專利名稱：用于排氣后處理系統(tǒng)的診斷方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于檢測選擇性催化還原(SCR)后處理系統(tǒng)的故障 的診斷方法的領域，該后處理系統(tǒng)用于根據權利要求1前序部分描述 的內燃機排氣通道中的NOx的還原。
背景技術：
配備有柴油機或者其它貧燃發(fā)動機的車輛具有提高的燃油經濟性 的優(yōu)點，但是由于排氣中高含量的氧，所以需要控制這種發(fā)動機中氧 化氮(NOx)的排放。關于這點，選擇性催化還原(SCR)催化劑是已 知的，以實現NOx的高效轉化，在選擇性催化還原(SCR)中，通過 將還原劑例如尿素主動注入到進入催化劑中的排氣混合物中而連續(xù)地 去除NOx。
典型的貧燃排氣后處理系統(tǒng)在US6928806中介紹，其包括用于通 過注入還原劑來轉化發(fā)動機排氣混合物中NOx的SCR催化劑。SCR 上游和下游的NOx傳感器在進入和離開SCR催化劑的排氣通道中聯(lián) 接。這些傳感器的輸出由控制器12讀取，并且可以用來確定SCR的 NOx轉化效率。
上述后處理系統(tǒng)能夠檢測NOx轉化系統(tǒng)的故障，但是，故障原因 可能發(fā)現是在尿素配給系統(tǒng)或者SCR催化劑中。例如，尿素配給系統(tǒng) 可能堵塞，或者SCR催化劑可能失活。
因此，存在對用于診斷SCR催化劑系統(tǒng)的診斷工具的需要，以便 于維護和維修。發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種能夠準確地診斷故障原因的診斷方法。 本發(fā)明的方面在于一種用于檢測用于還原內燃機排氣通道中的NOx的選擇性催化還原(SCR)后處理系統(tǒng)故障的診斷方法，該SCR 系統(tǒng)包括向催化劑反應器上游的排氣注入液態(tài)還原劑的配給系統(tǒng)和用 于監(jiān)測SCR反應器下游的排氣中NOx排放的下游側NOx傳感器，該 診斷方法包括如下步驟將發(fā)動機轉矩范圍和速度范圍設定到預定范 圍并將液態(tài)試劑的質量流量調節(jié)到用于該范圍的正常水平；測量并記 錄用于所述質量流量水平的第一平均NOx傳感器值，從而將液態(tài)試劑 質量流量增加到比用于所述范圍的正常水平高的水平；測量并記錄與 所述較高質量流量水平相關的另一個第二平均NOx傳感器值；以及比 較這兩個記錄的NOx傳感器值并判斷是第一值高于第二值，還是第一 值低于第二值。參考附圖，將通過下面的描述理解本發(fā)明的其它目的和特征。
下面將參考附圖中所示實施例來更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中 圖l概略地示出了具有應用本發(fā)明的后處理系統(tǒng)的內燃機；以及 圖2是示出了根據本發(fā)明的故障診斷的流程圖。
具體實施方式
圖1示出了用于內燃機IO的排氣后處理系統(tǒng)的大體構造，該排氣 后處理系統(tǒng)包括第一排氣管部分11，第一排氣管部分11將排氣從發(fā)動 機引向尿素基選擇性催化還原(SCR)催化劑12。發(fā)動機可以是例如 用于重型車輛的柴油機。SCR催化劑通過第二排氣管部分M連接到凈 化催化劑反應器13。第三排氣管部分15將排氣從反應器13引向大氣。SCR催化劑優(yōu)選為基底金屬/沸石配方。還原劑例如尿素水溶液存儲在存儲容器中(未示出)，并輸送到聯(lián)接于SCR催化劑12上游的管 部分11的還原劑輸送系統(tǒng)16。還原劑由泵通過控制閥和注射器來計量 輸出，泵和閥都由控制器17控制，優(yōu)選由微處理器控制。NOx傳感器 18聯(lián)接到凈化催化劑13下游的管部分15。還原劑的計量基于輸入數 據，例如發(fā)動機轉矩負載、發(fā)動機轉速和來自NOx傳感器18的輸出。
如果后處理系統(tǒng)發(fā)生故障，即記錄的尾管NOx水平超過預期極限， 則需要確定系統(tǒng)中哪個部件正在發(fā)生故障。首先，應當檢査溶液中存 在尿素并且NOx傳感器沒有發(fā)生故障。
如果己經確定存在尿素且NOx傳感器是可靠的，則故障只能來源 于催化劑失活或者尿素配給系統(tǒng)堵塞(或者很可能兩者同時發(fā)生)。 在這種情況下本發(fā)明的診斷方法是有用的。隔離故障部件對于維護和 維修具有很大價值。還有可能的是，將來車載診斷的法規(guī)會要求隔離
故障部件。
下面參考圖2的流程圖來解釋根據本發(fā)明的還原系統(tǒng)診斷細節(jié)。
情況是SCR系統(tǒng)下游的NOx傳感器18已經指示尾管NOx增加了。 在診斷之前還已經確定出在配給系統(tǒng)配給的溶液中存在尿素并且 NOx傳感器正在指示正確值。
所建議方法的目的是確定是否由于催化劑失活或者尿素配給系統(tǒng) 堵塞而注入尿素過少而導致尾管NOx過高。該方法提供正確結果的先 決條件在于控制尿素的質量流量，使得產生的尾管NOx是下面兩者中 最小的
a) 所預期的尾管NOx濃度
b) 相對于當前催化劑活性的最小尾管NOx濃度
在步驟S1和S2中，設定對發(fā)動機轉矩和發(fā)動機轉速的要求。載荷點范圍很可能受到限制，其次更重要的是，在進行診斷期間載荷點必須大致相同。這是因為該方法使用NOx傳感器值，如果發(fā)動機輸出 NOx濃度在診斷期間變化很大，這會掩蓋將被檢測出的變化。(因此， 如果偏離初始載荷點過大，則必須中斷進程并在新的載荷點重新開始 等。)在步驟S3中，將尿素質量流量保持在由尿素控制系統(tǒng)確定的正常 值。測量催化劑下游的平均NOx傳感器值。這里這個值被稱作"NOx 濃度—正常尿素"在步驟S4中，尿素質量流量增加，使其略高于當前載荷點的正常 值，并且測量平均NOx傳感器值。該值被稱作"NOx濃度Ji加尿素"?，F在，在步驟S5中比較兩個NOx傳感器信號。兩個結果定義為A) NOx濃度—正常尿素2NOx濃度—增加尿素—尿素配給 系統(tǒng)堵塞B) NOx濃度一正常尿素〈NOx濃度一增加尿素—SCR催化 劑失活當步驟S5為真時，根據步驟S8，尿素配給系統(tǒng)堵塞并且尿素配 給不足。然后，增加尿素配給將增加催化劑中NOx的轉化，或者可能 堵塞很嚴重，以致增加配給根本不能導致噴射出更多的尿素。這兩種 情況都被A包括。尿素配給系統(tǒng)堵塞—增加尿素配給—注入了更多尿素 NOx排放減少還原了更多NOxSCR催化劑失活—增加尿素配給—注入了更多尿素—NOx排放增加但沒有還原更多NOx當步驟S5不為真時，根據步驟S7，催化劑出現故障，所以增加尿素的質量流量將不增加NOx的轉化，因為催化劑已經在最大容量下 工作。相反，NOx傳感器將檢測出過量的NH3作為增加的NOx濃度。 這是由于NOx傳感器對NH3交叉敏感(cross sensitive)。此外，SCR催 化劑下游的凈化催化劑可將NH3在到達NOx傳感器18之前氧化成 NOx。
或者使用從NOx傳感器濃度計算出的變量來代替NOx濃度(例 如NOx轉化量)。
該方法的一個優(yōu)點在于比較兩個測量值的相對大小。因此不依賴 于任何絕對值。
本發(fā)明不應被認為局限于上述所示實施例，在下面專利權利要求 的范圍內可以作出大量變型和修改。例如，圖1的后處理系統(tǒng)可以包 括顆粒過濾器。
權利要求
1.一種用于檢測選擇性催化還原(SCR)后處理系統(tǒng)故障的診斷方法，該后處理系統(tǒng)用于內燃機(10)的排氣通道(14)中的NOx的還原，該SCR系統(tǒng)包括向催化劑反應器(12)上游的排氣注入液態(tài)還原劑的配給系統(tǒng)(16)和用于監(jiān)測SCR反應器下游的排氣中NOx排放的下游側NOx傳感器(18)，該診斷方法包括其特征在于如下步驟將發(fā)動機轉矩范圍和速度范圍設定到預定范圍并將液態(tài)試劑質量流量調節(jié)到用于該范圍的正常水平，測量并記錄用于所述質量流量水平的平均NOx傳感器值，將所述液態(tài)試劑質量流量增加到比用于所述范圍的正常水平高的水平，測量并記錄與所述較高質量流量水平相關的另一平均NOx傳感器值，比較這兩個記錄的NOx傳感器值并判斷用于正常質量流量的值高于用于增加的質量流量的值，還是用于正常質量流量的值低于用于增加的質量流量的值。
2. 根據權利要求1的方法，其特征在于控制所述用于正常質量流量的值是否等于所述用于增 加的質量流量的值的附加步驟。
3. 根據權利要求1或2的方法，其特征在于控制所注入的液態(tài)試劑為正確類型的附加步驟。
4. 根據權利要求1至3任一項的方法， 其特征在于控制所述NOx傳感器的功能的附加步驟。
5. 根據權利要求1至4的任一項的方法，其中凈化催化劑(13)在所述后處理系統(tǒng)中位于所述SCR催化劑 (12)和所述NOx傳感器(18)之間。
全文摘要
一種用于檢測內燃機的選擇性催化還原(SCR)排氣后處理系統(tǒng)故障的診斷方法。該方法測量并記錄用于液態(tài)還原劑正常質量流量的第一平均NOx傳感器值，然后測量和記錄與較高質量流量水平相關的第二平均NOx傳感器值。比較這兩個記錄的NOx傳感器值并判斷，第一值高于第二值或者還是第一值低于第二值。可以在配給系統(tǒng)或SCR還原劑中發(fā)現故障原因。
文檔編號F01N3/20GK101278110SQ200580051738
公開日2008年10月1日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權日2005年9月29日
發(fā)明者亨里克·斯文寧施托普, 夏洛特·霍姆格倫, 奧韋·約斯伯格 申請人:沃爾沃拉斯特瓦格納公司