增强的实时氨泄露检测的制作方法
【专利说明】增强的实时氨泄露检测
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请为于2013年4月9日提交的美国专利申请N0.13/859435、“增强的实时氨泄露检测”的部分继续申请，其全部内容通过引用在此并入本申请，以用于所有目的。
技术领域
[0003]本申请大体涉及包括在内燃发动机的排气系统中的排气处理系统的氨泄露检测。
【背景技术】
[0004]柴油车辆可装备有排气处理系统，该系统可包括，例如，基于尿素的选择性催化还原(SCR)系统和一个或多个排气传感器，诸如氮氧化物(NOx)传感器，排气传感器中的至少一个可设置在SCR系统的下游。当SCR系统变得满载尿素至饱和点时，SCR系统可开始泄漏氨(NH3)，其中饱和点随温度而变化。当NOx导致过高的不精确的NOx输出时，順3从SCR系统的泄漏可通过尾管NOx传感器来检测。因此，SCR系统的效率实际上可比基于不精确的NOx输出所确定的效率更高。
[0005]US 2012/0085083描述了使用多项式模型估计NOx浓度的方法，多项式模型也允许估计在下游尾管NOx传感器处的NH3浓度。如在其中所述的，位于SCR上游的原料气(feedgas) NOx传感器和位于SCR下游的尾管NOx传感器的时间传感器特征使用多项式模型来量化并拟合，多项式模式能够估计NH3泄漏和NOx转换效率。然而，由于该方法使用每个传感器信号的节段用于处理，所以在采集每个NOx传感器输出信号与分配(allocat1n)下游NOx传感器输出给NOx和NH3之间存在时间滞后。当时间滞后与可易于出现局部估计误差的所述多项式拟合算法结合时，就难以实施按照所述方法的实时NH3泄露检测系统的实现。
【发明内容】
[0006]发明者已经认识到使用以上方法的缺点，并且本文公开了用于在发动机排气系统中实时控制氨泄露的方法。所述方法使用NOx传感器的瞬态响应识别NOx信号的变化率。然后，处理器进一步使用NOx信号的变化率确定下游尾管NOx传感器如何基于SCR上游的排气流预期变化，这允许尾管NOx传感器以本文描述的方式来分配。发明者已经进一步认识到当处理瞬态信号时，在敏感度与准确度之间存在折衷。为此，所公开的节段长度法增加了信号敏感度，同时维持了高度的准确度，特别是在低排气温度的情况下，这允许在轻度驱动的发动机循环期间的信号处理增强。另外，发明者已经进一步认识到，在一些情况下，因为相位误差由于定相使得包迹(envelope)更大，所以包迹技术可具有比节段长度法低的敏感度。此外，在瞬态信号的方向变化期间，包迹法容易失效，在一些情况下这可导致准确度降低。因此，所公开的节段长度法对噪声因素和相位误差更稳健，并且可因此具有更高的敏感度而不会使准确度显著降低。作为一个示例，发明者发现节段长度法对氨检测的敏感度为?lOppm，而包迹法的敏感度为?25-30ppm。在一个具体的示例中，排气系统包括在SCR设备的上游和下游连续监测排气流的两个NOx传感器。然后，当发动机系统的进入状况满足时，例如，当SCR设备高于温度阈值时，上游原料气NOx传感器的变化率与当前尾管读数结合来估计基于原料气信号斜率预期的尾管NOx传感器的变化率。然后，将预期的尾管NOx信号与实际NOx信号比较，以便使用本文公开并且在以下详细描述的包迹法和节段长度法中的一者或多者分配NOx传感器输出给NOx和順3。
[0007]在另一个示例中，提供了一种方法，该方法包括基于相对于SCR排放设备的上游NOx变化率和下游NOx变化率分配NOx传感器输出给順3和NOx中的每一者，这因此允许基于相对传感器信号调整输送到发动机排气的还原剂的量。由于该方法使用除预期的NOx信号之外的上游NOx传感器和下游NOx传感器的瞬态响应，因此可能实现高水平的NH3检测。这样，就可能提供增强的NOx传感器输出的分配，以便确定在排气系统中的相对NOx和NH3水平。
[0008]本说明书可提供若干优点。具体地，节段长度法可允许使用高水平检测敏感度实时监测NH3泄露而没有高原料气NOx干预，同时保留检测准确度。因此，能够在车辆正在操作中时检测NH3泄露，并且基于排气系统的当前状态采取补救措施。此外，由于检测敏感度增加，所以无需高水平的NOx，以便确定尾管NOx传感器输出到NOx和順3的分配。
[0009]当单独使用或结合附图使用时，本说明的以上优点和其他优点及特征从以下具体实施例中将显而易见。应该理解，提供上述
【发明内容】
是为以简化形式引入所选概念，其将在【具体实施方式】中进一步描述。这并非意味着确立所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的范围由随附权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上的或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0010]当单独使用或参考附图时，本文描述的优点将通过阅读实施例的示例得到全面理解，实施例的示例本文称为【具体实施方式】，其中:
[0011]图1示出包括具有排气处理系统的排气系统的发动机的示意图；
[0012]图2A-图2D示出说明经由包迹法确定的氨泄露状况的曲线图；
[0013]图3示出说明用于在排气处理系统中经由包迹法检测氨泄露的程序的流程图；
[0014]图4示出说明用于当排气传感器输出分配给氮氧化物时控制操作参数的程序的流程图；
[0015]图5示出说明用于当排气传感器输出分配给氨时控制操作参数的程序的流程图；
[0016]图6A-图6D和图7A-图7D分别示出说明经由节段长度法确定的NOx和順3泄露状况的曲线图；
[0017]图8A-图8E示出根据该方法的在高尾管NH3泄露状况下的示例排气信号；
[0018]图9示出说明根据节段长度法用于在排气处理系统中检测氨泄露的程序的流程图；
[0019]图10示出说明根据所公开的方法以不同处理模式操作控制系统以便将排气传感器输出分配给NOx和氨的程序的流程图。
【具体实施方式】
[0020]以下说明涉及用于基于在SCR系统中检测到的瞬态NOx信号从该SCR系统中检测NH3泄露的方法和系统。在一个示例中，所描述的方法包括，响应瞬态原料气NOx信号，使用来自两个NOx传感器、位于SCR上游的原料气传感器和位于下游的尾管传感器的信息预测尾管NOx斜率。在一个具体的示例中，所公开的节段长度法进一步包括，经由节段长度法将预测的(或预期的)下游NOx变化率与测量的下游NOx变化率相比，以及根据检测到的瞬态信号将来自NOx传感器的输出以不同的量分配给氨和氮氧化物中的每一者。为简单和清楚起见，当测量的下游NOx变化率相对于预期的下游NOx变化率的比率超过阈值时，与NH3相比，所述分配将更多的NOx传感器输出分配给NOx。在可替代的实施例中，该方法包括，围绕预期的尾管NOx信号生成包迹，以及根据传感器输出的变化将来自NOx传感器的输出以不同的量分配给氨和氮氧化物中的每一者。例如，落在预期包迹以外的瞬态尾管传感器输出指示排气系统正在泄露NH3，这通过使计数器正向缓变至指示见13泄露的高水平来进一步量化。相反，瞬态尾管传感器输出落在预期包迹以内指示NOx泄露，这通过使计数器负向缓变至指示NOx泄露的低水平来进一步量化。这样，排气传感器可用于指示减小的排气处理系统效率和册13泄露状况两者。所述的方法进一步包括，基于确定的分配和传感器输出的变化调整一个或多个操作参数。
[0021]现在参考图1，其说明了示出多汽缸发动机10的一个汽缸的示意图，多汽缸发动机10可包括在汽车的推进系统中。通过包括控制器12的控制系统和经由输入装置130来自车辆操作者132的输入，可至少部分地控制发动机10。在该示例中，输入设备130包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(或汽缸)30可包括其中放置有活塞36的燃烧室壁32。活塞36可联接到曲轴40，使得活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间变速器系统联接到车辆的至少一个驱动轮。进一步地，起动器马达可经由飞轮联接到曲轴40，以实现发动机10的起动操作。
[0022]燃烧室30可经由进气通道42接收来自进气歧管44的进气空气，并且可经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48能够经由各自的进气门52和排气门54(未示出)与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或更多个进气门和/或两个或更多个排气门。
[0023]在图1所描绘的示例中，进气门52和排气门54可经由各自的凸轮致动系统51和53通过凸轮致动来控制。凸轮致动系统51和53均可包括一个或多个凸轮，并且可利用可由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个来改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可分别由位置传感器55和57确定。在可替代的实施例中，进气门52和/或排气门54可由电子气门致动控制。例如，汽缸30可替代地包括经由电子气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。
[0024]在一些实施例中，发动机10的每个汽缸均可配置有用于提供燃料到其的一个或多个燃料喷射器。作为非限制性的示例，所示汽缸30包括一个燃料喷射器66。所示燃料喷射器66直接联接到汽缸30，用于经由电子驱动器68与从控制器12接收的信号FPW的脉冲宽度成比例地将燃料直接喷射进其中。这样，燃料喷射器66提供被称为进入燃烧室30的燃料的直接喷射(此后成为“DI ” )。
[0025]应该理解，在可替代的实施例中，喷射器66可以为将燃料提供到在汽缸30上游的进气道内的进气道喷射器。也应该理解的是，汽缸30可从多个喷射器接收燃料，诸如多个进气道喷射器、多个直接喷射器或其组合。
[0026]在一个示例中，发动机10可以为通过压缩点火燃烧空气和柴油燃料的柴油发动机。在另一些非限制性实施例中，发动机10可通过压缩点火