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用于求取氨质量流的方法

2021-03-04 11:38:06

用于求取氨质量流的方法

　　技术领域

　　本发明涉及一种用于求取在相继布置在废气管道中的两个SCR催化器之间的氨质量流的方法。另外，本发明涉及一种计算机程序，其实施所述方法的每个步骤，以及一种机器可读的存储介质，其存储所述计算机程序。最后，本发明涉及一种电子控制器，其设置用于实施所述方法。

　　背景技术

　　一种很有前途的用于减少富氧废气中的氮氧化物的方法是借助于氨或者释放氨的试剂的选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction；SCR）。SCR催化器的效率取决于其温度、取决于废气的空间速度并且决定性地取决于被吸附在其上表面的氨的填充状况。除了直接计量的氨之外，被吸附的氨也用于还原氮氧化物，由此，与清空的催化器相比，该SCR催化器的效率提高。存储特性根据催化器的相应的运行温度有关。温度越低，存储能力越大。

　　如果SCR催化器已完全填满其存储器，则在借助于该SCR催化器还原其废气的内燃机发生负载跳跃时，即使氨或者释放氨的试剂不再被计量到废气管路中，也会发生氨泄漏。然而，如果应当实现尽可能高的氮氧化物转化，不可避免的是，在氨填充状况高的情况下运行SCR系统。如果被完全填满的SCR催化器的温度由于内燃机的负载跳跃而升高，则其氨存储能力下降，这导致氨泄漏。

　　这个效果的突出之处特别在于，SCR催化器构造在内燃机附近，以便SCR催化器在内燃机冷启动之后快速达到其运行温度。在第一SCR催化器的下游的第二SCR催化器因此能够设置在废气管路中，以便吸附、然后转化第一催化器的氨泄漏中的氨。

　　车载诊断（OBD）标准要求必须同时监控两个SCR催化器。为此，通常在两个SCR催化器的下游分别存在一个氮氧化物传感器。在一些SCR催化器系统中，在第一SCR催化器的上游仅构造一个计量单元，以便将释放氨的还原剂溶液计量加入到所述废气管路中。因此，只通过第一SCR催化器的氨泄漏来实现第二SCR催化器的氨填充。DE 10 2016 201 602 A1提出一种方法，以便计算两个SCR催化器之间的氨质量流。然而，也存在SCR催化器系统，所述SCR催化器系统在每个SCR催化器的上游分别具有一个计量单元。

　　发明内容

　　所述方法能够求取在相继布置在废气管道中的两个SCR催化器之间的氨质量流或者氨浓度。在此，第一计量单元布置在第一SCR催化器的上游，第二计量单元布置在所述两个SCR催化器之间。由布置在所述两个SCR催化器之间的NOx传感器的信号、布置在第二SCR催化器的下游的NOx传感器的信号、在所述第一SCR催化器的上游的氮氧化物排放量、借助于所述第一计量单元的氨计量加入量和借助于所述第二计量单元的氨计量加入量进行所述求取。在此，所述氮氧化物排放量和所述氨计量加入量尤其能够作为质量流或者浓度被提供。

　　通过这种方式求取的氨质量流或者氨浓度能够用于所述第一SCR催化器的模型修正和/或用作用于所述第二SCR催化器的模型输入。

　　尤其是，在进行所述求取时进行计算，在该计算中将借助于所述第一计量单元的氨计量加入量除以两个氨计量加入量的和。

　　当借助于所述第一计量单元的氨计量加入量是零时，在进行所述求取时，优选忽略布置在所述第二SCR催化器的下游的NOx传感器的信号。这能够简化所述求取。

　　当借助于所述第二计量单元的氨计量加入量是零时，在进行所述求取时，优选忽略在所述第一SCR催化器的上游的氮氧化物排放量。这同样能够简化所述求取。

　　如果使用SCR催化器系统，在该SCR催化器系统中废气再循环线路在所述第一SCR催化器与所述第二计量单元之间的分支点处从所述废气管路中分岔，则优选的是，在进行所述求取时，还考虑在所述分支点的上游的废气质量流和在所述分支点的下游的废气质量流。由此，当该废气再循环线路的废气再循环阀至少部分打开时，能够通过改变在所述两个SCR催化器之间的废气质量流来避免所述求取中的错误。

　　所述计算机程序设置用于执行所述方法的每个步骤，尤其是当该计算机程序在计算器或者电子控制器上运行时。该计算机程序能够在常规的电子控制器上实施所述方法，而不必对其进行结构上的改变。为此，该计算机程序存储在机器可读的存储介质上。通过将该计算机程序在常规的电子控制器上运行，获得一种电子控制器，其设置用于借助于所述方法求取在相继布置在废气管道中的两个SCR催化器之间的氨质量流或者氨浓度。

　　附图说明

　　在附图中示出并且在下文的说明书中详细阐述本发明的实施例。

　　图1示意性地示出具有两个SCR催化器的SCR催化器系统，借助于根据本发明的一个实施例的方法能够求取该SCR催化器系统的在所述两个SCR催化器之间的氨质量流或者氨浓度。

　　图2示意性地示出另外的具有两个SCR催化器的SCR催化器系统，借助于根据本发明的一个实施例的方法能够求取该SCR催化器系统的在所述两个SCR催化器之间的氨质量流或者氨浓度。

　　具体实施方式

　　内燃机在其排气管路10中具有SCR催化器系统，该SCR催化器系统在图1中示出。其氮氧化合物排放量NOxUs被导入到这个SCR催化器系统中。该SCR催化器系统具有第一SCR催化器21和第二SCR催化器22。第一计量单元31布置在第一SCR催化器21的上游，利用该第一计量单元能够将尿素水溶液喷射到排气管路10中，当废气的温度高时，从尿素水溶液中释放氨NH3Dos1。第二计量单元32布置在第二SCR催化器22的上游，以便从另外的尿素水溶液中释放另外的氨NH3Dos2。第一NOx传感器41在第二计量单元32的上游布置在SCR催化器21、22之间。第二NOx传感器42布置在第二SCR催化器22的下游。由于第一NOx传感器41对氨交叉敏感，因此，其信号SensDs1是用于氮氧化物NOxDs1Sens和氨NH3Ds1Sens的和信号。第二NOx传感器42也对氨交叉敏感。然而，能够假设在第二SCR催化器22的下游不出现氨，因此该第二SCR催化器只测量氮氧化物NOxDs2Sens。借助于模型能够估计在SCR催化器21、22之间的废气中氮氧化物NOxDs1Mdl和氨NH3Ds1Mdl的份额。

　　借助于特定的计量剂要求facDosEff，在SCR催化器系统中能够随时求取被计量的氨质量与被转化的氮氧化物质量的比例并且将该比例与化学比例进行比较。由此能够判断被计量的介质的氮氧化物还原能力。如果氨从第一SCR催化器21中漏出，则被转化的氮氧化物看起来变少，因为传感器信号SensDs1在第一SCR催化器21的下游除了包含氮氧化物份额之外还包含氨份额。在未发生氨泄漏的运行点中，第一SCR催化器21的特定的计量剂要求对应于两个SCR催化器的特定的计量剂要求。根据公式1能够计算仅关于第一SCR催化器21的特定的计量剂要求：

　　。

　　第一NOx传感器41不仅测量氮氧化物，由于其交叉敏感性还测量氨。因此，第一NOx传感器11显示的氮氧化物浓度能够部分归因于氨。以浓度（前缀r）为单位来撰写，根据公式2适用的是：

　　。

　　在这里假设，针对氨的交叉敏感性1:1作为以ppm为单位的氮氧化物显示。如果交叉敏感性不是1:1，则理论上在rNH3之前还放入系数，该系数映射这个交叉敏感性。

　　有效地有助于氮氧化物转换的被计量加入的氨量能够根据公式3换算成氮氧化物量，公式3理论上转换该氨量：

　　。

　　在这种情况下，是化学计量因子，是被转换的氮氧化物量。后者能够根据公式4由流入到SCR催化器21中的氮氧化物量和从中流出的氮氧化物量限定：

　　。

　　由公式3和4得出公式5，其中，是在第一氮氧化物传感器41处的氮氧化物质量，该氮氧化物质量能够借助于模型了解：

　　。

　　在公式6中也能够通过质量流而不是质量来限定公式5：

　　。

　　在以浓度为单位的公式7和8中能够转换所述质量流，其中，dmEG是废气质量流，或者分别是氨或者氮氧化物与所述废气质量流的化学计量比例：

　　。

　　由于等于与的商，因此得出公式9和10：

　　。

　　如果提出关于整个系统的特定的计量剂要求，则获得用于质量的公式11或者用于质量流的公式12。在此，在公式12中考虑在第二氮氧化物传感器42中能够假设，没有测量到在第二SCR催化器22的下游的氨，第二氮氧化物传感器42实际上仅测量氮氧化物：

　　。

　　如果在这里将所述质量流再次换算成以浓度为单位，则得出公式13：

　　。

　　如果仅利用第一SCR催化器21的平衡来计算用于整个系统的特定的计量剂要求，则这能够根据公式14限定为质量流或者根据公式15限定为浓度：

　　。

　　由公式13和公式15得出公式16：

　　。

　　由公式10和16得出公式17：

　　。

　　由公式2（用于第一SCR催化器21）和公式17得出公式18，借助于公式18能够由两个NOx传感器41、42的信号SensDs1、SensDs2、在第一SCR催化器21的上游的氮氧化物排放量NOxUs和两个氨计量加入量NH3Dos1、NH3Dos2计算两个SCR催化器21、22之间的氨浓度：

　　。

　　当rNH3Dos1=0时，由于仅借助于第二计量单元32进行氨计量，因此，在计算氨浓度时，忽略布置在第二SCR催化器23的下游的NOx传感器42的信号SensDs2，因为公式18被简化成公式19：

　　。

　　当rNH3Dos1=1时，由于仅借助于第一计量单元31进行氨计量，因此，在计算氨浓度时，忽略在第一SCR催化器21的上游的氨浓度，因为公式18被简化成公式20。在这种情况下考虑的是，布置在第二SCR催化器23的下游的NOx传感器42仅显示氮氧化物，从而使得由两个氮氧化物传感器41、42测量的氮氧化物浓度的差表明两个SCR催化器21、22之间的氨浓度。