CN109538335A - 用于对scr催化器的温度进行控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于路线信息对用于内燃机的SCR催化器的温度（TSCR）进行控制的方法，所述路线信息从计算机网络中调用。

Description

用于对SCR催化器的温度进行控制的方法
技术领域
本发明涉及一种用于借助于从计算机网络（也作为“云”而为人所知）中调用的路线信息对SCR催化器的温度进行控制的方法。此外，本发明涉及一种计算机程序，该计算机程序当其计算设备上运行时实施所述方法的每个步骤，并且本发明涉及一种机器可读的存储器介质，该存储器介质存储有所述计算机程序。最后，本发明涉及一种电子控制设备，该电子控制设备被设置用于：从所述计算机网络中调用路线信息并且控制所述SCR催化器的温度。
背景技术
目前，在对内燃机的废气进行后处理时，使用SCR方法（Selective CatalyticReduction、选择性催化还原）以使废气中的氮氧化物（NOx）还原。DE 103 46 220 A1描述了基本原理。在此，将32.5%的尿素-水-溶液（HWL）-商业上也作为为人所知-配入到废气中。典型地为此设置了具有配量模块的配量***，以用于将所述HWL在SCR催化器的上游配入到废气流中。从所述HWL中裂解出氨，所述氨随后在所述SCR催化器的反应的表面上被结合。在那里氨与氮氧化物化合，从中产生水和氮。所述HWL借助于具有输送泵的输送模块从还原剂储槽中通过压力管路来输送给配量模块。
所述SCR催化器的转化率强烈地取决于所述SCR催化器的温度。至少在所述在运行中典型地使用的、比如200℃到500℃的温度窗口之内，所述转化率随着温度的升高而增加。
此外，所述HWL在低温中冻结。比如，所述经常使用的溶液的冰点大约为-11℃。为了能够利用所述HWL，在这种情况下必须事先将所述HWL解冻。已知不同的、用于将所述HWL解冻或者用于防止所述HWL冻结的方法和装置。
发明内容
本发明涉及一种用于尤其机动车中的内燃机的SCR***的SCR催化器。所述SCR催化器布置在内燃机的废气系中并且影响着废气。所述SCR***包括SCR催化器和配属于所述SCR催化器的输送及配量***。对于这种输送及配量***来说，将还原剂溶液通过输送模块从还原剂储槽中输送出来并且通过配量模块来输送给所述SCR催化器。所述方法用于控制所述SCR催化器的温度，借助于所述SCR催化器的温度能够改变用于氮氧化物的转化率。所述控制根据路线信息进行，从所述路线信息中比如能够预测路线的长度、行驶时间、路线分布、马达运行范围、路线上的交通流量（Verkehrsaufkommen）以及类似情况。所述路线信息在此从也在“云”这个概念下为人熟知的计算机网络中调用。借助于这些路线信息，比如对电子的控制设备来说能够获取用于内燃机、SCR催化器和输送及配量***的运行条件。这样的运行条件能够比如是行驶长度和行驶持续时间、马达的所预测的负荷和转速、车辆的速度以及因此所预测的废气质量流。在此基础上，能够使所述SCR催化器的温度的控制机构提早对路线情况作出反应。
作为结果，能够如此控制所述SCR催化器的温度，从而保证了氮氧化物的最佳的还原。此外，能够在加热之后维持所述SCR催化器的温度。另一方面，能够在特定的运行条件下降低能量/燃料消耗。属于这些特定的运行条件的比如是下述情况：行驶路线太短，以至于不能及时对所述SCR催化器进行加热。此外，其他的路线情况可能导致下述结果：对于所述SCR催化器的加热是不利的。在这些运行条件下，能够放弃对于所述SCR催化器的加热。在这种情况下，氮氧化物排放的降低而后比如只能通过可选存在的氮氧化物-存储式催化器（NSC-Nitrogen oxide Storage Catalyst）来进行。除此以外，如果所述加热由于路线情况而不能进一步得到加速，则能够放弃额外的措施。
为了将所述氮氧化物排放保持低的水平，经常需要所述SCR催化器的温度的快速的变化。所述温度的变化能够优选通过两种也能够相互补充的方式来实现：一方面能够改变被喷射到内燃机中的燃料质量。如果要提高所喷射的燃料质量，那么这就引起从所述内燃机中流出的废气的温度的提高。所述废气的热而后对所述SCR催化器进行加热。在此，根据所述路线信息获取所述燃料的合适的质量和/或合适的质量流。利用这项措施能够降低燃料消耗。另一方面，能够设置电加热元件，借助于所述电加热元件能够改变所述SCR催化器的温度。比如所述电加热元件能够布置在还原剂储槽中并且在那里对还原剂溶液进行加热。最后，通过所配入的经过加热的还原剂溶液，能够对所述SCR催化器进行加热。对于所述电加热元件的控制根据所述路线信息执行。利用这项措施，能够降低用于运行所述电加热元件的电能，从而用于向所述电加热元件供电的电池更加缓慢地放电。
根据一个方面，所述SCR催化器的加热时间能够借助于所述路线信息来控制。在将所述SCR催化器从低的温度、尤其是从在起动所述内燃机时的温度加热直至所期望的更高的运行温度所经过的时间被称为加热时间，其中所述SCR优选以所述更高的运行温度来运行。如果在所计划的路线上不存在足够的区段，在所述区段中所述SCR催化器通过马达负荷达到其运行温度，那就能够额外地喷射燃料以降低加热时间。相应地，所述氮氧化物的还原已经更早地进行，从而降低氮氧化物排放。能够额外地如已经提到的那样接通电加热元件以进一步降低加热时间。尤其对于短的路线来说，因此对于短的路线和/或短的行驶持续时间来说，由此对于所述SCR催化器而言能够快速地达到所期望的运行温度。如果借助于所述路线信息识别出所述加热时间不（再）能显著地得到缩短这样的相反的情况，那能够放弃以额外的喷射的燃料和/或加热元件的形式进行的不必要的加热。由此，能够节省用于运行加热元件的燃料和/或电能。
根据另一个方面，能够在小的马达负荷的情况下维持所述SCR催化器的温度。由于小的马达负荷，所述废气的温度能够下降并且由此所述SCR催化器的温度也能够降低，这引起以下结果：转化率同样下降。所述小的马达负荷比如在“停止并且行走”-运行中、在城市交通中或者在低的行驶速度的情况下出现。从所述路线信息中能够预测这样的行驶条件。控制机构能够提早地作出反应，从而能够维持所述SCR催化器的温度。为此，比如像已经描述的那样通过额外地喷射的燃料并且/或者借助于所述电加热元件来额外地向所述SCR催化器输送热。作为结果，即使在小的马达负荷的情况下也能够在较长的时间范围内保持所述运行温度。此外，所述SCR催化器在小的马达负荷的情况下也是可供使用的并且在小的马达负荷时防止所述SCR的效率变差。由此降低氮氧化物排放。
在低的温度的情况下，还原剂溶液可能会冻结。冻结的还原剂溶液不能被配入到所述SCR催化器中并且因此要解冻。解冻时间表示下述时间，在所述时间内所述还原剂溶液从冻结的状态、也就是从固体相转变为液态相。根据一个方面能够规定，借助于所述路线信息来控制所述还原剂溶液的解冻时间。如果所述还原剂溶液在所计划的路线期间不（完全）解冻，那就能够以本身熟知的形式来向所述输送及配量***输送额外的热。优选通过布置在所述还原剂储槽中的电加热元件来向所述还原剂储槽和存放在其中的还原剂溶液输送额外的热。由此缩短所述还原剂溶液的解冻时间并且能够将所述还原剂溶液提早地配入到所述SCR催化器中，由此减少所述氮氧化物排放。如果从所述路线信息中看出所述还原剂溶液在所计划的路线上不会解冻，那就能够放弃热的供给，由此节省能量。
优选能够使所述SCR催化器的加热时间和所述还原剂溶液的解冻时间同步。根据所述路线信息以已经描述的形式如此向所述SCR催化器和所述输送及配量***输送热，使得所述SCR催化器的加热时间和所述还原剂溶液的解冻时间彼此相符并且在所述SCR催化器已经达到其所期望的运行温度时，所述还原剂溶液基本上于是刚好解冻。通过这种同步，所述SCR***同时准备好投入运行并且能够降低氮氧化物排放。优选在进行同步时使较长的时间与较短的时间相匹配，从而能够使所述SCR***可以尽快地准备好投入运行。
从所述路线信息中能够识别出下述情况：在所计划的路线上要么所述SCR催化器不能被加热到运行温度，要么所述还原剂溶液不能解冻，因此所述SCR***不能及时地投入使用。在这种情况下，能够放弃对所述SCR***的两个组件、也就是所述SCR催化器和所述输送及配量***的供热，由此能够节省燃料/能量，否则会浪费所述燃料/能量，因为所述SCR***不能投入使用。例如，在比如由于所计划的路线太短而没有达到所述SCR催化器的加热时间时，能够放弃对所述还原剂溶液的解冻。另一方面，在没有达到所述还原剂溶液的解冻时间时，能够放弃对于所述SCR催化器的加热。
此外，所述SCR催化器的温度能够根据至少一个其他的催化器的运行参数借助于所述路线信息来控制，所述其他的催化器可选地布置在废气系中并且作用于废气。这样的催化器比如能够是氮氧化物-存储式催化器（NSC-Nitrogen oxide Storage Catalyst）、稀薄-NOx-捕集器（LNT-Lean NOx Trap）和/或氧化催化器。所述SCR催化器的转化率在所述SCR催化器的高的温度的情况下为最大时，而所述氮氧化物-存储式催化器和所述稀薄-NOx-捕集器在低的温度范围内获得最佳的结果。借助于所述路线信息，能够找到不同的催化器的最佳的组合，在所述组合中在宽的温度范围内并且与此相对应地也在宽的负荷范围内实现氮氧化物排放的降低。
如已经提到的那样，所述路线信息能够从计算机网络中调用。优选所述路线信息能够通过无线的无线电连接从计算机网络中调用。特别优选地，所述无线的无线电连接是无线的互联网连接，所述无线的互联网连接能够通过所谓的“云计算”来访问所述计算机网络。由此，能够将所述路线信息存储在电子的控制设备的外部，这尤其在机动车中在移动的使用时是有利的。
为了得到用于预期选择的路线的路线信息，比如能够使用导航信号。此外，能够将已经驶过的路线一同考虑在内。
计算机程序被设置用于：尤其当所述计算机程序在计算设备或者控制设备上被执行时执行所述方法的每个步骤。这使得能够在传统的电子的控制设备中实现所述方法，而不必对其进行构造上的改动。为此，所述计算机程序被存储在机器可读的存储器介质上。
所述电子的控制设备被设置用于：尤其借助于无线的无线电连接、优选无线的互联网连接从所述计算机网络中调用所述路线信息。通过将所述计算机程序装载（Aufspielen）到这样的电子的控制设备上这种方式来得到所述电子的控制设备，该电子的控制设备被设置用于借助于所述路线信息来控制所述SCR催化器的温度。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在以下说明中进行详细解释。
图1示出了具有SCR催化器和输送及配量***的SCR***的示意性的构造，在所述SCR***中能够执行所述根据本发明的方法的一种实施例。
图2a到2c分别根据所述根据本发明的方法的一种实施例并且根据现有技术以曲线图示出了关于时间的图1的内燃机的输出温度（a）、氧化催化器的温度（b）和SCR催化器的温度（c）。
图3以曲线图示出了用于本发明的实施例的来自图2a到2c的曲线图的截取部分III的组合。
具体实施方式
图1示出了具有用于SCR催化器2和氧化催化器3的输送及配量***1的SCR***的示意性的构造，所述SCR***用于对机动车中的未示出的内燃机进行废气后处理。所述氧化催化器3和所述SCR催化器2先后布置在内燃机的废气系4中并且作用于由所述内燃机所排出的废气。在其它的实施例中，作为所述氧化催化器3的补充方案或者替代方案而设置了其他的催化器、像比如氮氧化物-存储式催化器（NSC）和/或稀薄-NOx-捕集器（LNT），所述其他的催化器与所述SCR催化器2一起作用于废气。通过所述废气系4和位于其中的废气来将热从所述内燃机经由氧化催化器3来运送至所述SCR催化器2。所述输送及配量***1具有输送泵11，该输送泵将还原剂溶液从还原剂储槽12经由压力管路13输送至配量阀14。在所述压力管路13中布置了对所述还原剂溶液进行过滤的过滤器15。而后通过所述配量阀14将所述还原剂溶液在所述SCR催化器2的上游配入到所述废气系4中。未被配入的还原剂溶液通过与所述压力管路13相连接的回流管路16流回到所述还原剂储槽12中。在所述回流管路16中布置有调节阀17，该调节阀根据所述还原剂溶液的温度调节穿过所述回流管路16流动的还原剂溶液。
此外，设置了还原剂-温度传感器18，该还原剂-温度传感器测量所述还原剂储槽12内部的还原剂溶液的温度。此外，在所述还原剂储槽12中布置有填充水平测量计19，所述填充水平测量计测量所述还原剂储槽12中的还原剂溶液的填充水平。除此以外，在这种实施方式中，在所述还原剂储槽12中布置有电加热元件8，所述电加热元件被设置用于对所述还原剂储槽12中的还原剂溶液进行加热。
在所述废气系4中在所述氧化催化器3的上游布置有第一温度传感器51，该第一温度传感器在那里测量从内燃机中流出的废气的输出温度TM。第二温度传感器52布置在所述氧化催化器3的下游并且在那里测量所述氧化催化器3的温度TOK。第三温度传感器53又布置在所述SCR催化器2的下游并且在那里测量所述SCR催化器2的温度TSCR。最后，在所述SCR催化器2的下游在所述废气系4中布置有λ-传感器41，该λ-传感器在那里获取燃烧空气比（λ值）。此外，设置有电子的控制设备6，该电子的控制设备至少与所述输送泵11和所述配量阀14相连接并且能够对其进行控制。此外，所述废气系4中的温度传感器51、52、53和λ-传感器41以及所述还原剂-温度传感器18和所述还原剂储槽12的填充水平测量计19与所述电子的控制设备6相连接并且向该电子的控制设备发送其所测量的数值。
所述电子的控制设备6被设置用于：从计算机网络7中调用路线信息。这样的计算机网络7也作为“云”为人熟知。为此，所述电子的控制设备6与接收器61相连接，所述接收器能够通过无线的无线电连接从所述计算机网络7中接收所述路线信息并且将其进一步传送给所述电子的控制设备6。在一种优选的实施例中，所述无线的无线电连接是无线的互联网连接，在所述无线的互联网连接中所述电子的控制设备6能够通过“云计算”来访问所述“云”（计算机网络7）。在另一种实施例中，所述接收器61能够被集成到所述电子的控制设备6中或者是其一部分。此外，所述接收器61也能够构造为收发器，也就是构造为接收器与发送器的组合，从而能够额外地将数据发送给所述计算机网络7。在其他的实施例中，设置了用于与所述计算机网络7进行通信的额外的发送器。
为了得到用于预期选择的路线的路线信息，比如能够使用卫星导航***、像比如GPS的导航信号。此外，能够将已经驶过的路线一同考虑在内。
所述路线信息给出比如关于以下方面的情况：
-待驶过的路线的长度；
-行驶时间；
-路线分布；
-马达运行条件；以及
-所述路线上的交通情况。
所述电子的控制设备从这些路线信息中尤其计算：
-行驶长度和行驶持续时间；
-内燃机的所预测的负荷和转速；
-车辆的速度；以及
-所预测的废气质量流。
在本发明的、下面要详细地解释的实施方式中，被喷射到内燃机中的燃料质量借助于所述电子的控制设备6根据所述路线信息来进行改变。所述电子的控制设备6与所述内燃机及其喷射装置以及所述电加热元件8相连接，并且根据所述路线信息控制所述SCR催化器2的温度TSCR。而后，如已经描述的那样将经过加热的还原剂溶液输送给所述SCR催化器2。作为结果，能够提高所述SCR催化器2的温度TSCR。
对于所述还原剂溶液的温度的调节通过所述电加热元件8、所述调节阀17和所述还原剂-温度传感器18借助于所述电子的控制设备6同样根据所述路线信息进行。如果所述还原剂溶液冻结-这对于通常所使用的尿素-水-溶液（AdBlue）来说自大约-11℃起发生，就能够改变所述还原剂溶液的解冻时间。
图2a到2c分别关于时间示出了通过所述废气系4中的温度传感器51、52、53所测量的温度的曲线图。在所述曲线图中的每张曲线图中，示出了根据现有技术的曲线-下面称为基础曲线-以及根据根据本发明的方法的一种实施方式的曲线-下面称为RWU曲线（RapidWarm Up、快速暖机）-，对于所述根据根据本发明的方法的一种实施方式的曲线来说与现有技术相比根据所述路线信息喷射额外的燃料质量。对于所述SCR催化器2的温度TSCR的控制根据所述氧化催化器3的运行温度来进行。在其它的实施例中，对于所述SCR催化器2的温度TSCR的控制根据其他的催化器、像比如氮氧化物存储式催化器（NSC）和/或稀薄-NOx-捕集器的运行温度来进行。所述其他的催化器最佳地降低了在低的温度范围内的氮氧化物排放，因而这些催化器与所述SCR催化器2形成最佳的组合，在所述组合中所述氮氧化物排放的降低在宽的温度范围内实现。
图2a示出了所述内燃机的输出温度TM的基础曲线510以及所述内燃机的输出温度TM的RWU曲线515。所述RWU曲线515在超越整个所考虑的时间段t的范围之外处于所述基础曲线510的上方。由此，一方面在整个时间段t的范围内达到更高的温度并且另一方面提早地达到所期望的温度值。
图2b示出了所述氧化催化器3的温度TOK的基础曲线520以及所述氧化催化器3的温度TOK的RWU曲线525。所述RWU曲线525也在此在超越整个所考虑的时间段t的范围之外处于所述基础曲线520的上方。同样，由此一方面在整个时间段t的范围内达到更高的温度并且另一方面提早地达到所期望的温度值。
图2c示出了所述SCR催化器2的温度TSCR的基础曲线530以及所述SCR催化器2的温度TSCR的RWU曲线535。所述RWU曲线535也在此在超越整个所考虑的时间段t的范围之外处于所述基础曲线530的上方。由此在整个时间段t的范围内达到更高的温度。此外，降低用于所述SCR催化器2的加热时间th。在该实施例中，所述SCR催化器2的所期望的运行温度TB_SCR应该为200℃。根据现有技术的SCR催化器2的温度TSCR的基础曲线530在97秒之后达到所期望的运行温度TB_SCR，其特征在于点531。根据本发明的实施例的SCR催化器2的温度TSCR的RWU曲线535则在点536处已经在57秒之后达到所期望的运行温度TB_SCR。也就是说，加热时间th为57秒并且由此比在所述基础曲线530中短了40秒。作为结果，能够由于缩短的加热时间th而已经早了40秒来减少氮氧化物。
所述曲线图的、在图2a到2c中标识的截取部分III在图3中组合地示出。在图3的曲线图中，根据本发明的在图2a到2c中示出的实施例示出了所述内燃机的输出温度TM的RWU曲线515、所述氧化催化器3的温度TOK的RWU曲线525以及所述SCR催化器2的温度TSCR的RWU曲线535。如已经解释的那样，根据所述路线信息将额外的燃料质量喷射到所述内燃机中，由此提高所述SCR催化器2的温度TSCR的变化并且因此缩短其加热时间th。图3中的曲线图被划分为三个窗口F1、F2、F3，在所述窗口中所述电子的控制设备6实施不同的控制方法。在第一窗口F1中对所述内燃机进行匹配以最小化碳氢化合物排放。为此，使用所述λ-传感器41的信号的λ控制机构处于怠速运行（Leerlauf）之中。以提高的压力来运行用于喷射燃料的喷射装置、比如高压燃料存储器（Common Rail、共轨式）。在所述内燃机上设定了降低了的推力（Schub）。此外，执行降低了的废气再循环。
在所述第二窗口F2中，所述氧化催化器3启动（anspringen）。如此控制所述内燃机，使得其输出温度TM得到提高。在所述输出温度TM的RWU曲线515中，可以识别出相应大的、从20秒处的140℃到30秒处的275℃的升高。此外，以提高的压力来运行喷射装置并且在所述内燃机上设定降低的推力。此外，执行燃料的质量校正。在该第二时间窗口F2中实施得到优化的废气再循环，通过所述废气再循环来提高所述内燃机的输出温度TM。此外，延迟地将燃料喷射到所述内燃机中。由此产生的不完全的燃烧由于热的未燃烧的燃料而引起所述内燃机的更高的输出温度TM。由于所述内燃机的升高的输出温度TM，所述氧化催化器3的温度TOk也升高并且最后所述SCR催化器2的温度TSCR也升高。
在第三时间窗口F3中，使用在整个氧化催化器3中存在的热以对所述SCR催化器2进行加热。因此，在所述氧化催化器3的温度TOK的、通过第二温度传感器52测量的曲线525中可以发现剧烈的升高。因此，相应的升高也可以在所述SCR催化器2的温度TSCR的曲线535中发现，来自所述氧化催化器3的热被传递到所述SCR催化器2上。在该第三时间窗口F3中，降低喷射装置中的压力并且提高所述内燃机上的推力。此外，进一步提高废气再循环程度。继续延迟地喷射燃料。此外，禁止辅助喷射，在所述辅助喷射中额外地喷射其他的燃料。在该第三时间窗口中，所述内燃机的输出温度TM达到其大约330℃的最大值并且不再升高。

Claims (11)

1.用于借助于路线信息对用于内燃机的SCR催化器（2）的温度（TSCR）进行控制的方法，所述路线信息从计算机网络（7）中调用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了改变所述SCR催化器（2）的温度（TSCR）而根据所述路线信息来改变所喷射的燃料质量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了改变所述SCR催化器（2）的温度（TSCR）而根据所述路线信息来控制电加热元件（8）。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述路线信息来控制所述SCR催化器（2）的加热时间（th）。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在小的马达负荷的情况下维持所述SCR催化器（2）的温度（TSCR）。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于所述路线信息来控制用于所述SCR催化器的还原剂溶液的解冻时间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据至少一个其他的催化器的运行参数借助于所述路线信息来控制所述SCR催化器（2）的温度（TSCR）。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过无线的无线电连接从所述计算机网络（7）中调用所述路线信息。
9.计算机程序，该计算机程序被设置用于执行根据权利要求1到8中任一项所述的方法的每个步骤。
10.机器可读的存储器介质，在其上面存储有根据权利要求9所述的计算机程序。
11.电子的控制设备（6），其被设置用于：借助于根据权利要求1到8中任一项所述的方法从计算机网络（7）中调用路线信息并且借助于所述路线信息来控制SCR催化器（2）的温度（TSCR）。
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