用于確定還原劑滑脫的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于確定一特別用于移動式內(nèi)燃機的一排氣處理設備中還原劑 滑脫的方法。
【背景技術】
[0002] 為了避免在現(xiàn)代內(nèi)燃機、特別是柴油機組中由于燃燒引起的氮氧化合物的釋放， 實施所謂的SCR (選擇性催化還原）方法。為此使用SCR催化器，該催化器具有涂層，該涂層 能夠實現(xiàn)在相對較低溫度下的反應。在選擇性催化還原中使得氮氧化合物與氨發(fā)生反應， 因此形成氮和水。為了實現(xiàn)盡可能高的轉化率，希望提供用于反應的盡可能多的氨。然而 同時需要的是，盡可能少的氨離開SCR催化器或排氣處理設備，因為少量的氨就已經(jīng)對人 的嗅覺造成干擾。以化學計量方式添加氨因此提供了最佳的添加量。為了接近該最佳值， 已經(jīng)已知了多種方法，然而這些方法要么適配緩慢要么在轉化的體積或使用的氨方面效率 較低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 由此出發(fā)，本發(fā)明的目的是至少部分地克服現(xiàn)有技術中已知的缺點和/或問題。 該目的通過獨立權利要求的特征來實現(xiàn)。有利的改進方案是從屬權利要求的內(nèi)容。
[0004] 本發(fā)明涉及一種用于確定排氣處理設備中還原劑滑脫（滑移）的方法，該排氣處 理設備具有至少以下部件：
[0005] -SCR 催化器；
[0006] -沿排氣流方向布置在該SCR催化器上游的、用于還原劑的添加（計量）點；
[0007] -沿排氣流方向處于SCR催化器上游的、用于測定氮氧化合物的量的裝置；和
[0008] -沿排氣流方向處于SCR催化器下游的第二氮氧化物傳感器。
[0009] 對于所述裝置和第二氮氧化物傳感器而言，還原劑和氮氧化合物是不能區(qū)分的。 通過調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)添加到排氣處理設備的還原劑的量，該調(diào)節(jié)元件具有內(nèi)置的調(diào)節(jié)部分。 所述方法至少具有以下步驟：
[0010] a)確定所述裝置的傳感器信號和所述第二氮氧化物傳感器的傳感器信號之間的 差值；
[0011] b)由該差值和調(diào)節(jié)器的目標值確定調(diào)節(jié)偏差；
[0012] d)確定內(nèi)置的調(diào)節(jié)部分的梯度；
[0013] e)當調(diào)節(jié)偏差超過第一閾值且梯度超過第二閾值時，確認還原劑滑脫。
[0014] 要避免的還原劑滑脫特別在以高于化學計量的方式添加氨或還原劑或還原劑前 體的情況下產(chǎn)生，特別產(chǎn)生了一種尿素水溶液，例如具有32. 5%的尿素含量的AdBlue?。 在此，尿素水溶液以熱的方式在排氣中（熱解作用）和/或以水解的方式在水解催化器中 被轉化為氨和水。該以高于化學計量的方式的添加一方面可以通過所需要量與待添加量之 間的偏差產(chǎn)生，和/或通過在能存儲氨的SCR催化器上的溫度變化產(chǎn)生，因為存儲能力隨溫 度變化。還原劑滑脫也可以單獨地通過存儲催化器的溫度變化產(chǎn)生。
[0015] SCR催化器特別是（例如陶瓷的）蜂窩體，排氣可流過該蜂窩體且該蜂窩體具有盡 可能大的表面。在SCR催化器的與排氣流接觸的表面上設有涂層，該涂層降低氨與氮氧化 合物之間的氧化還原反應的反應溫度。此外可以在SCR催化器上設有涂層，該涂層可以貯 藏未消耗過的氨，并因此使得SCR催化器具有存儲能力。這種涂層也可以設置在結構上分 開的存儲催化器中。在本申請中，SCR催化器和存儲催化器也在結構上分開的情況下被共 同稱為SCR催化器。在此要指出的是，該方法在使用有存儲能力的催化器時和在未設置有 存儲能力的催化器時都起作用。
[0016] 沿排氣流方向在SCR催化器上游設有用于還原劑的添加點（閥、噴射器等），從而 在SCR催化器中提供了用于SCR反應的氨氣。通常還原劑前體被注射到排氣中，首先在排 氣中完全蒸發(fā)并由此在那里被轉化為氨。
[0017] 此外，排氣處理設備具有沿排氣流方向在SCR催化器下游的第二氮氧化物傳感 器。在排氣的脈動式流動的情況下，表述"排氣流方向"是指在排氣處理設備中從內(nèi)燃機到 排氣管出口朝向環(huán)境的那個方向。
[0018] 此外，排氣處理設備具有沿排氣流方向在SCR催化器上游的、用于測定氮氧化合 物的量的裝置。該裝置例如可以是第一氮氧化物傳感器，它基本上與第二氮氧化物傳感器 結構相同且區(qū)別僅在于其相對于SCR催化器的位置與第二氮氧化物傳感器不同。該測定裝 置但也可以是排氣模型，該排氣模型基于源自實踐的試驗數(shù)據(jù)計算或基于"查閱"表為存儲 的輸入值提供相對應的存儲的輸出值。
[0019] 為了說明，需要指出的是，用于測定氮氧化合物的量的裝置可以包括沿排氣流方 向在SCR催化器上游的第一氮氧化物傳感器。由于排氣沿流動方向首先到達第一氮氧化物 傳感器（在SCR催化器上游）并隨后到達第二氮氧化物傳感器（在SCR催化器下游），因此 選擇了名稱"第一"和"第二"氮氧化物傳感器。如果該用于測定氮氧化合物的量的裝置不 具有氮氧化物傳感器，則排氣處理設備也可以具有僅一個唯一的（在此也被稱為"第二"） 氮氧化物傳感器。
[0020] 至少對于第二氮氧化物傳感器而言，并且也在使用第一氮氧化物傳感器的情況 下，還原劑和氮氧化合物是不能區(qū)分的。也就是說，當?shù)趸飩鞲衅魈綔y到還原劑（也就 是說特別是氨氣）時，氮氧化物傳感器發(fā)出與在探測到氮氧化合物時相同的測量信號。如 果第一氮氧化物傳感器布置在用于還原劑的添加點的上游，則測量結果基本上與在SCR催 化器上游的氮氧化合物量的基于模型的計算相同，因為在此還不存在還原劑。
[0021] 還原劑的添加量通過調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)元件原則上將轉化率與未來要添加的 還原劑添加量進行調(diào)整。在該調(diào)節(jié)元件中設有內(nèi)置的調(diào)節(jié)部分，該調(diào)節(jié)部分實現(xiàn)了記憶功 能：通過將調(diào)節(jié)器輸入量值集合在一起，調(diào)節(jié)器輸出量值被通過平均輸入量值修正，并因此 出現(xiàn)了在調(diào)節(jié)運行期間進行抑制的調(diào)節(jié)器作用，其不允許相對于輸入量值的平均值的過大 偏差。如果在調(diào)節(jié)元件中放棄有差值的部分，則實現(xiàn)了快速且精確的調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器特別 快速地達到期望的輸出量值并在運行期間具有穩(wěn)定的進程。
[0022] 為了能夠完全充分利用調(diào)節(jié)元件的性能，提出下面的方法步驟：首先借助于第一 差分算子（Differenzoperator)算出傳感器信號之間的或者在SCR催化器上游的氮氧化合 物量和在SCR催化器下游的氮氧化合物量的模型的輸出值之間的差值。隨后通過另一個差 分算子算出調(diào)節(jié)器（用于達到化學計量的最佳值）的（存儲的和/或算出的）目標值的差 值中的調(diào)節(jié)偏差。調(diào)節(jié)器的目標值在此也可以設置在化學計量的最佳值之下或化學計量的 最佳值之上，其中需要考慮的是，是否設有存儲催化器，以何種程度將其并入模型中和/或 通過常用的抑制催化器（Sperrkatalysator)(-種布置在SCR催化器下游的氧化催化器） 能夠達到何種程度的轉化。
[0023] 在可被并行于步驟a)和b)實施的另一個步驟中，確定內(nèi)置的調(diào)節(jié)部分的梯度 (斜率，Gradient)。該梯度反映了內(nèi)置的調(diào)節(jié)部分的隨時間變化的速度。如果梯度的值大， 那么必須以內(nèi)置的調(diào)節(jié)部分的大的變化為出發(fā)點。而如果梯度小，則調(diào)節(jié)器在一穩(wěn)定范圍 內(nèi)或接近于預定的目標值的范圍內(nèi)工作。預定的目標值例如由相應的法律要求得出。這些 要求針對的是馬達的應用領域和未處理的排放（在沒有有效的排氣處理情況下的排放）。 通過法律要求也可以按百分比確定預定的目標值。例如，目標值是排氣中的氮氧化物相對 于未處理的排放降低了 80%。例如，在實施所述方法的范圍內(nèi)（視排氣質(zhì)量流和噴入的液 態(tài)添加劑的量而定），在5至180秒的時間段內(nèi)容許下降到65% (以及噴入的液態(tài)添加劑 的量上升到1.3至1.4倍）。
[0024] 如果所測定的調(diào)節(jié)偏差現(xiàn)在超過（和/或達到）第一閾值且內(nèi)置的調(diào)節(jié)部分的梯 度也超過第二閾值，則由此推斷出存在還原劑滑脫（氨氣穿過SCR催化器）。配料量相應地 通過調(diào)節(jié)器降低。這種假設基于以下關系：至少第二氮氧化物傳感器在由于以高于化學計 量的方式添加而從SCR催化器中泄漏出的還原劑與氮氧化合物之間沒有加以區(qū)分。如果假 設還原劑已被以低于化學計量的方式添加并分別被完全轉化，也就是說沒有出現(xiàn)滑脫，則 第二氮氧化物傳感器僅探測了氮氧化合物；特別是針對關于化學計量的添加量的差異的數(shù) 值。在這種情況下，調(diào)節(jié)元件將添加量提高至調(diào)節(jié)器的目標值，例如化學計量的最佳值。
[0025] 但是如果比能夠轉化的還原劑添加更多的還原劑，則第二氮氧化物傳感器探測一 部分還原劑并可能探測一部分氮氧化合物。在不注重閾值的情況下，還原劑的添加量可能 繼續(xù)提高，