专利名称：用于测量废气中还原剂的含量和有害物质的含量的传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量废气中还原剂如氨的含量、以及有害物质如氮氧化物的含量的系统装置；一种用于选择性地催化还原废气中有害物质的设备；一种废气后处理系统以及一种用于测量废气中还原剂的含量和有害物质的含量的方法。
背景技术：
车辆中由燃料燃烧产生的废气必须被后处理，以最小化有害物质的排放。例如，应该避免氮氧化物的排放，因为它们不仅可能会对人体呼吸器官造成刺激和伤害，而且还应该为酸雨和烟雾的产生负责。这种有害物质可以通过选择性催化还原而有针对性地从废气中除去。为此，将还原剂如氨引入到废气中，它的含量根据所估算的废气中有害物质的含量来定量配给。然后使这种富含还原剂的废气通过催化器，在该催化器中，有害物质与还原剂发生反应并转化为中性物质，例如水和氮气。然而，如果还原剂剂量太小，在反应之后，有害物质还残留在废气中。如果剂量过高，则还原剂残留在废气中，这种情况同样也是不希望的，因为例如氨同样对身体健康和环境有害。有害物质传感器，例如氮氧化物传感器，可以为估测处于由催化器排出的废气中的有害物质提供一输出信号，以此为基础，便能更好地调整所需的还原剂剂量。但是，该有害物质传感器是对还原剂横向敏感的(querempfindlich)，因而在输出信号中，关于有害物质含量和还原剂含量的信息互相交混在一起。因此，有害物质含量和还原剂含量无法彼此分开地由所述输出信号确定。由于废气中有害物质含量不能够被直接确定，常规上，对选择性催化还原的调节/ 控制是侵入性的(intrusiv)。在此情况下，系统不平衡被强制产生，并根据由有害物质传感器测得的反应来调整还原剂剂量。但是，这种侵入性的调节方法使得整个系统并非最优化运行，从而导致有害物质和/或还原剂随废气一起被多余排放。而为了处理来自有害物质传感器的输出信号也需要采用复杂的计算算法。
发明内容
就此而言，本发明的目的是，提供一种用于测量废气中还原剂的含量和有害物质的含量的系统装置，其可在技术上更简单地实现，但却能提供更好的测量结果。上述目的通过独立权利要求的特征得以实现。各个从属权利要求具有对于本发明主题的有利的改进方案。本发明是基于以下构思在第一次测量有害物质含量之后，选择性地要么仅将有害物质、要么仅将还原剂从废气中滤出，并重新实施测量。假设废气中未被过滤的组份保持恒定，则存在用于计算废气中还原剂份额以及有害物质份额的两个不相关的(独立的)测量值。该计算本身是线性的，因此可以在技术上简单地实施。因此，根据本发明，用于测量废气中还原剂的含量和有害物质的含量的系统装置具有对还原剂横向敏感的第一有害物质传感器，该第一有害物质传感器设置为用于给出与废气中有害物质的含量成比例的测量信号，并且适合在用于减少废气中还原剂或有害物质的过滤装置之前使用。此外，该系统装置具有对还原剂横向敏感的第二有害物质传感器，用于给出第二个与废气中有害物质的含量成比例的测量信号，该第二有害物质传感器设置为在过滤装置之后使用。通过对两个测量信号的处理，废气中还原剂份额和有害物质份额可以被互相分开地加以测量。通过对信号的线性处理，该系统装置允许以整个系统对变化的较短的反应时间来进行特别简单的调节。该系统装置可以包括一种用以在来自第一和第二有害物质传感器的测量信号的差的基础上来确定有害物质含量和还原剂的含量的计算装置。有害物质可能是氮氧化物，还原剂可能是氨，并且废气可能是一种贫废气 (mageres Abgas)0该系统装置可具有过滤装置，该过滤装置设置为用于过滤有害物质或还原剂。在配有为了对还原剂进行氧化而设置的内装式柴油颗粒过滤器的车辆中，可以将该过滤器直接作为用于过滤还原剂的过滤装置来使用，由此，本发明的系统装置在常规的传统车辆中也能特别简单和经济地实现。根据本发明，特别有利的是，在第一次测量之后，组份之一被完全从废气中除去， 从而，在第二次测量中，没有被过滤的组份在过滤之后可从测量信号中直接提取，并且仅仅还需进行唯一的、用于确定被过滤的组份的计算。本发明还提供了一种用于对废气中有害物质进行选择性催化还原的设备，该设备出口处具有根据本发明的用于测量废气中有害物质含量和还原剂的含量的系统装置。该设备具有喷射装置，该喷射装置设置为，在设备入口处基于与传感器的测量信号相关的配给量用以向废气中喷射还原剂。另外该设备还具有催化器，该催化器设置为，基于还原剂用以减少废气中的有害物质。因为根据本发明的系统装置分开地给出废气中有害物质和还原剂的含量，所以，不仅废气中有害物质份额能够被直接调整，还能够实现在整个系统平衡状态下的调节。这样，为最大地减少有害物质，实现了一种对还原剂的优化配给，而无需设置侵入性调节。测得的还原剂份额允许在废气中、以及由此接下来所计算出的还原剂的优化配给允许推断出所有对废气流共同作用的技术成分的状态。当计算出的优化配给符合预先给定的标准时，依照额定的优化配给(其例如可由生产商预先给定)，能够特别简单地确定整个系统是按规定正常工作。因此，与该标准的偏差可以作为用于识别或甚至用于校正硬件故障的基础而被使用。另外，测得的在废气中的还原剂份额还允许在车辆惯性滑行中对废气净化进行更好的车载诊断(On Board Diagnose)。虽然根据经验，还原剂在调节对象的惯性滑行中不是总是能完全从废气中去除，但是这样对于调节过程中的相应的零点平衡无害，因为本发明的系统装置能够提供废气中还原剂份额的绝对值。最后，测得的在废气中的还原剂份额和有害物质份额还使得更准确地确定调节的有效度成为可能，由此，能够更加高效地运行整个系统。当有害物质含量的上升被检测到的时候，可以将喷射装置设置为用于提高还原剂的配给量，而当还原剂含量上升被检测到的时候，该喷射装置可以被设置为用于降低还原剂的配给量。调节回路还可具备一种用于对配给量进行数学处理的处理装置。该处理装置可设置为用于调整配给量，使得在该设备的出口处废气中还原剂和有害物质的含量被最小化。可选地或附加地，该处理装置可以被设置为用于在时间上平均(Mitteln)配给量。由此，额定的优化配给量能够在运行过程中适配于整个系统中硬件的衰老征象。该处理装置还可设置为用于对所述设备的不同运行区域的配给量进行独立的处理。本发明还提供了一种包括本发明所述设备的废气后处理系统。该系统具有催化器，尤其是柴油氧化催化器，用于氧化由发动机、特别是由柴油发动机排放出的废气中的有害物质，它被设置为用于燃烧可燃混合气，尤其是贫可燃混合气(magere Kraftstoffgemisch)。根据本发明的设备设置为，在这个系统中用以最少化由催化器排出的废气中的氮氧化物。这样，特别是贫可燃混合气燃烧所产生的废气能够特别有效地避免氮氧化物。本发明还提供了一种用于测量废气中还原剂的含量和有害物质的含量的方法。该方法包含以下步骤给出第一个与废气中还原剂的含量和有害物质的含量成比例的测量信号；通过减少废气中还原剂或有害物质来对废气进行过滤；以及，给出第二个与经过过滤的废气中还原剂的含量和有害物质的含量成比例的测量信号。
下面通过附图来更详细地描述本发明的一种应用示例，该应用示例并不构成对本发明的限制。
具体实施例方式在图1中示出了用于本发明所述的废气后处理系统2的实施例，该系统适于最小化从发动机6排出的发动机废气4中的氮氧化物份额。发动机废气4被输送到柴油氧化催化器8中，在该柴油氧化催化器中，发动机废气4中的碳氢化合物和一氧化碳被后燃 (nachverbrannt)。从柴油氧化催化器8中出来的已预先净化的发动机废气10被添加上来自(还将要详述的)于定量配给装置14的氨12，并且经受选择性的催化还原16。此时，在预先净化的发动机气体10中的氮氧化物与氨12互相发生反应并转化为氮气和水。柴油颗粒滤化器20从如此被净化的发动机废气18中过滤掉残留的氨12，并将经过过滤的废气22 排放到环境空气M中。根据本发明，第一氮氧化物传感器沈测量经过净化的发动机废气18中的氮氧化物份额，并以第一个测量信号观的形式将测量结果发送至定量配给装置14。第二氮氧化物传感器30测量经过过滤的发动机废气22中的氮氧化物份额，并以第二个测量信号32的形式将测量结果发送至定量配给装置14。由于技术条件的原因，两个氮氧化物传感器沈、 30对于发动机废气18、22中的氨12是横向敏感的，因而，测量信号观，32是与发动机废气 18,22中的氮氧化物份额和氨份额相关。因为在本实施例中，柴油颗粒滤波器20将残留的氨12完全从经过净化的发动机废气18中过滤出去，而氮氧化物份额未发生改变，所以，第二个测量信号32不仅示出了在经过过滤的发动机废气22中的氮氧化物份额，还示出了在经过净化的发动机废气18中的氮氧化物份额。因此，定量配给装置14可以由第二个测量信号32与第一个测量信号观的差来确定在经过净化的发动机废气18中的氨12的份额，并且为预先净化的发动机废气10 适当地定量配给氨12。
权利要求
1.用于测量废气(18)中还原剂(12)的含量和有害物质的含量的系统装置，包括用于给出第一个与废气(18)中有害物质的含量成比例的测量信号08)的、对还原剂横向敏感的第一有害物质传感器(26)，该第一有害物质传感器用在一过滤装置OO)之前，此过滤装置用于选择性地减少在废气(18)中的还原剂(12)或有害物质；还包括用于给出第二个与废气0 中有害物质的含量成比例的测量信号(3 的、对还原剂(1 横向敏感的第二有害物质传感器(30)，该第二有害物质传感器用在所述过滤装置OO)之后。
2.根据权利要求1所述的系统装置，包括用以基于来自所述第一和第二有害物质传感器06，30)的测量信号08，32)的差而确定有害物质含量以及还原剂(1 的含量的计算装置
3.根据权利要求1或2所述的系统装置，其中 -所述有害物质是氮氧化物，-所述还原剂(1 是氨，以及 -所述废气(18)是贫废气。
4.根据前述权利要求之一所述的系统装置，其特征在于设有过滤装置(20)，该过滤装置优选是一种柴油颗粒过滤器，该柴油颗粒过滤器被设置为用于对所述还原剂(1 进行氧化。
5.根据前述权利要求之一所述的系统装置，其中，所述过滤装置00)被设置为用于从废气(18)中完全地除去还原剂(12)。
6.用于选择性地催化还原废气中有害物质的设备，包括在该设备的出口处根据前述权利要求之一所述的用于测量废气04)中有害物质含量和还原剂(12)的含量的系统装置(10,26,30)；在该设备的入口处基于与传感器的测量信号( ，3 相关的配给量用以向废气(10) 中喷射还原剂(12)的喷射装置(14)；以及基于还原剂(12)用以减少废气(10)中有害物质的催化器(16)。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，当测量到有害物质含量上升时，所述注射装置 (14)被设置为用于提高还原剂(12)的配给量；并且，当测量到还原剂(12)的含量上升时， 所述注射装置被设置为用于降低还原剂(12)的配给量。
8.根据权利要求6或7所述的设备，包括用于对配给量进行数学处理的处理装置。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，用于调整配给量的所述处理装置是如此设置的， 即，使得在所述设备的出口 04)处废气0 中还原剂(1 的含量和有害物质含量最小化。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，所述处理装置被设置为用于在时间上平均配给量。
11.根据权利要求8至10之一所述的设备，其中，所述处理装置被设置为用于对所述设备的不同运行区域的配给量进行独立的处理。
12.废气后处理系统，包括催化器(8)，特别是柴油氧化催化器，用于氧化由发动机(6)、特别是由柴油发动机排放出的废气中的有害物质，它被设置为用于燃烧可燃混合气，特别是贫可燃混合气，以及根据权利要求6至11之一所述的设备，用以最少化从所述催化器(8)中排放出的废气(10)中的氮氧化物。
13.用于测量废气中还原剂的含量和有害物质的含量的方法，包括以下步骤 给出第一个与废气中还原剂的含量和有害物质的含量成比例的测量信号； 通过减少在废气中的还原剂或有害物质而过滤废气；以及给出第二个与经过过滤的废气中还原剂的含量和有害物质的含量成比例的测量信号。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量废气(18)中还原剂(12)的含量和有害物质的含量的系统装置。在该系统装置中，存在对还原剂横向敏感的第一有害物质传感器(26)，该第一有害物质传感器设置为用于给出第一个与废气(18)中有害物质的含量成比例的测量信号(28)，并且用在一过滤装置(20)之前，此过滤装置用于选择性地减少在废气(18)中的还原剂(12)或有害物质。另外，还存在对还原剂横向敏感(12)的第二有害物质传感器(30)，该第二有害物质传感器设置为用于给出第二个与废气(22)中有害物质的含量成比例的测量信号(32)，并且用在所述过滤装置(20)之后。
文档编号F01N3/20GK102449279SQ201080022865
公开日2012年5月9日 申请日期2010年4月29日 优先权日2009年5月27日
发明者B·艾希霍恩 申请人:宝马股份公司