专利名称：用于控制氮氧化物(NO<sub>X</sub>)转化效率监控器的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制在发动机排气系统中使用的类型的氮氧化物(NOx)转化效率监控器的方法和系统。
背景技术：
火花塞式和压缩式内燃机可以生成多种形式的氮氧化物(NOx)气体作为燃料燃烧过程的自然副产品。NOx气体可以以各种形式存在于发动机排气流中，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、和氧化二氮(N2O)。为了降低存在于车辆排气管排放物中的各种NOx气体的水平，现代车辆配备了各种催化装置，所述催化装置将NOx气体还原为惰性化合物。在车辆排气系统内，合适的还原剂，诸如氨或尿素可以以精确控制的速率被添加到含排气流，并随后经过催化装置。催化作用接着将NOx气体转化为氮和水。定位在排气流中的传感器测量NOx水平，以确定用于该目的的任何催化装置的转化效率。然而，常规NOx转化效率监控算法在一定运行或维护条件下可以不是最优地稳固。
发明内容
此处披露了一种车辆，其包括内燃机。车辆包括一个或多个氮氧化物(NOx)传感器、选择性催化还原(SCR)装置、和控制器，所述控制器具有SCR效率监控器和用于控制该监控器的算法。控制器经由效率监控器使用不完全的上游NOx积分量、在每个关键/驱动循环结束时进行SCR效率的计算，如在此所述的。这被执行以确定在关键循环结束时SCR转换效率是否目前合格或目前不合格。如果目前不合格，则控制器不存储累积的积分量。取而代之，SCR效率计算在下一关键循环开始时重新开始。如果在关键循环结束时效率结果是合格，则累积的积分量被记 录在存储器中，并且SCR效率计算在开始下一关键循环时继续添加至累积的积分量。一旦不合格结果已经被注册或传送至车辆的驱动器，例如经由仪表板指示灯，或替换地一旦车辆在不合格结果之前处于服务环境中，即，处在不合格趋势条件中，则本方法可以被有益地使用，但本方法不限于这些情况。例如，如果车辆处于维护环境中，则不合格趋势条件可以使用经校准的服务扫描工具识别。一旦不合格结果已经发生并且驾驶员已被警告，则方法可以为试图修复该问题而没有适当的服务扫描工具的人使用。本方法由此防止在行程中在这样的人进行修复之前错误的积分结果的存储。具体地，车辆包括内燃机、配置为调节来自发动机的排气流的排气系统、SCR装置、配置为分别测量上游和下游NOx水平的第一和第二 NOx传感器、和控制器。控制器使用上游NOx水平和下游NOx水平来计算NOx转化有效率。另外，在关键循环结束时以及当上游NOx的累积量小于校准水平时，控制器确定NOx转化有效率目前合格或目前不合格。仅当NOx转化有效率在关键循环结束时目前合格时，控制器将上游NOx累积量记录在存储器中，用于在接下来的关键循环中计算NOx转化效率中使用。
用于在上述车辆中使用的方法，包括使用控制器，例如其主机，通过使用NOx传感器来计算SCR装置的NOx转化有效率。该方法还包括，选择性地确定，在关键循环结束时以及当上游NOx的累积量小于经校准的上游NOx水平时，NOx转化有效率目前合格或目前不合格。仅当NOx转化有效率在关键循环结束时目前合格时，上游NOx累积量被记录在存储器中，用于在接下来的关键循环中计算NOx转化有效率中使用。本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
图I是具有排气系统的车辆的示意图，所述排气系统包括选择性催化还原(SCR)装置，其用于催化地减少发动机排气流中的氮氧化物(NOx)气体的水平；和图2是描述用于控制图I中所示车辆的SCR效率监控器的运行的方法的流程图。
具体实施例方式参考附图，其中在几幅图中相同的附图标记对应于相同或相似的构件，车辆10在图I中示出。车辆10包括内燃机12。发动机12可以配置为火花点火式汽油发动机、压缩式柴油发动机、或能够产生作为燃料燃烧过程的副产品的排气流(箭头22)的任何其他发动机。排气流(箭头22)从发动机12的汽缸被排放，并在此之后在排放至周围大气之前穿过排气系统13。一旦离开发动机12，排气流(箭头22)可以具有较高的氮氧化物(NOx)气体水平。由此，排气系统13可以配置有共同减少这些气体的水平或浓度的各种装置。选择性催化还原(SCR)装置32是一种这样的装置，其被包括在排气系统13内，具有以下详述的SCR装置的NOx-减少结构和功能。车辆10可以还包括控制器40、SCR效率监控器50、和算法100，算法100的示例在图2中示出。在NOx还原效率相关的诊断通过SCR效率监控器50进行之后，算法100被选择性地执行。算法100的执行发生在关键循环的结束处。关键循环或驱动循环是指使发动机12和控制器40开启和再次关闭之间的时间段，例如车辆行程。SCR装置32催化地将NOx气体转化为水(H2O)和氮(N)作为惰性化合物。SCR装置32可以配置为陶瓷砖或蜂窝状结构、盘、或任何其它合适的催化设计。在一个实施例中，上游NOx传感器42相对于SCR装置32定位在上游，诸如在发动机12的出口 17 ( —个或多个)处或在其附近。在同一实施例中，下游NOx传感器142相对于SCR装置32定位在下游，诸如就在颗粒过滤器34的上游。来自相应的上游和下游NOx传感器42、142的测得的NOx水平(箭头11、111)被传送至控制器40，如所示。仍参考图1，算法100可被控制器40的相关连的硬件部件选择性地执行，以在关键循环的结束时自动地评价或诊断SCR效率监控器50当前是否处于合格或不合格路径上。控制器40随后关于SCR效率监制器50执行控制动作，若当前路径合格以一种方式控制动作，若当前路径不合格以另一种方式控制动作。SCR效率监控器50通过对上游和下游NOx的量进行积分、并通过之后进行NOx还原效率计算来计算SCR装置32的NOx转化效率。与SCR装置32和SCR效率监控器50 —起使用的术语“积分”是指NOx质量测量量随时间的累积。为了积分，SCR效率监控器50使用来自上游NOx传感器42的上游NOx水平(箭头11)累积上游质量，以及使用来自下游NOx传感器142的下游NOx水平(箭头111)累积下游质量。该累积经过经校准的窗口或持续时间，且因此通过选择持续时间，控制器40还可以改变在任何效率计算中使用的经校准的质量。例如，检测到的Ig/分钟的上游NOx速率可以在经校准的10分钟窗口上积分或累积，以在该窗口期间产生10克N0X。SCR装置32的NOx还原效率可以被表示为百分比。因此，90% NOx还原效率，遇到在经校准窗口上在NOx传感器42处的X克上游N0X，会具有0. IX克的下游NOx。如果在给定的关键循环结束时的效率结果不合格，经累积的积分量不被控制器40存储。取而代之，SCR效率监控器50进行的SCR效率计算在下一关键循环重新开始。如果给定关键循环结束时的效率结果合格，则积分量被存储在存储器60中，并且SCR效率监控器50在下一关键循环开始时继续添加至这些累计值。当SCR NOx效率代码被设定时，当前方法100可以被控制器40选择性地执行。目前，如果代码已经为低SCR效率而设定，且如果车辆经受维修服务以修正代码导致的感知到的错误，则由SCR效率监控器50进行的下一诊断，由于维修前累积的NOx值的存储，可能仍得出不合格结果。该存储通常发生在关键循环结束时，且对基于速率的调整需求是需要的。但是，当代码未被正确重新设定时，用户困惑可以产生。仍参考图1，取决于实施例，排气系统13可以还包括上述的氧化催化器30和颗粒过滤器34。颗粒过滤器34可以配置为陶瓷泡沫、金属网、粒状氧化铝、或任何其它温度和应用适合的一种或多种材料。燃料喷射装置36与控制器40或其它控制装置电连通，且经由一组控制信号(箭头15)而被控制。燃料喷射装置36与燃料16的箱18流体连通。燃料喷射装置36选择性地将一些燃料16喷射至氧化催化器30中。被喷射的燃料16可以在氧化催化器30中以受控方式燃烧，以便生成处于足以再生颗粒过滤器34的水平的热量。通过发动机12由燃料16的燃烧释放的能量在变速器14的可旋转输入构件24上产生扭矩。来自发动机12的扭矩被传送通过变速器14的各个齿轮组、离合器、制动器、和互连构件(未示出)至变速器的可旋转输出构件26。来自变速器14的输出扭矩因此被递送至一组驱动轮28，为了简单，仅其中一个驱动轮在图I中示出。控制器40，按需要包括SCR效率监控器50，所述控制器40可以配置为主机，例如数字计算机或微型计算机，用作车辆控制模块，和/或配置为比例-积分-微分(PID)控制器装置，其具有微处理器或中央处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、高速时钟、模拟-数字(A/D)和/或数字-模拟(D/A)电路、和任何所需的输入/输出电路和相关联装置，以及任何所需的信号调节和/或信号缓冲电路。算法100和任何所需的参考校准被存储在控制器40中，或易于被控制器40访问，以提供以下所述的功能。参考图2，并结合图I中所示的车辆10的结构，本算法100从步骤102开始，其中控制器40使用NOx传感器42和142来分别检测上游和下游NOx的量。然后，控制器40积分或累积SCR装置32的上游和下游的NOx水平，如上所述。SCR效率监控器50可以用于该目的。算法100随后行进至步骤104。
在步骤104，控制器40确定关键循环的结束是否已经达到。如果关键循环还未结束，则步骤102被重复。如果关键循环已结束，则算法100行进至步骤106。
在步骤106，控制器40确定上游NOx的经校准量是否已经被累积。该经校准量可以由控制器40通过改变经校准积分窗口或采样持续时间而选择。例如，在一个实施例中，可以使用约6g的NOx的阈值。如果经校准的NOx量已经累积，则算法100行进至步骤107。否则，算法100行进至步骤108。在步骤107，控制器40使用SCR效率监控器50来计算SCR装置32的NOx转化效率，并必要时生成任意合格或不合格诊断代码。在一个实施例中，SCR效率监控器50进行的效率计算可以被持续地进行，其中最终的计算用于校准或分析目的。在此之后，记录在存储器60中的累积的NOx被重新置零，算法100在下一关键循环初始时在步骤102重新开始。在步骤108，控制器40将不完全积分量存储在存储器60中，并随后行进至步骤110。在步骤110，控制器40确定SCR效率监控器50是否当前处于朝向合格结果或不合格结果的路径上。如果结果指示朝向不合格结果的进程，则算法100行进至步骤111。然 而，如果结果指示朝向合格结果的进程，则算法100行进至步骤112。在步骤111，控制器40不存储当前积分量或累积的上游N0x值。更确切地，随着下一关键循环的初始，算法100在步骤102以已清零的存储器60重新开始。在步骤112，控制器40将积分量存储在存储器60中。算法100在步骤102重新开始，而下一关键循环和存储器60仍然保持着之前记录的积分量或累积的上游NOx值。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种车辆,包括 内燃机； 排气系统，配置为调节来自发动机的排气流； 选择性催化还原(SCR)装置，其催化地将排气流中的氮氧化物(NOx)气体转化为水和氮； 第一 NOx传感器，配置为测量上游NOx水平，其中，所述上游NOx水平是在SCR装置的上游的NOx气体的水平； 第二 NOx传感器，配置为测量下游NOx水平，其中，下游NOx水平是在SCR装置的下游的NOx气体的水平；和 控制器，配置为使用所述上游NOx水平和下游NOx水平来计算NOx转化效率； 其中，控制器配置为，在关键循环结束时以及当上游NOx的累积量小于经校准的上游NOx水平时、确定NOx转化有效率是否目前合格或目前不合格，并且配置为，仅当NOx转化有效率在关键循环结束处目前合格时，将上游NOx累积量记录在存储器中，用于在接下来的关键循环期间计算NOx转化有效率中使用。
2.如权利要求I中所述的车辆，其中，控制器配置为通过改变校准窗口的持续时间来选择经校准的上游NOx水平。
3.如权利要求I中所述的车辆，还包括在所述SCR装置下游的颗粒过滤器，其中，所述下游NOx传感器定位在所述SCR装置和所述颗粒过滤器之间。
4.如权利要求3中所述的车辆，还包括在所述SCR装置上游的氧化催化器，其中，所述颗粒过滤器使用所述氧化催化器中产生的热量可选择性地再生。
5.如权利要求I中所述的车辆，其中，当转化有效率在关键循环结束处目前不合格时，所述控制器将记录在所述存储器中的上游NOx累积量置零。
6.如权利要求I中所述的车辆，其中，所述控制器配置为，仅当SCRNOx效率代码还未被设定时，将上游NOx累积量存储在存储器中。
7.一种用于具有选择性催化还原(SCR)装置的车辆的控制系统，所述选择性催化还原装置将发动机排气流中的氮氧化物(NOx)气体催化地转化为水和氮，所述控制系统包括 上游NOx传感器，定位在发动机的排气口附近，并且配置为测量上游NOx水平； 下游NOx传感器，定位在SCR装置的出口侧附近，并且配置为测量下游NOx水平；和控制器，配置为计算作为上游NOx水平和下游NOx水平的函数的SCR装置的NOx转化有效率； 其中，所述控制器配置为检测关键循环的结束以及何时上游NOx累积量小于经校准的上游NOx水平作为先允条件，以及响应该先允条件 确定NOx转化有效率相对于经校准的阈值效率是否目前合格或不合格；和仅当NOx转化有效率在关键循环结束处目前合格时，将上游NOx累积量记录在所述存储器中，用于在接下来的关键循环中计算NOx转化有效率中使用。
8.如权利要求7中所述的控制系统，其中，所述控制器配置为通过改变校准窗口的持续时间来选择经校准的上游NOx水平。
9.如权利要求7中所述的控制系统，其中，当转化有效率在关键循环结束处为目前不合格时，所述控制器将在所述存储器中的上游NOx累积量置零。
10.如权利要求7中所述的控制系统，其中，所述控制器配置为，仅当SCR NOx效率代码还未被设定时，将上游NOx累积量存储在存储器中。
全文摘要
一种车辆，包括发动机，排气系统、选择性催化还原(SCR)装置、配置为分别测量上游和下游NOx水平的第一和第二传感器、和控制器或主机。控制器，经由本发明的方法，使用来自传感器的NOx水平来计算SCR装置的NOx转化有效率。在关键循环结束时，当上游NOx的累积量小于校准上游NOx水平时，控制器确定NOx转化有效率是否目前合格或目前不合格。仅当NOx转化有效率在关键循环结束处目前合格时，累积的上游NOx被记录在存储器中，用于在接下来的关键循环中计算NOx转化有效率中使用。一种车辆的控制系统，使用如上所述的控制器和传感器。
文档编号F01N3/20GK102678237SQ20121007079
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月16日 优先权日2011年3月17日
发明者R.J.达尔, S.L.梅尔比, S.P.莱维乔基 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司