CN102022170A - 用于具有低温废气的车辆的侵入式scr效率测试系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于具有低温废气的车辆的侵入式SCR效率测试系统和方法，具体地，一种废气诊断系统包括废气温度管理模块，该废气温度管理模块使用侵入式废气温度管理方法选择性地将选择性催化还原(SCR)催化剂的温度增加到预定测试温度范围。SCR效率测试模块在温度处于预定温度范围内时估计SCR催化剂的效率。

Description

用于具有低温废气的车辆的侵入式SCR效率测试系统和方法
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.61/242,098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。
本申请涉及2009年提交的美国申请No.xx/xxx,xxx，该申请要求2009年9月14日提交的美国临时申请No.61/242,084(P 009374，代理人案卷号No.8540P-001016)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。
技术领域
本发明涉及废气诊断系统，更具体地涉及测试选择性催化还原(SCR)催化剂的效率的废气诊断系统和方法。
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。
发动机工作涉及产生废气的燃烧。在燃烧过程中，空气/燃料混合物通过进气阀被送入气缸并且在气缸内燃烧。在燃烧之后，活塞迫使气缸内的废气通过排气阀并进入废气系统。废气可包含例如氮氧化物(NOX)以及一氧化碳(CO)等排放物。
废气处理系统监控和处理废气以满足排放要求。废气的处理可包括使用颗粒过滤器、诸如柴油氧化催化剂(DOC)和/或选择性催化还原(SCR)催化剂等催化剂、碳氢化合物喷射和/或其他设备。SCR催化剂的效率通常受到监控以保证排放物水平在工作中保持在可接受的水平。
发明内容
一种废气诊断系统包括废气温度管理模块，废气温度管理模块使用侵入式废气温度管理选择性地将选择性催化还原(SCR)催化剂的温度增加到预定测试温度范围。SCR效率测试模块在所述温度处于预定温度范围内时估计SCR催化剂的效率。
在其他特征中，车辆包括SCR催化剂。在车辆不负载工作时，车辆的SCR催化剂具有处于第一范围内的温度。第一温度范围低于并且不同于预定测试温度范围。
在另外的特征中，废气温度管理模块改变燃料添加以增加SCR催化剂的温度。
在其他特征中，废气温度管理模块改变燃料数量、燃料喷射正时和后喷射中的至少一个以增加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(test enabling module)，该测试赋能模块在颗粒过滤器再生不被执行时选择性地启动SCR效率测试。
在其他特征中，SCR效率测试模块包括测试赋能模块，该测试赋能模块在SCR催化剂的调节控制不被执行时选择性地启动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。
在另外的特征中，废气温度管理模块包括温度计算模块，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。调节模块改变发动机工作参数以增加SCR催化剂的温度。
方案1、一种废气诊断系统，包括：
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选择性催化还原(SCR)催化剂的温度增加到预定测试温度范围；以及
SCR效率测试模块，所述SCR效率测试模块在温度处于所述预定温度范围内时估计SCR催化剂的效率。
方案2、如方案1所述的废气诊断系统，其中：
车辆包括SCR催化剂；
在正常的不负载工作过程中，所述车辆的所述SCR催化剂具有处于第一范围的温度；并且
所述第一温度范围低于并且不同于所述预定测试温度范围。
方案3、如方案1所述的废气诊断系统，其中：所述废气温度管理模块改变燃料数量、燃料喷射正时和后喷射中的至少一个以增加所述SCR催化剂的温度。
方案4、如方案1所述的废气诊断系统，还包括碳氢化合物(HC)燃料喷射器，其中所述废气温度管理模块使用所述HC喷射器将HC燃料喷入氧化催化剂上游的废气中以增加所述SCR催化剂的温度。
方案5、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，所述测试赋能模块在颗粒过滤器再生不被执行时选择性地启动所述SCR效率测试。
方案6、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，所述测试赋能模块在所述SCR催化剂的调节控制不被执行时选择性地启动所述SCR效率测试。
方案7、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所述SCR催化剂的入口温度；
出口温度传感器，所述出口温度传感器检测所述SCR催化剂的出口温度；以及
其中于所述入口和出口温度计算所述SCR催化剂的温度。
方案8、如方案1所述的废气诊断系统，其中所述废气温度管理模块包括：
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；和
调节模块，所述调节模块改变发动机工作参数以增加所述SCR催化剂的温度。
方案9、一种方法，包括：
使用侵入式废气温度管理途径选择性地将选择性催化还原(SCR)催化剂的温度增加到预定测试温度范围；以及
在温度处于所述预定温度范围内时估计所述SCR催化剂的效率。
方案10、如方案9所述的方法，其中：
车辆包括SCR催化剂；
在正常的不负载工作过程中，所述车辆的所述SCR催化剂具有处于第一范围的温度；并且
所述第一温度范围低于并且不同于所述预定测试温度范围。
方案11、如方案9所述的方法，还包括：改变燃料数量、燃料喷射正时和后喷射中的至少一个以增加所述SCR催化剂的温度。
方案12、如方案9所述的方法，还包括：在DOC之前将碳氢化合物(HC)燃料喷入废气中以增加所述SCR催化剂的温度。
方案13、如方案9所述的方法，还包括：在颗粒过滤器再生不被执行时选择性地启动所述SCR效率测试。
方案14、如方案9所述的方法，还包括：在所述SCR催化剂的调节控制不被执行时选择性地启动所述SCR效率测试。
方案15、如方案9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16、如方案9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
改变发动机工作参数以增加所述SCR催化剂的温度。
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控制模块的发动机系统的功能性框图；
图2是根据本发明包括SCR效率测试模块和废气温度管理模块的控制模块的示例实施方式的功能性框图；
图3示出根据本发明用于执行侵入式SCR效率测试的方法；以及
图4示出在侵入式SCR效率测试中将SCR催化剂的温度增加到预定范围的方法。
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。在这里，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机，然而本发明适用于其他类型的发动机，例如汽油机。
一些车辆在正常驱动条件下具有非常低的废气温度分布曲线。这些车辆在正常驱动条件下在足够长时间内不具备足够的SCR温度来可靠地执行SCR效率测试。
如这里所使用的，术语正常不负载工作是指车辆在没有牵引拖车和/或基本上负载车辆自身时的工作。根据车辆的重量和驱动循环，一些车辆可具有在第一范围内的SCR催化剂工作温度。仅仅作为示例，第一范围在正常不负载工作过程中可以从大约130℃至220℃，然而其他车辆可具有其他温度范围。相比而言，当拖动拖车时可遇到显著较高的温度，仅仅作为示例，大约500℃的温度。当测试SCR效率时，SCR催化剂需要具有第二范围内的温度。第二范围高于第一范围。例如，第二范围可从大约250℃至450℃，然而其他车辆可具有其他温度范围。由此，当车辆不负载时，SCR催化剂低于期望的SCR测试温度范围。类似地，当拖动拖车时，SCR催化剂温度可高于期望的SCR测试温度范围。此外，即使SCR温度在车辆拖动拖车时处于合适的范围内，SCR测试仍可能需要频繁地执行。用于测试所选择的SCR催化剂工作温度可根据所使用的SCR催化剂的特定类型改变。
通常周期性地对SCR催化剂效率进行测试。例如，SCR催化剂效率
可在每个行程中测试一次。根据本发明，SCR效率测试模块与废气温度管理模块相接，以将SCR温度增加到预定温度范围。更具体地，废气温度管理模块在SCR效率测试模块确定SCR效率的周期期间增加SCR温度。当SCR效率测试模块完成时，废气温度管理模块返回正常控制并且终止侵入式废气温度管理。
现在参考图1，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。废气通过DOC 28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，这将在下文进一步描述。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。尽管示出废气处理系统13包括设置在SCR催化剂30外部的入口温度传感器32和出口温度传感器34，然而入口温度传感器32和出口温度传感器34可位于SCR催化剂30内部，用以监控在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在混合物暴露于SCR还原剂30时还使排放物还原。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还可位于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NO X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NH3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DOC上游的废气中供应HC，用以产生放热反应和产生热量，这将增加SCR催化剂30的温度。
现在参考图2，进一步详细示出了控制模块42的示例实施方式。控制模块42包括SCR效率测试模块60和废气温度管理模块62。
SCR效率测试模块60包括SCR效率计算模块70、测试启动模块72和测试赋能模块74。SCR效率计算模块70计算SCR效率。测试启动模块72确定测试是否需要运行。例如，测试可以每个驱动循环、每个行程一次等方式运行。测试赋能模块74确定在启动SCR效率测试之前工作条件是否可接受。
废气温度管理模块62包括温度计算模块76和调节模块78。温度计算模块76接收入口和/出口SCR温度并基于此产生SCR温度。例如，可使用入口和出口温度平均或加权平均值。调节模块78改变发动机的工作参数来调节SCR催化剂30的温度。例如，废气温度可通过调节燃料量、燃料喷射正时、后喷射、HC喷射等增加。在上述示例中，增加A/F比(空燃比)或在DOC之前将HC燃料喷射进废气流中以增加SCR催化剂30的温度。燃料添加可通过燃料控制模块82调节并且/或者HC燃料可通过HC喷射控制模块84使用HC喷射器58喷射到废气中。
现在参考图3，控制在100处开始，在此控制确定SCR效率测试是否需要运行。如果否，则控制在102以正常模式运行。如果100为真，则控制在104继续，并且确定第一组条件是否能够被接受以运行SCR效率测试。仅仅作为示例，第一组条件可包括是否执行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，第一组条件可包括是否执行调节。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，第一组条件仍可以包括其他条件。
如果104为假，则控制返回到100。如果104为真，则控制启动侵入式SCR测试以获得预定SCR温度范围。若剂量调节没有打开则控制在108处还打开剂量调节。如果SCR温度过低，那么SCR温度需要在剂量调节打开之前增加。在SCR侵入式测试启动时的SCR温度可改变。在112处，控制确定在SCR催化剂30上是否存在足够的NH 3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，则控制进行等待，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。除了这些条件之外或者替代这些条件，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，转化效率根据上游和下游所累积质量而定。在124处，控制产生效率阈值EFFTHR，效率阈值根据上游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，则控制在130处宣布SCR效率通过状况。如果128为假，则控制在132处宣布SCR效率失败状况。控制以134从132和134继续，在134处，控制终止侵入式废气温度管理。
现在参考图4，示出了执行侵入式废气温度管理的步骤。在146处，控制确定侵入式SCR测试是否运行。如果146为假，则控制返回146。如果146为真，则控制在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，则控制返回146。如果148为假，则控制确定SCR温度在152处是否大于TL0。如果152为假，则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，则控制确定SCR温度在156处是否小于THI。如果156为假，则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。
通过侵入式地控制SCR的温度，SCR效率测量的精确性可得到改善。上述方法的使用将趋于降低与在非常低的SCR温度下诊断SCR催化剂(此时由于温度原因效率低)的系统和方法相关的保修成本。这些条件还看上去类似于带有低效率的SCR催化剂。在这些低温度区域，会非常难以区别可工作的SCR和不可工作的SCR。
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：
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选择性催化还原(SCR)催化剂的温度增加到预定测试温度范围；以及
SCR效率测试模块，所述SCR效率测试模块在温度处于所述预定温度范围内时估计SCR催化剂的效率。
2.如权利要求1所述的废气诊断系统，其中：
车辆包括SCR催化剂；
在正常的不负载工作过程中，所述车辆的所述SCR催化剂具有处于第一范围的温度；并且
所述第一温度范围低于并且不同于所述预定测试温度范围。
3.如权利要求1所述的废气诊断系统，其中：所述废气温度管理模块改变燃料数量、燃料喷射正时和后喷射中的至少一个以增加所述SCR催化剂的温度。
4.如权利要求1所述的废气诊断系统，还包括碳氢化合物(HC)燃料喷射器，其中所述废气温度管理模块使用所述HC喷射器将HC燃料喷入氧化催化剂上游的废气中以增加所述SCR催化剂的温度。
5.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，所述测试赋能模块在颗粒过滤器再生不被执行时选择性地启动所述SCR效率测试。
6.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，所述测试赋能模块在所述SCR催化剂的调节控制不被执行时选择性地启动所述SCR效率测试。
7.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所述SCR催化剂的入口温度；
出口温度传感器，所述出口温度传感器检测所述SCR催化剂的出口温度；以及
其中于所述入口和出口温度计算所述SCR催化剂的温度。
8.如权利要求1所述的废气诊断系统，其中所述废气温度管理模块包括：
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；和
调节模块，所述调节模块改变发动机工作参数以增加所述SCR催化剂的温度。
9.一种方法，包括：
使用侵入式废气温度管理途径选择性地将选择性催化还原(SCR)催化剂的温度增加到预定测试温度范围；以及
在温度处于所述预定温度范围内时估计所述SCR催化剂的效率。
10.如权利要求9所述的方法，其中：
车辆包括SCR催化剂；
在正常的不负载工作过程中，所述车辆的所述SCR催化剂具有处于第一范围的温度；并且
所述第一温度范围低于并且不同于所述预定测试温度范围。
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