诊断选择性催化还原催化剂的方法

摘要

本发明涉及一种用于诊断内燃机(2)排气后处理系统(1)的选择性催化还原(SCR)催化剂(5)的方法，其中所述排气后处理系统(1)包括SCR催化剂(5)，布置在所述SCR催化剂(5)上游的还原剂注射器(9)，其用于将还原剂注入废气，和布置在所述SCR催化剂(5)下游的废气传感器(11)，所述废气传感器(11)对离开所述SCR催化剂(5)的废气中存在的氮氧化物(NOx)和氨(NH3)交叉敏感，其中该方法包括以下步骤：‑确保SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂(5)的当前最大NH3存储容量；‑通过所述注射器(9)开始过注射还原剂；‑在通过所述废气传感器(11)记录增加的NOx+NH3排放水平和超过预定阈值的NOx+NH3排放水平时，停止还原剂注射，和当还原注射停止时记录所述废气传感器(11)的输出信号，直到确定最小的或可以忽略的SCR催化剂的NH3存储水平的指示；和‑在所记录的输出信号的基础上计算SCR催化剂的NH3存储容量。

权利要求

1.一种用于诊断内燃机(2)排气后处理系统(1)的选择性催化还原(SCR)催化剂(5)的方法，其中所述排气后处理系统(1)包括SCR催化剂(5)，布置在所述SCR催化剂(5)上游的还原剂注射器(9)，其用于将还原剂注入废气，和布置在所述SCR催化剂(5)下游的废气传感器(11)，所述废气传感器(11)对离开所述SCR催化剂(5)的废气内存在的氮氧化物(NOx)和氨(NH3)交叉敏感，其中所述方法包括如下步骤：-确保SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂(5)的当前最大NH3存储容量；

-通过所述注射器(9)开始过注射还原剂；

-在通过所述废气传感器(11)记录增加的NOx+NH3的排放水平和超过预定阈值的NOx+NH3排放水平时，停止还原剂注射，和当还原注射停止时记录所述废气传感器(11)的输出信号，直到确定最小的或可以忽略的SCR催化剂的NH3存储水平的指示；和-在所述记录的输出信号的基础上，计算SCR催化剂的NH3存储容量，其中通过对评估或记录的已经进入所述SCR催化剂(5)的氮氧化物(NOx)水平和记录的已经从所述SCR催化剂(5)排放的氮氧化物(NOx)水平之间的差进行积分，以计算所述存储容量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于为所述排气后处理系统(1)设置另外的废气传感器(12)，所述另外的废气传感器(12)被布置在所述还原剂注射器(9)的上游，和被构造为测量进入所述SCR催化剂(5)的废气中存在的NOx水平。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确保所述SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂(5)的当前最大NH3存储容量的步骤是通过如下方式来实现的：降低还原剂注射，直至由所述废气传感器(11)提供的所述SCR催化剂(5)下游NOx水平高于由所述另外的废气传感器(12)提供的所述SCR催化剂(5)上游NOx水平的50％。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确保所述SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂(5)的当前最大NH3存储容量的步骤是通过如下方式来实现的：降低还原剂注射，直至由所述废气传感器(11)提供的所述SCR催化剂(5)下游NOx水平高于由所述另外的废气传感器(12)提供的所述SCR催化剂(5)上游NOx水平的75％。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确保所述SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂(5)的当前最大NH3存储容量的步骤是通过如下方式来实现的：降低还原剂注射，直至由所述废气传感器(11)提供的所述SCR催化剂(5)下游NOx水平高于由所述另外的废气传感器(12)提供的所述SCR催化剂(5)上游NOx水平的90％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确保所述SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂(5)的当前最大NH3存储容量的步骤是通过如下方式来实现的：降低还原剂的注射，直到所述废气传感器(11)的输出信号的变化率下降到低于预定的第二阈值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于将还原剂注射降低到零。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在关于到达所述SCR催化剂(5)的NOx排放的稳态点处通过启动发动机运行来启动所述方法步骤的序列，和保持所述发动机稳态点运行，直到所述废气传感器(11)的所述输出信号的记录结束。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于在稳态点启动发动机运行后，另外等待预定的时间段，以使得可稳定废气性质和排气后处理系统。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过所述注射器(9)开始过注射还原剂之前，或至少在记录增加的NOx+NH3排放水平和超过预定阈值的NOx+NH3排放水平时停止还原剂注射之前，在所述SCR催化剂(5)入口处提供等温废气条件。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，和所述排气后处理系统(1)相关的控制单元(8)被配置为通过还原剂配量模型控制还原剂注射，和通过由所述还原剂配量模型提供的剂量率乘以溢流系数来确定与所述过注射对应的还原剂剂量率。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当SNOx_输出>SNOx_最小×K时，记录增加的NOx+NH3排放水平和超过预定阈值的NOx+NH3排放水平，其中SNOx_输出表示所述废气传感器(11)当前的输出信号，SNOx_最小表示所述记录过程中记录的更新的最小废气传感器输出信号，和K表示预定的乘法因子。

13.根据权利要求2至5中的任一项所述的方法，其特征在于，

当所述废气传感器(11)测量的NOx水平已达到所述另外的废气传感器(12)测量的NOx水平的预定的百分比水平时；或在所述废气传感器(11)测量的NOx水平已达到所述另外的废气传感器(12)测量的NOx水平的特定百分比水平后，已经通过预定时间段时，确定最小的或可以忽略的NH3存储水平的指示。

14.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其特征在于，当所述废气传感器(11)输出信号的变化率已降至低于第三预定阈值时，确定最小的或可以忽略的NH3存储水平的指示。

15.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其特征在于，SCR催化剂的NH3存储容量的所述计算基于，对由所述废气传感器(11)测量记录的NOx水平和与所述记录结束时由所述废气传感器(11)测量记录的NOx水平相对应的恒定值之间的差进行积分。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，从所述记录的开始到结束，进行所述积分。

17.根据权利要求2至5中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述记录所述废气传感器(11)的输出信号的同时，还记录所述另外的废气传感器(12)的输出信号。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，SCR催化剂的NH3存储容量的所述计算是基于，对所述废气传感器(11)测量记录的NOx水平与由所述另外的废气传感器(12)测量记录的NOx水平之间的差，进行积分。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，从所述记录的开始到结束，进行所述积分。

20.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其特征在于，SCR催化剂的NH3存储容量的所述计算还基于所述记录过程中废气的质量或体积流速，进入所述SCR催化剂(5)的废气的NO/NO2比率，和所述SCR催化剂(5)的预期的NH3-NO/NO2反应模型，和SCR催化剂的废气温度。

21.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其特征在于，通过在不同的等温条件下重复诊断所述SCR催化剂(5)的方法步骤序列，以获得改进的对所述SCR催化剂(5)的诊断。

22.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述SCR催化剂和NH3泄漏催化剂(7)共同形成单一单元，其中氨泄漏催化剂(7)被配置为除去离开SCR催化剂(5)的未反应氨，其中所述废气传感器(11)被布置于所述氨泄漏催化剂(7)的下游。

23.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其特征在于，比较所述计算的SCR催化剂的NH3存储容量与先前计算的SCR催化剂的NH3存储容量，或其它类型的有关SCR催化剂的NH3存储容量的参照数据。

说明书

诊断选择性催化还原催化剂的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种诊断内燃机排气后处理系统的选择性催化还原(SCR)催化剂方法，其中所述排气后处理系统包括SCR催化剂，布置在SCR催化剂上游的还原剂注射器，其用于将还原剂注入废气，和布置在SCR催化剂下游的废气传感器，其中所述传感器对离开所述SCR催化剂的废气中存在的氮氧化物(NOx)和氨(NH3)交叉敏感。

[0002] 本发明例如适用于具有SCR催化剂的车辆，例如工业建筑机械领域内的工作机，特别是轮式装载机和铰接式拖车，以及其它车辆，例如包括被构造为使用柴油机或类似燃料类型的压缩点火发动机提供动力的卡车或公共汽车。

背景技术

[0003] 汽车市场目前的监管条件已经导致改进燃油经济性和降低目前车辆的排放量的需求日益增加。这些监管条件必须与消费者对车辆高性能和快速响应的需求相平衡。

[0004] 柴油机对化石能源具有高的效率且是一种最佳的转换器。NOx排放浓度取决于局部氧原子浓度和局部温度。然而所述高效仅在升高的燃烧温度下是可行的，此时高水平的NOx是不可避免的。此外，通过内部方式(空气/燃料比)抑制NOx生成会导致微粒增加的趋势，这被称为NOx微粒交换。此外，柴油机废气中过量的氧防止了还原NOx的化学计量三效催化剂(3-way-catalyst)技术的使用，该技术在过去的80年中用于汽油发动机汽车。

[0005] 减少柴油机废气中的氮氧化物(NO和NO2，称为NOx)和微粒物质(PM)，已成为环境保护和节约有限的化石能源供应观念的一个非常重要的问题。

[0006] 配备柴油或其它稀燃发动机的车辆提供了燃料经济性增加的优点，然而，由于废气中的氧含量高，通过常规手段在这样的系统中催化还原NOx排放物是困难的。在这方面，已知其中通过将还原剂活性注入进入催化剂的废气混合物中而不断地去除NOx的选择性催化还原(SCR)催化剂，可以实现高NOx转化效率。基于尿素的SCR催化剂使用气态氨作为活性NOx还原剂。通常，将尿素水溶液载在车辆上，且注射系统用来将其供给到进入SCR催化剂的废气流中，在其中分解成氢氰酸(NHCO)和氨气(NH3)，然后它被用来转化NOx。

[0007] 然而，在这样的系统中，必须非常精确地控制尿素注射水平。低注射(Under-injection)尿素可能导致次优的NOx转化，而过注射(over-injection)可能导致排气管氨泄漏。在一个典型的尿素基SCR催化剂体系中，尿素注射量与废气NOx浓度成比例，这表示在最大NOx转化率和最小氨泄漏之间的平衡。

[0008] 在SCR催化剂中存在吸附氨的情况下，改进SCR催化剂的NOx转化效率，其中吸附氨的水平表示SCR催化剂的储氨水平。通过在SCR催化剂中的氨缓冲物(buffer)，在稳态条件下改进NOx的转化效率。此外，当还原剂注射可能未准确地跟上瞬态NOx排放水平时，通过氨缓冲物在瞬态条件期间显著地改进NOx转化效率。在这种情况下，在SCR催化剂中吸附的氨保证了充分地连续地将NOx还原到符合监管的排放水平。然而，在特定的操作条件下例如高温度如果太多的氨存储在催化剂中，则催化剂中一些存储氨可能从催化剂中解吸和泄漏或被氧化成NOx，且由此减小NOx的整体转化效率。

[0009] 为了有效地和有规律地实现降低NOx排放的目的，需要确定SCR催化剂的性能和状态，特别是SCR催化剂的NH3存储容量。

[0010] 文献US 2010/0326051显示了一种操作和诊断方法，其中可以计算存储在SCR催化转化器中的总的氨转化量。然而该诊断方法受到在SCR转化器的实际存储容量方面精度相对较低的影响。

[0011] 因此，需要一种消除上述弊端的用于诊断SCR催化剂的改进方法。

发明内容

[0012] 本发明的一个目的是提供一种用于诊断SCR催化剂的创造性方法，其中至少在一定程度上避免前面提到的问题。通过如下的方法来实现这个目的：

[0013] 一种用于诊断内燃机(2)排气后处理系统(1)的选择性催化还原(SCR)催化剂(5)的方法，其中所述排气后处理系统(1)包括SCR催化剂(5)，布置在所述SCR催化剂(5)上游的还原剂注射器(9)，其用于将还原剂注入废气，和布置在所述SCR催化剂(5)下游的废气传感器(11)，所述废气传感器(11)对离开所述SCR催化剂(5)的废气内存在的氮氧化物(NOx)和氨(NH3)交叉敏感，其中所述方法包括如下步骤：

[0014] -确保SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂(5)的当前最大NH3存储容量；

[0015] -通过所述注射器(9)开始过注射还原剂；

[0016] -在通过所述废气传感器(11)记录增加的NOx+NH3的排放水平和超过预定阈值的NOx+NH3排放水平时，停止还原剂注射，和当还原注射停止时记录所述废气传感器(11)的输出信号，直到确定最小的或可以忽略的SCR催化剂的NH3存储水平的指示；和

[0017] -在所述记录的输出信号的基础上，计算SCR催化剂的NH3存储容量，其中通过对评估或记录的已经进入所述SCR催化剂(5)的氮氧化物(NOx)水平和记录的已经从所述SCR催化剂(5)排放的氮氧化物(NOx)水平之间的差进行积分，以计算所述存储容量。

[0018] 本申请公开的技术内容还包含本发明的有利方面，进一步的发展和变体。

[0019] 本发明涉及一种诊断内燃机排气后处理系统的选择性催化还原(SCR)催化剂方法，其中所述排气后处理系统包括SCR催化剂，布置在SCR催化剂上游的还原剂注射器，其用于将还原剂注入废气，和布置在SCR催化剂下游的废气传感器，所述传感器对离开所述SCR催化剂的废气中存在的氮氧化物(NOx)和氨(NH3)交叉敏感(cross-sensitive)。

[0020] 本发明的方法包括以下步骤：

[0021] 确保SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂当前的最大NH3存储容量；

[0022] 通过所述注射器开始过注射还原剂；

[0023] 在通过所述废气传感器记录增加的NOx+NH3排放水平和超过预定阈值的NOx+NH3排放水平时，停止还原剂注射，和当还原注射停止时记录所述废气传感器的输出信号，直到确定最小的或可以忽略的NH3存储水平的指示；和

[0024] 在所记录的输出信号的基础上计算SCR催化剂的NH3存储容量。

[0025] 本发明的方法提供了计算SCR催化剂NH3存储容量的改进的准确性，这是因为所述废气传感器开始记录输出信号时氨泄漏的水平非常小，因此将只会在最小程度上影响计算的NH3存储容量值。这个很小水平的氨泄漏可以通过本发明方法通过仔细准备的记录而检测到，即确保储存氨水平较低，且随后开始过注射还原剂。本发明方法的一个重要方面是氨泄漏的早期检测，氨泄漏是在SCR催化剂的氨存储达到高水平时发生的。在SCR催化剂下游安装一个另外的氨传感器以检测氨泄漏是已知的，但另外的氨传感器导致更高的成本，具有更高故障风险的更复杂的系统。根据本发明，氨泄漏的早期检测是通过连续监测废气传感器输出信号来完成的。因此不要求另外的氨传感器。当储氨水平足够高时过注射还原剂会导致氨泄漏，但由于SCR催化剂中最初的低氨存储水平，因此可以确定，废气传感器的初始输出信号仅与NOx排放水平相对应，并且没有氨泄漏影响所述NOx排放水平。已知废气传感器的输出信号仅与NOx排放相关，可以得出，废气传感器输出信号的任何增加都必然是由氨泄漏导致的，其基于进入SCR催化剂的恒定的NOx排放水平和恒定废气温度。因此，可以建立一个非常早的氨泄漏检测，不需专门的氨传感器，从而促进高准确性地计算SCR催化剂的NH3存储容量。

[0026] 另外，利用最小的或可以忽略的NH3存储水平作为结束记录废气传感器输出信号的标准的指示，进一步提高了NH3存储容量计算的精度。氨存储容量的计算是基于SCR催化剂中所有氨已被转化这样的假设，即零NH3存储水平。显然，如果SCR催化剂仍存在有一些氨的吸附量，则计算的NH3存储容量将受到一定程度影响。取决于SCR催化剂类型、操作温度等，完全清空SCR催化剂的氨可能需要比较长的时间。从而建立了NH3存储容量计算准确性和执行实施所需时间之间的一个平衡。从上文清楚地得出，最小的或可以忽略的NH3存储水平的指示将提供SCR催化剂的NH3存储容量的高度精确的计算。

[0027] 准确知道SCR催化剂的NH3存储容量，不仅能更优化地控制还原剂剂量水平，而且也可得出SCR催化剂的状态的指示。如前所述，SCR催化剂的高NH3存储容量可在更大程度上提高NOx排放物瞬态转化水平。当检测到具有相对较小NH3容量的SCR催化剂时，这可能表明需要对SCR催化剂更换或修复。

[0028] 该方法还可包括如下的步骤：为所述排气后处理系统设置另外的废气传感器，所述废气传感器被布置在所述还原剂注射器的上游，所述另外的废气传感器被构造为测量进入所述SCR催化剂的废气中存在的NOx水平。通过在SCR催化剂上游和下游设置对NOx敏感的传感器，可以直接确定转化效率，因此便于改进和简化还原剂注射水平的控制，以及对NOx排放物转化效率的连续监测。在没有另外的废气传感器的情况下，进入SCR催化剂的废气的NOx排放水平可以例如基于还原剂注射停止后离开SCR催化剂的废气中稳定的NOx排放水平来进行估计，在这种条件下可以假设为，进入SCR催化剂的废气的NOx排放水平等于离开SCR催化剂的废气的NOx排放水平。

[0029] 确保所述SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂的当前最大NH3存储容量的步骤，可以通过如下方式来实现：减少还原剂的注射，直至由所述废气传感器提供的所述SCR催化剂下游NOx水平高于由所述另外的废气传感器提供的所述SCR催化剂上游NOx水平的50％，特别是高于75％，更特别是高于90％。在基于现代SCR催化剂的废气后处理系统正常运行期间，NOx转化效率基本上高于70％。因此，所述SCR催化剂下游NOx水平通常基本上低于所述SCR催化剂上游NOx水平的30％。

[0030] 因此，当所述SCR催化剂下游NOx水平高于所述SCR催化剂上游NOx水平的50％时，这是SCR催化剂NH3存储水平被耗尽的一个强烈指示，这是因为，否则SCR催化剂中剩余氨会保证下游NOx水平的显着降低。

[0031] 可选地，确保所述SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂的当前最大NH3存储容量的步骤，可以通过如下方式来实现：降低还原剂的注射，直到所述废气传感器输出信号的变化率下降到低于预定的第二阈值。在降低还原剂注射到足够程度的情况下，SCR催化剂中存储的氨将最终被转化，且SCR催化剂下游的NOx水平将开始增加，这是因为未为有效NOx转化提供充足的氨。所述废气传感器的输出信号变化率因此将随着增加的NOx水平而开始增加。SCR催化剂下游的NOx水平最终将稳定下来，和所述废气传感器输出信号的变化率将会又减小，最终低于所述预定的第二阈值。

[0032] 所述方法还可以包括如下步骤：在到达所述SCR催化剂的NOx排放的稳态点处通过启动发动机运行来启动所述方法步骤的序列，和保持所述发动机稳态点运行，直到所述废气传感器的所述输出信号的记录结束。SCR催化剂上游恒定的NOx水平，允许下游使用单一废气传感器，并支持稳定废气温度的保持。

[0033] 该方法还可以包括如下的步骤：在稳态点启动发动机运行后，另外等待预定的时间段，以使得可稳定废气性质和排气后处理系统。

[0034] 该方法还可包括如下的步骤：在开始所述过注射还原剂之前，或至少在记录所述增加的NOx+NH3排放水平和超过预定阈值的NOx+NH3排放水平时停止还原剂注射之前，在所述SCR催化剂入口处提供等温废气条件。SCR催化剂氨存储容量通常在很大程度上依赖于SCR催化剂的温度，且所述SCR催化剂入口处的等温废气条件从而支持稳定的SCR催化剂温度，由此可以对于特定的温度水平确定准确的SCR催化剂的诊断。

[0035] 与排气后处理系统相关的控制单元可以被配置为通过还原剂配量模型控制还原剂注射，和可通过由所述还原剂配量模型提供的剂量率乘以溢流系数来确定与所述过注射对应的还原剂剂量率。还原剂用量模型通常提供所述剂量率，其被认为可以使SCR催化剂的NOx转化效率最高。在所述剂量率乘以溢流系数例如2.0时，实现还原剂用量水平的增加。如果溢流系数太高，则未反应的液体还原剂可能在废气管积累，如果溢流系数太低，则氨泄漏催化剂可以有足够的能力以将离开SCR催化剂的全部氨泄漏转化，从而安装在组合SCR催化剂和氨泄漏催化剂下游的废气传感器将检测不到氨泄漏。

[0036] 可在SNOx_输出>SNOx_最小×K时，记录增加的NOx+NH3排放水平和超过预定阈值的NOx+NH3排放水平，其中SNOx_输出表示所述废气传感器当前的输出信号，SNOx_最小表示所述记录过程中记录的更新的最小废气传感器输出信号，和K表示预定的乘法因子。这种确定氨泄漏起始的方法提供了对开始氨泄漏的快速和可靠的鉴定。通过不断更新最小废气传感器输出信号(SNOx_最小)，在还原剂过注射开始时允许下游的NOx值开始下降，且不需要预定的量化阈值。

[0037] 可以当所述废气传感器测量的NOx水平已经达到一个预定的百分比水平，例如所述另外的废气传感器测量的NOx水平的80％，或可选地，在所述废气传感器测量的NOx水平已经达到特定的百分比水平，例如所述另外的废气传感器测量的NOx水平的80％后，已经通过预定时间段时，确定最小的或可以忽略的NH3存储水平的指示。所计算的SCR催化剂氨存储容量的准确性随记录时间增加，但由于下游的NOx水平在一定程度上渐进地接近上游的NOx水平，因此上游和下游的NOx水平的差对最终计算出的存储容量变得越来越可以忽略。因此需要结束记录NOx水平的标准，且优选将其设定为在不使诊断方法耗时过长的情况下提供准确的结果。很大程度取决于SCR催化剂温度和类型，所述方法步骤的单一序列通常可需要大约1至10分钟，且包括几个在不同SCR催化剂温度下进行的NH3存储容量计算的完整诊断，可通常需要大约10到30分钟。

[0038] 当所述废气传感器输出信号的变化率已下降至低于预定的第三阈值时，可确定最小的或可以忽略的NH3存储水平的指示。在停止或减少还原剂注射的情况下，SCR催化剂中任何存储氨都将最终被转化，且SCR催化剂下游的NOx水平将开始增加，这是因为未为有效NOx转化提供充足的氨。所述废气传感器的输出信号的变化率将因此开始增加。SCR催化剂下游的NOx水平最终将稳定下来，且所述废气传感器的输出信号的变化率又将减小。当还原剂注射完全停止时，SCR催化剂下游的NOx水平将稳定在对应于SCR催化剂上游的NOx水平的水平。

[0039] 所述SCR催化剂的NH3存储容量的所述计算基于，对优选从所述记录的开始到结束，由所述废气传感器测量记录的NOx水平和与所述记录结束时由所述废气传感器测量记录的NOx水平相对应的恒定值之间的差进行积分。在所述记录过程中，停止还原剂注射，且因为所述过注射引起的氨泄漏很早被检测到，如上面提到的，基本上为零的氨泄漏将包括在所述记录中。由此清楚地得出，废气传感器的输出信号完全仅对应NOx排放水平，而并非由于任何氨泄漏。此外，通过高准确度地评估所述记录过程中的NOx转化量，可以得出SCR催化剂中的氨存储量水平。为了最好的准确性，应使用完整的记录，即从开始到结束。可以通过SCR催化剂上游和下游之间的NOx水平差，得出所述记录过程中NOx的转化量。然而，当没有上游NOx水平的信息可用时，基本上稳定的下游NOx水平可代表上游的NOx水平。

[0040] 该方法还可包括如下的步骤：在所述记录所述废气传感器的输出信号的同时，还记录所述另外的废气传感器的输出信号。因此，所述SCR催化剂的NH3存储容量的计算可基于，对所述废气传感器测量记录的NOx水平和所述另外的废气传感器测量记录的NOx水平之间的差进行积分。根据这种构造，因此不需要对上游的NOx水平进行任何评估，正如前面所讨论的。

[0041] 所述SCR催化剂的NH3存储容量的计算优选还基于所述记录过程中废气的质量或体积流速，进入所述SCR催化剂的废气的NO/NO2比率，和所述SCR催化剂的预期的NH3-NO/NO2反应模型，和SCR催化剂的废气温度。

[0042] 该方法还可包括如下的步骤：在不同的等温条件下重复诊断所述SCR催化剂的方法步骤序列，以获得改进的对所述SCR催化剂的诊断。

[0043] 所述SCR催化剂可以和NH3泄漏催化剂共同形成单一单元。所述氨泄漏催化剂那么将被配置为将离开SCR催化剂的未反应氨消除至特定水平。所述废气传感器然后被布置于所述单元的下游，即，所述氨泄漏催化剂的下游。

[0044] 该方法还可包括如下的步骤：比较所述计算的SCR催化剂的NH3存储容量与先前计算的SCR催化剂的NH3存储容量，或涉及SCR催化剂的NH3存储容量的其它类型的参照数据。

附图说明

[0045] 在下文给出的本发明的详细描述中，参照以下附图，其中：

[0046] 图1示意性显示连接有排气后处理系统的发动机；

[0047] 图2显示本发明诊断的主要方法步骤；

[0048] 图3显示所述废气传感器和另外的废气传感器的输出信号以及还原剂注射水平的示意图。

具体实施方式

[0049] 在下文中将结合附图来描述本发明的多个方面，提供所述附图以示例本发明而不旨在限制本发明，其中相同的名称表示相同的元件，和所述方面的变体不受限于所具体显示的方面，而是也适用于本发明的其它变体。

[0050] 图1示意性显示柴油发动机2的排气后处理系统1的一种示例性设计，其特别是用于重型卡车或公共汽车等。所示特定的排气后处理系统1包括单元13，单元13包含柴油机氧化催化剂3和减少一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和微粒物质水平的微粒过滤器4。来自发动机2的NOx排放物也必须降低到符合监管的排放标准，且因此沿废气管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转化为氮气(N2)和水(H2O)的一种方法。将还原剂，通常为尿素，通过注射器9添加到SCR催化剂5上游的废气流中，并通过水解转化成氨，该氨被吸附在SCR催化剂5上。SCR催化剂5可以是铁或铜基的沸石型的，或钒基类型的。将氨泄漏催化剂7安装在SCR催化剂5下游，且与SCR催化剂5共同形成单一单元14，其在现有技术中是公知的。与排气后处理系统1关联的控制单元8可被构造为通过还原剂配量模型控制SCR催化剂5上游的注射器9处的还原剂注射，其可以使用不同的参数作为输入信号，例如温度传感器10提供的进入SCR催化剂5的废气的温度。可选地，SCR催化剂的每侧上都可以设置温度传感器，且可以将这两个传感器的平均值提供给控制单元8。位于SCR催化剂5下游的废气传感器11被设置为主要检测废气中的NOx排放水平。然而，废气传感器11还对氨交叉敏感。
另外的废气传感器12优选被安装在SCR催化剂5的上游，从而可以准确地确定SCR转化效率。

[0051] 用于诊断排气后处理系统1的SCR催化剂5的本发明方法主要涉及获得和定期监测售后服务期间SCR催化剂的氨存储容量。SCR催化剂的氨存储容量给出了SCR催化剂5响应排气后处理系统1瞬态变化的能力的一种指标，所述变化可以是废气温度的变化，或废气中NOx排放水平的变化。由于SCR催化剂5吸附的氨含量，高的氨存储容量补偿任何不当或次优的还原剂注射水平，特别是在所述瞬态条件下情况如此。低氨存储容量导致低水平的吸附氨含量，从而可能不能达到监管排放标准。

[0052] 不能直接测量SCR氨存储容量，且对氨存储容量的评估的获得通常需要安装在SCR催化剂5下游的专用的氨传感器，这是因为标准的可用的NOx传感器对NOx和NH3都交叉敏感，使得难以或不可能得出SCR催化剂5下游的废气的NOx水平的任何精确结论。

[0053] 本发明的目的是基于废气传感器11的输出信号为准确评估氨存储容量提供可靠的方法，而不需要专用氨气传感器。可选地，本发明的方法也可依赖另外的废气传感器12的输出信号。另外的废气传感器12优选地是常规的NOx传感器，且和下游废气传感器11的类型相同。另外的废气传感器12被配置为测量进入所述SCR催化剂5的废气中存在的NOx的水平。另外的废气传感器12被安装在还原剂注射器9的上游以避免还原剂注射的氨影响NOx的测量。

[0054] 下文将结合图2公开诊断排气后处理系统1的SCR催化剂5的本发明方法。该方法可以从如下的第一步骤21开始：确保SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂5的当前最大NH3存储容量。第一步骤21用于确保SCR催化剂下游的任何氨泄漏，如果存在的话，则停止。随后的步骤包括还原剂过注射和早期识别氨泄漏的开始，由于这个原因，因此终止任何氨泄漏是至关重要的。同样重要的是，SCR催化剂的氨存储水平从当前最大NH3存储容量减少到特定程度，否则在还原剂过注射开始时就可能直接发生氨泄漏，使氨泄漏的早期识别没那么准确和可靠。

[0055] 在包括另外的废气传感器12的排气后处理系统1中，第一步骤21可以通过如下方式来实现：降低还原剂的注射，直到废气传感器11提供的NOx水平已经上升到高于例如另外的废气传感器12提供的NOx水平的50％的水平。这样高的下游NOx水平通常不会在发动机2和排气后处理系统1的正常操作中发生，因为SCR催化剂5的转化效率通常较高。然而，由于降低的还原剂注射速率，SCR催化剂中存储的氨最终将被耗尽。因此，NOx转化效率将降低且SCR催化剂5下游的NOx水平将增加，接近SCR催化剂5上游的NOx水平。当然可以选择其它的阈值水平以确定SCR催化剂的如下的NH3存储水平，其充分地低于所述SCR催化剂5的当前最大NH3存储容量，例如废气传感器11提供的NOx水平已经增加到如下的水平，其高于由另外的废气传感器12提供的NOx水平的例如75％，或特定地高于90％。

[0056] 如果所述排气后处理系统1不能依靠SCR催化剂5上游的另外的废气传感器12的输出信号，则第一步骤21可通过操作发动机2在如下情况下实现：降低还原剂注射速率，直到所述废气传感器11的输出信号的变化率下降到低于预定的第二阈值。在降低还原剂注射速率的情况下，废气传感器11提供的NOx水平最初将可能由于SCR催化剂5中存储的氨而不受影响，尽管减小还原剂注射速率，但所存储的氨将支持高效的NOx转化。所述变化率将因此可能在最初保持较低或为零。但是在特定时间后，当存储的氨的水平越来越小时，NOx转化效率降低，废气传感器11提供的NOx值因此开始增加，从而导致所述输出信号的变化率增加。取决于还原剂注射水平，废气传感器11提供的NOx水平最终将稳定在特定的水平，且所述变化率将下降到非常低的水平，或甚至是零。在变化率的所述降低过程中，最终会达到所述预定的第二阈值，并且所述系统会实现如下的SCR催化剂NH3存储水平，其充分地低于所述SCR催化剂5的当前最大NH3存储容量。根据有一种可选方案，第一步骤21可以通过如下方式来实现：降低还原剂注射速率，直到所述废气传感器11的输出信号的变化率增加到高于预定的第四阈值，如上文所述的，所述变化率起因于SCR催化剂5中几乎耗尽的氨存储水平。

[0057] 上述对于确定充分地降低NH3存储水平所述的所有可选方案依赖于一些类型的肯定性指示。然而，即使这样的肯定性指示可以是优选的，但确定充分地降低的SCR存储水平的其它方法也是可行的，例如，仅在进入降低的还原剂注射速率模式后等待预定的时间段，推定氨储水平因此降低，而不对此进行验证。

[0058] 清楚起见，通过如上所述降低还原剂注射速率，还原剂剂量率与如下参数相比而下降：被应用到特定的发动机装置的正常剂量率，估计或测量的废气NOx水平、废气温度和还原剂用量模型所基于的类似参数。可以根据具体情况选择还原剂剂量率。还原剂剂量率甚至可降低为零，即完全停止还原注射。例如，如果剂量模型不能被配置为用于在诊断过程中使用特定的发动机装置，则可选地，还原剂减少的注射也可由特别选择燃油注射装置提供，从而产生升高的NOx排放，但不会相应地增加还原剂剂量率，从而人为保证，在特定时间段后所述NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂5的当前最大NH3存储容量。

[0059] 当确保SCR催化剂的NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂的当前最大NH3存储容量后，根据本发明方法的第二步骤22，开始通过所述注射器9启动还原剂过注射。还原剂过注射在此处是指，将还原剂剂量率设定为充分地高于正常剂量率，正如先前定义的。例如，与正常的还原剂的剂量率相比，所述还原剂剂量率可加倍。乘法因子，也被称为溢出系数，可以有利地应用于所述常规剂量率，以计算在过注射阶段期间使用的增加的剂量率。在此处将剂量率定义为每单位时间注射的还原剂的体积。

[0060] 通过废气传感器11记录增加的NOx+NH3废气水平和超过了预定阈值的NOx+NH3废气水平，进入所述方法的第三步骤23。正如前面所讨论的，开始还原剂过注射时，NOx排放水平最初可能会降低，或最初可能会保持基本稳定。对开始氨泄漏的识别因此需要满足两个标准，即增加的NOx+NH3排放水平，以及超过预定阈值的NOx+NH3废气水平。单独第二个标准，即超过预定阈值的NOx+NH3排放水平，可能是不充分的，因为NOx+NH3排放水平可能由于起始的高NOx排放水平而首先会超过所述预定阈值。然而，第三步的目的是检测NH3泄漏的开始。因为这个原因，还需要增加的NOx+NH3排放水平的标准以防止最初的高NOx水平被误解为NH3泄漏。术语“NOx+NH3排放水平”此处是指废气传感器11提供的总的NOx和NH3排放水平，因为所述传感器对NOx和NH3二者交叉敏感。

[0061] 所述增加的NOx+NH3排放水平和超过了预定阈值的NOx+NH3排放水平，例如可以在满足下面的标准时进行记录：SNOx_输出>SNOx_最小×K，其中SNOx_输出表示所述废气传感器11当前的输出信号，即对应于存在的总的NOx和NH3排放水平，SNOx_最小表示所述记录过程中记录的更新的最小废气传感器输出信号，和K表示预定的乘法因子。所述乘法因子可以是常数值，例如在3至10的范围内。可选地，所述乘法因子可根据当前的NOx水平而变化，例如另外的废气传感器12测量的上游NOx的X％，或恰好在所述第二步骤22的还原剂过注射开始之前废气传感器11测量的下游NOx的Y％。X或Y例如可以在1％-5％范围内，优选约2％。记录开始时，为SNOx_最小给定当前测量的SNOx_输出的值。然后在记录过程中，只要SNOx_输出的值比SNOx_最小值低，就为SNOx_最小给定当前测量的SNOx_输出的值。这种步骤保证，在所述记录过程中记录的最小废气传感器输出信号的情况下，不断地更新SNOx_最小。

[0062] 由于所述方法的第三步骤23，还原剂注射完全停止，开始记录所述废气传感器11的输出信号，所述记录将持续到确定最小的或可以忽略的NH3存储水平的指示。可以例如使用1Hz采样频率进行所述记录，输出信号的记录值存储在数字存储介质中。在下文将更详细讨论的本方法第四步骤中，计算SCR催化剂5的NH3存储容量，以及计算的容量的精度取决于SCR催化剂5中存储氨的消耗水平。SCR催化剂越高的氨消耗水平导致氨容量的计算准确度越高。但是，主要由于时间上的限制，所述记录可能必须在到达完全耗尽SCR催化剂氨含量之前终止。

[0063] 当确定最小的或可以忽略的NH3存储水平的指示时，将因此停止根据本发明的记录。可以用许多不同的方式确定该指示，并可例如在如下情况下确定：此时所述废气传感器11测量的NOx水平已达到所述另外的废气传感器12测量的NOx水平的预定的百分比水平，例如80％。根据一种可选方案，可以在所述废气传感器11测量的NOx水平已经达到特定的百分比水平，例如所述另外的废气传感器12测量的NOx水平的80％之后，已经通过预定时间段时，确定所述指示。根据又一可选方案，其可用于所述方法不能依赖于所述另外的废气传感器12输出信号时，当所述废气传感器11的输出信号的变化率已经下降至低于预定的第三阈值时，可以确定所述指示。此处，所述变化速率最初为零，或至少非常低，其原因在于SCR催化剂内吸附的氨，但当氨存储水平下降时，下游的NOx水平将增加，且废气传感器11的输出信号变化率将因此也将增加，直到下游NOx水平稳定且变化率减小，并最终下降至低于预定的第三阈值。

[0064] 在已经停止记录后，进入所述方法的第四步骤24，其中基于所记录的输出信号计算SCR催化剂的NH3存储容量。其理念是，计算已进入SCR催化剂5和与其中储存的氨反应的NOx的量，然后得出关于SCR催化剂5可用的存储的氨的水平的结论。由于随氨泄漏检测开始所述记录，因此假定SCR催化剂5在记录开始完全被充满。此外，通过对已经进入SCR催化剂5的NOx水平和已经从SCR催化剂5排放的NOx水平之间的差进行积分，计算已经进入SCR催化剂5和与所储存氨反应的NOx的量。所述积分优选在停止过注射后直接开始并持续到记录结束。

[0065] 如果不可测量在SCR催化剂5上游的NOx的排放水平，那么就必须评估上游NOx水平来进行所述计算。一种可行性是假设，记录结束时废气传感器11测量记录的NOx水平充分代表SCR催化剂5上游的NOx排放水平，因为假定SCR催化剂5的NOx转化效率在记录结束时已经下降至变化不显著的值。然后可以对废气传感器11测量记录的NOx水平和与记录结束时废气传感器11测量记录的NOx水平相对应的恒定值之间的差进行积分。可选地，如果第一步骤21期间SCR催化剂5的氨含量被基本耗尽，则第一步骤21结束时废气传感器11记录的值可以充分代表接下来记录过程中SCR催化剂5上游的NOx排放水平。

[0066] 当可得到另外的废气传感器12的输出信号时，应在记录废气传感器11的输出信号的同时记录该输出信号。这简化了SCR催化剂氨存储容量的计算，因为该计算可以基于对废气传感器测量记录的NOx水平与另外的废气传感器12测量记录的NOx水平之间的差进行积分。

[0067] 对于计算已经进入SCR催化剂5和与所存储氨反应的NOx量的所有不同可选方案，NH3存储容量的最终计算需要评估大量的参数，例如所述记录过程中废气的质量或体积流速，进入SCR催化剂5的废气的NO/NO2比率，SCR催化剂5的预期的的NH3-NO/NO2反应模型，NH3、NO和NO2的摩尔质量，记录过程中SCR催化剂的废气温度，等。

[0068] 例如，假定只发生快速反应(2NH3+NO+NO2＝>2N2+2H2O)，且上游NOx气体由50％NO2和50％NO组成，那么可以计算NH3(g/l)＝NH3(g)/特定温度下SCR催化剂的体积(升)，其中：

[0069] -NH3(g/l)是指以克/升表示的SCR催化剂的氨存储容量；

[0070] -NH3(g)＝(17/46)*所述记录中的积分(上游NOx水平-下游NOx水平)；

[0071] -NH3：17克/摩尔

[0072] -NO2/NO：46克/摩尔。

[0073] 该方法还可包括在上述第一步骤21之前的准备步骤，所述准备步骤包括在关于到达SCR催化剂5的NOx排放的稳态点处启动发动机操作，并保持所述发动机稳态点运行，直到所述废气传感器5的所述输出信号的所述记录结束。该方法另外可包括如下的步骤：在该制备步骤中的稳态点处启动发动机操作后另外等待预定时间段。这种等待时间被配置为允许在进行第一步骤21之前稳定废气性质和排气后处理系统1。相似地，该方法可另外或可选地包括如下的步骤：在开始所述过注射还原剂之前，或至少在记录所述增加的NOx+NH3排放水平和超过预定阈值的NOx+NH3排放水平时停止还原剂注射之前，在所述SCR催化剂5入口处提供等温废气条件。诊断过程中等温废气条件对于产生氨存储容量的精确计算是重要的。

[0074] 为提供一种改进的对SCR催化剂5的诊断，氨存储容量的计算应在几个不同的SCR催化剂操作温度下进行。该方法因此可包括如下的步骤：重复方法步骤21–24的序列，以诊断不同等温条件下的SCR催化剂。

[0075] 为了跟踪SCR催化剂5随着时间老化和不断劣化的目的，随时间监测SCR催化剂的氨存储容量可以提供对SCR催化剂5良好的和相关的诊断，因此对于后处理系统1在何种程度上符合监管的NOx排放标准也是很好的指示。该方法因此可有利地还包括如下的步骤：比较最后计算的SCR催化剂NH3存储容量与先前计算和储存的SCR催化剂NH3存储容量，从而确定SCR催化剂的劣化等。可选地或另外地，最后计算的SCR催化剂的NH3存储容量可与其它类型的关于SCR催化剂的NH3存储容量的参照数据进行比较，例如典型的SCR催化剂数据，优选考虑SCR催化剂5的相关使用时间。

[0076] 通过图3的示意图进一步示例所述方法的诊断SCR催化剂5上述方法步骤，其中X轴表示时间(t)，左边的Y轴表示另外的废气传感器12提供的上游废气NOx水平和废气传感器11提供的下游的废气NOx+NH3水平，右边的Y轴表示还原剂注射速率。在时间点t0处，还原剂注射速率32被设定在正常注射水平N-注射，其导致优化的SCR转化效率，这基于另外的废气传感器12提供的SCR催化剂上游的当前NOx水平33。同时，废气传感器11测量的SCR催化剂5下游的NOx+NH3排放水平30非常低，可能仅为约百万分之10(ppm)，取决于所述NOx的转化效率，其例如对应于SCR催化剂5上游NOx排放水平33的约3-6％。在这个阶段，在关于SCR催化剂5上游NOx水平33的稳态点操作发动机2，在整个诊断过程中保持这种上游NOx水平33，且在所述SCR催化剂5入口处提供等温废气条件。在此，等温废气条件包括在目标温度周围的特定程度的废气温度的变化，例如+/-5％。

[0077] 没有当前SCR催化剂的NH3存储水平的定量信息，但是所述控制单元使用例如SCR催化剂的存储水平模型而尽力将NH3氨存储水平保持在适当水平。

[0078] 在时间t1处，控制单元8已经指令降低还原剂注射速率，以确保SCR催化剂的NH3存储水平开始接近充分地低于所述SCR催化剂5的当前最大NH3存储容量的值。在时间t1和t2之间，通过所述SCR催化剂5中储存的氨，将下游NOx水平保持在低水平处。在约时间t2处，下游的NOx水平开始增加，这是由于SCR催化剂5的储存的氨水平被几乎耗尽。

[0079] 在时间t3处，保证SCR催化剂NH3存储水平充分地低于所述SCR催化剂5的当前最大NH3存储容量。这在示例性实施方式中在如下情况下实现：此时SCR催化剂5下游的NOx水平30高于SCR催化剂5上游的NOx水平的约90％左右，和所述方法的第二步骤22，其涉及开始用氨装载SCR催化剂5。SCR催化剂5几乎没有储存氨，并且此时从时间t3处通过还原剂过注射进行装载。SCR催化剂5装载是在等温条件下在如下情况下进行的：预定的和暂时的恒定量的废气输入流量，和恒定的氨输入浓度，如通过恒定的还原剂过注射34所显示的，其可被设置到标准注射32的约200％。SCR催化剂5在时间t3和t4之间接收过量水平的氨，且提供的部分氨被存储在SCR催化剂5中。由于还原剂过注射，NOx的转化效率再次提高，且示例的下游NOx水平30下降至接近时间t1检测之前的下游NOx水平30的水平。废气传感器11的输出信号被连续监测以确定SCR催化剂5中氨泄漏的开始。将由于还原剂过注射水平34而发生氨泄漏，这样选择以当SCR催化剂5被充满或至少将近充满氨时，将到达氨泄漏催化剂7的整个氨水平不能被氨泄漏催化剂7转化。在约时间t4处，SCR催化剂5饱和，且记录轻微增加的NOx+NH3排放水平和超过了预定阈值的NOx+NH3排放水平，停止还原剂过注射34，和开始记录废气传感器11和另外的废气传感器12二者的输出信号。

[0080] 由于仔细地准备确定氨泄漏的开始，因此可以在一个非常早期的阶段，例如下降至低于废气传感器11提供的50ppm的输出排放水平，实现所述检测。仅仅是例如，另外的废气传感器12提供的上游的NOx水平33可以是约400ppm，而时间t4之前的下游排放水平30可以仅约为10ppm。这种排放水平在这里被认为是代表SCR催化剂5下游的NOx排放水平，因为仍然没有检测到氨泄漏。当废气传感器11提供的排放水平已经增加至约20ppm时，其中假设10ppm对应于氨泄漏排放水平，检测到开始氨泄漏。从这个实例可清楚地得出，氨泄漏本身会在很小或可以忽略的程度上影响最终计算的氨存储容量。

[0081] 关于时间t5，由于SCR催化剂5的氨储存水平被几乎耗尽，因此下游的NOx水平开始增加。在收到获得最小的或可以忽略的SCR催化剂NH3存储水平的指示的时间t6处，停止记录，因为所述废气传感器测量的NOx水平已达到所述另外的废气传感器11测量的NOx水平的约90％。因此，停止记录，完成第三步骤23，且实施计算SCR催化剂的NH3存储容量的第四步骤。

[0082] 清楚起见，还在图3中示例所述诊断方法的第一、第二和第三步骤21、22、23。

[0083] 术语下游在此处是指SCR催化剂下游的在废气传感器位置处的位置。术语上游在此处是指SCR催化剂上游的位置，如果提供这样的传感器，则更特别地是在另外的废气传感器的位置处。权利要求书中提到的附图标记不应被视为限制由权利要求保护的主题的范围，其唯一的作用是使权利要求更容易理解。将意识到，在都没有背离所附权利要求的范围的情况下，本发明能够在各种显而易见的方面进行改进。因此，附图和其描述应被视为示例性的，而不是限制性的。