用于向廢氣處理裝置添加還原劑的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于將還原劑添加到廢氣處理裝置中的方法，該廢氣處理裝置包括供給端口和用于轉化廢氣中的氮氧化物的SCR催化轉化器，所述方法包括至少以下步驟：a)計算以下目標轉化率，其中所述目標轉化率表明廢氣中存在的多少比例的氮氧化物能通過SCR催化轉化器來轉化：a.1)第一目標轉化率，其根據(jù)所連接的內(nèi)燃機的功率輸出來確定；a.2)第二目標轉化率，其根據(jù)經(jīng)凈化的廢氣中的氮氧化物的質量流來確定；和a.3)第三目標轉化率，其根據(jù)SCR催化轉化器上游的氮氧化物的量與SCR催化轉化器下游的氮氧化物的量之間的比率來確定；b)選擇最低的目標轉化率；c)使用所選擇的目標轉化率來確定還原劑的投配量；和d)將所確定的投配量計量地加入廢氣處理裝置中。
【專利說明】用于向廢氣處理裝置添加還原劑的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于將還原劑計量加入到廢氣處理裝置中的方法，其中使用基于 模型的調節(jié)來對還原劑進行計量。

【背景技術】
[0002] 為了還原移動式內(nèi)燃機廢氣中的氮氧化物，采用所謂的SCR(選擇性催化還原） 法。在這種情況下，將具有氨或可轉化成氨的還原劑前體的還原劑添加到廢氣中，并且在 SCR催化轉化器中對氮氧化物進行轉化，以形成氮和水。在該方法中，希望對廢氣中的氨 與氮氧化物之間的化學計量比進行設置。如果添加或產(chǎn)生過多的氨，則會出現(xiàn)所謂的還原 劑滑移，換言之，這意味著將氨與廢氣一起排放到環(huán)境中，并且即使是少量也會感覺得到異 味。還原劑滑移還導致了增加的還原劑消耗。在氨的計量不足或低于化學計量的情況下， 廢氣中的氮氧化物不能完全轉化，由此使得在某些環(huán)境下不能（永久地）滿足所要求的廢 氣標準。然而，當?shù)趸锏牧渴苤朴谟捎谧兓膬?nèi)燃機功率輸出、廢氣的溫度變化和內(nèi)燃 機的溫度變化所導致的劇烈動態(tài)變化和/或由于其他廢氣處理裝置的影響所造成的劇烈 動態(tài)變化時，問題在于如何能實現(xiàn)盡可能如同化學計量方式那樣精確地添加氨的計量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 以此為出發(fā)點，本發(fā)明的目的在于至少部分地克服現(xiàn)有技術中已知的問題。具體 地，尋求一種能可靠地防止還原劑滑移并因此還免除了在廢氣處理裝置中位于SCR催化轉 化器下游設置氧化催化轉化器（阻擋式催化轉化器）的方法。所述方法應當具體適用于那 種其中的SCR催化轉化器不具有（明顯的）還原劑存儲能力的廢氣處理裝置。同時，所述 方法應當允許對廢氣中的氮氧化物進行高效且動態(tài)的轉化。
[0004] 所述目的通過獨立權利要求所述的特征來實現(xiàn)。從屬權利要求則涉及優(yōu)選實施 例。
[0005] 本發(fā)明涉及一種用于將還原劑計量地添加到廢氣處理裝置中的方法，其中所述廢 氣處理裝置具有供給點，并具有用于轉化廢氣中的氮氧化物的SCR催化轉化器，所述方法 具有至少以下步驟：
[0006] a)計算以下目標轉化率，所述目標轉化率表明廢氣中存在的氮氧化物有多少比例 可通過所述SCR催化轉化器來轉化：
[0007] a. 1)第一目標轉化率，其根據(jù)所連接內(nèi)燃機的功率輸出來確定；
[0008] a. 2)第二目標轉化率，其根據(jù)經(jīng)凈化的廢氣中的氮氧化物的質量流來確定；和
[0009] a. 3)第三目標轉化率，其根據(jù)所述SCR催化轉化器上游的氮氧化物的量與所述 SCR催化轉化器下游的氮氧化物的量之間的比率來確定；
[0010] b)選擇最低的目標轉化率；
[0011] c)使用所選擇的目標轉化率來確定還原劑的投配量；和
[0012] d)將所確定的投配量計量地加入廢氣處理裝置中。
[0013] 所述還原劑可以純氨的形式計量加入到廢氣處理裝置中。然而，尿素水溶液計量 優(yōu)選例如以商品名為AdB[ue?、尿素含量為32. 5%的產(chǎn)品來獲得。所述尿素水溶液在廢氣 中受熱轉化，和/或在水解催化轉化器中水解轉化，以形成氨。待處理的廢氣行進在廢氣處 理裝置中，其中所述廢氣包含不允許的或不期望的大量氮氧化物。為了能夠以精確的方式 來計量出所需份量的還原劑，這里的情況是，基于多個目標轉化率來確定投配量。所述轉化 率是根據(jù)已轉化成氮和水的氮氧化物與存在于廢氣中的氮氧化物總量的比率所形成的百 分比值。在本示例中，所存在的氮氧化物總量可以通過測量（例如，使用氮氧化物探針的測 量）來確定，和/或以基于模型的方式（例如，源自根據(jù)產(chǎn)生廢氣的內(nèi)燃機的測量值）來計 算，其中所述值優(yōu)選通過測量來確定。未轉化的氮氧化物的份量同樣通過測量和/或基于 模型的方式來確定。已轉化的氮氧化物的份量優(yōu)選以基于模型的方式來確定。
[0014] 在本文所提出的方法中，在步驟b)中，選擇多個目標轉化率（對通過經(jīng)計量的還 原劑所能實際得到的氮氧化物的轉化進行測量）中最低的目標轉化率。因此，選擇能引起 較低的氮氧化物轉化的目標轉化率。進行這種選擇是由于試圖防止滑移的發(fā)生以及防止從 廢氣系統(tǒng)釋放氨。如果對分別基于不同的測量值及模型的不同目標轉化率進行計算，則能 夠確定無疑地選擇出能給出最低值的目標轉化率，由此可確定不會發(fā)生還原劑滑移。這特 別意味著選擇出能引起最低投配量的目標轉化率。
[0015] 在步驟a. 1)中，計算出在經(jīng)凈化的廢氣中與相連接內(nèi)燃機的功率輸出有關的第 一目標轉化率。所述第一目標轉化率可以是廢氣中的氮氧化物的目標質量、在現(xiàn)行（平 均）廢氣溫度下的目標體積，和/或標準化的目標體積（在標準化條件下：15°C或0°C， 1013. 25hPa(百帕），0%的相對濕度）。在按照步驟a. 1)計算第一目標轉化率的時刻處的 內(nèi)燃機功率輸出具體通過引擎控制器來確定，或者根據(jù)引擎測量來確定。
[0016] 例如，所述第一目標轉化率可設置為使得（當前）內(nèi)燃機輸出的每千瓦時能量都 能遵守預定的最大氮氧化物排放。作為基礎的預定氮氧化物排放是相對于由內(nèi)燃機輸出的 機械能或總能量（機械能和熱能）來說的。在涉及總能量輸出的情況下，每千瓦時的總能 量輸出允許例如182mg的排放。這大約相當于每分鐘3毫克/千瓦的質量流。在涉及內(nèi)燃 機輸出的機械能并且假設效率為38%的情況下，每千瓦時機械能例如允許478mg的氮氧化 物份量。這相當于大約每分鐘8毫克/千瓦的質量流。在所述第一目標轉化率的范圍內(nèi)， 為了能達到所述的氮氧化物排放，由此預先確定出必須還原多少百分比的內(nèi)燃機排放。
[0017] 在步驟a. 2)中，計算經(jīng)凈化廢氣中針對氮氧化物質量流的第二目標轉化率。經(jīng)凈 化廢氣是指已流經(jīng)所述SCR催化轉化器和/或還要穿過廢氣處理裝置中的其他廢氣處理 單位的廢氣。因此，所述第二目標轉化率基于針對所述SCR催化轉化器下游的廢氣中的氮 氧化物質量的目標值來計算，或基于針對來自廢氣處理裝置的廢氣中的氮氧化物質量的目 標值來計算。所述第二目標轉化率可基于通過探針的測量和/或根據(jù)基于模型的計算來設 置。氧化催化轉化器優(yōu)選適用于此目的，其中通過所述氧化催化轉化器來計算二氧化氮及 其他氮氧化物的量。優(yōu)選地，就所述第二目標轉化率的計算而言，廢氣中的氮氧化物質量的 目標值設置為與實際存在于所述SCR催化轉化器上游的廢氣中的氮氧化物質量成比率。所 述質量可以被測得，或者如下面進一步所描述的那樣基于模型的方式來計算。為了確定質 量，也可以將測量與基于模型的計算相結合。
[0018] 例如，所述第二目標轉化率可設置為使得內(nèi)燃機每運轉一小時，就產(chǎn)生最大質量 流為1.92g的氮氧化物。在所述第一目標轉化率的范圍內(nèi)，為了能夠獲得所述的氮氧化物 排放，由此預先設定出必須還原多少百分比的內(nèi)燃機排放。
[0019] 在步驟a. 3)中的第三目標轉化率的計算中，確定出相對于未凈化的廢氣的量而 言廢氣中應當有多少份量的氮氧化物要通過所述SCR催化轉化器的處理來還原。具體地， SCR催化轉化器模型可作為其基礎。所述第三目標轉化率例如通過基于模型的方式根據(jù) SCR催化轉化器的操作參數(shù)來設置。這里特別可取的是，在當前操作條件下在SCR催化轉化 器中發(fā)生的氮氧化物的百分比還原。這里，也可以連帶地考慮到SCR催化轉化器的老化。
[0020] 與所述第三目標轉化率相關地，表述"未凈化廢氣"還可以特別指代未經(jīng)SCR催化 轉化器處理而排出廢氣系統(tǒng)的廢氣。例如，所述第三目標轉化率可設置為：相對于未經(jīng)處理 的/未凈化的廢氣使氮氧化物降低68%。
[0021] 當按照步驟a. l)、a. 2)和a. 3)來計算目標轉化率的這三個（當前）目標值之后， 可獲得三個通?；ゲ幌嗤慕Y果值。然后，在步驟b)中選擇最低的轉化率。這里，可使用 模型作為基礎，和/或可使用所謂的"查找"表。在"查找"表中，將一系列輸入值分配給各 個基于來自實證測試的測量值的輸出值。相比之下，在模型中，通過反饋控制而重新產(chǎn)生模 型架構內(nèi)的化學及物理過程，并且將輸入值轉化成輸出值。在復雜的模型中，也可以（以補 充的方式）提供多個"查找"表。
[0022] 通過選擇最低目標轉化率，可以確保不發(fā)生還原劑或氨的滑移。另一方面，通過 選擇所述的目標轉化率，能夠以很短的時間確定出化學計量上對所需還原劑份量的較好估 計。
[0023] 借助于最后選定的（最低）目標轉化率，在步驟c)中計算待（實際）供給的還原 劑的量。優(yōu)選進行的是，考慮一系列廢氣參數(shù)，具體例如以下參數(shù)中的至少一項：廢氣質量 流；廢氣溫度；內(nèi)燃機轉速；以及內(nèi)燃機載荷，其中還會在步驟a. 1)至a. 3)中考慮至少一 部分所述參數(shù)。
[0024] 最后，在步驟d)中，將算得的還原劑量計量加入到廢氣處理裝置中。這里，沿廢氣 動方向來說，計量通常（直接）在所述SCR催化轉化器的上游執(zhí)行。
[0025] 在所述方法的一個優(yōu)選實施例中，在步驟a. 1)至a. 3)中，使用以下參數(shù)中的至少 一項來計算目標轉化率：
[0026] -所述SCR催化轉化器中的至少一項溫度；
[0027] _廢氣中的至少一項氮氧化物濃度；
[0028] _所述內(nèi)燃機的轉速；和
[0029] _所述內(nèi)燃機的轉矩。
[0030] 通過測量/計算所述SCR催化轉化器的（當前）溫度，能夠確定所述SCR催化轉 化器的當前轉化特性和/或當前的氨儲存能力。為此，可使用基于測試結果和/或化學及 物理過程模型的"查找"表。所述"查找"表對應于能夠針對不同的SCR催化轉化器溫度來 存儲那些針對所述SCR催化轉化器的轉化特性和/或儲存能力的參數(shù)的特性映射圖。
[0031] 通過測量/計算在所述SCR催化轉化器下游的廢氣中的氮氧化物濃度，特別是當 確定出SCR處理上游以及SCR處理下游的廢氣中的氮濃度時，可以對該轉化進行直接測量。
[0032] 通過內(nèi)燃機的轉速，能夠確定廢氣的總排放流速，并由此確定經(jīng)過SCR催化轉化 器的空間速度，所述空間速度對轉化率具有相當大的影響。通過考慮內(nèi)燃機的轉矩，能夠推 斷出內(nèi)燃機燃燒室的壓力條件和溫度條件，由此可確定氮氧化物的百分比。
[0033] 具體地，可采用幾個所述參數(shù)的組合使用來去除或消除特定參數(shù)的交叉影響。通 過使用所述參數(shù)，相應地能夠以非常短的測量時間/計算時間來確定所需要的氨或還原劑 的精確量。
[0034] 在所述方法的一個優(yōu)選實施例中，在步驟c)中通過具有積分控制分量和比例調 節(jié)分量的控制器來執(zhí)行對投配量的確定，其中將通過SCR催化轉化器進行的當前現(xiàn)行轉化 率與所選擇的目標轉化率相比較，并且確定出用于確定所述投配量的誤差。
[0035] 目標轉化率具體是基于模型的意圖值/目標值。相比之下，當前現(xiàn)行的轉化率是 可在物理上確定的廢氣參數(shù)，所述參數(shù)例如可根據(jù)對所述SCR催化轉化器上游和所述SCR 催化轉化器下游的氮測量來確定。然而，特別是當測量包含由于交叉靈敏度所導致的測量 誤差時，這里也可以連帶地將模型值考慮在內(nèi)。
[0036] 在本設計變型中，在選擇最低目標轉化率之后，將所述目標轉化率與當前現(xiàn)行的 轉化率相比較，并且相應地確定誤差。這可以通過調節(jié)技術來執(zhí)行，例如通過加法或減法運 算符來執(zhí)行?；谒稣`差，確定還原劑的投配量，其中所述投配量例如是通過所選擇的轉 化率加上或減去誤差分量而得到的。然而，投配量還可根據(jù)誤差以及根據(jù)所述方法的在先 計算步驟中的在先轉化率或目標轉化率來確定。通過借助調節(jié)器來考慮所述誤差，能夠使 得投配量實現(xiàn)對于乃至是氮氧化物份量上的快速波動式動態(tài)變化的極好適應，或者對于內(nèi) 燃機和廢氣處理裝置的操作條件的極好適應。
[0037] 就步驟c)中投配量的計算而言，帶有積分控制分量的控制器具有對該計算特別 有利的特定特性。所述積分控制分量（其計算每一種情況中的在先測量輸入的積分）形成 一種"存儲器"，并由此得到適合的輸出變量并且對比例控制分量自身所產(chǎn)生的調節(jié)峰值加 以平滑。具體地，控制器不包括任何微分控制分量。通過上述類型的調節(jié)器，可在較短的時 間獲得所需的值（這本可能會被微分分量所阻礙）。由于對最低目標轉化率的選擇，能夠可 靠地防止所述類型調節(jié)器的輸出變量超出目標輸出變量的范圍。
[0038] 在所述方法的一個優(yōu)選實施例中，根據(jù)所述SCR催化轉化器下游的第二氮氧化物 傳感器的第二信號與所述SCR催化轉化器上游的第一氮氧化物傳感器的第一信號之間的 差值來計算所述當前現(xiàn)行的轉化率，其中所述第一信號的確定比所述第二信號提前了第一 時間間隔，并且所述第一時間間隔對應于廢氣從所述第一氮氧化物傳感器到第二氮氧化物 傳感器的流動時間。
[0039] 通過計算所述兩個信號或氮氧化物傳感器的測量之間的差值，可以直接確定當前 的轉化率。通過在測量之前以偏移了第一時間間隔幅度的時間偏移量來測量所述第一信 號，使得即使在SCR催化轉化器的極度動態(tài)的操作條件下也能可靠地確定當前的轉化率。 如果將穿過廢氣處理裝置的廢氣視為一種從內(nèi)燃機排出并繼續(xù)穿過廢氣處理裝置的廢氣 柱段的話，那么借助第一時間間隔能夠通過所述第一信號和第二信號而始終對所述廢氣柱 段中完全相同的部分進行測量。因此，通過比較第一信號和第二信號，可以確定廢氣柱段中 所述部分的轉化率。所述第一時間間隔優(yōu)選以可變的方式確定。這里，所述第一時間間隔 是根據(jù)廢氣從所述第一氮氧化物傳感器到第二氮氧化物傳感器的傳播時間來確定的。這優(yōu) 選通過控制單元中的計算來進行，其中優(yōu)選考慮以下參數(shù)中的至少一項：
[0040] -廢氣速度；
[0041] -內(nèi)燃機轉速；
[0042] _內(nèi)燃機轉矩；
[0043] -內(nèi)燃機的進氣質量流；
[0044] -其他引擎特性值；和
[0045] -來自SCR催化轉化器模型的參數(shù)。
[0046] 在所述方法的一個優(yōu)選實施例中，所述控制器可以運行于穩(wěn)態(tài)模式和動態(tài)模式 下，并且針對步驟c)，計算所述SCR催化轉化器上游的廢氣中的氮氧化物份量的梯度，其中 若所述梯度大于閾值，則所述控制器運行在動態(tài)模式下，如若所述梯度小于或等于該閾值， 則所述控制器運行在穩(wěn)態(tài)模式下，其中在步驟b)中所選擇的目標轉化率僅在動態(tài)模式下 使用，并且在穩(wěn)態(tài)模式下，步驟c)中的投配量的計算針對的是廢氣中的氮氧化物的進行完 全轉化。
[0047] 在穩(wěn)態(tài)模式下，所述控制器持續(xù)運行，并允許對投配量進行慢速但極為精確的調 節(jié)。基于廢氣中的測量，試圖鑒別出廢氣中的氮氧化物份量，并對其進行充分轉化。
[0048] 在動態(tài)模式下，所述控制器能夠對廢氣處理裝置和內(nèi)燃機的操作參數(shù)的變化做出 極為迅速并有效的反應。為此目的，調節(jié)稍欠準確。與此同時，應當防止氨滑移。
[0049] 動態(tài)模式與穩(wěn)態(tài)模式之間的區(qū)別可以基于機動車的某些操作參數(shù)的閾值來制定。 例如，引擎轉速的梯度和/或引擎載荷的梯度可用于所述區(qū)別。這里，"梯度"是指參數(shù)相 對于時間的變化。如果所述梯度或各梯度超過預定閾值，則啟用動態(tài)模式。如果各梯度或 所述梯度低于閾值，則啟用穩(wěn)態(tài)模式。動態(tài)與穩(wěn)態(tài)之間的區(qū)別特別優(yōu)選地基于氮氧化物質 量流的梯度來制定。如果所述梯度高于閾值，則啟用動態(tài)模式。如果所述梯度低于所述閾 值，則啟用穩(wěn)態(tài)模式。在針對動態(tài)模式與穩(wěn)態(tài)模式的區(qū)別的特性映射圖中，可以連帶地將 氮氧化物質量流的梯度、內(nèi)燃機載荷的梯度和/或轉速的梯度相互結合地進行考慮。在步 驟a. l)、a. 2)和a. 3)中對目標轉化率進行計算，在所述目標轉化率下盡管不能允許對廢氣 中的氮氧化物進行完全轉化，但卻展示出在SCR催化轉化器中不會發(fā)生氨滑移的高度確定 性，相反，氨則被充分用于氮氧化物的還原。因此，特別有利的是將步驟b)中所選擇的目標 轉化率用于動態(tài)模型。
[0050] 利用在穩(wěn)態(tài)與動態(tài)模型之間所制定的區(qū)別，在內(nèi)燃機的整個運行（即，在穩(wěn)態(tài)運 行狀態(tài)期間以及動態(tài)運行狀態(tài)期間）中采取平均值，從而實現(xiàn)氨的極好轉化以及同時針對 氨滑移的極高安全水平。
[0051] 氮氧化物份量的梯度是指在觀察時段中氮氧化物份量的上升或下降。如果所述梯 度變大，則可以推斷出氮氧化物份量的快速變化，并且有可能存在由于錯誤的測量變量所 導致的控制誤差。只要所述梯度低于設定的閾值，那么所述控制器就運行于穩(wěn)態(tài)模式。得 益于對SCR催化轉化器上游的廢氣中的氮氧化物份量的變化的這種閾值設置，使得可借助 于具有簡單算法且正常情況下能以足夠精度來運行的控制器來實現(xiàn)這一點，并且僅在劇烈 變化的情況下才切換到更復雜的動態(tài)模式下。
[0052] 在所述方法的一個優(yōu)選實施例中，如果連接到廢氣處理裝置的內(nèi)燃機經(jīng)歷載荷變 化，則將所述積分控制分量復位至零（〇)。這里，載荷變化是指內(nèi)燃機的負荷狀態(tài)下的突然、 快速變化或是與負荷有關的內(nèi)燃機操作條件下的突然、快速變化，具體來說是從例如大于 內(nèi)燃機最大載荷的50 %的負荷狀態(tài)向怠速狀態(tài)的變化。
[0053] 由于內(nèi)燃機的這種載荷變化，可引起氮氧化物的轉化條件的劇烈變化。這里，為了 在劇烈變化的情況下不會由于積分控制分量的阻尼作用而產(chǎn)生副作用，而在所述類型的載 荷變化情況下將存儲器（也就是積分控制分量）設置為零。由于這種簡單的測量，使得控 制器能迅速且有效地適應新條件，并設置能適應于當前新的負荷狀態(tài)的積分控制分量。通 過這種方式，避免了如下這種情況：即，在載荷變化的過渡過程中產(chǎn)生控制誤差，以及在載 荷快速連續(xù)性變化的情況下（例如當在交通信號處停止時）不得不如鎮(zhèn)流器那樣來將控制 誤差"拉過"不同的負荷狀態(tài)。在變化的內(nèi)燃機負荷狀態(tài)情況下，由于（處于現(xiàn)行負荷狀態(tài) 下的）內(nèi)燃機現(xiàn)行的操作條件所設置的極高的積分控制分量可能不再適合，甚至可能導致 與還原劑的投配量有關的嚴重的控制誤差。因此，有利的是，在這種情況下將所述積分分量 復位至零。
[0054] 在本方法的一個優(yōu)選實施方案中，所述SCR催化轉化器具有涂層，所述涂層在SCR 催化轉化器的正常操作條件下不具有針對還原劑的存儲能力，并且廢氣處理裝置中不提供 針對還原劑的附加的存儲催化轉化器。
[0055] 針對還原劑的存儲能力具體是指針對氨的存儲能力。針對氨的存儲能力可具體通 過所述SCR催化轉化器中的適當?shù)耐繉映煞謥韺崿F(xiàn)。當前廢氣處理裝置的SCR催化轉化器 優(yōu)選不具有允許存儲氨的涂層成分。還優(yōu)選的情況是，廢氣處理裝置中不提供其他催化轉 化器以及其他允許存儲氨的部件。
[0056] 通過所提出的方法，可以使用不具備對還原劑或氨的存儲能力或者僅有極低的存 儲能力的SCR催化轉化器。所述類型的催化轉化器例如具有包括五氧化二釩并且不具有沸 石的涂層。在所述類型的廢氣處理裝置的示例下，這里也可以通過極為精確的方式實時地 將還原劑以如下這樣方式進行投配：即，首先能執(zhí)行氮氧化物的最大潛在轉化，與此同時還 能防止還原劑滑移。
[0057] 然而，在這一環(huán)節(jié)上應當指出，所述方法同樣適用于使用了具有存儲能力的SCR 催化轉化器的廢氣處理裝置。這里，可能需要使用存儲模型或對應的"查找"表（即，對應 的特性映射圖）來作為其他輸入變量。
[0058] 在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于凈化內(nèi)燃機廢氣的廢氣處理裝置，所述 廢氣處理裝置具有至少以下部件：
[0059] -SCR催化轉化器，其用于對廢氣中的氮氧化物執(zhí)行選擇性催化還原；
[0060] -用于供給還原劑的供給點，所述供給點在廢氣流動方向上設置在所述SCR催化 轉化器的上游；
[0061] -在廢氣流動方向上位于所述SCR催化轉化器下游的第二氮氧化物傳感器；和
[0062] _設計為在所述供給點處控制還原劑的計量的控制單元，
[0063] 其中，所述控制單元設置用于執(zhí)行所述方法。
[0064] 所述廢氣處理裝置具有能將氮氧化物還原成氮和水的SCR催化轉化器。為此，所 述SCR催化轉化器通常具有涂層。所述SCR催化轉化器優(yōu)選涂覆有能通過氨來促進氮氧化 物的還原但卻不具有或僅具有極低的氨儲存能力的涂層。例如，所述涂層具有五氧化二釩， 并且涂層中不具有沸石。
[0065] 然而，在一個備選實施例中，所述SCR催化轉化器也可以具有能夠吸收氨的涂層， 從而在氮氧化物的存在時將所述氨再次釋放出來以用于選擇性催化還原的目的，所述涂層 因此具有存儲特性。這例如通過使用沸石來實現(xiàn)。
[0066] 還原劑或氨的供給點設置在所述SCR催化轉化器的上游，由此例如通過噴射器將 尿素水溶液以噴霧的形式添加到廢氣中，并在其中以受熱和/或水解方式轉化，從而在所 述SCR催化轉化器中形成可隨后用于SCR反應的氨。這里，廢氣用作傳輸媒介，并且由于廢 氣的溫度和化學成分，其還作為將尿素水溶液轉化成氨的促進劑。
[0067] 而且，所述廢氣處理裝置具有在廢氣流動方向上位于所述SCR催化轉化器下游的 第二氮氧化物傳感器。基于例如引擎特性值和廢氣測量或廢氣模型，所述第二氮氧化物傳 感器具體設置第一氮氧化物傳感器的測量值或氮氧化物模型的模型值，其中所述第一氮氧 化物傳感器在廢氣流動方向上位于所述SCR催化轉化器的上游。在廢氣流動方向上，可以 在所述SCR催化轉化器的上游提供（任選的）第一氮氧化物傳感器。
[0068] 另外還提供了控制單元，其設計并設置為能控制還原劑的計量。所述類型的控制 單元例如包括能根據(jù)控制算法來執(zhí)行計算并輸出針對還原劑計量的信號的處理器。所述控 制單元可優(yōu)選地直接控制還原劑的噴射器，和/或訪問所述噴射器的專用控制單元。在本 示例中，所述控制單元的輸入變量可以是引擎特性值、廢氣特性值、拉姆達探針值和/或氮 氧化物傳感器的值。所述輸入變量本身甚至可以是基于使用了模型或"查找"表（特性映 射圖）的測量值所確定的間接計算值。所述控制單元優(yōu)選在其內(nèi)部集成有用于控制廢氣裝 置的計算模型，具體說是針對所考慮的所連接內(nèi)燃機的那些值的計算模型。
[0069] 就能執(zhí)行所述方法的控制單元而言，由于存儲器式催化轉化器不產(chǎn)生緩沖作用或 僅產(chǎn)生很小的緩沖作用，因此認為有利的是，所述控制單元能夠實時地適應于不同的廢氣 成分及溫度的快速連續(xù)性。為此，適當?shù)氖鞘馆敵鲎兞康挠嬎憬?jīng)過比例積分控制器，因為這 可以實現(xiàn)對所需的測量變量的極快速近似，與此同時，所述控制器值在由于積分分量所導 致的負荷狀態(tài)中能展現(xiàn)出穩(wěn)定的行為狀態(tài)。為了不發(fā)生過調，有利的是根據(jù)基于不同輸入 變量的多個計算而在每種情況下都選擇最低的輸出變量。然而，特別是在載荷變化的情況 下，這里同樣有利的是將所述積分分量復位至零，以便能夠再次實現(xiàn)對新的負荷狀態(tài)的快 速適應。
[0070] 在本發(fā)明的上下文中還描述了一種機動車，其具有內(nèi)燃機和如上所述的用于凈化 所述內(nèi)燃機中廢氣的廢氣處理裝置。
[0071] 機動車必須要求內(nèi)燃機在各種不同的情況下都能具有變化極大的功率水平。因 此，所述內(nèi)燃機只很少運行在針對廢氣處理裝置設置的最佳的狀態(tài)下。為此，需要針對選擇 性還原氮氧化物而建立快速且有效的控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)針對各種負荷狀態(tài)（尤 其是快速的載荷變化）來設置。通過使用所述廢氣處理裝置以及上述方法，可以使得還原 劑的計量極為高效且可靠地適應于各個所需的轉化率。
[0072] 權利要求書中所單獨限定的特征可以通過技術上有意義的任何期望方式而相互 結合，并且可以通過說明書中的解說性事實以及附圖中的細節(jié)而結合本發(fā)明所指定的其他 實施例來加以補充。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0073] 下面，根據(jù)附圖對本發(fā)明及其【技術領域】作出更詳細說明。附圖特別地示出了優(yōu)選 的示例性實施例，但本發(fā)明并不限制于此。特別指出，附圖，尤其是所示出的比例，僅為示意 性目的。在附圖中：
[0074] 圖1示出了如上所述的方法的示意圖；
[0075] 圖2示出了圖1的示意圖的備選細節(jié)；
[0076] 圖3示出了可能的參考值發(fā)生器的示意圖；和
[0077] 圖4示出了具有廢氣處理裝置的機動車。

【具體實施方式】
[0078] 圖1示出了上述方法的示例性示意圖。在函數(shù)域1中，基于輸入值來計算與輸出功 率有關的第一目標轉化率4。在函數(shù)域2中，基于輸入變量來計算針對經(jīng)凈化廢氣中的氮氧 化物的質量流的第二目標轉化率5。在函數(shù)域3中，計算第三轉化率6,其中所述第三轉化 率是廢氣中氮化物應當被還原的比率。這里，函數(shù)域1至3的輸入變量僅示意性地以例舉 方式示出。針對函數(shù)域1，例如可以將內(nèi)燃機的轉速和內(nèi)燃機的轉矩作為輸入變量。針對函 數(shù)域3,例如可以將SCR催化轉化器的溫度和SCR催化轉化器的空間速度作為輸入變量，其 中這些例如基于SCR催化轉化器模型。與函數(shù)域3相同的模型值也可作為函數(shù)域2的輸入 變量。SCR催化轉化器23 (參見圖4)上游的氮氧化物的相對量可以附加地作為輸入變量。 后者可相應地對應于例如氧化催化轉化器模型的模型。而且，函數(shù)域2也可以使用SCR催 化轉化器23 (參見圖4)上游的氮氧化物質量流作為輸入變量。
[0079] 通過最小運算符7,選擇目標轉化率4至6的最低目標轉化率。在函數(shù)域9中，計 算當前現(xiàn)行的轉化率10。這例如可基于SCR催化轉化器23 (參見圖4)上游的氮氧化物濃 度和SCR催化轉化器23下游的氮氧化物濃度來計算。，所選擇的最低目標轉化率與當前現(xiàn) 行的轉化率10之間產(chǎn)生誤差11。根據(jù)所選擇的最低目標轉化率和誤差11，具體地說是通 過減法或加法來確定投配量12。在例如包括比例積分調節(jié)器的函數(shù)域13中，計算計量信號 14,其中通過該計量信號來在噴射器處觸發(fā)所算得份量的計量。如示意性示出的那樣，函數(shù) 域13還具有另一輸入，例如是與供給點24的狀態(tài)（參見圖4)有關的信息。在函數(shù)域13 的虛線框中還示意性地示出積分分量I，其中可基于載荷變化信號15將該積分分量復位至 零。
[0080] 圖2示出了來自圖1的示意圖的函數(shù)域1至3的備選輸入布局。在這種情況下， 在上游提供函數(shù)域16,該函數(shù)域16基于輸入變量（該輸入變量在本文僅以示例的方式示意 性地示出）使得下游的模型運算符8從本方法的穩(wěn)態(tài)模式切換至動態(tài)模式。本示例中的布 局純屬示意性，其他方案也是可以的，由此使得在穩(wěn)態(tài)模式下僅執(zhí)行函數(shù)域1至3中的一個 函數(shù)域或一個備選的常規(guī)函數(shù)域。在動態(tài)模式下，啟用所有的函數(shù)域和最小運算符7。在本 示例中的靜態(tài)模式下，僅啟用函數(shù)域中的一個函數(shù)域，并且如果適當?shù)脑捊米钚∵\算符 7。然而，也可以將最小運算符7切換至針對目標值4至6中的一項的通道運算符，并且還 可以在動態(tài)模式中將函數(shù)域1至3連續(xù)地并行運行。函數(shù)域1至3的連接分別通過開關機 構32來執(zhí)行。
[0081] 圖3示出了用于計算現(xiàn)行轉化率的函數(shù)域9的可能實施例，其可以按照圖1來連 接。為清楚起見，在本示例中，函數(shù)域9的輸入變量限制為第一氮氧化物傳感器27 (參見圖 4)的第一信號17和第二氮氧化物傳感器26(參照圖4)的第二信號18。這里，第一信號17 延遲了第一時間間隔19,以便針對微分運算符而將第一時刻處的輸入變量17. 1與第二時 刻處的輸入變量18. 2相互比較，并由此計算出當前現(xiàn)行的轉化率10。這里，第一時間間隔 對應于廢氣從第一氮氧化物傳感器27到第二氮氧化物傳感器26的距離所需的時間，由此 在SCR催化轉化器23上游和下游中比較相同的廢氣部分（參見圖4)。
[0082] 圖4示意性地示出了具有廢氣處理裝置20和內(nèi)燃機22的機動車21。在本示例 中，廢氣處理裝置20包括SCR催化轉化器23和氧化催化轉化器29。在這兩個催化轉化器 之間設有用于對氨計量的供給點24,所述供給點為噴射器的形式，用于供應來自還原劑儲 罐30的尿素水溶液。所述供給點24通過控制單元25來控制。這里，以示例的方式，控制 單元25具有第一信號17 (參見圖3)和第二信號18 (參見圖3)作為輸入變量，其中該第一 信號來自在廢氣流動方向31上位于SCR催化轉化器23上游的第一氮氧化物傳感器27,并 且該第二信號來自位于SCR催化轉化器23下游的第二氮氧化物傳感器26。此外，一個輸入 變量由引擎控制單元28產(chǎn)生。
[0083] 通過所提出的方法和相應裝置，能夠控制高度動態(tài)且有效地將還原劑供給到廢氣 處理裝置中。在這種情況下，不需要通過具有存儲能力的SCR催化轉化器來補償。
[0084] 附圖標記列表
[0085] 1第一函數(shù)域
[0086] 2第二函數(shù)域
[0087] 3第三函數(shù)域
[0088] 4第一目標轉化率
[0089] 5第二目標轉化率
[0090] 6第三目標轉化率
[0091] 7最小運算符
[0092] 8模型運算符
[0093] 9第四函數(shù)域
[0094] 10當前現(xiàn)行的轉化率
[0095] 11 誤差
[0096] 12投配量
[0097] 13第五函數(shù)域
[0098] 14計量信號
[0099] 15載荷變化信號
[0100] 16第六函數(shù)域
[0101] 17第一信號
[0102] 17. 1第一時刻處的第一信號，載荷變化信號
[0103] 18第二信號
[0104] 18. 2第二時刻處的第二信號
[0105] 19第一時間間隔
[0106] 20廢氣處理裝置
[0107] 21機動車
[0108] 22內(nèi)燃機
[0109] 23 SCR催化轉化器
[0110] 24供給點
[0111] 25控制單元
[0112] 26第二氮氧化物傳感器
[0113] 27第一氮氧化物傳感器
[0114] 28弓丨擎控制單元
[0115] 29氧化催化器
[0116] 30還原劑儲罐
[0117] 31廢氣流動方向
[0118] 32開關機構
[0119] I積分調節(jié)分量
【權利要求】
1. 一種用于將還原劑計量加入到廢氣處理裝置（20)中的方法，所述廢氣處理裝置具 有供給點（24)，并具有用于轉化廢氣中的氮氧化物的SCR催化轉化器（23)，所述方法具有 至少以下步驟： a) 計算以下目標轉化率，所述目標轉化率表明廢氣中存在的多少比例的氮氧化物能通 過所述SCR催化轉化器（23)來轉化： a. 1)第一目標轉化率（4)，其根據(jù)所連接的內(nèi)燃機（22)的功率輸出來確定； a. 2)第二目標轉化率（5)，其根據(jù)經(jīng)凈化的廢氣中的氮氧化物的質量流來確定；和 a.3)第三目標轉化率￠)，其根據(jù)所述SCR催化轉化器（23)上游的氮氧化物的量與所 述SCR催化轉化器（23)下游的氮氧化物的量之間的比率來確定； b) 選擇最低的目標轉化率（4,5, 6); c) 使用所選擇的目標轉化率（4, 5, 6)來確定還原劑的投配量（12);和 d) 將所確定的投配量（12)計量地加入廢氣處理裝置（20)中。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在步驟a. 1)至a. 3)中，使用以下參數(shù)中的至少 一項來進行所述目標轉化率（4, 5, 6)的計算： -所述SCR催化轉化器（23)中的至少一項溫度； -廢氣中的至少一項氮氧化物濃度； -所述內(nèi)燃機（22)的轉速；和 -所述內(nèi)燃機（22)的轉矩。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，在步驟c)中通過具有積分控制分量和比例 調節(jié)分量的控制器（25)來執(zhí)行對投配量（12)的確定，其中將通過所述SCR催化轉化器進 行的當前現(xiàn)行的轉化率（10)與所選擇的目標轉化率（4, 5, 6)相比較，并且確定出用于確定 所述投配量（12)的誤差。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，根據(jù)在廢氣流動方向上的所述SCR催化轉化器 (23)下游的第二氮氧化物傳感器（26)的第二信號（18. 2)與在廢氣流動方向上的所述SCR 催化轉化器（23)上游的第一氮氧化物傳感器的第一信號（17. 1)之間的差值來計算所述當 前現(xiàn)行的轉化率（10)，其中所述第一信號（17)的確定比所述第二信號（18)提前第一時間 間隔（19)，并且所述第一時間間隔（19)對應于廢氣從所述第一氮氧化物傳感器（27)到第 二氮氧化物傳感器（26)的流動時間。
5. 根據(jù)權利要求3或4所述的方法，其中，所述控制器（25)能在穩(wěn)態(tài)模式和動態(tài)模式 下運行，并且針對步驟c)，計算所述SCR催化轉化器（23)上游的廢氣中的氮氧化物份量的 梯度，其中若所述梯度大于閾值，則所述控制器（25)運行在所述動態(tài)模式下，如若所述梯 度小于或等于所述閾值，則所述控制器（25)運行在所述穩(wěn)態(tài)模式下，其中，在步驟b)中所 選擇的目標轉化率（4, 5,6)僅在所述動態(tài)模式下使用，并在所述穩(wěn)態(tài)模式下，步驟c)中的 投配量的計算針對的是對廢氣中的氮氧化物進行完全轉化。
6. 根據(jù)權利要求3或4所述的方法，其中，如果連接到所述廢氣處理裝置的內(nèi)燃機 (22)經(jīng)歷載荷變化，則將所述積分控制分量復位至零。
7. 根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述SCR催化轉化器（23)具有涂層， 所述涂層在所述SCR催化轉化器（23)的正常操作條件下不具有針對還原劑的存儲能力，并 且在所述廢氣處理裝置（20)中不提供針對還原劑的附加的存儲催化轉化器。
8. -種用于凈化內(nèi)燃機（22)中的廢氣的廢氣處理裝置（20)，具有： -SCR催化轉化器（23)，其用于對廢氣中的氮氧化物執(zhí)行選擇性催化還原； -用于供給還原劑的供給點（24)，所述供給點在廢氣流動方向（31)上設置在所述SCR 催化轉化器（23)的上游； _第二氮氧化物傳感器（26)，其在廢氣流動方向上位于所述SCR催化轉化器（23)的下 游；和 -控制單元（25)，其設計為在所述供給點（24)處控制還原劑的計量， 其中，所述控制單元（25)設置用于執(zhí)行如上述權利要求中任一項所述的方法。
9. 一種機動車（21)，其具有內(nèi)燃機（22)，以及如權利要求8所述的用于凈化所述內(nèi)燃 機（22)中廢氣的廢氣處理裝置（20)。
【文檔編號】F01N3/20GK104428505SQ201380035720
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權日:2012年7月4日
【發(fā)明者】彼得·鮑爾 申請人:依米泰克排放技術有限公司