CN110821621B - 用于监测scr催化器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于监测SCR催化器的方法。本发明涉及用于监测内燃机的尾气管线中的SCR催化器的方法，其中计量加入用于还原氮氧化物的还原剂溶液，其中当测量值低于所属阈值时，SCR催化器被诊断为有缺陷的，并且其中当满足启动标准时，进行SCR催化器的诊断，其中根据BPU模式和WPA模式选择启动标准，以使得当SCR催化器（3）对应于BPU模式时，发生通过该SCR催化器的氨泄漏，并且当SCR催化器对应于WPA模式时，没有发生通过该SCR催化器的氨泄漏。

Description

用于监测SCR催化器的方法
技术领域
本发明涉及借助氨泄漏（Schlupf）监测SCR催化器的方法。此外，本发明涉及计算机程序，当其在计算设备上运行时，该计算机程序实施所述方法的每个步骤，以及涉及储存该计算机程序的机器可读的存储介质。最后，本发明涉及电子控制设备，其被设置用于实施根据本发明的方法。
背景技术
目前，在内燃机的尾气的后处理中，使用SCR方法（选择性催化还原SelectiveCatalytic Reduction）以减少所述尾气中的氮氧化物（NOx）。DE 103 46 220 A1描述了基本原理。在此，将32.5％的尿素水溶液（HWL）（商业上也称为AdBlue®）计量加入到尾气中。通常，计量***为此设置有计量模块，以将HWL在SCR催化器上游计量加入到尾气料流中。从HWL裂解出氨，其然后结合到SCR催化器的反应性表面上。在那里，氨与氮氧化物结合，由此产生水和氮气。HWL通过输送模块借助输送泵从还原剂罐经由压力管线输送到计量模块。
作为减少有害物质中的重要组件，通过车载诊断（OBD）在其有害物质减少效果方面监测SCR催化器，也为了符合法律规定。在监测时，使用所谓的WPA模式（可接受的最差性能worst performance acceptable）和所谓的BPU模式（不可接受的最佳性能bestperformance unacceptable）以评估功能能力。如果SCR催化器达到或超过WPA模式中设置的评估值，则其可以被评估为完整无损的。如果SCR催化器低于BPU模式中设置的评估值，则其应被评估为明确有缺陷的。如果评估值处于WPA模式和BPU模式之间，则这表明SCR催化器损坏，其中该损坏仍然在可接受的范围内，其中不强制需要采取检修措施。
发明内容
本发明提出了用于监测内燃机的尾气管线中的SCR催化器的方法。为了通过SCR催化器减少在内燃机中燃料燃烧时产生的氮氧化物，计量加入还原剂溶液。该还原剂是例如尿素水溶液，从中裂解出氨（NH3）。在用于监测SCR催化器的方法的范畴中，确定对于SCR催化器的测量值。在监测的范畴中，当满足启动标准（Freigabekriterien）时，在这种情况下进行SCR催化器的诊断。根据BPU模式和WPA模式选择启动标准，从而可以区分对于这两种情况的SCR催化器的状态。在此选择所述启动标准，以使得当SCR催化器对应于BPU模式时，发生通过的SCR催化器氨泄漏，并且当SCR催化器对应于WPA模式时，没有发生通过SCR催化器的氨泄漏。当测量值低于所属阈值时，SCR催化器被诊断为有缺陷的。
可以相对容易地发现是否发生氨泄漏，从而提出在这种情况下合适的启动标准，该启动标准使得可以在根据BPU模式的SCR催化器与根据WPA模式的SCR催化器之间更好地区分。换句话说，在这种情况下规定了启动标准，该启动标准特别好地适合于观察SCR催化器或其状态。
氨泄漏随SCR催化器的氨存储容量而变化。当氨存储容量降低时，氨不再能够被SCR催化器完全吸收并且在那里与尾气中的氮氧化物反应。替代地，氨穿过SCR催化器，由此导致氨泄漏。
在下文中，提出了不同的启动标准，利用这些启动标准可以进行上述关于氨泄漏的区分。可以设置，当满足这些启动标准中的一个时，或者当满足多个启动标准、任选所有启动标准时，进行诊断：
根据一个方面，当根据BPU模式的SCR催化器的最大氨存储容量不足以储存由还原剂转化的全部氨时，并且当同时根据WPA模式的SCR催化器的最大氨存储容量足以储存由还原剂转化的全部氨时，满足启动标准。
根据一个方面，当SCR催化器的绝对温度高于温度阈值时，满足启动标准。取决于温度，氨存储能力变化，以使得在根据BPU模式的运行点处发生氨泄漏，并且在根据WPA模式的运行点处不发生氨泄漏。因此，从上述温度阈值起可以预期氨泄漏。
根据另一方面，当SCR催化器的温度梯度高于第一温度梯度阈值时，满足启动标准。这是有利的，因为随着SCR催化器的温度的升高，其氨存储能力降低。另外，温度梯度可以由第二温度梯度阈值向上设限。在这种情况下，第二温度梯度阈值高于第一温度阈值。可以根据各自的绝对温度来规定温度梯度阈值。由小温度梯度表示的缓慢温度变化通常通过计量策略来平衡。因此，当与温度快速匹配时，诊断尤其适宜。
根据一个方面，当由用于SCR催化器的氨料位的模型确定的建模的料位值在给定的温度下高于第一料位阈值并且低于第二料位阈值时，满足启动标准。所述第一料位阈值反映出在给定的温度下根据BPU模式的SCR催化器的最大氨存储容量，并且所述第二料位阈值反映出在给定的温度下根据WPA模式的SCR催化器的最大氨存储容量。任选地，可以考虑第一料位阈值和第二料位阈值的距离。当第一料位阈值和第二料位阈值的距离高于阈值时，满足另一个启动标准。换句话说，当这两个阈值的距离足够大以允许关于诊断进行陈述时，基于上述阈值启动诊断。
根据一个方面，可以识别对于各自的SCR催化器的还原剂溶液的过度计量。在这种情况下，确定基于在SCR中用于转化氮氧化物所需的化学计量质量计的过度计量质量。换句话说，过度计量质量作为实际计量加入的还原剂质量与对于SCR设置的化学计量质量之间的差值来计算。为此，还可以使用模型以确定在氮氧化物转化时所需的质量。当过度计量质量高于过度计量阈值时，满足启动标准。在超过该过度计量阈值的情况下，根据BPU模式的SCR催化器的最大氨存储容量不足以储存由还原剂转化的全部氨。相反地，根据WPA模式的SCR催化器的最大氨存储容量足以储存由还原剂转化的全部氨。通过对根据BPU模式的SCR催化器的氨料位值进行另外建模，可以改进诊断方法的准确性，因为可以更准确地确定超过BPU的氨存储能力时的过度计量阈值。
根据一个方面，当根据BPU模式的氨的模型预报催化器的氨泄漏时，满足启动标准。因此，可以直接由该模型确定启动标准。
根据另一方面，当根据BPU模式的氨泄漏的模型与根据WPA模式的氨泄漏的模型之间的差值高于模型阈值时，满足启动标准。有利地选择该模型阈值，以使得仅当根据BPU模式的SCR催化器与根据WPA模式的SCR催化器之间的氨泄漏的差值达到该模型阈值时，才实施诊断，以实现有说服力的诊断。
这里的术语“测量”意味着这些值直接被测量或直接由所测值确定。
在这种情况下，所述测量值可以是SCR催化器下游的氨浓度和/或SCR催化器下游的氨质量流量和/或SCR催化器下游的氮氧化物传感器的传感器信号和/或SCR催化器下游的氮氧化物传感器的传感器信号，其中氮氧化物传感器由于它们对氨的交叉敏感性而给出氮氧化物和氨的组合传感器信号。
此外，SCR催化器的转化率（其替代地通常也称为效率）可以例如由SCR催化器下游的氮氧化物传感器的传感器信号和SCR催化器上游的氮氧化物传感器的传感器信号确定。替代地或另外地，可以使用氨传感器。此外，该转化率可以由上述两个可能方式的组合确定。
根据一个方面，当求积分的尾气质量高于所属的尾气质量阈值时，终止监测。因为氨泄漏在正常情况下是有限的，可以有利地在识别到这种情形之后限制监测时间段并且可以停止监测。
计算机程序被设置用于实施所述方法的每个步骤，尤其是当该程序在计算设备或控制设备上实施时。这使得能够在传统的电子控制设备中执行所述方法，而不必对其进行构造变化。为此，其储存在机器可读的存储介质上。
通过将所述计算机程序在传统的电子控制设备上运行，获得被设置用于实施SCR催化器监测的电子控制设备。
附图说明
附图中示出了并且在以下描述中更详细地阐述本发明的实施例。
图1示出了内燃机的尾气管线中的SCR催化器的示意图，通过根据本发明的方法的一个实施方案监测该SCR催化器。
图2示出了在使用另外的针对NH3设计的启动条件的情况下根据本发明的方法的一个实施例的流程图。
图3示出了根据WPA模式和根据BPU模式的SCR催化器的最大氨存储能力根据SCR催化器的温度的图表，其中具有由于温度升高引起的示例性氨泄漏情形。
图4示出了根据WPA模式和根据BPU模式的SCR催化器的最大氨存储能力根据SCR催化器的温度的图表，其中具有由于通过计量策略预定的氨料位增加引起的示例性氨泄漏情形。
图5示出了根据WPA模式和根据BPU模式的SCR催化器的最大氨存储能力根据SCR催化器的温度的图表，其中具有由于临时过度计量引起的示例性氨泄漏情形。
具体实施方式
图1以示意图的形式示出了内燃机1、尾气管线2和具有SCR催化器3的尾气后处理***，借助根据本发明的方法的一个实施方案监测该SCR催化器。从内燃机1排出的尾气质量流量QA由内燃机1经由尾气管线2传送到尾气后处理***。内燃机1由电子控制设备6控制。将对于在SCR催化器3中还原氮氧化物所需的尿素水溶液通过本身已知的输送和计量***7经由计量阀8喷入到SCR催化器3上游的尾气管线2中。输送和计量***7和计量阀8通过电子控制设备6控制。另外，SCR催化器3上游的第一氮氧化物传感器4布置在计量阀8之前。第一氮氧化物传感器4测量SCR催化器3上游的尾气中的氮氧化物浓度，并将测量结果传输给电子控制设备6。此外，第二氮氧化物传感器5布置在SCR催化器3的下游，其测量SCR催化器3下游的尾气中的氮氧化物浓度，其中氮氧化物传感器5对氨具有交叉敏感性，并将测量结果同样传输给电子控制设备6。另外，SCR催化器3上游的第一温度传感器9布置在计量阀8之前，并且第二温度传感器10布置在SCR催化器3下游。通过控制设备6控制输送和计量***7和计量阀8，并且根据确定的尾气中的氮气浓度而将所需的尿素水溶液质量计量加入到尾气管线2中。
图2示出了用于根据所选择的计量策略监测SCR催化器3的根据本发明的方法的一个实施例的流程图。首先提供用于根据WPA模式的最大氨存储能力FmaxWPA的模型10和根据BPU模式的最大氨存储能力FmaxBPU的模型11。这些模型10、11可以作为诊断功能的一部分来计算。任选地，根据WPA模式的模型10还可以作为计量策略的一部分来计算。替代地，也可以不依赖于计量策略而确定建模的氨料位值。
在进一步的方法步骤20中，确定根据WPA模式和根据BPU模式的SCR催化器的在图3至5的描述范畴中阐述的相关启动标准。相关启动标准可以是例如SCR催化器3的温度T、SCR催化器3的温度梯度、建模的氨和过度计量质量。在比较40的范畴中，将根据WPA模式的建模的最大氨存储能力FmaxWPA和根据BPU模式的最大氨存储能力FmaxBPU与启动标准进行比较。如果满足启动标准，则进行诊断。在其它实施例中可以设置，在进行诊断之前，满足多个并且作为特殊情况的所有启动标准。相反地，如果没有满足启动标准或没有满足足够多的启动标准，则不进行诊断。在这种情况下，再次实施比较40。在其它实施例中，还可以改变或替换启动标准。在诊断时，在下一个方法步骤50中，通过尾气管线中的氮氧化物传感器4、5测量当前的转化率
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，并且将其在进一步的比较60中与所属的阈值
Figure 187352DEST_PATH_IMAGE002
进行比较。当测量的转化率
Figure 316983DEST_PATH_IMAGE001
高于该阈值
Figure 662513DEST_PATH_IMAGE002
或等于其时，SCR催化器3被诊断为有功能能力的70。当转化率
Figure 157080DEST_PATH_IMAGE001
低于阈值
Figure 158534DEST_PATH_IMAGE002
时，SCR催化器3被诊断为有缺陷的80。
图3示出了SCR催化器3的氨料位F根据SCR催化器3的温度T的图表。显示了根据WPA模式的SCR催化器3的最大氨存储能力FmaxWPA的取决于温度的曲线以及根据BPU模式的SCR催化器3的最大氨存储能力FmaxBPU的取决于温度的曲线。根据WPA模式的最大氨存储容量FmaxWPA的曲线在此位于根据BPU模式的最大氨存储容量FmaxBPU的曲线的上方，因为通常认为根据WPA模式的SCR催化器可以比根据BPU模式的SCR催化器储存更多的氨。在图表中显示了两个运行点100、102。第一运行点处于第一温度T1并且处于所属的第一氨料位F1并且处于根据BPU模式的SCR催化器3的最大氨存储容量FmaxBPU的曲线下方，以使得在该第一运行点100处可预期不出现氨泄漏。如果将SCR催化器3的温度增加到第二温度T2，则SCR催化器3的氨料位沿箭头101从第一氨料位F1不显著地降低到第二氨料位F2。在此，第二运行点102现在处于第二温度T2和第二氨料位F2。因此，第二运行点102位于根据BPU模式的SCR催化器3的最大氨存储容量FmaxBPU的曲线上方和根据WPA模式的SCR催化器3的最大存储容量FmaxWPA的曲线下方的通道中。由此，在根据BPU模式的SCR催化器3的情况下可预期高的氨泄漏，并且在根据WPA模式的SCR催化器3的情况下最多可预期低的泄漏。在第二运行点102处，因此满足用于启动诊断的启动标准。
图4示出了SCR催化器3的氨料位F根据SCR催化器3的温度T的图表。显示了根据WPA模式的SCR催化器3的最大氨存储能力FmaxWPA的取决于温度的曲线以及根据BPU模式的SCR催化器3的最大氨存储能力FmaxBPU的取决于温度的曲线。如图3中已经描述，根据WPA模式的SCR催化器3的最大氨存储容量FmaxWPA的曲线位于根据BPU模式的SCR催化器3的最大氨存储容量FmaxBPU的曲线的上方。在图表中显示了两个另外的运行点200、202。第一运行点处于第三温度T3和所属的第三氨料位F3并且位于根据BPU模式的SCR催化器3的最大氨存储容量FmaxBPU的曲线下方，以使得又可预期不出现氨泄漏。将特定质量的尿素水溶液计量加入到尾气管线中，并且SCR催化器3的温度T从第三温度T3降低到第四温度T4。结果，SCR催化器3的氨料位沿箭头201从第三氨料位F3增加到第四氨料位F4。在此，第四运行点202现在处于第四温度T4和第四氨料位F4。因此，第四运行点202位于根据BPU模式的SCR催化器3的最大氨存储容量FmaxBPU的曲线上方和根据WPA模式的SCR催化器3的最大存储容量FmaxWPA的曲线下方的通道中。由此，在根据BPU模式的SCR催化器3的情况下可预期高的泄漏，并且在根据WPA模式的SCR催化器3的情况下最多可预期低的泄漏。在第四运行点202处，因此满足用于启动诊断的启动标准。
图5示出了SCR催化器3的氨料位F根据SCR催化器3的温度T的图表。显示了根据WPA模式的SCR催化器3的最大氨存储能力FmaxWPA的取决于温度的曲线以及根据BPU模式的SCR催化器3的最大氨存储能力FmaxBPU的取决于温度的曲线。根据WPA模式的SCR催化器3的最大氨存储容量FmaxWPA的曲线在此位于根据BPU模式的SCR催化器3的最大存储容量FmaxBPU的曲线的上方，因为认为根据WPA模式的SCR催化器3可以比根据BPU模式的SCR催化器储存更多的氨。在图表中显示了两个进一步另外的运行点300、302。第一运行点处于第五温度T5和所属的第五氨料位F5并且位于根据BPU模式的SCR催化器3的最大氨存储容量FmaxBPU的曲线下方，以使得又可预期不出现氨泄漏。将特定质量的尿素水溶液计量加入到尾气管线中，该特定质量大于对于尾气中的氮氧化物的转化所需的尿素水溶液质量。结果，SCR催化器3的氨料位沿箭头301从第五氨料位F5急剧增加到第六氨料位F6。同时，SCR催化器3的温度T从第五温度T5降低到第六温度T6。在此，第六运行点302现在处于第六温度T6和第六氨料位F6。因此，第六运行点302位于根据BPU模式的SCR催化器3的最大氨存储容量FmaxBPU的曲线上方和根据WPA模式的SCR催化器3的最大存储容量FmaxWPA的曲线下方的通道中。由此，在根据BPU模式的SCR催化器3的情况下可预期高的泄漏，相反地认为根据WPA模式的SCR催化器仍然可以储存过量的氨。在第六运行点F6处，因此满足用于启动诊断的启动标准。

Claims (14)

1.用于监测内燃机（1）的尾气管线（2）中的SCR催化器（3）的方法，其中计量加入用于还原氮氧化物的还原剂溶液，其中当测量值（
Figure DEST_PATH_IMAGE002
）低于所属阈值（
Figure DEST_PATH_IMAGE004
）时，SCR催化器（3）被诊断为有缺陷的（80），并且其中当满足启动标准时，进行SCR催化器（3）的诊断，
其特征在于，根据BPU模式和WPA模式选择启动标准（20），以使得当SCR催化器（3）对应于BPU模式时，发生通过该SCR催化器（3）的氨泄漏，并且当SCR催化器（3）对应于WPA模式时，没有发生通过该SCR催化器（3）的氨泄漏，
其中BPU模式表示不可接受的最佳性能，且WPA模式是指可接受的最差性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于启动标准，当根据BPU模式的SCR催化器（3）的最大氨存储容量（FmaxBPU）不足以储存由还原剂转化的全部氨时，并且当根据WPA模式的SCR催化器的最大氨存储容量（FmaxWPA）足以储存由还原剂转化的全部氨时，满足该启动标准。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于启动标准，当SCR催化器（3）的绝对温度高于温度阈值时，满足该启动标准。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于启动标准，当SCR催化器（3）的温度梯度高于第一温度梯度阈值时，满足该启动标准。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于启动标准，当SCR催化器（3）的温度梯度低于第二温度梯度阈值时，满足该启动标准，其中所述第二温度梯度阈值高于第一温度梯度阈值。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于启动标准，当由用于SCR催化器（3）的氨料位的模型确定的建模的氨料位值高于第一氨料位阈值并且低于第二氨料位阈值时，满足该启动标准，其中所述第一氨料位阈值反映出根据BPU模式的SCR催化器（3）的最大氨存储容量（FmaxBPU），所述第二氨料位阈值反映出根据WPA模式的SCR催化器（3）的最大氨存储容量（FmaxWPA）。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于启动标准，当计量加入的还原剂质量高于过度计量阈值时，即当根据BPU模式的SCR催化器（3）的最大氨存储容量（FmaxBPU）不足以储存由还原剂转化的全部氨，并且根据WPA模式的SCR催化器（3）的最大氨存储容量（FmaxWPA）足以储存由还原剂转化的全部氨时，则满足该启动标准。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于启动标准，当根据BPU模式的氨泄漏的模型预报SCR催化器（3）的氨泄漏时，满足该启动标准。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于启动标准，当根据BPU模式的氨泄漏的模型与根据WPA模式的氨泄漏的模型之间的差值高于模型阈值时，满足该启动标准。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量值是以下值中的一个或多个，或者直接由这些值确定：
- SCR催化器（3）下游的氨浓度；
- SCR催化器（3）下游的氨质量流量；
- SCR催化器（3）下游的氮氧化物传感器的传感器信号；和/或
- SCR催化器（3）上游的氮氧化物传感器的传感器信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述测量值是SCR催化器（3）的测量的转化率（
Figure DEST_PATH_IMAGE005
），其由SCR催化器（3）下游的氮氧化物传感器（5）或氨传感器的传感器信号和SCR催化器（3）上游的氮氧化物传感器（4）或氨传感器的传感器信号确定。
12.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，当求积分的尾气质量高于所属的尾气质量阈值时，终止监测。
13.机器可读的存储介质，其上储存有计算机程序，其中所述计算机程序被设置用于实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法的每个步骤。
14.电子控制设备，其被设置用于通过根据权利要求1至12中任一项所述的方法实施SCR催化器（3）的监测。
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