CN104603413B - 用于检查机动车的废气后处理系统的液压密封性的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的特征在于用于检查在内燃机的用液态还原剂工作的废气后处理设备内的液压组件的密封性的方法，废气后处理设备有借助电动机驱动的还原剂泵，还原剂泵将还原剂从还原剂储存容器经还原剂管路输送给保持关闭的还原剂喷射器。在预定的第一时间间隔(t2‑t1)期间接通还原剂泵，在第一时间间隔检测电动机消耗的电流(I)。在预定的停止工作时间(t4‑t2)期满后，在与第一时间间隔(t2‑t1)相同的第二时间间隔(t5‑t4)重新接通还原剂泵，在第二时间间隔(t5‑t4)检测电动机消耗的电流(I)。将在两个时间间隔(t2‑t1、t5‑t4)检测的电流(I)彼此比较，基于比较结果评价还原剂泵下游的液压组件的密封性。

Description

用于检查机动车的废气后处理系统的液压密封性的方法和 装置
技术领域
本发明涉及用于检查机动车的废气后处理系统中的液压组件的功能可靠性的方法和装置。
背景技术
业已建立起各种不同的方法来还原有害物质，尤其是还原在使用过量空气进行工作的内燃机特别是柴油内燃机的废气中的氮氧化物，这些方法把还原的流体（气体或液体）导入到内燃机的排气系统中。
为减少氮氧化物，特别是SCR-技术（选择性催化还原）业已经受考验，按照该技术，在富含氧的废气中所含有的氮氧化物（NOX）借助于氨（NH3）或相应的能转化成氨的前身物质有选择地还原成元素氮（N）和水（H2O）。优选地，在此使用水状尿素溶液。尿素溶液借助水解催化器或直接在SCR-催化器上被水解成氨和二氧化碳。为此，尿素溶液借助专门的计量系统在水解催化器或SCR-催化器的上游喷入到废气流中。在此要确保还原剂供应可靠且计量准确。
在还原剂计量不足时，就无法有效地将氮氧化物从废气中去除。另一方面，还原剂计量过度可能会导致不希望的排放例如氨，导致所谓的还原剂突发（Reduktionsmitteldurchbruch）。为了实现氮氧化物最大化的高转化率，通常需要对所使用的还原剂进行精确和按需的计量，其中，应当尽量避免还原剂突发。
对于液态的还原剂如常规的水状尿素溶液，可以借助于计量阀或喷射器来进行计量。对供应给废气后处理系统的还原剂量而言，喷射器的控制时间进而开启时间在此都有决定性的影响。
在无空气的现代SCR-系统中使用越来越高的喷射压力。为了产生相应的压力，将喷射器通过管路与还原剂泵连接在一起。较高的喷射压力的优点在于：雾化更细，因此，氨可以更容易地从多数情况下水状的还原剂溶液中释放出来。
另一方面，采用日益增大的压力提高了以下风险：喷射器出现不密封，或者在还原剂泵的出口和喷射器之间的管道系统中出现泄漏。由于还原剂泵通常布置在储存还原剂的容器旁或布置在该容器内，而喷射器被配设给废气后处理设备，所以在还原剂泵和喷射器之间就会出现有时长达数米的长管路，从而由于老化、铺设所致的机械负荷，通常沿着车辆底部，在多数情况下被构造为塑料软管的管路分支中增大了泄露风险。由于喷射器暴露在内燃机的排气道内，它还要承受增大的负载。例如可能发生喷射器的喷嘴因焦化而不再完全关闭，进而不再保证正确地配给还原剂。
由于这种不密封性直接影响车辆的有害物质排放，必须对这些组件正确功能进行检查。
DE 10 2009 014 809 B3公开了用于检查喷入装置的方法和装置，该喷入装置用于在氧化催化器和颗粒过滤器的上游位置处将可催化氧化的还原剂喷入到内燃机的排气系内。在内燃机的推力切断工作状态下，其中，内燃机的燃料喷射被切断并且不要求颗粒过滤器再生，对在氧化催化器下游的废气温度进行检测并存储。在规定的时间间隔内对保持关闭的喷入装置施加压力，该压力比在喷入装置打开并喷入还原剂期间的的压力更大。在时间间隔期满之后检测在氧化催化器下游的废气温度并将两个废气温度相互比较。然后根据比较的结果对喷入装置的密封性进行评价。当提高压力后废气温度的值大于提高压力前废气温度的值时，将喷入装置评级为有缺陷。
在DE 10 2010 029 852 A1中介绍了一种用于诊断可借助于控制信号控制的废气净化装置方法，该废气净化装置用于借助选择性的催化还原对内燃机的废气流进行净化。为了实现更好的诊断，规定：
- 借助于泵装置将进行选择性催化还原所需的还原剂的体积流输送给设置在泵装置下游的并且配设给废气流的计量装置；
- 改变或按规定地调节废气净化装置的控制信号；
- 确定在泵装置和计量装置之间的体积流压力对控制信号改变的反应；
- 解释所述反应，以便诊断废气净化装置。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种方法和一种装置，借此可以以简单且成本低廉的方式对在机动车的、包含电驱动的还原剂泵的废气后处理装置中的液压组件的功能可靠性进行检查。
本发明基于以下知识：在驱动还原剂泵的电动机所消耗的电流和由还原剂泵建立的压力之间存在相互关系。
本发明的特征在于：一种用于检查在内燃机的用液态还原剂工作的废气后处理设备内的液压组件的功能可靠性的方法，所述废气后处理设备具有借助于电动机驱动的还原剂泵，该还原剂泵将还原剂从还原剂储存容器经由还原剂管路输送给保持关闭的还原剂喷射器。在预定的第一时间间隔期间接通还原剂泵，在该第一时间间隔期间对电动机消耗的电流进行检测。在预定的停止工作时间期满之后，在与第一时间间隔相同的第二时间间隔期间重新接通还原剂泵，并在该第二时间间隔期间对电动机消耗的电流进行检测。将在这两个时间间隔期间检测到的电流彼此进行比较，并基于比较的结果对在还原剂泵下游的液压组件的功能可靠性进行评价。
使用提出的检查方法不仅可以对位于还原剂泵下游的还原剂管路的功能可靠性进行评价，而且可以对还原剂喷射器的密封性进行评价。
通过对驱动还原剂泵的电动机的电流进行检测和评价，可以省去对传感器例如压力传感器和流量传感器的任何使用。因省去了附加的传感器，就省去了连接线缆及其与控制/调节废气后处理设备的计量控制器的接口。
根据本发明的一个有利的设计方案，对在两个时间间隔期间产生的电流最大值进行检测并将它们相比较。这有助于十分简单地确定测量值。
根据本发明的另一有利的设计方案，对在两个时间间隔期间产生的电流平均值进行检测并将它们相比较。这有助于十分可靠地确定测量值。
根据另一有利的设计方案，即使考虑到速度且计算能力低下也能进行这种诊断，如果由电流最大值或由电流平均值分别形成差值，如果相应的差值比规定的参考值小，则判定在还原剂泵下游的至少一个液压组件存在泄露。
本发明还包括一种用于检查在内燃机的用液态还原剂工作的废气后处理设备内的液压组件的功能可靠性的装置，其中，该装置被设计用于实施按照上文所述的方法。
根据本发明方法的其它优点借助于附图由对实施例的说明给出。
附图说明
附图示出了本发明的一个实施例，在接下来的说明中对该实施例进行详述。在附图中：
图1为具有SCR-废气后处理设备和相应的控制装置的内燃机的大为简化的框图；
图2为被考虑用于检查SCR-废气后处理设备的参数随时间的变化曲线图。
具体实施方式
图1以示意图的方式示出了至少部分地采用过量空气进行工作的内燃机10，该内燃机配设有废气后处理设备11。在此仅示出了对于理解本发明所必需的组件。特别是省去了内燃机10的燃料供应系统。
内燃机10通过进气道12获得用于燃烧所必需的新鲜空气。燃料-空气混合物在内燃机10的气缸13内燃烧时所产生的废气经由排气管路14流向废气后处理设备11，并从该废气后处理设备经由未示出的消声器排到外部。在内燃机10的工作中，废气沿着示出的箭头方向流过排气管路14。
为了控制和调节内燃机10，本来已知的电子发动机控制器（MSTG）40通过在此仅示意性地示出的数据-控制线路或通过电的总线系统41与内燃机10的电的/电子的/机电的元件相连接。通过所述数据-控制线路或通过所述总线系统41例如将传感器（用于增压式内燃机的进气、增压空气、冷却剂的温度传感器；负荷传感器、转速传感器、废气传感器等）的信号和用于促动器和调节件（例如喷射阀、执行器等）的信号在内燃机10和发动机控制器40之间进行传输。
废气后处理设备11包含布置在排气管路14上的、用作还原催化器的SCR-催化器15（SCR = selective catalytic reduktion（选择性催化还原）），该SCR-催化器例如包含多个串联的催化器单元。在SCR-催化器15的上游可以附加地布置氧化还原器（未示出）。该氧化还原器可以将NO氧化为NOX，进而建立起NO与NOX的对于用来进行选择性催化还原的SCR-催化器15的工作十分有益的比例关系。
此外，废气后处理设备11具有带有可关闭的装料口的还原剂储存容器16，用于废气后处理的液态的还原剂17贮存在该还原剂储存容器内。在该实施例中，水状尿素溶液用作还原剂。
在还原剂储存容器16旁或内布置有泵模块18，将过滤器19、电加热装置20和借助于电动机21驱动的还原剂泵22整合到所述泵模块内。所有种类的电驱动的泵均适合用作还原剂泵22，在断开状态下，这些泵具有与还原剂17的进给方向相逆的阻断作用，从而在泵停止工作期间还原剂17不会回流到还原剂储存容器16内，进而可以减小在泵自身上的压力和连接在泵排出口上的液压组件内的压力。为此，优选地可以使用具有止回阀的电驱动的活塞泵。
还原剂泵22产生所需要的还原剂压力，并且借助于还原剂管路23与用作还原剂17的计量装置的、可借助于电信号进行控制的还原剂喷射器24（以下简称为喷射器）相连接。在该种情况下，喷射器24在排气管路14上布置在SCR-催化器15的上游位置处，以便在需要时将还原剂引入到排气管路14内。
优选地，可以将惯常的、可电控制的燃料喷射阀用作喷射器24，其结构设计（抗还原剂的（reduktionsmittelresistent）材料、喷嘴口）同所使用的还原剂和所产生的压力（典型值约为5-10巴）相适应。
为了检测废气的温度，在排气管路14上同样在SCR-催化器15的上游位置处设置有温度传感器25。用于检测废气中的NOX-浓度的NOX-传感器26设置在SCR-催化器15的下游。
为了使得废气后处理设备11工作，设置有电子计量控制器（DSTG）50，其被构造为专用的功能单元并承担所有用于还原剂17的输送、控制和/或调节和计量所需的功能。为此，除了上述传感器25、26的信号之外，还将其它对于废气后处理设备11的工作所必需的传感器的信号供应给计量控制器50。特别地供应配设给还原剂储存容器16的传感器28、29的、关于在还原剂储存容器16内的还原剂17的液位高度或温度的信号。计量控制器50还控制布置在还原剂储存容器16内或其旁的电加热装置30，从而在温度低于还原剂17的凝固点时仍可保证计量可靠。
为了彼此传输数据，计量控制器50通过数据-控制线路或电的总线系统42与发动机控制器40相连接。通过总线系统42将内燃机10的对于计算还原剂17的待计量的量至关重要的工作参数例如发动机转速、空气质量、燃料质量、喷射泵的控制路径、废气质量流、工作温度、增压空气温度和喷射开始等传给计量控制器50。
通常情况下包含一个或多个微处理器的这种计量控制器本身已经公知，从而以下仅就与本发明相关的结构及其工作方式进行说明。
计量控制器50具有运算单元（处理器）51，其与程序存储器52相联接。此外，在程序存储器52内以软件的形式执行优选地基于特性曲线族的函数，该函数用于根据供应给计量控制器50的信号计算要喷入的还原剂17的量。
此外，将控制程序P1存储在程序存储器52内，所述控制程序执行用于检查废气后处理设备11的液压组件（还原剂管路23、喷射器24）的功能可靠性的方法，如借助于按照图2的诊断过程还要对其进行详述的那样。
运算单元51还与数值存储器（数据存储器）53相联接，在该数值存储器内尤其是存储着特征曲线族、参数值和参考值存储，它们在处理上述程序时是所必需的，并且其含义同样也要借助于图2的说明进行详述。
此外，运算单元51与故障存储器54相联接，该故障存储器用于存储和读取各种不同的诊断结果，特别是用于检查废气后处理设备11的液压组件功能可靠性的方法的诊断结果。除了将不利的诊断结果存储在故障存储器54内，还可以将它们以声学方式和/或光学方式传送给用内燃机10驱动的机动车的驾驶员。为此，设置有与计量控制器50相连接的故障输出单元55。此外，为故障存储器54配设将产生的故障结果的数目进行累加的频率计数器57。
为了控制废气后处理设备11内的还原剂17的压力，要么可以使用压力传感器的信号，要么基于在泵的扬程期间对驱动还原剂泵22的电动机21的电流进行的测量来对压力进行估计。还原剂17的压力基本上是由电动机21消耗的电流I的函数，因为该电流是力的量度，必须使用该力例如操纵活塞泵的泵活塞，以便输送附加的还原剂17。
在泵的扬程期间电动机21消耗的电流I和在这种情况下产生的还原剂17的压力p之间的相互关系被考虑用于检查在还原剂泵22下游的液压组件的功能，如借助于图2的说明对其进行的解释那样。
在时间窗内进行功能检查，在该时间窗内不对还原剂17进行计量，即例如在内燃机10停止工作期间关闭喷射器24。所述功能检查的前提是要确保还原剂泵22工作正常。这可以预先使用已知的诊断程序来确定。
图2下面的曲线图示出了还原剂泵22的接通时间和断开时间。在t1时刻接通还原剂泵22，于是电动机21就接通电压，在t2时刻又断开还原剂泵。时间间隔t2－t1在此对应与还原剂泵22的泵扬程。在此由电动机21消耗的电流I1的典型的时间曲线在图2中间的曲线图中用实线示出并附有附图标记100。由计量控制器50检测电流I1的最大值并且非易失性地存储在数值存储器53内。
通过泵的扬程提高了还原剂17的压力水平。压力p的时间变化曲线在图2上面的曲线图中用实线示范性地示出并附有附图标记300。因为在功能检查期间不会喷入还原剂17，在无故障的系统中压力应该保持恒定直至进行另一泵扬程。
在t4时刻重新接通还原剂泵22，于是电动机21就再次接通电压，在t5时刻再次断开还原剂泵。时间间隔t5－t4在此对应于还原剂泵22的下一个泵扬程并等于时间间隔t2－t1。相比于前面所述的泵扬程，在还原剂泵21下游的液压组件无泄漏时，在此由电动机21消耗的电流I2应当明显地更高，因为基于第一泵扬程已经产生了一定的压力水平。
自t4时刻起，还原剂17的压力p进一步增大，以便在到达t5时刻后保持在一固定值上。
在第二泵扬程期间，即在时间间隔t5－t4内，在无泄漏的系统中由电动机21消耗的电流I2的典型时间变化曲线在图2的中间曲线图的右侧部分中示出并附有附图标记200。
在第二泵扬程期间同样由计量控制器50检测电流I2的最大值并且非易失性地存储在数值存储器53内。
将在计量控制器50的程序存储器52内的控制程序P1与分别在泵的第一和第二泵扬程期间检测到的电流I1、I2的最大值相比较，并根据比较的结果对位于还原剂泵22下游的液压组件23、24的功能可靠性进行评价。
对电流I1、I2的两个最大值进行评价的可行方案在于：求取两个最大值的差ΔI＝I2－I1 并将该差值ΔI与存储在数值存储器53内的、用于表征无故障系统的参考值I_SW1相比较。该参考值I_SW1例如可以通过实验来确定。
如果差值ΔI低于参考值I_SW1，那么电动机21在时间间隔t5－t4内的泵扬程期间就存在电流消耗减小的现象，并且推断出相对于无故障的正常状态流动阻力有所减小，进而推断出在还原剂泵22的下游还原剂17的压力较低，并识别出在位于还原剂泵22下游的液压组件23、24内存在泄漏。
这可能是由于还原剂管路23的泄漏，如在图1中借助于泄露部位56所说明的那样，或者可能由于连到喷射器24上的还原剂管路23的连接端子至少部分松动或脱落，或者由于喷射器24本身泄露。因为喷射器24的喷嘴口通常插入到废气流中，这可能会导致喷嘴口的污染和/或焦化，致使喷射器24无法再完全关闭。还原剂17的结晶还可能会导致在喷射器24上发生持久性的泄漏。
当在还原剂泵22的两个相继的泵扬程之间的时间间隔内在t3时刻发生泄露时，在图2上面的曲线图中用虚线400示出压力p的曲线的变化情况。自所述t3时刻起，压力减小，并在下一个泵扬程期间再次增大，但是不会增大到无故障系统所希望的值。由于泄露使得更小的力反作用于还原剂泵22的活塞，还原剂泵22的电动机21消耗更小的电流，如在图2中间曲线图的右面部分同样地用虚线500示范性地示出的那样。
为了提高诊断的可靠性，在有一次性低于参考值I_SW1时并不马上将故障登记在故障存储器54内而且并不马上操控故障输出单元55，而是对低于参考值I_SW的现象进行统计分析，例如进行任何已知类型的所谓的故障排查（Fehlerentprellung）。为此为故障存储器配设频率计数器57，其将产生的故障结果的数目进行累加，且当低于的次数超过规定的最大频率时才将液压组件23、24评定为存在泄露。
在示出的所述实施例中，废气后处理设备11的计量控制器50和内燃机10的发动机控制器40被设计为分离的功能单元，它们借助于控制－和数据线路或借助于总线系统42彼此通信。所述具有分立的控制器40、50的解决方案特别适用于加装废气后处理设备11的机动车。
但是还可以将计量控制器50的功能整合到内燃机10的发动机控制器40内。在这种情况下，将存在于废气后处理设备11内的传感器25、26、28、29的信号直接供应给发动机控制器40，并且该发动机控制器直接操控执行器如还原剂泵22和喷射器24。
术语-/附图标记清单
10 内燃机
11 废气后处理设备
12 进气道
13 气缸
14 排气管路
15 SCR-催化器
16 还原剂储存容器
17 还原剂、水状尿素溶液
18 泵模块
19 过滤器
20 泵模块的电加热装置
21 还原剂泵的电驱动电机
22 还原剂泵
23 还原剂管路
24 还原剂喷射器、喷射器
25 废气温度传感器
26 NOX-传感器
28 液位传感器
29 还原剂的温度传感器
30 还原剂储存容器的电加热装置
40 发动机控制器、MSTG
41、42 数据－和控制线路、总线系统
50 计量控制器、DSTG
51 运算单元（处理器）
52 程序存储器
53 数值存储器（数据存储器）
54 故障存储器
55 故障输出单元
56 泄露部位
57 频率计数器
100 无故障系统的在泵扬程期间随时间变化的电流曲线
200 无故障系统的在下一个泵扬程期间随时间变化的电流曲线
300 无故障系统的随时间变化的压力曲线
400 非密封系统的随时间变化的压力曲线
500 非密封系统的在下一个泵扬程期间随时间变化的压力曲线
t 时间
tl-t5 时刻
p 在废气后处理设备中的还原剂的压力
P1 控制程序
I 电流
I1 在还原剂泵的第一泵扬程时电流I的最大值
I2 在还原剂泵的下一个泵扬程时电流I的最大值
ΔI 在两个相继的泵扬程中电流值的差
I_SW1、I_SW2 电流值的差的参考值

Claims (11)

1.一种用于检查在内燃机（10）的用液态还原剂（17）工作的废气后处理设备（11）内的液压组件（23、24）的功能可靠性的方法，该废气后处理设备具有借助于电动机（21）驱动的还原剂泵（22），该还原剂泵将所述还原剂（17）从还原剂储存容器（16）经由还原剂管路（23）输送给保持关闭的还原剂喷射器（24），
其特征在于，
a）在预定的第一时间间隔（t2－t1）期间接通所述还原剂泵（22），
b）在所述第一时间间隔（t2－t1）期间对由所述电动机（21）消耗的电流（I）进行检测，
c）在预定的停止工作时间（t4－t2）期满之后，在与所述第一时间间隔相同的第二时间间隔（t5－t4）期间重新接通所述还原剂泵（22），
d）在所述第二时间间隔（t5－t4）期间对由所述电动机（21）消耗的电流（I）进行检测，
e）将在所述两个时间间隔（t2－t1、t5－t4）期间检测到的电流（I）彼此相比较，
f）基于在步骤e）中的比较结果对在所述还原剂泵（22）下游的液压组件（23、24）的功能可靠性进行评价。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述电流（I）的相应的最大值（I1、I2）并将它们彼此相比较。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
- 由所述电流的最大值（I2、I1）求得差值（ΔI＝I2－I1），
- 如果所述差值（ΔI＝I2－I1）比规定的参考值（I_SW1）小，则判定在所述还原剂泵（22）下游的至少一个液压组件（23、24）存在泄露。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述电流（I）的相应的平均值并将它们彼此相比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
- 由所述电流（I2、I1）的平均值求得差值 ，
- 如果所述差值比规定的参考值（I_SW2）小，则判定在所述还原剂泵（22）下游的至少一个液压组件（23、24）存在泄露。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述参考值（I_SW1、I_SW2）针对无泄漏的废气后处理设备（11）通过实验来确定，并且存储在废气后处理设备（11）的计量控制器（50）的数值存储器（53）内。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述参考值（I_SW1、I_SW2）针对无泄漏的废气后处理设备（11）通过实验来确定，并且存储在废气后处理设备（11）的计量控制器（50）的数值存储器（53）内。
8.根据权利要求1至7所述的方法，其特征在于，将往复活塞泵用作还原剂泵（22），并且所述时间间隔（t2－t1、t5－t4）均等于一个单独的泵扬程的持续时间。
9.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于，激活频率计数器（57），该频率计数器对低于所述参考值（I_SW1、I_SW2）的差值（ΔI）的次数进行计数，且当低于的次数超过规定的最大频率时才将所述液压组件（23、24）评定为存在泄露。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在识别出液压组件（23、24）存在泄露的情况下，将故障登记在所述废气后处理设备（11）的计量控制器（50）的故障存储器（54）内，和/或向用内燃机（10）驱动的机动车的驾驶员发出光学的和/或声音的警告。
11.一种用于检查在内燃机（10）的用液态还原剂（17）工作的废气后处理设备（11）内的液压组件（23、24）的功能可靠性的装置，其中，该装置被设计用于实施按照权利要求1至10中的任意一项所述的方法。
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