CN110953051B - 用于还原剂的质量识别的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助于测量系统（3）对在内燃机的SCR系统的还原剂箱（1）中的还原剂（2）进行质量识别的方法，该测量系统具有声源、声传感器和静止对象（5），该静止对象以距声源和距声传感器限定的距离来布置。如果还原剂（2）的温度（T）高于具有额定浓度的还原剂（2）的冰点，则声源朝着静止对象（5）的方向发出（12）声波（S）而静止对象（5）朝着声传感器的方向反射声波（S）作为反射波（R）。如果反射波（R）没有被声传感器接收到，则推断出有故障。如果推断出了有故障，而且如果还原剂箱（1）至少填充到测量系统（3）被覆盖的程度，而且如果测量系统（3）被判定为无故障，则还原剂（2）的浓度偏离额定浓度。

Description

用于还原剂的质量识别的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对在SCR系统的还原剂箱中的还原剂进行质量识别的方法。本发明还涉及：一种计算机程序，当该计算机程序在计算设备上运行时，该计算机程序实施该方法的每个步骤；以及一种存储该计算机程序的机器可读存储介质。最后，本发明涉及一种电子控制设备，该电子控制设备被设立用于实施按照本发明的方法。
背景技术
如今，在对内燃机的废气进行后处理时，使用SCR方法（Selective CatalyticReduction：选择性催化还原），以便减少废气中的氮氧化物（NOx）。DE 103 46 220 A1描述了基本原理。在此，将32.5%的尿素水溶液（HWL）掺杂到废气中，该32.5%的尿素水溶液商业上也公知为AdBlue®。通常，为此设置具有掺杂模块的掺杂系统，以便将HWL在SCR催化剂的上游掺杂到废气流中。从HWL中解离出氨气，氨气紧接着附着在SCR催化剂的活性表面上。在那里，氨气与氮氧化物化合，从中形成水和氮气。HWL借助于具有输送泵的输送模块从还原剂箱通过压力管道被输送到掺杂模块。
被解离的氨气的重量不仅直接取决于所掺杂的尿素水溶液的重量而且直接取决于在尿素水溶液中的尿素的浓度，该浓度也被称作还原剂或尿素水溶液的质量。
因而，对于SCR系统的工作原理来说重要的是监控HWL的质量。如果尿素的浓度太低或还原剂的质量太少，则较少的氮氧化物被转化并且SCR催化剂的效率下降。如果尿素的浓度过大或还原剂的质量过高，则被转换的氨气没有与氮氧化物发生反应并且经过SCR催化剂；形成氨逃逸。
US 9038442 B2描述了一种用于确定还原剂的质量以及数量的系统和方法。为了确定质量，该系统具有转换器和距该转换器已知距离来固定的静止对象。转换器被设立为：将声波沿水平方向发射到静止对象上并且接收静止对象的反射波（回声）。还设置有温度传感器，该温度传感器测量还原剂的温度。现在，通过控制设备基于声波和反射波以及温度来确定质量。转换器也被称作换能器而且可以在特殊情况下构造为超声换能器或超声头。因此，（测量）转换器、（超声）换能器和超声头分别是超声声源。
不过，该方法的前提是：还原剂以液态存在。上面提到的32.5%的尿素水溶液的冰点约为-11℃，使得实践中可能出现：待检测的还原剂被冻住。在结冻状态下，声波的传播发生变化，使得反射波不再到达转换器。因而，该质量不能利用上面提到的方法来确定。
对于反射波没有到达转换器的情况，输出故障。然而，通常并不能直接推断出：如果转换器没有接收到反射波，则还原剂被冻住，更确切地说必须考虑其它故障源、尤其是还原剂箱空了或者转换器损坏。公知料位传感器，以便确定还原剂箱的料位并且因此也识别出还原剂箱空了的情况。还公知用于监控转换器的方法。
发明内容
提出了一种用于对内燃机的SCR系统的还原剂箱中的还原剂进行质量识别的方法。设置有测量系统，该测量系统具有声源、声传感器和静止对象，该静止对象以距声源和声传感器的所定义的距离地来布置。作为优选的设计方案，声源是超声声源。优选地，声源和声传感器构成一个单元而且例如构造为测量转换器（也被称作换能器）而且特别构造为超声头。
传统上规定：确定还原剂在液态下的浓度。规定温度阈，该温度阈表示还原剂在额定浓度下的冰点。在此，如下浓度被称作额定浓度，由该浓度假定：所使用的还原剂具有该浓度，而且在继续运行中、例如在掺杂策略的框架内以该浓度为出发点。因此，温度阈根据所使用的还原剂来选择而且例如可以从表格中读出或者通过尝试来提前确定。因此，按照温度阈的定义可以假定：在温度高于该温度阈时，在额定浓度下的还原剂以液态存在。通常使用的尿素水溶液的为-11℃的冰点被用作优选的温度阈。温度优选地通过在还原剂箱上或在还原剂箱中的温度传感器来测量。
如果温度高于具有额定浓度的还原剂的冰点，则进行诊断。在这种情况下，声波由声源朝着静止对象的方向发出。在那里，该静止对象朝着声传感器的方向反射声波。被反射的声波在下文被称作“反射波”。如果反射波没有被声传感器接收到，则推断出有故障。一般的故障源是测量系统的功能失效或者还原剂的料位不足，其中声传感器和静止对象以及在它们之间的声路、即测量系统未被覆盖。
如果推断出了有故障，则检查是否可以排除其余的故障源。已经公知用于识别这些故障源的设备和方法。详细地，这意味着：还原剂箱至少用还原剂溶液填充到测量系统被覆盖的程度，也就是说不仅声源和声传感器（或测量转换器）而且静止对象以及在它们之间的声路都被还原剂覆盖。优选地，料位可以通过料位传感器来监控。此外，该测量系统借助于诊断方法被判定为无故障，也就是说声源和声传感器（或测量转换器）可正常工作而且对于使用来说正确地被调节和调整而且静止对象正确地取向。视诊断而定，该测量系统可以在使用期间或者在维护时被检查。如果温度如上文所描述的那样通过温度传感器来测量，则该温度传感器的功能能力和校准同样被检查。
按照该方法，对于其中温度高于温度阈而且推断出了有故障、但是可以排除上面提到的故障源的这种情况来说，推断出：还原剂的浓度偏离额定浓度。其原因是：如果所有其它故障源都可以被排除，则只能是还原剂的传递特性对故障负责。如果还原剂冻住，则所述传递特性特别剧烈地发生变化，也就是说剧烈到使得声波不再能以所规定的方式来反射而且因此声传感器也不能检测到反射波。因此，故障来源于被冻住的还原剂。但是，因为温度高于表示还原剂在额定浓度下的冰点的温度阈，所以当还原剂的浓度偏离额定浓度时，还原剂只能冻住。
通过该方法，在结冻状态下也可能对还原剂进行质量识别。
通常，使用尿素水溶液作为还原剂。32.5%的尿素水溶液的冰点在额定浓度下为-11℃。有利地，温度高于尿素水溶液在额定浓度下的该冰点。由此，可以检测到经常出现的情况：还原剂箱被加了水而不是尿素水溶液。因为，由于附加地被引入的水，尿素水溶液的浓度降低并且冰点在浓度变低的情况下朝向0℃移动。
因此有利的是：只有当温度在基于水的还原剂的情况下低于0℃时，该方法才被实施，因为达不到高于0℃的冰点。
优选地，该方法在起动内燃机之后立即直接被实施。在该时间点，用于使还原剂融化的附加的加热设备还不完全能使用。
已经提到的料位计通常不能够测量在结冻状态下的还原剂的料位。优选地，使用之前通过料位传感器确定了的上一次被存储为有效的料位来对该测量系统是否被覆盖进行评价。
计算机程序被设立为：尤其是当该计算机程序在计算设备或控制设备上执行时，执行该方法的每个步骤。该计算机程序能够实现在传统的电子控制设备中实现该方法，而在这方面不必进行结构上的变化。为此，该计算机程序存储在机器可读存储介质上。
通过将该计算机程序加载到传统的电子控制设备上，得到如下电子控制设备，该电子控制设备被设立用于执行对还原剂的质量识别。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在随后的描述中进一步予以阐述。
图1示出了具有测量系统的还原剂箱的示意图，其中可以执行按照本发明的方法。
图2示出了按照本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出了用于内燃机的未示出的SCR系统的还原剂箱1的示意图，该还原剂箱填充有还原剂2。优选地用于SCR的还原剂2是32.5%的尿素水溶液。在还原剂箱1的底部布置有测量系统3，用于对还原剂2进行质量识别。测量系统3具有测量转换器4和静止对象5，该测量转换器和该静止对象在该实施例中一体化地来构造。在该实施例中，静止对象5相对于测量转换器4水平地并且以距该测量转换器的预先给定的距离来布置。测量转换器4用作声波S的声源，该测量转换器朝着静止对象5的方向发射该声波。静止对象5被设立和取向为使得声波S被反射并且作为反射波R返回到测量转换器4。同时，测量转换器4被设立用于接收反射波R并且因此用作声传感器。测量转换器4构造在测量系统3之内的印刷电路板6上，该测量系统用作至电子控制设备7的接口，其中电子控制设备7操控测量转换器4以及记录并且处理所接收到的信号。在印刷电路板6上还设置有温度传感器8，该温度传感器测量还原剂2的温度T并且将测量值转交给电子控制设备7。在还原剂箱1之内还布置有料位计9。该料位计检测还原剂箱1被填充到何种程度，也就是说在还原剂箱1中的还原剂2所达到的高度。料位被传输给电子控制设备7，在那里被确认和存储。
图2示出了按照本发明的方法的实施例的流程图。该方法在起动内燃机之后直接被实施，并且当在询问10中还原剂的当前被测量的温度T高于温度阈TS时开始，该温度阈表示还原剂2在额定浓度下的冰点。在该实施例中，如下浓度被称作额定浓度，该浓度针对通常使用的32.5%的尿素水溶液来假定而且在针对SCR的掺杂策略中以该浓度为出发点。在该实施例中，温度阈TS为-11℃，因为这里32.5%的尿素水溶液的冰点为-11℃。如果温度T低于温度阈TS或对应于该温度阈TS，则该方法结束11，而且还原剂2的质量可以通过其它、已经公知的方法来确定，这些方法这里未进一步解释。而如果温度T高于温度阈TS，则出发点可以是：32.5%的尿素水溶液、即还原剂2没有冻住，而是以液态存在。在尿素水溶液的情况下还规定：对于高于0℃的温度来说，该方法同样未被执行，因为在这种情况下，尿素水溶液在任何浓度下、甚至在纯水的情况下都冻住。如在图1中示出的那样，由测量转换器4来发出12声波S，声波S在位置固定的对象5上反射而反射波R返回到测量转换器4。如果反射波R到达测量转换器4，则该反射波被该测量转换器检测到13。如果在检测13到反射波R的情况下在询问14中确定没有故障，则该方法结束11，而还原剂2的质量可通过其它、已经公知的方法来确定。
而如果因为测量转换器4不曾检测13到反射波R，所以在询问14中识别出有故障，则首先确定故障的类型。为此，通过本身公知的诊断方法来检查不同的故障源，这些诊断方法在图2中作为不同的询问15、16、17来示出。这些询问15、16、17或诊断方法可以同时或相继被实施。也可能的是：诊断方法已经提前被执行，前提是相应的诊断方法的鲁棒性能够实现这一点而且结果在按照本发明的方法期间还一直有效。一方面，检查15在还原剂箱1中的还原剂2的料位。因为按照本发明出发点不能是还原剂2被冻住，所以不是使用在结冻状态下本来就不能用常规使用的料位计9来确定的当前的料位，而且使用上一次被存储为有效的料位Flgs。如果测量系统3、更准确地说测量转换器4、静止对象5以及声波S和反射波R所经过的声路被还原剂2覆盖，则可以排除该故障源。第二方面，有关高效能性来对测量系统3进行检查16。更确切地检查测量转换器4是否有能力发出声波并且也接收声波。第三方面，检查17温度传感器8的高效能性和校准。如果两者正常，则测量系统本身可以作为故障源而被排除。
如果故障源通过这些询问15、16、17之一来确定，换言之，这些诊断方法中的通过这些询问15、16、17来表示的一种诊断方法输出故障，则该方法结束11。那么不能做出关于还原剂2的质量的结论，因为故障的原因在于测量本身。不过，如果故障源没有被所提到的询问15、16、17确定，换言之，如果故障没有通过所提到的诊断方法找到，则按照本发明确定18：因而该故障只能是由还原剂2被冻住引起。按照本发明，在考虑在开头通过询问10确定的前提：还原剂的温度T高于表示还原剂在额定浓度下的冰点的温度阈TS的情况下，从还原剂2仍然被冻住的情况推断出：还原剂2的浓度偏离19额定浓度。对于还原剂是已经提及的尿素水溶液的情况来说，其中尿素水溶液被冻住的更高的温度T表明相对于额定浓度的更低的浓度而且因此表明水含量被提高。

Claims (8)

1.一种用于借助于测量系统(3)对在内燃机的SCR系统的还原剂箱(1)中的还原剂(2)进行质量识别的方法，所述测量系统具有声源、声传感器和静止对象(5)，所述静止对象以距所述声源和距所述声传感器的所限定的距离来布置，其中如果所述还原剂(2)的温度(T)高于具有额定浓度的还原剂(2)的冰点，则所述声源朝着所述静止对象(5)的方向发出(12)声波(S)并且所述静止对象(5)朝着所述声传感器的方法反射所述声波(S)作为反射波(R)，而且其中如果所述反射波(R)没有被所述声传感器接收到，则推断(14)出有故障，其特征在于，如果推断(14)出了有故障，而且如果所述还原剂箱(1)至少填充到所述测量系统(3)被覆盖的程度，而且如果所述测量系统(3)被判定为无故障，则推断出所述还原剂(2)的浓度偏离(19)所述额定浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度(T)高于具有额定浓度的尿素水溶液的冰点。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述温度(T)低于0℃。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法在起动内燃机之后直接被实施。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述温度(T)通过温度传感器(8)来确定。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了对所述测量系统(3)是否被还原剂溶液(2)覆盖进行评价(15)，使用之前通过料位传感器(9)确定了的上一次被存储为有效的料位(Flgs)。
7.一种机器可读存储介质，在其上存储有计算机程序，所述计算机程序被设立用于执行根据权利要求1至6之一所述的方法的每个步骤。
8.一种电子控制设备(7)，所述电子控制设备被设立为：借助于根据权利要求1至6之一所述的方法来执行对还原剂(2)的质量识别。
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