CN102042065A - 监控排气后处理系统中的还原剂喷射系统的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及监控排气后处理系统中的还原剂喷射系统的方法和装置。具体地，一种以稀空燃比工作的内燃机包括还原剂喷射系统，该系统构造成向选择性催化还原装置上游的排气给料流中分配还原剂。该还原剂喷射系统包括与构造成分配还原剂的还原剂分配装置流体相连的还原剂输送系统。一种用于监控还原剂喷射系统的方法包括命令还原剂分配装置以规定还原剂流率分配还原剂、控制还原剂输送系统达到优选工作状态、监控还原剂输送系统的工作并且估计作为还原剂输送系统的受监控工作的函数的还原剂流率，以及诊断作为规定还原剂流率和估计还原剂流率的函数的还原剂喷射系统的工作。

Description

监控排气后处理系统中的还原剂喷射系统的方法和装置

技术领域

本发明总体上涉及内燃机的排气后处理系统。

背景技术

本节陈述只是提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

已知的用以提高内燃机燃油经济性并降低燃料消耗的发动机控制策略包括以稀空燃比工作。这包括构造成以压燃模式和稀燃点燃模式工作的发动机。以稀空燃比工作的发动机能够具有升高的燃烧温度而引起增多的NOx排放量。

一种用于控制和降低NOx排放量的已知排气后处理系统和控制策略包括还原剂喷射控制系统和相关的还原剂-选择性催化还原装置。还原剂喷射控制系统向氨-选择性催化还原装置上游的排气给料流中喷射还原剂例如尿素从而把NOx分子还原成氮气和氧气。已知的氨-选择性催化还原装置分解尿素成氨，并且在有催化剂的情况下氨与NOx分子反应生成氮气。一些数量的氨能够储存在氨-选择性催化还原装置上，在尿素喷射控制系统不能够分配受控量的尿素时能够实现NOx分子的继续还原。

已知的控制系统包括以对应于发动机排出的NOx排放浓度的速率分配还原剂从而在不使用过量还原剂的情况下获得NOx还原，即以还原剂/NOx化学计量比分配还原剂。

发明内容

一种以稀空燃比工作的内燃机包括还原剂喷射系统，该系统构造成向选择性催化还原装置上游的排气给料流中分配还原剂。该还原剂喷射系统包括与构造成分配还原剂的还原剂分配装置流体相连的还原剂输送系统。一种用于监控还原剂喷射系统的方法包括命令还原剂分配装置以规定还原剂流率分配还原剂、控制还原剂输送系统达到优选工作状态、监控还原剂输送系统的工作并且估计作为还原剂输送系统的受监控工作的函数的还原剂流率，以及诊断作为规定还原剂流率和估计还原剂流率的函数的还原剂喷射系统的工作。

本发明还提供了以下方案：

1.一种用于监控还原剂喷射系统的方法，所述还原剂喷射系统包括与还原剂分配装置流体相连的还原剂输送系统，所述还原剂分配装置构造成向选择性催化还原装置上游的内燃机排气给料流中分配还原剂，所述方法包括：

命令所述还原剂分配装置以规定还原剂流率分配还原剂；

控制所述还原剂输送系统达到优选工作状态；

监控所述还原剂输送系统的工作并且估计作为所述还原剂输送系统的受监控工作的函数的还原剂流率；以及

诊断作为所述规定还原剂流率和所述估计还原剂流率的函数的所述还原剂喷射系统的工作。

2.如方案1所述的方法，诊断所述还原剂喷射系统的工作包括，当所述规定还原剂流率与所述估计还原剂流率之间的差值超过阈值时识别与所述还原剂喷射系统相关的故障。

3.如方案1所述的方法，其中，控制所述还原剂输送系统达到优选工作状态包括监控所述还原剂输送系统中的流体压力并且控制还原剂泵的工作以获得所述还原剂输送系统中的优选流体压力。

4.如方案1所述的方法，其中，监控所述还原剂输送系统的工作并且估计作为所述还原剂输送系统的受监控工作的函数的还原剂流率包括监控还原剂泵的工作并且估计作为所述还原剂泵的受监控工作的函数的还原剂流率。

5.如方案4所述的方法，其中，监控所述还原剂泵的工作包括监控还原剂泵速度，并且其中，估计所述还原剂流率包括估计作为包括所述还原剂泵速度的函数的还原剂流率。

6.如方案5所述的方法，其中，所述函数还包括还原剂泵传动比、还原剂泵容积排量和还原剂密度。

7.如方案4所述的方法，其中，监控所述还原剂泵的工作包括监控还原剂泵马达工作周期，并且其中，估计所述还原剂流率包括估计作为所述还原剂泵马达工作周期的函数的还原剂流率。

8.如方案1所述的方法，其中，诊断作为所述规定还原剂流率和所述估计还原剂流率的函数的所述还原剂喷射系统的工作包括：

在一段时间上对所述估计还原剂流率积分；

在一段时间上对所述规定还原剂流率积分；

确定作为积分估计还原剂流率与积分规定还原剂流率之间差值的还原剂积分流量误差；以及

当所述还原剂积分流量误差超过阈值时识别与所述还原剂喷射系统相关的故障。

9.如方案1所述的方法，其中，命令所述还原剂分配装置以规定还原剂流率分配还原剂包括：

命令所述规定还原剂流率以获得所述选择性催化还原装置上游的排气给料流中的还原剂与NOx的化学计量比。

10.一种用于监控还原剂向氨-选择性催化还原装置上游的排气给料流中的喷射的方法，包括：

命令还原剂分配装置从增压还原剂供给以规定还原剂流率分配还原剂；

提供控制信号给还原剂输送系统以建立优选压力下的增压还原剂供给；

估计作为所述控制信号的函数的还原剂流率；以及

诊断作为所述规定还原剂流率和所述估计还原剂流率的函数的所述还原剂喷射系统的工作。

11.如方案10所述的方法，其中，提供控制信号给还原剂输送系统以建立优选压力下的增压还原剂供给包括提供所述控制信号给还原剂泵以建立优选压力下的增压还原剂供给。

12.如方案11所述的方法，其中，所述控制信号包括还原剂泵马达速度控制信号。

13.如方案11所述的方法，其中，所述控制信号包括还原剂泵马达工作周期控制信号。

14.一种还原剂喷射系统，包括：

还原剂分配装置，其接收增压还原剂供给；

控制模块，其命令所述还原剂分配装置从所述增压还原剂供给以规定还原剂流率分配还原剂；

还原剂输送系统，其包括马达，所述马达驱动还原剂泵以建立所述增压还原剂供给；

控制模块，其提供控制信号以控制所述马达，所述马达驱动所述还原剂泵以建立优选压力下的所述增压还原剂供给；以及

控制模块，其确定作为所述控制信号的函数的估计还原剂流率，并且诊断作为所述规定还原剂流率和所述估计还原剂流率的函数的所述还原剂喷射系统的工作。

附图说明

现在将通过举例的方式参照附图描述一个或多个实施例，其中：

图1和2是根据本发明的发动机和排气后处理系统的二维示意图；以及

图3-5是根据本发明的数据图。

具体实施方式

现在参照附图，其中，这些展示只是为了图解某些示例性实施例，而不是为了限制这些实施例，图1示意性地示出了内燃机10、后处理系统45和包含已经按照本发明实施例构造的控制模块5(CM)的附属控制系统。一种示例性发动机10是多缸直喷式四冲程内燃机，其主要以稀空燃比工作。示例性发动机10可以包括压燃式发动机、火花点火直喷式发动机以及其它的发动机配置，它们使用包含稀燃运行的燃烧循环而工作。

发动机10配备有监控发动机工作的各种传感器，包括适于监控排气给料流的排气传感器42。排气传感器42优选为构造成产生与排气给料流的空燃比相关的电信号的装置，从其中可以确定氧含量。可替代地或附加地，排气传感器42可以是构造成产生与排气给料流中的NOx浓度的参数状态相关的电信号的装置。可替代地，一种作为控制模块5中的算法而执行的虚拟传感装置可以用来代替排气传感器42，其中，根据包括发动机速度、质量燃料供应速度及其他因素的发动机工作状态来估计排气给料流中的NOx浓度。发动机10优选地配备有质量空气流量传感器来测量进气流量，从其中可以确定排气质量空气流量。可替代地或组合地，可以执行一种算法来根据发动机转速、排量和容积效率确定通过发动机10的质量空气流量。

控制系统包括控制模块5，该控制模块信号地连接到构造成监控发动机10、排气给料流和排气后处理系统45的多个传感器。控制模块5操作性地连接到发动机10和排气后处理系统45的致动器。该控制系统执行控制方案，优选地包括存储在控制模块5内的控制算法和校准，从而控制发动机10和排气后处理系统45。在工作时，该控制系统监控内燃机10和排气后处理系统45的工作并且控制包含与还原剂分配装置55流体相连的还原剂输送系统30的还原剂喷射系统40，如本文所述。该控制系统执行一个或多个控制方案来控制发动机10从而实现排气后处理系统45的再生。

控制模块5优选为通用数字计算机，包括微处理器或中央处理器、包括含有只读存储器和电可编程只读存储器的非易失性存储器以及随机存取存储器的存储介质、高速时钟、模数转换电路和数模电路、输入/输出电路和装置以及合适的信号调节和缓冲电路。本文所用的控制模块指的是响应于信号或数据进行处理的任何方法或系统并且应当理解成包括微处理器、集成电路、计算机软件、计算机硬件、电路、专用集成电路、个人计算机、芯片及能够提供处理功能的其他装置。控制模块5执行控制算法来控制发动机10的工作。这些控制算法是存储在非易失性存储器中的可执行程序指令和校准。在预定循环期间执行这些控制算法从而使得在每个循环中至少执行一次每个算法。由中央处理器执行这些控制算法来监控来自上述传感器的输入并且控制和监控发动机10、后处理系统45和致动器的工作。以定时间隔执行这些循环，例如在发动机和车辆正在进行运转期间，每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。可替代地，可以响应于事件的出现而执行算法。控制发动机10以优选空燃比工作从而获得与操作员请求、燃料消耗、排放和驾驶性能相关的性能参数，其中发动机燃料供应和/或进气流受到控制从而获得优选空燃比。

排气后处理系统45与发动机10的排气歧管流体相连从而带走排气给料流。排气后处理系统45包括多个流体串联的后处理装置。在一个实施例中，如图1所示，第一、第二和第三后处理装置50、60和70使用已知管道和连接器流体地串联。每个排气后处理装置50、60和70都包括采用具有各种处理排气给料流组分成分的能力的技术的装置，包括氧化、使用还原剂的选择性催化还原和微粒过滤。对于特定应用，可以确定每个后处理装置50、60和70的设计特征，例如容积、空速、单元密度、涂层密度和金属装载。在图1所示的实施例中，第一后处理装置50包括氧化催化剂，在一个实施例中第二后处理装置60包括氨-选择性催化反应器装置，第三后处理装置70包括有催化的微粒过滤器，但是本文所述原理不受此限制。第一、第二和第三后处理装置50、60和70可以安装在各自的结构中，这些结构流体地相连并且安装在发动机机舱和车身底板中，有一个或多个传感装置安置在这些结构之间。本领域技术人员可以想到其它组装布置。

第一后处理装置50优选地包括氧化催化装置，其包括含有一个或多个铂族金属例如铂或钯的氧化铝基涂层的堇青石载体。在一个实施例中，可以省略第一后处理装置50。

在一个实施例中，第二后处理装置60包括氨-选择性催化反应器装置，优选为涂覆有涂层的堇青石载体。在一个实施例中，第二后处理装置60包括两个串联布置的带涂层的载体。优选的涂层使用铜-沸石、铁-沸石及其他金属-沸石的氨选择性催化技术作为催化材料。在一个实施例中，氨-选择性催化反应器包括支撑在堇青石载体上的一种金属离子和适用的沸石结构。

第三后处理装置70优选地包括同微粒过滤器相结合的第二氧化催化剂。根据特定发动机和动力系应用的规格和工作特性，第三后处理装置70还可以单独地或组合地包括其它排气后处理装置，其包括有催化或无催化的微粒过滤器、空气泵、外部加热装置、硫捕集器、磷捕集器、选择性还原装置等。

排气后处理系统45包括还原剂喷射系统40，该还原剂喷射系统包括流体地连接到还原剂输送系统30的还原剂分配装置55，其参照图2描述。还原剂输送系统30和还原剂分配装置55都由控制模块5控制以向氨选择性催化反应器装置60上游的排气给料流中分配规定质量流率的氨还原剂。

与监控后处理系统45相关的传感装置优选地包括排气传感器42、第一后处理装置50紧下游的第一传感装置52、氨-选择性催化反应器装置60紧上游的第二传感装置54、氨-选择性催化反应器装置60下游的第三传感装置66以及第三后处理装置70下游的第四传感装置72。传感装置还包括第一和第二温度监控传感器62和64，它们构造成监控与氨-选择性催化反应器装置60相关的温度。可替代地或附加地，一种虚拟传感装置可用于监控后处理系统45。一种虚拟传感装置可以执行为控制模块5中的算法并且代替相应的排气传感器。举例来说，可以根据使用发动机传感装置所监控的发动机工作状态估计排气给料流中的NOx浓度。与监控后处理系统45相关的所述传感装置意味着解释性的。

第一传感装置52位于第二后处理装置60的上游，并且优选地构造成监控第一后处理装置50下游的排气给料流的温度。第一传感装置52产生与进入氨-选择性催化反应器装置60的排气给料流的温度相关的信号。

第二传感装置54位于氨-选择性催化反应器装置60的紧上游和还原剂分配装置55的下游。第二传感装置54产生可与离开第一后处理装置50之后的排气给料流中所含特定气体例如NOx、碳氢化合物、氰化氢和/或乙醛的浓度相关的电信号。

第三传感装置66监控氨-选择性催化反应器装置60之后且第三后处理装置70上游的排气给料流，并且优选地构造成监控排气给料流的组分成分例如NOx的浓度。第三传感装置66产生可与排气给料流的NOx浓度或其它参数(例如氨(NH3))相关的信号。

第四传感装置72监控第三后处理装置70下游的排气给料流，并且优选地构造成监控排气给料流的组分成分例如NOx的浓度。第四传感装置72产生可与NOx浓度或排气给料流中的另一排气组分的浓度相关的信号。每个第一、第二、第三和第四传感装置52、54、66和72都信号地连接到控制模块5，该控制模块执行系统控制算法和诊断算法。

第一温度监控传感器62测量氨-选择性催化反应器装置60上游或其前部内的温度来确定其工作温度。第一温度监控传感器62可以构造成监控排气给料流的温度，并且可替代地可以构造成监控氨-选择性催化反应器装置60的温度。

第二温度监控传感器64测量氨-选择性催化反应器装置60下游或其后部内的温度来确定其工作温度。第二温度监控传感器64可以构造成监控排气给料流的温度，并且可替代地可以构造成监控氨-选择性催化反应器装置60的温度。

图2示出了还原剂喷射系统40的详细结构，其包括还原剂输送系统30和还原剂分配装置55。还原剂分配装置55构造成经由插入排气管56中的喷嘴58分配还原剂。还原剂分配装置55向流经排气管56的排气给料流中分配还原剂。还原剂分配装置55的喷嘴58插入氨-选择性催化反应器装置60上游的排气管56中。排气系统45的排气管56内的压力(P_st)可以用排气压力传感器进行测量，或者可替代地，可以根据包括排气流率在内的发动机工作状态进行估计。

还原剂分配装置55经由管道57流体地连接到还原剂输送系统30，该管道运送增压还原剂流因此向还原剂分配装置55提供增压还原剂供给。还原剂分配装置55操作性地连接到控制模块5并且优选地包括电磁线圈操纵的流体流动控制阀，该控制阀具有适于向排气管56中的排气给料流中喷射还原剂的流体出口。控制模块5执行算法代码以监控发动机10的工作状态和后处理系统45的工作参数并且确定包括NOx排放浓度和质量流率在内的排气给料流的质量流率。命令规定还原剂质量流率

规定还原剂质量流率优选地获得还原剂/NOx化学计量比并提供足够的还原剂质量流率从而在有氨-选择性催化反应器装置60的催化材料的情况下把NOx排放浓度和质量流量还原成氮气。控制模块5执行算法代码来产生喷射器控制信号，例如给还原剂分配装置55的与规定还原剂质量流率

相对应的管道57中的在指令压力下的脉宽调制控制信号(PWM(Inj))。

还原剂输送系统30包括还原剂泵32及其相关控制模块34以及流体地连接到向着还原剂泵32的入口57′的还原剂储罐38。在一个实施例中，还原剂泵32包括马达驱动的容积式泵机构，该泵机构包括装在具有进口阀和出口阀的壳体中的往复活塞。用由控制模块34致动的电力驱动的马达引起活塞的往复运动。马达与泵机构之间的减速齿轮可以提供泵的传动比。存储在还原剂储罐38中的还原剂可以用温度状态T₀和压力状态P₀表征，压力状态P₀与还原剂泵32的进口压力有关。优选地，还原剂输送系统30构造成使得有从还原剂储罐38到还原剂泵32的进口的还原剂重力流动。还原剂泵32的出口流体地连接到管道57，该管道运送增压还原剂给还原剂分配装置55。在一个实施例中，压力传感器36适于监控管道57内的还原剂压力P_R。工作时，控制模块5控制还原剂输送系统30达到优选工作状态，例如通过产生用于还原剂输送系统30的优选压力P_PRF。确定管道57内的受监控还原剂压力P_R与优选压力P_PRF之间的差值，并且发送给控制模块34，该控制模块产生泵控制信号使还原剂泵32基于此工作。控制模块34响应于泵控制信号控制还原剂泵32的工作。还原剂泵32的控制参数可以包括泵控制信号，该泵控制信号包括还原剂泵32的泵马达速度ω和泵马达工作周期PWM(泵)。在一个实施例中，优选或期望压力P_PRF是6000mbar(abs)。控制模块34可以与控制模块5分开或与集成。控制模块5和控制模块34都属于本文所称的控制系统的一部分。

该控制系统监控还原剂输送系统30和还原剂分配装置55的工作并且确定还原剂输送系统30中的与还原剂输送系统30的受监控的工作有关的估计还原剂质量流率工作时，规定还原剂质量流率

与估计还原剂质量流率

相比较。估计还原剂质量流率

与还原剂泵32的控制参数相关联，考虑了流量相关的因素，包括管道57内的还原剂压力P_R、温度状态T₀和压力状态P₀。因此，可以诊断包括还原剂分配装置55和还原剂输送系统30的还原剂喷射系统40的工作，并且当规定还原剂质量流率

与估计还原剂质量流率

的不同量超过阈值时可以确认故障。

还原剂输送系统30中的与受监控的工作有关的还原剂流率可以根据其受监控的工作来估计。出自容积式还原剂泵32的质量流率可以用方程式1建模：

$\stackrel{\·}{U}=\frac{g\·\mathrm{\ω}\·P_0\·D}{R\·T_0}\mathrm{\η}(P_R,\mathrm{\ω}),\mathrm{\η}\≈1---\left[1\right]$

其中，

是还原剂质量流率，

ω是泵马达速度，

g是泵的传动比，

D是容积活塞排量，

P₀是还原剂的进口压力，

T₀是还原剂的进口温度，

P_R是管道57中的测得压力，

R是理想气体常数，以及

η是还原剂泵32的效率。

还原剂体积流率

可以表示为与泵马达转速ω成比例，在方程式2中表达：

$\frac{\stackrel{\·}{U}}{\mathrm{\ρ}}=\frac{\stackrel{\·}{U}\·{\mathrm{RT}}_0}{P_0}=g\·\mathrm{\ω}\·D---\left[2\right]$

其中，ρ是还原剂的密度。

因此，可以根据泵马达转速ω、泵的传动比g、容积活塞排量D和还原剂的密度ρ按照下面表达的方程式3确定估计还原剂质量流率

${\stackrel{\·}{U}}_a=g\·\mathrm{\ω}\·\mathrm{\ρ}\·D---\left[3\right]$

规定还原剂质量流率

是已知的，并且是与氨-选择性催化反应器装置60中的NOx排放浓度起反应从而把NOx排放还原成氮气所需的预定的还原剂质量流率，如本文所述。

可以计算作为规定还原剂质量流率与估计还原剂质量流率

之间的差值的还原剂流率误差e_FR，如方程式4所表达的。

$e_{\mathrm{FR}}={\stackrel{\·}{U}}_C-{\stackrel{\·}{U}}_a---\left[4\right]$

当还原剂流率误差e_FR的绝对值大于预定阈值时，以包括还原剂泵32的还原剂输送系统30确定故障。当还原剂流率误差e_FR大于零，即为正值时，表示欠定量给料故障，其中，输送的还原剂少于规定的。当还原剂流率误差e_FR小于零，即为负值时，表示过定量给料故障，其中，输送的还原剂多于规定的。

在不测量泵马达转速ω的工作系统中，控制模块34用泵马达工作周期PWM(泵)作为控制参数来驱动还原剂泵32。泵马达速度的时间-速率变化

和电流和i可以表达成矢量方程式。该矢量方程式是带有包含泵马达转速ω、用百分比表示的泵马达工作周期(图2中描述成PWM(泵)并且在后面的方程式中作为PWM)、压力P_R以及用于还原剂泵32的电动机的马达绕组温度T_M的输入的二次状态空间模型，表达如下。

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{i}\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}\end{array}\right]=\left|\begin{array}{cc}{a}_{11}& a_{12}\\ a_{21}& a_{22}\end{array}\right|\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{i}\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}{b}_{11}& 0\\ 0& b_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{PWM}\\ P_R\end{array}\right]---\left[5\right]$

方程式5的状态空间参数由马达设计确定。它们是常数，但是会随着马达绕组温度T_M的变化而稍作变化。

一种系统识别方法可用于如下简化方程式5，因此省略作为所需监控状态的电流。可以估计泵马达速度的时间-速率变化

作为泵马达速度ω的状态、用百分比表示的泵马达工作周期(PWM)、压力P_R和用于还原剂泵32的电动机的马达绕组温度T_M的函数，如下。

$\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=f(\mathrm{\ω},\mathrm{PWM},P_R,T_M)---\left[6\right]$

方程式6可以重写为差分方程式，其与用还原剂的密度ρ调整的估计还原剂质量流率

有关，从而得到估计容积流量，如下。

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_a}{\mathrm{\ρ}}\right)=f(\frac{{\stackrel{\·}{U}}_a}{\mathrm{\ρ}},\mathrm{PWM},T_M)---\left[7\right]$

可以用时间对方程式7求积分来估计总还原剂质量流量，即

其可以与用时间对规定还原剂流率

的积分值(即

)相比较。

还原剂积分流量误差项e_F可以如下计算。

$e_F=\frac{|{\∫\stackrel{\·}{U}}_c-{\∫\stackrel{\·}{U}}_a|}{\∫{\stackrel{\·}{U}}_c}---\left[8\right]$

当还原剂积分流量误差项e_F超过阈值(例如50％)时，可以识别故障。该阈值可以与还原剂流量对氨-选择性催化反应器装置60的NOx排放还原性能的影响相关联。这个估计能够实现识别与用于还原剂分配装置55的电磁阀、包括喷嘴58的还原剂分配装置55中的泄露或阻塞和例如由结冰或其他问题引起的管道57的堵塞相关的故障。

图4图解示出了用于示例性泵32的压力比P_R/P₀的范围，该范围对应于用还原剂的密度ρ调整的还原剂的规定质量流率

的范围，表示为指令还原剂体积流率

压力比P_R/P₀是示例性泵32的输入压力到输出压力的压力增益。示出了恒定泵马达速度ω的线，描述了指令还原剂体积流率的增大需要泵马达速度ω的相应提高以保持压力比P_R/P₀为选定或目标压力比。

图3图解示出了在包括还原剂泵32的示例性还原剂输送系统30的准稳态工作下对应于泵马达工作周期PWM(泵)的指令还原剂体积流率的范围。该结果描述了可接受的工作带以及还原剂欠定量给料和还原剂过定量给料的相关阈值。由于环境压力、还原剂温度以及泵马达工作温度和效率的变化，这个关系可能改变，用虚线(T_M效应界限)内的可接受工作带表示。可以应用模式识别来根据指令还原剂体积流率

与泵马达工作周期PWM(泵)之间的关系检测还原剂喷射故障。当存在堵塞管线，例如管道57内的还原剂结冰或者还原剂分配装置55未能打开时，可以在还原剂输送系统30命令在泵马达工作周期PWM(泵)的低百分比状态下的高还原剂体积流率

时检测这类故障。举例来说，可以在系统命令小于16％的泵马达工作周期以获得400mg/sec的规定还原剂质量流率的时候识别这类故障。当还原剂输送系统30中存在泄漏时，可以在还原剂输送系统30命令在泵马达工作周期PWM(泵)的高百分比状态下的低还原剂体积流率

时检测这类故障。举例来说，可以在系统命令大于70％的泵马达工作周期以获得50mg/sec的规定还原剂质量流率

的时候识别这类故障。

图5图解示出了随时间变化画出的泵马达工作周期(PWM(泵)-(百分比))和规定还原剂质量流率并且描述了与泵马达工作周期(PWM)和规定还原剂质量流率

有关的期望喷射水平，包括对还原剂过喷射事件的描述。

可以用下面方程式9所表达的非线性函数定义还原剂质量流率

$\stackrel{\·}{U}=\mathrm{\ρf}(P_R,v)=\mathrm{\ρ}\tilde{f}(P_R,\mathrm{\ω})---\left[9\right]$

其中，v是活塞速度，并且

是根据压力P_R和泵马达速度ω确定还原剂质量流率

的估计函数。

方程式9可以简化成方程式10所示，使用输入PWM和P以及输出dU/dt。图5示出了实际的还原剂质量流率

和来自方程式7的上述模型的估计还原剂质量流率

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_C}{\mathrm{\ρ}}=f(\frac{\stackrel{\·}{U}}{\mathrm{\ρ}},\mathrm{PWM},T_M)---\left[10\right]$

还原剂分配装置55的工作受到控制系统的监控。可以使用液体流动孔口方程估计通过还原剂分配装置55的还原剂流率，并且表示用于还原剂分配装置55的喷嘴58的工作，如方程式11所表达的：

${\stackrel{\·}{U}}_a=f_{\mathrm{AREA}}\left(\mathrm{PWM}\right)\sqrt{2\frac{\stackrel{\‾}{P}}{{\mathrm{RT}}_0}(\stackrel{\‾}{P}-P_{\mathrm{st}})}---\left[11\right]$

其中，

是测得管线压力P_R的平均值，并且

f_AREA是还原剂分配装置55的当量或有效喷射器孔口面积，其对应于来自控制模块5的控制信号，即与规定还原剂质量流率

相对应的脉宽调制(PWM)控制信号。

通过消除与温度和PWM有关的任何共有效应，可以确定规定还原剂质量流率

与估计还原剂质量流率

的比值，有6000 mbar的工作管线压力。

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_a}{{\stackrel{\·}{U}}_c}=\frac{\sqrt{\stackrel{\‾}{P}(\stackrel{\‾}{P}-P_{\mathrm{st}})}}{\sqrt{P_R(P_R-P_{\mathrm{st}})}}\mathrm{or},{\stackrel{\·}{U}}_a=\frac{\sqrt{\stackrel{\‾}{P}(\stackrel{\‾}{P}-P_{\mathrm{st}})}}{\sqrt{6000(6000-P_{\mathrm{st}})}}{\stackrel{\·}{U}}_c---\left[12\right]$

可以使用下面表达的积分分别计算喷射的还原剂的估计和规定量。

$U_a=\∫{\stackrel{\·}{U}}_a=\∫\frac{\sqrt{\stackrel{\‾}{P}(\stackrel{\‾}{P}-P_{\mathrm{st}})}}{\sqrt{6000(6000-P_{\mathrm{st}})}}{\stackrel{\·}{U}}_c\·\mathrm{dt}---\left[13\right]$

$U_c=\∫{\stackrel{\·}{U}}_c---\left[14\right]$

可以按下面计算还原剂积分质量流量误差项e_F。

$e_F=\frac{|{\stackrel{\·}{\∫U}}_c-{\stackrel{\·}{\∫U}}_a|}{\∫{\stackrel{\·}{U}}_c}---\left[15\right]$

当还原剂积分质量流量误差项eF超过预定阈值例如50％时，可以识别还原剂输送系统30中的故障，例如管道57中的泄漏。

喷射器故障可以包括监控泵压力以识别还原剂流中的故障，包括使用上面的方程式13。当管线压力P_R出现下降得到50％的规定还原剂流率喷射时，方程式12变成

$2=\sqrt{\frac{P_R(P_R-P_{\mathrm{st}})}{\stackrel{\‾}{P}(\stackrel{\‾}{P}-P_{\mathrm{st}})}},$ 因此 $4=\frac{P_R(P_R-P_{\mathrm{st}})}{\stackrel{\‾}{P}(\stackrel{\‾}{P}-P_{\mathrm{st}})}---\left[16\right]$

当泵压力下降时，

$\stackrel{\‾}{P}=\mathrm{\α}{P}_R$ 且P_st＝P_R/k    [17]

方程式16和17可以简化成下面的方程式18。

${4\mathrm{\α}}^2-\frac{4}{k}\·\mathrm{\α}+(\frac{1}{k}-1)=0---\left[18\right]$

因为k是已知的，可以通过求解方程式18校准α项。k和相应α项的a的示例值如表1所示。

表1

因此，40％至50％之间的压降得到约一半的规定还原剂流率喷射，这取决于受到排气管压力P_st影响的k因子。故障的潜在根本原因包括还原剂泵32的故障和管道57中的泄漏。

本发明已经描述了某些优选实施例及其改型。在阅读和理解说明书的基础上可以想到其它更多的改型和变化。因此，本发明不意图限制为作为设想为实施本发明的优选方式所公开的特定的一个或多个实施例，而是将包括落入所附权利要求书范围的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于监控还原剂喷射系统的方法，所述还原剂喷射系统包括与还原剂分配装置流体相连的还原剂输送系统，所述还原剂分配装置构造成向选择性催化还原装置上游的内燃机排气给料流中分配还原剂，所述方法包括：

命令所述还原剂分配装置以规定还原剂流率分配还原剂；

控制所述还原剂输送系统达到优选工作状态；

监控所述还原剂输送系统的工作并且估计作为所述还原剂输送系统的受监控工作的函数的还原剂流率；以及

诊断作为所述规定还原剂流率和所述估计还原剂流率的函数的所述还原剂喷射系统的工作。

2.如权利要求1所述的方法，诊断所述还原剂喷射系统的工作包括，当所述规定还原剂流率与所述估计还原剂流率之间的差值超过阈值时识别与所述还原剂喷射系统相关的故障。

3.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述还原剂输送系统达到优选工作状态包括监控所述还原剂输送系统中的流体压力并且控制还原剂泵的工作以获得所述还原剂输送系统中的优选流体压力。

4.如权利要求1所述的方法，其中，监控所述还原剂输送系统的工作并且估计作为所述还原剂输送系统的受监控工作的函数的还原剂流率包括监控还原剂泵的工作并且估计作为所述还原剂泵的受监控工作的函数的还原剂流率。

5.如权利要求4所述的方法，其中，监控所述还原剂泵的工作包括监控还原剂泵速度，并且其中，估计所述还原剂流率包括估计作为包括所述还原剂泵速度的函数的还原剂流率。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述函数还包括还原剂泵传动比、还原剂泵容积排量和还原剂密度。

7.如权利要求4所述的方法，其中，监控所述还原剂泵的工作包括监控还原剂泵马达工作周期，并且其中，估计所述还原剂流率包括估计作为所述还原剂泵马达工作周期的函数的还原剂流率。

8.如权利要求1所述的方法，其中，诊断作为所述规定还原剂流率和所述估计还原剂流率的函数的所述还原剂喷射系统的工作包括：

在一段时间上对所述估计还原剂流率积分；

在一段时间上对所述规定还原剂流率积分；

确定作为积分估计还原剂流率与积分规定还原剂流率之间差值的还原剂积分流量误差；以及

当所述还原剂积分流量误差超过阈值时识别与所述还原剂喷射系统相关的故障。

9.如权利要求1所述的方法，其中，命令所述还原剂分配装置以规定还原剂流率分配还原剂包括：

命令所述规定还原剂流率以获得所述选择性催化还原装置上游的排气给料流中的还原剂与NOx的化学计量比。

10.一种还原剂喷射系统，包括：

还原剂分配装置，其接收增压还原剂供给；

控制模块，其命令所述还原剂分配装置从所述增压还原剂供给以规定还原剂流率分配还原剂；

还原剂输送系统，其包括马达，所述马达驱动还原剂泵以建立所述增压还原剂供给；

控制模块，其提供控制信号以控制所述马达，所述马达驱动所述还原剂泵以建立优选压力下的所述增压还原剂供给；以及

控制模块，其确定作为所述控制信号的函数的估计还原剂流率，并且诊断作为所述规定还原剂流率和所述估计还原剂流率的函数的所述还原剂喷射系统的工作。

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