專利名稱：用于測量廢氣中還原劑的含量和有害物質的含量的傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于測量廢氣中還原劑如氨的含量、以及有害物質如氮氧化物的含量的系統(tǒng)裝置；一種用于選擇性地催化還原廢氣中有害物質的設備；一種廢氣后處理系統(tǒng)以及一種用于測量廢氣中還原劑的含量和有害物質的含量的方法。
背景技術：
車輛中由燃料燃燒產生的廢氣必須被后處理，以最小化有害物質的排放。例如，應該避免氮氧化物的排放，因為它們不僅可能會對人體呼吸器官造成刺激和傷害，而且還應該為酸雨和煙霧的產生負責。這種有害物質可以通過選擇性催化還原而有針對性地從廢氣中除去。為此，將還原劑如氨引入到廢氣中，它的含量根據(jù)所估算的廢氣中有害物質的含量來定量配給。然后使這種富含還原劑的廢氣通過催化器，在該催化器中，有害物質與還原劑發(fā)生反應并轉化為中性物質，例如水和氮氣。然而，如果還原劑劑量太小，在反應之后，有害物質還殘留在廢氣中。如果劑量過高，則還原劑殘留在廢氣中，這種情況同樣也是不希望的，因為例如氨同樣對身體健康和環(huán)境有害。有害物質傳感器，例如氮氧化物傳感器，可以為估測處于由催化器排出的廢氣中的有害物質提供一輸出信號，以此為基礎，便能更好地調整所需的還原劑劑量。但是，該有害物質傳感器是對還原劑橫向敏感的(querempfindlich)，因而在輸出信號中，關于有害物質含量和還原劑含量的信息互相交混在一起。因此，有害物質含量和還原劑含量無法彼此分開地由所述輸出信號確定。由于廢氣中有害物質含量不能夠被直接確定，常規(guī)上，對選擇性催化還原的調節(jié)/ 控制是侵入性的(intrusiv)。在此情況下，系統(tǒng)不平衡被強制產生，并根據(jù)由有害物質傳感器測得的反應來調整還原劑劑量。但是，這種侵入性的調節(jié)方法使得整個系統(tǒng)并非最優(yōu)化運行，從而導致有害物質和/或還原劑隨廢氣一起被多余排放。而為了處理來自有害物質傳感器的輸出信號也需要采用復雜的計算算法。

發(fā)明內容
就此而言，本發(fā)明的目的是，提供一種用于測量廢氣中還原劑的含量和有害物質的含量的系統(tǒng)裝置，其可在技術上更簡單地實現(xiàn)，但卻能提供更好的測量結果。上述目的通過獨立權利要求的特征得以實現(xiàn)。各個從屬權利要求具有對于本發(fā)明主題的有利的改進方案。本發(fā)明是基于以下構思在第一次測量有害物質含量之后，選擇性地要么僅將有害物質、要么僅將還原劑從廢氣中濾出，并重新實施測量。假設廢氣中未被過濾的組份保持恒定，則存在用于計算廢氣中還原劑份額以及有害物質份額的兩個不相關的(獨立的)測量值。該計算本身是線性的，因此可以在技術上簡單地實施。因此，根據(jù)本發(fā)明，用于測量廢氣中還原劑的含量和有害物質的含量的系統(tǒng)裝置具有對還原劑橫向敏感的第一有害物質傳感器，該第一有害物質傳感器設置為用于給出與廢氣中有害物質的含量成比例的測量信號，并且適合在用于減少廢氣中還原劑或有害物質的過濾裝置之前使用。此外，該系統(tǒng)裝置具有對還原劑橫向敏感的第二有害物質傳感器，用于給出第二個與廢氣中有害物質的含量成比例的測量信號，該第二有害物質傳感器設置為在過濾裝置之后使用。通過對兩個測量信號的處理，廢氣中還原劑份額和有害物質份額可以被互相分開地加以測量。通過對信號的線性處理，該系統(tǒng)裝置允許以整個系統(tǒng)對變化的較短的反應時間來進行特別簡單的調節(jié)。該系統(tǒng)裝置可以包括一種用以在來自第一和第二有害物質傳感器的測量信號的差的基礎上來確定有害物質含量和還原劑的含量的計算裝置。有害物質可能是氮氧化物，還原劑可能是氨，并且廢氣可能是一種貧廢氣 (mageres Abgas)0該系統(tǒng)裝置可具有過濾裝置，該過濾裝置設置為用于過濾有害物質或還原劑。在配有為了對還原劑進行氧化而設置的內裝式柴油顆粒過濾器的車輛中，可以將該過濾器直接作為用于過濾還原劑的過濾裝置來使用，由此，本發(fā)明的系統(tǒng)裝置在常規(guī)的傳統(tǒng)車輛中也能特別簡單和經濟地實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，特別有利的是，在第一次測量之后，組份之一被完全從廢氣中除去， 從而，在第二次測量中，沒有被過濾的組份在過濾之后可從測量信號中直接提取，并且僅僅還需進行唯一的、用于確定被過濾的組份的計算。本發(fā)明還提供了一種用于對廢氣中有害物質進行選擇性催化還原的設備，該設備出口處具有根據(jù)本發(fā)明的用于測量廢氣中有害物質含量和還原劑的含量的系統(tǒng)裝置。該設備具有噴射裝置，該噴射裝置設置為，在設備入口處基于與傳感器的測量信號相關的配給量用以向廢氣中噴射還原劑。另外該設備還具有催化器，該催化器設置為，基于還原劑用以減少廢氣中的有害物質。因為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)裝置分開地給出廢氣中有害物質和還原劑的含量，所以，不僅廢氣中有害物質份額能夠被直接調整，還能夠實現(xiàn)在整個系統(tǒng)平衡狀態(tài)下的調節(jié)。這樣，為最大地減少有害物質，實現(xiàn)了一種對還原劑的優(yōu)化配給，而無需設置侵入性調節(jié)。測得的還原劑份額允許在廢氣中、以及由此接下來所計算出的還原劑的優(yōu)化配給允許推斷出所有對廢氣流共同作用的技術成分的狀態(tài)。當計算出的優(yōu)化配給符合預先給定的標準時，依照額定的優(yōu)化配給(其例如可由生產商預先給定)，能夠特別簡單地確定整個系統(tǒng)是按規(guī)定正常工作。因此，與該標準的偏差可以作為用于識別或甚至用于校正硬件故障的基礎而被使用。另外，測得的在廢氣中的還原劑份額還允許在車輛慣性滑行中對廢氣凈化進行更好的車載診斷(On Board Diagnose)。雖然根據(jù)經驗，還原劑在調節(jié)對象的慣性滑行中不是總是能完全從廢氣中去除，但是這樣對于調節(jié)過程中的相應的零點平衡無害，因為本發(fā)明的系統(tǒng)裝置能夠提供廢氣中還原劑份額的絕對值。最后，測得的在廢氣中的還原劑份額和有害物質份額還使得更準確地確定調節(jié)的有效度成為可能，由此，能夠更加高效地運行整個系統(tǒng)。當有害物質含量的上升被檢測到的時候，可以將噴射裝置設置為用于提高還原劑的配給量，而當還原劑含量上升被檢測到的時候，該噴射裝置可以被設置為用于降低還原劑的配給量。調節(jié)回路還可具備一種用于對配給量進行數(shù)學處理的處理裝置。該處理裝置可設置為用于調整配給量，使得在該設備的出口處廢氣中還原劑和有害物質的含量被最小化?？蛇x地或附加地，該處理裝置可以被設置為用于在時間上平均(Mitteln)配給量。由此，額定的優(yōu)化配給量能夠在運行過程中適配于整個系統(tǒng)中硬件的衰老征象。該處理裝置還可設置為用于對所述設備的不同運行區(qū)域的配給量進行獨立的處理。本發(fā)明還提供了一種包括本發(fā)明所述設備的廢氣后處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有催化器，尤其是柴油氧化催化器，用于氧化由發(fā)動機、特別是由柴油發(fā)動機排放出的廢氣中的有害物質，它被設置為用于燃燒可燃混合氣，尤其是貧可燃混合氣(magere Kraftstoffgemisch)。根據(jù)本發(fā)明的設備設置為，在這個系統(tǒng)中用以最少化由催化器排出的廢氣中的氮氧化物。這樣，特別是貧可燃混合氣燃燒所產生的廢氣能夠特別有效地避免氮氧化物。本發(fā)明還提供了一種用于測量廢氣中還原劑的含量和有害物質的含量的方法。該方法包含以下步驟給出第一個與廢氣中還原劑的含量和有害物質的含量成比例的測量信號；通過減少廢氣中還原劑或有害物質來對廢氣進行過濾；以及，給出第二個與經過過濾的廢氣中還原劑的含量和有害物質的含量成比例的測量信號。


下面通過附圖來更詳細地描述本發(fā)明的一種應用示例，該應用示例并不構成對本發(fā)明的限制。
具體實施例方式在圖1中示出了用于本發(fā)明所述的廢氣后處理系統(tǒng)2的實施例，該系統(tǒng)適于最小化從發(fā)動機6排出的發(fā)動機廢氣4中的氮氧化物份額。發(fā)動機廢氣4被輸送到柴油氧化催化器8中，在該柴油氧化催化器中，發(fā)動機廢氣4中的碳氫化合物和一氧化碳被后燃 (nachverbrannt)。從柴油氧化催化器8中出來的已預先凈化的發(fā)動機廢氣10被添加上來自(還將要詳述的)于定量配給裝置14的氨12，并且經受選擇性的催化還原16。此時，在預先凈化的發(fā)動機氣體10中的氮氧化物與氨12互相發(fā)生反應并轉化為氮氣和水。柴油顆粒濾化器20從如此被凈化的發(fā)動機廢氣18中過濾掉殘留的氨12，并將經過過濾的廢氣22 排放到環(huán)境空氣M中。根據(jù)本發(fā)明，第一氮氧化物傳感器沈測量經過凈化的發(fā)動機廢氣18中的氮氧化物份額，并以第一個測量信號觀的形式將測量結果發(fā)送至定量配給裝置14。第二氮氧化物傳感器30測量經過過濾的發(fā)動機廢氣22中的氮氧化物份額，并以第二個測量信號32的形式將測量結果發(fā)送至定量配給裝置14。由于技術條件的原因，兩個氮氧化物傳感器沈、 30對于發(fā)動機廢氣18、22中的氨12是橫向敏感的，因而，測量信號觀，32是與發(fā)動機廢氣 18,22中的氮氧化物份額和氨份額相關。因為在本實施例中，柴油顆粒濾波器20將殘留的氨12完全從經過凈化的發(fā)動機廢氣18中過濾出去，而氮氧化物份額未發(fā)生改變，所以，第二個測量信號32不僅示出了在經過過濾的發(fā)動機廢氣22中的氮氧化物份額，還示出了在經過凈化的發(fā)動機廢氣18中的氮氧化物份額。因此，定量配給裝置14可以由第二個測量信號32與第一個測量信號觀的差來確定在經過凈化的發(fā)動機廢氣18中的氨12的份額，并且為預先凈化的發(fā)動機廢氣10 適當?shù)囟颗浣o氨12。
權利要求
1.用于測量廢氣(18)中還原劑(12)的含量和有害物質的含量的系統(tǒng)裝置，包括用于給出第一個與廢氣(18)中有害物質的含量成比例的測量信號08)的、對還原劑橫向敏感的第一有害物質傳感器(26)，該第一有害物質傳感器用在一過濾裝置OO)之前，此過濾裝置用于選擇性地減少在廢氣(18)中的還原劑(12)或有害物質；還包括用于給出第二個與廢氣0 中有害物質的含量成比例的測量信號(3 的、對還原劑(1 橫向敏感的第二有害物質傳感器(30)，該第二有害物質傳感器用在所述過濾裝置OO)之后。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)裝置，包括用以基于來自所述第一和第二有害物質傳感器06，30)的測量信號08，32)的差而確定有害物質含量以及還原劑(1 的含量的計算裝置
3.根據(jù)權利要求1或2所述的系統(tǒng)裝置，其中 -所述有害物質是氮氧化物，-所述還原劑(1 是氨，以及 -所述廢氣(18)是貧廢氣。
4.根據(jù)前述權利要求之一所述的系統(tǒng)裝置，其特征在于設有過濾裝置(20)，該過濾裝置優(yōu)選是一種柴油顆粒過濾器，該柴油顆粒過濾器被設置為用于對所述還原劑(1 進行氧化。
5.根據(jù)前述權利要求之一所述的系統(tǒng)裝置，其中，所述過濾裝置00)被設置為用于從廢氣(18)中完全地除去還原劑(12)。
6.用于選擇性地催化還原廢氣中有害物質的設備，包括在該設備的出口處根據(jù)前述權利要求之一所述的用于測量廢氣04)中有害物質含量和還原劑(12)的含量的系統(tǒng)裝置(10,26,30)；在該設備的入口處基于與傳感器的測量信號( ，3 相關的配給量用以向廢氣(10) 中噴射還原劑(12)的噴射裝置(14)；以及基于還原劑(12)用以減少廢氣(10)中有害物質的催化器(16)。
7.根據(jù)權利要求6所述的設備，其中，當測量到有害物質含量上升時，所述注射裝置 (14)被設置為用于提高還原劑(12)的配給量；并且，當測量到還原劑(12)的含量上升時， 所述注射裝置被設置為用于降低還原劑(12)的配給量。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的設備，包括用于對配給量進行數(shù)學處理的處理裝置。
9.根據(jù)權利要求8所述的設備，其中，用于調整配給量的所述處理裝置是如此設置的， 即，使得在所述設備的出口 04)處廢氣0 中還原劑(1 的含量和有害物質含量最小化。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的設備，其中，所述處理裝置被設置為用于在時間上平均配給量。
11.根據(jù)權利要求8至10之一所述的設備，其中，所述處理裝置被設置為用于對所述設備的不同運行區(qū)域的配給量進行獨立的處理。
12.廢氣后處理系統(tǒng)，包括催化器(8)，特別是柴油氧化催化器，用于氧化由發(fā)動機(6)、特別是由柴油發(fā)動機排放出的廢氣中的有害物質，它被設置為用于燃燒可燃混合氣，特別是貧可燃混合氣，以及根據(jù)權利要求6至11之一所述的設備，用以最少化從所述催化器(8)中排放出的廢氣(10)中的氮氧化物。
13.用于測量廢氣中還原劑的含量和有害物質的含量的方法，包括以下步驟 給出第一個與廢氣中還原劑的含量和有害物質的含量成比例的測量信號； 通過減少在廢氣中的還原劑或有害物質而過濾廢氣；以及給出第二個與經過過濾的廢氣中還原劑的含量和有害物質的含量成比例的測量信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量廢氣(18)中還原劑(12)的含量和有害物質的含量的系統(tǒng)裝置。在該系統(tǒng)裝置中，存在對還原劑橫向敏感的第一有害物質傳感器(26)，該第一有害物質傳感器設置為用于給出第一個與廢氣(18)中有害物質的含量成比例的測量信號(28)，并且用在一過濾裝置(20)之前，此過濾裝置用于選擇性地減少在廢氣(18)中的還原劑(12)或有害物質。另外，還存在對還原劑橫向敏感(12)的第二有害物質傳感器(30)，該第二有害物質傳感器設置為用于給出第二個與廢氣(22)中有害物質的含量成比例的測量信號(32)，并且用在所述過濾裝置(20)之后。
文檔編號F01N3/20GK102449279SQ201080022865
公開日2012年5月9日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權日2009年5月27日
發(fā)明者B·艾?；舳?申請人:寶馬股份公司