CN104632335B - 针对NOx传感器退化的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及针对NOx传感器退化的方法和系统。公开了用于检测排气NOx传感器退化的各种系统和方法。在一个示例中，响应于发动机关闭条件下在排气通道内的还原剂喷射，指示NOx传感器的退化。例如，当实际NOx传感器输出与期望NOx传感器输出的差超过阈值量时，指示NOx传感器的退化。

Description

针对NOx传感器退化的方法和系统
技术领域
本申请涉及用于诊断联接到内燃发动机的排气处理系统的NOx传感器的方法。
背景技术
车辆系统可包括具有排气处理系统的发动机，该排气处理系统联接在排气通道内，以便控制被调整的排放。在一些示例中，排气处理系统可包括选择性催化还原(SCR)系统，其中还原剂(诸如尿素或氨)被添加至还原催化剂上游的排气流，使得通过催化剂可以还原NOx。SCR系统还可包括一个或更多个NOx传感器，诸如联接到SCR催化剂上游的原料气(feedgas)NOx传感器和联接到SCR催化剂下游的尾管NOx传感器。基于NOx传感器的上游和下游的输出，可以确定SCR催化剂的性能。另外，基于NOx传感器的输出调整还原剂的剂量控制。因此，为了能够实现精准的剂量控制以及能够实现对SCR系统效率的监视，可需要对传感器进行周期性地诊断。
发明内容
因此，提供了用于诊断原料气排气NOx传感器的方法和系统，该原料气排气NOx传感器联接到排气SCR催化剂上游的排气通道内。一种示例性方法包括，基于在发动机停机至静止后，由传感器所估计的排气还原剂水平，指示原料气排气NOx传感器的退化。以此方式，NOx传感器的健康状态可与车辆发动机停止后的氨沉积的存留关联。
例如，发动机系统可被配置有在排气通道内的SCR催化剂和定位在SCR催化剂上游的尿素喷射器。原料气NOx传感器可被联接到SCR催化剂上游和尿素喷射器下游的排气通道。在发动机停机至静止后，控制器可操作还原剂喷射器将已定义量的还原剂喷射至排气通道。然后，控制器可监控原料气NOx传感器的响应。如果NOx传感器的输出与基于还原剂的主动喷射所期望的输出不匹配，则可确定NOx传感器退化。基于估计的输出与期望的输出的差，可获得和更新原料气NOx传感器的动态特性，使得在后续的发动机重新起动期间能够调节还原剂剂量控制。
以此方式，可以较好地识别原料气排气NOx传感器的健康状态和性能特性。通过在发动机停机条件期间监控排气NOx传感器的输出，并且还原剂被喷射至传感器的上游，可利用喷射和排气NOx传感器输出之间的关联来获得NOx传感器行为。具体地，在发动机停机后被喷射至排气通道内的氨的自然升华可用于诊断排气NOx传感器。通过改善NOx传感器诊断，改善了排放标准。
应当理解，提供以上概要是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中将进一步描述的一些概念。这并不意味着要识别要求保护的主题的关键或基本特征，其范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题并不限制于解决上述或本公开的任何部分所提及的任何缺点的实施方式。
附图说明
图1示出发动机的示意图，该发动机包括具有排气处理系统的排气系统。
图2示出排气通道内的尿素沉积形成。
图3示出流程图，该流程图示出基于发动机停机至静止后的排气NOx水平，用于诊断还原剂喷射系统的程序。
图4示出流程图，该流程图示出在响应于喷射器渗漏的指示的发动机重新起动期间，用于调节还原剂剂量控制的程序。
图5示出流程图，该流程图示出基于发动机停机至静止后的排气NOx水平，用于诊断NOx传感器的程序。
图6示出曲线图，该曲线图示出尿素喷射器退化检测的示例或NOx传感器退化检测的示例。
图7示出曲线图，该曲线图示出原料气排气NOx传感器退化检测的示例。
具体实施方式
以下描述涉及使用在发动机停机至静止之后所生成的排气NOx传感器输出来诊断排气后处理系统部件(诸如那些被包括在图1的发动机系统中的部件)的方法和系统。例如，该方法允许检测在发动机排气通道内的尿素沉积，如图2处所示。控制器可被配置以执行控制程序(诸如图3的程序)，从而关于基于发动机条件的期望的输出廓线，基于在发动机已旋转至静止后所估计的排气NOx传感器的输出廓线，来识别还原剂喷射器退化。然后，控制器可基于喷射器渗漏的指示而在后续发动机起动期间调节还原剂剂量控制，如图4处所示。控制器还可被配置成执行控制程序，诸如图5的程序，从而在发动机已旋转至静止后将已知量的还原剂喷射至排气通道，并且关于基于所喷射的还原剂的期望的输出廓线，基于所估计的排气NOx传感器的输出廓线，来识别NOx传感器退化。图6-7处示出示例性诊断操作。以此方式，改善了排气排放。
现在参考图1，其示出了多汽缸发动机10中的一个汽缸的示意图，所述汽缸可被包括在汽车的推进系统内。发动机10可以由包括控制器12的控制系统和经由输入装置130来自车辆操作员132的输入至少部分地控制。在该示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于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(即汽缸)30可包括在其中设置有活塞36的燃烧室壁32。活塞36可被联接到曲轴40，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速系统联接到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动器马达可经由飞轮联接到曲轴40，从而能够实现发动机10的起动操作。
燃烧室30经由进气通道42可接收来自进气歧管44的进气空气，并且经由排气通道48可排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48经由各自的进气门52和排气门54选择性地与燃烧室30连通。在一些实施例中，燃烧室30可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所描述的示例中，进气门52和排气门54可以经由各自的凸轮致动系统51和53的凸轮致动而被控制。凸轮致动系统51和53每个均可包括一个或更多个凸轮，并且可使用可由控制器12操作的凸轮廓线变换(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来改变气门操作。可分别通过位置传感器55和57确定进气门52和排气门54的位置。在可替代的实施例中，可以通过电动气门致动来控制进气门52和/或排气门54。例如，汽缸30可替代地包括经电动气门致动来控制的进气门，以及经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动来控制的排气门。
在一些实施例中，发动机10中的每个汽缸均可被配置有向其中提供燃料的一个或更多个燃料喷射器。作为一个非限制性示例，示出包括一个燃料喷射器66的汽缸30。所示的燃料喷射器66被直接联接到汽缸30，用于将燃料与经由电子驱动器68从控制器12所接收的信号脉冲宽度FPW成比例地直接喷射至汽缸内。以这种方式，燃料喷射器66向燃烧室30提供所谓的燃料的直接喷射(下文也被称为“DI”)。
应当理解，在可替代的实施例中，喷射器66可以是将燃料提供至汽缸30上游的进气道中的进气道喷射器。还将理解，汽缸30可从多个喷射器中接收燃料，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是通过压缩点火燃烧空气和柴油燃料的柴油发动机。在其他非限制性实施例中，发动机10可通过压缩点火和/或火花点火燃烧包括汽油、生物柴油或含醇燃料混合物(例如，汽油和乙醇或汽油和甲醇)的不同燃料。
进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在该特定示例中，可以由控制器12经由被提供到包括有节气门62的电动马达或致动器的信号来改变节流板64的位置，这种配置通常被称为电子节气门控制(ETC)。以这种方式，节气门62可被操作以改变被提供至燃烧室30以及其他发动机汽缸的进气空气。节流板64的位置可通过节气门位置信号TP被提供给控制器12。进气通道42可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MAF和MAP信号。
此外，在公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可将排气的所需部分经由EGR通道140从排气通道48路由/传送(route)至进气通道42。可通过控制器12经由EGR阀142来改变被提供至进气歧管44的EGR量。例如，通过将排气引入至发动机10，可降低用于燃烧的可用氧的量，从而降低燃烧的火焰温度和减少NOx的形成。如所示出的，EGR系统还包括EGR传感器144，该EGR传感器可被布置在EGR通道140内，并且可提供排气的压力、温度和浓度中的一个或更多个的指示。在一些条件下，EGR系统可用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度，因此在一些燃烧模式期间提供控制点火正时的方法。此外，在一些条件期间，一部分燃烧气体通过控制排气气门正时(诸如通过控制可变气门正时机构)可被保留或捕集在燃烧室中。
排气系统128包括排气传感器126，该排气传感器126被联接到排气处理系统150上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供排气空气/燃料比的指示的任何合适的传感器，诸如线性氧传感器或者UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或者EGO、HEGO(加热型EGR)、NOx、HC或者CO传感器。所示的排气处理系统150沿排气传感器126下游的排气通道48布置。
在图1所示示例中，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系统至少包括还原催化剂(本文中，SCR催化剂152)、还原剂存储箱(本文中，尿素存储器154)和还原剂喷射器(本文中，尿素喷射器156)。在其他实施例中，排气处理系统150可附加地或可替代的包括其他部件，诸如颗粒过滤器、稀NOx捕集器、三元催化剂、各种其他排放控制装置或其组合。例如，尿素喷射器156可被定位在还原催化剂152的上游和氧化催化剂的下游。在所示出的示例中，尿素喷射器156提供来自尿素存储器154的尿素。然而，可使用各种可替代的方法，诸如固体尿素球剂，其生成氨蒸汽，然后被喷射或定量至SCR催化剂152。在另一个示例中，根据馈送至稀NOx捕集器的空气-燃料比的程度或浓度，稀NOx捕集器可被定位在SCR催化剂152的上游以生成用于SCR催化剂152的NH3。
排气处理系统150还包括定位在SCR催化剂152下游的尾管排气传感器158。在所示出的实施例中，尾管排气传感器158可以是例如NOx传感器，用于测量经由排气通道48的尾管释放的后SCR NOx的量。排气处理系统150还可包括定位在SCR催化剂152的上游和尿素喷射器156的下游的原料气排气传感器160。在所示出的实施例中，原料气排气传感器160还可以是例如NOx传感器，用于测量在排气通道内所接收的前SCR NOx的量，以在SCR催化剂处用于处理。
在一些示例中，可基于尾管排气传感器158和原料气排气传感器160中的一个或更多个的输出，确定SCR系统的效率。例如，通过比较(经由传感器160)SCR催化剂上游的NOx含量和(经由传感器158)SCR催化剂下游的NOx含量，可确定SCR系统效率。该效率还可基于定位于SCR系统上游的排气传感器126(例如，当传感器126测量NOx时)。在其他示例中，排气传感器158、160和126可以是用于确定排气组分浓度的任何合适的传感器，诸如UEGO传感器、EGO传感器、HEGO传感器、HC传感器、CO传感器等。
控制器12在图1中被示为微型计算机，包括微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、用于可执行程序和校准值的在该特定示例中被显示为只读存储芯片(ROM)106的电子存储介质、随机存取存储器(RAM)108、保活存储器(KAM)110和数据总线。控制器12可以与联接到发动机10的传感器连通并因此接收来自所述传感器的各种信号，除了先前所讨论的那些信号外，这些信号还包括：来自质量空气流量传感器120的所引入的质量空气流量(MAF)的测量；来自联接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；来自联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或者其他类型)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的绝对歧管压力信号MAP；以及来自排气传感器126、160和158的排气组分浓度。可通过控制器12根据信号PIP产生发动机转速信号RPM。
存储介质只读存储器106可编有非暂态、计算机可读数据，该计算机可读数据表示由处理器102可执行的指令，用于执行以下所述方法以及可被预先考虑但未具体列出的其他变体。参考图3-5，本文描述了示例性方法。
如上所述，图1仅示出多汽缸发动机中的一个汽缸，并且每个汽缸可类似包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
图2示出排气后处理系统200的详细实施例(诸如上述参考图1描述的排气处理系统150)。如图所示，排气处理系统200包括第一催化剂202(诸如柴油氧化催化剂(DOC))和第二催化剂204(诸如沿着排气通道206布置的SCR催化剂)。在图2的示例中，第二(还原)催化剂204定位在第一(氧化)催化剂202的下游。响应于从控制器210中所接收的信号，排气还原剂喷射器208将还原剂(诸如尿素或氨)喷射至排气流，用于与第二催化剂204中的NOx反应。
在图2所示的示例中，排气还原剂喷射器208供应有来自还原剂存储器212的还原剂。例如，还原剂存储器212可以是适用于在所有温度范围内保持还原剂的贮存器。经由泵214从还原剂存储器212中泵送还原剂。泵214从还原剂存储器212中泵送还原剂并且在较高压力下将还原剂输送至排气通道206。如图所示，还原剂通道216流体联接泵214和还原剂喷射器208。在一些实施例中，进入排气通道206的还原剂可经由混合器218被混合至排气流。
排气处理系统200还包括被布置在第一催化剂202下游、还原剂喷射器208下游和第二催化剂204上游的原料气NOx传感器220。因此，原料气排气NOx传感器可提供对进入SCR催化剂的排气内的NOx水平的估计。排气处理系统200还包括被布置在第二催化剂204下游的尾管NOx传感器222。因此，尾管排气NOx传感器可提供对离开SCR催化剂的排气内的NOx水平的估计。例如，原料气NOx传感器220和尾管NOx传感器222可用于确定排气通道206内的NOx的量，使得基于排气通道206内的NOx的量可至少部分控制还原剂剂量。如以下参考图5更详细地描述，在发动机已经停机至静止后，基于被喷射至排气通道206的还原剂的量，在发动机关闭条件下可确定原料气NOx传感器220退化。例如，原料气NOx传感器220的实际输出可与原料气NOx传感器220的期望的输出进行比较，期望的输出是基于发动机停机至静止后通过排气还原剂喷射器208喷射至排气通道206的还原剂的量。如果在期望的输出和实际输出之间存在差异，则可确定NOx传感器退化。
此外，如参考图3所详细描述的，原料气NOx传感器可被用于确定还原剂喷射器208退化。例如，在还原剂喷射器208开始渗漏的一段时间内，使得大于所需量的还原剂进入排气通道206。结果，例如，还原剂沉积224可形成于排气通道206。根据可由例如温度传感器226、228和230测量的环境温度和排气温度，还原剂沉积224可升华，使得在排气通道206中不存在NOx时(例如，在发动机关闭条件期间)，可由原料气NOx传感器220感测还原剂蒸汽。因此，在发动机停机时的条件期间，原料气NOx传感器可用于估计还原剂喷射器下游和SCR催化剂上游的排气通道内的还原剂水平(例如，氨水平)，并且推断是否已形成还原剂沉积。原料气NOx传感器输出还可用于估计还原剂沉积的尺寸。基于沉积的尺寸(例如是否大于阈值尺寸或大于期望的尺寸)，可识别喷射器渗漏。如以下参考图3更详细地描述，原料气NOx传感器220可提供还原剂喷射器208退化的指示。例如，将原料气NOx传感器220的实际输出与原料气NOx传感器220的期望的输出进行比较，期望的输出基于在发动机停机期间被存储在第二催化剂204和排气通道206内的所估计的未反应的还原剂的总量、环境温度、排气流条件和发动机停机时的排气温度。
因此，排气处理系统200包括原料气NOx传感器220，该传感器可用于确定在发动机发动条件期间存在于排气通道206中的NOx的量和在发动机关闭条件期间存在于排气通道206内的还原剂的量。如将在以下描述的，基于各种条件下的原料气NOx传感器220的输出，可确定原料气NOx传感器220退化以及还原剂喷射器208退化。
如参考图3-5详细说明的，在发动机停机至停止以及车辆停止(例如，在发动机钥匙关闭和/或车辆钥匙关闭事件期间，或者在无钥匙系统中通过停止/起动按钮的发动机停止事件)时的条件期间，原料气排气NOx传感器可用于估计在喷射器和SCR催化剂之间的排气容积中的还原剂水平。然后，NOx传感器输出能够用于诊断如在存在喷射器渗漏时可出现的继续存在的还原剂沉积。例如，基于在(还原剂喷射器和SCR催化剂之间)所定义的空间内检测到多余氨，可诊断尿素喷射器渗漏。另外，可主动喷射尿素并且可监控原料气NOx传感器的输出，从而确定NOx传感器的动态特性。以此方式，发动机钥匙关闭条件后生成的原料气NOx传感器的输出可有利地用于识别喷射器退化以及NOx传感器退化。
现在转到图3，其示出基于在发动机停机至静止后的排气NOx水平，用于诊断还原剂喷射系统的示例性程序300。具体地，在发动机停机后的发动机关闭条件期间，该程序确定期望的排气还原剂水平和实际的排气还原剂水平。基于期望的还原剂水平和实际的还原剂水平之间的差，可指示排气还原剂喷射器退化。例如，如果实际的还原剂水平大于期望的水平，则可指示排气还原剂喷射器退化(诸如喷射器渗漏)。
在302处，确定发动机是否关闭并且已旋转降至静止，使得发动机不再旋转，并且发动机的任何汽缸内不再出现燃烧。作为一个示例，如果点火钥匙处于发动机关闭位置或如果在无钥匙系统中已按压停止按钮，则可确定发动机关闭。正如其他示例，如果在其中布置了发动机的车辆处于车辆停止条件且/或如果排气流量水平低于阈值流量，则可确定发动机关闭。如果确定发动机并未关闭，则程序300结束。
另一方面，如果确定发动机关闭，则程序继续至304，在304处，SCR催化剂性能被锁存。例如，控制系统可基于来自排气NOx传感器的输出来确定SCR催化剂的健康状态或状况。催化剂效率值可用作基准，用于确定在下一次钥匙打开循环(如在图4步骤408处详述的)所采取的校正控制动作的有效性。
在306处，保持侵入式(intrusively)启用排气NOx传感器。例如，(定位在氧化催化剂和SCR催化剂之间的)原料气NOx传感器和(定位在SCR催化剂下游的)尾管NOx传感器在发动机停机后保持启用，使得这两种传感器继续输出指示排气通道内的NOx水平的信号。因此，即使在发动机停机至静止后不再期望另外的排气NOx时，仍维持启用原料气NOx传感器。
在308处，确定尾管排气NOx水平或尾管排气流是否已经稳定。例如，在程序进行之前，该系统可等待，直到来自尾管NOx传感器的信号已经稳定或平衡。可替代地，该系统可等待直到尾管排气水平已经稳定并且排气流率低于阈值流率。如果确定尾管排气NOx水平或排气流不稳定，则程序300移动至324，在324处，该系统等待尾管NOx水平或排气流稳定。
一旦尾管NO水平/排气流稳定或如果在308处确定尾管NOx/流是稳定的，则程序300继续至310，在310处，确定原料气NOx的量或水平(例如浓度)是否大于尾管NOx的量或水平(例如，浓度)。例如，可基于来自各自的传感器的信号来确定原料气NOx的量和尾管NOx的量。因此，在发动机停机后，一旦尾管排气流已经稳定，则原料气NOx传感器的输出被期望稳定并且与尾管NOx传感器的输出平衡。同样，在发动机停机后，当没有另外的排气NOx生成时，原料气NOx传感器可感测保持在位于喷射器和SCR催化剂之间区域的排气通道内的气化后的还原剂(例如氨)。因此，在发动机停机条件下，一旦排气流气体稳定，高于尾管NOx传感器输出的原料气NOx传感器输出可以指示在排气通道内存在氨沉积。如果原料气NOx量少于尾管NOx量，则程序移动至326并且等待原料气NOx传感器信号稳定。一旦水平已经稳定，则程序可向前移动至312，以基于原料气NOx传感器输出来检查还原剂喷射器退化。在可替代的实施例中，如果在预定的持续时间已过去之后，原料气NOx传感器信号继续不显示高于尾管NOx传感器信号的值，则控制器可指示还原剂喷射系统处于良好的健康状态(未退化)并且可直接移动至程序300的步骤328。
另一方面，如果确定原料气NOx的量大于尾管NOx的量，则程序直接前进至312以诊断还原剂喷射器。具体地，在312处，确定期望的(例如残留)排气还原剂水平。在一些示例中，期望的还原剂水平可以是期望的氨水平。例如，基于排气流和温度条件、喷射条件、环境条件、催化剂条件和存储在排气还原催化剂中的未反应的还原剂的量，可确定未反应的排气还原剂的量，其中在发动机停机后，期望未反应的排气还原剂保持(或存留)在还原剂喷射器和SCR催化剂之间的排气通道内。这包括确定排气通道内期望的还原剂沉积的尺寸、来自沉积的还原剂升华的速率和对应的原料气NOx传感器输出。在一个示例中，控制器可基于期望的氨沉积的尺寸和氨沉积的自然升华的速率(基于排气通道内的排气温度和发动机停机时的环境温度)，确定自发动机停机后的持续时间内期望的原料气NOx传感器输出廓线。
一旦确定了期望的排气还原剂水平，程序300继续至314，在314处，基于原料气排气NOx传感器输出和廓线来估计实际的排气还原剂水平。例如，基于来自原料气排气NOx传感器的信号输出，确定实际的排气还原剂水平。因此，在当排气流基本上为零并且排气通道中不存在NOx时的发动机关闭条件期间，NOx传感器可充当还原剂(例如，氨)传感器，因为NOx传感器对气相氨可以是交叉敏感的，其中气相氨来自于排气通道内的尿素沉积升华。在一个示例中，自车辆停止条件后的持续时间内，可经由原料气NOx传感器估计实际的排气还原剂水平，从而确定还原剂的量和还原剂升华的速率。
在程序300的316处，确定实际的排气还原剂水平(在314处所确定的)是否大于期望的排气还原剂水平(在312处所确定的)。如果确定实际的排气还原剂水平低于期望的排气还原剂水平，则程序移动至328，在328处，指示无还原剂喷射器渗漏(例如，未诊断出还原剂喷射器渗漏)。
另一方面，如果确定实际的排气还原剂水平高于期望的排气还原剂水平，则程序继续至318，在318处，指示还原剂喷射器退化并且设定诊断代码。具体地，基于高于期望的还原剂水平，控制器推断由于还原剂喷射器渗漏，在还原剂喷射器和SCR催化剂之间的排气通道内存在大于期望的还原剂沉积。作为一个示例，还原剂喷射器退化的指示可以是还原剂喷射器渗漏的指示。
在一个示例中，例如，期望的排气还原剂水平可以是阈值水平。响应于原料气排气NOx传感器的输出大于阈值水平，可做出排气还原剂喷射器退化的指示。此外，响应于原料气排气NOx传感器的输出高于阈值水平达长于阈值持续时间的时间，可做出排气还原剂喷射器退化的指示，阈值和阈值持续时间中的每个均基于未反应的还原剂的总量(例如，在发动机停机时加载的SCR催化剂氨)、环境温度和发动机停机时的排气温度，如上所述。因此，如果在排气通道内存在较多的还原剂，如由原料气NOx传感器所感测的且/或如果排气通道内的还原剂继续存留长于期望的持续时间，控制器可确定由于还原剂喷射器渗漏而导致在排气通道内形成大于期望的氨沉积。
在320处，基于原料气NOx传感器输出，估计还原剂沉积的尺寸。因为原料气NOx传感器的输出对应于排气通道内的还原剂的量，并且在排气通道内不存在NOx(例如，在发动机关闭条件期间)，可基于发动机关闭条件期间由原料气NOx传感器输出的还原剂水平，来确定排气通道还原剂沉积的尺寸。
在322处，在基于退化的指示的下次发动机发动条件期间，调节还原剂剂量控制，下面参考图4可对其进行详细描述。例如，响应于退化的指示，在从发动机静止开始的后续发动机重新起动期间，可减少还原剂剂量。
因此，布置在SCR催化剂上游的排气通道内的原料气NOx传感器可用于检测排气还原剂喷射器退化。在发动机关闭和排气通道内的NOx水平基本上为零的条件下，原料气NOx传感器可用于测量排气通道内的还原剂(例如，来自尿素沉积的氨)的水平。基于由原料气NOx传感器输出的信号，可指示还原剂喷射器退化并且在后续发动机从静止到重新起动期间可调节还原剂剂量，如下参考图4所述。
图4示出流程图，该流程图示出在响应于喷射器渗漏的指示的发动机重新起动期间，用于调节还原剂剂量控制的示例性程序400。具体地，该程序基于经由参考图3所述的程序所确定的排气还原剂喷射器渗漏的指示，来调节喷射至SCR系统的还原剂的量。例如，当指示还原剂喷射器渗漏时，还原剂喷射器可经控制以将较少的还原剂喷射至SCR系统。
在程序400的402处，确定发动机是否发动，使得发动机旋转并且可在任何或发动机的所有汽缸内出现燃烧。例如，可确认发动机已从停止起动。作为另一个示例，如果钥匙处于发动机发动位置或如果在无钥匙系统中已按压起动按钮，则可确定发动机发动。作为另一个示例，如果排气流水平高于阈值流，则可确定发动机发动。如果确定发动机关闭，则程序400结束。
另一方面，如果确定发动机发动，则程序400前进至404，在404处确定是否已设定还原剂喷射器退化标记。作为一个示例，当在程序300的318处设定诊断代码时，可设定还原剂喷射器退化标记。还原剂喷射器退化标记提供了例如排气还原剂喷射器退化，并且应当相应地调节还原剂剂量的指示。
如果确定还未设定还原剂喷射器退化标记，则程序移动至420，在420处还原剂(例如，尿素)剂量控制基于发动机工况而调整。例如，还原剂可基于当前排气NOx水平、环境温度、排气温度等被喷射至SCR系统。在一个示例中，被喷射至排气通道的还原剂的量基于相对于目标排气NOx水平而估计的排气NOx水平，其中目标NOx排气水平基于发动机工况。
另一方面，如果确定已设定还原剂喷射器退化标记，则程序400继续至406，在406处基于渗漏指示调整用于减少的喷射的还原剂(例如，尿素)剂量控制。例如，为了减小排气通道内的还原剂沉积的尺寸，喷射至SCR系统的还原剂的量可减少达一定的量，所述一定的量对应于在程序300的320处所确定的还原剂沉积的估计的尺寸。另外，因为检测到渗漏的喷射器，所以在常规的发动机操作期间所要求的尿素量可因渗漏的喷射器而自适应地减少。本文中，剂量控制对额外还原剂的存在进行补偿，其中额外还原剂以还原剂沉积的形式存留于排气通道内。以此方式，例如，通过基于还原剂喷射器渗漏的指示而调整还原剂剂量控制，可以维持目标排气NOx水平。
在408处，确定SCR催化剂性能是否下降。基于如由尾管NOx传感器所感测的排气NOx水平的增加和/或在程序300的304处所确定的其他参数的变化，可指示SCR催化剂性能的下降。
如果确定SCR催化剂性能没有下降，则程序400前进至410，在410处维持还原剂剂量控制的渗漏调整。在可替代的示例中，如果确定SCR催化剂性能相对于较早时间获得的锁存值(latched value)(具体地，在程序300的步骤304处)有所改善，则程序前进至410。例如，由于排气还原剂喷射器渗漏的指示，继续如406处所描述更改(例如减少)还原剂剂量。然后，在412处，确定发动机是否关闭(即，发动机不旋转并且在发动机的任何汽缸内没有出现燃烧)。如上所述，如果钥匙处于发动机关闭位置或如果在无钥匙系统中已按压停止按钮，则可确定发动机关闭。如果发动机仍处于发动状态，则程序400返回至410并且维持还原剂剂量控制的渗漏调整。因此，如果SCR催化剂性能继续没有下降，则维持还原剂剂量控制的渗漏调整并且发动机正运行。
返回至408，如果确定存在SCR催化剂性能的下降，则程序移动至422，在422处，在无渗漏调整的情况下恢复执行还原剂剂量控制。例如，可以因为还原剂的量的不充足而导致SCR催化剂性能的下降，从而导致在尾管NOx传感器处所检测的排气NOx的增加。因此，还原剂剂量可返回至对应于目标排气NOx水平的量，而不对还原剂喷射器渗漏做任何调节。然后，在424处，确定发动机是否关闭，如以上参考412所述。如果发动机仍处于发动状态，则程序400返回至412，并且在没有渗漏调整的情况下维持还原剂剂量控制。
如果在412或424处，确定发动机发动(例如，发动机旋转并且在发动机的一个或更多个汽缸内实现了燃烧)，则程序400移动至414，在414处再次执行如上参考图3所述的还原剂喷射渗漏检测程序300。
在416处，确定是否检测到渗漏。具体地，确定在还原剂喷射器渗漏检测的第二次迭代时是否识别到渗漏。例如，如上所述，在412后的发动机停机条件期间，如果实际的排气NOx水平大于基于期望的排气NOx水平的阈值水平，则可确定还原剂喷射器在渗漏。如果在渗漏检测程序的第一次迭代(在300处，并且如通过404处的标记指示)时检测到还原剂喷射器渗漏，并且在渗漏检测程序(在414处所执行的)的(第二次)迭代时没有检测到渗漏，则程序移动至426，在426处系统启动或等待SCR催化剂监控器。在一个示例中，在后处理管理和OBD系统内，这可以是单独执行的催化剂性能监控程序。本文中，可确定404处所指示的喷射器渗漏和沉积形成是瞬时的。另外，可确定喷射器渗漏和还原剂沉积形成可能是由于工况的高带宽变化和/或其他瞬时的干扰因素，所述其他瞬时的干扰因素在钥匙关闭处或附近可产生导致排气系统内沉积的过多的尿素喷射。
另一方面，如果在喷射器渗漏诊断程序的第一次和后续迭代中的每次中检测到渗漏，则程序400继续至418，在418处，如果可替代的渗漏检测监控器可用，则它们被启动。可替代的渗漏检测监控器可经由不同于参考图3所述方法的方法来确定是否出现还原剂渗漏。如果未启动可替代的渗漏检测监控器，则可设定渗漏诊断代码。例如，在不存在任何可替代的、独立的喷射器渗漏检测监控程序时，在程序300-400下做出的渗漏的确定可被认为是足够设定渗漏标记。
因此，可基于排气还原剂喷射器渗漏的指示来调节还原剂剂量控制。通过调节喷射至排气通道的还原剂的量来补偿还原剂喷射器渗漏，排气通道可接收一定量的还原剂，该量比较接近所需还原剂的所需量。因此，可以维持排气通道内的目标NOx水平并且可以减少还原剂沉积的形成。
在一个示例中，发动机系统被配置成在两种不同的模式下操作。在发动机在运行并且排气流高于阈值流的第一模式期间，可基于原料气NOx传感器和尾管NOx传感器中的一个或更多个的输出，来估计排气通道内的NOx(例如，排气NOx)的水平。在发动机关闭并且排气流低于阈值流的第二模式期间，可基于原料气NOx传感器的输出来估计排气氨的量。此外，在第一模式期间，基于相对于目标NOx水平的估计的排气NOx水平，可调节被喷射至排气通道的尿素的量。在第二模式期间，基于相对于期望的氨水平的估计的排气氨水平，可指示尿素喷射器退化。
继续至图5，其示出这样的流程图，该流程图示出基于发动机停机至静止后的排气NOx水平，用于诊断NOx传感器的程序500。具体地，一旦在发动机停机后流经排气通道的排气流已经稳定，程序控制至排气通道的还原剂喷射。基于与来自原料气NOx传感器的期望的输出相比的来自原料气排气NOx传感器的实际的输出，可指示原料气NOx传感器退化。
在502处，确定发动机是否关闭。如上所述，当发动机关闭时，发动机不旋转并且在发动机的任何汽缸内都未出现燃烧。作为一个示例，如果钥匙处于发动机关闭位置或如果在无钥匙系统中已按压停止按钮，则可确定发动机关闭。如其他示例，可确定在发动机停机至静止后，发动机在车辆停止后关闭，且/或排气流水平是否低于阈值流。如果确定发动机发动(例如，旋转、燃烧并且未关闭)，则程序500结束。
另一方面，如果确定发动机关闭，则程序继续至504，在504处保持侵入式启用排气NOx传感器。例如，原料气NOx传感器和尾管NOx传感器保持启用，并且在发动机关闭后继续输出排气NOx水平。
在506处，确定尾管NOx水平或尾管排气流是否已经稳定。例如，在程序进行之前，该系统可等待，直到来自尾管NOx传感器的信号已平衡或下降到低于阈值水平。如果确定尾管NOx或排气流还没有稳定，则程序500移动至526，在526处该系统等待尾管NOx或排气流稳定。
一旦尾管NOx/流已经稳定，或如果在506处确定尾管NOx/流已经稳定，则程序移动至508，在508处还原剂被喷射至排气通道。具体地，因为NOx传感器可以在不存在NOx的情况下(例如，在发动机关闭条件期间)测量氨，所以还原剂可被喷射至排气通道，使得原料气NOx传感器可测量对应的被喷射的还原剂的量并且输出对应传感器输出。基于传感器的输出，可确定原料气NOx传感器退化。此外，被喷射至排气通道的还原剂的量可基于环境温度和排气温度中的每一者。例如，被喷射的还原剂的量可以随着环境温度增加和/或排气温度增加而增加。被喷射的还原剂的量还可基于在车辆停止条件下的排气还原催化剂(例如，SCR催化剂)的还原剂负载。
在一些示例中，在510处，(基于上述各种因素)还原剂可以以预定量的主动单次喷射而被喷射。在其他示例中，在512处，还原剂可经由具有预定特性的喷射脉冲串进行喷射。作为一个示例，喷射脉冲串可具有包括大小和频率的脉冲串特征，其被设计成喷射关于单次主动喷射量的类似总量的还原剂(例如，尿素)，其中单次主动喷射量根据排气温度而调节(在510处)。脉冲串特征还可以基于原料气排气NOx传感器的响应时间和排气温度(在程序的时间处)。例如，可选择脉冲的频率(或周期)，以反映健康的NOx传感器的期望的10-90％响应时间加上在给定排气温度下所喷射的还原剂从尿素到氨蒸发时间。在另一些示例中，在514处，还原剂喷射可以是预先存在的还原剂沉积。此外，在一些示例中，还原剂喷射可以是单次喷射、喷射脉冲串和/或预先存在的还原剂沉积的组合。
在516处，确定基于发动机排气条件的期望的排气NOx传感器输出廓线。在一个示例中，期望的NOx传感器输出廓线可以基于在发动机停机前由排气还原剂喷射器所投配的还原剂。在另一个示例中，期望的NOx传感器输出廓线可以基于在发动机停机至静止后由排气还原剂喷射器主动喷射至排气通道内的还原剂的量。期望的NOx传感器廓线可包括一段时间内的期望的NOx传感器输出、峰值输出、期望的峰值宽度等。
一旦确定期望的排气NOx传感器输出廓线，程序500前进至518，在518处，基于原料气排气NOx传感器输出估计实际的排气NOx传感器输出廓线。例如，实际的排气NOx传感器输出廓线基于来自原料气排气NOx传感器的信号输出进行确定的并且对应于排气通道内的还原剂水平。在排气流基本上为零并且排气通道内不存在NOx时的发动机关闭条件期间，NOx传感器可充当还原剂传感器，因为NOx传感器对喷射至排气通道的还原剂可以是交叉敏感的。
在520处，基于估计的廓线而更新原料气排气NOx传感器动态特性。在522处，确定实际的排气NOx传感器输出廓线(在518处所确定的)是否不同于期望的排气NOx传感器输出廓线(在516处所确定的)。在一个示例中，可确定实际NOx传感器输出廓线和期望的NOx传感器输出廓线之间的差是否高于阈值。如果确定实际廓线基本上类似于期望廓线，则程序500移动至528，在528处指示无NOx传感器退化，并且该程序结束。
另一方面，如果确定实际廓线不同于期望廓线(例如，大于期望廓线超过阈值差，或小于期望廓线超过阈值差)，则程序500继续至524，在524处指示NOx传感器退化并且设定诊断代码。以这种方式，例如，系统可被告知NOx传感器在后续的发动机工况期间未输出排气NOx的正确指示。另外，获得的NOx传感器输出廓线可被用作至可替代的专用NOx传感器诊断程序的输入。
在一些实施例中，基于期望的NOx传感器输出和估计的输出之间的差，也可指示退化的本质。例如，响应于倾入式尿素喷射方法，如果原料气排气NOx传感器并未显示输出信号的任何增加，则控制器可指示卡住的原料气排气NOx传感器条件。
作为另一个示例，在信号的上升阶段期间，可以建立原料气排气NOx传感器的动态响应时间(诸如10-90％响应或3％响应)。如果信号在上升阶段期间饱和，则在衰减阶段期间可确定响应时间。可替代地，还原剂喷射(例如，尿素)脉冲串可根据响应于尿素脉冲的NOx传感器信号的频率响应，用于确定相同信息。
因此，可在发动机关闭条件期间确定排气NOx传感器退化。通过将已知量的还原剂喷射至SCR催化剂上游的排气通道，可以确定原料气NOx传感器的期望输出。当原料气NOx传感器的实际输出与期望输出的差超过阈值量时，指示原料气NOx传感器退化，并且可以动态地获得和更新NOx传感器特性。以此方式，可改善原料气排气NOx传感器输出的可靠性。
在一个示例实施例中，可以操作发动机系统，使得可以指示排气还原剂喷射器退化和原料气NOx传感器退化。例如，在第一发动机停机至静止期间，系统可以第一模式操作，从而基于NOx传感器的输出而指示还原剂喷射器退化。在第二发动机停机至静止期间，系统可以第二模式操作，从而基于NOx传感器的输出而指示原料气NOx传感器退化。此外，在第一发动机停机至静止期间，该系统可操作以基于响应于高于第一阈值的输出的NOx传感器的输出而指示还原剂喷射器退化。例如，第一阈值可以基于在第一发动机停机至静止期间的排气流。在第二发动机停机至静止期间，系统可操作以基于响应于低于第二阈值的输出的NOx传感器的输出而指示原料气NOx传感器退化。例如，第二阈值可以基于喷射至排气通道的还原剂的量。
图6示出曲线图，该曲线图示出尿素喷射器退化检测的示例。映射图600示出曲线602(实线)处的原料气NOx传感器的输出和曲线604(虚线)处的尾管NOx传感器的输出。曲线602示出原料气NOx信号在发动机停止继续坡升(ramp up)一持续时间(例如，在图6的示例中约20秒)，而由曲线604指示的尾管NOx信号保持基本上为零并且稳定。因为发动机关闭并且无排气流经过排气通道(例如，在排气通道内不存在NOx)，所以增加的原料气NOx的指示可能是由于由原料气NOx传感器所检测的多余还原剂源，例如，该原料气NOx传感器被定位在氧化催化剂和SCR催化剂之间。作为一个示例，还原剂喷射器可在发动机操作期间将过多的还原剂渗漏或喷射至排气通道，并且增加的原料气NOx信号可以是还原剂喷射器退化的指示。例如，如果还原剂喷射器渗漏，则增加的原料气NOx信号可能是由于还原剂沉积的升华，其中还原剂沉积是由氧化催化剂和SCR催化剂之间的排气通道内的多余还原剂所致。因此，发动机停机后增加的原料气NOx信号指示还原剂喷射器退化。
图7示出NOx传感器退化检测的示例。映射图700和710示出在曲线702和706(实线)处的还原剂剂量，以及在曲线704和708(虚线)处的对应的原料气NOx传感器输出。在所示出的示例中，增加的原料气NOx信号可能是由于在发动机关闭后由还原剂喷射所形成的有意产生的还原剂沉积。在此示例中，如果原料气NOx信号未对应于期望的原料气NOx信号，则可以指示原料气NOx传感器退化，所述期望的原料气NOx信号对应于被喷射至排气通道的还原剂的量。如上参考图5所述，还原剂可经由预定量的单次喷射或经由喷射脉冲串来喷射。在映射图700处，曲线702示出还原剂的单次喷射，而曲线704示出对应的原料气NOx信号。本文中，原料气NOx信号对应于少于喷射量的量，并且可以指示NOx传感器退化。在映射图710处，曲线706示出还原剂喷射脉冲串，并且曲线708示出响应于还原剂喷射脉冲串的对应的原料气NOx信号输出。如所示出的，NOx信号对应于比喷射至排气通道的还原剂水平高的还原剂水平。因此，可以指示原料气NOx传感器退化。
因此，在发动机停机(图6)后，原料气NOx传感器可被用于指示还原剂喷射器退化，或者在发动机停机后基于还原剂喷射(图7)可以诊断原料气NOx传感器，其中原料气NOx传感器定位于氧化催化剂和SCR催化剂之间的排气通道内。
以此方式，在发动机关闭条件期间，原料气排气NOx传感器的输出可有利地用于估计存在于排气通道内的排气还原剂的量。基于估计的排气还原剂水平，可以诊断还原剂喷射器和原料气排气NOx传感器中的每一者。通过将在发动机关闭条件期间，由原料气排气NOx传感器检测的升高的还原剂水平与还原剂喷射器渗漏关联，可使用现有发动机组件来诊断还原剂喷射系统的健康状态。同样地，通过将原料气排气NOx传感器的输出和已知量的还原剂喷射之间的变量关联，可以可靠地评估排气NOx传感器的健康状态和动态特性。在发动机停机后，通过使用排气通道内的氨的自然升华来诊断排气NOx传感器和还原剂喷射器，可使用较少的组件来完成诊断。总之，改善了排气排放。
注意，本文所包括的示例性控制和估计程序可与不同的发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可存储为非暂态存储器中的可执行指令。本文所述的具体程序可代表任何数量的处理策略中的一个或更多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示出的各种动作、操作和/或功能可以所示的顺序执行、并行执行、或在某些情况下被省略。同样地，实现本文所述的示例性实施例的特征和优点不一定需要所述处理顺序，但为了便于说明和描述而提供了所述处理顺序。取决于所使用的特定策略，一个或更多个所示的动作、操作和/或功能可重复执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形化地表示有待编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码。
应当理解，本文所公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被视为具有限制意义，因为很多变体是可能的。例如，上述技术能够被应用于V-6、I-4、I-6、V-12，对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文中公开的各种系统和配置、以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的且非显而易见的组合和子组合。
随附的权利要求具体指出了被认为是新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应当理解，此类权利要求可纳入一个或更多个这样的元件，既不要求也不排除两个或更多个此类元件。本公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可以通过本权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出的新的权利要求来要求保护。无论比原始权利要求的范围更宽、更窄、等同或者不同，这种权利要求均被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于发动机的方法，其包括：
基于在发动机停机至静止后由原料气排气NOx传感器估计的排气还原剂水平，指示所述传感器的退化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于由所述传感器估计的排气还原剂水平而指示退化包括响应于所述估计的排气还原剂水平和期望的还原剂水平之间的差高于阈值，指示退化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述期望的还原剂水平基于在所述发动机停机之前由排气还原剂喷射器投配的还原剂的量。
4.根据权利要求2所述的方法，其中在发动机停机至静止后包括在车辆停机后，并且发动机排气流低于阈值流。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述期望的还原剂水平基于在所述发动机停机至静止后由排气还原剂喷射器喷射至排气通道的还原剂的量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中喷射的还原剂的所述量基于环境温度和排气温度中的每一者，所述量随着所述环境温度增加和/或所述排气温度增加而增加。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述量的还原剂按单次喷射进行喷射。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述量的还原剂按喷射脉冲串进行喷射，其中所述喷射脉冲串具有基于所述原料气排气NOx传感器的响应时间和排气温度的大小和频率。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述原料气NOx传感器和所述还原剂喷射器中的每一者均联接到氧化催化剂的下游和还原催化剂的上游的所述排气通道。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述还原剂是尿素和氨中的一者，并且其中所述还原催化剂是SCR催化剂。
11.根据权利要求1所述的方法，其中指示退化包括设定诊断代码。
12.一种用于发动机的方法，其包括：
在车辆停止条件后，并且发动机处于静止；
将一定量的还原剂喷射至排气通道；
基于原料气排气NOx传感器的输出，估计所述排气通道内的还原剂的量；以及
基于相对于所述估计的量的所述喷射的量，指示NOx传感器退化。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述车辆停止条件包括发动机排气流低于阈值流。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述喷射的还原剂的量基于环境温度、排气温度和在所述车辆停止条件时的排气还原催化剂的还原剂负载中的每一者。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述喷射包括根据具有大小和频率的脉冲串喷射所述还原剂，所述脉冲串基于所述NOx传感器的响应时间和所述喷射的还原剂的蒸发时间选择。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述喷射包括从还原剂喷射器按单次喷射来喷射所述还原剂，所述还原剂包括尿素或氨，所述排气还原催化剂包括SCR催化剂。
17.一种发动机系统，其包括：
发动机，其包括进气装置和排气装置；
还原剂喷射器，其被配置成将还原剂喷射至排气还原催化剂上游的所述发动机排气装置内；
原料气NOx传感器，其联接到所述还原剂喷射器下游和所述还原催化剂上游的所述发动机排气装置；和
控制器，其配置有计算机可读指令，用于：
在第一发动机停机至静止期间，以第一模式进行操作，从而基于所述NOx传感器的输出而指示还原剂喷射器退化；以及
在第二发动机停机至静止期间，以第二模式进行操作，从而基于所述NOx传感器的所述输出而指示NOx传感器退化。
18.根据权利要求17所述的系统，其中在所述第一发动机停机至静止期间，基于所述NOx传感器的输出而指示还原剂喷射器退化包括响应于所述输出高于第一阈值而指示退化，所述第一阈值基于所述第一发动机停机至静止期间的排气流。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制器还包括用于指令，所述指令用于，在所述第二模式期间，将一定量的还原剂喷射至所述发动机排气装置，所述量基于环境温度和排气温度。
20.根据权利要求19所述的系统，其中在所述第二发动机停机至静止期间，基于所述NOx传感器的输出而指示NOx传感器退化包括响应于所述输出低于第二阈值而指示退化，所述第二阈值基于喷射至所述发动机排气装置的还原剂的所述量。
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