CN101818681A - 废气处理诊断系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废气处理诊断系统和方法。一种用于监测柴油发动机废气处理系统的操作的方法和系统，包括配量系统，该配量系统包括用于喷射喷射流体的喷射器和用于增压所述喷射流体的泵。所述系统还包括与所述配量系统联接、产生压力信号的压力传感器。所述系统还包括控制模块，其响应于所述压力信号确定压力误差信号，并响应于此产生故障信号。

Description

废气处理诊断系统和方法

技术领域

本发明涉及车辆排气系统，尤其涉及废气处理系统的诊断操作。

背景技术

这里提供的背景描述是为了总地介绍本公开的背景。当前署名的发明人的工作——以本背景技术部分中所描述的为限——以及在提交时可能不构成现有技术的该描述的各方面，既不明示地也不暗示地被承认为是针对本发明的现有技术。

发动机操作包括产生废气的燃烧。燃烧期间，空气/燃料混合物通过进气门输送至气缸并在其中燃烧。燃烧之后，活塞将气缸中的废气推入排气系统。废气会含有排放物质，例如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。

废气处理系统通常用于降低车辆排放。控制模块监测发动机操作，配量系统有选择地将尿素喷入催化剂上游的废气中。处理后的废气与催化剂反应。发生化学反应，降低了废气中的排放物。更具体地，化学反应将NOx和尿素分解为分离的元素。尿素分解为存储在催化剂表面上的氨。存储在催化剂上的氨与NOx反应导致形成氮气和水。在冷起动期间，废气温度比较低。燃烧期间形成的NOx与以前存储在催化剂表面上的氨反应。结果，亚硝酸铵沉积在催化剂表面上。当催化剂表面上存在氨，并且废气温度低于60摄氏度(60℃)时，形成亚硝酸铵。亚硝酸铵在60℃下稳定。当亚硝酸铵的温度升高超过60℃时，该复合物分解。亚硝酸铵的分解高度放热，并有升高催化剂温度的趋势。

配量系统通常包括尿素供给源和喷射器。应当基于排放水平输送尿素以便有效地处理废气。由于喷射器故障或尿素的不充足供给会引起废气的不充分处理。

发明内容

因此，本公开提供一种用于废气处理系统的诊断系统，所述废气处理系统处理离开内燃机的废气，并且包括将尿素或其它喷射流体喷射进废气以处理废气的配量系统。

在本公开的一方面，一种用于监测发动机废气的废气处理系统的操作的方法，包括：将喷射流体从喷射器喷射进所述废气；其后，产生对应于给定的喷射流率的压力信号；响应于所述压力信号确定压力误差信号；以及响应于所述压力误差信号产生故障信号。

在本公开的另一方面，一种用于监测发动机废气处理系统的操作的系统，包括配量系统，该配量系统包括用于喷射喷射流体的喷射器和用于增压所述喷射流体的泵。所述系统还包括与所述配量系统连通、产生压力信号的压力传感器。所述系统还包括控制模块，其响应于所述压力信号确定压力误差信号，并响应于所述压力误差信号产生故障信号。

从下文提供的描述可清楚其应用性的其它方面。应当理解，其描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。

附图说明

从其详细描述和附图可更加全面地理解本公开，其中：

图1为包括根据本公开的废气处理系统的发动机系统的功能框图，所述废气处理系统具有集成在催化剂中的温度传感器；

图2为图1中控制模块的功能框图；

图3为喷射系统中压力传感器的配料/不配料的压力-时间曲线图；

图4为喷射系统的各种配给量的压力-时间曲线图；

图5为示出由根据本公开的废气处理诊断系统执行的步骤的流程图；

图6为示出由根据可选实施例的废气处理诊断系统执行的步骤的流程图；

图7为示出由根据再一可选实施例的废气处理诊断系统执行的步骤的流程图；以及

图8为示出由根据又一可选实施例的废气处理诊断系统执行的步骤的流程图。

具体实施方式

实质上，下面的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。为清楚起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中至少之一”应当认为是意味着使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本公开原理的情况下，可以不同的顺序执行方法中的步骤。

如本文中所使用的，术语“模块”指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适部件。

现在参考图1，示意性地示出了柴油发动机系统10。柴油发动机系统10包括柴油发动机12和废气处理系统13。废气处理系统13还包括排气系统14和配量系统16。柴油发动机12包括气缸18、进气歧管20、质量空气流量(MAF)传感器22和发动机速度传感器24。空气通过进气歧管20流入发动机12中，并通过MAF传感器22监测。空气被导入气缸18中，并与燃料燃烧以驱动活塞(未示出)。尽管所示为一个气缸18，但是应当理解，柴油发动机12可包括另外的气缸18。例如，可预期到具有2、3、4、5、6、8、10、12和16个气缸的柴油发动机。

由于燃烧过程，在气缸18内产生废气。排气系统14在将废气释放到大气之前处理废气。排气系统14包括排气歧管26和柴油氧化催化剂(OC)28。排气歧管26将离开气缸的废气导向OC 28。废气在OC 28中被处理以降低排放。排气系统14还包括催化剂30(优选为选择性催化还原(SCR)催化剂)、温度传感器31、入口温度传感器32、出口温度传感器34和催化柴油微粒过滤器(CPF)36。OC 28在处理废气之前与废气反应，以降低废气的排放水平。催化剂30在处理了废气之后反应，以进一步降低排放。

温度传感器31可位于发动机与DOC 28之间。入口温度传感器32位于催化剂30上游，以监测催化剂30入口处的温度变化，如下面进一步描述的。出口温度传感器34位于催化剂下游，以监测催化剂30出口处的温度变化，如下面进一步描述的。尽管废气处理系统13图示为入口和出口温度传感器32、34位于催化剂30的外部，但是入口和出口温度传感器32、34可位于催化剂内部，以监测催化剂入口和出口处的废气温度变化。CPF 36通过捕集废气中的柴油微粒(即，炭烟)进一步降低排放。

配量系统16包括可用于从容器喷射尿素的喷射流体供给源38和配量喷射器40。配量系统16将喷射流体如尿素喷射进废气中。尿素与废气混合，并在废气/尿素混合物暴露于催化剂30时进一步降低排放。混合器41用于在废气进入催化剂之前将喷射流体如尿素与废气混合。

泵42用于从喷射流体供给38向喷射器40提供喷射流体。压力传感器44可位于泵内或供给管线内，以产生对应于由泵提供的压力的压力信号。如下所述，压力传感器44可提供以下指示：喷射器未恰当地运行、泵42与喷射器40之间的管线被阻塞或扭结、喷射器提供了过多或不足的喷射流体，并且压力传感器44可提供用于修正喷射流体配给量的指示。压力传感器44提供在供给管线内的压力量的指示，并且在喷射后管线内的波提供了关于喷射量的更多信息。

控制模块46也用于控制泵42的操作，以通过喷射器40提供预定量的喷射流体。控制模块46还从压力传感器44接收反馈。

控制模块46调节发动机系统10的操作，并监测配量系统16的操作。控制模块46接收来自温度传感器31、32、34的温度信号。

废气排放传感器50、51可产生对应于废气流中氮氧化物(NOx)或氧气量的信号。氮气信号可被发送至控制模块46。

现在参考图2，更加详细地示出了图1的控制模块46。喷射流体控制模块102与温度确定模块104通信。喷射流体控制模块102控制用于将流体喷入废气的喷射器40。喷射流体控制模块102可被控制为将喷射流体如尿素喷入废气流，以降低柴油发动机中的排放量。指令信号可在喷射流体控制模块发出以控制喷射器40。指令信号可如下所述在时间、电压、电流、占空比或其组合方面被调节以控制喷射流体的配给。

压力确定模块104确定来自图1的压力传感器44的压力。如下所述，泵处的压力信号的反馈可操作喷射器的实际操作以及喷射器处提供的投配量的指示。

预期压力变化模块106可从压力确定模块接收压力信号，并基于喷射流体量确定预期压力变化。

预期压力变化模块106、压力确定模块104和喷射流体模块102都与用于确定选择性催化还原(SCR)催化剂的性能的性能模块108通信。性能模块可包括比较器110。比较器110可将预定压力变化与指令的投配量作比较，以确定喷射器或配量系统是否存在故障。比较器110可与用于产生故障信号的故障指示模块112通信。下面进一步描述比较器110和故障指示模块112的操作。

比较器110还从SCR效率模块114接收信号。SCR效率模块114可通过监测来自图2中所示NOx传感器50的NOx信号来确定SCR催化剂30的效率。当该效率低于阈值时，指示催化剂系统开始衰弱。

图表116也可联接至比较器110。图表116可用于存储比较阈值或确定修正配量的指示或对应于特定配量的压力信号的指示。然后比较器将预期压力信号与实际压力信号作比较以确定误差或偏差。

泵控制模块130可产生控制信号以向喷射器提供增压配料流体。

现在参考图3，示出了未配给周期210相对于配给周期220的压力-时间曲线图。在未配给期间，在系统中提供任意水平的压力。在配给期间，对压力传感器的反馈向压力传感器提供了更高量的反馈。压力反馈信号包括配给周期220期间的压力波。设置可接受范围230。当反馈信号满足或超出该可接受范围时，从喷射器40已经提供了恰当的配量。

现在参考图4，各种配给量对应于反馈回压力传感器40的压力信号的幅值。周期240对应于未配给周期。第二周期244对应于当提供第一配给速率时的时间。例如，仅第一配给速率可为每秒50毫克的配料流体。在周期246中，每秒100毫克的配料流体被提供进废气流。在周期248中，喷射器提供第二速率。例如，仅每秒300毫克的喷射流体的第二配给速率被喷射入废气流。在周期250中，喷射器240提供每秒600毫克的配料流体。如上所述，图2的控制模块46控制燃料喷射器的占空比(喷射与停止的比率)、电压、电流或其它控制，以提供预定量的喷射流体。

现在参考图5，很难诊断SCR系统中出现故障的部件。当NOx转化水平下降至低于阈值时，必须指示故障确定以使车辆可被维护。如果SCR系统的特定部件未被诊断，那么可能会置换整个SCR系统。由于系统中实际上仅有一个部件无法工作，这会导致不适当的成本。图5中，进一步详细示出了SCR系统的性能模块逻辑。性能模块逻辑可用于预测包括配量系统310的各种系统的性能，可包括在喷射器和泵312之间的受阻或阻塞的管线、受限或阻塞的喷射器314或动态泵压力316。也就是说，泵可能无法提供足够的压力来允许喷射器向废气喷射足够的喷射流体。

性能模块108还可用于预测催化剂320的性能。催化剂320可具有各种缺陷，包括损坏的基面涂层322、中毒的基面涂层324、供应器质量或负载条件326或者损坏的基底328。

SCR性能模块108还可用于诊断尿素品质340。尿素品质可包括部分分解的尿素342，或外来物质如非尿素344。本公开专注于配量系统。

现在参考图6，描述了确定配量系统是否恰当运行的方法。在步骤410中，确定是否进行了恰当的定量配给请求。在步骤410中，产生定量配给请求，并将其与步骤412的配量阈值作比较。比较器块414将定量配给请求与配量阈值作比较。在步骤416中，确定测量到的催化剂的转化效率，并在步骤418中将其与一阈值作比较。可通过在图1所示的NOx传感器50处监测NOx量来执行SCR转化的效率。在步骤420中，将SCR的效率与步骤418中效率阈值作比较。当块422中定量配给请求高于指示正提供配量的阈值并且所述效率低于阈值时，系统前进。

来自压力传感器的压力信号430被提供给信号处理432。块432提供的信号处理可包括确定时间范围、标准偏差或滤波例如高通滤波、低通滤波、带通滤波，等。信号处理432可发生在图2的压力确定模块104中。步骤434中可建立比较阈值。块436将经信号处理的压力信号与步骤434的比较阈值作比较。在块436中比较阈值大于被处理的压力信号时，当压力信号低于比较阈值和提供尿素配量请求时，步骤440继续为故障。当步骤440中两种情形都出现时，步骤442中指示故障。该故障可为可视指示、可听指示或两者。

现在参考图7，示出了图6中方法的变形。在该实施例中，步骤410-422相同，因此不再重复其描述。同样，步骤430和432也相同。在该实施例中，目标是诊断喷射器是否具有引起投配量过多或过少的误差。因为压力反馈随着线路长度变化，所以压力传感器接收的压力波允许配给的实际尿素量与系统指令相比。步骤510向块512提供指令的配给速率。在步骤514中设置比较阈值。在步骤512中，将指令的尿素配给速率与比较阈值作比较。步骤512可将指令的尿素配给速率与比较阈值514相减或相加。在步骤520中，进行指令配给速率与经信号处理的压力信号之间的比较。当请求的配给量与反馈量并不相对应，并且如步骤442所提供的已经请求了特定配给量时，步骤522比较步骤422和520的输出，以便在提供了不正确量的喷射流体时在步骤524中提供故障。所述故障可为各种类型的故障，包括可听故障、指示故障、或故障信息。这样，可维护SCR系统。

现在参考图8，已经相应地标记了类似于图6和7中的类似步骤。在该实施例中，可提供用于修正配给量质量的修正因子。例如，修正因子可用于增大喷射器的开度量，使得提供预定量的配给。可为各种配给水平建立图表。可在工程研发期间系统标定中确定该图表值。具有各种尺寸线路长度、喷射器类型和泵类型的各种系统可能需要不同的标定。为了进入适合的阶段，必须符合步骤550中的进入条件。进入条件可包括由图1中NOx传感器50所指示的催化剂处的不良转化比率。同样，排气系统的各种温度信号也可用于提供进入条件。如果温度信号过高或过低，可满足所述进入条件。还可周期性地进入诊断系统，使得可调节和标定该系统。在步骤552中，当在步骤550中满足进入条件时，并且在步骤554中已与比较阈值相比较的指令投配量大于压力信号时，可在块556中确定修正因子或因子图表。

本领域的技术人员从前面的描述应当理解，本发明广泛的教导可以多种形式执行。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当这样限制。

Claims (19)

1.一种用于监测发动机排气系统的诊断系统，包括：

配量系统，包括用于将喷射流体喷射进排气系统的喷射器和用于增压所述喷射流体的泵；

压力传感器，其与所述配量系统联接，产生压力信号；以及

控制模块，其响应于所述压力信号确定压力误差信号，并响应于所述压力误差信号产生故障信号。

2.如权利要求1所述的诊断系统，其中所述配量系统包括：

供给尿素的尿素供给源；以及

将所述尿素供给进所述排气系统的喷射器。

3.如权利要求2所述的诊断系统，其中所述喷射器布置在柴油氧化催化剂与选择性催化还原催化剂之间。

4.如权利要求2所述的诊断系统，其中所述喷射器布置在氧化催化剂与选择性催化还原催化剂之间。

5.如权利要求2所述的诊断系统，其中所述故障信号对应于所述喷射器的故障。

6.如权利要求2所述的诊断系统，其中所述控制模块产生对应于所述喷射流体的所述压力误差信号的修正。

7.如权利要求1所述的诊断系统，其中所述控制模块确定催化剂效率，并响应于该催化剂效率确定泵误差。

8.如权利要求1所述的诊断系统，其中所述压力传感器布置在流体管线中。

9.如权利要求1所述的诊断系统，其中所述压力传感器与所述泵相关联。

10.一种监测发动机废气的废气处理系统的操作的方法，包括：

将喷射流体从喷射器喷射进所述废气；

其后，产生对应于所述废气处理系统中的压力的压力信号；

响应于所述压力信号确定压力误差信号；以及

响应于所述压力误差信号产生故障信号。

11.如权利要求10所述的方法，其中喷射包括在催化剂之前将喷射流体喷射进所述废气。

12.如权利要求10所述的方法，其中将喷射流体喷射进所述废气包括通过喷射器喷射尿素。

13.如权利要求12所述的方法，其中将喷射流体从喷射器喷射进所述废气包括从布置在柴油氧化催化剂与选择性催化还原催化剂之间的喷射器喷射喷射流体。

14.如权利要求12所述的方法，其中将喷射流体从喷射器喷射进所述废气包括从布置在氧化催化剂与选择性催化还原催化剂之间的喷射器喷射喷射流体。

15.如权利要求10所述的方法，其中产生故障信号包括产生对应于所述喷射器的故障的故障信号。

16.如权利要求10所述的方法，其中产生故障信号包括产生对应于所述喷射器的故障的故障信号。

17.如权利要求10所述的方法，还包括产生对应于所述误差信号的修正。

18.如权利要求10所述的方法，其中产生压力信号包括由泵压力传感器产生所述压力信号。

19.如权利要求10所述的方法，其中喷射流体包括响应于来自控制模块的指令信号喷射流体。

Images