CN101542081A - 用于运行试剂计量阀的方法以及用于实施所述方法的装置 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于运行布置在内燃机(10)的排气区域(13)中的用于对试剂或者试剂的前驱物质进行定量供给的计量阀(18)的方法以及一种用于实施所述方法的装置，其中为避免过热温度设置了冷却。在正常计量的计量间隔中，按需要定量供给有针对性地预先给定的最小量，用于对所述计量阀(18)进行冷却。

Description

用于运行试剂计量阀的方法以及用于实施所述方法的装置
技术领域
本发明涉及按独立权利要求前序部分所述的一种用于运行试剂计量阀的方法以及一种用于实施所述方法的装置。
一种控制仪程序以及一种控制仪程序产品也是本发明的主题。
背景技术
在DE 199 03 439 A1中说明了一种用于运行内燃机的方法，在该内燃机的排气区域中布置了SCR催化器(Selective-Catalytic-Reduction(选择性催化还原))，该SCR催化器用试剂将在所述内燃机的废气中所包含的氮氧化物还原成氮。所述试剂或者试剂的前驱物质(Vorstufe)的定量供给优选依赖于所述内燃机的运行特征参量比如转速及所喷射的燃料量来进行。此外，优选依赖于废气特征参量比如废气温度或SCR催化器的工作温度来进行定量供给。作为试剂，比如设置还原剂氨，该还原剂可以从尿素-水-溶液中提取。必须认真确定所述试剂或者试剂的原材料的剂量。太少的剂量使SCR催化器中的氮氧化物无法完全还原。太高的计量则导致试剂滑流(Reagenzschlupf)，而试剂滑流一方面会导致不必要的高试剂消耗并且另一方面依赖于试剂的特性会导致不舒服的气味干扰。
额定流量或者说剂量的确定可以按照EP 1 024 254 A2根据内燃机的运行特征参量比如燃料喷射量和/或转速和必要时废气的至少一个特征参量比如废气温度来进行。
在DE 10 2004 031 624 A1中说明了一种用于运行SCR催化器的方法，该SCR催化器则用于对内燃机的废气进行净化，在所述方法中将在所述SCR催化器中的试剂填注水平控制或调节到预先给定的存储额定值。所述存储额定值的有针对性的设定值一方面保证在所述内燃机的不稳定的状态中提供足够的试剂量用于尽可能完全消除所述内燃机的NOx-原始排放物，并且另一方面避免试剂滑流。所述SCR催化器的试剂填注水平借助于催化器模型来求得，所述催化器模型考虑了流入所述SCR催化器中的NOx-质量流量、离开所述SCR催化器的NOx-质量流量、催化器温度以及必要时所述试剂滑流。所述SCR催化器的最大可能的试剂填注水平尤其依赖于所述SCR催化器的工作温度，所述最大可能的试剂填注水平在工作温度低时最高并且随着工作温度的上升下降到较小的数值。所述SCR催化器的效率依赖于催化活性，所述催化活性在工作温度低时较小，随着工作温度的上升经过最大值并且随着工作温度的进一步上升而再度降低。
所述试剂或者试剂的前驱物质借助于计量阀来定量供给，该计量阀比如可以直接布置在所述内燃机的排气通道上。出于所述计量阀的机械可靠性的原因并且鉴于所述试剂的加速的老化过程以及可能与之关联的腐蚀倾向，可以设置计量阀的冷却装置。一种这样的冷却装置在DE 44 36 397 A1中得到说明，该专利文件规定了集成在内燃机的冷却水回路中的将所述计量阀包围的冷却套。
发明内容
本发明的任务是，用简单的手段实现计量阀的可能必要的冷却。
按本发明的具有方法独立权利要求所述特征的处理方式具有这样的优点，也就是用既有的手段来实施所述计量阀的冷却，从而不产生额外的费用。由此尤其在装置的批量生产中产生优点，按本发明的方法在该装置中运行。
按本发明的处理方式以低廉的成本实现了部件保护。尤其避免了有待定量供给的试剂或者说试剂的前驱物质经受高温。
按本发明的处理方式基于所述试剂的正常计量。在计量间隔中没有定量供给试剂，在所述计量间隔中并且在同时所述计量阀的现有温度较高时定量供给有针对性地预先给定的最小量。如此确定所述最小量，从而甚至在催化器中的试剂填注水平最大时并且由此在过量计量时也不会出现值得一提的试剂击穿(Reagenzmittel-Durchbruch)。所述最小量在应用的范围内求得并且相应地预先确定。通过试验借助于具体的SCR催化器已经发现，这在最小量时是这种情况，所述最小量小于最大剂量的10％，不过还是获得足够的冷却作用。
按本发明的处理方式的有利的改进方案和设计方案由从属权利要求中获得。
不同的设计方案规定，仅仅在特定的前提下在正常计量的计量间隔中定量供给所述最小量。第一设计方案规定，只有在进行存储催化器和/或颗粒过滤器的再生时才定量供给所述最小量。一种附加的或者作为替代方案的设计方案规定，只有在将内燃机用作驱动马达的汽车低于最小速度时才定量供给所述最小量。一种附加的或作为替代方案的设计方案规定，只有在环境温度超过环境温度阈值时才定量供给所述最小量。一种另外的附加的或者作为替代方案的设计方案规定，只有在用于计量阀温度的尺度超过计量阀温度阈值时才定量供给所述最小量。各个设计方案可以在任何情况下进行“或”关联并且也部分进行“与”关联。对这些设计方案中的至少一种设计方案加以考虑，由此防止所述最小量的不必要的定量供给。
一种设计方案规定，所述用于计量阀温度的尺度依赖于所述内燃机的至少一个工作参量和/或所述废气的特征参量来求得。
作为替代方案或补充方案可以规定，所述用于计量阀温度的尺度依赖于由布置在排气区域中的温度传感器提供的温度信号来求得。
此外，作为替代方案或补充方案可以规定，所述用于计量阀温度的尺度依赖于作为电磁阀来实现的计量阀的所检测到的内阻来求得。
各个与所述用于计量阀温度的尺度的求取有关的设计方案能够对至少在所述计量阀的区域中的实际温度状况加以考虑，由此可以避免所述最小量的不必要的定量供给。
按照一种有利的规定，将所述最小量限制在比最大剂量的10％小的量上。将所述最小量限制在所说明的最小数值上保证了甚至在排气区域中尤其在SCR催化器中出现高工作温度时也不会导致一氧化二氮(笑气)的产生，所述SCR催化器需要所述试剂尤其用于转化所述内燃机的NOx-排放物。
按本发明的用于实施所述方法的装置首先涉及专门用于实施所述方法的控制仪。
所述控制仪优选包括至少一个电存储器，在该存储器中作为控制仪程序存放着方法步骤。
按本发明的控制仪程序规定，在该控制仪程序在控制仪中运行时执行按本发明的方法的所有步骤。
按本发明的具有保存在机器可读的载体上的程序代码的控制仪程序产品在所述程序在控制仪上执行时实施按本发明的方法。
附图说明
按本发明的处理方式的其它有利的改进方案和设计方案从以下说明中获得。
附图示出了技术环境，按本发明的方法在该技术环境中运行。
具体实施方式
图1示出了内燃机10，在其吸入区域11中布置了空气检测器12并且在其排气区域13中布置了计量装置14、废气温度传感器15、催化器16以及颗粒过滤器17。
在所述排气区域中出现废气质量流量ms_abg并且在所述催化器16前面上游出现NOx-质量流量ms_NOx_vK。
所述计量装置14包括电磁阀18以及计量阀温度传感器19。
所述空气检测器12向控制仪20提供空气信号ms_L，所述内燃机10提供旋转信号n并且所述废气温度传感器15提供所测量的废气温度te_abg_Mes。
所述电磁阀18向所述控制仪20提供线圈内阻Ri_Mes，并且所述计量阀温度传感器19提供所测量的计量阀温度te_V_Mes。
此外，作为传感器设置了速度传感器21、加速踏板22以及环境空气温度传感器23，其中所述速度传感器21向所述控制仪20提供所测量的行驶速度v_Mes，所述加速踏板22提供负荷Md并且所述环境空气温度传感器提供环境空气温度te_Lu。
所述控制仪20向燃料定量装置24提供燃料信号m_K并且向所述电磁阀18提供计量信号s_D。
所述控制仪20包括参量检测器30，在此向该参量检测器30提供负荷Md、空气信号ms_L以及旋转信号n并且该参量检测器30则提供所述燃料信号m_K、所计算的废气温度te_Abg_Sim、所计算的废气质量流量ms_Abg_Sim以及所计算的NOx-质量流量ms_NOx_vK_Sim。
此外，所述控制仪20包括冷却要求检测器31，在此向该冷却要求检测器31提供所述线圈内阻Ri_Mes、所测量的计量阀温度te_V_Mes、所述废气温度te_Abg以及所述负荷Md，并且该冷却要求检测器31提供第一释放信号FG1，该第一释放信号FG1被提供给选择逻辑电路32。
此外，所述控制仪20包括速度比较器33，该速度比较器33将所述行驶速度v_Mes与未详细示出的行驶速度阈值进行比较并且依赖于比较结果向所述选择逻辑电路32提供第二释放信号FG2。
此外，所述控制仪20包括再生控制器34，该再生控制器34向所述选择逻辑电路32提供第三释放信号FG3。
此外设置了温度比较器35，该温度比较器35将所述环境空气温度te_Lu与未详细标出的环境空气温度阈值进行比较并且依赖于比较结果向所述选择逻辑电路32提供第四释放信号FG4。
所述选择逻辑电路32向计量信号检测器36提供冷却信号37，该计量信号检测器36本身提供用于触发所述计量阀18的计量信号s_D。所述计量信号s_D被提供给释放信号检测器38，该释放信号检测器38向所述选择逻辑电路32提供第五释放信号FG5。此外，所述释放信号检测器38获得了可供支配的冷却信号37。
按本发明按以下方式处理：
为防止所述计量阀18的过热温度，通过以下方式对所述计量阀18进行冷却，即在正常计量的计量间隔中按需要定量供给有针对性地规定的最小量用于对所述计量阀进行冷却。如果用于所述计量阀18的温度的至少一个尺度超过预先给定的温度阈值，那就产生需要。在这种情况下应该将所述最小量规定为一个数值，该数值一方面足以达到所期望的冷却作用。另一方面必须注意，在排气区域13的末端尽可能避免试剂滑流或者至少将试剂滑流降低到最低限度。如果作为催化器设置SCR催化器，其试剂填注水平在有冷却要求时已具有最大的填注水平，那就可能出现这样的试剂滑流。根据试验可以表明，在最小量比如小于最大剂量的10％时一方面可以获得足够高的冷却作用，并且另一方面尽管如此不会发现值得一提的试剂滑流。
首先应该保证，所述计量信号确定器36没有依赖于在正常的计量运行的范围内未详细标出的特定值的输入信号比如依赖于上游-NOx-质量流量ms_NOx_vK或者说依赖于所计算的上游-NOx-质量流量ms_NOx_vK_Sim来确定所述计量信号s_D。
此外设置了释放信号检测器38，该释放信号检测器38依赖于既有的冷却信号37对计量信号s_D的出现进行监控。如果在没有冷却信号37的情况下存在计量信号s_D，那么所述第五释放信号FG5就闭锁所述选择逻辑电路32，使得所述选择逻辑电路32阻止可能有待输出的冷却信号37。本来就要进行试剂或者试剂前驱物质的定量供给。
所述试剂比如可以是氨，所述氨作为还原剂在SCR催化器16中起作用。氨比如可以从作为试剂的前驱物质的有待定量供给的尿素-水-溶液中提取。此外，所述试剂比如可以是能够氧化的材料比如碳氢化合物，该材料在起催化作用的层上要么在催化器16中要么在颗粒过滤器17中进行放热反应，用于对所述废气或者说催化器16和/或所述颗粒过滤器17进行加热。
在正常计量的范围内出现计量间隔时，所述冷却信号37可以根据所述第五释放信号FG5向所述计量信号确定器36进行加载，仅仅用于提供相应于最小量的计量信号s_D。
所述冷却要求检测器31依赖于所述电磁阀18的线圈内阻Ri_Mes和/或由所述计量阀温度传感器19所测量的计量阀温度te_V_Mes和/或所述废气温度te_Abg和/或所述负荷Md来求出所述第一释放信号FG1。
所述废气温度te_Abg可以由所述废气温度传感器15进行测量，该废气温度传感器15提供测量的废气温度te_Abg_Mes。如果由所述参量检测器30计算的废气温度te_Abg_Sim至少考虑用作用于所述废气温度te_Abg的尺度，就可以省去所述废气温度传感器15。
所述加速踏板22优选布置在未详细示出的汽车中，其中加速踏板位置至少近似地反映所述内燃机10的负荷Md。
所述冷却要求检测器31的所提到的输入参量单个地或者以任意的组合至少反映在计量装置14或者说计量阀18的区域中的温度的尺度。所述计量阀18不应该超过温度阈值，通过与该温度阈值的比较来决定，是否提供所述第一释放信号FG1。只要超过所述温度阈值，所述第一释放信号FG1就促使所述选择逻辑电路32提供所述冷却信号37，该冷却信号37继续促使所述计量信号确定器36提供相应于所述最小量的计量信号s_D，用于对所述计量阀18进行冷却。
所述由速度比较器33依赖于汽车的行驶速度v_Mes提供的第二释放信号FG2可以考虑用于仅仅在行驶速度低于行驶速度阈值时允许输出所述冷却信号37。只要存在更高的行驶速度，那就可以认为，行车风有助于对所述计量阀18进行足够的冷却。
由所述再生控制器34提供的第三释放信号FG3可以考虑用于只有在作为存储催化器实现的催化器16和/或颗粒过滤器17进行再生时才允许输出所述冷却信号37，因为所述再生通常与所述催化器16或者说颗粒过滤器17的显著增高的工作温度相关联，所述显著增高的工作温度也会依赖于结构情况对所述计量阀18产生影响。
所述由温度比较器35依赖于由环境空气温度传感器23测量的环境空气温度te_Lu所提供的第四释放信号FG4同样可以考虑用于只有在所述环境温度超过预先给定的阈值时才允许输出所述冷却信号37。只要不是这种情况，那就可以认为，冷的环境空气已经足以为所述计量阀18提供必要的冷却作用。
所述第一到第四释放信号FG1、FG2、FG3、FG4不仅可以单个地而且可以组合地在所述选择逻辑电路32中加以老虑。比如可以规定，只有在同时所述第二释放信号FG2表示低的行驶速度、所述第三释放信号FG3表示发生了再生并且所述第四释放信号FG4表示高的空气温度时，所述第一释放信号FG1才导致输出所述冷却信号37。有意义的子组合同样可以在所述选择逻辑电路32中加以考虑。在极端情况下，一个唯一的释放信号FG1、FG2、FG3、FG4就足以考虑用于提供或者阻止所述冷却信号37。

Claims (12)

1.用于运行布置在内燃机(10)的排气区域(13)中用于定量供给试剂或者试剂的前驱物质的计量阀(18)的方法，其中，为避免过热温度设置了冷却，其特征在于，在正常计量的计量间隔中按需要定量供给有针对性地预先给定的最小量用于对所述计量阀(18)进行冷却。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，只有进行存储催化器(16)和/或颗粒过滤器(17)的再生时，才定量供给所述最小量。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，只有在将内燃机(10)用作驱动马达的汽车低于最小速度时才定量供给所述最小量。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，只有在环境温度(te_Lu)超过环境温度阈值时才定量供给所述最小量。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，只有在用于所述计量阀温度的尺度超过计量阀温度阈值时才定量供给所述最小量。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，依赖于所述内燃机(10)的至少一个工作参量(Md)和/或所述废气的特征参量(te_Abg)来求得用于计量阀温度的尺度。
7.按权利要求5所述的方法，其特征在于，作为用于所述计量阀温度的尺度考虑所测量的计量阀温度(te_V_Mes)。
8.按权利要求5所述的方法，其特征在于，依赖于作为电磁阀实现的计量阀(18)的线圈内阻(Ri_Mes)来求得所述用于计量阀温度的尺度。
9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述最小量确定为比在计量运行过程中能够调节的最大剂量的10％小的量。
10.用于运行布置在内燃机(10)的排气区域(13)中的用于对试剂进行定量供给的计量阀(18)的装置，其中，为避免过热温度设置了冷却，其特征在于，设置了至少一个为实施按权利要求1到9中任一项所述方法而布置的控制仪(20)。
11.控制仪程序，该控制仪程序在其在控制仪(20)中运行时执行按权利要求1到9中任一项所述的方法的所有步骤。
12.控制仪程序产品，具有保存在机器可读的载体上的程序代码，用于在所述程序在控制仪(20)中执行时实施按权利要求1到9中任一项所述的方法。
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