CN102027212A - 氮氧化物排放模型的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于校正一种对排放气体中含有的氮氧化物进行选择性催化还原所注射的还原剂的量进行确定的模型的方法，包括以下步骤：根据排放的氮氧化物的量和初始数学模型确定注射的还原剂的量；借助于对在催化装置输出端的气体的量和/或性质的测量，确定还原反应是否在适当的条件下被实行；如果检测到异常，则修改注射的还原剂的量；如果该方法的使用导致同样性质的连续修改的次数超过事先确定的值N：校正所述模型，且由校正的模型代替初始数学模型。

Description

氮氧化物排放模型的校正方法

技术领域

本发明是关于对机动车的排放气体进行处理的领域，尤其是使用在车的排气管上注射还原剂的排放气体处理***。

更具体地说，本发明涉及用于在装有对由柴油发动机排放的氮氧化物进行处理的***的机动车中使用的方法，所述处理通过使用还原剂例如氨还原剂对氮氧化物进行选择性催化还原而实现。

背景技术

这样的处理***允许对排放的气体进行处理以为了符合越来越低的法定的排放水平。

本发明找到在安装有该类处理***的机动车中有利但不是唯一的应用，在所述机动车中还原剂，例如氨还原剂被例如以液态尿素的形式储存在水溶液储存器中。

通过使用选择性催化还原反应由氨对氮氧化物进行还原是一种在固定工厂中被广泛应用的方法。将所述方法应用在汽车领域的困难在于还原剂在车中的储存。

若干种方案被开发以为了允许还原剂例如氨还原剂在车内储存。同样也考虑到以固态尿素，液态尿素或氨基甲酸铵的形式装运氨。

选择性催化还原***，所谓SCR，通常包括催化装置，该催化装置是一个或多个由氨对氮氧化物进行还原的化学反应的所在处(siege)且在以下以催化装置SCR的术语表示。

然而，已经证实，为了对氮氧化物进行最有效的处理，直接在化学反应所在处(siege)的催化装置SCR中储存氨是有用的。不过，催化装置SCR的容量不允许储存足够量的还原剂以保证车的可接受的最大行程。因此，在现有的***中，使用与催化装置SCR不同的还原剂储存器，且为了储存而将还原剂注射到催化装置中可以通过数学模型进行调节，该数学模型中的一个输入参数是由发动机排放的氮氧化物的量。

然而，已经证实，在车的寿命期间，储存特性是变化的，尤其是根据年数的增加储存的能力降低。因此，需要持久地控制还原剂在催化装置中的注射。

首先，考虑的方法是在每个注射的瞬间通过增加或减少借助于数学模型计算出的量来修改注射。因此，借助于氮氧化物传感器确定催化装置输出端排放的气体的性质。这样，如果输出端排放的气体是氮氧化物，这就表示注射的还原剂的量不足以还原所有的氮氧化物，如果情况相反，排出的气体是还原剂例如氨，这就表示在催化装置的上游已经注射了足够量的还原剂。

然而，同样可能的是，观测到的注射过多或注射不足不是催化装置老化，而是***中确定还原剂注射量的数学模型中出现错误。

发明内容

为了纠正这种错误，本发明旨在提出确定模型的校正方法，在该方法中，如果证实需要对还原剂的量进行多个校正，则直接进行对确定数学模型的校正。

因此，本发明涉及为了对排放气体中含有的氮氧化物，尤其是对由机动车的热发动机排出的气体进行选择性催化还原而注射的还原剂的量进行确定的确定模型的校正方法，该方法包括根据排放的氮氧化物和数学模型对要注射的还原剂的量进行确定的步骤，所述模型通常被记录在车中装载的处理器的存储器中；借助对在催化装置输出端排出的气体的量和/或性质的测量，确定实行还原反应条件的特征或不适当性的步骤；如果检测到异常，修改注射还原剂的量，且如果使用该方法导致多次大于事先确定的N值的相同性质的连续修改，则校正数学模型且用校正的模型代替原先的数学模型。

以优选地方式，确定反应是否在适当的条件下被实行的步骤包括以下步骤：根据对在催化装置输出端的气体的量的测量，确定对应还原剂的确定注射量的氮氧化物的转化效率的步骤，将该所谓真实转化效率与要求的最低效率进行比较的步骤，且如果要求的效率与真实的效率之间的差超过事先确定的阈值，检测异常存在的步骤。

在本发明的实行中，如果在所述方法出现情况过程中实行的还原剂的量的修改与前次出现情况过程中实行的修改具有相同的性质，则增加由处理器管理的计数器用于所述方法的实行，而如果修改的性质与前次出现情况过程中实行的修改的性质不同，则将计数器的值赋为零。

根据本发明的实行，对数学模型的校正在于运用与由随车的运行状况变化的参数加权而事先确定的校正系数相符合的校正系数。

在本发明的实行中，事先确定的校正系数在连续修改增多的情况下为正系数，而在连续修改减少的情况下为负系数。

此外，在实行例中，变化参数允许根据发动机转速和发动机扭矩对校正系数进行加权。

在有利的实行中，所述加权由运行区域的确定而实行，该运行区域由发动机转速的值的幅度和发动机扭矩的值的幅度所定义，且变化参数的变化规律，例如参数值的定义，在每个区域的内部是不变的且代表在一定期间内相对于总的时间来说在该区域中度过的时间部分。

度过的时间部分，例如，在数学模型的每次校正中被重新赋值，这样，一定期间被定义为数学模型前一次校正和本次校正之间的期间。

本发明同样是涉及设置在机动车内的排放气体的处理***，该处理在于在催化装置中对排放气体中含有的氮氧化物通过储存在储存器中的或注射在排气管中的还原剂进行选择性催化还原，所述***包括确定注入还原剂量的数学模型且包括和遵循本发明的确定方法的使用方式。

附图说明

本发明其他的特点和优点将伴随着几个实行方式的具体描述而出现，该描述借助于示图以非限制性方式被实行，示图中：

●图1a和1b示出了机动车中向导策略SCR(Strategie de pilotage SCR)的功能结构，

●图2展示了异常检测过程和注射修改过程的进程，例如在根据本发明所述的方法中的使用，

●图3示出了根据本发明所述的方法的时间进程，

●图4是以详细方式示出在根据本发明所述的方法的框架下数学模型校正的块形示意图。

具体实施方式

图1示出的是在机动车中向导策略SCR(Strategie de pilotage SCR)运用的模块1的功能结构。以下描述的结构是在使用还原剂，如氨还原剂，或更确切地说是使用储存在储存器或注射在排气管中的尿素解决方案的情况下，考虑到排气管中的热量，该尿素解决方案转化成继而与NOx反应的氨。然而，所述结构绝不限于该特殊情况且可适用于所有其他的还原剂。

在接下来的描述中，术语“还原剂”和“氨”是通用的，需知，在所有情况下，这里描述的所有方法和特征可以使用所有其他的还原剂。

这样的策略通常由为此安装在机动车中的特殊计算机所运用，或由已存在的计算机，如发动机计算机所运用。

在运行水平上，向导策略(Strategie de pilotage SCR)的总运用的模块1可以被分为两个补充模块：尿素注射向导(pilotage)的模块2和装载尿素控制的模块3。

尿素注射向导(pilotage)的模块2被用于确定在排放的每个瞬间要注射的尿素量。所述确定通过装载尿素控制的模块3所提供的将在下面进行详细描述的整体信息而被实行。

模块3负责保证所述注射，且在该框架下，模块3也负责管理尿素储存器。在该模块的功能中，可以列举出允许在结冰的情况下重新加热尿素的功能。

本发明的目标在于提出还原剂消耗控制的方法，且本发明用于被纳入在装载尿素控制的模块3中。

以更确切的方式说，该控制模块3本身包括三个子模块，即装载诊断的模块10，计算注射尿素需要量的模块11和注射尿素量的闭环控制的模块12。

模块10是允许实时检查排出气体的后处理***运行状况的模块。

模块11在每个瞬间确定需要在排出气体中注射尿素以获得氮氧化物最有效的还原的尿素量。该计算通过与发动机相关的或与排气相关的参数而被实行，所述与发动机相关的参数例如，转速或转矩，所述与排气相关的参数例如，催化装置的温度或排出气体中一氮氧化物量和二氮氧化物量之间的比率。该计算的目标是在保持氨的排放在规定的阈值之下的同时优化在发动机输出端排出的氮氧化物的转化效率。

至于模块12可能例如根据由安装在催化装置SCR输出端的氮氧化物传感器实行的测量来校正由模块11确定的尿素的量。该校正尤其允许将催化装置的老化考虑在内。

本发明的目标在于被纳入到计算注射尿素需要量的模块11中。根据本发明所述的校正方法的运行将以通常的方式借助图2被描述。该图2没有示出该方法的预备步骤，该预备步骤在于确定注射还原剂最初的量和将该量进行注射。

首先，在步骤20时，使用气体传感器确定在催化装置SCR输出端出现的气体的性质。事实上，如果还原化学反应被完全地且在化学计算的条件下实行，正常地排出在催化装置输出端的唯一气体是氮气。相反，如果还原剂注射过多或还原剂注射不足，输出端排除的气体将分别是氨气和氮氧化物。这样，通过使用其形式为输出信号取决于气体性质的传感器，在步骤21时，可能检测异常的存在。

步骤21中的这样的检测开启了允许清晰地识别异常性质的过程。

在所有深入分析开始之前，首先在步骤22中检验车处于正常运行区域中。事实上，如果车处于不正常的状态，对还原催化装置输出端的异常的检测无需反映定量过程的机能障碍。因此，优选地是，不考虑在这种情况下实行的测量，且位于状况23中的方法是不采取任何行动。

相反，如果车处于正常的运行状态，为了取得所需的正确的测量，需要分析异常。为了确定异常是否归咎于注射过多或注射不足，在步骤24中，假设转化效率相对于期望的效率是不足的，即注射的还原剂的量不足以将所有在发动机输出端排出的氮氧化物转化。

因此在步骤25中，实行允许纠正该假定异常的修改。该修改在于，例如，增加还原剂的注射量。在该修改之后，在催化装置的输出端实行新的测量，以为了在步骤26中确定补充注射的效果。

如果在增加还原剂的注射量之后，证实转化效率有所改善，这就表示开始的假设是正确的。因此，在步骤27a中继续增加注射量直到在步骤28a中检测到能够接受的效率的恢复。

相反，在步骤25中的注射量的增加没有导致效率的改善，这就表示实行注射量不足的假设是错误的。在这种情况下，需要在步骤27b中立即切断注射直到储存在催化装置SCR中的所有还原剂被解吸(步骤28b)。在恢复到可接受的转化效率且不影响氨向大气中的排放之前，该解吸相对冗长(步骤30)。

当转化效率恢复到正常状态，无论是否已经检测到异常，在步骤29中存储实行的修改的性质，即注射的增加和/或注射的减少/中断。

该实行修改的存储在根据本发明所述方法的使用框架下允许检测多个同样性质的连续修改，所述多个同样性质的连续修改导致需要对计量确定的数学模型直接进行修改。

使用该存储的所述方法的时间进程(deroulement chronologique)示出在图3中。在时间轴上显示不同的出现情况，在这些情况过程中实行，例如检测注射不足的诊断(诊断1，...，诊断i...，诊断n)，且在这些过程中实行允许纠正注射不足问题的校正(校正1，...，校正i...，校正n)。所述实行的校正记录在允许使用所述方法的处理器的存储器中。

这样，当同样性质的连续校正的次数达到事先确定值n时，对用于对还原剂定量的数学模型进行校正33。该校正33在于根据发动机处于的运行阶段运用校正系数。这样的校正系数与事先确定的由随车的运行状况变化的参数加权得到的校正系数是一致的。

为了设立变化参数，确定发动机运行的四个不同区域，发动机转速的变化区间和发动机扭矩构成所述区域的特征。这样，在诊断/校正的不同出现情况的过程中，测量在每个所述发动机区域中度过的时间以为了建立允许确定车在每个区域中度过时间的百分比的制图。所述百分比显然是正是Xi的总和等于100％。

所述四个发动机区域与正常运行区域是一致的，正如对图2的描述中所提到的一样。

借助于图4中示出的块状示意图对应用在数学模型中的校正示例33进行详解。

允许确定发动机输出端排放的氮气量的数学模型40被记录在根据本发明所述的处理器的存储器中。该数学模型允许根据发动机的运行参数确定排放的氮氧化物的量41。

已知是选择性的还原化学反应，可以由氮氧化物的量确定允许在化学计量的条件下进行反应的氨或还原剂的量。

然而，在本发明的框架下，需要在将校正参数43应用到计算的氧化物的量41的同时对数学模型进行校正。该校正参数等于以下述方式计算的Cor1，Cor2，Cor3和Cor4的值的其中之一：

Corinew＝Coriold+CorMax*X％，其中

Corinew是对处于运行区域i中的车所计算的校正值，Coriold是对于运行区域i通过方法的前次使用所计算的校正值。CorMax是根据处理***的不同参数事先确定的常数，其与上述校正系数一致。当导致校正的诊断显示注射不足时，CorMax为正的常数；相反，当诊断显示注射过多时，CorMax为负的常数。

X％与上述变化参数一致，且代表正如上述图3中描述的方式确定的区域i的时间部分。

所述X％在每次模型校正或在每次与前次出现情况中实行的修改的性质不同的注射修改中被重新赋予值，例如，如果检测到注射不足则提高所注射的还原剂的量，随着检测到注射过多则减少注射或中断注射。

如在本发明中定义的方法允许在限制向大气中排放有害气体，例如氨气的同时保持***SCR的效率。

另外，这样的方法允许节约位于***SCR上游的补充的氮氧化物传感器的成本。事实上，在本方法中，发动机排放的氮氧化物的量由可能在本方法的使用框架下被修改的数学模型所确定。

Claims (9)

1.用于校正一种对在排放气体中含有的氮氧化物选择性催化还原的所注射的还原剂的量进行确定的模型的方法，包括以下步骤：

-根据排放的氮氧化物的量和初始数学模型确定注射的还原剂的量，

-借助于对在催化装置输出端排出的气体的量和/或性质的测量，确定还原反应是否在适当的条件下被实行，

-如果检测到异常，则修改注射的还原剂的量，

-如果该方法的使用导致同样性质的连续修改的次数超过事先确定的值N：

●校正所述数学模型，且

●由校正的模型代替初始数学模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定还原反应是否在适当的条件下被实行的步骤包括以下步骤：

-根据对在催化装置输出端的气体的量的测量，确定对应还原剂的确定注射量的氮氧化物的转化效率，

-将该所谓的真实的效率与要求的最低效率进行比较，且

-如果要求的效率与真实的效率之间的差超过事先确定的阈值，检测异常的存在。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果在所述方法出现过程中实行的还原剂的量的修改与前次出现情况过程中实行的修改具有相同的性质，则对用于所述方法实行的计数器进行累加，而如果修改的性质与前次出现情况过程中实行的修改性质不同，则将计数器的值赋为零。

4.根据权利要求1或2所述的方法，应用于对由机动车发动机排放的气体进行处理，其中对数学模型的校正在于运用与随着车的运行状况变化的参数加权而事先确定的校正系数相符合的校正系数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，事先确定的校正系数在连续修改增多的情况下为正系数，而在连续修改减少的情况下为负系数。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，变化参数允许根据发动机转速和发动机扭矩对校正系数进行加权。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加权由运行区域的确定而实行，所述运行区域由发动机转速的值的幅度和发动机扭矩的值的幅度所定义，且变化参数的变化规律例如参数值的定义在每个区域的内部是不变的且代表在一定期间内相对于总的时间来说在该区域中度过的时间部分。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，度过的时间部分在数学模型的每次校正中被重新赋值，一定期间因此被定义为数学模型前一次校正和本次校正之间的期间。

9.设置在机动车中的排气处理***，该处理在于在催化装置中对排放气体中含有的氮氧化物通过储存在储存器中的或注射在排气管中的还原剂进行选择性催化还原，所述***包括确定注入还原剂量的数学模型，且包括遵循本权利要求1至8其中之一项所述的方法的使用方式。

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