CN105612322B - 用于在scr废气后处理系统中检查温度传感器的方法 - Google Patents

Abstract

一种废气后处理系统具有至少一个还原催化转换器、还原剂储存器、还原剂泵、剂量装置、提供到剂量装置的供应管以及用于加热至少一部分还原剂的电加热装置。该温度传感器布置在废气后处理系统中沿还原剂的流动方向位于加热装置（26）的下游的一个位置上。该方法具有以下步骤：a）在内燃发动机的运行状态中，其中基于主导的温度不需要加热还原剂，开启加热装置来检查温度传感器，b）检查温度传感器的信号是否从开启加热装置时的起始温度（T0）出发在预定的时间段（Δt2）内变化预定的期望值（ΔT），c）如果在预定的时间段（Δt2）内达到期望值（ΔT），那么温度传感器暂时认定为无故障，d）加热装置关闭，e）检查温度传感器的信号是否从期望值（ΔT）出发在时间段（Δt3）内重新回到起始温度（T0），f）如果在预定的时间段（Δt3）内达到初始值（T0），那么温度传感器确认为无故障。

Description

用于在SCR废气后处理系统中检查温度传感器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检查内燃发动机的SCR废气后处理系统中的温度传感器的方法。

背景技术

为了还原污染物、尤其是还原氮氧化物，存在不同的方法，在这些方法中还原流体（气体或液体）引入到内燃发动机的废气系统中。

为了降低氮氧化物，尤其常用的是SCR技术（选择性催化还原），在该技术中在富氧废气中所包含的氮氧化物（NO_X）利用氨或相应的可转化为氨的前体物质选择性地还原成氮气和水。这里，优选使用尿素水溶液。尿素溶液通过水解催化转换器或直接在SCR催化转换器上水解成氨和二氧化碳。为此，尿素溶液携带到一个或多个箱中并利用输送装置输送到剂量系统中，该剂量系统将水解催化转换器或SCR催化转换器上游的尿素溶液引入废气气流中。

作为还原剂，尤其常用的是具有31.8-33.2％的重量比例的尿素含量的、以“AdBlue”商标销售的尿素水溶液。和其它还原剂溶液一样，这种尿素溶液也存在冻结点（-11.5℃）相对较低并且冻结后的还原剂无法继续输送到催化转换器的问题。尤其在冬季，这会导致废气后处理系统出现故障，由此可能导致有害废气成分的不允许地排放过高。此外，尿素水溶液在冻结时体积增加大约10％。这可能会造成SCR废气后处理系统的单个部件的损坏。

欧共体第692/2008号条例规定，对于需要试剂用于其废气后处理系统的车辆而言，这种系统必须在低温环境下仍然可以实现其减排功能。这同样包括在-15℃并且箱储油量为50％的情况下停车持续时间长达7天时防止试剂完全冻结的措施。如果试剂冻结，那么必须确保，车辆在试剂容器中的测量温度为-15℃的情况下发动后，所述试剂在20分钟内可供使用，以便减排系统能够正常运行。

因此，为了保证这种废气后处理系统的启动和正常工作，有必要尤其为箱配备加热系统，用于熔化箱中冻结的液体并转变成液态、也就是说可流动的聚集态。

现有技术中已知这样的系统，其用加热箔或加热垫包裹机动车中的液体箱，以解冻箱中冻结的液体。然而，由于所产生的大部分热量没有被送入箱中用来熔化冻结的液体，而是作为损耗功率排放到箱周围，所以布置在箱壁外侧的加热箔或加热垫仅显示较低的效率。因此，为了加热箱或者至少箱的、从中抽取还原剂的部分，从而使还原剂足够快速地融化和/或融化并由此保持在可流动的聚集态，需要提高加热温度和/或加热的激活时间。（EP1 767 417 A1，DE 10 2007 005 004 A1）。

此外，从现有技术中已知，除了箱之外还要加热还原剂管的至少一部分、还原剂泵、还原剂过滤器和/或还原剂喷射器（DE 10 2008 061 471 A1，WO 2006/90182 A1, EP 2133 527 A1)。

为了使冻结的还原剂能够再次融化或延迟或防止还原剂的冻结，通常只有当安装在所述系统中的温度传感器指示温度值接近或低于还原剂的冻结点时，才开始对SCR废气后处理系统的所述部件进行加热。

因为这种温度传感器的信号用作激活加热装置的判断标准并且由此对内燃发动机的排放特性有影响，所以必须关于功能性来诊断温度传感器。

目前，在不可信值、也就是说过低或过高的温度值，或物理上不可能的温度值方面对温度传感器进行检查。替代地或另外地，可以利用其它的温度传感器的值、例如冷却剂温度传感器的值或环境温度传感器的值来执行可信性检查。在第一种方法中，只有允许的温度范围之外的值可被确定为不正确。因此在第二种方法中，由于在SCR废气后处理系统中的温度动态较低，所以即使在无故障状态下也可能相对于​​用于比较的其它温度传感器的值存在较大的差异，同样需要容忍较大的误差。

特别是如果还原剂箱以热绝缘的方式来保护，以便降低热损耗，这意味着温度波动相对较小并且非常缓慢。但是，这样就很难对温度传感器进行诊断，因为信号的变化非常小。尤其是所谓的“悬空的温度传感器”将难以确定。在这种情况下，“悬空的温度传感器”是指温度传感器的信号（测量值）在相对长的时间段内不发生变化或只非常微弱地改变或者就其输出的测量值而言仅显示很低的动态。

发明内容

因此，本发明目的在于，提供一种用于诊断内燃发动机的SCR废气后处理系统中的温度传感器的简单的和改进的方法。

根据本发明，这通过根据权利要求1所述的方法实现。优选的改型方案在从属权利要求中给出。

本发明的特征在于，提供一种用于检查用于内燃发动机的废气后处理系统中的温度传感器的信号的方法，其中废气后处理系统具有至少一个还原催化转换器、用于存储液体还原剂的还原剂储存器、还原剂泵、用于将还原剂送入内燃发动机的废气管中的剂量装置、用于将还原剂液体从还原剂泵提供到剂量装置的供应管以及用于加热至少一部分还原剂的电加热装置。该温度传感器布置在废气后处理系统中沿还原剂的流动方向位于加热装置的下游的一个位置处。该方法具有以下步骤：a）在内燃发动机的运行状态中，其中基于主导的温度不需要加热还原剂，激活加热装置来检查温度传感器，b）检查温度传感器的信号是否从激活加热装置时的起始温度出发在预定的时间段内变化预定的期望值，c）如果在预定的时间段内达到期望值，则温度传感器暂时地认定为无故障，d）加热装置去激活，e）检查温度传感器的信号是否从期望值出发在时间段内重新回到起始温度，f）如果在预定的时间段内达到初始值，则温度传感器确认为无故障。

通过在低温下必需的加热窗的外面主动激活加热装置来防止还原剂冻结或融化已经冻结的还原剂，可以不依赖于外部的边界条件执行温度传感器的诊断。

根据本发明的方法实现了，以简单的方式无需借助额外的部件（例如别处安装的温度传感器）对布置在废气后处理系统中的温度传感器进行可靠地检查。

此外，根据本发明的方法具有的优点在于，该方法几乎不依赖于还原剂储存器的填充水平和诊断时的起始温度，只要所述温度高于还原剂的冻结温度。

如果废气后处理系统具有用于将还原剂向还原剂储存器方向输送的再循环管，那么可以借助还原剂泵调节输送量，使得通过主动诊断加热的温度上升和与之相关的持续时间以最佳的方式相互协调。

为了防止可能对温度传感器作出错误判断，不仅检查基于检查加热的温度信号的变化，而且检查加热装置去激活之后温度信号的变化。通过分析加热装置关闭之后温度下降的梯度，可以在有故障的温度传感器和有缺陷的加热装置之间进行区别。

为了进一步增加检查的可靠性，根据本发明的改型方案，只有在温度传感器的信号经过预定的持续时间保持恒定或接近恒定的情况下，才启动检查。这样做保证了，由温度传感器获得的温度变化只激活的加热装置引起并且由此几乎排除了外来影响。

该方法的其它有利的设计方案将结合优选的实施方式来说明。

附图说明

下面，将参照附图更详细地介绍本发明。其中：

图1示出了具有配属的SCR废气后处理系统的内燃发动机的框图，其中使用了根据本发明的诊断方法，以及

图2示出了具有用于说明的诊断方法的、不同的温度曲线的图表。

具体实施方式

图1以框图的形式高度简化地示出了一种具有配属的废气后处理系统的、至少间歇地由过量空气操作的内燃发动机。这里，仅示出了为了理解本发明所需的那些部分。尤其是燃料回路没有示出。在本实施例中，作为内燃发动机示出的是柴油内燃发动机，并且作为用于废气的后处理的还原剂所使用的是尿素水溶液。然而，根据本发明的方法还可以在至少部分地由过量空气操作的其它类型内燃发动机上使用。

经由进气管2将燃烧所需的空气提供至内燃发动机1。附图标记3表示喷射装置、例如构造成具有喷射阀的高压喷射装置（共轨），其将燃料KST直接喷射到内燃发动机1的气缸中。内燃发动机1的废气经由废气管4流到废气后处理系统5并且从该废气后处理系统经由消声器（未示出）排到外界。

为控制和调节内燃发动机1，本身已知的电子控制装置6（还称为发动机控制器或电子控制单元（ECU））通过此处仅示意性地示出的、包括数据线和控制线的总线系统7与内燃发动机1连接。经由所述总线系统7，例如尤其是用于吸入空气、增压空气和冷却剂的载荷传感器、速度传感器和温度传感器等的传感器的信号，以及致动器（例如喷射阀，控制元件）的信号在内燃发动机1和控制装置6之传递。

废气后处理系统5具有还原催化转换器（SCR催化转换器）8，该还原催化转换器包含多个串联的、未详细示出的催化转换器单元。在还原催化转换器8的下游和/或上游可以附加地分别布置氧化催化转换器（未示出）。

此外，设置剂量控制装置9（DCU，dosing control unit）、还原剂储存器10、可电致动的还原剂泵11和剂量装置15，用于将液体还原剂19引入到还原剂催化转换器8上游的废气管4中。

还原剂19、优选尿素水溶液存储在还原剂储存器10中并根据需要提供到剂量装置15。为此，还原剂泵11在吸入侧与抽取管20连接，该抽取管伸入到还原剂储存器10中并且在压力侧经由供应管16与剂量装置15连接。

在还原剂储存器10上或在还原剂储存器10中，设置有用于检查还原剂储存器10中的还原剂19的填充水平的传感器13。所述传感器13的信号提供到剂量控制装置9。

还原剂储存器10具有电加热装置12。该加热装置12可以例如以加热垫、加热箔、加热板、加热棒、加热线圈或加热盘管的形式实现并且用于熔化还原剂储存器10内冻结的还原剂19。

此外，供应管16的至少一部分还具有电加热装置26。该电加热装置可例如包括加热线圈或受热的软管区段。由此可以确保，在内燃发动机1停机并且还原剂泵11去激活之后仍位于供应管16中的还原剂19不会冻结，或者可在重新启动后迅速融化。尤其对于由于例如使用了不允许旋转方向逆转的还原剂泵11，从而在关闭内燃发动机1时不抽空分支管道的系统来说，这一点是非常重要的。

在供应管16中还设置有用于获取还原剂压力的压力传感器27和用于获取还原剂19的温度T的温度传感器18。温度传感器18布置在加热装置26的至少一个部分的下游，从而在激活加热装置26时还原剂19的温度特性可以作为对该激活的反应来研究。这两个传感器18、27的信号提供到剂量控制装置9。

剂量控制装置9优选地具有与程序存储器29和值存储器（数据存储器）30联接的计算单元（处理器）28。在程序存储器29和值存储器30中，存储有SCR废气后处理系统5的运行所需的程序或值。

剂量控制装置9通过电总线系统17与控制装置6连接来进行相互数据传送。内燃发动机1的、与还原剂19的待施加剂量的量的计算相关的运行参数，例如转速、吸入的空气质量、喷射的燃料质量、喷射泵的调节行程、废气质量流量、运行温度、充气温度、喷射开始等，经由该总线系统17传送到剂量控制装置9。

基于这些参数、供应管16中的压力、废气温度的测量值和氮氧化物含量，剂量控制装置9以已知的方式计算还原剂19的待喷射量，并将相应的电信号输出到剂量装置15。通过喷射到废气管4中，尿素水溶液被水解并充分混合。在还原催化转换器8的催化转换器单元中，废气中的NO_X催化还原形成N2和H₂O。

剂量控制装置9还控制和/或调节还原剂储存器10中的电加热装置12和供应管16中或供应管16上的电加热装置26。此外，在剂量控制装置9的程序存储器29中以软件形式执行用于检查温度传感器18的基于特性曲线的功能，该功能借助图2更详细地讨论。

用于将还原剂19引入废气管4中的剂量装置15可以以有利地的方式实现为常规的、在材料选择方面稍加改进的、由电磁线圈驱动的低压汽油喷射阀，该低压汽油喷射阀例如可拆卸地固定在与废气管4的壁固定连接的阀接收装置中。

在剂量装置15的一种更简单的设计方案中设置有喷嘴，并且还原剂19的计量在这种情况下仅仅通过来自剂量控制装置9的相应的信号致动还原剂泵11来实现。

在本实施例中，控制装置6和剂量控制装置9示出和描述被为独立的部件。这具有的优点是SCR废气后处理系统5也能够改装到现有的车辆构思中。然而，也能够将剂量控制装置9的功能集成到内燃发动机1的控制装置6中，从而为废气后处理系统5提供紧凑和廉价的解决方案。

此外，在废气后处理系统5中可以设置另一个、检查还原剂的质量的传感器（未示出）。该信号同样提供到剂量控制装置9并且在计算待喷射的还原剂19的量时考虑在内。

利用图2中的图表详细地讨论了用于检查温​​度传感器18的方法。

该方法仅在某些允许条件满足的情况下开始进行。内燃发动机1必须处于出现不要求主动加热废气后处理系统5的部件的运行状态。尤其当外界温度、更准确地说是配备有该废气后处理系统5的机动车的环境温度高于还原剂19的冻结温度TG时，是这种情况。温度传感器18的信号的稳定性可以用作是否允许检查的另一判断标准。只有当温度信号在相对长的持续时间内至少接近恒定并且不会预见到该信号会改变时，才激活加热装置26来检查温​​度传感器18。

图2的上部示出了加热装置26的电致动信号，其中，高电平1代表激活的加热装置26并且低电平0代表去激活的加热装置26。

图2的下部示出了不同的信号曲线，其中，横轴表示时间t并且纵轴表示温度T。附图标记TG表示还原剂19的冷冻温度。对于市售的尿素水溶液（共晶32.5％的溶液）而言，该值是-11.5℃。

温度传感器18的检查从时刻t0开始，在该时刻允许检查的两个条件都满足。首先，温度T明显高于还原剂18的冻结温度TG，从而为保证废气后处理系统5的正常功能不需要加热还原剂18，并且其次，温度传感器18的信号在时刻t0之前的足够长的时间段Δt1内接近恒定。因此，加热装置26在时刻t0激活。

由于温度传感器18布置在加热装置26下游的供应管16的部分上，在时刻t0激活加热装置26之后在温度传感器18正常工作的情况下期望出现温度上升。通过激活加热装置26，加热介质还原剂19，并且热量输入转换成可由温度传感器18测量到的、正的温度变化。

因此检查，温度传感器的信号从时刻t0的起始温度T0出发经过多长时间增加预定的期望值ΔT达到更高的温度。无故障的温度传感器18的温度信号的典型曲线在图2中的图表的下半部分用实线L1表示。信号曲线L1的特征是快速上升，使得期望值ΔT在时间段ΔT2内达到。在温度传感器18无故障的情况下，在时刻t1去激活加热装置26之后温度信号L1在时间段ΔT3内再次迅速下降。

如果在时间段ΔT2内没有达到期望值ΔT，而是经过更长的时间段Δt4在更后面的时刻t2达到，这表现为传感器信号略微上升（曲线L2，L3），那么原因可能是温度传感器18的不正常运行或也可能是加热装置26的加热功率过低的结果。为了排除后一种情况，在加热装置26去激活之后仍然会检查温度信号的曲线。

如果在时刻t2去激活加热装置26之后温度下降地比温度上升地更快，那么可以推断加热装置26有缺陷、尤其可以推断加热装置26的加热功率过低。温度信号的这种曲线在附图中的图表的下部用虚线L2表示。温度信号在时刻t3已经再次接近初始值、即起始温度T0。相反，如果去激活加热装置之后温度下降同样缓慢（曲线L3），则推断温度传感器18有故障。温度信号在更后面的时刻t4再次接近初始值、即起始温度T0。

如果在更长的时间段Δt4内仍然无法达到期望值ΔT，那么推断温度传感器是“悬空的”。在这种情况下，“悬空的温度传感器”是指测量值卡住，使得温度传感器的信号没有动态或表现出微小的动态。

依赖于加热装置26的最大加热功率的期望值ΔT存储在数据存储器30的特性曲线中。

当识别到温度传感器18或加热装置26出现故障时，该故障被记录到在内燃发动机1的剂量控制装置9内或控制装置6内的故障存储器中。此外，在发生故障的情况下，相应信号通过故障显示装置发送给由内燃发动机驱动的车辆的驾驶员。

根据本发明的方法已经在一个实施例中讨论，其中监测达到希望的温度上升所需的加热时间，并且如果加热时间过长，那么温度传感器被视为有缺陷。作为替代方案，还可以监测和分析在固定的预定的加热时间内的温度上升。在这种情况下，如果在该持续时间内温度上升过小、也就是说低于预定的期望值，那么温度传感器视为有缺陷。

概念/附图标记列表

1 内燃发动机

2 进气管

3 喷射装置

4 废气管

5 废气后处理系统

6 控制装置、发动机控制装置（ECU, electronic control unit)

7 总线系统、数据线和控制线

8 还原催化转换器、SCR催化转换器

9 剂量控制装置、DCU（dosing control unit）

10 还原剂储存器

11 电还原剂泵

12 还原剂储存器的电加热装置

13 填充水平传感器

15 剂量装置、喷射阀

16 供应管

18 温度传感器

19 还原剂

20 抽取管

26 电加热装置

27 压力传感器

28 计算单元（处理器）

29 程序存储器

30 数据存储器 (值存储器)

KST 燃料

T 温度

TG 还原剂的冻结温度

T0 诊断的起始温度

t 时间

t0 开启诊断的时刻、加热装置“ON（启动）”

t1,t2 加热装置“OFF（停止）”的时刻

t3,t4 时刻

Δt1 诊断开始前的时间段

Δt2, Δt3, Δt3 时间段

ΔT 期望值

L1 无故障的温度传感器的信号曲线

L2 有缺陷的加热装置的信号曲线

L3,L4 有缺陷的温度传感器的信号曲线

Claims (7)

1.一种用于检查用于内燃发动机（1）的废气后处理系统（5）中的温度传感器（18）的信号的方法，其中所述废气后处理系统（5）具有至少一个还原催化转换器（8）、用于存储液体还原剂（19）的还原剂储存器（10）、还原剂泵（11）、用于将所述还原剂（19）送入所述内燃发动机（1）的废气管（4）中的剂量装置（15）、用于将还原剂液体（4）从所述还原剂泵（11）提供到所述剂量装置（15）的供应管（16）以及用于加热至少一部分所述还原剂（19）的电加热装置（26），其中所述温度传感器（18）布置在所述废气后处理系统（5）中沿所述还原剂（19）的流动方向位于所述加热装置（26）的下游的一个位置上，

其特征在于，以下步骤：

a）在所述内燃发动机（1）的运行状态中，其中基于主导的温度不需要加热所述还原剂（19），激活所述加热装置（26）来检查所述温度传感器（18），

b）检查所述温度传感器（18）的信号是否从激活所述加热装置（26）时的起始温度（T0）出发在预定的时间段Δt2内变化预定的期望值（ΔT），

c）如果在所述预定的时间段Δt2内达到所述期望值（ΔT），则所述温度传感器（18）被暂时认定为无故障，

d）所述加热装置（26）去激活，

e）检查所述温度传感器（18）的信号是否从所述期望值（ΔT）出发在时间段Δt3内重新回到所述起始温度（T0），

f）如果在预定的所述时间段Δt3内达到起始温度（T0），则所述温度传感器（18）确认为无故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果在所述预定的时间段Δt2内没有达到所述期望值（ΔT），而是经过另一时间段Δt3之后在更后面的时刻达到，并且去激活所述加热装置（26）之后温度下降地比温度上升地更快，则认定温度传感器（18）有故障。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果在所述预定的时间段Δt2内没有达到所述期望值（ΔT），而是经过另一时间段Δt3之后在更后面的时刻达到，并且去激活所述加热装置（26）之后温度下降所呈现的梯度基本上相当于温度上升的梯度，则认定所述加热装置（26）的加热功率不足。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果在所述时间段Δt3内没有达到所述期望值（ΔT），则认定温度传感器（18）关于缺乏的或不足够的动态而故障。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述温度传感器（19）的信号在预定的持续时间（Δt1）内至少接近恒定，则启动检查。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述期望值（ΔT）依赖于所述加热装置（26）的最大加热功率选择。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述期望值（ΔT）存储在控制和调节所述废气后处理系统（5）的剂量控制装置（9）的数据存储器（30）的特性曲线中。