用于求取SCR催化器下游的废气中的氨浓度的方法与流程

用于求取scr催化器下游的废气中的氨浓度的方法
技术领域
1.本发明涉及一种用于求取scr催化器下游的废气中的氨浓度的方法以及一种用于执行该方法的计算单元和计算机程序。


背景技术：

2.已知不同的措施来减少在内燃机的废气中的氮氧化物。尤其是，使用基于选择性催化还原(scr，selective catalytic reduction)原理的催化器，在所述催化器中，通常，借助于氨(nh3)作为还原剂将氮氧化物(no，no2，概括为no
x
)转化为氮气(n2)和水。为此目的，将含水的尿素溶液注入废气中，在合适的温度下，由所述含水的尿素溶液又产生二氧化碳(co2)和氨。一般地，也可以设想其他的还原剂来代替尿素水溶液和由此获得的氨，所述其他的还原剂适合用于在scr催化器中选择性的还原。
3.现今已知的scr催化器通过在催化器表面上的吸附来储存nh3。在催化器中的还原剂供应越大，则在scr催化器中的no
x
转化越成功。只要scr催化器对nh3的存储能力还没有被充分利用，太多地配量的还原剂被存储。就所储存的nh3而言，也涉及催化器的nh3料位。如果提供比对于在当前存在于废气中的氮氧化物的转化必要的更少的还原剂以供使用，则所储存的还原剂被消耗用于氮氧化物的转化并且由此减小nh3料位。


技术实现要素：

4.根据本发明，提出一种用于求取scr催化器下游的废气中的氨浓度的方法以及一种用于执行该方法的计算单元和计算机程序，所述方法以及所述计算单元和所述计算机程序具有本发明的特点。有利构型是优选实施方式以及随后的说明的内容。
5.本发明尤其利用scr催化器的废气中的氨和氮氧化物之间的借助于催化器模型所求取的比例。通过使用基于模型所求取的该比例将为这些含氮化合物的组合浓度(单浓度以不同的权重进入所述组合的浓度中)传感式地求取的值分解为单浓度，使得这些单浓度可供用于进一步的目的。尤其是，然后可以基于相对精确地确定的氨浓度，更好地控制scr催化器上游的氨配量或者说还原剂配量。
6.通过本发明能够有效地减少氮氧化物，尤其是为了遵守对氮氧化物和co2要求越来越高的排放限制值，因为尿素溶液的喷射量可以尽可能准确地适配于马达的当前氮氧化物排放和催化器中的运行条件。即，在配量太小的情况下，氮氧化物不能以足够的效率减小，而在配量太高的情况下，剩余的nh3可能在催化器后面非期望地到达废气中并因此可能到达周围环境空气中，这也被称作氨泄漏或者说nh3泄漏。例如，可以使用具有合适控制的配量阀作为配量装置，所述配量阀通常布置在催化器的入口区域中。但是，也可以设想其他喷射位置，如在废气后处理系统中的不同地点处的多个配量装置的组合。
7.用于这样计算料位、no
x
转化率和nh3泄漏的模型是已知的并且可以例如从以下出版物中得知：
[0008]-cristian ciardellia、isabella nova、enrico tronconi、brigitte konrad、
daniel chatterjee、karlheinz ecke、michel weibel：scr-deno
x for diesel engine exhaust aftertreatment:unsteady-state kinetic study and monolith reactor modelling，chemical engineering science(化学工程科学)第59卷，第22-23期；
[0009]-chatterjee d.、burkhardt t.、bandl-konrad b.、braun t.、tronconi e.、nova i.、ciardelli c.(2005)：numerical simulation of ammonia scr catalytic converters:model development and application，sae technical paper2005-01-0965；
[0010]-rana faltsi和jayesh mutyal：confidence in modeling scr aftertreatment systems，automation simulation world congress 2012；和
[0011]-e.tronconi、a.cavanna、p.forzatti：unsteady analysis of no reduction over selective catalyst reduction
–
de-no
x
monolith catalysts，ind.eng.chem.res 1998，37，2341-2349。
[0012]
详细地，根据本发明的用于求取scr催化器下游废气中的氨浓度的方法包括：接收传感器信号，该传感器信号包含关于“scr催化器下游的废气中的氮氧化物和氨的组合浓度”的信息；基于scr催化器的至少一个运行参数计算scr催化器下游的废气中的氨浓度与传感器信号之间的比例；和通过使用所计算的比例由传感器信号求取scr催化器下游的废气中的氨浓度。这能够实现基于作为基础的物理对浓度的良好近似。而特定灵敏的传感器难以实现并且与此相应地成本密集。
[0013]
在有利构型中，该方法还包括：在考虑到scr催化器下游的废气的总质量流量的情况下，由所求取的氨浓度求取scr催化器下游的废气中的氨质量流量。这使得求取必要的补充配量变得容易。
[0014]
在有利的构型中，该方法还包括：通过使用该比例由传感器信号求取scr催化器下游的废气中的氮氧化物浓度和/或氮氧化物质量流量。这在废气后处理的诊断或监测以及控制方面是有帮助的。
[0015]
优选地，该方法包括根据所求取的氨浓度来执行措施，其中，该措施尤其可以包括：确定scr催化器上游的氨配量。由此，可以有利地使用对浓度的认知。尤其是，因此在配量时直接考虑氨泄漏。
[0016]
在计算该比例时，优选地，考虑被用于产生传感器信号的传感器的灵敏性特征，尤其是关于氮氧化物和氨的灵敏性特征。这提高了所求取的浓度的精确度或减少对此必需的计算耗费。
[0017]
本发明的计算单元、例如机动车的控制器尤其在程序技术上设置为用于，执行本发明方法。
[0018]
本发明方法的呈用于执行所有方法步骤的计算机程序或者具有程序代码的计算机程序产品形式的实现方式是有利的，因为这尤其是当进行实施的控制器还被用于另外的任务并因此本来就存在时引起特别低的成本。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是磁性的、光学的和电的存储器、例如硬盘、闪存、eeprom、dvd以及其他等到。通过计算机网络(因特网、内部网等等)下载程序也是可行的。
[0019]
由说明书和附图得出本发明的另外的优点和构型。
附图说明
[0020]
根据一个实施例在附图中示意性地示出并且随后参照附图说明本发明。
[0021]
图1示出一种具有两个scr催化器的、示例性的系统，在该系统中，可以应用本发明的实施方式；和
[0022]
图2示出一种根据本发明的实施方式的示例性的方法流程。
具体实施方式
[0023]
在本发明的一种示例性实施方式中，在scr催化器的废气中的nh3泄漏或氨浓度可以被用于例如适配一个或者多个scr催化器的料位。在图1中绘出可以作为本发明基础的这类催化器系统。在此，在废气系中设置有一个或者多个催化器元件，来自内燃机的废气流10被引入到所述一个或者多个催化器元件中以便进行废气处理。
[0024]
在附图中，首先示出柴油氧化催化器(doc)11，在该柴油氧化催化器的下游衔接两个scr催化器元件12和13，所述两个scr催化器元件例如也可以包括具有scr涂层(scrf)12的颗粒过滤器元件。
[0025]
在所示出的示例中，在每个scr催化器元件12，13前面各布置配量模块14和15用以将尿素水溶液(hwl，harnstoff-wasser-)经配量地引入到废气流中。尿素水溶液用作提供还原剂的化合物并且以水热分解的方式负责：形成作为还原剂所需的氨。
[0026]
每个配量模块14，15由控制单元19控制，其中，优选所有模块由同一单元、例如马达控制器来操控。此外，安装多个传感器16，17和18，所述多个传感器可以测量系统不同部位处的废气值。
[0027]
尤其是，可以在每个催化器元件11，12，13的前面和/或后面安装氮氧化物传感器和/或氨传感器，所述氮氧化物传感器和/或氨传感器在废气流中测量对应的组成成份的浓度和/或转化率和/或质量流量。在此可以涉及no
x
传感器，所述no
x
传感器也相对于氨(nh3)是横向灵敏的，或者反之亦然。因此，在这样的横向灵敏传感器中，实际上在催化器后面获得氮氧化物份量和氨份量的(通常以不同权重的)组合传感器信号。这些信息可以使用在配量策略中，以便适配尿素溶液的配量并因而适配scr催化器的料位。
[0028]
将所有传感器的测量值转发给控制单元19用以进行处理。当然，也可以使用另外的在这里未示出的传感器，例如在系统的不同地点处的温度传感器、λ传感器、空气质量测量计或其它传感器。
[0029]
在第一实施例中，考察各个scr催化器后面的nh3浓度。这可以涉及一种其中不存在像图1中这样的第二scr催化器的系统，或者该方法可以单独地应用到两个现有的scr催化器中的一个scr催化器上。在图2中示出示例性的方法步骤。
[0030]
在感测步骤212中，接收传感器信号，所述传感器信号例如通过对于nh3具有横向灵敏性的no
x
传感器产生。传感器信号包含关于“相应地位于传感器上游的scr催化器的废气中的no
x
和nh3的组合浓度”的信息。在此，视传感器的横向灵敏性程度而定地，两种浓度可能对传感器信号施加不同大小的影响。通过系数α考虑对于氨的传感器横向灵敏性的量度：
[0031]
rsum
sens
＝rno
xsens
α
·
rnh
3sens
[0032]
其中，rsum
sens
是no
x
传感器的总测量值(例如以ppm为单位)，
[0033]
rno
xsens
定义no
x
份量(例如以ppm为单位)，并且
[0034]
rnh
3sens
定义测量值的氨份量(例如以ppm为单位)。
[0035]
横向灵敏性的值可以被认为是已给出的(例如α＝1.15)，但是也可能由于不同的因素(例如废气的氧气浓度、化学污染)而改变。在本发明范畴下同样可以考虑这类影响，然而由于简化原因在这里不应进一步讨论。
[0036]
除了no
x
传感器之外，合适的催化器模型214尤其对于配量策略来说是必要的。即使模型被合适地参数化，然而由于不同原因(例如部件老化、配量阀的公差、不能被模型正确描绘的运行点等等)，在确定的运行点处，该模型不能准确地反映scr催化器下游的no
x
绝对浓度和nh3绝对浓度。
[0037]
然而，可以利用借助于模型所求取的这两种浓度比例或(模型化的)传感器信号和所属浓度之间的比例用于辅助对实际nh3浓度的求取。该比例由催化反应动力学的作为模型基础的物理理论特性决定，并且可以解释为在当前运行点中的归一化特性。
[0038]
通过该假定，nh3浓度与从经模型化的参量得出的总信号的比例可以等同于nh3浓度与从测量参量得出的总信号的比例：
[0039][0040]
其中，rnh
3mdl
和rno
xmdl
为催化器后面的nh3或no
x
的模型化浓度。对于模型化总信号(在等式的左侧)，同时考虑横向灵敏性量度α。
[0041]
如以上所示出地，在等式右侧的分母是催化器后面的no
x
传感器所测量的总信号。因此，现在得出以下的等式：
[0042][0043]
或者，对于所测量的总信号的nh3分量：
[0044][0045]
换言之，例如根据所给出的等式，在计算步骤220中，由所测量的组合浓度信号212和由催化器模型214得出的、总信号与氨浓度的比例，计算出对应传感器的位置处的实际氨浓度。在所示出的示例中，这样求取的实际nh3浓度在控制步骤230中被用于，引起对于催化器上游的氨或尿素溶液的配量14，15来说适当的调整。
[0046]
在控制步骤230之后，该方法可以返回到步骤212和214。
[0047]
以上所说明的方法步骤可以例如在控制单元中由合适的软件模块执行，例如能在催化器控制装置中或者也能在上一级控制单元、例如马达控制器19中执行。
[0048]
显然，不同的步骤和实施方式也可以相互组合和改动。尤其是，在这里逐步地说明的方法流程也可以连续地且彼此并行地实施。例如已经示出两个scr催化器，所说明的方法步骤也可以转用到具有仅一个scr催化器或者具有多于两个scr催化器的系统上。