用于确定还原剂滑脱的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于确定一特别用于移动式内燃机的一排气处理设备中还原剂 滑脱的方法。
【背景技术】
[0002] 为了避免在现代内燃机、特别是柴油机组中由于燃烧引起的氮氧化合物的释放， 实施所谓的SCR (选择性催化还原）方法。为此使用SCR催化器，该催化器具有涂层，该涂层 能够实现在相对较低温度下的反应。在选择性催化还原中使得氮氧化合物与氨发生反应， 因此形成氮和水。为了实现尽可能高的转化率，希望提供用于反应的尽可能多的氨。然而 同时需要的是，尽可能少的氨离开SCR催化器或排气处理设备，因为少量的氨就已经对人 的嗅觉造成干扰。以化学计量方式添加氨因此提供了最佳的添加量。为了接近该最佳值， 已经已知了多种方法，然而这些方法要么适配缓慢要么在转化的体积或使用的氨方面效率 较低。
【发明内容】
[0003] 由此出发，本发明的目的是至少部分地克服现有技术中已知的缺点和/或问题。 该目的通过独立权利要求的特征来实现。有利的改进方案是从属权利要求的内容。
[0004] 本发明涉及一种用于确定排气处理设备中还原剂滑脱（滑移）的方法，该排气处 理设备具有至少以下部件：
[0005] -SCR 催化器；
[0006] -沿排气流方向布置在该SCR催化器上游的、用于还原剂的添加（计量）点；
[0007] -沿排气流方向处于SCR催化器上游的、用于测定氮氧化合物的量的装置；和
[0008] -沿排气流方向处于SCR催化器下游的第二氮氧化物传感器。
[0009] 对于所述装置和第二氮氧化物传感器而言，还原剂和氮氧化合物是不能区分的。 通过调节元件调节添加到排气处理设备的还原剂的量，该调节元件具有内置的调节部分。 所述方法至少具有以下步骤：
[0010] a)确定所述装置的传感器信号和所述第二氮氧化物传感器的传感器信号之间的 差值；
[0011] b)由该差值和调节器的目标值确定调节偏差；
[0012] d)确定内置的调节部分的梯度；
[0013] e)当调节偏差超过第一阈值且梯度超过第二阈值时，确认还原剂滑脱。
[0014] 要避免的还原剂滑脱特别在以高于化学计量的方式添加氨或还原剂或还原剂前 体的情况下产生，特别产生了一种尿素水溶液，例如具有32. 5%的尿素含量的AdBlue?。 在此，尿素水溶液以热的方式在排气中（热解作用）和/或以水解的方式在水解催化器中 被转化为氨和水。该以高于化学计量的方式的添加一方面可以通过所需要量与待添加量之 间的偏差产生，和/或通过在能存储氨的SCR催化器上的温度变化产生，因为存储能力随温 度变化。还原剂滑脱也可以单独地通过存储催化器的温度变化产生。
[0015] SCR催化器特别是（例如陶瓷的）蜂窝体，排气可流过该蜂窝体且该蜂窝体具有尽 可能大的表面。在SCR催化器的与排气流接触的表面上设有涂层，该涂层降低氨与氮氧化 合物之间的氧化还原反应的反应温度。此外可以在SCR催化器上设有涂层，该涂层可以贮 藏未消耗过的氨，并因此使得SCR催化器具有存储能力。这种涂层也可以设置在结构上分 开的存储催化器中。在本申请中，SCR催化器和存储催化器也在结构上分开的情况下被共 同称为SCR催化器。在此要指出的是，该方法在使用有存储能力的催化器时和在未设置有 存储能力的催化器时都起作用。
[0016] 沿排气流方向在SCR催化器上游设有用于还原剂的添加点（阀、喷射器等），从而 在SCR催化器中提供了用于SCR反应的氨气。通常还原剂前体被注射到排气中，首先在排 气中完全蒸发并由此在那里被转化为氨。
[0017] 此外，排气处理设备具有沿排气流方向在SCR催化器下游的第二氮氧化物传感 器。在排气的脉动式流动的情况下，表述"排气流方向"是指在排气处理设备中从内燃机到 排气管出口朝向环境的那个方向。
[0018] 此外，排气处理设备具有沿排气流方向在SCR催化器上游的、用于测定氮氧化合 物的量的装置。该装置例如可以是第一氮氧化物传感器，它基本上与第二氮氧化物传感器 结构相同且区别仅在于其相对于SCR催化器的位置与第二氮氧化物传感器不同。该测定装 置但也可以是排气模型，该排气模型基于源自实践的试验数据计算或基于"查阅"表为存储 的输入值提供相对应的存储的输出值。
[0019] 为了说明，需要指出的是，用于测定氮氧化合物的量的装置可以包括沿排气流方 向在SCR催化器上游的第一氮氧化物传感器。由于排气沿流动方向首先到达第一氮氧化物 传感器（在SCR催化器上游）并随后到达第二氮氧化物传感器（在SCR催化器下游），因此 选择了名称"第一"和"第二"氮氧化物传感器。如果该用于测定氮氧化合物的量的装置不 具有氮氧化物传感器，则排气处理设备也可以具有仅一个唯一的（在此也被称为"第二"） 氮氧化物传感器。
[0020] 至少对于第二氮氧化物传感器而言，并且也在使用第一氮氧化物传感器的情况 下，还原剂和氮氧化合物是不能区分的。也就是说，当氮氧化物传感器探测到还原剂（也就 是说特别是氨气）时，氮氧化物传感器发出与在探测到氮氧化合物时相同的测量信号。如 果第一氮氧化物传感器布置在用于还原剂的添加点的上游，则测量结果基本上与在SCR催 化器上游的氮氧化合物量的基于模型的计算相同，因为在此还不存在还原剂。
[0021] 还原剂的添加量通过调节元件调节，该调节元件原则上将转化率与未来要添加的 还原剂添加量进行调整。在该调节元件中设有内置的调节部分，该调节部分实现了记忆功 能：通过将调节器输入量值集合在一起，调节器输出量值被通过平均输入量值修正，并因此 出现了在调节运行期间进行抑制的调节器作用，其不允许相对于输入量值的平均值的过大 偏差。如果在调节元件中放弃有差值的部分，则实现了快速且精确的调节器，该调节器特别 快速地达到期望的输出量值并在运行期间具有稳定的进程。
[0022] 为了能够完全充分利用调节元件的性能，提出下面的方法步骤：首先借助于第一 差分算子（Differenzoperator)算出传感器信号之间的或者在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输出值之间的差值。随后通过另一个差 分算子算出调节器（用于达到化学计量的最佳值）的（存储的和/或算出的）目标值的差 值中的调节偏差。调节器的目标值在此也可以设置在化学计量的最佳值之下或化学计量的 最佳值之上，其中需要考虑的是，是否设有存储催化器，以何种程度将其并入模型中和/或 通过常用的抑制催化器（Sperrkatalysator)(-种布置在SCR催化器下游的氧化催化器） 能够达到何种程度的转化。
[0023] 在可被并行于步骤a)和b)实施的另一个步骤中，确定内置的调节部分的梯度 (斜率，Gradient)。该梯度反映了内置的调节部分的随时间变化的速度。如果梯度的值大， 那么必须以内置的调节部分的大的变化为出发点。而如果梯度小，则调节器在一稳定范围 内或接近于预定的目标值的范围内工作。预定的目标值例如由相应的法律要求得出。这些 要求针对的是马达的应用领域和未处理的排放（在没有有效的排气处理情况下的排放）。 通过法律要求也可以按百分比确定预定的目标值。例如，目标值是排气中的氮氧化物相对 于未处理的排放降低了 80%。例如，在实施所述方法的范围内（视排气质量流和喷入的液 态添加剂的量而定），在5至180秒的时间段内容许下降到65% (以及喷入的液态添加剂 的量上升到1.3至1.4倍）。
[0024] 如果所测定的调节偏差现在超过（和/或达到）第一阈值且内置的调节部分的梯 度也超过第二阈值，则由此推断出存在还原剂滑脱（氨气穿过SCR催化器）。配料量相应地 通过调节器降低。这种假设基于以下关系：至少第二氮氧化物传感器在由于以高于化学计 量的方式添加而从SCR催化器中泄漏出的还原剂与氮氧化合物之间没有加以区分。如果假 设还原剂已被以低于化学计量的方式添加并分别被完全转化，也就是说没有出现滑脱，则 第二氮氧化物传感器仅探测了氮氧化合物；特别是针对关于化学计量的添加量的差异的数 值。在这种情况下，调节元件将添加量提高至调节器的目标值，例如化学计量的最佳值。
[0025] 但是如果比能够转化的还原剂添加更多的还原剂，则第二氮氧化物传感器探测一 部分还原剂并可能探测一部分氮氧化合物。在不注重阈值的情况下，还原剂的添加量可能 继续提高，