用于诊断scr系统的自诊断方法
【专利摘要】本发明涉及用于诊断车辆的选择性催化还原（SCR)系统的自诊断方法。该车辆包括内燃机(2)，该SCR系统设置在该发动机（2)的下游，以及该SCR系统包括对氮氧化物（NOx)气体敏感的至少一个废气传感器（11，12)。该方法包括第一诊断序列（SO:确保该车辆处于静止状态；控制所述发动机（2)在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作；当所述发动机(2)在所述高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态的每一个状态下操作时，记录所述至少一个废气传感器（11，12)的输出信号；以及根据所记录的传感器输出，诊断所述至少一个废气传感器（11，12)的NOx测量性能。
【专利说明】用于诊断SCR系统的自诊断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于诊断车辆的选择性催化还原(SCR)系统的自诊断方法，该车辆包括内燃机，其中，所述SCR系统设置在发动机的下游，其中，SCR系统包括至少一个对氮氧化物(NOx)气体敏感的废气传感器。
[0002]本发明还涉及包括用于执行本发明程序代码装置的计算机程序、包括在计算机可读介质上存储的，用于执行本发明方法的程序代码装置的计算机程序产品，以及用于实现本发明方法的计算机系统。
[0003]本发明的方法特别适合于诊断被配置成通过柴油机或类似燃料类型提供动力的大的压缩点火发动机的SCR系统。这种发动机通常用在例如重型卡车、公共汽车、轮式装载机、铰接式运输车、船舶应用等等。然而，本发明还用于中型和轻型任务范围的车辆。
【背景技术】
[0004]汽车市场的当前监管条件已经导致提高燃料经济性和降低当前车辆的排放的日益增长的需要。这些监管条件必须与用于车辆的高性能和快速响应的消费者需求平衡。
[0005]柴油机具有化石能源的高效率并且是化石能源的最佳转化器之一。NOx排放浓度由局部氧原子浓度和局部温度而定。然而，仅在高NOx水平不可避免的高燃烧温度，所述高效率才是可能的。此外，通过内部手段(空气/燃料比)，抑制NOx形成具有导致微粒增加的趋势，称为NOx-微粒折衷。
[0006]为了环境保护和节省有限化石能源供给，降低来自柴油机的废气中的氮氧化物(NO和N02，称为NOx)和颗粒物(PM)已经变成非常重要的问题。
[0007]配备柴油或其他稀烯燃发动机的车辆提供增加燃料经济性的优点，然而，由于废气中的高氧含量，经这些系统中的常规装置，NOx排放的催化还原很困难。鉴于这一点，已知选择性催化还原(SCR)催化剂实现高NOx转化效率，其中，通过将还原剂主动喷射进入催化剂的废气混合物中，连续地消除NOx。基于尿素的SCR催化剂将气态氨用作活性NOx还原的还原剂。通常，在车辆上载有尿素的水溶液，以及使用喷射系统来将其供给进入SCR催化剂的废气流中，其中，其分解成水电氰酸(NHCO)和气态氨(NH3)，其然后用来转化NOx。
[0008]然而，在这样的系统中，必须非常精确地控制尿素喷射水平。尿素的低喷射会导致不理想的NOx转化，而过喷射会导致尾气氨逃逸。在通常的基于尿素的SCR催化剂系统中，所喷射的尿素量与表示最大NOx转化和最小氨逃逸之间的折衷的废气NOx浓度成比例。
[0009]在车辆操作期间，例如，通过设置在SCR催化剂的下游的至少一个NOx传感器，通常能连续地得出SCR系统的NOx转化效率。如果记录的值在预定范围外，发动机管理系统可以设定不同的诊断故障代码，诸如SCR催化剂的低NOx还原水平、NOx传感器错误指示、低废气加热性能、高发动机NOx输出水平等等。当修理具有这些常规诊断故障代码的一个或多个的车辆时，可能难以准确地确定在故障代码或不合理NOx值后面的根本原因，因为存在会导致同一诊断的许多不同另外的原因。
[0010]此外，在替换SCR系统的部件时，SCR系统的校正功能的测试和检验过程费时且不可靠。例如，文献US2011061372A示出了一种包括在车辆行驶期间执行的SCR效率测试序列的车载废气诊断系统。为此，有时完全忽略测试和检验过程，由此，冒交付不能正确操作的修理车辆的风险。
[0011]由此，需要一种改进的方法，用于诊断消除上述缺点的SCR系统。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是提供一种创新的自诊断方法，用于诊断车辆的SCR系统，其中，至少部分避免上述问题。通过权利要求1的特征，实现该目的。
[0013]根据本发明的方法的车辆包括内燃机，以及SCR系统设置在发动机的下游。SCR系统包括对氮氧化物(NOx)气体敏感的至少一个废气传感器。该方法包括第一诊断序列:
[0014]-确保所述车辆处于静止状态；
[0015]-控制所述发动机在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作；
[0016]-当发动机在闻NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态的每一个状态下操作时，记录所述至少一个废气传感器的输出信号；以及
[0017]-在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器的NOx测量性倉泛。
[0018]本发明方法是自诊断方法，包括至少一个预定测试序列。由此，不需要技术人员本身开发和实现发动机和/或SCR系统的任何测试序列，而且不需要由此推导出任何可能错误的主观结论。本发明方法还降低未被测试的修理车辆被交付回顾客的可能性，由此降低返修和顾客不满意的风险。相反，在技术人员的指令下，自动地实施预定自诊断方法。自诊断方法进一步包括用于估计SCR系统的性能的预定阈值，诸如一个或多个废气传感器的性能。预定阈值在此可以由预定量化值表示，或使用预定数学函数计算。该过程使得诊断结果更客观、可靠和不费时。可以由作为SCR系统和废气后处理系统的专家的工程师，确定自诊断方法的至少一个测试序列，使得测试结果能提供SCR系统的准确和典型诊断。
[0019]根据优选实施例，控制发动机交替在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作。包括闻NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态之间的至少一个演变的这种交替操作允许基于所记录的传感器输出，估计和诊断废气传感器的NOx测量性能。在此鉴于准确地测量高低NOx水平的废气传感器能力，估计测量性能。例如，如果发动机在高NOx状态下操作，然后，在低NOx状态下操作，能将如由废气传感器提供的所测量的NOx水平的差异与预定值进行比较，并且基于该比较，得出有关废气传感器的功能的结论。
[0020]当执行该方法时，车辆处于静止状态的事实使得测试不费时并且更准确。也不再需要在测试期间驱动满负荷的车辆，以及消除了驾驶员和诊断系统不一致地操作，导致降低诊断结果的质量和可靠性的风险。可能通过应用车辆内部的发动机负荷，诸如废气制动、后处理烃喷射、高发动机速度等等，实现所需废气温度。
[0021]通过实现从属权利要求的一个或若干特征，能实现另外的优点。
[0022]第一诊断序列可以进一步包括控制所述发动机执行从所述高NOx输出发动机操作状态到所述低NOx输出发动机操作状态、以及从所述低NOx输出发动机操作状态到所述高NOx输出发动机操作状态的至少一次演变，以及至少在所述每一演变之前和之后，记录来自所述至少一个废气传感器的所述输出信号。通过包括至少两次演变，一是从高NOx状态到低NOx状态，以及反过来，能提出有关废气传感器的机能和质量的另外的结论，由此提供改进的诊断。
[0023]该方法可以进一步包括第二诊断序列:
[0024]-将发动机速度增加到高水平发动机速度；
[0025]-对处于所述高水平发动机速度的所述发动机切断燃料供给，并且在燃料供给切断后的至少某一时间段内，记录来自所述至少一个废气传感器的所述输出信号；以及
[0026]-在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器的NOx测量性倉泛。
[0027]第二诊断序列使用可在高发动机速度时获得的发动机的惯性力矩来通过燃烧活塞，将空气泵送进入废气系统中。所泵送的空气导致废气传感器位置处的废气系统内的非常低的NOx水平，由此便于通过废气传感器，诊断非常低的NOx排放水平测量性能。
[0028]优选地在第二诊断序列前，执行第一诊断序列。切断燃料喷射，使得发动机在第二诊断序列结束时自动停止的测试顺序具有允许自诊断方法自然和有效终止的优点。
[0029]SCR系统可以包括SCR催化剂和还原剂喷射器，其中，所述至少一个废气传感器可以设置在所述SCR催化剂的下游。该方法可以进一步包括第三诊断序列:
[0030]-控制所述还原剂喷射器在非还原喷射状态和还原喷射状态下执行；
[0031]-当所述还原剂喷射器在所述非还原喷射状态和所述还原喷射状态的每一个状态下执行时，记录来自所述至少一个废气传感器的输出信号；以及
[0032]-在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述SCR催化剂的NOx转化效率。
[0033]通过控制还原剂喷射器在非还原喷射状态和还原喷射状态之间至少交替一次，能根据所记录的传感器输出，准确地诊断SCR催化剂的NOx转化效率。例如，如果还原剂喷射器在非还原喷射状态下操作，随后根据喷射模式等等，起动喷射还原剂，使得还原剂喷射器开始在还原剂喷射状态下操作，能将由废气传感器测量的NOx水平的差异与通过诊断方法提供的值进行比较，并且基于该比较，能得出有关SCR催化剂的功能和NOx转化效率的结论。
[0034]第三诊断序列可以包括在所述非还原喷射状态和所述还原喷射状态之间重复至少一个转变，并且至少在所重复的转变的每一个之前和之后，记录来自所述至少一个废气传感器的所述输出信号。重复的转变会导致SCR转化效率的更准确诊断。
[0035]可以有利地在所述第三诊断序列之前执行第一诊断序列，因为这允许自诊断方法来消除由于错误的废气传感器测量而导致的任何错误地确定的NOx转化效率。因此，在NOx转化效率未达到预期水平的情况下，原因能缩小到故障的SCR催化剂、还原剂喷射器故障或不良还原剂质量等等。本发明方法因此能区分废气传感器故障和SCR转化故障。
[0036]优选地在所述第二诊断序列之前执行第三诊断序列。切断燃料喷射使得在第二诊断序列结束时自动地停止发动机的测试顺序具有允许自诊断方法的自然和有效终止的优点。
[0037]废气传感器优选地也对氧敏感，使得废气传感器能测量废气的氧浓度，用于确定进入气缸的空气/燃料混合物的拉姆达(λ)值，其中，所述方法进一步包括在所述所记录的传感器输出的基础上，诊断废气传感器的氧测量性能。因此，还能同时实现NOx检测性能和氧检测性能两者的诊断，由此便于有效的自诊断方法。氧测量性能对利用正确的空气/燃料比操作发动机非常重要，使得生成低NOx排放水平。
[0038]SCR系统可以进一步包括SCR催化剂和至少两个废气传感器，其中，所述至少两个废气传感器中的第一废气传感器设置在所述SCR催化剂的下游，并且所述至少两个废气传感器的第二废气传感器设置在所述SCR催化剂的上游，其中，所述第一和第二废气传感器两者对NOx气体敏感。第一诊断序列因此包括步骤:
[0039]-当所述发动机在所述高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态的每一个状态下操作时，记录所述第一和第二废气传感器的每一个的输出信号；以及
[0040]-在所述所记录的传感器输出的基础上，诊断所述第一和第二废气传感器的NOx测量性能。
[0041]通过分别位于SCR催化剂的一侧的两个废气传感器，可以确定进入和离开SCR催化剂的NOx排放水平的非常准确的测量，由此便于SCR NOx转化效率的准确诊断。没有SCR催化剂的上游的废气传感器，必须估计进入SCR催化剂的NOx排放水平，由此降低自诊断方法的可靠性和精度。
[0042]该方法可以包括控制所述SCR系统的废气温度超出预定温度水平的初始步骤。由此，能消除发动机NOx排放值，和/或废气传感器测量性能，和/或SCR转化效率的任何波动。此外，NOx催化剂要求该温度高于约200°C以便在第三测试序列中充分地操作。
[0043]SCR系统还包括SCR催化剂和还原剂喷射器，其中，所述至少一个废气传感器设置在SCR催化剂的下游，其中，该方法包括控制所述还原剂喷射的停止和SCR催化剂氨储存水平基本上低于所述SCR催化剂的当前最大氨储存容量的初始步骤。尤其在进入第三测试序列前，清空SCR催化剂的氨缓冲是有利的，因为否则SCR催化剂中所储存的氨将在停止还原剂喷射后，仍然维持相对高的NOx转化效率，由此可能导致关于SCR系统的NOx转化效率，和/或还原剂喷射系统，和/或发动机NOx排放水平的不正确假定。
[0044]该方法可以包括在与所述至少一个废气传感器有关的废气温度超出预定温度水平后，首先激活所述至少一个废气传感器的初始步骤。避免传感器的手动激活消除了在太低温度激活传感器的风险，该激活可能会损坏传感器。
[0045]还可以提供计算机程序，该程序包括程序代码装置，用于当在计算机上运行所述程序时，执行至少权利要求1的所有步骤。
[0046]还可以提供计算机程序产品，该产品包括在计算机可读介质上存储的程序代码装置，用于当在计算机上运行所述程序产品时，执行至少权利要求1的所有步骤。
[0047]还可以提供一种计算机系统，用于实现用于诊断车辆的选择性催化还原(SCR)系统的方法。该车辆包括内燃机，其中，所述SCR系统设置在发动机的下游，其中，SCR系统包括对氮氧化物(NOx)气体敏感的至少一个废气传感器，该计算机系统包括处理器，用来:
[0048]-确保所述车辆处于静止状态；
[0049]-控制所述发动机在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作；
[0050]-当发动机在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态的每一个状态下操作时，记录所述至少一个废气传感器的输出信号；以及
[0051]-在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器的NOx测量性倉泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0052]将参考附图给出本发明的下述详细描述，其中:
[0053]图1示出废气后处理系统的简单布局；
[0054]图2示出该方法的不同状态，及它们的内部关系；
[0055]图3示出几个选择的发动机的连续参数值和SCR系统特性的时序图；
[0056]图4更详细地示出图3的图的一部分；
[0057]图5更详细地示出图3的图的一部分；
[0058]图6示出几个选择的发动机的连续参数值和SCR系统特性的时序图；
[0059]图7更详细地示出图6的图的一部分。
【具体实施方式】
[0060]在下文中，将结合附图，描述本发明的各个方面以示例而不是限定本发明，其中，相同的标记表示相同的元件，以及本发明方面的变形不限于具体示出的实施例，而是可应用于本发明的其他变形。
[0061]图1示意性地示出柴油机2，特别是用于重型卡车或公共汽车等的废气后处理系统I的示例性布局。所示的具体废气后处理系统I包括减少颗粒物的水平的特定过滤器4。还必须减少来自发动机2的NOx排放来符合监管排放标准，为此原因，沿废气管6安装SCR催化剂5。选择性催化还原是在催化剂的帮助下，将NOx转化成氮(N2)和水(H20)的手段。通过还原剂喷射器9，将还原剂，通常是尿素添加到SCR催化剂5的上游的废气流，并且在水解后转化成氨，氨可以被吸收到SCR催化剂5上。SCR催化剂5可以是铁或铜基沸石型，或钒基型。喷射器9的还原剂喷射率的控制可以基于还原剂剂量模型，其可以将不同的参数用作输入信号，诸如由温度传感器10提供的进入SCR催化剂5的废气的温度。第一废气传感器11位于SCR催化剂5的下游，以及第二废气传感器12安装在SCR催化剂5的上游，使得能准确地确定SCR NOx转化效率。在第二废气传感器12不可用的情况下，可以基于发动机和/或废气后处理特性，诸如发动机和燃料喷射设定值、发动机负荷、发动机速度等等，估计SCR催化剂5的上游的NOx水平。
[0062]例如，SCR转化效率能确定为孤立部分，而不是受其他可能影响因素的影响。因此，可以通过下述公式来计算SCR转化效率(
打 SCR).打 SCE (Qupstream—nox ^downstream nox^ IQupstream nox °
[0063]或者，能考虑到其他外部的影响因素，诸如还原剂喷射水平，确定SCR转化效率。当确定SCR转化效率时考虑还原剂喷射水平具有提供用于退出诱因的有效工具的优点。由于过多NOx排放，开始形成降低最大允许速度或发动机扭矩降低的诱因通常会出现。在驾驶员干预SCR系统的结果，诸如用水稀释还原剂导致的过多NOx排放的情况下，那么，根据本发明的自测试通过检验考虑还原剂喷射水平的SCR转化效率是否高于法定设定限制，导致退出诱因。通过下述等式可以计算也称为还原剂效率的考虑还原剂喷射水平( SCR-reductant
)的SCR转化效率:
打 SCR-reductant(Qupstream—nox Qdownstream—nox) I (Qreductant/
^-NOxT oEe due t ant )，其中，Qupstream_nox表示以克/秒的，SCR入口的NOx水平流量，Qdownstream nox表示以克/秒的，在SCR出口的NOx水平流量，Qreductant表示克/秒的还原剂流量，以及K
NOxToEeductant
表示对预定还原剂水平，量化的物理最大NOx转化，并且可以通过发动机控制功能提供。Q表不以克/秒的流量。
[0064]在车辆SCR系统的维护和修理期间，维修店的技术人员从发动机管理系统找到有效和无效错误消息或诊断故障代码，由此，这些错误消息可以指示SCR系统中的不同错误类型，诸如不良NOx转化等等。目前，对维修店的技术人员来说，找出针对所述错误消息的根本原因非常耗时且困难，并且来自NOx传感器的NOx值会不合理地出现。此外，维修后的检验通常要求具有满负荷车辆的试驾来检验高温操作期间的正确操作。由于时间限制，这些检验通常都留给顾客来完成，由此增加了返修和顾客不满的风险。
[0065]根据本发明的方法通过提供自动NOx传感器测试和SCR转化测试来解决这一问题。自诊断方法在提供有关SCR系统的功能性的诊断自测试结果的一个或多个不同诊断序列，Sp S2和S3中，控制所需发动机输出NOx、发动机后处理加热、发动机速度和尿素剂量。该方法被配置成通过多个预定步骤，至少估计读取高和低NOx水平的NOx传感器的能力和精度。可选地，该方法可以被配置成还估计在定量还原剂，诸如尿素的同时，由SCR系统实现足够高的SCR转化效率。该自诊断方法还被配置成在整个自诊断方法中，通过外部显示工具，实时地连续并且以教学的方式，向修理技术人员呈现过程、系统状态、原因和效果以及测试结果。
[0066]根据本发明的方法能够在停放的车辆上，例如，在替换SCR系统组件后，实现NOx传感器的有效、快速和准确的故障跟踪、NOx传感器的检验和SCR转化功能性。不再需要满负荷车辆的试驾，以及在将车辆返还给顾客前，能执行检验，使得降低返修的风险。此外，根据本发明的方法能够通过显示工具，实现SCR系统和NOx传感器的基本功能性的技术人员和用户的教育。最后，根据本发明的方法提供用于激发由SCR系统的不适当操作引起的诱因的有效工具。
[0067]在图2中示意性地示出自诊断方法的不同状态，以及在下文中，结合图3、图4和图5，公开了根据本发明的方法的第一实施例。在时间TO的自诊断开始处，自诊断方法处于包括检查是否满足多个预定允许条件，诸如所应用的停车制动、发动机起动、齿轮空档、足够的还原剂料位等等的第一状态Stl。当满足所有预定允许条件时，自诊断方法进入第二状态St2，包括加热SCR系统。可以例如通过发动机后处理加热，即，将未燃烧的碳氢化合物喷射到特定过滤器4上游的废气中，施加发动机负荷，诸如发动机制动，使发动机速度20增加到超出1200rpm等等，执行加热。因此，SCR系统温度21快速地增加，如图3所示。优选地持续加热阶段直到SCR催化剂氨储存水平基本上低于所述SCR催化剂5的当前最大氨储存容量为止，因此，氨储存水平估计模型通常可用于该目的。很显然，在加热阶段期间，优选地完全停止还原剂喷射以便更快地获得空的SCR催化剂缓冲。在与所述废气传感器11、12有关的废气温度已经超出预定温度水平后，首先通过该方法激活废气传感器11、12，以便避免由于低温激活而导致的传感器损坏的风险。当如例如由温度传感器10测量的所述SCR系统的废气温度超出预定温度水平，诸如高于400°C时，自诊断方法进入第三阶段St3。
[0068]第三阶段St3的特征在于在高NOx输出发动机操作状态下操作发动机2。在第三阶段St3中，也没有还原剂喷射。例如，通过适当设定燃料喷射定时、高发动机速度和可选地应用发动机负荷，可以获得高发动机NOx输出水平。
[0069]在此所述的根据本发明的自诊断方法包括三个不同的诊断序列SpS2、S3。第一诊断序列S1包括第三状态St3和第四状态St4下的发动机操作。第四状态St4的特征在于低NOx输出发动机操作状态，以及无还原剂喷射。控制发动机来交替地在第三状态St3，即高NOx输出发动机操作状态和第四状态St4,即低NOx输出发动机操作状态下操作。控制发动机在这些状态St3，ST4之间至少切换一次，以及当发动机2在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作时,记录废气传感器11，12的输出信号。
[0070]图3中的时间T1表示当满足所有预定允许条件并且自诊断方法进入第二状态St2时的时间。在时间T2，在达到预定温度水平时，激活废气传感器。然后，在时间T3,自诊断方法进入第三状态St3，涉及在高NOx输出发动机操作状态下操作，并且在时间T4,切换到涉及在低NOx输出发动机操作状态下的操作的第四状态。如图3清楚地所公开的，第一和第二废气传感器11，12的NOx水平输出信号22，23将在进入第四状态St4时减小，由此，设置在SCR催化剂5的上游的第二废气传感器12的NOx水平输出信号22将由于设置在SCR催化剂5的下游的第一废气传感器11的NOx水平输出信号23前的某些时间的NOx排放的减少而降低，由此说明延迟D。在时间T5，发动机速度20已经稳定在新的较低水平并且第一和第二废气传感器11，12的NOx水平输出信号22，23收敛作为稳定废气状态的标志。
[0071]废气传感器11，12优选地是还能测量废气中的氧气浓度的类型。在图3中，包括废气传感器11，12的所测量的氧水平输出信号24，25。废气中的氧浓度的知识允许发动机管理系统更好地控制空气/燃料混合，因为氧浓度是进入气缸的空气/燃料混合物的拉姆达(λ)值的指示。
[0072]如图3所示，废气中的氧浓度在从第三状态St3进入第四状态St4时增加。在图4中，更详细地示出了从第三状态St3到第四状态St4，然后再回到第三状态St3的转变，其中，示出了废气传感器11，12所测量的NOx水平输出信号22，23和氧水平输出信号24，25，包括在发动机瞬态条件时的内部延迟D。为诊断废气传感器11，12的NOx测量性能，当发动机2在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作时，废气传感器11，12的NOx水平输出信号22，23两者均被记录，然后，NOx水平输出信号差26被计算并且与预定阈值进行比较。此外，检验在稳定的废气条件下，NOx水平输出信号22，23是否落在由下和上阈值27，28限定的窗口内。类似地，为诊断废气传感器11，12的氧浓度测量性能，当发动机2在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作时，废气传感器11，12的氧浓度输出信号24，25两者均被记录,然后，计算氧浓度水平输出信号差39并且与预定阈值进行比较。还检验处于稳定废气条件的氧水平输出信号24，25是否落在由下和上阈值29，30限定的窗口内。在回到第三状态St3时，执行NOx水平输出信号22，23和氧水平输出信号24，25的类似诊断。然后，为增加有关诊断结果的鲁棒性，可以重复第三和第四状态St3，St4之间的转变预定的次数。在图3中，示出了四次转变。
[0073]在根据本发明的方法的第一实施例中，在第一诊断序列S1后，是结束该自诊断方法的第二诊断序列S2。这对应于从第三状态St3转变到第五状态St5。在包括第五状态St5的第二诊断序列S2中，控制发动机速度以便增加到高水平发动机速度。此后，切断到发动机2的燃料供给并且至少在某一延迟31后，记录来自废气传感器11，12的输出信号。在切断燃料供给后，通过燃烧活塞，处于高发动机速度的发动机的惯性力矩将空气泵送进入废气系统中。所泵送的空气导致在废气传感器11，12位置处的废气系统内非常低的NOx水平和非常高的氧浓度水平，由此通过废气传感器，便于诊断非常低的NOx排放水平测量性能，以及非常高的氧浓度水平测量性能。在图3中，控制发动机速度在时间T6增加，并且在时间T7切断燃料，在此之后，由于内部摩擦，发动机减速直到在时间T8，发动机将要停止，由此结束自诊断方法。在停止发动机后，NOx水平输出信号22，23下降到零，以及氧水平输出信号24，25同时增加到最大输出值。
[0074]第二诊断序列S2主要针对诊断废气传感器11，12测量非常低NOx排放水平和非常高氧浓度水平的能力。例如，如图5所示，可以记录在燃料供给切断的时间点T7后的某一时间段31的NOx水平输出信号22，23和氧水平输出信号24，25，并且可以检验两个NOx水平输出信号22，23是否小于阈值32，以及两个氧浓度水平输出信号24，25是否高于阈值
33。在图5中，检验时的氧浓度水平输出信号24，25已经达到最大值。随后基于所记录的传感器输出，诊断废气传感器11，12的NOx测量性能和氧浓度测量性能。
[0075]优选地在第二诊断序列S2前执行第一诊断序列Sp其中切断燃料喷射使得在第二诊断序列结束时，发动机将自动停止的测试顺序具有允许自诊断方法自然和有效终止的优点。
[0076]在下文中，将结合图2、图6和图7，公开根据本发明的方法的第二实施例。其中，除第一实施例的废气传感器测试外，将SCR NOx转化效率测试包括在自诊断方法中。根据第二实施例，如在第一实施例中，自诊断方法执行第一和第二状态Stl，St2。此后，自测进入第一诊断序列S1，在此包括第三和第四状态St3，St4下的操作。此后，在时间T9,自测启动包括第六状态Ste下的操作的第三诊断序列s3。第六状态St6的特征在于使发动机操作维持在高NOx输出发动机操作状态，以及维持高SCR系统温度，但另外起动还原剂的喷射。SCR催化剂5的上游的还原剂喷射将导致SCR催化剂5下游的显著降低的NOx排放水平，以及来自第一和第二废气传感器11，12的NOx水平输出信号将因此开始发散。可以基于发散的NOx水平输出信号22，23，以及还可以基于当前还原剂喷射水平，计算NOx转化效率34。在记录NOx水平输出信号22，23后，在启动还原剂喷射前和具有稳定废气条件的还原剂喷射期间两者，以及第一废气传感器11的输出信号23的随后检验，以及所计算的NOx转化效率34，在时间Tltl,自测返回到第三状态St3。然后，为增加有关诊断结果的鲁棒性，可以重复多次第三和第六状态St3，St6之间的转变。在图6中，示出了四次转变。
[0077]在图7中，更详细地示出了从第三状态St3到第六状态St6，然后再回到第三状态St3的转变，其中，示出了第一废气传感器11所测量的NOx水平输出信号22、还原剂喷射水平39和NOx转化效率34。为诊断SCR系统的NOx转化效率性能，在还原剂喷射状态和无还原剂喷射状态两者中，记录第一和第二废气传感器11，12的NOx水平输出信号22，23。很显然，第二废气传感器12的NOx水平输出信号22不受还原剂喷射的影响，因为第二废气传感器12位于SCR催化剂5和还原剂喷射器9两者的上游。此外，基于第一和第二废气传感器11，12的NOx水平输出信号22，23的测量差，计算NOx转化效率34。或者，如上所述，还能考虑到还原剂喷射水平，确定SCR转化效率34，使得考虑上游NOx水平、下游NOx水平和还原剂喷射水平，计算组合的SCR转化效率34。
[0078]在喷射期间，在稳定的废气条件下记录第一废气传感器11的NOx水平输出信号23，以及检验所记录的NOx水平输出信号23是否低于预定阈值35。类似地，检验在喷射期间，在稳定的废气条件下，所计算的NOx转化效率34是否高于预定阈值38。此外，在返回到其中停止还原剂喷射的第三状态St3后，在稳定的废气条件下，记录第一废气传感器11的NOx输出信号23，并且检验所记录的值是否落在由预定的下和上阈值36、37限定的窗口内。
[0079]在第三诊断序列S3前，有利地执行第一诊断序列S1,因为这允许消除由于错误的废气传感器测量而导致的任何错误的NOx转化测试结果。因此，在NOx转化效率未达到预期水平的情况下，原因能缩小到故障SCR催化剂、还原剂喷射故障或不良还原剂质量等等。优选地在第二诊断序列S2前，执行第三诊断序列S3,因为切断燃料喷射使得在第二诊断序列S2结束时，发动机将自动地停止的测试顺序具有允许自诊断方法的自然和有效终止的优点。
[0080]优选地通过显示屏等等，向技术人员和/或用户显示自诊断方法的结果。可以对不同的SCR系统组成，诸如废气传感器11，12的NOx水平和氧浓度水平测量性能，和/或SCR系统功能性，诸如NOx转化性能，提供有例如红或绿颜色的指示器。可以在某些策略时间点，诸如当发动机2在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作时，记录废气传感器11，12的输出信号22，23。或者，可以连续地记录废气传感器的输出信号。这具有允许实时监控发动机和SCR系统条件的优点，由此为技术人员或用户提供SCR系统和功能性的进一步理解。
[0081]术语“高NOx输出发动机状态”在此视为具有相对高发动机速度的发动机状态，以及该发动机被配置成在停车时，基本上生成最高可能NOx排放水平。术语“低NOx输出发动机状态”在此视为具有相对低发动机速度的发动机状态，以及该发动机被配置成对发动机仍然运转的停放的车辆，基本上生成最低可能NOx排放水平。在此使用的表述“上游NOx水平”和“下游NOx水平”是指分别正好在SCR催化剂的上游或下游，即处于SCR催化剂的入口或出口的NOx水平。上游和下游也可以用于其他表述并且具有对应的含义。
[0082]描述了根据本发明的自诊断方法，包括三个不同的诊断序列S1, S2, S3。然而，自诊断方法可以仅包括第一诊断序列S1，或两个诊断序列S1, S2, S3，或所有三个所公开的诊断序列S1, S2, S3。此外，可以根据特定需要，改变这些诊断序列S1, S2, S3的连续顺序，并且不限于在此所公开的顺序。也可以重复一个或多个诊断序列S1, S2, S3。同时，所公开的状态Stl，St2等等不应当视为约束实现根据本发明的方法，而仅是用于描述基本发明原理的抽象模型。
[0083]权利要求中的参考标记不应当看作限制由权利要求保护的主题的范围，它们的唯一功能是使权利要求更容易理解。
[0084]应该理解，本发明能在各方面改进，完全不背离权利要求的范围。因此，附图及其描述本质上仅看作示例而非限制。
【权利要求】
1.一种用于诊断车辆的选择性催化还原(SCR)系统的自诊断方法，所述车辆包括内燃机(2)，其中，所述SCR系统设置在发动机(2)的下游，其中，该SCR系统包括对氮氧化物(NOx)气体敏感的至少一个废气传感器(11，12)，以及其中，该方法包括第一诊断序列(S1): -确保所述车辆处于静止状态； -控制所述发动机(2)使得在高NOx输出发动机操作状态下和低NOx输出发动机操作状态下操作； -当所述发动机⑵在所述高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态的每一个状态下操作时，记录所述至少一个废气传感器(11，12)的输出信号；以及 -在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器(11，12)的NOx测量性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一诊断序列(S1)包括:控制所述发动机(2)以执行从所述高NOx输出发动机操作状态到所述低NOx输出发动机操作状态、以及从所述低NOx输出发动机操作状态到所述高NOx输出发动机操作状态的至少一次演变，以及在每一所述演变之前和之后，记录来自所述至少一个废气传感器(11，12)的所述输出信号。
3.根据任一在前权利要求所述的方法，包括第二诊断序列(S2): -使发动机速度增加到高水平发动机速度； -在所述高水平发动机速度时，切断对所述发动机(2)的燃料供给，并且在燃料供给切断后的至少某一时间段内，记录来自所述至少一个废气传感器(11，12)的所述输出信号；以及 -在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器(11，12)的NOx测量性能。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述第二诊断序列(S2)前，执行所述第一诊断序列(S1)。
5.根据任一在前权利要求所述的方法，其中，所述SCR系统包括SCR催化剂(5)和还原剂喷射器(9)，其中，所述至少一个废气传感器(11)设置在所述SCR催化剂(5)的下游，以及其中，所述方法包括第三诊断序列(S3): -控制所述还原剂喷射器(9)使得在无还原剂喷射状态和还原剂喷射状态下操作； -当所述还原剂喷射器(9)在所述无还原剂喷射状态和所述还原剂喷射状态的每一个状态下操作时，记录来自所述至少一个废气传感器(11)的输出信号；以及 -在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述SCR催化剂(5)的NOx转化效率(34)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第三诊断序列(S3)包括重复所述无还原剂喷射状态和所述还原剂喷射状态之间的至少一次转变，并且至少在所重复的转变的每一个的之前和之后，记录来自所述至少一个废气传感器(11)的所述输出信号。
7.根据在前权利要求5或6所述的方法，其中，在所述第三诊断序列(S3)前，执行所述第一诊断序列(S1)。
8.根据权利要求3或4和权利要求5-7的任何一个所述的方法，其中，在所述第二诊断序列(S2)前，执行所述第三诊断序列(S3)。
9.根据任一在前权利要求所述的方法，其中，所述至少一个废气传感器(11，12)还对氧敏感，使得所述至少一个废气传感器(11，12)能测量废气的氧浓度，用于确定进入气缸的空气/燃料混合物的拉姆达(λ)值，其中，所述方法进一步包括在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器(11，12)的氧测量性能。
10.根据任一在前权利要求所述的方法，其中，所述SCR系统包括SCR催化剂(5)和至少两个废气传感器(11，12)，其中，所述至少两个废气传感器中的第一废气传感器(11)设置在所述SCR催化剂(5)的下游，并且所述至少两个废气传感器中的第二废气传感器(12)设置在所述SCR催化剂(5)的上游，其中，所述第一废气传感器和第二废气传感器(11，12)两者对NOx气体敏感，其中，该第一诊断序列(S1)包括步骤: -当所述发动机⑵在所述高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态的每一个状态下操作时，记录所述第一废气传感器和第二废气传感器(11，12)的每一个的输出信号；以及 -在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述第一废气传感器和第二废气传感器(11，12)的NOx测量性能。
11.根据任一在前权利要求所述的方法，进一步包括初始步骤:控制所述SCR系统的废气温度超出预定温度水平。
12.根据任一在前权利要求所述的方法，其中，所述SCR系统包括SCR催化剂(5)和还原剂喷射器(9)，其中，所述至少一个废气传感器(11)设置在所述SCR催化剂(5)的下游，其中，所述方法进一步包括初始步骤:控制所述还原剂喷射被停止以及SCR催化剂氨储存水平基本上低于所述SCR催化剂(5)的当前最大氨储存容量。
13.根据任一在前权利要求所述的方法，进一步包括步骤:在与所述至少一个废气传感器(11，12)有关的废气温度超出预定温度水平后，首先记录来自所述至少一个废气传感器(11, 12)的输出O
14.一种计算机程序，包括程序代码装置，用于当在计算机上运行所述程序时，执行权利要求1-13的任何一个的所有步骤。
15.一种计算机程序产品，包括存储在计算机可读介质上的程序代码装置，用于当在计算机上运行所述程序产品时，执行权利要求1-13的任何一个的所有步骤。
16.一种计算机系统，用于实现用于诊断车辆的选择性催化还原(SCR)系统的方法，所述车辆包括内燃机(2)，其中，所述SCR系统设置在发动机(2)的下游，其中，该SCR系统包括对氮氧化物(NOx)气体敏感的至少一个废气传感器(11，12)，该计算机系统包括可执行下述操作的处理器: -确保所述车辆处于静止状态； -控制所述发动机⑵以在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作； -当该发动机(2)在所述高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态的每一个状态下操作时，记录所述至少一个废气传感器(11，12)的输出信号；以及 -在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器(11，12)的NOx测量性能。
17.一种用于诊断车辆的选择性催化还原(SCR)系统的自诊断方法，所述车辆包括内燃机，其中，所述SCR系统设置在发动机的下游，其中，该SCR系统包括对氮氧化物(NOx)气体敏感的至少一个废气传感器，以及其中，该方法包括第一诊断序列: -确保所述车辆处于静止状态； -控制所述发动机以在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作； -当该发动机在所述闻NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态的每一个状态下操作时，记录所述至少一个废气传感器的输出信号；以及 -在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器的NOx测量性能。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一诊断序列包括:控制所述发动机以执行从所述高NOx输出发动机操作状态到所述低NOx输出发动机操作状态、以及从所述低NOx输出发动机操作状态到所述高NOx输出发动机操作状态的至少一次演变，以及，在每一所述演变之前和之后，记录来自所述至少一个废气传感器的所述输出信号。
19.根据权利要求17所述的方法，包括第二诊断序列: -使发动机速度增加到高水平发动机速度； -在所述高水平发动机速度时，切断对所述发动机的燃料供给，并且在燃料供给切断后的至少某一时间段内，记录来自所述至少一个废气传感器的所述输出信号；以及 -在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器的NOx测量性能。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，在所述第二诊断序列前，执行所述第一诊断序列。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述SCR系统包括SCR催化剂和还原剂喷射器，其中，所述至少一个废气传感器设置在所述SCR催化剂的下游，以及其中，所述方法包括第三诊断序列: -控制所述还原剂喷射器使得在无还原剂喷射状态和还原剂喷射状态下操作； -当所述还原剂喷射器在所述无还原剂喷射状态和所述还原剂喷射状态的每一个状态下操作时，记录来自所述至少一个废气传感器的输出信号；以及 -在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述SCR催化剂的NOx转化效率。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第三诊断序列包括:重复所述无还原剂喷射状态和所述还原剂喷射状态之间的至少一次转变，并且至少在所重复的转变的每一个的之前和之后，记录来自所述至少一个废气传感器的所述输出信号。
23.根据在前权利要求21或22所述的方法，其中，在所述第三诊断序列前，执行所述第一诊断序列。
24.根据权利要求19和权利要求21所述的方法，其中，在所述第二诊断序列前，执行所述第三诊断序列。
25.根据权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个废气传感器还对氧敏感，使得所述至少一个废气传感器能测量废气的氧浓度，用于确定进入气缸的空气/燃料混合物的拉姆达(λ)值，其中，所述方法进一步包括在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器的氧测量性能。
26.根据权利要求17所述的方法，其中，所述SCR系统包括SCR催化剂和至少两个废气传感器，其中，所述至少两个废气传感器中的第一废气传感器设置在所述SCR催化剂的下游，并且所述至少两个废气传感器中的第二废气传感器设置在所述SCR催化剂的上游，其中，所述第一废气传感器和第二废气传感器两者均对NOx气体敏感，其中，该第一诊断序列包括步骤: -当该发动机在所述闻NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态的每一个状态下操作时，记录所述第一废气传感器和第二废气传感器的每一个的输出信号；以及 -在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述第一废气传感器和第二废气传感器的NOx测量性能。
27.根据权利要求17所述的方法，进一步包括初始步骤:控制所述SCR系统的废气温度超出预定温度水平。
28.根据权利要求17所述的方法，其中，所述SCR系统包括SCR催化剂和还原剂喷射器，其中，所述至少一个废气传感器设置在所述SCR催化剂的下游，其中，所述方法进一步包括初始步骤:控制所述还原剂喷射被停止以及SCR催化剂氨储存水平基本上低于所述SCR催化剂的当前最大氨储存容量。
29.根据权利要求17所述的方法，进一步包括步骤:在与所述至少一个废气传感器有关的废气温度超出预定温度水平后，首先记录来自所述至少一个废气传感器的输出。
30.一种计算机程序，包括程序代码装置，用于当在计算机上运行所述程序时，执行权利要求17的所有步骤。
31.一种计算机程序产品，包括存储在计算机可读介质上的程序代码装置，用于当在计算机上运行所述程序产品时，执行权利要求17的所有步骤。
32.—种计算机系统，用于实现用于诊断车辆的选择性催化还原系统的方法，所述车辆包括内燃机，其中，所述SCR系统设置在发动机的下游，其中，该SCR系统包括对氮氧化物(NOx)气体敏感的至少一个废气传感器，该计算机系统包括可执行下述操作的处理器: -确保所述车辆处于静止状态； -控制所述发动机以在高NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态下操作； -当该发动机在所述闻NOx输出发动机操作状态和低NOx输出发动机操作状态的每一个状态下操作时，记录所述至少一个废气传感器的输出信号；以及 -在所记录的传感器输出的基础上，诊断所述至少一个废气传感器的NOx测量性能。
【文档编号】F01N3/20GK104220711SQ201280072295
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2012年4月10日 优先权日:2012年4月10日
【发明者】亨里克·尼尔松 申请人:沃尔沃拉斯特瓦格纳公司