CN1936287B - 通过亚硝酸铵的分解诊断的废气处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种监控柴油发动机废气处理系统的作业状况的方法，包括将一种料剂喷入废气中并监控发动机在正常运转过程中的工作状态。由控制模块监控催化剂的入口和出口温度，并将入口温度与出口温度加以比较。该控制模块再根据上述入口温度、出口温度和预定的温度门槛值评价上述的废气处理系统。

Description

通过亚硝酸铵的分解诊断的废气处理系统
技术领域
本发明涉及车辆排气系统，尤其涉及对废气处理系统工作的评价。
背景技术
柴油发动机的运转包括产生废气的燃烧过程。在燃烧阶段，通过进气阀将空气/燃油混合物送入气缸，在气缸内进行燃烧。燃烧后，活塞迫使气缸内的废气进入排气系统。废气中含有诸如氧化氮(NOx)和一氧化碳(CO)之类的排出物。
通常使用废气处理系统来减少车辆的排出物。由一种控制模块监控发动机的运转情况，并由配料装置在催化剂室前面有选择地喷射尿素到废气中。待处理的废气与催化剂相作用，发生化学反应，加热催化剂，并减少废气中的排出物。更具体地说，上述化学反应，使NOx和尿素分解成单独的元素，NOx分解成氮和水，尿素分解成贮存在催化剂表面上的氨。
在冷起动期间，废气温度较低。在燃烧过程中产生的NOx与预先贮存在催化剂表面上的氨发生反应，结果，在催化剂表面上沉积亚硝酸铵。当催化剂表面上有氨而且废气温度低于60℃时就会形成亚硝酸铵。亚硝酸铵在60℃以下是稳定的，若其温度提高到60℃以上，该化合物就要分解。亚硝酸铵的分解是强烈的放热反应，易于提高催化剂的温度。
上述的配料装置通常具有一个尿素供料斗和一个喷射器，喷入尿素的多少应根据排出物的浓度来定，以便有效地处理废气。有毛病的喷射器或尿素供料不足可能导致废气处理不充分。
发明内容
因此，本发明提出一种用于废气处理系统的工况诊断装置，上述的废气处理系统处理柴油发动机排出的废气，并具有一个喷出尿素来处理废气的配料装置，和一个与尿素/废气混合物起作用的催化剂室。上述的工况诊断装置具有一个监控催化剂入口温度的入口温度传感器和一个监控催化剂出口温度的出口温度传感器。由一种控制模块监控发动机的工作状态，并将入口温度与出口温度进行比较，该控制模块根据上述温度比较值和预定的温度门槛值来评价废气处理系统的工作状况。
本发明还提出了一种监控柴油发动机的废气处理系统的作业情况的方法，包含如下步骤：监测上述发动机在正常运行过程中的工作状态；监测上述催化剂在冷起动期间的入口温度；监测上述催化剂在上述冷起动期间的出口温度；根据上述入口温度和上述出口温度计算温度差；根据上述温度差和预定的温度门槛值发出PASS状态和FAIL状态中之一种；和根据上述的PASS状态和FAIL状态确定上述废气处理系统是否有故障。
本发明的一个特点是，配料装置具有一个尿素供料斗和一个将尿素喷入废气中的喷射器。
本发明的另一特点是，上述入口温度以催化剂的入口床温度为基准，上述出口温度以催化剂的出口床温度为基准。上述的入口和出口温度包含废气温度。
本发明的再一个特点是，控制模块在预定的时间内计算出口温度。
本发明的又一个特点是，上述的发动机的工作状态包含发动机转速、进气温度和发动机温度。
本发明的又一个特点是，上述的温度门槛值包含高于出口温度10℃以上的温度。
通过下面的详细说明，人们会明白本发明更多方面的用途。应当理解，下面的详细说明和具体的实例虽然表明了本发明的最佳实施例。但是，仅仅是为了示意表述本发明内容，无意限制本发明的范围。
附图说明
从下面的详细说明和附图，将会更充分地了解本发明，附图中：
图1是按照本发明的一种包含废气处理系统的发动机系统的功能方块图，一些温度传感器设置在催化剂内部；
图2是按照本发明的一种包含废气处理系统的发动机系统的功能方块图，一些温度传感器设在催化剂外部；和
图3是示出按照本发明由一种废气处理工况诊断装置实施的各步骤的流程图。
具体实施方式
下面对最佳实施例的说明实质上仅仅是示范性的，无论如何也无意限制本发明及其用途或者说应用。为了清晰起见，图中将用相同的标号表示相同的组元。本文中用的术语“模块”指的是一种专用集成电路(ASIC)、一种电子线路、一种处理机(共用的、专用的或组合的)和存储器，该存储器操纵一个或多个软件或硬件程序、一条复合逻辑线路和/或其他的可提供所述功能的合适元件。
下面参看图1，图中简单示出一种柴油发动机系统10，该系统10具有一个柴油机12和一个废气处理系统13。该废气处理系统13还具有一个排气装置14和一个配料装置16。上述些油机12具有一个气缸18、一个入口歧管20、一个空气质量流量(MAF)传感器22和一个发动机速度传感器24。空气通过入口歧管20流入些油机12，并受到MAF传感器22的监控。空气进入气缸18，与燃油一起燃烧，驱动活塞(未示出)运动。虽然图中只示出一个气缸，但是可以理解，柴油发动机12可具有更多的气缸18，例如，可期望柴油发动机具有2、3、4、5、6、8、10、12和16个气缸。
气缸18内由于燃烧而产生废气。在废气被排放到大气之前，排气装置14要对其进行处理。排气装置14具有一个废气歧管22和一个狄塞尔氧化催化剂(DOC)室28。废气歧管22将气缸排出的废气导入DOC室28，废气在DOC室28内进行处理以减少其排出物。排气装置14还具有一个催化剂室30(最好是选择性还原的催化剂(SCR))、一个入口温度传感器32、一个出口温度传感器34和受催化作用的狄塞尔颗过滤器(CDPF)36。DOC室28的催化剂在废气处理前与废气起反应，降低废气中排出物的浓度，然后在催化剂室30再接着发生反应而处理废气，使其排出物进一步减少。
入口温度传感器32最好设置在催化剂室30内部，监控催化剂室30入口处的温度变化(如下面所述)，出口温度传感器34最好设置在设在催化剂室30内部，监控该室出口处的温度变化(如下面所述)。虽然图1中示出的废气处理系统13具有设置在催化剂室30内部的入口温度和出口温度传感器32、34，但是，该入口和出口温度传感器32、34也可以设置在催化剂室外面来监控催化剂室入口和出口的废气温度变化(如图2所示)。CDPF36可过滤掉废气中的狄塞尔颗粒(即烟灰)而进一步减少排出物。
配料装置16具有一个尿素供料斗38和一个配料喷射器40。配料装置16将尿素喷射到废气中，尿素与废气混合，当废气/尿素混合物通过催化剂室30时使进一步减少其排出物。
按照本发明，一种控制模块42控制着发动机系统10的运行，并监控配料装置16的作业情况。上述控制模块42接收来自温度传感器32、34的温度信号，控制模块42还根据催化剂室30入口和出口处温度的变化来监控废气处理系统13的工作，这一点在下面更详细说明。
本发明的废气处理工况诊断装置确定废气处理系统13是否在规定的冷起动期间按照催化剂室30的入口和出口床温度正常地工作。更具体地说，本发明的废气处理诊断机构要确定在催化剂室30的入口床温度(T入口)和出口床温度(T出口)是否达到合适的温度。T入口是由置于催化剂室30入口处(最好置于催化剂内部)的入口温度传感器32测定的，T出口是由置于催化剂室30出口处的出口温度传感器34测定的，同理，该温度传感器最好也置于催化剂30内部。可以预料，T入口和T出口可以通过测量催化剂室30入口和出口处的废气温度来确定。控制模块42还根据在预定期间内T出口是否高于T入口来进一步评价废气处理系统13。这一点下面还要说明。
发动机停机之前，控制模块42根据T入口和T出口的平均值(T平均)测定催化剂的工作状态。更具体地说，按照
Figure G200610154364001D00041
计算催化剂的平均温度，当在一段大于预定时间例如2分钟的时间内T平均高于350℃时，贮存在催化剂表面的氨的量就减少，控制模块42就会在软件中设置一个标记推迟对下一次冷起动的任何诊断。推迟这种诊断是由于催化剂的温度高，会减少催化剂30的贮氨量，导致氨贮存状态恶化，氨贮存量低会使诊断结果不可靠。当T平均在一段短于预定时间例如5分钟的时间里低于350℃且配料装置16正在非故障情况下工作时，控制模块42就置一个标记开始对下一次冷起动实施诊断。上面所述的工作状态分析可保证在催化剂表面贮存足够量的氨而得出精确的诊断结果。可以理解，上面详述的温度和时间与所用的特定催化剂的固有性质有关。对于采用其他工艺的催化剂而言，上述的温度和时间可能需要改变。
冷起动时，控制模块42通过发动机冷却剂温度传感器(未示出)测定发动机12的冷却剂温度。为了能够进行诊断，发动机冷却剂的温度必须低于30℃。而且，诊断工作要求发动机12停机8小时以上才进行。
当进行诊断工作时，入口温度传感器32监控催化剂室30入口处的温度，并给出T入口值。当T入口值达到30℃时，控制模块42会起动一个计时器，使之运行约100秒。在这段时间内，出口温度传感器34监控催化剂室30出口处的温度并给出T出口值。控制模块42还将对T入口和T出口加以比较。另外，控制模块42还根据来自MAF传感器22和发动机转速传感器24的信口分别测定发动机的转速(RPM)和空气质量流量(MAF)速率。如果RPM值和MAF速率在允许的门槛值范围内，诊断工作可继续进行。否则，控制模块42就终止诊断工作。发动机转速合格的门槛值范围(RPM门槛值)约为500～1500转/分(PRM)。MAF速率的合格门槛值范围(MAF门槛值)约为20～80克/秒。
此外，控制模块42还根据T出口与T入口的比较来评价废气处理系统13的操作效能。更具体地说，在100秒钟内T出口高于T入口10℃以上时，控制模块42就显示出“PASS运行”状态，而当T出口低于T入 口10℃以上时，控制模块42就显示出“FAIL故障”状态，并记录评价结果。
下面参看图3，该图是示出由废气处理工况诊断装置实施的各个步骤的流程图。在步骤300，控制模块监控发动机在正常运行过程中的工作状态。在步骤302，控制模块根据配料装置的“运行”/“故障”记录确定配料装置是否正常地作业。在步骤304，控制模块测定在正常运转过程中催化剂平均温度T平均是否在合适的门槛值范围(即350℃)内，当T平均在5分钟后低于350℃时，控制模块设置一个标记开始对下一次冷起动进行诊断(步骤306)。否则，控制模块终止工作。在步骤308，控制模块确定下一次起动是否符合规定的冷起动要求，具体说，术语“冷起动”表述发动机冷却剂温度要求低于30℃的情况，而且发动机12应至少8小时未工作。最低工作时间要求是为了保证废气温度和发动机温度稳定。如果出现冷起动，控制模块便测定T入口(步骤310)，否则，控制模块停止工作。
当T入口达到50℃时，控制模块起动计时器来测定T出口受监控的时间(步骤312)。在步骤314，将监控T出口大约100秒的时间。而且控制模块测定发动机转速是否落在预定的RPM门槛值范围(RPM门槛)内，(步骤316)。获得可靠结果的允许的RPM值约为500～1500转/分。如果RPM值在RPM门槛范围内，控制模块便测定MAF速率(步骤320)。否则，控制模块终止工作。如果MAF值处于MAF门槛内，控制模块便根据T入口和T出口来评价废气处理系统(步骤322)。如果在100秒内T出口比T入口高10℃，控制模块会显示“运行”，否则，控制模块会显示“故障”，并且终止工作。所有评价结果由控制模块记录起来。其“运行”和“故障”出现次数将与所进行的评价次数进行比较，以确定该废气处理系统13的总的效能。
熟悉本技术的人们从上述的说明可以体会到，本发明的主要原理可以按各种形式加以实施。因此，虽然上面已结合具体实例说明了本发明，但是，本发明的真正范围不应受这样的限制，因为熟悉本技术的实践者在研究附图、说明书和下列权利要求时会明白其他的改型。

Claims (22)

1.一种废气处理诊断装置，具有：
一个监测选择性催化还原催化剂入口温度的入口温度传感器；
一个监控上述催化剂出口温度的出口温度传感器；和
一个监控柴油发动机工作状态的控制模块，该控制模块确定发动机温度，并且如果所述发动机温度小于发动机温度门槛值，则该控制模块选择地在冷起动中开始的一段选择的时间期间内进行废气处理系统的诊断，且在所选择的时间期间内，当所述入口温度和所述出口温度之间的温度差大于第一预定温度门槛值时，该控制模块输出“PASS”状态；
其中控制模块在正常运行作业过程中根据入口温度和出口温度的平均值测定催化剂的状态，当在预定时间内所述平均值大于第二预定温度门槛值时，所述控制模块推迟下一次冷起动的诊断。
2.一种包括权利要求1的诊断装置的诊断装置，其特征在于，还包括一个配置装置，该配置装置具有一个尿素供应源和
一个将上述尿素供入上述废气的喷射器。
3.根据权利要求1的诊断装置，其特征在于，上述的入口温度以上述催化剂的入口床温度为基准。
4.根据权利要求1的诊断装置，其特征在于，上述的出口温度以上述催化剂的出口床温度为基准。
5.根据权利要求1的诊断装置，其特征在于，上述的入口温度以上述催化剂的入口处的废气温度为基准。
6.根据权利要求1的诊断装置，其特征在于，上述的出口温度以上述的催化剂的出口处的废气温度为基准。
7.根据权利要求1的诊断装置，其特征在于，上述的控制模块在预定的时间周期内计算上述的出口温度。
8.根据权利要求1的诊断装置，其特征在于，上述的发动机工作状态包括发动机的旋转、发动机进气温度和发动机温度。
9.根据权利要求7的诊断装置，其特征在于，上述的预定时间周期包括起动时间和停机时间。
10.根据权利要求1的诊断装置，其特征在于，上述的第一预定温度门槛值包括高于上述出口温度一个预定温度值的温度。
11.一种监控柴油发动机的废气处理系统的作业情况的方法，包含如下步骤：
监测上述发动机在正常运行过程中的工作状态；确定发动机温度，并且如果所述发动机温度小于发动机温度门槛值，选择地在冷起动期间内进行废气处理系统的诊断，所述诊断包括如下步骤：
监测选择性催化还原催化剂在冷起动期间的入口温度；
监测上述催化剂在上述冷起动期间的出口温度；
根据上述入口温度和上述出口温度计算温度差；
根据上述温度差和第一预定温度门槛值发出PASS状态和FAIL状态中之一种；和
根据上述的PASS状态和FAIL状态确定上述废气处理系统是否有故障；
计算上述催化剂在正常运行作业过程中的平均温度，所述平均温度为入口温度和出口温度的平均值，当在预定时间内所述平均值大于第二预定温度门槛值时，推迟下一次冷起动的诊断。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，还包含如下步骤：
确定是否具备与上述发动机相关的冷起动条件；
监测上述废气在上述冷起动过程中的入口温度，并产生一温度值；和
监测上述废气在上述冷起动过程中的出口温度，并产生一温度值。
13.根据权利要求11的方法，其特征在于，在一段预定的时间周期内监测上述的出口温度。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，上述的预定时间周期包括起动时间值和停机时间值。
15.根据权利要求12的方法，其特征在于，还包含忽略在上述时间周期之外产生的上述出口温度。
16.根据权利要求12的方法，其特征在于，还包含如下步骤：
如果在上述时间周期内上述的出口温度比上述的入口温度高出上述第一预定温度门槛值，便显示上述废气处理系统的PASS状态；和
如果在上述时间周期内上述的出口温度不比上述的入口温度高出上述的第一预定温度门槛值，便显示上述废气处理系统的FAIL状态。
17.根据权利要求11的方法，其特征在于，上述的入口温度以上述催化剂的入口床温度为基准。
18.根据权利要求11的方法，其特征在于，上述的出口温度以上述催化剂的出口床温度为基准。
19.根据权利要求11的方法，其特征在于，上述的入口温度以上述催化剂的入口处的废气温度为基准。
20.根据权利要求11的方法，其特征在于，上述的出口温度以上述催化剂的出口处的废气温度为基准。
21.根据权利要求11的方法，其特征在于，上述的第一预定温度门槛值包括一个高于上述出口温度一个预定温度值的温度。
22.根据权利要求11的方法，其特征在于，上述的发动机工作状态包括发动机旋转、发动机进气温度和发动机的温度。
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