專利名稱：用于凈化內(nèi)燃機的廢氣流的方法以及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于凈化內(nèi)燃機的、尤其為廢氣增 壓式內(nèi)燃機的廢氣流的方法。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)權(quán)利要求19的前序部分的用于凈化 內(nèi)燃機的、尤其為廢氣增壓式內(nèi)燃機的廢氣流的裝置。
背景技術(shù)：
對于廢氣凈化首先冷起動的廢氣排放引出了問題，因為在冷發(fā)動機起動之后且由 此在催化器尚未達到運行溫度情況下也必須遵守法律規(guī)定的廢氣排放極限值。在此，非常 重要的為所謂的催化器的啟動溫度(Anspringtemperatur)。催化器達到50%的轉(zhuǎn)化率時 的溫度表示為啟動溫度。因此，催化器設(shè)計的目的之一為，實現(xiàn)盡可能低的啟動溫度。為了 保證該目的，后處理系統(tǒng)的催化器一般布置成距離發(fā)動機很近，以用于確保催化器快速加 熱和由此盡可能快的啟動。一般已知，應用選擇性催化還原(簡稱SCR)以減少內(nèi)燃機、尤其在以空氣過量運 行的內(nèi)燃機中的廢氣流中的氮氧化物。氧化釩和/或氧化鎢和/或二氧化鈦和/或含鐵的 沸石和/或含銅的沸石和/或氧化鋯適合作為用于利用在選擇性催化還原化合的化合中所 使用的SCR催化器的活性組分。該反應主要按照以下反應式進行2N0+0. 502+2NH3 → 2N2+3H20 (反應式 1)通過NO2的存在使該SCR反應加速，由此明顯降低催化器的啟動溫度N0+N02+2NH3 → 2N2+3H20 (反應式 2)在此，這種工藝所需的NO2根據(jù)以下反應式基于從內(nèi)燃機中放出的一氧化氮在含 鉬的催化器處產(chǎn)生2NO + O2 2N02 (反應式 3)根據(jù)催化器的實施形式、根據(jù)鉬的含量以及根據(jù)使用情況，催化器具有在180°C至 330°C之間的啟動溫度。然而，在此需要注意，由于在高溫情況下熱力學的Ν0/Ν02平衡位于 NO側(cè)，因此NO2在整個氮氧化物中的份額隨溫度的升高而降低。一般已知，應用氨作為用于SCR反應的還原劑，不過由于氨的毒性，常常通過無害 的分裂氨的(ammoniakabspaltend)化合物(如尿素或氨甲酸鹽)來替代氨。該分解根據(jù) 以下反應式進行 (NH2) 2C0+H20 → 2NH3+C02 (反應式 4) 在SCR方法中，物質(zhì)的分解和由此氨的釋放對于方法的可應用性起到?jīng)Q定性作 用。例如，由于氣相上根據(jù)以上反應式4在450°C才在量上實現(xiàn)尿素的分解，因此常常應 用所謂的水解催化劑、如從文件EP 0487886B1和文件EP 0555746B1中已知的，借助于這 些水解催化劑，分解溫度可降低到約170°C。為了減少催化劑，而使在催化劑中停留時間 (Verweilzeit)保持恒定，例如這種水解催化劑在從主流中提取的廢氣分流中工作。例如， 在文件EP 1052009B1中為這種情況。在此，尤為有利的是，為了能夠使水解催化劑在高的 溫度水平上工作，盡可能靠近發(fā)動機提取廢氣分流。在廢氣增壓式內(nèi)燃機中有利的是，在渦輪增壓器之前已提取廢氣分流并在渦輪增壓器下游又將其引回(文件DE 10206028A1)，因 為在全負荷時廢氣渦輪上游的廢氣溫度比廢氣渦輪下游的廢氣溫度高350°C。但是，在內(nèi)燃機的怠速和/或低負載運行中，即使在廢氣渦輪之前提取廢氣分流 的情況下，廢氣溫度通常仍然太低，而不保證還原劑前身物質(zhì)(Vorlaufersubstanz)可靠的 分解成例如作為還原劑的氨。由于在這些運行狀態(tài)中的非常少的廢氣量使問題加劇，該廢 氣量約為最大量的10%，這導致，通過還原劑前身物質(zhì)的吸熱分解引起廢氣分流顯著的冷 卻。如果還原劑前身物質(zhì)在水中溶解(例如在含水的尿素溶液中)，則通過水的蒸發(fā)焓額外 地附加了廢氣分流的冷卻。這導致，廢氣分流中的廢氣溫度可降低到臨界溫度(約170°C ) 以下，從而在這些工作點中還原劑的加入是不可能的。從文件DE 102007061005A1中已知了這種用于在廢氣后處理系統(tǒng)中的還原劑的 水解的方法，在該方法中，通過主動控制或調(diào)節(jié)通過廢氣分流引導的廢氣量使水解催化劑 處的溫度保持在預設(shè)極限內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
相反地，本發(fā)明的目的為，實現(xiàn)用于凈化內(nèi)燃機、尤其為廢氣增壓式內(nèi)燃機的廢氣 流的備選的方法和備選的裝置，借助于該方法和裝置，在內(nèi)燃機的怠速和/或低負載運行 時可實現(xiàn)對于選擇性催化還原的尤其簡單且可靠的還原劑提供，在方法方面，該目的利用權(quán)利要求1的特征得以實現(xiàn)。在裝置方面，該目的利用權(quán) 利要求19的特征得以實現(xiàn)。有利的設(shè)計方案分別為從屬權(quán)利要求的對象。根據(jù)權(quán)利要求1，提出一種用于凈化內(nèi)燃機的廢氣流的方法，在該方法中，借助于 選擇性催化還原(SCR)將氮氧化物從廢氣流中去除，其中，將在至少一個SCR催化器上游將 廢氣流分開或分岔成主廢氣流和廢氣分流。在限定的內(nèi)燃機運行狀態(tài)中將限定的量的待分 解的還原劑前身物質(zhì)輸送到廢氣分流，該還原劑前身物質(zhì)在廢氣分流的反應器中轉(zhuǎn)化成還 原劑、優(yōu)選地轉(zhuǎn)化成氨，該還原劑借助于廢氣分流從反應器中運出并在SCR催化器的上游 輸送到主廢氣流，其中在廢氣分流中設(shè)置有至少一個借助于控制和/或調(diào)節(jié)裝置聯(lián)接且可 取決于限定的運行參數(shù)被操控的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，在主廢氣流中也布置 了至少一個借助于控制和/或調(diào)節(jié)裝置聯(lián)接的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)。尤其在限定的內(nèi)燃機 的怠速和/或低負載運行的情況下、取決于限定的反應器反應參數(shù)(例如理論廢氣量或質(zhì) 量和/或理論廢氣壓力和/或理論空燃比和/或理論廢氣溫度)如此操控布置在廢氣分流 和主廢氣流中的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)，即，一方面借助于布置在主廢氣流中的阻塞和/或節(jié) 流機構(gòu)阻塞或限定地節(jié)流主廢氣流，并且另一方面利用布置在廢氣分流中的阻塞和/或節(jié) 流機構(gòu)以限定的質(zhì)量堵塞廢氣分流。因此，優(yōu)選地，例如作為阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)的活門的操控的持續(xù)時間和高度 (Hohe)取決于限定的反應參數(shù)。然而為了避免發(fā)動機長時間工作在這種運行模式中，例 如可附加地將中斷時間限定為時間閾，從而例如在超過該時間閾時再次打開活門。尤其使用氨前身物質(zhì)、在此尤其使用尿素、尿素水溶液、氨甲酸鹽、胍、胍鹽(尤其 胍甲酸鹽)、氨基甲酸銨或類似者作為還原劑前身物質(zhì)。利用根據(jù)本發(fā)明的解決方案例如對于這樣的情況(即，例如在內(nèi)燃機怠速和/或 低負載運行的情況下，廢氣量和/或溫度下降到低于限定的閾值，在其中，反應器中不可能實現(xiàn)氨釋放或僅可能實現(xiàn)不充分的氨釋放)，至少一個布置在主廢氣流中的阻塞和/或節(jié) 流機構(gòu)阻塞或限定地節(jié)流，而同時在廢氣分流中優(yōu)選地可變的廢氣和/或節(jié)流機構(gòu)引起廢 氣堵塞。在此，例如通過控制和/或調(diào)節(jié)裝置可與傳感器結(jié)合或備選地通過特性曲線預定 各當前必要的措施的合適的持續(xù)時間和/或強度。利用以上所描述的根據(jù)本發(fā)明的方法運 用，一方面將期望的廢氣量作為廢氣分流分支，并且另一方面提高廢氣溫度。后者基于這一 實際情況，即，通過發(fā)動機的空氣流量(Luftdurchsatz)下降和隨之空燃比下降。此外，由 于更高的廢氣壓力，內(nèi)燃機的推出功(Ausschiebearbeit)增加。兩者導致明顯的廢氣溫度 升高。由于隨后被導引通過反應器的更高的廢氣量和廢氣溫度，在這種情況下有更多能量 供還原劑的分解使用，從而尤其即使在內(nèi)燃機怠速和/或低負載運行時也可能非常好地實 現(xiàn)例如氨的釋放。結(jié)合以上所描述的根據(jù)本發(fā)明的方法運用，根據(jù)一種具體的方法運用尤為有利的 是，為了導引期望的廢氣質(zhì)量或量作為廢氣分流通過反應器，將主廢氣流阻塞或限定地節(jié) 流，而借助于布置在廢氣分流中的至少一個阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)，取決于限定的反應器中 的反應參數(shù)預設(shè)、尤其調(diào)節(jié)理論廢氣壓力和/或理論空燃比和/或理論廢氣溫度。原則上，阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)可通過固定的隔板(Blende)構(gòu)造，該隔板不具有可 變的流量值。然而，阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)、尤其布置在廢氣分流中的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)優(yōu) 選地構(gòu)造成可變的、可調(diào)整的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)。利用這種可變的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu) 可尤為有利地調(diào)整或通過使用合適的傳感器調(diào)節(jié)至少一個分支的廢氣分流的量和/或廢 氣背壓和/或空燃比和/或廢氣溫度。因此，利用根據(jù)本發(fā)明的方法運用，各廢氣流可以簡單的方式單獨或共同如此轉(zhuǎn) 向和/或被堵塞，即，使得為了氨釋放即使在內(nèi)燃機的怠速和/或低負載運行時也實現(xiàn)例如 氨前身物質(zhì)的功能確保的分解。也就是說，利用根據(jù)本發(fā)明的方法運用不僅可使單獨也可 共同地使各個廢氣流如此轉(zhuǎn)向和/或堵塞，即，使得可提供在內(nèi)燃機的怠速和/或低負載運 行時對于氨釋放所必須的高溫和/或廢氣量，并且在反應器中可始終進行可靠的還原劑前 身物質(zhì)的分解并由此可實現(xiàn)還原劑的提供。根據(jù)一種尤為優(yōu)選的方法運用，還原劑供應流作為廢氣分流從廢氣流中、尤其在 廢氣流的至少一個阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)上游在提取點處分支，從而，廢氣流分成所謂的主 廢氣流(僅為了更好地與廢氣流區(qū)分)和廢氣分流。優(yōu)選地，至少一個阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)在廢氣分流中布置在反應器的上游。原則 上，該阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)也可設(shè)置在反應器的下游，然而設(shè)置在廢氣分流通向主廢氣流 的供應部的上游。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的方法運用中，空燃比下降至少0. 2 (但其不低于1. 02)和/ 或廢氣溫度增加至少30°C和/或從氣缸中流出后的廢氣背壓增加0. OlMpa至0. 5Mpa和/ 或從氣缸中流出時的相對廢氣背壓增加30%至5000%和/或廢氣量減少了至少30%。在 此，還優(yōu)選地，在內(nèi)燃機的非節(jié)流運行時廢氣量的最大30%作為廢氣分流輸送到反應器，而 在節(jié)流運行時廢氣量的最少30%作為廢氣分流輸送到反應器。例如，使用可例如以電動、氣動或液壓的方式被操控的活門、閥或閘門作為阻塞和 /或節(jié)流機構(gòu)。為了改進氨釋放或還原劑分解，可能的是，附加地加熱反應器，尤其以電的方式加熱，和/或以催化的方式對反應器進行涂覆。此外，尤其在使用尿素的情況下，使用氧化鈦 和/或氧化鋁和/或氧化鎢和/或氧化鋯和/或含銅的沸石和/或含鐵的沸石作為用于改 進還原劑分解的催化的活性物質(zhì)。為了增大活性表面建議，將催化劑施加到金屬或陶瓷的 催化劑基質(zhì)上。催化劑基質(zhì)一般構(gòu)造了平行的流動通道。也可使用使得在截面上混合還原 劑成為可能的這種基質(zhì)，例如燒結(jié)金屬泡沫(Sintermetallschaum)。為了改善NOx的轉(zhuǎn)化，原則上可能的是，除了布置在廢氣分流到主廢氣流中的回 流點的下游的SCR催化器之外，附加地可在還原劑供應流或在廢氣分流中、更確切地說在 用于還原劑的供應點的下游布置第二 SCR催化器。甚至還可備選地或附加地將該附加的 SCR催化器布置在反應器本身中。如果反應器包含用于改善尿素分解的催化劑，則SCR催化 器優(yōu)選地布置在該催化劑的下游。也可能的是，用于還原劑分解的催化劑設(shè)有NOx還原活 性，從而，通過該催化劑已實現(xiàn)了 NOx的轉(zhuǎn)化。使用氧化釩和/或氧化鋯和/或氧化鎢和/ 或含鐵的和/或含銅的沸石作為用于安裝在還原劑供應流或廢氣分流中的帶有SCR活性的 催化劑的活性組分。優(yōu)選地，內(nèi)燃機構(gòu)造成帶有至少一個布置在廢氣流中的廢氣渦輪的廢氣增壓式內(nèi) 燃機。在唯一的廢氣渦輪的情況下，廢氣分流在廢氣渦輪的上游和/或下游、然而優(yōu)選地在 廢氣渦輪的上游分支。在多個串聯(lián)布置的廢氣渦輪的情況下，同樣可再次在廢氣渦輪中的 一個的上游和/或下游實現(xiàn)廢氣分流的分支，然而優(yōu)選地在在流動方向看的第一廢氣渦輪 上游和/或在兩個相鄰的廢氣渦輪之間實現(xiàn)廢氣分流的分支。如果至少一個廢氣渦輪配備 了用于防止廢氣渦輪轉(zhuǎn)速過高的廢氣門(Waste-gate)，則廢氣分流的分支原則上也可在廢 氣門內(nèi)實現(xiàn)。在多級增壓的情況下，多個渦輪可配備廢氣門，在此可在廢氣門中的一個或多 個處實現(xiàn)提取。此外，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可與在制動運行中用于提高發(fā)動機制動功率 (Bremsleistung)的裝置、尤其與安裝在廢氣管中的發(fā)動機堵塞活門或發(fā)動機制動活門 (Motorstau-oder Motorbremsklappen)相結(jié)合。對于被導引向反應器的廢氣分流的提取可 在發(fā)動機堵塞活門或發(fā)動機制動活門的上游實現(xiàn)，回流在活門的下游實現(xiàn)。因此，根據(jù)提取 或回流的位置，可在廢氣流和/或主廢氣流中精簡根據(jù)本發(fā)明的節(jié)流和/或阻塞機構(gòu)，或通 過布置在廢氣分流中的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)控制或調(diào)節(jié)廢氣背壓并由此控制或調(diào)節(jié)制動 功率。根據(jù)另一優(yōu)選設(shè)計方案設(shè)置成，將廢氣控制機構(gòu)(例如廢氣堵塞活門或類似者) 安裝在廢氣渦輪的上游或渦輪增壓器組件的第一廢氣渦輪的上游。附加地，在此可設(shè)置平 行于該廢氣控制機構(gòu)而布置的噴射通道(Schusskanal)，通過該噴射通道將廢氣以高壓和 高速導引到渦輪的葉輪上并由此驅(qū)動渦輪。通過與渦輪相連接的增壓器可為發(fā)動機供應更 多的新鮮空氣，由此提高氣缸充氣并由此提高廢氣量。優(yōu)選地，對于導引向反應器的廢氣分 流的提取在該廢氣控制機構(gòu)上游實現(xiàn)。關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的裝置得出了相同的優(yōu)點，如之前結(jié)合方法運用的設(shè)計方案已詳 細地所解釋的那樣。就此而言，關(guān)于優(yōu)點參照之前的實施方案。


下面根據(jù)附圖解釋本發(fā)明。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于凈化一級增壓的內(nèi)燃機的廢氣流的第一方法運用 和裝置的示意圖，圖2示意性地顯示了帶有內(nèi)燃機的二級增壓的方法運用和裝置，圖3顯示了用于凈化二級增壓的內(nèi)燃機的廢氣流的方法運用和裝置的示意圖，其 中，廢氣流在廢氣門內(nèi)提??；以及圖4示意性地顯示了用于凈化一級增壓的內(nèi)燃機的廢氣流的方法運用和裝置，其 中，廢氣分流的提取在安裝在廢氣渦輪上游的、帶有平行布置的噴射通道的廢氣制動活門 的上游。
具體實施例方式在圖1中示意性地顯示了用于凈化借助于廢氣渦輪增壓器2的一級增壓的內(nèi)燃機 1的廢氣流的根據(jù)本發(fā)明的方法運用和根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實施形式。廢氣渦輪增壓 器2具有廢氣渦輪3和增壓器4。借助于增壓器4實現(xiàn)增壓空氣5的增壓，其中，增壓器4 借助于廢氣渦輪3驅(qū)動。在廢氣渦輪3上游來自內(nèi)燃機1的廢氣流6分岔成主廢氣流6'和廢氣分流6"。 在廢氣渦輪3的下游在廢氣流6'中，設(shè)置了例如通過發(fā)動機堵塞活門或發(fā)動機制動活門 而構(gòu)造的可變的節(jié)流機構(gòu)7。在流動方向上看，在廢氣分流6"中布置了另一可變節(jié)流機構(gòu) 8。在該可變節(jié)流機構(gòu)8的下游、在廢氣分流6"中布置了反應器9。在該反應器9的上游 設(shè)置了配量點10用于作為待分解的還原劑11的氨前身物質(zhì)。在反應器的下游，廢氣分流 6"在可變節(jié)流機構(gòu)7的下游再次通入主廢氣流6'中，從而這兩個廢氣流然后共同作為含 氨的廢氣流6"‘(如下面將進一步所描述的那樣)輸送到SCR催化器12。如圖1中示意性地通過帶有參考標號q的粗箭頭所示出的那樣，如有可能可從外 部向反應器9輸送熱能，例如借助于電加熱機構(gòu)。如在圖1的示意圖中另外以虛線畫出的 那樣，可例如在反應器9的下游和廢氣分流6"進入到廢氣流6'中的通入點13的上游布 置另一 SCR催化器14。此外，在圖1中還示出了控制和/或調(diào)節(jié)機構(gòu)15，通過此處以虛線示出的信號線 路16、17和18該控制和/或調(diào)節(jié)機構(gòu)15與兩個節(jié)流機構(gòu)7，8或具有還原劑11的配量機 構(gòu)19以信號技術(shù)的方式(signaltechnisch)相聯(lián)接。該發(fā)明變型方案的基本工作原理如下，S卩，在限定的運行狀態(tài)下可通過相應地操 控可變節(jié)流機構(gòu)7和/或可變節(jié)流機構(gòu)8從廢氣流6中分支出作為廢氣分流6"的限定的 廢氣量并可將其輸送到反應器9。在反應器9的上游借助于控制和/或調(diào)節(jié)機構(gòu)15相應于 限定的內(nèi)燃機運行參數(shù)和/或限定的反應器9的反應參數(shù)給廢氣分流6"施加限定的量的 待分解的還原劑11，該還原劑11在反應器9中與熱的廢氣分流6"的熱廢氣共同產(chǎn)生氨， 該氨隨后借助于廢氣分流6"在通入點13處輸送到廢氣流6'，從而該廢氣流6'作為含氨 的廢氣流6"‘流向SCR催化器12。現(xiàn)在如果在限定的內(nèi)燃機1的低負載和/或怠速運行狀態(tài)中確定在廢氣分流6" 中低于限定的溫度閾值和/或限定的廢氣量閾值，從而在反應器9中僅僅還以不充分的程 度發(fā)生還原劑分解或如有可能甚至完全不在發(fā)生還原劑分解，則借助于控制和/或調(diào)節(jié)機 構(gòu)15操控可變節(jié)流機構(gòu)7并將其阻塞或以限定的質(zhì)量節(jié)流，更確切地說設(shè)計成，使作為廢氣分流6"分支的廢氣量或廢氣質(zhì)量增加。此外，借助于控制和/或調(diào)節(jié)機構(gòu)15還如此操 控可變節(jié)流機構(gòu)8，即，使得該可變節(jié)流機構(gòu)8將作為廢氣分流6 “分支的廢氣量堵塞，從而 由于空燃比的降低和/或內(nèi)燃機推出功的提升，引起作為輸送到反應器9的廢氣分流6"的 廢氣溫度明顯升高。由于更高的廢氣溫度和/或更高被導引通過反應器9的廢氣量，在這 種情況下更多能量供還原劑11的分解使用，從而即使在內(nèi)燃機1的怠速和/或低負載運行 的情況下也可可靠地執(zhí)行功能確保的氨分解。以上所描述的方法運用僅為方法運用的一種可能性，然而卻清楚地顯示了根據(jù)本 發(fā)明的解決方案的優(yōu)點，借助于該解決方案，通過廢氣流的堵塞和/或轉(zhuǎn)向可以簡單的方 式保證，尤其在內(nèi)燃機的怠速和/或低負載運的情況下可提供高溫供氨釋放使用，并且另 一方面，輸送到用于還原劑分解的反應器9的廢氣量以及由此熱量明顯增加。在圖2中顯示了一種備選的實施形式，在其中，與根據(jù)圖1的實施形式不同，借助 于附加的具有廢氣渦輪3'和增壓器4'的廢氣渦輪增壓器2'實現(xiàn)二級增壓。優(yōu)選地， 在此在流動方向上看前面的第一廢氣渦輪3設(shè)計為高壓渦輪，而位于下游的第二廢氣渦輪 3'設(shè)計為低壓渦輪。與根據(jù)圖1的設(shè)計方案的其它不同在于，在此還在廢氣渦輪3和廢氣渦輪3'之間 的區(qū)域中設(shè)置了廢氣分流20的另一分支可能性，其中，在廢氣分流20中布置了另一可變節(jié) 流機構(gòu)21，該可變節(jié)流機構(gòu)21通過信號線路22與控制和/或調(diào)節(jié)機構(gòu)15相連接。利用這 種形式的結(jié)構(gòu)明顯增加方案的可能性，因為可根據(jù)當前占優(yōu)勢的運行和/或反應參數(shù)，在 廢氣渦輪3的上游和/或下游抽出輸送到反應器9的廢氣分流。在其它方面，該結(jié)構(gòu)和方法運用相應于根據(jù)圖1的結(jié)構(gòu)和方法運用，就此而言參 考之前與圖1相關(guān)的實施方案。圖3中示出了另一種備選的實施形式，在其中，同樣再次實現(xiàn)了在圖2的想法中的 內(nèi)燃機的二級增壓。在此，與根據(jù)圖2的設(shè)計方案不同，從廢氣門管路23中實現(xiàn)廢氣分流 6"的分支，在該廢氣門管路23中布置了可變節(jié)流機構(gòu)25，該可變節(jié)流機構(gòu)25利用信號線 路24與控制和/或調(diào)節(jié)機構(gòu)15以信號技術(shù)的方式相聯(lián)接。在借助于控制和/或調(diào)節(jié)機構(gòu)15操控可變節(jié)流機構(gòu)25時，可通過廢氣門管路23 打開通向廢氣渦輪3的旁路。在這種情況下，還將由控制和/或調(diào)節(jié)機構(gòu)15如此操控可變 節(jié)流機構(gòu)8，S卩，將廢氣分流6"輸送到反應器9，在反應器9中以之前所描述的方式和方法 產(chǎn)生氨。在其它方面，工作原理相應于如之前已經(jīng)結(jié)合實施形式1和2所詳細解釋的工作 原理。最后，在圖4中顯示了這樣的設(shè)計方案，即，在其中，內(nèi)燃機1在根據(jù)圖1的設(shè)計方 案的思想中借助于廢氣渦輪增壓器22以一級的方式被增壓。在此，與根據(jù)圖1的實施形式 不同，在廢氣渦輪3上游布置了例如通過發(fā)動機或廢氣制動活門構(gòu)造的可變節(jié)流機構(gòu)T， 并在該可變節(jié)流機構(gòu)7'上游實現(xiàn)了廢氣分流6"的分支。與根據(jù)圖1的設(shè)計方案的其它不同在于，在此還設(shè)置了在可變節(jié)流機構(gòu)7'上 游分支的噴射通道，借助于該噴射通道，可尤其在節(jié)流機構(gòu)7'關(guān)閉的情況下，將廢氣流 26以高壓和高速輸送到廢氣渦輪3的葉輪上并由此可驅(qū)動廢氣渦輪3。由此，在相似的 (vergleichbar)運行狀態(tài)下，與根據(jù)圖1的實施形式的結(jié)構(gòu)相比通過與廢氣渦輪3相連接 的壓縮機4可為內(nèi)燃機1輸送更多的增壓空氣5，由此，內(nèi)燃機1的氣缸充氣和由此內(nèi)燃機1的廢氣量以及在發(fā)動機制動運行時內(nèi)燃機1的制動功率增加。 以上主要根據(jù)限定的內(nèi)燃機的怠速和/或低負載運行狀態(tài)描述了本發(fā)明，在怠速 和/或低負載運行狀態(tài)中，例如由于低于限定的溫度閾值和/或廢氣量閾值，損害了在反應 器中期望的或必要的反應條件的提供。顯而易見地，同樣所有其它內(nèi)燃機運行狀態(tài)(在其 中，損害了在反應器中期望的或必要的反應條件的提供)，明確地由保護范圍所包含。
權(quán)利要求
一種用于凈化內(nèi)燃機、尤其為廢氣增壓式內(nèi)燃機的廢氣流的方法，在所述方法中，借助于選擇性催化還原(SCR)從廢氣流中去除氮氧化物，其中，在至少一個SCR催化器(12)上游將所述廢氣流(6)分開或分岔成主廢氣流(6′)和廢氣分流(6″，20)，在限定的內(nèi)燃機運行狀態(tài)中將限定的量的待分解的還原劑前身物質(zhì)(11)輸送到所述廢氣分流(6″，20)，所述還原劑前身物質(zhì)(11)在所述廢氣分流(6″，20)的反應器(9)中轉(zhuǎn)化成還原劑、優(yōu)選地轉(zhuǎn)化成氨，所述還原劑借助于所述廢氣分流(6″，20)從所述反應器(9)中運出并在所述SCR催化器(12)的上游輸送到所述主廢氣流(6′)，并且其中，在所述廢氣分流(6″，20)中設(shè)置有至少一個借助于控制和/或調(diào)節(jié)裝置聯(lián)接且可取決于限定的運行參數(shù)被操控的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(8，21)，其特征在于，在所述主廢氣流(6′，20)中同樣布置了至少一個借助于控制和/或調(diào)節(jié)裝置聯(lián)接的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(7，7′)，并且尤其在限定的內(nèi)燃機(1)的怠速和/或低負載運行的情況下，取決于限定的反應參數(shù)、尤其取決于所述主廢氣流(6′)和/或所述廢氣分流(6″，20)中的理論廢氣溫度和/或理論廢氣量或質(zhì)量和/或理論廢氣壓力和/或理論空燃比，如此操控布置在所述廢氣分流(6″，20)和所述主廢氣流(6′，20)中的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(7，7′，8，21)，即，一方面借助于布置在所述主廢氣流(6′)中的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(7，7′)阻塞或限定地節(jié)流所述主廢氣流(6′)，并且另一方面借助于布置在所述廢氣分流(6″，20)中的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(8，21)以限定的質(zhì)量堵塞所述廢氣分流(6″，20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，尤其在所述內(nèi)燃機(1)的怠速和/或低負 載運行時，為了確定被引導通過所述反應器(9)的廢氣質(zhì)量或量阻塞或限定地節(jié)流至少一 個布置在所述主廢氣流(6 ‘)中的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(7，7')，同時借助于至少一個布 置在所述廢氣分流(6"，20)中的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)至少取決于所述反應器(9)中的限 定的反應參數(shù)預設(shè)、尤其調(diào)節(jié)理論廢氣壓力和/或理論空燃比和/或理論廢氣溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述內(nèi)燃機(1)的怠速和/或低負 載運行時，將所述主廢氣流(6')如此程度地節(jié)流，即，使得空燃比下降至少0.2，但不使空 燃比低于1.02。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述內(nèi)燃機(1)的怠速和/ 或低負載運行時將所述主廢氣流(6')如此程度地節(jié)流，即，使得廢氣溫度增加至少30°C。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述內(nèi)燃機的怠速和/或 低負載運行時將所述廢氣流或所述主廢氣流(6')如此程度地節(jié)流，即，使得從氣缸中流 出時的廢氣背壓增加0. OlMpa至0. 5Mpa和/或使得從氣缸中流出時的相對廢氣背壓增加 30%至 5000%。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述內(nèi)燃機(1)非節(jié)流運 行時，通過所述廢氣部分流(6"，20)引導所述內(nèi)燃機(1)的廢氣量的最大30%，且在所述 內(nèi)燃機(1)的限定的節(jié)流運行時通過所述廢氣部分流(6"，20)引導所述內(nèi)燃機(1)的廢 氣量的最少30%。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述反應器(9)具有有利于 所述還原劑前身物質(zhì)(11)、尤其氨前身物質(zhì)的分解的催化劑或催化劑涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，有利于所述還原劑前身物質(zhì)(11)、尤其氨 前身物質(zhì)的分解的催化劑或催化劑涂層同時具有NOx還原活性。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述廢氣分流(6"，20)中 在所述還原劑前身物質(zhì)(11)的供應部的下游布置有SCR催化器(12)，或尤其在根據(jù)權(quán)利要 求7的催化劑或催化劑涂層的情況下，在所述反應器(9)的下游且在所述廢氣分流(6"， 20)到所述主廢氣流(6')的供應部的上游布置有SCR催化器(12)。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，借助于供熱機構(gòu)、尤其借助 于電的供熱機構(gòu)在限定的時間給所述反應器(9)供應熱量。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)燃機(1)構(gòu)造成帶有 至少一個布置在所述廢氣流中的廢氣渦輪(3，3')的廢氣增壓式內(nèi)燃機(1)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在唯一的廢氣渦輪(3)的情況下，所述 廢氣分流(6")在所述廢氣渦輪(3)的上游和/或下游、優(yōu)選地在所述廢氣渦輪(3)的上 游分支，并且在多個廢氣渦輪(3，3')的情況下，所述廢氣分流(6")在所述廢氣渦輪(3， 3')中的一個的上游和/或下游、優(yōu)選在在流動方向上看的第一廢氣渦輪(3)上游和/或 在兩個相鄰的廢氣渦輪(3，3')之間分支。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述廢氣分流(6")從至少一個 廢氣渦輪(3)的廢氣門組件(23)中分支。
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述具有含氨的還原劑的 廢氣分流(6"，20)在發(fā)動機堵塞活門或發(fā)動機制動活門(7)的下游回流到所述主廢氣流 (6')，所述發(fā)動機堵塞活門或發(fā)動機制動活門(7)用于在制動運行時提高阻力矩。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項所述的方法，其特征在于，發(fā)動機堵塞活門或發(fā)動 機制動活門(7')布置在廢氣渦輪(3)的上游，并且所述廢氣分流(6")至少部分地在所 述發(fā)動機堵塞活門或發(fā)動機制動活門(T )上游被提取。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機堵塞活門或發(fā)動機制 動活門(7，7')作為阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)使用。
17.根據(jù)權(quán)利要求11至16中任一項所述的方法，其特征在于，發(fā)動機堵塞活門或發(fā)動 機制動活門(7)布置在廢氣渦輪(3)的上游，并且設(shè)置有與所述發(fā)動機堵塞活門和/或發(fā)動機制動活門(7')平行布置的噴氣通道，通 過所述噴氣通道，廢氣(26)尤其在所述發(fā)動機堵塞活門和/或發(fā)動機制動活門(7')激活 的情況下以限定的壓力和/或速度被導引到廢氣渦輪(3)的葉輪上。
18.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，使用尿素和/或尿素水溶液 和/或胍和/或胍鹽、尤其胍甲酸鹽和/或氨甲酸鹽和/或氨基甲酸銨作為所述還原劑前 身物質(zhì)(11)。
19.一種用于凈化內(nèi)燃機、尤其為廢氣增壓式內(nèi)燃機的廢氣流的、尤其用于執(zhí)行根據(jù)權(quán) 利要求1至18中任一項所述的方法的裝置，所述裝置帶有引導廢氣流的第一廢氣管路和至 少一個引導廢氣分流的其它廢氣管路，所述廢氣管路在至少一個SCR催化器(12)的上游區(qū) 域中匯合，并且所述裝置帶有至少一個配量機構(gòu)，借助于所述配量機構(gòu)可給所述廢氣分流 配量還原劑前身物質(zhì)(11)，其中，在所述至少另一廢氣管路中布置有反應器(9)，在所述反應器(9)中所述還原劑前身物質(zhì)(11)可在限定的發(fā)動機運行狀態(tài)下轉(zhuǎn)化成還原劑、尤其轉(zhuǎn)化成氨，并且其中，在所述另一廢氣管路中設(shè)置有至少一個借助于控制和/或調(diào)節(jié)裝置(15)聯(lián)接的 阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(8，21)，其特征在于，不僅在所述第一廢氣管路中而且在所述另一廢氣管路中分別設(shè)置有至少一個借助于 控制和/或調(diào)節(jié)裝置(15)聯(lián)接的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(7，7'，8，21)，尤其在內(nèi)燃機(1)的 限定的怠速和/或低負載運行的情況下，取決于限定的反應參數(shù)、尤其取決于所述主廢氣 流(6')和/或所述廢氣分流(6"，20)中的理論廢氣溫度和/或理論廢氣量或質(zhì)量和/ 或理論廢氣壓力和/或理論空燃比，如此操控所述阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(7，7'，8，21)，即， 一方面借助于布置在所述主廢氣流(6 ‘)中的阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(7，7')阻塞或限定 地節(jié)流所述主廢氣流(6')，并且另一方面借助于布置在所述廢氣分流(6"，20)中的阻塞 和/或節(jié)流機構(gòu)(8，21)以限定的質(zhì)量堵塞所述廢氣分流(6"，20)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述至少另一、尤其為第二廢氣管路在 布置在所述第一廢氣管路中的至少一個阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)(7，7')的上游從所述第一廢 氣管路中分支。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的裝置，其特征在于，所述反應器(9)具有有利于所述 還原劑前身物質(zhì)(11)的分解的催化劑或催化劑涂層，其中優(yōu)選地設(shè)置為，用于所述還原劑 前身物質(zhì)分解的反應側(cè)的催化劑或反應側(cè)的催化劑涂層同時具有NOx還原活性。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中任一項所述的裝置，其特征在于，在所述至少另一廢氣管 路中在所述還原劑前身物質(zhì)(11)的供應部(10)的下游布置有SCR催化器(14)，或尤其在 根據(jù)權(quán)利要求20的催化劑或催化劑涂層的情況下、在所述反應器(9)的下游且在所述廢氣 分流(6"，20)到所述主廢氣流(6')的供應部(13)的上游布置有SCR催化器(14)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19至22中任一項所述的裝置，其特征在于，設(shè)置有供熱機構(gòu)、尤其為 電的供熱機構(gòu)，如有可能可借助于所述供熱機構(gòu)附加地加熱所述反應器(9)。
24.根據(jù)權(quán)利要求19至23中任一項所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)燃機(1)構(gòu)造成 帶有至少一個布置在廢氣流中的廢氣渦輪(3，3')的廢氣增壓式內(nèi)燃機(1)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，在唯一的廢氣渦輪(3)的情況下，引導 所述廢氣分流(6"，20)的所述至少另一廢氣管路在所述廢氣渦輪(3)的上游和/或下游、 優(yōu)選地在所述廢氣渦輪(3)的上游分支，并且在多個廢氣渦輪(3，3')的情況下，引導所 述廢氣分流(6"，20)的所述至少另一廢氣管路在所述廢氣渦輪(3，3')中的一個的上游 和/或下游、優(yōu)選在在流動方向上看的第一廢氣渦輪(3)上游和/或在兩個相鄰的廢氣渦 輪(3，3')之間分支。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的裝置，其特征在于，引導所述廢氣分流(6"，20)的所 述至少另一廢氣管路從至少一個廢氣渦輪(3)的廢氣門組件(23)中分支。
27.根據(jù)權(quán)利要求19至26中任一項所述的裝置，其特征在于，所述至少另一廢氣管路 (6")在布置在所述第一廢氣管路(6')中的發(fā)動機制動活門(7)的下游通入到所述第一 廢氣管路中。
28.根據(jù)權(quán)利要求24至27中任一項所述的裝置，其特征在于，發(fā)動機制動活門(7') 布置在廢氣渦輪(3)的上游，并且所述至少另一廢氣管路(6")在所述發(fā)動機制動活門(7')上游分支。
29.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)動機制動活門(7，7')構(gòu) 造成阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)。
30.根據(jù)權(quán)利要求19至29中任一項所述的裝置，其特征在于，發(fā)動機堵塞活門和/或 發(fā)動機制動活門(7')布置在廢氣渦輪(3)的上游，并且設(shè)置有與所述發(fā)動機堵塞活門和 /或發(fā)動機制動活門(7')平行布置的噴氣通道，通過所述噴氣通道，廢氣(26)可導引到 廢氣渦輪(3)的葉輪上。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于凈化內(nèi)燃機的廢氣流的方法以及裝置，其中，借助于選擇性催化還原(SCR)從廢氣流中去除氮氧化物，其中，在至少一個SCR催化器上游將廢氣流分開或分岔成主廢氣流和廢氣分流，將還原劑前身物質(zhì)輸送到該廢氣分流，還原劑前身物質(zhì)在反應器中轉(zhuǎn)化成還原劑，還原劑借助于廢氣分流從反應器中運出并在SCR催化器的上游輸送到主廢氣流，其中，在廢氣分流中設(shè)置有阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，在主廢氣流中布置了至少一個阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)，并尤其在限定的怠速和/或低負載運行的情況下，取決于限定的反應參數(shù)如此操控阻塞和/或節(jié)流機構(gòu)，即，一方面阻塞或限定地節(jié)流主廢氣流，并且另一方面以限定的質(zhì)量堵塞廢氣分流。
文檔編號F01N9/00GK101988411SQ20101024875
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者A·多林 申請人:德國曼商用車輛股份公司