CN109915244A - 用于修正模型化的氨气质量流和模型化的氮氧化物质量流的及调节scr催化器系统的方法 - Google Patents

用于修正模型化的氨气质量流和模型化的氮氧化物质量流的及调节scr催化器系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于对于在两个相继地布置在排气管路中的、在SCR‑催化器系统中的SCR‑催化器之间的模型化的氨气质量流量以及模型化的氮氧化物质量流量进行修正的方法，所述SCR‑催化器系统在两个SCR‑催化器的上游只具有一个还原剂配量单元。第一总值通过将所述模型化的氨气质量流量和所述模型化的氮氧化物质量流量相加形成。第二总值由布置在所述两个SCR‑催化器之间的对于氨气和氮氧化物具有灵敏性的传感器的信号来求得。为了修正，形成了所述两个总值的比率。在用于调节SCR‑催化器系统的方法中，借助于修正方法对于在所述两个SCR‑催化器之间的模型化的氨气质量流量和所述模型化的氮氧化物质量流量进行修正。

Description

用于修正模型化的氨气质量流和模型化的氮氧化物质量流的 及调节SCR催化器系统的方法
技术领域
本发明涉及一种方法，用于对于在两个相继地布置在排气管路中的选择性催化还原-催化器之间的模型化的氮氧化物质量流量以及模型化的氨气质量流量进行修正。此外，本发明涉及一种用于调节选择性催化还原-催化器系统的方法。此外，本发明涉及一种计算机程序，所述计算机程序实施所述方法中的至少一个方法的每个步骤；以及一种机器能够读取的存储介质，该存储介质存储所述计算机程序。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实施所述方法中的至少一个方法。
背景技术
一种有前景的用于减少在富氧的废气中的氮氧化物的方法描述了借助于氨气或者分离出氨气的试剂的选择性催化还原（Selective Catalytic Reduktion（选择性催化还原）；SCR）。选择性催化还原-催化器的效率取决于所述选择性催化还原-催化器的温度、取决于废气的空间速度并且完全决定性地取决于在所述选择性催化还原-催化器的表面上吸附的氨气的填充状态（Füllstand）。为了还原氮氧化物除了直接地配量的氨气之外还提供了吸附的氨气，以这种方式提高了选择性催化还原-催化器相比于排空的催化器的效率。存储特性取决于催化器的各自的运行温度。温度越低，存储能力越大。
如果选择性催化还原-催化器已经完全充满了该选择性催化还原-催化器的存储器，那么在内燃机的负载突变时，即使不再有氨气或者不再有分离氨气的试剂被配量到排气管路中时，也会出现氨气溢出，所述内燃机的废气借助于所述选择性催化还原-催化器进行还原。如果达到了尽可能高的氮氧化物转化量，那么当然必然的是，所述选择性催化还原-系统在高的氨气填充状态中运行。如果那么由于内燃机的负载突变而使得所述被完全填装的选择性催化还原-催化器的温度上升，那么所述选择性催化还原-催化器的氨气存储能力就下降，这导致了氨气溢出（Ammoniakschlupf）。
这种效应由以下方式特别地被显示出来：所述选择性催化还原-催化器邻近地安装在内燃机附近，以便使得该选择性催化还原-催化器在内燃机的冷启动之后迅速地达到其运行温度。在第一选择性催化还原-催化器下游的第二选择性催化还原-催化器可以因此设置在排气管路中，用来吸收并且接着转化来自第一催化器的氨气溢出的氨气。出于费用原因，大多在第一选择性催化还原-催化器上游只安装一个配量阀，用来将分离出氨气的还原剂溶液配量到所述排气管路中。第二选择性催化还原-催化器的氨气填装因此只通过第一选择性催化还原-催化器的氨气溢出来实行。
用于车载诊断（OBD）的准则要求，两个选择性催化还原-催化器必须被监测。为此通常在两个选择性催化还原-催化器的下游分别存在一氮氧化物传感器。
新的选择性催化还原-催化器模型能够使得两个选择性催化还原-催化器取得平衡，并且能够大约精确地计算出在两个选择性催化还原-催化器之间的氨气-和氮氧化物溢出。由DE 10 2016 201 602 A1已知一种方法，利用该方法可能的是，在对于在第二或者说下游的选择性催化还原-催化器之前和之后的氮氧化物传感器进行分析的基础上求得在选择性催化还原-催化器之间的氨气溢出。在所述两个选择性催化还原-催化器之间的氮氧化物质量流量通过第一或者上游的选择性催化还原-催化器的模型来算出。甚至最小的模型误差在少量的运行小时之后都导致在第二选择性催化还原-催化器中的估计的和实际的氨气填充状态之间的大的偏差。在低估了在所述两个选择性催化还原-催化器之间的氮氧化物质量流量时，在第二选择性催化还原-催化器中的物理的氨气填充状态空转运行。那个选择性催化还原-催化器的氮氧化物转化量在太小的物理的氨气填充状态时减小，并且就会导致了超过法定的极限值。快速的适应方法虽然可以再修改在第二选择性催化还原-催化器下游的氮氧化物理论值，但是难于消除所述误差的原因，因为对于所述适应方法不知道的是：在所述选择性催化还原-催化器的哪个选择性催化还原-催化器的区域中能够寻找误差原因。
发明内容
该方法用于修正在两个选择性催化还原-催化器之间的一种模型化的氨气质量流量以及一种模型化的氮氧化物质量流量。所述两个选择性催化还原-催化器在排气管路中相继地布置，并且形成了选择性催化还原-催化器系统。该选择性催化还原-催化器系统在所述两个选择性催化还原-催化器的上游只具有一个还原剂配量单元。通过将所述模型化的氨气质量流量与所述模型化的氮氧化物质量流量相加，就形成了第一总值。第二总值从布置在所述两个选择性催化还原-催化器之间的传感器的信号来求得。该传感器具有对于氨气和氮氧化物的灵敏性，并且可以是传统的氮氧化物传感器。为了进行修正，形成了所述两个总值的比率。
该方法以以下认识为基础：在对于第一选择性催化还原-催化器的模型中的氨气质量流量和氮氧化物质量流量进行非常精确地模型化时，所述模型化的质量流量的总和应该相应于传感器的总信号。在所述两个总值之间的偏差越大，那么模型化的必须修改的误差就越大。
优选的是，为了形成第一总值，所述模型化的氨气质量流量或者所述模型化的氮氧化物质量流量首先以ppm（parts in million（百万分率））为单位来提供，并且然后被转换成特别是以毫克每秒（mg/s）为单位的氮氧化物当量。所述氮氧化物当量然后被相加。由此可以通过废气质量流量得到权重。
不仅所述模型化的质量流量而且该质量流量的所测得的总和优选地被滤波，因为所述修正以所有之前的观察的认识为基础。为此，在所述方法的一种实施方式中的质量流量被积分起来，并且在达到可适用的界限时乘以大于0并且小于1的系数。在备选的实施方式中使用卡尔曼-滤波器。
所述修正优选地通过以下方式来实行：所述模型化的氨气质量流量以及所述模型化的氮氧化物质量流量分别乘以修正系数，所述修正系数由所述比率来求得。这样能够以简单的方式将唯一的修正系数应用到两个模型化的质量流量上。
为此特别地有利地是，所述修正系数如此来求得：所述比率由特性曲线来形成和/或限制。这使得可能的是，允许所算出的或者由经验求得的数据流入到对于所述修正系数的求取中。
在用于调节所述选择性催化还原-催化器系统的方法中，在所述两个选择性催化还原-催化器之间的模型化的氨气质量流量和模型化的氮氧化物质量流量借助于用于修正该质量流量的方法来修正。
如果在该调节中所使用的氮氧化物传感器位于所述第二选择性催化还原-催化器的下游，那么用于所述调节的理论值不再以在第二选择性催化还原-催化器的下游的模型化的氮氧化物质量流量为基础来求得。代替于此优选的是，借助于该氮氧化物传感器所测得的值被调节到一种理论值上，所述理论值由布置在选择性催化还原-催化器上游的氮氧化物传感器以及选择性催化还原-催化器系统的总效率来算出。所述总效率由所述两个选择性催化还原-催化器的单一效率所组成。所述单一效率由选择性催化还原-反应的活化能、各个选择性催化还原-催化器的温度、各个选择性催化还原-催化器的标准化的面积系数、选择性催化还原-反应的频率系数、各个选择性催化还原-催化器的理论填充状态、所述理论填充状态的最大的氨气存储能力以及所述理论填充状态的停留时间来得出。
如果氨气传感器布置在所述选择性催化还原-催化器之间，那么优选的是，在对于氮氧化物质量流量进行模型化时通常考虑到一种借助于氨气传感器所测得的值。由此可以进一步地改善了在所述两个选择性催化还原-催化器之间的模型化的氮氧化物质量流量的精确性。需要时，该氮氧化物质量流量那么可以甚至于简单地由所述氨气传感器的信号和布置在所述两个选择性催化还原-催化器之间的氮氧化物传感器的信号的差值来求得。
所述计算机程序被设立用于，特别是当该计算机程序在计算机上或者在一种电子的控制器上运行时，执行所述方法的每个步骤。所述计算机程序使得所述方法的不同的实施方式在电子的控制器中的实施成为可能，而不必对此进行结构上的改变。为此，该计算机程序存储在机器可以读取的存储介质上。通过将所述计算机程序运行到传统的电子的控制器上，就得到了一种电子的控制器，该电子的控制器被设立用于借助于所述方法将模型化的氨气质量流量以及模型化的氮氧化物质量流量进行修改，和/或借助于所述方法来调节所述选择性催化还原-催化器系统。
附图说明
本发明的一种实施例在附图中被示出并且在以下的说明中进一步被解释。
图1示意性地示出了一种选择性催化还原-催化器系统，所述选择性催化还原-催化器系统能够借助于根据本发明的一种实施例的方法被调节。
图2示出了根据本发明的一种实施例的方法的流程图。
具体实施方式
内燃机10在该内燃机的排气管路11中具有一种选择性催化还原（SCR）-催化器系统20，该选择性催化还原-催化器系统在图1中示出。该选择性催化还原-催化器系统具有还原剂配量单元50，利用该还原剂配量单元能够将尿素水溶液喷入到排气管路11中。在废气的温度很高时从该尿素水溶液释放氨气。在所述还原剂配量单元50的下游布置了第一选择性催化还原-催化器21和第二选择性催化还原-催化器22。第一选择性催化还原-催化器的催化器材料布置在颗粒过滤器上（SCR on filter（在过滤器上的选择性催化还原）；SCRF）。第一NOx-传感器31布置在排气管路11中的还原剂配量单元50的上游。第二NOx-传感器32布置在所述两个选择性催化还原-催化器21，22之间。第三NOx-传感器布置在第二选择性催化还原-催化器22的下游。在第二NOx-传感器32和第二选择性催化还原-催化器22之间此外布置了氨气传感器40。所有的NOx-传感器31，32，33以及氨气传感器40将它们的信号传递给电子的控制器50。因为所述NOx-传感器31，32，33对于氨气横向敏感地作出反应，所以它们的信号涉及对于氮氧化物和氨气的总信号。但是所述第一NOx-传感器（氮氧化物）布置在所述还原剂配量单元21的上游，以至于该第一NOx-传感器可靠地测量在废气中的氮氧化物量。当所述选择性催化还原-催化器系统20这样地运行，以至于在第二选择性催化还原-催化器22处不会出现氨气溢出，那么可以以此为出发点：第三NOx-传感器的信号只以氮氧化物为基础。因为在第一选择性催化还原-催化器21处设置了氨气溢出，以便给第二选择性催化还原-催化器22供给氨气，所以所述第二NOx-传感器32当然提供了来自氨气和氮氧化物的总信号。所述还原剂配量单元50将配量到排气管路11中的氨气量同样地转发给所述控制器60。
在根据本发明的方法的在图2中示意性地示出的实施例中，通过第一选择性催化还原-催化器21的模型提供了70在所述两个选择性催化还原-催化器21，22之间的以ppm为单位的模型化的氨气质量流量qNH3mod。该模型化的氨气质量流量qNH3mod被换算成71以mg/s为单位的氮氧化物当量qNH3äq。此外，第一选择性催化还原-催化器71的模型提供了72在所述两个选择性催化还原-催化器21，22之间的模型化的氮氧化物质量流量qNOxmod。所述模型化的氮氧化物质量流量qNOxmod同样被换算73成氮氧化物当量qNOxäq。被转换成氮氧化物当量的两个质量流量qNH3äq，qNOxäq相加74，以便得到第一总值S1。所述第二NOx-传感器32执行对于在所述两个选择性催化还原-催化器21，22之间的氮氧化物质量流量的和氨气质量流量的总信号qNH3/NOxmess的测量75。该总信号qNH3/NOxmess被用作第二总值S2。所述两个总值S1，S2相除76，以便这样得到所述两个总值的比率V。该比率通过特性曲线77形成并且被限制。以这种方式得到了一修正系数f。通过将模型化的氨气质量流量qNH3mod与所述修正系数f相乘78，得到一种修改了的氨气质量流量qNH3kor。通过将模型化的氮氧化物质量流量qNOxmod与所述修正系数f相乘79，得到修改了的氮氧化物质量流量qNOxkor。所述修改了的质量流量qNH3kor，qNOxkor在电子的控制器60中被输送给所述选择性催化还原-催化器系统20的调节80。
在所述调节中，借助于第三氮氧化物传感器33所测得的、在所述两个选择性催化还原-催化器21，22的下游的氮氧化物质量流量的值被调节到理论值。该理论值由离开内燃机10的氮氧化物质量流量以及所述选择性催化还原-催化器系统20的总效率来算出，所述离开内燃机10的氮氧化物质量流量借助于第一氮氧化物传感器31测出。所述总效率由所述两个选择性催化还原-催化器21，22的单一效率组成。在所述调节80中，可以通过将氨气传感器40的传感器信号从第二氮氧化物传感器32的传感器信号中减去来求得在所述两个选择性催化还原-催化器21，22之间的氮氧化物质量流量。

Claims (10)

1.用于对于在选择性催化还原-催化器系统（20）中的在两个相继地布置在排气管路（11）中的选择性催化还原-催化器（21，22）之间的模型化的氨气质量流量（qNH3mod）以及模型化的氮氧化物质量流量（qNOxmod）进行修正（78，79）的方法，所述选择性催化还原-催化器系统在这两个选择性催化还原-催化器（21，22）的上游只具有一个还原剂配量单元（40），其特征在于，第一总值（S1）通过将所述模型化的氨气质量流量（qNH3mod）和所述模型化的氮氧化物质量流量（qNOxmod）相加（74）而形成，第二总值（S2）由布置在所述两个选择性催化还原-催化器（21，22）之间的、对于氨气和氮氧化物具有灵敏性的传感器（32）的信号（qNH3/ NOxmess）来求得，并且为了进行所述修正（78，79），形成了所述两个总值（S1，S2）的比率（V）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了形成所述第一总值（S1），将所述模型化的氨气质量流量（qNH3mod）和所述模型化的氮氧化物质量流量（qNOxmod）转换成NOx-当量（qNH3äq,qNOxäq），并且将其相加。
3.通过权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述修正（78，79）通过以下方式实行：所述模型化的氨气质量流量（qNH3mod）和所述模型化的氮氧化物质量流量（qNOxmod）分别乘以修正系数（f），所述修正系数由所述比率（V）求得。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述修正系数（f）通过以下方式来求得（77）：由一种特性曲线形成和/或限制所述比率（V）。
5.用于调节（80）具有两个相继地布置在排气管路（11）中的选择性催化还原-催化器（21，22）的选择性催化还原-催化器系统（20）的方法，其特征在于，在这两个选择性催化还原-催化器（21，22）之间的模型化的氨气质量流量（qNH3mod）以及模型化的氮氧化物质量流量（qNOxmod）借助于根据权利要求1至4中任一项所述的方法来修正。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，借助于一种布置在选择性催化还原-催化器（21，22）下游的氮氧化物传感器（33）所测得的值被调节到一种理论值上，所述理论值从一种布置在选择性催化还原-催化器（21，22）上游的氮氧化物传感器（31）以及选择性催化还原-催化器系统（20）的总效率来算出。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在对于氮氧化物质量流量进行模型化时，考虑到一种借助于布置在所述选择性催化还原-催化器（21，22）之间的氨气传感器（40）所测量的值。
8.计算机程序，该计算机程序被设立用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的每个步骤。
9.机器能够读取的存储介质，在该存储介质上存储了根据权利要求8所述的计算机程序。
10.电子的控制器（60），该电子的控制器被设立用于，借助于根据权利要求1至4中任一项所述的方法对于模型化的氨气质量流量（qNH3mod）以及模型化的氮氧化物质量流量（qNOxmod）进行修正，和/或借助于根据权利要求5至7中任一项所述的方法对于选择性催化还原-催化器系统（20）进行调节。
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