CN101680336A - 用于放在内燃机的排气区域中的反应剂的诊断方法以及实施这种方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于放在内燃机(10)的排气区域(11)中的反应剂或反应剂的前体的诊断方法，所述反应剂或反应剂的前体对于在催化器(13)中转化至少一种废气成份是必需的。还提出了一种实施这种方法的装置。首先，基于时间(ti)检测内燃机(10)的负载(La)的变化，并在超出了负载变化阀值(dLa/dt_Lim)时提供第一释放信号(FG1)。此外，检测催化器(14)中的相对反应剂料位(％FS)，并在超出了相对料位阀值(％FS_Lim)时提供第二释放信号(FG2)。随后，将在催化器(13)下游出现的反应剂逃逸(％NH3_nK)与反应剂逃逸阀值(NH3_Lim)进行比较；当存在第一和第二释放信号(FG1、FG2)时，如果检测的反应剂逃逸(％NH3_nK)超出反应剂逃逸阀值(NH3_Lim)，则反应剂具有足够好的品质。

Description

用于放在内燃机的排气区域中的反应剂的诊断方法以及实施这种方法的装置
技术领域
本发明涉及一种用于放在内燃机的排气区域中的反应剂的诊断方法，本发明还涉及一种按独立权利要求所述类型的实施这种方法的装置。
本发明的主题还有控制器程序和控制器程序产品。
背景技术
在DE19903439A1中描述了一种运行内燃机的方法和装置，在它的排气区域中设置SCR催化器(Selective-Catalytic-Reduction选择性催化还原)，该SCR催化器用反应剂将内燃机废气中所包含的氧化氮还原成氮。优选地根据内燃机的运行特征参数(例如转速和喷入的燃料量)来确定此反应剂的剂量。此外还优选根据废气的特征参数(例如废气温度和SCR催化器的工作温度)来确定此剂量。
例如将还原剂氨当作反应剂，其可从尿素水溶液中提取。必须细心地确定反应剂或者反应剂原始材料的剂量。剂量过低的结果是，SCR催化器中的氧化氮不再能得到完全的还原。剂量太多会导致反应剂逃逸(Reagenzmittelschlupf)，这一方面导致不必要的反应剂高消耗，另一方面还由于反应剂的特征会导致难闻的气味。另外必须考虑到，氨是有毒的。
DE102004031624描述了一种运行SCR催化器的方法，此SCR催化器是用来净化内燃机的废气。在此方法中规定，将SCR催化器中的反应剂料位控制或调节到预定的存储额定值。这种有针对性地预定存储额定值，一方面保证当内燃机处于不稳定状态时提供足够的反应剂，以便尽可能完全清除内燃机的NOx排放，另一方面避免反应剂逃逸。借助催化器模型来求出SCR催化器的绝对反应剂料位，该催化器模型考虑了流入SCR催化器中的NOx质量流、离开SCR催化器的NOx质量流、催化器温度以及可能的反应剂逃逸。SCR催化器的最大可能的反应剂料位尤其与SCR催化器的工作温度有关。当工作温度较低时，最大可能的反应剂料位是最高的，并随着工作温度的上升而下降到比较低的数值。因此考察相对的反应剂料位，来代替绝对的反应剂料位。此相对的反应剂料位与在给定的催化器运行条件下可能最大的反应剂料位联系起来。
只有当尿素水溶液具有预定的浓度或一定的品质时，才能还原氧化氮。相反，如果用品质较差的尿素水溶液亦或甚至用错误的反应剂或用反应剂的前体来填装尿素水溶液罐，则不能确保还原内燃机单元的废气中的氧化氮。
在DE102006055235A1(未公开)中描述了一种用于尿素水溶液的诊断方法，在这种方法中，在可预定的时间段内在填装尿素水溶液罐之后，为了检测氧化氮或氨浓度，将设置在SCR催化器下游的废气传感器的信号与可预定的标准值进行比较，并在此信号与标准值偏差可预定的阀值时，就断定尿素水溶液的品质较差。
发明内容
本发明的目的是，提供一种诊断方法，用于放在内燃机的排气区域中的反应剂，还提供一种实施这种方法的装置，这种方法和这种装置都很容易实现。
此目的分别通过在独立权利要求中说明的特征得以实现。
按本发明的、具有独立方法权利要求的特征的操作方法具有以下优点，即只需测量在催化器下游出现的反应剂逃逸。此方法步骤可借助已有的、在控制器中已知的参数来实现，因此只需要最少的费用。
按本发明的操作方法可识别所用反应剂的品质。通过识别出反应剂的品质较差或确定反应剂是错误的，来产生警告指示。因此，按本发明的操作方法可确保，内燃机废气中的不期望成份能实现恒定的、较高的转化。
由从属权利要求中得出按本发明的操作方法的有利改进和构造。
一种构造方案规定，当存在第一和第二释放信号时，对反应剂逃逸阀值的已出现和未出现的超出量求平均值。如果超出了平均值阀值，则反应剂具有足够好的品质。由此提高了诊断的可靠性，并避免了由于个别结果或干扰信号引起的诊断错误。
按本发明的、用来实施此方法的装置首先涉及一种控制器，其具专门布置的用来实施本方法的组件。此控制器优选包含至少一个电存储器，所述方法步骤作为控制器程序存储在此存储器中。
此控制器包含反应剂料位检测装置，用来检测相对反应剂料位；还包含负载变化检测装置，用来基于时间检测内燃机的负载变化；还包含反应剂逃逸比较器，用来比较反应剂逃逸与反应剂逃逸阀值。
按本发明的装置的构造方案规定，NOx传感器当作废气传感器，其相对于反应剂具有交叉敏感性。可替代的是，可使用其敏感性是专门针对反应剂的传感器作为废气传感器。如果尿素水溶液作为反应剂(反应剂氨从此尿素水溶液中提取)，则可以把NH3传感器作为废气传感器。
按本发明的控制器程序规定，如果它在控制器中运行，则要实施按本发明的方法的所有步骤。
按本发明的控制器程序产品具有存储在机器可读载体中的程序代码。当此程序在控制器中运行，则实施按本发明的方法。
附图说明
由其它的从属权利要求中得出按本发明的操作方法的其它有利改进和构造。在附图中描述了本发明的实施例，并在下面的描述中进行一步阐述。
其中：
图1示出了技术环境，按本发明的方法在此技术环境中运行；
图2示出了依赖于时间的信号曲线。
具体实施方式
图1示出内燃机10，在此内燃机10中设置有排气区域11、反应剂供给装置12、催化器13以及废气传感器。NOx浓度％NOx_vK出现在催化器13上游，反应剂逃逸％NH3_nK出现在催化器13下游。
反应剂供给装置12配备有剂量阀DV，此剂量阀DV被控制器20用剂量信号s_D加载，废气传感器14给控制器20提供反应剂逃逸测量信号NH3_Mes。
内燃机10的废气包含至少一种不期望的废气成份，催化器13应该减少这种废气成份。这种不期望的废气成份例如是NOx浓度％NOx_vK，其应该在催化器13中转化成危害更小的化合物。由此得出，用于转化的催化器13需要反应剂，此反应剂在催化器13上游加入废气中。此反应剂例如可以自主地加入。在所示的实施例中，假设反应剂通过反应剂供给装置12按剂量地加入废气中。反应剂量由剂量阀DV确定，此剂量阀DV用剂量信号s_D加载。控制器20优选借助内燃机10已知的工作参数(例如转速或负载La)来确定剂量信号s_D。
如果内燃机10作为驱动装置设置在机动车中，则例如可使用未详细示出的加速踏板的位置作为内燃机10的负载La的量度。此外，还可使用由内燃机10施加或提供的转矩作为负载La的量度。此外，还可考虑使用输入内燃机10中的空气量和/或废气回输率。
在所示的实施例中假定，催化器13构成为SCR催化器，其借助反应剂氨转化废气的NOx。氨例如可由尿素水溶液(作为反应剂的前体)通过热解作用在排气区域11中获得，其中尿素水溶液通过反应剂供给装置12喷入排气区域11中。
为了保持尽可能高的转化率，反应剂(在示出的实施例中是指尿素水溶液)必须具有特定的特性。尿素水溶液例如是指32％的尿素水溶液。如果失误地或欺骗性地提高水的成份，或使用完全错误的反应剂，则不再能达到追求的转化率，因此也不再能满足废气清洁的法律规定。
因此，按本发明的方法规定，对加入内燃机10的排气区域11中的反应剂或反应剂的前体进行诊断。此诊断的基础是，当催化器13(它可存储反应剂)中的反应剂料位较高时，并且当内燃机10同时出现负载跃变时(这会增加反应剂的剂量)，则会出现反应剂逃逸％NH3_nK，这会被废气传感器14检测并作为反应剂逃逸测量信号NH3_Mes提供给控制器20。如果在所述的前提条件下不能探测到这种反应剂逃逸％NH3_nK，且整个废气清洁装置的部件在其它方面都运行正常，则可由此得出，在排气区域11中加入了错误的或不足量的反应剂或反应剂的前体。
首先，检测内燃机10的负载变化。在图2a中示出了负载La的时间曲线，其中假设诊断方法在第一时间点ti1开始。负载La、时间ti以及负载变化阀值dLa/dt_Lim被提供给负载变化检测装置30。此负载变化检测装置30优选借助负载La的微商来检测时间上的负载变化。图2b示出了依赖于时间ti的负载变化信号dLa/dt。假设负载变化信号dLa/dt在第三时间点ti3超过了负载变化阀值dLa/dt_Lim，则负载变化检测装置30在第三时间点ti3提供第一释放信号FG1。此第一释放信号FG1可由负载变化检测装置30的输入参数的可应用的特征曲线族计算得出。
由此可得出，随着第一释放信号FG1的出现，会相应地提高反应剂的剂量，其中在催化器13相对于反应剂的存储能力方面，可能会出现反应剂的过剂量，这会导致反应剂逃逸％NH3_nK的提高。但只有当催化器13的存储能力在提高剂量之前基本被耗尽时，反应剂逃逸％NH3_nK才会出现显著的上升。
因此还规定，在反应剂料位检测装置32中检测催化器13中的相对反应剂料位％FS，NOx浓度％NOx_vK、催化器13的温度te_Kat以及剂量信号s_D被提供给反应剂料位检测装置32。可从按DE102004031624A1的前面所述的现有技术中详细地检测相对反应剂料位％FS，在此对该文献进行引用。
对相对反应剂料位％FS进行检测，来代替绝对反应剂料位，这是符合目的的，因为SCR催化器13的反应剂存储能力受温度影响很大，其中当催化器的温度te_Kat较低时，一定的绝对反应剂料位相当于相对较小的相对反应剂料位％FS；当催化器的温度te_Kat较高时，一定的绝对反应剂料位相当于相对较高的相对反应剂料位％FS。在图2d中示出了相对反应剂料位％FS的可能曲线，其中记录了相对料位阀值％FS_Lim，其在第二时间点ti2被超出。在料位比较器34中，相对反应剂料位％FS与相对料位阀值％FS_Lim进行比较。如果相对反应剂料位％FS超过了相对料位阀值％FS_Lim，则料位比较器34提供第二释放信号FG2。此第二释放信号FG2可由料位比较器34的输入参数的可应用的特征曲线族计算得出。因此，相对料位阀值％FS_Lim例如确定为最少百分之七十。按照图2d，相对料位阀值％FS_Lim的超出在第二时间点ti2出现，并导致按图2e提供第二释放信号FG2。
按规定地检测和评判反应剂逃逸％NH3_nK的基础在于，当存在第一和第二释放信号FG1、FG2时，则可得知反应剂的过剂量了。反应剂逃逸比较器36把反应剂逃逸测量信号NH3_Mes与反应剂逃逸阀值NH3_Lim进行比较。如果反应剂逃逸测量信号NH3_Mes超过反应剂逃逸阀值NH3_Lim，则反应剂逃逸比较器36提供第一评判信号B1。在图2f中示出了反应剂逃逸测量信号NH3_Mes连同反应剂逃逸阀值NH3_Lim，其中反应剂逃逸阀值NH3_Lim的超出在第四时间点ti4出现。按图2g，此超出导致了在第四时间点ti4提出第一评判信号B1。
由于催化器13中的动态过程，并由于排气区域11中的废气运行时间，优选在第三和第四时间点ti3、ti4之间插入一个短暂的延迟时间ti_V。此延迟时间ti_V提供给反应剂逃逸比较器36。
第一评判信号B1的出现意味着期望的反应出现了，因此可得出，反应剂具有预定的品质。假如没有出现第一评判信号B1，即使存在两个释放信号FG1、FG2，也一定得出，反应剂或反应剂的前体没有足够好的品质，或甚至使用了错误的反应剂。
为了提高按本发明的诊断方法的可靠性，按一种构造方案可规定，不是每次出现第一评判信号B1或第一评判信号B1相应消失时都直接报告反应剂是否具有足够好的品质。因此设置了平均值比较器38，第一评判信号B1、第一和第二释放信号FG1、FG2以及平均值阀值BM_Lim提供给此平均值比较器38。如果出现或未出现的第一评判信号B1的平均值超过了平均值阀值BM_Lim，则此平均值比较器38提供第二评判信号B2。当出现第二评判信号B2时得出，反应剂具有足够好的品质。
按其它的构造方案规定，反应剂阀值NH3_Lim与内燃机10的负载La和/或相对反应剂料位％FS有关。反应剂逃逸阀值确定器40包含例如特征曲线族，通过该特征曲线族可确定相互关系。

Claims (10)

1.用于放在内燃机(10)的排气区域(11)中的反应剂或反应剂的前体的诊断方法，所述反应剂或反应剂的前体对于在催化器(13)中转化至少一种废气成份是必需的，其特征在于，基于时间(ti)检测内燃机(10)的负载(La)的变化，并在超出了负载变化阀值(dLa/dt_Lim)时提供第一释放信号(FG1)；检测催化器(14)中的相对反应剂料位(％FS)，并在超出了相对料位阀值(％FS_Lim)时提供第二释放信号(FG2)；将在催化器(13)下游出现的反应剂逃逸(％NH3_nK)与反应剂逃逸阀值(NH3_Lim)进行比较；当存在第一和第二释放信号(FG1、FG2)时，如果检测的反应剂逃逸(％NH3_nK)超出反应剂逃逸阀值(NH3_Lim)，则反应剂具有足够好的品质。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，当存在第一和第二释放信号(FG1、FG2)时，对反应剂逃逸阀值(NH3_Lim)的已出现和未出现的超出量求平均值；如果该平均值超出了平均值阀值(BM_Lim)，则反应剂具有足够好的品质。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在最后出现的释放信号(FG1、FG2)之后，在反应剂逃逸(％NH3_nK)与反应剂逃逸阀值(NH3_Lim)进行比较之前，先等待延迟时间(ti_V)。
4.用于放在内燃机(10)的排气区域(11)中的反应剂或反应剂的前体的诊断装置，所述反应剂或反应剂的前体对于在催化器(13)中转化至少一种废气成份是必需的，其特征在于，设有用来实施按上述权利要求中任一项所述方法的具有组件(30、32、34、36)的控制器(20)。
5.按权利要求4所述的诊断装置，其特征在于，此控制器(20)包含负载变化检测装置(30)，用来检测内燃机(10)的负载(La)基于时间(ti)的变化；还包含反应剂料位检测装置(32)，用来检测相对反应剂料位(％FS)；还包含料位比较器(34)，用来使催化器(13)中的相对反应剂料位(％FS)与相对料位阀值(％FS_Lim)比较；还包含反应剂逃逸比较器(36)，用来比较反应剂逃逸(NH3_Mes)与反应剂逃逸阀值(NH3_Lim)。
6.按权利要求4所述的诊断装置，其特征在于，将NOx传感器作为废气传感器(14)，其相对于所述反应剂具有交叉敏感性。
7.按权利要求4所述的诊断装置，其特征在于，将NH3传感器作为废气传感器(14)。
8.按权利要求4所述的诊断装置，其特征在于，将尿素水溶液作为反应剂。
9.控制器程序，当此程序在控制器(20)中运行时，则此控制器程序执行按权利要求1至3中任一项所述的方法的所有步骤。
10.控制器程序产品，其具有存储在机器可读的载体中的程序代码，当此程序在控制器(20)中运行时，则实施按权利要求1至3中任一项所述的方法。
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