CN101790623B - Scr排气后处理系统的运行方法及诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内燃机(1)SCR排气后处理系统的运行及诊断方法，所述SCR排气后处理系统包括具有氨储存能力的SCR催化器(5)。其中检测设置在所述SCR催化器(5)下游的排气传感器(25)的信号(S)，所述排气传感器对氮氧化物和氨敏感。根据本发明，在正常运行模式下，根据在所述SCR催化器(5)中存储氨的填充状态模型，向所述SCR催化器(5)提供氨以使所述SCR催化器(5)的氨填充状态(F)至少接近可预定的目标值或保持在可预定的目标值范围内。如果记录到所述排气传感器(25)的信号超过可预定的第一限值(G1)，则中断正常运行模式并使得由所述尿素计量装置设定的尿素计量率比在所述正常运行模式中规定的值增大一可预定的量。随后，根据所述排气传感器(25)的信号(S)的走向选择返回正常运行模式或切换至诊断运行模式。

Description

SCR排气后处理系统的运行方法及诊断方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的SCR排气后处理系统运行及诊断方法，所述SCR排气后处理系统包括具有氨储存能力的SCR催化器。
背景技术
DE 102 54 843 A1公开了一种SCR排气后处理系统的运行及诊断方法，所述SCR排气后处理系统包括具有氨储存能力的SCR催化器，其中，检测在内燃机排气管中、设置在SCR催化器下游的排气传感器的信号，所述排气传感器对氮氧化物和氨敏感。为了诊断该SCR排气后处理系统而改变提供给SCR催化器的还原剂量，如果排气传感器的信号不按期望地改变则识别出错误。
这种方法虽然能够可靠地识别出SCR排气后处理系统的错误行为，但是相对不精确(unspezifisch)。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种实现可靠的运行和改进的错误处理的运行及诊断方法。
该目的通过具有权利要求1特征的运行及诊断方法来实现。在根据本发明的用于SCR排气后处理系统的运行及诊断方法中，该SCR排气后处理系统包括具有氨储存能力的SCR催化器，在SCR催化器下游设置一排气传感器，该排气传感器对氮氧化物和氨敏感性。在正常运行模式下，根据在SCR催化器中存储氨的填充状态模型、通过操作尿素计量装置向所述SCR催化器提供氨，以使所述SCR催化器的氨填充状态保持至少接近一可预定的目标值或保持在一可预定的目标值范围内。在此，通过对氮氧化物和氨敏感的排气传感器，一方面可以检测SCR排气后处理系统的氮氧化物转化能力，另一方面可以检查SCR催化器的对氮氧化物转化极重要的氨填充状态。按照这种方式，不仅能实现SCR排气后处理系统的优化运行，而且能实现对错误的诊断。氮氧化物转化不足或尿素计量不足可以通过氮氧化物浓度的增大而识别出，必要时通过匹配尿素计量来修正。SCR催化器氨存储能力的降低或计量过度可以通过氨浓度的增大而识别出，必要时也通过匹配尿素计量来修正。
然而为了SCR排气后处理系统的优化运行，明确地解释排气传感器信号是有利的，有时这一点是很困难的。这种困难可通过本发明的以下措施来克服：如果记录到排气传感器的信号超过一可预定的第一限值，则中断正常运行模式。该第一限值优选与临界氮氧化物浓度或氨浓度相应地预定，优选处于5ppm至50ppm的范围内。
如果在正常运行模式中未超过第一限值，则SCR排气后处理系统按规定运行，通常没有理由去中断正常运行模式。而在超过第一限值的情况下探测到干扰，根据本发明地进一步分析这种干扰。根据本发明具体来说，如果记录到排气传感器的信号超过可预定的第一限值时，则中断正常运行模式并使得由所述尿素计量装置设定的尿素计量率比在所述正常运行模式中规定的值增大一可预定的量。然后，如果所述排气传感器的信号在使设定的尿素计量率增大后、在一可预定的时段内升高到超过一可预定的、大于所述第一限值的第二限值，则切换至诊断运行模式。
因此评估作为对尿素计量率增大的回应的、排气传感器的信号变化/曲线，并且基于该评估判定，最初探测到的干扰对进一步诊断的需要程度。排气传感器的信号可以是原始信号或者是排气传感器的按照常见信号处理方式处理过的输出信号，总之该信号与排气中的氮氧化物浓度和/或氨浓度相关联。
在本发明的一个实施方式中，如果所述排气传感器的信号在使设定的尿素计量率增大后、在一可预定的时段内下降到低于一可预定的、小于所述第一限值的第三限值，则返回所述正常运行模式。被认为与氮氧化物浓度相关的排气传感器信号的降低是按规定运行的SCR排气后处理系统的正常回应，在此情况下由于增加了尿素或氨供应而得到提高的氮氧化物转化。这样，原则上认为SCR排气后处理系统符合规定，而除必要时对尿素计量进行匹配外一般无需其它的错误处理措施。
在另一个实施方式中，如果排气传感器的信号在可预定的时段内停留在一可预定的、包括所述第一限值的数值范围内，则诊断出尿素计量装置的工作存在错误。优选规定在这种情况下发出一与此相关的报警消息，以促使对尿素计量装置进行维修。在对此极重要的数值范围的大小方面特别有利的是，在本发明的另一个实施方式中，该所述数值范围的上限是第二限值，而下限是第三限值。按照这种方式实现了对排气传感器对于尿素计量率增大的预期回应的明确区分能力。
在排气传感器信号对于尿素计量率增大的回应是超过第二限值的情况下，首先认为出现了严重的干扰，在此根据本发明切换至诊断模式。在本发明的另一个实施方式中，在诊断运行模式中确定表征当前氮氧化物转化活性的催化器特征值。优选的是，待确定的催化器特征值是当前氮氧化物转化或催化器特性，例如氨储存能力。
在本发明的另一个实施方式中，如果确定在诊断运行模式中确定的催化器特征值与一预定基准值存在偏差，则当所述偏差大于一预定差值时，则生成错误消息。优选的是，如果该偏差小于所述的预定差值和/或大于一预定为较低的第二差值，则使填充状态模型与改变的催化器特征值相匹配。在此适当的是，基准值对应于在规定状态下的SCR催化器的催化器特征值。在此应设想将相反的情况也包括在内，其中，基准值对应于催化器的临界级别的错误情况，其中已经考虑与规定催化器特征值的临界差值。
在本发明的另一个实施方式中，在诊断运行模式中，暂时将内燃机运行调节成使氮氧化物原始排放大于正常内燃机运行，并以时间同步的方式使所述尿素计量率降低或设定为零。通过在降低或关断尿素计量或氨输入的情况下增大向催化器的氮氧化物输入率以及同时监测排气传感器信号，能够诊断出催化器的转化活性。由于预先增大了尿素输入率，在此可以认为SCR催化器在氮氧化物输入率增大之初就被最佳地提供氨，并且就此而言以最佳状态运行。因此，为测试氮氧化物的转化活性给出SCR催化器的明确基准状态，由此实现特别可靠的诊断。
在另一个实施方式中，如果所述排气传感器的信号在使所述氮氧化物原始排放增大后超过一可预定的第四限值，则结束以氮氧化物原始排放增大的方式进行的内燃机运行并返回所述正常运行模式。由于氮氧化物供给增大，同时氨供给被减小或者关断，所以SCR催化器只能利用之前存储的氨来进行氮氧化物转化。因而，在经过一定时间后，所存储的氨储量的消耗不可避免地导致排气传感器能探测到的、在离开SCR催化器的排气中的氮氧化物浓度的增大。对于诊断，与本发明的这种处理方式相关地特别优选的是，对直到达到第四限值前的时段进行分析或对在该时段内提供的和/或转化的氮氧化物量进行分析。在该时段内转化的氮氧化物量与由SCR催化器以存储形式提供的氨的量成比例，因此能够确定并评估SCR催化器的氨储存能力。
附图说明
附图中示出本发明的有利实施方式，并在下面对其进行说明。在不脱离本发明的范围的情况下，上文所述的、以及将在下文中进一步说明的各特征不仅可以以(本文)给出的特征组合的方式应用，而且可以以其它的组合方式应用或被单独地应用。
其中：
图1是内燃机的示意性框图，该内燃机具有一种例示性实施方式的相应SCR排气后处理系统；
图2是用以说明SCR催化器的氨储存能力的图表；
图3是用以说明SCR催化器的氨储存能力的温度相关性的图表；
图4是用以说明SCR催化器的氨填充状态与氮氧化物转化以及氨流失(Ammoniakschlupf)的关系的图表；
图5是本发明填充状态确定单元的有利实施方式的示意框图，该填充状态确定单元用于确定属于SCR排气后处理系统的SCR催化器的氨填充状态；以及
图6a至图6d分别是属于SCR排气后处理系统的排气传感器信号S的、用于诊断SCR排气后处理系统的尿素计量率D的、用于诊断SCR排气后处理系统的内燃机NOx原始排放NOxroh的、以及SCR排气后处理系统的NOx转化UNOx的示例性并行时间曲线的时序图，所述排气传感器对氮氧化物和氨敏感。
具体实施方式
图1示例性示出了内燃机1的框图，该内燃机1具有相应的SCR排气后处理系统。内燃机1优选被构造为压缩空气式内燃机，下面简称为柴油发动机。由柴油发动机1排放的排气由排气管2接收，随后依次流经氧化催化器3、颗粒过滤器4和SCR催化器5。为了加热氧化催化器3或排气，可以选择在排气管2中、在氧化催化器3的输入侧设置一加热元件26。代替加热元件26或者作为加热元件26的补充，可以在氧化催化器3的上游设置一燃料添加装置。尤其是在通过燃烧炭黑来再生颗粒过滤器4时，考虑通过加热元件26和/或通过由氧化催化器3对所添加燃料的放热氧化来对排气进行加热。为了确定这种再生的必要性而给颗粒过滤器4配备一压差传感器22，通过压差传感器22的输出信号可以确定颗粒过滤器4的临界颗粒载量。但也可以与柴油发动机1的冷启动或暖机相关地进行排气加热，和/或一般地当确定特别是在SCR催化器5的输入侧的排气温度水平过低时进行排气加热。另外，通过氧化催化器3还可以增加排气所含氮氧化物中的二氧化氮份额。于是，一方面实现了在排气温度低于500℃的情况下氧化积存在颗粒过滤器4中的炭黑，而且能够改善在SCR催化器5中的氮氧化物转化。
另外，该柴油发动机1还配备有排气涡轮增压器6，其涡轮由排气流驱动，其压缩机经由空气输入管11将通过进气管7吸入的空气提供给柴油发动机1。为了调节提供给柴油发动机1的空气量，在空气输入管11中设有节气门12。在进气管7中设有空气滤清器8以净化进气；在进气管7中设有空气流量计9以测量进气量。设置在空气输入管11中的增压空气冷却器10用于冷却压缩后的进气。
在SCR催化器5的上游布置一带计量阀27的添加位置用以向排气添加还原剂。利用计量泵从一容器(未详细示出)向计量阀27提供还原剂。下文中假定，该还原剂是尿素水溶液。当然也可以采用其它的还原剂，尤其是含有呈游离态或化合态的氨(NH3)的还原剂。根据由SCR催化器5去除氮氧化物的要求，经由计量阀27将尿素溶液计量供给到排气。在高温排气中通过热分解和/或水解释放氨，氨用于选择性还原排气所含的氮氧化物。
为了控制SCR排气后处理系统以及柴油发动机1的运行，设有图1中未示出的控制装置。为了执行规定的控制功能，该控制装置获取关于柴油发动机1运行状态参量的信息。这些信息例如可以是与输出扭矩或者转速有关的信息。控制装置优选包括计算单元、储存单元以及输入输出单元。于是，该控制装置能够执行复杂的信号处理程序，并能检测和控制或调节柴油发动机1和SCR排气后处理系统的运行。优选将为此所必须的特性曲线族(Kennfelder)存储在储存装置中，其中也可以对这些特性曲线族进行适应性调整。这些特性曲线族主要涉及：与柴油发动机1的运行状态参量、如负载、转速、空气比例数(空燃比)等相关的、决定性的排气状态参量，如质量流量、原始排放和温度。另外还提供氧化催化器3、颗粒过滤器4和SCR催化器5的决定性状态参量的特性曲线族。就SCR催化器5而言，这些特性曲线族尤其涉及与对此重要的影响参量相关的、氮氧化物转化和氨储存能力。
优选借助适当的传感器来检测柴油发动机1、SCR排气后处理系统和相关单元的运行状态。例如在图1中，压力传感器13和15分别用于检测涡轮增压器6的压缩机之前的压力和涡轮之前的压力，温度传感器14、16、18、19、21、23和24分别用于检测在增压空气冷却器10之后的温度、涡轮之前的温度、氧化催化器3之前的温度、颗粒过滤器4之前和之后的温度以及SCR催化器5之前和之后的温度。当然也可以设置其它传感器，尤其是用于检测排气成分的传感器。例如可以设置用于(检测)排气中的氮氧化物含量的λ传感器17和氮氧化物传感器20。尤其是可以在SCR催化器5的输出侧设置对氮氧化物和氨敏感的排气传感器25。氮氧化物传感器20也可以设置在颗粒过滤器4下游，但优选位于计量阀27上游。这些传感器的信号由控制装置处理从而随时提供重要状态参量，在必要时可以改变柴油发动机1的运行点，以使SCR排气后处理系统能够以优化的方式运行。
在去除主要的排气有害物方面，尤其是在去除氮氧化物和颗粒方面，SCR排气后处理系统的所述实施方式被证明是特别有利的。但也可以设置额外的排气净化装置，例如另外的氧化催化器或者在SCR催化器5前的氮氧化物存储催化器(Stickoxidspeicherkatalysator)和/或水解催化器。还可以在传感器的类型、数量以及布置方式方面改变传感系统。
下面在SCR催化器5的运行方面，结合图2至4来说明该催化器的几个重要特性。在此假定SCR催化器5是典型的具备氨储存能力的SCR催化器。优选的是，SCR催化器5被构造为分层式催化器(Schichtkatalysator)，其具有由陶瓷载体承载的沸石层。也可以实施作为基于TiO2-、WO3-、V2O5的整体挤出式催化器(Vollextrudatkatalysator)。
图2示出了氨储存能力的图表，其中示出了在向SCR催化器5充入氨时，氨浓度cNH3的典型时间曲线cNH3(t)。在此假定，未存储有氨的SCR催化器5在等温条件下在时间点t1被充入规定的、暂时不变的量的排气输入流和氨初始浓度，这通过线迹28来表示。依据其氨储存能力，在从t1至t2的时间区间中，SCR催化器5以随时间递减的量接收氨。相应地，在离开SCR催化器5的排气流中的NH3浓度滞后于输入浓度，这通过线迹29来表示。在时间点t2，SCR催化器5饱和，因此它不能存储更多的氨，线迹29与线迹28汇合。此时，氨填充状态达到最大值100％。此时由SCR催化器5存储的氨量表现出在相应条件下的绝对氨储存能力，并通过在这两条线迹28、29之间的面积30来表示。
氨储存能力主要与温度相关，图3所示的图表示出了这一点。在此，线迹31是与温度相关的氨储存能力SpNH3(T)的典型曲线。氨储存能力SpNH3(T)(如图3的图表所示)在温度T较低时比较大，而在温度T很高时、约超过300℃时降低。(氨储存能力)还与气体流量相关(未详细示出)。
SCR催化器的氨填充状态可以作为绝对数量值、也可以作为相对值，所述相对值按照所示比例关系以与在相应条件下能够存储的最大绝对氨量相关(相比)的方式给出所存储的氨量。
氮氧化物转化与氨填充状态的相关性是与典型的SCR催化器5的特性相关的一个重要方面。在图4中，通过线迹32示意示出这种相关性。与此相比，通过线迹33表示氨流失SNH3与氨填充状态的相关性。在此，随着填充状态F提高，氮氧化物转化UNOx(F)以越来越平缓的斜率一直增大到最大值，该最大值主要由气体流量和温度确定。这意味着，从氨填充状态F的一特定值起，通过向催化器进一步存在氨不能再或者不能再显著地增大氮氧化物转化UNox。相反，氨流失SNH3会增大，如线迹33所示。在针对各种条件设定氨填充状态F的优化值时，考虑到上述事实是很重要的。
在图2至4中示意示出的相关性以及可能的其它相关性被以适当的方式针对待使用的SCR催化器5、以特性曲线或者特性曲线族的形式保存。控制装置可以访问这些特性曲线或者特性曲线族，从而能够针对各种运行状态全面地确定SCR催化器5的状态。在这里优选的是，给未老化的全新状态规定一组特性曲线族，而给预定的老化状态规定另一组特性曲线族，优选根据预定的临界老化进行所述规定。特别有利的是，给未老化的状态指定第一老化系数、例如为“0”，而给临界老化状态规定第二老化系数(例如为“1”)。在柴油发动机1运行期间，如下文详细说明地设有一诊断例程，通过该诊断例程能够时不时地估计氮氧化物还原催化器5的当前老化状态。在这里优选的是，给当前老化状态指定一当前老化系数，该当前老化系数按照之前的定义处于0到1之间。然后，在访问特性曲线族数据时，根据当前老化系数，在全新状态与临界老化状态的一组特性曲线族的数据之间进行优选为线性的插值。
为了通过SCR催化器5去除氮氧化物而规定，根据在SCR催化器5中存储氨的填充状态模型、通过对计量阀27的相应控制的操纵为SCR催化器5加入氨，以使SCR催化器5的氨填充状态F至少接近一可预定的目标值或保持在一可预定的目标值范围内。优选的是，在填充状态模型中考虑上文所述的各相关性。在此，一方面力争实现或设定高氮氧化物转化UNOx，而另一方面力争实现或设定尽可能低或可以忽略的氨流失SNH3。在此，尿素计量率由尿素计量装置(未详细示出)确定，该尿素计量装置包括计量阀27和一填充状态确定单元。
在图5中示意性地以方框图形式示出填充状态确定单元35的一种有利构造方式，填充状态确定单元35用于确定SCR催化器5的氨填充状态F。按照之前所述的，填充状态确定单元35在引用所存储的特性曲线族或特性曲线和传感器信号的情况下建立一填充状态的计算模型，并确定SCR催化器5的当前氨填充状态F以及尤其是用于驱控计量阀27的驱控参量。填充状态确定单元35为此获取输入参量E，输入参量E除当前老化系数之外例如还涉及利用传感器检测的、如排气温度的排气状态参量、SCR催化器5之前的氮氧化物含量和排气质量流量。为简明起见没有完整地列出其它相关参量，尤其是如排气传感器25的输出信号。填充状态确定单元35包括用于氮氧化物转化的、用于利用氧气对氨进行的直接转化的和用于存储在SCR催化器5中的氨的解吸率(Desorptionsrate)(氨流失)的多组特性曲线族36、37和38，以及可能的其它特性曲线族。在此确定与当前输入参量对应的重要数据。表征氨消耗的值连同向催化器5输入氨的输入率Z一起提供给加法单元(Summationsglied)39，该加法单元39以符号正确(vorzeichenrichtig)的方式将相关参量叠加，所述氨消耗例如用于氮氧化物的转化、利用氧气的直接转化和通过氨流失SNH3给定的解吸率。以此方式实现对这些参量的结算，这些参量基本确定了存储在催化器5中的氨量。在此，该加法优选按照毫秒级的特定时间间隔连续地执行。加法值被提供给一个积分单元40，积分单元40的输出参量表示催化器5的当前氨填充状态F。同时，根据当前数据还确定其它输出参量A。这些输出参量主要是与从催化器流出的排气中的氮氧化物含量有关的参量、与氨流失SNH3有关的参量和排气温度，该排气温度可能会因为反应热或者热损失而发生改变。
向催化器5输入氨的输入率Z主要根据由计量阀27给出的尿素计量率来确定。在此可以顾及因壁积存和壁解吸造成的影响。另外还可以顾及从排气状态参量中导出的、由所提供的尿素释放的氨的氨释放率或水解。
按照上述说明，可以在使用图示的氨填充状态模型的情况下、至少在多数情况下利用与相应条件优化匹配的氨填充状态来驱动SCR催化器5。在此，利用排气传感器25持续监测：在从SCR催化器5排出的排气中是否存在未转化氮氧化物或氨流失、或存在的未转化氮氧化物或氨流失的量级多大。在进行所述的正常运行模式时，通常SCR排气后处理系统按规定运行，因此不会引起对模型的干涉或对模型参数的适应。但是可能会出现以下情况，例如由于SCR催化器5的由老化造成的改变或者由于漂移现象(Drifterscheinung)或者由于其它之前未考虑到的干扰而偏离正常行为。
下面，结合图6a至6d的时序图说明一种优选的、用于尤其在这种情况下执行诊断的操作方法。在此，图6a示意示出设置在SCR催化器5输出侧的排气传感器25的信号S的示例性曲线，该排气传感器25对氮氧化物和氨敏感。在图6b、6c和6d的图表中分别记录了尿素计量率D的时间曲线、柴油发动机1的NOx原始排放NOxroh的时间曲线和SCR催化器5的与柴油发动机1的NOx原始排放NOxroh相关的氮氧化物转化UNOx的时间曲线。当然，举例示出的恒定不变的曲线本身也可以是波动的。
从任意选定的时间点t0起，假定由尿素计量装置如此设定尿素计量率D的目标值，以使根据该模型的SCR催化器的氨填充状态F保持在一预定区域内，或者至少近似地为一预定值。在此首先还假定，尿素计量率的目标值在很大程度上与实际值一致，因此可简单地称为尿素计量率。排气传感器25的信号S被认为是在SCR催化器5输出侧的排气中氮氧化物含量的浓度信号，氮氧化物输入浓度来自氮氧化物传感器20给出的信号或者是从发动机运行特性曲线族中读出的，通过检测排气传感器25的信号S和氮氧化物输入浓度确定当前的氮氧化物转化UNOx。在此优选进行检查：“是否按照图4的模型使确定的氮氧化物转化UNOx与确定的当前氨填充状态F相关联。”就此而言，进行填充状态模型的参数和测量得到的参量的比较或相互(有效性)检验，从而在正常运行期间监测和诊断该SCR排气后处理系统。在偏差过大时，可以对填充状态模型的模型参数进行调整，或者转换至一诊断运行模式。
当前，只要信号S低于一可预定的第一限值G1，便认为在这方面存在正常运行行为。但是如果信号S如线段41所示地逐渐上升、进而在假定的时间点t1超出预定的第一限值G1，则诊断出SCR排气后处理系统不正常。由于暂不清楚这种诊断得到的不正常基于何种原因，所以根据本发明启动一错误处理例程，该错误处理例程能限制或识别出可能的错误源。尤其是，首先如下地进行一检查：“排气传感器25的信号S超过第一限值G1是由于氮氧化物浓度的增大造成的，还是由于SCR催化器5的氨流失的增大造成的。”为此，在超过第一限值G1之后立刻在时间点t1按照预定程度来增大所设定的尿素计量率D、例如使之增大到2倍，参见线段46。
如果作为对此的回应，在一可预定的时段内、例如数秒内信号S降低到一可预定的第三限值G3之下(如图6a的虚线线段42所示)，则证实并非存在氨流失增大，其原因是在存在氨流失的增大情况下、尿素计量率D的增大由于向SCR催化器5输入更多的氨而必然使氨流失更大。而信号S的降低应该被分析为：“存在氮氧化物浓度的增大”，这一总是可以通过增大氨输入来增加SCR催化器的氨填充状态F，从而增大氮氧化物转化UNOx来解决。在此优选规定，为了以上述方式可靠地分析传感器信号S的降低，应该把第三限值G3设定得相对较低，优选大约处于2ppm至20ppm之间。
作为对排气传感器信号S降低到低于第三限值的值的回应，规定返回至正常运行模式。优选的是，对SCR排气后处理系统的运行参数和/或填充状态模型的一个或多个参数进行匹配。例如可以规定，相应地修正氨填充状态F的当前值。如果在一段可作为检查时间预定的时间之后出现上述不正常情况，则其可以被解释为计量系统的错误、例如形式为计量率D被错误地降低，其据此被修正。该不正常情况的再次出现例如可以被解释为计量阀27的功能错误，并输出一相应的消息。
如果在匹配填充状态模型的参数之后记录到氮氧化物转化UNox降低和/或氨流失增大，则优选将其解释为SCR催化器5的催化活性降低，为此也可以发出一相应的错误消息。在此可以通过与所存储的特性曲线族进行比较来随时评估当前氮氧化物转化UNOx的大小，并例如匹配老化系数。
下面返回到图6a到6b的图表来阐述根据本发明的另一种操作方法，此时，在时间点t1增大尿素计量率D之后，在一可预定的时段内排气传感器25的信号S不是降低至第三限值G3之下，而是上升超过一可预定的第二限值G2。
在这种情况下认为，传感器信号S在时间点t1的增大应当被归结为氨流失的增大。因此，SCR催化器已达到与当前边界条件对应的最大氨填充状态。尿素计量率D在时间点t1的增大连同氨输入的相应增大致使氨流失进一步增大，进而导致与氨相关的传感器信号的进一步上升，这例如通过线段43来举例示出。在此，为了特别可靠地保证诊断结果，根据尿素计量率D的增大幅度来规定第二限值G2。
作为对超过第二限值G2的回应切换至特定的诊断运行模式，在经过了例如约10秒的验证时段之后对应于在图表中标出的时间点t2使用该特定的诊断运行模式。在该诊断运行模式中，柴油发动机1的氮氧化物原始排放NOxroh被迅速增大，至少近似地在时间上同步地至少降低尿素计量率D。优选的是，该原始排放被大幅度、阶跃式地增大，例如增大到至少2至5倍，而尿素计量被彻底停止，这通过线段47和48来表示。为了增大柴油发动机1的氮氧化物原始排放NOxroh可以采用所有适当措施。尤其提出排气再循环/返回被大幅度降低或停止。
由于在t1至t2的时段中预先增大尿素计量率D而确保：该诊断运行模式以100％的氨填充状态和在另一条件下最大的氮氧化物转化UNOx进入到该诊断运行模式。按照这种方式，该诊断运行模式是以一明确的基准状态开始的。在此停止尿素输入的优点在于，在这方面同样实现了一种确定的状态，这排除了因错误计量引起的错误。增大SCR催化器5的氮氧化物负载的优点在于，氨填充状态F过高的状态被迅速结束并仅在很短的时间内存在。另外保证了，排气传感器25的信号S能够明确地解释为由氮氧化物造成。
由于在诊断运行模式开始时实现的边界条件，一般地由于氨填充状态F高而引发的催化活性使传感器信号S暂时降低，由此致使在离开SCR催化器5的排气中暂时出现较低的氮氧化物浓度。由于在SCR催化器中存储的氨与所输入的氮氧化物按照已知方式发生反应，所以氨填充状态F降低，进而使氮氧化物转化UNOx不可避免地再次升高、并使离开SCR催化器5的排气中的氮氧化物浓度再次上升。因此，传感器信号S一般地经过一极小值，这在图6a的图表中通过示例性绘制的线段44来表示。
如果排气传感器25的输出信号S例如在时间点t3达到一第四限值G4，则结束诊断运行模式，并返回到正常运行模式。结束以增大的氮氧化物原始排放NOxroh的方式进行的发动机运行(方式)，并设定一基于模型与所达到的氨填充状态F相对应的尿素计量率D。该尿素计量率D可能暂时比较大，但将对应于给定的情况或多或少地迅速接近一正常值，这例如通过线段49的斜坡式走向来表示。相应地，氮氧化物转化UNOx或多或少地迅速再次达到一力求达到的较大值，信号S显著降低(如线段45所示)。在此，确定时间点t3的第四限值G4可以通过一确定的氮氧化物转化UNOx、例如50％来规定。
尤其为了诊断SCR催化器5还规定，计算在从t2至t3的时间区间内总共转化的氮氧化物量。这例如可以通过对由排气传感器25给出的、在SCR催化器5输出侧的排气中的氮氧化物浓度和氮氧化物输入浓度的积分来实现，氮氧化物输入浓度来自氮氧化物传感器20给出的信号或从发动机运行特性曲线族中读出。替代或附加地，计算在从t2至t3的时间区间中总共转化的以及存储在SCR催化器5中的氨量。将所得到的值与来自特性曲线族或者特性曲线的、针对未老化或者临界级别(grenzwertig)老化的催化器确定的相应的基准数据进行比较。基于根据本发明的方法过程不仅能够将与氮氧化物转化、进而与催化器活性直接相关的催化器特征值与基准值进行比较，而且能与此相关地将氨储存能力与基准值进行比较。
如果比较发现SCR催化器5没有受损或没有显著受损，则优选规定调整SCR排气后处理系统的运行参数和/或填充状态模型的一个或更多个参数。例如可以规定修正尿素计量率D以降低再次出现过量氨流失的可能性。另外可以改变填充状态确定单元35的积分单元40中的修正系数。按照这种方式可以避免积分的时间“流逝(Weglaufen)”。
如果通过诊断运行得到的催化器特征值与未老化或者临界级别老化的催化器的特征值的比较得出该催化器的氮氧化物转化活性或氨储存能力恶化，则优选如前所述地相应设定为顾及老化而规定的老化系数。但是也确定假想的有效的催化器体积或者催化器长度，其给出了SCR催化器相对未老化或临界级别老化的催化器的基准值变化。
如果在采用了相应的修正措施之后，在一优选可预定的检查时间内再次出现氨流失增大的不正常情况，则优选取消这些相应的修正措施，并采用其它的针对另一可能错误源的措施。
下面讨论这样一种情况，其中，在时间点t1增大尿素计量率D之后，排气传感器信号S既不超过第二限值G2，也不降低至第三限值G3之下。在尿素计量装置按规定运行的情况下，在尿素计量率D显著地、阶跃式增大的情况下，在信号S的曲线中应该会出现一相应的显著回应。如果在为尿素计量率D给定的相应设定值之后传感器信号S停留在第二限值G2与第三限值G3之间，则必定存在功能错误。根据本发明，计量系统或者尿素计量装置的功能错误被诊断为最有可能的错误。由于排气传感器25没有对改变的设定做出适当回应，因此可以认为，该设定由于与计量相关的构件出现错误而未能得以执行。这种错误例如可以是计量阀27或者计量泵的拥堵或者功能错误。为了进一步定位错误可以采用用于检验这些部件的运行状态的措施。无论如何都会发出关于计量系统或尿素计量装置的功能错误的报警消息，以便促使(人们进行)检修。
通常建议，在识别出任一重要的错误状态时都发出一相应的报警消息，在此优选的是，只要有可能便对识别出的错误进行具体限定。在此，根据本发明的运行及诊断方法的一特别优点在于，在机动车的正常使用期间便能至少在一定程度上进行错误区分。这简化了后续的维修工作。另一个优点在于由于所述诊断而能够确定催化器的老化，并能够基于该老化(状态)来调整填充状态模型。这使得SCR排气后处理系统能够在排气净化方面可靠而有效地长时间运行。

Claims (8)

1.一种内燃机(1)SCR排气后处理系统的运行及诊断方法，所述SCR排气后处理系统包括具有氨储存能力的SCR催化器(5)，在所述运行及诊断方法中检测在所述内燃机(1)排气管中设置在所述SCR催化器(5)下游的排气传感器(25)的信号，所述排气传感器(25)对氮氧化物和氨敏感，
其特征在于，
-在正常运行模式下，根据在所述SCR催化器(5)中存储氨的填充状态模型、通过操作尿素计量装置向所述SCR催化器(5)提供氨，以使所述SCR催化器(5)的氨填充状态(F)保持至少接近一可预定的目标值或保持在一可预定的目标值范围内，其中，
-如果记录到所述排气传感器(25)的信号(S)超过了可预定的第一限值(G1)，则中断所述正常运行模式并使得由所述尿素计量装置设定的尿素计量率(D)比在所述正常运行模式中规定的值增大一可预定的量；然后，如果所述排气传感器(25)的信号(S)在使设定的尿素计量率(D)增大后、在一可预定的时段内升高到超过一可预定的、大于所述第一限值(G1)的第二限值(G2)，则切换至一诊断运行模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
如果所述排气传感器(25)的信号(S)在使设定的尿素计量率(D)增大后、在一可预定的时段内下降到低于一可预定的、小于所述第一限值(G1)的第三限值(G3)，则返回所述正常运行模式。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
如果所述排气传感器(25)的信号(S)在所述可预定的时段内停留在一可预定的、包括所述第一限值(G1)的数值范围内，则诊断出尿素计量装置的工作存在错误。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述数值范围的上限是所述第二限值(G2)，而下限是所述第三限值(G3)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在所述诊断运行模式中确定一表征当前氮氧化物转化活性(UNOx)的催化器特征值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
求出所述在诊断运行模式中确定的催化器特征值与一预定基准值的偏差，如果该偏差大于一预定的差值，则生成一错误消息。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在所述诊断运行模式中，暂时将内燃机运行调节成使氮氧化物原始排放(NOXroh)大于正常内燃机运行，并以时间同步的方式使所述尿素计量率(D)降低或设定为零。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
如果所述排气传感器(25)的信号(S)在使所述氮氧化物原始排放(NOxroh)增大后超过一可预定的第四限值(G4)，则结束以氮氧化物原始排放(NOxrob)增大的方式进行的内燃机运行并返回所述正常运行模式。
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