技术领域
[0001] 本
发明涉及一种从
机动车辆内燃机排出管线中的筒解吸氨进行选择性催化还原的方法。
背景技术
[0002] 超过95%的柴油
发动机将配备用于处理排出管线中的氮
氧化物的装置。这可能在不久的将来应用于
汽油发动机。
[0003] 为了做到这一点，在机动车辆中，特别是在
柴油发动机中，已知的做法是给内燃机排出管线配备选择性催化还原系统，将还原剂喷射到排出管线中，还有监测命令控制单元，接收通过排出管线排出的氮氧化物的量的估计或测量值，至少设在选择性催化还原系统的下游。
[0004] 因此，为了从氮氧化物或NOx中去除污染，经常使用已知的选择性催化还原系统，其法文缩写为RCS，英文缩写为SCR，对应于“selective catalytic reduction”。下文中，在本
专利申请中，选择性催化还原系统也可称为其缩写词RCS，同样，氮氧化物可称为其缩写词NOx，氨称为其化学式NH3。
[0005] 主要存在两种类型的RCS系统。在第一种类型的RCS系统中，使用预定量的液体还原剂，通过连续喷射而引入到机动车辆的排出管线中。这种
去污还原剂的添加实现了对机动车辆的内燃机的排出管线中存在的NOx的处理。这种RCS还原剂通常是氨或氨前体，例如尿素或尿素衍
生物，特别是以Adblue®品牌命名的混合物。
[0006] 在第二种类型的RCS系统中，它是至少一个氨储存筒（氨被有利地化学储存），其在被加热时通过解吸输送氨。传统上，电加热装置用于氨的解吸。排出管线中可以提供多个氨储存筒。这代表了用一个或多个氨解吸筒操作的RCS系统的第一种
现有技术。
[0007] 这种第一种现有技术的缺点是需要用于加热筒或每个筒的装置，有利地是电动的。这增加了这种筒式RCS系统的成本，尤其是因为加热是从筒的外部进行的，会有
能量损失。加热装置由车辆的
电池或交流发
电机供电，这可能会减少电池的电荷并损失
电能。
[0008] 文献US-A-2016/169074描述了将用于内燃机的RCS系统与氨储存筒相结合的第二种现有技术。该RCS系统包括设置于排出管线中的喷射器，该喷射器被构造成将还原剂喷射到排气流中。排出管线可以包括作为喷射器下游主管道的旁路安装的分支。
阀门设置于旁路分支中，以使排出气体通过或防止排出气体进入旁路分支。
[0009] 氨储存筒形式的储存装置设置于旁路分支中，并且被构造成储存从排出气体中提取的氨。该RCS系统还可以包括控
制模块，该
控制模块被构造成选择性地致动该阀，并在该筒中储存或不储存氨。
[0010] 因此，该文献针对通
过喷射还原剂的RCS系统，也就是说第一种类型，筒作为备用，以便在管线中临时储存一定量的氨，并且不是主要和唯一的氨供应源。该筒的作用是在循环开始时或低温运行时更快地提供氨用于催化还原，而不是在管线中喷射的氨的主要来源。
[0011] 相反，本发明的根本问题在于，对于具有一个或多个储存筒作为机动车辆内燃机排出管线中的氨源的选择性催化还原系统，进行氨的解吸，氨是还原由排出管线从发动机排出的气体中存在的氮氧化物所需的最小量的氨。
[0012] 文献EP 2 944 779 A1也是已知的，该文献涉及一种用于排出气体后处理的内燃机排气系统，该排气系统包括源自内燃机排气
歧管的排出管线、用于收集一定数量的能够储存氨的固体基质的罐、源自罐并通向排出管线的氨分配管道，以及向罐供应加热
流体的回路，该回路被设计成使得从加热流体到能够储存氨的多个固体基质的热交换成为可能，其中供应回路包括
旁通阀，该旁通阀适于调节供应到罐的加热流体的量。该文献显示了用于将氨引入排出管线的特定管道和用于将排出气体重新引入排出管线的单独附加管道。如图1所示，排出气体旁通发生在氧化催化转化器/颗粒
过滤器的上游。
发明内容
[0013] 本发明提出改进现有设备。
[0014] 为此，本发明涉及一种用于选择性催化还原的方法，该方法通过从机动车辆内燃机出口处的排出管线中的用于储存的至少一个筒解吸氨来操作，所述至少一个筒设置于排出管线的主管道的至少一个旁路分支中，根据在所述至少一个分支中测量或估计的排出气体
温度来调节所述至少一个旁路分支中的排出气体流速，以便使所述至少一个筒达到足以解吸还原排出气体中存在的氮氧化物所需的氨量的温度，其特征在于，根据旁路分支中估计或测量的温度和估计的通过解吸喷射到排出管线中以确保排出气体中存在的氮氧化物的催化还原的期望的氨量调节所述至少一个旁路分支中的排出气体流速，所述至少一个筒的温度是根据在给定时间间隔期间在估计或测量的温度下的气体流速估计的，并且对应于等于期望的氨量的解吸氨量，期望的氨量的更新通过估计或测量残留在催化还原下游的排出管线中的氮氧化物的量来进行。
[0015] 与通过电动装置加热筒的第一种现有技术相比，本发明显示出不需要作为电动装置的辅助加热装置的优点，从而节省了所使用的元件，并且对电池或车辆的
交流发电机没有压
力。本发明仅需要旁路分支和与该旁路分支相关联的阀门的存在。
[0016] 用于加热的能量直接从排出气体中回收，否则这些能量将会损失。对于其它发动机控制和
净化功能，已经测量或估计了排出管线中的气体流速和气体温度，因此本发明的方法使用排出管线上已经存在的装置，这代表了装置的经济性。
[0017] 与文献US-A-2016/169074所示的第二种现有技术相比，对于该第二种现有技术，筒设置于排出管线的主管道的旁路分支中，在还原剂的喷射过程设置于筒的上游的选择性催化还原系统的操作中，该文献的筒被用于回收氨，而不是将其喷射到分支中。由此可见，在根据本发明的方法的上下文中提出的对排出气体的温度和流速的控制完全不同于该文献中提出的控制，该文献中没有描述用于还原排出气体中存在的氮氧化物的足够量的氨的解吸模式，因为该文献仅涉及管线中剩余氨的储存。
[0018] 具体而言，如果根据该文献中描述的方法储存的氨打算被解吸，则这种解吸的条件在第二种现有技术中没有描述。另一方面，这是本发明的创造性贡献，本发明建议根据在所述至少一个分支中测量或估计的排出气体温度来调节气体的流速，以便所述至少一个筒解吸足够量的氨来还原排出气体中存在的氮氧化物。
[0019] 筒内部的温度因为热惯性而跟随筒内的温度。气体流速越高，筒的温度将越跟随排出气体的温度。众所周知，在特定温度下，筒会释放预定量的氨。本发明提出，在知道排出管线中要被还原的氮氧化物的量以及因此还原所需的氨的量的情况下，控制所述至少一个旁路分支中的气体的流速和温度，所述旁路分支容纳至少一个筒，以使还原所需量的氨被解吸。可选地，可以考虑估计储存在选择性催化还原催化转化器中的氨的量，以便尽可能接近地估计待解吸的氨的量。
[0020] 有利的是，为了确保所述至少一个筒的解吸开始，根据所述至少一个分支中的排出气体温度调节所述至少一个分支中的排出气体流速，以便使所述至少一个筒达到所述至少一个筒的预定解吸开始温度80℃，在该解吸开始温度附近的变化范围为15%，以及，在所述至少一个筒的寿命结束时，为了确保筒被完全排空，通过从新筒中包含的氨的初始量中减去根据存储在与筒相关联的分支中的
存储器中的温度和流速估计的氨的解吸量来估计筒中的氨的剩余量，当所述至少一个筒中氨的剩余量等于代表所述至少一个接近空筒的氨的初始量的预定百分比（从0%到20%变化）时，在所述至少一个分支中增加流速，以便使所述至少一个筒达到预定的最大解吸温度，该温度等于150℃，在该最大解吸温度附近的变化范围为15%。
[0021] 这些值取决于所使用的筒类型及其储存模式。作为非限制性的示例，在第一温度为85℃时，一个筒可以解吸7摩尔的氨，在第二温度为150℃时，可以解吸另外一摩尔的氨。第一温度应该在旁路分支中以高流速尽可能快地达到，以确保尽可能快地在氮氧化物中进行令人满意的净化。超过第二温度使得在使用寿命结束时清空筒成为可能。
[0022] 本发明还涉及在机动车辆内燃机出口处的排出管线，该排出管线包括选择性催化还原系统，该系统通过从用于储存的至少一个筒解吸氨来操作，该排出管线采用这种方法，其特征在于，所述至少一个筒设置于排出管线的主管道的至少一个旁路分支中，阀门存在于所述至少一个分支中或排出管线上并调节所述至少一个分支中的排出气体流量，用于估计或测量排出气体温度的装置存在于所述至少一个旁路分支中，还原系统的
控制器管理用于解吸必要量的解吸氨的阀门，其特征在于，所述控制器包含映射图，该映射图给出了所述至少一个筒的温度，该温度随所述至少一个旁路分支中的排出气体的温度和流速而变。
[0023] 实施本发明仅需要增加一个或多个旁路分支和与每个分支相关联的阀门，以及对还原系统的控制器进行
软件方面的
修改，以通过气体的流速和温度而不再像第一种现有技术所建议的那样通过电
能源调节解吸的氨的量。用于估计或测量气体的流速和温度的装置已经存在于排出管线中。
[0024] 有利的是，阀门设置于排出管线的主管道上的所述至少一个旁路分支的入口分
支点处，阀门是三通阀，或者阀门设置于所述至少一个分支中的所述至少一个旁路分支的入口分支点的下游，阀门是在阀门的完全打开和完全关闭之间的多个打开
位置可调节的双通阀。
[0025] 有利的是，当阀门是在多个位置中可调的双通阀时，排出管线的主管道包括背压元件，该背压元件位于所述至少一个旁路分支的入口分支点的下游和出口分支点的上游。该背压元件可以是设置在用于将排出气体再循环到内燃机进气口的管线的分支点上游的阀门，或者是能够在排出管线的主管道中产生背压的任何其他装置。
[0026] 有利的是，排出管线在排出管线上的旁路分支的下游设有选择性催化还原系统的选择性催化还原催化转化器，氨
传感器设置于选择性催化还原催化转化器的上游和旁路分支的下游，和/或氮氧化物传感器设置于排出管线中的还原催化转化器的下游。通常，上游氮氧化物传感器可以设置于旁路分支的上游，有利地直接设置于还原催化转化器和/或颗粒过滤器的下游。
[0027] 有利的是，排出管线包括至少两个旁路分支，每个旁路分支包含至少一个筒，所述至少两个旁路分支的阀门通过不同的打开和关闭来管理。只要在所述至少两个分支中的每一个中产生的两种量的氨的添加给出了所需的氨量，就可以做到这一点。这使得调整非常容易。
[0028] 这是因为，例如，旁路分支中的筒可以接近是空的，在这种情况下，其旁路分支中的温度升高，以便随着解吸的氨的量的增加而实现筒的完全排空，而另一个旁路分支中的另一个筒对于较少量的解吸的氨表现出较低的温度，例如，在上述第一和第二温度之间。
[0029] 有利的是，所述至少一个筒是细长形状的，并且包括用于排出气体的完全穿过其中的中间纵向通道。这使得它在内部被均匀加热。
附图说明
[0030] 本发明的其他特征、目的和优点将在阅读下文的详细描述并参照以非限制性示例给出的附图后变得显而易见，其中：图1示出了根据本发明
实施例的内燃机和排出管线的组件，该组件具有包括氨储存筒的旁路分支，
图2示出了根据本发明实施例的排出管线中可以使用的氨储存筒中五种不同配方的储存盐的氨解吸的以百分比表示的五条曲线，根据摄氏度为单位的温度而变，图3是根据本发明实施例的排出管线中可以使用的氨储存筒的纵向截面的示意图。
具体实施方式
[0031] 在下文中，参考了所有组合的附图。当参考一个或多个特定的附图时，这些附图应与其他附图结合理解，以便识别
指定的附图标记。
[0032] 参照图1，示出了内燃机1和用于排放内燃机1中燃烧产生的排出气体的排出管线10。在发动机1的
排气歧管附近，排出管线10可以包括用于压燃式发动机1的还原催化转化器2和颗粒过滤器3，该压燃式发动机1尤其是柴油发动机1或使用燃油运行的发动机。
[0033] 在火花点火内燃机的情况下，特别是以汽油
燃料或含汽油的混合物运行的发动机，管线10可以包括三元催化转化器和汽油颗粒过滤器。
[0034] 上游氮氧化物探测器4a，也称为上游NOx探测器，设置于颗粒过滤器3的下游。并非所有与还原催化转化器2、颗粒过滤器3和上游NOx探测器4a相关的特征对于本发明的实施都是必要的。
[0035] 随后，排出管线10分成主排气管道6a和至少一个旁路分支6。图1所示的旁路分支6包括氨储存筒7。图1中示出了设置于主管道6a上游的排出管线10上的旁路分支6的入口分支点处的阀门5。
[0036] 在返回到排出管线10的主管道6a的旁路分支6的出口分支点处，示出了氨与排出气体的混合器13，特别是已经通过主管道6a的排出气体。
[0037] 最后，在旁路分支6的出口分支点的下游，氨探测器8可以设置在选择性催化还原催化转化器9或构成由筒7供应的RCS系统的一部分的RCS催化转化器的上游。在RCS催化转化器9的下游设置有下游NOx探测器4b，其使得能够检查是否所有的氮氧化物都已经被还原。混合器13、下游的NOx探测器4b和氨探测器8对于本发明的实施不是必需的，而选择性催化还原催化转化器9是必需的。
[0038] 本发明涉及一种选择性催化还原方法，该方法通过从机动车辆内燃机1的出口处的排出管线10中（例如在图中所示的排出管线10中）的至少一个储存筒7解吸氨来操作，这不是限制性的。从排出管线10的主管道6a可以有多个旁路分支6，包括一个或多个储存筒7。筒7设置于排出管线10的主管道6a的旁路分支6中。
[0039] 在根据本发明的方法中，根据分别在每个旁路分支6中测量或估计的排出气体温度调节该一个或多个旁路分支6中的排出气体流速，以使每个旁路分支6中的该一个或多个筒7达到足以解吸还原排出气体中存在的氮氧化物所需的氨量的温度。
[0040] 旁路分支6中的排出气体流速可以根据每个旁路分支6中估计或测量的温度以及通过估计的解吸喷射到排出管线10中以便确保排出气体中存在的氮氧化物的催化还原的期望的氨量来调节。
[0041] 从筒解吸氨的反应时间是已知的。因此，可以预测在预定时间间隔内解吸的氨的量。
[0042] 每个筒7的温度可以根据在给定时间间隔内在估计或测量温度下的气体流速估计，并且对应于等于期望的氨量的解吸氨量。
[0043] 可以通过估计或测量催化还原下游的排出管线10中的氮氧化物的剩余量来更新期望的氨量，这有利地通过下游的NOx探测器4b进行测量来实现。
[0044] 可以通过选择性催化还原催化转化器9上游的氨探测器8进行测量来监测解吸的氨的量。
[0045] 众所周知，储存筒7仅在最低温度以上解吸筒7中包含的氨。为了确保每个筒7的解吸开始，可以根据分支中的排出气体温度调节包含相应筒7的分支6中的排出气体流速，以便筒7达到预定的解吸开始温度。
[0046] 筒7的该第一预定解吸开始温度可以是80℃，在该解吸开始温度附近的变化范围为15%。
[0047] 在筒7的寿命结束时，可以通过从新筒7中包含的初始氨量中减去解吸的氨量来估计筒7中的氨的剩余量，该解吸的氨量随存储在与筒7相关联的分支中的存储器中的温度和流速而变。
[0048] 为了确保筒7的完全排空，当所述至少一个筒7中的氨的剩余量等于代表所述至少一个接近空筒7的氨的初始量的预定百分比从0到20%变化时，在包含筒7的分支中执行流速的增加以完全排空，以便筒7达到等于150℃的预定最大解吸温度，在该最大解吸温度附近的变化范围为15%。
[0049] 图2示出了根据本发明实施例的氨储存筒中的储存盐的五种不同配方的氨解吸（百分比）与温度（摄氏度）的函数关系曲线。图2示出了根据本发明实施例的排出管线中可以使用的氨储存筒中五种不同配方的储存盐的氨解吸的以百分比表示的五条曲线，该百分比根据摄氏度单位的温度而变。该盐是式BaxSr(1−x)Cl2的二氯化锶钡混合物，x分别等于1、0.5、0.25、0.125和0。纵坐标上显示了氨的解吸（NH3解吸）作为最初包含的氨的量的百分比，随横坐标上以摄氏度T℃为单位的温度T而变。
[0050] 优先选择解吸温度高于40℃的配方，以避免在
环境温度下出现不希望的解吸。
[0051] 关于释放氨所必需的温度的循环，例如在40-80℃和100-150℃之间，使得可以确定筒的填充
水平。
[0052] 80-100℃和120-150℃之间的固定相的存在释放了最后摩尔的氨，这使得有可能进一步提高当筒接近空的时剩余量的估计的准确性，例如氨的量小于最初包含的氨的量的20%，因此发出需要换成新筒的
信号。
[0053] x等于0的曲线显示了在80至130℃之间的温度下，超过80%的解吸NH3（NH3解吸）的相对恒定的氨解吸百分比，而对于x等于0.5或0.25，相对恒定的氨解吸的这种稳定温度相不存在，或者对于x等于0.125，这种稳定温度相较短。
[0054] 在图中未示出的另一个非限制性示例中，使用二氯化锶SrCl2，其通过在低温下吸收氨或NH3而变成二氯化锶八胺Sr(NH3)8Cl2。在大约80℃的平均温度下，在该温度附近15%的变化范围内，氨开始解吸，根据所示的化学反应，在该温度下释放7摩尔的NH3。二氯化锶八胺然后变成式Sr(NH3)Cl2的二氯化锶单胺。
[0055] 在150℃的温度下，在该温度附近15%的变化范围内，除了第一化学反应之外，在式Sr（NH3）Cl2的二氯化锶单胺上发生反应，释放出1摩尔NH3，同时变成二氯化锶SrCl2。从该温度，筒7的所有氨被释放，在80℃和低于150℃之间的情况下不会是这种情况，其中氨以Sr(NH3)Cl2的形式保留。
[0056] 再次更具体地参照图1，用于实施如上所述的方法的排出管线10包括通过从至少一个储存筒7解吸氨来操作的选择性催化还原系统，该催化还原系统包括位于筒7下游的由控制器管理的RCS催化转化器9。
[0057] 该一个或多个筒7设置于排出管线10的主管道6a的至少一个旁路分支6中，即一个或每个旁路分支6设一个筒7，或者一个或多个旁路分支设多个筒7。
[0058] 阀门5存在于支路6中或每个支路中，并调节该相关旁路支路6中的排出气体流速。存在用于估计或测量所述旁路分支6或每个旁路分支6中的排出气体温度的装置，以便还原系统的控制器管理阀门5，用于解吸所需解吸量的氨，该解吸量对应于还原管线10中的氮氧化物所需的氨量。
[0059] 还原系统的控制器可以包含映射图，该映射图给出设有一个或多个筒7的旁路分支6中的排出气体温度和流速而变的该一个或多个筒7的温度。
[0060] 在本发明的第一优选实施例中，阀门5可以设置于排出管线10的主管道6a上的相关旁路分支6的入口分支点处。阀门5可以是三通阀5。
[0061] 在本发明的第二优选实施例中，其是第一实施例的替代方案，阀门5可以设置于该旁路分支6的入口分支点下游的相关旁路分支6中。阀门5可以是在阀门5完全打开和完全关闭之间的多个打开位置上可调节的双通阀5。
[0062] 对于该第二优选实施例，当阀门5是在若干位置可调的双通阀5时，排出管线10的主管道6a可以包括背压元件，该背压元件位于所述至少一个旁路分支6的入口分支点的下游和出口分支点的上游。该背压元件可以是用于将排出气体再循环到内燃机1的进气口的管线的分支点。
[0063] 排出管线10可以包括至少两个旁路分支6，每个旁路分支6包含一个或多个筒7，每个旁路分支6与相应的阀门5相关联。旁路分支6的阀门5可以用不同的打开和关闭来管理，只要在所述至少两个分支6中的每一个中产生的两种量的氨的添加给出了所需量的氨。
[0064] 图3示出了氨储存筒7的实施例。筒7是细长的形状，并且包括完全穿过它的用于排出气体的中间纵向通道12。圆柱形的储存室11围绕中间纵向通道12。正是该隔室11包含氨储存材料，例如二氯化锶，但不限于此。
