CN109469540B - 正扰动下的选择性催化还原稳态氨泄漏检测 - Google Patents

正扰动下的选择性催化还原稳态氨泄漏检测 Download PDF

Info

Publication number
CN109469540B
CN109469540B CN201811007194.2A CN201811007194A CN109469540B CN 109469540 B CN109469540 B CN 109469540B CN 201811007194 A CN201811007194 A CN 201811007194A CN 109469540 B CN109469540 B CN 109469540B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nox
reductant
steady
catalytic reduction
selective catalytic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811007194.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109469540A (zh
Inventor
L·劳里塔诺
L·D·格雷罗克鲁兹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN109469540A publication Critical patent/CN109469540A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109469540B publication Critical patent/CN109469540B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/04—Purification or separation of nitrogen
    • C01B21/0405—Purification or separation processes
    • C01B21/0411—Chemical processing only
    • C01B21/0422—Chemical processing only by reduction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/18—Nitrates of ammonium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/2073—Selective catalytic reduction [SCR] with means for generating a reducing substance from the exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/02—Catalytic activity of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/14—Systems for adding secondary air into exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/026—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/04—Methods of control or diagnosing
    • F01N2900/0416—Methods of control or diagnosing using the state of a sensor, e.g. of an exhaust gas sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1602—Temperature of exhaust gas apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1616—NH3-slip from catalyst
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/18—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the system for adding a substance into the exhaust
    • F01N2900/1806—Properties of reducing agent or dosing system
    • F01N2900/1812—Flow rate
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

本文描述了一种用于检测具有内燃机和排放控制系统的机动车辆的稳态氨泄漏的方法。排放控制系统包括选择性催化还原(SCR)装置、NOx传感器以及控制器。控制器执行用于氨泄漏检测的方法，其包括确定SCR条件是否处于稳态、将来自NOx传感器的NOx测量值与预测的NOx值进行比较。如果NOx测量值超过预测的NOx值达一定阈值，则扰动还原剂喷射，该扰动具有选定幅度和选定持续时间。该方法还包括测量由扰动产生的NOx值并且计算该值相对于测量的NOx的梯度，以及确认由扰动产生的NOx的梯度是否超过阈值，并且如果是，则识别还原剂泄漏条件。

Description

正扰动下的选择性催化还原稳态氨泄漏检测
引言
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)单元以进行排放控制的排气系统。
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”)以及氮氧化物(“NOx”)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催化剂以减少排气中的NOx的量的基板。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
本文描述了一种用于检测具有内燃机和排放控制系统的机动车辆的稳态氨泄漏的方法。排放控制系统包括选择性催化还原(SCR)装置、NOx传感器以及控制器。控制器执行用于氨泄漏检测的方法，其包括(根据SCR温度和NOx输入)确定SCR条件是否处于稳态、将来自NOx传感器的NOx测量值与预测的NOx值进行比较。如果NOx测量值超过预测的NOx值达一定阈值，则扰动还原剂喷射，该扰动具有选定幅度和选定持续时间。该方法还包括测量由扰动产生的NOx值并且计算该值相对于测量的NOx的梯度，以及确认由扰动产生的NOx的梯度是否超过阈值并且如果是，则识别还原剂泄漏条件，否则识别内燃机的不良操作条件。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括温度传感器和另一个NOx传感器。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括另一个NOx传感器在SCR装置的上游，并且其中该确定包括计算SCR装置的温度的梯度和由另一个NOx传感器测量的NOx的梯度。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括，该确定进一步包括当SCR装置的温度的梯度小于第三选定阈值并且由另一个NOx传感器测量的NOx的梯度小于第四选定阈值时将SCR装置识别为处于稳态。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括预测的NOx值基于SCR装置的化学模型。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括NOx传感器位于SCR装置的下游。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括还原剂喷射的扰动的选定幅度和选定持续时间中的至少一个基于稳态还原剂喷射的幅度、排气流量以及温度中的至少一个。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括控制器根据该确认来调整SCR装置的还原剂配量速率以实现期望的NH3存储量。
本文还在一个实施例中描述了一种用于处理由内燃机排放的排气的排气系统，该排气系统被配置为对排气执行选择性催化还原(SCR)。排气系统包括控制器，该控制器被配置为通过确定SCR装置是否处于具有稳态还原剂喷射的稳态操作条件并且将来自NOx传感器的稳态NOx测量值与预测的稳态NOx值进行比较来执行氨泄漏检测。响应于稳态NOx测量值的幅度超过预测的稳态NOx值达第一阈值，该方法还包括扰动与稳态对应的还原剂喷射；该还原剂喷射的扰动具有选定幅度和选定持续时间，测量由还原剂喷射的扰动产生的NOx值并且计算由还原剂喷射的扰动产生的NOx值相对于在稳态下测量的NOx值的梯度；确定由SCR装置因扰动消耗的还原剂是否超过第二选定阈值；以及确认由扰动产生的NOx的梯度是否超过第三选定阈值，并且如果是，则识别还原剂泄漏条件，否则识别内燃机的低效操作条件。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括温度传感器和另一个NOx传感器。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括另一个NOx传感器在SCR装置的上游，并且其中该确定包括计算SCR装置的温度的梯度和由另一个NOx传感器测量的NOx的梯度。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括，该确定进一步包括当SCR装置的温度的梯度小于第三选定阈值并且由另一个NOx传感器测量的NOx的梯度小于第四选定阈值时将SCR装置识别为处于稳态。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括预测的NOx值基于SCR装置的化学模型。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括下游的NOx传感器在排气进行SCR之后测量NOx测量值。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括还原剂喷射的扰动的选定幅度和选定持续时间中的至少一个基于稳态还原剂喷射的幅度、排气流量以及温度中的至少一个。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括控制器根据该确认来调整SCR装置的还原剂配量速率以实现期望的NH3存储量。
本文还在一个实施例中描述了一种用于控制内燃机的排气系统的选择性催化还原(SCR)装置的计算机实施方法。该方法包括通过确定SCR装置是否处于具有稳态还原剂喷射的稳态操作条件并且将来自NOx传感器的稳态NOx测量值与预测的稳态NOx值进行比较。响应于稳态NOx测量值的幅度超过预测的稳态NOx值达第一阈值，该方法还包括扰动与稳态对应的还原剂喷射；该还原剂喷射的扰动具有选定幅度和选定持续时间，测量由还原剂喷射的扰动产生的NOx值并且计算由还原剂喷射的扰动产生的NOx值相对于在稳态下测量的NOx值的梯度；确定由SCR装置因扰动消耗的还原剂是否超过第二选定阈值；以及确认由扰动产生的NOx的梯度是否超过第三选定阈值，并且如果是，则识别还原剂泄漏条件，否则识别内燃机的低效操作条件。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括，该确定包括计算SCR装置的温度的梯度和由另一个NOx传感器测量的NOx的梯度，该另一个NOx传感器位于SCR装置的上游。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括，该确定进一步包括当SCR装置的温度的梯度小于第三选定阈值并且由另一个NOx传感器测量的NOx的梯度小于第四选定阈值时将SCR装置识别为处于稳态。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括预测的NOx值基于SCR装置的化学模型。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括下游的NOx传感器在SCR之后进行NOx测量。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括还原剂喷射的扰动的选定幅度和选定持续时间中的至少一个基于稳态还原剂喷射的幅度、排气流量以及温度中的至少一个。
除了上述一个或多个特征之外，或作为替代，其它实施例可以包括根据该确认来调整SCR装置的还原剂配量速率以实现期望的NH3存储量。
另外，在一个或多个示例中，控制器进一步确定内燃机的操作状态，并且响应于内燃机以稳态操作而初始化氨泄漏检测。
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性部件；
图3说明了根据一个或多个实施例的通过SCR装置的气体的示例性流动；
图4说明了根据一个或多个实施例的用于检测SCR装置中的氨泄漏的说明性方法的流程图；以及
图5说明了根据一个实施例的喷射扰动的图。
具体实施方式
为了促进对本公开的原理的理解，现在将参考附图中所说明的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，应当理解的是，由此不旨在限制本公开的范围。以下描述仅仅具有示例性本质，而不旨在限制本公开、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，术语模块是指可以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)以及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。
另外，术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、范例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不必被解释为比其它实施例或设计更优选或更具优势。术语“至少一个”和“一个或多个”应当被理解为包括大于或等于1的任何整数，即，一个、两个、三个、四个等。术语“多个”应当被理解为包括大于或等于2的任何整数，即，两个、三个、四个、五个等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
如本文所示和所述，将呈现本公开的各种特征。各种实施例可以具有相同或类似的特征，因此相同或类似的特征可以用相同的附图标记来标记，但是前面有指示示出特征的图的不同的第一数字。因此，例如，图X中所示的元件“a”可以被标记为“Xa”，并且图Z中的类似特征可以被标记为“Za”。虽然可以在一般意义上使用类似的附图标记，但是将描述各种实施例，并且各种特征可以包括如本领域技术人员将明白的改变、变更、修改等，而无论是明确描述的还是本领域技术人员将明白的。
根据一个实施例的一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可以采用各种形式，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，其在所示的说明性实施例中可以包括柴油发动机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以减少可以通过排气出口管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系统可以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可以包括附连到曲轴的多个往复运动活塞，该曲轴可以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可以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)。虽然可以在车辆背景下(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通常可以表示能够产生包括气态(例如NOx、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，排气流可以包含一种或多种NOx物质、一种或多种液态碳氢化合物物质以及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以适用于处理不包括含碳和/或颗粒物质的流出物流，并且在这样的范例中，ICE 26通常也可以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的示例性部件。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可以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NOx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NOx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，“NOx”是指一种或多种氮氧化物。NOx物质可以包括NyOx物质，其中y＞0且x＞0。氮氧化物的非限制性示例可以包括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。
可以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可以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也可以被涂覆在溢流基板上。如可明白的是，系统34可以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，DOC装置218可以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，DOC装置218可以包括溢流金属或陶瓷块体基板224。基板224可以被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可以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以作为修补基面涂层涂敷，并且可以含有铂族金属，诸如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其它合适的氧化催化剂或其组合。DOC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。催化剂可以含有一个或多个修补基面涂层，并且每个修补基面涂层可以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以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以驻留在基板上的不连续的纵向区域中。
SCR装置220可以被设置在DOC装置218的下游。在一个或多个示例中，SCR装置220包括可以为壁流式过滤器的过滤器部分222，其被配置为从排气216中过滤或捕集碳和其它颗粒物质。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)可以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可以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还可以执行再生过程，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230。可以从还原剂供应源234供应还原剂230。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230在SCR装置220上游的位置喷射到排气管道214中。还原剂230可以为气体、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230可以与喷射器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以减少排气216中的NOx成分。SCR装置220利用诸如氨(NH3)等还原剂230来还原NOx。在一个或多个示例中，湍流器(即，混合器)(未示出)也可以被设置在排气管道214内紧邻喷射器236和/或SCR装置220，以进一步帮助还原剂230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230引入排气216的还原剂输送系统232。还原剂输送系统232包括还原剂供应器234、喷射器236。还原剂供应器234存储还原剂230并且与喷射器236流体连通。因此，喷射器236可以将可选择量的还原剂230喷射到排气管道214中，使得还原剂230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可以执行如本文所述的控制过程以及如本文所述的SCR化学模型250。控制模块238可以操作地连接到ICE系统24、SCR装置220和/或一个或多个传感器。如所示，总体上示为240的传感器可以包括被设置在SCR装置220下游的上游NOx传感器242a和下游NOx传感器242b，其中每一个都与排气管道214中的排气216流体连通。在一个或多个示例中，上游NOx传感器242a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NOx传感器242a和下游NOx传感器242b检测在排气管道214内邻近它们的位置的NOx水平，并且产生与NOx水平对应的NOx信号。在一些实施例中，NOx水平可以包括浓度、质量流量或体积流量。例如，由NOx传感器242a、242b产生的NOx信号可以由控制模块238解译。控制模块238可以可选地与被设置在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。
排放控制系统34的传感器可已进一步包括至少一个压力传感器246(例如，压差传感器)。压差传感器230可以确定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，可以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(未示出)可以被设置在SCR装置220的入口处并且第二压力传感器(也未示出)可以被设置在SCR 220的出口处。因此，由第二压力传感器检测到的压力与由第一压力传感器检测到的压力之间的差异可以指示SCR 220两端的压力差。应当注意的是，在其它示例中，传感器可以包括与本文所说明/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230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可以包括例如可以被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。壳体或罐理想地可以包括相对于排气成分的大致惰性材料(诸如不锈钢)。基板可以包括施加到其上的SCR催化剂组合物。
基板主体可以(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。每个溢流孔可以由壁表面限定，在壁表面上可以对SCR催化剂组合物进行修补基面涂敷。基板主体可以由能够承受与排气216相关联的温度和化学环境的材料形成。可以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)。基板可以包括例如非硫酸化TiO2材料。基板主体可以为如下面将讨论的PF装置。
SCR催化剂组合物通常是多孔和高表面积材料，其可以在还原剂230的存在下有效地操作以转化排气216中的NOx成分。例如，催化剂组合物可以含有浸渍有诸如铁(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贱金属组分的沸石。在特定实施例中，催化剂组合物可以含有浸渍有铜、铁或钒中的一种或多种的沸石。在一些实施例中，沸石可以为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，或者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催化剂组合物可以具有高热结构稳定性。
SCR催化剂组合物可以可选地进一步包括一种或多种贱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，一种或多种贱金属氧化物可以包括WO3、Al2O3和MoO3。在一个实施例中，WO3、Al2O3和MoO3可以与V2O5组合使用。
SCR装置通常使用还原剂230将NOx物质(例如，NO和NO2)还原成未调节组分。这样的组分包括(例如)并非NOx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230可以为氨(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230可以为能够在排气216和/或热量存在下分解或反应以形成氨的任何化合物。反应式(1)到(5)提供了用于涉及氨的NOx还原的示例性化学反应。
6NO+4NH3→5N2+6H2O (1)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (2)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (3)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (4)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (5)
应当明白的是，反应式(1)到(5)仅仅是说明性的，而并不意味着将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可以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230可以在各种实施方案中用水稀释。在还原剂230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，非氨还原剂可以用作氨的完全或部分替代物。在还原剂230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(6)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 (6)
应当明白的是，反应式(6)仅仅是说明性的，而并不意味着将尿素或其它还原剂230分解限制为特定的单一机制，也不排除其它机制的操作。
SCR催化剂可以存储(即，吸收和/或吸附)与排气216相互作用的还原剂230。例如，还原剂230可以作为氨存储在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230的量可以被称为SCR“还原剂装载量”，并且在一些范例下可以被指示为％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230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230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230喷射可导致非期望量的还原剂230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(例如如果SCR装置220中的NH3饱和(即，没有更多的存储位置了))，还可能发生还原剂泄漏和NOx渗漏。例如，SCR配量逻辑可以用于命令还原剂230配量和其调整，并且可以由模块238实施。
可以通过SCR化学模型250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次或多次还原剂喷射的信号(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242a的NOx信号)来预测存储在SCR装置220中的还原剂230的量。SCR化学模型250进一步预测从SCR 220排出的排气216的NOx水平。SCR化学模型250可以由控制模块238实施。例如，SCR化学模型250可以随时间由一个或多个过程值更新。诸如由模块238控制的配量管理器(未示出)监测由SCR化学模型250预测的还原剂存储水平，并将其与基于SCR温度和排气流量的期望的还原剂存储水平进行比较。可以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，并且可以触发配量以增加或减少还原剂配量以便消除或减少偏差。
随着时间变化，SCR化学模型250的不准确性可能会加剧模型化SCR还原剂存储水平与实际装载量之间的明显误差。因此，可以连续校正SCR化学模型250以最小化或消除误差。用于校正SCR化学模型250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242b测量的)进行比较以确定差异，并且随后校正该模型250以消除或减少差异。因为NOx传感器(例如，下游NOx传感器242b)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242a测量)移动与下游NOx浓度(例如，诸如由下游NOx传感器242′测量)进行比较，其中发散浓度方向可以指示还原剂泄漏的增加或减少。相关性分析识别来自下游NOx传感器242b的测量值何时遵循来自上游NOx传感器242a的测量模式(即，如同上游NOx传感器242a一样移动的测量模式)。相关性是这两个NOx传感器之间的线性关系的强度和方向的统计量度。
例如，该比较包括相关性方法，其包括将下游NOx浓度与上游NOx测量值或预测的NOx测量值进行比较，其中发散浓度方向可以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，则可以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，则可以将还原剂泄漏识别为下降。因此，可以使用两个NOx测量值序列之间的差异来确定SCR装置220的配量状态。
替代地或另外，该比较包括频率分析。由于在调制/解调期间NOx和还原剂浓度的变化，由NOx传感器产生的NOx信号可以包括多个频率分量(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SCR NOx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以指示还原剂泄漏。
被动分析技术的缺点在于，当排放控制系统34和SCR装置220处于稳态时，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242a测量)取均方根值的均方根值来确定“稳态”；足够小的值指示上游NOx浓度的最小变化，并且SCR装置220可以被认为处于稳态。例如，稳态条件可以包括小于预定值(诸如约30ppm、小于约20ppm或小于约10ppm)的上游NOx浓度的均方根值。SCR稳态条件可以通常与ICE 26的稳态条件(例如，通常一致的RPM、燃料喷射、温度等)相关。侵入测试可以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。虽然侵入测试可以在稳态条件下执行，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的气体的示例性流动。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NOx 310的输入流量确定为FCNOx，in，其中F是输入气体216的体积，并且CNOx，in是输入气体216中NOx的入口浓度。类似地，FCNH3，in是输入气体216中的NH3 315的流量的体积，CNH3，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可以将CNH3确定为NH3的SCR浓度，并且将CNOx确定为NOx的SCR浓度。
因此，FCNOx是通过SCR装置220的出口的NOx的NOx出口体积流量320。在一个或多个示例中，控制模块238可以将WNOxFCNOx确定为NOx的质量流量，其中WNOx是NOx的分子量。类似地，对于NH3，出口体积流量325是FCNH3，其中NH3的质量流量是WNH3FCNH3。
如前所述，控制模块238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，由此导致较高排放。喷射速率过高会导致从SCR装置220中释放氨到大气。来自SCR系统的这些氨排放被称为氨泄漏。由于排放以及过快地排出还原剂供应234，氨泄漏是非期望的。
因此，返回参考图2，控制模块238基于化学模型250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230的量。控制模块238可以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，并且可以更精确地控制由喷射器236提供的喷射的还原剂230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250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250与实际SCR出口NOx排放之间的差异。因此，可以更有效地利用还原剂230的供应器234。例如，喷射到排气216中的还原剂在喷射到排气中时可以形成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NH3的量在下文中可以被称为“NH3存储水平”。控制模块238可以控制被供应给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的百分比可以被称为SCR装置220的转化效率。控制模块238可以基于分别由第一(上游)NOx传感器242a和第二(下游)NOx传感器242b产生的NOxin和NOxout信号来确定SCR装置220的转化效率。例如，控制模块238可以基于以下反应式来确定SCR装置220的转化效率：
SCReff＝(NOxin-NOxout)/NOxin (7)
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可以从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250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250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向喷射控制提供反馈以根据化学模型250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。设定点可以指示给定操作条件(例如，SCR催化剂的温度)的目标存储水平。因此，设定点可以指示SCR装置220的存储水平(S)和温度(T)。设定点可以被标示为(S，T)。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。
本文描述的技术特征促进排放控制系统34基于下游NOx进入稳态氨泄漏检测。在一些系统中，在稳态下，通过禁止柴油消耗流体(DEF)喷射来执行氨泄漏检测。然而，这样的技术可能会潜在地增加DEF喷射配量停止事件期间的NOx排放。因此，在一个或多个实施例中，通过扰动排放控制系统34并且更具体地在一个实施例中扰动DEF喷射速率以及监测SCR装置和NOx响应而不是通过禁止DEF喷射来在稳态操作条件下侵入性地检测NH3泄漏或NOx渗漏的存在来执行氨泄漏和/或NOx渗漏检测。使用这种扰动技术可以有利地防止可能由于DEF喷射禁止而引起的NOx排放增加。
在一个或多个示例中，控制模块238使用SCR催化剂的化学模型250来预测进入SCR装置220的排气216中的NOx浓度。另外，基于预测的NOx浓度，控制模块238确定用于对排气216进行配量以满足排放阈值的NH3的量。控制模块238通常实施自适应半闭环控制策略以根据化学模型250来保持SCR性能，其中控制模块根据机动车辆10的进行中的性能来持续地获悉与化学模型250相关联的一个或多个参数。
图4说明了根据一个或多个实施例的用于检测SCR装置中的氨泄漏的示例性方法400的流程图。在一个或多个示例中，方法400由控制器238来实施。替代地，方法400由一个或多个电路来实施。在一个或多个示例中，方法400通过执行可以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或存储的逻辑来实施。
方法400包括从下游NOx传感器242b接收NOx的测量值并且从温度传感器244接收SCR装置温度，如405处所示。另外，检查ICE 26是否处于预选定的发动机操作条件，诸如由发动机产生的NOx大致恒定的“稳态”操作条件，如过程步骤410和415处所示。例如，在一个实施例中，稳态操作条件可以对应于车辆10正在驾驶的条件，例如发动机转速或负载大致恒定。在一个实施例中，测量/确定SCR装置220上游的SCR温度和NOx的梯度。各自小于选定阈值的梯度指示ICE 26在稳态条件下操作。在一个实施方案中，这两个梯度是标量并且取决于催化剂性能。例如，在一个实施例中，采用的温度梯度小于0.5-1℃/s，而采用的上游NOx的梯度小于1-5ppm/s。应当明白的是，虽然已经提供了特定值或范围来说明所描述的实施例的操作，但是其它梯度和值是可能的并且在权利要求的范畴和范围内。例如，用于稳态识别的一种可能技术是使用上游NOx传感器242a的频率分析。在发动机稳态条件下，NOx浓度保持稳定，并且在这种条件下，来自NOx 242a的信号的高频含量的RMS值较低(例如，对于高于0.01Hz的频率，阈值约为5到10ppm)。
该方法继续检测ICE 26的其它操作状态的NH3泄漏检测，并且循环通过这些步骤，直到检测到判定框415的预选稳态操作条件，如在420处所示。如果确定ICE 26在稳态下操作，则该方法对ICE 26的稳态操作执行稳态NH3泄漏检测，如在420处所示。稳态NH3泄漏检测包括基于SCR装置220的化学模型250来计算预测的下游NOx值，如421所示。基于本文所述的半闭环计算以及一个或多个传感器值(诸如入口/出口温度、入口/出口压力以及较早的NOx测量值等)来确定预测的下游NOx值。泄漏检测进一步包括将来自传感器242b的NOx测量值(如422所示)与预测的下游NOx值进行比较和/或确定这两个值之间的差异。在一个或多个示例中，该差异可以被称为NOx测量误差。
该方法进一步包括将NOx测量误差的绝对值(即，幅度)与阈值进行比较，如在425处所示。如果差异很小，则所排放的NOx和被计算为由化学模型250排放的NOx对应并且不需要进一步评估。换句话说，如果NOx测量误差的幅度小于(或等于)选定阈值，则认为SCR装置220在没有NH3泄漏的情况下操作，并且操作继续循环，如在426处所示。如果NOx测量误差的幅度大于阈值，则该过程继续到对所描述的实施例的扰动测试，如线428所描绘。再一次，应当明白的是，选定阈值可以是简单的标量，并且可以根据系统的部件和配置来选择。在一个实施例中，采用30-60ppm/s的阈值差异，但是其它值也是可能的。
应当明白的是，NOx测量值和预测值可以指示排气216中的NOx的浓度。在这种情况下，在一个或多个示例中，预定阈值可以对应于NOx的预定浓度，诸如37.5ppm(或任何其它值)。在一个或多个示例中，可以基于指定的统计量(诸如标准偏差，例如1.5标准偏差)来确定预定值。例如，可以将预定值校准到被认为可接受的建模的下游NOx值。在一个实施例中，测量的下游NOx因此针对传感器的预期误差进行归一化。然后将归一化误差(在该示例中为1.5)与进入稳态泄漏检测逻辑的阈值进行比较。在这种情况下，基于由NOx传感器242b测量的NOx的较早值来计算用作比较阈值的NOx浓度的预定值。换句话说，在上述示例场景中，37.5ppm用作阈值，因为37.5是早期NOx测量的1.5标准偏差值。应当注意的是，在一个或多个示例中，来自所使用的化学模型250的NOx测量值和预测值可以是NOx流量或任何其它NOx属性(而不是NOx浓度)。
继续图4以及根据实施例的用于检测NH3泄漏条件400的方法。在线428之后，在过程框430处，该方法继续存储关于NOx传感器信息和所采用的当前DEF喷射的数据。产生扰动输入并将其应用于NH3喷射。在一个实施例中，扰动输入大致上是具有相反极性峰值的方波的单个周期，也称为双峰。喷射扰动的幅度是用于排放控制系统34的稳态操作的当前DEF喷射的百分比。在一个实施例中，幅度对应于DEF喷射的存储的稳态值加上前半部分的增量和减去后半部分的增量。同样地，可以取决于与排放控制系统相关联的因素和操作参数来选择扰动的持续时间。例如，在一个实施例中，扰动的百分比幅度和持续时间可以是通过SCR装置220的稳态排气流量和由温度传感器244测量的温度的函数。应当明白的是，通常应当选择扰动的幅度和持续时间为足够大以便至少对系统的响应表现出足以测量的可衡量影响，而不会导致对排放控制系统34的稳态操作的总体影响。图5描绘了示例性图表时间历史500，其描绘了添加到标称DEF喷射的扰动502。在该图中，可以看出标称稳态配量为50mg/s的NH3。箭头505描绘了由504描绘的NOx模型250的值何时偏离NOx传感器数据超过一定阈值(如506所示)。当由箭头505所描绘的偏差足够大时，如在508处所描绘般发起扰动。
现在继续图4，随着扰动的引入，如过程步骤435处所描绘，将由下游传感器242b测量的NOx梯度与扰动之前并且在步骤430期间存储的稳态值进行比较。基于该比较，如在过程步骤440处所描绘，如果所添加的NH3的量未被SCR装置220中的催化剂完全消耗并且超过选定阈值，则重复该过程，如线442所示。在一个实施例中，阈值是SCR特性的函数。例如，在一个实施例中，阈值是由温度传感器244测量的SCR装置220的温度的函数。另外，阈值可以是NOx水平和/或排气流量的函数。在一个实施例中，阈值为约0.2-2.0g。应当明白的是，虽然已经提供了特定值或范围来说明所描述的实施例的操作，但是其它梯度和值是可能的并且在权利要求的范畴和范围内。
返回该图，如果SCR装置220中的催化剂消耗的NH3超过选定阈值，则评估从稳态值测量的NOx的梯度，如过程判定框445处所描绘。如果梯度超过另一个选定阈值，则检测并识别NH3泄漏条件，如线446和过程框450处所描绘。如果梯度小于或等于选定阈值，则如线447和过程框455处所示，检测并识别低效，由此检测并识别可能过量的NOx。在一个实施例中，阈值再一次是SCR装置特性的函数。例如，在一个实施例中，阈值是由温度传感器244测量的SCR装置220的温度的函数。另外，阈值可以是NOx水平和/或排气流量的函数。在一个实施例中，阈值为约0.1ppm/sec。-5.0ppm/sec是可能的。应当明白的是，虽然已经提供了特定值或范围来说明所描述的实施例的操作，但是其它梯度和值是可能的并且在权利要求的范畴和范围内。
在硬件架构方面，这样的计算装置可以包括处理器、存储器，以及经由本地接口通信地耦合的一个或多个输入和/或输出(I/O)装置接口。本地接口可以包括例如但不限于一个或多个总线和/或其它有线或无线连接。本地接口可以具有为了简单起见省略了的附加元件，诸如用于实现通信的控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、中继器和接收器。另外，本地接口可以包括地址、控制和/或数据连接以实现上述部件之间的适当通信。
当计算装置在操作中时，处理器可以被配置为执行存储在存储器内的软件以将数据传送到存储器和从存储器传送数据，并且通常根据软件控制计算装置的操作。存储器中的软件全部或部分由处理器读取，可能在处理器内缓冲，然后被执行。处理器可以是用于执行软件的硬件装置，尤其是存储在存储器中的软件。处理器可以是定制的或商业上可用的处理器、中央处理单元(CPU)、与计算装置相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片集的形式)，或通常执行软件的任何装置。
存储器可以包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器(RAM，诸如DRAM、SRAM、SDRAM、VRAM等))和/或非易失性存储器元件(例如，ROM、硬盘驱动器、磁带、CD-ROM等)中的任何一个或组合。另外，存储器可以结合电子、磁性、光学和/或其它类型的存储介质。注意，存储器也可以具有分布式架构，其中各种部件彼此远程地定位，但是可以由处理器接入。
存储器中的软件可以包括一个或多个单独的程序，每个程序包括用于实施逻辑功能的可执行指令的有序列表。被实施为软件的系统部件还可以被解释为源程序、可执行程序(目标代码)、脚本或包括要执行的一组指令的任何其它实体。当被配置为源程序时，该程序经由可以包括或可以不包括在存储器中的编译器、汇编器、解译器等来翻译。
可以耦合到系统I/O接口的输入/输出装置可以包括输入装置，诸如键盘、鼠标、扫描仪、麦克风、相机、接近装置等。另外，输入/输出装置还可以包括输入/输出装置，例如但不限于打印机、显示器等。最后，输入/输出装置可以进一步包括作为输入和输出进行传送的装置，例如但不限于调制器/解调器(调制解调器；用于接入另一个装置、系统或网络)、射频(RF)或其它收发器、电话接口、桥接器、路由器等。
应当注意的是，图3、4和5示出了软件的可能实施方案的架构、功能和/或操作。就此而言，可以将一个或多个框解译为表示模块、代码段或部分，其包括用于实施指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意的是，在一些替代实施方案中，框中提到的功能可以不按顺序发生和/或根本不发生。例如，连续示出的两个框实际上可以大致上同时执行，或者这些框有时可以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。
应当注意的是，本文描述的任何功能可以被实施在任何计算机可读介质中以供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用，该系统、设备或装置诸如基于计算机的系统、包含处理器的系统或者可以从指令执行系统、设备或装置获取指令并执行指令的其它系统。在本文件的背景中，“计算机可读介质”包含、存储、传送、传播和/或传输程序以供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用。计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置。计算机可读介质的更具体示例(非详尽列表)包括便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM)(电子)、只读存储器(ROM)(电子)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)(电子)以及便携式光盘只读存储器(CDROM)(光学)。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不旨在限制本公开。如本文所使用，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非背景另有明确指示。应进一步理解的是，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时规定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。
虽然已经参考说明性实施例描述了以上公开，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以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 (10)

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，所述排放控制系统包括：
选择性催化还原装置；
NOx传感器；以及
控制器，其被配置为通过以下各项执行还原剂泄漏检测：
确定所述选择性催化还原装置是否处于具有稳态还原剂喷射的稳态操作条件；
将来自所述NOx传感器的稳态NOx测量值与预测的稳态NOx值进行比较；以及
响应于所述稳态NOx测量值的幅度超过所述预测的稳态NOx值达第一阈值：
扰动与所述稳态对应的还原剂喷射；所述还原剂喷射的所述扰动具有选定幅度和选定持续时间；
测量由扰动所述还原剂喷射产生的NOx值，并且计算由于扰动所述还原剂喷射产生的NOx值相对于在稳态下测量的NOx值的梯度；
确定由所述选择性催化还原装置因所述扰动消耗的所述还原剂是否超过第二选定阈值；以及
确认由所述扰动产生的所述NOx值的梯度是否超过第三选定阈值，并且如果是，则识别还原剂泄漏条件，否则识别所述内燃机的低效操作。
2.根据权利要求1所述的排放控制系统，进一步包括温度传感器和另一个NOx传感器。
3.根据权利要求2所述的排放控制系统，其中所述另一个NOx传感器在所述选择性催化还原装置的上游，并且其中所述确定所述选择性催化还原装置是否处于具有稳态还原剂喷射的稳态操作条件包括计算所述选择性催化还原装置的温度的梯度和由所述另一个NOx传感器测量的所述NOx值的梯度。
4.根据权利要求3所述的排放控制系统，其中所述确定所述选择性催化还原装置是否处于具有稳态还原剂喷射的稳态操作条件进一步包括当所述选择性催化还原装置的温度的所述梯度小于第三选定阈值并且由所述另一个NOx传感器测量的所述NOx值的梯度小于第四选定阈值时将所述选择性催化还原装置识别为处于稳态。
5.根据权利要求1或2所述的排放控制系统，其中所述预测的稳态NOx值基于所述选择性催化还原装置的化学模型。
6.根据权利要求1或2所述的排放控制系统，其中所述NOx传感器位于所述选择性催化还原装置的下游。
7.根据权利要求1或2所述的排放控制系统，其中所述扰动还原剂喷射的所述选定幅度和所述选定持续时间中的至少一个基于所述稳态还原剂喷射的幅度、排气流量以及温度中的至少一个。
8.根据权利要求1或2所述的排放控制系统，进一步包括所述控制器根据所述确认来调整所述选择性催化还原装置的还原剂配量速率以实现期望的NH3存储量。
9.一种用于控制内燃机的排气系统的选择性催化还原装置的计算机实施方法，所述方法包括：
确定所述选择性催化还原装置是否处于具有稳态还原剂喷射的稳态操作条件；
将来自NOx传感器的稳态NOx测量值与预测的稳态NOx值进行比较；以及
响应于所述稳态NOx测量值的幅度超过所述预测的稳态NOx值达第一阈值：
扰动与所述稳态对应的还原剂喷射；所述还原剂喷射的所述扰动具有选定幅度和选定持续时间；
测量由扰动所述还原剂喷射产生的NOx值，并且计算由于扰动所述还原剂喷射产生的所述NOx值相对于在稳态下测量的所述NOx值的梯度；
确定由所述选择性催化还原装置因所述扰动消耗的所述还原剂是否超过第二选定阈值；以及
确认由所述扰动产生的所述NOx值的梯度是否超过第三选定阈值，并且如果是，则识别还原剂泄漏条件，否则识别所述内燃机的低效操作。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述确定所述选择性催化还原装置是否处于具有稳态还原剂喷射的稳态操作条件包括计算所述选择性催化还原装置的温度的梯度和由另一个NOx传感器测量的所述NOx值的梯度，所述另一个NOx传感器位于所述选择性催化还原装置的上游。
CN201811007194.2A 2017-09-08 2018-08-30 正扰动下的选择性催化还原稳态氨泄漏检测 Active CN109469540B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/699210 2017-09-08
US15/699,210 US10344654B2 (en) 2017-09-08 2017-09-08 Selective catalytic reduction steady state ammonia slip detection with positive perturbation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109469540A CN109469540A (zh) 2019-03-15
CN109469540B true CN109469540B (zh) 2021-05-18

Family

ID=65441838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811007194.2A Active CN109469540B (zh) 2017-09-08 2018-08-30 正扰动下的选择性催化还原稳态氨泄漏检测

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10344654B2 (zh)
CN (1) CN109469540B (zh)
DE (1) DE102018121938B4 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10323559B1 (en) * 2017-12-12 2019-06-18 GM Global Technology Operations LLC Methods for controlling selective catalytic reduction systems
CN110886640A (zh) * 2019-09-30 2020-03-17 潍柴动力股份有限公司 一种NOx超标判定方法、装置及系统
DE102020202551A1 (de) * 2020-02-28 2021-09-02 Vitesco Technologies GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters
CN114922719B (zh) * 2022-05-10 2024-02-20 潍柴动力股份有限公司 Scr反应器温度的控制方法、装置、计算机可读存储介质

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009115032A (ja) * 2007-11-08 2009-05-28 Nippon Soken Inc 内燃機関の排気浄化装置
DE102008041603A1 (de) 2008-08-27 2010-03-04 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit SCR-Katalysator
US8745973B2 (en) * 2009-08-20 2014-06-10 GM Global Technology Operations LLC System and method for controlling reducing agent injection in a selective catalytic reduction system
EP2375023B1 (en) * 2010-04-07 2012-09-19 Ford Global Technologies, LLC Method of controlling urea dosing in an exhaust system of a vehicle
DE102011114700B4 (de) * 2010-10-06 2019-12-19 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Verfahren zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität und von Katalysatordegradation in Systemen für selektive katalytische Reduktion
CN102562237B (zh) * 2010-12-21 2016-06-08 中国第一汽车集团公司无锡油泵油嘴研究所 柴油机尾气处理装置中还原剂投放量的控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018121938B4 (de) 2024-06-13
US20190078480A1 (en) 2019-03-14
CN109469540A (zh) 2019-03-15
US10344654B2 (en) 2019-07-09
DE102018121938A1 (de) 2019-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109236435B (zh) 用于选择性催化还原的下游氧气传感器性能
CN108798840B (zh) 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
CN109751105B (zh) 带有正扰动的下流式选择性催化还原稳态氨逸出检测
CN109469540B (zh) 正扰动下的选择性催化还原稳态氨泄漏检测
US10465589B2 (en) Selective catalytic reduction fault detection
US10378463B2 (en) Selective catalytic reduction steady state ammonia slip detection
US8910466B2 (en) Exhaust aftertreatment system with diagnostic delay
US20190353071A1 (en) Selective catalytic reduction device control
US11008921B1 (en) Selective catalytic reduction device control
CN108625949B (zh) 降阶选择性催化还原系统
US10309278B2 (en) Method for desulfurization of selective catalytic reduction devices
US20190063285A1 (en) Emissions control system of a combustion engine exhaust system
US20140371054A1 (en) Method and system for adapting a clean filter correction map for a selective catalyst reduction filter
US20180038298A1 (en) Method for controlling an exhaust gas treatment system
US10502113B2 (en) Selective catalytic reduction ammonia storage control
US20190010851A1 (en) Selective catalytic reduction steady state ammonia slip and reductant breakthrough detection
CN110630358B (zh) 被动氮氧化物储存催化剂管理
CN109915237B (zh) 控制选择性催化还原系统的方法
US20200131961A1 (en) Exhaust gas treatment systems and methods for diagnosing the same

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant