[发明专利]用于净化废气增压式内燃机的废气流的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于净化废气增压式内燃机的废气流的方法。本发明还涉及一种根据权利要求13的前序部分的用于净化废气增压式内燃机的废气流的装置。

背景技术

对于废气净化首先冷起动的废气排放引出了问题，因为在冷发动机起动之后且由此在催化器尚未达到运行温度情况下也必须遵守法律规定的废气排放极限值。在此，非常重要的为所谓的催化器的启动温度(Anspringtemperatur)。催化器达到50％的转化率时的温度表示为启动温度。因此，催化器设计的目的之一为，实现尽可能低的启动温度。为了保证该目的，后处理系统的催化器一般布置成距离发动机很近，以用于确保催化器快速加热和由此尽可能快的启动。

一般已知，应用选择性催化还原(简称SCR)以减少内燃机、尤其在以空气过量运行的内燃机中的废气流中的氮氧化物。氧化钒和/或氧化钨和/或二氧化钛和/或含铁的沸石和/或含铜的沸石和/或氧化锆适合作为用于利用在选择性催化还原化合的化合中所使用的SCR催化器的活性组分。该反应主要按照以下反应式进行：

2NO+0.5O₂+2NH₃→2N₂+3H₂O    (反应式1)

通过NO₂的存在使该SCR反应加速，由此明显降低催化器的启动温度：

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O    (反应式2)

在此，这种工艺所需的NO₂根据以下反应式基于从内燃机中放出的一氧化氮在含铂的催化器处产生：

(反应式3)

根据催化器的实施形式、根据铂的含量以及根据使用情况，催化器具有在180℃至330℃之间的启动温度。然而，在此需要注意，由于在高温情况下热力学的NO/NO₂平衡位于NO侧，因此NO₂在整个氮氧化物中的份额随温度的升高而降低。

一般已知，应用氨作为用于SCR反应的还原剂，不过由于氨的毒性，常常通过无害的分裂氨的(ammoniakabspaltend)化合物(如尿素或氨甲酸盐)来替代氨。该分解根据以下反应式进行：

(NH₂)₂CO+H₂O→2NH₃+CO₂    (反应式4)

在SCR方法中，物质的分解和由此氨的释放对于方法的可应用性起到决定性作用。例如，由于气相上根据以上反应式4在450℃才在量上实现尿素的分解，因此常常应用所谓的水解催化剂、如从文件EP 0 487 886 B1和文件EP 0 555 746 B1中已知的，借助于这些水解催化剂，分解温度可降低到约170℃。为了减少催化剂，而使在催化剂中停留时间(Verweilzeit)保持恒定，例如这种水解催化剂在从主流中提取的废气分流中工作。例如，在文件EP 1 052 009 B1中为这种情况。在此，尤为有利的是，为了能够使水解催化剂在高的温度水平上工作，尽可能靠近发动机提取废气分流。

由于在内燃机的怠速和/或低负载运行中的非常少的废气量使NH₃从NH₃前身物质中释放的问题加剧，该废气量约为最大量的10％，这导致，通过还原剂前身物质的吸热分解引起废气分流显著的冷却。如果还原剂前身物质在水中溶解(例如在含水的尿素溶液中)，则通过水的蒸发焓额外地附加了废气分流的冷却。这导致，废气分流中的废气温度可降低到临界温度(约170℃)以下，从而在这些工作点中还原剂的添加是不可能的。

因此，在废气增压式内燃机中有利的是，在涡轮增压器之前已提取废气分流并在涡轮增压器下游又将其引回(文件DE 102 060 28 A1)，因为在全负荷时废气涡轮上游的废气温度比废气涡轮下游的废气温度高350℃。该方法的优势在于，在大多情况下即使在内燃机的怠速和/或低负载运行时，也可保证还原剂前身物质可靠的分解成例如作为还原剂的氨。

然而，该变型方案的缺点在于，通过在涡轮增压器前提取废气分流，降低了增压装置的效率并由此降低了内燃机的效率。

从文件DE 10 2007 061 005 A1中已知了这种用于在废气后处理系统中的还原剂的水解的方法，在该方法中，通过主动控制或调节通过废气分流引导的废气量使水解催化剂处的温度保持在预定极限内。

发明内容