CN110388248A

CN110388248A - 用于诊断scr系统的方法

Info

Publication number: CN110388248A
Application number: CN201810359696.5A
Authority: CN
Inventors: A.特斯克; M.施特格迈尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2019-10-29
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: CN110388248B

Abstract

本发明涉及一种用于诊断SCR系统的方法，SCR系统具有输送泵和配量阀。所述方法包括以下步骤：在开始时识别在所述SCR系统中的压力故障，接着进行设定所述SCR系统的经压力调节的模式。接着实现检测所述还原剂溶液的质量偏差（Δm）。最后当所述质量偏差（Δm）高于第一阈值（S₁）时，输出针对所述输送泵的故障，并且当所述质量偏差（Δm）低于或等于所述第一阈值（S₁）时，输出针对所述配量阀的故障。

Description

用于诊断SCR系统的方法

技术领域

本发明涉及一种识别到在SCR系统中的压力故障时用于诊断SCR系统的方法。此外，本发明涉及当计算机程序在计算设备上运行时实施所述方法的每个步骤的计算机程序，以及存储计算机程序的机器可读的存储介质。最后，本发明涉及一种电子的控制器，电子的控制器被设立成实施根据本发明的方法。

背景技术

现今，尤其SCR催化器（选择性催化还原）用于还原机动车中的内燃机的排气中的氮氧化物（NOx）。在这里将位于SCR催化器表面上的氮氧化物分子（Stickoxidmoleküle），在氨（NH3）作为还原剂存在时还原成元素氮（elementarem Stickstoff）。还原剂以尿素水溶液（从尿素水溶液中分离出氨）的形式被提供，商业上也称为AdBlue®。输送泵将还原剂溶液从还原剂储箱输送至配量模块，然后配量模块将还原剂溶液在SCR催化器上游喷入到排气系中。配给的控制在电子的控制器中进行，在电子的控制器中存储有用于运行和监控SCR系统的策略。

在所谓的“容积模式”中，一般利用输送泵的高的精度以及特性：在静止状态下，还原剂溶液的非常准确已知的通过输送泵所输送的质量作为被配给的质量也又离开系统。结合通过输送泵所输送的还原剂溶液的质量的相对小的公差，平均地设定高的质量精度。但是，关于压力在这里一般不存在闭合的调节回路。

“经压力调节的模式”一般基于的原则是，输送泵提供所期望的系统压力并且将其调节到确定的额定压力附近的尽可能窄的压力范围上。然后从这个系统压力出发通过设定与之匹配的阀打开时间，配量模块配给还原剂溶液的所期望质量。

如果质量平衡（Massengleichgewicht）在容积模式下受到干扰，例如由于输送泵中或配量模块中的缺陷，不再能够直接检查所配给的质量。在这种情况下已知的是例如借助于压力传感器来监控压力。为此，确定了过压阈值和负压阈值，过压阈值和负压阈值形成了额定压力附近的所允许的压力范围。如果在配给期间，压力离开这个允许的压力范围，则输出（压力）故障，并在SCR系统中设定有故障的运行。因此，不再能够确保遵守排放法规。

在机动车中，在有故障的模式下通常激活马达控制灯，马达控制灯表示让驾驶员去寻找（aufsuchen）工厂（Werkstatt）。必要时额外地可以设定紧急运行，其中，所述SCR系统以其它的运行参数运行，并且此外例如内燃机的功率被节制。在工厂中，输送泵和/或配量模块基于负责人员的估计或知识和经验，-因此“基于怀疑（Verdacht）”-进行维修或更换。

DE 10 2008 005 988 A1描述了一种用于诊断排气后处理装置的方法和装置，排气后处理装置将试剂（Reagenzmittel）配给到排气区域中。试剂由泵带到配给压力上并且然后被配给。借助于对试剂的压降的评价在关断（Abschalten）泵之后进行所述诊断。在这种情况下，考虑到泵的泄漏损失（Leckverluste）。

从DE 10 2010 002 620 A1中已知所谓的适配因子。借助于模型来计算（errechnen）在SCR催化器上游配给的还原剂溶液的所必需（erforderliche）质量以及SCR催化器下游的经建模的氮氧化物值。此外，布置在SCR催化器下游的氮氧化物传感器测量所测量的氮氧化物值。经建模的氮氧化物值和所测量的氮氧化物值进行彼此比较，并且在偏差时识别到还原剂溶液的低配量（Unterdosierung）或过量配量（Überdosierung）。然后根据此实施适配，并且通过设定适配因子来提高或减小配给。

发明内容

提出了一种用于诊断特别是机动车中的内燃机的SCR系统的方法，所述SCR系统具有输送泵和配量阀，所述SCR系统用于SCR催化器用来排气后处理。在开始时，例如，当在输送泵和配量阀之间的系统压力在配给期间离开通过过压阈值和负压阈值形成的所允许的压力范围时，识别到在SCR系统中的压力故障。如果压力故障被识别，还原剂溶液的所期望的或所必须的质量能够与还原剂溶液的实际配给的质量偏离，使得不再能够确保遵守排放法规。

在另外的步骤中，设定SCR系统的经压力调节的模式。对于SCR系统在识别到压力故障之前以容积模式工作以便实现所配给的还原剂溶液的尽可能高的质量精度的通常情况来说，在识别到故障后，SCR系统转换到（umstellen）经压力调节的模式。在经压力调节的模式中，输送泵提供所期望的系统压力，并且将其调节到在确定的额定压力附近的尽可能窄的压力范围上。因此，在所述系统中，可能出现还原剂溶液的质量偏差。在另外的步骤中，检测还原剂溶液的所述质量偏差。如果所检测到的质量偏差高于第一阈值，则可以推断出输送泵中的缺陷，并且输出针对输送泵的故障。对此基础是，由于在输送泵中的缺陷，基于压力调节，参考所配给的质量，还原剂的过多或过少质量被输送，使得质量偏差增大（vergrößert）。否则，如果质量偏差低于或等于第一阈值，则输出针对配量阀的故障。对此基础是，由于配量模块中的缺陷，质量偏差基于配给时的压力调节而得到补偿（ausgeglichen）。第一阈值可以优选取高达40％的值，其中，第一阈值也可以取负值，因此高达-40％。所述方法实现已经在运行期间诊断组件-输送模块或配量阀-，压力故障从所述组件产生。因此，例如在工厂中简化了有缺陷的组件的维修或更换，因为提前已知哪些组件有缺陷。

优选识别到在SCR系统中的压力故障之后，进行设定SCR系统的有故障的模式，在所述有故障的模式中执行特定故障（fehlerspezifische）的措施。作为有故障的模式中的措施中的一个措施，马达控制灯可以优选地被激活，马达控制灯例如向机动车的驾驶员表示SCR系统的有故障的模式，接着所述驾驶员应行驶到工厂中。因此满足了如下相关的法律规定。此外，在有故障的模式中能够设置另外的措施来至少对于SCR系统执行紧急运行，其中，以其它运行参数例如配给持续时间和/或配给量来运行SCR系统，并且此外，内燃机的功率可以被节制。为了防止由于过量配量而使对人体和环境有毒的自由氨从排气后处理系统中漏出，可以规定完全关断SCR系统。在此过程中，来自SCR系统的大多数还原剂溶液返回。如果是这种情况，那么可以在所述方法中规定，在设定经压力调节的模式之前再次利用还原剂溶液填充（befüllen）SCR系统。

根据一个优选的方面，通过改变配量阀的打开持续时间来实现经压力调节的模式的设定。当压力继续上升高于额定压力时，配量阀的打开持续时间提高，使得更多还原剂溶液被配给。另一方面，当压力继续下降到低于额定压力以时，配量阀的打开持续时间减小，使得更少还原剂被配给。

根据另一个方面，通过改变泵的操控来实现经压力调节的模式的设定。在这里，根据压力可以改变泵的转速或必要时改变同时所输送的质量，使得改变总共所输送的质量。

为了检测还原剂溶液的质量偏差，可以规定实施以下步骤。首先，SCR催化器被排空。如果SCR系统中存在多个SCR催化器，在这里指的是，所有的SCR催化器被排空。接着，在SCR催化器上游以亚化学计量比来配给还原剂溶液的至少一个额定质量流。优选地，以不同的亚化学计量比来配给多个这样的额定质量流，用以覆盖尽可能大的检测区域。接下来，检测SCR催化器下游的氮氧化物浓度。为此，可以使用布置在SCR催化器下游的氮氧化物传感器。额外地，检测SCR催化器上游的氮氧化物浓度。类似地，可以为此使用布置在SCR催化器上游的氮氧化物传感器。如果SCR催化器的上游这样的氮氧化物传感器不存在，也可以使用在SCR催化器被排空时在配给还原剂溶液的额定质量流之前由氮氧化物传感器在下游所测量到的氮氧化物浓度作为在SCR催化器上游的氮氧化物浓度，因为在这种情况下没有氮氧化物通过SCR催化器被还原。通过SCR催化器下游的氮氧化物浓度与SCR催化器上游的氮氧化物浓度的差，计算通过SCR催化器的还原剂溶液的实际质量流，其中，考虑到所述亚化学计量比和总排气质量流。由实际质量流可获知还原剂溶液的实际被配给的质量，而额定质量流与还原剂溶液的期望的质量有关。最后，执行额定质量流与实际质量流的比较，用于获知质量偏差。

备选地，能够实施以下步骤用于检测所述还原剂溶液的质量偏差。在经压力调节的模式被设定之前，适配因子、例如根据DE 10 2010 002 620 A1能够以已知的方式被检测并且所述适配因子随后被存储为标称的适配因子。在设定经压力调节的模式之后，适配因子被重置并且开始新的适配。在经压力调节的模式期间，根据新的适配在学习时间上以相同的方式学习新的适配因子。最后，执行标称的适配因子与新的适配因子的比较，用于获知质量偏差。

所述计算机程序被设立成执行所述方法的每个步骤，特别是当所述计算机程序在计算设备或控制器上执行时。所述计算机程序使得所述方法在传统的电子的控制器中的实现成为可能，而不必在所述控制器处进行结构改变。对此，将所述计算机程序存储在机器可读的存储介质上。

通过将计算机程序运行到传统的电子的控制器中，获得了以下电子的控制器，所述电子的控制器被设立成实施SCR系统的诊断。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在随后的说明中进一步阐释。

图1示出了用于内燃机的排气系中的SCR催化器的SCR系统的示意图，其中可以使用根据本发明的方法。

图2关于时间示出了图1中的对于容积模式的SCR系统的压力的图表。

图3示出了根据本发明的方法的第一实施例的流程图。

图4示出了根据本发明的方法的第二实施例的流程图。

图5按照根据本发明的方法的一实施例关于时间示出了图1的SCR系统的压力和用于经压力调节的模式的还原剂溶液的质量偏差的图表。

具体实施方式

图1示出了用于内燃机4的排气系3中的SCR催化器2的SCR系统1的示意图。SCR系统1具有带有输送泵11的输送模块10，输送泵将来自还原剂储箱12的还原剂溶液经由压力管路13输送至配量模块14。通过配量模块14中的配量阀15，于是将还原剂溶液配给（eindosiert）到SCR催化器2上游的排气系3中。未配给的还原剂溶液经由与压力管路13连接的回流部（Rücklauf）16流回到还原剂储箱12中。在回流部16中布置有回流节流阀17，回流节流阀限制还原剂溶液的通过回流部16来流动的质量。此外，压力传感器18布置在压力管路13中，所述压力传感器在那里测量位于压力管路中的还原剂溶液的压力p。在排气系3中布置有在SCR催化器2下游的第一氮氧化物传感器31，第一氮氧化物传感器在那里测量SCR催化器2下游的氮氧化物浓度NOxN，并且第二氮氧化物传感器32布置在SCR催化器2的上游，第二氮氧化物传感器在那里测量SCR催化器2的上游的氮氧化物浓度NOxV。此外，设置电子的控制器5，电子的控制器至少与输送模块10或输送泵11以及配量模块14或配量阀15连接并且能够对其进行控制。另外，压力传感器18和两个氮氧化物传感器31、32与电子的控制器5连接并且给所述电子的控制器发送压力传感器和两个氮氧化物传感器的所测量的值。

通常，这种SCR系统以容积模式来运行，其中由输送泵11输送的还原剂溶液的质量作为被配给的质量通过配量阀15来配给。在此平均地设定了高的质量精度，然而对于压力p不存在闭合的调节回路。在图2中对于容积模式在压力p关于时间t的图表中示出了两个压力走势p₁和p₂，两个压力走势两个都导致压力故障。在第一区域100中，-其中配量阀15闭合-输送泵11来输送还原剂，使得对于两个压力走势p₁和p₂的压力p从环境压力p_a起（vom aus）升高（ansteigen），直到达到额定压力p_s。从“注射点开始”BIP起，打开配量阀15，并且将还原剂溶液配给到排气系3中。在第二区域101中，-其中进行配给-两个压力走势p₁和p₂不同。第一压力走势p₁代表或者输送泵11的缺陷，通过所述输送泵输送比期望更多的还原剂溶液，或者配量阀15的缺陷，通过所述配量阀配给比期望（als gewollt）更少的还原剂溶液。与此相应，第一压力走势p₁继续升高并最终超过过压阈值（Überdruckschwelle）p_o。相反，第二压力走势p₂代表或者输送泵11的缺陷，通过所述输送泵输送比期望更少的还原剂溶液，或者配量阀15的缺陷，通过所述配量阀配给比期望更多的还原剂溶液。于此相应，第二压力走势p₂下降（absenken）并最终低于负压阈值（Unterdruckschwelle）p_u。如果压力p在“注射点开始”BIP之后离开在过压阈值p_o和负压阈值p_u之间的允许的压力范围，则识别200到压力故障。

图3示出了根据本发明的方法的第一实施例的流程图。如果如上所描述的那样识别200到SCR系统1中的压力故障，则进行设定201有故障的模式FM。一方面，在这里激活202马达控制灯。对于一实施例，-其中SCR系统1使用在机动车中-马达控制灯布置在仪表板（Armaturenbrett）（两个均未示出）上，从而马达控制灯给机动车的驾驶员表示有故障的模式FM。此外，在有故障的模式FM下设定紧急运行203，在紧急运行中，SCR系统1以不同的运行参数来运行。此外，在一些实施方式中，在紧急运行203期间，内燃机5的功率可以被节制（gedrosselt）。在这里当前的实施例中，在紧急运行203中，额外地排空SCR系统1，也就是说还原剂溶液被输送回到还原剂储箱12中，以防止通过过量配量使得自由氨从排气系3中漏出（entweichen）。因此，在所述实施例中，利用还原剂溶液进行SCR系统1的再填充（Wiederbefüllen）204。

根据本发明，为SCR系统1设定经压力调节的模式DM。在这里描述的实施例中，这通过改变205配量阀15的打开持续时间来实现。在另外的实施例中，经压力调节的模式DM的设定可以通过改变输送泵11的操控来实现。

在图3中所示的第一实施例中，如下实现质量偏差Δm的检测。SCR催化器2的排空（Entleeren）210例如通过将比氮氧化物的完全SCR必要的（notwendig）更少的还原剂溶液配给到排气系3中来执行，使得尽可能使氨不再被包含（enthalten）在SCR催化器2中。随后，在SCR催化器2的上游配给211具有例如= 0.5的亚化学计量比的还原剂溶液的确定的额定质量流（Soll-Massestrom） _S。

随后，通过第一氮氧化物传感器31获知212所述SCR催化器 2下游的氮氧化物浓度NOxN，并且通过第二氮氧化物传感器32获知213所述SCR催化器2上游的氮氧化物浓度NOxV。在另外的实施例中，特别是当SCR催化器2上游不存在第二氮氧化物传感器32时，SCR催化器2上游的氮氧化物浓度NOxV也可以被建模（modelliert）。通过所述SCR催化器2下游的氮氧化物浓度NOxN和所述SCR催化器2上游的氮氧化物浓度NOxV的差来计算214实际配给的实际质量流 _I。在计算214中考虑到亚化学计量比和总排气质量流 _A。在SCR催化器2上还原的氮氧化物直接取决于SCR催化器 2处存在的实际配给的还原剂氨的质量。借助于比较215额定质量流 _S和实际质量流 _I，获知质量偏差Δm。

最后，将还原剂的质量偏差Δm与第一阈值S₁进行比较220，在所述示例中所述第一阈值应在25％中。如果质量偏差Δm高于第一阈值S₁，则输出输送泵11的故障221。这归因于（zurückzuführen）改变205配量阀15的打开持续时间，用于补偿经压力调节的模式DM中的有缺陷的输送泵11的压力故障而增大了所配给的还原剂溶液的质量偏差Δm。反之，如果质量偏差Δm低于或等于第一阈值S₁，则输出配量阀15的故障222。在此，改变205配量阀15的打开持续时间导致配量阀15的缺陷被补偿，使得质量偏差Δm减小（verringen）。

在图4中示出了根据本发明的方法的第二实施例。与图3中那样相同的附图标记意味着，所述步骤是对应的，因此对于所述步骤的描述参考对图3的描述。在所述第二实施例中，以已知方式借助于适配因子（Adaptionsfaktors）a执行所述配给的适配。简而言之，经建模的氮氧化物值和由布置在SCR催化器2下游的第一氮氧化物传感器31所测量的氮氧化物值彼此比较并且根据此来实施所述适配。在识别200到压力故障之后，适配因子a被检测230并且作为标称的适配因子a_A来存储231。因为缺陷存在于输送泵11或配量阀15中，标称的适配因子a_A取提高的或降低的值，例如在50%的质量偏差中基于化学计量比取1.5的值。在另外的实施例中能够规定，借助于适配因子a或标称的适配因子a_A与阈值的比较来识别200压力故障。接下来如参照图3已经描述的那样同样进行设定201有故障的模式FM和改变205配量阀15的打开持续时间。在由此设定经压力调节的模式DM之后，适配因子a被重置到1并且开始233新的适配。在这个新的适配期间，在学习时间t_L上进行新的适配因子a_N的学习（einlernen）234。由于出现的压力调节，新的适配因子a_N取与标称的适配因子有偏差的新值。通过新的适配因子a_N与标称的适配因子a_A的比较235，获知适配匹配（Adaptionsanpassung）Δa，所述适配匹配与质量偏差Δm成比例。

根据一实施例，所述质量偏差Δm可以首先被获知，并且然后如已经在图3中所示那样（步骤220到222）与所述第一阈值S₁进行比较220。在图4中所示的实施例中，与质量偏差Δm成比例的适配匹配Δa与第二阈值S₂进行比较240。作为具体示例，第二阈值S2应在30％中。如果适配匹配Δa高于第二阈值S₂，因此高于（über）25％，则质量偏差Δm大于第一阈值S₁241并且类似于图3输出输送泵11的故障242。如果情况并非如此，结果就是质量偏差Δm低于或等于第一阈值S₁ 243，并且类似于图3输出配量阀15的故障244。

图5对于配给示出了还原剂溶液的质量偏差Δm和压力p的关于时间t的图表-在配给中SCR系统1已经在经压力调节的模式DM中运行-。在第一区域110中，-其中配量阀15闭合-输送泵11输送还原剂溶液，使得第三压力走势p₃从环境压力p_a起升高直到达到额定压力p_s。因为配量阀15闭合，所以没有还原剂被配给到排气系3中，使得质量偏差Δm为零。从“注射点开始”BIP起，打开配量阀15，并且将还原剂溶液配给到排气系3中。在第二区域111中，-其中进行配给-压力p持久（permanent）地被设定到额定压力p_s上，由此第三压力走势p₃在额定压力p_s附近振荡（oszilliert）。如上已经描述的那样，这会影响质量偏差Δm。在这个示例中，第一阈值S₁是在25％中。质量偏差Δm在所述实施例中升高并且超过第一阈值S₁。与此相应，根据所述方法，输送泵11的故障 221、242被输出。此外，学习时间t_L在这里示例性地示出。学习时间t_L以在“注射点开始”BIP时的压力调节开始并且可以在第二区域111中任意长地实施。此外，在其它实施例中，学习时间也可以在多次配给上继续进行。

Claims

1.一种用于诊断SCR系统（1）的方法，所述SCR系统具有输送泵（11）和配量阀（15），所述方法包括以下步骤：

-识别（200）在所述SCR系统（1）中的压力故障；

-设定所述SCR系统（1）的经压力调节的模式（DM）；

-检测还原剂溶液的质量偏差（Δm）；

-当所述质量偏差（Δm）高于第一阈值（S₁）时，输出针对所述输送泵（11）的故障（221；242）；并且

-当所述质量偏差（Δm）低于或等于所述第一阈值（S₁）时，输出针对所述配量阀（15）的故障（222；244）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在识别（200）到所述SCR系统中的压力故障之后，进行设定（201）所述SCR系统（1）的有故障的模式（FM）。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在设定（200）所述有故障的模式（FM）中，激活（202）马达控制灯，所述马达控制灯表示所述SCR系统（1）的有故障的模式（FM）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过改变（205）所述配量阀（15）的打开持续时间来实现所述经压力调节的模式（DM）的设定。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过改变所述输送泵的操控来实现所述经压力调节的模式的设定。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，实施以下步骤用于检测所述还原剂溶液的质量偏差（Δm）：

-排空（210）所述SCR系统（1）的SCR催化器（2）；

-在所述SCR催化器（2）的上游以亚化学计量比（）配给（211）所述还原剂溶液的至少一个额定质量流（ _s）；

-获知（212、213）所述SCR催化器（2）下游的氮氧化物浓度（NOxN）和所述SCR催化器（2）上游的氮氧化物浓度（NOxV）；

-通过所述SCR催化器（2）下游的氮氧化物浓度（NOxN）和所述SCR催化器（2）上游的氮氧化物浓度（NOxV）的差来计算（214）所述还原剂溶液的实际质量流（ _I），其中，考虑到所述亚化学计量比（）和总排气质量流（ _A）；

- 比较（215）所述额定质量流（ _S）和所述实际质量流（ _I），用于获知所述质量偏差（Δm）。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，实施以下步骤用于检测所述还原剂溶液的质量偏差（Δm）：

- 在设定所述经压力调节的模式（DM）之前检测（230）适配因子（a）；

- 将所述适配因子（a）存储（231）为标称的适配因子（a_A）；

- 在设定所述经压力调节的模式（DM）之后重置（232）所述适配因子（a）；

- 在学习时间（t_L）上在经压力调节的模式（DM）期间学习（234）新的适配因子（a_N）；并且

- 比较（235）所述标称的适配因子（a_A）和所述新的适配因子（a_N），用于获知所述量偏差（Δm）。

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

9.一种机器可读的存储介质，根据权利要求8所述的计算机程序存储在所述机器可读的存储介质上。

10.一种电子的控制器（5），所述电子的控制器被设立成借助于根据权利要求1至7中任一项所述的方法用于执行所述SCR系统（1）的诊断。