CN109236435B

CN109236435B - 用于选择性催化还原的下游氧气传感器性能

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Publication number: CN109236435B
Application number: CN201810715186.7A
Authority: CN
Inventors: D·P·奎格利; P·E·埃尔南德斯加西亚; S·芬克; M·普兰卡奇奥
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2021-01-19
Anticipated expiration: 2038-07-03
Also published as: US10450933B2; CN109236435A; US20190010852A1; DE102018116590B4; DE102018116590A1

Abstract

描述了用于包括内燃机的机动车辆的排放控制系统的技术方案。用于控制内燃机的排气系统的示例计算机实施方法包括检测内燃机的操作中的高碳氢化合物区域。该方法进一步包括响应地测量排气系统的氧化装置的上游温度。另外，该方法包括响应于上游温度等于或高于预定阈值，将排气系统的O2诊断延迟信号合理性延迟时间。

Description

用于选择性催化还原的下游氧气传感器性能

技术领域

本公开涉及用于内燃机的排气系统，并且更具体地涉及使用选择性催化还原（SCR）单元进行排放控制的排气系统。

背景技术

从内燃机、特别是柴油发动机排出的排气是一种非均质混合物，其含有诸如一氧化碳（“CO”）、未燃烧的碳氢化合物（“HC”）和氮氧化物（“NO_x”）等气态排放物以及构成颗粒物质（“PM”）的冷凝相材料（液体和固体）。通常被设置在催化剂载体或基板上的催化剂组合物被设置在发动机排气系统中作为后处理系统的一部分，以将这些排气成分中的某些或全部转化为未经调节的排气组分。

排气处理系统通常包括选择性催化还原（SCR）装置。SCR装置包括其上设置有SCR催化剂的基板以减少排气中的NOx的量。典型的排气处理系统还包括喷射还原剂（诸如例如氨（NH3）、尿素（CO（NH2）2等））的还原剂输送系统。SCR装置利用NH3来还原NOx。例如，当在合适的条件下向SCR装置供应适量的NH3时，在SCR催化剂存在下NH3与NOx反应以减少NOx排放。然而，如果还原反应速率太慢，或者如果排气中有过量的氨，则氨可能从SCR中泄漏。另一方面，如果排气中的氨过少，则SCR NOx转化效率将会降低。

发明内容

一个或多个实施例描述了一种用于包括内燃机的机动车辆的排放控制系统。排放控制系统包括氧化装置、用于诊断氧化装置的O2诊断模块和用于管理O2诊断模块的控制器。例如，控制器通过检测内燃机操作中的高碳氢化合物区域来管理O2诊断模块。另外，控制器响应地测量氧化装置的上游温度。另外，响应于上游温度高于预定阈值，该控制器将O2诊断模块延迟信号合理性延迟时间。

延迟O2诊断模块包括关闭O2诊断模块持续信号合理性延迟时间。在一个或多个示例中，信号合理性延迟时间是预定时间量。在一个或多个示例中，基于氧化装置的状态来确定信号合理性延迟时间。在一个或多个示例中，确定信号合理性延迟时间包括访问与氧化装置性能对应的查找表。

在一个或多个示例中，检测高碳氢化合物区域包括检测内燃机的燃料供应速率低于预定阈值。另外，检测高碳氢化合物区域进一步包括检测上游温度低于第二预定阈值。

另外的一个或多个实施例描述了一种用于处理由内燃机排放的排气以执行排气的选择性催化还原（SCR）的排气系统。排气系统包括用于诊断排气系统的氧化性能的O₂诊断模块。排气系统进一步包括控制器以通过检测内燃机的操作中的高碳氢化合物区域来管理排气系统。另外，响应于检测高碳氢化合物区域，控制器测量排气系统的氧化装置的上游温度。响应于上游温度超过预定阈值，该控制器将诊断模块延迟信号合理性延迟时间。

延迟O₂诊断模块包括关闭O₂诊断模块持续信号合理性延迟时间。在一个或多个示例中，信号合理性延迟时间是预定时间量。在一个或多个示例中，基于氧化装置的状态来确定信号合理性延迟时间。在一个或多个示例中，确定信号合理性延迟时间包括访问与氧化装置性能对应的查找表。

在一个或多个示例中，高碳氢化合物区域是由内燃机空转、高海拔等引起。

另外，一个或多个实施例描述了用于控制内燃机的排气系统的示例计算机实施方法，包括检测内燃机的操作中的高碳氢化合物区域。该方法进一步包括响应地测量排气系统的氧化装置的上游温度。另外，该方法包括响应于上游温度等于或高于预定阈值，将排气系统的O2诊断延迟信号合理性延迟时间。

从以下结合附图的具体实施方式中，本公开的以上特征和优点以及其它特征和优点将容易显而易见。

附图说明

其它特征、优点和细节仅借助于示例出现在具体实施方式中，该详细描述参考附图，其中：

图1描绘了根据一个或多个实施例的包括内燃机和排放控制系统的机动车辆；

图2说明了根据一个或多个实施例的排放控制系统的示例部件；

图3说明了根据一个或多个实施例的通过SCR装置的气体的示例流动；

图4描绘了根据一个或多个实施例的示例超限状况和随后的O₂诊断误差信号；

图5描绘了根据一个或多个实施例的示例控制模块的框图；并且

图6说明了根据一个或多个实施例的用于延迟O₂传感器的示例方法的流程图。

具体实施方式

以下描述仅仅具有示例性本质并且不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，在整个附图中，对应的附图标号指示相同或对应的部分和特征。如本文所使用，术语模块是指可包括执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路（ASIC）、电子电路、处理器（共享的、专用的或成组的）和存储器模块的处理电路、组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其它合适部件。

根据示例性实施例的方面的机动车辆在图1中总体上用10指示。机动车辆10以皮卡车的形式示出。应当理解的是，机动车辆10可采用各种形式，包括汽车、商业运输工具、轮船等。机动车辆10包括具有发动机舱14、乘客舱15和载货车板17的车身12。发动机舱14容纳内燃机系统24，其在所示的示例性实施例中可包括柴油发动机26。内燃机系统24包括流体连接到后处理或排放控制系统34的排气系统30。内燃机（ICE）系统24产生的排气通过排放控制系统34以减少可通过排气出口管36排放到环境的排放。

应当注意的是，本文描述的技术方案与ICE系统密切相关，这些ICE系统可包括但不限于柴油发动机系统和汽油发动机系统。ICE系统24可包括附连到曲轴的多个往复运动活塞，该曲轴可操作地附接到传动系（诸如车辆传动系）以对车辆提供动力（例如，将牵引转矩输送到传动系）。例如，ICE系统24可为任何发动机配置或应用，包括各种车辆应用（例如汽车、船舶等）以及各种非车辆应用（例如，泵、发电机等）。虽然可在车辆背景下（例如，产生转矩）描述ICE，但是其它非车辆应用也在本公开的范围内。因此，当提及车辆时，本公开应当被解释为适用于ICE系统的任何应用。

另外，ICE通常可表示能够产生包括气态（例如NO_x、O₂）、含碳和/或颗粒物质的排气流的任何装置，并且本文的公开因此应当被解释为适用于所有这样的装置。如本文所使用，“排气”是指可能需要处理的任何化学物质或化学物质的混合物，并且包括气态、液态和固态物质。例如，排气流可包含一种或多种NO_x物质、一种或多种液态碳氢化合物物质和一种或多种固体颗粒物质（例如，灰）的混合物。应当进一步理解的是，本文公开的实施例可适用于处理不包括含碳和/或颗粒物质的流出物流，并且在这种情况下，ICE 26通常也可表示能够产生包括这种物质的流出物流的任何装置。排气颗粒物通常包括含碳烟尘，以及与ICE排气密切相关或形成在排放控制系统34内的其它固体和/或液体含碳物质。

图2说明了根据一个或多个实施例的排放控制系统34的示例部件。应当注意的是，虽然在上述示例中内燃机系统24包括柴油发动机26，但是本文描述的排放控制系统34可在各种发动机系统中实施。排放控制系统34促进控制和监测NO_x存储量和/或处理材料，以控制由内燃机系统24产生的排气。例如，本文的技术方案提供了用于控制选择性催化还原（SCR）装置和附属的NO_x传感器的方法，其中SCR装置被配置为从排气源接收排气流。如本文所使用，“NO_x”是指一种或多种氮氧化物。NO_x物质可包括N_yO_x物质，其中y>0且x>0。氮氧化物的非限制性示例可包括NO、NO₂、N₂O、N₂O₂、N₂O₃、N₂O₄和N₂O₅。SCR装置被配置为诸如以下文将描述的可变配量速率接收还原剂。

可包括若干节段的排气管道214将来自发动机26的排气216输送到排放控制系统34的各种排气处理装置。例如，如所说明，排放控制系统34包括SCR装置220。在一个或多个示例中，SCR装置220可包括选择性催化过滤器（SCRF）装置，其除了颗粒过滤能力之外还提供SCR的催化方面。替代地或另外，SCR装置220也可被涂覆在溢流基板上。如可明白的是，系统34可包括各种附加处理装置，包括氧化催化剂（OC）装置218和颗粒过滤器装置（未示出）等。

如可明白的是，OC装置218可为本领域中已知的各种溢流氧化催化剂装置。在各种实施例中，OC装置218可包括溢流金属或陶瓷块体基板224。基板224可包装在具有与排气管道214流体连通的入口和出口的不锈钢壳体或罐中。基板224可包括设置在其上的氧化催化剂化合物。氧化催化剂化合物可作为修补基面涂层施加，并且可含有铂族金属，诸如铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）或其它合适的氧化催化剂或其组合。OC装置218用于处理未燃烧的气态和非挥发性HC和CO，它们被氧化形成二氧化碳和水。修补基面涂层包括被设置在块体基板或下面的修补基面涂层表面上的组成不同的材料层。催化剂可含有一个或多个修补基面涂层，并且每个修补基面涂层可具有独特的化学催化功能。在SCR装置220中，用于SCR功能和NH₃氧化功能的催化剂组合物可驻留在基板上的不连续的修补基面涂层中，或者替代地，用于SCR和NH₃氧化功能的组合物可驻留在基板上的不连续的纵向区域中。

例如，氧化装置218含有钯、铂和/或氧化铝，所有这些都可用作催化剂来用氧气氧化碳氢化合物和一氧化碳以形成二氧化碳和水。例如，氧化装置218的化学模型可如下表示：

2CO+O₂→2CO₂（1）

C_xH_2x+2+[（3x+1）/2]O₂→xCO₂+（x+1）H₂O（2）。

通常，控制模块238基于化学模型来估计氧化装置218的HC存储水平。另外，控制模块238使用氧化装置218的入口处的O₂传感器中的读数。在一个或多个示例中，控制模块238（或O₂诊断模型）基于化学模型来将氧化装置218的出口处的O₂传感器中的读数与预测O₂值进行比较。如果值不匹配，则控制模块238（或诊断模型）产生指示出口O₂传感器和/或氧化装置218的故障的误差信号。

SCR装置220可被设置在OC装置218的下游。在一个或多个示例中，SCR装置220包括可为壁流式过滤器的过滤器部分222，其被配置为从排气216中除去碳和其它颗粒物质。在至少一个示例性实施例中，过滤器部分222形成为颗粒过滤器（PF），诸如柴油颗粒过滤器（DPF）。过滤器部分（即，PF）可例如使用陶瓷壁流式块体排气过滤器基板来构造，该过滤器部分被包装在刚性耐热壳体或罐中。过滤器部分222具有与排气管道214流体连通的入口和出口，并且可随着排气216流过其中而捕集颗粒物质。应当明白的是，陶瓷壁流块体基板本质上仅仅是示例性的，并且过滤器部分222可包括其它过滤器装置，诸如卷绕或包装式纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等。在一个或多个示例中，排放控制系统34还可执行再生过程，该再生过程通过燃烧被捕集在过滤器基板中的颗粒物质来再生过滤器部分222。

在一个或多个示例中，SCR装置220诸如以可变配量速率接收还原剂。还原剂246可从还原剂供应源（未示出）供应。在一个或多个示例中，使用喷射器236或其它合适的输送方法将还原剂246在SCR装置220上游的位置喷射到排气管道214中。还原剂246可为气体、液体或水溶液（诸如尿素水溶液）的形式。在一个或多个示例中，还原剂246可与喷射器236中的空气混合以帮助喷射的喷雾的扩散。被设置在过滤器部分222上的含修补基面涂层的催化剂或溢流催化剂或壁流式过滤器可减少排气216中的NOx成分。SCR装置220可利用诸如氨（NH₃）等还原剂246来还原NOx。含修补基面涂层的催化剂可含有沸石和一种或多种贱金属成分，诸如铁（Fe）、钴（Co）、铜（Cu）或钒（V），其可在存在NH3的情况下有效地操作以转化排气216的NOx成分。在一个或多个示例中，湍流器（即，混合器）（未示出）也可被设置在排气管道214内紧邻喷射器236和/或SCR装置220，以进一步帮助还原剂246与排气216完全混合和/或均匀分布在整个SCR装置220中。

排放控制系统34进一步包括将还原剂246引入排气216的还原剂输送系统232。还原剂输送系统232包括还原剂246的供应器、喷射器236以及配量管理器234。还原剂供应器存储还原剂246并且与喷射器236和配量管理器234流体连通。还原剂246可包括但不限于NH₃。因此，喷射器236可将可选择量的还原剂246喷射到排气管道214中，使得还原剂246在SCR装置220上游的位置处被引入到排气216。

在一个或多个示例中，排放控制系统34进一步包括控制模块238，其经由多个传感器可操作地连接以监测发动机26和/或排气处理系统34。如本文所使用，术语模块是指可包括执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路（ASIC）、电子电路、处理器（共享的、专用的或成组的）和存储器的处理电路、组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其它合适部件。例如，模块238可执行如下所述的SCR化学模型。控制模块238可操作地连接到ICE系统24、SCR装置220和/或一个或多个传感器。如所示，传感器可包括被设置在SCR装置220下游的上游NO_x传感器242和下游NO_x传感器242'，其中每一个都与排气管道214流体连通。在一个或多个示例中，上游NO_x传感器242被设置在ICE 26的下游以及SCR装置220和喷射器236两者的上游。上游NO_x传感器242和下游NO_x传感器242'检测在排气管道214内邻近它们的位置的NOx水平，并且产生对应于NO_x水平的NO_x信号。在一些实施例中，NO_x水平可包括浓度、质量流量或体积流量。例如，由NO_x传感器产生的NO_x信号可由控制模块238解译。控制模块238可选地与被设置在SCR装置220上游的一个或多个温度传感器（诸如上游温度传感器244）进行通信。另外，一对O₂传感器（上游O₂传感器248和下游O₂传感器248'）监测流入和流出氧化装置218的排气216中的O₂水平。O₂传感器248和248'中的O₂读数被传送到控制模块238，该控制模块238进而使用读数来确保氧化装置218符合一个或多个法规要求并且如由氧化装置218的化学/性能预测模型预测般进行操作。

排放控制系统34的传感器可进一步包括至少一个压力传感器230（例如，压差传感器）。压差传感器230可确定SCR装置220两端的压力差（即，Δp）。虽然说明了单个压差传感器230，但是应当明白的是，可使用多个压力传感器来确定SCR装置220的压力差。例如，第一压力传感器可被设置在SCR装置220的入口处并且第二压力传感器可被设置在SCR220的出口处。因此，由第二压差传感器检测到的压力与由第一压差传感器检测到的压力之间的差异可指示SCR220两端的压力差。应当注意的是，在其它示例中，传感器可包括与本文所说明/描述的传感器不同的、附加的或更少的传感器。

在一个或多个示例中，SCR装置220包括利用还原剂246和催化剂来转换排气216中的NO和NO₂的一个或多个部件。SCR装置220可包括例如可包装在壳体或罐中的溢流陶瓷或金属块体基板，该壳体或罐具有与排气管道214和可选地其它排气处理装置流体连通的入口和出口。壳体或罐理想地可包括相对于排气成分的大致惰性材料（诸如不锈钢）。基板可包括施加到其上的SCR催化剂组合物。

基板主体可（例如）为陶瓷砖、板结构或任何其它合适的结构（诸如块体蜂窝结构，其包括每平方英寸数百至数千个平行的溢流孔），但是其它配置也是合适的。每个溢流孔可由壁表面限定，在壁表面上可对SCR催化剂组合物进行修补基面涂敷。基板主体可由能够承受与排气216相关联的温度和化学环境的材料形成。可使用的材料的一些具体示例包括陶瓷，诸如经挤压堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、石榴石或耐热和耐腐蚀金属（诸如钛或不锈钢）。基板可包括例如非硫酸化TiO₂材料。基板主体可为如下面将讨论的PF装置。

SCR催化剂组合物通常是多孔和高表面积材料，其可在还原剂246（诸如氨）的存在下有效地操作以转化排气216中的NO_x成分。例如，催化剂组合物可含有浸渍有诸如铁（Fe）、钴（Co）、铜（Cu）、钒（V）、钠（Na）、钡（Ba）、钛（Ti）、钨（W）和其组合等一种或多种碱金属组分的沸石。在特定实施例中，催化剂组合物可含有浸渍有铜、铁或钒中的一种或多种的沸石。在一些实施例中，沸石可为β-型沸石、Y型沸石、ZM5沸石或任何其它结晶沸石结构，诸如菱沸石或USY（超稳定Y型）沸石。在特定实施例中，沸石包括菱沸石。在特定实施例中，沸石包括SSZ。特别是当与颗粒过滤器（PF）装置串联使用时，或当被结合到经由高温排气烟尘燃烧技术再生的SCRF装置中时，合适的SCR催化剂组合物可具有高热结构稳定性。

SCR催化剂组合物可选地进一步包括一种或多种碱金属氧化物作为促进剂以进一步降低SO₃形成并延长催化剂寿命。在一些实施例中，一种或多种碱金属氧化物可包括WO₃、Al₂O₃和MoO₃。在一个实施例中，WO₃、Al₂O₃和MoO₃可与V₂O₅组合使用。

SCR装置通常使用还原剂246将NO_x物质（例如，NO和NO₂）还原成无害组分。无害组分包括（例如）并非NO_x物质的一种或多种物质，诸如双原子氮、含氮惰性物质或被认为是可接受的排放物的物质。还原剂246可为氨（NH₃）（诸如无水氨或氨水）或由氮和富氢物质（诸如尿素（CO（NH₂）₂）产生。另外或替代地，还原剂246可为能够在排气216和/或热量存在下分解或反应以形成氨的任何化合物。方程（3）到（7）提供了用于涉及氨的NO_x还原的示例性化学反应：

6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O（3）

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O（4）

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O（5）

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O（6）

NO+NO2+2NH₃→2N₂+3H₂O（7）。

应当明白的是，方程（3）到（7）仅仅是说明性的，并不意味着将SCR装置220限制为特定的NOx还原机制或多个NOx还原机制，也不排除其它机制的操作。SCR装置220可被配置为执行任何一种上述NOx还原反应、上述NOx还原反应的组合以及其它NOx还原反应。

还原剂246可在各种实施方案中用水稀释。在还原剂246被水稀释的实施方案中，热量（例如，来自排气）使水蒸发，并且将氨供应到SCR装置220。根据需要，非氨还原剂可用作氨的完全或部分替代物。在还原剂245包括尿素的实施方案中，尿素与排气反应以产生氨，并且将氨供应到SCR装置220。下面的反应（8）提供了经由尿素分解产生氨的示例性化学反应：

CO（NH₂）₂+H₂O→2NH₃+CO₂（8）。

应当明白的是，方程（8）仅仅是说明性的，并不意味着将尿素或其它还原剂246分解限制为特定的单一机制，也不排除其它机制的操作。

SCR催化剂可存储（即，吸收和/或吸附）与排气216相互作用的还原剂。例如，还原剂246可作为氨存储在SCR装置220或催化剂内。给定的SCR装置220具有还原剂容量或其能够存储的还原剂或还原剂衍生物的量。相对于SCR催化剂容量，存储在SCR装置220内的还原剂的量可被称为SCR“还原剂装载量”，并且在一些情况下可被指示为％装载量（例如，90％还原剂装载量）。在SCR装置220的操作期间，喷射的还原剂246存储在SCR催化剂中并且在与NOx物质的还原反应期间消耗，并且必须连续补充。确定要喷射的还原剂246的精确量对于保持排气排放处于可接受的水平是至关重要的：系统34内（例如，SCR装置220内）的还原剂水平不足可能导致（例如，经由车辆尾管）来自该系统的非期望NOx物质排放（“NOx渗漏”），而过量的还原剂246喷射可导致非期望量的还原剂246未反应地通过SCR装置220或者作为非期望反应产物（“还原剂泄漏”）离开SCR装置220。当SCR催化剂低于“起燃”温度时，还可能发生还原剂泄漏和NOx渗漏。例如，SCR配量逻辑可用于命令还原剂246配量和其调整，并且可由模块238实施。

可通过SCR化学模型确定还原剂喷射配量速率（例如，每秒克数），该SCR化学模型基于来自一个或多个还原剂246喷射的信号（例如，来自喷射器236的反馈）和上游NOx（例如，来自上游NOx传感器242的NOx信号）来预测存储在SCR装置220中的还原剂246的量。SCR化学模型进一步预测从SCR220排出的排气216的NOx水平。SCR化学模型可由控制模块238实施。例如，SCR化学模型可随时间由一个或多个过程值更新。在一个或多个示例中，由模块238控制的配量管理器234监测由SCR化学模型预测的还原剂存储水平，并且将其与期望的还原剂存储水平进行比较。可连续监测预测的还原剂存储水平与期望的还原剂存储水平之间的偏差，并且可触发配量调整以增加或减少还原剂配量以消除或减少偏差。例如，可调整还原剂配量速率以在SCR装置220下游的排气216中实现期望的NOx浓度或流量，或者实现期望的NOx转化速率。期望的转化速率可通过许多因素来确定，诸如SCR催化剂类型的特性和/或系统的操作条件（例如，ICE 26操作参数）。

在一个或多个示例中，配量管理器234实施还原剂（例如，尿素）配量控制策略，并且用于实现最大NOx转化（减少NOx渗漏），而SCR装置220不会有过量的NH3泄漏。在这种基于存储量的配量控制期间，基于NH₃存储量设定点与SCR装置220上的估计NH₃存储量的偏差，配量管理器234确定校正配量的量以实现NH₃存储量设定点。

随着时间变化，SCR化学模型的不准确性可能会加剧模型化SCR还原剂装载量与实际装载量之间的明显误差。因此，可连续校正SCR化学模型以最小化或消除误差。用于校正SCR化学模型的一种方法包括将模型化SCR排放排气NOx水平与实际NOx水平（例如，如由下游NOx传感器242'测量的）进行比较以确定差异，并且随后校正该模型以消除或减少差异。因为NOx传感器（例如，下游NOx传感器242'）对还原剂（例如，NH₃）和NOx交叉敏感，所以区分还原剂信号和NOx信号是至关重要的，因为还原剂泄漏可能与不充分的NOx转化混淆。

在一个或多个示例中，用于区分还原剂信号和NOx信号的被动分析技术是相关性方法，其包括将上游NOx浓度（例如，诸如由上游NOx传感器242测量值）测量值与下游NOx浓度（例如，诸如由下游NOx传感器242'测量值）进行比较，其中发散浓度方向可指示还原剂泄漏的增加或减少。例如，如果上游NOx浓度下降并且下游NOx浓度增加，则可将还原剂泄漏识别为增加。类似地，如果上游NOx浓度增加并且下游NOx浓度下降，则可将还原剂泄漏识别为下降。替代地或另外，用于区分还原剂信号和NOx信号的第二种被动分析技术是频率分析。由于在瞬态条件期间NOx和还原剂浓度的变化，由NOx传感器产生的NOx信号可包括多个频率分量（例如，高频和低频）。高频信号通常只与NOx浓度有关，而低频信号通常与NOx浓度和还原剂浓度这两者有关。上游NOx和下游NOx的高频信号被隔离并且用于计算SCRNOx转化率，然后将该转化率应用到隔离的低通上游NOx信号以确定低频下游NOx信号。然后将计算的低频下游NOx信号与实际隔离的低频下游NOx信号进行比较，其中这两个值之间的偏差可指示还原剂泄漏。

诸如上述相关方法和频率方法等被动分析技术的缺点在于它们依赖于两个NOx传感器的正确操作。例如，有故障的上游NOx传感器（例如，上游NOx传感器242）可产生低于邻近上游NOx传感器的实际NOx水平的NOx信号，从而导致SCR化学模型预测比实际存储量更高的还原剂存储量。因此，NOx漏过将被错误地识别为还原剂泄漏，并且将命令还原剂配量，使得将加剧NOx漏过（即，还原剂配量将减少）。另外，SCR化学模型将使用不准确的上游NOx测量值进行更新，并且NOx渗漏将持续加剧。另外或替代地，以类似方式，NH3泄漏可能被错误地解译为NOx渗漏。

相关性和频率被动分析技术的另一个缺点在于，当SCR处于稳定状态时，它们不能被实施。例如，通过在移动时间范围内对SCR装置220上游的NOx信号（例如，诸如由上游NOx传感器242测量）取均方根值的均方根值来确定“稳定状态”；足够小的值指示上游NOx浓度的最小变化，并且SCR可被认为处于稳定状态。例如，稳定状态条件可包括小于预定值（诸如约30 ppm、小于约20 ppm或小于约10 ppm）的上游NOx浓度的均方根值。SCR稳定状态条件可通常与ICE 26的稳定状态条件（例如，通常一致的RPM、燃料喷射、温度等）相关。侵入测试可用于区分还原剂信号和NOx信号，这些侵入测试包括停止全部或大部分还原剂配量一段时间。虽然侵入测试可在稳定状态条件下执行，但是在一些情况下，它们可能在测试期间产生非期望的排气排放，诸如NOx浓度增加的排放。

图3说明了根据一个或多个实施例的通过SCR装置220的排气的示例流动。控制模块238测量气体体积的流量（F）和气体的浓度C。例如，SCR装置220将NOx310的输入流量确定为FC_NOx,in，其中F是输入气体216的体积，并且C_NOx,in是输入气体216中NOx的入口浓度。类似地，FC_NH3,in是输入气体216中的NH₃ 315的流量的体积，C_NH3,in是NH₃的入口浓度。另外，补偿吸附量322和脱附量324以及在催化剂表面上反应的量，控制模块238可将C_NH3确定为NH₃的SCR浓度，并且将C_NOx确定为NOx的SCR浓度。

因此，FC_NOx是通过SCR装置220的出口的NOx的NO_x出口体积流量320。在一个或多个示例中，控制模块238可将W_NOxFC_NOx确定为NOx的质量流量，其中W_NOx是NOx的分子量。类似地，对于NH₃，出口体积流量325是FC_NH3，其中NH₃的质量流量是W_NH3FC_NH3。

如前所述，控制模块238经由配量管理器234精确地控制还原剂喷射速率；诸如氨生产尿素水溶液喷射速率。喷射不足可能会导致不可接受的低NOx转化。喷射速率过高会导致将氨释放到大气。来自SCR系统的这些氨排放被称为氨泄漏。

因此，返回参考图2，控制模块238基于化学模型和期望的NH₃存储量设定点来控制喷射器236的操作，以确定如本文所述的待喷射的还原剂246的量。控制模块238可基于监测一个或多个传感器来确定与还原剂存储量对应的校正系数，并且可更精确地控制由喷射器236提供的喷射的还原剂的量。例如，控制模块238确定还原剂喷射器激励时间校正系数，以进一步减少或消除化学模型与实际SCR出口NOx排放之间的差异。替代地或另外，控制模块238确定NH₃设定点校正以减少或消除化学模型与实际SCR出口NOx排放之间的差异。因此，可更有效地利用还原剂246的供应器。例如，喷射到排气216中的还原剂在喷射到排气216中时可形成NH₃。因此，控制模块238控制被供应给SCR装置220的NH₃的量。SCR催化剂吸附（即，存储）NH₃。由SCR装置220存储的N_H3的量在下文中可被称为“NH₃存储水平”。控制模块238可控制被供应给SCR装置220的NH₃的量以调节NH₃存储水平。存储在SCR装置220中的NH₃与通过其中的排气216中的NOx发生反应。

在一个或多个示例中，从进入SCR装置220的排气216中除去的NOx的百分比可被称为SCR装置220的转化效率。控制模块238可基于分别由第一（上游）NOx传感器242和第二（下游）NOx传感器242'产生的NOx_in和NOx_out信号来确定SCR装置220的转化效率。例如，控制模块238可基于以下方程来确定SCR装置220的转化效率：

SCR_eff=（NOx_in–NOx_out）/NOx_in（9）。

由于SCR催化剂的温度升高，也可能导致NH₃泄漏。例如，当NH₃存储水平接近最大NH3存储水平时，在温度升高的情况下，NH₃可从SCR催化剂脱附。由于排放控制系统34中的误差（例如，存储水平估计误差）或部件有故障（例如，喷射器有故障）也可能发生NH₃泄漏。

通常，控制模块238基于化学模型来估计SCR装置220的NH₃存储水平。在一个或多个示例中，NH₃存储量设定点（“设定点”）是可校准的。控制模块238使用化学模型来估计SCR装置220中的NH₃的当前存储水平，并且存储水平管理器234向喷射控制提供反馈以根据化学模型确定喷射速率以提供用于反应的NH₃，并且保持目标存储水平。设定点可指示目标存储水平“S”。控制模块238控制还原剂喷射器236以管理喷射到排气216中的还原剂的量，以将SCR装置220的存储水平调整到设定点。例如，控制模块238命令喷射器236在确定新的设定点时增加或减少存储水平以达到设定点。另外，控制模块238命令还原剂喷射器236增加或减少存储水平以在达到设定点时保持设定点。

在一个或多个示例中，在ICE 26的超限状况下，诊断下游NOx传感器242'的下游O₂传感器性能。例如，超限状况表示车辆10在没有节流的情况下行驶或者在没有燃料被输送到ICE 26的汽缸时行驶的时间。例如，当施加制动以使车辆减速停车（即，滑行事件）时，或当车辆正在下坡行驶时，可能发生超限状况。

在接近超限的操作状况期间，在燃料供应较少（下坡，长时间空转）的情况下，发动机输出碳氢化合物（HC）增加（高于预定阈值）并且排气系统30的温度下降，这可导致HC存储在氧化装置218。另外，当ICE 26恢复到较高负载时，氧化装置218的温度升高并且所存储的HC从氧化装置218中氧化。由于所存储的HC的这种氧化，下游O₂读数可能低于预期读数，这进而导致监测传感器中的O₂读数的一个或多个诊断模块产生错误的诊断故障信号。本文描述的技术方案解决了这样的技术挑战。在一个或多个示例中，如果由于存储的HC被氧化而产生O₂读取误差信号，则该技术方案促进控制模块238防止诊断该信号。

图4描绘了根据一个或多个实施例的示例超限状况和随后的O₂诊断误差信号。描绘了相对于氧化装置218的上游和下游O₂读数410。上游和下游O₂读数410指示上游O₂读数412比O₂读数414低。另外，图4描绘了温度曲线图420以及用于对ICE 26的燃料供应速率430的曲线图中的氧化装置上游温度读数422和下游温度读数424。图4进一步指示表示低发动机燃料供应速率430、低排气温度420的高HC区域440。在一个或多个示例中，HC区域440还表示低环境温度。例如，与较低海拔相比，高HC区域440在较高海拔处可相对较大。随着燃料供应速率430增加，氧化装置218的温度升高（424），结束高HC区域440，并且所存储的HC从氧化装置218中氧化（445）。当发生这种情况时，由于HC燃烧氧化装置218而产生错误的误差信号，所以与上游O₂读数412相比，下游O₂的读数414低于预期读数。

本文的技术方案通过监测一个或多个参数（诸如排气温度420、燃料供应速率430、环境温度、环境压力、燃料供应时间等）以检测高HC区域来防止这种错误的O₂读数误差信号440。另外，技术方案促进控制模块238确定用于在超限状况期间诊断一个或多个O₂传感器（例如，下游O₂传感器248）的信号合理性延迟持续时间（即，时间）。信号合理性延迟时间延迟了诊断下游O₂传感器读数414的时间。以此方式，避免了在超限状况期间可能发生的由于消耗的O₂引起的下游O₂传感器248'的误诊。

图5描绘了根据一个或多个实施例的控制模块238的框图，该控制模块238确定在超限状况期间诊断O₂传感器的性能之前的一个或多个信号合理性延迟时间。虽然下面的实施例是就滑行超限事件期间诊断下游O₂传感器248'而描述的，但是技术方案不限于此。根据本公开的图2的排气处理系统30的各种实施例可包括嵌入在控制模块238内的任何数量的子模块。如可明白，图5中所示的子模块可被组合或还被进一步划分。控制模块238的输入可从排气处理系统30中感测到，从其它控制模块（例如发动机控制模块（未示出））接收，或者由其它子模块确定。

如图5中所说明，根据至少一个实施例的控制模块238包括存储器102、氧化存储模块104、还原剂喷射器控制模块、燃料喷射器控制模块108、信号合理性延迟模块110和O2传感器诊断模块112。模块104到112中的每一个可包括相应的存储器单元，其被配置为根据需要存储值、参数和/或数据模型。另外，模块104到112中的每一个可与存储器102对接并且电通信，以根据需要检索和更新所存储的值、参数和/或数据模型。

根据一个或多个实施例，存储器102存储一个或多个阈值、测量温度的时间段、可配置极限的数量、图、数据值、变量、温度模型和用于控制排气系统30的系统模型。存储器102还可存储与相应的烟尘燃烧温度对应的一个或多个温度阈值和/或温度阈值范围。另外，存储器102可存储用于确定氧化温度，SCR温度以及与排气系统30相关联的其它值的一个或多个温度模型。例如，根据由存储在存储器102中的一个或多个温度传感器和一个或多个温度模型产生的温度信号来对温度进行建模。

氧化存储模块104基于由各种温度传感器和/或模型确定的各种操作条件508来确定氧化装置218的性能。氧化性能模型507可从存储器获得和/或可根据来自各种子模型（包括但不限于HC转化模型500、CO₂转化模型502等）的输出而产生。子模型500到506可利用由各种温度传感器和/或模型确定的各种操作条件508。HC转化模型500可基于例如氧化装置218的时效、氧化装置温度、排气流量、氧化入口O₂比、氧化装置218上的HC存储量和入口CO₂浓度。CO₂转化502可基于例如氧化装置温度、排气流量、入口CO₂浓度和氧化装置218上的HC存储量。

各种驾驶条件可产生导致O₂消耗量变化的操作条件508（例如，氧化装置218的即时温度、氧化装置218的温度梯度、环境温度、排气和发动机燃料供应、排气流量、环境压力、燃料供应水平的时间等）。例如，在滑行事件期间，氧化性能模型输入各种氧化装置操作参数，包括但不限于排气流量和氧化装置温度。基于氧化装置参数，氧化存储模块104输出一个或多个氧化装置性能值510，其指示氧化装置218在当前的滑行事件期间可能释放的O₂的量。

燃料喷射器模块108接收指示车辆的当前驾驶状况的一个或多个驾驶状况信号514。驾驶状况信号514可包括但不限于节流阀位置信号、质量空气流入口信号和制动器位置信号。节流阀位置信号和质量空气流入口信号可指示燃料瞬态状况，诸如例如加速事件。制动器位置信号可指示超限状况，诸如例如惯性事件。基于驾驶状况信号514，燃料喷射器模块108将燃料控制信号516输出到一个或多个燃料喷射器14。例如，在滑行事件期间，燃料喷射器可命令不喷射燃料。燃料喷射器模块108还与信号合理性延迟模块110进行电通信，并且输出指示由燃料喷射器14喷射的燃料量的燃料喷射器状态信号518。根据实施例，例如可输出燃料喷射器状态信号518，以指示在特定时间燃料喷射器14没有喷射燃料。以此方式，信号合理性延迟模块110可检测到滑行事件（即，超限状况）。

信号合理性延迟模块110与氧化性能模块104和O₂诊断模块112进行电通信。当信号合理性延迟模块110确定存在滑行事件和/或高HC区域440时，信号合理性延迟模块110将状态请求信号520输出到氧化性能模块104并且请求氧化装置218的性能状态。响应于状态请求信号，氧化性能模块104产生一个或多个氧化性能值510b，其指示氧化装置218在当前滑行事件期间预期释放的O₂的量。氧化性能值510b还可包括对在当前滑行事件期间要释放的O₂的预期量的估计。

根据实施例，信号合理性延迟模块110等待（或延迟），直到氧化性能值510b指示由于高HC区域440而没有O₂读数降低。响应于确定未预测到较低的O₂读数，信号合理性延迟模块110输出诊断控制信号522。可明白的是，在另一个实施例中，基于可容忍的阈值，可容忍少量O₂。诊断控制信号522命令O₂诊断模块112诊断下游O₂传感器248'。

O₂诊断模块112与信号合理性延迟模块110进行电通信，并且在诊断下游O₂传感器248'之前等待直到接收到诊断控制信号522。根据实施例，O₂诊断模块112从存储器102中检索一个或多个O₂阈值524（例如，20 PPM）。响应于接收到诊断控制信号522，O₂诊断模块112确定由下游O₂传感器248'确定的O₂输出与零点值之间的差异，并且基于该比较来输出O₂诊断信号525。例如，当差异超过预定的O₂输出阈值时，O₂诊断模块112输出指示O₂传感器故障被确定的O₂诊断信号525。否则，O₂诊断模块112可输出指示O₂传感器通过被确定的诊断信号525。

根据一个或多个实施例，将该差异与阈值差（例如5 ppm）进行比较，并且基于该比较来输出O₂诊断信号525。当差异超过阈值差时，O₂诊断模块112输出指示氧化系统故障被确定的O₂诊断信号525，该故障可能是O₂传感器或氧化装置218中的故障。否则，O₂诊断模块112可输出指示O₂传感器通过被确定的诊断信号525。可明白的是，当多个检测到的故障超过故障阈值时，可能会产生故障警报。以此方式，可避免在某些超限状况期间由高HC区域440导致对下游O2传感器248'的误诊。

根据一个或多个实施例，信号合理性延迟模块110基于氧化装置218的状态来动态地确定信号合理性延迟时间。例如，信号合理性延迟模块110存储查找表（LUT）526a，其交叉参考具有相应的信号合理性延迟时间的各种预定氧化性能值。根据另一个实施例，还可从存储器102中检索LUT526b。基于由氧化性能模块104提供的一个或多个氧化性能值510b，信号合理性延迟模块110选择相应的信号合理性延迟时间，并且经由诊断控制信号522将选定的信号合理性延迟时间输出到O₂诊断模块112。以此方式，可随着氧化装置218的性能改变而动态地确定信号合理性延迟时间。

O₂诊断模块112接收诊断控制信号522并且设定与由信号合理性延迟模块110选择的信号合理性延迟时间相等的时间阈值。在设定时间阈值之后，O₂诊断模块112发起计时器528。当计时器528超过时间阈值（即，信号合理性延迟时间）时，O₂诊断模块112执行/诊断氧化系统，包括上游O₂传感器248、氧化装置以及下游O₂传感器248'等其它部件。例如，当差异O₂输出超过预定O₂输出阈值（例如，20 ppm）时，确定O₂传感器故障。可明白的是，当多个检测到的故障超过故障阈值时，可能会产生故障警报。如上所述，在发动机超限状况（例如，滑行事件）期间诊断下游O₂传感器248'之前动态地确定信号合理性延迟时间。因此，实现了对下游O₂传感器248'的更精确的诊断。

图6说明了根据一个或多个实施例的用于延迟监测/使用O₂传感器中的测量值的示例方法600的流程图。在一个或多个示例中，控制模块238实施方法600。如在610处所示，方法600包括监测氧化装置操作参数，包括排气流量、发动机燃料供应、入口/出口温度、环境温度、环境压力、燃料供应水平的时间以及入口/出口O₂传感器读数。基于操作参数，如在620处所示，方法600进一步包括确定排气系统30是否在高HC区域中操作。

如在622处所示，确定排气系统30是否在高HC区域中操作包括确定ICE 26在燃料供应速率低于特定燃料供应速率阈值所消耗的时间。例如，如果车辆10正在空转或正在向下倾斜行驶，则ICE 26的燃料供应速率可低于燃料供应速率阈值。如在624和626处所示，如果在燃料供应速率阈值以下消耗的时间超过预计时间阈值，则方法600进一步包括将排气温度值与预定温度阈值（诸如100°F等）进行比较。

如在624处所示，如果在燃料供应速率阈值以下消耗的时间在预计时间阈值内，则控制模块238认为排气系统30不在高HC区域中操作并且继续进行典型操作而不延迟O₂传感器。例如，如在640处所示，控制模块238将下游O₂传感器读数与氧化装置218中的预期O₂值进行比较，该预期O₂值是基于氧化装置218的性能模型而确定。如果下游O₂传感器中的O₂读数与预期O₂值匹配，则控制模块238通过循环该方法来继续监测排气系统30的操作。在一个或多个示例中，O₂诊断模块112产生指示氧化系统如预期那样工作的诊断信号525。如在650处所示，如果下游O2传感器中的O₂读数与预期O₂值不匹配，则O₂诊断模块112产生指示氧化系统中有误差的诊断信号525。

如在624和626处所示，如果在燃料供应速率中消耗的时间超过时间阈值，并且如果排气温度低于温度阈值，则控制模块238确定排气系统30已经在高HC区域440中操作。如在630处所示，在确定ICE 26已经在高HC区域中操作时，控制模块238通过将氧化装置218的上游温度与第二预定阈值进行比较来确定高HC区域操作是否已经结束。第二预定阈值可为诸如230℉、220℉或任何其它这样的温度值等某个值。上游温度高于第二预定阈值指示氧化装置218已经开始升温，这是因为ICE 26中的燃料供应速率增加。如在640处所示，如果上游温度没有升高到第二预定阈值以上，则控制模块238继续将下游O₂读数与期望值进行比较。应当注意的是，在一个或多个示例中，下游传感器中的测量值与上游传感器中的测量值进行比较以确认结果。

如在635处所示，如果上游温度升高到第二预定阈值以上，则控制模块238延迟下游O₂读数的诊断。因此，如果控制模块238在高HC区域之后检测到上游温度的升高，则控制模块238延迟捕获和/或分析下游O₂传感器中的测量值。延迟使用O₂传感器读数进行诊断（即，与预期O₂值比较）是基于信号合理性延迟时间。在一个或多个示例中，如在640处所示，延迟导致下游O₂传感器248'中的O₂读数的捕获/分析被延迟信号合理性延迟时间（其可为预定时间量），并且在信号合理性延迟时间到期之后，控制模块238继续捕获/分析下游O₂传感器读数以进行比较。替代地或另外，例如，基于氧化装置218的状态来动态地确定信号合理性延迟时间。

因为确定上游温度高于第二预定阈值，所以测量信号合理性延迟时间。例如，在检测到上游温度升高时发起计时器，该计时器用于信号合理性延迟时间。在计时器到期后，捕获下游O₂读数并且将其与预期值进行比较。

替代地或另外，O₂读数的使用被延迟预定次数的迭代。例如，控制模块238保持跟踪自从确定上游温度升高以来下游O₂读数已经更新的次数。一旦下游O₂读数已经被更新至少预定次数，控制模块238就会捕获并使用下游O₂读数以与期望值进行比较。

在一个或多个示例中，在信号合理性延迟时间期间，控制模块238关闭O₂诊断模块112，并且在完成信号合理性延迟时间之后将O₂诊断模块112再次开启。

在延迟之后，控制模块238如之前继续操作，即，捕获下游O2读数，将这些读数与预期O2值进行比较，并且基于值匹配/不匹配来产生通知525。通过延迟下游O2传感器读数的使用，控制模块238防止在超限状况发生后通知525产生错误的误差信号。在超限状况下，可诊断具有SCR系统的车辆的下游O2传感器性能，因为在这样的超限期间，燃料供应非常少（下坡、长时间空转），导致发动机输出HC变高以及排气系统冷却。这样的状况继而导致HC存储在氧化装置218中，并且随后，当ICE 26恢复到较高负载时，氧化装置218升温并且所存储的HC被氧化。在发生这种情况时，由于HC燃烧氧化装置，下游O2读数低于预期值。因此，通过延迟O2读数的使用，这种低于预期值不能用于比较，从而防止产生错误的误差信号。

虽然该方法被说明为在产生误差通知后结束，但是应当明白的是，该方法可在确定通过或未通过事件之后恢复操作以继续监测随后的超限状况。

本文描述的技术方案促进改进用于内燃机的排放控制系统，诸如用于车辆的排放控制系统。例如，该技术方案促进识别HC将沉积在氧化装置上的条件。例如，该条件可包括低燃料供应、低排气温度、高海拔等，随后下游氧化温度升高到上游氧化温度以上（或接近上游氧化温度以上），而上游氧化温度下降。在检测到这样的事件时，发起防反跳计时器，其禁止将下游O2读数与预期值比较一段时间的诊断。在这些条件下进行错误诊断故障信号的这种消除进而促进在部件没有故障时减小传感器替代品的体积。

应当注意的是，虽然本文的技术方案是在基于柴油的内燃机的背景下描述的，但是该技术方案可应用于使用任何类型的燃料并且使用具有如本文所述的氧气传感器的排气系统的任何内燃机。

虽然已经参考示例性实施例描述了以上公开，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，希望本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims

1.一种用于处理包括内燃机的机动车辆中的排气的排放控制系统，其特征在于，所述排放控制系统包括：

氧化装置；

O₂诊断模块，其被配置为诊断所述氧化装置；以及

控制器，其被配置为通过以下项来管理所述O₂诊断模块：

检测所述内燃机的操作中的高碳氢化合物区域；

响应于所述检测所述内燃机的操作中的高碳氢化合物区域，测量所述氧化装置的上游温度；以及

响应于所述上游温度超过预定阈值，将所述O₂诊断模块延迟信号合理性延迟时间。

2.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中延迟所述O₂诊断模块包括关闭所述O₂诊断模块持续所述信号合理性延迟时间。

3.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中所述信号合理性延迟时间是预定时间量。

4.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中基于所述氧化装置的状态来确定所述信号合理性延迟时间。

5.根据权利要求4所述的排放控制系统，其中确定所述信号合理性延迟时间包括访问与氧化装置性能对应的查找表。

6.根据权利要求1所述的排放控制系统，其中检测所述高碳氢化合物区域包括：

检测所述内燃机的燃料供应速率低于预定阈值。

7.根据权利要求6所述的排放控制系统，其中检测所述高碳氢化合物区域进一步包括：

检测所述上游温度低于第二预定阈值。

8.一种用于处理由内燃机排放的排气的排气系统，其特征在于，所述排气系统被配置为执行排气的选择性催化还原（SCR），所述排气系统包括：

O₂诊断模块，其被配置为诊断所述排气系统的氧化性能；以及

控制器，其被配置为通过以下项来管理所述排气系统：

检测所述内燃机的操作中的高碳氢化合物区域；

响应于所述检测所述内燃机的操作中的高碳氢化合物区域，测量所述排气系统的氧化装置的上游温度；以及

响应于所述上游温度超过预定阈值，将所述诊断模块延迟信号合理性延迟时间。

9.根据权利要求8所述的排气系统，其中延迟所述O₂诊断模块包括关闭所述O₂诊断模块持续所述信号合理性延迟时间。

10.根据权利要求8所述的排气系统，其中所述信号合理性延迟时间是预定时间量。