专利名称：用于排气系统NOx传感器的过滤器的诊断方法和诊断模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于排气系统NOx传感器的过滤器的一种诊断方法和一种诊断模块，尤其是用于机动车辆的内燃发动机的一种具有SCR催化器的排气系统。
背景技术：
具有SCR (选择性催化还原)催化器的系统良好地适用于去除NOx排放物，尤其在柴油发动机排气时。在活性SCR系统中向SCR催化器中投料氨(NH3),在此氨吸附在催化剂上并且与来自排气的NO和NO2进行反应。NH3典型地不直接投料，而是在大多数情况下以一种尿素溶液的形式进行投料，该溶液在注入之后部分地转化为NH3。在被动/无源SCR系统中，没有在该催化器的上游主动/有源地注入NH3或尿素。取而代之的是，从该催化器的另一个上游组件产生NH3,例如在发动机处在富燃工作状态时的LNT (稀NOx捕集器)。当投料的、或在催化器中储存的NH3不充足时，或者当温度不适合于NOx的完全转化时，无法转化全部Nox并且通过催化器造成Nox泄露。然而如果投料的NH3过多、并且其被储存在催化器中，那么可能出现脱附。通常在快速升温之后(例如在发动机负载升高以后)出现NH3的脱附。但是在NH3投料过量时这也可能出现在恒定的温度下。为了精确地控制SCR催化器中的过程，关于下游的或催化器之后的NOx和NH3浓度的信息是有意义的。出于这个目的，存在两种类型的传感器，NH3传感器和NOx传感器。NH3传感器仅用于测量NH3的浓度或量，而NOx传感器对NOx以及NH3均是灵敏的。这导致在测量中困难，即无法简单地确定，该传感器刚刚检测到的是NOx值还是NH3值。在并行的申请DE 10 2011 077 246. 4中所记载的一种过滤器和过滤方法确定了由NOx传感器检测到的信号是NOx测量值还是NH3测量值。为此，建立两个不同的模型或建模方法和/或对其进行匹配。一个模型描述了 NOx在催化器中的转化率，而第二个模型描述了 NH3通过催化器的泄露行为。该过滤器的准确度或效率取决于催化器上游的NOx水平或信号的特性。为了能够在NOx值和下游NOx信号中的NH3值之间进行区分，该催化器的上游的NOx信号必须具有一种已知的动态特性。在催化器中发生Nox泄露的情况下，NOx信号将动态地跟踪输入NOx信号，而NH3值典型地不这样做。因此，无法在催化器的上游(例如在恒定的行驶方式中)成功确定一个更恒定的NOx信号，并且所过滤的Ν0χ/ΝΗ3信号不应当用于一种反馈性控制。
发明内容
本发明的基本目的在于，改进具有催化器的排气系统的工作方式。这个目的是通过权利要求I及10的特征来实现的。各从属权利要求中限定了本发明有利的改进方案。根据本发明的第一个方面，一种用于带有SCR催化器的排气系统NOx传感器的过滤器的诊断方法包括以下步骤
-运行该过滤器，包括计算催化器下游的NOx估算值；-基于该NOx估算值，建立一个线性NOx模型；-将NOx估算值与线性NOx模型进行比较；-当该比较的差值处于一个阈值之下时，停用该过滤器。这个方法使得用于NOx传感器的过滤器得以稳定，并且确定了该过滤器的决策何时可信。这种过滤器的一个实现方式为，连续地将两个不同的模型进行匹配并且将其准确性进行比较。一个模型代表NOx转化率的一个简化的动力学模型。另一个模型是一种简单的线性时间算法，该算法能够在限定的时间窗口内良好地描述NH3的滑动行为。在有些情况下，该过滤器不能在NOx和NH3之间进行区分。这典型地发生在例如静态工作的情况下，当NOx信号不具有足够的动态特性时。在这种情况下，催化器下游的NOx同样通过一个线性时间算法进行描述。通过所述条件的确定，可以避免该过滤器进行错误的假定或造成错误的决策。例如，如果这两个比较信号之间的绝对差值低于一个阈值，可以停用该过滤器、 或者抛弃或不使用其决策。为了进行比较，可以在该NOx估算值与该线性NOx模型的一个线性NOx估算值之间进行误差计算。该误差计算的执行是简单的，并且提供了快速而可靠的结果。当比较的差值超过一个阈值时，可以将该过滤器开启。这个阈值可以与用于停用的那个阈值相对应，或者可能采用两个不同的阈值。开启或启用是指，使用该过滤器的决策。在停用时，该过滤器仍然在后台以已知方式同时运行，但是其结果不会被使用。可选地，可以将过滤器断开连接，并在开启时重新接通。在与阈值进行比较时，该过滤器可以在一个限定的时间域保持启动状态。这种工作模式可以被称为瞬态启动。在瞬态启动中所假定的是如果已经在不久前做出了一个决策并且NOx传感器信号尚未移动到限定的界限之外，那么“旧的”过滤器决策，也就是说在开始时或限定的时间域之前，是仍然有效的。通常，催化器下游的NOx和NH3不会时刻改变，这样即使根据当前的数据无法做出决策，不久前所做出的决策仍可能是有效的。瞬态启动所假定的是，尚未做出新的决策、过滤器仍是开启的、并且使用其结果来进行反馈或进一步处理。瞬态启动在一个预定的时间段之后、或者当超过或低于一个预定的NOx传感器信号界限时将被停用。在过滤器停用的情况下，可以引入催化器下游的NOx值的变化。于是在这种情况下，当过滤器不能做出可靠的决策时，可以对于(来自发动机的)NOx扰动设定一个标识(Flag)或者一条信息，以便重新激活该过滤器的基础算法或者使其可靠地启动。当过滤器停用时，它不提供任何信号，无论是NOx还是NH3。在这种情况下，对催化器的投料或注入是在没有反馈的情况下进行的，也就是在一个开放的调节回路(Regelkreis)中进行的。只要NOx传感器信号仍然处于已知的、允许的界限内，这就是可接受的。然而，当越过这个界限时，可能希望的是，强制地确定或计算NOx传感器信号。这可以够通过针对性地扰动或改变排气中的、从发动机离开的NOx比例而实现，例如通过完全地或部分地接通和/或断开排气再循环阀(EGR)。这种情况可以例如在长期的静态工作方式中出现，例如通过一个速度调节装置(调速器)。一旦获得了这种工作方式并因此该NOx信号获得了一种已知的动态特性，则该过滤器就自动开始正常工作。为了对NOx转化率进行建模，可以采用NOx转化率的一个动力学模型，优选地可以是一个简化的动力学模型，以便减少计算消耗以及之后的数据处理。这些步骤或计算可以针对多个采样时间点来实施，其具有优选为一秒的采样时间的。采样时间点的数量过小将不能获得一致的模型，而过大的数量将不必要地提高计算消耗。为了进行计算，这些步骤可以额外地采用在时间上回溯的采样点的值，优选是在二十秒的时间范围之内。这提高了该计算和确定的可靠性，其测量值是直接测得的。为了进行比较，可以在之后将两个信号之间的平均绝对差值用作判据。根据本发明的第二个方面，一种用于带有SCR催化器的排气系统NOx传感器的过滤器的诊断模块，其包括一个用于过滤器信号的信号输入端、一个用于执行上述诊断方法 的计算单元、以及一个用于输出该诊断方法结果的信号输出端。上文所述的优点和修改同样有效。
下面将借助附图对本发明进行更详细地描述，其中图I示出了一个排气系统的示意性框图，该排气系统带有根据本发明的诊断模块。图2示出了根据本发明用于一种过滤器的诊断方法的框图。图3和4分别为根据本发明的诊断方法的应用的图表。这些示图仅用于解释本发明而非对其进行限制。这些示图和各分立的部分不需要是按比例的。同样的参考标记代表相同或类似的部分。
具体实施例方式图I示出了用于内燃机2 (例如机动车辆的柴油发动机)的一个排气后处理系统I的一部分。该排气后处理系统或排气系统I包括一个安置在发动机2下游的催化器3，例如一个SCR (选择性催化还原)催化器。催化器3的下游安置有一个NOx传感器4，用于测量排气中NOx的浓度或NOx的量。NOx传感器4不需要直接安置在催化器3之后，它还可以处于更下游处。NOx传感器4的测量值传送到该NOx传感器4的一个过滤器或NH3过滤器5。过滤器5处理该测量值并使其能够辨认由NOx传感器4所测量的值是NOx值还是NH3值。过滤器5输出对应的信号,例如向一个发动机控制器或者排气后处理控制器进行输出。在催化器3的下游，除了由NOx传感器4提供的测量值之外，过滤器5还需要NOx浓度或NOx的量，所述的浓度或量由发动机2产生并在催化器3的方向上离开。要么在催化器3的下游存在一个额外的NOx传感器6，要么借助一个模型6来确定催化器3下游的NOx浓度，该模型确定了发动机2所产生的NOx量和/或浓度。在催化器3下游的、任选的NOx传感器6与催化器3之间，配置有同样任选的、用于尿素溶液或NH3的一个注入点7。NOx传感器6或该建模作用是安排在注入点7的下游的，以避免NH3的交叉敏感性(Querempfindlichkeit)。过滤器5的输出端5b与一个诊断模块8相连。诊断模块8可以是一个独立的单元，该单元带有一个用于过滤器5的信号的信号输入端8a、一个用于执行诊断方法的计算单元、以及一个用于输出该方法结果的信号输出端Sb。诊断模块8也可以是一个控制器的组成部分，例如一个发动机控制器或一个排气后处理控制器、或者过滤器5的控制器。它可以以软件程序或软件模块的形式实现。信号输出端8b同样可以在软件中实现。通过信号输出端8b输出的结果可以是过滤器5的结果中一个独立的值或验证，和/或是过滤器5所释放的(freigegebene)或未释放的结果。现在借助图2对诊断模块8及该诊断方法的工作方式进行描述。该诊断方法从催化器3之后的NOx传感器4开始。图2中示意性所示的过程具有建立一个线性NOx模型的第一阶段或步骤10。在第一步骤或子步骤11中，运行该过滤器5，其中在第二步骤11中，将催化器3下游的估算NOx值NOxPostEstV确定为过滤器5的一个结果。为了进行NOx建模，在此采用了一个具有动力学第一级数的ODCSTR (连续搅拌槽反应器)模型。N()x xeV
Γ NOxPostEstV =,-丨 i kR
ExhI-IowV这些信号可以是标量(探测或者采样)或者是矢量(具有智能操作元素的时间窗口)。对于时间窗口而言，假定反应速率系数(kK)为常数。最优的反应速率系数可以按分析方法根据最小二乘降低法(Least-Squares-Abstiegsverfahren)来确定
r INOx Pr e, 、
ExhFlowlNOxPost1
INOxPre2ε = ExhFlow2 kR - NOxPost2 +1 = {0kR — y)
INOx Pr
^ ExhFlowNNOxPost N 乂其中
INOx Pr ex
ExhFlow jNOxPost l
INOx Pr e2Θ = ExhFlow2,y = I- NOxPost2
INOx Pr eN
ExhFlow NNOxPost N最优判据min ( ε τ ε )使得kE = ( θ τ θ ” θ Ty在接下来的步骤13中，基于这个NOx估算值NoxPostEstV来构建线性NOx模型。该线性NOx模型的一个结果是，在步骤14中催化器3下游的一个线性NOx估算值NoxLinPostEstV 可供使用。用于基于NOx模型信号的线性NOx模型的线性时间算法(NoxPostEstV-N向量(例如二十个采样值))进行如下计算NOxLinPostEstV = an+b其中a和b是适当的常数，并且η是从O到(时间水平线(Zeithorizont)_1)之间的釆样数量。通过最小二乘数判据最小化来计算a和b :
权利要求
1.一种用于具有SCR催化器(3)的排气系统(I)的NOx传感器(4)的过滤器(5)的诊断方法，该方法具有以下步骤 运行(11)所述过滤器(5 )，包括计算(12 )所述催化器(3 )下游的NOx估算值； 基于所述NOx估算值建立线性NOx模型(13); 将所述NOx估算值与所述线性NOx模型进行比较(15)； 当所述比较(15)的差值处于阈值之下时，停用(18，19)所述过滤器(5)。
2.根据权利要求I所述的诊断方法，其中为了进行所述比较(15)，在所述NOx估算值与所述线性NOx模型的一个线性NOx估算值之间进行误差计算(16)。
3.根据权利要求I或2所述的诊断方法，其中当所述比较(15)的差值超过阈值时启动 所述过滤器(5)。
4.根据权利要求I至3中任何一项所述的诊断方法，其中在比较结果超过所述阈值的情况下，使所述过滤器(5 )在预定时间段内保持启动。
5.根据权利要求I至4中任何一项所述的诊断方法，其中在停用所述过滤器(5)的情况下，向所述催化器下游的NOx值引入一个变化(23)。
6.根据权利要求I至5中任何一项所述的诊断方法，其中为了计算(12)所述NOx估算值，采用了 NOx转化率的一个动力学模型。
7.根据权利要求I至6中任何一项所述的诊断方法，其中为了对所述线性NOx模型进行建模(13)，采用了一种线性时间算法。
8.根据权利要求I至7中任何一项所述的诊断方法，其中这些步骤在采样时间点实施，米样时间优选为一秒钟。
9.根据权利要求8所述的诊断方法，其中对于这些步骤，采用了在时间上回溯的多个采样点的值，优选是在二十秒的时间范围之内。
10.一种用于具有SCR催化器(3)的排气系统(I)的NOx传感器(4)的过滤器(5)的诊断模块，所述诊断模块具有一个用于过滤器(5)信号的信号输入端(8a)、一个用于执行根据权利要求I至9所述的诊断方法的计算单元、以及一个用于输出所述诊断方法结果的信号输出端(8b)。
全文摘要
本发明公开一种用于具有SCR催化器(3)的排气系统(1)的NOx传感器(4)的过滤器(5)的诊断方法，该方法包含以下步骤将该过滤器(5)的工作方式(11)考虑在内，计算(12)催化器(3)下游的一个NOx估算值；基于该NOx估算值，建立一个线性NOx模型(13)；将该NOx估算值与该线性NOx模型进行比较(15)；当该比较(15)的差值处于一个阈值之下时，停用(18，19)过滤器(5)。
文档编号F01N11/00GK102817684SQ20121018665
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月7日 优先权日2011年6月9日
发明者M·巴莱诺维奇, Y·M·S·雅库伯 申请人:福特环球技术公司