CN107035489A - 用于获取氨质量流量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于获取SCR催化器系统中的两个先后布置在排气系中的SCR催化器之间的氨质量流量的方法，所述SCR催化器系统仅仅具有一个处于第一SCR催化器的上游的还原剂计量单元，其特征在于，从布置在所述两个SCR催化器之间的NOx传感器的信号以及布置在所述第二SCR催化器的下游的NOx传感器的信号中来进行所述获取。

Description

用于获取氨质量流量的方法
技术领域
本发明涉及一种用于获取在两个先后布置在排气系中的SCR催化器之间的氨质量流量的方法。此外，本发明涉及一种执行所述方法的每个步骤的计算机程序以及一种将所述计算机程序加以保存的机器可读的存储介质。最后，本发明涉及一种电子的控制器，该电子的控制器被设立用于执行所述方法。
背景技术
借助于氨或者解离氨的（ammoniakabspaltend）试剂来进行的选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction；SCR）代表着一种大有前途的、用于降低富氧的废气中的氮氧化物的方法。SCR催化器的效率取决于其温度、废气的空间速度并且完全决定地取决于在其表面上被吸附的氨的填充水平。为了还原氮氧化物除了直接配量的氨之外也提供所吸附的氨，通过这种方式所述SCR催化器的效率相对于被排空的催化器得到了提高。储存性能取决于所述催化器的相应的运行温度。温度越低，储存能力就越大。
如果SCR催化器完全填充了其储存器，那么在燃烧马达——该燃烧马达的废气借助于所述SCR催化器来降低——的负荷突变时，如果不再将氨或者解离氨的试剂配量到所述排气系中，甚至就有可能出现氨滑移（Ammoniakschlupf）。但是，如果要实现尽可能高的氮氧化物转化，那么不可避免的是，在氨填充水平较高时来运行所述SCR系统。而后如果由于所述燃烧马达的负荷突变所述完全被填充的SCR催化器的温度上升，那么所述SCR催化器的氨储存能力就下降，这就导致氨滑移。
这种效应的特征尤其在于，SCR催化器被安装在所述燃烧马达的近处，以便所述SCR催化器在所述燃烧马达的冷启动之后快速达到其运行温度。处于所述第一SCR催化器的下游的第二SCR催化器因此可以被设置在所述排气系中，以便从所述第一催化器的氨滑移中吸收氨并且随后将其转化。
用于进行车载诊断（OBD）的准则要求，必须对所述两个SCR催化器进行监控。为此，通常在所述两个SCR催化器的下游分别存在一个氮氧化物传感器。出于成本原因，一般在所述第一SCR催化器的上游仅仅安装一个计量阀，以便将解离氨的还原剂溶液配量到所述排气系中。由此仅仅通过所述第一SCR催化器的氨滑移来给所述第二SCR催化器填充氨。这些传感器的数据可以用于给所述两个催化器的填充水平建模。但是，在相对于所述SCR催化器的被建模的老化有偏差时，物理上的填充水平可能明显地偏离被建模的填充水平。这可能导致氮氧化物还原的效率的变化并且由此在适当情况下可能导致超过排放限度。
发明内容
所述方法用于获取SCR催化器系统中的两个先后布置在排气系中的SCR催化器之间的氨质量流量，所述SCR催化器系统仅仅具有一个处于第一SCR催化器的上游的还原剂计量单元。从布置在所述两个SCR催化器之间的NOx传感器的信号以及布置在所述第二SCR催化器的下游的NOx传感器的信号中来进行所述获取。在此利用以下事实：在这样的SCR催化器系统中本来就在所述两个SCR催化器之间布置的NOx传感器横向敏感地对氨作出反应，并且因此除了在所述第一SCR催化器中未被还原的氮氧化物之外也对来自所述第一SCR催化器上的氨滑移的氨进行测量。通过合适的计算方法，可以将所述两个SCR催化器之间的NOx传感器的传感器信号划分为氨和氮氧化物并且就这样可以获取所述氨质量流量。
在所述方法的一种简单的实施方式中，可以将由所述两个传感器提供的浓度信号之间的差用作用于获取所述氨质量流量的基础。随后还仅仅必须将浓度换算为所述质量。
在所述方法的一种较为复杂的实施方式中规定，从所述布置在两个SCR催化器之间的NOx传感器的信号与所述布置在第二SCR催化器的下游的NOx传感器的信号中计算所述SCR催化器系统的特殊的计量剂需求以及所述第一SCR催化器的特殊的计量剂需求。所述氨质量流量而后可以通过所述两种计量剂需求的时间上的积分的比较来获取。所述两个积分之间的面积（Fläche）在此与所述第一SCR催化器的下游的氨滑移成比例。“特殊的计量剂需求”在此是指由被配量到所述第一SCR催化器中的氨质量与在所述第一SCR催化器中或者在整个SCR催化器系统中所转化的氮氧化物质量构成的商数。在此，为了计算所转化的氮氧化物质量，总是用二氧化氮的摩尔质量、也就是46g/mol来计算。如果实际所配量的氨质量由于对有待配量的氨质量的调节器干预而偏离模型视图（Modellsicht），那么所转化的氮氧化物量也必定是另一氮氧化物量。
在计算所述两种计量剂需求时，优选对氨气的质量以及所述第一SCR催化器的上游的氮氧化物的质量加以考虑，所述氨气从还原剂中释放出来，所述还原剂借助于所述还原剂计量单元被配量到所述排气系中。所配量的氨质量可以从对所述还原剂计量单元的操控中来获取。所述第一SCR催化器的上游的氮氧化物的质量可以借助于被安装在那里的NOx传感器来获取或者也可以借助于模型来获取。
在所述方法的至此所描述的实施方式中，优选在所述SCR催化器系统的一个工作点中进行所述获取，在该工作点中所述两个SCR催化器的氨填充水平的变化相应地没有超过变化阈值。如果可以近似地认为，在所述两个SCR催化器中没有氨被吸收并且放出并且由此没有氨为所述SCR催化器系统中的氨质量流量作贡献，所获取的氨质量流量的可靠性就得到提高。
此外，在所述方法的这些实施方式中优选的是，在所述SCR催化器系统的一个工作点中进行所述获取，在该工作点中所述第二SCR催化器上的氨滑移没有超过滑移阈值。特别优选地，这个滑移阈值为零。原则上如此运行具有两个SCR催化器的SCR催化器系统，使得所述第二SCR催化器的下游的氨滑移是不期望的，因为这种氨会逸出到环境空气中。在一些工作点中可以认为达到了这个目的，在这些工作点中为获取所述两个SCR催化器之间的氨质量流量而可以将所述第二SCR催化器下游的氨质量流量近似假设为零。如果不满足这种假设，那么所获取的氨质量流量的可靠性就变差。
在所述方法的另一种实施例中特别精确地获取所述氨质量流量，在该实施例中在获取所述氨质量流量时对所述第二SCR催化器的效率加以考虑。这种效率可以从模型中得知。
所述两个SCR催化器的被建模的氨填充水平可以借助于根据所述方法的所有实施方式而获取的氨质量流量来进行校正，以便将物理上的与被建模的氨填充水平之间的偏差降低到最低限度。
所述计算机程序被设立用于：特别是当其在计算器或者电子的控制器上运行时实施所述方法的每个步骤。能够在传统的电子的控制器上实施所述方法，而不必对其进行结构上的改动。为此，所述计算机程序被保存在机器可读的存储介质上。通过将所述计算机程序装载到传统的电子的控制器上来得到一种电子的控制器，该电子的控制器被设立用于：借助于所述方法来获取SCR催化器系统中的两个先后布置在排气系中的SCR催化器之间的氨质量流量，所述SCR催化器系统仅仅具有一个处于所述第一SCR催化器的下游的还原剂计量单元。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进行详细解释。
图1示意性地示出了具有两个SCR催化器的SCR催化器系统，借助于按照本发明的一种实施例的方法可以获取其在所述两个SCR催化器之间的氨质量流量；
图2示出了在按照本发明的一种实施例的方法中具有两个SCR催化器的SCR催化器系统的特殊的计量剂需求的时间上的曲线以及这两个SCR催化器之一的特殊的计量剂需求的时间上的曲线；
图3示出了在所述按照本发明的方法的一种实施例中两个SCR催化器之间的氨浓度的时间上的曲线。
具体实施方式
燃烧马达10在其排气系11中具有一在图1中示出的SCR催化器系统20。该催化器系统具有还原剂计量单元21，用该还原剂计量单元可以将尿素水溶液喷射到所述排气系11中。在废气的温度较高时从所述尿素水溶液中释放出氨气。在所述还原剂计量单元21的下游布置了第一SCR催化器22和第二SCR催化器23。在所述排气系11中在所述还原剂计量单元21的上游布置了第一NOx传感器31。在所述两个SCR催化器22、23之间布置了第二NOx传感器32。在所述第二SCR催化器23的下游布置了第三NOx传感器。所有NOx传感器31、32、33都将其信号传送给电子的控制器40。因为所述NOx传感器31、32、33横向敏感地对氨作出反应，所以其信号是用于氮氧化物和氨的和信号（Summensignale）。但是，所述第一NOx传感器布置在所述还原剂计量单元21的上游，使得其可靠地测量所述废气中的氮氧化物量。如果如此运行所述SCR催化器系统20，使得不应该在所述第二SCR催化器23上进行氨滑移，那就可以认为，所述第三NOx传感器的信号仅仅建立在氮氧化物的基础上。因为在所述第一SCR催化器22上设置了氨滑移，以便向所述第二SCR催化器23供给氨，但是所述第二NOx传感器总是提供由氨和氮氧化物构成的和信号。所述还原剂计量单元21同样将被配量到所述排气系11中的氨量继续报告给所述控制器40。
所述按照本发明的方法的第一种实施例建立在以下认识的基础上：从借助于所述还原剂计量单元21来配量的还原剂溶液中释放的氨浓度r(NH3)_21与所述第二NOx传感器32上的氨浓度r(NH3)_32之间的差按照公式1相当于所述第一催化器22的上游的氮氧化物浓度r(NOx)_31与所述两个SCR催化器22、23之间的氮氧化物浓度r(NOx)_32之间的差：
　　　　　（公式1）。
从所述第二NOx传感器32传送给所述控制器40的浓度值r(sens)_32在此按照公式2相当于所述两个SCR催化器22、23之间的氮氧化物与氨的浓度的总和：
　　　　　（公式2）。
此外，按照公式3所配量的氮氧化物浓度r(NH3)_21应当相当于所述第一SCR催化器22上游的氮氧化物浓度与所述第二SCR催化器23下游的氮氧化物浓度r(NOx)_33之间的差：
　　　　　（公式3）。
从公式1到3中产生公式4，该公式4能够从所述第二NOx传感器32和所述第三NOx传感器33的传感器信号中计算所述两个SCR催化器22、23之间的氨浓度r(NH3)_32：
　　　　　（公式4）。
如果在所述第二SCR催化器23上没有进行氨滑移，那就可以从所述第三NOx传感器33的信号中得知所述第二SCR催化器23的下游的氮氧化物浓度r(NOx)_33。通过随着时间获取两个浓度值，可以计算所述氨质量流量。
在所述按照本发明的方法的第二种实施例中，按照公式5来计算所述第一SCR催化器22的特殊的计量剂需求facDos_22。在此，m(NH3)_21表示所配量的氨质量，并且所述第一SCR催化器22的上游的氮氧化物质量m(NOx)_31与所述第一SCR催化器的下游的氮氧化物质量m(NOx)_32之间的差相当于在所述第一SCR催化器中所转化的氮氧化物质量：
　　　　　（公式5）。
所述氮氧化物质量m(NOx)_32和所述氨质量m(NH3)_32不能直接测量。因为由所述第二氧化氮传感器32所提供的质量信号m(sens)_32相应于所述两个SCR催化器22、23之间的氨质量m(NH3)_32与氮氧化物质量m(NOx)_32之间的总和，所以公式5可以被公式6所取代：
　　　　　（公式6）。
为了计算整个SCR催化器系统20的特殊的计量剂需求facDos_20，按照公式7也还需要所述第二SCR催化器22的下游的、由所述第三NOx传感器33测量的氮氧化物质量：
　　　　　（公式7）。
在此要假设，在所述第二SCR催化器23的下游没有进行氨滑移，从而所述第三NOx传感器33的信号没有被氨歪曲。此外，可以以所述第一SCR催化器22中的氮氧化物还原为出发点为整个SCR催化器系统20提出公式8：
　　　　　（公式8）。
借助于公式6到8，可以从可供使用的传感器数据中获取所述两种计量剂需求facDos_20、facDos_22。在此必须注意，氨与氮氧化物的摩尔质量彼此不同。对于所述氮氧化物质量来说，总是用二氧化氮的摩尔质量来计算。所述氮氧化物质量的、在所述燃烧马达10的一种示范性的运行状态中随着时间t的曲线在图2中示出。所述两种计量剂需求facDos_20、facDos_22的时间上的积分的差与所述两个SCR催化器22、23之间的氨质量流量成比例。在所述两种特殊的计量剂需求facDos_20、facDos_22的时间上的曲线彼此明显有区别的地方，在所述第一SCR催化器22上出现较高的氨质量流量并且由此出现较高的氨滑移。在所述两种特殊的计量剂需求的时间上的曲线彼此接近的地方，所述氨质量流量较小。这一点得到了验证，方法是：在图1中未示出的氨传感器在所述排气系11中被安置在所述两个SCR催化器22、23之间。由所述氨传感器测量的氨浓度r(NH3)_32的时间上的曲线在图3中示出。可以按照公式9从所测量的传感器数值中进行所述氨质量m(NH3)_32的计算：
　　　　　（公式9）。
在所述按照本发明的方法的第三种实施例中，利用以下认识：按照公式10所述第二SCR催化器23的下游的氮氧化物质量流量dm(NOx)_33相当于所述两个SCR催化器22、23之间的氮氧化物质量流量dm(NOx)_32与所述第一SCR催化器22的氨滑移的质量流量dm(NH3)_32之间的差，将输送给所述第二SCR催化器23的氨质量与由该第二SCR催化器所消耗的氨质量之间的差Δm(NH3)加到所述两个SCR催化器之间的氮氧化物质量流量与所述第一SCR催化器的氨滑移的质量流量之间的差上：
　　　　　（公式10）。
在此也必须要注意，氨和氮氧化物的摩尔质量彼此有别。此外，所述差Δm(NH3)按照公式11相当于所述两个SCR催化器22、23之间的氮氧化物质量流量dm(NOx)_32和与所述第二SCR催化器的效率ETA(23)相乘的、两个SCR催化器22、23之间的氮氧化物质量流量dm(NOx)_32：
　　　　　（公式11）。
从所述两个公式10和11中得到公式：
　　　　　（公式12）。
与公式2相类似，按照公式13，由所述第二NOx传感器所测量的质量流量dm(sens)_32相当于由所述两个SCR催化器之间的氨质量流量dm(NH3)_32和所述氮氧化物质量流量dm(NOx)_32构成的总和：
　　　　　（公式13）。
从公式11和12中按照公式14产生一种用于计算所述氨质量流量dm(NH3)_32的可行方案：
　　　　　（公式14）。
为此所述效率ETA(23)可以从所述第二SCR催化器23的模型中得知。如果在所述第二SCR催化器23上没有出现氨滑移，所述第二SCR催化器23的下游的氮氧化物质量流量dm(NOx)_33可以从所述第三NOx传感器33的传感器信号中得知。

Claims (11)

1.用于获取SCR催化器系统（20）中的先后布置在排气系（11）中的两个SCR催化器（22、23）之间的氨质量流量（dm(NH2)_32）的方法，所述SCR催化器系统仅仅具有一个处于第一SCR催化器（22）的上游的还原剂计量单元（21），其特征在于，从布置在两个SCR催化器之间的NOx传感器（32）的信号以及布置在第二SCR催化器（23）的下游的NOx传感器（33）的信号中来进行所述获取。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了进行所述获取而产生所述布置在两个SCR催化器之间的NOx传感器（32）的信号与所述布置在第二SCR催化器（23）的下游的NOx传感器（33）的信号的差。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述布置在两个SCR催化器之间的NOx传感器（32）的信号与所述布置在第二SCR催化器的下游的NOx传感器（33）的信号中计算所述SCR催化器系统（20）的特殊的计量剂需求（facDos_20）以及所述第一SCR催化器（facDos_20）的特殊的计量剂需求（facDos_22），并且通过这两种计量剂需求（facDos_20、facDos_22）的时间上的积分的比较来获取所述氨质量流量（dm(NH3)_32）。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在计算所述两种计量剂需求（facDos_20、facDos_22）时，对氨气的质量（m(NH3)_21）以及所述第一SCR催化器（22）的上游的氮氧化物的质量（m(NOx)_31）加以考虑，所述氨气从还原剂中释放出来，所述还原剂借助于所述还原剂计量单元（21）被配量到所述排气系中。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述SCR催化器系统（20）的一个工作点中进行所述获取，在该工作点中所述两个SCR催化器（22、23）的氨填充水平的变化相应地没有超过变化阈值。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述SCR催化器系统（20）的一个工作点中进行所述获取，在该工作点中所述第二SCR催化器（23）上的氨滑移没有超过滑移阈值。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述氨质量流量（dm(NH2)_32）时对所述第二SCR催化器（23）的效率（ETA(23)）加以考虑。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述两个SCR催化器（22、23）的被建模的氨填充水平借助于所获取的氨质量流量（dm(NH2)_32）来校正。
9.计算机程序，该计算机程序被设立用于实施按照权利要求1至8中任一项所述的方法的每个步骤。
10.机器可读的存储介质，在该机器可读的存储介质上面保存了按照权利要求9所述的计算机程序。
11.电子的控制器（40），该电子的控制器被设立用于：借助于按照权利要求1至8中任一项所述的方法来获取SCR催化器系统（20）中的两个先后布置在排气系（11）中的SCR催化器（22、23）之间的氨质量流量（dm(NH2)_32），所述SCR催化器系统仅仅具有一个处于所述第一SCR催化器（22）的上游的还原剂计量单元（21）。
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