CN104100340B

CN104100340B - 增强的实时氨泄漏检测

Info

Publication number: CN104100340B
Application number: CN201410143615.XA
Authority: CN
Inventors: C·里弗尔; F·M·考皮克斯; M·J·V·新斯塔特; D·尤帕德雅; D·R·纳德
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2018-12-14
Anticipated expiration: 2034-04-09
Also published as: RU2627872C2; CN104100340A; RU2014113946A; DE102014104736A1; US9429059B2; US20140298778A1

Abstract

本发明描述了用于检测氨泄漏的各种系统和方法。在一个示例方法中，具有两个NOx传感器的排气系统利用NOx传感器的瞬时响应将排气管NOx传感器输出分配给其中的NOx和NH₃水平。包括具有增益的氨泄漏检测计数器，计数器基于测得的传感器活性确定NOx和NH₃的可能性，控制器进一步处理测得的传感器活性，以基于传感器输出的分配和变化调整一个或更多个参数。

Description

增强的实时氨泄漏检测

技术领域

本申请大体涉及被包括在内燃发动机的排气系统中的排气处理系统中的氨泄漏检测。

背景技术

柴油车辆可以装备有排气处理系统，其可以包括例如基于尿素的选择性催化还原（SCR）系统和一个或更多个排气传感器（诸如氮氧化合物（NOx）传感器），上述传感器中的至少一个可以被布置在SCR系统的下游。当SCR系统的尿素负荷到达随温度而改变的饱和点时，SCR系统可能开始泄露氨（NH₃）。来自SCR系统的NH₃泄漏可以由排气管NOx传感器当做NOx检测到，导致过高的不准确NOx输出。因此，SCR系统的效率实际上会高于基于不准确的NOx输出确定的效率。

US2012/0085083描述了一种利用多项式模型估计NOx转换也能够估计下游排气管NOx传感器处的NH₃浓度的方法。如在该文中所描述的，利用能实现NH₃泄露和NOx转换效率的估计的多项式模型量化并拟合位于SCR上游的原料气（feedgas）NOx传感器和位于SCR下游的排气管NOx传感器的传感器时间特征波形。然而，因为该方法处理每个传感器信号的部分图形，每个NOx传感器输出信号的获得与下游NOx传感器输出到NOx和NH₃的分配之间存在时滞。当时滞与所描述的趋向于局限的估计错误的多项式拟合算法组合时，实时NH₃泄露检测系统通过所描述的方法实现将会难以实施。

发明内容

发明人已经认识到上述方法的缺点，并且在本文中公开了用于实时控制发动机排气系统中的氨泄漏的方法。所描述的方法利用NOx传感器的瞬时响应来识别NOx信号的变化率。然后，处理器进一步基于SCR上游的流量利用变化率来确定预期下游排气管NOx传感器如何变化，这使在基本没有可知觉的处理延迟的情况下以下文中所描述的方式分配排气管NOx传感器成为可能。

在一个具体示例中，排气系统包括两个连续监测SCR装置上游和下游的排气流的NOx传感器。然后，当发动机系统的进入条件满足时，例如当SCR装置在温度阈值之上时，上游原料气NOx传感器的变化率与当前排气管读数结合，以便基于原料气信号斜率估计预期的排气管NOx传感器的变化率。预期的排气管NOx信号然后与实际的NOx信号进行比较，以便将NOx传感器输出分配给NOx和NH₃。

在另一示例中，提供了一种包含基于SCR排放装置上游的NOx变化率和SCR排放装置下游的NOx变化率将NOx传感器输出分配给NH₃和NOx中的每一个的方法，由此允许基于相对的传感器信号调整输送至发动机排气的还原剂的量。因为该方法利用除预期的NOx信号之外的NOx传感器上游和下游的瞬时响应，因此实现高水平的NH₃检测是可能的。以此方式，提供提高的NOx传感器输出的分配是可能的，以便确定排气系统中的相对的NOx和NH₃水平。

本发明可以提供若干优点。具体地，该方法可以允许在没有高原料气NOx干预的情况下以高水平的检测敏感性实时检测NH₃泄露。因此，当车辆处于运转时能够检测NH₃泄露，并且基于当前的排气系统状态得到校正的测量。此外，因为检测敏感性增加，所以为了确定排气管NOx传感器输出到NOx和NH₃的分配不需要高水平的NOx。

当单独或结合附图参照以下具体实施方式时，本发明的上述优点和其它优点以及特征将是显而易见的。应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或重要特征，要求保护的主题的范围被紧随具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

当单独或参照附图考虑时，通过阅读实施例的示例（在本文中也被称为具体实施方式），将会更充分地理解本文中所描述的优点，其中：

图1示出了包括具有排气处理系统的排气系统的发动机的示意图。

图2A-D示出了说明氨泄漏情况的曲线图。

图3示出了说明用于检测排气处理系统中的氨泄漏的程序的流程图。

图4示出了说明用于在排气传感器输出被分配给氮氧化物时控制运转参数的程序的流程图。

图5示出了说明用于在排气传感器输出被分配给氨时控制运转参数的程序的流程图。

具体实施方式

以下描述涉及用于基于在SCR系统中检测到的瞬时NOx信号检测来自SCR系统的NH₃泄露的方法和系统。在一个示例中，描述了包含利用来自两个NOx传感器（位于SCR上游的原料气传感器和位于SCR下游的排气管传感器）的信息来预测响应于瞬时原料气NOx信号的排气管NOx斜率的方法。该方法还包含，围绕预期的排气管NOx信号产生包络线，并将来自NOx传感器的输出以依赖于传感器输出的变化的不同量分配给氨和氮氧化物中的每一个。例如，落在预期的包络线之外的瞬时排气管传感器输出表示正泄露NH₃的排气系统，这通过使计数器朝向指示NH₃泄漏的较高水平坡升而被进一步量化。相反，落在预期的包络线之内的瞬时排气管传感器输出表示NOx泄漏，这通过使计数器朝向指示NOx泄漏的较低水平坡降而被进一步量化。以此方式，排气传感器可以被用来指示降低的排气处理系统效率和NH₃泄露情况。该方法还包含基于分配和传感器输出的变化调整一个或更多个运转参数。

现在参照图1，示意图示出了多缸发动机10的一个汽缸，发动机10可以被包括在汽车的推进系统中。发动机10可以至少部分地由包括控制器12的控制系统以及经由输入装置130来自车辆操作者132的输入控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室（或汽缸）30可以包括燃烧室壁32，活塞36被设置在其中。活塞36可以被耦连至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统耦连至车辆的至少一个驱动轮。另外，启动马达可以经由飞轮耦连至曲轴40，以实现发动机10的启动运转。

燃烧室30可以经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并且可以经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可以经由各自的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可以包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。

在图1中描述的示例中，可以经由各自的凸轮驱动系统51和53通过凸轮驱动进气门52和排气门54。凸轮驱动系统51和53均可以包括一个或更多个凸轮，并且可以使用可以由控制器12运转的凸轮轮廓线变换（CPS）、可变凸轮正时（VCT）、可变气门正时（VVT）和/或可变气门升程（VVL）系统中的一个或更多个，以改变气门运转。进气门52和排气门54的位置可以分别由气门位置传感器55和57确定。在可替代的实施例中，进气门52和/或排气门54可以由电气门驱动控制。例如，汽缸30可以可替代地包括通过电气门驱动控制的进气门和通过包括CPS和/或VCT的凸轮驱动控制的排气门。

在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置一个或更多个燃料喷射器，其用于将燃料提供至汽缸。作为非限制性的示例，汽缸30被示出为包括一个燃料喷射器66。燃料喷射器66被示出为直接耦连至汽缸30，以便经由电子驱动器68将与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地燃料直接喷射进的汽缸30中。以此方式，燃料喷射器66提供了到汽缸30的燃烧室内的所谓的燃料直接喷射（在下文中也被称为“DI”）。

应认识到，在替代的实施例中，喷射器66可以是进气道喷射器，其提供到汽缸30上游的进气道内的燃料。也应认识到，汽缸30可以从多个喷射器接收燃料，诸如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或其组合。

在一个示例中，发动机10为柴油发动机，其通过压缩点火使空气和柴油燃料燃烧。在其他非限制性的实施例中，发动机10可以通过压缩点火和/或火花点火使包括汽油、柴油或包含混合燃料的醇（例如，汽油和乙醇或汽油和甲醇）的不同燃料燃烧。

进气通道42可以包括具有节流板64的节气门62。在这个具体的示例中，控制器12可以通过提供信号给被包括在节气门62内的电动机或执行器改变节流板64的位置，这种构造通常被称为电子节气门控制（ETC）。以此方式，节气门62可以被操控来改变提供给在只是发动机汽缸之一的燃烧室30的进气。节流板64的位置可以通过节气门位置信号TP提供给控制器12。进气通道42可以包括质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于向控制器12提供各自的信号MAF和MAP。

另外，在所公开的实施例中，排气再循环（EGR）系统可以通过EGR通道140将期望的一部分排气从排气通道48送至进气通道42。控制器12可以通过EGR阀142改变提供给进气歧管44的EGR量。例如，通过将排气吸至发动机，降低了可用于燃烧的氧量，由此降低了燃烧火焰温度，并减少了NOx的形成。如所描述的，EGR系统还包括EGR传感器144，其可以被布置在EGR通道140内，并且可以提供排气的压力、温度和浓度中的一个或更多个的指示。在一些情况下，EGR系统可以被用来调节燃烧室内的空气和燃料混合气的温度，因此提供了在一些燃烧模式下控制点火正时的方法。另外，在一些情况下，通过排气门正时，诸如通过控制可变气门正时机构，可以将一部分燃烧气体保存或保留在燃烧室中。

排气系统128包括排气传感器126，其被耦连至排气处理系统150上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO（通用或宽域排气氧传感器）、双态氧传感器或EGO、HEGO（加热型EGO）、NOx、HC或CO传感器。排气处理系统150被显示为沿排气传感器126下游的排气通道48布置。

在图1中示出的示例中，排气处理系统150是基于尿素的选择性催化还原（SCR）系统。例如，SCR系统至少包括SCR催化剂152、尿素存储容器154和尿素喷射器156。在其他实施例中，排气处理系统150可以额外地或可替代地包括其他部件，诸如微粒过滤器、稀NOx捕集器、三元催化剂、各种其他排放控制装置或其组合。在所描述的示例中，尿素喷射器156提供来自尿素存储容器154的尿素。然而，可以使用各种可替代的方法，诸如产生氨蒸汽的固体尿素颗粒，其然后被喷射至SCR催化剂152或被计量。在又一示例中，稀NOx捕集器可以被设置在SCR催化剂152的上游，以产生NH₃用于SCR催化剂152，这取决于供应给稀NOx捕集器的空燃比的程度或浓度。

排气处理系统150还包括排气传感器158，其被设置在SCR催化剂152的下游。在所描述的实施例中，排气传感器158可以是NOx传感器，例如，用于测量SCR后的NOx量。在一些示例中，例如，基于排气传感器158，并进一步基于被设置在SCR系统上游的排气传感器126（例如，当传感器126测量NOx时），可以确定SCR系统的效率。在其他示例中，排气传感器158可以是用于确定排气成分浓度的任何合适的传感器，诸如UEGO、EGO、HEGO、HC、CO传感器等。

控制器12在图1被示为微型计算机，包括微处理单元102、输入/输出端口104、在这个具体示例中作为只读存储片106示出的用于可执行程序和校准数值的电子存储介质、随机存取存储器108、保活存取器110和数据总线。控制器12可以与耦连至发动机10的传感器通信，因此接收来自耦连至发动机10的传感器的各种信号，除了之前所讨论的那些信号外，还包括来自质量空气流量传感器120的进气质量空气流量（MAF）；来自耦接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度（ECT）；来自耦连至曲轴40的霍尔效应传感器118（或其他类型）的表面点火感测信号（PIP）；来自节气门位置传感器的节气门位置（TP）；来自传感器122的歧管绝对压力信号MAP；以及来自排气传感器126和158的排气成分浓度的测量值。发动机转速信号RPM可以由控制器12根据信号PIP产生。

存储介质只读存储器106可以用非临时性计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可由处理器102执行的指令，用于实现以下所述方法以及期望但没有具体列出的其他变体。

在一个示例中，控制器12可以基于排气传感器158的输出检测NH₃泄露，这将在下面参照图2进行更详细地描述。作为一个示例，当传感器158检测到NOx输出的阈值增加时，控制器12调整EGR阀142降低EGR量，使得来自发动机10的NOx排放增加。在降低的EGR期间，基于传感器输出的变化，传感器输出被分配给NOx或NH₃。例如，如果传感器输出增加，输出被分配给NOx，因为通过SCR系统没有减少来自发动机的增加的NOx。另一方面，如果传感器输出的变化不大于阈值量，输出被分配给NH₃，并且NH₃泄露被指示。基于输出和分配的变化，控制器12可以调整一个或更多个发动机运转参数。作为一个非限制性示例，控制器12可以基于输出和分配的变化调整EGR量和/或还原剂的输送。

如上所述，图1示出了多缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自己的一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。

转向图2A-D中示出的曲线，示例瞬时NOx信号描述了针对图1的两个传感器系统示出的氨泄漏情况。因为NOx传感器响应于NOx和NH₃而产生输出信号，检测NH₃泄露的方法对管理排气系统的输出以及其中的资源是有用的。例如，如果SCR系统装有达到饱和程度的尿素（其中饱和程度随着温度而变化），则可能开始泄露NH₃。泄露经过SCR的NH₃会被排气管NOx传感器当作NOx进行读取，这会使SCR控制和监测系统误认为系统具有比它实际上具有的效率更低的效率，因为一些信号实际上是由于NH₃。

在图2A-D中，示出了举例说明该方法的四个时间曲线图。四个曲线图是相关的，并且因此使用相同的时间轴，为了简便起见沿底部曲线图示出了时间轴。此外，尽管示意地示出了随以秒为单位的时间变化的数据，但时间单位不是限制性的，并且其他时间单位是可能的。从顶部到底部，四个曲线图表示：通过排气系统中的NOx传感器收集的NOx信号；根据该方法的预测的和实际的排气管NOx传感器的斜率的导数曲线；示出了预测的与实际的排气管NOx传感器的斜率之差的曲线；以及具有表示NH₃泄露的阈值的计数器。

在图2A中，示例原料气（feedgas）信号202被示为虚线，而示例排气管信号204被示为实线。当排气系统128处于NOx泄漏状态时，例如，当SCR没有饱和并且NH₃没有泄露到排气系统内时，排气管信号一般会与原料气信号成比例。因此，原料气NOx信号和排气管NOx信号可以同相，并且彼此紧密相随。此外，当NOx转换效率大体为零时，排气管信号204和原料气信号202可以大体上完全相同。相反，对于更高的NOx转换效率而言，排气管信号204的形状可以类似于原料气信号202的形状，但可能是原料气信号的按比例缩小的形式。可替代地，当排气系统128处于NH₃泄露状态时，排气管信号204则会在比原料气信号202更低的频率下具有略微扁平的外形或波动。由于此，在NH₃泄露期间通常存在两个信号异相的时间段。尽管排气管信号能够超过原料气信号，特别是在温度增加之后，但这通常会在瞬时或变化的情况下发生，从而允许通过同本文中描述的方法根据两个信号识别NH₃泄露。

该方法依赖于NOx传感器的瞬时响应，以便将信号分配给NH₃和NOx。因此，该方法的主要特征是NOx信号随时间变化的变化率或d（NOx）/dt。图2B示出了导数曲线，其中绘制了图2A中的排气管信号204的斜率或变化率随时间变化的曲线。围绕检测到的实际排气管NOx斜率与预期的预测排气管NOx斜率的比较来建立瞬时NH₃检测。因此，图2B包括表示图2A的排气管信号204的变化率的实际的斜率210。由于将会在下文中更详细地描述，实际的斜率210被标记为a-d的四个部分。该方法还包括，利用原料气NOx（来自图2A中的原料气信号202）和当前排气管NOx信号的斜率、或来自排气管传感器的瞬时读数来预测排气管NOx斜率。能够利用已知的关系来产生排气管NOx传感器（例如，图1中的传感器158）的预测的斜率212。在本文中，利用如下公式预测排气管NOx斜率：

（dTP_NOx/dt）_exp=（TP/FG）*（dFG_NOx/dt）_act，

其中（dTP_NOx/dt）_exp是预期的或预测的排气管信号的变化率，TP是瞬时排气管读数，FG是瞬时原料气读数，而（dFG_NOx/dt）_act是实际的原料气信号的变化率。利用此方法，基于NOx传感器的瞬时响应的两个斜率信号的比较允许高水平的NH₃检测敏感性。例如，在一些实施例中，瞬时检测方法能够检测如25ppm这样低的NH₃水平。

为了测量在运转期间实际的斜率210有多靠近预测的斜率212，换句话说，检测到的NOx信号的变化有多对应于根据原料气信号和系统效率预期的变化，所描述的氨泄漏检测（ASD）方法包括围绕预测的斜率曲线产生包络线。包络线限定了围绕预测的变化率的区域，其中NOx输出信号可能在系统处于NOx泄漏时下降。因此，图2B示出了表示沿正向自预测的斜率偏移的正包络线214和沿负向自预测的斜率偏移的负包络线216的两条点划线。当被合起来时，正与负包络线限定了围绕预测的变化率曲线的区域，使信号辨别以及排气系统中的NOx和NH₃水平的估计成为可能。

返回至以标记为a-d的四个部分的形式示出的实际的斜率210。曲线的不同区域表示进入条件足够适合以至于可以期望通过两条斜率曲线的比较能够准确确定排气系统中的NOx和NH₃水平的时间段。例如，排气系统128内的传感器126和158被耦接至控制器12，其中控制器12可以包括非临时性的计算机可读数据，其表示可由基于发动机的工况激活以及禁用该方法的处理器102执行的指令。因此，曲线210a和210c被示为非加粗的虚线段，其表示进入条件没有满足并且该方法被禁用的示例性阶段。相反，曲线210b和210d被示为加粗的虚线段，其表示进入条件满足并且该方法被激活的示例性阶段。当被接合时，控制器通过比较实际的斜率210与预测的斜率212和周围的包络线来处理数据。基本上，当实际的斜率210落在包络线之内时，窗口计数器坡降，并且朝向零减小，以指示排气系统由NOx组成，而当实际的斜率210落在包络线之外时，窗口计数器坡升，并且朝向远离零的较高水平增加，以指示排气系统中的NH₃泄露的存在。

在一些实施例中，在NH₃泄露的情况下，排气系统可以包括由比原料气信号更低的频率成分组成的排气管NOx传感器信号。由于此，较高水平的排气管频率可以表示NH₃泄露。因此，当实际的斜率210大于频率阈值时，可以指示被解释为NOx信号的高频成分。作为响应，不管斜率落在包络线之内还是落在包络线之外，窗口计数器都可以朝向零减小，以指示NOx泄漏。例如，在一些实施例中，比最大允许比率更大的变化率（dTP_NOx/dt）_实际的（图2B中的实际的斜率210）可以被看作是系统的NOx响应。

在图2C中，示出了反映图2B的实际的斜率210与预测的斜率212之间的相对差的差值曲线220。为了清楚起见，还示出了y=0处的表示无差值的水平线。其中，可以更清晰地观察到实际的斜率相对于预测的斜率的波动。例如，在时间轴左侧前段，观察到一个倒峰，其反映比通过该方法预测的斜率更小的实际的斜率（例如，实际的斜率210小于预测的斜率212）。此后，遵循着差值曲线的轮廓，实际的斜率基于排气系统的状况围绕预测的斜率波动。尽管未示出，但在一些实施例中，还可以包括其他水平阈值线，以进一步指示两条曲线之差充分大的地方。

转向图2D，示出了用于指示NH₃泄露的窗口计数器的曲线图。如在上文中简短描述的，在ASD系统被控制器12启用后，当实际的斜率210落在包络线之外时，窗口计数器朝向表示NH₃泄露的较高水平增加，而当实际的斜率210落在包络线之内时，朝向表示NOx泄漏的更低水平减小。因此，窗口计数器230被示为当实际的斜率210b落到包络线之外时增加。在图2D中，示出了两个阈值。第一阈值236表示排气系统中的NH₃泄露。因此，当窗口计数器超过第一阈值236时，NH₃标志被设定为指示NH₃正在从SCR泄露。为了简便起见，在这个示例方法中，NH₃标志是二进制标志。因此，当窗口计数器230大于第一阈值236时，NH₃标志被设定为1。可替代地，当窗口计数器230降至第一阈值236之下时，NH₃标志被重置为0。在示出的示例信号处理应用中，检测系统在210b和210d处指出的两个区域中被启用。在这些阶段期间，计数器处于激活状态，并且控制器利用系统的状态来识别NH₃泄露是否发生。在一些实施例中，窗口计数器230与第一阈值236相比的相对值可以被用来指示排气系统128何时泄露NH₃，而在其他实施例中，窗口计数器230相对于较高水平（指示NH₃）和较低水平（例如0，指示NOx）的瞬时位置可以被用来指示排气系统中的NH₃泄露的可能性或程度。在其他实施例中，可以包括低于第一阈值236的第二阈值234。当第二阈值234存在时，并不是在窗口计数器230降至上述的第一阈值236之下时，而是在窗口计数器230降至第二阈值234之下时，NH₃标志可以被重置为0。不同阈值允许系统的滞后，因此在窗口计数器230暂时降至第一阈值236之下的情况下，NH₃标志不被重新设定为指示NOx。更确切地说，当窗口计数器230降至被设定为指示排气系统中的更高程度的NOx泄漏的更低阈值之下时，指示NOx。

因为氨泄漏检测系统受控制器12的控制，用于禁用检测系统的指令可以被包括在通过控制系统存储的可编程软件中。尽管能够基于许多可想到的工况而禁用检测系统，并且变量的许多组合是可能的，但在一个实施例中，可编程指令可以在以下情况下实施，以禁用检测系统：低SCR温度、指示饱和的原料气传感器输出的高原料气NOx水平、指示饱和的排气管传感器输出的高排气管NOx水平、低于检测阈值的低原料气或排气管NOx水平、NOx转换效率的高或低变化率、发动机系统输出的低扭矩、来自存储容器的尿素的低喷射脉冲、原料气传感器或排气管传感器激活之后的可校准延迟、空速的高变化率、低排气流、指示检测信号中的盲区的最小/最大实际的或预测的斜率、以及识别原料气转折点的原料气NOx的低变化率。响应于控制器12检测到这些情况中的一个或更多个，ASD方法可以被禁用，因此没有信号处理以在本文中所描述的方式发生。例如，实际的斜率210c指的是在当检测系统被禁用时的阶段期间得到的斜率信号。作为另一示例，线232是指示系统的禁用状态的二进制线。因此，当线232大体在x-轴上时，ASD系统被启用，并且控制器12可以以已经描述的方式监测排气状况。相反，当线232在x-轴之上时，ASD系统可以被禁用，因此没有信号处理发生。由于获得的信息可能没有可靠地表示排气系统内的NOx和NH₃水平，因此会在很大程度上阻止排气管NOx信号的进一步处理。在检测系统被停用的阶段期间，控制系统仍可以监测排气系统中的状况，并且还具有激活检测系统的灵活性，在一些情况下，这可能涉及超控禁用软件或在其中识别的状况。

转向的用于通过控制系统处理NOx信号的方法，在图3中示出了说明用于检测排气处理系统中的氨泄漏的示例方法300的流程图。其中，描述了控制器可以在将NOx传感器信号分配给NOx或NH₃或者其组合时使用的可编程决策的设定。

在302处，方法300包括确定发动机工况。工况可以包括发动机工况（例如，发动机转速、发动机负荷、EGR量、空燃比等）和排气处理系统状况（例如，排气温度、SCR催化剂温度、尿素喷射量等）。

在304处，方法300包括，确定预测的排气管NOx传感器的变化率，并基于预期的斜率产生包络线。如上所述，可以利用原料气NOx传感器信号输出和排气管NOx传感器信号输出的当前测量来预测排气管NOx传感器的变化率。然后，基于预测的排气管NOx传感器的变化率，该方法还可以产生包络线，以限定当排气系统正在NOx泄漏的情况相下运转时预期信号会落入的区域。尽管能够想出许多产生包络线的方法，但在一些实施例中，包络线只是沿正与负向自预测的斜率偏移的预测的斜率的百分比。例如，将区域限定在预测的斜率10.0的5%以内的控制器可以产生具有值10.5的正包络线和具有值9.5的负包络线。可替代地，如果预测的斜率更小（例如1.0），正包络线可以具有值1.05，而负包络线可以具有值0.95。以此方式，包络线将会限定围绕预测的曲线在所述曲线的5%以内的区域。返回至图2B的包络线，当预测的曲线的斜率值围绕零波动时，通过包络线限定的区域的大小明显发生偏离。在306处，方法300包括确定实际的排气管NOx传感器的变化率。

尽管方法300可以频繁地或甚至连续地监测NOx传感器，但控制器12还可以以已经关于图2B描述的方式启用或禁用系统。因此，在308处，方法300包括确定进入条件是否已经满足。如果控制器12确定进入条件允许通过检测系统进行准确的测量，例如因为SCR的温度在阈值之上，那么ASD系统可以被激活。因此，在310处，被激活的系统包括启用窗口计数器，以便比较实际的斜率与预测的斜率，如在312处所指出的。可替代地，如果控制器12基于在发动机系统检测到的状况确定通过NOx系统的准确测量是不可能的，在314处，控制系统可以禁用计数器，因此在信号获得之后没有进一步的信号处理发生。在一些实施例中，当ASD系统被禁用时，可以通过使计数器坡降而重置计数器，以通过该系统指示NOx泄漏。在其他实施例中，计数器可以不以上述方式渐变，而只是保持某一值直至检测系统被重新激活。

返回至312，其中控制器12已经确定进入条件已经满足，并且检测系统被激活，以允许基于实际的与预测的NOx比率之间的比较的计数器的调整，在进行比较之后，在318处，控制器可以被编程为确定实际的斜率是否落在包络线之内。然后，基于实际的斜率相对于包络线的位置，可以基于相对差分配指定正或负百分数。如在上文中关于图2D更详细地描述的，在320处，当实际的斜率落在包络线之外，计数器朝向指示NH₃泄露的较高水平坡升，而在316处，当测得的比率落在包络线之内时，计数器朝向指示NOx泄漏的较低水平（例如，零）坡降。

在基于实际的斜率与围绕预测的变化率的包络线相比的相对位置使计数器渐变之后，在322处，方法300还比较计数器与阈值，以确定排气管NOx传感器是否将要被分配给NOx或NH₃。在一个实施例中，传感器分配包括，将NOx传感器输出的第一部分分配给NOx，而将NOx传感器输出的第二剩余部分分配给氨。然后，基于所述分配，基于第一和第二部分中的每一部分将还原剂输送至发动机排气。例如，可以响应于NOx的增加而增加还原剂，但响应于NH₃的增加而减少还原剂。因此，喷射的还原剂的量一般取决于由第一和第二部分表示的相对量。

如果计数器在第一阈值（例如，图2D中的第一阈值236）之上，在324处，控制器12可以将至少一些排气管输出信号分配给NH₃泄露，并在326处将标志设为指示这种情况。可替代地，如果控制器12确定计数器降至第一阈值之下，在328处，它可以将至少一些排气管输出信号分配给NOx泄漏，并在330处将标志设为指示这种情况。在一些实施例中，当前的传感器分配状态可以对应于NH₃泄露的可能性，而在其他实施例中，可以通过二进制标志指示NH₃泄露。以此方式，控制器12能够检测排气系统内的氨泄漏，并将NOx传感器输出分配给NOx和NH₃中的一个或两个，同时将当前状态通信给驾驶员，并基于传感器输出调整一个或更多个运转参数。

继续至图4，示出了用于基于分配给NOx的传感器输出调整系统运转的程序。具体地，程序确定SCR催化剂下游的排气NOx浓度，并基于传感器输出调整一个或更多个运转参数。

在402处，确定工况。如上所述，工况可以包括发动机工况（例如，发动机转速、发动机负荷、EGR量、空燃比等）和排气处理系统状况（例如，排气温度、SCR催化剂温度、尿素喷射量等）。

一旦确定工况，程序进入到404，并且基于排气传感器输出确定SCR催化剂下游的排气NOx浓度。

在406处，基于NOx浓度调整一个或更多个运转参数。作为一个非限制性示例，运转参数可以包括EGR量和尿素喷射量或剂量水平，其中可以调整尿素剂量水平直至实际的NOx效率与预测的NOx效率相匹配为止。例如，可以使EGR量增加对应于超过阈值量的NOx量的变化的量。通过增加EGR量，发动机可以排放更少的NOx，从而导致降低的量的NOx经过SCR催化剂。作为另一示例，可以使尿素喷射量增加对应于超过阈值量的NOx量和SCR催化剂的温度的变化的量。例如，可以通过改变尿素喷射的脉冲宽度或持续时间增加尿素喷射量。通过增加喷射至SCR催化剂的尿素量，更大量的NOx可以被催化剂还原，由此降低经过催化剂的NOx量。在其他示例中，可以调整EGR量与尿素喷射量的组合。

在图5中，示出了用于基于分配给NH₃的传感器输出调整系统运转的程序。具体地，程序确定SCR催化剂下游的排气NH₃浓度，并基于传感器输出调整一个或更多个运转参数。

在502处，确定工况。如上所述，工况可以包括发动机工况（例如，发动机转速、发动机负荷、EGR量、空燃比等）和排气处理系统状况（例如，排气温度、SCR催化剂温度、尿素喷射量等）。

一旦运转参数被确定，程序就继续至504，并基于排气传感器输出确定SCR催化剂下游的排气NH₃浓度。

在506处，基于NH₃浓度调整一个或更多个运转参数。作为一个非限制性示例，运转参数可以包括尿素喷射量和EGR量。例如，尿素喷射量可以被降低为使得自SCR催化剂泄露的过多的NH₃量降低。如上所述，可以通过改变尿素喷射的脉冲宽度或持续时间增加尿素喷射量。作为另一示例，可以降低EGR量。例如，通过降低EGR量，发动机可以排放更大量的NOx。增加的NOx可以被SCR催化剂中过多的NH₃还原，由此降低经过SCR催化剂的NOx量。

关于尿素剂量，在一个实施例中，排气系统可以是自适应SCR系统，其通过调整尿素剂量水平直至实际的NOx效率与预测的NOx效率相匹配为止而达到适当的自适应值。例如，当排气管NOx水平增加时，计算出的NOx效率降低。如果效率下降过低，自适应系统以增加尿素剂量来实现预测的NOx效率的方式作出响应。相反，当NH₃水平增加时，计算出的效率也降低，因为NH₃类似于到NOx传感器的NOx。因此，自适应系统以减少尿素剂量来实现预测的效率的方式作出响应。因为对于NOx与NH₃泄露而言自适应校正是不同的，所以控制系统依赖于通过本文中所描述的方法对NOx和NH₃的NOx传感器输出的分配。

运转参数被调整的量可以进一步基于SCR催化剂的温度，因为催化剂的尿素饱和点随着温度而改变。例如，当催化剂的温度为相对较高的温度时，可以更少地降低EGR量，和/或可以以更小的量减少尿素喷射量。相比之下，当催化剂的温度为相对较低的温度时，可以更多地增加EGR量，和/或可以以更大的量降低尿素喷射量。

在其他示例中，仅EGR量可以降低，或仅喷射至SCR催化剂的尿素量可以被增加。在另外的示例中，可以额外地或可替代地调整一个或更多个其他运转参数。因此，调整一个或更多个运转参数，以便减少NH₃泄露。

注意，本文中包括的示例控制和估计程序能够与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。在本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所描述的各种动作、操作或功能可以所示顺序、并行地被执行，或者在一些情况下被省略。同样，实现在本文中所描述的本发明的示例实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但是为了便于图释和说明而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，所示出的动作或功能中的一个或多个可以被重复执行。另外，所描述的动作可以图形地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的代码。

在此结束本说明书。本领域技术人员阅读本说明书将会想到不违背本发明的精神实质和范围的许多变化和修改。例如，以天然气、汽油、柴油或可替代的燃料配置运行的I3、I4、I5、V6、V8、V10和V12发动机可以利用本说明书以受益。

所附权利要求特别指出被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应当理解，这样的权利要求包括纳入一个或更多个这样的元件，既不必也不排除两个或更多个这样的元件。在这个或相关的申请中，通过修改本权利要求或提出新权利要求，所公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以被要求保护。

这样的权利要求，无论是比原权利要求范围宽、窄、相同或不同，均被认为包含在本公开的主题内。

Claims

1.一种用于发动机运转的方法，其包含：

基于以下，将NOx传感器输出分配给NH₃和NOx中的每一个：

计算相对于SCR排放装置的上游NOx变化率和下游NOx变化率；

确定预期的下游NOx变化率；

产生围绕所述预期的下游NOx变化率的包络线；

将计算的下游NOx变化率与所述预期的下游NOx变化率和围绕所述预期的下游NOx变化率的所述包络线进行比较，其中所述预期的下游NOx变化率基于计算的上游变化率被确定；以及

基于所述分配，调整经由喷射器输送到发动机排气的还原剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述计算的下游NOx变化率在所述包络线之内时，与NH₃相比，更多的所述NOx传感器输出被分配给NOx。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述NOx传感器输出的第一部分被分配给NOx，而将所述NOx传感器输出的第二剩余部分分配给NH₃，其中还原剂输送基于所述第一部分和所述第二剩余部分的每一者，针对所述第一部分的调整不同于针对所述第二剩余部分的调整。

4.根据权利要求1所述的方法，其中当计算的下游NOx变化率在所述包络线之外时，所述NOx传感器输出的一部分被分配给NH₃。

5.根据权利要求4所述的方法，其中基于传感器确定所述上游NOx变化率。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述分配进一步基于量化所述计算的下游NOx变化率与所述包络线的所述比较的计数器。

7.根据权利要求6所述的方法，其中当所述计算的下游NOx变化率在所述包络线之内时，所述计数器向指示NOx泄漏的较低水平坡降，而当所述计算的下游NOx变化率在所述包络线之外时，所述计数器向指示NH₃泄漏的较高水平坡升。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述分配基于相对于所述较低水平和较高水平的所述计数器。

9.根据权利要求8所述的方法，其中基于所述分配调整一个或多个运转参数。

10.根据权利要求9所述的方法，其中控制器包括用于执行所述方法的非临时性指令。

11.一种用于实时控制发动机排气系统中的氨泄漏的方法，其包含：

基于以下，将布置在SCR排放装置下游的NOx传感器的输出分配给NH₃和NOx中的每一个：

预测所述SCR排放装置下游的NOx变化率；

产生围绕预测的变化率的包络线；

将所述SCR排放装置下游的实际的NOx变化率与所述预测的变化率和所述包络线进行比较，所述实际的变化率基于来自所述SCR排放装置下游的所述NOx传感器的输出；以及

基于所述分配调整经由喷射器到所述SCR排放装置上游的发动机排气的还原剂的输送。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括，如果所述实际的变化率在围绕所述预测的变化率的所述包络线之外，确定存在NH₃泄漏。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述预测的变化率进一步基于布置在所述SCR排放装置下游的所述NOx传感器的当前输出和布置在所述SCR排放装置上游的NOx传感器的当前输出。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述分配进一步基于量化所述实际的变化率与所述预测的变化率的所述比较的计数器。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述预测的变化率基于上游NOx变化率。

16.根据权利要求15所述的方法，其中围绕所述预测的变化率的所述包络线由沿正向自所述预测的变化率偏移的正包络线和沿负向自所述预测的变化率偏移的负包络线组成。

17.一种系统，其包含：

具有排气系统的发动机；

被布置在所述排气系统中且包括SCR排放装置的排气处理系统、布置在所述SCR排放装置上游的尿素喷射器、布置在所述SCR排放装置下游的NOx传感器和布置在所述SCR排放装置上游的NOx传感器；以及

与所述排气处理系统通信的控制系统，其中所述控制系统包括用于基于瞬时NOx信号的NH₃泄漏检测的非临时性指令，其中NH₃泄漏检测包括：

将布置在所述SCR排放装置下游的所述NOx传感器的输出分配给NH₃和NOx中的每一个,并

基于分配调整经由所述尿素喷射器到所述SCR排放装置上游的发动机排气的还原剂的喷射，其中所述分配基于

围绕所述SCR排放装置下游的预期的NOx变化率的包络线与所述SCR排放装置下游的计算的NOx变化率的比较，其中如果所述SCR排放装置下游的所述计算的NOx变化率在所述包络线内，则确定存在NOx泄漏。