CN105986867A - 用于监测中间床氧化剂注入系统的健康状况的系统和方法 - Google Patents

用于监测中间床氧化剂注入系统的健康状况的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于监测中间床氧化剂注入系统的健康状况的系统和方法。一种系统包括控制器，其编程成：基于从设置在TWC组件中的第一射频(RF)探头所接收的第一信号而确定三元催化器(TWC)组件的氧化状态，第一信号代表所测量的TWC组件的氧气(O2)储存量；基于从温度传感器接收的第二信号而确定流入氨滑催化器(ASC)组件中的流体的温度是否在所需的温度操作范围内，第二信号代表ASC组件的入口附近的流体的温度；基于第三信号而确定离开ASC组件的出口的流体中的氮氧化物(NOX)浓度是否在所需的限制内，第三信号代表流体中的NOX浓度；并至少基于第一信号、第二信号和第三信号而确定是否对排气后处理系统的构件执行诊断。

Description

用于监测中间床氧化剂注入系统的健康状况的系统和方法
技术领域
这里公开的主题涉及一种用于内燃机的排气后处理系统，并且更具体地说涉及监测排气后处理系统的中间床氧化剂注入系统的健康状况。
背景技术
发动机(例如内燃机，例如往复式发动机或燃气涡轮)燃烧燃料和空气的混合物，以产生燃烧气体，其将驱动力应用于发动机的构件(例如移动活塞或驱动涡轮)。接下来，燃烧气体作为排气离开发动机，其可能遭遇排气处理(例如后处理)系统，其包括一个或多个催化转化器(例如三元催化器(TWC)组件、氨滑(slip)催化器(ASC)组件等等)，从而减少氮氧化物(NOX)、烃类(HC)、一氧化碳(CO)的排放以及其它排放。然而，如果排气处理系统的一个或多个构件的健康状况没有得到紧密地监测，那么催化器在减少排放方面的效率可能随着时间而降低。
发明内容
以下概括了与最初申明权利要求的本发明范围相称的某些实施例。这些实施例并不意图限制本发明的申明权利要求的范围，相反这些实施例仅仅意图提供本发明的可能形式的简要总结。实际上，本发明可包含各种可与下述实施例相似或不同的形式。
根据第一实施例，一种系统包括排气后处理系统，其配置成处理来自内燃机的排放物。排气后处理系统包括具有第一出口的TWC组件、配置成从TWC组件接收流体的ASC组件、以及设置在TWC组件和ASC组件之间并配置成将流体从TWC组件传递给ASC组件的流体导管，其中ASC组件具有入口和第二出口。排气后处理系统还包括氧化剂注入系统，其联接在流体导管上，并配置成在ASC组件的入口上游将氧化剂注入到流体导管中，从而在流入ASC组件的入口的流体中提供充分的氧化剂，以便激活ASC组件中的催化活性。排气后处理系统还包括第一射频(RF)探头、至少一个温度传感器和至少一个NOX传感器，第一射频探头设置在TWC组件中并配置成测量TWC组件的氧气(O2)储存量，所述至少一个温度传感器设置在通过氧化剂注入系统将氧化剂注入到流体导管中的位置下游和ASC组件的入口上游，其中至少一个温度传感器配置成测量ASC组件的入口附近的流体的温度，并且所述至少一个NOX传感器设置在ASC组件的入口下游并配置成测量离开ASC组件的出口的流体中的NOX浓度。排气后处理系统还包括控制器，其编程成从第一RF探头接收代表所测量的TWC组件的O2储存量的第一信号，接收代表ASC组件的入口附近的流体的温度的第二信号，接收代表离开ASC组件的流体中的NOX浓度的第三信号，并至少基于第一信号、第二信号和第三信号而确定是否对排气后处理系统的构件执行诊断。
根据第二实施例，一种系统包括控制器，其编程成确定联接在内燃机上的排气后处理系统的操作状态，其中排气后处理系统包括TWC组件，其在流体方面联接在定位于TWC组件下游的ASC组件上。控制器还编程成基于从设置在TWC组件中的第一RF探头所接收的代表所测量的TWC组件的O2储存量的第一信号而确定排气后处理系统的TWC组件的氧化状态，基于从温度传感器接收的代表ASC组件的入口附近的流体的温度的第二信号而确定流入ASC组件中的流体的温度是否在所需的温度操作范围内，基于从NOX传感器接收的代表离开ASC组件的流体中的NOX浓度的第三信号而确定离开ASC组件的出口的流体中的NOX浓度是否在所需的限制内，并至少基于第一信号、第二信号和第三信号而确定是否对排气后处理系统的构件执行诊断。
根据第三实施例，提供了一种方法，其用于监测联接在内燃机上的排气后处理系统的操作状态，其中排气后处理系统包括TWC组件，其在流体方面联接在定位于TWC组件下游的ASC组件上。该方法包括在控制器上从设置于TWC组件中的第一RF探头中接收代表所测量的TWC组件的O2储存量的第一信号。该方法还包括在控制器上接收来自温度传感器的代表流入到ASC组件的入口中的流体的温度的第二信号。该方法还包括在控制器上接收来自NOX传感器的代表离开ASC组件的流体中的NOX浓度的第三信号。该方法还包括通过控制器至少基于第一信号、第二信号和第三信号确定是否对排气后处理系统的构件执行诊断。该方法还包括在控制器上接收代表在ASC组件中的流体中的氨(NH3)的浓度的第四信号。该方法甚至还包括如果控制器确定对构件执行诊断，就通过控制器基于第四信号确定排气后处理系统的构件执行诊断。
技术方案1. 一种系统，包括：
排气后处理系统，其配置成处理来自内燃发动机的排放物，其中所述排气后处理系统包括：
三元催化器(TWC)组件，其具有第一出口；
氨滑催化器(ASC)组件，其配置成接收来自所述TWC组件的流体，其中所述ASC组件具有入口和第二出口；
流体导管，其设置在所述TWC组件和所述ASC组件之间，并配置成将流体从所述TWC组件传递给所述ASC组件；
氧化剂注入系统，其联接在所述流体导管上，并配置成在所述ASC组件的入口上游将氧化剂注入到所述流体导管中，从而在流入所述ASC组件的入口的流体中提供充分的氧化剂，以便激活所述ASC组件中的催化活性；
第一射频(RF)探头，其设置在所述TWC组件中，并配置成测量所述TWC组件的氧气(O2)储存量；
至少一个温度传感器，其设置在所述氧化剂注入系统将氧化剂注入到所述流体导管中的位置下游和所述ASC组件的入口上游，其中所述至少一个温度传感器配置成测量所述ASC组件的入口附近的流体的温度；
至少一个氮氧化物(NOX)传感器，其设置在所述ASC组件的入口下游，并配置成测量离开所述ASC组件的出口的流体中的NOX浓度；和
控制器，其编程成从所述第一RF探头接收代表所测量的TWC组件的O2储存量的第一信号，接收代表所述ASC组件的入口附近的流体的温度的第二信号，接收代表离开所述ASC组件的流体中的NOX浓度的第三信号，并至少基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号而确定是否对所述排气后处理系统的构件执行诊断。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成基于所测量的O2储存量确定所述TWC组件的氧化状态。
技术方案3. 根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成确定所测量的O2储存量是否大约为零。
技术方案4. 根据技术方案3所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果所测量的O2储存量大于零就降低所述内燃发动机操作所用的空气-燃料比。
技术方案5. 根据技术方案3所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果所测量的O2储存量大约为零就确定流入所述ASC组件中的流体的温度是否在所需的温度操作范围内。
技术方案6. 根据技术方案5所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果流入所述ASC组件中的流体的温度不在所需的温度操作范围内就控制所述氧化剂注入系统将氧化剂或额外的氧化剂注入到所述流体导管中，从而调整流入所述ASC组件中的流体的温度，使得所述温度在所需的温度操作范围内。
技术方案7. 根据技术方案5所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果流入所述ASC组件中的流体的温度在所需的温度操作范围内就确定离开所述ASC组件的出口的流体中的NOX浓度是否在所需的限制内。
技术方案8. 根据技术方案7所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果离开所述ASC组件的出口的流体中的NOX浓度不在所需的限制内就对所述排气后处理系统的构件执行诊断。
技术方案9. 根据技术方案8所述的系统，其特征在于，包括第二RF探头，其设置在所述ASC组件中，并配置成测量所述ASC组件中的流体中的氨(NH3)的浓度。
技术方案10. 根据技术方案9所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成接收代表所述ASC组件中的流体中的NH3的浓度的第四信号，并确定所述NH3的浓度是否等于基准值。
技术方案11. 根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果所述NH3的浓度不等于所述基准值就对所述ASC组件执行诊断。
技术方案12. 根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果所述NH3的浓度等于所述基准值就对所述至少一个NOX传感器执行诊断。
技术方案13. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，包括联接在所述排气后处理系统上的内燃发动机。
技术方案14. 一种系统，包括：
控制器，其编程成确定联接在内燃发动机上的排气后处理系统的操作状态，其中所述排气后处理系统包括三元催化器(TWC)组件，其在流体方面联接在定位于所述TWC组件下游的氨滑催化器(ASC)组件上，其中所述控制器编程成：基于从设置在所述TWC组件中的第一射频(RF)探头接收的第一信号确定所述排气后处理系统的TWC组件的氧化状态，所述第一信号代表所测量的TWC组件的氧气(O2)储存量；基于从温度传感器接收的第二信号确定流入所述ASC组件中的流体的温度是否在所需的温度操作范围内，所述第二信号代表所述ASC组件的入口附近的流体的温度；基于从NOX传感器接收的第三信号确定离开所述ASC组件的出口的流体中的NOX浓度是否在所需的限制内，所述第三信号代表离开所述ASC组件的流体中的氮氧化物(NOX)的浓度；并且至少基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号确定是否对所述排气后处理系统的构件执行诊断。
技术方案15. 根据技术方案14所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果所测量的O2储存量大约为零就确定流入所述ASC组件中的流体的温度是否在所需的温度操作范围内。
技术方案16. 根据技术方案15所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果流入所述ASC组件中的流体的温度在所需的温度操作范围内就确定离开所述ASC组件的出口的流体中的NOX浓度是否在所需的限制内。
技术方案17. 根据技术方案16所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果离开所述ASC组件的出口的流体中的NOX浓度不在所需的限制内就对所述排气后处理系统的构件执行诊断。
技术方案18. 根据技术方案17所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成基于接收自设置在所述ASC组件中的第二RF探头的第四信号确定所述ASC组件中的流体中的氨(NH3)的浓度是否等于基准值，所述第四信号代表所述ASC组件中的流体中的NH3的浓度。
技术方案19. 根据技术方案18所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果所述NH3的浓度不等于所述基准值就对所述ASC组件执行诊断，并且如果所述NH3的浓度等于所述基准值就对所述NOX传感器执行诊断。
技术方案20. 一种用于监测联接在内燃发动机上的排气后处理系统的操作状态的方法，其中所述排气后处理系统包括三元催化器(TWC)组件，其在流体方面联接在定位于所述TWC组件下游的氨滑催化器(ASC)组件上，所述方法包括：
在控制器上从设置于所述TWC组件中的第一射频(RF)探头中接收第一信号，其代表所测量的TWC组件的氧气(O2)储存量；
在所述控制器上接收来自温度传感器的第二信号，其代表流入所述ASC组件的入口中的流体的温度；
在所述控制器上接收来自NOX传感器的第三信号，其代表离开所述ASC组件中的流体中的氮氧化物(NOX)浓度；
通过所述控制器，至少基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号确定是否对所述排气后处理系统的构件执行诊断；且
在所述控制器上接收第四信号，其代表所述ASC组件中的流体中的氨(NH3)的浓度；且
如果所述控制器确定对构件执行诊断，就通过所述控制器基于所述第四信号确定对所述排气后处理系统的构件执行诊断。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优势，其中在所有附图中相似的标号表示相似的部件，其中：
图1是联接在发动机上的排气处理(例如后处理)系统的一个实施例的示意图；且
图2是计算机执行的方法的一个实施例的流程图，其用于监测联接在发动机上的中间床氧化剂注入系统的健康状况。
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了致力于提供这些实施例的简明描述，在说明书中可能没有完全描述实际实施的所有特征。应该懂得，在任何这种实际实施例的研究中，如同在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多专门实施的决策，以实现研究者的特定目的，例如与涉及系统及涉及商业约束相关的适应性，其可能根据实施而变化。此外，应该懂得这种研究工作可为复杂且耗时的，但对于受益于本发明公开的普通技术人员仍然是其承担设计、构造和制造的日常事务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都意图包含和意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。
本公开致力于用于监测联接在一系列催化器组件或催化转化器(例如TWC组件、ASC组件等等)上的氧化剂注入系统(例如中间床空气注入系统)的健康状况的系统和方法，催化转化器联接在内燃发动机(例如往复式内燃机或燃气涡轮发动机)上。具体地说，本公开的实施例包括后处理系统(例如排气处理)系统，其配置成联接到内燃发动机上，并处理来自内燃发动机的排气(例如发动机排气)(例如NOX、HC、CO等等)。后处理系统可包括基于催化器的系统、化学剂注入系统或其它类型。具体地说，后处理系统可包括TWC组件以及氧化剂注入系统，TWC组件在流体方面联接在(例如通过流体导管)ASC组件上，氧化剂注入系统配置成将氧化剂(例如空气、O2、富含氧气的空气或氧气减少的空气)注入到流体导管中的流体(例如通过TWC组件处理的排气)中。公开的实施例包括通过一个或多个RF探头确定TWC组件的氧化状态(例如O2储存量)。如果内燃发动机在充足的条件下操作时，TWC组件的O2储存量应该为零或接近为零。如果TWC组件的O2储存量为零或接近为零，那么公开的实施例包括在流入ASC组件中之前但在氧化剂注入系统注入氧化剂的位置下游测量流体的温度，并调整流体的温度(例如ASC组件附近)，使得温度在所需温度操作范围内(例如400-510°C)，从而最大限度地增加ASC组件中的催化活性。如果ASC组件附近的流体的温度在所需的温度操作范围内，那么公开的实施例包括确定离开ASC组件的流体中的NOX浓度(例如通过TWC组件和ASC组件进行处理)是否在所需的限制内(例如在所需的限制内或低于所需的阈值)。如果离开ASC组件的流体中的NOX浓度不在所需的限制内，那么公开的实施例包括确定ASC组件中的流体中的NH3浓度，并基于所确定的ASC组件中的流体中的NH3浓度而确定排气后处理系统的哪种构件执行诊断。通过公开的技术监测氧化剂注入系统和/或排气后处理系统的健康状况可使内燃发动机的操作在延长的时间周期内保持在排放遵从标准内。另外，可最大限度地减小对排气后处理系统的构件的维护。此外，公开的实施例提供了一种机载诊断能力。
现在转到附图并参照图1，其显示了联接在发动机12上的排气处理系统10的示意图。如下面详细所述，公开的排气处理系统10监测排气处理系统10和/或系统构件(例如氧化剂注入系统40、ASC组件24等等)的健康状况(例如减少排放的能力)。发动机12可包括内燃机，例如往复式发动机(即多冲程发动机，例如两冲程发动机、四冲程发动机、六冲程发动机等等)或燃气涡轮发动机。发动机12可在各种燃料下操作(例如天然气、柴油、合成气、汽油、混和燃料(例如甲烷、丙烷、乙烷等等)等等)。发动机12可作为富燃发动机进行操作。发动机12可为发电系统的一部分，其产生10kW至10MW范围内的功率。在某些实施例中，发动机12可在小于大约1800转每分钟(RPM)下操作。在某些实施例中，发动机12可在小于大约2000 RPM,1900 RPM, 1700 RPM,1600 RPM,1500 RPM,1400 RPM,1300 RPM,1200 RPM,1000 RPM或900 RPM下操作。在某些实施例中，发动机12可在大约800-2000 RPM、900-1800 RPM或1000-1600 RPM之间操作。在某些实施例中，发动机12可在大约1800 RPM,1500 RPM,1200 RPM,1000 RPM或900 RPM下操作。典型的发动机12可包括例如通用电器公司的Jenbacher发动机(例如Jenbacher型号2、型号3、型号4、型号6或J920FleXtr)或Waukesha发动机(例如Waukesha VGF、VHP、APG、275GL)。
发动机12联接在发动机控制单元(例如控制器)14上，其控制和监测发动机12的操作。例如，发动机控制单元14(与氧化剂注入控制单元44协同或独立地)控制和监测发动机12的操作。例如，发动机控制单元调整或调节发动机12的氧化剂-燃料比(例如空气燃料比)(例如通过联接在发动机12上的一个或多个空气燃料比(AFR)调节器，例如燃料系统、汽化器、燃料注入器、燃料通路调节器、任何包括这些一个或多个调节器的系统或任何其组合)。AFR是空气对燃料的质量比。发动机控制单元14包括处理电路(例如处理器16)和存储器电路(例如存储器18)。处理器16可包括多个微处理器、一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或一个或多个专用集成电路(ASICS)、芯片系统(SoC)装置或某些其它处理器配置。例如，处理器16可包括一个或多个精简指令集(RISC)处理器或复杂指令集(CISC)处理器。处理器16可执行指令，以执行发动机12和/或后处理系统10的操作。这些指令可按程序或代码进行编码，程序或代码储存于有形的非瞬态计算机-可读介质(例如光盘、固态装置、芯片固件)，例如存储器18中。在某些实施例中，存储器18可完全或部分地从ECU14中去除。
在操作期间，发动机12产生燃烧气体20，其用于将驱动力应用于发动机12的构件(例如一个或多个在气缸中往复运动的活塞或不止一个涡轮)。燃烧气体20接下来作为排气20离开发动机12，其包括各种排放物(例如NOX、HC、CO等等)。排气处理系统10处理这些排放物，从而产生温和的排放物(二氧化碳(CO2)、水等等)。如图所示，排气处理系统10包括催化转化器或催化器组件，例如第一催化器组件22(例如TWC组件)和第二催化器组件24(例如ASC组件)。在某些实施例中第一催化器组件和第二催化器组件22,24可封装在单个外壳中。在包括TWC组件22和ASC组件24的实施例中，发动机12可作为富燃发动机进行操作(例如等效比(即，实际的AFR对化学计量的AFR的比率)或拉姆达(λ)值小于1.0，例如大约0.999,0.998,0.997,0.996, 0.995,0.994,0.993,0.980,0.970,0.960,0.950或任何其它小于1.0的值)，从而最大限度地增加在TWC组件22和ASC组件24中的催化活性。在某些实施例中，发动机12可在足够的λ或AFR下进行操作，以便使TWC组件22的O2储存量为零或接近为零，从而可监测排气处理系统10的其它构件(例如氧化剂注入系统40、ASC组件24等等)的操作状态。TWC组件22通过其催化活性，通过多个反应还原NOX。例如，NOX可通过CO进行还原，以产生N2和CO2，NOX可通过H2进行还原，以产生NH3和水，并且NOX可通过碳氢化合物(例如C3H6)进行还原，以产生N2、CO2和水。TWC组件22还将CO氧化成CO2，并将未完全燃烧的HC氧化成CO2和水。NOX在TWC组件22中的还原副产品可为NH3的排放物(例如由于NOX和H2的还原)。在某些实施例中，替代TWC组件22，可利用任何还原NOX的催化转化器。ASC组件24通过其催化活性(例如在沸石位置)选择性地还原NH3N2。在某些实施例中，ASC组件24还将CO氧化成CO2。ASC组件24包括在温度上限阈值和温度下限阈值之间的催化器操作窗口，例如在大约400-510°C之间。操作窗口代表其中所有NH3都可被转化成N2而非氧化成NOX的温度。
TWC组件22包括用于从发动机12接收排气20的入口26以及用于排出流体30(例如经过处理的发动机排气)的出口28。ASC组件24包括接收流体30(例如包括经过处理的发动机排气和/或注入的氧化剂(例如空气、O2、富含氧气的空气或氧气减少的空气))的入口32以及用于排出经额外处理的流体36的出口34。流体导管38设置在TWC组件22和ASC组件24之间。具体地说，流体导管38联接在TWC组件22的出口28和ASC组件24的入口32上，因而联接这两个组件22,24，从而可使它们之间实现流体连通。流体导管38可使流体30从TWC组件22流向或传递给ASC组件24。
如图所示，氧化剂注入系统40(例如中间床空气注入系统)联接在流体导管38上。在TWC组件22的出口28下游且ASC组件24的入口32上游的点或位置42，氧化剂注入系统40将氧化剂(例如空气、O2、富含氧气的空气或氧气减少的空气)注入到流体导管38中的流体30中。在某些实施例中，通过氧化剂注入系统40注入氧化剂，其可通过泵或注入器进行主动驱动。在其它实施例中，通过氧化剂注入系统40注入氧化剂，其可通过被动卷入而发生。氧化剂注入系统40将充分的氧化剂注入流体30中，从而可激活ASC组件24中的催化活性。另外，氧化剂的注入通过氧化剂注入系统40调整了进入ASC组件24的流体30的温度。
在流入ASC组件24的入口32中之前，氧化剂注入控制单元44(例如基于处理器的控制器)控制氧化剂注入系统40注入到流体30中的氧化剂数量。氧化剂注入控制单元44包括处理电路(例如处理器46)和存储器电路(例如存储器48)。处理器46可包括多个微处理器、一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或一个或多个专用集成电路(ASICS)、芯片系统(SoC)装置或某些其它处理器配置。例如，处理器46可包括一个或多个精简指令集(RISC)处理器或复杂指令集(CISC)处理器。处理器46可执行指令，以控制通过氧化剂注入系统40注入的氧化剂数量。这些指令可按程序或代码进行编码，程序或代码储存于有形的非瞬态计算机-可读介质(例如光盘、固态装置、芯片固件)，例如存储器48中。在某些实施例中，存储器48可完全或部分地从氧化剂注入控制单元44中去除。存储器48可储存各种LUT。存储器28可储存LUT，其列出了与O2储存量的值相对应的电压(例如类似于从RF探头52接收的电压读数)，其代表TWC组件22中的O2储存量比率。存储器28还可储存LUT，其列出了与NH3浓度值相对应的电压(例如类似于从RF探头58接收的电压读数)。另外，存储器28可储存许多阈值或范围。例如，存储器28可存储用于各种排放物或成分(例如NOX、NH3等等)的阈值和/或范围，其代表所需的限制。存储器28还可储存用于ASC催化器组件24的温度操作范围(例如催化器操作窗口)。如图所示，氧化剂注入控制单元44联接在发动机控制单元14上。在某些实施例中，发动机控制单元14和/或氧化剂注入控制单元44可形成单个控制单元。在某些实施例中，发动机控制单元14和氧化剂注入控制单元44可执行某些或所有关于发动机12和/或氧化剂注入系统40相同的功能。
排气处理系统10包括多个遍布系统10而设置的转换器或传感器50，用于测量系统参数(例如TWC组件22的O2储存量、ASC组件24中的流体30中的NH3浓度、经过排气处理系统10处理的排气中的排放物浓度(例如NOX))，并将反馈提供(例如通过代表系统参数的信号)给氧化剂注入控制单元44和/或发动机控制单元14。例如，一个或多个RF探头52可设置在TWC组件22中和/或联接在TWC组件22上，从而测量TWC组件22的氧化状态(例如O2储存量)。在某些实施例中，来自RF探头52的O2储存量测量可采用电压读数的形式。在某些实施例中，电压读数可通过控制单元14,44(例如利用储存于存储器18,48中的LUT)转换成O2储存量的值。传感器50还包括一个温度传感器或转换器54，其设置在流体导管38中的氧化剂注入位置42的下游和ASC组件24的入口32的上游。传感器50还包括一个或多个RF探头56，其设置在ASC组件24中和/或联接在ASC组件24上，从而测量ASC组件24中的流体30中的NH3浓度。在某些实施例中，来自RF探头56的NH3浓度测量可采用电压读数的形式。在某些实施例中，电压读数可通过控制单元14,44(例如利用储存于存储器18,48中的LUT)转换成NH3浓度值。传感器50还包括一个或多个NOX传感器58，其设置在ASC组件24的出口34附近或邻近(例如其下游)。所述一个或多个NOX传感器58测量流体36中的NOX浓度(例如ppm为单位)。
至少基于来自传感器50的反馈，氧化剂注入控制单元44和/或发动机控制单元14监测排气处理系统10和/或系统10的构件(例如氧化剂注入系统40、ASC组件24等等)的状态或健康状况(例如减少排放物的能力)。例如，控制单元14,44可使发动机12在富λ或AFR的条件下运行，并利用所测量的TWC组件22的O2储存量(例如通过RF探头52)以确定TWC组件22的氧化状态。如果内燃发动机在充足的条件下操作时，TWC组件22的O2储存量应该为零或接近为零。如果TWC组件22的O2储存量不接近为零，那么控制单元14,44可调整发动机12的操作，以便在略富的λ(例如通过减少λ0.001,0.002等等)或AFR下运行。如果O2储存量TWC组件22为零或接近为零，那么控制单元14,44可在流体30流入ASC组件24之前，但在氧化剂注入系统40注入氧化剂的位置42的下游测量流体30的温度(例如通过温度传感器54)。控制单元14,44然后可确定ASC组件24的入口32附近的流体30的温度是否在所需的温度操作范围或催化器操作窗口(例如400-510°C)内，从而最大限度地增加ASC组件24中的催化活性。如果ASC组件24的入口32附近的温度流体30不在所需的温度操作范围内，控制单元14,44可指导氧化剂注入系统40将氧化剂或额外的氧化剂注入到流体30中，以便使流体30的温度在所需的温度操作范围内。如果ASC组件24附近的流体30的温度在所需的温度操作范围内，那么控制单元14,44可测量离开ASC组件24的流体36中的NOX浓度。控制单元14,44然后可确定离开ASC组件24的流体36中的NOX浓度(例如通过NOX传感器58)是否在所需的限制内(例如在所需的限制内或低于所需的阈值)。如果离开ASC组件24的流体36中的NOX浓度在所需的限制内，那么控制单元14,44可确定排气处理系统在可接受的状态下进行操作(例如遵从所需的排放限制)，并且不需要对排气处理系统10的任何构件执行诊断。
如果离开ASC组件24的流体36中的NOX浓度不在所需的限制内，那么控制单元14,44可测量ASC组件24的流体30中的浓度NH3(例如通过RF探头56)。控制单元14,44然后可比较离开ASC组件24的流体36中的NOX浓度与基准值，从而确定对排气处理系统10的哪个构件执行诊断。如果ASC组件24的流体36中的NH3浓度等于基准值，那么控制单元14,44可确定对NOX传感器58执行诊断。如果ASC组件24的流体36中的NH3浓度不等于基准值，那么控制单元14,44可确定对ASC组件24执行诊断。在某些实施例中，控制单元14,44可针对不在所需限制或范围内的任何系统参数提供用户可感知的指示(例如文本的、视觉的、听觉的等等)、对排气处理系统10的特定构件执行诊断的指示、和/或诊断的结果。这一系列分析可确定排气处理系统10和/或氧化剂注入系统40的状态。通过公开的技术监测氧化剂注入系统40和/或排气处理系统10的健康状况可使发动机12的操作在延长的时间周期内保持在排放遵从标准内。另外，可最大限度地减小对排气处理系统10的构件的维护。此外，公开的实施例提供了一种机载诊断能力。
图2是计算机执行的方法60的一个实施例的流程图，其用于监测联接在发动机上的中间床氧化剂注入系统(例如氧化剂注入系统40)的健康状况。方法60的所有或某些步骤可通过控制单元14和/或44来执行(例如利用处理器16和/或46执行程序并访问储存在存储器18和/或48上的数据)。另外，这些步骤的其中一个或多个步骤可与其它步骤同时执行。该方法60包括使发动机12在富λ(例如小于1.0的λ值，例如大约0.999,0.998,0.997,0.996,0.995,0.994,0.993,0.980,0.970, 0.960,0.950或任何其它小于1.0的值)或AFR下进行操作或运行(图块62)。该方法60还包括通过一个或多个RF探头52测量TWC组件22的O2加载量(图块64)，以确定TWC组件22的氧化状态。在测量O2加载量时，该方法60包括确定所测量的O2储存量是否大约为零(图块66)。如果所测量的O2储存量不是大约为零，那么该方法60还包括使发动机12在略富的λ(例如减少λ0.001,0.002等等)或AFR下操作或运行(图块68)，之后再次测量TWC组件22的O2加载量(图块64)。这系列步骤(图块64-68)可重复，直至所测量的TWC组件22的O2储存量大约为零。
具有大约为零的所测量的TWC组件22的O2储存量可实现排气处理系统10的剩余部分的状态的分析，尤其与确定氧化剂注入系统40的健康状况或状态相关联的构件(例如氧化剂注入系统40、ASC组件24、NOX传感器58等等)。如果所测量的TWC组件22的O2储存量大约为零，该方法60包括在流体导管38中的氧化剂注入位置42的下游和ASC组件24的入口32的上游通过一个或多个温度传感器54测量流体30的温度(图块70)。该方法60还包括确定流入ASC组件24中的流体30的温度TASC是否在所需的温度操作范围内(例如催化器操作窗口)，其促进了ASC组件24中的最大化催化活性(图块72)。温度操作范围或催化器操作窗口可包括上限温度阈值TUL(例如400°C)和下限温度阈值TLL(例如510°C)。温度操作范围可为400至510°C、400至455°C、455至510°C、400至430°C、480至510°C、440至480°C、以及其之间所有的子范围。如果TASC不在TUL和TLL之间，那么方法60包括在位置42将氧化剂或额外的氧化剂添加(即，注入)到流体导管38中，以调整TASC，使其下降到TUL和TLL之间(图块74)。这一系列步骤(图块70-74)可重复，直至TASC在TUL和TLL之间。
如果TASC在TUL和TLL之间，该方法60包括通过一个或多个NOX传感器58测量离开ASC组件24的流体36中的NOX浓度，NOX,ASC,OUT(图块76)。该方法60还包括确定NOX,ASC,OUT是否下降到所需的限制内(例如低于所需的NOX阈值和/或在所需的NOX范围内)(图块78)。在某些实施例中，这些限制可经验性地进行确定并储存在存储器18,48中。这个步骤(图块78)确定是否对排气处理系统的构件执行诊断。如果NOX,ASC,OUT下降在所需的限制内，那么方法60包括从开始处循环方法60(图块80)。
如果NOX,ASC,OUT没有下降在所需的限制内，那么方法60包括通过一个或多个RF探头56测量ASC组件24的流体30中的NH3浓度，NH3 ASC，(图块82)。该方法60还包括确定NH3 ASC是否等于基准值(图块84)。这个步骤(图块84)确定对排气处理系统10的哪个构件执行诊断。如果NH3 ASC不等于基准值，那么方法60包括对ASC组件24执行诊断(图块86)。如果NH3 ASC等于基准值，那么方法60包括对NOX传感器58执行诊断(图块88)。在某些实施例中，该方法60可针对不在所需限制或范围内的任何系统参数提供用户可感知的指示(例如文本的、视觉的、听觉的等等)、对排气处理系统10的特定构件执行诊断的指示、和/或诊断的结果。
公开的实施例的技术效果包括提供(例如计算机执行)系统和方法，其监测联接在一系列催化器组件或催化转化器(例如TWC组件22和ASC组件24)上的氧化剂注入系统40(例如中间床空气注入系统)的健康状况，催化器组件或催化转化器联接在发动机12上。具体地说，实施例包括分析从多个传感器(例如RF探头52、温度传感器54和NOX传感器58)获得的多个系统参数(例如TWC组件22的O2加载量、TASC，和NOX,ASC,OUT)，从而确定是否对排气处理系统10的构件执行诊断。另外，实施例包括分析ASC组件24中的NH3 ASC，从而确定对排气处理系统10的哪个构件执行诊断。通过公开的实施例监测氧化剂注入系统40和/或排气处理系统10的健康状况可使发动机12的操作在延长的时间周期内保持在排放遵从标准内。另外，可最大限度地减小对排气处理系统10的构件的维护。此外，公开的实施例提供了一种机载诊断能力。
本文使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还可使本领域中的技术人员实践本发明，包括制造和利用任何装置或系统，并执行任何所含方法。本发明可达到专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有并非不同于权利要求语言的结构元件，或者如果其包括与权利要求语言无实质差异的等效的结构元件，那么这些其它示例都属于权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种系统，包括：
排气后处理系统，其配置成处理来自内燃发动机的排放物，其中所述排气后处理系统包括：
三元催化器(TWC)组件，其具有第一出口；
氨滑催化器(ASC)组件，其配置成接收来自所述TWC组件的流体，其中所述ASC组件具有入口和第二出口；
流体导管，其设置在所述TWC组件和所述ASC组件之间，并配置成将流体从所述TWC组件传递给所述ASC组件；
氧化剂注入系统，其联接在所述流体导管上，并配置成在所述ASC组件的入口上游将氧化剂注入到所述流体导管中，从而在流入所述ASC组件的入口的流体中提供充分的氧化剂，以便激活所述ASC组件中的催化活性；
第一射频(RF)探头，其设置在所述TWC组件中，并配置成测量所述TWC组件的氧气(O2)储存量；
至少一个温度传感器，其设置在所述氧化剂注入系统将氧化剂注入到所述流体导管中的位置下游和所述ASC组件的入口上游，其中所述至少一个温度传感器配置成测量所述ASC组件的入口附近的流体的温度；
至少一个氮氧化物(NOX)传感器，其设置在所述ASC组件的入口下游，并配置成测量离开所述ASC组件的出口的流体中的NOX浓度；和
控制器，其编程成从所述第一RF探头接收代表所测量的TWC组件的O2储存量的第一信号，接收代表所述ASC组件的入口附近的流体的温度的第二信号，接收代表离开所述ASC组件的流体中的NOX浓度的第三信号，并至少基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号而确定是否对所述排气后处理系统的构件执行诊断。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成基于所测量的O2储存量确定所述TWC组件的氧化状态。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成确定所测量的O2储存量是否大约为零。
4. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果所测量的O2储存量大于零就降低所述内燃发动机操作所用的空气-燃料比。
5. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果所测量的O2储存量大约为零就确定流入所述ASC组件中的流体的温度是否在所需的温度操作范围内。
6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果流入所述ASC组件中的流体的温度不在所需的温度操作范围内就控制所述氧化剂注入系统将氧化剂或额外的氧化剂注入到所述流体导管中，从而调整流入所述ASC组件中的流体的温度，使得所述温度在所需的温度操作范围内。
7. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果流入所述ASC组件中的流体的温度在所需的温度操作范围内就确定离开所述ASC组件的出口的流体中的NOX浓度是否在所需的限制内。
8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成如果离开所述ASC组件的出口的流体中的NOX浓度不在所需的限制内就对所述排气后处理系统的构件执行诊断。
9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，包括第二RF探头，其设置在所述ASC组件中，并配置成测量所述ASC组件中的流体中的氨(NH3)的浓度。
10. 根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器编程成接收代表所述ASC组件中的流体中的NH3的浓度的第四信号，并确定所述NH3的浓度是否等于基准值。
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