CN104727915B - 诊断scr催化剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及诊断SCR催化剂的方法。描述了用于带有SCR系统的发动机的方法和系统，该SCR系统包括催化剂上游和下游的NOx传感器。一种方法包括在不同催化剂温度下通过计算SCR转化效率监测SCR性能。此外，当SCR装置温度高于阈值时，人工地增加原料气NOx水平以从NOx传感器获得更可靠的读数。

Description

诊断SCR催化剂的方法
技术领域
本申请涉及诊断包含在内燃发动机的排气系统中的SCR催化剂。
背景技术
车辆可以被配置有各种排气后处理装置以减小排气排放释放到大气中。例如，三元催化剂可以降低包括一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物的各种排放的水平同时选择性催化还原(SCR)系统可以用于降低NOx的水平。为了确保后处理装置最佳地运行，各种传感器可以被安装在装置的上游和/或下游，并且来自传感器的反馈可以用于确定催化剂转化效率并且由此确定SCR装置的退化。
示例诊断方法由Nilsson(WO 2013/152780A1)示出，其中当车辆静止时，在执行不同的诊断顺序期间获得NOx传感器读数。一种诊断顺序包括从高NOx转变到低NOx输出紧接着返回到高NOx输出。第二诊断顺序包括使用燃料切断以引起低NOx水平同时第三诊断顺序涉及通过将高NOx输出输送到加热的催化剂并且改变注入的还原剂的量从零到固定量来确定催化剂转化效率。通过提供选定的燃料喷射正时、高发动机转速和施加的发动机负载，引起高NOx输出。在每种顺序中，NOx传感器反馈与预定的阈值相比较以诊断SCR催化剂和/或传感器性能。
发明人在此已经意识到上述方法的潜在问题。不仅各种过程有些复杂，而且当车辆在静止位置没有充分地操作时，依赖静止测试可能是不利的。此外，当在较长的持续时间内执行产生令人满意数目的读数所需的各种调整时，如在‘780描述的对尿素剂量的各种调整可以负面地影响运动车辆中的排放。
发明内容
发明人在此已经认识到上述问题并且确定一种至少部分地解决所述问题的方法。在一种示例方法中，提供了一种用于监测耦接到运动车辆中的发动机的SCR催化剂系统的方法。该方法包括当SCR装置温度低于第一阈值并且一旦SCR装置温度高于第一阈值时监测SCR转化效率而不对发动机操作进行任何调整，SCR转化效率在人工引起原料气(feedgas)NOx的增加后被监测。基于在两种工况期间获得的转化效率数据，指示SCR装置退化。
例如，当SCR装置温度低于阈值但高于起燃(light-off)温度时，转化效率基于从SCR催化剂上游的NOx水平到SCR催化剂下游的NOx水平的相对变化可以被测量。因此，该系统可以包括两个传感器以测量所述NOx水平：一个放置在SCR装置的上游而另一个放置在SCR装置的下游。另外地，在该模式下可以注意到转化效率的任何下降。一旦SCR装置温度超过阈值并且在具有较高的期望转化效率的作用范围中，原料气NOx可以被暂时地且人工地增加，比如通过减小EGR(排气再循环)流或通过提前燃料喷射正时以监测转化效率。原料气NOx的这种增加可以改善NOx传感器的信噪比并且可以提供更精确的转化效率的测量值。此外，如果在一种或两种操作模式中的转化效率低于期望阈值，SCR退化可以被确认。
以此方式，基于在一系列SCR装置操作温度下获得的转化效率数据并且在高SCR性能期间通过人工地增加原料气NOx水平以确保更可靠的传感器反馈，可以做出SCR催化剂性能的更精确的诊断。此外，使用减小的EGR流以提高原料气NOx水平可以提供稳定的燃烧条件，从而改善驾驶性能同时通过提前燃料喷射正时增加原料气NOx可以有益于燃料效率。在一个示例中，只有当SCR催化剂被期望更有效率地转化NOx时通过人工地提高原料气NOx的水平，尾管排放可以被维持在可接受限值之内。例如，当SCR装置已经在峰值NOx转化范围内操作时，原料气NOx水平在公路驾驶状况期间可以被增加。在另一示例中，EGR在上坡驾驶状况期间可以被禁用并且增加的NOx输出可以被有利地用于监测SCR性能。因此，在车辆行进期间并在对驾驶性能和排放是最小干涉的不同的驾驶情况下EGR性能可以被诊断。
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基本特征，所要求保护的主题的范围被具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。另外，所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
图1描述带有SCR催化剂系统的发动机的示意图；
图2描绘图示说明基于SCR催化剂温度使用不同的模式诊断SCR装置的程序的流程图；
图3示出图示说明当SCR催化剂温度低于阈值时用于SCR催化剂诊断的程序的流程图；
图4描述显示当SCR催化剂温度超过阈值温度时用于SCR催化剂诊断的程序的流程图；
图5示出SCR催化剂转化效率随SCR催化剂入口气体温度变化的曲线图；
图6示出图形，该图形描绘出基于离开发动机的排气中的初始NOx水平，原料气NOx所需的人工增加；
图7是根据本公开的在各种工况下的SCR诊断的示例操作。
具体实施方式
本描述涉及用于检测在如图1所示的发动机的排气系统中的SCR退化的方法和系统。发动机的控制器可以被配置为执行程序(如图2的示例程序)以基于催化剂的温度选择SCR诊断的模式。图3和图4示出两种不同的模式和程序，控制器基于SCR催化剂的温度和排气中的原料气NOx水平可以执行每一种模式中程序。当SCR催化剂在其峰值转化范围内操作时(图5)，离开发动机的排气的NOx水平可以被人工地增加并且必要的增加可以取决于排气中NOx的原始水平(图6)。在选定的状况期间，人工地增加到SCR催化剂的原料气NOx水平可以帮助改善NOx传感器读数的精确性。通过包含在一系列SCR操作温度下获得的转化效率结果，可以做出SCR退化的更精确的确定(图7)。
现参考图1，其示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，该发动机可以被包括在车辆的推进系统中。发动机10通过包括控制器12的控制系统和通过经由输入装置130来自车辆操作员132的输入可以至少部分地被控制。在这个示例中，输入装置130包括加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(即，汽缸)30可以包括具有活塞36定位其中的燃烧室壁32。活塞36可以被耦接到曲轴40使得活塞的往复运动被转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可以经由中间变速器系统被耦接到车辆的至少一个驱动轮。此外，起动器马达可以经由飞轮(未示出)被耦接到曲轴40以实现发动机10的起动操作。
燃烧室30可以经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气空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选择性地与燃烧室30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通过凸轮致动被控制。凸轮致动系统51和53每个可以包括一个或更多个凸轮并且可以利用可以由控制器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以改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可以分别通过位置传感器55和57确定。在替代实施例中，进气门52和/或排气门54可以通过电子气门致动控制。例如，汽缸30可以可选择地包括经由电子气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可以被配置具有用于向其提供燃料的一个或更多个燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸30被示出包括一个燃料喷射器66。燃料喷射器66被示出直接耦接到用于直接喷射燃料到其中的汽缸30。还应当认识到，汽缸30在燃烧循环期间可以接收来自多个喷射的燃料。
在一个示例中，发动机10可以是柴油发动机，该柴油发动机通过压缩点火燃烧空气和柴油燃料。在另一些非限制性实施例中，发动机10可以通过压缩点火和/或火花点火燃烧包括汽油、生物柴油或包含醇的燃料混合物(例如，汽油和乙醇或汽油和甲醇)的不同的燃料。
进气通道42可以包括具有节流板64的节气门62。在这个特定示例中，节流板64的位置可以经由提供至电动马达或包括有节气门62的致动器的信号由控制器12改变，该配置通常被称为电子节气门控制(ECT)。以此方式，节气门62可以被操作以改变提供至燃烧室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提供至控制器12。进气通道42可包括空气质量流量传感器120和歧管空气压力传感器122，用于提供各自的信号MAF和MAP至控制器12。
此外，在所公开的实施例中，排气再循环(EGR)系统可以经由EGR通道140将排气的期望部分从排气通道48传送到进气歧管44。提供的EGR量可以经由EGR阀142由控制器12改变。例如，通过将排气引入发动机10，用于燃烧的可用的氧量被减少，从而减小燃烧火焰温度并且减少NOx的形成。如所描述的，EGR系统进一步包括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系统可以被用于调节燃烧室内的空气燃料混合物的温度，从而在一些燃烧模式期间提供控制点火正时的方法。此外，在一些状况期间，通过控制排气门正时(如通过控制可变气门正时机构)燃烧气体的一部分可被保留或限制在燃烧室中。
排气系统128包括耦接到排气处理系统150上游的排气通道48的排气传感器126。排气传感器126可以是用于提供排气空燃比的指示的任何合适的传感器，如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO、HEGO(加热的EGO)、NOx、HC或CO传感器。排气处理系统150被示出沿排气传感器126下游的排气通道48布置。
在图1所示的示例中，排气处理系统150可以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。在另一些实施例中，排气处理系统150可以附加地或替代地包括其它部件，如微粒过滤器、稀NOx捕集器、三元催化剂、各种其它排放控制装置或它们的组合。在描述的示例中，尿素喷射器156提供来自尿素存储容器154的尿素。然而，可以使用各种替代方法，如产生氨蒸气的固体尿素颗粒，其然后被喷射或计量供给到SCR催化剂152。在又一示例中，稀NOx捕集器可以被定位在SCR催化剂152的上游以产生用于SCR催化剂152的NH3，这取决于馈送到稀NOx捕集器的空-燃比的度或富集度。
排气处理系统150进一步包括定位在SCR催化剂152下游的尾管排气传感器162。在描述的实施例中，例如，排气传感器162可以是用于测量后SCR NOx量的NOx传感器。排气处理系统150可以进一步包括定位在尿素传感器156和SCR催化剂152上游的原料气排气传感器158。在描述的实施例中，例如，原料气排气传感器158可以是用于测量在SCR催化剂处处理的容纳在排气通道中的前SCR NOx量的NOx传感器。
在一些示例中，SCR系统的效率可以基于尾管排气传感器162和原料气排气传感器158中的一个或更多个的输出而被确定。例如，SCR系统效率可以通过将SCR催化剂上游(经由传感器158)的NOx水平与SCR催化剂下游(经由传感器162)的NOx水平进行比较而被确定。在另一些实施例中，这不包括SCR催化剂152上游的专用NOx传感器158，转化效率可以基于定位在SCR系统上游的排气传感器126(例如，当传感器126测量NOx时)。
排气系统150进一步包括仅放置在SCR催化剂152上游并且与SCR催化剂152毗邻的温度传感器160以测量进入催化剂的排气的温度。因此，控制器12可以接收来自温度传感器160的SCR催化剂152温度的测量值。替代地，传感器160可以被定位成使得它提供排气歧管温度的指示。
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、在这个特定的示例中示为只读存储器芯片(ROM)106的用于执行程序和校准值的电子存储介质、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可以与耦接至发动机10的传感器连通，并因此可以接收来自传感器的各种信号，除了前面讨论的这些信号，还包括：来自质量空气流量传感器120的引入的质量空气流量(MAF)的测量值；来自耦接到冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；来自耦接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其它类型)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。发动机转速信号RPM可以根据信号PIP由控制器产生。
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，所述计算机可读数据表示由处理器102执行下面所述方法以及预期的但未具体列出的其他变量的可执行的指令。示例方法在本文参照图2-图4被描述。
如上所述，图1仅示出多汽缸发动机的一个汽缸，并且每个汽缸可以类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
现转至图2，其中示例程序200被示出用于诊断SCR催化剂的退化。具体地，该程序基于SCR催化剂的温度选择两种模式中的一种并且基于来自两种模式的累积数据指示SCR退化。退化的指示可以包括向车辆操作员显示的消息，确认发动机已经退化，并且可以进一步包括设置存储在非临时性存储器中的诊断代码，该诊断代码对应于SCR催化剂的退化，并且具体地确定SCR催化剂为退化的部件。诊断代码可以通过车载车辆的接口端口是可检索的。
在202处，程序200包括确定发动机工况。工况可以包括发动机转速和负载、发动机温度、发动机输出NOx水平、催化剂效率(例如，基于来自催化剂传感器的反馈所确定的)和SCR起燃(例如，SCR是否已经达到其启动温度)。例如，诊断在进行之前可以等待直到SCR催化剂起燃。作为另一示例，只有当发动机正操作并且将驱动力提供至车辆以保持它运动时，诊断可以被执行。在204处，可以确认是否在适当的时间执行SCR诊断程序。如果自执行前面的程序开始已经消逝阈值时间量，SCR诊断程序可以被指示。如果SCR诊断程序没有被指示，程序200返回至开始。
如果自前面的诊断程序消逝的时间大于阈值，在206处可以确定SCR温度是否超过最小阈值。SCR温度可以根据在入口处到SCR催化剂的排气的温度被推知。例如，最小温度阈值可以是SCR转化效率在期望的阈值水平、大于起燃效率和处在或低于峰值效率的温度。作为另一示例，程序可以确定温度是否使得效率在非退化的SCR催化剂的10％峰值效率内。
现参考图5，其示出SCR催化剂转化效率随SCR催化剂入口气体(或原料气)温度变化的曲线图。映射图500代表图1的SCR催化剂152的NOx转化效率的示例。Y轴线代表NOx转化效率(％)。X轴线代表SCR入口气体温度(℃)。
在此，SCR效率曲线图510示出SCR催化剂可以在低于150℃的温度时具有低NOx转化效率。例如，NOx转化效率在150℃时大约是40％并且低于较低的入口气体温度。NOx转化效率迅速地增加并且在由竖直标记513指示的大约185℃时达到大约90％。SCR催化剂的NOx转化效率在温度超过185℃时缓慢地增加并且接近100％的效率。接近390℃，NOx转化效率被减小返回至由竖直标记515指示的大约90％。越过竖直标记515，随着SCR入口温度持续增加NOx转化效率持续减小。在该示例中，竖直标记513和515之间的区域可以对于期望的NOx转化效率是预定的SCR催化剂操作区域，如关于206所描述的。
现返回至图2的程序200，在208处如果确定SCR温度低于期望的操作的最小温度(例如，图5中的竖直标记513)，第一诊断模式(A)被选择。如果确定SCR温度高于最小温度阈值(例如，图5中的竖直标记513)，第二诊断模式(B)被选择。模式A和B将分别在图4和图5中被进一步详述。
SCR诊断的每种模式可以计算转化效率数据并且它与SCR退化的存在或不存在相关。例如，如果计算的SCR转化效率低于预期的转化效率，退化读数的计数器可以增加一。同样地，如果计算的效率比得上或大于预期的转化效率，不增加计数器。因此，在212处，可以确定从模式A和B获得的累积SCR退化读数是否高于最小阈值。例如，如果车辆主要用于短距离或城市驾驶，在这种情况下SCR催化剂温度未达到峰值NOx转化所需要的最小值，控制器可以从SCR诊断的模式A中接收相当多的数据。因此，取决于获得的读数的样本大小，控制器可以选择信号退化(如果指示)或等待从SCR诊断的模式B中获得读数。例如，如果仅在模式A期间获得相当数目的退化读数，控制器可以使信号退化。在另一示例中，如果使用模式A获得不同性质的诊断结果，控制器可以等待以从SCR诊断的模式B中获得更多的数据。因此，不同性质的数据指示“合格”或“退化”读数的混合。
如果确定累积的退化读数高于阈值，程序200在214处指示SCR退化并且可以打开在仪表盘上的故障指示灯(MIL)。如果确定退化读数的数目低于阈值，程序200返回至开始并且当满足工况时继续执行诊断程序。
现转至图3，其描述示例程序300，该程序显示当确定SCR温度低于最小阈值但高于起燃温度时由控制器执行的SCR诊断的模式A。具体地，程序300基于NOx水平读数前SCR催化剂和后SCR催化剂之间的差计算SCR转化效率并且将计算的转化效率与预期的效率进行比较。可以获得多个读数以确保较高的可靠性。
在302处，进入SCR催化剂(NOx_IN)的排气中的NOx浓度可以从放置在SCR催化剂上游的NOx传感器来确定。在304处，离开SCR催化剂(NOx_OUT)的排气中的NOx浓度可以从放置在催化剂下游的NOx传感器来确定。在306处，NOx转化效率可以基于在NOx_IN和NOx_OUT之间的百分比相对变化而被估计。例如，当原料气NOx水平(NOx_IN)是70ppm并且离开SCR(NOx_OUT)的气体中的NOx水平是35ppm时，转化效率可以被计算成50％。
接着在308处，计算的转化效率可以与在该温度下预期的转化效率相比较。如果确定计算的效率低于预期的效率，在310处，控制器将退化读数的计数器增加1并且返回至开始。另一方面，如果确定计算的效率比得上预期的转化效率，程序返回至开始并且当满足必要条件时等待以再次执行诊断。
现参照图4，其示出包括SCR诊断的模式B的示例程序400，该SCR诊断可以在SCR温度高于最小阈值时由控制器执行。具体地，原料气NOx水平人工地且临时地升高以改善NOx传感器读数的精确性并且SCR转化效率在较高原料气NOx状况下被计算。
在402处，可以确定SCR催化剂是否处在稳定的预热(warmed up)状况中。这样，这可以指示SCR装置已经实现起燃并且能够减少排气中的NOx。如果确定SCR催化剂没有实现起燃，该程序在404处禁用诊断并且返回至程序200的开始。如果确认SCR催化剂已经实现起燃，在406处，可以确认SCR催化剂转化效率是否高于最小阈值。例如，可以确定催化剂是否正如参考图5更早描述的期望的效率范围内操作。例如，只有当测量SCR转化效率是90％或更多时，程序400可以持续使用SCR诊断的模式B。如果确定SCR转化效率低于最小阈值，在404处诊断被放弃并且返回至程序200的开始以等待工况得到满足。
如果确定SCR转化效率高于最小阈值，在408处，可以确认原料气NOx水平是否低于最小阈值。这帮助确定NOx的人工增加量，其可以被预定以提供转化效率确定的较高精确性。在一个示例中，当车辆以最小负载以公路速度行进时，排气中的NOx水平可以通过增加到进气装置的EGR流而被保持低于最低要求。在另一示例中，在上坡驾驶条件期间，原料气NOx水平由于提升的发动机负载可以高于阈值。
图6的映射图600示出离开发动机的排气中的NOx水平和对原料气NOx水平必要的人工增加之间的关系。Y轴线代表对NOx水平的人工增加而X轴线代表在SCR入口处的温度。
曲线图610描述当发动机输出中的NOx较高时，对原料气中NOx水平的预定的人工增加随温度的变化。曲线图612示出当发动机输出中的NOx较低时，对NOx水平的预定的人工增加随温度的变化，而曲线614示出当发动机输出中的NOx最低时，对NOx水平的预定的人工增加随温度的变化。竖直标记613和615描述SCR催化剂的峰值转化效率范围。
由映射图600可以指出随离开发动机的排气中的NOx水平减小，NOx水平的较大人工增加被预定以升高进入SCR催化剂的气体中的原料气NOx水平。例如，对于SCR诊断的模式B，如果进入SCR催化剂的NOx水平是50ppm并且控制器确定将NOx水平升高到200ppm，则选择增加150ppm。对于模式B诊断，如果离开发动机的排气中的NOx水平大约是100ppm，控制器将增加原料气NOx水平达100ppm以达到必要的200ppm NOx水平。
在一个示例中，原料气NOx水平可以通过减小到进气歧管的EGR流被人工地升高。在某些状况下，减小EGR可以改善燃料效率。在另一示例中，在上坡驾驶条件期间自然增加的NOx水平可以被适时地用于执行SCR诊断的模式B类型，从而实现发动机输出NOx的较小人工增加。在又一示例中，燃料喷射正时可以被提前以产生较高的NOx水平。
如果确定离开发动机的排气中的NOx水平高于最小阈值，在410处，可以产生原料气NOx水平的较小人工增加。例如，EGR流可以被减小5％以增加NOx的水平。然而，如果确定排气中的NOx水平低于最小阈值，在412处可以产生原料气NOx的较大的人工增加。例如，EGR可以被减小15％。这样，EGR的减小和随后的NOx水平的人工增加取决于排气中的最初NOx水平。
在414处，一旦原料气NOx水平被人工地增加，进入SCR催化剂的排气中的NOx浓度(NOx_IN_B)可以从放置在SCR催化剂上游的NOx传感器被确定。在416处，离开SCR催化剂的排气中的NOx浓度(NOx_OUT_B)可以从放置在催化剂下游的NOx传感器被确定。在418处，NOx转化效率可以基于NOx_IN_B和NOx_OUT_B之间的相对变化被估计。当SCR装置温度在峰值转化范围中时，原料气NOx水平的暂时人工增加可以帮助改善NOx传感器反馈中的信噪比并且可以提供转化效率的更加精确确定。
在一个示例中，当SCR装置转化效率被预期在其峰值范围中时，原料气NOx传感器可以确定NOx_IN_B为具有+/-20％误差的50ppm并且尾管NOx传感器可以测量NOx_OUT_B为具有+/-10ppm误差的10ppm。因此，转化效率的标准值可以被估计为80％但由于传感器误差具有从50％到100％效率的变化。由于计算的转化效率的更宽的变化，确定的SCR装置退化可能是不精确的。例如，具有60％计算的效率的SCR装置可以不发出退化的信号，因为60％效率落在50％-100％的范围内。现在，如果原料气NOx水平可以被增加使得原料气NOx传感器测量NOx_IN_B为具有+/-20％误差的200ppm并且尾管NOx传感器测量NOx_OUT_B为具有+/-10ppm误差的80ppm，转化效率的标准值可以被估计为60％但具有从44％到70％的较窄的变化。然而，如果预期的转化效率至少是80％，60％的平均计算的转化效率显著地低于预期的80％并且SCR装置可以被更加精确地诊断为退化。因此，增加原料气NOx输出可以帮助改善NOx传感器反馈的信噪比并且因此增加SCR监测的可靠性。此外，根据工况通过调整暂时的发动机输出NOx增加的量，仅使用改善转化效率确定所需要的尽可能多的过量NOx，从而改善整体操作并减小发动机操作的干扰。例如，温度越接近于峰值转化效率，人工NOx增加越大，并且反之亦然。附加地，在效率监测期间越低的发动机输出NOx水平，人工NOx增加越大，并且反之亦然，
在420处，计算的转化效率可以与在该温度下预期的转化效率相比较。如果确定计算的效率低于预期的效率，在422处，控制器将退化读数的计数器增加1并且返回至开始。另一方面，如果确定计算的效率比得上预期的转化效率，程序返回至开始并且当满足必要条件时等待以再次执行诊断。
应当认识到只有当SCR催化剂在高效率区域操作时，较高水平的NOx被产生。这确保进入催化剂的大部分NOx被减小并且排气管排放的NOx被维持在可接受限值内同时SCR诊断的模式B被执行。因此，如果SCR装置没有在其峰值性能范围中起作用，SCR诊断的模式可以被禁用。
应当进一步理解的是减小EGR流以人工地增加原料气NOx水平可以导致稳定的燃烧状况并且减小燃料消耗。在另一示例中，原料气NOx可以通过提前燃料喷射正时被增加，这也可以有益于燃料效率。因此，SCR装置的评定在持续的发动机操作和车辆运动期间可以被执行，这可以积极地影响燃料经济性而对车辆驾驶性能没有显著的负面影响。此外，通过在一系列SCR操作温度下监测并收集SCR性能结果，可以做出更加精确的SCR退化的诊断。
示出两种模式的示例SCR诊断参考图7被描述。图7的映射图700描述了以下状况，在该状况下，可以产生NOx的人工增加。映射图700描述在曲线图702处的SCR诊断结果、在曲线图704处的EGR流、在曲线图706处的预期的SCR转化效率、在曲线图708处的计算的SCR转化效率、在曲线图710处的SCR温度、在曲线图712处的来自发动机的测量的NOx输出和在曲线图714处的车辆速度(Vs)。所有曲线图随沿着x轴线绘制的时间被描述。另外，线707代表SCR转化效率的最小阈值限值，线713和715分别代表SCR温度的最小和最大阈值限值并且线717对应于排气中NOx水平的最小阈值。
在t1之前，车辆速度(Vs)从静止状态迅速地增加。EGR流在高发动机转速的时期和全开节气门状况期间可以被减小或禁用。在t1之前，NOx水平稳定地提高，SCR温度低于最小阈值(线713)但超过起燃温度并且SCR转化效率低于最小值(线707)。在这些工况下，SCR诊断的模式A可以被执行以计算SCR转化效率。在t1处，SCR温度达到最小阈值，SCR转化效率增加到峰值NOx转化的最小阈值之上并且Vs稳定在高速度下。例如，车辆可以是在公路的行驶速度并且较高的EGR流可以能够将NOx水平(曲线图712)减小到最小阈值717之下。
在t1和t2之间，满足执行SCR诊断的模式B的所有状况：SCR已经实现起燃，转化效率在阈值707之上并且排气中的NOx水平低于最小阈值717。
因此，在t2处EGR流被显著地减小，导致发动机排气中增加的NOx水平，从而允许更加精确的转化效率测量(曲线图708)。多个转化效率结果可以在此获得以改善退化诊断的可靠性。一旦获得相当数目的结果，EGR流在t3处被增加以减小NOx水平。因此，NOx水平被暂时地增加若干个短间隔以最小化对排放的任何负面影响。
在t4处，由于SCR转化效率保持在峰值范围内，另一诊断模式B可以被执行。因为NOx水平现在高于最小阈值，所以EGR流的减小低于在t2处需要的减小(如更早参考图6所详述的)。随着EGR的减小，NOx水平上升并且SCR转化效率再次被计算。可以确定贯穿测试的温度范围计算的效率比得上预期的效率并且SCR诊断指示“合格”结果(曲线图702)。在t5处，诊断结束并且EGR流增加。在t5之后，Vs减小并且最终地车辆在t6处可以减速到最终停止。
在t6和t7之间，示出了延长的时间间隔，在该时间间隔期间，车辆可以被一致地使用。这样，当SCR催化剂变差时，在t7之后的曲线图是SCR诊断的示例。
在t7处，车辆速度(Vs)迅速地升高并且在t7和t12之间同样的三个诊断步骤基于满足的必要的条件可以使用两种模式被执行。因此，在t7和t8之间，由于SCR温度低于最小阈值，SCR诊断的模式A被进行。在t8和t9之间，用于SCR诊断的模式B的工况被满足并且诊断模式B在t9到t10之间和t11到t12之间被执行。在一系列SCR温度下的所有诊断步骤期间，计算的转化效率(曲线图708)显著地低于预期的转化效率(曲线图706)。因此，基于来自两种诊断模式的累计结果，控制器指示如在t7和t12之间的曲线图702中所示的退化。
注意，即使转化效率在t1和t2、t3和t4、t8和t9和t10和t11之间持续被计算，但是数据可能比当SCR诊断的模式A和模式B类型被执行时获得的那些结果更不可靠。
以此方式，SCR催化剂在一系列SCR温度下可以通过选择不同诊断模式被监测，这能够实现可能的催化剂退化的集体的且更精确的评定。在较长的持续时间内，SCR退化分析可以在运动的车辆中被执行以实现确保更可靠分析的令人满意数量的结果。当SCR催化剂在较高的转化效率下执行时，通过增加原料气NOx水平，NOx传感器读数的误差可以被减小以提供更精确的反馈同时保持尾管排放低于最低要求。此外，使用减小的EGR流或提前的燃料喷射正时以人工地增加排气中的NOx水平能够分别传递稳定燃烧并且有益于燃料经济性。因此，SCR退化在对驾驶性能和排放的最小负面影响的移动车辆中可以被评定。
注意，本文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。在本文中所公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非临时性存储器中。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、操作和/或功能可以所示顺序执行、并行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、操作和/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、操作和/或功能可以图形化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非临时性存储器的代码。
应认识到，在本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，并且这些具体的实施例不被认为是限制性的，因为许多变体是可能的。例如，上述技术能够应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本公开的主题包括在本文中所公开的各种系统和配置和其它的特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
随附权利要求具体地指出某些被认为是新颖的和非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可通过修改现有权利要求或通过在这个或关联申请中提出新的权利要求而得要求保护。这些权利要求，无论与原始权利要求范围相比更宽、更窄、相同或不相同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种用于包括SCR催化剂的发动机的方法，其包括：
对于运动中的车辆：
响应于SCR温度低于第一阈值，基于进入的NOx浓度和离开的NOx浓度在第一诊断模式下监测SCR转化效率，但是不调整发动机操作以人工地增加原料气NOx；以及
响应于SCR温度高于所述第一阈值，通过调整EGR阀以减小EGR流来人工地增加原料气NOx，其中人工NOx增加在原料气NOx大于阈值时较小，而在原料气NOx小于所述阈值时较大，并且基于进入的NOx浓度和离开的NOx浓度在第二诊断模式下监测SCR转化效率；以及
基于来自所述第一诊断模式和所述第二诊断模式中的每一个的所述监测的转化效率指示SCR退化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中NOx传感器被直接定位在所述SCR催化剂的上游和下游。
3.根据权利要求1所述的方法，其中当SCR温度高于所述第一阈值时，通过提前燃料喷射正时增加原料气NOx水平。
4.根据权利要求1所述的方法，其中基于具有所述人工NOx增加和不具有所述人工NOx增加的所述监测的转化效率指示SCR退化。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述车辆运动和所述SCR转化效率监测期间，所述发动机被操作并且被维持操作以将全部驱动力提供到所述车辆以维持车辆运动。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述SCR催化剂在稳定的预热状况下操作。
7.根据权利要求1所述的方法，其中只有当SCR催化剂转化效率高于最小阈值时，人工地增加原料气NOx水平。
8.根据权利要求1所述的方法，其中只有当原料气中的NOx的水平低于阈值时，人工地增加原料气NOx水平。
9.一种用于监测具有NOx传感器的发动机中的SCR催化剂的性能的方法，其包括：
当SCR温度低于第一阈值时，在第一诊断模式下操作所述发动机，并且监测SCR转化效率；
当SCR温度高于所述第一阈值并且原料气NOx浓度高于阈值时，通过人工地增加原料气NOx第一量，在第二诊断模式下操作所述发动机，并且监测SCR转化效率；
当SCR温度高于所述第一阈值并且原料气NOx浓度低于所述阈值时，通过增加原料气NOx第二量，在所述第二诊断模式下操作所述发动机，所述第二量大于所述第一量，并且监测SCR转化效率；以及
基于这两种诊断模式的累积监测的效率指示SCR退化。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括当车辆在运动并且所述发动机被维持操作以将驱动力提供到所述车辆时监测SCR性能。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述第二诊断模式期间，当SCR转化效率高于最小阈值时并且当原料气NOx水平低于NOx阈值时，增加原料气NOx水平。
12.根据权利要求9所述的方法，其中通过减小EGR流或提前燃料喷射正时人工地增加原料气NOx水平。
13.一种用于车辆中的发动机的系统，其包括：
SCR催化剂；
一个或多个NOx传感器；和
控制器，其具有存储在非临时性存储器中的计算机可读指令，用于：
当所述车辆正在行进时：
在第一状况期间，其中所述第一状况是当SCR催化剂温度低于第一阈值时：
基于进入的NOx浓度和离开的NOx浓度在第一诊断模式下提升SCR转化效率；以及
在第二状况期间，其中所述第二状况是当SCR催化剂温度高于所述第一阈值时：
人工地升高原料气NOx水平，人工NOx增加在原料气NOx浓度大于阈值时较小，而在原料气NOx浓度小于所述阈值时较大；以及基于进入的NOx浓度和离开的NOx浓度在第二诊断模式下监测SCR转化效率。
14.根据权利要求13所述的系统，进一步包括在两种状况期间，基于监测的转化效率的SCR退化的指示。
15.根据权利要求13所述的系统，其中在SCR转化效率监测期间，所述发动机被操作并且被维持操作以将全部驱动力提供到所述车辆以维持车辆运动。
16.根据权利要求13所述的系统，其中在所述第二状况期间，通过减少EGR暂时地增加原料气NOx。
17.根据权利要求13所述的系统，其中在所述第二状况期间，通过提前燃料喷射正时暂时地增加原料气NOx。
18.根据权利要求13所述的系统，其中只有当进入所述SCR催化剂的排气中的NOx水平减小低于最小阈值时，增加原料气NOx。
19.根据权利要求13所述的系统，其中只有当所述SCR转化效率高于最小阈值时，增加排气中的NOx水平。
20.根据权利要求13所述的系统，进一步包括指令，用于：在第三状况期间，其中所述第三状况是当SCR催化剂温度高于第一阈值并且原料气NOx水平高于最小阈值时：
将原料气NOx增加到较小的程度；
监测SCR转化效率；以及
基于在全部三种状况中执行的测量值指示SCR退化。
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