CN102076934B - 用于控制废气后处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于控制内燃机废气后处理的方法和装置，该内燃机具有至少一个带有燃烧室（26）的气缸（Z1－Z4）和排气系统（14），在所述排气系统中布置了SCR催化器（34）。求得所述内燃机的SCR催化器（34）上游的排气系统（14）中废气的含水量（HDT_EXH）的特征参数。根据废气含水量（HDT_EXH）的特征参数求得用于调节元件的调节信号并且调节该调节元件，该调节元件用于将氨气置入废气中。

Description

用于控制废气后处理的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于在具有SCR催化器的内燃机中控制废气后处理的一种方法和一种装置。 

背景技术

布置了内燃机的汽车中所允许的有害物质排放的在法律上越来越严格的规定需要在内燃机运行时将有害物质排放保持得尽可能小。这一方面通过以下方法实现，即降低在空气/燃料混合物于内燃机的相应气缸中燃烧期间所产生的有害物质排放。另一方面在内燃机中使用废气后处理系统，该废气后处理系统将在空气/燃料混合物于相应气缸中燃烧过程期间所产生的有害物质排放转化为无害的物质。为此目的使用催化器，该催化器将一氧化碳、碳氢化合物以及氮氧化物转化为无害的物质。不仅有针对性地影响燃烧期间有害物质排放的产生而且通过废气催化器以较高效率转化有害物质成分这两种方法的前提条件是相应气缸中非常精确调节的空气/燃料比。 

在这方面，必须确保废气后处理系统的组件也以所希望的方式方法在较长的使用寿命期间进行工作并且可靠地识别故障。 

在稀薄运行的汽油机以及在柴油内燃机中，能够在燃烧过程中在相应的内燃机的燃烧室中产生氮氧化物。所产生的氮氧化物就是内燃机的废气的组成部分。为了减少废气的氮氧化物含量，能够为内燃机的排气系统计量还原剂，通过该还原剂能够在SCR催化器中将氮氧化物反应成不让人担心的氮气以及水。作为还原剂优选使用氨气。氨气能够通过加热络合盐来获得并且气态地为排气系统进行计量。作为替代方案，能够为排气系统计量含水的尿素溶液，该尿素溶液由于排气系统中的热量至少部分地水解成氨气，该氨气在SCR催化器中与废气的氮氧化物反应。如果氮氧化物没有完全还原，那么该氮氧化物会引起环境污染。如果计量过量的氨气并且氨气从排气系统中出来，那么这会引起内燃机的周围环境中明显的嗅觉干扰。 

发明内容

基于本发明的任务是实现用于控制内燃机中废气后处理的一种方法和一种装置，所述方法和装置有助于特别有利地减少内燃机废气的有害物质含量。 

该任务通过按本发明的一种方法和一种装置得到解决。在按本发明的用于控制内燃机废气后处理的方法中，该内燃机具有至少一个带有燃烧室的气缸和排气系统，在所述排气系统中布置了SCR催化器，其中，求得所述内燃机的SCR催化器上游的排气系统中废气的含水量的特征参数，并且根据所述废气的含水量的特征参数确定催化器温度，并且在考虑确定的催化器温度的情况下求得用于调节元件的调节信号并且调节该调节元件，该调节元件用于将氨气置入废气中。在按本发明的用于控制内燃机中废气后处理的装置中，所述内燃机具有至少一个带有燃烧室的气缸和排气系统，在所述排气系统中布置了SCR催化器，其中，构造所述装置用于求得所述内燃机的SCR催化器上游的排气系统中的废气的含水量的特征参数，并且根据所述废气的含水量的特征参数确定催化器温度，并且在考虑确定的催化器温度的情况下求得用于调节元件的调节信号并且调节该调节元件，该调节元件用于将氨气置入所述废气中。 

本发明的突出之处在于用于控制内燃机废气后处理的方法和装置，该内燃机具有至少一个带有燃烧室的气缸和排气系统，在排气系统中布置了SCR催化器。求得内燃机的SCR催化器上游的排气系统中废气含水量的特征参数，并且根据废气含水量的特征参数求得用于调节元件的调节信号并且调节该调节元件，该调节元件用于将氨气置入废气中。 

由于包含在废气中的水，会导致水积聚在SCR催化器中。由此会导致在催化器温度的实际的时间分布与在SCR催化器中没有积聚水时出现的催化器温度的时间分布之间产生偏差。 

考虑SCR催化器上游的排气系统中的废气含水量的优点在于，能够在有待输入的还原剂的喷射量和喷射时刻方面考虑SCR催化器中的含水量/湿度。必要时能够为催化器引入合适的加热措施。由此能够更简单地避免NOx排放。此外，通过SCR催化器中较高的含水量/湿度能够避免SCR催化器的堵塞。此外，能够说明SCR催化器的取决于湿气输入的老化行为。 

在有利的设计方案中，根据输入内燃机的周围空气的空气湿度求得废气含水量的特征参数。由此能够精确地确定SCR催化器中的含水量/湿度。 

在另一有利的设计方案中，根据输入内燃机的周围空气的温度求得废气含水量的特征参数。这具有以下优点，即能够精确地确定周围空气的湿度并且由此精确地确定废气的湿度。 

在另一有利的实施方式中，借助于一个或者多个传感器求得空气湿度和/或温度，所述传感器的测量信号代表输入内燃机的周围空气的空气湿度和/或温度。这实现了在考虑SCR催化器中含水量/湿度的情况下用简单构造的传感器来调节废气后处理。 

在另一有利的实施方式中，调节元件的位置影响输入所述SCR催化器中的氨气质量。这是以合适的方式计量氨气质量的简单的方案。 

附图说明

下面根据示意性的附图对本发明的实施例进行详细解释。 

附图示出： 

图1是具有控制装置的内燃机，并且

图2是用于控制内燃机的废气后处理的方法的方框图。

相同结构或者功能的元件在所有附图中用相同的附图标记表示。 

具体实施方式

在图1中示出了内燃机，其具有进气系统10、发动机缸体12、气缸头13以及排气系统14。所述进气系统10优选包括节气门15以及吸气管17。该吸气管17在进入发动机缸体12的燃烧室26中的入口通道中导向气缸Z1。所述发动机缸体12包括曲轴18，该曲轴通过连杆20与气缸Z1的活塞21耦合。 

所述气缸头13包括具有气体入口阀22和气体出口阀24的阀门机构。所述气缸头13还包括喷射阀28以及火花塞30。作为替代方案，所述喷射阀28也布置在吸气管17中。 

在排气系统14中布置了用于降低NOx的SCR催化器34。 

还为内燃机分配了控制装置35，为该控制装置分配了传感器，所述传感器能够检测不同的测量参数并且分别求出测量参数的值。构造所述控制装置35用于根据所述测量参数中的至少一个求得调节参数，然后所述调节参数能够转化为一个或者多个调节信号用于借助于相应的伺服驱动装置控制调节元件。所述控制装置35在这里称作用于控制废气后处理的装置。 

所述调节元件例如是节气门15、气体入口以及气体出口阀22、24、喷射阀28或者火花塞30。 

所述传感器包括踏板位置传感器36，该踏板位置传感器检测加速踏板38的加速踏板位置。所述内燃机还具有湿度传感器40，该湿度传感器布置在节气门15的上游并且在那里检测吸入空气的空气湿度。在节气门15上游的温度传感器42检测吸入空气温度。 

在SCR催化器34的下游布置了检测废气的NOx浓度的NOx传感器44。 

根据本发明的实施方式，可以存在所述传感器的任意子集或者也可以存在额外的传感器。 

除了气缸Z1之外，优选还设置了其它气缸Z2到Z4，同样为这些气缸分配了相应的调节元件并且必要时分配传感器。 

为了实施用于控制内燃机的废气后处理的方法，能够在控制装置35的程序存储器中保存程序，并且在内燃机运行期间执行该程序。 

在图2中示出了所述程序。 

附图示出了温度模型100，其用于从内燃机涡轮机前面的废气质量流量EXH_MASS_FLOW、废气温度TEMP_TUR_UP以及燃料的整个喷射量MF_TOT中计算出内燃机的废气的温度。借助于用于内燃机废气的温度模型100，从中求得模拟的废气温度TEMP_EXH_MDL。 

此外求得所测量的废气温度TEMP_EXH_MES并且在比较框102中与模拟的废气温度TEMP_EXH_MDL进行比较，由此以合适的方式确定废气温度TEMP_EXH作为比较框102的输出参数。 

在内燃机的废气的湿度模型104中，由周围空气的空气温度AIR_TEMP、周围空气的空气湿度AIR_HDT、气缸中的喷射量MF_CYL、气缸中整个空气填充率MASS_GAS_CYL以及内燃机的燃烧效率CMB_EFF确定废气的模拟的含水量HDT_EXH_MDL。 

优选通过湿度传感器40检测周围空气的空气湿度AIR_HDT，优选通过节气门15上游的温度传感器42检测周围空气的空气温度AIR_TEMP。在用于控制废气后处理的方法的替代的实施方式中，也通过根据经验的模型由气候数据求得周围空气的空气湿度AIR_HDT以及空气温度AIR_TEMP。 

此外，借助于第一组合特性曲线106从废气再循环的质量流量MASS_EGR中求得废气再循环的修正系数FAC_EGR_COR并且在第一乘法器108中连同废气的从废气的湿度模型104中求得的模拟的含水量HDT_EXH_MDL中确定废气的含水量HDT_EXH。 

通过根据输入内燃机的周围空气的空气湿度AIR_HDT和温度AIR_TEMP确定用于废气含水量HDT_EXH的特征参数，能够精确地确定废气的含水量HDT_EXH。 

在SCR催化器34的温度模型110中，根据废气温度TEMP_EXH、废气质量流量EXH_MASS_FLOW、汽车速度VS、输入内燃机的周围空气的温度AIR_TEMP、热容量C_CAT以及SCR催化器34的催化器体积VOL_CAT确定模拟的催化器温度TEMP_CAT_MDL，并且将其输入第二乘法器114中。将废气含水量HDT_EXH的所求得的值输入第二组合特性曲线112中，并且由此确定湿度的修正系数FAC_HDT_COR并且同样将其输入第二乘法器114中。 

以已知的方式借助于尿素喷射模型116特别从废气质量流量EXH_MASS_FLOW以及废气中的NOx含量NOX中求得排气系统14中用于将尿素喷入废气中的模拟的尿素喷射量UREA_INJ_MDL并且将其输入第三乘法器120中。 

从输入乘法器114的值中求得催化器温度TEMP_CAT并且将其输入第三组合特性曲线118中。借助于第三组合特性曲线118求得用于尿素喷射量的修正系数UREA_INJ_COR并且同样将其输入第三乘法器120中。 

从输入乘法器120的值中确定SCR催化器34上游的排气系统14中尿素的喷射量UREA_INJ。 

借助于所述方法能够在考虑废气中含水量HDT_EXH和/或SCR催化器34中冷凝物的情况下为了控制废气后处理而考虑实际的催化器温度TEMP_CAT。由此能够精确地确定有待输入的还原剂也就是尤其尿素溶液的喷射量以及喷射时刻。尿素或者其它还原剂能够在实际上达到预先给定的催化器温度TEMP_CAT时精确地输入SCR催化器上游的废气中。这样能够避免在达到预先给定的催化器温度TEMP_CAT之前可能不必要地使用尿素或者其它还原剂。能够很好地避免SCR催化器34中氨气或者NOx的排放。尤其也能够避免由较高的含水量或者湿度阻碍SCR催化器34的功能。因为水或者湿气在SCR催化器34中的积聚会引起SCR催化器34的额外的老化，所以所述方法能够进一步精确地确定SCR催化器34的老化情况。 

Claims (6)

1.用于控制内燃机废气后处理的方法，该内燃机具有至少一个带有燃烧室（26）的气缸（Z1－Z4）和排气系统（14），在所述排气系统中布置了SCR催化器（34），其中，

－求得所述内燃机的SCR催化器（34）上游的排气系统（14）中废气的含水量（HDT_EXH）的特征参数，并且

－根据所述废气的含水量（HDT_EXH）的特征参数确定催化器温度（TEMP_CAT），并且

－在考虑确定的催化器温度的情况下求得用于调节元件的调节信号并且调节该调节元件，该调节元件用于将氨气置入废气中。

2.按权利要求1所述的方法，其中，根据输入所述内燃机的周围空气的空气湿度（AIR_HDT）求得所述废气的含水量（HDT_EXH）的特征参数。

3.按权利要求2所述的方法，其中，根据输入所述内燃机的周围空气的温度（AIR_TEMP）求得所述废气的含水量（HDT_EXH）的特征参数。

4.按权利要求3所述的方法，其中，借助于一个或者多个传感器（40、42）求得所述空气湿度（AIR_HDT）和/或温度（AIR_TEMP），所述传感器的测量信号代表输入所述内燃机的周围空气的空气湿度（AIR_HDT）和/或温度（AIR_TEMP）。

5.按权利要求1所述的方法，其中，所述调节元件的位置影响输入所述SCR催化器（34）中的氨气质量。

6.用于控制内燃机中废气后处理的装置，所述内燃机具有至少一个带有燃烧室（26）的气缸（Z1－Z4）和排气系统（14），在所述排气系统中布置了SCR催化器（34），其中，构造所述装置用于

－求得所述内燃机的SCR催化器（34）上游的排气系统（14）中的废气的含水量（HDT_EXH）的特征参数，并且

－根据所述废气的含水量（HDT_EXH）的特征参数确定催化器温度（TEMP_CAT），并且

－在考虑确定的催化器温度的情况下求得用于调节元件的调节信号并且调节该调节元件，该调节元件用于将氨气置入所述废气中。

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