CN101871380B

CN101871380B - 废气处理诊断系统和方法

Info

Publication number: CN101871380B
Application number: CN2010101203293A
Authority: CN
Inventors: K·A·加迪
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: US8166749B2; DE102010007469A1; CN101871380A; US20100199644A1

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运行的方法和系统，包括用于喷射喷射流体的配量系统和产生对应于废气温度的温度信号的温度传感器。控制模块基于所述温度信号确定喷射了喷射流体之后的温度变化，将所述温度变化与阈值比较，并响应于所述比较产生故障信号。

Description

废气处理诊断系统和方法

技术领域

本公开涉及车辆排气系统，尤其涉及对废气处理系统的运行进行诊断。

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。当前提及的发明人的工作——以本背景技术部分中所描述的为限——以及在提交时否则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。

柴油发动机运行涉及产生废气的燃烧。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，活塞迫使气缸中的废气进入排气系统。废气可能含有诸如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)的排放物。

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运行，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，加热了催化剂，并降低了废气中的排放物。更具体地，该化学反应将NOx和尿素分解为分离的成分。NOx分解为氮和水。尿素分解为存储在催化剂表面上的氨。

在冷起动期间，废气温度相对较低。燃烧过程中形成的NOx与事先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在60摄氏度(60℃)以下时，会发生亚硝酸铵的形成。亚硝酸铵在60℃以下是稳定的。当亚硝酸铵的温度升高到60℃以上时，该化合物分解。亚硝酸铵的分解高度放热，并趋于升高催化剂的温度。

配量系统通常包括尿素供给源和喷射器。所输送的尿素应当基于排放水平以便有效地处理废气。废气的不充分处理可由故障喷射器或尿素的不充足供给所引起。

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柴油发动机的废气，并且包括将尿素或其它喷射流体喷射进废气以对其进行处理的配量系统。

在本公开的一方面，一种用于监测废气处理的方法，包括：产生对应于废气温度的温度信号；将喷射流体喷射进所述废气；基于所述温度信号确定温度变化；将所述温度变化与阈值作比较；以及响应于所述比较产生故障信号。

在本公开的另一方面，一种用于监测柴油发动机废气处理系统的运行的系统，包括用于喷射喷射流体的配量系统和产生对应于废气温度的温度信号的温度传感器。控制模块基于所述温度信号确定喷射了喷射流体之后的温度变化，将所述温度变化与阈值比较，并响应于所述比较产生故障信号。

从下文提供的描述可清楚进一步的适用领域。应当理解，该描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不意图限制本公开的范围。

附图说明

从具体实施方式和附图中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中控制器的功能框图；

图3的流程图示出了由根据本公开的废气处理诊断系统执行的步骤；以及

图4的流程图示出了由根据可替代实施例的废气处理诊断系统执行的步骤。

具体实施方式

下面的描述实质上仅仅是示意性的，而绝不意图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。在本文中使用时，短语“A、B和C中至少之一”应当解释为是意指使用非排他性逻辑“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。

在本文中使用时，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，并被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(DOC)28。排气歧管26将离开气缸的废气导向DOC 28。废气在DOC28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和催化柴油机微粒过滤器(CDPF)36。DOC 28在处理废气之前与废气反应，以降低废气的排放水平。在处理废气之后催化剂30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之前，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位于催化剂之后，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图示为包括位于催化剂30外部的入口和出口温度传感器32、34，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。CDPF 36通过捕集废气中的柴油机微粒(即，炭烟)进一步降低排放。

配量系统16包括可用于从贮罐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，喷入废气中。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。

控制模块42调节发动机系统10的运行，并监测配量系统16的运行。控制模块42从温度传感器31、32、34接收温度信号。控制模块42还基于催化剂30入口和出口处的温度变化监测废气处理系统13的运行。

本公开的废气处理诊断系统基于来自温度传感器的温度确定废气处理系统13是否在正确地运行。

废气排放物传感器44可产生对应于排气系统中的氮氧化物(NOx)或氧气量的信号。

现在参考图2，更加详细地示出了图1的控制模块42。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中的喷射器140。喷射流体控制模块102可被控制为将喷射流体如尿素，喷入废气流中，以降低柴油发动机中的排放量。温度确定模块104确定沿着排气系统的不同位置的各种温度，这些位置包括柴油氧化催化剂之前、柴油氧化催化剂与选择性催化还原催化剂之间以及选择性催化还原催化剂之后但在催化柴油机微粒过滤器之前。温度确定控制模块可从上游温度预测下游温度。

预期温度变化模块106可接收来自温度确定模块的温度信号，并基于所喷射流体量确定预期的温度变化。

预期温度变化模块106、温度确定模块104和喷射流体控制模块102可全都与比较器110通信。比较器110可将预期温度变化与温度差作比较，以确定喷射器或配量系统中是否存在故障。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的运行。

当喷射流体供给源已经被再充填时，供给源再充填模块114可产生供给源再填充信号或从车辆中的系统接收供给源再填充信号。可选择仪表板按钮以提供该指示，或可提供对应于供给源的自动指示。

所喷射液体H₂O的蒸发潜热降低废气温度。基于下面两个方程(1)、(2)，说明了废气的传热速率和由于水蒸发的传热速率。ΔT_g为温度的预期变化。

(1) \overset{\cdot}{q} = {\overset{\cdot}{m}}_{g} \cdot {Cp}_{g} \cdot {ΔT}_{g}

(2) \overset{\cdot}{q} = {\overset{\cdot}{m}}_{H 2 O} \cdot Q_{lhv, H 2 O}

在稳定状态状况期间，这可通过将方程(2)代入(1)并解出ΔT_g而容易地估计。紧随DOC 28之后位置处的气体温度可用来使用ΔT_g估计温度传感器32处的温度。预测的T2相对于测量的T2的偏差可用于诊断喷射量(在预测的精度容限内)。

诊断喷射量的另一方法可以是切断喷射，监测T2，然后重新喷射限定量的液体。在状况达到稳定状态之后，测量的ΔT_g应该可与预测的ΔT_g作比较。当两个方程(1)和(2)一起被解出时，得到下面的公式：

(3) Q_{lhv, Ureaso \ln} = \frac{{\overset{\cdot}{m}}_{g} \cdot {Cp}_{g} \cdot {ΔT}_{g}}{{\overset{\cdot}{m}}_{H 2 O}}

从以上通过线性回归解出Q_lhv，其中废气的质量速率(m_g)以及温度变化是测量的。水的质量速率变化也是测量的。使用空气特性估计C_p。通过形成预测温度变化并实际测量温度变化，可如下所述那样形成关于喷射器功能或所喷射液体的稀释比的确定。

现在参考图3，所述方法开始于步骤210。在步骤212中，监测发动机运行。在步骤214中，使废气流体喷射系统运行以降低来自柴油发动机的排放量。在步骤216中，如果未发现可疑的故障，那么可再次执行步骤212。通过查看各种运行状况或运行时间，可在步骤216中确定可疑故障。可监测稳定状态运行状况以确定是否会发现可疑故障。可测量温度状况以及各种发动机参数以确定是否存在可疑故障。还可在预定时间量之后确定可疑故障。也就是说，可在发动机运行一定量时间之后检查故障。如果在步骤216中发现可疑故障，那么步骤218确定废气温度。可在包括温度传感器32在内的各种位置处提取废气的温度。

在步骤220中，可增加喷射器的工作循环(duty cycle)以将更多量的喷射流体喷入废气中。在步骤222中，可确定用于测量氮氧化物或氧的可选步骤。下文中将进一步描述该可选步骤。

在步骤224中，可确定废气的温度确定。该废气温度的确定为第二废气温度。在步骤226中，确定该温度是否对应于预测温度。步骤226中的确定还可对应于温度变化或温降。也就是说，可确定来自步骤218和224的温度变化，并将其与预定温降或温降阈值作比较。当来自步骤224的温度或温度变化并不对应于预测温度或温降时，可在步骤228中产生喷射故障信号。该喷射故障信号228可为流体喷射器发生了故障的指示。

在本发明的一种变型中，确定是否提供了流体或尿素的适当稀释比可能是有用的。所述方法的这部分与步骤222中的第一测量NOx确定一起作用。当喷射量处在可由步骤226中的可替代确定推断出的范围中时，可进行所述方法的这部分。

在步骤230中，如果近期已重新填充了尿素供给源，那么图2中所示的供给源再填充模块114可产生近期供给源再填充信号。如果所述供给源未被重新填充，那么系统将不断地检查近期供给源再填充。在步骤232中，可确定第二NOx转化效率。第一NOx转化效率在步骤222中确定，第二NOx转化效率在步骤232中确定。如果在步骤234中确定变化或改变在预定量以上，那么步骤236产生稀释比故障信号。这表示近期填充的贮罐的稀释比不适当。在步骤234中可通过将第一NOx转化与第二NOx转化相比较或相减以及将NOx转化与阈值相比较来确定NOx改变。可以允许NOx转化有一些变化。NOx转化改变过高或过低，可确定尿素流体的稀释量有误差。

当确定没有NOx改变或NOx改变小于阈值时，可执行步骤212，再次监测发动机运行状况。

现在参考图4，阐述了用来确定温度变化是否对应于预测变化的第二方法。步骤210-216可在该变型之前执行。在步骤310中，关闭流体喷射器。这阻止了尿素或其它喷射流体被喷入系统中。在步骤312中，确定第一废气温度。这可在等候一段时间之后执行。在步骤314中，将预定量的流体喷入排气流。在步骤316中，确定第二废气温度。在步骤316之后可将步骤312中的第一废气温度与步骤316中的第二废气温度相比较或相减；可如图3中那样执行步骤226、228和步骤230-236。也就是说，在步骤226中，可将步骤312与316之间的温度差与预测温降作比较，并且如果所述温降不相关，那么可在步骤228中产生故障信号。当该温度差确与温降相关时，还可如上所述那样执行近期贮罐再填充步骤230-236。

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，尽管结合其特定实例描述了本发明，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如此局限。

Claims

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，其包括用于喷射喷射流体到废气中的喷射器；

温度传感器，其产生对应于废气温度的温度信号；

控制模块，其增加所述喷射器的工作循环，以将所述喷射流体的喷射量从大于零的第一量增加到大于所述第一量的第二量，基于所述温度信号确定温度变化，将所述温度变化与阈值比较，并响应于所述温度变化与所述阈值的比较产生喷射故障信号。

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；以及所述喷射器将所述尿素供给进所述排气系统。

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，其中所述喷射故障信号对应于所述喷射器的故障。

5.如权利要求1所述的诊断系统，其中所述温度传感器对应于催化剂的入口温度。

6.如权利要求1所述的诊断系统，其中所述控制模块接收对应于供给源再填充的再填充信号，确定所述供给源再填充之前的第一NOx转化信号和所述供给源再填充之后的第二NOx转化信号，所述控制模块比较所述第一NOx转化信号和所述第二NOx转化信号以确定NOx改变，并且作为对比较所述第一NOx转化信号和所述第二NOx转化信号的响应，所述控制模块产生喷射器流体稀释比故障信号。

7.如权利要求6所述的诊断系统，其中所述稀释比故障信号对应于所述喷射流体的不适当的稀释量。

8.如权利要求1所述的诊断系统，其中所述阈值对应于预测降低温度。

9.如权利要求1所述的诊断系统，其中所述控制模块确定在停止喷射器喷射喷射流体之前所确定的第一废气温度信号，所述控制模块确定第二废气温度信号，所述控制模块将基于所述第一废气温度信号和所述第二废气温度信号的温度变化与所述阈值作比较。

10.如权利要求1所述的诊断系统，其中所述温度传感器在所述配量系统的上游，并且其中所述控制模块基于所述温度信号产生所述配量系统下游的预测温度信号。

11.一种监测柴油发动机废气的废气处理系统的运行的方法，包括：

产生对应于废气温度的温度信号；

使用喷射器将喷射流体喷射进所述废气；

增加所述喷射器的工作循环，以将所述喷射流体的喷射量从大于零的第一量增加到大于所述第一量的第二量；

基于所述温度信号确定温度变化；

将所述温度变化与阈值作比较；以及

响应于所述温度变化与所述阈值的比较产生喷射故障信号。

12.如权利要求11所述的方法，其中将喷射流体喷射进所述废气包括：通过所述喷射器喷射尿素。

13.如权利要求12所述的方法，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。

14.如权利要求11所述的方法，其中产生所述喷射故障信号包括：产生对应于所述喷射器的故障的故障信号。

15.如权利要求11所述的方法，其中产生对应于废气温度的温度信号包括：产生对应于催化剂入口温度的废气温度的温度信号。

16.如权利要求11所述的方法，还包括接收对应于供给源再填充的再填充信号，确定所述供给源再填充之前的第一NOx转化信号和所述供给源再填充之后的第二NOx转化信号，比较所述第一NOx转化信号和所述第二NOx转化信号以确定NOx改变，并且作为对比较所述第一NOx转化信号和所述第二NOx转化信号的响应，产生喷射器流体稀释比故障信号。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述稀释比故障信号包括：产生对应于所述喷射流体的不适当稀释量。

18.如权利要求16所述的方法，其中将所述温度差信号与稀释比误差阈值作比较包括：在喷射量处于一范围内时将所述温度差信号与稀释比误差阈值作比较。

19.如权利要求11所述的方法，其中产生温度信号包括：产生配量系统上游的温度信号和基于所述温度信号产生所述配量系统下游的预测温度信号。