CN109931129A - 用于监测内燃机的排气后处理***的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃机的排气后处理***，包括选择性催化还原(SCR)设备、设置成将还原剂注入到SCR设备上游的排气管中的注入***。单个氨传感器设置成监测SCR设备下游的排放气体供应流。控制器与单个氨传感器和内燃机通信并操作性地连接到注入***。控制器包括指令集，该指令集可执行以经由单个氨传感器监测SCR设备下游的排放气体供应流中的氨量，并基于SCR设备下游的排放气体供应流中的氨量确定SCR设备的NOx效率。基于NOx效率检测SCR设备中的故障。

Description

用于监测内燃机的排气后处理***的方法和装置
引言
内燃机流体地联接到排气后处理***，排气后处理***净化作为燃烧副产物产生的排放气体。燃烧副产物可以包括未燃烧的碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物(通常称为NOx分子)和颗粒物质。排气后处理***可以包括氧化催化剂、还原催化剂、选择性催化还原催化剂和颗粒过滤器。选择性催化还原催化剂可以使用用于将NOx分子还原成元素氮的还原剂。还原剂在作为NOx还原的一部分被消耗之前可以储存在表面上或以其他方式捕集在选择性催化还原催化剂中。
发明内容
描述了一种用于内燃机的排气后处理***，并且该排气后处理***包括流体地联接到内燃机的排气管的选择性催化还原(SCR)设备和设置成将还原剂注入到SCR设备上游的排气管中的注入***。单个氨传感器设置成监测SCR设备下游的排放气体供应流。控制器与单个氨传感器和内燃机通信并操作性地连接到注入***。控制器包括指令集，该指令集可执行以经由单个氨传感器监测SCR设备下游的排放气体供应流中的氨量，并基于SCR设备下游的排放气体供应流中的氨量确定SCR设备的NOx效率。基于NOx效率检测SCR设备中的故障。
本发明的一方面包括控制器，该控制器包括指令集，该指令集可执行以命令注入***将还原剂注入到SCR设备上游的排气管中，并且经由单个氨传感器监测SCR设备下游的排放气体供应流中的氨量。基于SCR设备下游的排放气体供应流中的氨量确定与SCR设备的排放性能相关的参数，并且基于与排放性能相关的参数确定SCR设备中的故障。
本发明的另一方面包括指令集，该指令集可执行以累计由单个氨传感器监测的SCR设备下游的排放气体供应流中的氨量。
本发明的另一方面包括可运行以执行催化剂故障模型的指令集，其中催化剂故障模型在SCR设备劣化到与故障阈值相关联的水平时确定来自SCR设备的预期氨输出。将SCR设备劣化到与故障阈值相关联的水平时从催化剂故障模型导出的来自SCR设备的预期氨输出进行累计，并且将排放气体供应流中的累计氨量与从催化剂故障模型导出的来自SCR设备的累计预期氨输出进行比较。当排放气体供应流中的累计氨量大于从催化剂故障模型导出的来自SCR设备的累计预期氨输出时，检测SCR设备中的故障。
本发明的另一方面包括开发催化剂故障模型，其中SCR设备具有处于与NOx转化效率相关的阈值水平的氨存储容量，NOx转化效率与最大可允许NOx排放水平相关。
本发明的另一方面包括指令集，该指令集可执行以监测发动机运行，从而确定发动机输出NOx速率，基于对注入***注入还原剂的命令确定还原剂流量，并基于所命令的还原剂流量、发动机输出NOx速率和来自氨传感器的输出信号确定SCR设备的氨覆盖率和氨存储容量。
本发明的另一方面包括指令集，该指令集可执行以将SCR设备的估计氨存储容量与阈值氨存储容量进行比较，并且当SCR设备的估计氨覆盖率和氨存储容量小于阈值氨存储容量时，检测SCR设备中的故障。
本发明的另一方面包括指令集，该指令集包括卡尔曼过滤器，卡尔曼过滤器被配置为基于所命令的还原剂流量、发动机输出NOx速率和来自氨传感器的输出信号生成氨覆盖率和氨存储容量的估计。
本发明的另一方面包括指令集，该指令集可执行以确定SCR设备中消耗的氨量，并基于SCR设备中消耗的氨量确定SCR设备中还原的实际NOx量。
本发明的另一方面包括指令集，该指令集可执行以在SCR设备在故障状态下操作时确定SCR设备中还原的故障相关NOx量，并且比较故障相关NOx量和SCR设备中还原的实际NOx量。
本发明的一方面包括指令集，该指令集进一步可执行以监测发动机运行，基于所监测的发动机运行确定发动机输出NOx排放，并基于发动机输出NOx排放和SCR设备下游的排放气体供应流中的氨量确定SCR设备的NOx效率。
本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从以下对结合附图考虑的一些最佳模式和用于实现如所附权利要求中限定的本教导的其他实施例的详细描述中显而易见。
附图说明
现在将参考附图通过示例描述一个或多个实施例，附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的内燃机，该内燃机流体地联接至由选择性催化还原(SCR)设备组成的排气后处理***；
图2示意性地示出了根据本发明的用于监测以检测参数变化的例程，该参数与关于SCR设备实施例的操作的排放性能劣化相关，其中监测基于时间累计的氨泄漏；
图3示意性地示出了根据本发明的用于监测以检测参数变化的例程，该参数与关于SCR设备实施例的操作的排放性能劣化相关，其中监测基于状态空间模型和卡尔曼过滤器的执行；以及
图4示意性地示出了根据本发明的用于监测以检测参数变化的例程，该参数与关于SCR设备实施例的操作的排放性能劣化相关，其中监测基于质量平衡关系式。
应当理解，附图不一定按比例绘制，并且呈现如本文所公开的本发明的各个优选特征的略简化图示，包括例如具体的尺寸、取向、位置和形状。与这些特征相关的细节将部分地由特定的预期应用和使用环境确定。
具体实施方式
如本文所描述和示出的，所公开实施例的各部件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下详细描述并非旨在限制所要求保护的本发明的范围，而是仅代表其可能的实施例。另外，尽管在以下描述中阐述了许多具体细节以便提供对本文所公开实施例的透彻理解，但是一些实施例可以在没有这些细节中的一些的情况下实施。此外，为了清楚起见，没有详细描述相关领域中理解的某些技术材料，以避免不必要地模糊本发明。此外，如本文所示出和所描述的，本发明可以在缺少本文未具体公开的元件的情况下实施。如本文所使用的，术语“上游”和相关术语是指相对于指示位置朝向流动流的起源的元件，并且术语“下游”和相关术语是指相对于指示位置远离流动流的起源的元件。
参考附图，其中相同的附图标记在若干附图中对应于相同或相似的部件。与本文公开的实施例一致，图1示意性地示出了内燃机(发动机)10，其经由排气管12流体地联接到排气后处理***14。发动机10是多缸内燃机，其燃烧直接喷射燃料、进气和再循环排放气体的混合物以产生机械动力。发动机10被配置为如图所示的压缩点火发动机，但是本文描述的概念可以应用在采用本文所述的排气后处理***14的实施例的其他发动机配置上。发动机10可以应用在地面车辆上，例如客车、卡车、农用车辆或建筑车辆，应用在海上车辆上，或应用在例如联接到发电机的固定设施中。
发动机10可以包括多缸发动机缸体、用于将进气引导至气缸的进气歧管，以及用于夹带排放气体以通过排气管12引导至排气后处理***14的排气歧管。其他未示出的发动机部件和***包括活塞、曲轴、发动机缸盖、进气阀、排气阀、凸轮轴和可变凸轮相位器(如果采用)。发动机10优选地以重复执行进气-压缩-燃烧-排气冲程的四冲程燃烧循环运行。发动机10可以包括排放气体再循环(EGR)***，其将排放气体从排气歧管流体地引导到进气歧管。
发动机控制器20配置成监测各种感测设备并执行控制例程以命令各个致动器响应于操作者命令来控制发动机10的运行。可以从各种操作者输入设备(包括例如加速器踏板和制动踏板)确定操作者命令。发动机控制器20配置为与人机交互(HMI)设备25通信以实现与车辆操作者的通信。在一个实施例中，HMI设备25可以作为仪表板灯执行。HMI设备25提供人/机交互，包括向操作者提供信息，包括车辆***的状态、服务和维修信息。
排气后处理***14包括多个流体连接的排气净化设备，用于在排出到环境空气之前净化发动机排放气体。排气净化设备可以是配置成氧化、还原、过滤和/或以其他方式处理排放气体供应流的成分的任何设备，这些成分包括但不限于碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物(NOx)和颗粒物质。在所示的实施例中，部署有单个排气净化设备，并且其被配置为选择性催化还原(SCR)设备16。可以采用其他排气净化设备，包括例如用于氧化排放气体供应流中的碳氢化合物和其他成分的氧化催化剂和/或颗粒过滤器。
包括注入喷嘴的还原剂输送***15可以相对于SCR设备16定位在上游，并且操作性地连接到控制器20，以将还原剂可控地供应到排放气体供应流中，从而促进SCR设备16中的NOx还原。在一个实施例中，SCR设备16可以是基于尿素的设备，并且注入的还原剂可以是尿素。如本领域技术人员所理解的，尿素可以转化为氨(NH3)，其可以储存在SCR设备16的基材上，并且可以与NOx分子反应并还原NOx分子，以形成元素氮(N2)和其他惰性气体。
在一个实施例中，SCR设备16包括具有流动通道的陶瓷或金属基材，所述流动通道涂覆有合适的材料，作为非限制性实例，包括铂族金属，诸如铂、钯和/或铑；其他金属，诸如铜；铈；和其他材料。在与温度、流量、空气/燃料比等有关的某些条件下，涂覆的材料进行化学反应，以氧化、还原、过滤或以其他方式处理排放气体供应流的成分。可以在本发明的范围内采用排气后处理***14的各元件的各种布置，这样的布置包括添加其他排气净化设备和/或省略一个或多个排气净化设备，这取决于具体应用的要求。
用于监测排气后处理***14的排气净化设备的传感器包括氨传感器18，其被部署成监测SCR设备16下游的排放气体供应流。在一个实施例中，在SCR设备16上游的排气后处理***14中没有部署排放气体监测传感器。一个或多个排放气体传感器或温度传感器可以设置在SCR设备16的下游。
发动机控制包括控制各种发动机运行参数，包括控制优选的发动机控制状态以通过化学反应过程使各种排放气体成分最小化，作为非限制性示例，所述化学反应过程包括氧化、还原、过滤和选择性还原。
术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元中的任何一种或各种组合，例如，微处理器以及存储器和存储设备形式的相关非暂时性存储元件(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)。非暂时性存储元件能够存储一个或多个软件或固件程序或例程形式的机器可读指令、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、信号调节和缓冲电路存储、以及可通过一个或多个处理器访问以提供所描述功能的其他元件。输入/输出电路和设备包括模拟/数字转换器和监测来自传感器的输入的相关设备，这些输入以预设的采样频率或响应于触发事件被监测。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语表示任何控制器可执行指令集，包括校准和查找表。每个控制器执行控制例程以提供所需的功能，包括监测来自感测设备和其他联网控制器的输入以及执行控制和诊断指令以控制致动器的操作。例程可以以规则的间隔(例如在进行操作期间每100微秒)执行。替代地，例程可以响应于触发事件的发生来执行。控制器之间的通信以及控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以利用直接有线点对点链路、联网通信总线链路、无线链路或任何其他合适的通信链路来实现。通信包括以任何合适的形式交换数据信号，包括例如经由传导介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等。数据信号可以包括表示来自传感器的输入、致动器命令和控制器之间的通信的离散信号、模拟信号或数字化模拟信号。术语“信号”指的是传达信息的任何物理上可辨别的指示符，并且可以是能够通过介质传播的任何合适的波形(例如，电、光、磁、机械或电磁)，诸如DC、AC、正弦波、三角波、正方形波、振动等。术语“模型”指的是基于处理器或处理器可执行的代码以及模拟设备或物理过程的物理存在的相关校准。如本文所使用的，术语“动态”和“动态地”描述了实时地执行并且可以包括监测或以其他方式确定参数的状态并在例程的执行期间或在例程的迭代执行之间更新参数的状态的步骤或过程。
术语“校准(名词)”、“校准(动词)”和相关术语指的是将与设备相关的实际或标准测量与感知或观察到的测量或命令位置进行比较的结果或过程。如本文所述的校准可以简化为以阵列、多个可执行等式的形式或其他合适形式的可存储参数表。参数被定义为可测量的量，其表示利用一个或多个传感器和/或物理模型可辨别的设备或其他元件的物理特性。参数可以具有离散值，例如“1”或“0”，或者可以是无限可变的值。
本文描述的概念涉及一种用于监测SCR设备16的实施例的方法，以检测可能与SCR设备16的劣化相关的排放性能降低的发生。基于NOx还原和/或氨存储容量的估计来评估排放性能，其中仅采用设置在SCR设备16下游的氨传感器18来实现监测，而不采用SCR设备16上游的另一感测设备，其将以其他方式提供测量参数，以便与来自下游氨传感器18的监测参数进行比较。这样，可以在SCR设备16上游没有设置排放气体监测传感器的情况下实施排气后处理***14。相反，采用动态执行的基于物理的模型来评估排放气体供应流的上游部分和SCR设备16。采用监测和相关建模的结果来检测指示SCR设备16的劣化的参数的变化。该方法用于监测以检测与有关SCR设备16操作的排放性能的劣化相关的参数的变化，可以有利地在控制器20中执行，作为算法代码、校准和其他元件。基于SCR设备16下游的排放气体供应流中的氨量来确定与SCR设备16的NOx效率相关的参数。可以基于NOx效率来确定与SCR设备16相关的故障。氨存储容量的减少与SCR设备16中的NOx效率的降低相关。因此，可以采用来自下游氨传感器18的信号输入来监测SCR设备16并检测相关故障的发生。当检测到发生与SCR设备16相关的故障时，它可以由控制器20传送到HMI设备25，HMI设备用来通知车辆操作者需要发动机服务。
图2示意性地示出了用于监测以检测与有关SCR设备16实施例的操作的排放性能劣化相关的参数的变化的第一例程100，其中仅采用设置在SCR设备16下游的氨传感器18来实现监测，并且其中采用动态执行的基于物理的模型来评估排放气体供应流的上游部分和SCR设备16。采用单个氨传感器18来确定SCR设备16下游的排放气体供应流中的氨量，并且基于氨量来确定SCR设备16的NOx效率。可以基于氨存储容量的减少来确定SCR设备16中的故障，氨存储容量的减少导致NOx转化效率的相应降低。
在内燃机10运行期间，将还原剂注入***以命令的还原剂流量105注入还原剂，并且氨传感器18产生与SCR设备16下游的排放气体供应流中的氨量相关的氨信号118。将氨信号118输入到第一积分器120，第一积分器采用移动平均积分方法或其他积分方法产生第一积分项125，即∫y。
同时，将用于还原剂注入***15的发动机运行参数和控制参数提供给催化剂故障模型110。用于还原剂注入***15的控制参数包括命令的还原剂流量105。催化剂故障模型110预测当SCR设备16已经劣化到与故障阈值相关的水平时来自SCR设备16的预期氨输出115。将预期氨输出115输入到第二积分器130，第二积分器采用移动平均积分方法或其他积分方法产生第二积分项135，即优选地，第一积分器120和第二积分器130采用相同的积分方法。比较器140评估第一积分项125和第二积分项135，并产生指示是否发生故障的输出145。当基于测量的氨信号118的第一积分项125大于考虑到模拟的劣化和注入的还原剂量与催化剂故障模型110相关的第二积分项135时，输出145指示发生与SCR设备16相关的故障。
催化剂故障模型110基于标称催化剂模型，该标称催化剂模型可以以等式1表示如下。
术语包括如下：
其表示进入SCR设备的发动机输出NOx流量；
其表示出自SCR设备的NOx流量；
θ，其表示氨覆盖率；
Θ，其表示氨存储容量；
F，其表示排放气体供应流的体积流量；
其表示出自SCR设备的氨泄漏；
其表示注入SCR设备中的氨流量；
V，其表示SCR设备的体积；
其表示氨分子量；
其表示NOx分子量；
其为NH3(氨)流量(g/s)；其为NOx流量(g/s)；并且其为氨覆盖率的时间变化率。其他模型参数包括：rRED，其为NOx还原率；rADS，其为NOx吸附率；rDES，其为NH3解吸率；以及rOXY，其为氨氧化率。基于催化剂温度、气体常数和活化能确定模型参数。
催化剂故障模型110可以以等式2表示如下：
与等式2相关的术语包括与等式1中所采用的那些术语共同的术语以及与催化剂故障模型110相关的以下术语。其他术语包括ΘOBD，其表示降低到阈值水平的氨存储容量，该阈值水平由于NOx转化效率的相应降低而指示故障。在一个实施例中，NOx转化效率的阈值降低与NOx排放增加至最大允许NOx排放水平相关，该最大允许NOx排放水平是规定的NOx排放标准的1.5倍。
图3示意性地示出了用于监测以检测与有关SCR设备16实施例的操作的排放性能恶化相关的参数的变化的第二例程200，其中仅采用设置在SCR设备16下游的氨传感器18来实现监测，并且其中采用动态执行的基于物理的模型来评估排放气体供应流的上游部分和SCR设备16。采用单个氨传感器18来确定SCR设备16下游的排放气体供应流中的氨量，并且基于氨量来确定SCR设备16的NOx效率。同样，可以基于氨存储容量的减少来确定SCR设备16中的故障，氨存储容量的减少导致NOx转化效率的相应降低。
第二例程200包括氨存储状态-空间模型210、扩展卡尔曼过滤器220和估计器230，其中扩展卡尔曼过滤器220被构造为估计SCR设备16的NH3存储容量。
对氨存储状态-空间模型210和扩展卡尔曼过滤器220的输入包括命令的还原剂流量205和发动机输出NOx率202，发动机输出NOx率可以基于发动机运行模型估计或以其他方式确定。氨信号118从氨传感器18输出，即ysen，并且与SCR设备16下游的排放气体供应流中的氨量相关。
第二例程200定义了二阶SCR模型，该二阶SCR模型由等式3和4定义。等式3描述了氨覆盖率关系，并且等式4描述了离散的氨存储容量等式，假设存储容量缓慢地变化。可以采用等式3和4来计算采样时间k时的催化剂NOx转化效率和NH3转化效率其可以分别用来预测SCR出口NOx和NH2泄漏y1(k)和y2(k)。这些值用于更新二阶SCR模型，然后再次执行卡尔曼过滤器估计以估计SCR设备16的氨覆盖率和氨存储容量卡尔曼过滤器被配置为估计氨存储容量Θ的老化，以便在氨存储容量Θ在容量上减少到故障阈值容量ΘOBD(即，)时检测催化剂故障。
氨存储状态-空间模型210可以以等式3和4表示如下，其中可以执行等式3以确定氨覆盖率，如下所示。
等式4描述了最大氨存储容量关系，如下所述，假设存储容量缓慢地变化。
Θ(k+1)＝Θ(k) [4]
提供观察者等式以确定来自氨传感器18的预期输出(ysen)，如下等式5所示。
与等式3、4和5相关的术语包括与先前定义的那些术语共同的术语以及以下术语：
θ，其表示氨覆盖率；
Θ，其表示氨存储容量；
其表示NOx转化效率的估计值；
其表示氨转化效率的估计值；
u1，其表示发动机输出NOx排放，即，进入SCR 16的NOx流的量；
u2，其表示命令的还原剂流量205；
Q，其表示进入SCR设备16的排气流的空间速度；
k，其表示与当前迭代相关的采样时间；以及
k+1，其表示与下一次迭代相关的采样时间。
基于等式3、4和5，标准的线性时间变化卡尔曼过滤器可用于分别估算氨覆盖率和最大氨存储容量，θ和Θ。扩展卡尔曼过滤器220基于包括命令的还原剂流量205、发动机输出NOx率202和从氨传感器18输出的氨信号118(即ysen)的输入产生用于氨覆盖率和氨存储容量的估计。扩展卡尔曼过滤器220由一组数学等式组成，这些数学等式实现预测器-校正器类型的估计器，其在满足某些条件时最小化估计的误差协方差的意义上是最优的。
将用于氨估计比率和氨存储容量的估计输入到估计器230，估计器可以确定用于氨转化效率和NOx转化效率的估计值，如下等式6所示。
与等式6相关的术语包括与先前定义的那些术语共同的术语以及以下术语：
其表示估计的氨覆盖率；以及
其表示估计的氨存储容量。
将用于氨转化效率和NOx转化效率的估计值提供给氨存储状态-空间模型210并在等式3、4和5中使用以确定可以评估的氨存储容量Θ的值。当估计的氨存储容量Θ降低到小于或等于ΘOBD的水平时，可以指示故障。同样，ΘOBD项表示氨存储容量已经降低到阈值水平，该阈值水平由于NOx转化效率的相应降低而指示与SCR设备16相关的故障。在一个实施例中，NOx转化效率的阈值降低与NOx排放增加至最大允许NOx排放水平相关，该最大允许NOx排放水平是规定的NOx排放标准的1.5倍。
图4示意性地示出了用于监测以检测与有关SCR设备16实施例的操作的排放性能恶化相关的参数的变化的第三例程300，其中仅采用设置在SCR设备16下游的氨传感器18来实现监测，并且其中采用动态执行的基于物理的模型来评估排放气体供应流的上游部分和SCR设备16。采用单个氨传感器18来确定SCR设备16下游的排放气体供应流中的氨量，并且基于氨量来确定SCR设备16的NOx效率。同样，可以基于氨存储容量的减少来确定SCR设备16中的故障，氨存储容量的减少导致NOx转化效率的相应降低。
第三例程300包括监测操作和执行质量平衡等式以确定消耗的(即还原为元素氮和其他元素)的NOx量是否表示SCR设备16根据规格起作用。质量平衡等式的基础是NOx消耗与氨消耗之间存在相关性。一个控制假设是在NOx还原过程中1摩尔的NOx消耗1摩尔的NH3。因此，通过表示消耗的NH3量的质量平衡等式进行的确定直接转化为确定已经还原的NOx量。这种操作的细节包括如下。
第一步骤包括确定在当前条件下操作期间消耗的实际NOx量NOxconsumed|actual，其中SCR设备16在其实际未知状态下操作，采用质量平衡等式，如下等式7所示。
NOxconsumed|actual＝θiniΩ+∑NH3inj-θendΩ-∑NH3slip-∑rOXYθ [7]
与等式7相关的术语包括与先前定义的那些术语共同的术语以及以下术语：
θini，其表示测试开始时的初始氨覆盖率；
θend，其表示测试结束时的最终氨覆盖率；
θ，其表示氨覆盖率；
NH3inj，其表示从还原剂输送***15注入以促进SCR设备16中的NOx还原的氨量；
NH3slip，其表示从氨传感器18输出的氨信号118的输入导出的预测NH3泄漏，并且与SCR设备16下游的排放气体供应流中的氨量相关；
Θ，其表示氨存储容量。
第二步骤与第一步骤同时执行，并且包括确定在当前条件下操作期间消耗的故障相关的NOx量(NOxconsumed|fault)，其中SCR设备16在故障状态下操作，也采用类似于等式7的质量平衡等式，如下等式8所示(320)。
与等式8相关的术语包括与先前定义的那些术语共同的术语以及以下术语：
其表示测试开始时的初始氨覆盖率；
其表示测试结束时的最终氨覆盖率；
θobd，其表示氨覆盖率；
NH3inj，其表示从还原剂输送***15注入以促进SCR设备16中的NOx还原的氨量；
NH3slip，其表示来自等式2的SCR故障模型的预测NH3泄漏；以及
ΘOBD，其表示降低到如之前在等式2中定义的OBD阈值水平的氨存储容量。
将SCR设备16在其实际未知状态下操作的当前条件下操作期间消耗的实际NOx量NOxconsumed|actual与SCR设备16在故障状态下操作的当前条件下操作期间消耗的预测故障相关的NOx量(NOxconsumed|fault)进行比较(330)。
当SCR设备16在其实际未知状态下操作的当前条件下操作期间消耗的实际NOx量NOxconsumed|actual大于SCR设备16在故障状态下操作的当前条件下操作期间消耗的预测故障相关的NOx量(NOxconsumed|fault)(1)时，表示没有故障(340)。
当SCR设备16在其实际未知状态下操作的当前条件下操作期间消耗的实际NOx量NOxconsumed|actual小于或等于SCR设备16在故障状态下操作的当前条件下操作期间消耗的预测故障相关的NOx量(NOxconsumed|fault)(0)时，表示由于NOx转换效率的相应降低而导致与SCR设备16相关的故障(350)。在一个实施例中，NOx转化效率的阈值降低与NOx排放增加至最大允许NOx排放水平相关，该最大允许NOx排放水平是规定的NOx排放标准的1.5倍。
流程图中的流程和框图示出了根据本发明的各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示代码的模块、片段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，框图和/或流程图中的每个框以及框图和/或流程图中的各框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的***、或专用硬件和计算机指令的组合来实现。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指示控制器或其他可编程数据处理装置以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括指令的制品以实现流程图和/或框图框中指定的功能/动作。
详细描述和附图或视图是对本教导的支持和描述，但是本教导的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行本教导的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用于内燃机的排气后处理***，包括：
选择性催化还原(SCR)设备，其流体地联接到所述内燃机的排气管；
注入***，其设置成将还原剂注入到所述选择性催化还原设备上游的所述排气管中；
单个氨传感器，其设置成监测所述选择性催化还原设备下游的排放气体供应流；
控制器，其与所述单个氨传感器和所述内燃机通信并操作性地连接到所述注入***，所述控制器包括指令集，所述指令集能够执行以下各项：
命令所述注入***将还原剂注入到所述选择性催化还原设备上游的所述排气管中，
经由所述单个氨传感器监测所述选择性催化还原设备下游的所述排放气体供应流中的氨量，
基于所述选择性催化还原设备下游的所述排放气体供应流中的氨量确定与所述选择性催化还原设备的排放性能相关的参数，以及
基于与所述排放性能相关的所述参数检测所述选择性催化还原设备中的故障。
2.根据权利要求1所述的排气后处理***，其中，能够执行以基于所述选择性催化还原设备下游的所述排放气体供应流中的氨量确定与所述选择性催化还原设备的排放性能相关的参数的所述指令集，包括能够执行以下项的指令集：
累计由所述单个氨传感器监测的所述选择性催化还原设备下游的所述排放气体供应流中的氨量。
3.根据权利要求2所述的排气后处理***，其中，能够执行以基于与所述排放性能相关的所述参数检测所述选择性催化还原设备中的故障的所述指令集，包括能够执行以下各项的指令集：
执行催化剂故障模型，其中所述催化剂故障模型在所述选择性催化还原设备劣化到与故障阈值相关联的水平时确定来自所述选择性催化还原设备的预期氨输出，
将所述选择性催化还原设备劣化到与所述故障阈值相关联的水平时从所述催化剂故障模型导出的来自所述选择性催化还原设备的所述预期氨输出进行累计，
将所述排放气体供应流中的累计氨量与从所述催化剂故障模型导出的来自所述选择性催化还原设备的累计预期氨输出进行比较，以及
当所述排放气体供应流中的累计氨量大于从所述催化剂故障模型导出的来自所述选择性催化还原设备的累计预期氨输出时，检测所述选择性催化还原设备中的故障。
4.根据权利要求3所述的排气后处理***，其中，在所述选择性催化还原设备劣化到与故障阈值相关联的水平时确定来自所述选择性催化还原设备的预期氨输出的所述催化剂故障模型，包括所述选择性催化还原设备具有处于与NOx转化效率相关的阈值水平的氨存储容量时开发的催化剂故障模型，其中NOx转化效率与最大可允许NOx排放水平相关。
5.根据权利要求1所述的排气后处理***，其中，能够执行以基于所述选择性催化还原设备下游的所述排放气体供应流中的氨量确定与所述选择性催化还原设备的排放性能相关的参数的所述指令集，包括能够执行以下各项的指令集：
监测发动机运行，以确定发动机输出NOx速率，
基于对所述注入***注入还原剂的命令确定还原剂流量，以及
基于所命令的还原剂流量、所述发动机输出NOx速率和来自所述单个氨传感器的与所述选择性催化还原设备下游的所述排放气体供应流中的氨量相关的信号确定所述选择性催化还原设备的氨覆盖率和氨存储容量。
6.根据权利要求5所述的排气后处理***，其中，能够执行以基于与所述排放性能相关的所述参数检测所述选择性催化还原设备中的故障的所述指令集，包括能够执行以下各项的指令集：
将所述选择性催化还原设备的所述氨存储容量与阈值氨存储容量进行比较；以及
当所述选择性催化还原设备的所述氨存储容量小于所述阈值氨存储容量时，检测所述选择性催化还原设备中的故障。
7.根据权利要求5所述的排气后处理***，其中，能够执行以基于所命令的还原剂流量、所述发动机输出NOx速率和来自所述单个氨传感器的信号确定所述选择性催化还原设备的氨覆盖率和氨存储容量的所述指令集，包括包含卡尔曼过滤器的指令集，所述卡尔曼过滤器被配置为基于所命令的还原剂流量、所述发动机输出NOx速率和来自所述单个氨传感器的信号生成所述氨覆盖率和所述氨存储容量的估计。
8.根据权利要求1所述的排气后处理***，其中，能够执行以基于所述选择性催化还原设备下游的所述排放气体供应流中的氨量确定与所述选择性催化还原设备的排放性能相关的参数的所述指令集，包括能够执行以下各项的指令集：
确定所述选择性催化还原设备中消耗的氨量；以及
基于所述选择性催化还原设备中消耗的氨量，采用质量平衡关系式，确定所述选择性催化还原设备中还原的实际NOx量。
9.根据权利要求1所述的排气后处理***，其中，所述指令集进一步能够执行以下各项：
监测发动机运行；
基于所监测的发动机运行确定发动机输出NOx排放；以及
基于所述发动机输出NOx排放和所述选择性催化还原设备下游的所述排放气体供应流中的氨量确定所述选择性催化还原设备的NOx效率。
10.一种用于监测用于内燃机的排气后处理***的方法，其中，所述排气后处理***包括：选择性催化还原(SCR)设备；设置成将还原剂注入到所述选择性催化还原设备上游的所述排气管中的注入***；以及设置成监测所述选择性催化还原设备下游的排放气体供应流的氨传感器，所述方法包括：
命令所述注入***将还原剂注入到所述选择性催化还原设备上游的所述排气管中；
经由所述单个氨传感器监测所述选择性催化还原设备下游的所述排放气体供应流中的氨量；
基于所述选择性催化还原设备下游的所述排放气体供应流中的氨量确定与所述选择性催化还原设备的排放性能相关的参数；以及
基于与所述排放性能相关的所述参数检测所述选择性催化还原设备中的故障。
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