CN102278178A - 用于运行scr催化转换器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行SCR催化转换器的方法，尤其是用于运行设置在内燃机（11）的排气系（10）中的SCR催化转换器（12）的方法，在该方法中，在SCR催化转换器（12）上游将液态还原剂溶液根据需求地经由计量装置（13）引入排气系（10），其特征在于，经由多个以能预定的计量方案触发的计量阀（20）实施还原剂溶液的计量输入。

Description

用于运行SCR催化转换器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行设置在内燃机排气系中的SCR催化转换器的方法，在该方法中，在SCR催化转换器的上游按照需求将液态的还原剂溶液置入排气系。本发明还涉及一种用于SCR催化转换器系统的计量装置，该SCR催化转换器系统适用于实施所述方法。

背景技术

已公开了一些用于运行内燃机的方法和设备，SCR（选择性催化还原）催化转换器设置在内燃机的排气区域中，该SCR催化转换器将含在内燃机排气中的氮氧化物（NO_x）用还原剂还原成氮气。由此大幅减小排气中的氮氧化物浓度。在反应过程中需要将氨（NH₃）混入排气。使用NH₃或能分离出NH₃的试剂作为还原剂。为此常使用借助计量装置在SCR催化转换器上游注入排气系的尿素水溶液。从该溶液中形成作为还原剂的NH₃。还原剂的计量优选根据发动机的氮氧化物排放量进行，并因而与发动机的瞬时转速以及扭矩相关。因此还原剂的计量优选根据内燃机的运行特征参数和/或根据废气特征参数进行。

为了储藏尿素溶液，设还原剂罐。还原剂罐通常配设有吸管，以便能够将尿素水溶液从罐中吸出。为了输送尿素水溶液，设置将溶液通过管路系统输送到计量装置的泵，从而使尿素水溶液可以经由计量阀，例如电磁喷射阀，在压力下注入排气系。

计量阀通常设在SCR催化转换器的上游，正如在德文公开文本DE 198 17 994 A1中指出的那样。根据内燃机的NO_X生成量来通过计量阀实现还原剂的计量。在该公开文本中示出了另一个实施形式，在该实施形式中，在内燃机的排气出口上布置有多个计量阀。根据NO_x生成量将还原剂计量输入排气出口。

还原剂的计量通过压力控制实现，其中，还原剂计量装置起到液压系统的作用。计量阀的每一次打开都造成计量系统内的压力骤变。在公知的计量装置中，由于这种压力骤变带来不正常情况，这种压力骤变在运行时造成不利影响。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是，改进SCR催化转换器系统中还原剂的计量并且避免所述缺陷。该技术问题通过一种像权利要求1的内容那样的用于运行SCR催化转换器的方法解决。这种方法的优选的设计方案由从属权利要求得出。

按本发明的方法的核心在于，在设置在内燃机排气系中的SCR催化转换器上游经由多个计量阀将还原剂溶液计量输入。在此重要的是，用能预定的计量方案分配到各个计量阀地进行还原剂溶液的计量输入。在总量上按需地根据内燃机的NO_x生成量来确定还原剂溶液的计量输入量。按照一种能预定的计量方案，将总的按需的计量添加量分配式地经由至少两个计量阀引入排气系，其中计量阀被协调地触发。各个计量阀的触发例如经由计量控制单元进行。计量阀的协调式触发将系统中伴随着计量阀的每一次打开而出现的各压力骤变最小化。由此避免了系统中的不正常情况并减少了系统压力波动，由此改善了计量的准确度和精确度。此外，多个计量阀的协调式触发具有的优点是，改善了排气系中还原剂溶液的预混合并且因而可以进一步改善SCR催化转换器中氮氧化物的还原效率。此外，在触发计量阀时，可以通过能预定的计量方案特别有利地实施对各计量阀的诊断以及对计量阀的可操作性的检验和催化转换器的诊断。附加地，通过计量阀的协调式触发减小了汽车电路的由于阀的起动电流提高而引起的瞬时负荷。

计量阀优选在时间上错开地触发。在此，尤其是进行各计量阀在时间上错开的打开的和/或关闭的触发。因此计量系统中的压力骤变被保持得特别小，因为在某一特定时间点，例如仅分别打开一个阀。连续喷入的另一个优点在于，能特别良好地将还原剂与排气系中的排气混匀并且因而更为均匀地用还原剂溶液加载SCR催化转换器。

可以为各计量阀的触发的时间错开规定一个能确定的值。例如可以始终在一个特定的能预定的时间间距之后相继触发各个计量阀。在所述方法的一种设计方案中，用于时间错开的已确定的值可以保持不变并例如通过实践确定。这个值也可以在内燃机的各种运行工况下变化并且与这些运行工况相适应。特别有利的是，使这个用于计量阀的触发的时间错开的值与内燃机的一个或各种运行参数或或运行条件相关。例如可以根据喷射的循环频率、燃料喷射时间、SCR催化转换器系统内以及特别是计量装置内的系统压力、介质亦即还原剂溶液的温度、环境温度、排气温度、排气质量流量、电池电压和/或发动机转速来选择时间上的错开。介质的温度以及环境温度会影响还原剂溶液的密度以及因而影响喷射特性。因此特别有利的是考虑到在计量方案下以及特别是在各计量阀的触发的时间错开时的这些条件。SCR催化转换器系统的系统压力决定性地影响喷射特性以及因而特别有利地在计量阀的协调式触发时被考虑到。

如前所述，各计量阀的触发可以伴随着不同的时间错开或时间滞后实现。此外，各计量阀的打开的触发或关闭的触发可以根据不同的方案进行。例如若干计量阀的打开的触发虽然可以在时间上错开地进行，但也可以重叠进行，从而分别打开多于一个的计量阀。此外，还可以这样来设计按本发明的方法，即，一个计量阀直接在另一个计量阀的关闭的触发之后才直接进行打开的触发。这样做的优点在于，在关闭一个计量阀时出现的系统压力上升通过在打开另一个计量阀时引起的系统压力骤变，基本上得到了补偿。在该实施形式中，可以有利地将系统压力保持为几乎恒定。在另一种实施形式中，一个计量阀的打开的触发与另一个计量阀的关闭的触发在时间上间隔地进行。在此，一个计量阀仅在另一个计量阀关闭后的经过一定的滞后时间才被打开。在计量方案的这种设计方案中，关闭一个计量阀和打开另一个计量阀之间的时间允许系统压力的瞬间振荡。

本发明还包括一种用于将液态还原剂溶液在SCR催化转换器的上游计量输入到内燃机排气系中的计量装置。在按本发明的这种计量装置中设有多个能够按照预定的计量方案被触发的计量阀。这种计量装置尤其适用于实施上述按本发明的方法，在该方法中，计量阀特别在时间上错开地被触发并因此避免了计量系统中的压力骤变。此外也由此改善了还原剂溶液与排气系中排气的混匀，因而提高了SCR催化转换器中的转换。

此外，本发明还包括一种计算机程序，当所述方法在计算设备或控制器中实施时，该程序实施所述方法的所有步骤。最后，本发明还包括一种带储存在机器能读取的载体上的程序编码的计算机程序产品，用来当所述程序在计算设备或控制器上实施时实施按本发明的方法。借助按本发明的计算机程序或计算机程序产品可以按照能预定的计量方案协调地触发计量装置的多个计量阀。按照能预定的计量方案对各个计量阀的协调的以及特别是在时间上错开的触发，导致包括用于计量阀的输入导管在内的计量装置内的压力波动最小化，并且因此改善了计量的准确度和精确度。此外，通过对若干计量阀的协调式触发，改善了还原剂溶液在排气系中的预混合，从而提高了用还原剂加载SCR催化转换器的均匀度并因而提高SCR催化转换器中NO_x的转化率。

本发明其它的特征和优点由下问参照附图对实施例的说明得出。各个特征在此也可以单独地或彼此组合地实现。

附图说明

附图中：

图1示意性示出了包括按本发明的计量装置的SCR催化转换器系统的部件；

图2示意性表示按照本发明的方法的一种优选的设计方案对计量阀进行触发；

图3示出了按本发明的方法对多个计量阀进行触发的时间变化曲线的三个例子，以及

图4示出了按本发明的方法的计量方案的两个例子。

具体实施方式

图1示意性示出了SCR催化转换器系统的各种部件。在内燃机11的排气系10中设置有通过选择性催化还原（SCR）实现对排气中氮氧化物的选择性还原的SCR催化转换器12。这个反应需要氨（NH₃）作为反应剂。因为氨是一种有毒物质，所以这种物质从无毒的载体介质尿素中获得，按照需要，尿素被作为液态水溶液经由计量装置13在SCR催化转换器12上游喷射到排气系10中。水状尿素溶液储存在还原剂罐14中。为了提取尿素水溶液，设吸管15。还原剂经由输送泵16从还原剂罐14向外输送，并在压力下供输给计量装置13的压力管17。根据内燃机11中的NO_x生成量，尿素水溶液被精确且按照需求地喷射到排气系10中。压力管17中的还原剂压力被调节至一能预定的额定压力。压力传感器18检测压力信号并且将这些压力信号进一步转达给控制器19，从而可以经由控制器19的信号输出相应地控制触发输入泵16和计量装置13。按照本发明，计量装置13包括多个计量阀20，在该实施例中为三个计量阀。各个计量阀20在能预定的计量方案中被触发，其中特别是在时间上错开地触发这些计量阀。这一点使得计量系统内，尤其是压力管17内的压力骤变达到最小化，这种压力骤变由计量阀的打开分别引起。通过计量阀的循序触发，可以通过打开计量阀来补偿压力骤变，通过关闭计量阀来补偿压力上升。此外，各个计量阀20的循序触发还允许基本上均匀地将还原剂计量输入到排气系10中，因而能更好地使还原剂溶液与排气混匀以及更为均匀地用还原剂加载SCR催化转换器12，由此改善SCR催化转换器12中氮氧化物转换效率和转换率。

图2示意性示出了按本发明方法的一种优选实施形式对计量阀（DV1、DV2、… DVn）的触发。在控制器19中计算所需的尿素水溶液计量添加量，该计量添加量取决于内燃机中的NO_X生成量。该信息被进一步转达到用于触发计量阀DV1、DV2、… DVn的末级30。此外，系统信息40流入末端30，根据这些系统信息来选择计量方案，计量阀伴随着计量方案被触发。可以根据系统信息例如为各个计量阀的触发在时间上的错开预定一个值。可以根据各种运行参数或运行条件，例如喷射的循环频率、喷射时间、系统压力、介质温度、环境温度、电池电压、排气质量流量、排气温度和/或发动机转速来选择这个值。在另一种实施形式中，可以与运行参数无关地来为各计量阀在时间上错开的触发选择一个固定值。

图3示出了针对计量阀DV1、DV2、… DVn可能的触发的不同的例子A、B、C。在例A中，DV2的触发在DV1的触发期间开始。DV3（未示出）的触发在DV2的触发期间开始等等。在例B中，DV2的触发伴随着DV1的触发的结束开始，DV3（未示出）的触发伴随着DV2的触发的结束开始等等。这种实施形式的优点在于，在关闭DV1时出现的系统压力的上升，通过打开DV2使系统压力骤变大致得到补偿。在例C中，DV2的触发直到DV1关闭后的等待时间过后才开始。这个等待时间实现了系统压力的瞬态振荡。所示的若干计量阀的原则性的触发可能性也可以彼此组合。

图4示出了在使用4个计量阀DV1至DV4时计量方案的两个例子。在按例A的计量方案中，四个计量阀时间上错开地分别以相同的滞后时间Tv触发，其中，各下一个阀的打开的触发处在前一个的阀的触发时间之内。用这种计量方案尤其可以改善排气系中的尿素水溶液在SCR催化转换器上游的预混合。第一个阀DV1的触发与发动机的工作冲程或相移无关，而是能够自由选择。经由所有已触发的计量阀引入排气系的总计量添加量，取决于需求，亦即特别是取决于内燃机的NO_x生成量。计量方案本身，尤其是各个阀的触发之间的滞后时间Tv的选择，优选取决于各种运行参数或运行条件，例如取决于SCR催化转换器系统内的系统压力或取决于尿素溶液的温度。通过对计量阀的循序触发以及特别是也通过在各种运行条件下选择合适的计量方案，可以实现排气流与尿素水溶液的加料和混匀，由此明显改善SCR催化转换器中的转换率。通过这种借助多个计量阀的非对称的喷射，计量系统中的液压特性和计量系统内的压力波动相比传统的经由单个计量阀实施的喷射有所改进，所述喷射例如具有伴随着在喷射阶段中的不同开始时间的相同的计量频率（例A）。

可以非常灵活地应用按照本发明方法的一系列喷射。尤其是可以通过灵活的计量方案实施计量阀和/或催化转换器的诊断。这种计量方案的一个例子就是图4所示的例B。在此，几对计量阀，在该例中是DV1和DV2以及DV3和DV4，被对称地触发。也就是说，只要DV1进行打开的触发，则DV2被关闭。当DV2进行打开的触发时，则DV1被关闭。在这种计量方案中，分别有一半的计量阀是打开的，而另一半计量阀是关闭的。这意味着，倘若所有计量阀正常工作，则计量添加量在时间上保持恒定。这可以例如用于针对各个计量阀以及SCR催化转换器本身的功能检验的诊断，即通过例如检验在执行按例B的计量方案时的NO_X的平衡。

Claims (10)

1.用于运行设置在内燃机（11）的排气系（10）中的SCR催化转换器（12）的方法，其中在SCR催化转换器（12）上游将液态还原剂溶液根据需求地经由计量装置（13）引入排气系（10），其特征在于，经由多个以能预定的计量方案触发的计量阀（20）实施还原剂溶液的计量输入。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，计量阀（20）在时间上错开地被触发。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，为触发的时间上的错开预定能确定的值。

4.按权利要求2或权利要求3所述的方法，其特征在于，

- 根据喷射的循环频率并且/或者

- 根据燃料进入内燃机（11）的喷射时间并且/或者

- 根据计量装置（13）的系统压力并且/或者

- 根据还原剂溶液的温度并且/或者

- 根据环境温度并且/或者

- 根据排气温度并且/或者

- 根据排气质量流量并且/或者

- 根据电池电压并且/或者

- 根据发动机转速

来预定所述时间上的错开。

5.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，一个计量阀的打开的触发与另一个计量阀的打开的触发重叠。

6.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，一个计量阀直接在另一个计量阀的关闭的触发之后被打开地触发。

7.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，一个计量阀的打开的触发与另一个计量阀的关闭的触发在时间上间隔地进行。

8.用于在SCR催化转换器（12）上游将液态还原剂溶液计量输入内燃机（11）的排气系（10）的计量装置（13），其特征在于，计量装置（13）包括多个能够按照能预定的计量方案触发的计量阀（20）。

9.计算机程序，其当按权利要求1至7之一所述的方法在计算设备或控制器（19）上实施时，实施该方法的所有步骤。

10.计算机程序产品，具有储存在机器能读取的载体上的程序编码，用于当程序在计算设备或控制器（19）上实施时实施按权利要求1至7之一所述的方法。

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