用於運行scr催化轉換器的方法
2023-12-10 08:51:37
專利名稱：用於運行scr催化轉換器的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於運行設置在內燃機排氣系中的SCR催化轉換器的方法，在該方法中，在SCR催化轉換器的上遊按照需求將液態的還原劑溶液置入排氣系。本發明還涉及一種用於SCR催化轉換器系統的計量裝置，該SCR催化轉換器系統適用於實施所述方法。
背景技術：
已公開了一些用於運行內燃機的方法和設備，SCR (選擇性催化還原)催化轉換器設置在內燃機的排氣區域中，該SCR催化轉換器將含在內燃機排氣中的氮氧化物(NOx)用還原劑還原成氮氣。由此大幅減小排氣中的氮氧化物濃度。在反應過程中需要將氨(NH3)混入排氣。使用NH3或能分離出NH3的試劑作為還原劑。為此常使用藉助計量裝置在SCR催化轉換器上遊注入排氣系的尿素水溶液。從該溶液中形成作為還原劑的NH3。還原劑的計量優選根據發動機的氮氧化物排放量進行，並因而與發動機的瞬時轉速以及扭矩相關。因此還原劑的計量優選根據內燃機的運行特徵參數和/或根據廢氣特徵參數進行。為了儲藏尿素溶液，設還原劑罐。還原劑罐通常配設有吸管，以便能夠將尿素水溶液從罐中吸出。為了輸送尿素水溶液，設置將溶液通過管路系統輸送到計量裝置的泵，從而使尿素水溶液可以經由計量閥，例如電磁噴射閥，在壓力下注入排氣系。計量閥通常設在SCR催化轉換器的上遊，正如在德文公開文本DE 198 17 994 Al 中指出的那樣。根據內燃機的NOx生成量來通過計量閥實現還原劑的計量。在該公開文本中示出了另一個實施形式，在該實施形式中，在內燃機的排氣出口上布置有多個計量閥。根據NOx生成量將還原劑計量輸入排氣出口。還原劑的計量通過壓力控制實現，其中，還原劑計量裝置起到液壓系統的作用。計量閥的每一次打開都造成計量系統內的壓力驟變。在公知的計量裝置中，由於這種壓力驟變帶來不正常情況，這種壓力驟變在運行時造成不利影響。
發明內容
因此本發明所要解決的技術問題是，改進SCR催化轉換器系統中還原劑的計量並且避免所述缺陷。該技術問題通過一種像權利要求1的內容那樣的用於運行SCR催化轉換器的方法解決。這種方法的優選的設計方案由從屬權利要求得出。按本發明的方法的核心在於，在設置在內燃機排氣系中的SCR催化轉換器上遊經由多個計量閥將還原劑溶液計量輸入。在此重要的是，用能預定的計量方案分配到各個計量閥地進行還原劑溶液的計量輸入。在總量上按需地根據內燃機的NOx生成量來確定還原劑溶液的計量輸入量。按照一種能預定的計量方案，將總的按需的計量添加量分配式地經由至少兩個計量閥引入排氣系，其中計量閥被協調地觸發。各個計量閥的觸發例如經由計量控制單元進行。計量閥的協調式觸發將系統中伴隨著計量閥的每一次打開而出現的各壓力驟變最小化。由此避免了系統中的不正常情況並減少了系統壓力波動，由此改善了計量的準確度和精確度。此外，多個計量閥的協調式觸發具有的優點是，改善了排氣系中還原劑溶液的預混合併且因而可以進一步改善SCR催化轉換器中氮氧化物的還原效率。此外，在觸發計量閥時，可以通過能預定的計量方案特別有利地實施對各計量閥的診斷以及對計量閥的可操作性的檢驗和催化轉換器的診斷。附加地，通過計量閥的協調式觸發減小了汽車電路的由於閥的起動電流提高而引起的瞬時負荷。計量閥優選在時間上錯開地觸發。在此，尤其是進行各計量閥在時間上錯開的打開的和/或關閉的觸發。因此計量系統中的壓力驟變被保持得特別小，因為在某一特定時間點，例如僅分別打開一個閥。連續噴入的另一個優點在於，能特別良好地將還原劑與排氣系中的排氣混勻並且因而更為均勻地用還原劑溶液加載SCR催化轉換器。可以為各計量閥的觸發的時間錯開規定一個能確定的值。例如可以始終在一個特定的能預定的時間間距之後相繼觸發各個計量閥。在所述方法的一種設計方案中，用於時間錯開的已確定的值可以保持不變並例如通過實踐確定。這個值也可以在內燃機的各種運行工況下變化並且與這些運行工況相適應。特別有利的是，使這個用於計量閥的觸發的時間錯開的值與內燃機的一個或各種運行參數或或運行條件相關。例如可以根據噴射的循環頻率、燃料噴射時間、SCR催化轉換器系統內以及特別是計量裝置內的系統壓力、介質亦即還原劑溶液的溫度、環境溫度、排氣溫度、排氣質量流量、電池電壓和/或發動機轉速來選擇時間上的錯開。介質的溫度以及環境溫度會影響還原劑溶液的密度以及因而影響噴射特性。因此特別有利的是考慮到在計量方案下以及特別是在各計量閥的觸發的時間錯開時的這些條件。SCR催化轉換器系統的系統壓力決定性地影響噴射特性以及因而特別有利地在計量閥的協調式觸發時被考慮到。如前所述，各計量閥的觸發可以伴隨著不同的時間錯開或時間滯後實現。此外，各計量閥的打開的觸發或關閉的觸發可以根據不同的方案進行。例如若干計量閥的打開的觸發雖然可以在時間上錯開地進行，但也可以重疊進行，從而分別打開多於一個的計量閥。此外，還可以這樣來設計按本發明的方法，即，一個計量閥直接在另一個計量閥的關閉的觸發之後才直接進行打開的觸發。這樣做的優點在於，在關閉一個計量閥時出現的系統壓力上升通過在打開另一個計量閥時引起的系統壓力驟變，基本上得到了補償。在該實施形式中， 可以有利地將系統壓力保持為幾乎恆定。在另一種實施形式中，一個計量閥的打開的觸發與另一個計量閥的關閉的觸發在時間上間隔地進行。在此，一個計量閥僅在另一個計量閥關閉後的經過一定的滯後時間才被打開。在計量方案的這種設計方案中，關閉一個計量閥和打開另一個計量閥之間的時間允許系統壓力的瞬間振蕩。本發明還包括一種用於將液態還原劑溶液在SCR催化轉換器的上遊計量輸入到內燃機排氣系中的計量裝置。在按本發明的這種計量裝置中設有多個能夠按照預定的計量方案被觸發的計量閥。這種計量裝置尤其適用於實施上述按本發明的方法，在該方法中，計量閥特別在時間上錯開地被觸發並因此避免了計量系統中的壓力驟變。此外也由此改善了還原劑溶液與排氣系中排氣的混勻，因而提高了 SCR催化轉換器中的轉換。此外，本發明還包括一種電腦程式，當所述方法在計算設備或控制器中實施時， 該程序實施所述方法的所有步驟。最後，本發明還包括一種帶儲存在機器能讀取的載體上的程序編碼的電腦程式產品，用來當所述程序在計算設備或控制器上實施時實施按本發明的方法。藉助按本發明的電腦程式或電腦程式產品可以按照能預定的計量方案協調地觸發計量裝置的多個計量閥。按照能預定的計量方案對各個計量閥的協調的以及特別是在時間上錯開的觸發，導致包括用於計量閥的輸入導管在內的計量裝置內的壓力波動最小化，並且因此改善了計量的準確度和精確度。此外，通過對若干計量閥的協調式觸發，改善了還原劑溶液在排氣系中的預混合，從而提高了用還原劑加載SCR催化轉換器的均勻度並因而提高SCR催化轉換器中NOx的轉化率。本發明其它的特徵和優點由下問參照附圖對實施例的說明得出。各個特徵在此也可以單獨地或彼此組合地實現。
附圖中
圖1示意性示出了包括按本發明的計量裝置的SCR催化轉換器系統的部件； 圖2示意性表示按照本發明的方法的一種優選的設計方案對計量閥進行觸發； 圖3示出了按本發明的方法對多個計量閥進行觸發的時間變化曲線的三個例子，以及圖4示出了按本發明的方法的計量方案的兩個例子。
具體實施例方式圖1示意性示出了 SCR催化轉換器系統的各種部件。在內燃機11的排氣系10中設置有通過選擇性催化還原(SCR)實現對排氣中氮氧化物的選擇性還原的SCR催化轉換器 12。這個反應需要氨(NH3)作為反應劑。因為氨是一種有毒物質，所以這種物質從無毒的載體介質尿素中獲得，按照需要，尿素被作為液態水溶液經由計量裝置13在SCR催化轉換器 12上遊噴射到排氣系10中。水狀尿素溶液儲存在還原劑罐14中。為了提取尿素水溶液， 設吸管15。還原劑經由輸送泵16從還原劑罐14向外輸送，並在壓力下供輸給計量裝置13 的壓力管17。根據內燃機11中的NOx生成量，尿素水溶液被精確且按照需求地噴射到排氣系10中。壓力管17中的還原劑壓力被調節至一能預定的額定壓力。壓力傳感器18檢測壓力信號並且將這些壓力信號進一步轉達給控制器19，從而可以經由控制器19的信號輸出相應地控制觸發輸入泵16和計量裝置13。按照本發明，計量裝置13包括多個計量閥 20，在該實施例中為三個計量閥。各個計量閥20在能預定的計量方案中被觸發，其中特別是在時間上錯開地觸發這些計量閥。這一點使得計量系統內，尤其是壓力管17內的壓力驟變達到最小化，這種壓力驟變由計量閥的打開分別引起。通過計量閥的循序觸發，可以通過打開計量閥來補償壓力驟變，通過關閉計量閥來補償壓力上升。此外，各個計量閥20的循序觸發還允許基本上均勻地將還原劑計量輸入到排氣系10中，因而能更好地使還原劑溶液與排氣混勻以及更為均勻地用還原劑加載SCR催化轉換器12，由此改善SCR催化轉換器 12中氮氧化物轉換效率和轉換率。圖2示意性示出了按本發明方法的一種優選實施形式對計量閥(DVl、DV2、… DVn)的觸發。在控制器19中計算所需的尿素水溶液計量添加量，該計量添加量取決於內燃機中的NOx生成量。該信息被進一步轉達到用於觸發計量閥DV1、DV2、…DVn的末級30。 此外，系統信息40流入末端30，根據這些系統信息來選擇計量方案，計量閥伴隨著計量方案被觸發。可以根據系統信息例如為各個計量閥的觸發在時間上的錯開預定一個值。可以根據各種運行參數或運行條件，例如噴射的循環頻率、噴射時間、系統壓力、介質溫度、環境溫度、電池電壓、排氣質量流量、排氣溫度和/或發動機轉速來選擇這個值。在另一種實施形式中，可以與運行參數無關地來為各計量閥在時間上錯開的觸發選擇一個固定值。圖3示出了針對計量閥DV1、DV2、…DVn可能的觸發的不同的例子A、B、C。在例 A中，DV2的觸發在DVl的觸發期間開始。DV3 (未示出)的觸發在DV2的觸發期間開始等等。在例B中，DV2的觸發伴隨著DVl的觸發的結束開始，DV3 (未示出)的觸發伴隨著DV2 的觸發的結束開始等等。這種實施形式的優點在於，在關閉DVl時出現的系統壓力的上升， 通過打開DV2使系統壓力驟變大致得到補償。在例C中，DV2的觸發直到DVl關閉後的等待時間過後才開始。這個等待時間實現了系統壓力的瞬態振蕩。所示的若干計量閥的原則性的觸發可能性也可以彼此組合。圖4示出了在使用4個計量閥DVl至DV4時計量方案的兩個例子。在按例A的計量方案中，四個計量閥時間上錯開地分別以相同的滯後時間Tv觸發，其中，各下一個閥的打開的觸發處在前一個的閥的觸發時間之內。用這種計量方案尤其可以改善排氣系中的尿素水溶液在SCR催化轉換器上遊的預混合。第一個閥DVl的觸發與發動機的工作衝程或相移無關，而是能夠自由選擇。經由所有已觸發的計量閥引入排氣系的總計量添加量，取決於需求，亦即特別是取決於內燃機的NOx生成量。計量方案本身，尤其是各個閥的觸發之間的滯後時間Tv的選擇，優選取決於各種運行參數或運行條件，例如取決於SCR催化轉換器系統內的系統壓力或取決於尿素溶液的溫度。通過對計量閥的循序觸發以及特別是也通過在各種運行條件下選擇合適的計量方案，可以實現排氣流與尿素水溶液的加料和混勻，由此明顯改善SCR催化轉換器中的轉換率。通過這種藉助多個計量閥的非對稱的噴射，計量系統中的液壓特性和計量系統內的壓力波動相比傳統的經由單個計量閥實施的噴射有所改進，所述噴射例如具有伴隨著在噴射階段中的不同開始時間的相同的計量頻率(例A)。可以非常靈活地應用按照本發明方法的一系列噴射。尤其是可以通過靈活的計量方案實施計量閥和/或催化轉換器的診斷。這種計量方案的一個例子就是圖4所示的例B。 在此，幾對計量閥，在該例中是DVl和DV2以及DV3和DV4，被對稱地觸發。也就是說，只要 DVl進行打開的觸發，則DV2被關閉。當DV2進行打開的觸發時，則DVl被關閉。在這種計量方案中，分別有一半的計量閥是打開的，而另一半計量閥是關閉的。這意味著，倘若所有計量閥正常工作，則計量添加量在時間上保持恆定。這可以例如用於針對各個計量閥以及 SCR催化轉換器本身的功能檢驗的診斷，即通過例如檢驗在執行按例B的計量方案時的NOx 的平衡。
權利要求
1.用於運行設置在內燃機(11)的排氣系(10)中的SCR催化轉換器(12)的方法，其中在SCR催化轉換器(12)上遊將液態還原劑溶液根據需求地經由計量裝置(13)引入排氣系 (10)，其特徵在於，經由多個以能預定的計量方案觸發的計量閥(20)實施還原劑溶液的計量輸入。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，計量閥(20)在時間上錯開地被觸發。
3.按權利要求2所述的方法，其特徵在於，為觸發的時間上的錯開預定能確定的值。
4.按權利要求2或權利要求3所述的方法，其特徵在於， -根據噴射的循環頻率並且/或者-根據燃料進入內燃機(11)的噴射時間並且/或者 -根據計量裝置(13)的系統壓力並且/或者 -根據還原劑溶液的溫度並且/或者 -根據環境溫度並且/或者 -根據排氣溫度並且/或者 -根據排氣質量流量並且/或者 -根據電池電壓並且/或者 -根據發動機轉速來預定所述時間上的錯開。
5.按前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，一個計量閥的打開的觸發與另一個計量閥的打開的觸發重疊。
6.按權利要求1至4之一所述的方法，其特徵在於，一個計量閥直接在另一個計量閥的關閉的觸發之後被打開地觸發。
7.按權利要求1至4之一所述的方法，其特徵在於，一個計量閥的打開的觸發與另一個計量閥的關閉的觸發在時間上間隔地進行。
8.用於在SCR催化轉換器(12)上遊將液態還原劑溶液計量輸入內燃機(11)的排氣系 (10)的計量裝置(13)，其特徵在於，計量裝置(13)包括多個能夠按照能預定的計量方案觸發的計量閥(20)。
9.電腦程式，其當按權利要求1至7之一所述的方法在計算設備或控制器(19)上實施時，實施該方法的所有步驟。
10.電腦程式產品，具有儲存在機器能讀取的載體上的程序編碼，用於當程序在計算設備或控制器(19)上實施時實施按權利要求1至7之一所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種用於運行SCR催化轉換器的方法，尤其是用於運行設置在內燃機(11)的排氣系(10)中的SCR催化轉換器(12)的方法，在該方法中，在SCR催化轉換器(12)上遊將液態還原劑溶液根據需求地經由計量裝置(13)引入排氣系(10)，其特徵在於，經由多個以能預定的計量方案觸發的計量閥(20)實施還原劑溶液的計量輸入。
文檔編號F01N3/20GK102278178SQ20111013838
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月26日 優先權日2010年5月27日
發明者J.格拉斯, 黃佳 申請人:羅伯特·博世有限公司