CN106640302A - 氨偏移检测 - Google Patents

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Abstract

本申请公开用于检测来自催化转化器的氨偏移的方法和系统。在一个示例中，一种方法可以包括将含有氨的排气再循环，并且仅在再循环排气燃烧后测量再循环排气的NOx浓度。

Description

氨偏移检测
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年11月4日提交的德国专利申请No.102015221648.9的优先权。上述申请的全部内容通过引用被并入本文。
技术领域
本说明书总体涉及检测来自具有排气再循环系统的内燃发动机的排气道中的催化转化器的氨泄露(slip)。
技术背景/概述
内燃发动机的排气包括氮氧化物(NOx)和其他物质。这些物质在排气的催化后处理中不容易被消除，因为现代的内燃发动机通常以含有过量氧气的稀燃料/空气混合物进行操作以提高效率。但是在稀燃模式下积聚的氮氧化物不可以被氧化，而是暂时存储在也被称为NOx存储催化转化器(稀NOx捕集器，LNT)的氮氧化物存储催化转化器中。如果内燃发动机以富燃料/空气混合物进行操作，被临时存储的氮氧化物就在LNT中被还原为氮气，并且氮氧化物存储催化转化器被再次清空以存储氮氧化物。LNT和SCR催化转化器(SCR：选择性催化还原)也能独立于彼此或者按所需的组合被使用。
为了还原氮氧化物，还原剂被加入到排气，其中氨通常被用作还原剂，它被以尿素水溶液的形式引入在氮氧化物还原催化转化器的上方的排气道。氮氧化物还原催化转化器能存储一定数量的氨。如果存储功能已经耗尽或者在瞬时条件下(例如，满负荷)，氨在超剂量的情况下能逸出催化转化器。这种现象也被称为氨偏移/泄露。因为氨具有刺激性气味且即使在很低的浓度下也能被察觉到，所以在超剂量的情况下这会导致车辆周围有异味。这种情况通过在SCR催化转化器后面安装氧化催化转化器得到改善，在氨超剂量的情况下该氧化催化转化器将氨转化为氮气和水。另一种防止氨偏移的可能方法是配置更大的催化转化器，从而获得一定的存储功能。但是，这些额外的结构措施要求额外的空间且高成本。
因此，期望在大量氨被释放到环境之前检测并抵消氨偏移的方法，并在下面描述了该方法。
在一个示例中，上述问题可以通过一种方法被解决：在从喷射器喷射还原剂期间，通过被定位发动机排气侧和喷射器之间的传感器测量排气NOx浓度；比较被测NOx浓度和基准值；以及根据被测NOx浓度超过基准值一定阈值量确定氨是否偏移通过催化剂。通过这种方式，在不引入第二催化剂的情况下还原剂被节约。
作为一个示例，不管EGR需求如何，在催化剂下游的排气被传送回发动机。在一些示例中，在喷射期间EGR流可以被限制以保持发动机的燃烧稳定性。所以，如果氨偏移通过催化剂，EGR可以将已偏移的氨引导回发动机，在那里氨在燃烧过程中被氧化，生成NOx。通过这种做法，被测的排气NOx浓度可以超过基准NOx浓度，据此指示氨偏移通过催化剂。响应于该偏移，喷射器可以被停用，从而防止任何进一步的氨偏移。
应当明白，以上内容被提供以简单地介绍将在详细描述中被进一步阐明的理念选择。它不意味着指出了所要求保护主题的关键的或必要的特征，所要求保护的范围由所附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之前或本发明的任何部分中所指出的任何问题的实施方式。
附图说明
图1示出了具有催化剂的发动机的示意结构。
图2示出了根据本发明的方法的一个实施例的流程图。
图3示出描绘了在催化剂下游的低压(LP)EGR通道的发动机示意图。
图4示出了用于监测将氨引入催化剂的尿素喷射的方法。
图5示出了一种操作顺序，其展示了排气和喷射条件。
具体实施方式
以下描述涉及监测尿素喷射条件的系统和方法。例如，喷射器被定位以将尿素喷入在催化剂上游的排气通道。另外，传感器被定位在排气歧管的下游且在喷射器的上游。在图1和图3中示出了示意展示出传感器、喷射器、催化剂、和催化剂下游的EGR通道的发动机。在图2和图4中展示了为监测氨偏移通过催化剂而操作传感器和EGR通道中的EGR阀的方法。在图5中示出展示了EGR流动的控制和氨偏移通过催化剂的监测的操作顺序。
图1和图3通过各种组件的相对位置示出了示例配置。如果在图中彼此直接接触，或者直接耦接，那么至少在一个示例中这些元件可以被分别称为直接接触或直接耦接。类似地，被显示为彼此邻近或相邻的元件在至少在一个示例中可以分别彼此邻近或相邻。例如，以彼此共面接触的方式布置的组件可以被称为共面接触。作为另一个示例，被彼此隔开定位且两者之间只有空间且没有其他组件的元件可以在至少一个示例中被这样称呼。作为另一个示例，被显示在彼此的上方/下方、在彼此的相对侧、或者在彼此的左侧/右侧的元件可以相对于彼此被如此称呼。另外，如图所示，在至少一个示例中，最顶部元件或元件的最顶点可以被称为组件的“顶部”，最底部元件或元件的最底点可以被称为组件的“底部”。在本文中，顶部/底部、上/下、上方/下方，可以是相对于附图的竖直轴线，且被用于描述附图的元件相对于彼此的定位。所以在一个示例中，被显示在其他元件上方的元件被定位在该其他元件的竖直上方。作为另一个示例，在附图中所描绘的元件的形状可以被视为该元件具有所述形状(例如，圆的、笔直的、平坦的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度的、或类似)。另外，被显示彼此相交的元件可以在至少一个示例中被称为相交元件或彼此相交。另外，被显示在另一个元件内的元件或被显示在另一个元件外侧的元件可以在一个示例中被这样称呼。将明白的是，根据制造公差(例如，在1-5％偏差范围内)，被称为“基本类似和/或相同”的一个或多个组件是彼此不同的。
显而易见的是，在具有排气再循环系统(EGR)的系统中，在从内燃发动机流出的排气所含的氮氧化物的数量与在氮氧化物还原催化转化器和/或LNT之外的氨偏移之间存在一种关系。已经证明，在具有排气再循环系统的系统中，从内燃发动机直接流出的排气中的氮氧化物的数量的增加与氨偏移的开始相一致。可以根据下面所描述的方法和系统获得在催化转化器之外检测到氨偏移以及确定由于偏移而从催化转化器中逸出的氨的数量。
相比于在测试平台操作中通过典型地被布置在催化转化器后面(例如，下游)的激光装置进行的检测，所述方法有利地实现了对车辆内来自催化转化器的氨偏移的快速检测。另外，在所述方法中，氮氧化物传感器常常含有氨，交叉灵敏度可以被忽略，因为氨在内燃发动机中被氧化以形成氮氧化物。另外，所述方法能持续地或者周期地被执行，其中所述周期对应于还原剂喷射条件。
存在用于还原剂的容器，来自该容器的还原剂被引入在排气后处理装置上游的排气道。在排气道中被转换成氨的尿素水溶液作为还原剂被引入。如果由于在排气后处理装置上游的排气道中氮氧化物的浓度增加而检测到氨偏移，那么通过减少被引入的还原剂(例如尿素水溶液)的数量，或停止引入还原剂，可以及时地避免进一步的氨偏移。
在根据本公开的方法中，用于选择性催化还原(SCR)的催化转化器被用作排气后处理装置。在用于SCR的催化转化器中，氮氧化物被选择性地还原，其中氨作为还原剂与排气混合(参见前述内容)。
进一步优选地，在根据本公开的方法中，进一步的排气后处理装置包含氮氧化物存储催化转化器。即使在氨已经从氮氧化物存储催化转化器逸出的情况下，检测也能利用所述方法执行。带有氮氧化物存储催化转化器的排气后处理装置被布置在带有用于选择性催化还原(SCR)的催化转化器的排气后处理装置上游的排气道中。
排气再循环系统优选地是一种低压排气再循环系统(LP-EGR)。LP-EGR可以使还原的氮氧化物排气被再循环，在氨偏移的情况下，还原的氮氧化物排气含有在内燃发动机中被氧化并导致排气道中氮氧化物值升高的氨。也即是说，高压EGR系统提供比位于SCR下游的LP-EGR通道包含更高水平NOx的排气。
在所述方法的一个示例中，基于模型的CNOX_0值被采用，其中CNOX_0基本上等于在不包含还原剂喷射的工况期间在排气流中测量的NOx的浓度。这意味着，模型被预先建立，其中给在内燃发动机下游的排气道中的氮氧化物的数量赋予一个值。替代地，CNOX_0值能基于在较长时间点跟踪排气道中的CNOX_0值的事实凭经验地确定，尤其是在没有将尿素引入排气道的前提下，或者作为在尿素引入排气道之前被直接确定的测量值被提供。
本发明的第二方面涉及一种用于实施方法的布置方式，包括内燃发动机、排气道、至少一个排气后处理装置、被布置在排气后处理装置上游的至少一个氮氧化物传感器、被布置在氮氧化物传感器和排气后处理装置之间用于将还原剂从还原剂容器引入排气道的装置、在排气后处理装置的下游分叉的排气再循环系统、闭环控制装置和开环控制装置，其中所述闭环控制装置被构造以接收来自氮氧化物传感器的值，然后基于等式(I)，参见后文，确定氨偏移，其中开环控制装置被构造以接收来自闭环控制装置的值，然后根据被确定的氨偏移数量调整被供应的还原剂的数量。所述布置方式的优点与根据本公开的方法的优点相对应。
在一个实施例中，排气后处理装置可以是用于选择催化性催化还原的催化转化器。它也能被安装在颗粒过滤器上。进一步的排气后处理装置可以包括氮氧化物存储催化转化器。
本发明的第三方面涉及一种带有根据本公开的布置方式的机动车辆。
根据本发明的布置方式1具有，在根据图1的实施例中，内燃发动机2。内燃发动机2是自点火或外部点火内燃发动机。内燃发动机2具有三个汽缸3，但是能具有不同的数目，例如两个、四个、五个、六个、八个、十个或十二个汽缸。内燃发动机2被连接到排气道4和/或排气通道4。
涡轮增压器的涡轮5被布置在排气道4中。涡轮5通过轴6被连接到涡轮增压器的被布置在进气道8和/或进气通道8中的压缩机7。
优选地包括氮氧化物存储催化转化器9a的第一排气后处理装置9被布置在涡轮5下游的排气道4中。第一排气后处理装置9还具有氧化催化转化器、三元催化转化器和/或颗粒过滤器。
优选地包括用于选择性催化还原(SCR)的催化转化器并且尤其优选地包括氮氧化物还原催化转化器10a的第二排气后处理装置10被布置在第一排气后处理装置9的下游。颗粒过滤器还能被包含在第二排气后处理装置10中。颗粒过滤器还能被(SCR)氮氧化物还原催化转化器10a覆盖。第二排气后处理装置10的上游被布置了来自还原剂容器11的供应管线，具体地，尿素水溶液通过引入还原剂的装置11a能被引入排气道4。装置11a被形成以通过例如喷射或喷洒将还原剂引入排气道4。
在第二排气后处理装置10的下游，低压排气再循环系统12(ND-AGR和/或LP-EGR)从排气道4分叉。ND-AGR 12在压缩机7的上游进入排气道8。在ND-AGR 12中布置了排气再循环阀13，流出排气道4进入ND-AGR 12的排气流动可以通过该阀被控制。替代地，排气再循环阀13或节气门能在低压排气再循环系统12的分叉之后被布置在下游的排气道4中，从而提高反压力，并因此能提供更多的排气给低压排气再循环系统12。排气再循环阀13与新鲜空气供应的组合作为一种已知的组合阀也可以被想到。
氮氧化物传感器14被布置在内燃发动机2的直接下游且在涡轮5的上游的排气道4中。进一步，氮氧化物传感器能被布置在内燃发动机2下游的排气道4中。所述传感器(一个或多个)被连接到闭环控制装置15，它记录来自氮氧化物传感器14的值，从而确定在ND-AGR的再循环排气中是否含有氨以及数量。闭环控制装置15被连接到开环控制装置16，它能接收来自闭环控制装置15的值，并能在检测到氨偏移的情况下减少或停止从还原剂容器11到排气道4内的尿素水溶液的引入。通过这种方式，还原剂喷射可以响应于通过传感器14确定氨偏移而被停用。
也在排气再循环系统的分叉之后的下游的进一步排气后处理组件也可以被想到。
在根据图2表示的方法的一个实施例中，确定从内燃发动机2中直接流出的排气中的氮氧化物数量CNOx_A，其中氨偏移能通过氮氧化物数量CNOx_A被推断。换句话说，CNOx_A表示氨偏移。根据图2，在步骤S1，尿素水溶液可以通过装置11a从还原剂容器11被引入排气道4。通过计量泵或喷射器的喷射来进行引入。在步骤S2，在第二排气后处理装置10之后的排气通过排气再循环阀13被再循环到ND-AGR 12内。
在第三步骤S3，排气道4中的氮氧化物浓度由被布置在第一排气后处理装置9的上游且在内燃发动机2的直接下游的氮氧化物传感器14确定。氮氧化物传感器14将被测量的氮氧化物值传递给闭环控制装置15，在第四步骤S4，闭环控制装置通过该值根据等式(I)CNH3＝(CNOx_A-CNOx_0)/rEGR计算氨偏移和已经从第二排气后处理装置10逸出的可应用排气的数量。如果CNH3等于零，可以推断出没有氨由于偏移而从第二排气后处理装置10逸出。如果CNH3大于零，则可以由此推断出氨已经从第二排气后处理装置10逸出。已经从第二排气后处理装置10逸出的氨的数量能通过CNH3的值的大小推断。所获得的值被发送给开环控制装置16。如果逸出的氨的数量是中等的，则控制装置16给还原剂引入装置11a发出控制指令，在第五步骤S5，还原剂引入装置11a减少被引入排气道4的尿素水溶液的数量，直到不再检测到氨。如果该值显著增大，在步骤S5，尿素水溶液的引入能替代地被彻底停止。
换句话说，所述方法通过传感器14确定基准NOx浓度，然后将该值设定为阈值。额外地或可替代地，基准NOx浓度可以根据用于在不含尿素喷射的工况下估计发动机NOx输出的模型被确定，该模型考虑了EGR流量、发动机转速、发动机温度以及空气/燃料比。所以，该阈值可以根据对应于变化的发动机运行参数的查询表的值被调整。当监测排气NOx浓度时，这可以用于在发动机运行参数变化期间，从而更准确地确定氨偏移。因此，传感器14也测量排气NOx浓度，这是在喷射期间(例如，喷射器11A使喷洒的尿素流动到排气道4内)排气从排气道4流到进气道8的结果。如果排气NOx浓度基本上等于该阈值(例如，基准NOx浓度)，那么氨没有泄漏通过排气后处理装置10，且喷射可以继续。如果排气NOx浓度大于该阈值，那么氨正在偏移通过排气后处理装置10，且喷射可以被终止或喷射体积可以被减小。在一个示例中，如果排气NOx浓度超出阈值在5％以下，喷射体积被减小。因此，如果排气NOx浓度超出阈值大于或等于5％，喷射被终止。
因此，一种用于控制机动车辆内的排气后处理系统的方法，机动车辆具有内燃发动机、排气道、至少一个排气后处理装置、被布置在排气后处理装置的上游的至少一个氮氧化物传感器、被布置在排气后处理装置的上游用于从还原剂容器引出还原剂的装置、以及在排气后处理装置的下游分叉的排气再循环系统，所述方法还包括将还原剂引入排气道，通过打开排气再循环阀引导排气通过排气再循环系统，通过被布置在排气后处理装置上游的排气道中的氮氧化物传感器测量排气后处理装置上游的排气道中的氮氧化物浓度，检测逸出排气后处理装置的氨偏移，其中逸出的氨的数量利用等式CNH3＝(CNOx_A-CNOx_0)/rEGR被确定，其中CNH3是逸出的氨的数量，CNOx_A是在还原剂已经被引入排气道的条件下被测量的氮氧化物的数量，CNOx_0是在没有还原剂被引入排气道的条件下被测量的氮氧化物的数量，rEGR是排气再循环的比例(rate)；然后如果CNH3大于零，则减少被引入的还原剂的数量。
所述方法还包括排气后处理装置包含用于选择性催化还原的催化转化器的情况。额外地或替代地，第二排气后处理装置包括氮氧化物存储催化转化器。额外地或替代地，排气再循环系统是低压排气再循环系统。基于来自氮氧化物传感器的反馈的基于模型的CNOx_0值被采用。额外地或替代地，发动机还包括闭环控制装置和开环控制装置，其中闭环控制装置被构造以接收来自氮氧化物传感器的值，然后基于等式，确定氨偏移，其中开环控制装置被构造以接收来自闭环控制装置的值，然后根据被确定的氨偏移数量，调整被引入排气道的还原剂的数量。额外地或替代地，排气后处理装置包括用于选择性催化还原的催化转化器。
参见图3，内燃发动机310由发动机电子控制器312控制，且包括多个汽缸，其中一个汽缸在图3中被示出。在一个示例中，控制器312基本上类似于图1的闭环控制装置15和开环控制装置16的一个或多个。发动机310包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36被定位在汽缸壁内且被连接到曲轴40。燃烧室30被示出通过相应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连通。每个进气门和排气门可以由进气凸轮51和排气凸轮53操作。进气凸轮51的位置可以由进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可以由排气凸轮传感器57确定。
所示燃料喷射器66被定位以将燃料直接喷射到燃烧室30内，这是本领域技术人员已知的直接喷射。燃料喷射器66与来自控制器312的信号脉冲宽度FPW成比例地输送燃料。燃料被燃料系统输送到燃料喷射器66，燃料系统包括燃料箱(未示出)、燃料泵(未示出)、燃料泵控制阀(未示出)、以及燃料轨(未示出)。此外，计量阀可以被定位在燃料轨中或附近，用于闭环燃料控制。泵计量阀也可以调整到燃料泵的燃料流动，从而减少被泵送给高压燃料泵的燃料。
进气歧管44被示出与可选的电子节气门62连通，该电子节气门调整节流板64的位置从而控制来自进气增压室46的气流。压缩机162(例如，图1的压缩机7)从空气进气口42吸取空气从而供应增压室46。排气使通过轴161耦接到压缩机162的涡轮164旋转。在一些示例中，增压空气冷却器可以被提供。压缩机速度可以通过调整可变叶片控制器72或压缩机旁通阀158的位置被调整。在替代示例中，废气门74可以替代可变叶片控制器72，或除了可变叶片控制器72之外，还可以使用废气门74。可变叶片控制器72调整可变几何涡轮叶片的位置。当叶片处于打开位置时，排气能流过涡轮164(例如，图1的涡轮5)，供应少量能量以旋转涡轮164。当叶片处于关闭位置时，排气能流过涡轮164并且在涡轮164上施加增大的作用力。替代地，废气门74允许排气绕过涡轮164流动，从而减少被供应给涡轮的能量。压缩机旁通阀158允许在压缩机162的出口处的压缩空气返回压缩机162的入口。通过这种方式，压缩机162的效率可以被降低，从而影响压缩机162的流量并降低进气歧管压力。
当燃料随活塞36接近压缩冲程的上止点而自动点火时，燃烧在燃烧室30中发生。在一些示例中，通用排气氧(UEGO)传感器126，可以类似于图1的氮氧化物传感器14被使用，并可以被耦接到在排放装置70上游的排气歧管48。另外，在一些示例中，UEGO传感器可以是具有NOx和氧气感测元件的NOx传感器。NOx传感器127采集在SCR 70下游的尾管NOx。在一些示例中，NOx传感器127可以被省略。
在较低的发动机温度下，电热塞68可以将电能转换成热能，从而提高燃烧室30中的温度。通过提高燃烧室30的温度，可以更容易地通过压缩点燃汽缸的空气-燃料混合物。额外地或替代地，电热塞68可以是被配置以点燃火花点火发动机的燃烧混合物的火花塞。
在一个示例中，排放装置70包括SCR催化剂砖。在另一个示例中，多个排放控制装置能被使用，每个都具有多个催化剂砖。在一个示例中，排放装置70能包括氧化催化剂。在其他示例中，排放装置包括在选择性催化还原(SCR)之前的稀NOx捕集器，和/或柴油颗粒过滤器(DPF)。尿素可以在SCR催化剂70的上游通过尿素喷射器90被喷射。尿素喷射器90从尿素箱91接收尿素。液位传感器93感测尿素箱91中存储的尿素的数量。
排气再循环(EGR)可以通过EGR阀80被提供给发动机。EGR阀80是关闭或允许排气从排放装置70的下游流到压缩机162上游的发动机空气进气系统中的某个位置的三通阀。在可替代实施例中，EGR可以从涡轮164的上游流到进气歧管44。EGR可以绕过EGR冷却器85，或者替代地，EGR可以通过穿过EGR冷却器85被冷却。在其他示例中，高压EGR系统和低压EGR系统可以被提供。在本文中，由EGR阀80所提供的排气再循环(EGR)是低压排气再循环(LP-EGR)。
在图1中作为常规微计算机被示出的控制器312包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、不失效存储器110、以及常规数据总线。控制器312被示出从被连接到发动机310的传感器接收多种信号，除了之前被描述过的那些信号之外还包括：来自被耦接到冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却剂温度(ECT)；被耦接到加速器踏板130用于感测被脚132调整的加速器位置的位置传感器134；来自被耦接到进气歧管44的压力传感器121的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自压力传感器122的升压；来自NOx传感器126的排气NOx浓度；来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器；来自传感器120(例如，热线式空气计量仪)的进入发动机的空气质量的测量值；来自传感器58的节气门位置的测量值。大气压力也可以被感测(未示出的传感器)以便由控制器312处理。在本发明的优选方面中，曲轴每旋转一圈，发动机位置传感器118产生预定数量的等间距脉冲，由此能确定发动机转速(RPM)。
控制器112从图1的多种传感器接收信号，并利用图1的多种致动器基于所接收到的信号和被存储在控制器的存储器上的指令调整发动机运行。例如，调整尿素喷射可以包括响应于传感器126的反馈调整尿素容器91的致动器。
在运行期间，发动机310内的每个汽缸典型地经历四冲程循环：所述循环包括吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、以及排气冲程。在吸气冲程期间，一般地，排气门54关闭且进气门52打开。空气通过进气歧管44被吸入燃烧室30，活塞36移动到汽缸的底部，从而增大燃烧室30内的容积。活塞36靠近汽缸底部且位于其冲程的终点(例如，当燃烧室30达到其最大容积时)的位置通常被本领域技术人员称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54都关闭。活塞36朝汽缸盖移动，从而压缩燃烧室30内的空气。活塞36处于该冲程终点且最靠近汽缸盖的位置(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)通常被本领域技术人员称为上止点(TDC)。在被后文称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在一些示例中，燃料可以在单个汽缸周期期间被多次喷入汽缸。在被后文称为点火的过程中，被喷射的燃料通过压缩点火被点燃，从而产生燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀中的气体将活塞36朝着BDC推动。曲轴40将活塞运动转换成旋转轴的旋转扭矩。最后，在排气冲程期间，排气门54打开从而将燃烧后的空气-燃料混合物排放到排气歧管48同时活塞返回TDC。
因此，系统包括在相对的两端被流体地耦接到催化剂下游的排气通道和压缩机上游的进气通道的低压排气再循环(LP-EGR)通道；被定位在发动机下游且在喷射器上游的排气通道中的氮氧化物传感器，其中喷射器被定位以将还原剂喷入催化剂上游的排气通道内；以及带有被存储在控制器上的计算机可读指令的控制器，该控制器用于确定基准NOx浓度，响应于喷射器将还原剂喷射到排气通道内，不管EGR需求如何，使LP-EGR流动，在LP-EGR的燃烧后通过氮氧化物传感器测量排气NOx浓度，比较排气NOx浓度和基准NOx浓度，以及响应于排气NOx浓度大于基准NOx浓度而减少喷射体积，其中所述减少喷射体积还包括响应于排气NOx浓度超出基准NOx浓度一阈值量而将喷射体积减少到零。
图4示出了用于在尿素喷射期间监测氨偏移通过SCR装置的方法400。用于实施方法400的指令可以由控制器根据被存储在控制器的存储器上的指令，并结合从发动机系统的传感器(比如之前参考图1所描述的传感器)所接收到的信号来执行。根据下面所描述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调整发动机运行。
方法400从402开始，方法400确定、估计和/或测量当前发动机运行参数。当前发动机运行参数可以包括但不限于发动机负载、发动机温度、环境温度、排气质量流率、SCR温度、发动机NOx输出、车辆速度、发动机速度、以及空气/燃料比中的一个或多个。在一个示例中，发动机NOx输出等于基准NOx浓度，如下面所述那样。
在404，方法400确定尿素喷射是否发生。尿素喷射可以由被定位以喷入SCR装置上游的排气通道的喷射器输送。例如，图1的喷射器11A或图3的喷射器90将雾化的尿素分别喷入SCR装置10或SCR装置70上游的排气流中。如果尿素喷射没有发生，则方法400前进到406，从而维持当前发动机运行参数且不测量排气NOx浓度。
如果喷射正在发生，则方法400前进到408以确定EGR是否被需要。在一个示例中，当排放超过阈值标准和/或当发动机和/或燃烧温度大于阈值温度时，EGR被需要，阈值温度可以基于排放输出和/或系统劣化。在一些示例中，EGR可以以变化的量不断地流到发动机，其中所述量基于燃烧稳定性、发动机温度、燃烧温度、空气/燃料比、节气门位置、以及车辆速度的一个或多个被调整。例如，发动机运行参数可以被调整从而允许更多数量的EGR流到发动机，从而减少排放输出。例如，点火正时可以响应于流到发动机的EGR的数量增加而被提前。如果EGR被需要，则方法400前进到410，从而打开EGR阀。EGR阀根据EGR需求被移动到较大打开位置或者全开位置。在一个示例中，所述较大打开位置位于全开和全关位置之间。全开位置使最大数量(例如，100％)的EGR流到发动机，全关位置使得没有(例如，0％)EGR流到发动机。所以，较大打开位置可以被调整以使得0至100％之间的EGR流到发动机。
如果EGR不被需要，则方法400前进到412以基于燃烧稳定性414和喷射体积和/或压力416打开EGR阀。额外地或替代地，EGR阀的开度可以基于发动机温度、车辆速度、节气门位置、和/或空气/燃料比。通过这种方法，在喷射正在发生且EGR不被需要时，EGR阀移动到比全开位置更接近关闭位置的较大打开位置。在一个示例中，EGR阀移动到一个较大打开位置，在该位置EGR流是允许方法400在不改变燃烧条件的前提下监测氨偏移通过SCR的最小可允许EGR流。最小可允许EGR流可以基于流到发动机的可增大NOx输出而不改变燃烧条件的EGR的最低数量。该最低可允许数量可以基于喷射体积和/或压力被进一步调整，其中在喷射体积和/或压力增加时，该最低可允许数量减少(例如，使更少的EGR流动)。
无论如何，在410或412后，方法400都前进到420，该方法包括测量在发动机与喷射器之间的排气传感器位置处的排气NOx浓度。所以，在EGR流中的氨，如果有的话，在燃烧过程中被氧化成NOx，并被排气传感器监测。在一个示例中，图1和图3的排气传感器14或排气传感器126分别测量排气NOx浓度。
在422，方法400包括确定排气NOx浓度是否大于基准NOx浓度。基准NOx浓度可以基于查询表中的值，其中所述值基于当前发动机运行参数被确定，当前发动机运行参数包括EGR流率、发动机速度、车辆速度、以及空气/燃料比的一个或多个。发动机NOx输出可以通过氮氧化物传感器被持续地测量，来自传感器的反馈与对应的发动机运行参数被一起存储。通过这种方式，当喷射器没有喷射还原剂到排气通道内时，基准NOx浓度基于排气流中的NOx浓度。额外地或替代地，基准NOx浓度可以基本上等于在喷射之前氮氧化物传感器的测量值(例如，在402的测量)。
通过将排气NOx浓度与基准NOx浓度进行比较，氨可以被确定为偏移通过SCR装置，并进入EGR通道。如果排气NOx浓度基本上等于基准NOx浓度，则所述方法前进到424，并保持当前发动机运行参数同时不终止尿素喷射。另外，所述方法持续监测EGR流以确定是否正在发生氨偏移。将明白的是，排气NOx浓度不会低于基准NOx浓度(例如，发动机最佳NOx浓度)，因为基准NOx浓度是当前发动机运行参数的最低NOx输出。
如果排气NOx浓度大于基准NOx浓度，则方法400前进到425以确定排气NOx浓度与基准之间的差是否大于或等于阈值量。在一个示例中，阈值量等于10％。将明白的是，该阈值量可以等于其他低于或高于10％的百分数。
如果排气NOx浓度超过基准NOx浓度一阈值量(例如，10％)，则方法400前进到426从而终止喷射。此时，SCR充满了氨，并且氨开始偏移。通过这样做，尿素效率可以被提高，因为被喷入排气通道的过量的氨被减少了。
如果排气NOx浓度超出基准NOx浓度的量低于阈值量，则方法400前进到428，从而根据排气NOx浓度与基准NOx浓度之间的差减少被喷射的尿素的量。例如，响应于排气NOx浓度比基准NOx浓度大7％的减少大于响应于3％的差的减少。换句话说，3％的差相比7％的差，更多的尿素继续被喷射。通过这种方式，催化剂可以接近满负荷状态，并且期望在流向催化剂的排气中还原剂具有较低的浓度。
通过这种方式，用于监测喷射条件的方法包括在喷射期间通过被定位在发动机排气侧和喷射器之间的传感器测量排气NOx浓度，将排气NOx浓度与基准值进行比较，然后响应于排气NOx浓度超出基准值一阈值量确定氨是否偏移通过催化剂。在一个示例中，基准值在喷射之前通过传感器被测量。额外地或替代地，基准值基于查询表中对应于当前发动机运行参数的值。响应于排气NOx浓度超出基准值的量大于或等于阈值量，喷射被终止。响应于排气NOx浓度超出基准值的量低于阈值量，喷射被调整以喷射更少的还原剂。喷射根据排气NOx浓度与基准值之间的差被调整，其中喷射量随该差的增加而渐增地减少。
催化剂是选择性催化还原装置和稀NOx捕集器的一种或多种。额外地或替代地，催化剂还包括颗粒过滤器。所述方法可选地包括使低压排气再循环(LP-EGR)流过被耦接到催化剂下游的排气通道和压缩机上游的进气通道的通道。当EGR阀处于较大打开位置时，使LP-EGR流到进气通道还包括响应于发动机EGR需求和喷射的一个或多个，将EGR阀至少致动到该较大打开位置。在没有发动机EGR需求的喷射期间致动EGR阀包括将EGR阀致动到比在包括发动机EGR需求的喷射期间的EGR阀位置更小的打开位置。在喷射期间使LP-EGR流动还包括在燃烧期间氧化排气中的氨。
参见图5，它示出了一种操作顺序500，它展示了被配置以在尿素喷射期间使EGR流动的排气系统的示例结果。在一个示例中，操作顺序500展示了按照图4所述的方法运行的图1的SCR 10和传感器14和/或图3的传感器126与SCR70的示例结果。线502代表EGR需求，线504代表EGR流率，线506代表是否正在喷射，以及线508代表基准NOx浓度和/或发动机最佳NOx浓度，而虚线510代表排气NOx浓度。线502只有在EGR被需要时才是可见的，线506只有在喷射正在发生时才是可见的。线504只有在EGR正流到发动机时才是可见的。最后，线510只有在喷射期间氨正偏移通过SCR时才是可见的。或者，线510基本上与线508重合。每幅图的水平轴代表时间，且时间从图的左侧到图的右侧增加。
在t1之前，发动机需要EGR，如线502所示。所以，EGR流率在相对高值和相对低值之间，如线504所示。当EGR流到发动机时，在发动机下游且在SCR上游的排气中的基准NOx浓度下降，如线508所示。因此，EGR正在减少NOx输出。喷射器被关闭且喷射量为零，如线506所示。
在t1，喷射器被激活，并且喷射量朝着相对高值增加。在一个示例中，喷射器响应于SCR需要尿素而被激活，这可以基于行进过的阈值距离和/或距离前一次喷射的阈值持续时间。如图所示，EGR流率保持基本恒定。在一些示例中，EGR流率在尿素喷射期间可以稍微地增加。排气NOx浓度保持基本恒定。所以，排气NOx浓度可以与该值相比较。额外地或替代地，如之前所述。基准NOx浓度(例如，发动机最佳NOx浓度)可以基于对应于查询表中的值的发动机运行参数被调整，从而设定一个与排气NOx浓度进行比较的基准。
在t1之后和t2之前，喷射器是工作的。EGR流保持相对恒定。排气传感器在喷射期间持续监测燃烧气体的NOx浓度，如线508和510所示。EGR流保持基本恒定。排气NOx浓度开始偏离基准NOx浓度，但偏离的量小于阈值量。所述喷射量被示出保持基本恒定，但是如之前所述，喷射量可以基于排气NOx浓度与基准NOx浓度之间的偏差量被减少。
在t2，排气NOx浓度超出基准NOx浓度至少所述阈值量。所以，喷射被终止，并且喷射量被减少到零。发动机仍然要求EGR且EGR流率保持基本恒定。
在t2之后和t3之前，EGR流率继续满足发动机需求。在一个示例中，所述量基本上等于在t1之前发动机所需求的量。尽管喷射器已经被关闭，但由于残留在LP-EGR通道中的尿素量，排气NOx浓度继续偏离基准NOx浓度。例如，在喷射停用后，排气流中仍留有尿素量，此时多余的尿素流到大气环境或发动机。喷射器被停用，喷射量为零。
在t3，发动机不再要求EGR。所以，EGR阀被关闭，EGR流率被减少到零。喷射仍然被停用，并且喷射量保持为零。在一个示例中，在排气流中的尿素和排气NOx基本上等于基准NOx。由于EGR流的减少，基准NOx开始增加。在一些示例中，在停止EGR流动后，基准NOx浓度可以保持基本恒定。
在t3之后和t4之前，EGR需求为零，且EGR流率保持为零。喷射器被停用，且喷射量为零。排气NOx和基准NOx基本相等，并且由于EGR被关闭，基准NOx持续增加。
在t4，喷射器被激活，并且喷射量增加到相对高值和相对低值之间的中间量。所以，EGR流率被增加到相对低的流率，从而干扰地(intrusively)使EGR流动，由于EGR需求为零。所以，EGR流率是基于当前发动机运行参数和喷射体积，如之前所述。通过这种方式，EGR阀在t4处的位置相比EGR阀在t3之前的位置更靠近全关位置。通过这样做，由于EGR流，基准NOx开始稍微地下降。例如，假设发动机运行参数不变，如果喷射体积下降，则EGR流率可以增加以补偿流过排气通道的较少的尿素。在其他示例中，EGR流率可以在EGR不被需求的喷射期间被固定。例如，EGR流率低于5％。通过这种方式，发动机运行参数可以不受到明显的影响。通过这样做，不用为补偿干扰的EGR流做出调整。
在t4之后且t5之前，喷射器保持激活且持续喷射尿素。EGR流保持基本上等于相对低值，并且基准NOx继续稍微下降。排气NOx开始区别于基准NOx值。但是，差小于阈值差，并且作为响应，喷射量下降的数量对应于排气NOx和基准NOx之间的差。所以，喷射量随排气NOx和基准NOx之间的差增大而渐增地下降。发动机不需要EGR，但是，在喷射期间EGR继续朝着发动机干扰地流动。
在t5，排气NOx区别于基准NOx的量大于阈值差。所以，喷射器被关闭且喷射量被降低到零。因为EGR需求仍然为零，所以EGR阀被致动到全关位置，并且EGR流率下降到零。所以，基准NOx开始增加。
在t5之后且t6之前，EGR需求为零，EGR流率为零，并且喷射量为零。由于过量的氨仍然存留在EGR通道的排气中，排气NOx继续增加。基准NOx保持基本不变。
在t6，EGR需求为零，EGR流率为零，并且喷射量为零。在EGR通道中的氨被消耗，并且排气NOx基本上等于基准NOx。基准NOx保持基本不变。
在t6之后，EGR需求为零，EGR流率为零，并且喷射量为零。基准NOx浓度和排气NOx浓度保持基本不变。
通过这种方式，SCR装置下游的LP-EGR可以被用于监测氨偏移通过催化剂。通过将还原剂喷射期间的NOx浓度与另外地在喷射之外形成的基准NOx浓度进行比较，氨偏移可以被识别和制止。在喷射期间使EGR流动的技术效果是在燃烧过程中氧化氨，使得在发动机的排气侧和喷射器之间的传感器可以监测NOx输出。通过将传感器定位在喷射器的上游，氨可以不干扰NOx测量。这降低了发生交叉敏感的可能性，从而可以使NOx浓度测量的保真度的提高。通过这样做，相比在排气通道中布置了额外催化剂以捕获偏移的氨的车辆，制造成本和封装限制可以被减少。
注意到，本文中所包含的示例控制和估算程序能与多种发动机和/或车辆系统方案一起使用。本文中公开的控制方法和程序可以作为可执行指令被存储在非暂时存储器中，或者可以由包含与多个传感器、致动器、以及其他发动机硬件组合的控制器的控制系统实施。本文中所描述的具体程序可以代表任意数量的处理策略的一个或多个，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等。所以，被展示的多种动作、操作、和/或功能可以按照所示顺序被执行、被并列地执行、或者在部分情况下被省略。同样地，处理的顺序可以不用于实现本文中所描述的示范实施例的特征和优点，而是被提供用于简化展示和描述。所展示的动作、操作、和/或功能的一种或多种可以被重复执行，根据所使用的具体策略。另外，所述的动作、操作、和/或功能可以图形地表示待编入发动机控制系统中计算机可读存储介质的非暂时存储器内的代码，其中所述动作通过执行在包含与电子控制器组合的多种发动机硬件组件的系统中的指令被完成。
将明白的是，本文中所公开的配置和程序本质上是示范性的，这些具体实施例不被认为是限制性的，因为很多变化是可能的。例如，以上技术能被应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸、以及其他发动机类型。本发明的主体包括本文中所公开的各种系统和方案以及其他特征、功能、和/或特质的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
所附权利要求具体地指出了某些被认为新颖且非显而易见的组合与子组合。这些权利要求可能是指“一种”元件或“第一”元件或它们的等同物。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这些元件的合并，不要求也不排除两个或多个所述元件。被公开的特征、功能、元件、和/或属性的其他组合与子组合可以通过对本发明权利要求的修改，或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求获得保护。这些权利要求，无论在保护范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、等同、或者不同，也都被视为落入本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
在从喷射器喷射还原剂期间，通过被定位在发动机排气侧与所述喷射器之间的传感器测量排气NOx浓度，；
将所述排气NOx浓度与基准值进行比较；以及
响应于所述排气NOx浓度超过所述基准值一阈值量，确定氨是否偏移通过催化剂。
2.根据权利要求1的方法，其中所述基准值在所述喷射之前通过所述传感器测量。
3.根据权利要求1的方法，其中所述基准值基于EGR流、发动机温度、发动机速度、以及空气/燃料比被估计。
4.根据权利要求1的方法，其中响应于所述排气NOx浓度超过所述基准值的量大于或等于所述阈值量，所述喷射被终止。
5.根据权利要求1的方法，其中响应于所述排气NOx浓度超过所述基准值的量小于所述阈值量，所述喷射被调整以喷射较少的还原剂。
6.根据权利要求5的方法，其中所述喷射基于所述排气NOx浓度与所述基准值之间的差被调整，其中喷射量随所述差的增大而被渐增地减少。
7.根据权利要求1的方法，其中所述催化剂是选择催化还原装置和稀NOx捕集器的一种或多种。
8.根据权利要求7的方法，其中所述催化剂还包括颗粒过滤器。
9.根据权利要求1的方法，还包括使低压排气再循环(LP-EGR)流过被耦接到所述催化剂下游的排气通道并被耦接到压缩机上游的进气通道的通道。
10.根据权利要求9的方法，其中在EGR阀处于较大打开位置时，所述LP-EGR流到所述进气通道，还包括响应于发动机EGR需求和所述喷射的一个或多个，将所述EGR阀至少致动到所述较大打开位置。
11.根据权利要求10的方法，还包括当所述发动机EGR需求关闭时，在所述喷射期间干扰地使LP-EGR流动。
12.根据权利要求9的方法，其中在所述喷射期间使LP-EGR流动还包括在燃烧期间氧化所述排气中的氨。
13.一种用于控制机动车辆中的排气后处理系统的方法，所述机动车辆具有内燃发动机、排气道、至少一个排气后处理装置、被布置在所述排气后处理装置上游的至少一个氮氧化物传感器、被布置在所述排气后处理装置的上游且用于从还原剂容器中引出还原剂的装置、以及在所述排气后处理装置的下游分叉的排气再循环系统，所述方法还包括：
将还原剂引入所述排气道，
通过打开排气再循环阀引导排气穿过所述排气再循环系统，
通过被布置在所述排气后处理装置上游的所述排气道中的氮氧化物传感器测量所述排气后处理装置上游的所述排气道中的氮氧化物浓度，
检测从所述排气后处理装置泄漏的氨，
其中逸出的氨的数量利用等式CNH3＝(CNOx_A-CNOx_0)/rEGR被确定，并且其中CNH3是逸出的氨的所述数量，CNOx_A是在还原剂已经被引入所述排气道的条件下被测量的氮氧化物的数量，CNOx_0是在没有还原剂被引入所述排气道的条件下被测量的氮氧化物的数量，以及
rEGR是排气再循环的流率；以及
如果CNH3大于零，则减少被引入的还原剂的数量。
14.根据权利要求13的方法，其中所述排气后处理装置包含用于选择性催化还原的催化转化器。
15.根据权利要求14的方法，还包括第二排气后处理装置，所述第二排气后处理装置包含氮氧化物存储催化转化器。
16.根据权利要求13的方法，其中所述排气再循环系统是低压排气再循环系统。
17.根据权利要求1的方法，还包括基于来自所述氮氧化物传感器的反馈的基于模型的CNOx_0值。
18.根据权利要求1的方法，其中所述发动机还包括闭环控制装置和开环控制装置，
其中所述闭环控制装置被构造以接收来自所述氮氧化物传感器的值，然后根据等式，确定氨偏移，以及
其中所述开环控制装置被构造以接收来自所述闭环控制装置的值，然后根据被确定的氨偏移的数量，调整被引入所述排气道的还原剂的数量。
19.根据权利要求13的方法，其中所述排气后处理装置包括用于选择性催化还原的催化转化器。
20.一种系统，包括：
在相对的两端被流体地耦接到催化剂下游的排气通道和在压缩机上游的进气通道的低压排气再循环即LP-EGR通道；
被定位在发动机下游且喷射器上游的排气通道中的氮氧化物传感器，其中所述喷射器被定位以将还原剂喷入所述催化剂上游的排气通道内；以及
带有被存储在控制器上的计算机可读指令的控制器，该控制器用于：
确定基准NOx浓度；响应于所述喷射器将还原剂喷射到所述排气通道内，不管EGR需求如何，使LP-EGR流动；在所述LP-EGR的燃烧后通过所述氮氧化物传感器测量排气NOx浓度；比较所述排气NOx浓度和所述基准NOx浓度；然后响应于所述排气NOx浓度大于所述基准NOx浓度减少喷射体积，其中所述减少还包括响应于所述排气NOx浓度超出所述基准NOx浓度一阈值而将所述喷射体积减少到零。
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