CN102022168B - 监控scr催化器***的功能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种监控SCR催化器***的功能的方法，即监控作为内燃机的废气后处理***的SCR催化器***(1)的功能的方法，其中SCR催化器***包括至少一个输送泵(5)、至少一个多路阀(9)、至少一个计量阀(3)和至少一个压力传感器(10)，其特征在于，在SCR催化器***(1)的回吸模式中，借助压力传感器(10)的至少一个测量值来观察SCR催化器***中的负压建立，并且当所述至少一个测量值与预期的基准值有偏差时，则可推断出SCR催化器***(1)的功能错误。

Description

监控SCR催化器***的功能的方法
技术领域
本发明涉及一种监控SCR催化器***的功能的方法，此SCR催化器***是内燃机的废气后处理***。此外，本发明还涉及一种计算机程序和一种执行此方法的计算机程序产品。
背景技术
用来尤其在机动车中驱动内燃机的方法和设备是已知的，SCR催化器***(Selective Catalytic Reduction)设置在它的废气区域中，它使含在内燃机废气中的氮氧化物(Nox)在还原剂参与的情况下还原成氮。因此，可明显减少废气中的氮氧化物含量。还原过程需要氨气(NH3)，此氨气混入废气中。因此可应用NH3或NH3分解的反应物，作为反应剂。通常，为此使用含水的尿素溶液(尿素水溶液)，它在SCR催化器***之前借助计量装置喷入废气系中，此计量装置还具有计量阀。由此溶液中形成NH3，此NH3起还原剂的作用。为了存储尿素溶液，设置有还原剂罐或尿素水溶液罐。
还原剂罐通常配备了所谓的抽吸管，用来把尿素水溶液从此罐中抽出。为了输送尿素水溶液或介质，设置有泵，此泵把介质(即尿素水溶液)通过管路***输送给计量装置，因此尿素水溶液可通过计量阀(例如电磁的喷射阀)在压力下喷入废气系中。SCR催化器***的管路可这样设置，即通过多路阀(例如4/2路阀)的切换来设定所谓的回吸模式，此回吸模式可把介质从管路中抽出。所述回吸是必要的，因为尿素水溶液在低的环境温度下(尤其在-11℃或更低的温度下)会结冰。介质在管路中结冰可能会损坏管路***。因此规定，介质可再次导回到还原剂罐中。为了设定回吸模式，需要相应地控制(尤其是电动地控制)4/2路阀，并控制优选配备了集成止回节流阀的输送泵。
在SCR催化器***的不同位置都可能出现功能故障。例如在阀门上(尤其在多路阀或计量阀上)出现故障。此外，还可能影响或干扰输送泵的功能。此外，管路***还可能不密封或者出现泄露。这一点尤其可能，因为计量阀可通过几米长的管路路段与输送泵分隔开来。这些管路用压力加载，其中压力通常约5bar。所有的管路(例如塑料软管)和通常也由塑料制成的连接件都可能由于老化、安装错误或其它的损伤而出现损坏和不密封。由此，这一方面可能泄露对环境有害的尿素水溶液。另一方面，由此不能再确保进行正常的废气后处理。
通常，SCR催化器***中(尤其管路***中)的密封性以这种方式进行检测，即此***通过运转输送泵来用压力加载。紧接着，停下泵的电机并观察，压力如何快速地下降。如果压力不能维持足够和/或它直到压力建立持续的时间过长，则可断定此***是不密封的。因此，例如德语的公开文献DE 102006013293A1描述了一种方法，用来诊断反应剂计量***中的压力，在此方法中反应剂放在压力源上，并使测得的反应剂压力与门限值进行比较，并在超过门限值时发出错误信号。
这种控制方法具有不同不同的缺点。如果在此***中确实存在不密封或泄露，则由于压力的建立会排出更多对环境有害的尿素水溶液。此外，借助这种控制方法只能确定非常明显的泄露。这在于，此***通常具有节流孔，它是必需的，以便能确保压力调节功能。即使其它的***是密封的，通过此节流孔还是会泄露压力，因此根本不能给出定性的分析。因此，只能确定非常显著的泄露。
发明内容
按本发明的目的是，排除SCR催化器***的已知的密封性检测的所述缺点，并提供一种更好的监控SCR催化器***的方法。此目的通过一种如权利要求1的内容所述的方法得以实现。由从属权利要求得出此方法的优选构造。
按本发明的方法设置得用来监控SCR催化器***的功能，此SCR催化器***是内燃机的废气后处理***。SCR催化器***还包括至少一个输送泵、至少一个多路阀(尤其是4/2路阀)以及至少一个计量阀。此输送泵设置得用来把尿素水溶液或介质从还原剂罐中输出来。然后，此介质可通过计量阀在压力下喷入废气系中。此多路阀(尤其是4/2路阀)设置得用来从抽吸模式切换成回吸模式，因此介质可从管路***中输送回来并导回到还原剂罐中。SCR催化器***还具有至少一个压力传感器，它优选在输送泵的下游设置在管路***中。按本发明的方法的特征在于，在SCR催化器***的回吸模式中，借助压力传感器的至少一个测量值来观察SCR催化器***中的负压建立。当所述至少一个测量值与预期的基准值有偏差时，此预期的基准值代表功能正常的***，则可推断出SCR催化器***的功能出现故障。按本发明的方法的基础还在于，在功能正常的SCR催化器***中在回吸模式中建立负压。如果此负压不能或不能以预期的程度建立和/或保持，则可推断出存在故障。此方法的优点还在于，此SCR催化器***通常已经准备好实施回吸模式，用来把介质从管路送回到还原剂罐中。按本发明的方法利用这个已经设置的回吸模式，以便监控或诊断SCR催化器***。为此，也不需要在SCR催化器***中安装其它的元件，因为必要时可以动用已经存在的元件。
为了实施按本发明的方法，并为了设定回吸模式，优选这样对多路阀进行控制，即介质在控制输送泵时从SCR催化器***的管路中抽出来。分析在管路***中在此模式中建立的负压。为此，检测这个或这些压力传感器的所测数值，并对照基准值进行分析。此基准值代表压力传感器的数值，此数值可能是功能正常的SCR催化器***中检测的。如果这些或这种实际测量的数值与这个或这些基准值有偏差，则可推断出，SCR催化器***的功能性不能或至少不能完整地发挥出来。
在本发明的尤其优选的实施例中，在回吸模式之前或期间至少暂时地关闭所述至少一个计量阀。在计量阀关闭时，在SCR催化器***的管路***中以尤其明显的方法建立负压。在按本发明的方法的构造方案中，可获得尤其良好或明显的信号。
优选借助按本发明的方法检测SCR催化器***的密封性。如果负压在回吸模式中不能建立或不能完全地建立，或建立得比基准值更缓慢，则可推断出，此***是不密封的或存在着泄露。
在按本发明的方法的另一优选的实施例中，通过观察回收模式中的负压，来检测所述至少一个计量阀的功能性。这一点可这样进行，即在回吸模式之前或期间关闭计量阀，因此会建立负压。在为实现测试目的而打开计量阀时，负压应该突然地降低。如果不能确认预期的压力变化，则可推断出，计量阀没有正常地起作用或封闭地卡住。按本发明还可确定打开地卡住的计量阀。为此，在计量阀开启时建立负压。接着控制计量阀以关闭阀门，这应该会增强负压，只要计量阀是功能正常的。可通过重复的控制计量阀和观察压力变化来测试计量阀的开关能力。
在按本发明的另一优选实施方案中，检测所述至少一个输送泵的功能性。如果在实施回吸模式时建立了负压，则可推断出输送泵是功能正常的。如果没有建立负压，则例如止回阀或泵上的集成的止回节流阀是不密封的，或泵在其它方面有故障。
此外，优选还检测所述至少一个多路阀(尤其是4/2路阀)的功能性。如果此多路阀功能不正常，则它例如卡住了，在控制多路阀时不能切换到回吸模式。管路***在此情况下留在压力运转模式下，因此不会建立负压。
例如可如下地按本发明地检测SCR***的元件：首先在计量阀关闭时起动回吸模式。在多路阀功能正常时，在输送电机功能正常时并在计量阀功能正常时，或在计量阀关闭时，借助负压的明显可测的增加，可识别到负压的建立。如果打开计量阀，则压力应突然地降低，或负压应减小。如果观察到这些预期的结果，则可推断出，回吸模式的所有所需元件都是功能正常的。
在按本发明的方法的尤其优选的构造方案中，检测回吸过程的正常的变化。通常，通过在特定的应用时间内把此***调到回吸模式中，可使介质从SCR催化器***的管路***中回吸出来。无需检测介质是否实际地从管路***中导回或抽回到还原剂罐中，就能实现此回吸。在此不用考虑不同可能的错误原因，例如多路阀卡住了、输送泵有故障、***不密封等。例如，如果此***是不密封的，或如果计量阀被弄脏了，所以少量的空气可能吸入，则可能大大延长介质从管路***中完全抽走所需的时间。按本发明，可通过观察设定的负压的变化，来监控回吸过程的变化，因为在现有的介质的情况下在管路中建立的负压与在空气的情况下在管路中建立的负压是不同的。
本发明还包含一种计算机程序，如果此计算机程序在内燃机的计算设备或控制器上运行，则它实施所述方法的所有步骤。最后，本发明还包含一种具有程序代码的计算机程序产品，此计算机程序产品存储在机器可读的载体上，如果此程序在计算设备或控制器上运行，实施所述的方法。借助这种计算机程序，能以非常有利的方式监控SCR催化器***。尤其可在SCR催化器***的管路***中借助负压的建立，来确定SCR催化器***的不同元件是否功能正常。此外，通过这种计算机程序还可监控***的密封性。计算机程序的特别优点是，它可应用在现有的机动车中，无需在SCR催化器***中加装其它的元件。只需与分析软件相匹配，即通过存储在计算机程序产品上的计算机程序在内燃机的控制器上运转来实现。
附图说明
结合附图，从实施例的以下描述中得出本发明的其它优点和特征。单个的特征在此可分别单独地或彼此组合地实现。
图1在示意图中示出了SCR催化器***(现有技术)的不同元件；
图2在示意图中示出了在SCR催化器***中在回吸模式中的介质流；
图3示出了压力传感器电压的波形图，这是在实施按本发明的方法的优选构造方案时产生的；
图4示出了压力传感器电压的另一波形图，这是在实施按本发明的方法的优选构造方案时产生的。
具体实施方式
图1在示意图中示出了从现有技术已知的SCR催化器***1的不同元件。此SCR催化器***1设置得用来对内燃机(未示出)的废气进行后处理。为此，流体的还原剂(其存储在还原剂罐2中)通过计量阀3在压力下喷入废气系中。计量阀3例如指电磁的喷射阀，它通过控制器4进行控制。此还原剂借助泵5(它具有集成的止回节流阀)通过抽吸管6从还原剂罐2中输出来，并在压力下通过管路***送到计量阀3。为了调节压力，设置有节流孔7，它顺流在回流管8前设置在还原剂罐2中。为了接通介质流，设置有4/2路阀9，它与泵5一样通过控制器4进行控制。为了监控压力，在4/2路阀9和计量阀3之间的管路中设置压力传感器10。在此实施例中，输送泵5、4/2路阀9和压力传感器10在外壳11中组装在一起，构成为所谓的输送模块。在输送模块11和计量阀3之间的管路长度可例如达4m。在泵5和计量阀3之间的压力管路中通常具有约5bar的压力。所需的不同软管连接器通常是由塑料构成的快速连接器。这些软管也通常由塑料制成，因此由于老化、安装错误或损坏可能会引起不密封或泄露。
按本发明，试图在SCR催化器***1的回吸模式中，在绕开节流孔7的情况下建立负压，并观察此负压是否以预期的方式建立或表现。在图2中图示出了在回流模式中的介质流，此回流模式是按本发明进行使用的。为此，4/2路阀9切换到回吸模式，因此介质在泵5运转时从计量阀3和输送模块11之间的管路***中抽出来。在泵5的下游，介质通回回流管8和抽吸管6导回到还原剂罐2中。因此在计量阀3和泵5之间建立负压，此负压按本发明进行利用。在此管路***中设置有压力传感器10，它可检测有关压力的一个或多个测量值。因此可检测压力，例如作为压力传感器电压在时间变化中的波形图。
图3示出了，在实施按本发明的方法时，压力变化的示例性的根据经验的波形图。波形图上部中的区域A示出了压力传感器信号，作为压力传感器电压的时间变化。此信号在0bar和-0.5bar之间变化。在波形图下部B中，示出了泵电机的控制。部段a)反映了在按本发明的方法开始之前的***。此***没有处在压力这下，压力传感器信号约0bar。在计量阀关闭时在把4/2路阀切换为回吸模式并控制泵电机之后，功能正常的SCR催化器***会持续地建立达约-0.5bar的负压。在部段c)中在关闭泵电机并在不改变4/2路阀的回吸设定之后，此负压得以保持。由此推断出，此***是密封且功能正常的。在功能正常的***中，打开计量阀应该会使负压突然地降至约0bar(部段d)。在***突然损坏时会出现相应的信号。部段e)示出了信号变化，4/2路阀在此信号变化中设定在回吸模式中，并且输送泵在计量阀封闭时运转。建立的负压是远远不够的。在这种情况下可推断出，SCR催化器***具有泄露或是不密封的。
按本发明的方法的优点是，不需要额外地安装元件就能探测出SCR催化器***中的故障。另一优点是，不会出现过量的尿素水溶液，在从现有技术已知的方法中会出现这种情况，其中此***为实现诊断目的用超压加载。
借助按本发明的方法，借助压力传感器信号来检测，SCR催化器***在密封性方面以及在输送模块的元件方面是否都能正常地工作，所述压力传感器信号显示了负压在管路***中的建立和变化。只要没有建立预期的负压，则例如输送泵可能是有故障的，输送泵的止回节流阀可能是不密封的，4/2路阀可能是有故障的或是卡住的，或计量阀可能是有故障的或是卡住的。此外，借助按本发明的方法可确定泄露。因此例如可由此检测单个阀门的功能性，即在实施按本发明的方法时一次或多次地控制所述阀门。
为了实施按本发明的方法，多路阀例如可切换为回吸模式，并在计量阀开启时控制输送泵的电机。在此建立负压，从而可推断出，多路阀和泵电机是功能正常的。紧接着可控制或关闭计量阀。如果计量阀是功能正常的，则这一点应该会导致负压的增强。打开计量阀应该会导致负压的突然降低。在负压的这种变化中，可推断出所有提到的元件都是功能正常的，且管路***是密封的。
图4示出了另一波形图，它示出了实施按本发明的方法时压力传感器信号的变化，在此方法中观察和监控介质从管路中的回吸过程的按本发明的变化。在上部A中再次示出了压力传感器电压的变化。在下部B中示出也泵电机的控制。部段a)示出了在按本发明的方法开始时刻的传感器信号。在部段b)中示出了，在电机开动时通过切换4/2路阀实现回吸模式。计量阀是开启的。在此可看到负压的建立，但此负压未达到0.5bar(如图3所示)，因为与图3相比，在部段b)中计量阀是开启的。在此阶段中，介质从管路***中回吸到还原剂罐中。在此确认有小的压力峰值，它是通过膜片式泵或输送泵的运动产生的。此回吸模式在部段c)中保持。在计量阀开启且电机运转时，4/2路阀也保持在回吸模式中。但此时，所有的介质都已经抽走，并且汽泡通过开启的计量阀进入泵壳体中，因此压力会上升。这是回吸过程即将结束的标志。在部段d)中，压力在回吸模式继续运转时再次调到稍高的、始终不变的水平。此时介质已完全抽走。通过膜片式泵产生压力峰值不再能确定，因为不再有介质位于管路中。通过在回吸过程中或在回吸模式中观察负压的变化，可确切地观察到，回吸过程是怎样进行的，或回吸过程何时结束，即所有的介质都从管路***中抽出。按本发明地对负压进行观察还允许监控介质从管路***中的回吸，以便能确认没有介质留在管路中，在介质结冰时可能会导致损坏。

Claims (8)

1. 一种监控作为内燃机的废气后处理***的SCR催化器***（1）的功能的方法，其中SCR催化器***包括至少一个输送泵（5）、至少一个多路阀（9）、至少一个计量阀（3）和至少一个压力传感器（10），其特征在于，在SCR催化器***（1）的回吸模式中，借助压力传感器（10）的至少一个测量值来观察SCR催化器***中的负压建立，并且当所述至少一个测量值与预期的基准值有偏差时，则可推断出SCR催化器***（1）的功能错误。
2. 按权利要求1所述的方法，其特征在于，为回吸模式控制多路阀（9），因此在控制输送泵（5）时，介质从SCR催化器***（1）的管路中抽出来。
3. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在回吸模式之前或期间至少暂时地关闭所述至少一个计量阀（3）。
4. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，检测SCR催化器***（1）的密封性。
5. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，检测所述至少一个计量阀（3）的功能性。
6. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，检测所述至少一个输送泵（5）的功能性。
7. 按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，检测所述至少一个多路阀（9）的功能性。
8. 按权利要求2所述的方法，其特征在于，检测回吸过程的正常的变化。
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