CN1492965A - 废气再处理***的控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本文介绍了一种控制废气再处理***且特别是内燃机的废气再处理***的方法和装置。所述废气再处理***包括至少一个催化器。将一种还原剂输入所述废气再处理***。可根据传感器的电流消耗和/或根据一个压力参数预先给定废气质量流量。

Description

废气再处理***的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及废气再处理***的控制方法和装置。
背景技术
DE19903439公开了一种废气再处理***的控制方法和装置。在该文献中，描述了一种用于控制废气再处理***的方法和装置，其中，废气再处理***包括至少一个催化器，在该催化器中，借助还原物质降低氮氧化物。为此，在废气再处理***中和/或在废气再处理***之前的废气中加入还原剂。此外，还原剂用量根据氮氧化物的质量流量来确定。氮氧化物的质量流量又根据转速和/或喷入油量来计算。
发明内容
由于废气质量流量可基于传感器的电流消耗和/或根据压力参数来预定，因此，可以对废气再处理***进行更精确的控制，结果，废气排放明显减少。
当基于废气质量流量和一个表示在催化器前废气中的氮气浓度特征的第二参数来预定时，能够非常精确且简单地预定在催化器前的废气中的氮氧化物质量流量。这意味着，根据废气质量流量和废气中的氮气浓度来计算氮氧化物的质量流量。
该第二参数最好借助传感器来掌握。这样一来，可明显降低在传感器方面的费用。因而，传感器不仅用于测量废气中的氮气浓度，也可用于测量废气质量流量。用于测量废气中的氮气浓度的传感器还被用于测量废气质量流量。在这里，该传感器以类似于已知的空气质量测量仪的方式工作，它们通常也被称为热膜式空气质量测量仪或者热线式空气质量测量仪。
若至少基于第一参数地确定输送给废气再处理***的还原剂的用量，则可以简单且低成本地求出还原剂用量。基于废气质量流量和废气中的氮氧化物浓度而算出的氮氧化物质量流量特别适用于确定要使用的还原剂的数量，因为这种方法提供了比该已知方法准确得多的数值。
在第一实施形式中，基于表示废气温度且特别是在催化器前的废气温度的特征的第一温度参数和传感器的电流消耗来确定废气质量流量。
在第二实施形式中，至少根据压力参数和/或第一温度参数来确定废气质量流量。
此外，成具有程序码工具的计算机程序形式和成具有程序码工具的计算机程序产品形式来实现这些措施非常有意义。本发明的计算机程序具有程序码工具，以便当在计算机上且特别是在用于汽车内燃机的控制设备上执行程序时能执行本发明方法的所有步骤。就是说，在这种情况下，通过一个存储在控制设备中的程序来实现本发明，这样，这台装备有程序的控制设备以与方法一样的方式体现了本发明，该程序适用于该方法的实施。根据本发明的计算机程序产品具有程序码工具，所述程序码工具存储在计算机可读的数据载体上，以便当在计算机上且特别是在汽车内燃机控制设备上执行该程序产品时能实施按照本发明的方法。在这种情况下，本发明可通过一个数据载体实现，这样，若程序产品或者数据载体集成到特别是汽车内燃机的控制设备中时，就可实施本发明的方法。特别是，电的存储介质可用作数据载体或计算机程序产品，例如只读存储器(ROM)、EPROM或也可使用电的永久性存储器如CD-ROM或DVD。
从属权利要求表明了其它特别有利的实施方式。
附图说明
下面，借助附图所示的实施形式来说明本发明。
图1是控制废气再处理***的装置的示意框图。
图2是求出输入废气再处理***的还原剂用量的装置和方法的框图。
图3是求出废气再处理***中的氮氧化物质量流量的方法和装置的框图。
具体实施方式
图1表示内燃机废气再处理***的主要部件。用100表示内燃机。通过一个新鲜空气管路105把新鲜空气输入内燃机。内燃机100的废气通过一个排气管路110到达外界。在排气管路中设置一个废气再处理***115。所示实施形式是一个催化器。此外，也可以为不同的有害物质设置多个催化器，或者设置由至少一个催化器和一个颗粒过滤器组成的组件。
在优选的实施形式中，废气再处理***115包括一个催化器或三个催化器，在三个催化器中优选进行三个反应。在一个第一水解催化器115a中，用执行元件182输入的尿素水溶液被转化为氨NH3。在随后的所谓的SCR-催化器115b中，完成真正的反应，在此反应中，氮氧化物和氨反应生成氮和水。在随后的氧化催化器115c中，未消耗的氨被氧化。
在使用其它还原剂的替代实施形式中，也可以使用其它的催化器。
此外，设有一个控制单元170，该控制单元包括至少一个发动机控制单元175和一个废气再处理控制单元172。发动机控制单元175给燃油测量***180提供控制信号。废气再处理控制单元给一个执行元件182提供控制信号，所述执行元件设置在废气再处理***前的排气管路中或设置在废气再处理***中。此外，废气再处理控制单元172和发动机控制单元175交换信息者数据。
此外，还设置不同的传感器，它们给废气再处理控制单元和发动机控制单元提供信号。因此，可至少设有一个第一传感器194，它提供表征输入内燃机中的空气的状态的信号。一个第二传感器177提供表征燃油测量***180的状态的信号。
一个传感器191优选地测量氮氧化物浓度，氮氧化物浓度也称为第二参数。一个第四传感器192最好测量一温度参数TV，该温度参数也被称作废气再处理***前的温度。一个第五传感器193测量温度参数TN，该温度参数也叫作废气再处理***后的温度。在另一个实施形式中，可以设置一个所谓的压差传感器，该传感器测量一个压力参数，该参数表征在废气再处理***输入端和输出端之间压力差。
最好给废气再处理控制单元172提供第一传感器194、第三传感器191、第四传感器192和第五传感器193的输出信号。最好给发动机控制单元175提供第二传感器177的输出信号。也可以设置表征有关驾驶员愿望的信号或其它环境状况或发动机运行状况的未示出的其它传感器。只是示范性地表示传感器的逻辑连接。这些传感器可以和每个控制单元连接，其中在控制单元之间交换相应的数据。
假若发动机控制单元和废气再处理控制单元组成一个结构单元，这是特别有利的。但也可以如此设置，即它们作为在空间上彼此分开的两个控制单元来形成。
以下，通过一个特别是在直喷内燃机中采用的还原催化器的例子来描述本发明方法。但本发明方法并不局限于这种用途，它也可被用在有废气再处理***的其它内燃机上。它特别是能被用在催化器和颗粒过滤器组合在一起的废气再处理***中。
基于现有的传感器信号，发动机控制装置175算出提供给燃油测量***180的控制信号。然后，该测量***给内燃机100分配相应的油量。在燃烧过程中，肯能在废气中出现氮氧化物。氮氧化物在废气再处理***115中被还原催化器转化为氮和水。为此，必须在废气再处理***之前给废气添加还原剂。
在所示实施形式中，该还原剂是借助执行元件182添加到废气中的。最好以氨为还原剂，氨是由尿素溶液在水解催化器中形成的。
也可以以其它还原剂为氨的原材料和/或代替氨。在这些情况下，就不需要水解催化器了。
此外，借助执行元件180并通过适当分配器向废气中添加还原剂，通常是向内燃机分配燃油。最好通过二次喷射进行这种分配。二次喷射是在一次喷射后隔了一段时间进行的。这种二次喷射应在燃油不再燃烧时进行。
最好将执行元件182设置在废气管路110中，但也可以设置在废气再处理***115上，特别是设置在水解催化器115a上。
在下述实施形式中，用执行元件182给废气再处理***输入尿素水溶液。以下，尿素水溶液被称作还原剂。
在图2中，更详细地说明了输入还原剂MH的量的测定。在图1中已说明的部件用相应的附图标记注明。输入还原剂的量的基本数值MHO存储在发动机特征曲线200中。向发动机特征曲线200提供各种不同的信号，如NOx-质量流量MNOX和温度差DT，NOx-质量流MNOX是由NOX质量流量预定装置300提供的。
温差DT表征在废气再处理***之前和之后的温差并且在一级近似地等于废气再处理***的平均温度。为此，将测量废气再处理***后的温度TN的传感器193的输出信号输入一个连接点252。在连接点252的第二输入端有温度TV，它相当于在废气再处理***前的温度。
发动机特征曲线200 MHO的输出信号通过第一连接点230到达第二连接点240并从那里到达第三连接点250。连接点250的输出信号用作执行元件182的控制信号MH。或者也可以如此设置，即根据该信号算出执行元件182的控制信号，或者从数据库中读出。该信号MH表示给废气再处理***添加还原剂的量。
在连接点230上还有一个第一次校正235的输出信号，所述校正考虑了冷水温度TW的影响，该温度借助传感器177来测量。
在第二连接点240上有运行时间校正245的输出信号，关于执行元件182和废气再处理***的运行时间的信号被输送给运行时间校正245。该信号优选地存储在控制单元172和175中。在连接点250上有一个安全间隔校正260的输出信号。
在发动机特征曲线或多条发动机特征曲线200中，存储有还原剂所需用量和与氮氧化物质量流量MNOX、废气再处理***前的排气温度TV和其后的排气温度之间的温差DT的执行元件182的控制信号。
接着，根据冷水温度、执行元件182的运行时间以及间隔校正260，在不同连接点上对所存储的基本数值MHO进行校正。在发动机特征曲线200中的还原剂量的计算是在发动机特征曲线上根据催化器的已知效率来进行。
图3详细表示氮氧化物质量流量的测定装置300。也称为第二参数并且表征废气中的氮氧化物浓度的输出信号NO到达氮氧化物质量流量测定装置300。此外，氮氧化物质量流量测定装置处理表示废气质量流量特征的信号MA。该信号由废气质量流量测定装置310提供。连接点320的输出信号和流量信号I被输入废气质量流量测定装置310。还有一个表征流量信号的信号可被用来代替流量信号I。
在连接点320的第一输入端有传感器192的输出信号，所述传感器测量在废气再处理***前的废气温度TV。在连接点320的第二输入端有一温度调节装置的实际值TS。该连接点测定这两个信号的差值。由用于测量氮氧化物传感器191的温度的传感器330提供的信号TS到达调节器340，在此调节器的第二输入端有信号TSS。信号TSS对应于氮氧化物传感器191的温度的额定值，该TSS信号是由一个额定值预定装置350提供的。调节器340作用于一执行元件360，该执行元件通过传感器191影响通过流量。
通常，氮氧化物传感器191测量内燃机的氮氧化物排放。通常，该传感器被加热到一恒定温度。为此设有一个调节装置。在图3中用340表示这个调节装置。给该调节器输入一个额定值TSS和一个实际值TS。根据这两个值的比较，调节器340算出一个控制信号，特别是一个流量值，以控制相应的执行元件360。然后，根据调节器的这个输出信号，通过传感器调节出一个相应的通过流量I，这个通过流量的结果使传感器TS的温度和TSSS温度的额定值一致。
根据废气质量流量和传感器与废气之间的温度差，发生了由传感器到废气的热传递。通过这种热传递，传感器会变冷，但这种冷却被温度调节器阻止。与热传递有关地，传感器或多或少被加热。流过该传感器的通过流量I因而就是热传递的尺度。根据本发明，废气质量流量计算装置310根据废气温度TV和传感器温度TS之间的温度差和流量I确定废气质量流量MA，其中传感器温度由连接点320测定，通过流量I是用于把传感器加热到确定温度所需的。
废气质量流量冷却传感器191。传感器的温度调节装置通过提高通过流量I来抑制这种冷却。在这里，废气流量从传感器中获取的热量等于必须附加地供给传感器的能量。由此为废气质量流量得出如下公式，用此公式可以计算出废气质量流量：
MA = K 1 * I TS - TV
在此公式中，参数K1基本上是一个常数，该常数是由废气***的几何形状确定的。
这就是说，表征废气质量流量的废气参数是可以根据传感器的电流消耗预定的。
在氮氧化物质量流量计算装置300中，根据废气质量流量MA和由传感器191测定的废气中的氮氧化物浓度NOX来算出氮氧化物质量流量MNOX。在这里，以下公式是适用的：
           MNOX＝MA*NOX*K2
在该公式中，参数K2基本上是一个常数。
或者可以规定，根据废气处理***的输入端和输出端之间的压差DP确定废气质量流量MA。在这里，废气质量流量可根据下述方程式求出：
MA = K 3 * DP * K 4
K3基本上为一个常数。数值P1为废气再处理***前的压力。数值K4为一个常数，该常数是通过该***的几何形状决定的。
K3依赖于废气温度。因为考虑了废气再处理***前的废气温度TV，所以可提高计算的精度。
也可以采用依赖于废气温度TV的其它温度值来代替废气再处理***前的废气温度TV。此外，可以根据其它测量参数来计算废气再处理***前的废气温度TV。

Claims (10)

1.一种控制废气再处理***且特别是内燃机的废气再处理***的方法，其中，该废气再处理***包括至少一个催化器并且还原剂被输送入该再处理***中，其特征在于，可根据传感器的电流消耗和/或根据一个压力参数来预定废气质量流量。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，一个表明在催化器前废气中的氮氧化物质量流量特征的第一参数可根据废气质量流量和一个表征在催化器前的废气中的氮气浓度的第二参数预定。
3.按照前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，该第二参数借助传感器来测量。
4.按照前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，根据所述的至少第一参数来确定输入该废气再处理***的还原剂的量。
5.按照前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，根据表征废气温度且特别是在催化器前的废气温度的一个第一温度参数和传感器的电流消耗来确定废气质量流量。
6.按照前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，根据至少压力参数和/或第一温度参数来确定废气质量流量。
7.按照前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，该压力参数表征在催化器的输入端和输出端之间的压差。
8.一种废气处理***且特别是内燃机的废气再处理***的控制装置，其中该废气再处理***包括至少一个催化器并且将还原剂输入所述废气再处理***，其特征在于，设置用于根据传感器的电流消耗和/或根据一个压力参数来预定废气质量流量的装置。
9.一种具有程序码工具的计算机程序，以便当在一台计算机上且特别是在一台用于内燃机的控制设备上执行程序时执行如权利要求1-11之一所述方法的所有步骤。
10.一种具有程序码工具的计算机程序产品，所述程序码工具被存储在一个计算机可读的数据载体上，以便当在一台计算机上且特别是在一台用于内燃机的控制设备上执行该程序产品时执行按照权利要求1-11之一所述的方法。
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