CN103534453B - 用于基于模型确定废气后处理单元的温度分布的方法 - Google Patents

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Abstract

在一种用于基于模型确定用于废气的后处理单元的温度分布的方法中，在考虑轴向和径向温度分布的情况下在稳态与非稳态的运行状态之间进行区分并且基于后处理单元的虚拟的分段在基于模型的确定中对于稳态的运行状态尤其经由热传递附加值Rc来考虑对周围环境的径向热传递而对于非稳态的运行状态经由传热系数k来考虑由轴向流经后处理单元的废气到部段上的热传递。

Description

用于基于模型确定废气后处理单元的温度分布的方法
技术领域
本发明涉及一种根据本发明的用于基于模型确定用于废气的后处理单元、尤其催化器、优选地SCR催化器或颗粒过滤器的温度分布的方法。
背景技术
这样的方法例如由文件DE 10 36 942 B4已知且以此为出发点，即在废气后处理单元、例如催化器的通流长度上所确定的平均温度无论如何在动态的运行和与此相联系的不均匀的温度分布中不为将系统发动机-废气后处理单元调谐成使得以要求的精度遵循对废气质量的严格要求给出足够的基础。由此对此应足够的是，废气后处理单元基于模型地在轴向上被划分成大量片(Scheibe)且每个片的温度作为流入片的气体的温度的函数来确定。这假设，径向的温度分布恒定且在废气与废气后处理单元的片之间存在绝热的热传递。
这些假设又导致一定的不精确性，尤其由于与假设相反地构造的径向的温度梯度，因此设置成大概地来检测且还考虑这些热损失。
在由文件DE 10 2009 046 771 A1已知的用于基于模型确定废气后处理单元的温度分布的另一方法中，首先至少局部地来确定轴向的温度变化且在此基础上又至少局部地基于分析关系来计算多维的温度特性场。其可基于不同的边界条件，例如已知的温度和/或废气后处理单元的对于热传输重要的特性。由所计算的温度特征场可得出取决于位置的温度，以此通过轴向的温度变化和温度特性场相应存在至少一个在废气后处理单元内的任意位置处给出的温度。
在文件DE 10 2006 021 303 B4中关于在废气后处理单元中的温度分布的检测已知借助于动力学热量模型来确定轴向的温度分布且借助于运动学模型来检测在废气后处理期间所产生的由废气成分的转变造成的反应热。这是为了在尽可能少的计算耗费下改善所确定的温度分布的质量。通过径向的垂直于主流动存在的温度分布的检测，在此根据情况可实现进一步的质量改善，然而这又引起较高的计算耗费。
文件DE 103 47 132 A1公开了一种用于基于动态的催化器模型对存储在基于尿素的SCR催化器中的氨进行量估计的方法且在测得的和估计的值的基础上产生估计，其中，为此经由布置在催化器上游和下游的NOx传感器和温度传感器来提供测量值，其关于处在催化器下游的NOx传感器由于相对于氨的横向灵敏性还使关于在催化器下游的废气中的氨含量的说明成为可能。
在文件EP 2 025 388 A1中以相应的方式使用用于检测在废气净化单元处的测量值的传感器，其与SCR催化器一起工作，SCR催化器关于氨的配量和存储在考虑测量值的情况下基于模型来调节。
由文件DE 10 2007 045 263 A1已知一种用于控制还原剂输送到内燃机的废气后处理系统(其带有SCR催化器、SCR存储器模型、控制单元和配量装置)中的方法，其应使能够独立于仅在还原反应之后可确定的测量参数优化输送给催化器的还原剂量，且通过其关于SCR催化器无论如何应避免还原剂中断。
对于控制单元，氮氧化物未处理排放、存储温度和存储液位作为输入参数来检测。基于此实现最大可能的转化率的计算以及作为还原剂所消耗的氨的计算。由此出发，得出经由催化器流出的氮氧化物和氨的量以及反馈到SCR存储器模型上的调节信号，经由存储器模型来影响经由配量装置喷入的还原剂的量的大小且将调节信号与在存储器模型中所考虑的经由存储器模型的喷入量一起对于存储液位(其形成对控制单元的输入参数)来考虑。
文件DE 10 2010 025 382 A1示出了一种SCR催化器，还原剂在上游被喷入到其上且其催化器主体类似于文件DE 10 36 942 B4横向于流经方向划分成片。这是为了能够不仅以片的方式检测对于催化器的功能重要的参数，而且能够将在依次的片中对于整个结果重要的变化尤其关于其存储还原剂的能力用于整个结果。
发明内容
通过本发明应在考虑在废气后处理单元的长度上的温度分布的情况下基于模型将该系统发动机-废气后处理单元调谐成使得在合理的耗费下通常确保遵循规定的废气极限值、尤其法定的废气极限值。
这利用本发明来实现。另外的根据本发明的细节由说明书和附图得出。
本发明关于废气后处理单元、优选地催化器、尤其SCR催化器对于温度分布的基于模型的确定和在SCR催化器中与此相关联的NH3存储能力基于废气后处理单元横向于、尤其垂直于流经方向划分成多个片。对于这些片中的每个，在模型中来计算温度和气体浓度，其中，关于流经方向相应在前的片的输出值用作对随后的片的输入值。
对于片中的每个以已知的方式来执行量平衡。这些量平衡的结构被用于关于SCR催化器作为废气后处理单元的示例来确定和影响NH3存储液位。原则上，通过这样的热模型可更好地来利用且在还原剂(即在SCR催化器方面NH3量)的配量中来考虑SCR催化器的体积和存储在其中的NH3量，从而可在优化的转化率下避免NH3中断。
关于SCR催化器划分成片因此关于片相应于虚拟传感器使NH3和/或NOx浓度的虚拟检测成为可能。通过NH3存储量、NOx转化和NH3氧化的空间分辨率，相应于成片的催化器主体在模型中实现的分辨率，在瞬态的条件中更好地来利用NH3存储体积且避免NH3逃逸(Schlupf)。
相应地成片的轴向的温度计算和借助于对废气后处理单元(即尤其SCR催化器)的输入温度和输出温度的测量的控制，将片的径向的温度分布建模。对此，使每个片虚拟地相应于催化器主体轴向划分成片在径向上分解，是彼此同心的环、长方体(Quader)或另外成形的、尤其规则地成形的部段，其互补成相应的片状的主体。用于温度确定的计算方法相应于在轴向的片模型中的方法，其中，关于总归说测量的环境温度来考虑至周缘产生的温度损失。
为了所计算的径向温度分布的控制和校准，除了设置在流入侧和流出侧的温度测量之外适宜地尤其经由温度传感器在流出侧设置有附加的温度测量，经由其在流出侧径向于周缘相间隔的区域中来检测温度，尤其由此，布置有至少两个设置在不同的径向位置中的温度传感器。代替这样的附加的在流出侧的温度测量，当传感器通过其相对于催化器的定位布置在存在相应的平均温度的位置中、例如与催化器有较大的轴向间距时，也可利用仅仅一个传感器来工作。
通过联合地径向的和轴向的温度建模来实现相应的废气后处理单元的优化利用，由此例如在催化器中实现减小安装空间的潜能而在带有主动再生的颗粒过滤器中通过与此相联系的优化的再生方式还实现燃料的节省。
关于废气后处理单元的在模型中所划分的主体的相应的片的轴向的和径向的温度计算在根据本发明的解决方案中在考虑径向热传递到后处理单元的周缘的情况下借助于热传递阻力Rc(Waermeuebergangswiderstand)实现而在计算从废气到废气后处理单元的材料(即后处理单元的部段)上的热传递时在考虑传热系数(Waermeuebergangszahl)k的情况下实现。
废气后处理单元的温度分布的基于模型的确定的该形式根据本发明提供了特别的优点，通过该方式在温度分布的基于模型的确定中还提供输出值，其在该模型中根据在后处理单元之前在规定的时间间隔中测得的废气温度是否相对于它的在时间上的平均值变化来在稳态与非稳态的工作运行之间进行区分。
在本发明中在此以此为出发点，即当在废气后处理单元之前、尤其以定期的时间间隔测量的废气温度与时间上的平均值未显示出较大的、即在规定的阈值之上的偏差时存在稳态的工作运行。该阈值能够可变地、即根据另外的边界条件来确定且优选地例如处在至少1ºK中，但是也可处在相当于其多倍的范围内。如果关于该稳态的工作运行得出在废气后处理单元之后测得的平均温度与在废气后处理单元之后的平均的模型温度处于阈值之下的差，则实现模型的匹配，亦即由此使热传递阻力Rc改变直到存在一致。因此，在所说明的稳态的工作运行中实现模型与实际状态的匹配且这经由热传递阻力Rc的变化实现。
用于废气后处理单元的温度模型尤其作为SCR温度模型、因此对于之前所提到的稳态的工作运行作为调节回路示出，其可通过改变热传递阻力Rc来调谐以达到稳定的状态。在实践中经常出现的至废气后处理单元、尤其至催化器的溢流比率的短暂的变化由此基本上不影响该模型。
当尤其在相应大小的负荷变化中，用于废气后处理单元的运行条件必要时附加地变化成使得产生在废气后处理单元之前、即例如在催化器之前测得的废气温度相对于时间上的平均值的偏差时，情况不同。对于该情况由此出发，即在权重中较小的热传递阻力Rc在比较短的瞬态过程(Einschwingvorgang)期间保持相等，但是可通过传热系数k的变化(其取决于废气的流动速度且因此取决于负荷)来计算改变的实际情况。
k值、即传热系数要在哪个方向上改变由测得的和算出的关于时间的温度变化过程得出，由在废气后处理单元之后的平均温度和对此的两个一阶导数来确定。根据在导数曲线中由最大值或者最小值所确定的拐点的相对的时间位置使k值增大或减小。
尽管考虑了相对于后处理单元的周围环境的条件的热传递阻值Rc在非稳态的情况中、即在检测为非稳态的时间段上被认为是恒定的，在非稳态的情况中还考虑到周围环境的变化的散热，因为由于片的内部温度的变化在径向上产生变化的热流。
在废气后处理单元之后、即尤其在催化器、尤其SCR催化器之后给出的平均的模型温度由此来确定，即对于最后的片的参考面、即例如环所计算的温度相应于其面积份额来平均。另外由此出发，即传热系数k无论如何对于确定的负荷状态和相应的废气流动状态可被假定为已知的且还是正确的，从而对于稳态的且对于非稳态的情况就此而言可从相同的实际情况出发且对于模型的匹配(在非稳态的情况中通过k值的变化)提供相应相同的参考基础。在非稳态的情况中，待输送的NH3量可超过SCR模型的匹配被改变并且/或者必要时还被结合到内燃机的控制中。
SCR催化器在本发明的范围中优选地包含到调节结构中，其除了SCR模型之外利用预控制部和调节器来工作且其必要时也可被用于执行模型平衡(Modellabgleich)。尤其地，该调节结构用于在负荷变换的情况中经由SCR模型所检测的存储能力在通过在SCR模型中存储能力的匹配保证足够的转化率且快速匹配现实的必需的转化率的前提下的适配。
SCR模型的存储能力的变化通常仅在带有较大温度变化的负荷变换中是必需的。为了检测存储能力在时间步骤(Zeitschritt)中持续地在SCR模型中来计算催化器片的瞬间负载和相应的最大的存储能力。因此SCR模型为决定是否要在存入的意义中通过提高NH3负载或在输出(Ausspeicherung)的意义中通过降低NH3负载来进行适配提供基本数据。基于这些基本数据且因此根据存储能力的该决定由对NOx相应规定的排放值、尤其法律规定为排放值的排放极限值与在模型中所计算的NOx值的比较(其在预控制器中被执行)得出。
由此例如对于由模型计算得出的NOx值(其处在作为额定值的规定的排放值之上)来执行适配，因为在催化器中转化得太少且通过提高所配量的NH3量、即通过存入NH3来实现协调于规定的排放值的额定转化。为了存入经由预控制部相应地来提高待喷入的NH3量。
通常经由预控制部将待喷入的NH3量确定成使得NOx的相应规定的排放值、尤其经常特定国家的、法定的排放极限值被维持在例如0.67g/kWh的水平，其中，相应于在模型中算出的NOx值与规定的排放值的识别出的偏差来增大或减小在SCR模型中存入的NH3量。因此例如在NOx转化太大且由此在预控制部中算出处于规定的排放值之下的NOx值的情况中，经由预控制部撤销NH3的喷入，即由于缺乏NH3的输送通过NH3的输出来覆盖NH3的消耗。
在偏差较小时通常即在非稳态的运行中以此为出发点，即SCR模型鉴于片的存储能力来正确地调整。在该情况中，调节器通过逐步地匹配相应的配给量使在SCR之后测得的实际值适应于所计算的在催化器之后的NOx额定值。偏差例如由于配给不精确性而产生。
经由该调节器因此在SCR模型中算出的NOx值与在SCR催化器之后测得的NOx值的偏差较小时叠加于且独立于预控制部的决定必要时来进行喷入的NH3质量的匹配，以便在NOx排放值的维持方面确保快速的匹配。
由SCR模型提供的在预控制部中被处理的输入参数至少主要是：在SCR之后的NO(ppm)、在SCR之后的NO2(ppm)、最大可转化的NO(mol/s)、最大可转化的NO2(mol/s)、所转化的NO(mol/s)、所转化的NO2(mol/s)、可存储的最大NH3(mol)、所存储的NH3(mol)。
在集成到调节结构中的模型平衡部中，在限定的时刻来检测在规定的NOx排放值与相应的在模型中算出的NOx值之间的差的时间上的变化过程。如果这些值相符，即这些值的关于时间所绘制的NOx曲线重合，该模型关于NH3存储能力和NOx转化率被正确地调整。如果曲线不重合，则在曲线之间的面积是对模型误差的度量。如果该模型误差超过阈值，使该模型关于存储能力改变。
因为存储能力随着催化器老化仅缓慢变化，模型平衡优选地仅在输出时实现、特别是因为模型误差在输出时与在存入时相比更明显可见。如果发生模型平衡，则在SCR模型中存储能力的由于老化引起的变化被一起检测，从而根据本发明还可保证，尽管由于老化漂移(Alterungsdrift)对于NH3的最大存储能力减小还是在运行持续时间上确保足够的最大转化率。
在本发明的范围中，在SCR模型中NOx反应作为用于SCR控制/调节的化学反应关于作为还原剂的尿素经由已知的、下面进行复述的主要反应来检测。
1.) NO + NO2 + 2 NH3 -> 2 N2 + 3 H2O，
作为较快的反应
2.) 4 NO + 4 NH3 + O2 -> 4 N2 + 6 H2O
作为标准反应，以及
3.) 6 NO2 + 8 NH3 -> 7 N2 + 12 H2O,
作为较慢的反应。
对于催化器材料在台架试验中所确定的用于NH3的转化和存储能力的特性场值形成对于SCR模型和在其中所检测的过程的重要基础。
基于此实现在氮氧化物中的总转化量、由此在催化器之后存在的NOx值的确定，其中，关于各个在建模中存在的催化器片尤其优先考虑流动速度、温度、NOx浓度和在片中可用的NH3量。
附图说明
本发明的另外的细节和特征由接下来的阐述和附图得出。其中：
图1显示了虚拟地轴向划分成片的SCR催化器的示意性图示，还作为对由另外的催化器和/或颗粒过滤器形成的废气后处理单元的示例，
图2和3显示了横向于流经方向在横截面上分割的催化器片，
图4显示了在SCR模型中热循环的示意性图示，
图5以流程图显示了根据本发明的调节结构的示意性的且概括性的图示，
图6显示了用于关于在SCR模型中的热循环的动态修正的原理图示，
图7显示了对根据本发明的基于模型来调节的SCR催化器的调节结构的概览，以及
图8和9显示了用于在经由模型平衡修正地待存入或输出的NH3量方面NH3的存入量和输出量的图形确定的图示。
具体实施方式
由实践已知且在文献、尤其专利文献中也反复说明特别是以柴油发动机工作的驱动系统，在其中在发动机后面使用废气后处理设备，经由其应将一定的废气成分、尤其包含在废气中的有害物质尽可能地从废气中移除或至少使无害。为了减少包含在柴油内燃机的富含氧气的废气中的氮氧化物，尤其使用所谓的SCR技术，在其中借助于氨或相应的、可转化成氨的前身物质(Vorlaeufersubstanz)将氮氧化物选择性地还原成氮气和水。
为了以对氮氧化物的较高的转化率来实现这，尤其可考虑催化器的取决于温度的NH3存储能力，其尤其取决于内燃机的运行条件、但是还有环境条件其在催化器的通流长度上变化。这些变化实际上尤其不能以合理的耗费来检测。因此，并行于在至催化器的入口侧和出口侧在测量技术上检测温度，在催化器中虚拟地基于模型地来检测温度分布，以便在考虑在测量技术上检测的温度值和虚拟地确定的温度值的情况中获得关于温度分布的尽可能精确的图且尤其在考虑其的情况下还能够与催化器的存储特性相关联地控制和/或调节还原剂、即优选地形成氨的物质的喷入。
在图1中，通过轴向分成较大数量的片，催化器主体的在模型中存在的分段通过三个在催化器的流经方向上依次的片1至3的图示来说明且以5虚线地来表示相对于催化器主体在周缘侧包围的包罩(Ummantelung)。相应于导引经过催化器的废气流，在对于相应的片1至3的温度变化的T气体的情况中分别以与该废气流相应的质量流气体来加载片1至3。
相应于发动机排放和还原剂到废气流中的喷入，废气流包含NO、NO2和NH3的质量份额m，与其关联有相应的物质的量份额n，物质的量份额n与在通过片1至3的通路上的相应的转化率相应地变化。相应于该图示，一个片(例如片1)的输出值是紧接着的片(例如片2)的输入值。在考虑在片中相应发生的反应的情况中，对于片中的每个得出相应的温度T片以及存入在片中的物质的量nNH3(单位mol)，其中，来自片中的反应的温度效应与来自废气流的热输入相比明显较小。
在对片的温度检测的精细化中，也可来检测在彼此相继的片之间的热传导，这未示出。所有在催化器中存入的NH3的物质的量相应于存入在片中的物质的量的总和nNH3。
在图1中，在催化器上的轴向温度曲线经由片来建模且首先对于片中的每个确定相应的温度T片，但是在片中的每个上的径向温度分布假定为恒定的。还在径向上、但是实际地、现在分别在相应的片内得出带有对着包罩5的温度下降的温度分层，对于包罩5而言环境温度通常明显低于催化器的温度。
如果如在本发明中那样对于虚拟的片中的每个不将径向温度分布假设为恒定，则这对于片1至4中的每个引起虚拟地划分成部段的细分，如在图2和3中示意性所示。就此而言，图2显示了虚拟的部段6，其径向地彼此包围，其中，在图示中中间的部段被较大数量的环状部段包围。
图3说明了另一形式的分割，其中，与图2中的图示相比未设置有成环形的包罩5，而是设置有四边形的包罩5，相应于它的横向于流经方向的四边形的横截面，片1至4虚拟地分割成长方体7。
在图2和3中，关于相应在模型中分段的催化器主体为了检测在对催化器主体的流入侧和流出侧存在的废气流温度说明了温度传感元件、尤其传感器8、9的布置。
关于在模型中设置的径向分段和与此相联系的在相应的虚拟片上的径向温度分布的检测的可能性，实际在对催化器的出口侧可(例如在图3中所示)经由两个在出口侧布置在不同的径向位置中的传感器9和10实现在不同的径向区域中的温度检测。平均的出口侧温度可由此来确定，即对于部段算出的温度相应于其面积份额来检测和平均。对此的一备选方案是与催化器成间距地传感检测废气温度，在该间距中流出的废气已混合且存在可经由传感器来检测的平均温度。
一种用于考虑轴向和径向温度分布的根据本发明的可能性在图4中来说明且尤其还鉴于基于模型的调节结构(其下面还被提及)的实现提供优点。
图4示出了SCR催化器在其基本特征中的热模型，在其中相应于图1在KAT之前的温度T和废气物质流气体形成输入参数，其经由用于在计算上平衡传感器惯性的极点补偿(Polstellenkompensation)15(且优选地还来验证且对其合理性进行检查)被输送给虚构的蓄热器气体物质16，在其中气体物质的热焓对于给定的温度关于相应的片体积来检测且由此起通过气体物质的通道实现到紧接着的片(通过蓄热器17来表示)上的热量运输。只要在废气中由于放热反应产生温度提高，这在模块18中来考虑且关于来自蓄热器气体物质16越过到蓄热器气体物质17上的废气的热焓导致一定的、有时在效果上例如在DOC(柴油氧化催化剂)中还更强的根据情况可忽略的温度提高。
由相应关于片所检测的、流动的气体物质在考虑传热系数k的情况下实现到催化器材料上的热传递，其中，相应的片的催化器材料作为蓄热器19或20象征性地示出。针对实际的催化器，对于由蓄热器19、20表示的催化器主体朝向催化器的周缘相应于存在的温度差产生热降。关于根据图4的图示和包罩5的在那里象征性的表示，朝向周围环境存在热传递阻力，在图4中通过热传递阻力Rc来表示。
在热模型的通过图4给出的说明中由此出发，即相应于在实际运行中的条件存在稳态的和非稳态的运行阶段且如果在定期的时间间隔中测得的在废气后处理单元之前、尤其即在催化器之前的废气温度相对于在相应的时间段上的时间上的平均值变化那么在这些运行阶段之间无论如何可被区分且来进行区分。如果不是这样的情况则从稳态的或稳定了的状态出发，在其它情况中从非稳态的状态出发。相应地使用不同的调节回路。
相应于由其主体、尤其即由催化器主体到周围环境的径向热传递对废气后处理单元(其尤其构造为催化器)的温度的通常较小的影响，在稳态的情况中在调节组件22介入下通过改变热传递阻力Rc实现匹配。稳态的状态相应于之前描述的条件在模型中经由在模块21中显示的稳态探测来确定。调节组件22考虑在废气后处理单元之后、关于SCR催化器如在该实施例中即在传感器Kat之后的出口侧的温度T(测量)与在模型之后的T(计算)的差。如果相对于入口侧的在废气后处理单元之前、尤其在催化器之前测得的废气温度T的在时间上的平均值产生相关的偏差，则改变传热系数k。这因为其根据废气的流动速度且因此根据负荷变化且此外相应的存储器片(以及废气后处理单元的、尤其催化器的主体整个)的热焓相比受由相应的片到周围环境的热传递更多地受流经的废气的温度影响。传热系数k的变化从模块23出发在考虑所描述的动态因素的情况下跟随。
图5以方框图示出了之前描述的过程的图解，其中，作为还对其它废气后处理单元的示例又参照SCR催化器，使得在KAT之后的T或在KAT之前的T还代表被测量或计算的在废气清洁单元之后的T或在废气清洁单元之前的T。根据模块30，在模型计算中在经由热传递阻力Rc检测至周围环境的热传递而经由传热系数k检测从废气到催化器主体上的热传递时实现在对废气后处理单元流出侧的在KAT传感器之后测得的废气温度T的动态修正、气体温度的计算和在带有横向分布的催化器主体中的温度的计算，其中，模型计算从前向后来执行。
测得的在流入侧的废气温度(称为在KAT之前的T)在模块31中来检测且在经过根据模块32的极点补偿之后在根据模块30的模型计算中被处理。测得的在流出侧的废气温度(称为在KAT之后的T)根据模块33经由根据模块34的极点补偿被输送给模块35，在其中实现在KAT传感器之后测得的废气温度T相对在KAT模型之后计算的废气温度T的平衡。关于所计算的在流出侧的废气温度(在KAT模型之后的T)在考虑根据模块30的结果的情况中实现在模块36中的加权的平均值形成，其作为结果经由模块37作为所计算的在流出侧的温度(在KAT传感器之后的T)被输送给模块35。
在考虑测得的在流出侧的温度(在KAT传感器之后的T)与所计算的在流出侧的温度(在KAT模型之后的T)的在模块35中所执行的平衡的情况中实现在稳态的与非稳态的运行特性之间的区分，其中，经由根据模块38的稳态识别和热传递阻力Rc的随后的平衡(模块40)其作为参数被输入根据模块30的模型计算中。在通过在测得的与计算的在流出侧的温度(在KAT之后的T)之间的根据模块35的平衡提供的根据模块39的非稳态识别中实现在模块41中的传热系数k与接下来的根据模块30输入模型计算中的平衡。在其中其也考虑根据模块42提供的环境温度T。
图6用于说明在模块30中所考虑的在对废气后处理单元流出侧测得的在KAT传感器之后的温度T、即传感检测的且因此相应于传感器惯性失真的温度值的动态修正。其(以虚线示出)在模块45中所表示的极点补偿(其在计算上平衡传感器惯性)之后低通平整地在其关于时间和属于此的导数的变化过程中被画出(Abtragen)。对于相同的时间段，基于模型确定的在KAT模型之后(即计算)的温度T也以相应的方式被确定且在图表中作为实线示出。在拐点的时间位置的相应的偏移中(相应于导数曲线的最大值或最小值)示出了修正需求，其中，在修正的意义上可使存在的时间偏移最小化。这在模型计算中在减小或增大的意义上通过k值的相应的变化实现。对于k值的修正，适宜地相应以相同的数量级、例如加或减大约一个百分点来修正它。与导数相应的数值在模块46和47中来检测且在图表中被画出。
在使用在废气清洁单元的模型中的温度分布的基于模型的计算的情况下，尤其在使用先前所阐述的基于模型的计算的情况下，在用于废气清洁单元、尤其根据图7的SCR催化器的调节结构的情况中来工作。
如之前已对作为还对其它废气清洁单元的示例的SCR催化器所提出的那样，在图7中以50表示SCR催化器、以51表示尤其先前所提到的和阐述的形式的SCR模型、以52表示预控制部、以53表示调节器且以54表示模型平衡。
在SCR模型中，补充地、尤其并行于模型化的温度计算，尤其关于特性场地基于对于相应的催化器材料在台架中所确定的数据根据在废气中的NH3浓度来考虑取决于温度的NH3存储能力。在考虑该存储特性和下面复述的主要反应的情况中来确定NH3的总转化，其与在KAT之前的NOx的份额相对在KAT之后的份额的差相关联且经由其因此可来确定相应设置为目标值的NOx值、例如基于法规待遵循的排放值。
所提到的主要反应是：
1.) NO + NO2 + 2 NH3 -> 2 N2 + 3 H2O,
作为快速的反应
2.) 4 NO + 4 NH3 + O2 -> 4 N2 + 6 H2O
作为标准反应，以及
3.) 6 NO2 + 8 NH3 -> 7 N2 + 12 H2O,
作为缓慢的反应。
对于模型计算近似地可由此出发，即在较缓慢的反应开始之前，较快的反应相应结束，使得在计算技术上这些反应可被假设为依次进行。在相应较快的反应之后，NO和NO2的所转化的量被从输出量减去且在每个反应之后来确定在片的体积中还可用的NH3量。
关于根据图7的调节结构，SCR模型51因此鉴于所处理的特征量(例如输出值、尤其NOx值)提供SCR催化器50的尽可能精确的图像。
相应地，对SCR模型的输入参数关于流动经过SCR催化器50的废气是：NO、NO2、废气质量、在KAT之前和之后的温度T和NH3。在出口侧检测：NOx、转化的NO/NO2、最大转化的NO/NO2、存储的NH3和最大且存储的NH3。在预控制部52中实现NH3的转化需求以及存入和输出的NH3量的计算，接到SCR模型51和SCR催化器50上。使调节器53得到关于SCR催化器50确定可能的附加的配给量的功能，以便根据情况将SCR催化器50与SCR模型51平衡。
由此出发，即经由预控制部基于SCR模型51的规定来计算相应协调于规定的排放值(即在KAT之后的NOx)的、待作为还原剂喷入的NH3量且引起相应的喷入，经由模型平衡部54实现评估在SCR模型51与SCR催化器50之间是否存在较大的偏差且这用于在预控制部中“输出量不等于零”的情况。如果这是这样的情况，则在模型中实现最大的存储能力的改变和因此还有预控制部的对下一负荷变换的匹配，因为预控制部52在其方面基于由SCR模型51提供的数据工作。这是：在SCR-Kat之后的NO(ppm)、在SCR-Kat之后的NO2(ppm)、最大可转化的NO(mol/s)、最大可转化的NO2(mol/s)、被转化的NO(mol/s)、被转化的NO2(mol/s)、最大可存储的NH3(mol)和被存储的NH3(mol)。与倘若在预控制部中“输出量不等于零”那么模型平衡才发生的决定相应，模型平衡仅在输出的阶段中发生。
相应于由SCR模型51规定的数据，预控制部将喷入的NH3量调节成使得遵循相应规定的排放值、即例如法规的排放值。在预控制部中，对此持续地基于由SCR模型51提供的数据来计算在出口侧的NOx值且与规定的排放值比较。如果产生较大的偏差，则通过改变在SCR模型51中由预控制部52所配量的待喷入的NH3量来增大或减小输送的NH3量。
例如，由预控制部52算出的0.5g/kWh的NOx值可导致关于排放值(由此例如0.67g/kWh的法规排放值)NOx的太大的转化。相应地，由预控制部52来撤销NH3的喷入。如果NOx的转化小于规定的排放值，则预控制部52引起NH3喷入量的增大。NH3的存入被进行成使得排除逃逸危险。
经由模型平衡部54，在限定的时刻在实际设定的在KAT之后的NOx与所计算的NOx之间的在时间上的变化过程根据模型来检测。如果在这些值之间产生差且这些值在图表中作为NOx值关于时间以曲线描绘，则在曲线之间的面积是对模型误差的度量。如果该模型误差超过阈值，改变模型中的存储能力。这样的改变根据本发明优选地仅在输出期间来进行，因为存储能力由于Kat老化仅缓慢地变化且模型误差此外与存入相比更明显可见。与这样的经由模型平衡部54实现的修正相联系，还优选地自动地来考虑催化器的老化。
是否在相应的条件下SCR模型51也必须鉴于其最大的存储能力被修正、即存储能力的提高或减小是否必要取决于传感确定的即测得的NOx值。其中：NOx模型－NOx实际>0：提高模型的存储能力，NOx模型－NOx实际<0：减小模型的存储能力。
使调节器53得到在稳态的运行中在SCR模型51中算出的NOx值与在SCR催化器50之后测得的NOx值的偏差较小的情况中叠加于且独立于预控制部52的决定必要时进行喷入的NH3物质的匹配的功能，以便在遵循NOx排放值方面确保快速的匹配。
该匹配优选地由此实现，即NOx或NH3转化经由存储负载来检测且实际负载与相应于额定转化的负载的偏差作为应以多少量来存入或输出的标准来检测。在存入的情况中，待存入的量关于在实际负载值与最大负载之间的负载曲线的线性插值相应于在实际负载和与相应于额定转化的负载之间的差。在输出的情况中，待输出的量相应于实际负载和在实际负荷与其通过轴线的交叉点的通路之间的负载曲线的线性插值的差，如在图8和9中所说明的那样。
附图标记清单
1 片
2 片
3 片
4 片
5 包罩
6 部段
7 长方体
8 传感器
9 传感器
10 传感器
15 极点补偿
16 蓄热器-气体物质
17 蓄热器-气体物质
18 模块
19 蓄热器
20 蓄热器
21 模块 稳态探测
22 调节组件
23 模块-根据图6的动态
模块
31 在KAT之前的T(测得的温度)
32 极点补偿
33 在KAT之后的T(测得的温度)
34 极点补偿
35 温度平衡
在KAT之后测量的T/在KAT之后计算的T
36 平均值形成
37 模块
38 稳态识别
39 非稳态识别
40 Rc平衡
41 k平衡
42 环境温度
45 极点补偿
46 数值
47 数值
m 质量份额
n 物质的量份额
气体
T气体
n NO [g/mol]
n NO2 [g/mol]
n NH3 [g/mol]
nNH3片 [g/mol]
Rc 热传递阻力
在KAT传感器之后的T(测量)
在KAT模型之后的T(计算)
在SCR之前的T(测量)
k 传热系数。

Claims (17)

1.一种用于基于模型确定用于废气的后处理单元的温度分布的方法，其带有被废气轴向流经的且在所述后处理单元的模型中所述后处理单元的至少轴向分段的构造、在部段之间至少经由废气的轴向热传递以及从所述后处理单元的周缘到周围环境上的径向热传递，其特征在于，在所述模型中根据在所述后处理单元之前在规定的时间间隔中测得的废气温度相对其在时间上的平均值是否变化来在稳态与非稳态的工作运行之间进行区分，此外在考虑热传递阻值(Rc)的情况下计算到所述后处理单元的周缘上的径向热传递而在考虑传热系数(k)的情况下计算从所述废气到所述后处理单元的部段上的热传递，并且在所述模型中算出的在后处理单元之后的温度与在所述后处理单元之后测得的、平均的温度的偏差在稳态的工作运行中通过热传递阻值(Rc)的匹配而在非稳态的工作运行中通过传热系数(k)的匹配来考虑。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述后处理单元是催化器或颗粒过滤器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述催化器是SCR催化器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间间隔相同。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于关于所述后处理单元的轴向分割成片且所述片径向分割的建模，基于对于轴向上最后的片的面积份额所计算的温度来平均地确定在后处理单元之后的平均的计算的温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述片径向分割成环。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，对于从给定的运行状态出发的稳态的工作运行在模型计算中保持对于该运行状态给定的传热系数(k)。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，对于从给定的运行状态出发的非稳态的工作运行在建模中对于该运行状态利用保持相等的热传递阻值(Rc)来计算。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述热传递阻值(Rc)取决于对于所述后处理单元的环境条件。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，对于非稳态的工作运行可变的传热系数(k)的变化方向由此来确定，即检测在后处理单元之后关于时间测得的和算出的平均温度曲线且对此形成导数，其中，根据与所述导数的最大值和最小值相应的拐点的相对时间位置来增大和减小所述传热系数(k)。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其用于基于模型确定在使用SCR催化器的情况下用于废气的后处理单元的温度分布，在其中所述SCR催化器(50)包含到带有至少一个SCR模型(51)、预控制部(52)和调节器(53)的调节结构中，其中，经由所述预控制部(52)将待输送给所述SCR催化器(50)的NH3量矫正、计算和/或调整成遵循排放值，其中，所述SCR模型(51)为所述预控制部(52)提供输入参数，其中，在所述预控制部(52)中持续地来计算与所提供的输入参数相应的NOx值且与规定的排放值比较，且其中，所述调节器(53)通过匹配相应的、输送给所述SCR催化器(50)的NH3量使在SCR催化器(50)之后测得的NOx实际值适应于算出的在SCR催化器(50)之后的NOx额定值。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述排放值是排放极限值。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该适应在稳态的运行中为了平衡在SCR催化器(50)之后测得的NOx实际值与算出的在SCR催化器(50)之后的NOx额定值的较小的偏差逐步地来进行。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，作为用于所述预控制部(52)的输入参数设置有：在SCR之后的NO和NO2 ppm，在给定的负荷的情况中最大可转化的NO和NO2 mol/s、所转化的NO和NO2 mol/s、最大的NH3存储能力即可存储的NH3 max.mol和NH3存储负载即所存储的NH3 mol。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，取决于参数地在所述预控制部(52)中基于所述输入参数所确定的NOx值与规定的排放值之间出现的偏差通过在NH3的输送中的变化来考虑，使得对于存储在所述SCR模型(51)中的NH3产生增大或减少。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，模型平衡部(54)集成到所述调节结构中，在所述模型平衡部中在限定的时刻将在测得的与在所述模型中所检测的NOx值之间的差的时间上的变化过程作为对模型误差的度量来检测。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述SCR模型(51)中NOx反应经由下列主反应
1.) NO + NO2 + 2 NH3 -> 2 N2 + 3 H2O，
作为较快的反应
2.) 4 NO + 4 NH3 + O2 -> 4 N2 + 6 H2O
作为标准反应，以及
3.) 6 NO2 + 8 NH3 -> 7 N2 + 12 H2O，
作为较慢的反应
来检测。
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