专利名称:选择性催化还原时调节还原剂的计量添加的方法
技术领域:
本发明涉及到根据权利要求1的前序部分的方法。
背景技术:
除了固体颗粒之外,燃烧过程中所产生的氮氧化物也属于受到限制的废气成分, 其允许排放量越来越低。当今使用不同的方法来减少在汽车中运行的内燃机的这些废气成 分。通常借助催化器来减少氮氧化物。在富氧废气中还需要加入还原剂来提高选择性和NOx 转化率。这些方法均被统称为SCR方法,SCR表示“选择性催化还原”。这些方法在发电厂 领域已有许多年的应用历史,近来也应用于内燃机。关于这些方法的详细描述,可参阅DE 34 28 232 Al。可以使用含有V2O5的混合氧化物例如V205/W03/Ti02形式的混合氧化物作为 SCR催化剂。典型的V2O5含量为0.2 3%。还可以考虑使用含有铁和/或铜的沸石。在实际应用中使用氨或者能分解出氨的化合物(例如固态或溶液形式的尿素或 甲酸铵)作为还原剂。尿素在高温下分解成异氰酸和氨。
(NH2)2CONH3 + HNCO(1)异氰酸由废气中所含的水进一步水解而生成NH3和C02。
HNCO+ H2O^ NH3 + CO2(2)一摩尔尿素完全水解由此产生二摩尔氨和一摩尔二氧化碳。
(NH2)2CO + H2OO 2NH3 + CO2(3)由此通过尿素水解提供了本身在发电厂领域已证实有效的还原剂,也即氨。其中,为了转化-摩尔-氧化氮,需要-摩尔氨。
4N0+4NH3+02O 4N2 +6H20(4)NH3与NOx的比例称作进料比α。α = ΝΗ3/Ν0χ对于理想的催化剂而言,当进料比为一时,还原掉所有氮氧化物,也就是达到 100%的NOx转化率,这是因为针对NOx转化率ΧΝ()χ,满足
_7] 其中CNQx,Q =NOx的未处理排放量[ppm]cNOx 经催化器处理后的NOx排放[ppm]如果在SCR催化剂上游连接用于生成NO2的含有钼的NO-氧化催化剂
2N0+02 2N02(5)则可以显著加速SCR-反应,并且可显著提高低温活性。
N0+2NH,+N02 O 2N2+3H20(6)当然在有NO2存在的情况下,也要考虑到在下述反应后笑气排放量升高
2NH3 + 2NO2 十 V2 O22 N2O+ 3 H2O(7)所以在车辆中运行的内燃机情况下难以利用SCR方法来还原氮氧化物,因为这里 存在交变的工作条件(例如波动的废气温度、废气量和NOx的未处理排放量),这使得难以 按量配给(Zumessimg)还原剂。尽管一方面要达到尽可能高的氮氧化物转化率,但另一方 面也要注意不要出现笑气、异氰酸或者未消耗掉的氨气的排放。当前在计量添加针对车辆中使用的SCR法的还原剂时使用两种方法来确定 (Bestimmung)正确的还原剂计量添加量。其一是不使用传感器回答(RUckmeldung von Sensor)来确定催化剂系统后端 实际排放量的纯控制方式。其中借助模型、来自内燃机的电子发动机控制机构的存储器 中所保存和/或确定的表格或曲线、特征曲线族(Kermfeld)或函数形式的数据,并任选 地借助用来测定催化剂温度、NOx和废气量的传感器,来确定计量添加量。例如可由喷油 M (Einspritzmerige)、胃云力(Motordrehzahl) > B^^flii] (Einspritzdruck) >
比(Kraftstoff/Luftverhaltnis )等等计算发动机的未处理排放量(Rohemission)。可能 的NOx转化率以及为此所需的还原剂计量添加量进而取决于催化剂温度、NOx的未处理排放 量、废气量等等。系统后端的实际排放量并未得到检测,因此对计量添加量没有影响(DE 43 15 278 Al、DE 195 36571 Al、DE 199 06 344 Al、EP 898 061 Al)。这种方法的缺点在于由于缺少关于实际排放量的回答,几乎不能弥补错误、缺陷 或者环境影响。第二种计量添加还原剂的可能方法是利用安装于系统后端的HNCO-、N2O-、NOx-和 /或NH3-传感器建立典型的闭环(geschlossen)控制电路(Regelkreis)。为此,将传感器 当前提供的实际值与额定值进行比较,从而连续调整计量添加量。但是持久控制的问题在 于系统和传感器的惯性(Tragheit)以及同时高度动态的车辆中内燃机运转。例如在提速过 程中,或者废气增压式内燃机上的负载补偿(Lastaufschaltimg)时,NOx排放会在一秒钟之 内增大到10倍。在无增压发动机(Saugmotor)中由于缺少废气涡轮增压器的惯性,升高得 更快。在负荷减小或者过渡到惯性滑行(Schubbetrieb)模式时同样如此。用于测定排放量的传感器无法检测这些高度动态变化过程。原因一方面在于传感 器的惯性,这些传感器的典型t90-时间也就是达到90%终值的时间为300 500ms,另一 方面则在于需要将传感器定位在催化器系统后面。视废气体积流量和废气装置的容积而 定,气体从气缸盖排出口直至催化剂系统排出口的运动时间为200 2000ms。为了补救这种问题,在DE 101 00420 Al中,特别是对于内燃机提出了这类废气后 处理系统和控制这种废气后处理系统的方法,这使得这种问题部分地得到解决。根据内燃 机和/或废气后处理系统的运行状态,将向含有至少一种催化剂的废气后处理系统供给规定量的还原剂。所述供给的还原剂的量经调节。为此在内燃机稳定运行时通过传感器测量 氮氧化物或者氨的排出(Aussto β ),并与这种稳定的运行状态所存储的额定值进行比较。 如果确定了偏差,废气后处理系统控制得到了修正值,藉此适配所供给的还原剂量,也就是 籍此对该值进行调节。在这种系统的情况下,缺点是,由于上述的系统惯性,这种调节只是在内燃机规定 的运行参数下,在相对长的稳定的运行阶段才能实现。在此,稳定运行条件理解为确定还原 剂配给的运行参量不允许改变或者只允许微小地改变。例如如果内燃机在车辆中运行和车 辆在城市交通中行驶,那么在内燃机确定的运行方式下,在较长的时间段间不会出现这样 的稳定的运行阶段。由此在较长的时间段内,不能藉此进行还原剂量的校正,因此这将导致 有害物质氮氧化物或氨的排出的升高。另外一个应对所述问题的措施由DE 19536571Α1获知。这里描述了将进给量的还 原剂计量添加到具有下游连接催化器的燃烧设备(特别是内燃机)废气流或排出空气流中 的方法以及附属的装置。从燃烧设备,废气和催化器运行相关的参数出发,通过特征曲线 (曲线族)可实现还原剂进给量的调节,这里检查了特征曲线(曲线族)的位置,特征曲线 (曲线族)的位置与内燃机,废气和催化器的实际状态以及实际的运行条件相适配。因此通 过借助传感器测定的有害物质实际浓度与保存的额定值的比较实现了特征曲线或曲线族 的适配。在这种过程中,体系的、特别是传感器的大的惯性也将造成只有在内燃机稳定运 行的条件存在的情况下进行检查才是可能的,使得之前针对DE 10100420Α1描述的缺点在 这里也出现了。
发明内容
本发明的任务在于避免已知方法的缺点。该任务通过根据权利要求1的方法得到 解决,该方法的有利的扩展方案在从属权利要求中给出。本发明所述的方法与将分解出氨的还原剂计量添加到(安装于车辆中的以空气 过剩(LuftUberschuss)操作的内燃机的)废气流之中的废气后处理设备结合使用。这种 类型的装置通常利用受控制机构控制的、归于(zugeordnet)废气后处理设备的计量添加 装置来计量添加还原剂。将至少一个SCR催化器作为废气后处理设备的额外部分安装于废 气流中的计量添加装置下游用于还原氮氧化物。计量添加还原剂由控制机构利用保存于其中的、覆盖内燃机或废气后处理设备的 所有可能工况点(Betriebspimkt)的模型而实现——在当今常见的设备中通常是尿素水溶 液,但也可以是其它还原剂(氨或者分解出氨的化合物,如固态或溶液形式的尿素或甲酸 铵)。模型在最为简单的情况下是特征曲线或特征曲线族,但也可以是多个特征曲线、 特征曲线族,或者单参数或多参数函数,其是利用所说的基准装置和/或通过理论分析来 确定或设定的。所述基准装置在本情况下是由内燃机和废气后处理设备组成的典型装置产 品系列,其可以是已经安装于车辆之中的。通过在基准装置上进行测量和/或通过理论分 析,一方面针对装置的多个工况点确定还原剂的计量添加量,另一方面针对这些工况点确 定额定排放量。可通过基准装置的至少一个工作参数的参量定义每一个工况点。将确定的
6计量添加量和附属的额定排放量或额定转化率以模型形式以如下方式存储在相应产品系 列的控制机构之中从而可以针对至少一个工作参数可能具有的所有值,也就是针对所出 现的所有工况点,利用控制机构直接或者以插值法,从该模型获得与计量添加量以及额定 排放量或额定转化率成正比的量。控制机构从该模型(即特征曲线、特征曲线族或者函数)出发,根据内燃机和/或 废气后处理设备的至少一个经由该控制结构运用的工作参数,确定计量添加量。其中,至少 一个工作参数的各个瞬时值(AugenbIickswert)决定内燃机和/或废气后处理设备的各个 工况点。在实践中通常并非仅涉及一个工作参数,而是多个工作参数,这些工作参数对还原 剂的正确计量添加量有影响,因此要在模型中对这种多重关系加以考虑。但由于这种多重关系并不恒定,而是随时间也就是随设备运行小时数(Anzahl der Betriebsstunden)以及环境影响引起变化,因此必须对通过模型确定的计量添加量进 行修正。为此,以如下方式有利地操作,以致在内燃机运行期间,控制机构通过对内燃机和/ 或废气后处理设备,借助内燃机的控制机构由保存值求得的与额定排放量或额定转化率成 比例的参量和在测量技术上由控制机构掌握的与额定排放量或额定转化率成比例的参量 的比较而求得偏差,并依据这种偏差而求得针对计量添加量的修正值。然后,对于后续的计 量添加过程,通过控制机构用该修正值对所保存的模型进行修改。用修正值对模型的修改总是保存这样长的时间直至控制机构通过对内燃机和/ 或废气后处理设备借助内燃机控制机构由保存值得到的与额定排放量或额定转化率成比 例的量和在测量技术上由控制机构重新掌握的与实际排放量或实际转化率成比例的参量 比较求得了偏差,依据这种偏差求得了针对计量添加量的新的修正值。然后,对于后续的计 量添加过程,用这种新的修正值对所保存的模型进行修改。一方面为了掌握带下游连接的废气后处理设备的内燃机的实际排放值或实际转 化率需要一定的时间,在该一定的时间内使NOx传感器和/或NH3传感器和/或N2O传感器 的信号求和或求积分,另外附带地允许尽可能地不改变工作条件。这限制了在稳定运行状 态下实际排放量或实际转化率的确定。为了对求得修正值而以有利的方式得到对稳定工作 条件的非依赖关系,在根据本发明的方法求实际排放量或实际转化率时,将会如此地进行, 以致传感器将对SCR催化器下游设置的NOx传感器和/或NH3传感器和/或N2O传感器的 测量值进行求和或求积分,并同时监测至少一个工作参数是否在至少两个数值范围的一个 数值范围内,其中所述数值范围由保存在控制机构中的参量所确定。加法或积分的持续时 间可以进行可预先给定的时间t或直至可预先给定的排放量或直至通过至少一个工作参 数的求和或求积分而达到可预先给定的值。例如这个工作参数可以是废气量和/或燃料量 和/或还原剂的量和/或内燃机所作之功。此外用于数值范围监控的测定的工作参数也能 用于确定加法或积分法的持续时间。当然另外未处理排放量的测定对于求得额定转化率和 实际转化率是必要的。此时通过浓度值和/或排放质量和/或排放质量流量的求和或求积分能确定排放 量的达到。通过上述的数值范围的分派,在数值范围本身内至少一个工作参数在求和或求积 分时可以变动,也就是说通过分类的形成,能够得到实际排放值或实际转化率和因此对还 原剂计量添加的修正值的频率将大大地提高。此时通过数值范围的选择,在可忽略的数量级范围内能够保持通过这种分类形成而产生的误差,在此种数值范围本身内至少有一个工 作参数可变动。如果在求和或求积分期间,所述至少一个工作参数背离了当前的数值范围,即级 别(Klasse),那么有两个备选的方法进程。一方面能够如此地实施以致控制机构在查明 背离了当前的数值范围时舍弃求和或求积分的总和。另一方面能够在查明背离了当前的数 值范围时,由控制机构临时保存(zwischenspeichern)求和的或求积分的总和,以在然后 如果控制机构查明回到了先前背离的数值范围,藉此继续进行求和或求积分到达到可预先 给定的排放量,达到所作之功或另外一个工作参数的总和或积分,或者直至针对求和或求 积分的可预先给定的时间过完。两种备选方案都有优点和缺点。在第一种情况下,将保证求和或求积分一次性地 完成(in einem Zug erflgen),也即过程开始和结束之间仅仅数秒钟。在这样短的时间段 里不用考虑时间引起的影响或环境的影响,因此对实际排放量的测量结果没有影响。另一 方面,能用于新的实际排放量值的频率强烈地降低了。在第二种情况下,至少从理论上来 看,可能要延续数日甚至数周,实际排放量计算才会结束,这样与时间相关的影响或者环境 影响非常可能发挥作用,并且可能会使得检测结果失真。将暂时存储值的有效性限制在一 定时间范围内,即可解决这个问题。当采用中间存储方法过程时,有利的是将其中实际排放 量测量值和由此的当前修正值可供使用的频率大大提高。在另外一个方法过程中,控制机构利用在可预先给定的时间t或可预先给定的排 放量内所作之功或另外一个工作参数的求和或积分的总和的求和或求积分或与此成比例 的参量作为与保存的额定的排放量相比较的实际排放量,并用确定的差求得了针对计量添 加量的修正值。控制机构提供了各自当前的对于至少一个工作参数的数值范围有利的修正 值,使得如果当前的由控制机构求得的至少一个工作参数的参量位于相应的数值范围内, 使得所述控制机构能够有助于用对至少一个工作参数的各个数值范围而求得的修正值修 改得自模型的计量添加量。模型能如此有效的求得计量添加量,因此有利地适配了时间和环境引起的变化。另外的可能性在于,根据控制机构求得的至少一个工作参数的当前参量,由针对 与这个当前参量直接相邻的至少一个工作参数的参量的修正值通过内插法求得作为修正 值的中间值。根据这种方式一方面由分级形成引起的误差有利地变小,因为对于每一个工 况点中间值可以形成保存的修正值,另一方面还没有求得修正值的数值范围能够通过内插 法有利地弥补。一个特别简单和由此有利的由模型确定额定排放量或额定转化率的方法在于,所 述控制机构在可预先给定时间t内或达到可预先给定的排放量或所作之功或另一工作参 数之和或积分,也就是说时间上与求实际排放量或实际转化率相平行,将由模型得到的针 对额定排放量或额定转化率的依赖于工况点的值进行求和或积分,并将由此获得的和或者 与此成比例的量用于将所述实际排放量或者实际转化率与所述额定排放量或者额定转化 率进行比较。这种方法过程的主要优点在于,除了用来求该修正值并由此只是允许在列入的数 值范围(也就是说分级)内变动的工作参数外,所有其它的工作参数都可取任意的值,因为 由此给出的影响都可以通过对实际排放量和额定排放量的求和或求积分而消除。换句话说,在求实际排放量或实际转化率时以及在求额定排放量或额定转化率时,经历了相同的 工况点,因此在比较两个值时由此消除了给定的影响,作为结果,涉及到工作参数的偏差仍 是多余的,为此将求得修正值。为了用修正值修改由模型测定的计量添加量,如果修正值以正的或负的校正计量 添加量的形式保存的话,则控制机构将形成计量添加量和修正值的和,或者如果修正值是 作为因子而保存的,那么控制机构则形成计量添加量和修正值的乘积。鉴于控制机构所运用的内燃机和/或废气后处理设备的工作参数,可以考虑冷 却水温度和/或油温(Oltemperatur)和/或燃料温度(Kraftstofftemperatur)和/或
力(Kraftstoffeinspritzdruck)禾口 / IiUiS (Sauglufttemperatur)禾口 / $ 增压空气温度(Ladelufttemperatur)和/或涡轮增压器转速(Turboladerdrehzahl) 和/或增压压力(Ladedruck)和/或车速(Fahrgeschwindigkeit)和/或发动机转 速(Motordrehzahl)禾口 / 或喷油量(Kraftstoffeinspritzmenge)禾口 / 或废气温度 (Abgastemperaturen)禾口 / 或催化齐Ll温度(Katalysatortemperatur)禾口 / 或还原齐[J喷入 量(Reduktionsmitteleinspritzmenge)禾口 / 或废气再循环率(Abgasriickfiihrungsrate) 和/或还原剂压力(Reduktionsmitteldruck)和/或排放量(Emissionen)和/或空燃比 (Kraftstoff-/ Luftverhaltnis)和/或这些参量的随时间变化。对于还原剂的计量添加,这意味着,在最简单的情况下,也就是说,在控制机构只 运用了一个工作参数(例如废气质量流量)时,那么控制机构所提供的模型只含有一条特 征曲线。如果控制机构运用了多个工作参数,那么将涉及到一个或多个的特征曲线族或一 个或多个多参数函数。基于有许多对还原剂计量添加量可能有影响的工作参数,有意义的是,控制机构 对内燃机和/或废气后处理设备的不同的工作参数测定和保存了至少一个修正函数和/或 多个修正函数的不同的修正值和/或不同的参数,控制机构依据内燃机和/或废气后处理 设备的当前工况点由修正值和/或修正函数求得基于工况点的修正值。由于上面讨论的多重依赖关系,工作参数的等级分配的重要性特别明显,因为只 有这样,这样多重依赖的修正值才能在可接受的时间段内完全求得。分级形成的作用是,工 作参数范围在各个限定的范围内被认为是恒定不变的,因此得到了可以作为准稳定运行处 理的工作点范围。为了求得修正值,内燃机和/或废气后处理系统正巧所位于的真正的工 况点足够长地位于这样的被认为是准稳定的工况点范围内,这样的概率将由于刚提到的分 级形成而大大增加。HNCO-传感器和/或N2O-传感器和/或NOx-传感器和/或NH3-传感器和/或λ 传感器将用作测定实际排放量、未处理排放量和实际转化率的传感器。这些传感器市场上 都可买到,它们的结构这里无需进一步说明。
具体实施例方式下面将利用工作实施例更详细地说明本发明。对于下面的实施方案将从用于将分解出氨的还原剂计量添加到内燃机的废气流 之中的废气后处理设备出发,所述内燃机是安装在车辆中并用过剩空气运行的。正如开头所指出的那样,依据工况点对还原剂可控制地计量添加,对于这样的装置是不够的;更加需要的是,依据废气后处理设备或内燃机的随时间的变化,以及依据环境 影响校正计量添加量。为此求得了依赖于工况点的修正值。为了求得与内燃机和/或废气后处理设备的各个工况点有关的修正值,工作原理 将在下面示例性说明。这里的前提是,在控制机构中的可编程电子发动机控制机构(例如 在现代内燃机中得到应用的)中作为程序控制过程实现了所述的过程。控制机构居于许多 与内燃机和废气后处理设备相结合的传感器之上,并经这些传感器确定了内燃机或废气后 处理设备重要的工作参数的所有当前值,以及废气后处理设备的当前的实际排放量或当前 的实际转化率。重要工作参数的当前值在这里限定了内燃机或废气后处理设备的当前工况 点ο在内燃机运行期间,首先实现了重要工作参数的连续监控。这一方面用于如下目 的,由控制机构保存的模型依据工况点推断出还原剂计量添加量。另一方面,目的在于对工 作参数的监控,根据工作参数值,对于提供作为依赖于工况点的保存值的还原剂量求得修 正值。下面将对修正值的求取进行详尽的探讨。正如已经论述的那样,基于分级求得修正值。其理解为,重要的工作参数能够取的 值将以数值范围或等级进行划分。对于每一个重要的工作参数至少限定为两个数值范围或 等级。工作参数存在多少等级,或者怎样取得等级,也就是说它们具有哪些始值和哪些终 值,取决于,在相应的工作参数什么样的数值范围内会产生修正值的可忽略的变化。相应的 数值范围可借助于参考装置而求得。正如已经说明的那样,参考装置涉及用于将分解出氨 的还原剂计量添加到安装在车辆中的使用空气过剩运行的内燃机的废气流之中的废气后 处理设备,其符合串联状态,对它进行了相应的实验测量。如此求得的每一个重要的工作参 数的数值范围或等级保存在串联的控制机构中,使得可以动用它们。在装置根据串联状态运行时,假定控制机构首先不保存修正值,例如在内燃机第 一次运行时,在应用模型提供的计量添加量的情况下实现了计量添加,也就说未进行校正。 同时控制机构开始循环检索重要工作参数的当前值,并与控制机构保存的数值范围或等级 进行比较。根据这种比较的结果产生了两种可能性_工作参数的当前值仍旧在该等级的范围内;_工作参数的当前值超出了该等级的范围。下面将更详细探讨上述两种情况。另外的过程将平行于上述过程进行的。此时就所述一个或多个工作参数所位于的 当前等级或多个当前等级而言,废气传感器提供的值或者借助于这种传感器而求得的转化 率都由控制机构求和或求积分。对于求和或求积分,控制机构中可预先规定时间t,排放量, 内燃机所作的功或另外的工作参数的和或积分,根据过程,前提是,直至其过程完成,不背 离所述一个或多个等级,控制机构结束求和或求积分的过程,并为了比较实际值一额定值, 利用如此得到的值作为装置的实际排放量或实际转化率的等价物。其中可预先给定的时间t应当至少为15秒。对于利用可预先给定的排放量作为 中断判据来代替时间t的情况,正如已经提到的那样,通过浓度值和/或排放质量和/或排 放质量流量的求和或求积分能够求得排放量。如果通过排放质量和/或排放质量流量的求和或求积分以质量单位给出可预先 给定的排放量,那么NOx的可预先给定的排放量应该至少为1毫克和/或NH3的可预先给定
10的排放量应该至少为0. 01毫克和/或N2O的可预先给定的排放量应该至少0. 02毫克和/ 或HNCO的可预先给定的排放量应该至少为0. 01毫克。由此能求得额定排放或额定转化率值,因此动用到保存值,保存值与控制机构求 得的实际排放值相似,然而通过理论考虑和/或实验借助于前述过程中的参考内燃机而求 得,与控制机构存储器保存的计量添加量相结合同样保存在那里。与实际的排放量或实际 的转化率值的求和或求积分相类似,同样在可预先给定的时间t内或者直至达到可预先给 定的排放量,所作之功或另外一个工作参数的和或积分,能够对这样的保存值求和或求积 分,使得这样所得到的值与额定排放量成比例。如果所述一个或多个工作参数的当前值超过了等级范围,这正如上面作为第二种 可能性所提到的那样,同样又存在着后续处理的两种可能性。一方面可以舍弃已经得到的 部分求和或部分积分,使得我们就不能形成修正值或者新的修正值。另一方面存在着下面 的可能性,在超出等级范围时使求和或求积分的过程中断,在返回该等级时在中断处又再 次执行。可预先给定的时间t或可预先给定的排放量,可预先给定的所作之功或另外的工 作参数的可预先给定的和或积分(其是对所述求和或求积分过程设想的)这样将划分为部 分时间tx或部分排放量,部分功或另外工作参数的部分和或部分积分。在求实际排放量时要考虑到哪些工作参数(例如油温,水温,发动机水温和室外 温度),这取决于当时各自的情况。实际上上面进一步提到的理论上可能的情况将只考虑了 少数几种。如果求得了额定排放量和实际排放量之间或额定转化率和实际转化率之间的偏 差,那么由此就能求得修正值,这些情况与各自工作参数等级或一些工作参数等级相结合 都保存在控制机构的存储器中。如果这时在控制机构中存在着修正值,那么计量添加量将依据这个与工作参数等 级相关的修正值进行校正。其是如此进行地,其中控制机构在所保存的模型的范围内,根据 当前工况点将存储器提供的计量添加量与所述一个或多个修正值相关联。针对上述的实施方案可以列出下面一般性断言对于η个工作参数,下面将称为影响参数Ε,必须测定至少2η个修正值和/或具有 η个参数的至少一个修正函数kf。在时间点t实际添加的还原剂的量由经保存数据(以曲线,特征曲线族,表 格或函数形式)求得的还原剂量Hiiis‘和至少一个与影响参数E相关联的修正值K得 出。这种修正值依赖于影响参数E的当前值,时点t’时测定的与影响参数E相关联的修正 值kf,其中修正值kf,如上所述,基于等级求得。一般可描述为 m 还原剂(t) = K (E ⑴,kf (t ‘ )) · m 还原剂,麵式中t描述为当前时间,t’描述为过去的时间。除了乘法外,当然也可以为加法,其根据下式进行m还原剂(t) = K(E(t),kf(t' )) +m还原剂,模型。为了确定影响参数的不同值的作用,应针对该影响参数E的至少两个不同数值范 围以及过去的两个不同时间点,计算额定和实际排放量或者额定和实际转化率的偏差。这方面有一个实例首先在前述过程中工作参数如前所述进行分等级,然后通过实际值在等级内求积分或相加和并与额定值的比较而求得针对每一个等级的修正值。在这种情况下需要预先给一定的测量时间,这个测量时间对于可靠地求得修正值是必要的。
下面以“废气质量流量”影响参数为例,示例性阐述工作参数一等级或影响参数一等级的方法。
在运行期间,在实际值一额定值一比较的情况,
一在lOO—1000kg/h时,在时刻t’时求得了120%的修正值。
一在lOO卜2000kg/h时,在时刻t”时给出了90%的修正值。
一在200卜3000kg/h时,在时刻t”’时给出了130%的修正值。
如此求得的修正值以特征曲线的形式画出,以质量流量一等级lOO—1000kg/h,1000—2000kg/h和2000—3000kg/h的形式列出
废气质量流量一等级[kg/h]lOO—1000lOO卜2000200卜3000
修正值[%]12090130
因此修正值与影响参量的等级相关联,不再与影响参量的单个值相关联。
在不稳定的发动机运行期间,所求得的修正值要么适合于所述等级的整个宽度,要么仅适合于该等级的一个值,例如下限,平均值或者上限,这时当前的修正值有利地通过特征曲线的线性内插而求得,并用于所控制的计量添加量的调整。第一种情况,对于lOOl和2000kg/h之间的质量流量得到90%的恒定修正值,模型求得的计量添加量通过与修正值的乘法进行校正,从200lkg/h起将用130%进行校正。在另一种情况下,对于1800kg/h的废气质量流量用线性内插法产生了102%的修正值,前提是修正值在每一情况下基于两个最接近的校正等级的中值。
修正值,如上所述,能够以相对值的形式或以绝对值形式,例为改变的还原剂的量那样求得和给出。下列的实例意在清楚地说明了这种差别,这里为了简明起见,不论对于相对修正值,还是对于绝对值,偏差都直接充当修正值。但是,在现实中建议,对修正值的最大值和/或经每次检查允许的变动进行限制,以防止所述系统的跃进。
如上所述,应该测定废气质量流量影响参量的相对修正值,其中N。1转化率被用来作为评价标准。
废气质量流量一等级[kg/h]lOO—1000lOO0-20002000-3000
额定的N。1转化率[%]908065
实际的N。1转化率[%]758946.2
修正值[%]12090130
如果应用绝对值,建议在应用N。1传感器时,应用于SCR一体系下游的N。1浓度作为评价标准。
废气质量流量一等级[kg/h]lOO—1000lOO1-20002001-3000
额定的N。1浓度[ppm]8001200650
实际的N。1浓度[ppm]6501400650
修正值[ppm]150一200o
在稍晚时刻求还原剂量m怀酮,(t)时,在应用绝对修正值L的情况下,应该注意,修正值必须描述还原剂计量添加量。也就是说,在上述的实例中必须将借助于当前的废气量从修正值求得的浓度值折算成当前的还原剂计量添加量的增长。如果不将废气的浓度提供作为修正值,而是已经将还原剂的量提供作为修正值,这一点就可能避免。在求其它影响参数的修正值时,将类似于上面用于求绝对修正值和相对修正值的 实例那样办理,其它的影响参数为例如冷却水温度和/或油温和/或燃料温度和/或废气 质量流量和/或喷油压力和/或进气温度和/或增压空气温度和/或涡轮增压器转速和/ 或增压压力和/或车速和/或发动机转速和/或喷油量和/或废气温度和/或催化剂温度 和/或还原剂喷入量和/或废气再循环率和/或还原剂压力和/或NOx未处理排放量和/ 或工作小时和/或空气湿度和/或大气压力。如果给出E1-En的η个影响参数,那么对于η修正值例如通过乘法M还原剂(t) = K1(EJt), kfl(t ‘ )) · K2(E2(t),kf2(t “ ))·Κ3(Ε3α), kf3(t" ‘ ))···· Kn(En(t),kfn(t" “ )) · m还原剂,模型或加法M 还原剂(t) = (K1(E^t), kfl(t ‘ ))+K2 (E2 (t),kf2 (t “ ))+K3(E3(t), kf3a" ‘ ))+... Kn (En (t),kfn(t" “ )))+m 还原剂,模型给出实际添加的计量添加量,求得修正值。如果修正值是绝对值,这时大多应用修正值加法,如果修正值含有相对值,那么大 多应用乘法。含有影响参数E的多参数修正函数K的建立也是可设想的M还原剂 Jt) = K(EJt), kfl(t' ),E2(t),kf2(t〃 ),E3(t),kf3(t〃 ‘ )+. . .En(t),
kfn(t〃 " )) · m还原剂,模型而在不相同的时间t’、t”、t’ ’ ’等未必能够测定影响参数的单个修正值。修正值冻结的如下时间也就是未改变地进行保存,和用于校正保存值,和由此再 次用于控制,直到达到又返回于各自工作参数_等级和/或新的积分和求和结束,因此能够 进行排放量的重新检查,和求得新的修正值。在前述的实例中,额定值与实际值的偏差一对一地流当了修正值。这并不总是主 要目的。在偏差很大时,由此得到了大的修正值,这可能导致体系跃进。因此限制每个险查 步骤的修正值的变化是合理的。通过预先规定每个检查步骤最大允许的修正值的改变和/ 或通过预先规定最小和/或最大修正值将能达到这一点。另外一个可能性在于,通过偏差 与位于零和一之间的值相乘而求修正值。在对多个工作参数或影响参数求得多个修正值时,必须注意不同的影响参数对实 际排放量或实际转化率具有不同程度强烈的影响。因此下面的作法是合理的,对各个修正 值,通过加权因子W1, W2, WfWn实现对导致计量添加量校正的各个取决于影响参数因子的 影响。例如这会导致下列的措施M 还原剂(t) = (W1 · K1 (E1 (t), kfl (t ‘ )) +W2 · K2 (E2 (t),kf2 (t 〃 )) +W3 · K3 (E3 (t), kf3a" ‘ ))+...wn·κη(En(t),kfn(t" “ ))) ·πι还原剂,模型a)尤其在通过乘法求计量添加量时和/或建立多参数的修正函数也是可设想的,不 同影响参数的影响在求各个修正值时已经实施了,因此,与对于具有大的影响的参数相比, 对于具有较少影响的参数给出了较小的修正值。此外这也是可设想的,对于不同的影响参 数,每个检查步骤引入了不同的最大允许修正值的改变和/或不同的最小的和/或最大的 修正值。另一个可能性在于,通过与位于0和1之间的和由此体现了各个影响参数之影响 的不同加权因子的相乘而求得了不同的修正值。加权因子在最简单的情况,将定义为常数。另一个可能性在于,加权因子借助于函数和/或特征曲线族和/或特征曲线而求得,它们附 带地依赖于至少一个工作参数或影响参数的参量和/或额定和实际排放量/转化率之间的 偏差。因为影响参数的影响在工作期间,例如由于催化剂的老化会改变,因此可设想的是, 使加权因子在运行时间内适配。例如可以以如下方式实现让加权因子依赖于所属修正值 的变化数和/或修正值的变化量。此外这也是可能的根据至少一个影响参数,借助至少一 个神经网络而实现修正值加权和/或修正值的求取。
权利要求
与废气后处理设备相结合使用的用于将分解出氨的还原剂计量添加到安装于车辆之中的以空气过剩操作的内燃机的废气流之中的方法,其中 利用受控制机构控制的、归于废气后处理设备的计量添加装置,将还原剂计量添加到所述废气流之中, 将至少一个SCR催化器作为该废气后处理设备的额外部分安装于废气流中的该计量添加装置的下游, 利用保存在该控制机构中的覆盖内燃机和/或废气后处理设备所有可能工况点的模型,根据经由该控制机构运用的内燃机和/或废气后处理设备的至少一个工作参数,确定该控制机构的计量添加量,其中所述至少一个工作参数的各个瞬时值确定内燃机和/或废气后处理设备的各个工况点, 在该内燃机运行期间,通过对于内燃机和/或废气后处理设备的各个工况点,将借助内燃机的控制机构由保存值而求得的与额定排放量或额定转化率成比例的参量和在测量技术上由该控制机构掌握的与实际排放量或实际转化率成比例的参量进行比较,控制机构求得了偏差,并根据这个偏差而求得针对计量添加量的修正值,和对于后续的计量添加过程,用这个修正值对所保存的模型进行修改, 经如此修改过的模型由控制机构用来进行计量添加,直至通过对于内燃机和/或废气后处理设备的各个工况点保存在内燃机控制机构中的与额定排放量或额定转化率成比例的参量和在测量技术上由控制机构重新掌握的与实际排放量或实际转化率成比例的参量的比较,该控制机构求得了偏差,并根据这个偏差求得了针对计量添加量的新的修正值,和对于后续的计量添加过程,用这个新的修正值对所保存的模型进行修改, 如此确定实际排放量或实际转化率使控制机构对下列值进行求和或求积分于SCR催化器下游布置的NOX 传感器和/或NH3 传感器和/或N2O 传感器和/或HNCO 传感器和/或λ传感器的测量值或借助于在SCR 催化器之前的这些传感器和未处理排放量的至少之一而求得的实际转化率,所述求和或求积分进行可预先给定的时间t或直至达到可预先给定的排放量或直至通过对至少一个工作参数的求和或求积分而达到了可预先给定的值,并同时监控所述至少一个工作参数是否位于至少两个数值范围的一个数值范围内,其中所述数值范围通过保存在该控制机构中的参量而确定, 如果在所述求和或求积分期间,控制机构查明背离了当前数值范围,那么控制机构就舍弃经求和或求积分的总和,或者如果在所述求和或积分期间控制机构查明背离了当前数值范围,那么控制机构就临时保存经求和的或积分的总和,和随后如果控制机构查明返回到之前背离的数值范围,继续进行所述求和或求积分直至到达针对所述求和或求积分可预先给定的时间t过完或者直至可预先给定的排放量或者通过对至少一个工作参数的求和或求积分达到可预先给定的值, 为了与由保存值求得的额定排放量或额定转化率进行比较,控制机构使用对经可预先给定的时间t或可预先给定的排放量或可预先给定的功进行求和或求积分的总和或与此成比例的参量作为实际排放量或实际转化率,并求得针对计量添加量的修正值, 如果由控制机构求得的至少一个工作参数的当前参量位于某个数值范围内,控制机构用针对至少一个工作参数的各个数值范围而求得的修正值对来自所述模型的计量添加量进行修改,或者控制机构根据该控制机构由至少一个工作参数的针对与当前参量直接相邻的参量求得的修正值而通过内插法求得修正值,并用该修正值修改来自模型的计量添加量。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于,在时间上与求实际排放量或实际转化率平行 地,控制机构以如下方式求得额定排放量或额定转化率对于内燃机和/或废气后处理设 备的运行工况点,在每一情况下针对所述工况点保存在控制机构中的理想排放量值或理想 的转化率由控制机构进行求和或求积分,所述求和或求积分在可预先给定的时间t内进行 或直至达到可预先给定的排放量或者直至通过至少一个工作参数的求和或求积分而达到 了可预先给定的值,和为了使实际排放量或实际转化率与额定排放量或额定转化率进行比 较,控制机构应用如此所得到的总和或与此成比例的参量作为额定排放量或者额定转化 率。
3.根据权利要求1-2之一的方法,其特征在于经控制机构由所述模型求得的计量添加 量通过乘法或者加法与修正值相关联。
4.根据权利要求1-3之一的方法,其特征在于,控制机构所运用的内燃机和/或废气后 处理设备的所述至少一个工作参数是冷却水温度和/或油温和/或燃料温度和/或喷油压 力和/或进气温度和/或增压空气温度和/或涡轮增压器转速和/或增压压力和/或车速 和/或发动机转速和/或喷油量和/或废气温度和/或催化剂温度和/或还原剂喷入量和 /或废气再循环率和/或还原剂压力和/或排放量和/或空燃比和/或这些参量的随时间 变化。
5.根据前述权利要求之一的方法,其特征在于,控制机构针对内燃机和/或废气后处 理设备的不同工作参数求得和保存了不同的修正值和/或针对不同的参数求得和保存了 至少一个修正函数和/或多个修正函数,和控制机构依据内燃机和/或废气后处理设备的 当前的工况点由这些修正值和/或修正函数求得基于工况点的修正值。
6.根据前述权利要求之一的方法,其特征在于,所述可预先给定的时间t至少为15秒。
7.根据前述权利要求之一的方法,其特征在于,通过对浓度值和/或排放质量和/或排 放质量流量的求和或求积分而求得所述可预先给定的排放量。
8.根据前述权利要求之一的方法,其特征在于所述可预先给定的排放量以质量单位保 存,所述可预先给定的排放量的达到通过对排放质量和/或排放质量流量的求和或求积分 实现,其中可预先给定的NOx排放量至少为1毫克和/或可预先给定的NH3排放量至少为 0. 01毫克和/或可预先给定的N2O排放量至少为0. 02毫克和/或可预先给定的HNCO排放 量至少为0.01毫克。
9.根据前述权利要求之一的方法,其特征在于,用于测定额定值和实际值的求积分或 求和的持续时间的工作参数与审查其数值范围或为了求得修正值所用的工作参数是相同 的。
10.根据前述权利要求之一的方法,其特征在于,用于测定额定值和实际值的求和或求 积分的持续时间的工作参数与审查其数值范围或为了求得修正值所用的工作参数是不同 的。
11.根据前述权利要求之一的方法,其特征在于,用于测定额定值和实际值的求积分或 求和的持续时间的工作参数涉及废气量和/或燃料量和/或还原剂的量和/或内燃机所作 之功。
全文摘要
本发明涉及选择性催化还原时调节还原剂的计量添加的方法。具体地,与废气后处理设备相结合用于在车辆中使用空气过剩运行的内燃机的废气流中分解出氨的还原剂的计量添加的方法,其中控制机构根据所保存的模型混入还原剂的参量,在内燃机运行时,控制机构通过针对内燃机和/或废气后处理设备各自工况点而保存在内燃机控制机构中与额定排放或额定的转化成比例的参量和测量技术上由控制机构掌握的与实际排放或实际转化率成比例的参量的比较求得了实际排放和额定排放或者实际转化率和额定转化率之间的偏差,并根据这个偏差求得针对计量添加量的修正值,并对后续的计量添加过程,用这个修正值对所保存的模型进行修改,并且其中如此测得实际排放或实际转化率使得控制机构对下列进行求和或求积分于SCR催化器下游布置的NOx-传感器和/或NH3传感器和/或N2O-传感器和/或HNCO-传感器和/或λ传感器之一的测量值或借助于这些传感器和未处理排放量的至少之一而求得的实际转化率,所述求和或求积分进行可预先给定的时间t或直至达到可预先给定排放量或直至通过至少一个工作参数的求和或求积分而达到了可预先给定的值,和同时监控所述至少一个工作参数是否在至少两个数值范围的一个数值范围内,其中所述数值范围通过保存在该控制机构中的参量而确定。
文档编号F01N9/00GK101915148SQ201010233960
公开日2010年12月15日 申请日期2010年3月5日 优先权日2009年3月6日
发明者A·多林, F·沃尔德, H·穆尼茨克, J·菲利浦, R·斯泰纳特 申请人:德国曼商用车辆股份公司