CN102022169A - 在使用劣质还原剂操作之后重新设定的废气诊断系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在使用劣质还原剂操作之后重新设定的废气诊断系统和方法，具体地，一种废气诊断系统包括选择性催化还原(SCR)效率测试模块，该SCR效率测试模块确定SCR催化剂的效率。废气温度管理模块使用侵入式废气温度管理选择性地将SCR催化剂的温度调节到预定的温度范围。测试赋能模块在先前SCR效率测试失败后并且SCR催化剂的温度处于预定的温度范围内时使用SCR效率模块启动SCR效率测试。

Description

在使用劣质还原剂操作之后重新设定的废气诊断系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年9月14日提交的美国临时申请No.61/242，084的优先权。上述申请的全部内容通过引用的方式并入本申请。
本申请与2009年9月14日提交的美国申请No.61/242,098(P 009377，代理人案卷号No.8540P-001017)相关。上述申请的全部内容通过引用的方式并入本申请。
技术领域
本发明涉及车辆废气系统，更具体地涉及废气诊断系统以及测试选择性催化还原(SCR)效率的方法。
背景技术
这里提供的背景技术描述用于总体上介绍本发明的背景的目的。当前所署名发明人的工作(在本背景技术部分中所描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既非明示地也非默示地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
在柴油机内的燃烧过程中，空气/燃料混合物通过进气阀被送入气缸并且在气缸内被压缩和燃烧。在燃烧之后，活塞迫使气缸内的废气进入废气系统。废气可包含氮氧化物(NOX)以及一氧化碳(CO)。
废气处理系统可利用选择性催化还原(SCR)催化剂来还原氮氧化物(NOX)。催化剂将NOX转化为氮N2和水H2O。还原剂可从SCR催化剂的上游加入废气中。仅仅作为示例，还原剂可包括无水氨、氨水或尿素。
具有SCR还原剂的废气系统容易受到劣质还原剂损害。如果还原剂容器已经以劣质还原剂填充，那么废气诊断系统将检测到低的SCR转化效率。在一些车辆中，发动机控制模块可限制车辆的速度并且/或者执行其他补救动作。应当以较高质量的还原剂来替换劣质还原剂以校正此问题。
发明内容
一种废气诊断系统包括选择性催化还原(SCR)效率测试模块，该模块确定SCR催化剂的效率。废气温度管理模块使用侵入式废气温度管理选择性地将SCR催化剂的温度调节到预定的温度范围。测试赋能模块(test enabling module)在先前SCR效率测试失败后并且在SCR催化剂的温度处于预定的温度范围内时使用SCR效率模块启动SCR效率测试。
在其他特征中，SCR效率测试模块在将SCR催化剂的剂量调节到预定水平之后测试SCR催化剂的效率。速度限制模块在车辆的先前SCR效率测试失败后限制车辆的速度。如果SCR效率测试通过，那么重设模块重新设定速度限制模块。
在其他特征中，SCR催化剂在先前SCR效率测试失败后具有处于第一温度范围内的温度。第一温度范围低于并且不同于预定温度范围。
在其他特征中，废气温度管理模块通过调节燃料添加和使用HC喷射器将HC燃料喷射进废气中的至少一个来增加废气中的燃料，从而增加SCR催化剂的温度。
在其他特征中，SCR效率测试模块包括测试赋能模块，当颗粒过滤器再生不被执行和SCR催化剂的调节控制不被执行两者中的至少一个发生时测试赋能模块选择性地启动SCR效率测试。
在其他特征中，入口温度传感器检测SCR催化剂的入口温度。出口温度传感器检测SCR催化剂的出口温度。基于入口和出口温度计算SCR催化剂的温度。
在其他特征中，温度计算模块基于SCR催化剂的入口和出口温度计算SCR催化剂的温度。燃料调节模块调节燃料添加和向废气流中喷射碳氢化合物(HC)中的至少一个来增加SCR催化剂的温度。
在其他特征中，选择性催化还原(SCR)效率测试模块在先前SCR效率测试之后和SCR效率测试之前禁止废气再循环。
方案1、一种废气诊断系统，包括：
选择性催化还原(SCR)效率测试模块，所述SCR效率测试模块确定SCR催化剂的效率；
废气温度管理模块，所述废气温度管理模块使用侵入式废气温度管理选择性地将所述SCR催化剂的温度调节到预定的温度范围；以及
测试赋能模块，所述测试赋能模块在先前SCR效率测试失败后并且所述SCR催化剂的温度处于所述预定的温度范围内时使用所述SCR效率模块启动SCR效率测试。
方案2、如方案1所述的废气诊断系统，其中所述SCR效率测试模块在调节SCR催化剂的剂量后测试所述SCR催化剂的效率。
方案3、如方案1所述的废气诊断系统，还包括速度限制模块，所述速度限制模块在车辆的先前SCR效率测试失败后限制车速。
方案4、如方案3所述的废气诊断系统，还包括重设模块，如果所述SCR效率测试通过，则所述重设模块重新设定速度限制模块。
方案5、如方案1所述的废气诊断系统，其中：
SCR催化剂在先前SCR效率测试失败后具有处于第一温度范围内的温度；并且
所述第一温度范围低于并且不同于所述预定的温度范围。
方案6、如方案1所述的废气诊断系统，所述废气温度管理模块通过调节燃料添加和使用HC喷射器将HC燃料喷射进废气从而增加SCR催化剂的温度中的至少一个来增加废气中的燃料。
方案7、如方案1所述的废气诊断系统，其中所述SCR效率测试模块包括测试赋能模块，当颗粒过滤器再生不被执行和SCR催化剂的调节控制不被执行两者中的至少一个发生时所述测试赋能模块选择性地启动SCR效率测试。
方案8、如方案1所述的废气诊断系统，还包括：
入口温度传感器，所述入口温度传感器检测SCR催化剂的入口温度；和
出口温度传感器，所述出口温度传感器检测SCR催化剂的出口温度，
其中，基于所述入口和出口温度计算所述SCR催化剂的温度。
方案9、如方案1所述的废气诊断系统，还包括：
温度计算模块，所述温度计算模块基于所述SCR催化剂的所述入口和出口温度计算所述SCR催化剂的温度；以及
燃料调节模块，所述燃料调节模块进行调节燃料添加和向废气流中喷射碳氢化合物(HC)中的至少一个，以增加所述SCR催化剂的温度。
方案10、如方案1所述的废气诊断系统，其中所述选择性催化还原(SCR)效率测试模块在先前SCR效率测试之后和SCR效率测试之前禁止废气再循环。
方案11、一种方法，包括：
确定SCR催化剂的效率；
使用侵入式废气温度管理选择性地将SCR催化剂的温度调节到预定的温度范围；以及
在先前SCR效率测试失败后并且SCR催化剂的温度处于所述预定的温度范围内时使用SCR效率模块启动SCR效率测试。
方案12、如方案11所述的方法，还包括：在将SCR催化剂的剂量调节到预定水平之后测试所述SCR催化剂的效率。
方案13、如方案11所述的方法，还包括：在车辆的先前SCR效率测试失败后限制车速。
方案14、如方案13所述的方法，还包括：如果所述SCR效率测试通过，那么去除速度限制。
方案15、如方案11所述的方法，其中：
所述SCR催化剂在由于车速限制引起的先前SCR效率测试失败后具有处于第一温度范围内的温度；并且
所述第一温度范围低于并且不同于所述预定的温度范围。
方案16、如方案11所述的方法，还包括：通过调节燃料添加和使用HC喷射器将HC燃料喷射进废气从而增加SCR催化剂的温度中的至少一个来增加废气中的燃料。
方案17、如方案11所述的方法，还包括：当颗粒过滤器再生不被执行和SCR催化剂的调节控制不被执行两者中的至少一个发生时选择性地启动SCR效率测试。
方案18、如方案11所述的方法，还包括：
检测所述SCR催化剂的入口温度；
检测所述SCR催化剂的出口温度；以及
基于所述入口和出口温度计算所述SCR催化剂的温度。
方案19、如方案11所述的方法，还包括：
基于所述SCR催化剂的所述入口和出口温度计算所述SCR催化剂的温度；以及
进行调节燃料添加和向废气流中喷射碳氢化合物(HC)中的至少一个，以增加所述SCR催化剂的温度。
方案20、如方案11所述的方法，还包括在先前SCR效率测试之后和SCR效率测试之前禁止废气再循环。
由下文所提供的详细描述，本发明的其他应用领域将变得更清楚。应当理解，这些详细描述和特定实施例仅仅是用来解释而不是用来限定本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将更完整地理解本发明，其中：
图1是包括根据本发明的废气诊断系统的发动机控制系统的功能性框图，废气诊断系统在以劣质柴油催化剂操作后自动重新设定；
图2是图1的废气诊断系统的控制模块的示例性实施方式的功能性框图；
图3示出了根据本发明在以劣质柴油催化剂操作后重新设定废气诊断系统的方法；以及
图4示出了用于控制SCR催化剂的温度的方法。
具体实施方式
下面的描述在本质上仅仅是示例性的，决不是用来限制本发明、其应用或者用途。为清楚起见，在附图中将使用相同的附图标记标示类似的元件。短语A、B和C中的至少一个应当被解释为使用非排他逻辑或的逻辑(A或B或C)。。应当理解，方法中的各个步骤可在不改变本发明的基本原理的情况下以不同的顺序实施。
这里所使用的术语“模块”是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或者成组的)和存储器、组合逻辑电路、和/或其他提供上述功能的合适的元件。
虽然下面的公开内容涉及柴油发动机，然而其他类型的发动机，例如汽油发动机，包括直喷发动机，也可由这里的教导获益。
在车辆速度受限以及/或者采取其他补救动作之后，将会难以计算SCR转化效率来识别何时更换还原剂。车辆的较低速度将不允许在SCR催化剂中积累足够的热量。由此，SCR的温度不会达到用以测试SCR效率的合适温度范围。仅仅作为示例，在速度受限过程中温度范围会小于250℃。测试SCR效率通常在较高SCR催化剂温度下执行。当较高质量的还原剂被替代时，应当有方法来重新设定废气诊断系统。当前，在由于劣质还原剂车速受限之后而没有方法重新设定废气诊断系统，这导致低的SCR效率。
一种解决该问题的方法涉及使用在服务店的扫描工具重新设定废气诊断系统。由于扫描工具可由普通公众容易获得，该方案不是有利的。因此，车辆操作者可任意重新设定废气诊断系统，这将使得例如水等不合适流体替代还原剂得到使用。此外，没有这种扫描工具的用户需要前往经销商那里进行重新设定。
本发明在SCR催化剂以劣质还原剂操作并且车速受限和/或者采取其他补救行动之后自动(或者通过由服务测试工具启动的侵入式服务测试)重新设定车辆的废气诊断系统。
根据本发明的废气诊断系统使用侵入式废气温度管理提升废气温度，从而SCR还原剂的温度高到足以允许SCR催化剂的效率测试。如果SCR效率在预定阈值之上，那么无需扫描工具就可以去除车速限制和/或其他补救行动。换言之，废气诊断系统可在由于劣质还原剂导致SCR效率测试失败之后自我恢复(或者通过由服务测试工具启动的侵入式服务测试)。
现在参考图1，图中示意性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还包括废气系统14和剂量系统16。柴油发动机12包括气缸18、进气岐管20、空气质量流量(MAF)传感器22和发动机速度传感器24。空气通过进气岐管20流入柴油发动机12并且由MAF传感器22监控。空气被引入气缸18并且与燃料一起燃烧以驱动活塞(未示出)。尽管示出了单个气缸18，但是应当理解，柴油发动机12可包括额外的气缸18。例如，可设想具有2、3、4、5、6、8、10、12和16个气缸的柴油发动机。
废气由于燃烧过程而在气缸18内产生。废气系统14在废气释放到大气之前处理废气。废气系统14包括废气岐管26和柴油氧化催化剂(DOC)28。废气岐管26引导废气通过DOC 28离开气缸。废气在DOC28内处理以减少排放物。废气系统14还包括SCR催化剂30、温度传感器31、入口温度传感器32、出口温度传感器34和颗粒过滤器(PF)36。
温度传感器31可位于发动机和DOC 18之间。入口温度传感器32位于SCR催化剂上游，用以监控SCR催化剂30的入口处的温度变化。出口温度传感器34位于SCR催化剂30下游，用以监控SCR催化剂30的出口处的温度变化。尽管示出废气处理系统13包括设置在SCR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SCR催化剂30内部，用以监控废气在SCR催化剂30的入口和出口处的废气温度变化。PF 36还通过捕获废气中的颗粒(即烟灰)进一步减少排放物。
剂量系统16包括剂量喷射器40，其将还原剂从还原剂流体供应装置38喷射进废气。还原剂与废气混合并且还在混合物暴露于SCR还原剂30时使排放物还原。混合器41可用来混合还原剂与来自SCR催化剂30上游的废气。控制模块42调节和控制发动机系统10的操作。
废气流率传感器44可产生对应于废气系统中的废气流量的信号。尽管示出传感器处于SCR催化剂30和PF 36之间，但是也可以使用废气系统内的多个其他位置来进行测量，这些位置包括废气岐管之后和SCR催化剂30之前。
温度传感器46产生对应于经测量的颗粒过滤器温度的颗粒过滤器温度。温度传感器46可设置在PF 36之上或者其内。温度传感器46也可位于PF 36上游或者下游。
废气系统内的其他传感器可包括基于废气系统内的NOX产生NOX信号的上游NOX传感器50。下游NOX传感器52可位于PF 36下游以测量离开PF 36的NOX。此外，氨(NH3)传感器54产生对应于废气内的氨量的信号。NH3传感器54是可选的，但是由于分辨NOX和NH 3的能力而可用来简化控制系统。可选地和/或者额外地，可设置碳氢化合物(HC)供应装置56和HC喷射器58以在抵达DOC催化剂的废气中供应HC。
现在参考图2，控制模块42可包括SCR效率测试模块60，其用来确定在SCR催化剂30处的NOX转化效率。控制模块42还包括废气温度管理模块62，其侵入式地控制SCR催化剂30的温度。
SCR效率测试模块60包括重设模块70和测试初始化模块72。如在这里所使用的，术语“侵入式”是指控制模块42除了来自排放物方面的优化操作条件之外改变发动机的控制以允许测试发生。测试初始化模块72在SCR催化剂30经历先前SCR效率测试失败并且采取车速限制和/或其他补救行动之后启动侵入式SCR效率测试。
侵入式测试初始化模块72向废气温度管理模块62发出信号以在SCR效率测试之前启动SCR的侵入式温度控制。测试赋能模块74确保在测试之前满足赋能条件。
废气温度管理模块62包括计算SCR温度的SCR温度计算模块76。温度计算模块76可基于入口温度传感器32、出口温度传感器34、模型或者其他合适方法计算SCR催化剂的温度。仅仅作为示例，温度计算模块76可基于来自入口和出口温度传感器32、34两者的值计算SCR温度。仅仅作为示例，温度计算模块76可基于入口和出口温度传感器32、34的平均或加权平均值计算温度。
控制模块42、SCR效率测试模块60和/或废气温度管理模块62可包括在侵入式SCR效率测试之前调节其他工作参数的工作参数调节模块78。例如，诸如剂量、NH 3负载、EGR和/或其他条件等其他工作参数也可在侵入式SCR效率测试之前在对应的窗口内调节。
控制模块42包括车速限制模块80，其在SCR效率下降低于预定效率之后限制车速。控制模块42还包括确定燃料数量、燃料喷射正时、后喷射等的燃料控制模块82。当处于侵入式SCR测试模式时，废气温度管理模块62调节燃料供应。燃料调节增加了SCR催化剂的温度。可选地，碳氢化合物喷射模块84在DOC催化剂28的上游将燃料喷射到废气中以产生放热，从而增加SCR中的温度。
现在参考图3，控制开始于100，在此控制确定是否需要运行侵入式还原剂质量测试。仅仅作为示例，侵入式还原剂质量测试在在不能通过先前SCR效率测试后车辆置于速度限制模式并且/或者采取补救行动之后运行。
如果100为假，那么控制在102处以正常模式运行。如果100为真，那么控制在104处继续，并且确定第一组条件是否能够被接受以运行测试。仅仅作为示例，第一组条件可包括：确保不执行PF 36的再生。PF的再生通常当烟灰在PF 36内积累时执行。此外，第一组条件可包括：确保不执行调节。当SCR催化剂存在问题以至于下游NOX传感器测量值从模型偏离预定量时，调节发生。除了这些条件或者替代这些条件，第一组条件还可以使用其他条件。
如果104为假，那么控制返回100。如果104为真，那么控制在106处继续，并且可选地禁止废气再循环(EGR)。在108处，控制启动侵入式SCR测试以获得预定的SCR温度范围。控制在108处还打开剂量调节。在112处，控制确定在SCR催化剂30上是否存在足够的NH3负载。可使用时间延迟以确保足够的NH3负载已经被重建，用以提供可接受的NOX转化。
如果112为假，那么控制进行等待，直到在SCR上存在足够的NH3负载为止。在114处，控制确定是否满足第二组赋能条件。仅仅作为示例，第二组赋能条件可包括下列条件的一个或多个：废气流量在预定范围内；上游NOX质量流量在预定范围内；上游NOX浓度在预定范围内和/或者NOX传感器准备好。在第二组赋能条件中还可包括其他条件。
在118处，控制测量SCR转化效率EFFSCR。在120处，控制产生SCR转化效率EFFSCR，转化效率EFFSCR根据上游和下游累积质量而定。在124处，控制产生效率阈值EFFTHR，效率阈值EFFTHR根据上游NOX和SCR温度而定。SCR转化效率阈值EFFTHR可以是百分数。
在128处，控制确定是否EFFSCR＞EFFTHR。如果128为真，那么控制在130处宣布还原剂质量通过状况(和/或SCR效率状况)。如果128为假，那么控制在132处宣布还原剂质量失败状况(和/或SCR效率失败状况)。控制以134从130继续，并且禁止还原剂失败模式。例如，车速限制模式和/或其他补救措施终止。控制以140从132和134继续，在140处，控制终止侵入式废气温度管理并且启动EGR(如果先前被禁止)。
现在参考图4，图中示出了一种侵入式废气温度管理方法。在146处，控制确定侵入式SCR测试是否运行。如果146为假，那么控制返回146。如果146为真，那么控制在148处继续，在此控制确定SCR温度是否处于预定温度范围(例如，TL0和THI)。
如果148为真，那么控制返回146。如果148为假，那么控制确定SCR温度在152处是否大于TL0。如果152为假，那么控制以任何合适的方式增加废气温度。例如，废气温度可通过改变燃料添加(燃料质量、燃料喷射正时、后喷射等)和/或通过在154处开始或增加HC喷射来增加。控制返回146。
如果148为假，那么控制确定SCR温度在156处是否小于THI。如果156为假，那么控制以任何合适的方式降低废气温度。例如，废气温度可通过改变燃料添加(燃料质量、燃料喷射正时、后喷射等)和/或通过在158处停止或减少HC喷射来降低。控制返回146。
本发明的宽泛教导可通过多种形式来实施。因此，虽然本发明包括特定的例子，然而本发明的真正范围不应当受此限制，因为通过研究附图、说明书和权利要求书，其他变例对于本领域的技术人员来说是显而易见的。

Claims (10)

1.一种废气诊断系统，包括：
选择性催化还原(SCR)效率测试模块，所述SCR效率测试模块确定SCR催化剂的效率；
废气温度管理模块，所述废气温度管理模块使用侵入式废气温度管理选择性地将所述SCR催化剂的温度调节到预定的温度范围；以及
测试赋能模块，所述测试赋能模块在先前SCR效率测试失败后并且所述SCR催化剂的温度处于所述预定的温度范围内时使用所述SCR效率模块启动SCR效率测试。
2.如权利要求1所述的废气诊断系统，其中所述SCR效率测试模块在调节SCR催化剂的剂量后测试所述SCR催化剂的效率。
3.如权利要求1所述的废气诊断系统，还包括速度限制模块，所述速度限制模块在车辆的先前SCR效率测试失败后限制车速。
4.如权利要求3所述的废气诊断系统，还包括重设模块，如果所述SCR效率测试通过，则所述重设模块重新设定速度限制模块。
5.如权利要求1所述的废气诊断系统，其中：
SCR催化剂在先前SCR效率测试失败后具有处于第一温度范围内的温度；并且
所述第一温度范围低于并且不同于所述预定的温度范围。
6.如权利要求1所述的废气诊断系统，所述废气温度管理模块通过调节燃料添加和使用HC喷射器将HC燃料喷射进废气从而增加SCR催化剂的温度中的至少一个来增加废气中的燃料。
7.如权利要求1所述的废气诊断系统，其中所述SCR效率测试模块包括测试赋能模块，当颗粒过滤器再生不被执行和SCR催化剂的调节控制不被执行两者中的至少一个发生时所述测试赋能模块选择性地启动SCR效率测试。
8.如权利要求1所述的废气诊断系统，还包括：
入口温度传感器，所述入口温度传感器检测SCR催化剂的入口温度；和
出口温度传感器，所述出口温度传感器检测SCR催化剂的出口温度，
其中，基于所述入口和出口温度计算所述SCR催化剂的温度。
9.如权利要求1所述的废气诊断系统，还包括：
温度计算模块，所述温度计算模块基于所述SCR催化剂的所述入口和出口温度计算所述SCR催化剂的温度；以及
燃料调节模块，所述燃料调节模块进行调节燃料添加和向废气流中喷射碳氢化合物(HC)中的至少一个，以增加所述SCR催化剂的温度。
10.一种方法，包括：
确定SCR催化剂的效率；
使用侵入式废气温度管理选择性地将SCR催化剂的温度调节到预定的温度范围；以及
在先前SCR效率测试失败后并且SCR催化剂的温度处于所述预定的温度范围内时使用SCR效率模块启动SCR效率测试。
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