用于诊断至少一个废气排放控制单元的方法、装置和计算机程序产品的制作方法

专利名称：用于诊断至少一个废气排放控制单元的方法、装置和计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在车辆上的工作过程中诊断至少一个NOx吸 收催化剂(例如LNA类型)的功能性的方法，该催化剂布置在包括燃 烧式发动机的车辆中，该燃烧式发动机在工作过程中将废气排出到包 括所述催化剂的废气排放控制系统。本发明还涉及一种发动机驱动的车辆，上述方法应用在该车辆中， 另外该车辆包括燃烧式发动机，该燃烧式发动机在工作过程中将废气 排出至废气排放控制系统，该废气排放控制系统包括至少一个NOx 吸收催化剂；注射装置，用于将还原剂在催化剂上游注入废气排放控 制系统中；以及控制单元，用于至少控制注射装置。本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于 利用计算机来执行上述方法的计算机程序。
背景技术：
涉及柴油发电机的法规已经制定为更严格，并将在将来甚至更为 严格，特别是关于氮氧化物污染物和颗粒物的排放。燃料在发动机气缸中燃烧时产生的氮氧化物的量取决于燃烧进行 的温度。较高的温度将使得空气中的较大比重的氮转变成氮氧化物 (NOx)。用于柴油发动机和其它发动机(它们在过多空气的情况下工 作)中的催化剂主要在氧化。由于废气中包含氧，所以很难以选择性 的方式还原氮氧化物。除了氮氧化物之外，在燃烧过程中还产生不希 望的排放物，包括一氧化碳(CO)、烃(HC)和颗粒物(主要为煤烟C的形式)。一种用于根据废气排放控制来减少氮氧化物的量的己知方法是LNA NOx捕集器(贫油NOx吸收器)。LNA也能够称为LNT (贫油 NOx捕集器)或NAC (NOx吸收器催化剂)。该技术基于NO首先在 氧化催化剂中氧化成N02，然后，N02以硝酸盐形式吸收在捕集器中。 当发动机在过多氧气的情况下工作时发生该N02吸收。NOx捕集器的 再生通过使发动机在缺氧情况下工作而以预定间隔间歇地进行，缺氧 情况也就是有额外附加的烃(还原剂)和/或被还原(reduced)的气流， 它们使得硝酸盐不稳定，并将捕获在NOx捕集器中的二氧化氮N02还 原成氮气和水H20。例如见US5473887或US6718757。吸收和再生都 需要使NOx捕集器中的温度足够高(用于吸收时超过20(TC ，用于再生 时为大约300'C)。当发动机负载低时(例如在城市中行驶或没有装载 货物的车辆)，废气温度将不足以使NOx捕集器保持在所需的温度。 使得温度处于合适水平的一种方法是将烃(和/或CO或H2)注入废气 中，该废气然后在NOx捕集器中进行催化燃烧，从而得到正确的温度。添加还原剂可以通过发动机中的开式废气阀处的额外注射(后注 射)或者通过布置在排气管上的注射器来进行。如果由于某种原因，LNA的NOx吸收功能性不可预见地降低，则 增加量的NOx将释放到大气中。例如，根据燃料的硫含量，NOx减少 催化剂将迟早会硫中毒。硫中毒的意思是硫形成硫酸盐，该硫酸盐降 低了 NOx减少催化剂吸收硝酸盐的能力。通过上述NOx再生处理并不 能除去硫酸盐。为了从NOx减少催化剂中清除吸收的硫，必须进行所 谓的除去SOx(硫再生)，这包括降低A值和使得LNA中的温度升高 至600°C—700°C。进行除去SOx是已知的技术(例如见EP1500800)。 除去SOy并不像NOx再生那样频繁地进行，但是考虑到高温，该处理 步骤将导致还原剂的消耗明显增加，这意味着当车辆燃料用作还原剂 时，燃料消耗明显增加。为了确保保持功能性并因此满足法规中提出的要求，能够在车辆 上并在车辆的工作过程中对废气排放控制系统的部分或整体进行诊 断。EP1174601示出了用于根据在车辆工作过程中的温度测量来诊断 废气排放控制系统的方法的示例。预定量的烃HC被周期性注入。通过温度传感器来测量温升，即进行"点火"温度的记录，并且根据所测 量的温度值判断废气排放控制系统的功能性是否降低。US6519930示出了用于通过在NOx减少催化剂的预定再生之前和 之后测量温度来对NOx吸收进行监测，并测试和判断NOx减少催化剂 的功能性的装置。所测量的温度值之间的差值提供了对NOx减少催化 剂性能的指示。在NOx捕集器中，除了NOx之外，根据燃料中的硫含量也能够吸 收各种量的硫酸盐(见上述)。该已知技术的缺点是没有令人满意的、 具有相关的补救措施程序的诊断步骤。诊断步骤基于温度测量的已知 技术的另一缺点是再生产生的热量要花费一定时间来扩散穿过材料并 到达温度传感器。因此，温度的测量将有一定的计算延迟，这导致基 于温度测量的系统具有很大的不确定性。确定温升的更直接方法是测 量催化剂两侧的压力降。例如通过US3766536已知的压力降的测量。US3766536示出了能够具有NOx减少功能性的催化剂(不是LNA 类型)。催化剂两侧的压力降将在车辆工作过程中由压力传感器来不 断地测量。当测量的压力降小于某个预定值时，表明催化剂的功能性 降低至某种程度。这并不包括涉及催化剂的功能性的任何其它监测和 补救措施。根据US3766536的装置只能够提供催化剂功能性降低的指还有利用所谓的NOx传感器的方案，S卩，直接在LNA后面测量 NOx含量。然而，NOx传感器相对昂贵，且相对容易出现故障。本发明的目的是在车辆上并在车辆的工作过程中对至少一个NOx 吸收催化剂的功能性进行诊断，并且在发现催化剂的性能降低的情况 下通过预定步骤来采取措施，以试图在车辆上并在车辆的工作过程中 自动地提高催化剂的性能，达到进一步减少不希望的总体废气排放物 的目的。在具有旁通管和旁通阀的废气排放控制系统中，本发明的目 的是还进行旁通阀的诊断。在具有净化(clean-up)催化剂的废气排放 控制系统中，本发明的附加目的是还进行净化催化剂的诊断。发明内容将参考根据权利要求1和6所述的方法和权利要求12和15所述 的装置来描述根据本发明的解决问题的方案。其它从属权利要求描述 了优选实施例和根据本发明的方法和装置的进一步发展。权利要求18 和19描述了计算机程序产品，这些计算机程序产品分别包括根据权利 要求1和6中的方法所述的程序代码。根据本发明的方法包括一种在车辆上的工作过程中执行的方法， 用于对布置在具有燃烧式发动机的车辆中的废气排放控制系统的至少 一部分进行诊断，该燃烧式发动机在工作过程中将废气排出到所述废 气排放控制系统。该废气排放控制系统包括至少一个NOx减少催化剂， 该NC^减少催化剂能够再生，并且在至少预定的时间段内，预定量的 还原剂在至少该NOx减少催化剂的上游被添加到废气排放控制系统， 用于使NOx减少催化剂再生。测量NOx减少催化剂两侧的压力降。该 方法的特征在于以下步骤-对还原剂即将添加到废气排放控制系统之前的时间点的压力降 的第一测量值进行第一测量和记录；-对在再生完成后的时间点的压力降的第二测量值进行第二测量 和记录；-在所述第一值和第二值之间进行比较，然后，如果第一测量值和 第二测量值之间的压力降的增加小于第一预定值，则进行除去sox。利用根据本发明的方法获得的优点是除去SOx只在确实必要时进 行。这样，还原剂的消耗减到最少。在废气排放控制系统具有平行布 置的两个NOx减少催化剂的实施例中，还原剂的消耗能够进一步降低。本发明还包括一种装置，该装置呈具有废气排放控制系统的发动机驱动车辆的形式，其中，将根据本发明来对NOx减少催化剂进行诊断。利用根据本发明的装置将获得与利用根据本发明的方法所获得的 优点相同的优点。在附近本发明的方法和装置的可选实施例中，旁通管布置成当需要时使废气越过所述NOx减少催化剂，且三通阀布置成引导废气的全 部或一部分通过所述NOx减少催化剂或通过所述旁通管。净化催化剂 布置在NOx减少催化剂和旁通管的下游。根据本发明，除了上述方法的步骤外，控制单元还布置成执行以下步骤-使三通阀运动至预定位置，在该位置处，废气流的一部分被引导通过NOx减少催化剂，且废气流的其余部分通过旁通管越过NOx减少 催化剂；-与令人满意的NOx再生所需的还原剂量相比，注入更大量的还原剂；-对净化催化剂中的温度升高进行测量和记录；-在所述测量的温度升高和净化催化剂中的最小可接受温度升高 的储存基准值之间进行比较，如果测量的温度升高小于最小温度升高 的所述基准值，产生故障代码。本实施例的优点是在具有净化催化剂的废气排放控制系统中，净 化催化剂的诊断可以利用相同的还原剂注射装置来进行，该还原剂用 于NOx减少催化剂的再生。在根据本发明的方法和装置的又一个可选实施例中，包含在废气 排放控制系统中的附加NOx减少催化剂布置在旁通管上。这里，控制 单元布置成交替地使用每个所述NOx减少催化剂，与排气管的相关部 分一起作为用于诊断净化催化剂的旁通管。因此，系统并不需要每次都利用相同排气管与相关的NOx减少催化剂一起作为用于诊断净化催化剂的旁通管。在本发明的另一可选实施例中，控制单元布置成至少记录基于在第三测量值和NOx减少催化剂两侧的压力降的所述第一测量值之间的差值的第二压力降增加，且只有当所述第二压力降增加也小于所述第 一预定值时才产生故障代码。通过执行至少两个测试循环，将获得更 好的用于诊断的统计基础。在本发明的又一可选实施例中，记录NOx减少催化剂的老化程度， 并与使得NOx减少催化剂获得令人满意的NOx再生所需的相应最小量 的还原剂的储存值进行比较。这里，控制单元布置成根据与NOx减少 催化剂的老化相对应的所述储存值来选择注入还原剂的量。这提供了 附加的节省还原剂消耗的优点。在根据本发明的方法和装置的可选实施例中，它包括燃烧式发动 机，该燃烧式发动机在工作过程中将废气排出至废气排放控制系统， 其中，废气排放控制系统包括至少一个NOx减少催化剂，该NOx减 少催化剂能够再生；旁通管，该旁通管布置成当需要时使废气越过所 述NOx减少催化剂；三通阀，该三通阀布置成引导废气的全部或一部 分通过所述NOx减少催化剂或通过所述旁通管；注射装置，该注射装 置布置在NOx减少催化剂的上游和三通阀的下游，用于将还原剂注入 废气排放控制系统中；压力传感器，用于测量NOx减少催化剂两侧的 压力降；和控制单元，用于记录来自压力传感器的信号并控制至少该 注射装置。本发明的特征在于，控制单元布置成根据用于控制三通 阀的控制信号来使三通阀运动至期望的预定位置；记录在还原剂加入废气排放控制系统的时间点的压力降测量值；用正确作用的三通阀将压力降的所述测量值与对应于压力降的储存值进行比较；并且其特征 在于，控制单元布置成如果所述测量值和储存值之间的差值大于第一 预定值，则产生用于三通阀的故障代码。因此，压力传感器也可以用于具有旁通管或其它平行管的废气排 放控制系统中的三通阀的诊断。通过使用相同部件来用于多种诊断用 途，诊断系统能够对整个废气排放控制系统更高效。在可选实施例中， 一个相同再生将用于诊断三通阀和NOx减少催化剂。在根据本发明的方法和装置的可选实施例中，根据本发明的三通 阀和净化催化剂的诊断(见上述)组合在一个相同的废气排放控制系 统中。这样的优点是三通阀的部分诊断可以在诊断净化催化剂的同时 进行。在包括所述三通阀和净化催化剂的诊断的可选实施例中，包含 在废气排放控制系统中的附加NOx减少催化剂以与上述方式相同的方 式布置在旁通管上。这样，控制单元也能够布置成交替地使用每个所 述NOx减少催化剂，与排气管的相关部分一起作为用于诊断净化催化 剂或三通阀的旁通管。在根据本发明的方法和装置的又一个可选实施例中，根据本发明 的三通阀、净化催化剂和NOx减少催化剂的诊断(见上述)组合在一 个相同的废气排放控制系统中。这样，获得了用于所有包括在废气排 放控制系统中的部件和最重要的部件的相对完整的诊断系统。本发明 的实施例包括平行布置的双NOx减少催化剂(如上所述)和根据本发 明的所有诊断，即三通阀、净化催化剂和NOx减少催化剂的诊断。在 本实施例中，由于各种类型诊断所需部件的配合，将获得最大可能的 益处。另外，在本实施例中，可以通过最小数量的部件获得最大可能 的效果，在废气排放控制系统中所有上述诊断都能够通过这些部件来 进行。根据本发明的实施例，三通阀的诊断能够在燃烧式发动机已经关 闭预定小时数后(冷起动)进行。这是为了获得进行诊断的稳定状态 条件，并有更可靠的诊断结果。本发明的附加实施例由从属权利要求可知。


图1、图6、图9和图11中的每个表示根据本发明的废气排放控 制系统的两个不同优选实施例的示意性示例。图2、图4、图8和图10表示图1、图6、图9、和图11中所示 的各实施例的流程图。图3和图7表示在根据本发明的不同实施例的催化剂中压力如何 随时间变化的图。图5表示根据本发明实施例的催化剂的两侧的压力降的百分数增 加如何根据所注射的还原剂的量而变化。图12表示至少用于图1、 6、 9和11中所示实施例的装置。
具体实施方式
图1表示本发明的优选实施例，其中，从燃烧式发动机1流出的 燃气被吸入总体由2表示的废气排放控制系统中。发动机1是在过量 氧气的情况下工作的发动机，例如活塞-气缸类型的柴油机，其中，来 自发动机1的废气中的过量氧气用于在废气释放到大气中之前降低至 少NOx的量。废气排放控制系统2布置成降低至少从发动机1排出的 废气中的氮氧化物的量。废气排放控制系统2中的主要部件包括氧化 催化剂5和NOx减少催化剂4。在所示实施例中，NOJ崔化剂4为LNA 类型。发动机1的废气通过排气管7吸入依次经过呈氧化催化剂5形 式的第一步骤(step)和呈NOx减少催化剂4形式的第二步骤。废气从 NOx减少催化剂4通过端部管8放出至大气中。发动机1的废气通常包括各种氮氧化物NOx，例如NO和N02，还有烃HC、 一氧化碳CO、 二氧化碳C02、颗粒物和其它燃烧残余物。在第一步骤中的氧化催化剂5优选是涂覆有诸如铂或钯的贵金属。当 正常作用时，氧化催化剂5将废气中的大部分NO氧化成N02。在第一步骤中的反应由式l表示NO+i/202— N02 1)然后，来自氧化催化剂5废气来到第二步骤，即NOx催化剂4。 在所示实施例中，NOJ崔化剂4是LNA，布置成收集富氧状态下的N02 的NOx捕集器，该NOx催化剂4在添加了还原剂的情况下将捕获在NOx 捕集器中的二氧化氮N02还原成氮气N2和气态的水H20。步骤2中的 主要过程由式3表示3N02+2H2C— 3/2N2+2H20+2C02 3)在所示实施例中，所述还原剂或加热剂优选由用于发动机1的燃 料构成，并能够储存在车辆的单个油箱(未示出)中，以便在需要时 通过布置在氧化催化剂5上游的注射器(未示出)注入排气管7中。 注射器由控制单元11控制，该控制单元11还能够布置成控制发动机1 的燃烧过程。在可选实施例中，还原剂能够通过布置在氧化催化剂5 和NOx减少催化剂4之间的注射器注入。在又一可选实施例中，还原 剂能够通过发动机1的普通燃料注射器(未示出)注入。在该实施例 中，烃优选由车辆的普通燃料构成，并通过所谓的后注射来合适地注 入，该后注射由控制单元ll来监测和控制。在所示实施例中，控制单元11以已知方式从布置成测量NOx减少 催化剂两侧的压力降的压力传感器12接收信号。根据本发明，根据一个实施例，NOx减少催化剂4的诊断能够根 据图2中所示的流程图来进行。根据本发明，对控制单元11进行编程， 以至少执行图2中所示的步骤。当控制单元11判断出从进行最近一次 N(X再生后已经经过特定工作时期，并且预计相对稳定的发动机状态将 在近期持续时，开始图2的Sl中的诊断。在步骤2中，控制单元11 通过压力传感器12来进行催化剂4两侧的压力降的测量。当催化剂4两侧的压力降的第一值pll已经被测量并储存在控制单元11中时，控制单元11开始在步骤S3中注射还原剂，目的是再生NOx催化剂4，从而释放氮气N2。烃的注射可以通过例如利用发动机1的普通燃料注射器(未示出)的后注射来进行，或者通过布置在至少在N0J崔化剂4 上游的排气管7上的注射器(未示出)来进行，。注射烃的量和注射 时间将根据NOJ崔化剂4的工作状态和从进行最近一次NOx再生开始 催化剂4 一直工作的时间而进行预定和改变。注射烃的这种优化将更 好地控制燃料消耗，同时保证良好的NO,再生。在步骤S4中，控制单元11结束烃的注射。然后，控制单元ll进 行NOJ崔化剂4两侧的压力降的新测量，且在步骤S5中储存新的压力 降的值P12。在步骤S6中，控制单元11计算测量值Pll和P12之间 的差值，然后将该差值与预定值kll比较。对于NOx催化剂的正常功 能性，计算的差值相对较大，因为储存的NOx通过还原剂而减少，还 原剂导致影响压力降的催化剂中的状态变化。图3表示了上述NOJ崔 化剂4的压力降P在具有正常功能性的NOJ崔化剂的再生之前、过程 中和之后怎样随时间t而变化。符号Ap表示在更低的值pll和更高的 值pl2之间的差值。时间、表示NOx再生的时间长度。然而，如果NOx催化剂的功能性降低，则差值将更小，或者在最 差情况下几乎不能测量出该差值。NOx催化剂的功能性越差，测量值 p12和pll之间的差值Ap将越小。如果差值Ap计算为小于某个预定 值kll (极限值)，那么根据图1和图2的实施例，控制单元ll布置 成在步骤S7中判断NOj崔化剂4不在令人满意地起作用，因此控制单 元11在步骤S9中进行NOx催化剂4中的除去SOx。另一方面，如果 控制单元11在S6中计算出差值大于预定值kll，则控制单元11在步 骤S8中改为判断NOx催化剂正在令人满意地起作用，这意味着不需要 进一步的措施来提高NOx催化剂的性能。在S10中，控制单元11结束 根据图2中的实施例的循环。将NOJ崔化剂的工作情况考虑进来时得到预定值kll。足够大的压力降增加Ap (如上所述)将以简单和可靠的方式表示NOx催化剂正在令人满意地起作用。从步骤S2中的测量开始时直到(并包括)步骤S5中的测量结束 时，发动机1的状态应当相对稳定，以便能获得良好的测量值。控制 单元11能够布置成当发动机1在特定负载范围内工作时进行测量，这 样，来自发动机1的废气流处于温度传感器12的测量范围之内，且催 化剂4在它的工作温度范围之内。在优选实施例中，在己经进行了S2 和S5中的测量之后，控制单元11能够有机会确定在测量进行时发动 机1的状态是否已经变化。如果在进行测量的时间中发动机1的状态 已经有较大变化，则控制单元ll能够布置成拒绝测量结果(过滤)， 并选择进行至少一个或多个与将来的NOx再生相关的、关于kll的计 算差值的附加的新的测量和比较循环。多个完成的循环提供用于NOx 催化剂的功能性诊断的更好的统计基础。控制单元11可以布置成这样， 仅当废气流在两个压力降测量的时间点处于特定偏差范围内时或者当 压力传感器12在两个压力降测量的时间点的信号关于测量的废气流被 标准化时，才计算测量的压力降值之间的差值。在可选实施例中，在步骤S6中，为了计算差值，控制单元ll能 够改为布置成计算在测量值pll和p12之间的比值。如果该比值比某 个预定值kll更靠近值1，这能够是催化剂功能性降低的指示。图4表示包含附加步骤的本发明又一可选实施例，控制单元11能 够布置成如果根据图2中的S7发现催化剂的功能性并不令人满意，则 执行该附加步骤。在该实施例中，在步骤S7中进行判断和根据S9除 去SOx之后，控制单元11布置成在步骤S21中进行新的压力降测量， 并储存值p22。然后，控制单元ll进行p22和前面记录的pll之间的 差值的新的计算，随后在步骤S22中将该新的差值与储存的极限值kll 进行比较。如果新计算的差值小于kll，则控制单元11在步骤S24中产生故障代码。如果差值大于kll，则控制单元11在步骤S23中指示催化剂正在令人满意地起作用。当控制单元ll已经处理了步骤S23或 S24时，程序在步骤S25中结束。进行令人满意的NOx再生所需的还原剂的量随着NOx催化剂的老 化而变化。图5表示利用一定量的注射还原剂Vx获得的压力降的百分 数增加(％Ap)。上部的曲线A表示稳定的NOx催化剂(LNA)，而 下部的曲线B表示相应的老化NOx催化剂。包围的区域C和D是对于 各催化剂状态(A和B)还原剂的量减到最少且同时仍然获得几乎完全 的NOx再生的区域。在本发明的可选实施例中，控制单元ll能够布置 成将最近计算的压力降增加Ap与储存的压力降增加的理想值相比较。 最近计算的压力降增加值和理想值都能够根据任意一个上述实施例获 得。不过理想值在更早的时间点产生。如果最近计算的压力降增加Ap 和所述理想值之间的偏差大于某个预定偏差，则控制单元11在下一次 NOx再生之前通过改变注射还原剂的量来选择新的理想值，这样，压力 降的预计增加在注射还原剂的量的最佳使用范围内，例如，代表多个 可能的催化剂老化状态中的两个(A和B)的范围C和D。这样，对 控制单元11用对于各NOx催化剂状态(例如图5中的A和B)几乎完 全NOx再生所需的还原剂的量的值来进行预编程。这样，对于催化剂 的不同老化，能够利用最少的还原剂消耗量来获得几乎完全NOx再生。 控制单元ll还布置成如果在比较过程中(根据上面所述)所述理想值 小于上述值kll，则进行除去SOx。此外，根据本发明又一实施例，在 该情形下，控制单元ll能够布置成在NOx催化剂的功能性仍然降低的 情况下，根据前述的图4中的实施例产生故障代码。在图5中，附加区域E被包围。该包围区域E表示了能够获得最 大压力降增加时还原剂的量。测量和记录的最大压力降增加能够与为 它储存的值进行比较。最大压力降增加的值能够形成用于调节正常NOx 再生所用的还原剂的量的基础，即例如图5中的示例C和D的值。因 此，根据C和D的还原剂的量可以是所述最大压力降增加所需的还原剂的量的某个预定百分数。在图6所示的本发明又一优选实施例中，旁通管70布置在废气系统62中，这使得废气流可以越过NOx催化剂64。另外，在排气管分支 的位置提供有三通阀69，用于引导废气流到主管67或到旁通管70， 图6的实施例和图1的实施例之间的设计区别仅在于三通阀69和旁通 管70。根据图6的实施例，控制单元611还能布置成执行图2和4中所 示和上面所述的方法步骤(NOx催化剂的诊断)。除了上述方法步骤之 外，根据图6的装置，控制单元611还能够布置成利用压力传感器612 来执行三通阀69的功能性测试。控制单元611布置成在进行NOx再生 时测量和记录压力，并将该测量值与储存的预定基准值相比较。为了 能够进行正确的压力测量，三通阀必须设置在预计通道旁通管的入口 将打开的位置处。图7表示在进行NOx再生的时间(U中的压力水平 的示例。测量压力p61代表压力传感器在三通阀69正确起作用时记录 的压力，也就是，小部分的废气流通过主管67，更大部分的废气流通 过旁通管70。测量压力p62代表当认为三通阀的功能降低时的压力水 平，也就是，三通阀69并不完全对旁通管打开，因此与所期望的相比， 更小部分的废气流通过旁通管70。因此，当进行NOx再生时，NOx减 少催化剂64两侧的压力降更高，因为三通阀69的功能性降低。两个 压力p62和p61之间的差值在图7中表示为Apbyp^。根据本发明，控 制单元611布置成结合NOx再生的进行执行图8的步骤。在步骤S80 中开始三通阀69的诊断。在步骤S88中，控制单元611确保通向旁通 管的入口是打开的。在步骤S81中，控制单元611记录还原剂注射开 始和因此NC^再生已经开始。根据步骤S82，这引发对NOx催化剂两 侧的压力降的测量，且对在进行NOx再生的时间中的压力降的平均值 p62进行记录和储存。根据步骤S83，通过停止还原剂注射的信号来确 定NOx再生结束。在步骤S84中，控制单元611计算测量的压力降p62 和通常适于该废气排放控制系统的压力降p61 (也就是当三通阀69具有完全的功能性时)之间的差值。预定基准值p61通过在进行NO,再 生的时间和在废气排放控制系统62中的所有部件(包括三通阀69)都 完全起作用的状态下测量NOJ崔化剂64两侧的压力而获得。如果控制 单元611在步骤S84中发现在p62和p61之间的差值小于某个预定值 k81时，那么控制单元在步骤S86中指示三通阀69具有充分的功能性。 另一方面，如果p62和p61之间的差值大于值k81时，那么控制单元 611在步骤S85中指示三通阀69并不如它应当的那样在起作用。当控 制单元记录到比p61更低的值时，这表明三通阀69关闭主管太多。该 故障将以与上述方式类似的方式来处理。p62和p61之间的差值处理为 不能大于预定值k81绝对值。为了核查三通阀69能够完全关闭旁通管70,这将在废气系统具 有预定状态时进行，例如在冷起动时(在静止预定数量的小时后，即 燃烧式发动机已经关闭了三个小时)。然后，控制单元611记录压力 降，并以与上述方式类似的方式来将该记录值与基准值(p61)作比较。为了核查三通阀69能够完全关闭主管67，控制单元611请求打 开旁通管70和完全关闭主管67，记录压力降并以与上述方法类似的方 式来将该记录值与基准值作比较。在本发明的实施例中，三通阀的诊断和NOx减少催化剂的诊断可 以结合一个相同的NOx再生来进行(例如见图7)。因此，根据本发明 的又一实施例，所述诊断能够结合两个不同的NOx再生来进行。根据本发明的实施例，控制单元611能够布置成通过向车辆驾驶 员发送信息来指示三通阀中的故障。这能够以已知的方式通过车辆驾 驶室中的视觉、声音或其它通信方式来进行。图9表示图6的实施例，但是净化催化剂191布置在旁通管190 和主管97重新连接的点的下游。此外，图9的实施例与图6的实施例的区别在于，温度传感器192紧邻净化催化剂191的下游布置，从它 输出的信号能够由控制单元911接收。在图9的实施例中，用于注射 还原剂的注射器93在三通阀99和NOx减少催化剂94之间布置在排气 管97中。根据图9的实施例，控制单元911还能够布置成执行图2和4中 所示和上面所述的方法步骤(NOx催化剂的诊断)。除了控制除去SOx 功能性的方法步骤(NOx催化剂的诊断)之外，根据图9的装置，控制 单元911还能够布置成通过进行图8的诊断，利用压力传感器912进 行三通阀99的功能性的测试。此外，根据本发明，控制单元911能够 布置成进行净化催化剂191的诊断。这在图10的流程图和方法步骤中 更详细地示出。当控制单元911决定进行净化催化剂191的诊断时， 在下一个NOx催化剂再生后开始图10的步骤S100中的控制顺序。在 步骤S101中，控制单元911将三通阀99设置成使得一部分废气流通 过将要进行再生的NOx减少催化剂94，而其余的废气流通过旁通管190 越过NOx催化剂94。在步骤S102中，通过由注射器93注射还原剂来 开始NOx再生。对于本发明的该实施例，控制单元911选择与图5中 的区域E相对应量的还原剂。因此，比废气中的氧的量更大量的还原 剂被注射，并吸收在NOx催化剂94中。与令人满意的NOx再生实际所 需的量相比，还原剂的量更大。然后，过多的还原剂在NOx催化剂94 的下游产生富油废气，该富油废气和参与NOx再生的气流混合时形成 具有过多氧气的气体。该气体被吸入净化催化剂191中，它在该净化 催化剂191中燃烧，净化催化剂191中的燃烧利用完全起作用的净化 催化剂产生一定温度升高。在步骤S103中结束还原剂的注射之后，控 制单元811在步骤S104中记录温度升高AT。温度升高AT的记录以己 知方式利用温度传感器92来进行。根据本发明的该实施例，控制单元 911布置成具有温度升高的储存预定极限值ATmin，该极限值表示对正 确起作用的净化催化剂的最小温度升高。因此，如果控制单元811记录的AT小于厶Tmin时，这能够指示净化催化剂不在正确地起作用。另 一方面，如果控制单元911记录的AT大于ATmin时，这能够指示净化催化剂正在令人满意地起作用。在步骤S105中，控制单元911将记录的温度升高AT与预定ATmin作比较。如果控制单元911在步骤S105 中发现温度升高AT大于预定值ATmin，则控制单元911在步骤S106中 指示净化催化剂191的功能性令人满意。另一方面，如果控制单元911 发现温度升高AT小于预定值厶Tmin时，则控制单元911在步骤S107 中指示净化催化剂191不在如它应当的那样起作用。当控制单元911 己经处理了步骤S106或S017时，程序在步骤S108中结束。图11表示图9的实施例的一个可选实施例。图11的实施例具有 两倍数量的NOx催化剂(84a和84b)、压力传感器(812a和812b)、 注射器(83a和83b)以及排气管部件(87a和87b)。因此，图9的实 施例中的旁通管190已经除去，并由排气管87b、 NC^催化剂84b和注 射器83b代替。在其它方面，图11的废气排放控制系统82与图9的 实施例中一样。因此，根据图11的本发明实施例，控制单元811还能 够布置成执行根据图9的实施例的方法步骤(NOJ崔化剂的诊断)，该 方法步骤在图2和4中示出并上面描述。除了控制除去SOx功能性的 方法步骤(NOJ崔化剂的诊断)之外，根据图11的装置，控制单元811 还能够布置成通过进行图8的诊断，利用压力传感器812a或812b来进 行三通阀89功能性的测试。此外，根据本发明，图11中的控制单元 811能够布置成根据图10中所述的方法步骤来进行净化催化剂91的诊 断。图11中的控制单元811然后布置成进行NOx催化剂84a和84b中 的一个的再生。这样，没有再生的另一个NOj崔化剂和它的排气管(87a 或87b)以与图9的实施例中所示的方式相对应的方式用作旁通管。在图11所示的本发明实施例的又一实施例中，净化催化剂91与 温度传感器92—起被除去。因此，根据该实施例，除了别的以外，废 气排放控制系统包括两个平行的NOx催化剂。根据该实施例，在没有 净化催化剂的情况下，控制单元能够布置成根据图9的实施例执行图2 和4中所示和上面所述的方法步骤(NOx催化剂的诊断)。除了控制除 去SOx功能性的方法步骤(NOJ崔化剂的诊断)之外，与图11的实施例的方式相似，控制单元还能够布置成利用压力传感器，通过根据图8 进行诊断而进行三通阀的功能性的测试。所述诊断能够在同一个NOx 再生中进行。在包含三通阀的所有上述实施例中(见图6、图9和图11以及没 有净化催化剂和具有两个NOx减少催化剂的上述实施例)，根据本发 明的附加实施例，控制单元能够布置成仅执行图8的方法步骤，也就 是仅执行三通阀功能性的测试。在该实施例的仅测试三通阀的功能性 的的发展形式中，控制单元还能够布置成进行净化催化剂的测试(对 于装配有净化催化剂的实施例，即根据例如图9和图11的装置)。在具有双NOx减少催化剂的所有上述实施例中，具有根据本发明 的诊断的再生当然能够在包含于废气排放控制系统中的两个NOx减少 催化剂之间交替进行。图12表示本发明实施例的装置500，该装置500包括非易失存储 器520、处理器510以及读写存储器560。存储器520具有第一存储器 模块530，用于控制装置500的计算机程序储存储在该第一储存器模块 530中。存储器模块530中的用于控制装置500的计算机程序能够是操 作系统。装置500例如可以包含在控制单元中，例如控制单元ll、 611或 811(根据图9和图11)。数据处理单元510能够包括例如微型计算机。存储器520还有第二存储器模块540，用于根据本发明的废气排 放控制系统的诊断的程序储存在该第二储存器模块540中。在可选实 施例中，用于废气排放控制系统的诊断的程序储存在单独的非易失数 据储存介质550上，例如CD或可拆卸半导体存储器。程序能够以可执 行形式或以压縮状态来储存。当在下文中说明数据处理单元510执行特定功能时，应当知道，数据处理单元510执行储存在存储器540中的程序的特定部分或者储 存在非易失记录介质550上的程序的特定部分。数据处理单元510布置成通过数据总线514与存储器550相通。 数据处理单元510还布置成通过数据总线512与存储器520相通。此 外，数据处理单元510布置成通过数据总线511与存储器560相通。 数据处理单元510还布置成通过数据总线515与数据口 590相通。本发明方法能够由数据处理单元510来通过执行储存在存储器 540中的程序或储存在非易失记录介质550上的程序来执行。在所有上述实施例中，根据本发明的附加实施例，颗粒过滤器单 元能够布置在废气系统中。它能够布置在NOx减少单元的上游或下游， 或者在适当的实施例中布置在旁通管的上游或下游。在本发明的可选实施例中，当颗粒过滤器单元布置在NOx减少催 化剂的上游时，氧化催化剂能够与所述颗粒过滤器单元形成一体。颗 粒过滤器单元的一部分或全部能够涂覆有催化活性材料，该催化活性 材料将N0氧化成N02。在本发明的又一可选实施例中，烃的注射能够同时通过发动机注 射器和通过布置在废气排放控制系统上的一个或多个注射器进行。不 过，这并不适用于图9和图11的实施例，其中，根据本发明，只使用 布置在三通阀和排气管上的NOx减少催化剂之间的注射器，因为根据 本发明还必须进行净化催化剂的诊断。在本发明的又一可选实施例中，氧化催化剂能够直接连接在NOx 减少催化剂(4、 64、 84、 94、 84a、 84b)前面，因此能够是进行两端 的压力降测量的系统的一部分。根据本发明的处理三通阀的功能性测试的诊断并不取决于NOx减 少催化剂的类型。注入废气排放控制系统的烃优选是车辆的燃料，它能够是柴油、汽油、二甲醚(DME)、甲烷(CNG)等，但是当注射器在排气管上时，它也能够是来自单独油箱的烃，该烃并不用于车辆的推进。所述净化催化剂91能够包括氧化催化剂，该氧化催化剂使得排放 残余物(主要为HC和CO的形式)氧化(燃烧)。根据废气排放控制 系统的其余部分，该单元能够具有不同的设计。NOx催化剂4、 64、 84、 84a和84b能够涂覆有催化层，该催化层 的目的是将来自步骤2的任何剩余NO氧化成N02，该N02然后能够 吸收在NOx催化剂中。在根据图1的实施例中，在可选实施例中，通过使颗粒过滤器的 壁涂覆有合适的催化层，NOx催化剂的功能能够集成在颗粒过滤器中(4 路催化剂)。在另外的可选实施例中，氧化催化剂并不包含在废气排放控制系 统的任何上述实施例中。因此，根据本发明的诊断也用于没有氧化催 化剂的废气排放控制系统。不认为本发明限于上述实施例，在下面权利要求的范围内可以有 大量另外的变体和修改。
权利要求
1.一种在车辆上工作过程中执行的方法，该方法用于对布置在具有燃烧式发动机(1、61、81、91)的车辆中的废气排放控制系统(2、62、82、92)的至少一部分进行诊断，该燃烧式发动机在工作过程中排出废气到所述废气排放控制系统，该废气排放控制系统包括能够再生的至少一个NOx减少催化剂(4、64、94、84a、84b)，且对于至少预定的时间间隔，预定量的还原剂在至少该NOx减少催化剂的上游添加到废气排放控制系统，用于使NOx减少催化剂再生，并测量NOx减少催化剂两侧的压力降，该方法的特征在于以下步骤-对还原剂添加到废气排放控制系统(2、62、82、92)之前的紧邻时间点的压力降的第一测量值(p11)进行第一测量(S2)和记录；-对在再生完成后的时间点的压力降的第二测量值(p12)进行第二测量(S5)和记录；-对所述第一和第二值之间进行比较(S6)，如果第一测量值和第二测量值之间的压力降的增加小于第一预定值(k11)，则进行除去SOx。
2. 根据权利要求1所述的诊断方法，其中，旁通管(70、 190、 87a、 87b)布置成当需要时使废气越过所述NOx减少催化剂(94、 84a、 84b)，并且三通阀(89、 99)布置成引导废气的全部或一部分通过所 述N(X减少催化剂或通过所述旁通管，且净化催化剂(191、 91)布置 在NOx减少催化剂和旁通管的下游，其特征在于以下步骤-将三通阀设置在预定位置(S101)，在该位置处，废气流的一部 分导入通过NOx减少催化剂，并且废气流的其余部分通过旁通管来经 过NOx减少催化剂；-与令人满意的NOx再生所需的还原剂相比，注入更大量的还原剂 (S102、 S103);-对净化催化剂中的温度升高(AT)进行测量和记录(S104);-对所述测量的温度升高(AT)和净化催化剂中的最小可接受温度 升高的储存基准值(ATmin)进行比较(S105)，如果测量的温度升高(厶T)小于最小温度升高的所述基准值(ATrain)，则产生故障代码。
3. 根据前一项权利要求所述的诊断方法，其中，包含在废气排放 控制系统中的附加NOx减少催化剂布置在旁通管上，其特征在于，交 替地使用每个所述NOx减少催化剂，与排气管的相关部分一起作为用 于诊断净化催化剂的旁通管。
4. 根据权利要求l所述的诊断方法，其特征在于，根据第三测量 值(p22)和NOx减少催化剂两侧的压力降的所述第一测量值(pll) 之间的差值记录至少第二压力降增加，并且仅当所述第二压力降增加 也小于所述第一预定值(kll)时才产生故障代码。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的诊断方法，其特征在于，记 录NOx减少催化剂的老化程度，并与使得NOx减少催化剂获得令人满 意的NOx再生所需的还原剂的相应最小量的储存值进行比较，并且根 据与NOx减少催化剂的老化相对应的所述储存值来选择注入还原剂的 量。
6. —种在车辆上工作过程中执行的方法，该方法用于对布置在具 有燃烧式发动机的车辆中的废气排放控制系统的至少一部分进行诊 断，该燃烧式发动机在工作过程中将废气排出至废气排放控制系统， 该废气排放控制系统包括至少一个NOx减少催化剂，该NOx减少催 化剂能够再生；旁通管(70、卯、87a、 87b)，该旁通管布置成当需要 时使废气越过所述NOx减少催化剂；以及三通阔，该三通阀布置成引 导废气的全部或一部分通过所述NOx减少催化剂或通过所述旁通管， 且对于至少预定的时间间隔，预定量的还原剂在至少该NOx减少催化 剂的上游添加到废气排放控制系统，用于使NOx减少催化剂再生，并 测量NOx减少催化剂两侧的压力降，该方法的特征在于以下步骤-根据用于控制三通阀的控制信号将三通阀设置在期望的预定位置；-对还原剂添加到废气排放控制系统(62、 82、 112)的时间点(；) 的压力降测量值(p62)进行测量(S82)和记录；-对压力降的所述测量值(p62)和对应于正确起作用的三通阀的 压力降的储存值(p61)进行比较(S84)，并且如果所述测量值(p62) 和储存值(P61)之间的差值大于第一预定值(k81)，则产生用于三 通阀的故障代码。
7. 根据前一项权利要求所述的诊断方法，其中，净化催化剂布置 在NOx减少催化剂和旁通管的下游，其特征在于以下步骤-将三通阀设置到预定位置(S101)，在该位置处，废气流的一部 分导入通过NOx减少催化剂，且废气流的其余部分通过旁通管越过NOx 减少催化剂；-与令人满意的NOx再生所需的还原剂相比，注入更大量的还原剂 (S102、 S103);-对净化催化剂中的温度升高(AT)进行测量和记录(S104);-对所述测量的温度升高(AT)和净化催化剂中的最小可接受温度 升高的储存基准值(ATmin)进行比较(S105)，如果测量的温度升高 (△T)小于最小温度升高的所述基准值(ATmin)，则产生故障代码。
8. 根据前面两项权利要求中任一项所述的诊断方法，其中，附加 NOx减少催化剂布置在旁通管上，其特征在于，交替地使用每个NOx 减少催化剂，与排气管的相关部分一起作为用于所述净化催化剂诊断 或所述三通阀诊断的旁通管。
9. 根据前面三项权利要求中任一项所述的诊断方法，其特征在 于，三通阀的诊断在燃烧式发动机已经关闭了预定数量的小时后进行。
10. 根据权利要求1和6所述的诊断方法，其特征在于，在所述 权利要求中所述的方法步骤在同一个NOx再生过程中执行。
11. 根据前一项权利要求和权利要求2所述的诊断方法，其特征在于，至少在权利要求2中所述的方法步骤在单独的再生过程中执行。
12. —种包括燃烧式发动机(1、 61、 81、 91)的发动机驱动的车 辆，该燃烧式发动机在工作过程中将废气排出至废气排放控制系统(2、 62、 82、 92)，该废气排放控制系统包括至少一个NOx减少催化剂(4、 64、 94、 84a、 84b)，该NOx减少催化剂能够再生；注射装置(93、 83a、 83b)，用于至少在NOx减少催化剂的上游将还原剂注入废气排 放控制系统中；压力传感器(12、 612、 812、 812a、 812b),用于测量 NC^减少催化剂两侧的压力；控制单元(11、 611、 811、 911)，用于 记录来自压力传感器的信号并用于控制至少该注射装置，其特征在于 控制单元布置成通过压力传感器来记录即将注入还原剂之前的时间点的压力降的第一测量值(pll)以及在注入结束后的时间点的压力降 的第二测量值(pl2);并且，控制单元布置成进行所述第一值和第二 值之间的比较(S6);并且，如果第一测量值和第二测量值之间的压 力降增加小于第一预定值(kll)，则控制单元进行除去SOx。
13. 根据前一项权利要求所述的发动机驱动的车辆，其中，旁通 管(70、 l卯、87a、 87b)布置成当需要时使废气越过所述NOx减少催 化剂(94、 84a、 84b)，并且三通阀(89、 99)布置成引导废气的全部 或一部分通过所述NC^减少催化剂或通过所述旁通管，并且净化催化 剂(191、 91)布置在NOx减少催化剂和旁通管的下游，其特征在于控 制单元布置成将三通阀设置在预定位置(S101)，在该位置处，废 气流的一部分通过NOx减少催化剂，并且废气流的其余部分通过旁通 管越过NOx减少催化剂；与令人满意的NOx再生所需的还原剂相比， 注入更大量的还原剂(S102、 S103);通过用于测量净化催化剂中温 度的温度传感器(82、 92)来记录净化催化剂中的温度升高(AT)(S104);将测量的温度升高(AT)与净化催化剂中的最小可接受温 度升高的储存基准值(ATw》进行比较(S105);以及，控制单元布 置成如果测量的温度升高(AT)小于最小可接受温度升高的所述基准值(ATmin)，则产生故障代码(S107)。
14. 根据前一个权利要求所述的发动机驱动的车辆，其中，包含 在废气排放控制系统中的附加NOx减少催化剂布置在旁通管上，其特 征在于，控制单元布置成交替地使用每个所述NOx减少催化剂，与排 气管的相关部分一起作为用于诊断净化催化剂的旁通管。
15. —种包括燃烧式发动机(61)的发动机驱动的车辆，该燃烧 式发动机在工作过程中将废气排出至废气排放控制系统(62)，该废 气排放控制系统包括至少一个NOx减少催化剂(64),该NOx减少 催化剂能够再生；旁通管(70),该旁通管布置成当需要时获取使废 气越过所述NOx减少催化剂；三通阀(69)，该三通阀布置成引导废 气的全部或一部分通过所述NOx减少催化剂或通过所述旁通管；注射 装置，用于将还原剂注入废气排放控制系统中，该注射装置布置在NOx 减少催化剂的上游和三通阀的下游；压力传感器(612)，用于测量 NO/减少催化剂两侧的压力；控制单元(611)，用于记录来自压力传 感器的信号并用于控制至少该注射装置，其特征在于控制单元布置成 根据用于控制三通阀的控制信号来将三通阀设置在预定位置；记录在 还原剂添加到废气排放控制系统(62)的时间点(O的压力降测量值(p62);将压力降的所述测量值(p62)与对应于正确起作用的三通 阀的压力降的储存值(p61)进行比较；并且，如果所述测量值(p62) 和储存值(p61)之间的差值大于第一预定值(k81)，则产生用于三 通阀的故障代码。
16. 根据前一项权利要求所述的发动机驱动的车辆，其中，净化 催化剂(191、 91)布置在NOx减少催化剂和旁通管的下游，其特征在 于控制单元布置成将三通阀设置在预定位置(S101)，在该位置处， 废气流的一部分通过NOx减少催化剂，并且废气流的其余部分通过旁 通管越过NOx减少催化剂；与令人满意的NOx再生所需的还原剂相比， 注入更大量的还原剂(S102、 S103);通过温度传感器(82、 92)来记录净化催化剂中的温度升高(AT) (S104);将测量的温度升高(AT) 与净化催化剂中的最小可接受温度升高的储存基准值(ATmin)进行比 较(S105);以及，如果测量的温度升高(AT)小于最小温度升高的 所述基准值(ATmin)，则产生故障代码。
17. 根据前面两个权利要求中任一项所述的发动机驱动的车辆， 其中，附加NOx减少催化剂布置在旁通管上，其特征在于，控制单元 布置成交替地使用每个NOx减少催化剂，与排气管的相关部分一起作 为用于所述净化催化剂诊断或所述三通阀诊断的旁通管。
18. —种计算机程序产品，该计算机程序产品包括储存在介质上 的程序代码，当所述计算机程序由计算机执行时，该程序代码能够由 计算机读取，用于执行权利要求1或6所述的方法步骤。
19. 一种计算机程序产品，该计算机程序产品能够直接加载到计 算机中的内部存储器中，该计算机程序产品包括计算机程序，用于当 计算机程序产品上的所述计算机程序由计算机执行时，执行如权利要 求1或6所述的方法步骤。
全文摘要
本发明涉及一种方法、装置和计算机程序产品，用于诊断能够再生的NO_x减少催化剂(4、64、94、84a、84b)和/或引导废气流进入旁通管(70、190、87a、87b)的三通阀(69、99、89)和/或净化催化剂(191、91)。所有部件都能够包含在同一个废气排放控制系统(82)中。NO_x减少催化剂和三通阀的诊断通过包括测量NO_x减少催化剂两侧的压力降(压力传感器12、612、812、812a、812b)的方法步骤来进行。净化催化剂的诊断通过包括测量净化催化剂中的温度升高(温度传感器92、192)的方法步骤来进行。当NO_x催化剂的功能性降低时，执行除去SO_x。当三通阀或净化催化剂的功能性降低时，产生故障代码。
文档编号F01N11/00GK101218420SQ200580051004
公开日2008年7月9日 申请日期2005年7月7日 优先权日2005年7月7日
发明者伦纳特·安德森, 安德烈亚斯·欣茨 申请人:沃尔沃拉斯特瓦格纳公司