CN107542563B - 借助于氨填充水平在scr***中进行故障识别 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在机动车中的内燃机的SCR***中进行故障识别的方法，SCR***具有两个SCR催化器和两个氮氧化物传感器。所述方法包括：将第一SCR催化器加热到下述温度，对于该温度来说能够由第一SCR催化器存储的最大氨填充水平大约为零；调设第一SCR催化器中所规定的氨填充水平；测量SCR催化器的上游的氮氧化物浓度以及由SCR催化器的下游的氮氧化物浓度和氨浓度构成的总和；得出在出现氨滑移时第二SCR催化器的实际的氨填充水平与第二SCR催化器的所预期的氨填充水平的比较；根据在出现氨滑移时第二SCR催化器的实际的氨填充水平与所预期的氨填充水平的比较来识别出两个SCR催化器中的至少一个SCR催化器中的故障。

Description

借助于氨填充水平在SCR***中进行故障识别
技术领域
本发明涉及一种用于在出现氨滑移时借助于氨填充水平在具有两个SCR催化器的SCR***中进行故障识别的方法。此外，本发明涉及一种计算机程序，该计算机程序在其在计算器上运行时执行所述方法的每个步骤，并且本发明涉及一种机器可读的存储介质，该存储介质存储着所述计算机程序。最后本发明涉及一种电子控制器，该电子控制器被设立用于执行所述方法。
背景技术
选择性催化还原（SCR）是目前广泛传播的、用于使机动车中的燃烧马达的废气中的氮氧化物（NOx）还原的技术。在SCR***中，将在商业上也作为AdBlue®而为人熟知的尿素-水-溶液通过喷射模块在至少一个SCR催化器的上游喷射到排气系中。从所述尿素-水-溶液中分离出来的氨在所述SCR催化器处以选择性催化还原与所述氮氧化物反应生成元素氮。
由于更加严格的排放规定的引入而使用多个SCR催化器，所述SCR催化器对同样的废气起作用。在用于使所述排气系中的氮氧化物排放还原的SCR催化器的效率不足的情况下，规定用车辆自身的检测方法（通常在电子控制器中实现）进行故障识别。出于这个原因，在所述车辆的正常运行期间实施连续的监控。对于常见的检测方法来说，使用至少一个布置在所述SCR催化器的上游的氮传感器和至少一个布置在所述SCR催化器的下游的氮传感器。对于单个的SCR催化器来说，两个氮氧化物传感器足以用于计算所述SCR***的效率并且同时对氮氧化物排放进行监控。
在同一个排气系中将所述SCR***扩展到多个（n）SCR催化器的做法按照传统以n+1氮氧化物传感器为前提，以用于借助于pin-point（针点型）策略来获取至少一个没有或者较差地发挥功能的SCR催化器。相应地，能够有针对性维修或者更换没有或者较差地发挥功能的SCR催化器，而较好地发挥功能的SCR催化器或者所述SCR***则保持不受影响。不过，所述针点型策略的使用在所述车辆的正常运行期间没有必要，因为在这里仅仅对所述效率进行监控就已足够。对于没有或者较差地发挥功能的SCR催化器的情况来说，比如能够通过仪表板上的信号灯来向驾驶员报警，随后驾驶员将所述车辆比如开到维修点。在维修点维修期间，在检测方法中使用所提到的针点型策略，以用于获取所述没有或者较差地发挥功能的SCR催化器。
发明内容
所述方法涉及机动车中的燃烧马达的SCR***。在此，所述SCR***在一个共同的排气系中具有两个先后布置的SCR催化器。废气首先经过第一SCR催化器并且随后被继续导送给第二SCR催化器，使得两个SCR催化器对所述废气起作用。此外，所述SCR***具有两个氮氧化物传感器，所述氮氧化物传感器同样布置在这个排气系中。第一氮氧化物传感器布置在所述两个SCR催化器的上游，并且能够在那里测量在通过所述SCR催化器进行废气处理之前的氮氧化物浓度。第二氮化氮传感器布置在所述两个SCR催化器的下游并且能够在那里测量在通过所述SCR催化器进行废气后处理之后由氮氧化物浓度和氨浓度构成的总和，其中所述氨浓度与在氨填充水平超过最大氨填充水平时出现的氨滑移（Ammoniak-Schlupf）相一致。
所述方法包括以下步骤。首先将所述第一SCR催化器加热到下述温度，对于所述温度来说能够由所述第一SCR催化器存储的最大氨填充水平差不多为零。这比如能够通过下述方式得到实现：所述最大氨填充水平的温度相关性作为特性曲线来示出并且从中获取下述温度，对于所述温度来说所述特性曲线低于所规定的极限值。尤其这种温度处于400℃到600℃的范围内。要说明的是，将所述第二SCR催化器的温度优选保持尽可能低的程度，使得该第二SCR催化器能够存储差不多与正常运行相对应的氨填充量。优选通过所述SCR催化器的上游的热流、比如通过对于所述内燃机中的废气的加热来对所述第一SCR催化器进行加热。与还仅仅遭遇较小的热流的第二SCR催化器相比，由于所述第一SCR催化器的由此引起的更高的热交换而容易达到所期望的温度差。
随后，调设所述第一SCR催化器中所规定的氨填充水平。所规定的氨填充水平（Ammoniak-Füllstand）处于由在所述第二SCR催化器中能够存储的最大氨填充水平和在还原时与所述氮氧化物反应的氨填充水平构成的总和之上。能够相应地设想，没有在所述第一SCR催化器中用于使氮氧化物还原的氨量完全被存储在所述第二SCR催化器中。
随后测量所述SCR催化器的上游的氮氧化物浓度以及由所述SCR催化器的下游的氮氧化物浓度和氨浓度构成的总和。传统的氮氧化物传感器相对于氨浓度具有横向灵敏性，因而尤其能够通过布置在所述SCR催化器的下游的氮氧化物传感器来测量由所述氮氧化物浓度和所述氨浓度构成的总和。尤其由所述传感器测量的总和信号相对于所预期的氮氧化物浓度的变化可能源自与所述第二SCR催化器的氨滑移相一致的氨浓度。所述氨滑移表明下述氨量，这种氨量经过所述SCR催化器，而没有参与所述还原。优选从所述两个SCR催化器的下游的氨浓度中获取在出现所述氨滑移时所述第二SCR催化器的实际的氨填充量。按照另一个方面能够规定，从用于所述第二SCR催化器的特性曲线中获取在出现所述氨滑移时所述第二SCR催化器的所预期的氨填充量（Ammoniak-Füllmenge）。
在进一步的进程中，在分析阶段期间，实施在出现所述氨滑移时所述第二SCR催化器的实际的氨填充量与所预期的氨填充量的比较。最后，在所述比较的基础上识别出所述两个SCR催化器中的至少一个SCR催化器中的故障。在此特别优选的是，如果在出现所述氨滑移时所述第二SCR催化器的实际的氨填充量与所预期的氨填充量不同，则识别出所述第二SCR催化器中的故障。
可选地，能够在所述方法的一开始实施对于所述SCR催化器的上游的氮氧化物浓度的测量以及对于所述两个SCR催化器的下游的氮氧化物浓度的测量。在此，所述两个SCR催化器在正常运行中工作。如果所述两个SCR催化器的下游的氮氧化物浓度与所预期的氮氧化物浓度不相符，则识别出所述SCR***中的故障。在此特别优选的是，如果如所描述的那样识别出所述SCR***中的故障并且额外地在出现所述氨滑移时所述第二SCR催化器的实际的氨填充量和所预期的氨填充量相一致，则识别出所述第一SCR催化器中的故障。
按照另一个方面能够规定，在所述方法的基础上维修或者更换了有故障的催化器之后，所述机动车行驶所规定的路程和/或时间并且随后重新实施所述方法。由此也对所述两个SCR催化器在相同的时间具有故障这种少见的情况加以考虑。可选地，能够在重新实施所述方法时也改变所述分析阶段，从而能够覆盖更大的故障谱（Fehlerspektrum）。
所述计算机程序被设立用于：尤其在其在计算器或者控制器上实施时实施所述方法的每个步骤。所述计算机程序能够在传统的电子控制器中实施所述方法，而不必对其进行结构上的改动。为此，所述计算机程序被存储在所述机器可读的存储介质上。
通过将所述计算机程序装载到传统的电子控制器上来得到所述电子控制器，该电子控制器被设立用于在所述SCR***中实施故障识别。在此，所述电子控制器不仅能够是车辆自身的控制器而且能够是外部的控制器、比如诊断器，所述外部的控制器在进行故障识别期间与所述SCR***相连接并且控制所述方法。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进行详细解释。其中：
图1示意性地示出了SCR***，该SCR***包括两个SCR催化器和三个氮氧化物传感器并且借助于传统的方法能够实施故障识别；
图2示意性地示出了SCR***，该SCR***包括两个SCR催化器和两个氮氧化物传感器并且借助于按本发明的方法能够实施故障识别；
图3示出了所述按本发明的方法的一种实施例的流程图；并且
图4示出了SCR催化器的氨填充水平的温度相关性的图表，在所述按本发明的方法的一种实施例中能够使用所述温度相关性。
具体实施方式
在图1中示出了机动车中的未示出的燃烧马达的一种通常的SCR***100，该SCR***具有第一SCR催化器101和第二SCR催化器102，对于上述两个SCR催化器来说能够用传统的方法来识别故障。所述两个SCR催化器101和102先后布置在排气系120中，其中所述第一SCR催化器101布置得更加靠近喷射模块130，所述喷射模块将尿素-水-溶液在所述两个SCR催化器101和102的上游喷射到所述排气系120中。此外，所述SCR***100包括第一氮氧化物传感器110，该第一氮氧化物传感器布置在所述喷射模块130与所述第一SCR催化器101之间并且能够在那里测量在通过所述SCR催化器101和102进行废气后处理之前的废气的氮氧化物浓度NOx_处理前。此外，所述SCR***100包括第二氮氧化物传感器111，该第二氮氧化物传感器布置在所述第二SCR催化器102的下游并且能够在那里测量在通过所述两个SCR催化器101和102进行废气后处理之后的废气的氮浓度NOx_处理后。所述SCR***还额外地包括第三氮氧化物传感器112，该第三氮氧化物传感器布置在所述第一SCR催化器101与所述第二SCR催化器102之间并且能够在那里测量在通过所述第一SCR催化器101进行废气后处理之后的废气的氮氧化物浓度。所提到的三个氮氧化物传感器110、111和112以及所述喷射模块130与电子控制器140相连接并且通过该电子控制器来控制。
在传统的用于进行故障识别的方法中，获取所述第一氮氧化物传感器110处的和所述第三氮氧化物传感器112处的氮氧化物浓度的实际的差值，或者获取所述第三氮氧化物传感器112处的和所述第二氮氧化物传感器111处的氮氧化物浓度的实际的差值，并且将其与所预期的差值进行比较。如果所述实际的差值中的至少一个差值与相应的所预期的差值不一致，则推断出处于其之间的SCR催化器101或者102中的故障。
图2示出了机动车中的未示出的燃烧马达的SCR***200，该SCR***同样包括第一SCR催化器201和第二SCR催化器202，对于上述两个催化器来说能够借助于所述按本发明的方法的一种实施方式来识别故障。所述两个SCR催化器201和202相应地先后布置在排气系220中，其中所述第一SCR催化器201布置得更加靠近如前面所描述的那样的喷射模块230。不过，这里所示出的SCR***200仅仅包括布置在喷射模块230与所述第一SCR催化器201之间的第一氮氧化物传感器210和布置在所述第二SCR催化器202的下游的第二氮氧化物传感器211。所述两个SCR催化器210和211以及所述喷射模块230与电子控制器相连接并且至少在进行故障识别期间由所述电子控制器来控制。在另一种实施方式中，所述电子控制器能够是外部的设备，该外部的设备在进行故障识别期间与所述SCR***200相连接。
所述第一氮氧化物传感器210测量在通过所述SCR催化器101和102进行废气后处理之前的废气的氮氧化物浓度NOx_处理前，并且所述第二氮氧化物传感器211根据其相对于氨浓度的横向灵敏性来测量由在通过所述两个SCR催化器101和102进行废气后处理之后的废气的氮浓度NOx_处理后和氨浓度NH3_处理后构成的总和信号。图2的SCR***200因此与图1的SCR***的区别仅仅在于缺少了所述第三氮氧化物传感器112。
按本发明的用于在前面所描述的SCR***200中进行故障识别的方法的一种实施例作为流程图在图3中示出。在第一步骤中对所述第一氮氧化物传感器210处的氮氧化物浓度NOx_处理前和所述第二氮氧化物传感器211处的氮氧化物浓度NOx_处理后实施测量300。如果在通过所述两个SCR催化器201和202进行废气后处理之后的氮氧化物浓度NOx_处理后与从所述氮氧化物浓度NOx_处理前和所述两个SCR催化器的转化率中获取的所预期的数值不同，那就识别出301所述SCR***200中的故障。也就是说，所述两个SCR催化器中的至少一个SCR催化器201或者202、在少见的情况下还有这两个SCR催化器具有功能故障和/或至少一个降低了的转化率。如果没有识别出301所述SCR***200中的故障，则结束302所述方法。
否则，在另一个步骤中将停止的机动车的燃烧马达转换303到空转中并且随后在所规定的运行点中运行304所述燃烧马达。随后一直等候，直至所述第一氮氧化物传感器210处的氮氧化物浓度NOx_处理前与所述第二氮氧化物传感器211处的氮氧化物浓度NOx_处理后相同。随后将所述第一SCR催化器201加热306到下述温度T，对于所述温度来说，所述第一SCR催化器201的最大氨填充水平NH3_最大填充水平差不多是零。为此使用所述第一SCR催化器的温度相关性的特性曲线400，如在图4中所示出的那样。在这种实施例中，该温度（T）约为500℃。随后将所述尿素-水-溶液喷射306到所述排气系220中。
因此，所述第一SCR催化器201中的氨填充水平NH3_填充水平一直增加到所规定的数值。这个规定的数值处于所述第二SCR催化器202的最大氨填充水平NH3_最大填充水平和在所述第一SCR催化器201中在所述氮氧化物还原时反应的氨量之上。作为结果，将所有在所述氮氧化物还原时没有在所述第一SCR催化器201处反应的氨转交给所述第二SCR催化器202。由于高于所述第二SCR催化器的最大氨填充水平NH3_最大填充水平的氨填充水平NH3_填充水平，在所述第二SCR催化器202处出现氨滑移，对于所述氨滑移来说未被存储的氨量经过这个SCR催化器202，而没有参与所述氮氧化物的还原。
如果达到所规定的氨填充水平NH3_填充水平，则一方面重新对所述第一氮氧化物传感器210处的氮氧化物浓度NOx_处理前以及由所述第二氮氧化物传感器211处的氮氧化物浓度NOx_处理后和氨浓度NH3_处理后构成的总和信号实施测量308。所述氨浓度NH3_处理后能够归因于所述第二SCR催化器处所出现的氨滑移。因此，一旦所述总和信号由于所出现的氨滑移而得到了提高，则获取在出现所述氨滑移时实际的氨填充水平NH3_实际。另一方面，从所述第二SCR催化器的特性曲线500中获取在出现所述氨滑移时所预期的氨填充水平NH3_预期，其中首先所述第二SCR催化器的最大氨填充水平NH3_最大填充水平用作参考。
在比较311中，在分析阶段期间，将在所述第二SCR催化器202处出现所述氨滑移时实际的氨填充水平NH3_实际与所预期的氨填充水平NH3_预期进行对照。如果所述实际的氨填充水平NH3_实际与所预期的氨填充水平NH3_预期不同，则识别出320所述第二SCR催化器202中的故障。作为进一步的步骤321，对有故障的第二SCR催化器202进行维修或者更换。如果所述实际的氨填充水平NH3_实际与所预期的氨填充水平NH3_预期相一致，则不能确定所述第二SCR催化器202处的故障。但是因为在所述测量300中识别出所述SCR***200中的故障，所以能够设想，所述第一SCR催化器201有故障。相应地，在这种情况下识别出330所述第一SCR催化器201中的故障。在这里，作为进一步的步骤331，对有故障的第一SCR催化器201进行维修或者更换。
为了排除所述两个SCR催化器201和202都有故障这种少见的情况，首先在识别出320所述第二SCR催化器202中的故障时，所述机动车行驶340规定的时间和/或路程。随后从一开始重复所述方法。在另一种实施方式中规定，在重复所述方法时改变所述分析阶段。
图4示出了所述最大氨填充水平NH3_最大填充水平的取决于温度T的特性曲线400。在这种实施例中，在温度为500℃时在点401上所述第二SCR催化器202的最大氨填充水平NH3_最大填充水平与零没有区别。要说明的是，所述点401所在的温度取决于所使用的SCR催化器并且在另一种实施例中比如可能大约为450℃。

Claims (10)

1.用于在机动车中的内燃机的SCR***（200）中进行故障识别的方法，所述SCR***具有两个SCR催化器（201；202）和两个氮氧化物传感器（210；211），其中一个氮氧化物传感器（210）布置在所述两个SCR催化器（201；202）的上游，并且一个氮氧化物传感器（211）布置在所述两个SCR催化器的下游，所述方法包括以下步骤：
-将第一SCR催化器（201）加热到下述温度（T），对于所述温度来说，能够由所述第一SCR催化器（201）存储的最大氨填充水平（NH3_最大填充水平）大约为零；
-调设所述第一SCR催化器（201）中所规定的氨填充水平（NH3_填充水平），所规定的氨填充水平处于用于第二SCR催化器（202）的最大氨填充水平（NH3_最大填充水平）之上；
-测量所述SCR催化器（201；202）的上游的氮氧化物浓度（NOx_处理前）以及由所述SCR催化器（201；202）的下游的氮氧化物浓度（NOx_处理后）和氨浓度（NH3_处理后）构成的总和；
-在分析阶段期间，将在出现氨滑移时所述第二SCR催化器（202）的实际的氨填充水平（NH3_实际）与在出现氨滑移时所述第二SCR催化器（202）的所预期的氨填充水平（NH3_预期）进行比较；
-根据在出现氨滑移时所述第二SCR催化器（202）的实际的氨填充水平（NH3_实际）与所预期的氨填充水平（NH3_预期）的比较来识别出所述两个SCR催化器（201；202）中的至少一个SCR催化器中的故障。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，如果在出现氨滑移时所述第二SCR催化器（202）的实际的氨填充水平（NH3_实际）与所预期的氨填充水平（NH3_预期）不同，则识别出所述第二SCR催化器（202）中的故障。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在一开始对所述SCR催化器（201；202）的上游的氮氧化物浓度（NOx_处理前）以及由所述两个SCR催化器（201；202）的下游的氮氧化物浓度（NOx_处理后）和氨浓度（NH3_处理后）构成的总和实施测量，其中两个SCR催化器（201；202）在正常运行中工作，并且如果由所述两个SCR催化器（201；202）的下游的氮氧化物浓度（NOx_处理后）和氨浓度（NH3_处理后）构成的总和与所预期的氮氧化物浓度不相符，则识别出所述SCR***（200）中的故障。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，如果识别出所述SCR***（200）中的故障并且在出现氨滑移时所述第二SCR催化器（202）的实际的氨填充水平（NH3_实际）与所预期的氨填充水平（NH3_预期）相一致，则识别出所述第一SCR催化器（201）中的故障。
5.按前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在维修或者更换有故障的SCR催化器（201；202）之后，所述机动车行驶所规定的路程和/或时间并且随后重复所述方法。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，在重复所述方法时改变所述分析阶段。
7.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，在出现氨滑移时所述第二SCR催化器（202）的实际的氨填充水平（NH3_实际）从所述两个SCR催化器（201；202）的下游的氨浓度（NH3_处理后）中获取。
8.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，在出现氨滑移时所述第二SCR催化器（202）的所预期的氨填充水平（NH3_预期）从用于所述第二SCR催化器（202）的特性曲线（500）中获取。
9.机器可读的存储介质，在所述机器可读的存储介质上存储了计算机程序，所述计算机程序被设立用于：实施按权利要求1到8中任一项所述的方法的每个步骤。
10.电子控制器，所述电子控制器被设立用于：借助于按权利要求1到8中任一项所述的方法在所述SCR***中实施故障识别。
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