CN112983611A

CN112983611A - 用于scr催化净化器的诊断方法

Info

Publication number: CN112983611A
Application number: CN202011437863.7A
Authority: CN
Inventors: C·纳格尔; A·弗兰兹; B·葛尔默
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-14
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2021-06-18
Also published as: DE102019219645A1

Abstract

本发明涉及一种用于SCR催化净化器的诊断方法，在该SCR催化净化器中根据两个积分之商来确定（26）该SCR催化净化器的储存效率。第一积分是经建模的在SCR催化净化器下游的氮氧化物量与所测量到的在SCR催化净化器下游的氮氧化物量和氨量之和的差的积分。第二积分是被配料到SCR催化净化器中的氨量或者被过量配料到SCR催化净化器中的氨量的积分。

Description

用于SCR催化净化器的诊断方法

技术领域

本发明涉及一种用于SCR催化净化器的诊断方法。本发明还涉及：一种计算机程序，该计算机程序实施该方法的每个步骤；以及一种存储该计算机程序的机器可读存储介质。最后，本发明涉及一种电子控制设备，该电子控制设备被设立为实施该方法。

背景技术

为了使内燃机、尤其是柴油机的废气中的氮氧化物还原，可以使用SCR催化净化器（选择性催化还原（selective catalytic reduction））。在该SCR催化净化器中，催化净化器表面上的氮氧化物分子在存在氨作为还原剂的情况下被还原成元素氮。还原剂在SCR催化净化器的上游以释放氨的还原剂溶液（尿素水溶液；HWL）的形式被注射到内燃机的排气管路中。

在很多国家，OBD（On Board Diagnose（车载诊断））法规要求对SCR催化净化器进行监控。如果SCR催化净化器老化或者SCR催化净化器损坏，使得该SCR催化净化器的使氮氧化物还原的能力下降，则这必须被告知该SCR催化净化器建造于其中的机动车的驾驶员，以便该驾驶员可以去修理厂。大多通过分析在SCR催化净化器的上游和下游的氮氧化物质量流来对老化或损坏的SCR催化净化器进行监控。为此所需的氮氧化物浓度借助于氮氧化物传感器来测量，不过所述氮氧化物传感器对氨具有交叉敏感性并且因此显示氮氧化物和氨的总和信号。因此，在SCR催化净化器的下游的氮氧化物传感器的传感器信号的升高不仅可表明由于氮氧化物转化率下降而引起的氮氧化物浓度的升高而且可表明由于纯氨的渗透（Durchbruch）而引起的氨浓度的升高。因为不可能对氮氧化物和氨直接进行区分，所以氮氧化物转化量可能显得比其实际情况差，使得可能发生错误诊断。

用于监控SCR催化净化器的方法可分为被动和主动方法。在被动方法中，不干预配料策略并且借此尤其是不干预SCR催化净化器的氨料位。在此，在运行阶段进行诊断，在所述运行阶段能够在完好无损的SCR催化净化器与有缺陷的SCR催化净化器之间进行足够良好的区分。如果被动方法的精度不足以在完好无损的SCR催化净化器与有缺陷的SCR催化净化器之间做出足够鲁棒的区分，则可以转换到主动方法，在该主动方法中，借助于对还原剂配料量的主动干预来建立用于鲁棒诊断的有利条件。

在DE 10 2007 040 439 A1中描述了一种主动监控策略。该方法利用了SCR催化净化器的如下特性：该SCR催化净化器的NH3储存能力随着老化发展而下降。SCR催化净化器首先通过化学计量过量的还原剂配料用还原剂来填充，直至可达到的最大氨储存能力，该化学计量过量的还原剂配料也被称作过量配料。达到最大储存能力与否通过纯氨在SCR催化净化器后面的渗透来识别。这也被称作氨泄漏并且能基于氮氧化物传感器对于氨来说的交叉敏感性来测量。紧接着，相对于正常配料而言使还原剂配料减小，使得发生欠配料或者该还原剂配料完全被切断。在该排空测试中，所储存的氨量由于氮氧化物还原而又逐渐被减少。通过确定在排空测试期间的SCR效率，可以间接确定可用的氨储存能力。

发明内容

用于SCR催化净化器的诊断方法所基于的认识在于：SCR催化净化器的被称作储存效率的值相比于在到目前为止的诊断方法中使用的特征量而言是用于评估SCR催化净化器是完好无损还是有缺陷的更好的特征。在此，SCR催化净化器的储存效率是由两个积分之商所确定的值。第一积分是在SCR催化净化器下游的氨量的积分，该第一积分尤其位于商的分子中。第二积分是被配料到SCR催化净化器中的氨量或者被过量配料到SCR催化净化器中的氨量的积分，该第二积分尤其位于商的分母中。在此，被过量配料的氨量被理解为按照模型对于SCR催化净化器中的氮氧化物还原来说所需的氨量与实际被配料的氨量之差。在确定被配料的氨量或者被过量配料的氨量的情况下，优选地考虑BPU（best part unacceptable（最好部分不可接受））的水解能力。这考虑到老化的SCR催化净化器只能将HWL部分地水解成氨的事实。接着，被配料的HWL量可以通过与温度相关的特性曲线被换算成在SCR催化净化器中被配料或被过量配料的氨量。

在利用氮氧化物传感器对所要监控的SCR催化净化器前面和后面的氮氧化物浓度的常规测量的情况下，如果在所要监控的SCR催化净化器后面在废气中不存在氨，则到目前为止被用于SCR诊断的值在常规意义上对应于SCR催化净化器的氮氧化物转换率。不过，如果在废气中存在氨，则该份额被传感器错误地解读为氮氧化物并且因此没有计算出实际氮氧化物转换率，而是计算出更低的值。例如基于模型对氮氧化物传感器信号的修正容易出错并且导致监控结果的更大范围扩散。通过分析配料阶段或过量配料阶段来减小该效果，因为这里通常主要对氨进行探测。

在使用储存效率的情况下的诊断方法特别良好地适合于监控在具有两个依次建造的SCR催化净化器的排气系统中的靠近发动机的SCR催化净化器、例如布置在颗粒过滤器上的SCR催化净化器（SCRF），因为在该第一SCR催化净化器后面在废气中的氨份额高于在第二SCR催化净化器后面或者在单个SCR催化净化器后面的氨份额并且因此效率计算的不精确度趋向于更高。此外，在正常情况下，在废气中在第一SCR催化净化器前面的废气的氨份额已知，因为该氨份额直接根据进入排气管路中的配料而得到。然而，该诊断方法原则上也可以被用于在具有两个SCR催化净化器的系统中的第二SCR催化净化器。这尤其是当在这两个SCR催化净化器之间使用第二配料阀时有意义。

该方法尤其可以以四个不同的实施方式来实现：

在作为被动诊断方法的第一实施方式中，如果识别出了SCR催化净化器的氨过量配料阶段，则执行该被动诊断方法。在这种情况下，第二积分是被过量配料到SCR催化净化器中的氨量的积分。该方法的该实施方式尤其适合于识别老化的SCR催化净化器，该SCR催化净化器作为第一SCR催化净化器建造在具有多个SCR催化净化器的SCR催化净化系统中。

在该诊断方法的另一被动实施方式中，如果识别出了SCR催化净化器的氨配料阶段，则执行该诊断方法。不过，第二积分是整个被配料到SCR催化净化器中的氨量的积分。该方法的该实施方式尤其适合于识别如下SCR催化净化器的完全失灵，该SCR催化净化器作为第二SCR催化净化器建造在具有多个SCR催化净化器的系统中。

在该诊断方法的这两个被动实施方式中，优选的是：在第一时间段内识别氨过量配料阶段或者氨配料阶段。接着，第一积分和第二积分分别在第二时间段内被求得，该第二时间段长于第一时间段，以便这样达到能够实现鲁棒诊断的分析时间。第一时间段的长度尤其可以通过被配料到SCR催化净化器中的氨量、废气质量流、氮氧化物质量流或者在SCR催化净化器上游的废气中的氮氧化物浓度来确定。

在该诊断方法的第三实施方式中，为了执行该诊断方法而将氨主动地过量配料到SCR催化净化器中。第二积分是被过量配料到SCR催化净化器中的氨量的积分。该诊断方法的该实施方式尤其适合于识别老化的SCR催化净化器，该SCR催化净化器作为第一SCR催化净化器建造在具有多个SCR催化净化器的系统中。

在该诊断方法的第四实施方式中，将氨主动地配料到SCR催化净化器中。第二积分是整个被配料到SCR催化净化器中的氨量的积分。该诊断方法的该实施方式尤其适合于识别SCR催化净化器的完全失灵，该SCR催化净化器作为第二SCR催化净化器建造在具有多个SCR催化净化器的SCR催化净化系统中。

在该诊断方法的主动实施方式中，优选地在第一时间段内进行氨过量配料或氨配料，其中第一积分和第二积分在第二时间段内被求得，该第二时间段长于第一时间段。经此，达到了用于鲁棒地执行该诊断方法的足够长的分析时间。

如果在排气管路中在SCR催化净化器的下游布置氨传感器或者如果在那里布置尤其可确定氨量的多气体传感器，则可以将该值直接用到第一积分中。如果在SCR催化净化器下游存在仅仅一个对氨具有交叉敏感性的氮氧化物传感器，则氨量可以被计算为在排气管路中的氮氧化物量与借助于氮氧化物传感器来测量的在SCR催化净化器下游的氮氧化物量和氨量的总和之差。在过量配料阶段执行该诊断方法的情况下，在排气管路中的被用于计算第一积分的氮氧化物量在这种情况下是经建模的在SCR催化净化器下游的氮氧化物量。在该方法的一个优选的实施方式中，为此所使用的模型是WPA（worst part acceptable（最坏部分可接受））的氮氧化物模型。在该方法的另一优选的实施方式中，该模型是BPU（bestpart unacceptable（最好部分不可接受））的氮氧化物模型。而如果在配料阶段执行该诊断方法，则在排气管路中的被用于计算第一积分的氮氧化物量是所测量的在SCR催化净化器上游的氮氧化物量。

该计算机程序被设立为：尤其是当该计算机程序在计算设备上或在电子控制设备上运行时，执行该方法的每个步骤。该计算机程序能够在电子控制设备上实现该方法的不同的实施方式，而在这方面不必进行结构上的变化。为此，该计算机程序存储在机器可读存储介质上。通过将该计算机程序加载到常规的电子控制设备上，得到如下电子控制设备，该电子控制设备被设立用于借助于该诊断方法来对SCR催化净化器进行诊断。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在随后的描述中进一步予以阐述。

图1示意性示出了SCR催化净化器，该SCR催化净化器可借助于按照本发明的方法的实施例来诊断。

图2示出了按照本发明的方法的一个实施例的流程图。

图3示出了按照本发明的方法的另一实施例的流程图。

图4示出了按照本发明的方法的又一实施例的流程图。

具体实施方式

机动车的在图1中示出的内燃机10在其排气管路11中具有SCR催化净化器12。在还原剂料箱13中储存有以尿素水溶液形式的还原剂溶液14。在还原剂料箱13底部的送料模块15被设立用于将还原剂溶液14运输到配料模块16。在排气管路11中，该配料模块布置在SCR催化净化器12上游。在排气管路11中，在配料模块16上游布置第一氮氧化物传感器17。在排气管路11中，在SCR催化净化器12下游布置第二氮氧化物传感器18。两个氮氧化物传感器17、18都对氨具有交叉敏感性。内燃机10和配料模块16由电子控制设备19来控制。该电子控制设备也接收氮氧化物传感器17、18的数据。依据这一简单的SCR催化净化系统来描述按照本发明的诊断方法的下列实施例。不过，该诊断方法的所有下列实施例也可以在更复杂的SCR催化净化系统处得以应用，在该更复杂的SCR催化净化系统中，在排气管路11中在SCR催化净化器12下游布置另一SCR催化净化器，而且在该更复杂的SCR催化净化系统中，可选地在这两个SCR催化净化器之间可布置另一配料模块。

在图2中示出了该诊断方法的第一实施例的流程。在开始20该方法之后，计算21针对例如100mg氨的配料阶段的值α。该值根据公式1来得出：

　　　　　（公式1）

在此，mNH3_soll表示按照第一氮氧化物传感器17的测量值对于使由内燃机10排放的氮氧化物还原来说所需的氨量，而mNH3_ist表示借助于配料模块12实际被配料到SCR催化净化器12中的氨量。

紧接着，检查22是否满足诊断的一般准许条件。这些准许条件包括：内燃机10的适当的运行方式；氮氧化物传感器17、18的开启；SCR催化净化器12的预先给定的温度范围；SCR催化净化器12的最大过滤温度梯度；在第一氮氧化物传感器17处的废气质量流或氮氧化物质量流和氮氧化物浓度的预先给定的范围；以及SCR催化净化器12的氮料位的预先给定的范围。

如果满足准许条件，则将值α与阈值进行比较23，该阈值在当前情况下例如为1.2。如果该阈值被超过了，则识别出SCR催化净化器12的过量配料阶段已经开始，并且在第一时间段31内继续进行该方法。在第一计算步骤24中，计算过量配料量。紧接着，将过量配料量与分析阈进行比较25，该分析阈在当前情况下例如为300mg氨。如果并未达到或超过该分析阈，则将该方法中断。否则，在附加时间段32内继续进行该方法，使得第一时间段31和附加时间段32共同形成第二时间段，该第二时间段长于第一时间段31。如果自从第二时间段32开始所累计的废气质量超过在当前情况下例如为0.5kg的阈值，则附加时间段32结束。在附加时间段32内发生附加分析阶段，在该附加分析阶段结束时，按照公式2来计算用NH3_Eff表示的储存效率：

　　　　　（公式2）

在此，mNH3_OvrDos表示氨的过量配料量。mNH3_Ds表示在SCR催化净化器12下游的氨量。该氨量可以借助于公式3来计算：

　　　　　（公式3）

在此，m(NOx+NH3)_Mess表示借助于第二氮氧化物传感器18来测量的在SCR催化净化器12下游的氮氧化物量和氨量之和。mNOx_Mod表示在第二氮氧化物传感器18处的可借助于模型来确定的氮氧化物量。在此，这两个积分在第一时间段31和附加时间段32内被求得。紧接着，将储存效率NH3_Eff与阈值进行比较27，该阈值用于在完好无损的与有缺陷的SCR催化净化器12之间进行区分。视该比较的结果而定，将SCR催化净化器12诊断28为有功能能力或者将SCR催化净化器12诊断29为损坏。

在比较25中，替选地也可以根据温度和废气质量流针对SCR催化净化器的为了转变到附加时间段32而经建模的氨料位预先给定阈。在另一替选方案中，针对过量配料量的阈被查询但是在当前的过量配料阶段结束之后才被变换到附加时间段32。

在该方法的第二实施例中，在步骤22中被检查的准许条件附加地包括：SCR催化净化器的氨实际料位与其中在WPA的情况下还不能预期到有氨泄漏的最大氨料位之差至少具有在当前情况下例如为200mg的值。当前的实际料位根据SCR催化净化器12的模型来得出，该模型针对当前的配料策略被计算。替选地，实际料位可以在对于诊断来说单独计算的模型中被确定。其中在WPA的情况下还不能预期到有氨泄漏的最大氨料位从综合特性曲线中根据SCR催化净化器的温度和废气质量流来得知。替选地，实际料位在单独计算的诊断模型中在控制设备19初始化时被设置到用于氨装载的在当前情况下例如为6g的最大可能值，由此实现了对料位的最大估计。随着SCR催化净化器12的温度升高，基于最大储存能力的氨料位下降。在温度紧接着降低的情况下，储存位置变得空余并且可以准许诊断。在SCR催化净化器12中的可能的氮氧化物转化量也可使料位降低，由此氨储存位置同样变得空余。对于比较23来说，不是使用阈值，而是一旦在配料阀12处的配料量大于在当前情况下例如为5mg/s的第一阈并且一直维持直至该配料量重新下降到在当前情况下例如为3mg/s的第二阈之下，就开始对上文提到的氨量进行积分。由此，没有识别出过量配料，而是仅仅识别出将氨正常配料到SCR催化净化器12中。如果超过被配料的氨的阈，则从第一时间段31过渡到附加时间段32，该阈根据SCR催化净化器12的温度和废气质量流在诊断时间段或者SCR催化净化器的最大温度内求平均地被选择。像在该方法的第一实施例中那样执行其它方法步骤，其中然而在步骤26中按照公式4来计算储存效率NH3_Eff：

　　　　　（公式4）

其中mNH3_Dos表示氨配料量。替代公式3中的经建模的氮氧化物量mNOx_Mod，在使用公式4的情况下，为了计算mNH3_Ds，按照公式5来使用借助于在SCR催化净化器12上游的第一氮氧化物传感器17所测量的氮氧化物量mNOx_Mess：

　　　　　（公式5）

在图3中示出了按照本发明的方法的第三实施例。在第一时间段31内，每当满足步骤22和23的条件时，计算过量配料量24并且接着重新开始该方法。只有当按照步骤22的准许条件之一不再满足时或者当在步骤23中值α不再超过阈值时，才将在最后一次经历步骤24时所计算的过量配料量与分析阈进行比较25。如果超过该分析阈，则以与在前两个实施例中相同的方式继续进行该方法，并且在公式2中考虑在第一时间段31和附加时间段32内的积分。然而，如果在步骤25中没有超过该分析阈，则对所有积分器进行复位40并且重新开始该诊断方法。

在该诊断方法的第四实施例中，如果不是进行过量配料而是只进行正常配料，则也可以按照图3的流程图来执行诊断。在此，像在第二实施例中那样执行检查22和比较23。接着，像在第二实施例中那样借助于公式4来在步骤26中计算储存效率。

在图4中示出了按照本发明的方法的第五实施例的流程。在此，在步骤22中不仅检查第二实施例的准许条件，而且检查是否满足针对过量配料阶段的条件。如果情况如此，则在第一时间段31内，首先在当前情况下例如为α=1.5的值的情况下对氨主动进行过量配料50。在步骤24中对过量配料量进行向上积分，并且在步骤25中将该过量配料量与分析阈进行比较。如果达到或超过该分析阈，则像在第一实施例中那样利用步骤26至29来继续进行该方法，其中在步骤26中按照公式2来进行计算。否则，重新开始该方法。

在第五实施例中，替选地也可以进行过量配料，其方式是将在当前情况下例如为20mg/s的超调量加到对于使由内燃机10排放的氮氧化物还原来说所需的氨量mNH3_soll上。

在该诊断方法的第六实施例中，不进行主动过量配料来诊断，而是仅仅进行主动配料来诊断。在按照图4的流程图中，接着在步骤22中，除了一般准许条件之外，还检查是否满足配料的条件。在步骤50中，替代过量配料，仅仅进行正常配料。在步骤24中对配料量进行向上积分，并且在步骤25中将该配料量与分析阈进行比较。像在该诊断方法的第二实施例中那样执行方法步骤26至29，其中在步骤26中使用公式4，以便计算储存效率NH3_Eff。

Claims

1. 一种用于SCR催化净化器（12）的诊断方法，在所述SCR催化净化器中根据两个积分之商来确定（26）所述SCR催化净化器（12）的储存效率，其中

- 第一积分是在所述SCR催化净化器（12）下游的氨量的积分；并且

- 第二积分是被配料到所述SCR催化净化器（12）中的氨量或者被过量配料到所述SCR催化净化器（12）中的氨量的积分。

2.根据权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，如果识别出了所述SCR催化净化器（12）的氨过量配料阶段，则执行所述诊断方法，其中所述第二积分是被过量配料到所述SCR催化净化器（12）中的氨量的积分。

3.根据权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，如果识别出了所述SCR催化净化器（12）的氨配料阶段，则执行所述诊断方法，其中所述第二积分是被配料到所述SCR催化净化器（12）中的氨量的积分。

4.根据权利要求2或3所述的诊断方法，其特征在于，如果在第一时间段（31）内识别出了氨过量配料阶段或氨配料阶段，则执行所述诊断方法，其中所述第一积分和所述第二积分分别在第二时间段内被求得，所述第二时间段长于所述第一时间段。

5.根据权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，在执行所述诊断方法期间将氨主动地过量配料到所述SCR催化净化器（12）中，其中所述第二积分是被过量配料到所述SCR催化净化器（12）中的氨量的积分。

6.根据权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，在执行所述诊断方法期间将氨主动地配料到所述SCR催化净化器（12）中，其中所述第二积分是被配料到所述SCR催化净化器（12）中的氨量的积分。

7.根据权利要求5或6所述的诊断方法，其特征在于，如果在第一时间段（31）内进行了主动的氨过量配料或者氨配料，则执行所述诊断方法，其中所述第一积分和所述第二积分分别在第二时间段内被求得，所述第二时间段长于所述第一时间段。

8.一种计算机程序，其被设立为执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的每个步骤。

9.一种机器可读存储介质，在其上存储有根据权利要求8所述的计算机程序。

10.一种电子控制设备（19），所述电子控制设备被设立用于借助于根据权利要求1至7中任一项所述的诊断方法来对SCR催化净化器（12）进行诊断。