專利名稱：用于具有低溫廢氣的車輛的侵入式scr效率測試系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及廢氣診斷系統(tǒng)，更具體地涉及測試選擇性催化還原(SCR)催化劑的 效率的廢氣診斷系統(tǒng)和方法。
背景技術：
這里提供的背景技術描述用于總體上介紹本發(fā)明的背景的目的。當前所署名發(fā) 明人的工作(在本背景技術部分中所描述的程度上)和本描述中否則不足以作為申請時的 現有技術的各方面，既非明示地也非默示地被承認為與本發(fā)明相抵觸的現有技術。發(fā)動機工作涉及產生廢氣的燃燒。在燃燒過程中，空氣/燃料混合物通過進氣 閥被送入氣缸并且在氣缸內燃燒。在燃燒之后，活塞迫使氣缸內的廢氣通過排氣閥并進 入廢氣系統(tǒng)。廢氣可包含例如氮氧化物(NOx)以及一氧化碳(CO)等排放物。廢氣處理系統(tǒng)監(jiān)控和處理廢氣以滿足排放要求。廢氣 的處理可包括使用顆粒過 濾器、諸如柴油氧化催化劑(DOC)和/或選擇性催化還原(SCR)催化劑等催化劑、碳氫 化合物噴射和/或其他設備。SCR催化劑的效率通常受到監(jiān)控以保證排放物水平在工作 中保持在可接受的水平。

發(fā)明內容
一種廢氣診斷系統(tǒng)包括廢氣溫度管理模塊，廢氣溫度管理模塊使用侵入式廢氣 溫度管理選擇性地將選擇性催化還原(SCR)催化劑的溫度增加到預定測試溫度范圍。 SCR效率測試模塊在所述溫度處于預定溫度范圍內時估計SCR催化劑的效率。在其他特征中，車輛包括SCR催化劑。在車輛不負載工作時，車輛的SCR催化 劑具有處于第一范圍內的溫度。第一溫度范圍低于并且不同于預定測試溫度范圍。在另外的特征中，廢氣溫度管理模塊改變燃料添加以增加SCR催化劑的溫度。在其他特征中，廢氣溫度管理模塊改變燃料數量、燃料噴射正時和后噴射中的 至少一個以增加SCR催化劑的溫度。在其他特征中，SCR效率測試模塊包括測試賦能模塊(test enabling module)，該
測試賦能模塊在顆粒過濾器再生不被執(zhí)行時選擇性地啟動SCR效率測試。在其他特征中，SCR效率測試模塊包括測試賦能模塊，該測試賦能模塊在SCR
3催化劑的調節(jié)控制不被執(zhí)行時選擇性地啟動SCR效率測試。在其他特征中，入口溫度傳感器檢測SCR催化劑的入口溫度。出口溫度傳感器 檢測SCR催化劑的出口溫度。基于入口和出口溫度計算SCR催化劑的溫度。在另外的特征中，廢氣溫度管理模塊包括溫度計算模塊，溫度計算模塊基于 SCR催化劑的入口和出口溫度計算SCR催化劑的溫度。調節(jié)模塊改變發(fā)動機工作參數以 增加SCR催化劑的溫度。方案1、一種廢氣診斷系統(tǒng)，包括 廢氣溫度管理模塊，所述廢氣溫度管理模塊使用侵入式廢氣溫度管理選擇性地 將選擇性催化還原(SCR)催化劑的溫度增加到預定測試溫度范圍；以及SCR效率測試模塊，所述SCR效率測試模塊在溫度處于所述預定溫度范圍內時 估計SCR催化劑的效率。方案2、如方案1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，其中車輛包括SCR催化劑；在正常的不負載工作過程中，所述車輛的所述SCR催化劑具有處于第一范圍的 溫度；并且所述第一溫度范圍低于并且不同于所述預定測試溫度范圍。方案3、如方案1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，其中所述廢氣溫度管理模塊改變燃料 數量、燃料噴射正時和后噴射中的至少一個以增加所述SCR催化劑的溫度。方案4、如方案1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，還包括碳氫化合物(HC)燃料噴射器， 其中所述廢氣溫度管理模塊使用所述HC噴射器將HC燃料噴入氧化催化劑上游的廢氣中 以增加所述SCR催化劑的溫度。方案5、如方案1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，其中，所述SCR效率測試模塊包括測試 賦能模塊，所述測試賦能模塊在顆粒過濾器再生不被執(zhí)行時選擇性地啟動所述SCR效率 測試。方案6、如方案1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，其中，所述SCR效率測試模塊包括測試 賦能模塊，所述測試賦能模塊在所述SCR催化劑的調節(jié)控制不被執(zhí)行時選擇性地啟動所 述SCR效率測試。方案7、如方案1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，還包括入口溫度傳感器，所述入口溫度傳感器檢測所述SCR催化劑的入口溫度；出口溫度傳感器，所述出口溫度傳感器檢測所述SCR催化劑的出口溫度；以及其中于所述入口和出口溫度計算所述SCR催化劑的溫度。方案8、如方案1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，其中所述廢氣溫度管理模塊包括溫度計算模塊，所述溫度計算模塊基于所述SCR催化劑的所述入口和出口溫度 計算所述SCR催化劑的溫度；和調節(jié)模塊，所述調節(jié)模塊改變發(fā)動機工作參數以增加所述SCR催化劑的溫度。方案9、一種方法，包括使用侵入式廢氣溫度管理途徑選擇性地將選擇性催化還原(SCR)催化劑的溫度 增加到預定測試溫度范圍；以及在溫度處于所述預定溫度范圍內時估計所述SCR催化劑的效率。
方案10、如方案9所述的方法，其中車輛包括SCR催化劑；在正常的不負載工作過程中，所述車輛的所述SCR催化劑具有處于第一范圍的 溫度；并且所述第一溫度范圍低于并且不同于所述預定測試溫度范圍。方案11、如方案9所述的方法，還包括改變燃料數量、燃料噴射正時和后噴射中的至少一個以增加所述SCR催化劑的溫度。方案12、如方案9所述的方法，還包括在DOC之前將碳氫化合物(HC)燃料 噴入廢氣中以增加所述SCR催化劑的溫度。方案13、如方案9所述的方法，還包括在顆粒過濾器再生不被執(zhí)行時選擇性 地啟動所述SCR效率測試。方案14、如方案9所述的方法，還包括在所述SCR催化劑的調節(jié)控制不被執(zhí) 行時選擇性地啟動所述SCR效率測試。方案15、如方案9所述的方法，還包括檢測所述SCR催化劑的入口溫度；檢測所述SCR催化劑的出口溫度；以及基于所述入口和出口溫度計算所述SCR催化劑的溫度。方案16、如方案9所述的方法，還包括基于所述SCR催化劑的所述入口和出口溫度計算所述SCR催化劑的溫度；以及改變發(fā)動機工作參數以增加所述SCR催化劑的溫度。由下文所提供的詳細描述，本發(fā)明的其他應用領域將變得更清楚。應當理解， 這些詳細描述和特定實施例僅僅是用來解釋而不是用來限定本發(fā)明的范圍。


通過詳細描述和附圖將更完整地理解本發(fā)明，其中圖1是包括根據本發(fā)明的控制模塊的發(fā)動機系統(tǒng)的功能性框圖；圖2是根據本發(fā)明包括SCR效率測試模塊和廢氣溫度管理模塊的控制模塊的示 例實施方式的功能性框圖；圖3示出根據本發(fā)明用于執(zhí)行侵入式SCR效率測試的方法；以及圖4示出在侵入式SCR效率測試中將SCR催化劑的溫度增加到預定范圍的方法。
具體實施例方式下面的描述在本質上僅僅是示例性的，決不是用來限制本發(fā)明、其應用或者用 途。為清楚起見，在附圖中將使用相同的附圖標記標示類似的元件。在這里，短語A、 B和C中的至少一個應當被解釋為使用非排他邏輯或的邏輯(A或B或C)。應當理解， 方法中的各個步驟可在不改變本發(fā)明的基本原理的情況下以不同的順序實施。這里所使用的術語“模塊”是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或 多個軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的或者成組的)和存儲器、組合邏輯電路、和/或其他提供上述功能的合適的元件。雖然下面的公開內容涉及柴油機，然而本發(fā)明適用于其他類型的發(fā)動機，例如 汽油機。一些車輛在正常驅動條件下具有非常低的廢氣溫度分布曲線。這些車輛在正常 驅動條件下在足夠長時間內不具備足夠的SCR溫度來可靠地執(zhí)行SCR效率測試。如這里所使用的，術語正常不負載工作是指車輛在沒有牽引拖車和/或基本上 負載車輛自身時的工作。根據車輛的重量和驅動循環(huán)，一些車輛可具有在第一范圍內的 SCR催化劑工作溫度。僅僅作為示例，第一范圍在正常不負載工作過程中可以從大約 130°C至220°C，然而其他車輛可具有其他溫度范圍。相比而言，當拖動拖車時可遇到顯 著較高的溫度，僅僅作為示例，大約500°C的溫度。當測試SCR效率時，SCR催化劑需 要具有第二范圍內的溫度。第二范圍高于第一范圍。例如，第二范圍可從大約250°C至 450然而其他車輛可具有其他溫度范圍。由此，當車輛不負載時，SCR催化劑低于期 望的SCR測試溫度范圍。類似地，當拖動拖車時，SCR催化劑溫度可高于期望的SCR 測試溫度范圍。此外，即使SCR溫度在車輛拖動拖車時處于合適的范圍內，SCR測試仍 可能需要頻繁地執(zhí)行。用于測試所選擇的SCR催化劑工作溫度可根據所使用的SCR催化 劑的特定類型改變。通常周期性地對SCR催化劑效率進行測試。例如，SCR催化劑效率可在每個行程中測試一次。根據本發(fā)明，SCR效率測試模塊與廢氣溫度管理模 塊相接，以將SCR溫度增加到預定溫度范圍。更具體地，廢氣溫度管理模塊在SCR效率 測試模塊確定SCR效率的周期期間增加SCR溫度。當SCR效率測試模塊完成時，廢氣 溫度管理模塊返回正?？刂撇⑶医K止侵入式廢氣溫度管理?，F在參考圖1，示意性示出了柴油發(fā)動機系統(tǒng)10。柴油發(fā)動機系統(tǒng)10包括柴油 發(fā)動機12和廢氣處理系統(tǒng)13。廢氣處理系統(tǒng)13還包括廢氣系統(tǒng)14和劑量系統(tǒng)16。柴 油發(fā)動機12包括氣缸18、進氣岐管20、空氣質量流量(MAF)傳感器22和發(fā)動機速度傳 感器24?？諝馔ㄟ^進氣岐管20流入柴油發(fā)動機12并且由MAF傳感器22監(jiān)控。空氣 被引入氣缸18并且與燃料一起燃燒以驅動活塞(未示出)。盡管示出了單個氣缸18，但 是應當理解，柴油發(fā)動機12可包括額外的氣缸18。例如，可設想具有2、3、4、5、6、 8、10、12和16個氣缸的柴油發(fā)動機。廢氣由于燃燒過程而在氣缸18內產生。廢氣系統(tǒng)14在廢氣釋放到大氣之前處 理廢氣。廢氣系統(tǒng)14包括廢氣岐管26和柴油氧化催化劑(DOC) 28。廢氣岐管26引導 廢氣通過DOC 28離開氣缸。廢氣通過DOC 28處理以減少排放物。廢氣系統(tǒng)14還包 括SCR催化劑30、溫度傳感器31、入口溫度傳感器32、出口溫度傳感器34和顆粒過濾 器(PF)36。溫度傳感器31可位于發(fā)動機和DOC 18之間。入口溫度傳感器32位于SCR催 化劑上游，用以監(jiān)控SCR催化劑30的入口處的溫度變化，這將在下文進一步描述。出口 溫度傳感器34位于SCR催化劑30下游，用以監(jiān)控SCR催化劑30的出口處的溫度。盡 管示出廢氣處理系統(tǒng)13包括設置在SCR催化劑30外部的入口溫度傳感器32和出口溫度 傳感器34，然而入口溫度傳感器32和出口溫度傳感器34可位于SCR催化劑30內部，用 以監(jiān)控在SCR催化劑30的入口和出口處的廢氣溫度變化。PF 36還通過捕獲廢氣中的顆粒(即煙灰)進一步減少排放物。劑量系統(tǒng)16包括劑量噴射器40，其將還原劑從還原劑流體供應裝置38噴射進廢氣。還原劑與廢氣混合并且在混合物暴露于SCR還原劑30時還使排放物還原?；旌掀?41可用來混合還原劑與來自SCR催化劑30上游的廢氣?？刂颇K42調節(jié)和控制發(fā)動機 系統(tǒng)10的操作。廢氣流率傳感器44可產生對應于廢氣系統(tǒng)中的廢氣流量的信號。盡管示出傳感 器處于SCR催化劑30和PF 36之間，但是也可以使用廢氣系統(tǒng)內的多個其他位置來進行 測量，這些位置包括廢氣岐管之后和SCR催化劑30之前。溫度傳感器46產生對應于經測量的顆粒過濾器溫度的顆粒過濾器溫度。溫度傳 感器46可設置在PF 36之上或者其內。溫度傳感器46還可位于PF 36上游或者下游。廢氣系統(tǒng)內的其他傳感器可包括基于廢氣系統(tǒng)內的NOx產生NOx信號的上游 NOx傳感器50。下游NOx傳感器52可位于PF 36下游以測量離開PF 36的NOx。此 夕卜，氨(NH3)傳感器54產生對應于廢氣內的氨量的信號。NH3傳感器54是可選的，但 是由于分辨NOx*NH3的能力而可用來簡化控制系統(tǒng)?？蛇x地和/或者額外地，可設置 碳氫化合物(HC)供應裝置56和HC噴射器58以在DOC上游的廢氣中供應HC，用以產 生放熱反應和產生熱量，這將增加SCR催化劑30的溫度。現在參考圖2，進一步詳細示出了控制模塊42的示例實施方式?？刂颇K42包 括SCR效率測試模塊60和廢氣溫度管理模塊62。SCR效率測試模塊60包括SCR效率計算模塊70、測試啟動模塊72和測試賦能 模塊74。SCR效率計算模塊70計算SCR效率。測試啟動模塊72確定測試是否需要運 行。例如，測試可以每個驅動循環(huán)、每個行程一次等方式運行。測試賦能模塊74確定 在啟動SCR效率測試之前工作條件是否可接受。廢氣溫度管理模塊62包括溫度計算模塊76和調節(jié)模塊78。溫度計算模塊76接 收入口和/出口 SCR溫度并基于此產生SCR溫度。例如，可使用入口和出口溫度平均 或加權平均值。調節(jié)模塊78改變發(fā)動機的工作參數來調節(jié)SCR催化劑30的溫度。例 如，廢氣溫度可通過調節(jié)燃料量、燃料噴射正時、后噴射、HC噴射等增加。在上述示例 中，增加A/F比(空燃比)或在DOC之前將HC燃料噴射進廢氣流中以增加SCR催化劑 30的溫度。燃料添加可通過燃料控制模塊82調節(jié)并且/或者HC燃料可通過HC噴射控 制模塊84使用HC噴射器58噴射到廢氣中。現在參考圖3，控制在100處開始，在此控制確定SCR效率測試是否需要運行。 如果否，則控制在102以正常模式運行。如果100為真，則控制在104繼續(xù)，并且確定 第一組條件是否能夠被接受以運行SCR效率測試。僅僅作為示例，第一組條件可包括是 否執(zhí)行PF 36的再生。PF的再生通常當煙灰在PF 36內積累時執(zhí)行。此外，第一組條件 可包括是否執(zhí)行調節(jié)。當SCR催化劑存在問題以至于下游NOx傳感器測量值從模型偏離 預定量時，調節(jié)發(fā)生。除了這些條件或者替代這些條件，第一組條件仍可以包括其他條 件。如果104為假，則控制返回到100。如果104為真，則控制啟動侵入式SCR測 試以獲得預定SCR溫度范圍。若劑量調節(jié)沒有打開則控制在108處還打開劑量調節(jié)。如 果SCR溫度過低，那么SCR溫度需要在劑量調節(jié)打開之前增加。在SCR侵入式測試啟動時的SCR溫度可改變。在112處，控制確定在SCR催化劑30上是否存在足夠的NH 3負載?？墒褂脮r間延遲以確保足夠的NH3負載已經被重建，用以提供可接受的NOxR 化。如果112為假，則控制進行等待，直到在SCR上存在足夠的NH3負載為止。在 114處，控制確定是否滿足第二組賦能條件。僅僅作為示例，第二組賦能條件可包括下 列條件的一個或多個廢氣流量在預定范圍內；上游NOx質量流量在預定范圍內；上游 NOx濃度在預定范圍內和/或者NOx傳感器準備好。除了這些條件之外或者替代這些條 件，在第二組賦能條件中還可包括其他條件。在118處，控制測量SCR轉化效率EFFscr。在120處，控制產生SCR轉化效 率EFFscr，轉化效率根據上游 和下游所累積質量而定。在124處，控制產生效率閾值 EFFthr，效率閾值根據上游NOx和SCR溫度而定。SCR轉化效率閾值EFFthr可以是百 分數。在128處，控制確定是否EFFscr > EFFthr。如果128為真，則控制在130處宣 布SCR效率通過狀況。如果128為假，則控制在132處宣布SCR效率失敗狀況。控制 以134從132和134繼續(xù)，在134處，控制終止侵入式廢氣溫度管理?，F在參考圖4，示出了執(zhí)行侵入式廢氣溫度管理的步驟。在146處，控制確定 侵入式SCR測試是否運行。如果146為假，則控制返回146。如果146為真，則控制在 148處繼續(xù)，在此控制確定SCR溫度是否處于預定溫度范圍(例如，Tui和Thi)。如果148為真，則控制返回146。如果148為假，則控制確定SCR溫度在152 處是否大于TM。如果152為假，則控制以任何合適的方式增加廢氣溫度。例如，廢氣 溫度可通過改變燃料添加(燃料量、燃料噴射正時、后噴射等)和/或通過在154處開始 或增加HC噴射來增加。控制返回146。如果148為假，則控制確定SCR溫度在156處是否小于THI。如果156為假，貝丨J 控制以任何合適的方式降低廢氣溫度。例如，廢氣溫度可通過改變燃料添加(燃料量、 燃料噴射正時、后噴射等)和/或通過在158處停止或減少HC噴射來降低?？刂品祷?146。通過侵入式地控制SCR的溫度，SCR效率測量的精確性可得到改善。上述方法 的使用將趨于降低與在非常低的SCR溫度下診斷SCR催化劑(此時由于溫度原因效率低) 的系統(tǒng)和方法相關的保修成本。這些條件還看上去類似于帶有低效率的SCR催化劑。在 這些低溫度區(qū)域，會非常難以區(qū)別可工作的SCR和不可工作的SCR。本發(fā)明的寬泛教導可通過多種形式來實施。因此，雖然本發(fā)明包括特定的例 子，然而本發(fā)明的真正范圍不應當受此限制，因為通過研究附圖、說明書和權利要求 書，其他變例對于本領域的技術人員來說是顯而易見的。
權利要求
1.一種廢氣診斷系統(tǒng)，包括廢氣溫度管理模塊，所述廢氣溫度管理模塊使用侵入式廢氣溫度管理選擇性地將選 擇性催化還原(SCR)催化劑的溫度增加到預定測試溫度范圍；以及SCR效率測試模塊，所述SCR效率測試模塊在溫度處于所述預定溫度范圍內時估計 SCR催化劑的效率。
2.如權利要求1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，其中 車輛包括SCR催化劑；在正常的不負載工作過程中，所述車輛的所述SCR催化劑具有處于第一范圍的溫 度；并且所述第一溫度范圍低于并且不同于所述預定測試溫度范圍。
3.如權利要求1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，其中所述廢氣溫度管理模塊改變燃料數 量、燃料噴射正時和后噴射中的至少一個以增加所述SCR催化劑的溫度。
4.如權利要求1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，還包括碳氫化合物(HC)燃料噴射器，其中所 述廢氣溫度管理模塊使用所述HC噴射器將HC燃料噴入氧化催化劑上游的廢氣中以增加 所述SCR催化劑的溫度。
5.如權利要求1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，其中，所述SCR效率測試模塊包括測試賦 能模塊，所述測試賦能模塊在顆粒過濾器再生不被執(zhí)行時選擇性地啟動所述SCR效率測 試。
6.如權利要求1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，其中，所述SCR效率測試模塊包括測試賦 能模塊，所述測試賦能模塊在所述SCR催化劑的調節(jié)控制不被執(zhí)行時選擇性地啟動所述 SCR效率測試。
7.如權利要求1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，還包括入口溫度傳感器，所述入口溫度傳感器檢測所述SCR催化劑的入口溫度； 出口溫度傳感器，所述出口溫度傳感器檢測所述SCR催化劑的出口溫度；以及 其中于所述入口和出口溫度計算所述SCR催化劑的溫度。
8.如權利要求1所述的廢氣診斷系統(tǒng)，其中所述廢氣溫度管理模塊包括溫度計算模塊，所述溫度計算模塊基于所述SCR催化劑的所述入口和出口溫度計算 所述SCR催化劑的溫度；和調節(jié)模塊，所述調節(jié)模塊改變發(fā)動機工作參數以增加所述SCR催化劑的溫度。
9.一種方法，包括使用侵入式廢氣溫度管理途徑選擇性地將選擇性催化還原(SCR)催化劑的溫度增加 到預定測試溫度范圍；以及在溫度處于所述預定溫度范圍內時估計所述SCR催化劑的效率。
10.如權利要求9所述的方法，其中 車輛包括SCR催化劑；在正常的不負載工作過程中，所述車輛的所述SCR催化劑具有處于第一范圍的溫 度；并且所述第一溫度范圍低于并且不同于所述預定測試溫度范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于具有低溫廢氣的車輛的侵入式SCR效率測試系統(tǒng)和方法，具體地，一種廢氣診斷系統(tǒng)包括廢氣溫度管理模塊，該廢氣溫度管理模塊使用侵入式廢氣溫度管理方法選擇性地將選擇性催化還原(SCR)催化劑的溫度增加到預定測試溫度范圍。SCR效率測試模塊在溫度處于預定溫度范圍內時估計SCR催化劑的效率。
文檔編號F01N11/00GK102022170SQ20101028437
公開日2011年4月20日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權日2009年9月14日
發(fā)明者S·P·列維喬基, S·任 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司