CN103375234B - 用于诊断计量阀的方法和用于执行该方法的设备 - Google Patents

Abstract

提出用于诊断计量阀的方法和执行该方法的设备，计量阀被调整到确定的计量率用于对要计量到内燃机排气区域中的反应剂进行计量，其由具有用于调整计量率的确定的计量阀操控信号占空比的、脉冲宽度调制的计量阀操控信号来操控，其中反应剂泵使反应剂达到反应剂压力，其中反应剂泵利用具有确定的泵操控信号占空比的、脉冲宽度调制的泵操控信号来运行，其中计量阀诊断基于对根据预定的计量率提高来提高计量阀操控信号占空比进行的评估来执行。特征是，考虑布置在排气区域中的SCR催化器的反应剂料位；在计量率提高前诊断开始时检查：SCR催化器是否具有足够用于诊断的反应剂存储容量，以能存储诊断期间出现的附加配料量；并且诊断仅在该情况下继续进行。

Description

用于诊断计量阀的方法和用于执行该方法的设备

技术领域

本发明涉及一种用于诊断计量阀的方法，所述计量阀确定一要计量到内燃机的排气区域中的反应剂的计量率，并且涉及一种根据独立权利要求的类型所述的、用于执行该方法的设备。

本发明的主题还有计算机程序以及计算机程序产品。

背景技术

在DE 101 39 142 A1中描述了内燃机的排气处理设备，其中为了减小NOx排放使用了SCR催化器（选择性催化还原），该SCR催化器利用还原剂－氨气将包含在排气中的氮氧化物还原成氮气。氨气在内燃机的排气区域中由在排气区域中SCR催化器上游喷入的尿素-水-溶液来获得。存储在储备箱中的尿素-水-溶液利用泵达到一预先给定的反应剂压力。为了根据需要计量尿素-水-溶液而设有一计量阀，该计量阀根据预先给定的流量来调整。

在公开文献DE 10 2005 001 119 A1中提出了对使用在一布置中的阀进行诊断，该布置将作为反应剂的燃料计量到内燃机的排气区域中。可氧化的碳氢化合物设置用于加热排气处理设备。所述诊断设置对出现在反应剂安全阀和反应剂计量阀之间的反应剂压力进行监控。该反应剂压力在反应剂安全阀的和反应剂计量阀的不同的接通状态期间被检测。诊断步骤规定，使反应剂达到预先给定的反应剂额定压力。然后在阀闭合的情况下检查: 是否反应剂压力降没有超过预先给定的压力梯度。

在公开文献DE 10 2004 061 247 A1中设置有对使用在一布置中的阀进行全面诊断，该布置同样将作为反应剂的燃料计量到内燃机的排气区域中。在反应剂路径中在反应剂安全阀和反应剂计量阀之间出现的反应剂压力在阀的不同接通状态下被检测。诊断步骤在这里也规定：在阀闭合之后检查是否出现在如下方面被评估的反应剂压力降，即，该压力降是否没有超过预先给定的压力梯度。

在公开文献DE 103 60 891 A1中描述了一种计量阀的诊断方法，该诊断方法确定了要带入内燃机的排气区域中的反应剂的流量率。给计量阀输送通过泵达到预先给定的压力的反应剂，其中该压力由压力传感器来检测。该诊断提出用于在诊断时间期间的通流量的程度进行评估。在出现诊断开始信号之后，计量阀被关闭并且反应剂借助于泵达到预先给定的诊断开始压力。接下来，将计量阀调整到预先给定的流量率并且评估在诊断时间期间出现的压差。第一设计方案规定：固定地预先给定诊断时间，并且当压差在固定的诊断时间期间超过预先给定的压差极限值时识别为错误。替代地可以规定：固定地预先给定压差，并且当诊断时间超过预先给定的诊断时间极限值时识别为错误。对压力传感器检测的反应剂压力进行评估。

在公开文献DE 10 2008 005 989 A1中描述了一种SCR系统，其中反应剂通过泵达到反应剂额定压力。所述泵包含一溢流阀，该溢流阀在计量运行中达到被调整的反应剂额定压力时打开，从而使得可以出现向泵的抽吸入口的溢流。溢流阀实现为相对一弹簧张紧的膜片。对确定反应剂计量率的计量阀进行的诊断借助于评估反应剂压力降来实现。在诊断时首先断开泵。接下来，在诊断计量运行期间继续进行诊断，其中在诊断计量运行中查明已计量的反应剂量，并且在达到计量数量阈值时才终止对压力降进行的评估。

在公开文献DE 10 2009 000 097 A1中描述了一种SCR系统，该SCR系统相对于污物不敏感。为了清洁反应剂，在反应剂计量模块的上游设置有第一过滤器并且在阀下游设置有第二过滤器。在由反应剂泵导回储备箱中的返回管路中存在用于限界回流率的不能调整的节流装置和另一过滤器。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种方法和用于执行该方法的设备，它们可以实现计量阀的诊断，所述计量阀确定了要计量到内燃机的排气区域中的反应剂的计量率（Dosierrate）。

所述目的分别通过在独立权利要求中给出的特征来实现。

根据本发明用于诊断计量阀的方法，所述计量阀确定要计量到内燃机的排气区域中的反应剂的计量率，其由一具有用于预先给定计量率的确定的计量阀操控信号占空比的、经脉冲宽度调制的计量阀操控信号来操控，其中反应剂泵使反应剂达到一反应剂压力，并且其中反应剂泵利用一具有确定的泵操控信号占空比的、经脉冲宽度调制的泵操控信号来运行，所述计量阀的诊断基于对根据预先给定的计量率提高来提高泵操控信号占空比进行的评估来执行，其特征在于，考虑布置在排气区域中的SCR催化器的反应剂料位；在计量率提高之前在诊断开始时检查：SCR催化器件是否具有尚足够用于诊断的反应剂存储容量，以便能存储在诊断期间出现的附加的配料量；并且所述诊断仅在这种情况下才继续进行。

根据本发明的方法能通过如下方式实现对SCR计量系统的计量阀进行诊断：对反应剂泵根据被激励的计量率提高的反应进行评估。如果在被激励的计量率提高的情况下，反应剂泵一定施加提高的输送功率，则计量阀被认为是能运转的或者说有效的（funktionsfähig）。

被激励地作用到经脉冲宽度调制的计量阀操控信号中规定了占空比的提高，所述占空比定义为接通电平（Einschaltpegel）的持续时间与周期持续时间的比例。通过接通电平的相对延长来预先给定在诊断期间提高的计量率。

相应地，反应剂泵必须在相同的反应剂压力下施加提高的输送功率，由此，经脉冲宽度调制的泵操控信号的占空比提高。泵操控信号占空比的提高借助于与差阈值的比较来评估。差阈值可以基于计量率提高而可变地确定。在计量阀操控信号占空比的被激励的提高和泵操控信号占空比的期望的提高之间的基本相关关系优选根据经验来查明并且相应于差阈值来确定。

根据本发明确保了：在诊断期间出现的计量率提高不导致反应剂、例如氨气在SCR催化器下游的不希望的突破或损坏（Durchbruch）。所述诊断仅在下述情况下才继续进行：SCR催化器的反应剂存储能力位于下述值上，在该值的情况下还能附加地存储通过所述计量引起的附加量。如果不能确保这一点，则所述诊断不继续进行。

根据本发明的方法的有利的改进方案和设计方案由从属权利要求给出。

一种设计方案提出：在确定反应剂存储能力时考虑SCR催化器的温度，因为SCR催化器的反应剂存储能力与温度相关。

一种设计方案提出：至少当不存在足够的反应剂存储能力时，才设置了SCR催化器中的反应剂料位下降。必要时，该下降与反应剂料位无关地总是可以设置在诊断之前。该下降通过减少计量率或者短时间地完全切断计量阀来实现。

附加地或替代地，至少在过小的反应剂存储能力的情况下可以设置内燃机的NOx未处理排放提高。在该情况下希望内燃机的NOx未处理排放提高，因为之后在SCR催化器中反应剂料位快速下降通过消耗所存储的反应剂而出现。

为此，第一可能性提出在诊断开始时排气循环率下降。排气循环对内燃机的NOx未处理排放产生影响。相应于惰性气体向燃烧混合物的较低混入，较低的排气循环率提高了在燃烧燃料时出现的喷射温度并且由此提高了NOx未处理排放。必要时，该排气循环率的下降与反应剂料位无关地总是可以设置在诊断之前。该排气循环率的下降通过关闭排气循环阀来实现。

为此，另一可能性提出利用燃料变化信号作用到内燃机的燃料配量装置中。通过改变至少一个燃料喷射装置的喷入时刻和/或燃料量可以实现在燃烧燃料的情况下较高的喷射温度，这与NOx未处理排放提高相关。

根据本发明的用于执行所述方法的设备首先涉及一种专门配备的控制器、其包括用于执行该方法的器件。

控制器尤其包括用于经脉冲宽度调制的泵操控信号的存储器以及诊断控制装置。

控制器优选包括至少一个另外的电存储器，其中存储作为控制器程序的方法步骤。

根据本发明的计算机程序设置：当该计算机程序在计算机上运行时，实施根据本发明的方法的所有步骤。

根据本发明的、具有在机器可读的载体上存储的程序代码的计算机程序产品当该程序在计算机上运行时实施根据本发明的方法。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述。

图1示出了一技术领域，其中运行根据本发明的方法；

图2示出了根据本发明的方法的流程图；

图3a示出了计量阀操控信号占空比；以及

图3b示出了泵操控信号占空比。

具体实施方式

图1示出了内燃机10，在其排气区域12中布置有计量设备14和SCR催化器16。SCR催化器16配备有温度传感器18，该温度传感器为控制器20发出温度信号temp。

内燃机10配备有燃料配量装置22，控制器20向该燃料配量装置提供燃料信号mK。在内燃机10的吸取区域24和排气区域12之间布置有排气循环装置26，控制器20向该排气循环装置提供排气循环信号agr。

计量设备14在SCR催化器16的上游计量反应剂，其中，计量率特别是由计量阀28来确定。计量阀28可以包含在计量设备14中或者与其分离地设置、例如定位在一计量模块中。计量阀28由计量阀操控装置30来加载一经脉冲宽度调制的计量阀操控信号DVPWM。

泵32由泵操控装置34来加载一经脉冲宽度调制的泵操控信号PPWM，泵输送在反应剂箱36中储存的反应剂并且使反应剂达到反应剂压力p，该反应剂压力利用压力传感器38来测量并且提供给控制器20。作为反应剂可以设置尿素-水-溶液，该尿素-水-溶液是真正的、在SCR催化器16中所需的反应剂－氨气的前体（Vorstufe）。

控制器20包含NOx未处理排放探查装置40，该NOx未处理排放探查装置不仅给计量阀操控装置30而且给料位探查装置42提供已查明的NOx未处理排放NOxr。

替代或者附加于NOx未处理排放NOxr，料位探查装置42可以提供经脉冲宽度调制的计量阀操控信号DVPWM。此外，给料位探查装置42提供温度信号temp。料位探查装置42计算在SCR催化器16中存在的反应剂料位FS，该反应剂料位被提供给第一比较器44。第一比较器44将反应剂料位FS与料位阈值FSSW进行比较。如果超过料位阈值FSSW，则第一比较器44发出排气循环下降信号-agr和/或燃料变化信号dmk。如果反应剂料位FS没有超过料位阈值FSSW，则第一比较器44提供诊断开始信号DS，该诊断开始信号被提供给诊断控制装置46以及存储器48。

为存储器48提供了经脉冲宽度调制的泵操控信号PPWM，该泵操控信号此外输送给诊断控制装置46。此外，为诊断控制装置46提供了差阈值DSW以及等待时间T。诊断控制装置46发出计量率提高+Dos，该计量率提高被提供给计量阀操控装置30。

根据本发明的用于诊断计量阀28的方法借助图2中给出的流程图以及在图3a和3b中示出的信号历程中详细阐述。

计量阀28基本上确定了要计量到内燃机10的排气区域12中的反应剂或者说反应剂的前体的计量率，其中该前体例如是尿素-水-溶液，由该尿素-水-溶液在排气区域12中或者直接在SCR催化器16中形成需要用于选择性催化还原反应的氨气。计量阀28由经脉冲宽度调制的计量阀操控信号DVPWM来操控，该计量阀操控信号具有用于调整所希望的计量率的、确定的计量阀操控信号占空比DCDV。经脉冲宽度调制的计量阀操控信号DVPWM的周期持续时间和/或脉冲持续时间能以如下方式确定：计量阀28被连续调节，或者以下述方式确定：计量阀28在一周期内完全打开并且关闭，从而使得产生平均计量率。

反应剂泵32使在反应剂箱36中储存的反应剂达到反应剂压力p。反应剂泵32由泵操控装置34来加载经脉冲宽度调制的泵操控信号PPWM，该泵操控信号具有泵操控信号占空比DCP。泵操控信号占空比DCP与反应剂压力p相关地来确定。

计量阀28的诊断基于：在计量阀操控信号占空比提高dDCDV和随后对产生的泵操控信号占空比提高dDCP进行评估的情况下，对经脉冲宽度调制的计量阀操控信号DVPWM与经脉冲宽度调制的泵操控信号PPWM进行的比较。

在所述诊断的范围中，始终由计量率提高+Dos出发，以便在每个时刻确保内燃机10的NOx未处理排放NOxr的充分转化。

根据本发明规定：考虑布置在排气区域12中的SCR催化器16的反应剂料位FS，并且在所述诊断开始时在计量阀操控信号占空比提高dDCDV之前检查：SCR催化器16是否具有足够用于诊断的反应剂存储容量，以便可以存储在诊断期间出现的附加的配料量（Dosiermenge）。该诊断仅当提供了需要的存储容量时才执行。

在诊断开始时，因此根据图2中示出的流程图首先查明在SCR催化器16中的反应剂料位FS并且在第一比较器44中与料位阈值FSSW进行比较。如果超过料位阈值FSSW，则该诊断首先可以不执行。在这种情况下，给第一比较器44提供了多种可能性来制造用于诊断的适合的开始条件。

第一可能性提出计量率以计量率下降-Dos下降，其被提供给计量阀操控装置30，由此，该计量阀操控装置例如使计量阀操控信号占空比DCDV下降并且发出产生的经脉冲宽度调制的计量阀操控信号DVPWM，该计量阀操控信号促使计量阀28调整较小的计量率。

替代地或附加地，第一比较器44可以使得内燃机10的NOx未处理排放NOxr提高。该措施的意义是，通过提高的转化需要，由反应剂消耗来降低SCR催化器16中的反应剂料位FS。

用于提高NOx未处理排放NOxr的第一可能性可以通过燃料信号mK借助于燃料变化信号dmk的改变来实现，其中特别是作用到至少一次、优选多次部分喷入的定时中，例如以如下方式：实现被喷入的燃料的尽可能高的压缩，其中出现高喷射温度和进而高NOx未处理排放NOxr。

用于提高NOx未处理排放NOxr的另一可能性规定借助于排气循环下降信号-agr作用到排气循环信号agr中。在排气循环下降或完全阻止的情况下，将少量的惰性气体由排气区域12输送至吸取区域24，从而同样使得喷射温度在燃烧燃料时升高，这与NOx未处理排放NOxr提高相关。

当第一比较器44在相应询问中确定了反应剂料位FS不再超过料位阈值FSSW时，该第一比较器44发出诊断开始信号DS，该诊断开始信号使得存储器48存储当前存在的经脉冲宽度调制的泵操控信号PPWM，由该泵操控信号，诊断控制装置46在第一时刻t1查明泵操控信号占空比DCP，在该第一时刻，诊断随计量率的提高而进行。

此外，诊断控制装置46在第一时刻t1利用提供给计量阀操控装置30的计量率提高+Dos而提高反应剂的计量率。计量率提高+Dos导致图3a中示出的计量阀操控信号占空比提高dDCDV，该计量阀操控信号占空比提高可以或者固定地预先给定或者与当前存在的经脉冲宽度调制的计量阀操控信号DVPWM相关地来确定。为了可变的确定，给诊断控制装置46提供了经脉冲宽度调制的计量阀操控信号DVPWM。

在等待时间T结束之后，诊断控制装置46检测随着该等待时间T结束在第二时刻t2出现的、当前的经脉冲宽度调制的泵操控信号PPWM，该等待时间以如下方式确定：可以等待反应剂计量系统的稳定的比例。

在诊断控制装置46中，对泵操控信号占空比DCP进行评估并且查明图3b中示出的泵操控信号占空比提高dDCP。在计量控制装置46内包含的第二比较器中，将泵操控信号占空比提高dDCP与差阈值DSW进行比较。

差阈值DSW是可变的或者设计成固定值。当计量率提高+Dos同样是一固定地预先给定的值时，设置一固定值。

如果在诊断控制装置46内包含的第二比较器相应于图2中示出的最后的询问而确定了，差阈值DSW被超过，则从能运转的计量阀28出发，因为提高的计量率按规定地已体现在反应剂泵32的输送功率的提高中进而泵操控信号占空比提高dDCP中。在图3b中记入这种情况。

但是，如果在第二比较器中确定，泵操控信号占空比提高dDCP没达到差阈值DSW，则诊断控制装置46发出错误信号F，该错误信号可以被发送给显示器或存入存储器中。

在该诊断结束之后，正常的计量运行最早于第二时刻t2再次开始。

Claims (7)

1.用于诊断计量阀（28）的方法，所述计量阀被调整到一确定的计量率用于对要计量到内燃机（10）的排气区域（12）中的反应剂进行计量，其由一具有用于调整所述计量率的确定的计量阀操控信号占空比（DCDV）的、经脉冲宽度调制的计量阀操控信号（DVPWM）来操控，其中反应剂泵（32）使所述反应剂达到一反应剂压力（p），并且其中所述反应剂泵（32）利用一具有确定的泵操控信号占空比（DCP）的、经脉冲宽度调制的泵操控信号（PPWM）来运行，其中所述计量阀（28）的诊断基于对根据预先给定的计量率提高（+Dos）来提高计量阀操控信号占空比（DCDV）进行的评估来执行，其特征在于，考虑布置在所述排气区域（12）中的SCR催化器（16）的反应剂料位（FS）；在计量率提高（+Dos）之前在诊断开始时检查：所述SCR催化器（16）是否具有足够用于诊断的反应剂存储容量，以便能够存储在诊断期间出现的附加的配料量；并且所述诊断仅在这种情况下才继续进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定反应剂存储能力的情况下考虑所述SCR催化器（16）的温度（temp）。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少在过少的反应剂存储能力的情况下设置了所述SCR催化器（16）中的反应剂料位（FS）下降。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少在过少的反应剂存储能力的情况下使得所述内燃机（10）的NOx未处理排放（NOxr）提高。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，设置了排气循环率利用排气循环下降信号（-agr）下降。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，设置了利用燃料变化信号（dmk）作用到所述内燃机（10）的燃料配量装置（22）中，利用所述燃料变化信号来改变喷入时刻和/或燃料量以实现在燃烧燃料的情况下较高的喷射温度。

7.用于诊断计量阀（28）的设备，其特征在于，设置一专门配备的控制器（20），其包括用于执行根据权利要求1中6中任一项所述的方法的器件（42、44、46、48）。