阅读说明：本技术 用于降低内燃机的排气中的氨排放的方法 (For reducing the method for the emission intensity in the exhaust of internal combustion engine ) 是由 A.施瓦茨 于 2019-05-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于降低车辆的内燃机的排气中的氨排放的方法,其中,内燃机具有排气管,其中,能够将分离出氨的或含氨的还原剂配量加入至排气管中的排气流,以还原氮氧化物,该方法包括以下步骤：获知位于车辆前方并且该车辆估计要行驶的路线区段,并且基于此预估该路线区段中所需的还原剂的量。(The present invention relates to a kind of methods of the emission intensity in exhaust for reducing the internal combustion engine of vehicle, wherein, internal combustion engine has exhaust pipe, wherein, it can will isolate ammonia or containing ammonia reducing agent dosage and the exhaust stream into exhaust pipe is added, with nitrogen oxides reduction, method includes the following steps: knowing positioned at vehicle front and the vehicle estimation route segment to be travelled, and the amount of reducing agent needed for the route segment is estimated based on this.)

用于降低内燃机的排气中的氨排放的方法

技术领域

本发明涉及一种用于降低车辆内燃机的排气中的氨排放的方法，其中，内燃机具有排气管，其中，能够将分离出氨的（Ammoniak-abspaltend）或含氨的还原剂配量加入至排气管中的排气流，以还原氮氧化物。本发明还涉及相关的控制器和相关的机动车辆。

背景技术

为了降低内燃机中（例如柴油机中）的氮氧化物（NOx），所谓的选择性催化还原（SCR）技术用于车辆，例如汽车和卡车。在此，将具有例如32.5 vol％尿素含量的尿素水溶液（HWL，商标名称AdBlue）配量加入排气流中。然后由于排气的热量，尿素转化为氨（NH₃）。氨被SCR催化器吸收并结合到表面上。这样提供的氨用作还原剂，以将排气中存在的不期望的氮氧化物（NOx，例如NO和NO₂）转化为氮气（N₂）和水（H₂O）。因此，HWL是分离出氨的还原剂的实例。为了实现尽可能好的NOx转化率，调节HWL配量以使SCR催化器中尽可能存在恒定地高的氨填充水平，从而最大限度地利用SCR催化器的氨存储性能。在此，氨填充水平是指结合在催化器表面上的氨的量。由于氨填充水平高，即使在短暂下降的排气温度下，例如在低负荷运行中或在另一次马达启动时，也可以提供足够的氨用于NOx转化。因此，在可能实现高的氨存储的运行状态下，为了向SCR催化器补足氨，要配量加入比NOx转化所需更多的HWL。

然而，SCR催化器的存储能力在达到一定的极限温度后显著降低。如果达到或超过该极限温度，则SCR催化器相对突然地释放氨。超过极限温度例如可能会发生在上坡行驶时，发生在制动过程或加速过程中。在此，为了防止氨排放（所谓的氨逸出）的发生，在流动方向上在SCR催化器之后施加催化材料，该催化材料利用排气中的残余氧气氧化所逸出的氨（所谓的清洁催化，CUC）。然而在此，特别是在高排气温度下，氨的氧化可能会形成二次排放，例如笑气（N₂O）。由于其潜在的有害影响（二氧化碳当量），这种情况被评判成严重的。此外，即使在进行CUC之后也可能导致不期望的残余氨排放。

发明内容

本发明的基本问题通过根据权利要求1的方法来解决。有利的扩展方案在从属权利要求中给出。此外，对于本发明而言重要的特征可以在以下说明和附图中找到，其中，特征不仅单独的形式而且以不同组合的形式对于本发明而言都可以是重要的，而不再重复地详细指明。

因此，可以设置为，获知位于车辆前方的并且该车辆估计要行驶的路线区段。基于此预估该路线区段中所需的还原剂的量。如果之后车辆确实行驶于该预测的路线区段，则在该路线区段中，可以特别是精确地将在步骤b中预估性预测的还原剂的量配量加入到排气流中。

因此，相比于在现有技术中已知的传统配量策略，本发明特别具有的优点在于，不再尝试以最大氨填充水平来填充SCR催化器。相反，首先预先确定估计要行驶于位于车辆前方的哪个路线区段。之后针对该路线区段预测所需要的还原剂的量。例如，如果预测路线区段消耗很少或不消耗燃料，则不再尝试通过补充配量来最大限度地补偿SCR催化器中在高氨消耗的前一路线区段中下降的氨填充水平。相反，只补充根据预测的、NOx转化还实际所需的那么多还原剂。

总之，可以根据本发明降低由于不期望的氨释放造成的、不期望的车辆的氨排放。特别是，可以在排气流经过CUC之后减少残余氨排放。此外可以降低其他不期望的二次排放，特别是例如笑气。此外，可以整体上降低还原剂的消耗。

在一个设计方案中，在步骤a中获知关于估计要行驶的路线区段的至少一个附加信息，特别是在该路线区段中预期的车辆速度和/或电子水平图（elektronischeHorizont），该电子水平图特别是可以包含预期道路坡度。特别是，在估计要行驶的路线区段中的预期坡度值可以有助于进行可靠的预估。电子水平图（EH，也称为虚拟水平图）特别是可以包括关于车辆估计要行驶的路线区段的道路坡度和/或弯道曲率的信息。而电子水平图还可以包括法定速度限制和/或附加属性，例如交叉路口、交通信号设施、车道数量和/或隧道等。例如，可以通过所谓的水平图提供器（Horizon Provider，HP）来提供电子水平图，该水平图提供器例如可以是车辆的导航系统的组成部分。为了更精确地确定预期的车辆速度和/或电子水平图，可以使用例如Car2x方法，特别是Car2Car方法用于获知信息。可能行驶的路线可以特别是基于车辆驾驶员根据针对导航系统的目的地导引进行的输入而做出的路线选择来获知。

在另一设计方案中，为了预估所期望的还原剂需求，在步骤b中，首先获知至少一个针对该路线区段的预期马达参数。基于此，可以获知在该路线区段的预期氨需求。马达参数可以例如构造成马达功率、马达原始排放、排气温度或排气质量流量。特别是，车辆传动系模型和/或马达模型（Motormodelle）可以针对估计要行驶的路线区段获知预期的马达功率、马达原始排放、排气温度和排气质量流量。基于此，排气后处理模型可以提供关于该路线区段中的预期氨需求（和/或还有关于SCR催化器中的氨填充水平和/或其最大存储能力）的信息。

以特别有利的方式，在步骤b中获知在该路线区段中的预期氨逸出以进行预估。在这种情况下，应注意的是，SCR催化器的氨存储性能有规律地取决于排气温度。在此，随着温度升高，SCR催化器的氨存储容量可以从最大值下降，从而释放出不能再存储的过量的氨。从某个极限温度开始，氨释放可能会突然发生。氨的释放称为氨逸出。然而，在此，氨逸出还可以包括氨的损失，损失的氨尽管在CUC中被转化，但是对于SCR反应而言是损失的。因此，氨逸出模型可以优选地提供关于在估计要行驶的路线区段中所预期的氨溢出的信息。在此，特别是可以获知在该路线区段中预期的是车辆的滑行阶段（Schubphase）、车辆的制动阶段还是车辆的（满）负载阶段。因此可以整体上进行内燃机的负载预测。特别是在满负载的上坡行驶或制动运行下的下坡行驶时，排气温度可能超过极限值，从而可能突然导致氨逸出。因此，卡车具有相对强功率的马达制动，由此即使在制动运行期间，排气温度也处于内燃机的点火运行水平。

可以考虑的是，在进一步的步骤c中决定是否也实际配量加入了预估性获知的所需还原剂的量。特别是，可以在步骤c中预测在估计要行驶的路线区段中的可能所需的氨的量的预测品质。因此，例如在可能导致相对动态的交通状况的、具有许多车辆的高峰时段交通中，预先计算是困难的，由于高交通动态而导致预测品质可能较低。之后就可以基于该评估来决定，当车辆实际行驶于预测路线区段时，是否将预估性获知的还原剂量也实际添加到排气流中。因此特别可以考虑的是，在低预测品质的情况下可能发生这样的情况，即，应进行传统的配量策略，其中通过补充配量还原剂来补偿所探测到的SCR催化器的降低的氨填充水平，以确保有足够的氨可用于还原氮氧化物，即使由此增加了对还原剂的需求和/或由于氨逸出而发生不期望的氨排放。

还可以考虑的是，即使已经决定在预测路线区段中喷射了预估性获知的还原剂量，在也实际行驶于该路线区段的实时要再次做出决定：是否实际喷射了该量。也就是特别可以考虑到的是，在硬件和/或软件中会发生错误，因此有意义的可以是，采用传统的配量策略以确保能够充分还原氮氧化物。特别是，还可以考虑的是，出现没有GPS连接的状况，例如在隧道中或者由于地形或建筑物，因此传统的配量策略在此是有意义的。

此外可以考虑的是，估计要行驶的路线区段是最可能路径（MPP）。如果车辆驾驶员已经基于导航系统设置了目的地导引，则就基于此获知未来估计要行驶的路线。反之，在没有目的地导引的情况下，可以预测最可能路径（Most Probable Path, MPP）。例如，可以根据基础道路等级或者根据对车辆已经驶过的路线的评估来获知MPP。还可以考虑的是，除了MPP之外还获知其他可以考虑的可能的能够行驶的路线区段和可能的替代路线，并且还基于此针对这些替代方案对估计需要的还原剂的量进行预估。MPP可以例如由车辆导航系统、车辆辅助系统和/或车辆控制器来获知。

此外可以设置，在步骤b中另外预估性获知排气管中的预期温度，并将其与额定温度值相比较，并且基于此优选地触发动作。因此，预估也可以扩展到热管理。因此，例如在识别到内燃机的较长的低负载阶段时，可以提高排气温度。为此可以使用内燃机。虽然由此可能增加燃料消耗，但是可以以有利的方式提高排气温度以实现氮氧化物的还原。这是因为在低于极限温度的情况下，通过SCR方法的排气后处理是不可能的，或者仅可能低效率地进行。极限温度可以例如是200°。低负载阶段例如可以发生在交通堵塞期间或在市中心行驶期间。动作也可以是稍微抑制马达冷却装置（例如风扇、冷却剂泵或恒温器）以保持排气温度足够高。

本发明的基本问题也通过一种控制器解决，该控制器构造并设立用于执行根据本发明的方法。因此，这种控制器特别是可以包括软件程序，其中该软件程序构造并设立用于实施根据本发明的方法。控制器可以例如是用于将还原剂配量加入到排气管中的配量控制器。另一方面，它也可以是车辆的上级马达控制器。

最后，本发明的基本问题还通过一种车辆解决，该车辆包括具有排气管的内燃机，其中，能够向排气管中的排气流配量加入用于氮氧化物还原的分离出氨的或含氨的还原剂，并且该车辆还包括根据本发明的控制器。车辆可以例如是轿车，或者特别是卡车，更特别是长途卡车。在此，为了预测估计要行驶的路线区段，车辆可以包括导航系统和/或驾驶辅助系统，以预测路线区段本身，并且特别是也预测相关的信息，如预期的车辆速度和/或电子水平线。

在这种情况下，可以考虑的是，车辆包括低压排气再循环装置，其中，能够在排气流的流动方向上、在针对低压排气再循环装置的排气取出之前，由配量装置配量加入还原剂。在此，为低压排气再循环装置的排气取出可以特别是在SCR催化器和CUC之间。通过根据本发明的车辆，可以在任何情况下减少低压排气再循环系统中的氨含量，从而特别是存在用较便宜的材料制造低压排气再循环系统的部件以及例如还有内燃机的其他部件的可能性，因为由于在整个使用寿命期间氨负荷减少，就肯定可以以较小的概率对腐蚀损坏进行预期。

附图说明

本发明的其他特征、应用可能性和优点将从以下参照附图说明对本发明的实施例的描述中给出。在附图中：

图1示出了穿过排气管的横截面示意图，该排气管具有HWL配量装置和SCR催化器；

图2示出了构造为柴油马达的内燃机的示意图，该内燃机具有高压排气再循环装置和低压排气再循环装置；

图3示出了根据图2的内燃机的排气后处理装置的一个区段的图示；

图4示出了根据一个实施方式的根据本发明的方法的方法流程；

图5示出了SCR催化器的氨存储性能关于排气温度的可能的曲线示意图；

图6示出了借助于根据图4的方法所获得的预估性参数的示意图。

具体实施方式

功能等效的元件和区域在以下附图中具有相同的附图标记，并且不再重复详细解释。

在图1中示出了构造为柴油马达的内燃机的排气管10。在该排气管10中输送排气流（用箭头12表示）。内燃机是车辆的内燃机。在图3中示例性地示出了构造成长途卡车的车辆14，其可以具有内燃机的管道10。为了清洁排气管10中的排气，在排气管10上布置有配量装置16和位于该配量装置下游的SCR催化器18。SCR催化器18整体上构造为蜂窝状，并在其表面具有催化活性材料。借助于配量装置16可以将具有例如32.5 vol％尿素含量的尿素水溶液（HWL，商标名称AdBlue）从罐20配量加入到排气管10中。HWL是分离出氨的还原剂22。配量装置16将HWL 22以细小液滴的形式喷射到排气流中，其中力求在排气管中均匀分布液滴。然后这样引入排气中的HWL 22经历热解和水解，以将尿素转化成氨。由此提供的氨用作存在于排气中的不期望的氮氧化物（NOx，例如NO和NO₂）的实际还原剂。氨在此被SCR催化器18结合在其表面上。然后可以借助于氨将氮氧化物转化为氮（NO₂）和水（H₂O）。在SCR催化器18的下游还具有NOx传感器24，用于在经过SCR催化器18之后测量氮氧化物含量。特别是，还可以在SCR催化器18的下游设置未示出的CUC（Clean Up Catalyst）。为了控制配量装置16，存在控制器26。它在此可以是用于配量装置16的配量控制器。然而尤其也可以考虑的是，控制器26是车辆14的上级马达控制装置的控制器。

图2和图3示意性地示出了对内燃机的排气进行排气清洁的另一可能的设计方案。图2示意性地整体示出了构造成柴油马达的内燃机11，其具有马达13、压缩机15和涡轮机17。内燃机11又可以例如安装在车辆14中。在此，内燃机包括高压排气再循环装置19和低压排气再循环装置21，以及排气后处理装置23。在此，压缩机15和涡轮机17形成涡轮增压器。以已知的方式，向马达13输送燃烧空气25并且将排气27输送出马达13。

图3示出了排气后处理装置23的一个区段，该区段包括排气管10。在该实施方式中，SCR催化器集成在柴油微粒过滤器（DPF）28中。这样的布置结构也被称为SCRF。在此，配量装置16布置在SCRF28的上游。在SCRF28的下游布置有第二SCR催化器30，其具有集成的CUC（Clean Up Catalyst）33。在SCRF28和第二SCR催化器30之间布置有用于低压排气再循环装置21的取出管道32。在排气管10中或排气管上布置有各种传感器，例如Lambda/NOx传感器31和NOx传感器34以及温度传感器36。又存在控制器26用于控制配量装置16。在此，该控制器又或者可以是用于配量装置16的配量控制器。然而尤其也可以又考虑的是，控制器26是车辆14的上级马达控制装置的控制器。

根据图1的实施方式的控制器26以及根据图2和图3的实施方式的控制器构造并设立用于实施以下参照图4至图6示出的方法。

首先，可以在第一方法步骤40中检测车辆14的位置数据（见图6）。此外，可以特别是无线地（通过图6中的附图标记42表示）接收车辆14的交通数据（TMC或Car2X数据，特别是Car2Car数据）。此外，可以提供地图数据。

此外，在步骤42中可以获知驾驶目的地。在此，这尤其可以是车辆14的导航系统中的目的地说明。此外，还可以在步骤42中例如检测关于驾驶员期望的车辆速度的信息，其中，这些信息例如可以由车辆14的驾驶辅助系统来提供。

基于来自步骤40和42的信息，在随后的步骤44中，可以提供关于位于车辆14前方并估计要行驶的路线区段45（见图6）的预测。该路线区段45例如可以具有在五千米至十千米之间的长度X。路线区段45例如可以基于导航系统的、至驾驶员输入的驾驶目的地做出的路线导引来获知。反之，若未在导航系统中指定目的地导引，则在步骤44中也可以替代地获知最可能路径（Most Probable Path），例如参考基础道路等级和/或参考关于已行驶路线的统计数据。还可以考虑的是，在该步骤中获知可能要行驶的各种替代路线区段作为MPP的补充或替代。在这种情况下，下面说明的进一步的方法步骤可以用于执行所有替代的预测路线导引。

在步骤44中，还可以提供关于估计要行驶的路线区段45的其他信息，特别是预期的道路坡度。特别是，该信息可以是所谓的电子水平图（也称为虚拟水平图）。电子水平图特别是可以理解为道路坡度和道路曲率，当然也可以是法定速度限制以及附加属性，例如交叉路口、交通信号设施、车道数量和隧道等。电子水平图可以通过所谓的“水平图提供器”来提供，该水平图提供器可以特别是车辆14的导航系统的组成部分。

最后，在步骤44中可以获知在预测路线区段45中的预期速度。为此可以使用电子水平图的数据，当然也可以使用交通数据（TMC或Car2X数据，特别是Car2Car数据）。

步骤40至44可以由车辆14的导航系统执行。另一方面，还可以考虑的是，导航系统仅将关于车辆14的导航系统的目的地导引的信息或位置数据（GPS）以及进一步的地图数据提供到控制器26，并且该控制器26在步骤44中获知关于估计要行驶的路线区段45的预测以及关于能够在该路线区段45中出现的速度的预测。

在步骤46中，借助于车辆传动系模型和马达模型评估在步骤44中获得的信息，特别是预测的路线区段45、电子水平图和在该路线区段45中的预期速度。由此可以获知针对该路线区段45的预期马达参数，例如马达功率、马达原始排放（NOx）、排气温度和/或质量流量。正如在图6中高度示意性地示出的，路线区段45在这种情况下包括七个分段47、49、51、53、55、57和59。在这些路线分段47至59中，可以预期不一样高的马达负载，这在图6的图示的上部区域61中示意性地示出。因此，在区段47、51和59中可以预期的是部分负载。在区段49中可以预期的是上坡行驶中的满负载。在区段55中可以预期的是下坡行驶中的马达制动运行。在区段53和57中可以预期的是未点火的滑行运行。

在由步骤46获知的预测路线区段45中的预期排气温度曲线在图6中于区域67中示出。在此可以看出，排气温度在路线分段49中的上坡行驶中急剧上升并且在那里达到最大值69。还可以看出，在路线分段55中的制动运行中，排气温度也急剧上升，并且在该路线分段55的末端处，与最大值69相比的温差71仅是微小的。

基于路线区段45中的预期马达功率，在步骤48中通过排气后处理模型获知预期氨需求。在该模型中还可以考虑的是，在实际时间点有多少氨存储在SCR催化器18中（这可以特别是能够从SCR催化器18的存储容量与排气管10中的排气温度之间的关系看出，如在图5中示例性和示意性示出的）。

然而，应该注意的是，如在图5中可以看出，SCR催化器18的氨存储容量随温度而变化。从曲线63中可以看出，存在具有最大存储能力的最大值65。从极限温度T_G开始，存储能力近乎突然下降。考虑到这一点，在方法步骤50中，根据估计的预期路线区段45和与之相关的信息（例如坡度轮廓、道路曲率、交通信息、Car2X信息）来获知，预期的是车辆14的滑行阶段、制动阶段还是负载或满负载阶段（参见图6的区域61）。然后，基于这些认识，在步骤52中借助于氨逸出模型提供关于在路线区段45在各个分段47至59中的预期氨逸出的信息。在当前情况下，氨逸出既可以包括在通过CUC之后释放的残余氨，也可以包括虽然在CUC中被转化但对于SCR反应来说是损失的氨损失。

在步骤52中获知的氨逸出在图6中在区域69中示出。在此可以看出，在上坡行驶（路线分段49）的末端或在马达制动运行中的制动行驶（路线分段55）的末端，在向路线区段51或57的过渡处（所谓的瞬态马达运行）发生氨逸出，其中氨从SCR催化器中释放。这是因为，如图5中可以看出，在这种情况下，排气温度以及由此SCR催化器18也超过极限温度T_G。在此，氨的释放发生得相对突然，这同样可以在图5中看出。

在下一步骤中，在步骤54中决定，由步骤44至52获知的数据是否用于获知所需的HWL量32。在此特别是评估在步骤44至52中获得的预估信息的品质。因此，例如可以考虑的是，信息是低品质的，因为车辆14处于车辆众多的高峰交通时段，由此可以得出相对动态的交通状况，对其的预先计算是困难的，特别是难以预测车辆14的周围环境（特别是交通密度）未来如何发展。

整体上，步骤44至54构造为预先计算车辆14的未来可能状态的预估性方法步骤，如通过箭头64所示。相反，下面详细描述的方法步骤56至62是实时进行的，如通过箭头66所示。

若使用该时间意义上的预先计算，即使用方法步骤44至52做出的预估，则在下一步骤56中，根据由步骤44至52获得的信息来计算一确定的路线点处所需的HWL配量，当车辆14实际到达路线区段45的预测路线点时，就精确地配量加入该HWL量。

然后，可以在步骤58中再次检查是否还要采用传统的配量策略（由步骤60表示）。如果在硬件和/或控制器中诊断出错误，就特别可能是这种情况。根据步骤60的传统配量策略通过图6的区域71中的喷射量曲线表示，即通过图表73表示。在此，当SCR催化器18中的氨填充水平由于与排气流的高的氨反应和/或由于提高的排气温度而下降时，就补充配量HWL，以在车辆运行期间保持SCR催化器18中尽可能高的填充水平。

如果使用预估的配量策略，则在方法步骤62中，由控制器26操控硬件，即特别是配量装置16，以在车辆实时实际到达路线区段45的预先计算的点时，喷射在步骤56中计算的HWL的喷射量。在图4中得出的HWL喷射量曲线通过图6中在区域71中的图表75表示。

从图表75可以看出，特别是在路线分段49中的上坡行驶期间，与传统配量策略（具有附图标记73的图表）相比明显较少的HWL被添加到排气管10中，因为在预测的路线分段55中预期是伴随马达制动运行的下坡行驶。

方法步骤44至54在此用于在时间意义上预先计算（预测）用于预测路线区段45的预期HWL需求，而步骤56至62则特别是用于，基于对根据步骤44至54的预测的认识，并且是当车辆14也实际到达预测的路线点时，在路线点处喷射预估过程所预测的HWL量。

总之，通过根据本发明的方法可以减少在CUC（见图3中的附图标记33）之后的残余氨排放，有助于改善所谓的二次排放（氨或笑气）。由此还可以以有利的方式整体降低HWL消耗。最后，在低压排气再循环装置（见图2中的附图标记21）的情况下，能够在使用寿命期间降低低压排气再循环装置21的氨负荷以及内燃机11（见图2）的其他部分的氨负荷。由此，可以降低由氨负荷引起的腐蚀损坏的风险，特别是可以用相对便宜的材料制造。