CN108779696A - 用于获取内燃发动机中的经校正氮氧化物值和经校正氨值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于获取内燃发动机中的经校正氮氧化物值和/或经校正氨值的方法，该内燃发动机具有SCR催化转化器（20）、氮氧化物传感器（22）、尿素喷射装置（26）和氨传感器（24）。该方法包括确定内燃发动机处于超限截止阶段；中断尿素的喷射；从由氮氧化物传感器（22）产生的氮氧化物参考信号获取氮氧化物参考值并且从由氨传感器（24）产生的氨参考信号获取氨参考值；以及考虑到氮氧化物参考值，从在内燃发动机的正常操作期间由氮氧化物传感器（22）产生的氮氧化物信号来获取经校正氮氧化物值，并且考虑到氨参考值，从在内燃发动机的正常操作期间由氨传感器（24）产生的氨信号来获取经校正氨值。

Description

用于获取内燃发动机中的经校正氮氧化物值和经校正氨值的 方法

技术领域

本发明涉及用于获取内燃发动机中的经校正氮氧化物值和经校正氨值的方法，尤其涉及用于获取具有SCR催化转化器且其中氮氧化物传感器和氨传感器被设置在SCR催化转化器下游的内燃发动机中的经校正氮氧化物值和经校正氨值的方法。

背景技术

在内燃发动机中，尤其是柴油内燃发动机中，已知使用被称为SCR（选择性催化还原）催化转化器的装置，其被用于还原内燃发动机的排气中的氮氧化物。在该上下文中，在SCR催化转化器处的化学反应是选择性的，即，氮氧化物（NO、NO₂）优选被还原，而很大程度上抑制了不期望的二次反应，例如形成三氧化硫的二氧化硫的氧化。

对于化学反应，尿素被喷射到SCR催化转化器上游的排气中，该尿素随后至少部分地分解成氨，该氨能够与排气反应以便在SCR催化转化器内形成水和氮。例如，氮氧化物传感器和氨传感器被用于控制待喷射的尿素的量，以便测量内燃发动机的排气区段中的相应部分且随后控制待喷射的尿素的正确的量。

发明内容

本发明的目标是使得可以实现一种方法，通过该方法，能够在车辆特定的基础上并且尽可能准确地获取氮氧化物值和氨值。

这个目标根据独立权利要求1和2中的方法以及根据权利要求9中所要求保护的排气区段来实现。在从属权利要求中具体说明了有利改进。

本发明基于如下构思，即在内燃发动机的超限截止阶段期间校准氮氧化物传感器和氨传感器，即通过根据本发明的方法能够减少传感器的可能发生的老化效果。尤其，在内燃发动机的操作状态期间，尤其在超限截止阶段期间执行校准，在此期间，在排气区段中没有或者几乎没有氮氧化物。因此，能够校准并设定相应氮氧化物传感器的被称为零点偏移（zero offset）的效应，并且也能够校准并设定氨传感器的被称为零点偏移的效应。此外，本发明基于如下构思，即通过结合这两个信号来调整设置在SCR催化转化器下游的氮氧化物传感器的特性曲线和被设置在SCR催化转化器下游的尿素传感器的特性曲线。

根据本发明，提供一种用于获取内燃发动机中的经校正氮氧化物值的方法，该内燃发动机具有SCR催化转化器、设置在SCR催化转化器下游的氮氧化物传感器和设置在SCR催化转化器上游的尿素喷射布置结构。根据本发明的方法包括：确定内燃发动机处于超限截止阶段；在超限截止阶段期间中断借助于尿素喷射装置的尿素的喷射；从在超限截止阶段期间由氮氧化物传感器产生的氮氧化物参考信号来获取氮氧化物参考值；以及考虑到氮氧化物参考值，从在内燃发动机的正常操作期间由氮氧化物传感器产生的氮氧化物信号来获取经校正氮氧化物值。

在超限截止阶段期间，例如在下坡行进期间，中断向内燃发动机气缸中的燃料喷射，因此基本上空气流动通过内燃发动机。此外，也中断尿素（例如AdBlue计量）喷射，因此氮氧化物排放物和尿素排放物减少。因为氮氧化物排放物和尿素排放物的这种减少，SCR催化转化器上游的氮氧化物传感器的相应信号和SCR催化转化器下游的氮氧化物传感器的信号这两者也减小。以类似方式，SCR催化转化器下游的氨传感器的信号减小。

本公开也使用如下事实，即设置在SCR催化转化器下游的氮氧化物传感器对于氨是交叉敏感的，即氮氧化物传感器的信号（下文被称为“氮氧化物信号”）指示出氮氧化物和氨浓度的和。

根据本发明，公开一种用于获取内燃发动机中的经校正氨值的另外的方法，该内燃发动机具有SCR催化转化器、设置在SCR催化转化器上游的尿素喷射装置和设置在SCR催化转化器下游的氨传感器。根据本发明的这个方面的创造性方法包括：确定内燃发动机处于超限截止阶段；在超限截止阶段期间中断借助于尿素喷射装置的尿素的喷射；从在超限截止阶段期间由氨传感器产生的氨信号来获取氨参考值；以及考虑到氨参考值，从在内燃发动机的正常操作期间由氨传感器产生的氨信号来获取经校正氨值。

根据本发明的另外的方面，组合了根据本发明的这两种方法，即用于获取经校正氮氧化物值的方法和用于获取经校正氨值的方法同时运行。

相应方法优选地不被执行直到氮氧化物参考值低于预定氮氧化物阈值或者氨参考值低于预定氨阈值。甚至更优选的是，如果经校正氮氧化物值的获取或者经校正氨值的获取不发生，直到氮氧化物传感器的参考信号的绝对变化梯度低于氮氧化物的预定变化阈值或者如果氨传感器的参考信号的绝对变化梯度小于氨的预定变化阈值。

在本公开的范围内，绝对变化梯度描述了信号随时间的变化，在预定时间间隔内一个接在另一个后面地简要地检测这些信号。

根据一种优选改进，该方法也包括获取在从内燃发动机的正常操作期间由氨传感器所产生的氨信号获取的氨值和从内燃发动机的正常操作期间由氮氧化物传感器所产生的氮氧化物信号获取的另外的氨值之间的氨的差异。所述氨的差异能够是氨传感器的漂移的指示。如果在内燃发动机的正常操作期间获取的氨的差异高于预定氨差异阈值，则在随后的超限截止阶段期间随后执行下述步骤：激活尿素喷射装置以便在预定时间周期期间喷射预定量的尿素；从由氨传感器产生的氨信号获取至少一个第一氨值；从由氮氧化物传感器产生的信号获取至少一个第二氨值；确定第一氨信号的变化梯度小于第一变化阈值；确定第二氨值的变化梯度小于第二变化阈值；以及如果第一和第二氨值的变化梯度低于指定的变化阈值，则借助于第二氨值调整氨传感器的特性曲线的斜率。

在这样的优选改进中，氮氧化物传感器对氨交叉敏感，即氮氧化物传感器的信号指示出氮氧化物浓度和氨浓度的和。尤其，这样的改进在如下情况下是优选的，即当存在起作用的SCR催化转化器和高氨流失（例如在高于40 ppm的氨的情况下），其中被设置在SCR催化转化器下游的氮氧化物传感器的信号基本上指示出氨值，因为在SCR催化转化器中的氮氧化物被转化并且SCR催化转化器下游的浓度被显著降低。因此，氨传感器的特性曲线的斜率能够通过借助于氮氧化物传感器来测量氨而被调整，该氮氧化物传感器能够比氨传感器更加显著准确地进行测量。

根据依据本发明的方法的一种优选改进，氮氧化物参考值如下被获取：

其中：

是用于校正的氮氧化物参考值，

是前一校正的氮氧化物参考值，

是取决于两个校正之间的内燃发动机的操作时间的在0和1之间的权重因子，以及

是当前获取的氮氧化物值（在内燃发动机的超限截止阶段期间由氮氧化物传感器产生的氮氧化物信号获取的）。

以类似方式，氨参考值能够优选地如下被确定：

其中：

是用于校正的氨参考值，

是前一校正的氨参考值，

是取决于两个校正之间的内燃发动机的操作时间的在0和1之间的权重因子，以及

是当前获取的氨值（在内燃发动机的超限截止阶段期间由氨传感器产生的氨信号获取的）。

权重因子和取决于发动机操作状态和在两个调整过程之间的发动机操作时间并且优选地处于0和1之间的范围内。

在根据本发明的方法的另外的改进中，内燃发动机包括被设置在SCR催化转化器上游的另外的氮氧化物传感器。在该上下文中，方法也包括：从在超限截止阶段期间由所述另外的氮氧化物传感器产生的氮氧化物信号来获取另外的氮氧化物参考值；以及考虑到氮氧化物参考值，从在内燃发动机的正常操作期间由所述另外的氮氧化物传感器产生的氮氧化物信号来获取经校正的另外的氮氧化物值。

在另外的有利改进中，从由氮氧化物传感器产生的氮氧化物信号获取的经校正氮氧化物值如下通过来自由氨传感器产生的氨信号的氨值被校正：

其中：

是已经被校正并且被清除氨的氮氧化物值，

是已经从由氮氧化物传感器产生的氮氧化物信号获取的氮氧化物值，以及

是已经从由氨传感器产生的氨信号获取的氨值。

根据本公开的另外的方面，公开一种用于内燃发动机的排气区段，该排气区段具有：SCR催化转化器；氮氧化物传感器，其被设置在所述SCR催化转化器下游并且被设计成产生指示所述SCR催化转化器下游的氮氧化物值的氮氧化物信号；尿素喷射装置，其被设置在所述SCR催化转化器上游并且被设计成喷射预定量的尿素；氨传感器，其被设置在所述SCR催化转化器下游并且被设计成产生指示所述SCR催化转化器下游的氨值的氨信号；和控制单元，其被设计成接收所述氮氧化物信号和所述氨信号并且执行根据本公开的方法。

在一种优选改进中，排气区段还具有另外的氮氧化物传感器，其被设置在所述SCR催化转化器上游并且被设计成产生指示氮氧化物值的另外的氮氧化物信号。

附图说明

当考虑附图时，本发明的另外的目标和特征对本领域技术人员来说将是明显的，其中：

图1示出了内燃发动机的通过示例公开的排气区段的一部分，

图2示出了根据用于获取经校正氮氧化物值和/或经校正氨值的示例性方法的流程图，以及

图3示出了根据本公开的用于调整氨传感器的特性曲线的斜率的流程图。

具体实施方式

图1示出了内燃发动机（未更详细地示出）的排气区段10的一部分的示意性视图。排气区段10具有SCR催化转化器20，其被设计成实施化学反应以致能够还原在排气中的氮氧化物。颗粒过滤器（例如柴油颗粒过滤器）被设置在SCR催化转化器20上游。氮氧化物传感器22和氨传感器24被设置在SCR催化转化器20下游并且被设计成产生对应信号。尤其，氮氧化物传感器22被设计成产生指示出氮氧化物值的氮氧化物信号。以类似方式，氨传感器24被设计成产生指示出氨值的氨信号。

在一种优选改进中，氮氧化物传感器22和氨传感器24被集成在一个传感器中。

尿素喷射装置26被设置在SCR催化转化器20上游并且被设计成在预定时刻喷射预定量的尿素。尿素溶液被设计成被排气分解，以致氨至少部分地产生，该氨能够在SCR催化转化器20中进行化学反应并因此还原在排气中的氮氧化物。

根据图1中所示的排气区段10的示意性改进，另外的氮氧化物传感器32也被设置在颗粒过滤器20上游，该另外的氮氧化物传感器32被设计成产生指示出氮氧化物值的另外的氮氧化物信号。

能够是例如内燃发动机的控制器的部件的控制单元40被连接到氮氧化物传感器22、氨传感器24、尿素喷射装置26和另外的氮氧化物传感器32，并且被设计成接收来自这些装置的信号并将所述信号传输至其控制器。

例如，控制器40被设计成执行根据图2的方法。根据图2的方法开始于步骤200，并且在步骤210处确定内燃发动机是否处于超限截止阶段（overrun cut-off phase）。如果在步骤200处确定内燃发动机处于具有推力的正常操作模式，则方法前进到步骤270，在此其结束。

不过，如果在步骤210处确定内燃发动机处于超限截止阶段，例如当正行进下坡时，方法前进到步骤220，在此除了中断燃料喷射之外，在超限截止阶段期间还额外地中断借助于尿素喷射装置26的尿素供给。

随后，在步骤230处，从在超限截止阶段期间由氮氧化物传感器22产生的氮氧化物参考信号获取氮氧化物参考值，且/或从在超限截止阶段期间由氨传感器24产生的氨参考信号获取氨参考值。

在步骤240处，检查SCR催化转化器20下游的氮氧化物值或氨值是否低于氮氧化物阈值或低于预定氨阈值。如果这两个值中仅一个高于相应阈值，则方法前进到步骤270，在此其结束。在此时，应该注意到，由于在步骤240处的线性传感器特性曲线，替代将所述值与预定阈值进行比较，由相应传感器产生的信号能够与对应预定阈值信号直接进行比较。

不过，如果两个值均低于它们的被指定的预定阈值，则方法以步骤250继续，在步骤250处询问相应值的绝对变化梯度是否低于被指定的阈值。尤其，在值250处，询问氮氧化物传感器22的参考信号的绝对变化梯度是否低于预定氮氧化物变化阈值，或者氨传感器24的参考信号的绝对变化梯度是否低于预定氨变化阈值。在步骤250处的询问也能够直接通过在此由传感器22、24产生的信号来执行。

如果这两个绝对变化梯度中的仅一个高于其相应预定变化阈值，则方法前进到步骤270，在此方法结束。

不过，如果在步骤250处确定两个变化梯度均低于其相应变化阈值，则方法以步骤260继续，在步骤260处，氮氧化物参考值根据公式（1）来调整且氨参考阈值也根据公式（2）来调整：

其中：

是用于校正的氮氧化物参考值，

是前一校正的氮氧化物参考值，

是取决于两个校正之间的内燃发动机的操作时间的在0和1之间的权重因子，以及

是当前获取的氮氧化物值（在内燃发动机的超限截止阶段期间由氮氧化物传感器产生的氮氧化物信号获取的），

是用于校正的氨参考值，

是前一校正的氨参考值，

是取决于两个校正之间的内燃发动机的操作时间的在0和1之间的权重因子，以及

是当前获取的氨值（在内燃发动机的超限截止阶段期间由氨传感器24产生的氨信号获取的）。

参考图3，以流程图示出了根据本公开的另外的示例性方法，其开始于300。在步骤310处询问内燃发动机是否处于正常操作模式。在该上下文中，术语正常操作模式旨在意味着内燃发动机通过燃烧燃料而操作并且相应地提供推力。

如果在步骤310处确定存在内燃发动机的正常操作模式，例如超限截止阶段，则方法前进到步骤390并且在那里结束。

此外，在步骤310处确定SCR催化转化器的氨流失（ammonia slip）是否高于预定阈值，例如高于40 ppm。因为氮氧化物传感器对氨交叉敏感，所以氮氧化物传感器测量氮氧化物和氨的和。因此，当存在足够大量的氨流失时，如果SCR催化转化器令人满意地操作并且能够显著地还原氮氧化物，可以假定氨传感器24的信号基本上等于氮氧化物传感器32的信号。

如果在步骤310处确定内燃发动机处于正常操作模式且氨流失高于预定阈值，则在步骤320处氮氧化物传感器22和氨传感器24两者均产生对应信号。

在随后步骤330中，在从氮氧化物信号获取的氨值和从氨信号获取的氨值之间形成氨的差异。在步骤330处，也询问氨的该差异是否超过预定氨差异阈值。如果在步骤330处确定氨差异阈值没有被超过，则方法前进到步骤390并且在那里结束。

不过，如果在步骤330处确定氨的差异超过氨差异阈值，则方法前进到步骤340。尤其，在步骤330处，确定由氨传感器24产生的信号是否显著地偏离于由氮氧化物传感器22产生的且基本上指示出内燃发动机的主要操作状态期间的氨的氮氧化物信号。该偏差能够被检查，例如通过氨的差异被检查。

在步骤340处，确定内燃发动机是否已经从正常操作模式改变成超限截止模式。如果在步骤340处确定内燃发动机继续处于正常操作模式，则方法前进到步骤390并且结束。

不过，如果在步骤340处确定内燃发动机已经从正常操作模式改变成超限截止模式，则方法前进到步骤350，在步骤350处，尿素喷射装置26被控制成使得，尽管是超限截止阶段，所述尿素喷射装置26也喷射预定量的尿素持续预定时间周期（例如几秒钟），以致在SCR催化转化器20的下游的位置处达到高于阈值（例如多于近似40 ppm）的氨浓度。

不过，这里的先决条件是，用于氧化氨或用于存储SCR的氨捕集催化转化器和/或另外的SCR催化转化器存在于所述两个传感器22、24的下游，以致氨排放不超过法定限制值。

随后，在步骤360处氮氧化物传感器22和氨传感器24在超限截止阶段期间产生对应信号。在此应该注意到，由于是超限截止阶段，氮氧化物传感器22的信号基本上指示出氨值，因为基本上不存在氮氧化物。

在随后步骤370处，确定从氮氧化物传感器22的信号获取的第一氨值和从氨传感器24的氨信号获取的第二氨值至少部分稳定，即第一氨值和第二氨值的变化梯度各自均低于预定的第一变化阈值或第二变化阈值。如果在步骤370处确定第一氨值和第二氨值至少在一些情况下不稳定，则方法前进到步骤390并且结束。

不过，如果在步骤370处确定第一氨值和第二氨值至少在一些情况下稳定，则方法前进到步骤380，在步骤380处，指示出氨值的氮氧化物传感器22的信号被用于调整氨传感器24的特性曲线的斜率。在该上下文中，尤其允许如下事实：氮氧化物传感器22能够比氨传感器24更加准确地进行测量。

在步骤390处，在步骤350处被激活的尿素喷射于是再次结束，并且借助于氮氧化物传感器22的信号来实现用于调整氨传感器24的特性曲线的方法。

Claims (10)

1.一种用于获取内燃发动机中的经校正氮氧化物值的方法，所述内燃发动机具有SCR催化转化器（20）、设置在所述SCR催化转化器（20）下游的氮氧化物传感器（22）和设置在所述SCR催化转化器（20）上游的尿素喷射装置（26），所述方法包括：

-确定所述内燃发动机处于超限截止阶段；

-在所述超限截止阶段期间中断借助于所述尿素喷射装置（26）的尿素的喷射；

-从在所述超限截止阶段期间由所述氮氧化物传感器（22）产生的氮氧化物参考信号来获取氮氧化物参考值；以及

-考虑到所述氮氧化物参考值，从在所述内燃发动机的正常操作期间由所述氮氧化物传感器（22）产生的氮氧化物信号来获取经校正氮氧化物值。

2.一种用于获取内燃发动机中的经校正氨值的方法，所述内燃发动机具有SCR催化转化器（20）、设置在所述SCR催化转化器（20）上游的尿素喷射装置（26）和设置在所述SCR催化转化器（20）下游的氨传感器（24），所述方法包括：

-确定所述内燃发动机处于超限截止阶段；

-在所述超限截止阶段期间中断借助于所述尿素喷射装置（26）的尿素的喷射；

-从在所述超限截止阶段期间由所述氨传感器（24）产生的氨参考信号来获取氨参考值；以及

-考虑到所述氨参考值，从在所述内燃发动机的正常操作期间由所述氨传感器（24）产生的氨信号来获取经校正氨值。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，不发生氮氧化物参考值的所述获取或氨参考值的所述获取，直到所述氮氧化物值低于预定氮氧化物阈值并且/或者所述氨值低于预定氨阈值。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，不发生氮氧化物参考值的所述获取或氨参考值的所述获取，直到所述氮氧化物传感器（22）的所述参考信号的绝对变化梯度低于氮氧化物的预定变化阈值或者如果所述氨传感器（24）的所述参考信号的绝对变化梯度小于预定氨变化阈值。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：

-获取在从所述内燃发动机的所述正常操作期间由所述氨传感器（24）所产生的所述氨信号获取的氨值和从所述内燃发动机的所述正常操作期间由所述氮氧化物传感器所产生的所述氮氧化物信号获取的另外的氨值之间的氨的差异，

-如果在所述内燃发动机的所述正常操作期间获取的所述氨的差异高于预定氨差异阈值，则在随后的超限截止阶段期间执行下述步骤：

-激活所述尿素喷射装置以便在预定时间周期期间喷射预定量的尿素；

-从由所述氨传感器（24）产生的氨信号获取至少一个第一氨值，并且确定所述至少一个第一氨值的变化梯度小于预定第一变化阈值；

-从由所述氮氧化物传感器（22）产生的信号获取至少一个第二氨值，并且确定所述至少一个第二氨值的变化梯度小于预定第二变化阈值；

-如果所述至少一个第一氨值或所述至少一个第二氨值的变化梯度低于所述预定第一变化阈值或所述预定第二变化阈值，则借助于所述第二氨值调整所述氨传感器的特性曲线的斜率。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述氮氧化物参考值如下所述被获取：

其中：

是用于校正的氮氧化物参考值，

是前一校正的氮氧化物参考值，

是取决于两个校正之间的所述内燃发动机的操作时间的在0和1之间的权重因子，以及

是当前获取的氮氧化物值（在所述内燃发动机的所述超限截止阶段期间由所述氮氧化物传感器（22）产生的氮氧化物信号获取的）；

且/或其中，新的氨参考值如下所述被确定：

其中：

是用于校正的氨参考值，

是前一校正的氨参考值，

是取决于两个校正之间的所述内燃发动机的操作时间的在0和1之间的权重因子，以及

是当前获取的氨值（在所述内燃发动机的所述超限截止阶段期间由所述氨传感器（24）产生的氨信号获取的）。

7. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述内燃发动机具有被设置在所述SCR催化转化器（20）上游的另外的氮氧化物传感器（32），其中，所述方法进一步包括：

-从在所述超限截止阶段期间由所述另外的氮氧化物传感器（32）产生的氮氧化物参考信号来获取另外的氮氧化物值；以及

-考虑到所述氮氧化物参考值，从在所述内燃发动机的正常操作期间由所述另外的氮氧化物传感器（32）产生的氮氧化物信号来获取经校正的另外的氮氧化物值。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，从由所述氮氧化物传感器（22）产生的氮氧化物信号获取的所述经校正氮氧化物值如下通过来自由所述氨传感器（24）产生的氨信号的氨值被校正：

其中：

是已经被校正并且被清除氨的氮氧化物值，

是已经从由所述氮氧化物传感器（22）产生的氮氧化物信号获取的氮氧化物值，以及

是已经从由所述氨传感器（24）产生的氨信号获取的氨值。

9.一种用于内燃发动机的排气区段（10），具有：

-SCR催化转化器（20），

-氮氧化物传感器（22），所述氮氧化物传感器（22）被设置在所述SCR催化转化器（20）下游并且被设计成产生指示所述SCR催化转化器（20）下游的氮氧化物值的氮氧化物信号，

-尿素喷射装置（26），所述尿素喷射装置（26）被设置在所述SCR催化转化器（20）上游并且被设计成喷射预定量的尿素，

-氨传感器（24），所述氨传感器（24）被设置在所述SCR催化转化器（20）下游并且被设计成产生指示所述SCR催化转化器（20）下游的氨值的氨信号，和

-控制单元（40），所述控制单元（40）被设计成接收所述氮氧化物信号和所述氨信号并且执行如前述权利要求中的任一项所述的方法。

10.根据权利要求9所述的排气区段（10），还具有另外的氮氧化物传感器（22），所述另外的氮氧化物传感器（22）被设置在所述SCR催化转化器（20）上游并且被设计成产生指示所述SCR催化转化器（20）上游的氮氧化物的量的另外的氮氧化物信号。