CN103089387B - 排气处理方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及排气处理方法和系统。提供了用于监测选择性催化还原（“SCR”）装置的控制方法。控制方法包括基于剂量调试值来调节现有效率阈值以便确定效率阈值。所述剂量调试值代表基于所确定的下游NOx浓度值与预期NOx浓度的偏差而定的还原剂供应的被调节值。该控制方法包括比较所述效率阈值和所述SCR装置的确定效率。该控制方法包括基于所述效率阈值和所述SCR装置的所述确定效率的比较来生成消息。

Description

排气处理方法和系统
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2011年10月28日提交的美国临时专利申请序列号61/552,748的优先权，其全部内容并入本文以供参考。
技术领域
本发明涉及用于排气系统的控制方法和系统，并且更具体地涉及用于控制排气系统内排放成份的还原的控制方法和系统。
背景技术
从内燃发动机（例如柴油发动机）排放的排气气体是异构混合物，其包含气态排放物，例如一氧化碳（CO）、未燃烧的碳氢化合物（HC）和氮的氧化物（NOx）以及构成颗粒物质的凝聚相物质（液体和固体）。通常被置于催化剂支撑物或基底上的催化剂成分被提供在发动机排气系统中以便将这些排气成分中的某些或全部转换成未调整排气气体组分。
在一些情况下，提供一个或更多个选择性催化还原（SCR）装置来减少排气中NOx的量。SCR装置使用氨（NH3）或其他还原剂来还原NOx。例如，当在适当条件下SCR装置处有适当量的NH3可用时，在SCR催化剂存在的情况下NH3与NOx反应从而将NOx排放物还原成例如氮。
因此，理想的是提供用于控制并监测SCR装置的效率的系统和方法。
发明内容
在一种示例性实施例中，提供用于监测选择性催化还原（“SCR”）装置的控制方法。控制方法包括基于剂量调试值来调节现有效率阈值以便确定效率阈值。剂量调试值代表基于所确定的下游NOx浓度值与预期NOx浓度的偏差而定的还原剂供应的被调节值。控制方法包括比较效率阈值和SCR装置的确定效率。控制方法包括基于效率阈值和SCR装置的确定效率的比较来生成消息。
本发明还提供了以下技术方案。
方案1. 一种用于监测选择性催化还原（“SCR”）装置的控制方法，包括：
基于剂量调试值来调节现有效率阈值以便确定效率阈值，其中所述剂量调试值代表基于所确定的下游NOx浓度值与预期NOx浓度的偏差而定的还原剂供应的被调节值；
比较所述效率阈值和SCR装置的确定效率；以及
基于所述效率阈值和SCR装置的所述确定效率的比较来生成消息。
方案2. 根据方案1所述的控制方法，其中所述现有效率阈值基于SCR装置的催化剂温度、排气气体流速和上游NOx浓度值中的至少一者而定。
方案3. 根据方案1所述的控制方法，其中所述确定效率基于上游NOx浓度值和下游NOx浓度值而定。
方案4. 根据方案3所述的控制方法，其中所述确定效率使用如下等式计算：
其中Eff是所述效率，NOx_DWN是所述下游NOx浓度值的测量浓度，并且NOx_UP是所述上游NOx浓度值的测量浓度。
方案5. 根据方案1所述的控制方法，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定通过状态，其中如果所述确定效率大于或等于所述效率阈值，则所述通过状态被设定。
方案6. 根据方案1所述的控制方法，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定未通过状态，其中如果所述确定效率小于所述效率阈值，则所述未通过状态被设定。
方案7. 根据方案1所述的控制方法，其中所述消息对应于与所述SCR装置关联的诊断代码。
方案8. 一种用于监测选择性催化还原（“SCR”）装置的控制系统，包括：
阈值确定模块，用于基于剂量调试值来调节现有效率阈值以确定效率阈值，其中所述剂量调试值代表基于所确定的下游NOx浓度值与预期NOx浓度的偏差而定的还原剂供应的被调节值；
效率确定模块，用于比较所述效率阈值和SCR装置的确定效率；以及
报告模块，用于基于所述效率阈值和SCR装置的所述确定效率的比较来生成消息。
方案9. 根据方案8所述的控制系统，其中所述现有效率阈值基于SCR装置的催化剂温度、排气气体流速和上游NOx浓度值中的至少一者而定。
方案10. 根据方案8所述的控制系统，其中所述确定效率由效率确定模块来计算，并且其中所述确定效率基于上游NOx浓度值和下游NOx浓度值而定。
方案11. 根据方案10所述的控制系统，其中所述确定效率使用如下等式计算：
其中Eff是所述效率，NOx_DWN是所述下游NOx浓度值的测量浓度，并且NOx_UP是所述上游NOx浓度值的测量浓度。
方案12. 根据方案8所述的控制系统，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定通过状态，其中如果所述确定效率大于或等于所述效率阈值，则所述通过状态被设定。
方案13. 根据方案8所述的控制系统，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定未通过状态，其中如果所述确定效率小于所述效率阈值，则所述未通过状态被设定。
方案14. 根据方案8所述的控制系统，其中所述消息对应于与所述SCR装置关联的诊断代码。
方案15. 一种排气处理系统，包括：
选择性催化还原（“SCR”）装置；以及
控制模块，其监测所述SCR装置，所述控制模块包括：
阈值确定模块，用于基于剂量调试值来调节现有效率阈值以确定效率阈值，其中所述剂量调试值代表基于所确定的下游NOx浓度值与预期NOx浓度的偏差而定的还原剂供应的被调节值；
效率确定模块，用于比较所述效率阈值和SCR装置的确定效率；以及
报告模块，用于基于所述效率阈值和所述SCR装置的所述确定效率的比较来生成消息。
方案16. 根据方案15所述的排气处理系统，其中所述现有效率阈值基于SCR装置的催化剂温度、排气气体流速和上游NOx浓度值中的至少一者而定。
方案17. 根据方案15所述的排气处理系统，其中所述确定效率由效率确定模块来计算，并且其中所述确定效率基于上游NOx浓度值和下游NOx浓度值而定。
方案18. 根据方案17所述的排气处理系统，其中所述确定效率使用如下等式计算：
其中Eff是所述效率，NOx_DWN是所述下游NOx浓度值的测量浓度，并且NOx_UP是所述上游NOx浓度值的测量浓度。
方案19. 根据方案15所述的排气处理系统，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定通过状态，其中如果所述确定效率大于或等于所述效率阈值，则所述通过状态被设定。
方案20. 根据方案15所述的排气处理系统，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定未通过状态，其中如果所述确定效率小于所述效率阈值，则所述未通过状态被设定。
当结合附图时本领域技术人员从本发明的下述具体描述中可以显而易见到本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。
附图说明
参考附图在实施例的下述具体描述中可以通过示例方式看出其他特征、优点和细节，附图中：
图1是根据示例性实施例的包括排气处理系统的车辆的功能框图；
图2是示出根据示例性实施例的排气处理系统的控制模块的数据流示图；以及
图3是示出根据示例性实施例的排气处理系统能够执行的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述实际上仅是示例性的，并且决不意图限制本公开、其应用或用途。应该理解，在所有附图中，对应附图标记指代同样或对应的部件和特征。如这里使用的，术语模块是指专用集成电路（ASIC）、电子电路、处理器（共享、专用或成组）以及执行一个或更多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他适当部件。
现在参考图1，示例性实施例涉及一种车辆10，其包括排气处理系统12以用于还原内燃发动机14的被调整排气气体成份。能够意识到，这里描述的排气处理系统12能够被实现在各种发动机系统中。这样的发动机系统可以包括例如但不限于柴油发动机、汽油发动机、均质充气压缩点火发动机系统。
如图1所示，排气处理系统12大体包括一个或更多个排气气体管道16以及一个或更多个排气处理装置。排气处理装置包括选择性催化还原装置（SCR）18。在图1的示例中，排气处理装置还包括氧化催化剂装置（OC）20和颗粒过滤器（PF）22。能够意识到，本公开的排气处理系统12可以包括SCR 18和其他排气处理装置的各种组合并且不限于本示例。
在图1中，可以包括多段的排气气体管道16将排气气体24从发动机14输送到排气处理系统12的排气处理装置。SCR 18可以被置于发动机14的下游。SCR操作以便还原排气气体24中的氮的氧化物（NOx）。可以使用被封装在具有与排气气体管道16流体连通的入口和出口的刚性壳或罐内的穿流（flow-through）陶瓷或金属单体基体来构造SCR 18。基体可以包括施加于其上的NOx还原催化剂成分，例如SCR催化剂成分。SCR催化剂成分可以包括沸石以及一种或更多种基本金属组分，例如铁（Fe）、钴（Co）、铜（Cu）或钒（V），其能够在存在还原剂（例如氨（NH3））时有效地操作从而转化排气气体24中的NOx成份。
可以从还原剂供应源26供应还原剂，例如氨（NH3），并且可以在SCR 18上游的位置处使用喷射器28或者向排气气体24输送还原剂的其他适当方法将该还原剂喷射到排气气体管道16内。还原剂可以是气体、液体或尿素溶液的形式，并且可以在喷射器28内与空气混合以便有助于喷雾的散布。混合器或紊流器30也可以被置于排气管道16内非常接近喷射器28以便进一步有助于还原剂与排气气体24的充分混合。
控制模块32基于感测的和/或模型化的数据来控制发动机14以及排气处理系统12的一个或更多个部件。例如上游NOx传感器34和下游NOx传感器36探测排气系统12中各位置处排气气体24中的NOx水平。上游NOx传感器34测量SCR 18上游位置处排气气体24内的NOx水平并且基于该水平生成传感器信号。下游NOx传感器36测量SCR 18下游位置处排气气体24内的NOx水平并且基于该水平生成传感器信号。
控制模块32接收信号并且基于本公开的SCR监测系统和方法来监测SCR 18的操作。在各种实施例中，控制模块32基于效率阈值来监测SCR 18的操作。效率阈值考虑到向排气系统12供应还原剂的受控调节。控制模块32能够基于对SCR 18的监测设定诊断代码。控制模块32能够进一步根据各种报告方法来报告诊断代码，所述报告方法包括但不限于使用车内通信报告消息和/或车外报告消息。
现在参考图2，流程图示出了可以被实现在控制模块32内的SCR监测系统的各种实施例。根据本公开的SCR监测系统的各种实施例可以包括实现在控制模块32内的任意数量的子模块。能够意识到，图2所示的子模块可以被结合和/或进一步拆分从而类似地监测SCR 18（图1）的效率。可以从发动机14（图1）感测、从其他控制模块（未示出）接收以及/或者通过控制模块32内的其他子模块（未示出）确定/建模通向控制模块32的输入。在各种实施例中，控制模块32包括效率确定模块40、阈值确定模块42、评估模块44和报告模块46。
效率确定模块40接收上游NOx浓度值48（例如通过图1所示的上游NOx传感器34所确定的）和下游NOx浓度值50（例如通过图1所示的下游NOx传感器36所确定的）作为输入。基于上游NOx浓度值48和下游NOx浓度值50，效率确定模块40确定SCR 18（图1）的效率52。例如，效率确定模块40基于如下等式确定效率52：
                 （1）
其中Eff代表效率52。NOx_DWN代表测量的NOx下游浓度（例如下游NOx浓度值50）。NOx_UP代表测量的NOx上游浓度（例如上游NOx浓度值48）。
阈值确定模块42例如接收剂量调试值54、SCR 18的催化剂温度62、排气气体流速64和上游NOx浓度值48作为输入。剂量调试值54代表基于所确定的测量的下游NOx浓度值50与模型化或预期NOx浓度的偏差而定的还原剂供应的被调节值。例如，如果确定测量的下游NOx浓度值50与模型化NOx浓度存在足够大的偏差，则触发SCR调试。在SCR调试期间，还原剂供应被关闭并且SCR 18（图1）上的还原剂加载被耗尽。监测下游NOx传感器36（图1）的响应以确定是否存在过量还原剂、不足量还原剂或者是否不能做出判定。如果存在过量，则调试值54从名义值减小（例如如果名义是1，则调试将因数减小到0.98，这会减少剂量）。如果存在不足量，则调试值54从名义值增大（例如如果名义是1，则调试将因数增大到1.12，这会增加剂量）。
阈值确定模块42通过使用剂量调试值54来调节现有效率阈值来确定SCR 18的效率阈值56。现有效率阈值基于SCR 18的催化剂温度62、排气气体流速64和上游NOx浓度值48而定。例如，通过使用调试值54，效率确定模块42确定调试调节因数（例如使用查找表或其他方法）。阈值确定模块42将调试调节因数应用到效率阈值（例如通过相乘或其他方法）。在各种实施例中，效率阈值56能够基于排放标准被预定或确定。
评估模块44接收效率52和效率阈值56作为输入。评估模块44比较效率52与效率阈值56，以便确定通过/未通过状态58。例如，当效率52大于或等于效率阈值56时，通过/未通过状态被设定成表明通过（例如零或假）。当效率52小于效率阈值56时，通过/未通过状态被设定成表明未通过（例如一或真）。
报告模块46接收通过/未通过状态58作为输入。基于通过/未通过状态58，报告模块46设定与SCR 18（图1）相关联的诊断代码值并且报告该诊断代码。在各种实施例中，能够通过在车辆10（图1）的串联数据总线（未示出）上生成消息60来报告诊断代码，其中能够使用车辆10（图1）的信息技术系统（未示出）将消息发送给远程地点，或者能够通过与车辆10（图1）连接的技术工具（未示出）来检索消息。
现在参考图3并且继续参考图1和图2，流程图示出了能够根据本公开由图1的控制模块32执行的SCR 监测方法。在本公开背景下能够意识到，方法的操作次序不限于图3所示的执行次序，而是可以根据应用且根据本公开以一种或更多种变化次序来执行。
在各种实施例中，方法能够被计划成基于预定事件运行并且/或者在发动机14运转期间连续运行。
在一种示例中，方法可以开始于100。在110，如上文所讨论的，基于上游NOx浓度值48和下游NOx浓度值50来确定效率52。在120，如上文所讨论的，基于调试值54确定效率阈值56。在130，比较效率52和效率阈值56。如果在130处效率52小于效率阈值56，则在140处通过/未通过状态58被设定成表明未通过。不过，如果在130处效率52大于或等于效率阈值56，则在150处通过/未通过状态58被设定成表明通过。因此在160处基于通过/未通过状态58来设定并报告诊断代码，并且方法可以在170处结束。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，不过本领域的技术人员将理解在不背离本发明范围的情况下可以做出各种修改并且等价物可以用于替换其中的要素。此外，可以做出许多改型从而使得具体情况或材料适应本发明教导而不背离其实质范围。因此，本发明不试图被限于所公开的具体实施例，实际上本发明将包括落入应用范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种用于监测选择性催化还原（“SCR”）装置的控制方法，包括：
基于剂量调试值来调节现有效率阈值以便确定效率阈值，其中所述剂量调试值代表基于所确定的SCR装置下游的下游NOx浓度值与预期NOx浓度的偏差而定的还原剂供应的被调节值；
比较所述效率阈值和SCR装置的确定效率；以及
基于所述效率阈值和SCR装置的所述确定效率的比较来生成消息。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中所述现有效率阈值基于SCR装置的催化剂温度、排气气体流速和SCR装置上游的上游NOx浓度值中的至少一者而定。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其中所述确定效率基于SCR装置上游的上游NOx浓度值和所述下游NOx浓度值而定。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其中所述确定效率使用如下等式计算：
其中Eff是所述确定效率，NOx_DWN是所述下游NOx浓度值的测量浓度，并且NOx_UP是所述上游NOx浓度值的测量浓度。
5.根据权利要求1所述的控制方法，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定通过状态，其中如果所述确定效率大于或等于所述效率阈值，则所述通过状态被设定。
6.根据权利要求1所述的控制方法，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定未通过状态，其中如果所述确定效率小于所述效率阈值，则所述未通过状态被设定。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其中所述消息对应于与所述SCR装置关联的诊断代码。
8.一种用于监测选择性催化还原（“SCR”）装置的控制系统，包括：
阈值确定模块，用于基于剂量调试值来调节现有效率阈值以确定效率阈值，其中所述剂量调试值代表基于所确定的SCR装置下游的下游NOx浓度值与预期NOx浓度的偏差而定的还原剂供应的被调节值；
效率确定模块，用于比较所述效率阈值和SCR装置的确定效率；以及
报告模块，用于基于所述效率阈值和SCR装置的所述确定效率的比较来生成消息。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述现有效率阈值基于SCR装置的催化剂温度、排气气体流速和SCR装置上游的上游NOx浓度值中的至少一者而定。
10.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述确定效率由效率确定模块来计算，并且其中所述确定效率基于SCR装置上游的上游NOx浓度值和所述下游NOx浓度值而定。
11.根据权利要求10所述的控制系统，其中所述确定效率使用如下等式计算：
其中Eff是所述确定效率，NOx_DWN是所述下游NOx浓度值的测量浓度，并且NOx_UP是所述上游NOx浓度值的测量浓度。
12.根据权利要求8所述的控制系统，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定通过状态，其中如果所述确定效率大于或等于所述效率阈值，则所述通过状态被设定。
13.根据权利要求8所述的控制系统，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定未通过状态，其中如果所述确定效率小于所述效率阈值，则所述未通过状态被设定。
14.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述消息对应于与所述SCR装置关联的诊断代码。
15.一种排气处理系统，包括：
选择性催化还原（“SCR”）装置；以及
控制模块，其监测所述SCR装置，所述控制模块包括：
阈值确定模块，用于基于剂量调试值来调节现有效率阈值以确定效率阈值，其中所述剂量调试值代表基于所确定的SCR装置下游的下游NOx浓度值与预期NOx浓度的偏差而定的还原剂供应的被调节值；
效率确定模块，用于比较所述效率阈值和SCR装置的确定效率；以及
报告模块，用于基于所述效率阈值和所述SCR装置的所述确定效率的比较来生成消息。
16.根据权利要求15所述的排气处理系统，其中所述现有效率阈值基于SCR装置的催化剂温度、排气气体流速和SCR装置上游的上游NOx浓度值中的至少一者而定。
17.根据权利要求15所述的排气处理系统，其中所述确定效率由效率确定模块来计算，并且其中所述确定效率基于SCR装置上游的上游NOx浓度值和所述下游NOx浓度值而定。
18.根据权利要求17所述的排气处理系统，其中所述确定效率使用如下等式计算：
其中Eff是所述确定效率，NOx_DWN是所述下游NOx浓度值的测量浓度，并且NOx_UP是所述上游NOx浓度值的测量浓度。
19.根据权利要求15所述的排气处理系统，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定通过状态，其中如果所述确定效率大于或等于所述效率阈值，则所述通过状态被设定。
20.根据权利要求15所述的排气处理系统，包括比较所述效率阈值与所述SCR装置的所述确定效率以便确定未通过状态，其中如果所述确定效率小于所述效率阈值，则所述未通过状态被设定。
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