CN114183224A - 用于排气后处理***的方法和*** - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“用于排气后处理***的方法和***”。描述了用于对排气后处理***执行诊断的***和方法。确定进入发动机的排气***的一部分的气体进入参数。响应于确定气体进入参数小于预定阈值，确定排气中的NH3水平。响应于确定NH3水平高于阈值，指示排气后处理***的微粒过滤器的劣化。

Description

用于排气后处理***的方法和***
技术领域
本公开涉及用于排气后处理***的诊断方法和***，并且具体地但不排他地涉及在发动机倒拖(engine overrun)状况期间使用NOx传感器来确定后处理***的劣化。
背景技术
为了使车辆满足排放法规，由车辆的发动机产生的排气在它们被释放到环境之前通常要经过清洁过程。清洁过程可以由排气后处理***执行，所述排气后处理***可以包括一个或多个部件，诸如柴油微粒过滤器(DPF)、柴油氧化催化器(DOC)和选择性催化剂还原(SCR)模块，和/或氨泄漏催化器(ammonia slip catalyst，ASC)。然而，这些部件的效率可能会随着时间的推移而降低，例如当它们被微粒物质(诸如烟粒)堵塞时效率降低。在一些情况下，可以使用位于部件下游的专用传感器来测量后处理部件的效率。例如，可以使用位于DPF下游的专用烟粒传感器来测量DPF的效率。然而，期望消除对这种专用传感器的需要。
发明内容
本文提供了用于监测排气后处理***的部件的工况的***和方法。
根据本公开的第一方面，提供了一种用于排气后处理***的方法，例如诊断方法。例如，所述方法可以用于确定所述排气后处理***的一个或多个部件的操作效率。所述方法包括以下步骤：确定进入发动机的排气***的一部分(例如，进入所述排气后处理***上游的排气的一部分)中的气体进入参数。所述方法包括以下步骤：响应于确定所述气体进入参数小于所述预定气体进入参数阈值而确定所述排气中的NH3水平。所述方法包括响应于确定所述NH3水平高于NH3阈值而指示所述排气后处理***的微粒过滤器的劣化。
在一些示例中，例如当气体进入所述排气***时，所述气体进入参数可以基于所述排气***中的气体成分。例如，气体进入参数可以基于排气中的NOx或任何其他适当类型的气体的量和/或比例。另外或替代地，气体进入参数可以基于排气后处理***所联接的发动机的操作状态。例如，气体进入参数可以基于发动机的输出扭矩。在一些工况中，发动机的输出扭矩可以确定排气中的NOx的量和/或比例。另外或替代地，气体进入参数可以基于装配有排气后处理***的车辆的操作状态。例如，气体进入参数可以基于从车辆的控制模块接收的一个或多个信号。
在一些示例中，将气体进入参数与气体进入参数的预定阈值进行比较。气体进入参数的预定阈值可以存储在存储器中，例如存储在车辆的控制模块的存储器中。气体进入参数的预定阈值可以存储在查找表中。气体进入参数的预定阈值可以取决于后处理***和/或装配有后处理***的车辆的工况和/或环境而变化。例如，气体进入参数的预定阈值可以取决于后处理***的状况和/或装配有后处理***的车辆的状况。
在一些示例中，响应于确定气体进入参数小于预定阈值，将例如呈尿素水溶液形式的氨(NH3)喷射到排气***中。NH3可以在排气后处理***中的微粒过滤器上游的位置处喷射。例如，可以使用后处理***的第一SCR罐的SCR喷射器喷射NH3。
在一些示例中，响应于确定气体进入参数小于预定阈值，使排气再循环通过排气***。例如，控制模块可以使气体流量阀例如响应于将尿素喷射到***中而将排气转移到排气再循环***中。可以使尿素的喷射和气体的再循环大致同时发生。
在一些示例中，响应于确定NH3水平高于NH3阈值，可以发起、改变或调整发动机操作模式。例如，在NH3水平高于NH3阈值的情况下，控制模块可以使发动机以其中产生较少微粒物质的模式操作。
预定NH3阈值可以存储在存储器中，例如存储在车辆的控制模块的存储器中。预定NH3阈值可以存储在查找表中。预定NH3阈值可以取决于后处理***和/或装配有后处理***的车辆的工况和/或环境而变化。例如，预定NH3阈值可以取决于后处理***的状况和/或装配有后处理***的车辆的状况。
在一些示例中，可以监测预定时段内的气体进入参数。在一些示例中，当例如仅当气体进入参数小于预定阈值持续超过预定时段时，可以喷射NH3。在一些示例中，当例如仅当气体进入参数小于预定阈值持续超过预定时段时，使排气再循环。
在一些示例中，可以对若干循环中所确定的NH3水平进行积分。例如，所述方法可以包括运行包括上述步骤中的一者或多者的诊断循环k次，其中k是取决于后处理***的工况而选择的数量。例如，在后处理***相对较新的情况下，所确定的NH3水平被积分的循环次数可以较少，例如3个循环。然而，在后处理***相对较旧的情况下，所确定的NH3水平被积分的循环次数可以较多，例如10个循环。
根据本公开的第二方面，提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括使发动机的控制模块和/或车辆的控制模块执行上述方法步骤中的至少一者的指令。
根据本公开的第三方面，提供了一种存储上述计算机程序的非暂时性计算机可读介质或承载上述计算机程序的数据载波信号。
根据本公开的第四方面，提供了一种控制模块，所述控制模块被配置为执行上述方法步骤中的至少一者。
根据本公开的第五方面，提供了一种诊断***，所述诊断***包括排气后处理***和控制模块，所述排气后处理***具有微粒过滤器和至少一个传感器，诸如NOx传感器。所述控制模块被配置为确定进入发动机的排气***的一部分的气体进入参数。所述控制模块被配置为响应于确定气体进入参数小于预定阈值而使用传感器确定排气中的NH3水平。所述控制模块被配置为响应于确定NH3水平高于阈值而指示排气后处理***的微粒过滤器的劣化。
在一些示例中，所述***包括排气再循环***和喷射器。控制模块可以被配置为响应于确定气体进入参数小于预定阈值而将NH3喷射到排气后处理***中。控制模块可以被配置为响应于确定气体进入参数小于预定阈值而使排气再循环通过排气再循环***。
在一些示例中，使用NOx传感器来确定排气中的NH3水平。在一些示例中，气体进入参数取决于来自NOx传感器的读数。NOx传感器可以设置在排气后处理***中的微粒过滤器上游的位置处。NOx传感器可以是后处理***的第一SCR罐的进给气体NOx传感器。第二NOx传感器可以设置在微粒过滤器的下游，例如设置在微粒过滤器与排气再循环***的流量控制阀之间的位置处。
在一些示例中，使用低压排气再循环***将排气再循环。低压排气再循环***的入口可以在排气后处理***的微粒过滤器的下游。
根据本公开的第六方面，提供了一种车辆，所述车辆包括上述诊断***和上述控制模块中的至少一者。
附图说明
在结合附图考虑以下详细描述时，本公开的上述和其他目的和优点将显而易见，其中遍及全文，相同的附图标记指代相同的部分，并且其中：
图1示出了根据本公开的一些实施例的用于排气后处理***的诊断***的示意图；
图2是表示根据本公开的一些实施例的用于排气后处理***的诊断方法的流程图；
图3示出了根据本公开的一些实施例的与处理器通信的示例性机器可读介质。
具体实施方式
图1示出了被配置为对排气后处理***执行诊断的***100，并且图2是表示用于图1所示的排气后处理***的说明性诊断过程200的流程图。尽管以下描述涉及在图2所示的过程200中使用如图1所示的***100，但是应当理解，过程200可以在***100和/或任何其他适当配置的***架构上实施。
***100示出了与发动机(诸如柴油发动机104)一起使用的排气后处理***102(以下称为后处理***)。后处理***102包括串联布置的柴油氧化催化器(DOC)106、柴油微粒过滤器(DPF)108和选择性催化剂还原(SCR)模块110。然而，在此处未示出的其他示例中，另外或替代地，后处理***102可以包括设置在后处理***102中的任何适当位置处的一个或多个其他适当的后处理部件。
后处理***102包括设置在DOC 106与DPF 108之间的SCR喷射器112，使得SCR喷射器112被配置为在DOC 106下游以及DPF 108和SCR模块110上游的位置处将一种或多种试剂(诸如尿素水溶液)输送到后处理***102中。然而，在替代示例(未示出)中，SCR喷射器112(和/或一个或多个其他类似的喷射器)可以设置在后处理***102中的任何适当位置处。SCR喷射器112可操作地连接到计量控制模块114，所述计量控制模块被配置为例如在稀燃发动机工况期间控制通过SCR喷射器112的试剂输送。在图1所示的示例中，计量控制模块114可操作地连接到控制器116，所述控制器被配置为确定发动机104的一个或多个操作参数，使得计量控制模块114和SCR喷射器112根据需要取决于发动机工况将试剂输送到后处理***102中，例如以使得能够降低排气中的NOx水平。
控制器116可以包括：控制电路，所述控制电路包括存储和/或处理电路；以及被配置为与一个或多个其他控制器(诸如计量控制模块114)通信的输入/输出(下文称为“I/O”)路径。如本文所提及的，处理电路应当被理解为表示基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、可编程逻辑装置、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等的电路，并且可以包括多核处理器。在一些实施例中，处理电路可以分布在多个单独的处理器上，例如，多个相同类型的处理器或多个不同的处理器。
在一些实施例中，控制电路和/或处理电路可以被配置为执行用于存储在存储器(例如，存储在控制器116的存储装置中)的应用程序的指令。具体地，应用程序可以指示控制电路执行本文讨论的功能。在一些实施方案中，由控制电路执行的任何动作可以基于从应用程序接收的指令。例如，应用程序可以被实施为可以存储在存储器中并且由控制电路例如响应于车辆部件(诸如后处理***102和/或发动机104)的一个或多个操作参数而执行的软件或一组可执行指令。
可以使用任何合适的架构来实施应用程序。例如，它可以是完全在控制器116上实施的独立应用程序。在这种方法中，可以在本地存储用于应用程序的指令，并且可以(例如从带外馈送、从互联网资源或使用另一种合适的方法)下载供应用程序使用的数据，例如，至少一个参数的一个或多个预定阈值。控制电路可以从存储装置中检索用于应用程序的指令并处理指令以执行本文描述的功能。基于处理后的指令，控制电路可以确定当从一个或多个传感器(例如，发动机传感器或后处理***传感器)接收到输入时要执行何种动作。
在一些示例中，后处理***102可以可操作地联接到排气再循环(EGR)***。在图1所示的示例中，EGR***118是低压(LP)EGR***118。然而，在其他示例中，作为LP EGR***118的补充或替代，后处理***102可以可操作地联接到高压(HP)EGR***118。LP EGR***118包括流量控制阀120，所述流量控制阀例如设置在DPF 108与SCR模块110之间。流量控制阀120可操作地连接到计量控制模块114和控制器116中的至少一者。这样，可以基于发动机104的一个或多个操作参数和/或SCR喷射器112的操作来控制流量控制阀120的操作以及因此通过LP EGR***118的排气的流量。
在图1所示的示例中，后处理***102包括多个传感器，诸如温度传感器122和/或NOx传感器124。在图1所示的示例中，后处理***102包括第一NOx传感器124a(进给气体NOx传感器)和第二NOx传感器124b(中床NOx传感器)。然而，在其他示例(未示出)中，后处理***102可以包括任何其他适当类型的传感器，所述传感器可以与图1所示的传感器组合使用或代替所述传感器使用。尽管图1中未示出，但是后处理***102的传感器中的每一者可以可操作地连接到一个或多个控制器，诸如计量控制模块114和/或控制器116。这样，尽管未在本文公开的过程中使用，但是从传感器输出的信号可以用作用于控制后处理***102的操作的一个或多个过程的输入。具体地，当对后处理***106执行诊断方法(诸如图2所示的过程200)时，来自传感器的输出可以用作控制器116的输入。
在常规***中，通常基于放置在DPF下游的微粒物质传感器的读数来确定DPF的劣化。例如，在其中诸如由于DPF中的物理破裂或破裂引起DPF损坏的情况下，DPF下游的排气中的微粒物质水平将由于DPF损坏而大于正常水平。在此类常规***中，当DPF损坏时，微粒物质传感器检测到微粒物质水平增加。
本公开是有益的，因为它消除了对用于检测DPF的劣化的微粒物质传感器的需要，这降低了后处理***的成本和复杂性。例如，***100可以利用一个或多个现有的NOx传感器124来帮助确定DPF 108的劣化。
参考图2，过程200示出了用于基于排气中的氨水平来确定DPF 108的劣化的示例性方法。
在步骤202处，确定排气进入参数。例如当排气进入后处理***102时，排气进入参数用作对排气成分的指示。在一些示例中，气体进入状况(例如，参数)是基于例如仅基于发动机104的操作状态。例如，控制器116可以被配置为确定发动机104何时在倒拖状况(例如，零扭矩输出)下操作。在这种状况下，排气中的NOx水平将下降到大约0ppm，因为发动机104中没有发生燃烧。另外或替代地，气体进入参数可以基于例如仅基于来自后处理***的一个或多个传感器的读数。例如，排气参数可以基于来自NOx传感器的读数，使得例如不管发动机工况如何都可以直接确定排气中的NOx水平。在一些示例中，后处理***102的一个或多个其他传感器(诸如温度传感器122)可以单独使用或与NOx传感器124结合使用以确定气体进入参数。
在一些示例中，将所确定的气体进入参数与气体进入参数的预定阈值进行比较。例如，在气体进入参数基于发动机104的操作状态的情况下，预定阈值可以是发动机的扭矩输出值，例如大约等于0Nm或小于或等于极低扭矩水平，诸如5Nm。在气体进入参数基于来自后处理***102的一个或多个传感器的读数的情况下，预定阈值可以是后处理***102中的排气中的气体浓度的值，例如，大约等于0ppm的NOx或小于或等于极低NOx浓度，诸如20ppm。
在一些示例中，过程200可以包括确定气体进入参数在预定时段(例如，5s或10s)内是稳定的。例如，过程200可以包括确定气体进入参数保持低于气体进入参数的预定阈值持续一定时间量(例如，5s或10s)，或者在发动机倒拖时段期间保持低于气体进入参数的预定阈值。这样，过程200确保任何排气都已经通过后处理***进行了冲洗。例如，过程200可以包括确定排气中的NOx浓度保持低于阈值(例如，5ppm)达10s的时段。在一些示例中，可以基于后处理***的一个或多个物理参数(诸如气体通过后处理***102的流速)来选择(并调节)用于监测气体进入参数的时段和/气体进入参数的阈值。
在步骤204处，在确定气体进入参数高于气体进入参数的预定阈值的情况下，过程200返回到步骤202。在确定气体进入参数小于(或小于或等于)预定阈值时，过程200前进到步骤206，此时来自NOx传感器124的读数将显示排气中的NOx的可忽略不计量。
在步骤206处，响应于确定气体进入参数小于预定阈值，控制模块114控制SCR喷射器112以将一定剂量的尿素输送到后处理***102中。由于NOx传感器124模糊地测量NOx和NH3(和/或尿素)，因此即使在排气中没有NOx的情况下，NOx传感器也将响应于检测到NH3而产生信号。
在步骤206处，响应于确定气体进入参数小于预定阈值，控制模块116控制流量控制阀120以将流引导通过LPEGR***118。这样，当在步骤206处将尿素输送到后处理***102中时，尿素再循环通过发动机104并在DFP 108劣化时返回到排气***中。例如，在DPF 108破裂的情况下，在步骤206处喷射的尿素能够通过DPF 108并进入LP EGR回路118。相反，在DPF 108未损坏的情况下，所喷射的尿素不能通过DPF 108。由于后处理***102中的NOx水平已被确定为可忽略不计，因此NOx传感器124的任何读数都将指示所述***中在NOx传感器124的位置处存在尿素。
在步骤208处，使用NOx传感器124确定后处理***102中的NH3水平。在图1所示的示例中，使用位于DFP 108紧邻上游的进给气体NOx传感器124a来确定后处理***102中的NH3水平。因而，进给气体NOx传感器124a能够给出对再循环排气中的NH3水平的直接指示(因为不存在NOx)，并且因此给出对DPF 108的劣化水平的指示。
在另一个示例中，可以使用位于DPF 108(诸如中床DPF 124b)下游的NOx传感器来(另外或替代地)确定后处理***102中的NH3水平。然而，应当理解，由于实施控制策略，其中响应于确定气体进入参数小于预定阈值而使排气再循环通过LP EGR，因此这种下游NOx传感器可能不是必需的。
在步骤210处，将NH3水平与预定NH3阈值进行比较。例如，在一些情况下，少量尿素通过DPF 108可能是正常的(或可接受的)。因而，可以根据后处理***102的工况或环境来设定预定NH3阈值。例如，可以根据城市中的区域排放区的规则来设置预定NH3阈值。这样，可以根据需要对DPF 108的性能实施更严格的控制。例如，在车辆将在城市的低排放区内操作的情况下，可以将预定NH3阈值设定为极低水平，以确保即使DPF 108的最轻微劣化也能被检测到。
在步骤212处，响应于确定NH3水平高于(或至少等于)预定NH3阈值，例如经由HMI向装配有后处理***102的车辆的驾驶员指示DPF 108的功能劣化。
替代地，过程200可以响应于确定NH3水平高于(或至少等于)预定NH3阈值，返回到步骤202(参见虚线)并重复步骤202至210达预定次数，例如10次。每次重复不一定要在发动机倒拖的同一时段期间进行。例如，可以在发动机104的第一操作循环期间第一次执行步骤202至210，并且可以在发动机104的另一个操作循环期间第二次重复步骤202至210。这样，可以对在多个倒拖事件中再循环通过发动机104的测量的NH3水平进行积分，以提高所述过程的准确性。
在未示出的一些示例中，过程200可以包括以下步骤：例如响应于确定NH3水平高于(或至少等于)预定NH3阈值而调整或修改发动机的一个或多个操作参数。例如，在过程200确定DPF 108的劣化的情况下，可以实施一种或多种发动机操作模式以限制或约束发动机104产生微粒物质。
在步骤214处，响应于确定NH3水平低于预定NH3阈值，指示DPF 108的功能正常，并且过程200终止。
上述***100和过程200是有益的，因为它们例如通过消除对附加传感器(诸如微粒物质传感器或另一个NOx传感器)的需要而降低了用于诊断DPF劣化的常规***和过程的复杂性和成本。
图3示出了示例性非暂时性机器可读存储介质300和处理器302。例如，计量控制模块114和/或控制器116可以各自包括非暂时性机器可读存储介质300和处理器302中的至少一者。介质300被编码有可由处理器302执行的指令304。当由处理器执行时，指令使处理器例如使用***100来执行过程200，如上文参考图1和图2所述。例如，指令304包括指令306以例如响应于确定气体进入参数小于预定气体进入参数阈值而使SCR喷射器112将一定剂量的尿素输送进入后处理***102和/或使流量控制阀120将排气(包含所输送的尿素)转移到EGR***118中。
上述过程和***意图是说明性的而非限制性的。本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以省略、修改、组合和/或重新布置本文讨论的过程的步骤，并且可以执行任何附加步骤。更一般地，以上公开内容意在是示例性的而非限制性的。仅所附权利要求意图设定关于本发明所包括的内容的界限。此外，应注意，在任何一个示例中描述的特征和限制可以应用于本文的任何其他示例，并且与一个示例相关的流程图或示例可以以合适的方式与任何其他示例组合，以不同的顺序完成，或并行完成。另外，本文描述的***和方法可以实时执行。还应注意，上述***和/或方法可以应用于其他***和/或方法或根据其他***和/或方法来使用。
根据本发明，一种用于排气后处理***的诊断方法，所述方法包括：确定进入发动机的排气***的一部分的气体进入参数；响应于确定所述气体进入参数小于预定气体进入参数阈值，确定所述排气中的NH3水平；以及响应于确定所述NH3水平高于NH3阈值，指示所述排气后处理***的微粒过滤器的劣化。
根据实施例，使用NOx传感器来确定所述排气中的所述NH3水平。
根据实施例，所述NOx传感器设置在所述排气后处理***中的所述微粒过滤器上游的位置处。
根据实施例，响应于确定所述气体进入参数小于预定阈值而将NH3喷射到所述排气***中。
根据实施例，NH3在所述排气后处理***中的所述微粒过滤器上游的位置处喷射。
根据实施例，响应于确定所述气体进入参数小于预定阈值，使排气再循环通过所述排气***。
根据实施例，使用低压排气再循环***将所述排气再循环。
根据实施例，所述低压排气再循环***的入口在所述排气后处理***的所述微粒过滤器的下游。
根据实施例，所述气体进入参数是基于所述排气后处理***所联接的发动机的操作状态。
根据实施例，所述气体进入参数是基于所述排气***中的排气成分。
根据实施例，响应于确定所述NH3水平高于阈值，发起发动机操作模式。
根据实施例，上述发明的特征还在于确定所述气体进入参数小于所述预定阈值持续预定时段。
根据实施例，上述发明的特征还在于对多个循环中所确定的NH3水平进行积分。
根据本发明，提供了一种上面编码有指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由控制电路执行时使所述控制电路：确定进入发动机的排气***的一部分的气体进入参数；响应于确定所述气体进入参数小于预定气体进入参数阈值，确定所述排气中的NH3水平；以及响应于确定所述NH3水平高于NH3阈值，指示所述排气后处理***的微粒过滤器的劣化。
根据本发明，提供了一种诊断***，所述诊断***具有：排气后处理***，所述排气后处理***具有微粒过滤器和传感器；以及控制模块，其中所述控制模块被配置为：确定进入发动机的排气***的一部分的气体进入参数；响应于确定所述气体进入参数小于预定气体进入参数阈值，使用所述传感器确定所述排气中的NH3水平；以及响应于确定所述NH3水平高于NH3阈值，指示所述排气后处理***的所述微粒过滤器的劣化。
根据实施例，上述发明的特征还在于排气再循环***和喷射器，其中所述控制模块被配置为：响应于确定所述气体进入参数小于预定阈值，将NH3喷射到所述排气后处理***中；以及使所述排气再循环通过所述排气再循环***。
根据本发明，提供了一种具有如上所述的诊断***的车辆。

Claims (15)

1.一种用于排气后处理***的诊断方法，所述方法包括：
确定进入发动机的排气***的一部分的气体进入参数；
响应于确定所述气体进入参数小于预定气体进入参数阈值，确定排气中的NH3水平；以及
响应于确定所述NH3水平高于NH3阈值，指示所述排气后处理***的微粒过滤器的劣化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用NOx传感器来确定所述排气中的所述NH3水平。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述NOx传感器设置在所述排气后处理***中的所述微粒过滤器上游的位置处。
4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中响应于确定所述气体进入参数小于预定阈值而将NH3喷射到所述排气***中。
5.根据权利要求4所述的方法，其中NH3在所述排气后处理***中的所述微粒过滤器上游的位置处喷射。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中响应于确定所述气体进入参数小于预定阈值，使排气再循环通过所述排气***。
7.根据权利要求6所述的方法，其中使用低压排气再循环***将所述排气再循环。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述低压排气再循环***的入口在所述排气后处理***的所述微粒过滤器的下游。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述气体进入参数是基于所述排气后处理***所联接的发动机的操作状态。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述气体进入参数是基于所述排气***中的排气成分。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中响应于确定所述NH3水平高于阈值，发起发动机操作模式。
12.根据权利要求4所述的方法，所述方法包括确定所述气体进入参数小于所述预定阈值持续预定时段。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法包括对多个循环中所确定的NH3水平进行积分。
14.一种诊断***，其包括：
排气后处理***，所述排气后处理***具有微粒过滤器和传感器；以及
控制模块，其中所述控制模块被配置为：
确定进入发动机的排气***的一部分的气体进入参数；
响应于确定所述气体进入参数小于预定气体进入参数阈值，使用所述传感器确定所述排气中的NH3水平；以及
响应于确定所述NH3水平高于NH3阈值，指示所述排气后处理***的所述微粒过滤器的劣化。
15.一种车辆，其包括根据权利要求14所述的诊断***。
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