CN115506875A - 用于运行废气后处理设备的方法、计算单元和计算机程序 - Google Patents

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Abstract

用于运行废气后处理设备的方法、计算单元和计算机程序。本发明涉及一种用于运行废气后处理设备（100、200、300）的方法（400），所述废气后处理设备具有至少一个第一催化净化器（11、12）和布置在所述至少一个第一催化净化器（11、12）下游的氨滑移催化净化器（13），所述方法包括：确定（410）所述氨滑移催化净化器（13）的运行参数；基于所述运行参数来确定（420）所述氨滑移催化净化器（13）的再生需求；并且根据所述再生需求来向所述氨滑移催化净化器（13）供应（440）空气。还提出了用于执行这种方法（400）的计算单元（20）以及计算机程序产品。

Description

用于运行废气后处理设备的方法、计算单元和计算机程序
技术领域
本发明涉及一种用于运行废气后处理设备的方法以及一种用于执行该方法的计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。
背景技术
在机动车的燃烧发动机、例如奥托发动机或旋转活塞发动机中，在空气-燃料混合物不完全燃烧的情况下，除了氮气（N2）、二氧化碳（CO2）和水（H2O）之外，排放多种燃烧产物，这些燃烧产物中，至少碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOX）受到法律限制。根据目前的现有技术，只能使用催化废气后处理来遵守适用于机动车的废气极限值。通过使用例如三元催化净化器，可以将所提到的有害物成分转化成相对无害的废气成分，诸如二氧化碳、氮气和水。
然而，在某些运行状态下，三元催化净化器本身也会排放有害物，例如氨。为了不使这种氨进入到大气中，可以使用所谓的氨滑移催化净化器，所述氨滑移催化净化器可以高效地储存氨并且在氧气过多时将氨氧化成氮气和水。为此，通常可以在三元催化净化器的下游布置氨滑移催化净化器。
发明内容
按照本发明，提出了具有专利独立权利要求的特征的一种用于运行废气后处理设备的方法以及一种用于执行该方法的计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求以及随后的描述的主题。
按照本发明的用于运行具有至少一个第一催化净化器和布置在该至少一个第一催化净化器下游的氨滑移催化净化器（ASC）的废气后处理设备的方法包括：确定该ASC的运行参数；基于该运行参数来确定该ASC的再生需求；并且根据该再生需求来向该ASC供应空气。由此，该ASC可以始终保持活跃，并且可以根据需要来进行再生，这一方面与被动再生系统相比减少了排放，并且另一方面与无视需要而主动再生的系统相比提高了效率。
该运行参数尤其包括由如下参数构成的组中的一个或多个参数：温度、在该ASC上游和/或下游的废气成分、氨（NH3）和/或氧气（O2）占废气的份额、氨填充水平、废气质量流量、废气中的NH3质量流量和O2质量流量和/或从中导出的参数。这些都是特别重要的影响参量，这些影响参量允许准确控制该ASC的再生。
对该运行参数和/或该再生需求的确定可以至少部分地基于该ASC的物理模型来被执行。基于模型的控制允许考虑大量影响参量并且借此准确控制即使是非常复杂的系统。
尤其是当该ASC中的被建模的NH3填充水平和/或进入该ASC的被加和的或被积分的NH3输入和/或来自该ASC中的当前的或被加和的或被积分的NH3滑移超过分别可预先确定的阈值时，可以确定有再生需求。
尤其是当该ASC的储存能力低于可预先确定的阈值时和/或当经过了可预先确定的时长和/或行驶距离和/或被加和的或被积分的废气质量流量和/或在废气的来源上游的被加和的或被积分的空气质量流量和/或燃料质量流量超过分别可预先确定的阈值时，可以确定有再生需求。
尤其是，通过在该ASC上游的单独的空气供应来向该ASC供应空气，该单独的空气供应布置在第一催化净化器的下游，使得向该ASC的空气供应不影响第一催化净化器的运行。
在有利的设计方案中，该方法包括：确定对于该ASC的再生来说所需的空气量，其中按照所确定的所需的空气量来供应空气。由此，可以以最大效率来进行空气供应，而不必忍受与排放行为有关的损害。由此，用于空气供应的二次空气系统只在必要的程度上承受负荷。由此，可以避免废气后处理设备的不必要的冷却以及降低能耗、磨损和噪音排放。
在此，尤其可以在确定所需的空气量时考虑在该至少一个第一催化净化器上游被供应到废气后处理设备中的空气量。这一方面减轻了空气供应的负担并且另一方面有助于更准确的控制并且借此有助于优化排放行为。
在此，在该至少一个第一催化净化器上游被供应到废气后处理设备中的空气量可以有利地包括通过推动运行来被供应的空气量，由此——利用相对应的效率和排放优势——进一步降低了要主动供应的空气量。
在一些设计方案中，该方法可以包括：在废气后处理设备的运行循环的开始和/或结束时确定高再生需求——并且因此在运行停止之前不久或之后立即使该ASC再生。由此可以确保：在设备冷启动之后，提供该ASC的最大容量，由此正好在这个排放技术上有问题的运行阶段中避免氨排放到大气中。
按照本发明的计算单元、例如机动车的控制器尤其是以程序技术方式被设立为执行按照本发明的方法。
尤其是当进行实施的控制器还被用于其它任务并且因而总归存在时，按照本发明的方法的以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式的实现方案也是有利的，因为这引起了特别低的成本。尤其是，适合于提供该计算机程序的数据载体是磁存储器、光存储器和电存储器，诸如硬盘、闪速存储器、EEPROM、DVD以及其它等等。通过计算机网络（互联网、内联网等等）来下载程序也是可行的。
本发明的其它优点和设计方案从说明书以及随附的附图中得到。
本发明依据实施例在附图中示意性示出并且在下文参考附图予以描述。
附图说明
图1示意性示出了可在本发明的范围内使用的废气后处理设备的示例性布置。
图2示意性示出了可在本发明的范围内使用的废气后处理设备的另一示例性布置。
图3示意性示出了可在本发明的范围内使用的废气后处理设备的另一示例性布置。
图4以非常简化的流程图的形式示出了按照本发明的方法的有利的实施方式。
具体实施方式
在图1、2和3中示意性示出了可在本发明的范围内使用的废气后处理设备的示例性布置并且将其分别整体上用100、200和300来表示。
这些废气后处理设备100、200、300分别包括第一催化净化器，尤其是（第一）三元催化净化器（TWC）11。在这些废气后处理设备100、200、300中的每个废气后处理设备中，在至少第一TWC 11下游布置有氨滑移催化净化器（ASC）13。在ASC 13上游分别布置有二次空气系统的空气引入点15。
所示出的各种废气后处理设备100、200、300的不同之处在于它们的组件彼此间的相对布置。设备100包括单个TWC 11，而设备200和300分别包括第一TWC 11和第二TWC 12。在设备200中，第二TWC 12接在第一TWC 11与ASC 13之间，而在设备300中，ASC 13接在两个TWC 11、12之间。
可选地，在第二TWC 12的上游可以附加地设置二次空气系统的空气引入点14。
不管废气后处理设备100、200、300的具体设计方案如何，将空气引入ASC 13上游的废气中能够与第一TWC 11和/或第二TWC 12的运行状态无关地提供用于氨（NH3）到ASC中的可能的储存并且用于ASC的再生的良好条件。通过激活在ASC 13上游的空气引入（空气引入点15），能够实现用于从NH3到N2和H2O的反应的所需的氧气，而不管一个或多个在上游的TWC 11（以及必要时12）的设定和运行状态如何。
原则上，设备100、200、300在此可以在其对于排放来说最优的工作点运行，也就是说第一以及必要时第二TWC 11、12，使得形成尽可能少的CO、HC和NOx排放（例如Lambda =1）。在此产生的NH3排放被储存在ASC 13中。如果识别出了再生需求，则通过操控空气引入点15来触发ASC 13的再生。为了确定再生需求，例如将所储存的NH3量与可预先确定的阈值进行比较。此外，应该确定空气输入，以便确定再生状态ASC 13以及进而随后可储存的NH3量。在第一TWC 11的下游引入空气时，即使在ASC 13的再生期间，第一TWC 11的功能也完全得以保持。在第二TWC 12（设备200）的下游引入空气时，整个TWC/TWC设备的功能得以保持。通过有针对性的控制，ASC 13根据需要被设定并且因此ASC 13的转化能力被最优使用。
这样的空气引入15也与就其而言拥有专用空气引入点14的TWC 12兼容。
在图4中，按照本发明的方法的有利的设计方案以流程图的形式简化示出并且整体上用400来表示。
该方法400可以被用于控制这些设备100、200、300之一并且包括确定步骤410，在该确定步骤中，基于一个或多个输入参量1、2、3、4、5来确定ASC 13的至少一个运行参数。输入参量1、2、3、4、5例如可以包括：向设备100、200、300供应的废气10的废气质量流量、废气温度、废气成分（例如Lambda值、NOx传感器值、NH3传感器值……）、燃料质量流量、外部温度和其它参数。该至少一个运行参数尤其可以包括：ASC 13的相对和/或绝对NH3填充水平、由于ASC 13引起的NH3滑移、ASC 13的储存能力和/或其它的、对于ASC 13的控制来说重要的参量。
在确定步骤410之后的确定步骤420中，基于ASC的至少一个运行参数来确定再生需求，该再生需求允许关于ASC 13的再生的紧迫性的说明。例如，这样确定的再生需求可以是二元值（例如真/假或者1/0），要不然可以是来自取决于再生的紧迫性的分级的或连续的值范围（例如0...100%、0...1等等）中的值。在此，NH3越有可能突破ASC 13或者ASC 13的NH3填充水平越接近其容量极限，该紧迫性就应被评价得越高。在再生需求中也可以考虑目标规定，如最大填充水平、所追求的再生频率、在废气来源即将关闭时的特殊再生以及其它目标规定。
可选地，与步骤420并行地，可以在步骤425中确定在ASC 13上游的空气输入，例如通过布置在废气后处理设备100、200、300上游的燃烧发动机的推动运行。一方面，当被供应的空气份额在再生之外到达ASC 13时，被供应的空气份额降低了ASC 13的NH3填充水平并且借此降低了其再生需求；另一方面，当被供应的空气份额在再生的时刻到达ASC 13时，被供应的空气份额减少了对于再生来说所需的空气量。
在步骤430中，基于所确定的再生需求，确定对于ASC 13的所希望的再生来说所需的空气量。在这种情况下应注意：不一定必须总是完全再生，在一些状况下也可以有利的是在ASC 13中留下一定的NH3剩余填充。例如，这可对其它NH3的储存的动力学产生积极影响。在确定所需的空气量时，可以有利地如在步骤425所描述的那样考虑已在该步骤中确定的空气份额。
接着，在控制步骤440中，在ASC 13上游的空气引入点15按照所确定的所需的空气量来被激活。为此，例如可以打开空气引入点15的节气门或者阀门和/或相对应地操控二次空气系统的二次空气泵（例如用于补偿由于空气引入点15的打开而造成的压力下降等等）。在确定所需的空气量时，可以有利地如在步骤425所描述的那样考虑已在该步骤中确定的空气份额。
在步骤440之后，该方法400可以返回到步骤410和/或425，其中在再生的范围内引入的空气量可以被用作输入参量1、2、3、4、5之一，以便确定ASC 13的当前运行状态。
对ASC 13的运行状态的所提及的确定（例如步骤410、420）尤其可以基于模型、基于传感器或者在预控制的范围内或以这些做法中的两种或多种做法的组合来实现。
例如，当一个或多个TWC 11、12的NH3排放行为和ASC 13的可能的储存行为已知或者能以实验方式来被确定时，基于模型的做法可以预测所形成的NH3排放。接着，在达到ASC13的可预先确定的填充水平时，可以触发再生。接着，利用来自模型的信息和关于再生目标的规定，就对二次空气（空气引入点15）的操控做出决定。如果二次空气被操控并且因此使ASC 13再生，则进而在该模型中考虑这些信息（例如填充水平重新初始化）。
在基于传感器的设计方案中，基于NH3传感器17、18、19（或者相对应地交叉敏感的NOx传感器）的测量值，可以确定NH3到ASC 13中的输入或者NH3对ASC 13的突破，并且在被输入的NH3达到可预先确定的阈值时和/或在发现NH3突破时触发再生。
在此，可以在ASC 13前面和后面设置传感器17、18或18、19。利用前面的传感器17或18来确定NH3输入，利用后面的传感器18或19来确定NH3排出或滑移。当被积分的NH3输入超过预先确定的阈值时或者当发现有值得注意的NH3排出（大于阈值）时，通过空气操控来引入再生。
替代地，可以在ASC 13的上游只设置一个传感器17或18，使得NH3输入被确定。当被积分的NH3输入超过预先确定的阈值时，可以通过空气操控来引入再生。
在另一替代方案中，可以分别只在ASC 13的下游设置传感器18或19。在这种情况下，当发现有一定的NH3排出时，可以通过空气操控来引入再生。
此外，在ASC 13上游的传感器17和在第二TWC 12下游的传感器19（在类似于图3的配置中）可以被用于平衡NH3输入和排出，原因在于第二TWC 12没有关于NH3的值得注意的储存能力并且因而来自ASC 13的NH3滑移基本上不受阻碍地通过第二TWC 13。
在对再生需求的基于传感器和基于模型的确定组合的情况下，相应的传感器测量值可以作为输入参量1、2、3、4、5之一进入到ASC模型中，以便实现对填充水平的尽可能准确的估计。
另一方面，所提及的预控制是一种非常简单的控制策略。在此，不同参量可以单独地或者组合地被用于确定空气引入点15的操控间隔。在此，例如可以考虑可预先确定的时间段的流逝、掺杂的废气质量流量的积分、内燃机的掺杂的被吸入的空气流量的积分和/或燃料质量流量的积分或者从这些参量得出的信息，作为输入参量1、2、3、4、5。在这种情况下，在进行再生440之后，相应的输入参量1、2、3、4、5会被重新重置。
例如，依据多个输入参量可以分别确定再生需求（例如从时间的流逝中得出的再生需求、从被积分的废气质量流量中得出的再生需求和从被积分的到ASC 13中的NH3输入中得出的再生需求），其中有效的再生需求在这种情况下尤其可以被视为在此确定的最大需求。就这方面来说，也可设想的是使各种确定途径相联系（例如基于模型的再生需求和基于传感器的再生需求）。
能理解的是：代替一个或多个所提及的三元催化净化器11、12或者除此之外，也可以使用其它催化净化器系统，所述其它催化净化器系统尤其能够对CO、HC和/或NOx进行转化。在此，所使用的催化净化器是组合式催化净化器还是单功能催化净化器对于本发明来说无关紧要。一旦在使用催化净化器时要担心NH3的滑移，使用本发明就是合理的，以便降低或防止这些排放。
关于这里阐述的方法400，应强调：为了阐述目的而呈现的该方法的渐进的序列在本发明的范围内并不是绝对必要的。这些步骤的顺序也仅仅应被理解成示例，使得这些步骤中的一些步骤可以以其它例如相反的顺序或者彼此并行或同时或者集成地被执行，而不脱离本发明所基于的思路。

Claims (12)

1.一种用于运行废气后处理设备（100、200、300）的方法（400），所述废气后处理设备（100、200、300）具有至少一个第一催化净化器（11、12）和布置在所述至少一个第一催化净化器（11、12）下游的氨滑移催化净化器（13），所述方法包括：
确定（410）所述氨滑移催化净化器（13）的运行参数；
基于所述运行参数来确定（420）所述氨滑移催化净化器（13）的再生需求；并且
根据所述再生需求来向所述氨滑移催化净化器（13）供应（440）空气。
2.根据权利要求1所述的方法（400），其中所述运行参数包括由如下参数构成的组中的一个或多个参数：温度、在所述氨滑移催化净化器（13）上游和/或下游的废气成分、氨（NH3）和/或氧气（O2）占废气（10）的份额、氨填充水平、废气质量流量、所述废气（10）中的NH3质量流量和O2质量流量和/或从中导出的参数。
3.根据权利要求1或2所述的方法（400），其中对所述运行参数（410）和/或所述再生需求（420）的确定至少部分地基于所述氨滑移催化净化器（13）的物理模型来被执行。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中当所述氨滑移催化净化器（13）中的被建模的NH3填充水平和/或进入所述氨滑移催化净化器（13）中的被加和的或被积分的NH3输入和/或来自所述氨滑移催化净化器（13）中的当前的或被加和的或被积分的NH3滑移超过分别可预先确定的阈值时，和/或当所述氨滑移催化净化器（13）的储存能力低于可预先确定的阈值时，和/或当经过了可预先确定的时长和/或行驶距离和/或被加和的或被积分的废气质量流量和/或在所述废气（10）的来源上游的被加和的或被积分的空气质量流量和/或燃料质量流量超过分别可预先确定的阈值时，确定有再生需求。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中通过在所述氨滑移催化净化器（13）上游的单独的空气供应（15）来向所述氨滑移催化净化器（13）供应（440）空气，所述单独的空气供应布置在所述至少一个第一催化净化器（11、12）的下游。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法（400），所述方法包括：确定（430）对于所述氨滑移催化净化器（13）的再生来说所需的空气量，其中按照所确定的所需的空气量来供应（440）所述空气。
7.根据权利要求6所述的方法（400），所述方法包括：在确定（430）所需的空气量时考虑（425）在所述至少一个第一催化净化器（11、12）上游被供应到所述废气后处理设备（100、200、300）中的空气量。
8.根据权利要求7所述的方法（400），其中在所述至少一个第一催化净化器（11、12）上游被供应到所述废气后处理设备（100、200、300）中的空气量包括通过推动运行来被供应的空气量。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法（400），所述方法包括：在所述废气后处理系统（100、200、300）的运行循环的开始和/或结束时确定高再生需求。
10.一种计算单元（20），所述计算单元被设立为执行根据上述权利要求中任一项所述的方法（400）的所有方法步骤（410、420、425、430、440）。
11.一种计算机程序，当所述计算机程序在计算单元（20）上被执行时，所述计算机程序促使所述计算单元（20）执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法（400）的所有方法步骤（410、420、425、430、440）。
12.一种机器可读存储介质，其具有被存储在其上的根据权利要求11所述的计算机程序。
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