增强的实时氨泄露检测的制作方法_2

文档序号:9258979阅读:来源:国知局
和/或火花点火燃烧不同的燃料,包括汽油、生物柴油或含混合燃料的酒精(例如,汽油和乙醇或汽油和甲醇)。
[0027]进气通道42可包括具有节流板64的节气门62。在该具体示例中,节流板64的位置可通过控制器12经由提供给包括在节气门62中的电动马达或致动器的信号而改变,这种构造通常被称为电子节气门控制(ETC)。这样,可操作节气门62以改变提供到在其他发动机汽缸中的燃烧室30的进气空气。节流板64的位置可由节气门位置信号TP提供到控制器12。进气通道42可包括用于提供各自的信号MAF和MAP到控制器12的质量空气流量传感器120和歧管空气压力传感器122。
[0028]进一步地,在所公开的实施例中,排气再循环(EGR)系统可将期望部分的排气经由EGR通道140从排气通道48传送到进气通道42。提供给进气歧管44的EGR的量可经由EGR阀142通过控制器12改变。通过将排气引入发动机,用于燃烧的可用氧的量减少,从而使(例如)燃烧火焰温度降低并且使NOx的形成减少。如所描述的,EGR系统进一步包括,可布置在EGR通道140内并且可提供排气的压力、温度和浓度中的一个或多个的指示的EGR传感器。在一些状况下,EGR系统可用于调整在燃烧室内的空气和燃料混合物的温度,从而提供在一些燃烧模式期间控制点火正时的方法。进一步地,在一些状况期间,通过控制排气门门正时,诸如通过控制可变气门正时机构,可将一部分燃烧气体留在或捕集在燃烧室中。
[0029]排气系统128包括联接到排气处理系统150上游的排气通道48的排气传感器126。传感器126可以为用于提供排气空燃比指示的任何合适的传感器,诸如,线性氧传感器或UEGO (通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EG0、HEG0(加热型EGO) ,NOx,HC或CO传感器。所示排气处理系统150沿着排气传感器126下游的排气通道48布置。
[0030]在图1所示的示例中,排气处理系统150为基于尿素的选择性催化还原(SCR)系统。SCR系统包括,例如,至少一种SCR催化剂152、尿素存储容器154和尿素喷射器156。在另一些实施例中,排气处理系统150可另外地或可替代地包括其他部件,诸如微粒过滤器、稀NOx捕集器、三元催化剂、各种其他排放控制设备或其组合。在所描绘的示例中,尿素喷射器156从尿素存储容器154提供尿素。然而,可使用各种可替代的方法,诸如,生成氨蒸汽的固体尿素粒,然后将其喷到或计量到SCR催化剂152。在又一示例中,稀NOx捕集器可放置在SCR催化剂152上游以生成用于SCR催化剂的NH3,这取决于馈送到稀NOx捕集器的空气燃料比的程度或富集度。
[0031]排气处理系统150进一步包括,放置在SCR催化剂152下游的排气传感器158。在所描绘的实施例中,排气传感器158可以为,例如用于测量后SCR NOx的量的NOx传感器。在一些示例中,SCR系统的效率可基于,例如排气传感器158来确定,并且进一步基于放置在SCR系统上游的排气传感器126 (例如,当传感器126测量NOx时)确定。在另一些示例中,排气传感器158可以为用于确定排气成分浓度的任何合适的传感器,诸如UEG0、EG0、HEG0、HC、C0传感器等。
[0032]控制器12在图1中示为微型计算机,其包括微理器单元(CPU) 102、输入/输出端口(I/O) 104、在该特定示例中示为只读存储器芯片(ROM) 106的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储器(KAM) 110和数据总线。控制器12可与联接到发动机10的传感器通信,并且因此接收来自所述传感器的各种信号,除先前讨论的那些信号以外,还包括:来自质量空气流量传感器120的引入质量空气流量(MAF)的测量值;来自联接到冷却套管144的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT);来自联接到曲轴40的霍尔效应传感器118(或其他类型)的表面点火感测信号(PIP);来自节气门位置传感器的节气门位置(TP);来自传感器122的绝对歧管压力信号MAP ;以及来自排气传感器126和158的排气成分浓度。通过控制器12可从信号PIP中生成发动机转速信号RPM。
[0033]存储介质只读存储器106能够使用非临时性计算机可读数据编程,该数据表示由处理器102可执行的指令,用于执行下述方法以及期望但未具体列出的其他变体。
[0034]在一个示例中,如以下关于图2更详细描述的,控制器12可基于来自排气传感器158的输出检测NH3泄露。作为示例,当传感器158检测到NO x输出的阈值增加时,控制器12调整EGR阀142,以减少EGR的量,使得从发动机10的NOx排放增加。基于在减少EGR期间的传感器输出的变化,将传感器输出分配给呢和NH 30例如,由于来自发动机的增加的NOx未通过SCR系统减少,所以如果传感器输出增加,则输出就分配给NOx。另一方面,如果传感器输出未变化多于阈值量,则输出就分配给NH3,并且指示NH3泄露。基于输出和分配的变化,控制器12可调整一个或多个发动机操作参数。作为非限制性示例,控制器12可基于输出和分配的变化,调整EGR的量和/或还原剂的输送。
[0035]如上所述,图1示出多汽缸发动机的一个汽缸,并且每个汽缸可类似地包括其自身的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
[0036]转向图2A-图2D所示的曲线,示例瞬态NOx信号描述了针对图1的双传感器系统所示出的氨泄露状况。由于NOx传感器响应NOx和HN3两者产生输出信号,所以检测NH 3泄露的方法可用于管理排气系统及其内资源的输出。例如,如果SCR系统满载尿素至随温度变化的饱和点,其可开始泄露NH3。从SCR泄露的NH3可通过尾管NOx传感器读取为NOx,由于信号中的一些实际上是由于NH3产生,所以这就混淆了 SCR控制和监测系统,使其认为该系统的效率比其事实上所具有的效率低。
[0037]在图2A-图2D中,示出了例证该方法的四条时间曲线。所述四条曲线是相关的并且因此使用了同一个时间轴线,为简单起见,沿着底部曲线将时间轴线示出。另外,尽管数据被示意性地示为时间(以秒计)的函数,但时间的单位不受限制并且其他时间单位是可能的。从顶部至底部,四条曲线表示:由在排气系统中的NOx传感器收集的NOx信号;根据该方法的尾管NOx传感器的预测斜率和实际斜率的衍生曲线;示出尾管NOx的预测斜率和实际斜率之间的差异的曲线;以及具有指示册13泄露的阈值的计数器。
[0038]在图2A中,虚线示出示例原料气信号202,而实线示出示例尾管信号204。当排气系统128处于NOx泄漏状态中时,例如,当SCR未饱和并且NH3未被释放到排气系统中时,尾管信号可大致与原料气信号成比例。因此,原料气NOx信号和尾管NOx信号可同相并且彼此紧密跟随。此外,当NOx转换效率基本上为零时,尾管信号204和原料气信号202可基本上完全相同。相反,对于较高的NOx转换效率,尾管信号204的形状可类似原料气202的形状,但却是原料气信号的缩放形式。可替代地,当排气系统128处于册13泄露状态中时,尾管信号204可具有有点扁平的外观或者在比原料气信号202更低的频率处波动。正因为如此,在册13泄露期间,通常有一段时间这两个信号异相。尽管尾管信号能够超过原料气信号,特别是在温度增加之后,但这一般发生在瞬态或变化状况期间,这允许通过本文描述的方法从这两个信号中识别NH3泄露。
[0039]该方法依赖于NOx传感器的瞬态响应,以便将信号分配给順3和NOx。因此,该方法的中心特征为NOx信号根据时间的变化率,或d(N0x)/dt。图2B示出衍生曲线,其中在图2A中的尾管信号204的斜率变化率随时间变化被绘制。瞬态NH3检测围绕检测到的实际尾管NOx斜率与预期的预测尾管NOx斜率的比较而被建立。因此,图2B包括表示来自图2A的尾管信号204的变化率的实际斜率210。由于将在以下更详细描述,所以实际斜率210以标记a-d的四个部分示出。该方法进一步包括,使用原料气NOx的斜率(来自图2A的原料气信号202)和来自尾管传感器的当前尾管NOx信号或者瞬时读数预测尾管NOx斜率。尾管NOx传感器(例如,在图1中的传感器158)的预测斜率212能够使用已知的关系生成。在此,尾管NOx斜率使用下列关系预测:
[0040](dTPNOx/dt) exp= (TP/FG) * (dFG NOx/dt) act
[0041]其中,(dTPNft£/dt)exp为预期或预测的尾管信号的变化率,TP为瞬时尾管读数,FG为瞬时原料气读数,以及(dFGN()x/dt)ac;t为原料气信号的实际变化率。使用该方法,基于NOx传感器的瞬态响应的两个斜率信号的比较允许高水平的NH3检测敏感度。例如,在一些实施例中,瞬态检测方法能够检测低至25ppm的NH3水平。
[0042]在操作期间,为计量实际斜率210如何接近预测斜率212,即,检测到的NOx信号变化如何对应于从原料气信号中预测的变化和系统效率,所描述的氨泄露检测(ASD)方法包括围绕预测的斜率曲线生成包迹。包迹限定围绕预测变化率的区域,其中当系统处于NOx泄漏中时,NOx输出信号有可能下降。因此,图2B示出表示在正向方向上从预测斜率偏移的正向包迹214和在负向方向上从预测斜率偏移的负向包迹216的两个点划线。当结合在一起时,正向包迹和负向包迹两者限定了围绕预测的变化率曲线的区域,预测的变化率曲线允许在排气系统中的信号鉴别和NOx与NH3水平的评估。
[0043]返回到以标记a-d的四个部分示出的实际斜率210。曲线的不同区域表示进入状况满足的时期,使得在两条斜率曲线之间的比较能够被预期,从而提供在排气系统中的NOx和NH3水平的准确确定。例如,在排气系统128内的传感器126和158联接到控制器12,控制器12可包括非临时性计算机可读数据,该数据表示由处理器12可执行的用于基于发动机的工况启用和禁用该方法的指令。因此,曲线210a和210c被示为未加粗的虚线段,以表示进入状况未满足并且该方法被禁用的示例性时期。相反,曲线210b和210d被
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