СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА СОДЕРЖАЩЕГО АММИАК ВОССТАНОВИТЕЛЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА Российский патент 2015 года по МПК F01N3/20 F01N9/00 F01N11/00 B01D53/94 

Изобретение относится к способу определения качества содержащего аммиак восстановителя, используемого для снижения содержания оксидов азота в системе SCR селективной выборочной нейтрализации двигателя внутреннего сгорания.

Для удаления с каталитической поддержкой оксидов азота (NOx) из отработавших газов двигателя внутреннего сгорания известно добавление к отработавшим газам двигателя внутреннего сгорания водного раствора мочевины в качестве содержащего аммиак (NH₃) восстановителя. В горячих отработавших газах вследствие термолиза и/или гидролиза NH₃ в качестве собственно выборочного восстановителя относительно восстановления оксидов азота высвобождается в так называемом катализаторе SCR выборочной нейтрализации. При этом возникает проблема, заключающаяся в определении дозируемого количества восстановителя, подходящего для желаемого эффекта очистки, причем, кроме того, должна быть предотвращена передозировка, которая может повлечь за собой проскальзывание NH₃. Кроме того, концентрация аммиака или мочевины в восстановителе, естественно, решающим образом влияет на подлежащее установлению дозируемое количество. С целью учета этих влияющих величин уже предлагались различным образом базирующиеся на датчиках методы диагностики для определения определенного концентрацией аммиака или мочевины качества раствора восстановителя, что связано, однако, с соответствующими издержками на аппаратное обеспечение.

Во избежание этих издержек в заявке DE 102007022594 предлагается оценивать качество раствора восстановителя в определенных условиях эксплуатации на основании проскальзывания аммиака, определенного вниз по течению катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации. В целом желательно, однако, поддерживать отдачу токсичных веществ с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания и, таким образом, также проскальзывание аммиака на предельно малой величине.

По этой причине задачей изобретения является указание способа, с помощью которого с незначительными издержками на аппаратуру и при существенном предотвращении вредных выбросов могут быть с максимально высокой надежностью получены суждения в отношении, в частности, пониженного качества раствора восстановителя, используемого для снижения содержания оксидов азота.

Эта задача решается с помощью способа с признаками п.1.

При соответствующем изобретению способе определения качества используемого для снижения содержания оксидов азота в системе SCR селективной выборочной нейтрализации, содержащего аммиак раствора восстановителя, осуществляют управление дозатором для выдачи заранее задаваемых заданных дозируемых количеств раствора восстановителя в отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания и с помощью расположенного вниз по течению катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации системы SCR очистки отработавших газов датчика оксидов азота с поперечной чувствительностью к аммиаку определяется коррелируемая, по меньшей мере, с коэффициентом полезного действия катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации величина коэффициента полезного действия, которая сравнивается с заранее задаваемым граничным значением. При этом на первом этапе способа в нормальном режиме дозирования предусмотрены первое дозируемое количество и первое граничное значение.

В случае установления путем сравнения величины коэффициента полезного действия, которая не соответствует надлежащему функционированию системы SCR очистки отработавших газов, нормальный режим прерывают и в ходе второго этапа способа заменяют на диагностический режим, в котором для первого промежутка времени предусмотрены увеличенное по сравнению с первым заданное дозируемое количество и второе граничное значение. Если после истечения первого промежутка времени констатируют задаваемое отклонение величины коэффициента полезного действия от второго граничного значения, то в ходе третьего этапа способа кондиционирование катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации выполняют таким образом, что накопленное в катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации количество аммиака оказывается ниже задаваемого граничного значения накопленного количества. В последующем, в режиме адаптации в качестве четвертого этапа способа для заранее задаваемого второго промежутка времени предусмотрены третье заданное дозируемое количество и третье граничное значение, причем в случае констатации после истечения второго промежутка времени задаваемого отклонения величины коэффициента полезного действия от третьего граничного значения выдается диагностическое заключение о дефектном качестве раствора восстановителя.

В качестве восстановителя в первую очередь рассматривают мочевину, карбамат аммония, формиат аммония и/или аналогичное, способное расщеплять NH₃ вещество, которое присутствует в форме, в частности, водного раствора. Раствор восстановителя может подводиться к отработавшим газам в чистой форме или в качестве аэрозольного тумана с помощью дозатора, расположенного вверх по течению катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации в соответствующей линии отработавших газов системы SCR очистки отработавших газов. Дозатор выполнен предпочтительно в форме клапана-дозатора с одним или большим количеством отверстий распылителя. Катализатор SCR селективной выборочной нейтрализации выполнен предпочтительно к качестве тела с сотовой структурой в форме экструдированного цельного катализатора на базе оксида вольфрама или пятиоксида ванадия или в качестве оснащенного покрытием цеолитового катализатора на базе цеолита, содержащего медь или железо. Известно, что катализаторы этих типов могут накапливать аммиак в значительном количестве, причем накопленный аммиак действует как партнер в реакции для уменьшения содержания подводимых с отработавшими газами оксидов азота. В последующем при упоминании аммиака, накопленного в катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации, говорят также об уровне заполнения аммиаком. Предпочтительно в качестве уровня заполнения аммиаком рассматривают относительную величину, которая указывает накопленное количество аммиака применительно к максимальному количеству аммиака, который может быть накоплен в фактических условиях.

С помощью расположенного вниз по течению катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации датчика оксидов азота, чувствительного в отношении оксидов азота и аммиака, определяют величину коэффициента полезного действия, по меньше мере коррелируемую с коэффициентом полезного действия катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации. На основании в основном и предпочтительно текущего или производимого с повторением через непродолжительные интервалы времени сравнения определенных величин коэффициента полезного действия с задаваемым граничным значением, в нормальном режиме дозирования специально с одним задаваемым первым граничным значением, достигается возможность контроля функции системы SCR очистки отработавших газов и, в частности, катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации. При этом величина коэффициента полезного действия является предпочтительно коэффициентом полезного действия в отношении способности расщепления оксидов азота катализатором SCR селективной выборочной нейтрализации или выражает себя посредством значения сигнала датчика оксидов азота. Далее, с помощью датчика оксидов азота возможно контролирование основополагающего для конверсии оксидов азота уровня заполнения аммиаком катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации и привлечения его в качестве величины коэффициента полезного действия. В нормальном режиме дозирования дозируемое количество восстановителя непрерывно согласуют таким образом, что величина коэффициента полезного действия лежит внутри заданного диапазона значений. Недостаточная конверсия оксидов азота или количественно недостаточное дозирование восстановителя могут распознаваться, например, на основании повышения концентрации оксидов азота и по мере надобности корректироваться путем согласования дозируемого количества. Уменьшенная способность накопления аммиака катализатором SCR селективной выборочной нейтрализации или передозировка может быть распознана на основании повышения концентрации аммиака и при необходимости также корректироваться посредством согласования дозирующего количества.

Если определенная величина коэффициента полезного действия лежит внутри заданного диапазона в пределах заданного значении, то можно заключить о надлежащем функционировании системы SCR очистки отработавших газов и в целом нет повода для прерывания или отключения нормального режима дозирования. Если, однако, в ходе сравнения, в частности, в результате превышения первого граничного значения, определяется нарушение функции системы SCR очистки отработавших газов, то это рассматривается в качестве неисправности, которая анализируется в дальнейшем в соответствии с изобретением. В случае распознанной датчиком оксидов азота концентрации в качестве величины коэффициента полезного действия первое граничное значение лежит предпочтительно в диапазоне между 5 частями на миллион и 50 частями на миллион для оксидов азота или аммиака.

В соответствии с изобретением в случае констатации нарушения функции устройства SCR очистки отработавших газов нормальный режим дозирования прерывают и заменяют его на диагностический режим, в котором для первого интервала времени предусмотрены повышенное относительно первого заданного дозируемого количества второе заданное дозируемое количество и второе граничное значение. При этом второе граничное значение задают предпочтительно в зависимости от повышения заданного дозируемого количества. Тем самым оценивается прохождение сигнала датчика оксидов азота как реакция на повышенное заданное дозируемое количество и на основании оценки, не позднее истечения первого интервала времени, принимают решение о том, нуждается ли выявленная до этого неисправность в дальнейшем диагнозе. В соответствии с изобретением, если после истечения первого интервала времени констатируется задаваемое отклонение определенной величины коэффициента полезного действия от второго граничного значения, включают или осуществляют этап способа для кондиционирования катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации. На этом этапе кондиционирования посредством пригодного дозирования восстановителя и/или пригодного содержания оксидов азота достигается, что накопленное в катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации количество аммиака ниже задаваемого граничного значения накопленного количества. Последнее значение выбрано предпочтительно таким образом, что с достаточной надежностью может быть предотвращено проскальзывание восстановителя или аммиака. Таким образом в результате этого уменьшается вызванное при известных условиях предшествующей передозировкой повышенное накопленное количество аммиака в катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации и достигается точно определенное состояние катализатора.

В соответствии с изобретением после этапа кондиционирования в качестве следующего этапа способа предусмотрен режим адаптации. В режиме адаптации для задаваемого второго интервала времени предусмотрены третье заданное дозируемое количество и третье граничное значение. Если после истечения второго интервала времени констатируется задаваемое отклонение величины коэффициента полезного действия от третьего граничного значения, то диагностируется безупречное качество раствора восстановителя. Вследствие предшествовавших этапу адаптации этапов способа можно с высокой вероятностью исключить иные источники ошибок в качестве причины первоначально выявленной неисправности и на основании отклонения величины коэффициента полезного действия от третьего граничного значения можно сделать весьма надежное заключение об ошибочном и, в частности, пониженном качестве раствора восстановителя.

В исполнении изобретения блок управления с по меньше мере частично описывающей систему SCR очистки отработавших газов математической моделью предусмотрен таким образом, что может быть определено заданное дозируемое количество, с которой задаваемые значения или диапазоны значений для количества аммиака, накопленного в катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации, или для коэффициента полезного действия для конверсии оксидов азота катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации могут регулироваться или выставляться посредством управления и, далее, могут определяться граничные значения для величин коэффициента полезного действия исправно действующей системы SCR очистки отработавших газов. В частности, для нормального режима дозирования осуществляется предпочтительно настройка на смоделированные математической моделью величины уровня заполнения аммиака в катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации. При этом предпочтительно образовавшаяся в результате выставленного дозируемого количества скорость подвода аммиака и смоделированная скорость потребления аммиака вследствие ответной реакции с оксидами азота и кислородов и/или проскальзывания уравновешиваются посредством непрерывно осуществляемой интеграции и дозируемое количество регулируется таким образом, что по меньшей мере приблизительно достигаются желаемый уровень заполнения катализатора аммиаком и, следовательно, желаемый коэффициент полезного действия катализатора. В частности, при уменьшенной в результате высоких температур катализатора способности катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации к накоплению аммиака может быть предусмотрен переход к базирующемся на модели управлению коэффициентом полезного действия для достижения задаваемой математической моделью заданного коэффициента полезного действия катализатора. В каждом случае с помощью произведенного математической моделью связыванию величин измерения фактических эксплуатационных параметров, таких как температура проходящих отработавших газов и т.д. и записанных в память характеристических величин, в частности, катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации обеспечивается возможность определения или назначения граничных значений для величины коэффициента полезного действия исправной системы SCR очистки отработавших газов. Тем самым, с одной стороны, достигается возможность надежного распознавания ошибок и, с другой стороны, улучшенного анализа выявленной ошибки.

Еще в одном варианте реализации способа в диагностическом режиме устанавливается второе заданное дозируемое количество, увеличенное по сравнению с первым заданным дозируемым количеством на коэффициент от 1,1 до 5. Это обеспечивает короткий первый интервал времени и по этой причине, несмотря на передозировку, также незначительную величину эмиссионного показателя возникающего при известных условиях проскальзывания аммиака. Вследствие передозировки аммиака в диагностическом режиме несмотря на поперечную чувствительность расположенного вниз по течению катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации датчика оксидов азота его сигнал может однозначно интерпретироваться.

Еще в одном варианте реализации способа первый интервал времени выбирается в зависимости от второго заданного дозируемого количества таким образом, что дозированное в течение первого интервала времени с раствором восстановителя количество аммиака соответствует количеству аммиака, которое может быть накоплено в существующих условиях в катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации с уменьшенной по границе допуска способностью накопления аммиака. Для определения первого интервала времени сообразно этому исходят из подвергнутого предельному старению катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации с соответственно ухудшенной в результате старения способностью накопления аммиака. По этой причине предложенное в первом интервале времени с восстановителем количество аммиака в любом случае привело бы при недопустимо сильно состарившемся катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации к ощутимому или распознаваемому проскальзыванию аммиака. Вследствие соответствующего изобретению определения первого интервала времени особо надежно предотвращается нежелательный дополнительный выброс токсичных веществ в диагностическом режиме и, с другой стороны, может распознаваться старение катализатора.

Еще в одном варианте реализации способа для кондиционирования устанавливаются уменьшенное по сравнению в первым заданным дозирующим количеством или сниженное до нуля заданное дозирующее количество и/или повышенный по сравнению с нормальным режимом работы двигателя внутреннего сгорания выброс оксидов азота до очистки. Это позволяет добиться особенно быстрого снижения повышенного вследствие предшествующей передозировки аммиака количества накопленного аммиака в катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации. С другой стороны, для катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации достигается определенное состояние загрузки после завершения третьего этапа способа.

Следующее улучшение воспроизводимости в отношении предусмотренного кондиционирования катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации может быть достигнуто в случае, если еще в одном варианте реализации способа условия кондиционирования поддерживались бы до тех пор, пока вследствие ответной реакции оксидов азота, содержащихся в катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации вместе с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания накопленное в катализатор SCR селективной выборочной нейтрализации количество аммиака не уменьшилось бы до величины, лежащей ниже порогового значения, определяющего проскальзывание аммиака.

Еще в одном варианте реализации способа для управляемой или регулируемой настройки дозируемого количества накопившегося в катализаторе SCR селективной выборочной нейтрализации аммиака или коэффициента действия катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации с помощью определенного посредством математической модели дозируемого количества предусмотрена корректирующая дозируемое количество, адаптируемая величина коррекции. Тем самым в соответствии с изобретением предусмотрена возможность выполнения корректировки, непосредственно воздействующей на моделированное дозируемое количество. Тем самым могут компенсироваться мешающие влияния, например, постепенно прогрессирующие эффекты старения или дрейфа. В частности, возможна компенсация мешающих влияний, не учитывающихся математической моделью или учитывающихся ей лишь в незначительной мере. В этой взаимосвязи особо предпочтительно, если еще в одном варианте реализации способа в режиме адаптации производят управляемое определение дозируемого количества для задаваемого заданного коэффициента полезного действия катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации и определение фактического коэффициента полезного действия катализатора SCR селективной выборочной нейтрализации и, далее, определяют величину для величины коррекции, которая необходима или была бы необходима для заранее задаваемого сближения фактического коэффициента полезного действия и заданного коэффициента полезного действия, и после этого диагностируют ошибочное качество раствора восстановителя, если определенная величина коррекции лежит вне задаваемого заданного диапазона. В этом случае адаптация математической модели посредством изменения величины коррекции невозможна или возможна лишь при недопустимых ограничениях. В частности, при изначально недопустимо ухудшенном эффекте катализатора соответственно большое необходимое изменение величины коррекции в совокупности с другими информационными данными, определенными в соответствующем изобретению способе, может быть убедительно объяснено только недопустимым ухудшением качества восстановителя.

Предпочтительные варианты реализации изобретения пояснены на чертежах и описываются ниже. При этом вышеупомянутые и еще подлежащие объяснению в последующем признаки могут использоваться не только в соответственно указанной комбинации признаков, но и также в других комбинациях или по отдельности, не выходя за рамки настоящего изобретения.

При этом чертежи показывают:

Фиг.1 показывает схематическую блок-схему двигателя внутреннего сгорания с подключенной установкой очистки отработавших газов,

Фиг.2а и 2b показывают временную диаграмму для примерных характеристик величин коэффициента полезного действия (фиг.2а) и установленного заданного дозируемого количества восстановителя (фиг.2b).

Фиг.1 показывает в качестве примера схематическую блок-схему выполненного предпочтительно в виде дизельного двигателя 10 внутреннего сгорания с соответствующей системой 21 SCR очистки отработавших газов. Отходящие от двигателя 10 внутреннего сгорания отработавшие газы принимаются выпускным трубопроводом 11 и проходят через катализатор 20 SCR селективной выборочной нейтрализации. На стороне входа катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации расположен температурный датчик 13 для измерения температуры отработавших газов в выпускном трубопроводе 11 и далее, вверх по течению температурного датчика 13 расположен дозатор 14 для выдач и содержащего аммиак восстановителя в выхлопные газы. Предпочтительно используется водный раствор мочевины с установленной концентрацией мочевины около 32 мас.%. Содержащийся в восстановителе аммиак в зависимости от условий эксплуатации и варианты реализации катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации в большем или меньшем количестве накапливается в катализаторе 20 SCR селективной выборочной нейтрализации и там в форме селективной каталитической реакции реагирует с содержащимися в отработавших газах оксидами азота до преобразования и к виду нетоксичных продуктов. Питание дозатора 14 раствором восстановителя осуществляется через линию 22 из не изображенного резервуара. Вверх по течению дозатора 14 и на выходной стороне катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации в выпускном трубопроводе 11 расположены датчики 16 и 17 оксидов азота. В частности, датчик 17 оксидов азота выполнен таким образом, что он способен выдавать сигнал, коррелированный с концентрацией в выхлопных газах как оксида азота, так и аммиака. Датчики 16, 17 оксидов азота, а также температурный датчик 13 соединены с помощью сигнальных линий 18 с блоком 12 управления. Блок 12 управления соединен, далее, с помощью управляющей линии 15 с дозатором 14 и с помощью двунаправленной линии 19 сигнализации с двигателем 10 внутреннего сгорания. За счет управления через управляющую линию 15 дозатор выдает установленное блоком 12 управления дозируемое количество раствора восстановителя. С помощью сигнальной линии 19 блок 12 управления сообщается с двигателем 10 внутреннего сгорания и может, с одной стороны, принимать информационные данные о его эксплуатационных характеристиках, например, выдаваемом крутящем моменте или числе оборотов, и, с другой стороны, по мере потребности регулировать эксплутационные характеристики двигателя 10 внутреннего сгорания. Блок 12 управления оснащен не изображенным блоком расчета и памяти и при обработке принятых сигналов, а также при обращении к записанным в память характеристикам может выполнять комплексные задачи управления и регулирования для эксплуатации двигателя 10 внутреннего сгорания и системы 21 SCR очистки отработавших газов. В частности, предусмотрена описывающая по меньшей мере частично систему 21 SCR отработавших газов математическая модель, с помощью которой эксплуатационные параметры могут распознаваться, обрабатываться и регулироваться или выставляться с управлением.

Понятно, что в выпускном трубопроводе 11 могут быть расположены другие, не обозначенные компоненты. Так, например, в выпускной трубопровод 11 вверх или вниз по течению катализатора 20 селективной выборочной нейтрализации может быть встроен дополнительный окислительный катализатор или пылевой фильтр. Далее, в выпускном трубопроводе 11 могут быть расположены другие датчики для компонентов отработавших газов или эксплуатационных параметров, которые могут соединяться с блоком 12 управления в целях улучшения характеристики управления или регулирования.

В последующем со ссылкой на изображенные на фиг.2а и 2b временные диаграммы более подробно поясняются предпочтительные принципы для осуществления соответствующего изобретению способа. При этом на фиг.2а в качестве примера приведены временные диаграммы величины коэффициента полезного действия системы 21 SCR очистки отработавших газов, а на фиг.2 - параллельная диаграмма заданного дозируемого количества D в том виде, как оно было определено протекающей в блоке 12 управления программой математической модели и для выдачи которого было произведено управление работой дозатора 14.

При этом в интервале времени t₀<t<t₁ протекает нормальный режим дозирования. В этом режиме осуществляется предпочтительно базирующееся на модели регулирование уровня заполнения аммиаком или базирующееся на модели управление коэффициентом полезного действия. При базирующемся на модели регулировании уровня заполнения аммиаком базирующаяся на модели величина для уровня заполнения аммиаком катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации настраивается в системе регулирования с обратной связью до заранее задаваемого заданного значения и определяется необходимое для этого заданное дозируемое количество, для выдачи которого управляют работой дозатора 14. При базирующемся на модели управлении коэффициентом полезного действия осуществляется управление с обратной связью, при котором производят управление работой дозатора 14 для выдачи заданного дозируемого количества D, которое в соответствии с математической моделью необходимо для достижения заранее задаваемого заданного коэффициента полезного действия катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации в отношении его преобразования оксидов азота. В обоих случаях для системы 21 SCR очистки отработавших газов вытекает коэффициент £ полезного действия катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации, который контролируется и диаграмма которого воспроизведена на фиг.2а в качестве примера следом со ссылочным обозначением 30. В настоящем случае коэффициент ε полезного действия катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации рассчитывается на основании определенных из сигналов датчиков 16 и 17 оксидов азота величин К1 и К2 концентрации оксидов азота или концентрации аммиака по формуле:

и рассматривается как определяющий для функции системы 21 SCR очистки отработавших газов. Вместо концентрации оксидов азота, определенной путем технического измерения с помощью датчика 16 оксидов азота, расположенного вверх по течению относительно катализатора 20 селективной выборочной нейтрализации, может использоваться также концентрация оксидов азота, высчитанная из характеристики в соответствии с присутствующими условиями эксплуатации двигателя внутреннего сгорания.

Для оценки системы 21 очистки отработавших газов в отношении ее нормального функционирования определенный коэффициент ε полезного действия сравнивается с заданным коэффициентом ε_soll полезного действия в соответствии с настроенным при базирующемся на модели регулировании уровня заполнения аммиаком или в соответствии с выставленным посредством управления при управлении коэффициентом полезного действия заданным дозируемым количеством D. Примерная диаграмма заданного коэффициента ε_soll полезного действия показана на фиг.2а штриховой линией 33. В этом случае нарушенная функция рассматривается как имеющая место, например, тогда, когда в течение всего или на протяжении большей части длины t₀<t<t₁ интервала определенный коэффициент ε полезного действия отклоняется от заданного коэффициента ε_soll полезного действия более, чем на заранее заданную величину. Предпочтительный критерий оценки определен в соответствии с формулой

причем отклонения между заданным коэффициентом ε_soll полезного действия и коэффициентом ε полезного действия на протяжении длины t₀-t₁ интервала взаимно интегрируются и сравниваются по величине с задаваемым граничным значением δ. Длина интервала определяется при этом предпочтительно на основании задаваемого суммарного значения для выброса оксидов азота двигателя 10 внутреннего сгорания до обработки или суммарного значения для выданной датчиком 16 оксидов азота концентрации оксидов азота или путем определения фиксированного временного интервала. Предпочтительно предусмотрено непрерывное расположение в ряд соответствующих интервалов интеграции и непрерывный, осуществляемый таким образом контроль системы 21 SCR очистки отработавших газов. Если граничное значение δ превышается и, следовательно, не выполняется неравенство (2), то диагностируется нарушение функции. Понятно, что для оценки правильной функции системы 12 очистки отработавших газов могут быть определены также и другие пригодные величины коэффициента полезного действия и/или дополнительные условия, например, для дальнейшего улучшения защиты в статистическом отношении.

В случае констатации ошибочности функции системы 21 SCR очистки отработавших газов предусмотрено прерывание нормального режима дозирования и его замена на диагностический режим, в котором дозатор 14 работает с управлением, обеспечивающим выдачу увеличенного заданного дозируемого количества D по сравнению с нормальным режимом дозирования. Это показано на диаграмме по фиг.2b в виде скачкообразного нарастания заданного дозируемого количества D к моменту t₁ времени. Параллельно к повышению заданного дозируемого количества D определяется новое, второе значение для заданного коэффициента ε_soll полезного действия. Оно показано на диаграмме по фиг.2 в виде обозначенной ссылочным обозначением 34 ветви кривой и в зависимости от дозируемого количества D в диагностическом режиме выбрано отчетливо меньшим, нежели в нормальном режиме дозирования. При установленной типичным образом в диагностическом режиме от 2- до 5-кратной передозировке существующее в результате заданного коэффициента ε_soll полезного действия аналогично формуле (1) представленное граничное значение для величины коэффициента полезного действия является отрицательным. Для условий диагностического режима предусмотрен временной интервал t₁<t<t₂ с задаваемой максимальной длительностью. Эта максимальная длительность выбрана предпочтительно таким образом, что дозированное при этом количество аммиака соответствует по меньшей мере количеству аммиака, которое может быть накоплено в катализаторе 20 SCR селективной выборочной нейтрализации в действующих условиях с уменьшенной на границе допуска способностью накопления аммиака.

В отношении установленного в диагностическом режиме второго граничного значения величины коэффициента полезного действия в качестве реакции на передозировку возможны два различных и взаимоисключающих результата. В первом случае определенная величина коэффициента полезного действия внутри временного интервала t₁<t<t₂ лежит ниже второго граничного значения, во втором случае этот результат не возникает, то есть определенный коэффициент ε полезного действия также и после истечения временного интервала лежит выше второго граничного значения. Для определения следующего способа действия в последующем сначала рассматривается этот второй случай.

Если, как это предположительно имеет место, определенный в диагностическом режиме коэффициент £ полезного действия внутри временного интервала t₁<t<t₂ не меньше второго граничного значения, то следует исходить из того, что управление работой дозатора 14 для выдачи увеличенного заданного дозируемого количества D не привело к ожидавшемуся результату, в соответствии с которым за катализатором 20 SCR селективной выборочной нейтрализации должна быть создана измеримая, соответственно повышенная концентрация аммиака. Вследствие этого уже существует повышенная вероятность того, что соответствующее заранее заданному дозируемому количеству D раствора восстановителя количество аммиака не было подведено к катализатору 20 SCR селективной выборочной нейтрализации, поскольку оно обладает недопустимо уменьшенным содержанием аммиака и, тем самым, недопустимо сниженным качеством. Для верификации этого еще обремененного в данный момент времени неясностями положения дел предпочтительно предусмотрено проведение после истечения временного интервала t₁<t<t₂ по мере надобности кондиционирования катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации. При этом в качестве разобщающего критерия для перехода в фазу кондиционирования предусмотрено по меньшей мере не занижение заданной в фазе диагностики заранее заданного второго граничного значения определенным в соответствии с формулой (2) коэффициентом ε полезного действия. При этом могут быть предусмотрены одно или большее количество дополнительных условий, которые также должны быть выполнены для перехода в фазу кондиционирования. К числу этих условий может быть отнесено, например, наличие задаваемого заданного диапазона температур для катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации.

В фазе кондиционирования условия устанавливаются таким образом, что подведенное на основании расчета к катализатору 20 SCR селективной выборочной нейтрализации в диагностическом режиме и накопленное при этом в нем количество аммиака вследствие реакции с содержащимися в подводимых отработавших газах оксидами азота уменьшается настолько, что достигается занижение заранее задаваемого, в частности, основополагающего для проскальзывания аммиака, граничное значение накопления. Предпочтительно для этого устанавливается уменьшенное по сравнению с первым заданным дозирующим количеством D или уменьшенное до нуля заданное дозируемое количество D и/или повышенный по сравнению с нормальным режимом работы двигателя внутреннего сгорания выброс оксидов азота до обработки. Особо предпочтительным является базирующееся на модели, управляемое по коэффициенту полезного действия дозирование раствора восстановителя, при котором определенное математической моделью заданное дозируемое количество D задают таким образом, что можно ожидать задаваемого заданного коэффициента ε_soll полезного действия катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации. Одновременно предпочтительно режим работы двигателя внутреннего сгорания изменяют таким образом, что происходит повышенный выброс необработанных оксидов азота, что, например, происходить за счет изменения скорости отвода отработавших газов. Предпочтительным является выставление увеличения выброса необработанных оксидов азота на коэффициент от 1,1 до 5 относительно выброса необработанных оксидов азота, возникающего при нормальном режиме работы двигателя внутреннего сгорания. Предпочтительно длительность фазы кондиционирования определяется математической моделью в зависимости от выброса необработанных оксидов азота и выставленного заданного дозируемого количества D таким образом, что являющееся определяющим для проскальзывания аммиака пороговое значение для уровня заполнения аммиаком катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации занижается вследствие реакции накопленного аммиака с подводимым оксидом азота.

После завершения кондиционирования катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации предусмотрен переход в режим адаптации на время длительности задаваемого интервала времени. При входе в режим адаптации выброс повышенного количества оксида азота прекращается в результате возврата к нормальному режиму работы двигателя внутреннего сгорания и предпочтительно осуществляется управляемое по коэффициенту полезного действия дозирование раствора восстановителя. При этом математической моделью задается заданный коэффициент ε_soll полезного действия для работоспособного катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации и дозатор 14 работает с управлением на выдачу заданного дозируемого количества D, которое определено математической моделью как необходимое для этого заданного коэффициента ε_soll полезного действия. Параллельно с этим определяется коэффициент ε полезного действия катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации, предпочтительно на основе оценки формулы (1), и сравнивается с заданным коэффициентом ε_soll полезного действия. В случае отклонения определенного коэффициента ε полезного действия от заданного коэффициента ε_soll полезного действия более чем на заранее задаваемую величину, диагностируется ошибочное, в частности ухудшенное качество раствора восстановителя и выдается соответствующее извещение.

В особо предпочтительном варианте способа для математической модели для управляемой или регулируемой установки заданного дозируемого количества D предусмотрена адаптируемая величина F коррекции, с помощью которой осуществляют мультипликативную или аддитивную корректировку определенного математической моделью заданного дозируемого количества D. Ее определяют предпочтительно в режиме адаптации в соответствии с формулой

или формулой

Таким образом обеспечивается возможность согласования математической модели для компенсации дрейфовых явлений и неточностей, которые невозможно распознать иным образом. Если устанавливается, что величина F коррекции лежит вне заданных границ, то в этом случае диагностируют ошибочное качество раствора восстановителя.

Наряду с определением ошибочного качества раствора восстановителя с помощью соответствующего изобретению способа можно предпочтительным образом получать другие диагностические результаты. Для дальнейшего пояснения еще раз дается ссылка на фиг.2а. То есть, если в диагностическом режиме устанавливают, что коэффициент полезного действия в соответствии с изображенной точками ветвью 32 кривой в течение временного интервала t₀<t<t₁ ниже второго граничного значения для заданного коэффициента ε_soll полезного действия, то можно исходить из того, что в уже предшествовавшем нормальном режиме дозирования была произведена передозировка или катализатор 20 SCR селективной выборочной нейтрализации не смог переработать дозированное количество аммиака. Это можно интерпретировать как вызывающее ошибку повышенное проскальзывание аммиака, которое еще более усиливается при выставленном в диагностическом режиме повышенном заданном дозируемом количестве D. Возможными причинами могут быть действительно недопустимо повышенное дозируемое количество в нормальном режиме дозирования или недопустимое старение катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации с соответственно уменьшенной способностью накопления аммиака.

С целью дальнейшей верификации при занижении заранее задаваемого второго граничного значения предпочтительно предусмотрено незамедлительное прерывание диагностического режима и выполнение кондиционирования катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации в аналогии с описанным выше принципом. Если в последующем, регулируемом по уровню заполнения или управляемом по коэффициенту полезного действия режиме дозирования устанавливают, что величина коэффициента полезного действия в соответствии с заранее заданными условиями недостаточна для исправной системы 21 SCR очистки отработавших газов, в частности, что коэффициент ε полезного действия катализатора опускается ниже заданной заранее соответствующим образом границы, то делают вывод о недопустимом старении катализатора 20 SCR селективной выборочной нейтрализации и выдается соответствующее предупредительное извещение. Если, напротив, граница коэффициента полезного действия достигается или превышается, то катализатор 20 SCR селективной выборочной нейтрализации оценивают как исправный и заменяют в режиме адаптации в аналогии с описанным выше принципом действий. Определенную при этом величину F коррекции для заданного дозируемого количества D принимают предпочтительно из математической модели и последующее дозирование выполняется с использованием актуализированной величины F коррекции.

Изобретение относится к способу определения качества содержащего аммиак восстановителя, используемого для снижения содержания оксидов азота. Способ определения качества содержащего аммиак раствора восстановителя, используемого для снижения содержания оксидов азота в системе (21) SCR очистки отработавших газов, при котором осуществляют управление работой дозатора (14) для выдачи заранее задаваемого заданного дозируемого количества раствора восстановителя в отработавшие газа двигателя внутреннего сгорания. С помощью датчика (17) оксидов азота с поперечной чувствительностью к аммиаку, расположенного вниз по течению катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации системы (21) SCR очистки отработавших газов, определяют и сравнивают с заранее заданным граничным значением по меньше мере коррелируемую с коэффициентом (ε) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации величину коэффициента полезного действия. На первом этапе способа в нормальном режиме дозирования предусмотрены первое заданное дозируемое количество (D) и первое граничное значение. В случае установления путем сравнения величины коэффициента полезного действия, не соответствующей надлежащему функционированию системы (21) SCR очистки отработавших газов, нормальный режим дозирования прерывают и на втором этапе способа заменяют его на диагностический режим, в котором для первого временного интервала предусмотрены увеличенное по сравнению с первым заданным дозируемым количеством (D) второе заданное дозируемое количество (D) и второе граничное значение. В случае установленного после истечения первого временного интервала задаваемого отклонения величины коэффициента полезного действия от второго граничного значения в третьем этапе способа кондиционирование катализатора (20) селективной выборочной нейтрализации производят таким образом, что накопленное в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации количество аммиака лежит ниже задаваемого граничного значения накопленного количества. В режиме адаптации в качестве четвертого этапа способа для задаваемого второго временного интервала предусмотрено третье заданное дозируемое количество (D) и третье граничное значение. В случае установления после истечения второго временного интервала задаваемого отклонения величины коэффициента полезного действия от третьего граничного значения диагностируют ошибочное качество раствора восстановителя. Техническим результатом изобретения является обеспечение точного выявления пониженного качества раствора восстановителя, также предотвращение вредных выбросов. 1 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения качества содержащего аммиак раствора восстановителя, используемого для снижения содержания оксидов азота в системе (21) SCR очистки отработавших газов, при котором осуществляют управление работой дозатора (14) для выдачи заранее задаваемого заданного дозируемого количества раствора восстановителя в отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания, и с помощью датчика (17) оксидов азота с поперечной чувствительностью к аммиаку, расположенного вниз по течению катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации системы (21) SCR очистки отработавших газов, определяют и сравнивают с заранее заданным граничным значением по меньше мере коррелируемую с коэффициентом (ε) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации величину коэффициента полезного действия, причем
- на первом этапе способа в нормальном режиме дозирования предусмотрены первое заданное дозируемое количество (D) и первое граничное значение,
- в случае установления путем сравнения величины коэффициента полезного действия, не соответствующей надлежащему функционированию системы (21) SCR очистки отработавших газов, нормальный режим дозирования прерывают и на втором этапе способа заменяют его на диагностический режим, в котором для первого временного интервала предусмотрены увеличенное по сравнению с первым заданным дозируемым количеством (D) второе заданное дозируемое количество (D) и второе граничное значение,
- в случае установленного после истечения первого временного интервала задаваемого отклонения величины коэффициента полезного действия от второго граничного значения в третьем этапе способа кондиционирование катализатора (20) селективной выборочной нейтрализации производят таким образом, что накопленное в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации количество аммиака лежит ниже задаваемого граничного значения накопленного количества, и
- в режиме адаптации в качестве четвертого этапа способа для задаваемого второго временного интервала предусмотрено третье заданное дозируемое количество (D) и третье граничное значение, причем в случае установления после истечения второго временного интервала задаваемого отклонения величины коэффициента полезного действия от третьего граничного значения диагностируют ошибочное качество раствора восстановителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок (12) управления с математической моделью, по меньшей мере частично описывающей систему (21) SCR очистки отработавших газов, предусмотрен таким образом, что обеспечена возможность определения заданного дозируемого количества (D), при котором заранее задаваемые значения или диапазоны значений для накопленного количества накопленного в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации аммиака или для коэффициента полезного действия для конверсии оксидов азота катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации могут выставляться с регулированием или управлением и, далее, могут быть определены граничные значения для величины коэффициента полезного действия нормально функционирующей системы (21) очистки отработавших газов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в диагностическом режиме выставляют второе заданное дозируемое количество (D), увеличенное по сравнению с первым заданным дозируемым количеством (D) на коэффициент от 1,1 до 5.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в диагностическом режиме выставляют второе заданное дозируемое количество (D), увеличенное по сравнению с первым заданным дозируемым количеством (D) на коэффициент от 1,1 до 5.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый временной интервал выбирают в зависимости от второго заданного дозируемого количества (D) таким образом, что дозированное с раствором восстановителя в течение первого интервала времени количество аммиака соответствует количеству аммиака, который может быть в существующих условиях в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации со сниженной до границы допуска способностью накопления аммиака.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что первый временной интервал выбирают в зависимости от второго заданного дозируемого количества (D) таким образом, что дозированное в течение первого временного интервала с раствором восстановителя количество аммиака соответствует количеству аммиака, который может быть накоплен в существующих условиях в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации с уменьшенной до границы допуска способностью накопления аммиака.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для кондиционирования выставляют сниженное или уменьшенное до нуля по сравнению с первым заданным дозируемым количеством (D) заданное дозируемое количество (D) и/или увеличенный по сравнению с нормальным режимом работы двигателя внутреннего сгорания выброс необработанных оксидов азота.

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что для кондиционирования выставляют сниженное или уменьшенное до нуля по сравнению с первым заданным дозируемым количеством (D) заданное дозируемое количество (D) и/или увеличенный по сравнению с нормальным режимом работы двигателя внутреннего сгорания выброс необработанных оксидов азота.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что для кондиционирования выставляют сниженное или уменьшенное до нуля по сравнению с первым заданным дозируемым количеством (D) заданное дозируемое количество (D) и/или увеличенный по сравнению с нормальным режимом двигателя внутреннего сгорания выброс необработанных оксидов азота.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что для кондиционирования выставляют сниженное или уменьшенное до нуля по сравнению с первым заданным дозируемым количеством (D) дозируемое количество (D) и/или увеличенный по сравнению с нормальным режимом работы двигателя внутреннего сгорания выброс необработанных оксидов азота.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что условия кондиционирования поддерживаются неизменными в течение того времени, пока вследствие ответной реакции оксидов азота, содержащихся в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания накопленное в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации количество аммиака не опустится ниже порогового значения, определяющего проскальзывание аммиака.

12. Способ по п.2, отличающийся тем, что условия кондиционирования поддерживаются неизменными в течение того времени, пока вследствие ответной реакции оксидов азота, содержащихся в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания накопленное в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации количество аммиака не опустится ниже порогового значения, определяющего проскальзывание аммиака.

13. Способ по п.4, отличающийся тем, что условия кондиционирования поддерживаются неизменными до тех пор, пока вследствие ответной реакции содержащихся в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации оксидов азота с содержащимися в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания оксидами азота накопленное в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации количество аммиака не опустится ниже граничного значения, имеющего решающее значение для проскальзывания аммиака.

14. Способ по п.6, отличающийся тем, что условия кондиционирования поддерживаются неизменными в течение того времени, пока вследствие ответной реакции оксидов азота, содержащихся в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания накопленное в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации количество аммиака не опустится ниже порогового значения, определяющего проскальзывание аммиака.

15. Способ по п.2, отличающийся тем, что для управляемого или регулируемого выставления накопленного количества накопленного в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации аммиака или коэффициента (ε) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации посредством определенного математической моделью заданного дозируемого количества (D) предусмотрена адаптируемая величина коррекции, корректирующая заданное дозируемое количество (D).

16. Способ по п.4, отличающийся тем, что для управляемого или регулируемого выставления накопленного количества накопленного в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации аммиака или коэффициента (ε) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации с помощью определенного математической моделью заданного дозируемого количества (D) предусмотрена адаптируемая величина коррекции, корректирующая заданное дозируемое количество (D).

17. Способ по п.6, отличающийся тем, что для управляемого или регулируемого выставления накопленного количества накопленного в катализаторе (20) SCR селективной выборочной нейтрализации аммиака или коэффициента (ε) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации с помощью определенного математической моделью заданного дозируемого количества (D) предусмотрена адаптируемая величина коррекции, корректирующая заданное дозируемое количество (D).

18. Способ по п.15, отличающийся тем, что в режиме адаптации производят управляемое выставление заданного дозируемого количества (D) для задаваемого заданного коэффициента (ε_soll) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации и определяют коэффициент (ε) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации и, далее, определяют величину для величины коррекции, которая необходима или была бы необходима для задаваемого сближения коэффициента (ε) полезного действия с заданным коэффициентом (ε_soll) полезного действия и безошибочное качество раствора восстановителя диагностируют в том случае, если определенная величина коррекции лежит вне заранее задаваемого заданного диапазона.

19. Способ по п.16, отличающийся тем, что в режиме адаптации производят управляемое выставление заданного дозируемого количества (D) для задаваемого заданного коэффициента (ε_soll) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации и определяют коэффициент (ε) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации и, далее, определяют величину для величины коррекции, которая необходима или была бы необходима для задаваемого сближения коэффициента (ε) полезного действия с заданным коэффициентом (ε_soll) полезного действия и безошибочное качество раствора восстановителя диагностируют в том случае, если определенная величина коррекции лежит вне заранее задаваемого заданного диапазона.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что в режиме адаптации производят управляемое выставление заданного дозируемого количества (D) для задаваемого заданного коэффициента (ε_soll) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации и определяют коэффициент (ε) полезного действия катализатора (20) SCR селективной выборочной нейтрализации и, далее, определяют величину для величины коррекции, которая необходима или была бы необходима для задаваемого сближения коэффициента (ε) полезного действия с заданным коэффициентом (ε_soll) полезного действия и безошибочное качество раствора восстановителя диагностируют в том случае, если определенная величина коррекции лежит вне заранее задаваемого заданного диапазона.