用于SCR催化器中还原剂溶液的品质控制的方法与流程

本发明涉及一种方法，其用于scr催化器中的还原剂溶液的品质控制，该scr催化器具有氮氧化物调节器。此外，本发明还涉及一种计算机程序，其在计算设备上运行时执行根据本发明方法的每个步骤，并且涉及存储该计算机程序的可机读的存储介质。最后，本发明涉及一种电子控制设备，其被设置用于执行根据本发明的方法。

背景技术：

现今主要使用scr催化器（selectivecatalyticreduction选择性催化还原）来还原机动车辆废气中的氮氧化物（nox）。在此，在存在氨（nh3）作为还原剂的情况下，位于scr催化器表面上的氮氧化物分子被还原成元素氮。还原剂以尿素水溶液的形式提供，其中氨被解离，商业上也称其为adblue^®，并将还原剂通过scr催化器上游的配量模块注入排气管路。所期望的配量比率的确定在电子控制设备中进行，在该电子控制设备中存有用于操作和监控scr系统的策略。

目前已知的scr催化器在其催化器表面存储氨。存储容量主要取决于催化器表面的温度，并且随着温度的升高而降低。附着在催化器表面并且可用于还原的氨越多，氮氧化物转化率越高。只要scr催化器的存储容量没有耗尽，就会存储过量配给的还原剂。相反，如果配量单元所供应的还原剂少于完全还原废气中存在的氮氧化物所需的还原剂，则由于在催化器表面继续发生氮氧化物的还原而使氨填充水平降低。目前常见的用于scr系统的配量策略包括填充水平调整，其调整scr催化器中的以氨填充水平的额定值为形式的工作点。该工作点选择为，使氨填充水平足够高，既足以确保高氮氧化物转化率，又足以提供缓冲，以应对突然出现的过量氮氧化物质量（所谓的氮氧化物峰值）。另一方面，根据scr催化器可以存储的最大氨质量来选择氨填充水平。由此，特别是在温度快速升高的情况下，避免了过量配给的氨未经利用地经过催化器表面；这也被称为氨逸出。

尿素水溶液的品质定义为从中解离出氨的尿素质量与尿素水溶液的总质量的商。de102006055235a1描述了一种用于识别还原剂品质的方法。在此，废气中的氮或氨浓度由布置在scr催化器下游的废气传感器确定。随后，将测得的值与比较值进行比较，并在出现偏差的情况下推断出还原剂的品质下降。常见的氮氧化物传感器显示出对氨的交叉敏感性，即其传感器信号不仅包含氮氧化物浓度，而且还显示氮氧化物和氨的总和信号。在氮氧化物传感器布置在scr催化器下游的情况下，传感器信号的增大不仅可以指示氮氧化物转化率降低，即指示氮氧化物浓度增加，而且可以指示氨逸出以及氨浓度的相应增加。因此，利用该传感器无法直接区分氮氧化物和氨。

一方面，当过量化学计量的还原剂配量导致scr催化器中存储的氨质量增加时，氨填充水平和氮氧化物转化率之间的关系导致氮氧化物转化率提高。另一方面，如果scr催化器已经最佳地运行，则氮氧化物转化率保持不变。如果在这种情况下测量到的氮氧化物转化率降低，即上述传感器信号增大，则可归因于scr催化器下游的氨。在这种情况下，可以认为scr催化器的最大存储容量已经耗尽，因此过量配给的氨未经使用地经过催化器表面，即发生氨逸出。

de102010002620a1描述了通过适应因子对配量质量的调整，该适应因子表示标称配量质量和实际配量质量之间的比率。该适应因子直接改变还原剂的预调质量（vorsteuermasse），并用于将由位于scr催化器下游的传感器测量的氮氧化物浓度调节至模型化的氮氧化物值。借助i调节器，配量策略适配于各个系统和更持久的环境影响，因此可以在出现系统故障的情况下减少必要的适应干预的数量。此外，该调节还可以顾及到非常大和突发的变化，例如当使用错误的还原剂充填时。在此，i调节器非常精确地生效，但相应地生效也慢，而且根据还原剂及其稀释液的品质，可能需要几个小时来识别故障并进行调节。在此，还原剂的稀释液的识别是通过适应因子或通过与适应因子相对应的阈值进行的。

监测还原剂品质的另一种可能性是品质传感器，如de102014211010a1中所述。该品质传感器直接布置在还原剂箱中，并通过声学和/或光学方法分析氨浓度。de102012209240a1描述了一种用于合理化品质传感器的方法，因为该品质传感器具有由还原剂的作用而引起的易感性（störanfälligkeit）。

监测还原剂品质的第三种可能性是scr催化器的被动监测，其中，通过氮氧化物传感器检测scr催化器上游和下游的氮氧化物浓度，并由此确定效率。当在设定的持续时间内超过极限效率时，进行故障识别。该方法主要适用于识别还原剂的强稀释液，因为由于系统的、特别是氮氧化物传感器的容差相对较大，仅能识别出效率的非常大的偏差。为了补偿这些大而快速出现的效率变化（例如由于用水充填），在de102012221574a1中说明了一种填充水平观测装置。该快速的p调节器利用相应氮氧化物传感器的所属信号持续地补偿scr催化器下游的模型化的氮氧化物浓度。在出现偏差的情况下，p调节器可以在几秒钟内执行填充水平调节，直到再次达到标称效率。

技术实现要素：

本方法用于scr催化器的还原剂溶液的品质控制，该scr催化器包括氮氧化物调节器，该氮氧化物调节器在本方法开始时调节scr催化器，使其满足预定的氮氧化物转化率，即，给scr催化器提供相应高数量的还原剂。优选调整到最大氮氧化物转化率。在下一步骤中，特别是通过i调节器不仅将实际的氨质量流量而且将模型化的氨质量流量进行积分运算，得到实际的氨质量或模型化的氨质量。

随后，通过求两个氨质量的商来计算配量因子。在此，通过氮氧化物调节器增加还原剂的配量数量，以补偿还原剂的较差质量并实现高氮氧化物转化率。因此，还原剂配量数量的增加导致配量因子的增大。若该计算的配量因子超过设定的第一阈值，则系统中生成故障状态，该故障状态归因于还原剂溶液的品质差。最后，在电子控制设备中进行故障存储器记录，该电子控制设备控制还原剂的配量。

优选的是，只有在询问中确定实际的氨质量和/或模型化的氨质量超过预定的极限质量时才执行配量因子的计算。在此，该极限质量取决于设定的氮氧化物转化率。由此确保实际的氨质量和模型化的氨质量的商足够大，从而能够识别配量因子的增大，并且为此提供有意义的结果。

此外，当配量因子低于设定的第二阈值时，则可以再解除故障状态。在这种情况下，还原剂的品质又足够好到重新执行常规配量。

优选的是，在确定实际的氨质量时，可以将配量阀的打开持续时间和打开频率计算在内，该配量阀在scr催化器的上游注入还原剂。另外，模型化的氨质量优选可以相应于计算的预调质量。该预调质量表示计算出的、为了在scr催化器下游达到所期望的氮氧化物浓度而注入的氨质量。这通过将scr催化器上游的氮氧化物浓度与废气质量流量以及化学计量因子和模型化的氮氧化物效率相乘来计算，其中化学计量因子表示氮氧化物质量与氨质量之间的比率，由此进行还原。

根据另一方面，实际的氨质量和模型化的氨质量的积分运算持续进行，但配量因子的计算是在时间上离散进行的。其结果是，配量因子的计算频率可以取决于直至在实际的氨质量或模型化的氨质量的积分运算中达到预定极限值为止的持续时间。该极限值优选相应于前述的极限质量。在这时也可以使用离散滤波器来计算配量质量因子。

优选的是，滤波器的灵敏度取决于距上一次补加还原剂的时间间隔。特别优选的是，滤波器的灵敏度通过灵敏度系数表示，并且该灵敏度系数包含在借助滤波器对配量质量因子的计算中。设置计算机程序执行本方法的每个步骤，特别是当该计算机程序在计算设备或控制设备上执行时。这使得在常规的电子控制设备中施行该方法成为可能，而不必为此进行结构上的改变。为此，该计算机程序存储在可机读的存储介质上。

通过在常规电子控制设备上运行该计算机程序，就获得了根据本发明的电子控制设备，其设置用于执行还原剂溶液的品质控制。

附图说明

附图中示出了本发明的实施例，在接下来的说明中进行进一步阐述。

图1示出了根据现有技术的氮氧化物转化率的图表，该氮氧化物转化率取决于在填充和排空scr催化器以及在发生氨逸出时的氨填充水平。

图2示出了根据本发明的方法的一个实施例的流程图。

图3示出了按照根据本发明的方法的一个实施例，scr催化器中实际的氨质量和模型化的氨质量的时间曲线图。

图4示出了按照根据本发明方法的一个实施例，配量因子的时间曲线图。

图5示出了按照根据本发明方法的另一实施例，配量因子的时间曲线图。

具体实施方式

在传统方法中，配量阀在配量模块中将还原剂配给到scr催化器上游的排气管路中，在该scr催化器的表面，借助从尿素水溶液中释放的氨将氮氧化物转化为元素氮（未示出）。指示氮氧化物转化多少的氮氧化物转化率noxkonvert取决于scr催化器的氨填充水平fnh3，并因此取决于配给的氨质量mnh3。在图1中示出了，根据传统方法的一个实施方式，在填充100和排空101scr催化器时，关于氨填充水平fnh3的这种氮转化率noxkonvert。氨填充水平fnh3的额定值102记录在图表中并表示最佳氨填充质量fnh3，在该氨填充质量下，scr催化器在该实施例中最佳地运行。

另外，在额定值102周围记录了：相对于氮氧化物峰值的缓冲区域103，该缓冲区域应补偿突然发生的过量的氮氧化物质量；以及相对于氨逸出105的缓冲区域104，在氨逸出的情况下，氨未经使用地经过催化器表面。发生所述氨逸出105时在scr催化器下游测量的氨质量mnh3也同样关于氨填充水平fnh3示出。

因此，对于scr催化器的运行，需要精确了解氨填充水平fnh3，由此也需要了解通过还原剂溶液配给的氨质量mnh3。由于氨质量mnh3对应于还原剂的尿素质量mch4n2o，因此它取决于还原剂的品质q，其中品质q代表尿素质量mch4n2o与还原剂总质量mges的商：

（公式1）。

图2示出了按照根据本发明的方法的一个实施方式的流程图。首先，将scr催化器调整200至预定的高氮氧化物转化率noxkonvert。随后，开始询问201，是否存在相关系统故障202，所有用于测量的氮氧化物传感器都准备好进行测量203，配量模块激活204，并且配给的还原剂的数量（例如通过并行方法）不受限制205。若满足所有运行参数，则通过i调节器将测量的实际的氨质量流量进行积分运算206得到实际的氨质量mnh3ist，其中，该实际的氨质量通过配量阀的打开时间töff和打开频率föff估算。同时，将模型化的氨质量流量进行积分运算207得到模型化的氨质量mnh3mod。该模型化的氨质量相应于氨预调质量mnh3vor，该氨预调质量用下面的公式2计算：

（公式2）。

在此，是scr催化器上游的氮氧化物浓度，是排气管路中的废气质量流量，是scr催化器的模型化的氮氧化物效率，并且是化学计量因子。化学计量因子表示氨质量mnh3与氮氧化物质量mnox的比率。二氧化氮的摩尔质量大约相当于废气中存在的氮氧化物的有效摩尔质量。此外，从进行的scr反应的未示出的反应方程式得出，氨的物质量相应于二氧化氮的物质量，并且化学计量因子因此是氨的摩尔质量和二氧化氮的摩尔质量的比率。由此，化学计量因子根据公式3计算：

（公式3）。

若实际的氨质量mnh3ist或模型化的氨质量mnh3mod超过208设定的取决于氮氧化物转化率noxkonvert的极限质量mnh3grenz，则根据公式4计算209配量因子facdos，其为实际的氨质量mnh3ist与模型化的氨质量mnh3mod的商。

（公式4）。

在图3中借助实施例对此进行说明。在此示出了实际的氨质量mnh3ist和模型化的氨质量mnh3mod的时间曲线。在此，极限质量mnh3grenz选择为6g。在点301处，实际的氨质量mnh3ist在约22.5分钟的时间t处超过预定的极限质量mnh3grenz。

在图2的流程图中，在并列步骤210中重置在积分运算206和207中使用的i调节器。应注意的是，这两个积分运算206和207是持续进行的，但配量因子facdos的计算209是离散进行的。在此，配量因子facdos的计算209的频率取决于直至在步骤208中超过极限质量mnh3grenz为止的持续时间，即上述的22.5分钟。在这种情况下，配量因子facdos的计算209通过ewma滤波器211（exponentialweightedmovingaverage指数加权移动平均）进行，该ewma滤波器基于公式5工作。

，其中当t>1时，（公式5）。

st表示在时间点t的ewma的值，yt是输入的原始值，且α表示ewma滤波器的灵敏度系数，其中，该灵敏度系数根据距上一次补加还原剂的时间间隔而变化。在一个示例性实施方式中，这基于检测氮氧化物质量mnox并在补充填的情况下重置的积分仪实现。只有在录入了足够的原始值yt时，才会在初始化和/或重置时激活通过ewma滤波器的评估。

配量因子facdos表示氮氧化物调节器的调整变量。为了在还原剂的品质q较差时达到预定的高氮氧化物转化率noxkonvert，氮氧化物调节器必须通过增加配给的还原剂质量来增加氨填充质量fnh3（参见图1）。换句话说，为了实现相同的氮氧化物转化率noxkonvert，需要更高的还原剂质量，这导致配量因子facdos的增大。

在下一步骤212中，如图4所示，检查配量因子facdos是否超过第一阈值311。这在约25分钟时发生在标记点312处。在图2中的流程图中，接下来设置为，在系统中生成213故障状态，这归因于还原剂溶液的品质q差，并因此创建214故障存储器记录。

在一个替代实施例中，还提供了减小的配量因子facdos，其对应于品质q的改善（例如通过更换还原剂）。在附加步骤215中，如图5所示，检查配量因子facdos是否已低于第二阈值321。这在约70分钟时发生在标记点322处。现在，如图2的流程图所示，解除216故障状态。