用于排气处理的方法、控制装置、排气系统、机动交通工具以及计算机程序产品与流程

本发明涉及用于处理内燃发动机的排气系统中的排气流的方法、用于控制内燃发动机的排气系统中的排气流的处理的控制装置、排气系统、机动交通工具以及计算机程序产品。

背景技术：

整体考虑的话，在氧化环境中，稀燃发动机(也就是说，用空气/燃料当量比λ>1的稀空气/燃料混合物操作的内燃发动机)的排气流中氮氧化物(nox)的减少代表了在各种工况下的巨大挑战。

氮氧化物捕集器构成了用于排气流中所含氮氧化物的后处理的两种主要技术之一。除了仅储存氮氧化物之外，氮氧化物捕集器还可以表现出催化性质。在这些情况下，它们也被认定为氮氧化物储存催化转化器(nsr催化转化器，nox储存和还原催化剂)或lnt催化转化器(稀nox捕集器)。替代的主要技术基于借助于氨的氮氧化物的选择性催化还原(scr)，氨可以例如从供应的尿素溶液中获得。

氮氧化物捕集器能够储存已处于低温下的氮氧化物。储存效率首先随温度升高而增加。然而，如果超过温度的阈值，则发生先前储存的氮氧化物的解吸，并且排气流再次被氮氧化物富集。因此，用于储存氮氧化物的氮氧化物捕集器的温度应该在限定的温度范围内。

为了保证这一点，de4334763a1提出在太低的温度下喷射燃料，其燃烧致使氮氧化物捕集器的温度升高。另一方面，如果氮氧化物捕集器的温度太高，使得担心氮氧化物的解吸，则用于冷却的空气被供应到氮氧化物捕集器的壳体或供应到排气。

在低温下，scr技术通常不能提供高的氮氧化物还原反应速率，除非最佳的no：no2比率获得并保证氨的可用性，以便促进快速反应。然而，一达到或超过例如200℃的温度的阈值，scr催化转化器在氮氧化物转化方面就表现出优异的性能。

为了响应变得更加严格的排放指导方针，两种主要技术的联接(具体地氮氧化物捕集器与布置在下游的scr催化转化器的串联联接)已经变得具有吸引力。通过这种方式，可以在大得多的温度范围内有效地处理氮氧化物。在低温下，首先在氮氧化物捕集器中进行储存。如果在进一步的进展中达到或超过scr催化转化器的温度的阈值(例如，通过增加排气的温度)，则氮氧化物被催化还原。

然而，这样的情况结果是有问题的，其中超过了用于从氮氧化物捕集器解吸氮氧化物的温度的阈值，但是还没有达到scr催化转化器的用于有效还原释放的氮氧化物的温度的阈值。这会导致不希望的氮氧化物排放到环境中。例如，在内燃发动机冷启动之后或在低负荷运行内燃发动机的过程中(例如，在城市交通的驾驶过程中)，可能出现这样的情况。除此之外，还应考虑的是与氮氧化物捕集器相比，scr催化转化器的温度通常更低，因为所述催化转化器布置得更远离内燃发动机。

因此，本发明的目的是减少或消除上述缺点。

该目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中详细说明了本发明的有利的进一步发展。

技术实现要素：

本发明的基本思想是以这样的方式控制氮氧化物捕集器的温度，使得在scr催化转化器的温度还未高到足以进行随后的催化还原的程度上，避免从氮氧化物捕集器中不期望地解吸氮氧化物。为此目的，规定在超过氮氧化物捕集器的温度阈值(最高温度t1max)时，将用于冷却排气并因此也用于冷却氮氧化物捕集器的空气供应到氮氧化物捕集器上游的排气流。

当达到或超过可以发生氮氧化物的充分还原的scr催化转化器的温度的阈值时(最低温度t2min)，可以同时获得scr催化转化器的温度的阈值，例如，通过scr催化转化器的电加热。通过这种方式，可以有效地转化内燃发动机的排气流中所含的氮氧化物，并且可以减少空气污染物向环境中的排放。同时，还可以监测一氧化碳和/或碳氢化合物的滑移(slip)。

根据本发明的用于处理内燃发动机的排气系统中的排气流的方法具有以下步骤：确定氮氧化物捕集器的温度t1，引导排气流通过氮氧化物捕集器，确定布置在氮氧化物捕集器下游的scr催化转化器的温度t2，并且引导排气流通过scr催化转化器。

“内燃发动机”应理解为用于通过燃烧将燃料中含有的化学能转换为机械功的机器。在为此所需的燃烧过程中，形成排气。内燃发动机可以采用例如压燃式内燃发动机或火花点火式内燃发动机的形式。例如，车用汽油或柴油可用作燃料。

由内燃发动机形成的排气作为排气流进入排气系统，并在排气系统中处理后排放到环境中。为了处理排气流，氮氧化物捕集器和scr催化转化器被布置在排气系统中作为排气后处理的装置。可选地，可以存在用于排气后处理的其他装置，例如，微粒过滤器、氧化催化转化器等。

根据本发明，规定排气流首先流过氮氧化物捕集器，并然后流过scr催化转化器。因此，scr催化转化器相对于排气流的流动方向布置在氮氧化物捕集器的下游。scr催化转化器可任选地采用sdpf催化转化器(也就是说，具有scr涂层的微粒过滤器)的形式。

根据本发明的方法的其余步骤可以按照所述顺序进行，但也可以根据需要同时进行，以时间上重叠的方式进行，或以分叉顺序进行。例如，可以在引导排气流通过氮氧化物捕集器期间确定氮氧化物捕集器的温度t1。

通过分别直接测量氮氧化物捕集器和scr催化转化器的温度，可以直接实现温度t1和t2的确定。替代地，通过分别测量紧邻氮氧化物捕集器上游和紧邻scr催化转化器上游的排气流的温度并通过基于排气流的温度分别估计的氮氧化物捕集器的温度和scr催化转化器的温度，可以间接确定温度t1和t2。“紧邻”意味着分别在温度测量点与氮氧化物捕集器和scr催化转化器之间未布置任何影响温度的用于排气后处理的其他装置。

根据本发明，根据温度t1和t2，启用或停用对排气流的空气供应，以便冷却或不冷却排气流并因此冷却或不冷却氮氧化物捕集器。如果温度t1超过最高温度t1max并且温度t2没有达到最低温度t2min，则启用空气供应。另一方面，如果温度t1没有达到最低温度t1min和/或温度t2达到或超过最低温度t2min，则停用空气供应。换句话说，以根据温度t1和t2的方式控制或调节空气的供应。

最低温度t1min低于最高温度t1max或对应于最高温度t1max，也就是说，t1min≤t1max。

一满足每种情况下所需的温度条件，就执行启用或停用。随后，空气供应保持在启用或停用状态，直到满足用于启用(处于先前的停用状态)或停用(处于先前的启用状态)的温度条件。换句话说，“启用”还意味着处于启用状态，而“停用”还意味着处于停用状态。

氮氧化物捕集器的最高温度t1max可以例如对应于一温度，自超过该温度起，氮氧化物捕集器的吸附/解吸平衡已经沿解吸方向移动，也就是说，更多的氮氧化物被解吸而不是被吸附。

scr催化转化器的最低温度t2min可以例如对应于scr催化转化器的起燃温度，自达到该温度起，保证了氮氧化物的充分催化转化。氮氧化物捕集器的最低温度t1min可以例如对应于氮氧化物捕集器的起燃温度，自达到该温度起，保证了氮氧化物的充分吸附和储存。

优选地，氮氧化物捕集器的最低温度t1min可以高于一氧化碳和碳氢化合物的起燃温度，使得氮氧化物捕集器的温度t1在供应空气的情况下也对应于一氧化碳和碳氢化合物的起燃温度，或超过所述温度。相应地，最高温度t1max也可以高于一氧化碳和碳氢化合物的起燃温度。

例如，最低温度t1min可以在150℃和250℃之间的范围内，优选地在200℃和230℃之间的范围内，和/或最高温度t1max可以在150℃和300℃之间的范围内，优选地在200℃和250℃之间的范围内，和/或最低温度t2min可以在150℃和200℃之间的范围内，优选地在170℃和190℃之间的范围内。

例如，如果氮氧化物捕集器的温度t1高到更多的氮氧化物被解吸而不是被吸附，或者这是预期的，则可以启用空气供应，并且因此氮氧化物进入scr催化转化器中。现在，如果未达到scr催化转化器的最低温度t2min，则这些氮氧化物不能充分催化转化，并且存在不希望的氮氧化物释放到环境中的风险。为了防止这种情况，借助于空气供应降低氮氧化物捕集器的温度，使得没有氮氧化物(或者至多非常少量的氮氧化物)进入scr催化转化器中。例如，在内燃发动机冷启动之后，这种程序可能是必要的。

当未达到最低温度t1min(任何更长时间内)时，并且例如，不再保证氮氧化物捕集器中氮氧化物的充足储存时，可以停用空气供应，相应地中断氮氧化物捕集器的冷却。除此之外，当温度t2达到或超过最低温度t2min并因此保证scr催化转化器中氮氧化物的充分催化转化时，可以停用空气供应。

借助于根据本发明的方法，可以优化排气流的处理，特别是关于氮氧化物的处理，使得较少量的氮氧化物进入环境中，并且可以遵守排放指导方针。这具体涉及内燃发动机冷启动之后的情况，其中尚未达到scr催化转化器的起燃温度。由于避免了将氮氧化物捕集器冷却到低于最低温度t1min的温度，因此可以使一氧化碳和碳氢化合物从氮氧化物捕集器中的不希望的的滑移最小化，使得一方面避免将其释放到环境中，并且另一方面，可以在很大程度上避免由于一氧化碳和碳氢化合物而对scr催化转化器造成的损害。

根据各种实施例变体，该方法的特征可在于，如果温度t1超过最高温度t1max并且温度t2未达到最低温度t2min，则启用用于加热scr催化转化器的加热装置。加热装置可以例如采用电加热装置的形式。电加热过程的特征在于快速的反应时间和小的安装空间。此外，不需要燃料。

此外，加热装置可用于直接或间接加热scr催化转化器，在该连接中，间接加热可通过在scr催化转化器上游加热的排气流来实现。因此，加热装置可以布置在scr催化转化器的上游和氮氧化物捕集器的下游。在这种情况下，鉴于间接确定scr催化转化器的温度，温度的测量点应该布置在加热装置的下游和scr催化转化器的上游。

通过scr催化转化器的加热，可以有利地更快地达到其最低温度t2min，并且scr催化转化器中的氮氧化物的有效处理可以在更早的时间点发生，从而可以减少氮氧化物向环境中的排放。具体地，当温度t1超过最高温度t1max并且因此氮氧化物从氮氧化物捕集器中解吸并进入scr催化转化器时，加热是一个优点。

如果温度t2达到或超过最低温度t2min，则可以再次停用加热装置，因为从该时间点开始存在scr催化转化器的足够的催化活性。加热装置的停用防止了由于过热而对scr催化转化器的损坏。另外，可以根据需要进行加热，使得与加热相关的额外能量需求尽可能低。

根据进一步的实施例变体，该方法的特征在于，如果温度t2达到或超过最低温度t2min，也就是说，例如，达到足以用于scr催化转化器中有效催化还原氮氧化物的温度(对于此，需要氨)，则启用供应装置以将氨形成的化合物供应到scr催化转化器中。

另一方面，如果温度t2未达到最低温度t2min，则可以停用供应装置。在这种情况下，不需要氨，否则存在不希望的氨释放到环境中的风险。换句话说，同样可以以根据温度t1和t2的方式控制或调节氨形成的化合物的供应。

氨形成的化合物可以为例如尿素水溶液。氨形成的化合物可以直接作用到scr催化转化器或作用到scr催化转化器上游的排气流。

根据进一步的实施例变体，该方法的特征可在于，如果温度t2超过最高温度t2max，则启用对氮氧化物捕集器上游的排气流的空气供应。相应地，如果温度t2不超过最高温度t2max(任何更长时间内)，则可以停用空气供应。最高温度t2max高于最低温度t2min。

最高温度t2max可以为例如scr催化转化器的温度，由此可以预期氨的氧化增加。这可能导致仅有不足的氨可用于还原氮氧化物。另外，由于氧化，氨可能转化为其他不希望的氮氧化物，因此氮氧化物的排放可能增加。

通过供应空气，可以有利地获得排气流的冷却，从而不会超过最高温度t2max，并因此可以避免氨的氧化增加。

根据各种实施例变体，氮氧化物捕集器可以采用被动氮氧化物吸附器、lnt催化转化器或lnt精简版催化转换器的形式。

被动氮氧化物吸附器吸附氮氧化物，具体是在内燃发动机冷启动之后，并且在升高的排气温度下再次排出这些氮氧化物，而不进行主动再生，例如借助于未燃烧的燃料。被动氮氧化物吸附器提供了在冷启动后从排气流中快速除去氮氧化物的优点。另外，不需要用于主动再生的技术装置和控制系统，因此这些被动氮氧化物吸附器便宜，而且仅需要很小的安装空间。

lnt精简版催化转化器为一种具有低氮氧化物储存容量的lnt催化转化器，其同样针对冷启动条件进行了优化，并且其特征在于对安装空间的要求低。

已经针对冷启动条件进行优化的所述特殊氮氧化物捕集器的使用提供了与根据本发明的方法相关的优点，即在冷启动之后对氮氧化物的优化处理，而精心控制或调节和/或需要大空间来布置所需的部件不是必须的。此外，由于没有进行主动再生，因此对排气流的空气供应(其涉及空气/燃料当量比λ的变化)没有影响或仅有轻微影响。

已经设计并设置了一种根据本发明的控制装置，其用于控制内燃发动机的排气系统中的排气流的处理，以接收与温度传感器ts1相关的用于确定布置在排气系统中的氮氧化物捕集器的温度t1的传感器信号，并接收与温度传感器ts2相关的用于确定布置在排气系统中的scr催化转化器的温度t2的传感器信号，并根据接收到的传感器信号，向空气供应装置输出用于向氮氧化物捕集器上游的排气流供应空气的控制信号。

换句话说，控制装置可以接收与温度传感器ts1和ts2相关的输入数据，处理这些输入数据，并且基于指令或基于对应于一个或多个例程的在控制装置中编程的代码以应对处理的输入数据触发作为致动器的空气供应装置。

控制装置可以已经在硬件和/或软件方面实现，并且可以在一个或多个部分中物理地形成。特别地，控制装置可以为发动机控制单元的一部分或者可以已经集成到发动机控制单元中。例如，机动交通工具的发动机控制单元可以用作控制装置。

在各种配置中，除此之外，控制装置还可以被设计和设置为根据接收到的传感器信号向加热装置输出用于加热scr催化转换器的控制信号，和/或向供应装置输出用于向scr催化转化器供应氨形成的化合物的控制信号。换句话说，同样可以基于指令或基于对应于一个或多个例程的在控制装置中编程的代码以应对处理的输入数据触发致动器的加热装置和供应装置。

例如，根据本发明的控制装置可用于执行如上所述的根据本发明的方法。因此，用于阐明根据本发明的方法的上述说明也用于描述根据本发明的控制装置。根据本发明的控制装置的优点对应于根据本发明的方法及其对应的实施例变体的优点。

根据本发明的排气系统具有氮氧化物捕集器、布置在氮氧化物捕集器下游的scr催化转化器、用于确定氮氧化物捕集器的温度t1的温度传感器ts1、用于确定scr催化转化器的温度t2的温度传感器ts2、用于将空气供应到氮氧化物捕集器上游的排气流的空气供应装置以及根据以上描述的控制装置。可选地，排气系统可具有用于加热scr催化转化器的加热装置和/或用于将氨形成的化合物供应到scr催化转化器的供应装置。

氮氧化物捕集器可以具体地采用被动氮氧化物吸附器、lnt催化转化器或lnt精简版催化转化器的形式。

根据本发明的排气系统可以例如适用于执行上面所述的根据本发明的方法。因此，用于阐明根据本发明的方法的上述说明也用于描述根据本发明的排气系统。根据本发明的排气系统的优点对应于根据本发明的方法及其对应的实施例变体的优点。

根据本发明的机动交通工具具有内燃发动机以及根据以上描述的排气系统。“机动交通工具”应理解为由发动机推进的交通工具，例如陆地交通工具、飞行器或船只。可选地，机动交通工具可以采用混合动力电动交通工具的形式。

因此，根据本发明的机动交通工具的优点对应于根据本发明的排气系统及其对应的实施例变体的优点。此外，本发明在机动交通工具的情况下具有特别有利的效果，因为它能够遵守关于允许的空气污染物排放的严格法定要求。

根据本发明的计算机程序产品包括使得根据以上描述的排气系统执行根据本发明的方法的命令。

在这方面，“计算机程序产品”应理解为储存在合适的介质上和/或可经由合适的介质检索的程序代码。为了储存程序代码，适用于储存软件的任何介质(例如dvd、usb棒、闪存卡等)可以发现其应用。例如，程序代码的检索可以经由因特网或内联网或经由其他合适的无线或硬连线网络来实现。

附图说明

下面将基于图示和相关描述更详细地阐述本发明。附图示出了：

图1为示例性配置中的排气系统；以及

图2为示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了邻接内燃发动机3的排气系统2。内燃发动机3可以采用压燃式发动机的形式，并且可以例如用柴油燃料操作。内燃发动机3产生排气流1，排气流1被排气系统2吸收。在排气流1的流动方向方面进行描述，实施例的排气系统2具有氮氧化物捕集器4、加热装置6、scr催化转化器5和其他排气后处理装置12，例如微粒过滤器。微粒过滤器例如也可以布置在氮氧化物捕集器4的下游和加热装置6的上游。

氮氧化物捕集器4可以采用被动氮氧化物吸附器、lnt催化转化器或lnt精简版催化转化器的形式；scr催化转化器5可以任选地采用sdpf催化转化器的形式。加热装置6采用电加热装置的形式。

紧邻氮氧化物捕集器4和scr催化转化器5的上游，分别布置有两个温度传感器ts1、ts2，其被设计为确定排气流1的温度，使得可以基于排气流1的温度间接确定氮氧化物捕集器的温度t1以及scr催化转化器5的温度t2。

此外，排气系统2具有空气供应装置11，用于向氮氧化物捕集器4上游的排气流1供应空气，所述装置布置在温度传感器ts1的上游。除此之外，还存在供应装置7，用于将氨形成的化合物(在实施例示例中为尿素水溶液)供应到scr催化转化器5。向排气流1供应氨形成的化合物在scr催化转化器5的上游和温度传感器ts2的下游进行。

温度传感器ts1、ts2与控制装置8进行有效的信号通信。控制装置8已经设计和设置成接收与温度传感器ts1、ts2相关的传感器信号9a、9b并处理所述信号，以便产生控制信号10a、10b、10c。控制信号10a、10b、10c分别输出到空气供应装置11、加热装置6和用于供应氨形成的化合物的供应装置7，因此空气供应装置11、加热装置6和供应装置7同样与控制装置8进行有效的信号通信。可选地，控制装置8可以采用内燃发动机3的控制器的形式，从而可以另外借助于控制装置8实现控制过程。

根据图1的排气系统2的排气流1的处理可以例如借助于下面参考图2描述的方法来实现，然而，该方法本身可以也可以与其他排气系统2一起执行。

在第一方法步骤s1中，确定温度t1和t2，为此可以使用温度传感器ts1、ts2。

在步骤s2中，检查温度t1是否超过最高温度t1max以及温度t2是否未达到最低温度t2min，也就是说，是否满足条件t1>t1max和t2<t2min。如果不满足一个条件或两个条件均不满足，则该方法返回到步骤s1，并再次确定温度t1和t2。

另一方面，如果两个条件均满足，则该方法前进到步骤s3。在这种情况下，担心氮氧化物将从氮氧化物捕集器4中解吸并排放到排气流1中，但是不可能借助于scr催化转化器5进行有效的催化转化。

在步骤s3中，因此启用对氮氧化物捕集器4上游的排气流1的空气供应，以便冷却排气流1并因此冷却氮氧化物捕集器4。例如，冷却可以以这样的方式实现：温度t1仅略低于最高温度t1max，或达到最高温度t1max，以便避免氮氧化物捕集器4的过度冷却以及布置在下游的scr催化转化器5的任何不希望的冷却。除此之外，启用加热装置6，使得scr催化转化器5被加热。

在步骤s4中，检查温度t2是否达到或超过最低温度t2min，也就是说，是否满足条件t2≥t2min。如果不是这种情况，则用于供应氨形成的化合物的供应装置7被停用或保持停用(步骤s6)。

如果温度t2达到或超过最低温度t2min，则在步骤s5中，启用用于向scr催化转化器5供应氨形成的化合物的供应装置7，从而可以在scr催化转化器5中进行氮氧化物的催化还原。同时，由于不需要进一步加热scr催化转化器5，并且由于不需要进一步冷却氮氧化物捕集器4，再次停用加热装置6，并且也再次停用空气供应。

该方法从步骤s5再次返回到步骤s1，并再次确定温度t1和t2。可选地，也可以仅再次或连续地确定温度t2，因为关于加热装置6、空气供应以及供应装置7的启用和停用没有发生变化，只要温度t2达到或者超过最低温度t2min。

为了提高布局的清晰度，在图2的流程图中，没有表示对最低温度t1min的观察监测。如果温度t1未达到最低温度t1min(任何更长时间内)，例如由于借助于空气供应对氮氧化物捕集器4的过度冷却，则空气供应被停用，以便能够储存氮氧化物捕集器4中的氮氧化物。

附图符号列表

1排气流

2排气系统

3内燃发动机

4氮氧化物捕集器

5scr催化转化器

6加热装置

7供应装置

8控制装置

9a、9b传感器信号

10a、10b、10c控制信号

11空气供应装置

12其他排气后处理装置

ts1用于确定温度t1的温度传感器

ts2用于确定温度t2的温度传感器

t1氮氧化物捕集器的温度

t2scr催化转化器的温度

t1max氮氧化物捕集器的最高温度

t1min氮氧化物捕集器的最低温度

t2maxscr催化转化器的最高温度

t2minscr催化转化器的最低温度

s1至s6方法步骤