用於放在內燃機的排氣區域中的反應劑的診斷方法以及實施這種方法的裝置的製作方法

2023-07-17 16:56:56 1

專利名稱：用於放在內燃機的排氣區域中的反應劑的診斷方法以及實施這種方法的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於放在內燃機的排氣區域中的反應劑的診斷方 法，本發明還涉及一種按獨立權利要求所述類型的實施這種方法的裝置。
本發明的主題還有控制器程序和控制器程序產品。
背景技術：
在DE 199 03 439 Al中描述了 一種運行內燃機的方法和裝置，在 它的排氣區域中設置SCR催化器(Selective-Catalytic-Reduction選 擇性催化還原)，該SCR催化器用反應劑將內燃機廢氣中所包含的氧化 氮還原成氮。優選地根據內燃機的運行特徵參數(例如轉速和噴入的燃 料量)來確定此反應劑的劑量。此外還優選根據廢氣的特徵參數(例如 廢氣溫度和SCR催化器的工作溫度)來確定此劑量。
例如將還原劑氨當作反應劑，其可從尿素水溶液中提取。必須細心 地確定反應劑或者反應劑原始材料的劑量。劑量過低的結果是，SCR催 化器中的氧化氮不再能得到完全的還原。劑量太多會導致反應劑逃逸 (Reagenzmittelschlupf )，這一方面導至丈不必要的反應劑高消井毛，另 一方面還由於反應劑的特徵會導致難聞的氣味。另外必須考慮到，氨是 有毒的。
DE 10 2004 031 624描迷了一種運行SCR催化器的方法，此SCR 催化器是用來淨化內燃機的廢氣。在此方法中規定，將SCR催化器中的 反應劑料位控制或調節到預定的存儲額定值。這種有針對性地預定存儲 額定值， 一方面保證當內燃機處於不穩定狀態時提供足夠的反應劑，以 便儘可能完全清除內燃機的N0x排放，另一方面避免反應劑逃逸。藉助 催化器模型來求出SCR催化器的絕對反應劑料位，該催化器模型考慮了 流入SCR催化器中的N0x質量流、離開SCR催化器的N0x質量流、催化 器溫度以及可能的反應劑逃逸。SCR催化器的最大可能的反應劑料位尤 其與SCR催化器的工作溫度有關。當工作溫度較低時，最大可能的反應劑料位是最高的，並隨著工作溫度的上升而下降到比較低的數值。因此 考察相對的反應劑料位，來代替絕對的反應劑料位。此相對的反應劑料 位與在給定的催化器運行條件下可能最大的反應劑料位聯繫起來。
只有當尿素水溶液具有預定的濃度或 一定的品質時，才能還原氧化
氮。相反，如果用品質較差的尿素水溶液亦或甚至用錯誤的反應劑或用 反應劑的前體來填裝尿素水溶液罐，則不能確保還原內燃機單元的廢氣 中的氧化氮。
在DE 1 0 2006 055 235 Al (未公開)中描述了一種用於尿素水溶 液的診斷方法，在這種方法中，在可預定的時間段內在填裝尿素水溶液 罐之後，為了檢測氧化氮或氨濃度，將設置在SCR催化器下遊的廢氣傳 感器的信號與可預定的標準值進行比較，並在此信號與標準值偏差可預 定的閥值時，就斷定尿素水溶液的品質較差。

發明內容
本發明的目的是，提供一種診斷方法，用於放在內燃機的排氣區域 中的反應劑，還提供一種實施這種方法的裝置，這種方法和這種裝置都 很容易實現。
按本發明的、具有獨立方法權利要求的特徵的操作方法具有以下優 點，即只需測量在催化器下遊出現的反應劑逃逸。此方法步驟可藉助已 有的、在控制器中已知的參數來實現，因此只需要最少的費用。
按本發明的"l喿作方法可識別所用反應劑的品質。通過識別出反應劑 的品質較差或確定反應劑是錯誤的，來產生警告指示。因此，按本發明 的操作方法可確保，內燃機廢氣中的不期望成份能實現恆定的、較高的 轉化。
由從屬權利要求中得出按本發明的操作方法的有利改進和構造。 一種構造方案規定，當存在第一和第二釋放信號時，對反應劑逃逸
閥值的已出現和未出現的超出量求平均值。如果超出了平均值閥值，則
反應劑具有足夠好的品質。由此提高了診斷的可靠性，並避免了由於個
別結果或幹擾信號引起的診斷錯誤。
按本發明的、用來實施此方法的裝置首先涉及一種控制器，其具專
門布置的用來實施本方法的組件。此控制器優選包含至少 一個電存儲器，所述方法步驟作為控制器程序存儲在此存儲器中。
此控制器包含反應劑料位檢測裝置，用來檢測相對反應劑料位；還
包含負載變化檢測裝置，用來基於時間檢測內燃機的負栽變化；還包含
反應劑逃逸比較器，用來比較反應劑逃逸與反應劑逃逸閥值。
按本發明的裝置的構造方案規定，冊x傳感器當作廢氣傳感器，其
相對於反應劑具有交叉敏感性。可替代的是，可使用其敏感性是專門針 對反應劑的傳感器作為廢氣傳感器。如果尿素水溶液作為反應劑(反應
劑氨從此尿素水溶液中提取)，則可以把NH3傳感器作為廢氣傳感器。 按本發明的控制器程序規定，如果它在控制器中運行，則要實施按
本發明的方法的所有步驟。
按本發明的控制器程序產品具有存儲在機器可讀載體中的程序代
碼。當此程序在控制器中運行，則實施按本發明的方法。


由其它的從屬權利要求中得出按本發明的操作方法的其它有利改 進和構造。在附圖中描述了本發明的實施例，並在下面的描述中進行一 步闡述。
其中
圖l示出了技術環境，按本發明的方法在此技術環境中運行； 圖2示出了依賴於時間的信號曲線。
具體實施例方式
圖1示出內燃機10，在此內燃機10中設置有排氣區域11、反應劑 供給裝置12、催化器13以及廢氣傳感器。N0x濃度。/。N0x-vK出現在催化 器13上遊，反應劑逃逸。/。NH3-nK出現在催化器13下遊。
反應劑供給裝置12配備有劑量閥DV，此劑量閥DV被控制器20用 劑量信號S-D加載，廢氣傳感器14給控制器20提供反應劑逃逸測量信 號麗3-Mes。
內燃機10的廢氣包含至少一種不期望的廢氣成份，催化器13應該 減少這種廢氣成份。這種不期望的廢氣成份例如是NOx濃度y。NOx — vK, 其應該在催化器13中轉化成危害更小的化合物。由此得出，用於轉化 的催化器13需要反應劑，此反應劑在催化器13上遊加入廢氣中。此反
6應劑例如可以自主地加入。在所示的實施例中，假設反應劑通過反應劑
供給裝置12按劑量地加入廢氣中。反應劑量由劑量閥DV確定，此劑量 閥DV用劑量信號s_D加載。控制器20優選藉助內燃機10已知的工作 參數(例如轉速或負載La)來確定劑量信號s — D。
如果內燃機10作為驅動裝置設置在機動車中，則例如可使用未詳 細示出的加速踏板的位置作為內燃機10的負載La的量度。此外，還可 使用由內燃機10施加或提供的轉矩作為負載La的量度。此外，還可考 慮使用輸入內燃機10中的空氣量和/或廢氣回輸率。
在所示的實施例中假定，催化器13構成為SCR催化器，其藉助反 應劑氨轉化廢氣的N0x。氨例如可由尿素水溶液(作為反應劑的前體) 通過熱解作用在排氣區域11中獲得，其中尿素水溶液通過反應劑供給 裝置12噴入排氣區域11中。
為了保持儘可能高的轉化率，反應劑(在示出的實施例中是指尿素 水溶液)必須具有特定的特性。尿素水溶液例如是指32%的尿素水溶液。 如果失誤地或欺騙性地提高水的成份，或使用完全錯誤的反應劑，則不 再能達到追求的轉化率，因此也不再能滿足廢氣清潔的法律規定。
因此，按本發明的方法規定，對加入內燃機10的排氣區域11中的 反應劑或反應劑的前體進行診斷。此診斷的基礎是，當催化器13(它可 存儲反應劑)中的反應劑料位較高時，並且當內燃機10同時出現負載 躍變時(這會增加反應劑的劑量)，則會出現反應劑逃逸％簡3 —nK，這 會被廢氣傳感器14檢測並作為反應劑逃逸測量信號NH3-Mes提供給控 制器2 0 。如果在所述的前提條件下不能探測到這種反應劑逃逸VoNH 3 _ nK, 且整個廢氣清潔裝置的部件在其它方面都運行正常，則可由此得出，在 排氣區域11中加入了錯誤的或不足量的反應劑或反應劑的前體。
首先，檢測內燃機10的負載變化。在圖2a中示出了負載La的時 間曲線，其中假設診斷方法在第一時間點til開始。負載La、時間ti 以及負載變化閥值dLa/dt-Lim被提供給負載變化檢測裝置30。此負載 變化檢測裝置30優選藉助負載La的微商來檢測時間上的負載變化。圖 2b示出了依賴於時間ti的負載變化信號dLa/dt。假設負載變化信號 dU/dt在第三時間點U3超過了負載變化閥值dLa/dt —Lim，則負載變 化檢測裝置30在第三時間點ti3提供第一釋放信號FG1。此第一釋放信 號FG1可由負載變化4企測裝置30的輸入參數的可應用的特徵曲線族計算得出。
由此可得出，隨著第一釋放信號FG1的出現，會相應地提高反應劑 的劑量，其中在催化器13相對於反應劑的存儲能力方面，可能會出現 反應劑的過劑量，這會導致反應劑逃逸。/。NH3-nK的提高。但只有當催化 器13的存儲能力在提高劑量之前基本被耗盡時，反應劑逃逸。/。NH3 —nK 才會出現顯著的上升。
因此還規定，在反應劑料位檢測裝置32中檢測催化器13中的相對 反應劑料位。/。FS, N0x濃度。/。N0x —vK、催化器13的溫度te-Kat以及劑量 信號s —D被提供給反應劑料位檢測裝置32。可從按DE 10 2004 031 624 Al的前面所述的現有4支術中詳細地;險測相對反應劑料位yDFS，在此對該 文獻進行引用。
對相對反應劑料位y。Fs進行檢測，來代替絕對反應劑料位，這是符
合目的的，因為SCR催化器13的反應劑存儲能力受溫度影響很大，其 中當催化器的溫度te-Kat較低時， 一定的絕對反應劑料位相當於相對 較小的相對反應劑料位o/。FS;當催化器的溫度te-Kat較高時， 一定的絕 對反應劑料位相當於相對較高的相對反應劑料位。/。FS。在圖2d中示出了 相對反應劑料位。/。FS的可能曲線，其中記錄了相對料位閥值。/。FS-Lim，其 在第二時間點U2被超出。在料位比較器34中，相對反應劑料位。/。FS 與相對料位閥值y。FS-Lim進4亍比4交。如果相對反應劑料位。/。FS超過了相 對料位閥值。/。FS-Lim，則料位比較器34提供第二釋放信號FG乙此第二 釋放信號FG2可由料位比較器34的輸入參數的可應用的特徵曲線族計 算得出。因此，相對料位閥值y。FS —Lim例如確定為最少百分之七十。按 照圖2d，相對料位閥值。/。FS-Lim的超出在第二時間點U2出現，並導致 按圖2e提供第二釋放信號FG2。
按規定地檢測和評判反應劑逃逸。/。NH3-nK的基礎在於，當存在第一 和第二釋放信號FG1、 FG2時，則可得知反應劑的過劑量了 。反應劑逃 逸比較器36把反應劑逃逸測量信號NH3—Mes與反應劑逃逸閥值NH3 —Lim 進行比較。如果反應劑逃逸測量信號NH3—Mes超過反應劑逃逸岡值 NH3丄im,則反應劑逃逸比較器36提供第一評判信號Bl。在圖2f中示 出了反應劑逃逸測量信號NH3-Mes連同反應劑逃逸閥值NH3-Lim,其中 反應劑逃逸閥值NH3_Lim的超出在第四時間點U4出現。按圖2g，此超 出導致了在第四時間點U4提出第一評判信號Bl。由於催化器13中的動態過程，並由於排氣區域11中的廢氣運行時
間，優選在第三和第四時間點U3、 ti4之間插入一個短暫的延遲時間 ti:v'。此延遲時間ti-V提供給反應劑逃逸比較器36。
第一評判信號Bl的出現意味著期望的反應出現了 ，因此可得出， 反應劑具有預定的品質。假如沒有出現第一評判信號Bl,即使存在兩個 釋放信號FG1、 FG2，也一定得出，反應劑或反應劑的前體沒有足夠好的 品質，或甚至使用了錯誤的反應劑。
為了提高按本發明的診斷方法的可靠性，按一種構造方案可規定， 不是每次出現第一評判信號Bl或第一評判信號Bl相應消失時都直接報 告反應劑是否具有足夠好的品質。因此設置了平均值比較器38，第一評 判信號B1、第一和第二釋放信號FG1、 FG2以及平均值闊值BM—Lim提供 給此平均值比較器38。如果出現或未出現的第一評判信號Bl的平均值 超過了平均值閥值BM丄im，則此平均值比較器38提供第二評判信號B2。 當出現第二評判信號B2時得出，反應劑具有足夠好的品質。
按其它的構造方案規定，反應劑閥值NH3_Lim與內燃機10的負載 La和/或相對反應劑料位y。FS有關。反應劑逃逸閥值確定器40包含例如 特徵曲線族，通過該特徵曲線族可確定相互關係。
權利要求
1.用於放在內燃機(10)的排氣區域(11)中的反應劑或反應劑的前體的診斷方法，所述反應劑或反應劑的前體對於在催化器(13)中轉化至少一種廢氣成份是必需的，其特徵在於，基於時間(ti)檢測內燃機(10)的負載(La)的變化，並在超出了負載變化閥值(dLa/dt_Lim)時提供第一釋放信號(FG1)；檢測催化器(14)中的相對反應劑料位(％FS)，並在超出了相對料位閥值(％FS_Lim)時提供第二釋放信號(FG2)；將在催化器(13)下遊出現的反應劑逃逸(％NH3_nK)與反應劑逃逸閥值(NH3_Lim)進行比較；當存在第一和第二釋放信號(FG1、FG2)時，如果檢測的反應劑逃逸(％NH3_nK)超出反應劑逃逸閥值(NH3_Lim)，則反應劑具有足夠好的品質。
2. 按權利要求1所述的方法，其特徵在於，當存在第一和第二釋 放信號(FG1、 FG2)時，對反應劑逃逸閥值(NH3 — Lim)的已出現和未 出現的超出量求平均值；如果該平均值超出了平均值閥值(BM-Lim)， 則反應劑具有足夠好的品質。
3. 按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在最後出現的釋 放信號(FG1、 FG2)之後，在反應劑逃逸(％麗3 —nK)與反應劑逃逸閥 值(NH3 — Lim)進行比較之前，先等待延遲時間(ti-V)。
4. 用於放在內燃機(10 )的排氣區域(11 )中的反應劑或反應劑 的前體的診斷裝置，所述反應劑或反應劑的前體對於在催化器(13)中 轉化至少一種廢氣成份是必需的，其特徵在於，設有用來實施按上述權 利要求中任一項所述方法的具有組件(30、 32、 34、 36)的控制器(20)。
5. 按權利要求4所述的診斷裝置，其特徵在於，此控制器(20) 包含負載變化檢測裝置(30),用來檢測內燃機(10)的負載(La)基 於時間(ti)的變化；還包含反應劑料位檢測裝置(32),用來檢測相 對反應劑料位(％FS);還包含料位比較器(34)，用來使催化器(13) 中的相對反應劑料位(％FS)與相對料位閥值(°/。FS-Lim)比較；還包含 反應劑逃逸比較器(36)，用來比較反應劑逃逸(匪3—Mes)與反應劑 逃逸閥值(NH3-Lim)。
6. 按權利要求4所述的診斷裝置，其特徵在於，將NOx傳感器作 為廢氣傳感器(14),其相對於所述反應劑具有交叉敏感性。
7. 按權利要求4所述的診斷裝置，其特徵在於，將NH3傳感器作為廢氣傳感器(14)。
8. 按權利要求4所述的診斷裝置，其特徵在於，將尿素水溶液作 為反應劑。
9. 控制器程序，當此程序在控制器(20)中運行時，則此控制器 程序執行按權利要求1至3中任一項所述的方法的所有步驟。
10. 控制器程序產品，其具有存儲在機器可讀的載體中的程序代碼， 當此程序在控制器(20)中運行時，則實施按權利要求1至3中任一項 所述的方法。
全文摘要
本發明提出了一種用於放在內燃機(10)的排氣區域(11)中的反應劑或反應劑的前體的診斷方法，所述反應劑或反應劑的前體對於在催化器(13)中轉化至少一種廢氣成份是必需的。還提出了一種實施這種方法的裝置。首先，基於時間(ti)檢測內燃機(10)的負載(La)的變化，並在超出了負載變化閥值(dLa/dt_Lim)時提供第一釋放信號(FG1)。此外，檢測催化器(14)中的相對反應劑料位(％FS)，並在超出了相對料位閥值(％FS_Lim)時提供第二釋放信號(FG2)。隨後，將在催化器(13)下遊出現的反應劑逃逸(％NH3_nK)與反應劑逃逸閥值(NH3_Lim)進行比較；當存在第一和第二釋放信號(FG1、FG2)時，如果檢測的反應劑逃逸(％NH3_nK)超出反應劑逃逸閥值(NH3_Lim)，則反應劑具有足夠好的品質。
文檔編號F01N11/00GK101680336SQ200880015946
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月4日 優先權日2007年5月14日
發明者K·G·普拉卡什, T·洛倫茨 申請人:羅伯特.博世有限公司