用于校準(zhǔn)可通過反應(yīng)動力學(xué)方程描述的技術(shù)工藝控制或調(diào)節(jié)的控制裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于校準(zhǔn)可通過反應(yīng)動力學(xué)方程描述的技術(shù)工藝控制或調(diào)節(jié)的控制裝置，特別是用于校準(zhǔn)控制或調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)廢氣流中的廢氣后處理工藝的控制裝置的方法。此外，本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求6的內(nèi)燃機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在廢氣后處理的范圍內(nèi)，使用反應(yīng)動力學(xué)催化轉(zhuǎn)換器模型(Katalysatormodellen)校準(zhǔn)如車輛，例如載貨汽車中所用的控制裝置或調(diào)節(jié)系統(tǒng)是公知的。借助這種模擬模型，可以模擬例如內(nèi)燃機(jī)的廢氣后處理(僅舉一例)的化學(xué)和/或物理過程，這些過程通常在試驗(yàn)臺上只能以極高的費(fèi)用呈現(xiàn)。例如，使用商購可得的模擬軟件，例如來自GammaTechnologies Inc.的GT_Power?建立這種模擬模型。用借助模擬軟件模擬的獨(dú)立于控制裝置的這種模擬模型，可以以反應(yīng)動力學(xué)方程(它們是微分方程)的形式模擬在各自的廢氣后處理過程中在不同時(shí)間和/或互相并行發(fā)生的多個(gè)反應(yīng)。隨后借助通過測量技術(shù)在試驗(yàn)臺上獲取的各方程參數(shù)的實(shí)際值校準(zhǔn)該模擬模型的各個(gè)反應(yīng)動力學(xué)方程的可變方程參數(shù)。盡管借助這種模擬模型可以可靠地模擬實(shí)際情況，但這種模擬模型需要取決于模型質(zhì)量的相對較高的計(jì)算能力，以解出這些微分方程，這是耗時(shí)并昂貴的。因此，控制或調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)廢氣流中的廢氣后處理工藝的控制裝置的校準(zhǔn)也是相對復(fù)雜和昂貴的。
[0003]這種模擬模型的另一缺點(diǎn)在于，不可能在不影響其它范圍的情況下重新校準(zhǔn)該工作范圍的子范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的目的是提供用于校準(zhǔn)可通過反應(yīng)動力學(xué)方程描述的技術(shù)工藝控制或調(diào)節(jié)的控制裝置的方法，特別是用于校準(zhǔn)控制或調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)廢氣流中的廢氣后處理工藝的控制裝置的方法，所述方法需要相對低的計(jì)算復(fù)雜度并借此可以在實(shí)際運(yùn)行過程中非常容易地重新校準(zhǔn)該控制裝置的工作范圍的子范圍而不影響其它范圍。
[0005]借助獨(dú)立專利權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)這一目的。據(jù)此的各從屬權(quán)利要求的主題是其有利的實(shí)施方式。
[0006]根據(jù)權(quán)利要求1，提出用于校準(zhǔn)可借助反應(yīng)動力學(xué)方程描述的技術(shù)工藝控制或調(diào)節(jié)的控制裝置，特別是用于校準(zhǔn)內(nèi)燃機(jī)廢氣流中的廢氣后處理(例如選擇性催化還原)控制或調(diào)節(jié)的控制裝置，其中在模擬模型中以反應(yīng)動力學(xué)方程的形式模擬例如在各自的廢氣后處理過程中在不同時(shí)間和/或互相并行發(fā)生的多個(gè)反應(yīng)，其中借助測量技術(shù)在試驗(yàn)臺上獲取的各方程參數(shù)的實(shí)際值校準(zhǔn)該模擬模型的各個(gè)反應(yīng)動力學(xué)方程或微分方程的可變方程參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明提出，通過使用所發(fā)生的每個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)(例如在廢氣后處理工藝的范圍內(nèi))的影響反應(yīng)動力學(xué)的反應(yīng)參數(shù)作為特性曲線族參數(shù)并生成至少一個(gè)特性曲線族，制成控制裝置的或在控制裝置中的獨(dú)立于模擬模型并具有多個(gè)特性曲線族的特性曲線族模型，其中為了向特性曲線族輸入數(shù)據(jù)，借助模擬模型確定影響反應(yīng)動力學(xué)的特性曲線族參數(shù)的值，并將所述值輸入特性曲線族模型。隨后，為了校準(zhǔn)該特性曲線族模型，在實(shí)際工藝運(yùn)行中，特別是在實(shí)際駕駛運(yùn)行中和/或在試驗(yàn)臺上有針對性地以測量技術(shù)獲取該特性曲線族模型的至少一個(gè)特性曲線族的至少一個(gè)特性曲線族參數(shù)的值，并進(jìn)一步借助評估裝置確定獲取的測量值是否在預(yù)先給定的范圍內(nèi)偏離了所觀察的特性曲線族參數(shù)的儲存在各自的特性曲線族中的值。如果是后者的情況，則將儲存的值換成新值，更確切地說不(交叉)影響不受該變化影響的該特性曲線族模型的其它特性曲線族。否則，保持原始設(shè)定。
[0007]因此，不同于之前使用的反應(yīng)動力學(xué)模擬模型，在本發(fā)明的這種模型中向反應(yīng)動力學(xué)方程幾乎輸入了在自身的特性曲線族中的每一個(gè)單獨(dú)反應(yīng)的數(shù)據(jù)。在此如傳統(tǒng)反應(yīng)動力學(xué)模擬模型中那樣以時(shí)間離散和空間離散方式進(jìn)行現(xiàn)實(shí)的建模。但是，本發(fā)明的方法程序的優(yōu)點(diǎn)在于，根據(jù)本發(fā)明的特性曲線族模型能在同時(shí)低計(jì)算復(fù)雜度的情況下將反應(yīng)動力學(xué)關(guān)系建模，并能借助反應(yīng)動力學(xué)模擬模型容易地自動化輸入數(shù)據(jù)，其中此外，可以在不影響其它范圍的情況下重新校準(zhǔn)該工作范圍的子范圍。由此，通過一方面反應(yīng)動力學(xué)和另一方面特性曲線族的組合，將這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)彼此結(jié)合，以致應(yīng)用工程師盡管仍然如以前般使用反應(yīng)動力學(xué)方法，但在適配各數(shù)據(jù)組方面保留了大的自由度。
[0008]因此，如果之前可以采用直接輸入測量數(shù)據(jù)的基于特性曲線族的策略或可以僅使用反應(yīng)動力學(xué)方法，根據(jù)本發(fā)明的解決方案因此能將反應(yīng)動力學(xué)與基于特性曲線族的策略組合，以使這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)可以彼此結(jié)合。
[0009]借助本發(fā)明的方法程序，因此在例如廢氣后處理的控制裝置中制作并校準(zhǔn)系統(tǒng)模型，借助所述系統(tǒng)模型，可以例如開發(fā)例如選擇性催化還原(例如相對于Euro VI標(biāo)準(zhǔn))的最佳計(jì)量策略。原則上，本發(fā)明的方法程序可用于可通過反應(yīng)動力學(xué)方程描述的任何技術(shù)工藝，其中必須在模擬模型中例如數(shù)值求解反應(yīng)動力學(xué)微分方程。但是，如一開始已經(jīng)提到，特別優(yōu)選的是借助控制裝置控制廢氣后處理的方法程序。在此還特別優(yōu)選的是該受控廢氣后處理是選擇性催化還原的方法程序，在此過程中通過計(jì)量加入還原劑，例如脲的水溶液作為還原劑來還原廢氣流中的氮氧化物。至少部分在下列反應(yīng)方程中描述的并在選擇性催化還原過程中發(fā)生的反應(yīng)被轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)動力學(xué)方程或微分方程以產(chǎn)生使用反應(yīng)動力學(xué)方法的獨(dú)立于控制裝置(steuergerjiteunabhjingig)的模擬模型:
(1)熱解:(NH2)2CO+ H2O — NH3 + HNCO
(2)水解:HNCO+ H2O — NH3 + CO2
(3)吸附:S+NH3— SNH3
(4)解吸:SNH3— S+NH3/(3)的反向反應(yīng)
(5)標(biāo)準(zhǔn)SCR: SNH3 + NO + 0.2502 — N2 + 1.5H20 + S
(6)緩慢SCR: 4SNH3 + 3N02 + 0.2502 — 3.5N2 + 6H20 + 4S
(7)快速SCR: 4SNH3 + 2N0+ 2N02 — 4N2 + 6H20 + 4S
(8)NH3氧化:4SNH 3 + 302 — 2N2 + 6H20 + 4S
(9)形成笑氣(不想要的副反應(yīng)):
2SNH3 + 2N02 — N2O + N2 + 3 H2O + 2S
(10)NO氧化+反向反應(yīng):
NO + 0.502— NO 2NO2 — NO+ 0.502
其中S:自由催化表面/ NH3:氣相氨/ SNH3:吸附在催化表面的氨/ (NH2)2CO:脲/ HNCO:異氰酸/ NO: 一氧化氮/ NO2: 二氧化氮/O2:氧氣/ N2:氮?dú)? H2O:水/N2O:笑氣.如上所述，借助本發(fā)明的解決方案，可以以簡單和功能可靠的方式確定在復(fù)雜的廢氣后處理工藝(如其是選擇性催化還原)范圍內(nèi)，計(jì)量添加還原劑的特別優(yōu)化的計(jì)量添加策略。
[0010]合適的動力學(xué)方法是例如Langmuir和Hinshelwood方法，據(jù)此提出，在吸收過程中起始組分被化學(xué)吸收在催化劑表面的活性中心并隨后相互反應(yīng)以脫離這種狀態(tài)(ausdiesem Zustand heraus)?；蛘?，也可以使用Eley-Rideal方法，據(jù)此被化學(xué)吸收的原材料與氣相中的另一原材料反應(yīng)。
[0011]這些反應(yīng)動力學(xué)方法是公知的。通過改變輸入變量，例如廢氣質(zhì)量流量、氮氧化物濃度、溫度和/或NH3質(zhì)量流量和/或通過改變內(nèi)部系統(tǒng)變量，例如吸收在催化表面的NH3,可以刺激在模擬模型中建模的反應(yīng)動力學(xué)微分方程，由此可以用該結(jié)果向特性曲線族輸入數(shù)據(jù)。
[0012]每一個(gè)單獨(dú)反應(yīng)，特別是每一個(gè)在廢氣后處理的范圍內(nèi)發(fā)生的單獨(dú)反應(yīng)的產(chǎn)生特性曲線族并影響反應(yīng)動力學(xué)的特性曲線族參數(shù)因此可以特別有利地一方面通過可以以快速、簡單和功能可靠的方式通過合適的測量儀器在實(shí)際工藝運(yùn)行的范圍內(nèi)，例如在實(shí)際駕駛運(yùn)行中或在試驗(yàn)臺上獲取或測得的可測量的數(shù)值(這些例如是在廢氣后處理的范圍內(nèi)的廢氣質(zhì)量流量和/或氮氧化物濃度和/或溫度和/或冊13質(zhì)量流量)形成。但是，另一方面，這些每一個(gè)單獨(dú)反應(yīng)，特別是每一個(gè)在廢氣后處理的范圍內(nèi)發(fā)生的單獨(dú)反應(yīng)的產(chǎn)生特性曲線族并影響反應(yīng)動力學(xué)的特性曲線族參數(shù)原則上也可通過該現(xiàn)有的模擬模型確定，例如在實(shí)際應(yīng)用中無法測量或無法有意義地測量的情