專利名稱：用于向燃燒設備所排出的廢氣流中定量加入還原劑的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有權利要求1前序部分特征的方法，以及一種具有權利要求17前序部分特征的相應裝置。
在DE 4315278 A1中，描述了一種向含有氮氧化合物的、由內燃機排出的廢氣中，定量加入還原劑的方法及相應的裝置，其中，加入到廢氣流中的還原劑量通過一控制單元，根據重要的工作參數來進行調節。由此，預定好一最佳的還原劑分配量，使得氮氧化合物在催化劑上得以完全地催化轉化，并避免出現還原劑短缺。
內燃機的重要工作參數，例如象調速器齒條行程、進氣增壓壓力或發動機轉速，在此由控制單元借助于一預先給定的、并以特性曲線組的形式存入控制單元的函數關系，換算成還原劑的加入量。催化劑的重要工作參數，如催化活性度或容量，同樣存入控制單元，用于輔助計算還原劑加入量。考慮到催化劑的老化，相應于內燃機的工作時間，催化劑的重要工作參數也要根據在試驗研究中得出的老化曲線進行變化。
在前面所提及的方法中，未考慮由于老化、磨損或工作條件改變而引發的內燃機的函數關系的變化。
在DE 3337793 C2中，也說明了一種向燃燒設備所排出的含有氮氧化合物的廢氣中定量加入還原劑的方法。此處會碰到為分解氮氧化合物而使用的催化劑的老化問題，表示氮氧化合物濃度與還原劑濃度之間關系的化學計算法曲線，為此應作相應地移動。
然而，當為確定重要的工作參數與所要定量的還原劑量之間的函數關系而引用的內燃機或燃燒設備(包括催化劑)的特性參數，發生了不可預見的變化時，這兩種方法中還原劑量的定量并不是最佳的。
本發明的目的在于，提供一種定量加入還原劑的方法及相應的裝置，使得即便在因老化或磨損，燃燒設備的特性參數發生了不可預見的變化時，也可以確保還原劑量的最佳定量，以分解有害物質。
有關本發明方法方面的目的通過權利要求1的特征部分與前序部分相結合來實現。本發明方法有利的實施形式通過從屬權利要求2～16來實現。有關本發明裝置方面的目的通過權利要求17的特征部分與前序部分相結合來實現。本發明裝置一有利的實施形式接下來在權利要求18中得以說明。
與現有技術不同，按照本發明方法，在確定最佳的還原劑添加量時，測定并考慮了重要工作參數之外的其它參數。老化狀況、磨損狀況以及其它非常的工作條件等可被視作補充的參數。因此考慮到了下述情況，即為確定最佳的還原劑量而采用的重要工作參數與待定量的還原劑量之間的函數關系(例如為特性曲線或特性曲線組的形式)不可能靜態地或事先在試驗研究中得以確定，在燃燒設備的實際運作中它具有一個動態的、有待定期進行檢驗并重新確定的特性。
因此，本發明的方法是一種在燃燒設備實際的、長年的運作中，在很大程度上與當前的、實際的工作條件匹配的、為燃燒設備的運作而自動進行匹配的方法，由此，基于最佳的還原劑量，形成對還原劑的一個有利消耗和燃燒設備的一個最佳工作點。
對于函數關系的檢驗和匹配，現在一方面可以根據需要手工進行(例如在燃燒設備改裝的情況下)，另一方面或者(周期性地)自動地通過組裝在燃燒設備系統中的附加單元來進行。
通過除了考慮到通常的重要工作參數外，還考慮燃燒設備當前的狀態參數和工作條件，使燃燒設備成為一個在確定最佳的還原劑添加量時，將所有對于燃燒設備工作應該考慮的因素考慮到的整體系統。
本發明的方法通過定期的檢驗對自身進行查詢并自動匹配，因而并不堅持一個僅僅適用于某個共同的或根據燃燒設備的運行時間假定的假設狀態的函數關系。
根據本發明，函數關系的匹配通過校正系數來進行。在最簡單的特征在于特性曲線具有某個輸入參數和所述輸出參數還原劑量的情況下，通過引入校正系數，使分配給各輸入參數的原始值普通升高或降低一個校正系數。
在復雜的函數關系中，特性曲線的函數等式的單個參數和加權，也可以單獨或累積變化。在特征曲線組匹配時，采用類似的方法使整個公式系統中與單個輸入參數相關聯的關系式或函數組成部分單獨地或累積地匹配。
在最簡單的函數關系僅包含一個輸入參數的情況下，例如可以通過引入一或加或減的附加修正系數，使表征函數關系的特性曲線發生移動。
根據本發明進一步建議，函數關系的匹配借助數字方法來進行。在特征曲線包括唯一一個輸入參數的最簡單情況下，可例如將特征曲線例如拋物線形狀區域的起點和終點用于一新的校正特征曲線，而在原始特征曲線的起始區域和終止區域之間對新的函數中間值(例如通過插值法)進行計算，在多維特性曲線(組)的情況下，以類似的方法可采用適合的數字法或多次內插法。
另外，為了函數關系的匹配，按照本發明的方法，更有利的是采用多種數學方法(例如數字法與簡單的修正系數確定法的組合)。
函數關系通過本發明方法的匹配，在第一種變型方案中可有利地從測量燃燒設備所排出的廢氣流中有害物質濃度開始。之后通過傳感器來確定，有害物質的濃度是否位于或超出了有害物質排放容差范圍。如果超出或低出有害物質排放容差范圍，加入的還原劑量通過一定的修正系數自動地增加或減少。例如為避免有害物質濃度過高，可將還原劑量提高1.1倍。
這個具體的修正系數現在也用于函數關系的匹配，以確定有待加入的還原劑量，從而消除引發有害物質濃度過高的、函數關系的偏差。
最后，再次確定廢氣流中有害物質的濃度，當有害物質的值再次出現升高或降低時，通過一新的修正系數，再次對還原劑添加量進行修正，這個修正系數再次用于函數關系的匹配。
所表述的方法自相容地反復進行，直至廢氣流中有害物質的濃度處在允許的有害物質容差范圍內為止。為此，所描述的函數關系連續不斷的匹配要應用一次或多次修正系數。
這樣就得出了最佳的還原劑添加量，以及一個新的與實際情況相應的函數關系的匹配情況。
在本發明方法的第二種變型中，所加入的還原劑量超過了還原劑的實際需求，由此會發生一定的還原劑滑脫(也就是還原劑過量)現象，這通過適當的傳感器元件，例如一NH3傳感器來測量并加以控制。
基于還原劑滑脫的狀況，通過利用還原劑滑脫參數、當前的狀態參數和重要的工作參數，可計算得到燃燒設備的一個最佳工作點。如果這個計算出的工作點與燃燒設備實際的工作點(在產生還原劑滑脫之前)有偏差，就對函數關系進行匹配，以便在消除產生的還原劑滑脫之后，使燃燒設備達到最佳的工作點。
函數關系的匹配可以不依照本發明方法的建議方案，而如所述那樣通過不同的方法或方法的組合來進行。
一般來講有利的是，函數關系的匹配通過對燃燒設備總體運行性能的保護和監控函數伴有保護和監控作用，以便即使在匹配時也保證燃燒設備有一個穩定和受控的運行狀態。
如已敘述過的那樣，本發明方法除了測量當前的狀態參數(例如老化或磨損)或當前的運行條件(例如非常的負載狀況)外，還測量傳統的重要工作參數。例如要考慮到空氣質量流量、油門位置、增壓壓力和發動機轉速等內燃機的重要工作參數。
有關廢氣的重要工作參數，有它的溫度、壓力、質量流量和有害物質濃度。用于減少有害物質的催化劑的重要工作參數，為其溫度、催化活性度、催化活性塊的重量、幾何尺寸、熱傳導和取決于溫度的用于還原劑輸入的比存儲容量。
為在帶有催化劑的燃燒設備開動之前形成一定的原始狀態，最好通過引入低溫燃燒(Blaubrenner)的廢氣，用還原劑清洗一下催化劑。
用來向燃燒設備的廢氣流中定量加入還原劑的，主要用于實施本發明方法的本發明設備，因傳感器元件而出眾，該傳感器元件(除通常確定重要工作參數外)還用來確定整個燃燒設備的、尤其是內燃機的、廢氣的和催化劑的當前狀況以及當前的工作條件。
另外，本發明設備具有一中央處理機，該中央處理機與傳感器元件相聯，并且通過其計算可借助于函數關系來確定還原劑的添加量。通過該中央處理機并根據由傳感器元件測得的測量值，還尤其可對函數關系進行匹配和檢驗，從而以所述方式方法考慮到由傳感器元件提供的磨損參數或老化參數。
另外，有利的是，中央處理機還用來對內燃機、催化劑、還原劑添加以及其它從屬于燃燒設備的裝置進行總體控制和監控，它包含有即使在對函數關系進行匹配時也必須重視的保護和監控函數。
下面借助于附圖所示實施例對本發明作進一步的說明，附圖中

圖1為本發明設備的總體示意圖；圖2為說明本發明方法的第一種變型的簡圖；圖3為通過移動進行特性曲線匹配的示例；
圖4為用于本發明方法的第二種變型的示例；圖5為通過內插法進行特性曲線匹配的示例。
圖1示出一個帶有一內燃機1的燃燒設備的總體系統，內燃機的廢氣6被導入一個凈化用的催化劑2中。另外，貯存在還原劑箱3內的還原劑4，以及當需要時低溫燃燒設備5的廢氣，被導入該催化劑2中。布置在整個設備不同位置處的傳感器元件S1～S5，不僅用來確定重要的工作參數，而且還用來確定整個裝置當前的狀況和工作條件，函數關系的匹配通過中央處理機7來進行，該中央處理機為進行控制與所有系統組元相聯系，此外測量并處理由傳感器元件S1～S5獲得的測量值。
現在，借助于圖2，介紹一下本發明方法的第一種變型。從簡單而模型化地確定有害物質濃度20出發，利用唯一的橫坐標參數21，首先來確定有害物質濃度20的濃度值K。若首先確定出的濃度值K1位于有害物質容許范圍的容差區8之上，則因此可以確定，加入的還原劑太少了。
本方法接下來的步驟是，還原劑量22變換一個修正系數(例如為1.2)，并因而得到提高(參見圖3)。與所選擇的修正系數相關，特性曲線也發生移動，以獲得最佳的還原劑量22，使得根據圖3-基于用虛線示出的原始特性曲線9-獲得了相應于修正系數移動適配后的特性曲線10。
接下來，再測量有害物質的濃度20，并確定濃度值K2位于容差區8之內，燃燒設備將來的運作將根據圖3中所匹配的特性曲線10來進行。
在圖2和圖3中簡單示出的本發明方法的第一種變型，是根據由唯一的參數構成的、簡單的特性曲線來進行的。所述利用修正系數的匹配過程可類似地應用于多維特性曲線(組)。
圖4和圖5中示出了本發明方法的第二種變型。首先，根據圖4，燃燒設備在工作點A1工作。
通過在相宜的傳感器元件(例如NH3傳感器)的監控下增大還原劑量22并且在有害物質的濃度20下降的同時產生還原劑滑脫23，來測定工作點As。從這個工作點As出發，借助于當前的還原劑滑脫23、重要的工作參數、當前的狀態參數和當前的工作條件來進行計算，得出最佳的還原劑量，并因而得出用于在校正之前運行狀態的最佳工作點A2。
在最簡單的情況中，滑脫狀態下存在的還原劑量22以一個經驗系數來進行修正，由此，確定出用于在校正之前運行狀態的最佳的還原劑量22，這是建立在還原劑量22稍微過量的假設之下的。
在現在的情況中，最佳工作點A2與原來的工作點A1不同，因而這就需要，將用于在原始工作點A1下運行而采用的特征曲線9′按圖5所示來匹配，這在圖5的情況下，是通過采用原始特征曲線9′的起始點11和終止點12并計算一新的，經過工作點A2的匹配特征曲線10′來實現的(例如利用內插值法來計算在起點11，工作點A2和終點12之間的中間值)。
在進一步的運行過程中，燃燒設備在工作點A2運行并根據匹配的特性曲線10′確定還原劑量，該曲線也考慮到了燃燒設備當前的狀態參數和當前的工作參數。
權利要求
1.一種用于向一燃燒設備，特別是一內燃機(1)所排放出的廢氣流中定量加入還原劑(4)的方法，其中還原劑添加量借助于一函數關系，尤其是借助于一特性曲線或一特性曲線組，從燃燒設備的、廢氣(6)的、必要時還有為減少有害物質而采用的催化劑(2)的重要工作參數出發進行調節，其特征在于，在運行期間，檢查所述函數關系并使之與燃燒設備的、廢氣(6)的、必要時還有催化劑(2)的當前的狀況以及當前的工作條件匹配。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，根據需要對函數關系進行檢查和匹配。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，函數關系的檢驗與匹配自動進行。
4.按照權利要求3所述的方法，其特征在于，對函數關系進行自動的、周期的檢驗與匹配。，
5按照權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，函數關系的匹配利用一修正系數來進行。
6.按照權利要求5所述的方法，其特征在于，所述修正系數是一用于重要工作參數的或加或減的附加值。
7.按照權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，函數關系的匹配借助于數字方法來實現。
8按照權利要求7所述的方法，其特征在于，函數關系的匹配利用內插法來實現。
9按照權利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于a)測量廢氣流中有害物質的濃度，b)確定是否位于有害物質的容差范圍內，c)當高出或低出有害物質的容差范圍時，使還原劑的輸入量提高或降低一個修正系數，d)為獲得當時有待輸入的還原劑量，用該修正系數來使函數關系匹配，e)重復步驟a)～d)，直至確定所測得的有害物質的濃度測量值位于有害物質容差范圍之內為止。
10.按照權利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于a)提高所輸入的還原劑量并產生一定的還原劑滑脫，b)通過利用一定的還原劑滑脫、當前的狀態參數和重要的工作參數，計算燃燒設備的工作點，c)如果計算出的工作點，偏離由原來的特性曲線或特性曲線組所確定的瞬態工作點，則對用以確定有待輸入的還原劑量的函數關系進行匹配。
11.按照權利要求10所述的方法，其特征在于，還原劑滑脫利用一傳感器元件，特別是一NH3傳感器來探測和監控。
12.按照權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，利用保護和/或監控函數，進行或停止函數關系的匹配。
13.按照權利要求1至12中任一項所述的方法，其特征在于，燃燒設備為一內燃機(1)，并且空氣質量流量和/或油門位置和/或增壓壓力和/或發動機轉速為內燃機(1)的重要工作參數。
14.按照權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，廢氣(6)的溫度和/或壓力和/或質量流量和/或有害物質的濃度為其重要的工作參數。
15.按照權利要求1至14中任一項所述的方法，其特征在于，催化劑(2)的溫度和/或催化劑活性度和/或催化活性塊的重量和/或幾何尺寸和/或熱傳導性，和/或用于還原劑(4)的比存儲容量，為其重要的工作參數。
16.按照權利要求1至15中任一項所述的方法，其特征在于，在燃燒設備起動之前，催化劑(2)通過低溫燃燒(Blaubrennen)由還原劑(4)來進行清洗。
17一種用于向一燃燒設備，特別是一內燃機(1)所排放的廢氣流中定量加入還原劑(4)的設備，其中借助一函數關系，尤其是借助一特性曲線或特性曲線組，從燃燒設備的、廢氣(6)的、必要時還有可用來減少有害物質的催化劑(2)的重要工作參數出發，對還原劑(4)的加入量進行調節，其特征在于，設有用來測定燃燒設備(1)的、廢氣(6)的、必要時還有催化劑(2)的當前狀態以及當前工作條件的傳感器元件(S)和一個與這些傳感器元件(S)相聯的中央處理機(7)，在此，中央處理機(7)借助于函數關系用來確定還原劑(4)的加入量，并根據由傳感器元件(S)測得的測量值，對函數關系進行檢驗，使之與當前的工作條件及當前的狀態進行匹配。
18.按照權利要求17所述的設備，其特征在于，所述中央處理機(7)用于燃燒設備的、催化劑(2)的、還原劑輸入的以及從屬于燃燒設備的其它裝置的總體控制與監控。
全文摘要
一種向燃燒設備、特別是內燃機(1)所排放出的廢氣流中定量加入還原劑(4)的方法及所屬的裝置。為降低有害物質,在此,利用一函數關系,從燃燒設備的、廢氣(6)的、必要時還有催化劑(2)的重要工作參數出發,對還原劑(4)加入量進行調節,在此,在燃燒設備工作期間,檢查該函數關系并使之與燃燒設備的、廢氣(6)的、必要時還有催化劑(2)的當前狀態及當前工作條件相匹配。
文檔編號B01D53/86GK1198796SQ96197367
公開日1998年11月11日 申請日期1996年9月18日 優先權日1995年9月29日
發明者溫弗雷德·多林 申請人:西門子公司