減少來自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氮氧化物的方法
【專利摘要】描述了借助廢氣后處理系統(tǒng)減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中氮氧化物的方法，所述系統(tǒng)包括用于噴射氨和/或可分解成氨的化合物的裝置和兩個(gè)SCR-單元。在第一SCR-單元與第二SCR-單元之間設(shè)置氨傳感器。在第二SCR-單元下游的廢氣管內(nèi)包含氮氧化物傳感器。氨傳感器的信號(hào)與NOx-傳感器的信號(hào)以限定的方式匯總成虛擬NOx/NH3傳感器的實(shí)際值，所述值作為PI-調(diào)節(jié)器或PID-調(diào)節(jié)器的輸入值，所述調(diào)節(jié)器按需求調(diào)節(jié)噴射到廢氣中的還原劑量。
【專利說明】減少來自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氮氧化物的方法
[0001]為了遵守從2014年開始生效的歐盟和美國從的所謂非道路-柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放法規(guī)(歐盟IV級(jí)或Tier4排放標(biāo)準(zhǔn)(最終))，不可避免的是給這些柴油發(fā)動(dòng)機(jī)配置一種廢氣凈化系統(tǒng)。典型的廢氣凈化系統(tǒng)除了包含用于氧化清除一氧化碳和碳?xì)浠衔锏牟裼脱趸呋骱腿芜x的設(shè)置在所述柴油氧化催化器下游的柴油顆粒過濾器之外，還包含一個(gè)脫氮單元。在商用車領(lǐng)域和非道路領(lǐng)域中為了對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣脫氮，典型的是使用所謂的SCR-催化器(SCR Selective Catalytic Reduction:選擇性催化還原)和用于把氨或可分解成氨的化合物作為還原劑噴射到待凈化的廢氣流中的裝置，使用選擇性催化還原氮氧化物的單元。優(yōu)選的還原劑是脲水溶液或氨基甲酸銨溶液，特別優(yōu)選脲溶液。這樣的SCR-單元典型地設(shè)置在前置的柴油氧化催化器(DOC)和/或柴油顆粒過濾器(DPF)的下游。
[0002]此外，為了滿足歐盟IV級(jí)或Tier4f排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其使用按照EP-Bl 054 722的系統(tǒng)或不含柴油顆粒過濾器的系統(tǒng)(只有D0C+SCR)。尤其是在上述“開放的”的系統(tǒng)中，即使在更長的運(yùn)行時(shí)間后也必須在全部的運(yùn)行點(diǎn)達(dá)到最大的SCR-效率，因?yàn)樵谑褂貌缓裼皖w粒過濾器的系統(tǒng)來凈化廢氣的發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，如此調(diào)整燃燒過程，使得始終盡可能少地出現(xiàn)顆粒排放。這造成明顯升高的NOx-未處理的排放，從而為了達(dá)到法定的排放限值，在SCR-單元內(nèi)的氮氧化物-轉(zhuǎn)化率在系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間必須超過90%。
[0003]除了溫度和通過SCR-催化器的質(zhì)量流，SCR-系統(tǒng)的效率還通過位于SCR-催化器之前的no2/nox的比例和通過噴射的還原劑的量確定。no2/nox的比例通過前置的廢氣凈化成套設(shè)備DOC和/或DPF調(diào)節(jié)，其中優(yōu)選達(dá)到0.2-0.7，特別優(yōu)選0.4-0.6的值。
[0004]不足地噴射還原劑(例如，α =0.8，其中，α代表位于SCR-催化器之前的待凈化的廢氣內(nèi)的νη3/νοχ的摩爾比)導(dǎo)致，相當(dāng)于還原劑的可用性的理論上可能的氮氧化物轉(zhuǎn)化限制(對(duì)于α =0.8則為最大80%的氮氧化物轉(zhuǎn)化率)。通過過量噴射還原劑(α>1)，通過SCR-催化器可達(dá)到熱動(dòng)態(tài)可行的、最大的氮氧化物轉(zhuǎn)化，所述轉(zhuǎn)化在各自的工況下(廢氣質(zhì)量流、溫度、SCR上游的Ν02/Ν0χ)僅通過催化器的物質(zhì)性質(zhì)確定。
[0005]但是，過量噴射還原劑也可能導(dǎo)致穿過SCR-催化器的氨穿透。因?yàn)榘凑諝W盟-危險(xiǎn)物質(zhì)規(guī)定，氨是有毒和危害環(huán)境的氣體，必須絕對(duì)避免殘余排放。
[0006]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)典型地基于模型調(diào)節(jié)還原劑噴射量，S卩，存儲(chǔ)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制設(shè)備中的軟件以未處理的排放中的NOx-含量與之前通過試驗(yàn)測得的SCR-催化器在每個(gè)可設(shè)想的運(yùn)行點(diǎn)的效率為基礎(chǔ)，計(jì)算還原劑的化學(xué)計(jì)量需求并相應(yīng)地控制待噴射的脲溶液的量(所謂的“預(yù)控制量”)。尤其是基于用過渡金屬交換的沸石的SCR-催化器擁有顯著的儲(chǔ)氨能力，由此這種預(yù)控制的變得困難?？梢再A存在催化器內(nèi)的氨量取決于催化器的運(yùn)行溫度和老化狀態(tài)。相應(yīng)地，根據(jù)運(yùn)行點(diǎn)，噴射的還原劑量的一部分被用于充滿催化器的氨存儲(chǔ)器。通過所述存儲(chǔ)器，尤其是可以通過用從存儲(chǔ)器中解吸的氨還原廢氣中所含的氮氧化物來補(bǔ)償在動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)短時(shí)間產(chǎn)生的噴射量不足。然后必須通過還原劑過量噴射重新把氨存儲(chǔ)器充滿。
[0007]這種催化器的存儲(chǔ)特性使預(yù)調(diào)器模型最佳匹配變得困難，因?yàn)闃O其難于用數(shù)學(xué)方式描述在SCR-催化器內(nèi)的化學(xué)-物理過程的復(fù)雜性。因此，基于模型來調(diào)節(jié)還原劑的噴射有缺點(diǎn)，尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)，不能保證在全部的運(yùn)行點(diǎn)都達(dá)到SCR-催化器的最大效率而沒有氨穿透。
[0008]從【背景技術(shù)】中已知SCR-系統(tǒng)，在其中氨穿透在SCR-催化器之后借助氨傳感器識(shí)別。
[0009]因此，W02010/063566公開了一種氨傳感器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作方式。
[0010]DElO 2006 051 790公開了一種用于凈化內(nèi)燃機(jī)廢氣的廢氣后處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在廢氣流動(dòng)方向按下述順序包括:第一氧化催化器，用于把燃料引入廢氣管路的裝置，第二氧化催化器，柴油顆粒過濾器，用于噴射對(duì)于有效氮氧化物還原的還原劑的裝置，SCR-催化器和任選的具有氧化催化作用的(氨)阻斷催化器。在SCR-催化器的下游可以設(shè)置氨傳感器用于改善調(diào)節(jié)添加還原劑或用于診斷目的。
[0011]EP-A-2 317 091公開了一種廢氣凈化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在廢氣流動(dòng)方向按下述順序包括:氧化催化器，具有脲溶液噴射裝置的廢氣管和SCR-催化器。在SCR-催化器的內(nèi)部集成了溫度傳感器。在SCR-催化器的下游側(cè)設(shè)置氨傳感器用于探測SCR-催化器之后的廢氣中的氨濃度。在氨傳感器的下游可以設(shè)置氨氧化催化器。在EP-A-2317091公開的系統(tǒng)內(nèi)，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩確定和噴射待噴射的脲溶液的量(預(yù)控制量)。同時(shí)，由開始噴射與開始氨逃逸之間的時(shí)間延遲計(jì)算SCR-催化器的儲(chǔ)氨能力。如果是通過SCR-催化器之后的氨傳感器顯示氨逃逸，這時(shí)實(shí)際噴射的脲溶液的量要低于預(yù)控制量。如果在計(jì)算SCR-催化器的儲(chǔ)氨能力時(shí)，得出小于存儲(chǔ)在軟件內(nèi)的參考值的數(shù)值，這時(shí)實(shí)際噴射的脲溶液的量要高于預(yù)控制量。
[0012]EP-A-2317090公開了一種用于運(yùn)行SCR-系統(tǒng)的方法，在所述方法中，當(dāng)由于工況預(yù)期氨穿透SCR-催化器時(shí)，準(zhǔn)備收回噴射的還原劑。這些工況變化尤其包括廢氣質(zhì)量流的變化和/或廢氣溫度上升。此外，EP-A-2 317 090公開了一種借助設(shè)置在兩個(gè)SCR-催化器之間的氨傳感器來識(shí)別氨逃選風(fēng)險(xiǎn)的方法。如果在第一上游的SCR-催化器之后超過預(yù)設(shè)的氨逃逸，則關(guān)閉還原劑噴射。
[0013]DElO 2008 043 141公開了一種柴油內(nèi)燃機(jī)廢氣凈化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在廢氣流動(dòng)方向按下述順序包括:柴油氧化催化器，用于把氨噴射到排氣管路內(nèi)的裝置，SCR-催化器，用于探測廢氣內(nèi)氮氧化物的NOx-傳感器，氨氧化催化器，
[0014]用于把水噴射到排氣管路內(nèi)的裝置和氨傳感器。如果在氨氧化催化器之后借助氨傳感器在廢氣中探測到超過預(yù)設(shè)值的氨濃度，則在氨氧化催化器的下游側(cè)將水噴射到排氣管路中，以“捕獲”存在于廢氣管中的氨并且由此避免氨排放到大氣中。
[0015]US2009/0272099和US2010/0242440公開了一種廢氣后處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在廢氣流動(dòng)方向按下述順序包括:氧化催化器，柴油顆粒過濾器，用于噴射還原劑，例如氨或脲溶液的裝置，SCR-催化器和氨氧化催化器?？梢栽诎毖趸呋鞯南掠?，在SCR的上游側(cè)和/或在氨氧化催化器的上游設(shè)置氨傳感器。它們通過在柴油氧化催化器的上游、在SCR下游和/或在氨氧化催化器的下游的用于探測廢氣中氮氧化物含量的NOx-傳感器得到補(bǔ)充。借助于這些傳感器信號(hào)可以使實(shí)際的還原劑噴射速率以這樣的方式相匹配，對(duì)通過在預(yù)控制模型中的誤差或差錯(cuò)(例如，制模誤差，由于催化器老化成傳感器老化導(dǎo)致的在實(shí)際效率方面的偏差，還原劑濃度上的偏差，噴射延遲)對(duì)實(shí)現(xiàn)的次最優(yōu)的還原劑噴射量進(jìn)行修正。
[0016]W02011/139971公開了一種運(yùn)行SCR-系統(tǒng)的方法，所述SCR-系統(tǒng)具有兩個(gè)在廢氣流動(dòng)方向前后設(shè)置的SCR-催化器，以及在兩個(gè)SCR-催化器之間的氨傳感器，和在廢氣流動(dòng)方向靠后設(shè)置的第二 SCR-催化器的下游的NOx-傳感器。該方法的突出之處在于，依靠借助NOx-傳感器確定的在第二 SCR-催化器后面的廢氣中的NOx-濃度改變借助氨傳感器確定的在兩個(gè)SCR-催化器之間的廢氣中占主導(dǎo)的氨濃度的給定值或使其匹配。
[0017]本發(fā)明的目的在于，提供一種借助選擇性催化還原法來降低來自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氮氧化物含量的方法，所述方法通過提供盡可能多的氨和/或可分解成氨的化合物作為還原劑保證最大程度地發(fā)揮理論上可行的SCR-催化器的效率，其中，系統(tǒng)地避免氨穿透SCR-系統(tǒng)和同時(shí)，該方法的突出之處在于，盡可能低的應(yīng)用成本和數(shù)據(jù)成本。
[0018]該目的通過借助廢氣后處理系統(tǒng)減少來自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氮氧化物的方法實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)在廢氣流動(dòng)方向按下述順序包括:
[0019]-將氨和/或可分解成氨的化合物作為還原劑噴射到待凈化的廢氣中的裝置；
[0020]-一個(gè)或多個(gè)SCR-催化器，它們形成第一 SCR-單元；
[0021]-氨傳感器，其用于測定在第一SCR-單元之后的廢氣中的氨濃度；
[0022]-一個(gè)或多個(gè)SCR-催化器和/或氨氧化催化器，它們形成第二 SCR-單元；
[0023]-以及，氮氧化物傳感器(NOx-傳感器)，其用于測定廢氣管中的氮氧化物(NOx)的濃度。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，借助通過氨傳感器測定的在第一 SCR-單元之后的廢氣中的氨濃度和由借助NOx-傳感器測定的廢氣管中的氮氧化物濃度調(diào)節(jié)待噴射到廢氣中的氨和/或可分解成氨的化合物的量。該方法的特征在于，由氨傳感器和NOx-傳感器的傳感器信號(hào)計(jì)算虛擬Ν0χ/ΝΗ3-傳感器的實(shí)際值，將該實(shí)際值用作P1-調(diào)節(jié)器或PID-調(diào)節(jié)器的輸入值，所述調(diào)節(jié)器借助協(xié)調(diào)實(shí)際值和預(yù)設(shè)的額定值確定氨和/或可分解成氨的化合物的待噴射量。
[0025]圖1顯示了用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的廢氣后處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[0026]由發(fā)動(dòng)機(jī)生成的，待凈化的廢氣任選地首先通過在上游設(shè)置的DOC和/或DPF和混合管引導(dǎo)至第一 SCR-單元，通過所述單元，待凈化的廢氣中所包含的氮氧化物借助來自脲水溶液(AdBlue?)的氨還原并且所述單元由一個(gè)或多個(gè)SCR-催化器形成。在位于DOC/DPF和第一 SCR-單元之間的混合管中借助合適的溫度傳感器測量廢氣溫度。在溫度傳感器的下游設(shè)置脲溶液的噴射裝置，借助所述噴射裝置向待凈化的廢氣中噴射預(yù)設(shè)量的脲溶液?；旌瞎馨▏娚溲b置和任選地包括靜態(tài)混合器用于使待凈化的廢氣與還原劑更佳地均化，在所述混合管上設(shè)置殼體，所述殼體包括至少一個(gè)SCR-催化器(第一 SCR-單元)，氨傳感器和至少一個(gè)氨氧化催化器(第二 SCR-單元)。
[0027]在一個(gè)可行的實(shí)施方案中，由一個(gè)或多個(gè)SCR-催化器組成的第一 SCR-單元，和由至少一個(gè)氨氧化催化器組成的第二 SCR-單元在殼體內(nèi)通過一個(gè)間隔管在空間上彼此隔開。在所述間隔管中，在中心設(shè)置斜切的小管用于抽取廢氣。通過所述小管從設(shè)備中抽取廢氣并向位于其上的氨傳感器的測量頭傳輸，從而可以隨時(shí)可靠地探測在第一 SCR-單元之后的廢氣中的氨濃度。在穿過間隔管之后，將待凈化的廢氣引導(dǎo)通過氨氧化催化器。在氨氧化催化器的下游設(shè)置NOx-傳感器，借助所述傳感器測定位于廢氣設(shè)備出口處存在的氮氧化物的剩余量。
[0028]在另一種實(shí)施方案中，氨氧化催化器以在另一個(gè)存在于第二 SCR-單元的SCR-催化器上的下游區(qū)域存在。在這種情況下，上述氨傳感器的布局可以原則上得以保持。這種布局具有的優(yōu)勢在于，通過在氨傳感器的之后補(bǔ)充存在的、位于第一上游SCR-單元之上的SCR-催化活性區(qū)，可以允許較高的氨穿透和因此較多的還原劑過量噴射。由此保證了最佳地利用上游SCR-單元的SCR-轉(zhuǎn)化能力，而無須擔(dān)心在廢氣管的端部出現(xiàn)氨穿透。
[0029]可替代地，氨傳感器本身或通向傳感器的廢氣提取小管在孔中引入在SCR-催化活性區(qū)與氨氧化區(qū)之間的界面上的下游催化器蜂窩體中，其中，所述孔既可以垂直地也可以斜位地設(shè)置在催化器蜂窩體和殼體內(nèi)，如圖2所示。在這種情況下，第二下游設(shè)置的催化活性蜂窩體的SCR-催化活性區(qū)被視作第一 SCR-單元的組成部分。通過這種布局，可以在整個(gè)的可使用的SCR-催化活性區(qū)最佳地匹配還原劑噴射，其中，最大允許的氨穿透通過SCR-催化活性區(qū)與氨氧化催化器的效率相匹配。后一種布局尤其在使用橢圓形的催化器幾何形狀時(shí)有利。
[0030]通過在考慮到借助氨傳感器探測的、SCR-催化器之后的實(shí)際氨穿透以及后置的氨氧化催化器的效率的情況下引入氨傳感器并調(diào)節(jié)還原劑噴射，即使在瞬態(tài)工況時(shí)也可以持續(xù)地充分利用在各個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的最大SCR-效率。在此，始終如此進(jìn)行還原劑的噴射，使得在氨傳感器處有針對(duì)性地調(diào)整最大允許的氨濃度，所述氨濃度最大為穿透的氨量在每一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)可以完全地被第二 SCR-單元轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，其中所述第?SCR-單元包括氨逃逸催化器或分區(qū)的催化器，所述催化器包含SCR-催化活性區(qū)和氨氧化催化活性區(qū)。在此，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)概念適用于將氨傳感器信號(hào)和設(shè)置在廢氣管中的NOx-傳感器的信號(hào)集成的情況。從中得出最佳的還原劑噴射量，其確保SCR-催化器的總效率和在后面的NOx-傳感器處氮氧化物的最小量。在此，所述調(diào)節(jié)概念以及因此根據(jù)本發(fā)明方法的基本要素是有目的地噴射還原劑量，所述的還原劑量大于精確的、按照SCR-催化器的效率化學(xué)計(jì)量所需的還原劑量。因此，通過第一上游SCR-單元始終達(dá)到實(shí)際過量噴射還原劑，而不會(huì)在下游設(shè)置的氨逃逸催化器之后觀察到氨穿透。在下文還要更詳細(xì)地解釋的根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)概念的優(yōu)勢在于，通過第一 SCR-單元有目的的還原劑過量噴射始終保證該單元的最佳催化利用。
[0031]此外，通過使用按照本發(fā)明方法可以完全放棄用于預(yù)調(diào)節(jié)期望的還原劑量的預(yù)控制模型。因此取消耗費(fèi)的應(yīng)用工作和參數(shù)設(shè)定工作，例如，利用實(shí)驗(yàn)測定SCR-催化器的最大效率或SCR-催化器的儲(chǔ)存能力，了解上述內(nèi)容和控制儀器中的參數(shù)設(shè)定是有效預(yù)控制還原劑噴射的前提條件。
[0032]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，由氨傳感器的傳感器信號(hào)和NOx-傳感器的傳感器信號(hào)計(jì)算出虛擬Ν0χ/ΝΗ3-傳感器的實(shí)際值。在此，首先用NH3信號(hào)修正NOx-傳感器信號(hào)。該步驟是必需的，因?yàn)镹Ox-傳感器對(duì)氨具有橫向靈敏度，就是說，包含在廢氣中的氨被未經(jīng)修正的NOx-傳感器冒充為額外的氮氧化物。NOx-傳感器信號(hào)的修正通過從由NOx-傳感器輸出的氮氧化物濃度減去由氨傳感器給出的廢氣中的氨濃度來進(jìn)行。由此獲得經(jīng)修正的NOx-值NOxCorDS,該值給出廢氣管內(nèi)的廢氣中的實(shí)際氮氧化物濃度。在此，根據(jù)定義，得出的值不能小于零，因此最低值限定到零。
[0033]當(dāng)?shù)谝?SCR-單元與包含至少氨氧化催化器的第二 SCR-單元之間的廢氣中的氨濃度，例如，在動(dòng)態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行下短時(shí)間地大于在廢氣管內(nèi)測量的氮氧化物濃度時(shí)，總是使用這種限定。如已提及的，在包含氨氧化催化器的第二 SCR-單元之前的廢氣中的在這種情況下的最大允許氮濃度為如此高，使得其可以由氨氧化催化器在每個(gè)運(yùn)行點(diǎn)選擇性也并完全地轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。因此不用?dān)心在廢氣管內(nèi)的不受控制的氨穿透。
[0034]在下一步驟中，獲得的值NOxCorDS，即廢氣管內(nèi)實(shí)際的氮氧化物濃度，乘以因數(shù)(-1)，其中獲得值[-NOxCorDS]。該值被視作虛擬Ν0χ/ΝΗ3-傳感器的第一未修正的輸出值(實(shí)際值)，其中，在負(fù)數(shù)區(qū)間的虛擬Ν0χ/ΝΗ3-傳感器表示在廢氣管上的NOx-濃度和在正數(shù)區(qū)間表示廢氣管中的氨濃度。在虛擬傳感器從NOx-探測到NHs3-探測的過渡區(qū)，借助事先設(shè)定參數(shù)的特性曲線對(duì)該值[-NOxCorDS]進(jìn)行加權(quán)處理，所述特性曲線取決于由氨傳感器探測的在第一 SCR-單元之后的氨濃度。
[0035]與值[-NOxCorDS]相乘的加權(quán)因子的值取介于0_1之間的值。該因子由特性曲線預(yù)先確定并如此選擇，只要氨傳感器在第一 SCR-單元之后的廢氣中探測到氨濃度，并且該氨濃度大于零但是沒有超過第一預(yù)設(shè)的最大允許值，則加權(quán)因子取值為I。該第一預(yù)設(shè)的最大允許值如此選擇，使得在第二 SCR-單元之前的待處理的氨濃度可以在該單元中在發(fā)動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行點(diǎn)選擇性地和完全地轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻Ｔ谶@種情況下，虛擬Ν0χ/ΝΗ3-傳感器用負(fù)數(shù)表示修正的并因此是廢氣管內(nèi)的廢氣中實(shí)際上存在的NOx-濃度。
[0036]在這個(gè)階段，提高還原劑的噴射量，使得第一 SCR-單元之后的氨濃度提高?；谕ㄟ^過量噴射升高的第一 SCR-單元的實(shí)際效率，廢氣管內(nèi)的實(shí)際NOx-濃度值下降，虛擬Ν0χ/ΝΗ3-傳感器的實(shí)際值逐漸趨零，修正值[-NOxCorDS]的加權(quán)逐漸趨零。最終，當(dāng)通過氨傳感器在第一 SCR-單元之后的廢氣中探測到的氨濃度達(dá)到或超過第二預(yù)設(shè)的最大允許值時(shí)，加權(quán)因子取值為零。所述第二預(yù)設(shè)的最大允許值如此選擇，使得在這樣的噴射過程中穿透第二 SCR-單元的氨濃度不超過系統(tǒng)或法定的預(yù)設(shè)的極限值。因此，該廢氣管內(nèi)最大允許氮濃度的第二值可以是，例如IOppm—按照當(dāng)前的法律狀況，該值是通過發(fā)動(dòng)機(jī)的認(rèn)證檢測允許的平均氨排放。如果排氣管內(nèi)超過相應(yīng)的氨濃度，則執(zhí)行存在于系統(tǒng)中的P1-或PHD-調(diào)節(jié)器，使得相應(yīng)地收回已噴射的還原劑量的量。
[0037]對(duì)于P1-調(diào)節(jié)器或PID-調(diào)節(jié)器，以這種方式生成的虛擬Ν0χ/ΝΗ3-傳感器的實(shí)際值充當(dāng)實(shí)際值-預(yù)設(shè)。
[0038]優(yōu)選地，在第一 SCR-單元之后的廢氣中的最大允許氨濃度預(yù)設(shè)為調(diào)節(jié)器的額定值，其中，額定值在這種情況下的取值為大于零。
[0039]同樣可以把廢氣管內(nèi)的最大允許NOx-濃度選作額定值。在這種情況下額定值具有負(fù)值。在這種情況下，通過用于計(jì)算虛擬nox/nh3-傳感器的實(shí)際值的預(yù)設(shè)可以保證，對(duì)第一SCR-單元之后的廢氣中的最大允許氨濃度進(jìn)行限制。如果調(diào)節(jié)器的額定值設(shè)定為零，則這相當(dāng)于第一與第二 SCR-單元之間的氨逃逸。在這種情況下不再能夠保證第一 SCR-單元的過量噴射以及因此隨時(shí)足夠的還原劑供應(yīng)，因?yàn)橛绕涫窃谄渲蠸CR-催化器的溫度下降和因此物理儲(chǔ)氨能力放大的運(yùn)行階段，噴射的還原劑至少部分地用于填充氨存儲(chǔ)器。其結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)生次最優(yōu)的SCR-效率。此外還有，這種作法在虛擬Ν0χ/ΝΗ3傳感器的實(shí)際值-范圍造成調(diào)節(jié)器以及還原劑噴射的較大的波動(dòng)。
[0040]特別優(yōu)選地，取決于基于第一和任選的第二 SCR-單元的廢氣的空間速度以及取決于第一和任選的第二 SCR-單元的平均溫度預(yù)設(shè)P1-或PID-調(diào)節(jié)器的額定值。有利地，以相應(yīng)的特性曲線的形式進(jìn)行這樣的預(yù)設(shè)。這種作法的優(yōu)勢在于，可以在很大程度上獨(dú)立于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)要求進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)定。只需要探測控制儀器中的廢氣質(zhì)量流一例如，借助于與在控制儀器中總歸要探測的燃料噴射量有關(guān)的吸入空氣中的空氣質(zhì)量傳感器和/或借助于廢氣質(zhì)量流傳感器一和探測廢氣溫度。然后，為了計(jì)算廢氣的空間速度，只設(shè)定第一和任選的第二 SCR-單元的催化器容積的參數(shù)。
[0041]可以通過在第一和第二 SCR-單元之前和之后使用溫度傳感器，或通過在第一SCR-單元的上游使用一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器并結(jié)合使用存儲(chǔ)在控制儀器軟件中的溫度模型確定第一和第二 SCR-單元的平均溫度，其中，溫度模型由傳感器信號(hào)，廢氣質(zhì)量流和廢氣后處理系統(tǒng)的幾何形狀和熱容計(jì)算SCR-單元中的平均溫度。
[0042]優(yōu)選地，比例分量，積分分量和微分分量以及氨和/或可分解成氨的化合物的最大可能噴射量預(yù)設(shè)為P1-調(diào)節(jié)器或PHD-調(diào)節(jié)器的其它的輸入?yún)?shù)。優(yōu)選地，這些輸入?yún)?shù)取決于基于第一和任選的第二 SCR-單元的廢氣的空間速度以及取決于第一和任選的第二SCR-單元的平均溫度。
[0043]為了改進(jìn)調(diào)節(jié)器速度，優(yōu)選為P1-或PID-調(diào)節(jié)器配備所謂的“窗口-函數(shù)”。在所述函數(shù)中，當(dāng)額定值與實(shí)際值之差大于或小于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，調(diào)節(jié)器的比例分量，積分分量和任選的微分分量與可參數(shù)化的放大因子相乘。如此選擇放大因子，使得加速調(diào)節(jié)到額定值。
[0044]圖3以系統(tǒng)圖的形式顯示如上文闡釋的執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法必需的調(diào)節(jié)步驟。
[0045]通過使用根據(jù)本發(fā)明的方法可以精簡在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中額外使用的SCR-催化器上游的NOx-傳感器和為了修正該傳感器必需的在SCR-催化器之前的廢氣背壓式傳感器(Abgasgegendrucksensor)。此外,根據(jù)本發(fā)明的方法提供控制所使用的還原劑溶液的質(zhì)量的可能性，而不在還原劑容器中使用通常用于診斷目的的常規(guī)脲質(zhì)量傳感器。通過借助虛擬Ν0χ/ΝΗ3-傳感器精調(diào)還原劑噴射量均衡還原劑溶液的濃度的微小波動(dòng)。還原劑溶液明顯過低的濃度可以通過氨傳感器與下游設(shè)置的NOx-傳感器之間的合理平衡沒有困難地探測到，因?yàn)榘眰鞲衅髟谶@種情況下將還原劑噴射提高到超出預(yù)定的極限值，而下游設(shè)置的NOx-傳感器在盡管假定的還原劑噴射的情況下在廢氣中仍然探測到明顯過高的NOx-值。
[0046]此外，在使用根據(jù)本發(fā)明的方法時(shí)有利的是，使用安裝在廢氣管中的NOx-傳感器來調(diào)節(jié)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。通過所述方式實(shí)現(xiàn)的SCR-系統(tǒng)的最大可能的效率能夠使廢氣再循環(huán)率達(dá)到最佳并因此能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)的未處理的排放中實(shí)現(xiàn)最高可能的NOx/碳煙比。因此，在具有前置柴油顆粒過濾器的廢氣凈化系統(tǒng)中可以借助N02保證最佳的惰性碳煙再生率。同時(shí)，在優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)功率的同時(shí)燃料消耗的最優(yōu)化是可能的。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的方法(其中，廢氣管中的NOx-傳感器與氨傳感器的信號(hào)被匯總給虛擬Ν0χ/ΝΗ3-傳感器，所述傳感器提供用于控制待噴射的還原劑量的P1-或PID-調(diào)節(jié)器的實(shí)際值)保證了，即使發(fā)動(dòng)機(jī)處于動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)SCR-系統(tǒng)也始終在最佳的條件下運(yùn)行。由此可以完全調(diào)整例如由于催化器的老化或由于元件波動(dòng)(例如，定量閥的精度，泵壓力的波動(dòng))導(dǎo)致的短時(shí)間的噴射失誤。
[0048]在圖4至圖7中顯示了具有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的根據(jù)本發(fā)明的車輛或設(shè)備的參考運(yùn)行。
[0049]圖4顯示了額定值-實(shí)際值-對(duì)比。
[0050]圖5顯示了 NOx-對(duì)比連同NA3-逃逸。
[0051]圖6顯不了噴射量與噴射量極限之間的關(guān)系。
[0052]圖7顯示了相應(yīng)的SCR-催化器-溫度。
【權(quán)利要求】
1.借助廢氣后處理系統(tǒng)減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的氮氧化物的方法，所述系統(tǒng)在廢氣流動(dòng)方向按順序包括: 將氨和/或可分解成氨的化合物作為還原劑噴射到待凈化的廢氣中的裝置， 一個(gè)或多個(gè)SCR-催化器，它們形成第一 SCR-單元， 氨傳感器，其用于測定第一 SCR-單元之后的廢氣中的氨濃度， 一個(gè)或多個(gè)SCR-催化器和/或氨氧化催化器，它們形成第二 SCR-單元， 以及，氮氧化物傳感器(NOx-傳感器)，其用于測定廢氣管內(nèi)的氮氧化物(NOx)的濃度，其中，借助通過氨傳感器測定的在第一 SCR-單元之后的廢氣中的氨濃度和由借助NOx-傳感器測定的廢氣管中的氮氧化物濃度調(diào)節(jié)待噴射到廢氣中的氨和/或可分解成氨的化合物的量，其特征在于，由氨傳感器和NOx-傳感器的傳感器信號(hào)計(jì)算虛擬Ν0χ/Ν03-傳感器的實(shí)際值，將該實(shí)際值用作P1-調(diào)節(jié)器或PID-調(diào)節(jié)器的輸入值，所述調(diào)節(jié)器借助協(xié)調(diào)實(shí)際值和預(yù)設(shè)的額定值確定氨和/或可分解成氨的化合物的待噴射量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，如下進(jìn)行虛擬Ν0χ/Ν03-傳感器的實(shí)際值的計(jì)算: 1.用NH3-傳感器信號(hào)修正NOx-傳感器信號(hào)和計(jì)算修正的NOx-值 NOxCorDS,該值給出廢氣管內(nèi)的廢氣中的實(shí)際氮氧化物濃度，其中， 根據(jù)定義，得出的值NOxCorDS不小于零； 2.將值NOxCorDS乘以(-1)為得到的值[-NOxCorDS]；
3.通過與來自特性曲線的預(yù)設(shè)的加權(quán)因子相乘將值[-NOxCorDS]進(jìn)行 加權(quán)處理，其中，加權(quán)因子取介于0-1之間的值， 其中，只要氨傳感器在第一 SCR-單元之后的廢氣中探測到氨濃度，并且該氨濃度沒有超過第一預(yù)設(shè)的最大允許值，則加權(quán)因子為I，其中，該第一最大允許值如此選擇，使得待凈化的廢氣中的相應(yīng)氨濃度可以在第二 SCR-單元中在發(fā)動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行點(diǎn)完全地轉(zhuǎn)換為氮?dú)猓? 以及其中，當(dāng)通過氨傳感器在第一 SCR-單元之后的廢氣中探測到的氨濃度達(dá)到或超過第二預(yù)設(shè)的最大允許值時(shí)，加權(quán)因子為零。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在第一SCR-單元之后的廢氣中的最大允許氨濃度預(yù)設(shè)為額定值，其中，額定值的取值為大于零。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，預(yù)設(shè)的額定值取決于基于第一和任選的第二 SCR-單元的廢氣的空間速度以及取決于第一和任選的第二 SCR-單元的平均溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，比例分量，積分分量和任選的微分分量以及氨和/或可分解成氨的化合物的最大可能噴射量預(yù)設(shè)為P1-調(diào)節(jié)器或PID-調(diào)節(jié)器的其它的輸入?yún)?shù)，其中，這些其它的輸入?yún)?shù)取決于基于第一和任選的第二SCR-單元的廢氣的空間速度以及取決于第一和任選的第二 SCR-單元的平均溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)額定值與實(shí)際值之差大于或小于預(yù)定的閾值時(shí)，調(diào)節(jié)器的比例分量，積分分量和任選的微分分量與可參數(shù)化的放大因子相乘，使得加速調(diào)節(jié)到額定值。
7.用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述方法的廢氣后處理系統(tǒng)。
8.具有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述方法的廢氣后處理系統(tǒng)的車輛或設(shè) 備。
【文檔編號(hào)】F01N3/20GK103541792SQ201310476740
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月14日
【發(fā)明者】M·維特羅克, O·斯維亞特萊克 申請(qǐng)人:道依茨股份公司