(zhí)行該處理。例如可將所述控制命令傳送至發(fā)動機(jī)控制器，并且從而調(diào)節(jié)富燃料工 況的長度。 依照本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于由于對于依照本發(fā)明的SCR催化轉(zhuǎn)化器的運(yùn)轉(zhuǎn)不
需要例如以AdBlue⑧形式的外部氨源，因此非常有效的SCR催化轉(zhuǎn)化器可例如直接使用在
乘用機(jī)動車輛中。 由于使用SCR催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)果，因為此時部分氮氧化物通過SCR催化轉(zhuǎn)化器中 和，所以LNT催化轉(zhuǎn)化器能夠被設(shè)計得更小。這具有相當(dāng)大的成本優(yōu)勢，因為與LNT催化轉(zhuǎn) 化器相反，SCR催化轉(zhuǎn)化器通常不具有任何貴金屬，并從而更加便宜。 依照本發(fā)明的方法還確保，即使LNT催化轉(zhuǎn)化器逐漸老化和可能相關(guān)聯(lián)的氮氧化 物釋放增加，仍然能夠去除所述氮氧化物，因為該方法允許LNT內(nèi)相應(yīng)的調(diào)整的氨產(chǎn)生調(diào) 整，其能夠隨后去除SCR內(nèi)的氮氧化物。 而且，在本發(fā)明發(fā)現(xiàn)LNT催化轉(zhuǎn)化器的氨釋放隨著逐漸老化而增加。這樣，LNT催 化轉(zhuǎn)化器關(guān)于NOx轉(zhuǎn)化的性能的降低能夠在被控制為相應(yīng)長的持續(xù)時間的富燃料工況下 通過其增加的氨產(chǎn)生自動地得到補(bǔ)償。 在依照本發(fā)明的方法，除了一個或多個A探測器，在排氣系統(tǒng)中還使用其它傳感 器特別是氣體傳感器較為有利。例如優(yōu)選地使用一個或多個NOx傳感器。后者可定位于 LNT和SCR催化轉(zhuǎn)化器之間、LNT催化轉(zhuǎn)化器的上游和/或SCR催化轉(zhuǎn)化器的下游。所述傳 感器同樣優(yōu)選地連接至A探測器連接的控制裝置。額外的傳感器的信號隨后可同樣用于 控制氨的產(chǎn)量。而且，一些NOx傳感器也能夠探測除NOx之外的氨。這樣，能夠確定排氣流 中的氮混合物，即NOx加上NH3的總量。 依照本發(fā)明的方法的一個改進(jìn)在于引導(dǎo)排氣流經(jīng)過位于LNT催化轉(zhuǎn)化器上游的 至少另一個A探測器。這樣，可以甚至更大的精確度執(zhí)行依照本發(fā)明的方法是可能的，因 為兩個A探測器的設(shè)置， 一個在LNT的上游并且另一個在LNT和SCR之間，比較測量LNT 的上游排氣和下游排氣是可能的。通過這樣的設(shè)置，例如通過計算兩個A探測器在富燃料 工況的持續(xù)時間的集成的信號之間的差別以確定LNT催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)已經(jīng)消耗的還原劑的 比例是可能的。這提供了催化轉(zhuǎn)化器負(fù)載水平有關(guān)的信息并且在某種程序上也有關(guān)于LNT 催化轉(zhuǎn)化器的老化狀態(tài)的信息。 依照本發(fā)明的方法的一個具體的優(yōu)選實施例，通過使位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化器 (2)和所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)之間的A探測器(5)的信號對于在A = 1時的所述A探 測器(5)的信號進(jìn)行積分執(zhí)行對所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)的氨形成的確定和/或控制。這 是特別有利的，因為以這樣的方式能夠通過測量A探測器的信號間接地確定氨產(chǎn)生的數(shù) 量。出于該目的，在富燃料工況的持續(xù)時間內(nèi)對A探測器的信號積分。
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NH3(mols) = f (Reductantd。wnLNT) 其中ReduCtantd。wnLNT為通過A探測器在LNT催化轉(zhuǎn)化器下游測量的以Mol (摩 爾)為單位的還原劑量。
/^,,為流進(jìn)發(fā)動機(jī)內(nèi)的空氣質(zhì)量流量(kg/h)
MDiesel為柴油燃料的分子量 X D。wnLNT為LNT和SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的A信號 AFst。ich為化學(xué)計量燃料/空氣比(在柴油的情況下為1 : 14. 56) 產(chǎn)生的氨數(shù)量相應(yīng)地為通過A探測器測量LNT催化轉(zhuǎn)化器下游的還原劑數(shù)量的
函數(shù)。這樣，因此能夠從位于LNT和SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的A探測器的信號間接地確定氨數(shù)量。 所述方法的變形例具體優(yōu)選地使用兩個A探測器實施，第一 A探測器位于LNT 和SCR催化轉(zhuǎn)化器之間并且第二 A探測器位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化器上游。這樣，通過比較 積分的A探測器信號，除了NH3信息，還能夠確定由位于LNT催化轉(zhuǎn)化器上游的A探測器 探測的在富燃料工況期間用于還原LNT催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)存儲的NOx已經(jīng)消耗掉的還原劑(HC、 C0、H2等)的比例。 依照本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選實施例的特征在于，通過在富燃料工況之前確定 LNT催化轉(zhuǎn)化器的NOx負(fù)載水平來執(zhí)行對LNT催化轉(zhuǎn)化器的氨形成的確定和/或控制。如 上所述，能夠利用延長富燃料工況用于可控的氨的生成。 在本發(fā)明中，可隨后以可變的時間間隔，對于比用于將LNT催化轉(zhuǎn)化器的負(fù)載水 平的還原至特定值(例如大約為零)所需的更長的時間執(zhí)行富燃料工況。此時，產(chǎn)生了特 定的氨量，可根據(jù)LNT催化轉(zhuǎn)化器關(guān)于在相應(yīng)催化轉(zhuǎn)化器溫度下的氨的合成的催化特性確 定氨量。出于該目的，可使用測試發(fā)動機(jī)以多種工況精確測量參照催化轉(zhuǎn)化器的催化活性， 并且該測試結(jié)果能夠存儲為用于控制的參考值。 依照本發(fā)明的方法的一個改進(jìn)之處在于，通過確定LNT催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的空間速度 執(zhí)行確定和/或控制LNT催化轉(zhuǎn)化器的氨形成。在本發(fā)明的發(fā)展的背景之下，發(fā)現(xiàn)LNT催 化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的排氣的空間速度影響氨形成。 如上所述根據(jù)由發(fā)動機(jī)和催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)組成的參考系統(tǒng)關(guān)于富燃料工況的持 續(xù)時間可確定空間速度量化影響，并且能夠例如在控制單元內(nèi)存儲為用于執(zhí)行依照本發(fā)明 的方法的參考值?？赏ㄟ^車輛運(yùn)轉(zhuǎn)期間的發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度和LNT催化轉(zhuǎn)化器的體積和截面 確定空間速度。 對于執(zhí)行依照本發(fā)明的方法的另一個可能性為通過確定LNT催化轉(zhuǎn)化器的溫度 執(zhí)行對LNT催化轉(zhuǎn)化器的氨形成的確定和/或控制。如上所述，每一個各自的催化轉(zhuǎn)化器 材料的氨合成的催化活性依賴于反應(yīng)溫度。因此最優(yōu)反應(yīng)溫度例如在鉑和鉑_銥合金之間 不同。這樣，也能夠根據(jù)參考系統(tǒng)記錄隨后用于控制的參考值。這樣，例如可確定在一定運(yùn) 轉(zhuǎn)溫度下特定LNT催化轉(zhuǎn)化器在一定的富燃料工況持續(xù)時期下獲得的氨量。
另一同樣優(yōu)選方法變形例的特征在于，通過確定LNT催化轉(zhuǎn)化器的老化狀態(tài)執(zhí)行 對LNT催化轉(zhuǎn)化器的氨形成的確定和/或控制。由于LNT的逐漸老化，其在稀燃料工況下 的NOx存儲能力和在富燃料工況下的NOx還原效果進(jìn)一步減小。其直接結(jié)果是，其會在稀 燃料工況下導(dǎo)致通過LNT催化轉(zhuǎn)化器的NOx的數(shù)量增加。同樣在富燃料工況下LNT不再能夠充分地還原含有的N0x。 然而，依照本發(fā)明的方法使得能夠通過控制氨合成和所述合成的氨進(jìn)入到SCR催 化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的氨存儲以基本上補(bǔ)償LNT催化轉(zhuǎn)化器對于NOx還原的性能減小，并且以此方 法確保車輛的環(huán)境相容性達(dá)到高公里指數(shù)。通過用于LNT和SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的A探 測器，特別是與設(shè)置在催化轉(zhuǎn)化器上游的另外的A探測器相結(jié)合，能夠監(jiān)視催化轉(zhuǎn)化器的 老化狀態(tài)，通過對氨產(chǎn)量的調(diào)節(jié)，例如通過增加富燃料工況的持續(xù)時間，以最終減少NOx的 釋放。在這一點上，使用另外的氣體傳感器，特別是NOx氣體傳感器同樣是有利的。
因為通過該第二 A探測器能夠特別可靠地執(zhí)行確定催化轉(zhuǎn)化器的老化狀態(tài)，所 述方法是優(yōu)選的。這樣，引導(dǎo)排氣流通過位于LNT催化轉(zhuǎn)化器上游的至少一個另外的A探 測器引導(dǎo)排氣流，并且隨后通過LNT催化轉(zhuǎn)化器的上游的A探測器的信號與位于LNT和 SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的A探測器的信號之間的差異來確定LNT催化轉(zhuǎn)化器的老化狀態(tài)。 以此方法，能夠確定用于還原存儲在LNT催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的氮氧化物已經(jīng)消耗的還原劑的比 例。 依照本發(fā)明的方法的另一個實施例，所述方法用于確定和/或控制SCR催化轉(zhuǎn)化 器的氨負(fù)載。根據(jù)參考模型，能夠提前確定在使用的SCR催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的多少的氨數(shù)量在 多高的溫度下導(dǎo)致多高的負(fù)載水平。所述結(jié)果能夠隨后在依照本發(fā)明的方法中使用以控制 該富燃料工況的持續(xù)時間，以這樣的方法一定的氨量由LNT催化轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生，該氨量使SCR 催化轉(zhuǎn)化器負(fù)載達(dá)到其最大值，或任何其它所需限定_負(fù)載水平。 對于確定和/或控制SCR催化轉(zhuǎn)化器的氨負(fù)載，優(yōu)選地通過將位于LNT催化轉(zhuǎn)化 器和SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的A探測器的信號對于A = 1時的所述A探測器的信號進(jìn)行積 分以執(zhí)行確定低于LNT催化轉(zhuǎn)化器的HC和/或CO排放。出于該目的，如上所述，通過之前 已經(jīng)在模型系統(tǒng)中測量的測量值確定在富燃料運(yùn)轉(zhuǎn)階段期間的氨合成數(shù)量，并且確定SCR 催化轉(zhuǎn)化器的負(fù)載水平。同樣地，能夠通過使用SCR催化轉(zhuǎn)化器下游的氣體傳感器以確定 在SCR催化轉(zhuǎn)化器下游探測的氨之前，即在SCR催化轉(zhuǎn)化器達(dá)到其能力極限之前有多少氨 能夠被SCR催化轉(zhuǎn)化器吸收。 可優(yōu)選地通過在位于LNT和SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的入探測器，也優(yōu)選地結(jié)合定位 于LNT催化轉(zhuǎn)化器上游的另外的A探測器在富燃料工況的脈沖持續(xù)時間記錄的信號積分， 確定和/或控制SCR催化轉(zhuǎn)化器的氨負(fù)載。 不同的方法變形例可單獨地執(zhí)行或也可與任何所需方式彼此結(jié)合執(zhí)行。 本發(fā)明的另一個主題為一種用于執(zhí)行如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法的裝
置，包含具有至少一個LNT催化轉(zhuǎn)化器和具有設(shè)置在排氣流方向上所述LNT催化轉(zhuǎn)化器下
游的至少一個SCR催化轉(zhuǎn)化器以及具有位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化器和所述SCR催化轉(zhuǎn)化器之
間的至少一個A探測器并且具有控制裝置的排氣凈化裝置，其特征在于，所述控制裝置至
少連接至位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化器和所述SCR催化轉(zhuǎn)化器之間的所述A探測器，并且所述
控制裝置還具有用于控制和/或確定所述LNT催化轉(zhuǎn)化器的氨形成的裝置。 例如可這樣實現(xiàn)所述裝置根據(jù)所需氨數(shù)量的函數(shù)特別是根據(jù)A探測器測量信
號以及兩個A探測器的測量信號之間的差異的函數(shù)對發(fā)動機(jī)控制器作出干預(yù)以便控制富
燃料工況的持續(xù)時間，其中第一個A探測器設(shè)置在LNT上游并且第二個A探測器設(shè)置在
LNT和SCR之間。同樣，這里能夠考慮另外的傳感器的信號，例如另外的NOx傳感器的信號，
9特別是那種還能夠探測除N0x之外的氨的NOx傳感器。

通過示例在附圖的基礎(chǔ)上更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
圖1顯示了優(yōu)選的排氣凈化裝置的設(shè)計。 圖2顯示了通過依照圖1中的設(shè)計中的A探測器信號的積分確定產(chǎn)生的NH3。
圖3顯示了 LNT催化轉(zhuǎn)化器的老化在120/10的稀燃料工況/富燃料工況下對NOx 傳感器信號和A探測器信號的影響。 圖4顯示了 LNT催化轉(zhuǎn)化器的老化在120/16的稀燃料工況/富燃料工況下對NOx 傳感器信號和A探測器信號的影響。 圖5顯示了 LNT催化轉(zhuǎn)化器的老化對NH3形成的影響。 圖6顯示了 NOx與根據(jù)先前負(fù)載的函數(shù)的LNT催化轉(zhuǎn)化器的NH3形成依賴關(guān)系。
圖7顯示了在LNT催化轉(zhuǎn)化器的不同老化狀態(tài)下的富燃料工況運(yùn)轉(zhuǎn)模式的持續(xù)時 間的決定性影響。
具體實施方式
圖1顯示了用于執(zhí)行依照具有排氣凈化裝置的本發(fā)明的方法的有利設(shè)計，該排氣 凈化裝置具有在排氣流方向上由箭頭指示的首先連接至LNT催化轉(zhuǎn)化器2以及下游的SCR 催化轉(zhuǎn)化器3的排氣管路1。第一 A探測器4位于LNT催化轉(zhuǎn)化器2的上游，并且第二入 探測器5位于LNT和SCR催化轉(zhuǎn)化器2和3之間。所述兩個A探測器4和5在運(yùn)轉(zhuǎn)期間 輸出連續(xù)的測量信號，其中測量信號被記錄、處理并且如果合適的話通過連接至兩個A探 測器的控制裝置6轉(zhuǎn)換為用于發(fā)動機(jī)控制器的控制信號，例如用于限定富燃料工況的持續(xù) 時間。 圖2的上部顯示了說明了兩個A探測器4和5的測量信號一個在另一個上面的 圖表?？梢郧宄乜闯龅诙?A探測器5在比位于LNT催化轉(zhuǎn)化器2的上游的第一 A探測 器4遲相當(dāng)長的時間才首次探測到還原劑的出現(xiàn)。其原因在于在還原劑穿過LNT催化轉(zhuǎn)化 器2之前還原劑首先消耗用于還原LNT催化轉(zhuǎn)化器2內(nèi)含有的氮氧化物。這是氧存儲能力 耗盡的指示，并且因此在排氣中不會再有任何的氧。此時LNT催化轉(zhuǎn)化器2產(chǎn)生氨。產(chǎn)生 的氨數(shù)量能夠通過如圖2中下方的圖表所說明的第二 A探測器5的信號的積分確定，因為 氨的數(shù)量為在LNT催化轉(zhuǎn)化器2下游探測到的還原劑的數(shù)量的函數(shù)。 圖3和4顯示了 LNT催化轉(zhuǎn)化器2的老化行為以及在圖3的120/10的稀燃料工 況/富燃料工況和圖4的120/16的稀燃料況/富燃料況內(nèi)該老化對NOx傳感器的信號和 入探測器的信號的影響。上方曲線說明了各自的A探測器的信號，并且下曲線說明了各自 的NOx傳感器的信號。 圖3可以看出，經(jīng)過模擬30000km的運(yùn)轉(zhuǎn)時間周期，LNT催化轉(zhuǎn)化器的NOx還原能 力僅有較小程度的減小。從兩個圖示說明可以清楚地看出，在圖4中的更長持續(xù)時間的富 燃料工況階段，NOx傳感器的信號相當(dāng)快地上升，其歸因于NOx傳感器不僅探測NOx還探測 NH3。相對于如圖3所示的120/10的工況，如圖4所說明更長的120/16的富燃料工況的結(jié) 果，可以看出隨著LNT催化轉(zhuǎn)化器的漸進(jìn)的老化，圖4的工況關(guān)于NH3形成的活性相當(dāng)快地上升，而在圖3中看出關(guān)于N0x轉(zhuǎn)化顯然地僅輕微減少。 "MEXATP"所指示的曲線為通過排放分析裝置(例如Horiba化學(xué)發(fā)光探測器)測 量的實際排放值。 因此從所述附圖(圖3和圖4)可以看出在較長的富燃料工況，LNT和SCR催化轉(zhuǎn) 化器的組合(SCR用于存儲釋放的氨)帶來了好處，特別是在LNT催化轉(zhuǎn)化器的逐漸老化的 情況。這是因為LNT催化轉(zhuǎn)化器關(guān)于NOx轉(zhuǎn)化性能的降低能夠通過隨著漸進(jìn)的老化而增加 的氨產(chǎn)量得到補(bǔ)償，通過在富燃料工況期間將產(chǎn)生的氨存儲在下游SCR催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)這一 優(yōu)點，這樣能夠在稀燃料工況期間以有效的方式成比例地將穿過LNT催化轉(zhuǎn)化器的氮氧化 物從排氣中去除。 在圖5中再次說明了關(guān)于在富燃料工況下穿過LNT催化轉(zhuǎn)化器的還原劑數(shù)量的老 化行為。在該圖中，可以看出，隨著模擬行駛距離漸進(jìn)，通過固定在LNT和SCR催化轉(zhuǎn)化器 之間的A探測器探測到的還原劑數(shù)量上升。 圖6也顯示了氮氧化物與根據(jù)先前負(fù)載的函數(shù)的LNT催化轉(zhuǎn)化器的氨形成的依賴
關(guān)系?？梢钥闯鯨NT催化轉(zhuǎn)化器的更高的先前負(fù)載也導(dǎo)致氨產(chǎn)量的增加。 圖7顯示了在LNT催化轉(zhuǎn)化器的富燃料工況的持續(xù)時間函數(shù)對氨形成的影響。
權(quán)利要求
一種用于減少具有排氣凈化裝置的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣中的氮氧化物的方法，所述排氣凈化裝置包含至少一個LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)和設(shè)置在排氣流方向上的所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)下游的至少一個SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)以及位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)和所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)之間的至少一個λ探測器(5)；其特征在于，在富燃料工況下所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)產(chǎn)生氨，所述氨能夠存儲在所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)內(nèi)并且能夠在SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)與來自所述排氣的氮氧化物反應(yīng)；基于位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)和所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)之間的λ探測器(5)的信號確定或控制所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)內(nèi)產(chǎn)生的氨。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)是柴油發(fā)動機(jī)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，弓I導(dǎo)所述排氣流經(jīng)過位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化 器(2)上游的至少另一個A探測器(4)。
4. 如權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，通過將位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)和 所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)之間的A探測器(5)的信號對于在A = 1時的所述A探測器 (5)的信號進(jìn)行積分確定和/或控制所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)產(chǎn)生的氨。
5. 如前述權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，通過在所述富燃料工況之前確定所 述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)的NOx負(fù)載水平的來確定和/或控制所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)產(chǎn)生 的氨形。
6. 如前述權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，通過確定所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2) 內(nèi)的空間速度來確定和/或控制所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)產(chǎn)生的氨。
7. 如前述權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，通過所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)內(nèi)的 溫度的確定來確定和/或控制所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)產(chǎn)生的氨。
8. 如前述權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于，通過所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)內(nèi)的 老化狀態(tài)的來確定和/或控制所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)產(chǎn)生的氨。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，首先引導(dǎo)所述排氣流經(jīng)過位于所述LNT催 化轉(zhuǎn)化器(2)上游的至少另一個A探測器(4)，通過所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)上游的A探 測器(4)的信號與所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)和所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)之間的A探測器 (5)的信號之間的差別確定所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)的老化狀態(tài)。
10. 如前述權(quán)利要求中1至3所述的方法，其特征在于，所述方法用于確定和/或控制 所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)的氨負(fù)載。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過使位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)和 所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)之間的A探測器(5)的信號對于在A = 1時的所述A探測器(5) 的信號進(jìn)行積分執(zhí)行對所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)之下的所述HC和/或CO排放的額外 的確定。
12. —種用于執(zhí)行如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括排氣凈 化裝置，所述氣凈化裝置包含具有至少一個LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)、具有設(shè)置在排氣流方向上 的所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)下游的至少一個SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)、具有位于所述LNT催化 轉(zhuǎn)化器(2)和所述SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)之間的至少一個A探測器(5)、并且具有控制裝置(6) ，其特征在于，所述控制裝置(6)至少連接至位于所述LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)和所述SCR催化轉(zhuǎn)化器 (3)之間的所述A探測器(5)，并且所述控制裝置(6)還具有用于控制和/或確定所述LNT 催化轉(zhuǎn)化器(2)產(chǎn)生的氨的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于減少排氣，尤其是具有排氣凈化裝置的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣，特別是柴油發(fā)動機(jī)的排氣中的氮氧化物的方法。出于該目的，在具有LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)和SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)的排氣系統(tǒng)中，從燃料中直接產(chǎn)生氨并且存儲在該SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)中，通過位于以及位于該LNT催化轉(zhuǎn)化器(2)和該SCR催化轉(zhuǎn)化器(3)之間的λ探測器(5)控制或測量氨形成。通過這種方法本發(fā)明不再一定需要外部氨源。
文檔編號B01D53/94GK101737129SQ20091022244
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者F·林岑, M·巴萊諾維奇, M·施耐德, Y·雅庫珀 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司