專利名稱：Scr排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法及診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的SCR排氣后處理系統(tǒng)運(yùn)行及診斷方法，所述SCR排氣后處理系統(tǒng)包括具有氨儲存能力的SCR催化器。
背景技術(shù)：
DE 102 54 843 Al公開了一種SCR排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行及診斷方法，所述SCR排氣后處理系統(tǒng)包括具有氨儲存能力的SCR催化器，其中，檢測在內(nèi)燃機(jī)排氣管中、設(shè)置在SCR催化器下游的排氣傳感器的信號，所述排氣傳感器對氮氧化物和氨敏感。為了診斷該SCR排氣后處理系統(tǒng)而改變提供給SCR催化器的還原劑量，如果排氣傳感器的信號不按期望地改變則識別出錯誤。 這種方法雖然能夠可靠地識別出SCR排氣后處理系統(tǒng)的錯誤行為，但是相對不精石角(皿spezif isch)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種實現(xiàn)可靠的運(yùn)行和改進(jìn)的錯誤處理的運(yùn)行及診斷方法。 該目的通過具有權(quán)利要求1特征的運(yùn)行及診斷方法來實現(xiàn)。在根據(jù)本發(fā)明的用于SCR排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行及診斷方法中，該SCR排氣后處理系統(tǒng)包括具有氨儲存能力的SCR催化器，在SCR催化器下游設(shè)置一排氣傳感器，該排氣傳感器對氮氧化物和氨敏感性。在正常運(yùn)行模式下，根據(jù)在SCR催化器中存儲氨的填充狀態(tài)模型、通過操作尿素計量裝置向所述SCR催化器提供氨，以使所述SCR催化器的氨填充狀態(tài)保持至少接近一可預(yù)定的目標(biāo)值或保持在一可預(yù)定的目標(biāo)值范圍內(nèi)。在此，通過對氮氧化物和氨敏感的排氣傳感器，一方面可以檢測SCR排氣后處理系統(tǒng)的氮氧化物轉(zhuǎn)化能力，另一方面可以檢查SCR催化器的對氮氧化物轉(zhuǎn)化極重要的氨填充狀態(tài)。按照這種方式，不僅能實現(xiàn)SCR排氣后處理系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，而且能實現(xiàn)對錯誤的診斷。氮氧化物轉(zhuǎn)化不足或尿素計量不足可以通過氮氧化物濃度的增大而識別出，必要時通過匹配尿素計量來修正。SCR催化器氨存儲能力的降低或計量過度可以通過氨濃度的增大而識別出，必要時也通過匹配尿素計量來修正。
然而為了 SCR排氣后處理系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，明確地解釋排氣傳感器信號是有利的，有時這一點(diǎn)是很困難的。這種困難可通過本發(fā)明的以下措施來克服如果記錄到排氣傳感器的信號超過一可預(yù)定的第一限值，則中斷正常運(yùn)行模式。該第一限值優(yōu)選與臨界氮氧化物濃度或氨濃度相應(yīng)地預(yù)定，優(yōu)選處于5ppm至50卯m的范圍內(nèi)。 如果在正常運(yùn)行模式中未超過第一限值，則SCR排氣后處理系統(tǒng)按規(guī)定運(yùn)行，通常沒有理由去中斷正常運(yùn)行模式。而在超過第一限值的情況下探測到干擾，根據(jù)本發(fā)明地進(jìn)一步分析這種干擾。根據(jù)本發(fā)明具體來說，如果記錄到排氣傳感器的信號超過可預(yù)定的第一限值時，則中斷正常運(yùn)行模式并使得由所述尿素計量裝置設(shè)定的尿素計量率比在所述正常運(yùn)行模式中規(guī)定的值增大一可預(yù)定的量。然后，如果所述排氣傳感器的信號在使設(shè)定的尿素計量率增大后、在一可預(yù)定的時段內(nèi)升高到超過一可預(yù)定的、大于所述第一限值的 第二限值，則切換至診斷運(yùn)行模式。 因此評估作為對尿素計量率增大的回應(yīng)的、排氣傳感器的信號變化/曲線，并且 基于該評估判定，最初探測到的干擾對進(jìn)一步診斷的需要程度。排氣傳感器的信號可以是 原始信號或者是排氣傳感器的按照常見信號處理方式處理過的輸出信號，總之該信號與排 氣中的氮氧化物濃度和/或氨濃度相關(guān)聯(lián)。 在本發(fā)明的一個實施方式中，如果所述排氣傳感器的信號在使設(shè)定的尿素計量率 增大后、在一可預(yù)定的時段內(nèi)下降到低于一可預(yù)定的、小于所述第一限值的第三限值，則返 回所述正常運(yùn)行模式。被認(rèn)為與氮氧化物濃度相關(guān)的排氣傳感器信號的降低是按規(guī)定運(yùn)行 的SCR排氣后處理系統(tǒng)的正常回應(yīng)，在此情況下由于增加了尿素或氨供應(yīng)而得到提高的氮 氧化物轉(zhuǎn)化。這樣，原則上認(rèn)為SCR排氣后處理系統(tǒng)符合規(guī)定，而除必要時對尿素計量進(jìn)行 匹配外一般無需其它的錯誤處理措施。 在另一個實施方式中，如果排氣傳感器的信號在可預(yù)定的時段內(nèi)停留在一可預(yù)定 的、包括所述第一限值的數(shù)值范圍內(nèi)，則診斷出尿素計量裝置的工作存在錯誤。優(yōu)選規(guī)定在 這種情況下發(fā)出一與此相關(guān)的報警消息，以促使對尿素計量裝置進(jìn)行維修。在對此極重要 的數(shù)值范圍的大小方面特別有利的是，在本發(fā)明的另一個實施方式中，該所述數(shù)值范圍的 上限是第二限值，而下限是第三限值。按照這種方式實現(xiàn)了對排氣傳感器對于尿素計量率 增大的預(yù)期回應(yīng)的明確區(qū)分能力。 在排氣傳感器信號對于尿素計量率增大的回應(yīng)是超過第二限值的情況下，首先認(rèn) 為出現(xiàn)了嚴(yán)重的干擾，在此根據(jù)本發(fā)明切換至診斷模式。在本發(fā)明的另一個實施方式中，在 診斷運(yùn)行模式中確定表征當(dāng)前氮氧化物轉(zhuǎn)化活性的催化器特征值。優(yōu)選的是，待確定的催 化器特征值是當(dāng)前氮氧化物轉(zhuǎn)化或催化器特性，例如氨儲存能力。 在本發(fā)明的另一個實施方式中，如果確定在診斷運(yùn)行模式中確定的催化器特征值 與一預(yù)定基準(zhǔn)值存在偏差，則當(dāng)所述偏差大于一預(yù)定差值時，則生成錯誤消息。優(yōu)選的是， 如果該偏差小于所述的預(yù)定差值和/或大于一預(yù)定為較低的第二差值，則使填充狀態(tài)模型 與改變的催化器特征值相匹配。在此適當(dāng)?shù)氖牵鶞?zhǔn)值對應(yīng)于在規(guī)定狀態(tài)下的SCR催化器 的催化器特征值。在此應(yīng)設(shè)想將相反的情況也包括在內(nèi)，其中，基準(zhǔn)值對應(yīng)于催化器的臨界 級別的錯誤情況，其中已經(jīng)考慮與規(guī)定催化器特征值的臨界差值。 在本發(fā)明的另一個實施方式中，在診斷運(yùn)行模式中，暫時將內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)成使 氮氧化物原始排放大于正常內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行，并以時間同步的方式使所述尿素計量率降低或設(shè) 定為零。通過在降低或關(guān)斷尿素計量或氨輸入的情況下增大向催化器的氮氧化物輸入率以 及同時監(jiān)測排氣傳感器信號，能夠診斷出催化器的轉(zhuǎn)化活性。由于預(yù)先增大了尿素輸入率， 在此可以認(rèn)為SCR催化器在氮氧化物輸入率增大之初就被最佳地提供氨，并且就此而言以 最佳狀態(tài)運(yùn)行。因此，為測試氮氧化物的轉(zhuǎn)化活性給出SCR催化器的明確基準(zhǔn)狀態(tài)，由此實 現(xiàn)特別可靠的診斷。 在另一個實施方式中，如果所述排氣傳感器的信號在使所述氮氧化物原始排放增 大后超過一可預(yù)定的第四限值，則結(jié)束以氮氧化物原始排放增大的方式進(jìn)行的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行 并返回所述正常運(yùn)行模式。由于氮氧化物供給增大，同時氨供給被減小或者關(guān)斷，所以SCR 催化器只能利用之前存儲的氨來進(jìn)行氮氧化物轉(zhuǎn)化。因而，在經(jīng)過一定時間后，所存儲的氨儲量的消耗不可避免地導(dǎo)致排氣傳感器能探測到的、在離開SCR催化器的排氣中的氮氧化物濃度的增大。對于診斷，與本發(fā)明的這種處理方式相關(guān)地特別優(yōu)選的是，對直到達(dá)到第四限值前的時段進(jìn)行分析或?qū)υ谠摃r段內(nèi)提供的和/或轉(zhuǎn)化的氮氧化物量進(jìn)行分析。在該時段內(nèi)轉(zhuǎn)化的氮氧化物量與由SCR催化器以存儲形式提供的氨的量成比例，因此能夠確定并評估SCR催化器的氨儲存能力。


附圖中示出本發(fā)明的有利實施方式，并在下面對其進(jìn)行說明。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，上文所述的、以及將在下文中進(jìn)一步說明的各特征不僅可以以(本文)給出的特征組合的方式應(yīng)用，而且可以以其它的組合方式應(yīng)用或被單獨(dú)地應(yīng)用。
其中 圖1是內(nèi)燃機(jī)的示意性框圖，該內(nèi)燃機(jī)具有一種例示性實施方式的相應(yīng)SCR排氣后處理系統(tǒng)； 圖2是用以說明SCR催化器的氨儲存能力的圖表； 圖3是用以說明SCR催化器的氨儲存能力的溫度相關(guān)性的圖表； 圖4是用以說明SCR催化器的氨填充狀態(tài)與氮氧化物轉(zhuǎn)化以及氨流失
(Ammoniakschlupf)的關(guān)系的圖表； 圖5是本發(fā)明填充狀態(tài)確定單元的有利實施方式的示意框圖，該填充狀態(tài)確定單
元用于確定屬于SCR排氣后處理系統(tǒng)的SCR催化器的氨填充狀態(tài)；以及 圖6a至圖6d分別是屬于SCR排氣后處理系統(tǒng)的排氣傳感器信號S的、用于診斷
SCR排氣后處理系統(tǒng)的尿素計量率D的、用于診斷SCR排氣后處理系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)NOx原始排
放N(kr。h的、以及SCR排氣后處理系統(tǒng)的N0x轉(zhuǎn)化UN。X的示例性并行時間曲線的時序圖，所
述排氣傳感器對氮氧化物和氨敏感。
具體實施例方式
圖l示例性示出了內(nèi)燃機(jī)l的框圖，該內(nèi)燃機(jī)1具有相應(yīng)的SCR排氣后處理系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)1優(yōu)選被構(gòu)造為壓縮空氣式內(nèi)燃機(jī)，下面簡稱為柴油發(fā)動機(jī)。由柴油發(fā)動機(jī)1排放的排氣由排氣管2接收，隨后依次流經(jīng)氧化催化器3、顆粒過濾器4和SCR催化器5。為了加熱氧化催化器3或排氣，可以選擇在排氣管2中、在氧化催化器3的輸入側(cè)設(shè)置一加熱元件26。代替加熱元件26或者作為加熱元件26的補(bǔ)充，可以在氧化催化器3的上游設(shè)置一燃料添加裝置。尤其是在通過燃燒炭黑來再生顆粒過濾器4時，考慮通過加熱元件26和/或通過由氧化催化器3對所添加燃料的放熱氧化來對排氣進(jìn)行加熱。為了確定這種再生的必要性而給顆粒過濾器4配備一壓差傳感器22，通過壓差傳感器22的輸出信號可以確定顆粒過濾器4的臨界顆粒載量。但也可以與柴油發(fā)動機(jī)1的冷啟動或暖機(jī)相關(guān)地進(jìn)行排氣加熱，和/或一般地當(dāng)確定特別是在SCR催化器5的輸入側(cè)的排氣溫度水平過低時進(jìn)行排氣加熱。另外，通過氧化催化器3還可以增加排氣所含氮氧化物中的二氧化氮份額。于是，一方面實現(xiàn)了在排氣溫度低于50(TC的情況下氧化積存在顆粒過濾器4中的炭黑，而且能夠改善在SCR催化器5中的氮氧化物轉(zhuǎn)化。 另外，該柴油發(fā)動機(jī)1還配備有排氣渦輪增壓器6，其渦輪由排氣流驅(qū)動，其壓縮
5機(jī)經(jīng)由空氣輸入管11將通過進(jìn)氣管7吸入的空氣提供給柴油發(fā)動機(jī)1。為了調(diào)節(jié)提供給柴油發(fā)動機(jī)1的空氣量，在空氣輸入管11中設(shè)有節(jié)氣門12。在進(jìn)氣管7中設(shè)有空氣濾清器8以凈化進(jìn)氣；在進(jìn)氣管7中設(shè)有空氣流量計9以測量進(jìn)氣量。設(shè)置在空氣輸入管11中的增壓空氣冷卻器10用于冷卻壓縮后的進(jìn)氣。 在SCR催化器5的上游布置一帶計量閥27的添加位置用以向排氣添加還原劑。利用計量泵從一容器(未詳細(xì)示出)向計量閥27提供還原劑。下文中假定，該還原劑是尿素水溶液。當(dāng)然也可以采用其它的還原劑，尤其是含有呈游離態(tài)或化合態(tài)的氨(NH3)的還原劑。根據(jù)由SCR催化器5去除氮氧化物的要求，經(jīng)由計量閥27將尿素溶液計量供給到排氣。在高溫排氣中通過熱分解和/或水解釋放氨，氨用于選擇性還原排氣所含的氮氧化物。
為了控制SCR排氣后處理系統(tǒng)以及柴油發(fā)動機(jī)1的運(yùn)行，設(shè)有圖1中未示出的控制裝置。為了執(zhí)行規(guī)定的控制功能，該控制裝置獲取關(guān)于柴油發(fā)動機(jī)1運(yùn)行狀態(tài)參量的信息。這些信息例如可以是與輸出扭矩或者轉(zhuǎn)速有關(guān)的信息?？刂蒲b置優(yōu)選包括計算單元、儲存單元以及輸入輸出單元。于是，該控制裝置能夠執(zhí)行復(fù)雜的信號處理程序，并能檢測和控制或調(diào)節(jié)柴油發(fā)動機(jī)1和SCR排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行。優(yōu)選將為此所必須的特性曲線族(Ke皿felder)存儲在儲存裝置中，其中也可以對這些特性曲線族進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。這些特性曲線族主要涉及與柴油發(fā)動機(jī)1的運(yùn)行狀態(tài)參量、如負(fù)載、轉(zhuǎn)速、空氣比例數(shù)(空燃比)等相關(guān)的、決定性的排氣狀態(tài)參量，如質(zhì)量流量、原始排放和溫度。另外還提供氧化催化器3、顆粒過濾器4和SCR催化器5的決定性狀態(tài)參量的特性曲線族。就SCR催化器5而言，這些特性曲線族尤其涉及與對此重要的影響參量相關(guān)的、氮氧化物轉(zhuǎn)化和氨儲存能力。
優(yōu)選借助適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽頇z測柴油發(fā)動機(jī)1、 SCR排氣后處理系統(tǒng)和相關(guān)單元的運(yùn)行狀態(tài)。例如在圖1中，壓力傳感器13和15分別用于檢測渦輪增壓器6的壓縮機(jī)之前的壓力和渦輪之前的壓力，溫度傳感器14、16、18、19、21、23和24分別用于檢測在增壓空氣冷卻器10之后的溫度、渦輪之前的溫度、氧化催化器3之前的溫度、顆粒過濾器4之前和之后的溫度以及SCR催化器5之前和之后的溫度。當(dāng)然也可以設(shè)置其它傳感器，尤其是用于檢測排氣成分的傳感器。例如可以設(shè)置用于(檢測)排氣中的氮氧化物含量的A傳感器17和氮氧化物傳感器20。尤其是可以在SCR催化器5的輸出側(cè)設(shè)置對氮氧化物和氨敏感的排氣傳感器25。氮氧化物傳感器20也可以設(shè)置在顆粒過濾器4下游，但優(yōu)選位于計量閥27上游。這些傳感器的信號由控制裝置處理從而隨時提供重要狀態(tài)參量，在必要時可以改變柴油發(fā)動機(jī)1的運(yùn)行點(diǎn)，以使SCR排氣后處理系統(tǒng)能夠以優(yōu)化的方式運(yùn)行。
在去除主要的排氣有害物方面，尤其是在去除氮氧化物和顆粒方面，SCR排氣后處理系統(tǒng)的所述實施方式被證明是特別有利的。但也可以設(shè)置額外的排氣凈化裝置，例如另外的氧化催化器或者在SCR催化器5前的氮氧化物存儲催化器(Stickoxidspeicherkatalysator)和/或水解催化器。還可以在傳感器的類型、數(shù)量以及布置方式方面改變傳感系統(tǒng)。 下面在SCR催化器5的運(yùn)行方面，結(jié)合圖2至4來說明該催化器的幾個重要特性。在此假定SCR催化器5是典型的具備氨儲存能力的SCR催化器。優(yōu)選的是，SCR催化器5被構(gòu)造為分層式催化器(Schichtkatalysator)，其具有由陶瓷載體承載的沸石層。也可以實施作為基于Ti02-、W03-、V205的整體擠出式催化器(Vollextrudatkatalysator)。
圖2示出了氨儲存能力的圖表，其中示出了在向SCR催化器5充入氨時，氨濃度
6cra3的典型時間曲線cNH3(t)。在此假定，未存儲有氨的SCR催化器5在等溫條件下在時間點(diǎn)^被充入規(guī)定的、暫時不變的量的排氣輸入流和氨初始濃度，這通過線跡28來表示。依據(jù)其氨儲存能力，在從^至t2的時間區(qū)間中，SCR催化器5以隨時間遞減的量接收氨。相應(yīng)地，在離開SCR催化器5的排氣流中的NH3濃度滯后于輸入濃度，這通過線跡29來表示。在時間點(diǎn)tySCR催化器5飽和，因此它不能存儲更多的氨，線跡29與線跡28匯合。此時，氨填充狀態(tài)達(dá)到最大值100%。此時由SCR催化器5存儲的氨量表現(xiàn)出在相應(yīng)條件下的絕對氨儲存能力，并通過在這兩條線跡28、29之間的面積30來表示。 氨儲存能力主要與溫度相關(guān)，圖3所示的圖表示出了這一點(diǎn)。在此，線跡31是與溫度相關(guān)的氨儲存能力SpNH3(T)的典型曲線。氨儲存能力Sp冊3(T)(如圖3的圖表所示)在溫度T較低時比較大，而在溫度T很高時、約超過30(TC時降低。(氨儲存能力)還與氣體流量相關(guān)(未詳細(xì)示出)。 SCR催化器的氨填充狀態(tài)可以作為絕對數(shù)量值、也可以作為相對值，所述相對值按照所示比例關(guān)系以與在相應(yīng)條件下能夠存儲的最大絕對氨量相關(guān)(相比)的方式給出所存儲的氨量。 氮氧化物轉(zhuǎn)化與氨填充狀態(tài)的相關(guān)性是與典型的SCR催化器5的特性相關(guān)的一個重要方面。在圖4中，通過線跡32示意示出這種相關(guān)性。與此相比，通過線跡33表示氨流失S^與氨填充狀態(tài)的相關(guān)性。在此，隨著填充狀態(tài)F提高，氮氧化物轉(zhuǎn)化U^(F)以越來越平緩的斜率一直增大到最大值，該最大值主要由氣體流量和溫度確定。這意味著，從氨填充狀態(tài)F的一特定值起，通過向催化器進(jìn)一步存在氨不能再或者不能再顯著地增大氮氧化物轉(zhuǎn)化U^。相反，氨流失S,會增大，如線跡33所示。在針對各種條件設(shè)定氨填充狀態(tài)F的優(yōu)化值時，考慮到上述事實是很重要的。 在圖2至4中示意示出的相關(guān)性以及可能的其它相關(guān)性被以適當(dāng)?shù)姆绞结槍Υ褂玫腟CR催化器5、以特性曲線或者特性曲線族的形式保存?？刂蒲b置可以訪問這些特性曲線或者特性曲線族，從而能夠針對各種運(yùn)行狀態(tài)全面地確定SCR催化器5的狀態(tài)。在這里優(yōu)選的是，給未老化的全新狀態(tài)規(guī)定一組特性曲線族，而給預(yù)定的老化狀態(tài)規(guī)定另一組特性曲線族，優(yōu)選根據(jù)預(yù)定的臨界老化進(jìn)行所述規(guī)定。特別有利的是，給未老化的狀態(tài)指定第一老化系數(shù)、例如為"0"，而給臨界老化狀態(tài)規(guī)定第二老化系數(shù)(例如為"l")。在柴油發(fā)動機(jī)l運(yùn)行期間，如下文詳細(xì)說明地設(shè)有一診斷例程，通過該診斷例程能夠時不時地估計氮氧化物還原催化器5的當(dāng)前老化狀態(tài)。在這里優(yōu)選的是，給當(dāng)前老化狀態(tài)指定一當(dāng)前老化系數(shù)，該當(dāng)前老化系數(shù)按照之前的定義處于0到1之間。然后，在訪問特性曲線族數(shù)據(jù)時，根據(jù)當(dāng)前老化系數(shù)，在全新狀態(tài)與臨界老化狀態(tài)的一組特性曲線族的數(shù)據(jù)之間進(jìn)行優(yōu)選為線性的插值。 為了通過SCR催化器5去除氮氧化物而規(guī)定，根據(jù)在SCR催化器5中存儲氨的填充狀態(tài)模型、通過對計量閥27的相應(yīng)控制的操縱為SCR催化器5加入氨，以使SCR催化器5的氨填充狀態(tài)F至少接近一可預(yù)定的目標(biāo)值或保持在一可預(yù)定的目標(biāo)值范圍內(nèi)。優(yōu)選的是，在填充狀態(tài)模型中考慮上文所述的各相關(guān)性。在此，一方面力爭實現(xiàn)或設(shè)定高氮氧化物轉(zhuǎn)化U^，而另一方面力爭實現(xiàn)或設(shè)定盡可能低或可以忽略的氨流失S,。在此，尿素計量率由尿素計量裝置(未詳細(xì)示出)確定，該尿素計量裝置包括計量閥27和一填充狀態(tài)確定單元。
在圖5中示意性地以方框圖形式示出填充狀態(tài)確定單元35的一種有利構(gòu)造方式，填充狀態(tài)確定單元35用于確定SCR催化器5的氨填充狀態(tài)F。按照之前所述的，填充狀態(tài)確定單元35在引用所存儲的特性曲線族或特性曲線和傳感器信號的情況下建立一填充狀態(tài)的計算模型，并確定SCR催化器5的當(dāng)前氨填充狀態(tài)F以及尤其是用于驅(qū)控計量閥27的驅(qū)控參量。填充狀態(tài)確定單元35為此獲取輸入?yún)⒘縀，輸入?yún)⒘縀除當(dāng)前老化系數(shù)之外例如還涉及利用傳感器檢測的、如排氣溫度的排氣狀態(tài)參量、SCR催化器5之前的氮氧化物含量和排氣質(zhì)量流量。為簡明起見沒有完整地列出其它相關(guān)參量，尤其是如排氣傳感器25的輸出信號。填充狀態(tài)確定單元35包括用于氮氧化物轉(zhuǎn)化的、用于利用氧氣對氨進(jìn)行的直接轉(zhuǎn)化的和用于存儲在SCR催化器5中的氨的解吸率(Desorptionsrate)(氨流失)的多組特性曲線族36、37和38，以及可能的其它特性曲線族。在此確定與當(dāng)前輸入?yún)⒘繉?yīng)的重要數(shù)據(jù)。表征氨消耗的值連同向催化器5輸入氨的輸入率Z —起提供給加法單元(Summationsglied)39，該加法單元39以符號正確(vorzeichenrichtig)的方式將相關(guān)參量疊加，所述氨消耗例如用于氮氧化物的轉(zhuǎn)化、利用氧氣的直接轉(zhuǎn)化和通過氨流失SNH3給定的解吸率。以此方式實現(xiàn)對這些參量的結(jié)算，這些參量基本確定了存儲在催化器5中的氨量。在此，該加法優(yōu)選按照毫秒級的特定時間間隔連續(xù)地執(zhí)行。加法值被提供給一個積分單元40，積分單元40的輸出參量表示催化器5的當(dāng)前氨填充狀態(tài)F。同時，根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)還確定其它輸出參量A。這些輸出參量主要是與從催化器流出的排氣中的氮氧化物含量有關(guān)的參量、與氨流失S^有關(guān)的參量和排氣溫度，該排氣溫度可能會因為反應(yīng)熱或者熱損失而發(fā)生改變。 向催化器5輸入氨的輸入率Z主要根據(jù)由計量閥27給出的尿素計量率來確定。在此可以顧及因壁積存和壁解吸造成的影響。另外還可以顧及從排氣狀態(tài)參量中導(dǎo)出的、由所提供的尿素釋放的氨的氨釋放率或水解。 按照上述說明，可以在使用圖示的氨填充狀態(tài)模型的情況下、至少在多數(shù)情況下利用與相應(yīng)條件優(yōu)化匹配的氨填充狀態(tài)來驅(qū)動SCR催化器5。在此，利用排氣傳感器25持續(xù)監(jiān)測在從SCR催化器5排出的排氣中是否存在未轉(zhuǎn)化氮氧化物或氨流失、或存在的未轉(zhuǎn)化氮氧化物或氨流失的量級多大。在進(jìn)行所述的正常運(yùn)行模式時，通常SCR排氣后處理系統(tǒng)按規(guī)定運(yùn)行，因此不會引起對模型的干涉或?qū)δＰ蛥?shù)的適應(yīng)。但是可能會出現(xiàn)以下情況，例如由于SCR催化器5的由老化造成的改變或者由于漂移現(xiàn)象(Drifterschei皿ng)或者由于其它之前未考慮到的干擾而偏離正常行為。 下面，結(jié)合圖6a至6d的時序圖說明一種優(yōu)選的、用于尤其在這種情況下執(zhí)行診斷的操作方法。在此，圖6a示意示出設(shè)置在SCR催化器5輸出側(cè)的排氣傳感器25的信號S的示例性曲線，該排氣傳感器25對氮氧化物和氨敏感。在圖6b、6c和6d的圖表中分別記錄了尿素計量率D的時間曲線、柴油發(fā)動機(jī)1的N0x原始排放N0Xrah的時間曲線和SCR催化器5的與柴油發(fā)動機(jī)1的N0x原始排放N(kr。h相關(guān)的氮氧化物轉(zhuǎn)化UN。X的時間曲線。當(dāng)然，舉例示出的恒定不變的曲線本身也可以是波動的。 從任意選定的時間點(diǎn)t。起，假定由尿素計量裝置如此設(shè)定尿素計量率D的目標(biāo)值，以使根據(jù)該模型的SCR催化器的氨填充狀態(tài)F保持在一預(yù)定區(qū)域內(nèi)，或者至少近似地為一預(yù)定值。在此首先還假定，尿素計量率的目標(biāo)值在很大程度上與實際值一致，因此可簡單地稱為尿素計量率。排氣傳感器25的信號S被認(rèn)為是在SCR催化器5輸出側(cè)的排氣中氮
8氧化物含量的濃度信號，氮氧化物輸入濃度來自氮氧化物傳感器20給出的信號或者是從發(fā)動機(jī)運(yùn)行特性曲線族中讀出的，通過檢測排氣傳感器25的信號S和氮氧化物輸入濃度確定當(dāng)前的氮氧化物轉(zhuǎn)化U^。在此優(yōu)選進(jìn)行檢查"是否按照圖4的模型使確定的氮氧化物轉(zhuǎn)化UN。X與確定的當(dāng)前氨填充狀態(tài)F相關(guān)聯(lián)。"就此而言，進(jìn)行填充狀態(tài)模型的參數(shù)和測量得到的參量的比較或相互(有效性)檢驗，從而在正常運(yùn)行期間監(jiān)測和診斷該SCR排氣后處理系統(tǒng)。在偏差過大時，可以對填充狀態(tài)模型的模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，或者轉(zhuǎn)換至一診斷運(yùn)行模式。 當(dāng)前，只要信號S低于一可預(yù)定的第一限值Gl，便認(rèn)為在這方面存在正常運(yùn)行行為。但是如果信號S如線段41所示地逐漸上升、進(jìn)而在假定的時間點(diǎn)^超出預(yù)定的第一限值G1，則診斷出SCR排氣后處理系統(tǒng)不正常。由于暫不清楚這種診斷得到的不正?；诤畏N原因，所以根據(jù)本發(fā)明啟動一錯誤處理例程，該錯誤處理例程能限制或識別出可能的錯誤源。尤其是，首先如下地進(jìn)行一檢查"排氣傳感器25的信號S超過第一限值Gl是由于氮氧化物濃度的增大造成的，還是由于SCR催化器5的氨流失的增大造成的。"為此，在超過第一限值G1之后立刻在時間點(diǎn)、按照預(yù)定程度來增大所設(shè)定的尿素計量率D、例如使之增大到2倍，參見線段46。 如果作為對此的回應(yīng)，在一可預(yù)定的時段內(nèi)、例如數(shù)秒內(nèi)信號S降低到一可預(yù)定的第三限值G3之下(如圖6a的虛線線段42所示)，則證實并非存在氨流失增大，其原因是在存在氨流失的增大情況下、尿素計量率D的增大由于向SCR催化器5輸入更多的氨而必然使氨流失更大。而信號S的降低應(yīng)該被分析為"存在氮氧化物濃度的增大"，這一總是可以通過增大氨輸入來增加SCR催化器的氨填充狀態(tài)F，從而增大氮氧化物轉(zhuǎn)化UN。X來解決。在此優(yōu)選規(guī)定，為了以上述方式可靠地分析傳感器信號S的降低，應(yīng)該把第三限值G3設(shè)定得相對較低，優(yōu)選大約處于2ppm至20ppm之間。 作為對排氣傳感器信號S降低到低于第三限值的值的回應(yīng)，規(guī)定返回至正常運(yùn)行模式。優(yōu)選的是，對SCR排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和/或填充狀態(tài)模型的一個或多個參數(shù)進(jìn)行匹配。例如可以規(guī)定，相應(yīng)地修正氨填充狀態(tài)F的當(dāng)前值。如果在一段可作為檢查時間預(yù)定的時間之后出現(xiàn)上述不正常情況，則其可以被解釋為計量系統(tǒng)的錯誤、例如形式為計量率D被錯誤地降低，其據(jù)此被修正。該不正常情況的再次出現(xiàn)例如可以被解釋為計量閥27的功能錯誤，并輸出一相應(yīng)的消息。 如果在匹配填充狀態(tài)模型的參數(shù)之后記錄到氮氧化物轉(zhuǎn)化UN。X降低和/或氨流失增大，則優(yōu)選將其解釋為SCR催化器5的催化活性降低，為此也可以發(fā)出一相應(yīng)的錯誤消息。在此可以通過與所存儲的特性曲線族進(jìn)行比較來隨時評估當(dāng)前氮氧化物轉(zhuǎn)化U^的大小，并例如匹配老化系數(shù)。 下面返回到圖6a到6b的圖表來闡述根據(jù)本發(fā)明的另一種操作方法，此時，在時間點(diǎn)^增大尿素計量率D之后，在一可預(yù)定的時段內(nèi)排氣傳感器25的信號S不是降低至第三限值G3之下，而是上升超過一可預(yù)定的第二限值G2。 在這種情況下認(rèn)為，傳感器信號S在時間點(diǎn)^的增大應(yīng)當(dāng)被歸結(jié)為氨流失的增大。因此，SCR催化器已達(dá)到與當(dāng)前邊界條件對應(yīng)的最大氨填充狀態(tài)。尿素計量率D在時間點(diǎn)^的增大連同氨輸入的相應(yīng)增大致使氨流失進(jìn)一步增大，進(jìn)而導(dǎo)致與氨相關(guān)的傳感器信號的進(jìn)一步上升，這例如通過線段43來舉例示出。在此，為了特別可靠地保證診斷結(jié)果，根據(jù)尿素計量率D的增大幅度來規(guī)定第二限值G2。 作為對超過第二限值G2的回應(yīng)切換至特定的診斷運(yùn)行模式，在經(jīng)過了例如約10秒的驗證時段之后對應(yīng)于在圖表中標(biāo)出的時間點(diǎn)^使用該特定的診斷運(yùn)行模式。在該診斷運(yùn)行模式中，柴油發(fā)動機(jī)1的氮氧化物原始排放NOXr。h被迅速增大，至少近似地在時間上同步地至少降低尿素計量率D。優(yōu)選的是，該原始排放被大幅度、階躍式地增大，例如增大到至少2至5倍，而尿素計量被徹底停止，這通過線段47和48來表示。為了增大柴油發(fā)動機(jī)1的氮氧化物原始排放NO^。h可以采用所有適當(dāng)措施。尤其提出排氣再循環(huán)/返回被大幅度降低或停止。 由于在^至^的時段中預(yù)先增大尿素計量率D而確保該診斷運(yùn)行模式以100%的氨填充狀態(tài)和在另一條件下最大的氮氧化物轉(zhuǎn)化UN。X進(jìn)入到該診斷運(yùn)行模式。按照這種方式，該診斷運(yùn)行模式是以一明確的基準(zhǔn)狀態(tài)開始的。在此停止尿素輸入的優(yōu)點(diǎn)在于，在這方面同樣實現(xiàn)了一種確定的狀態(tài)，這排除了因錯誤計量引起的錯誤。增大SCR催化器5的氮氧化物負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)在于，氨填充狀態(tài)F過高的狀態(tài)被迅速結(jié)束并僅在很短的時間內(nèi)存在。另外保證了，排氣傳感器25的信號S能夠明確地解釋為由氮氧化物造成。
由于在診斷運(yùn)行模式開始時實現(xiàn)的邊界條件，一般地由于氨填充狀態(tài)F高而引發(fā)的催化活性使傳感器信號S暫時降低，由此致使在離開SCR催化器5的排氣中暫時出現(xiàn)較低的氮氧化物濃度。由于在SCR催化器中存儲的氨與所輸入的氮氧化物按照已知方式發(fā)生反應(yīng)，所以氨填充狀態(tài)F降低，進(jìn)而使氮氧化物轉(zhuǎn)化UN。X不可避免地再次升高、并使離開SCR催化器5的排氣中的氮氧化物濃度再次上升。因此，傳感器信號S —般地經(jīng)過一極小值，這在圖6a的圖表中通過示例性繪制的線段44來表示。 如果排氣傳感器25的輸出信號S例如在時間點(diǎn)t3達(dá)到一第四限值G4，則結(jié)束診斷運(yùn)行模式，并返回到正常運(yùn)行模式。結(jié)束以增大的氮氧化物原始排放NOXr。h的方式進(jìn)行的發(fā)動機(jī)運(yùn)行(方式)，并設(shè)定一基于模型與所達(dá)到的氨填充狀態(tài)F相對應(yīng)的尿素計量率D。該尿素計量率D可能暫時比較大，但將對應(yīng)于給定的情況或多或少地迅速接近一正常值，這例如通過線段49的斜坡式走向來表示。相應(yīng)地，氮氧化物轉(zhuǎn)化UN。X或多或少地迅速再次達(dá)到一力求達(dá)到的較大值，信號S顯著降低(如線段45所示)。在此，確定時間點(diǎn)t3的第四限值G4可以通過一確定的氮氧化物轉(zhuǎn)化U,"例如50%來規(guī)定。 尤其為了診斷SCR催化器5還規(guī)定，計算在從t2至t3的時間區(qū)間內(nèi)總共轉(zhuǎn)化的氮氧化物量。這例如可以通過對由排氣傳感器25給出的、在SCR催化器5輸出側(cè)的排氣中的氮氧化物濃度和氮氧化物輸入濃度的積分來實現(xiàn)，氮氧化物輸入濃度來自氮氧化物傳感器20給出的信號或從發(fā)動機(jī)運(yùn)行特性曲線族中讀出。替代或附加地，計算在從t2至t3的時間區(qū)間中總共轉(zhuǎn)化的以及存儲在SCR催化器5中的氨量。將所得到的值與來自特性曲線族或者特性曲線的、針對未老化或者臨界級別(grenzwertig)老化的催化器確定的相應(yīng)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。基于根據(jù)本發(fā)明的方法過程不僅能夠?qū)⑴c氮氧化物轉(zhuǎn)化、進(jìn)而與催化器活性直接相關(guān)的催化器特征值與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，而且能與此相關(guān)地將氨儲存能力與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。 如果比較發(fā)現(xiàn)SCR催化器5沒有受損或沒有顯著受損，則優(yōu)選規(guī)定調(diào)整SCR排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和/或填充狀態(tài)模型的一個或更多個參數(shù)。例如可以規(guī)定修正尿素計量率D以降低再次出現(xiàn)過量氨流失的可能性。另外可以改變填充狀態(tài)確定單元35的積分單元40中的修正系數(shù)。按照這種方式可以避免積分的時間"流逝(Weglaufen)"。 如果通過診斷運(yùn)行得到的催化器特征值與未老化或者臨界級別老化的催化器的
特征值的比較得出該催化器的氮氧化物轉(zhuǎn)化活性或氨儲存能力惡化，則優(yōu)選如前所述地相
應(yīng)設(shè)定為顧及老化而規(guī)定的老化系數(shù)。但是也確定假想的有效的催化器體積或者催化器長
度，其給出了 SCR催化器相對未老化或臨界級別老化的催化器的基準(zhǔn)值變化。 如果在采用了相應(yīng)的修正措施之后，在一優(yōu)選可預(yù)定的檢查時間內(nèi)再次出現(xiàn)氨流
失增大的不正常情況，則優(yōu)選取消這些相應(yīng)的修正措施，并采用其它的針對另一可能錯誤
源的措施。 下面討論這樣一種情況，其中，在時間點(diǎn)^增大尿素計量率D之后，排氣傳感器信號S既不超過第二限值G2，也不降低至第三限值G3之下。在尿素計量裝置按規(guī)定運(yùn)行的情況下，在尿素計量率D顯著地、階躍式增大的情況下，在信號S的曲線中應(yīng)該會出現(xiàn)一相應(yīng)的顯著回應(yīng)。如果在為尿素計量率D給定的相應(yīng)設(shè)定值之后傳感器信號S停留在第二限值G2與第三限值G3之間，則必定存在功能錯誤。根據(jù)本發(fā)明，計量系統(tǒng)或者尿素計量裝置的功能錯誤被診斷為最有可能的錯誤。由于排氣傳感器25沒有對改變的設(shè)定做出適當(dāng)回應(yīng)，因此可以認(rèn)為，該設(shè)定由于與計量相關(guān)的構(gòu)件出現(xiàn)錯誤而未能得以執(zhí)行。這種錯誤例如可以是計量閥27或者計量泵的擁堵或者功能錯誤。為了進(jìn)一步定位錯誤可以采用用于檢驗這些部件的運(yùn)行狀態(tài)的措施。無論如何都會發(fā)出關(guān)于計量系統(tǒng)或尿素計量裝置的功能錯誤的報警消息，以便促使(人們進(jìn)行)檢修。 通常建議，在識別出任一重要的錯誤狀態(tài)時都發(fā)出一相應(yīng)的報警消息，在此優(yōu)選的是，只要有可能便對識別出的錯誤進(jìn)行具體限定。在此，根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行及診斷方法的一特別優(yōu)點(diǎn)在于，在機(jī)動車的正常使用期間便能至少在一定程度上進(jìn)行錯誤區(qū)分。這簡化了后續(xù)的維修工作。另一個優(yōu)點(diǎn)在于由于所述診斷而能夠確定催化器的老化，并能夠基于該老化(狀態(tài))來調(diào)整填充狀態(tài)模型。這使得SCR排氣后處理系統(tǒng)能夠在排氣凈化方面可靠而有效地長時間運(yùn)行。
1權(quán)利要求
一種內(nèi)燃機(jī)(1)SCR排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行及診斷方法，所述SCR排氣后處理系統(tǒng)包括具有氨儲存能力的SCR催化器(5)，在所述運(yùn)行及診斷方法中檢測在所述內(nèi)燃機(jī)(1)排氣管中設(shè)置在所述SCR催化器(5)下游的排氣傳感器(25)的信號，所述排氣傳感器(25)對氮氧化物和氨敏感，其特征在于，-在正常運(yùn)行模式下，根據(jù)在所述SCR催化器(5)中存儲氨的填充狀態(tài)模型、通過操作尿素計量裝置向所述SCR催化器(5)提供氨，以使所述SCR催化器(5)的氨填充狀態(tài)(F)保持至少接近一可預(yù)定的目標(biāo)值或保持在一可預(yù)定的目標(biāo)值范圍內(nèi)，其中，-如果記錄到所述排氣傳感器(25)的信號(S)超過了可預(yù)定的第一限值(G1)，則中斷所述正常運(yùn)行模式并使得由所述尿素計量裝置設(shè)定的尿素計量率(D)比在所述正常運(yùn)行模式中規(guī)定的值增大一可預(yù)定的量；然后，如果所述排氣傳感器(25)的信號(S)在使設(shè)定的尿素計量率(D)增大后、在一可預(yù)定的時段內(nèi)升高到超過一可預(yù)定的、大于所述第一限值(G1)的第二限值(G2)，則切換至一診斷運(yùn)行模式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，如果所述排氣傳感器(25)的信號(S)在使設(shè)定的尿素計量率(D)增大后、在一可預(yù)定 的時段內(nèi)下降到低于一可預(yù)定的、小于所述第一限值(Gl)的第三限值(G3)，則返回所述正 常運(yùn)行模式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果所述排氣傳感器(25)的信號(S)在所述可預(yù)定的時段內(nèi)停留在一可預(yù)定的、包括 所述第一限值(Gl)的數(shù)值范圍內(nèi)，則診斷出尿素計量裝置的工作存在錯誤。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述數(shù)值范圍的上限是所述第二限值(G2)，而下限是所述第三限值(G3)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在所述診斷運(yùn)行模式中確定一表征當(dāng)前氮氧化物轉(zhuǎn)化活性(UN。X)的催化器特征值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，求出所述在診斷運(yùn)行模式中確定的催化器特征值與一預(yù)定基準(zhǔn)值的偏差，如果該偏差 大于一預(yù)定的差值，則生成一錯誤消息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在所述診斷運(yùn)行模式中，暫時將內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)成使氮氧化物原始排放(N0Xr。h)大于 正常內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行，并以時間同步的方式使所述尿素計量率(D)降低或設(shè)定為零。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，如果所述排氣傳感器(25)的信號(S)在使所述氮氧化物原始排放(N0xrah)增大后超 過一可預(yù)定的第四限值(G4)，則結(jié)束以氮氧化物原始排放(N0xr。h)增大的方式進(jìn)行的內(nèi)燃 機(jī)運(yùn)行并返回所述正常運(yùn)行模式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)(1)SCR排氣后處理系統(tǒng)的運(yùn)行及診斷方法，所述SCR排氣后處理系統(tǒng)包括具有氨儲存能力的SCR催化器(5)。其中檢測設(shè)置在所述SCR催化器(5)下游的排氣傳感器(25)的信號(S)，所述排氣傳感器對氮氧化物和氨敏感。根據(jù)本發(fā)明，在正常運(yùn)行模式下，根據(jù)在所述SCR催化器(5)中存儲氨的填充狀態(tài)模型，向所述SCR催化器(5)提供氨以使所述SCR催化器(5)的氨填充狀態(tài)(F)至少接近可預(yù)定的目標(biāo)值或保持在可預(yù)定的目標(biāo)值范圍內(nèi)。如果記錄到所述排氣傳感器(25)的信號超過可預(yù)定的第一限值(G1)，則中斷正常運(yùn)行模式并使得由所述尿素計量裝置設(shè)定的尿素計量率比在所述正常運(yùn)行模式中規(guī)定的值增大一可預(yù)定的量。隨后，根據(jù)所述排氣傳感器(25)的信號(S)的走向選擇返回正常運(yùn)行模式或切換至診斷運(yùn)行模式。
文檔編號F01N3/20GK101790623SQ200880104697
公開日2010年7月28日 申請日期2008年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者D·何布斯特里特, M-R·布施, U·霍夫曼 申請人:戴姆勒股份公司