选择性催化还原稳定状态氨泄漏和还原剂渗漏检测的制作方法

本公开涉及用于内燃机的排气系统，并且更具体地涉及使用选择性催化还原(scr)单元以进行排放控制的排气系统。

从内燃机，特别是柴油发动机排出的排气是一种非均质混合物，其含有诸如一氧化碳(“co”)、未燃烧的碳氢化合物(“hc”)和氮氧化物(“nox”)等气态排放物以及构成颗粒物质(“pm”)的凝聚相材料(液体和固体)。通常被设置在催化剂载体或基板上的催化剂组合物被设置在发动机排气系统中作为后处理系统的一部分，以将这些排气组分中的某些或全部转化为未经调节的排气成分。

排气处理系统通常包括选择性催化还原(scr)装置。scr装置包括其上设置有scr催化剂的基板以减少排气中的nox的量。典型的排气处理系统还包括喷射还原剂(诸如例如氨(nh3)、尿素(co(nh2)2等))的还原剂输送系统。scr装置利用nh3来还原nox。例如，当在合适的条件下向scr装置供应适量的nh3时，在scr催化剂存在下nh3与nox反应以减少nox排放。然而，如果还原反应速率太慢，或者如果排气中有过量的氨，则氨可能从scr中泄漏。另一方面，如果排气中的氨过少，则scrnox转化效率将会降低。

技术实现要素：

描述了一种用于处理包括内燃机的机动车辆中的排气的排放控制系统的一个或多个实施例。例如，排放控制系统包括选择性催化还原(scr)装置、nox传感器以及配置为检测scr装置的nh3泄漏的控制器。控制器通过调制发动机中的发动机排出nox、将发动机中的发动机输出nox解调为原始状态并且在调制之后测量scr装置上游和下游的nox来检测nh3泄漏。另外，该控制器通过将nox测量值中的梯度与一个或多个预定阈值进行比较来确定nh3泄漏。

在一个或多个示例中，响应于与在scr装置下游测量的scr输出nox的上升对应的nox测量值的梯度不满足预定阈值，将scr装置确定为配量过量。在一个或多个示例中，响应于与在scr装置下游测量的scr输出nox的减少对应的nox测量值的梯度超过预定阈值，将scr装置确定为配量不足。

另外，该控制器响应于检测到nh3泄漏而调整scr装置。

另外，控制器确定发动机的操作状态，并且响应于发动机以稳定状态操作而初始化scr装置的nh3泄漏的检测。

在一个或多个示例中，该控制器以预定频率检测稳定状态下的nh3泄漏。

在一个或多个示例中，该控制器通过循环发动机的排气再循环来调制发动机的发动机输出nox。调制发动机的发动机输出nox包括多次调制，nox测量值包括对应的多个nox测量值，并且该比较包括确定nox测量值与预定的一组预测nox测量值之间的相关性以及nox测量值的频率检测。

另外，该控制器通过将发动机中的发动机输出nox解调为原始状态来检测nh3泄漏。

描述了用于处理由内燃机排出的排气的排气系统的一个或多个实施例，该排气系统执行排气的选择性催化还原(scr)。在一个或多个示例中，排气系统包括控制器以用于通过以下方式来检测scr装置的nh3泄漏：调制发动机中的发动机输出nox；在调制之后测量scr装置下游的nox；以及通过将nox测量值中的梯度与一个或多个预定阈值进行比较来确定nh3泄漏。

在一个或多个示例中，响应于与scr装置下游的nox测量值的上升对应的nox测量值的梯度不满足预定阈值，将scr装置确定为配量过量。另外，在一个或多个示例中，响应于与在scr装置下游测量的nox测量值的减少对应的nox测量值的梯度超过预定阈值，将scr装置确定为配量不足。

在一个或多个示例中，控制器进一步确定发动机的操作状态，并且响应于发动机以稳定状态操作而初始化scr装置的nh3泄漏的检测。在一个或多个示例中，该控制器以预定频率检测稳定状态下的nh3泄漏。在一个或多个示例中，该控制器通过循环发动机的排气再循环来调制发动机的发动机输出nox。在一个或多个示例中，nh3泄漏的检测进一步包括解调发动机中的发动机输出nox。

描述了用于控制内燃机的排气系统的选择性催化还原(scr)装置的计算机实施方法的一个或多个实施例。例如，该方法包括调制内燃机中的发动机输出nox；在调制之后测量scr装置下游的nox；以及通过将nox测量值中的梯度与一个或多个预定阈值进行比较来确定scr装置的配量状态，该配量状态指示scr装置的配量不足或过量。

在一个或多个示例中，响应于与scr装置下游的nox测量值的上升对应的nox测量值的梯度不满足预定阈值，将scr装置的配量状态确定为配量过量。另外，在一个或多个示例中，响应于与在scr装置下游测量的nox测量值的减少对应的nox测量值的梯度超过预定阈值，将scr装置的配量状态确定为配量不足。

另外，该方法包括确定发动机的操作状态，并且响应于发动机以稳定状态操作而初始化scr装置的nh3泄漏的检测。在一个或多个示例中，以预定频率检测稳定状态下的nh3泄漏。在一个或多个示例中，调制发动机的发动机输出nox包括循环发动机的排气再循环。在一个或多个示例中，nh3泄漏的检测进一步包括解调发动机中的发动机输出nox。

从以下结合附图的具体实施方式中，本公开的以上特征和优点以及其它特征和优点将容易显而易见。

附图说明

其它特征、优点和细节仅借助于示例出现在以下详细描述中，该详细描述参考附图，其中：

图1描绘了根据一个或多个实施例的包括内燃机和排放控制系统的机动车辆；

图2示出了根据一个或多个实施例的排放控制系统的示例部件；

图3示出了根据一个或多个实施例的通过scr装置的气体的示例流动；

图4示出了scr装置配量不足的示例情况；

图5示出了根据一个或多个实施例的用于检测scr装置中的氨泄漏的示例性方法的流程图；

图6示出了根据一个或多个实施例的用于检测scr装置中的氨泄漏的示例性方法的流程图；

图7示出了根据一个或多个实施例的用于检测scr装置中的氨泄漏的示例性方法的流程图；并且

图8示出了根据一个或多个实施例的nox测量值和发动机输出nox调制的示例性序列。

具体实施方式

以下描述仅仅具有示例性本质并且不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，在整个附图中，对应的附图标号指示相同或对应的部分和特征。如本文所使用，术语模块是指可包括执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(asic)、电子电路、处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器模块的处理电路、组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其它合适部件。

根据示例性实施例的一方面的机动车辆在图1中总体上用10指示。机动车辆10以皮卡车的形式示出。应当理解的是，机动车辆10可采用各种形式，包括汽车、商业运输工具、轮船等。机动车辆10包括具有发动机舱14、乘客舱15和载货车板17的车身12。发动机舱14容纳内燃机系统24，其在所示的示例性实施例中可包括柴油发动机26。内燃机系统24包括流体连接到后处理或排放控制系统34的排气系统30。内燃机(ice)系统24产生的排气通过排放控制系统34以减少可通过排气出口管36排放到环境的排放。

应当注意的是，本文描述的技术方案与ice系统密切相关，这些ice系统可包括但不限于柴油发动机系统和汽油发动机系统。ice系统24可包括附连到曲轴的多个往复运动活塞，该曲轴可操作地附接到传动系(诸如车辆传动系)以对车辆提供动力(例如，将牵引转矩输送到传动系)。例如，ice系统24可为任何发动机配置或应用，包括各种车辆应用(例如汽车、船舶等)以及各种非车辆应用(例如，泵、发电机等)。虽然可在车辆背景下(例如，产生转矩)描述ice，但是其它非车辆应用也在本公开的范围内。因此，当提及车辆时，本公开应当被解释为适用于ice系统的任何应用。

另外，ice通常可表示能够产生包括气态(例如nox、o2)、含碳和/或颗粒物质的排气流的任何装置，并且本文的公开因此应当被解释为适用于所有这样的装置。如本文所使用，“排气”是指可能需要处理的任何化学物质或化学物质的混合物，并且包括气态、液态和固态物质。例如，排气流可包含一种或多种nox物质、一种或多种液态碳氢化合物物质和一种或多种固体颗粒物质(例如，灰)的混合物。应当进一步理解的是，本文公开的实施例可适用于处理不包括含碳和/或颗粒物质的流出物流，并且在这种情况下，ice26通常也可表示能够产生包括这种物质的流出物流的任何装置。排气颗粒物通常包括含碳烟尘，以及与ice排气密切相关或形成在排放控制系统34内的其它固体和/或液体含碳物质。

图2示出了根据一个或多个实施例的排放控制系统34的示例部件。应当注意的是，虽然在上述示例中内燃机系统24包括柴油发动机26，但是本文描述的排放控制系统34可在各种发动机系统中实施。排放控制系统34促进控制和监测nox存储和/或处理材料，以控制由内燃机系统24产生的排气。例如，本文的技术方案提供了用于控制选择性催化还原(scr)装置和附属的nox传感器的方法，其中scr装置配置为从排气源接收排气流。如本文所使用，“nox”是指一种或多种氮氧化物。nox物质可包括nyox物质，其中y>0且x>0。氮氧化物的非限制性示例可包括no、no2、n2o、n2o2、n2o3、n2o4和n2o5。scr装置配置为诸如以下文将描述的可变配量速率接收还原剂。

可包括若干节段的排气管道214将来自发动机26的排气216输送到排放控制系统34的各种排气处理装置。例如，如所说明，排放控制系统34包括scr装置220。在一个或多个示例中，scr装置220可包括选择性催化过滤器(scrf)装置，其除了颗粒过滤能力之外还提供scr的催化方面。替代地或另外，scr装置220也可被涂覆在溢流基板上。如可明白的是，系统34可包括各种附加处理装置，包括氧化催化剂(oc)装置218和颗粒过滤器装置(未示出)等。

如可明白的是，oc装置218可为本领域中已知的各种溢流氧化催化剂装置。在各种实施例中，oc装置218可包括溢流金属或陶瓷块体基板224。基板224可包装在具有与排气管道214流体连通的入口和出口的不锈钢壳体或罐中。基板224可包括设置在其上的氧化催化剂化合物。氧化催化剂化合物可作为修补基面涂层施加，并且可含有铂族金属，诸如铂(pt)、钯(pd)、铑(rh)或其它合适的氧化催化剂或其组合。oc装置218用于处理未燃烧的气态和非挥发性hc和co，它们被氧化形成二氧化碳和水。修补基面涂层包括被设置在块体基板或下面的修补基面涂层表面上的组成不同的材料层。催化剂可含有一个或多个修补基面涂层，并且每个修补基面涂层可具有独特的化学催化功能。在scr装置220中，用于scr功能和nh3氧化功能的催化剂组合物可驻留在基板上的不连续的修补基面涂层中，或者替代地，用于scr和nh3氧化功能的组合物可驻留在基板上的不连续的纵向区域中。

scr装置220可被设置在oc装置218的下游。在一个或多个示例中，scr装置220包括可为壁流式过滤器的过滤器部分222，其配置为从排气216中过滤或捕集碳和其它颗粒物质。在至少一个示例性实施例中，过滤器部分222形成为颗粒过滤器(pf)，诸如柴油颗粒过滤器(dpf)。过滤器部分(即，pf)可例如使用陶瓷壁流式块体排气过滤器基板来构造，该过滤器部分被包装在刚性耐热壳体或罐中。过滤器部分222具有与排气管道214流体连通的入口和出口，并且可随着排气216流过其中而捕集颗粒物质。应当明白的是，陶瓷壁流块体基板本质上仅仅是示例性的，并且过滤器部分222可包括其它过滤器装置，诸如卷绕或包装式纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等。在一个或多个示例中，排放控制系统34还可执行再生过程，该再生过程通过燃烧被捕集在过滤器基板中的颗粒物质来再生过滤器部分222。

在一个或多个示例中，scr装置220诸如以可变配量速率接收还原剂。还原剂246可从还原剂供应源246供应。在一个或多个示例中，使用喷射器236或其它合适的输送方法将还原剂246在scr装置220上游的位置喷射到排气管道214中。还原剂246可为气体、液体或水溶液(诸如尿素水溶液)的形式。在一个或多个示例中，还原剂246可与喷射器236中的空气混合以帮助喷射的喷雾的扩散。被设置在过滤器部分222上的含修补基面涂层的催化剂或溢流催化剂或壁流式过滤器可减少排气216中的nox成分。scr装置220可利用诸如氨(nh3)等还原剂246来还原nox。含修补基面涂层的催化剂可含有沸石和一种或多种贱金属成分，诸如铁(fe)、钴(co)、铜(cu)或钒(v)，其可在存在nh3的情况下有效地操作以转化排气216的nox成分。在一个或多个示例中，湍流器(即，混合器)(未示出)也可被设置在排气管道214内紧邻喷射器236和/或scr装置220，以进一步帮助还原剂246与排气216完全混合和/或均匀分布在整个scr装置220中。

排放控制系统34进一步包括将还原剂246引入排气216的还原剂输送系统232。还原剂输送系统232包括还原剂供应器234、喷射器236。还原剂供应器234存储还原剂246并且与喷射器236流体连通。还原剂246可包括但不限于nh3。因此，喷射器236可将可选择量的还原剂246喷射到排气管道214中，使得还原剂246在scr装置220上游的位置处被引入到排气216。

在一个或多个示例中，排放控制系统34进一步包括控制模块238，其经由多个传感器可操作地连接以监测发动机26和/或排气处理系统34。如本文所使用，术语模块是指可包括执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(asic)、电子电路、处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器的处理电路、组合逻辑电路，和/或提供所述功能的其它合适部件。例如，模块238可执行如下所述的scr化学模型。控制模块238可操作地连接到ice系统24、scr装置220和/或一个或多个传感器。如所示，传感器可包括被设置在scr装置220下游的上游nox传感器242和下游nox传感器242'，其中每一个都与排气管道214流体连通。在一个或多个示例中，上游nox传感器242被设置在ice26的下游以及scr装置220和喷射器236两者的上游。上游nox传感器242和下游nox传感器242'检测在排气管道214内邻近它们的位置的nox水平，并且产生对应于nox水平的nox信号。在一些实施例中，nox水平可包括浓度、质量流量或体积流量。例如，由nox传感器产生的nox信号可由控制模块238解译。控制模块238可选地与被设置在scr装置220上游的一个或多个温度传感器(诸如上游温度传感器244)进行通信。

排放控制系统34的传感器可进一步包括至少一个压力传感器230(例如，压差传感器)。压差传感器230可确定scr装置220两端的压力差(即，δp)。虽然示出了单个压差传感器230，但是应当明白的是，可使用多个压力传感器来确定scr装置220的压力差。例如，第一压力传感器可被设置在scr装置220的入口处并且第二压力传感器可被设置在scr220的出口处。因此，由第二压差传感器检测到的压力与由第一压差传感器检测到的压力之间的差异可指示scr220两端的压力差。应当注意的是，在其它示例中，传感器可包括与本文所示出/描述的传感器不同的、附加的或更少的传感器。

在一个或多个示例中，scr装置220包括利用还原剂246和催化剂来转换排气216中的no和no2的一个或多个部件。scr装置220可包括例如可包装在壳体或罐中的溢流陶瓷或金属块体基板，该壳体或罐具有与排气管道214和可选地其它排气处理装置流体连通的入口和出口。壳体或罐理想地可包括相对于排气成分的大致惰性材料(诸如不锈钢)。基板可包括施加到其上的scr催化剂组合物。

例如，基板主体可为陶瓷砖、板结构或任何其它合适的结构(诸如块体蜂窝结构，其包括每平方英寸数百至数千个平行的溢流孔)，但是其它配置也是合适的。每个溢流孔可由壁表面限定，在壁表面上可对scr催化剂组合物进行修补基面涂敷。基板主体可由能够承受与排气216相关联的温度和化学环境的材料形成。可使用的材料的一些具体示例包括陶瓷，诸如经挤压堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、石榴石或耐热和耐腐蚀金属(诸如钛或不锈钢)。基板可包括例如非硫酸化tio2材料。基板主体可为如下面将讨论的pf装置。

scr催化剂组合物通常是多孔和高表面积材料，其可在还原剂246(诸如氨)的存在下有效地操作以转化排气216中的nox成分。例如，催化剂组合物可含有浸渍有诸如铁(fe)、钴(co)、铜(cu)、钒(v)、钠(na)、钡(ba)、钛(ti)、钨(w)和其组合等一种或多种碱金属组分的沸石。在特定实施例中，催化剂组合物可含有浸渍有铜、铁或钒中的一种或多种的沸石。在一些实施例中，沸石可为β-型沸石、y型沸石、zm5沸石或任何其它结晶沸石结构，诸如菱沸石或usy(超稳定y型)沸石。在特定实施例中，沸石包括菱沸石。在特定实施例中，沸石包括ssz。特别是当与颗粒过滤器(pf)装置串联使用时，或当被结合到经由高温排气烟尘燃烧技术再生的scrf装置中时，合适的scr催化剂组合物可具有高热结构稳定性。

scr催化剂组合物可选地进一步包括一种或多种碱金属氧化物作为促进剂以进一步降低so3形成并延长催化剂寿命。在一些实施例中，一种或多种碱金属氧化物可包括wo3、al2o3和moo3。在一个实施例中，wo3、al2o3和moo3可与v2o5组合使用。

scr装置通常使用还原剂246将nox物质(例如，no和no2)还原成无害组分。无害组分包括例如并非nox物质的一种或多种物质，诸如双原子氮、含氮惰性物质或被认为是可接受的排放物的物质。还原剂246可为氨(nh3)(诸如无水氨或氨水)或由氮和富氢物质(诸如尿素(co(nh2)2)产生。另外或替代地，还原剂246可为能够在排气216和/或热量存在下分解或反应以形成氨的任何化合物。等式(1)到(5)提供了用于涉及氨的nox还原的示例性化学反应。

6no+4nh3→5n2+6h2o(1)

4no+4nh3+o2→4n2+6h2o(2)

6no2+8nh3→7n2+12h2o(3)

2no2+4nh3+o2→3n2+6h2o(4)

no+no2+2nh3→2n2+3h2o(5)

应当明白的是，等式(1)到(5)仅仅是说明性的，并不意味着将scr装置220限制为特定的nox还原机制或多个nox还原机制，也不排除其它机制的操作。scr装置220可配置为执行任何一种上述nox还原反应、上述nox还原反应的组合以及其它nox还原反应。

还原剂246可在各种实施方案中用水稀释。在还原剂246被水稀释的实施方案中，热量(例如，来自排气)使水蒸发，并且将氨供应到scr装置220。根据需要，非氨还原剂可用作氨的完全或部分替代物。在还原剂246包括尿素的实施方案中，尿素与排气反应以产生氨，并且将氨供应到scr装置220。下面的反应(6)提供了经由尿素分解产生氨的示例性化学反应。

co(nh2)2+h2o→2nh3+co2(6)

应当明白的是，等式(6)仅仅是说明性的，并不意味着将尿素或其它还原剂246分解限制为特定的单一机制，也不排除其它机制的操作。

scr催化剂可存储(即，吸收和/或吸附)与排气216相互作用的还原剂。例如，还原剂246可作为氨存储在scr装置220或催化剂内。给定的scr装置220具有还原剂容量或其能够存储的还原剂或还原剂衍生物的量。相对于scr催化剂容量，存储在scr装置220内的还原剂的量可被称为scr“还原剂装载量”，并且在一些情况下可被指示为％装载量(例如，90％还原剂装载量)。在scr装置220的操作期间，喷射的还原剂246存储在scr催化剂中并且在与nox物质的还原反应期间消耗，并且必须连续补充。确定要喷射的还原剂246的精确量对于保持排气排放处于可接受的水平是至关重要的：系统34内(例如，scr装置220内)的还原剂水平不足可能导致(例如，经由车辆尾管)来自该系统的非期望nox物质排放(“nox渗漏”)，而过量的还原剂246喷射可导致非期望量的还原剂246未反应地通过scr装置220或者作为非期望反应产物(“还原剂泄漏”)离开scr装置220。当scr催化剂低于“起燃”温度时(例如如果scr装置220中的nh3饱和(即，没有更多的存储位置了))，还可能发生还原剂泄漏和nox渗漏。例如，scr配量逻辑可用于命令还原剂246配量和其调整，并且可由模块238实施。

可通过scr化学模型确定还原剂喷射配量速率(例如，每秒克数)，该scr化学模型基于来自一个或多个还原剂246喷射的信号(例如，来自喷射器236的反馈)和上游nox(例如，来自上游nox传感器242的nox信号)来预测存储在scr装置220中的还原剂246的量。scr化学模型进一步预测从scr220排出的排气216的nox水平。scr化学模型可由控制模块238实施。例如，scr化学模型可随时间由一个或多个过程值更新。诸如由模块238控制的配量管理器(未示出)监测由scr化学模型预测的还原剂存储水平，并将其与期望的还原剂存储水平进行比较。可连续监测预测的还原剂存储水平与期望的还原剂存储水平之间的偏差，并且可触发配量调整以增加或减少还原剂配量以消除或减少偏差。例如，可调整还原剂配量速率以在scr装置220下游的排气216中实现期望的nox浓度或流量，或者实现期望的nox转化速率。期望的转化速率可通过许多因素来确定，诸如scr催化剂类型的特性和/或系统的操作条件(例如，ice26操作参数)。

随着时间变化，scr化学模型的不准确性可能会加剧模型化scr还原剂装载量与实际装载量之间的明显误差。因此，可连续校正scr化学模型以最小化或消除误差。用于校正scr化学模型的一种方法包括将模型化scr排放排气nox水平与实际nox水平(例如，如由下游nox传感器242'测量的)进行比较以确定差异，并且随后校正该模型以消除或减少差异。因为nox传感器(例如，下游nox传感器242')对还原剂(例如，nh3)和nox交叉敏感，所以区分还原剂信号和nox信号是至关重要的，因为还原剂泄漏可能与不充分的nox转化混淆。

在一个或多个示例中，用于区分还原剂信号和nox信号的被动分析技术是相关性方法，其包括将上游nox浓度(例如，诸如由上游nox传感器242测量)移动与下游nox浓度(例如，诸如由下游nox传感器242'测量)进行比较，其中发散浓度方向可指示还原剂泄漏的增加或减少。相关性分析识别来自下游nox传感器242'的测量值何时遵循来自上游nox传感器242的测量模式(即，如同上游nox传感器242一样移动的测量模式)。相关性是这两个nox传感器之间的线性关系的强度和方向的统计量度。例如，如果上游nox浓度下降并且下游nox浓度增加，则可将还原剂泄漏识别为增加。类似地，如果上游nox浓度增加并且下游nox浓度下降，则可将还原剂泄漏识别为下降。替代地或另外，用于区分还原剂信号和nox信号的第二种被动分析技术是频率分析。由于在瞬态条件期间nox和还原剂浓度的变化，由nox传感器产生的nox信号可包括多个频率分量(例如，高频和低频)。高频信号通常只与nox浓度有关，而低频信号通常与nox浓度和还原剂浓度这两者有关。上游nox和下游nox的高频信号被隔离并且用于计算scrnox转化率，然后将该转化率应用到隔离的低通上游nox信号以确定低频下游nox信号。然后将计算的低频下游nox信号与实际隔离的低频下游nox信号进行比较，其中这两个值之间的偏差可指示还原剂泄漏。

相关性和频率被动分析技术的局限性在于当scr处于稳定状态时它们不能被实施。例如，通过在移动时间范围内对scr装置220上游的nox信号(例如，诸如由上游nox传感器242测量)取均方根值的均方根值来确定“稳定状态”；足够小的值指示上游nox浓度的最小变化，并且scr可被认为处于稳定状态。例如，稳定状态条件可包括小于预定值(诸如约30ppm、小于约20ppm或小于约10ppm)的上游nox浓度的均方根值。scr稳定状态条件可通常与ice26的稳定状态条件(例如，通常一致的rpm、燃料喷射、温度等)相关。侵入测试可用于区分还原剂信号和nox信号，这些侵入测试包括停止全部或大部分还原剂配量一段时间。虽然侵入测试可在稳定状态条件下执行，但是在一些情况下，它们可能在测试期间产生非期望的排气排放，诸如nox浓度增加的排放。

图3示出了根据一个或多个实施例的通过scr装置220的气体的示例流动。控制模块238测量气体体积的流量(f)和气体的浓度c。例如，控制模块238将scr装置220的nox310的输入流量确定为fcnox,in，其中f是输入气体216的体积，并且cnox,in是输入气体216中nox的入口浓度。类似地，fcnh3,in是输入气体216中的nh3315的流量的体积，cnh3,in是nh3的入口浓度。另外，补偿吸附量322和脱附量324以及在催化剂表面上反应的量，控制模块238可将cnh3确定为nh3的scr浓度，并且将cnox确定为nox的scr浓度。

因此，fcnox是通过scr装置220的出口的nox的nox出口体积流量320。在一个或多个示例中，控制模块238可将wnoxfcnox确定为nox的质量流量，其中wnox是nox的分子量。类似地，对于nh3，出口体积流量325是fcnh3，其中nh3的质量流量是wnh3fcnh3。

如前所述，控制模块238精确地控制还原剂喷射速率；诸如氨生产尿素水溶液喷射速率。喷射不足可能会导致不可接受的低nox转化。喷射速率过高会导致从scr装置220中释放氨。来自scr系统的这些氨排放被称为氨泄漏。

因此，返回参考图2和4，控制模块238基于化学模型和期望的nh3存储设定点来控制喷射器236的操作，以确定如本文所述的待喷射的还原剂246的量。控制模块238可基于监测一个或多个传感器来确定与还原剂存储对应的校正系数，并且可更精确地控制由喷射器236提供的喷射的还原剂的量。例如，控制模块238确定还原剂喷射器激励时间校正系数，以进一步减少或消除化学模型与实际scr出口nox排放之间的差异。替代地或另外，控制模块238确定nh3设定点校正以减少或消除化学模型与实际scr出口nox排放之间的差异。因此，可更有效地利用还原剂246的供应。例如，喷射到排气216中的还原剂在喷射到排气216中时可形成nh3。因此，控制模块238控制被供应给scr装置220的nh3的量。scr催化剂吸附(即，存储)nh3。由scr装置220存储的nh3的量在下文中可被称为“nh3存储水平”。控制模块238可控制被供应给scr装置220的nh3的量以调节nh3存储水平。存储在scr装置220中的nh3与通过其中的排气216中的nox发生反应。

在一个或多个示例中，从进入scr装置220的排气216中除去的nox的百分比可被称为scr装置220的转化效率。控制模块238可基于分别由第一(上游)nox传感器242和第二(下游)nox传感器242'产生的noxin和noxout信号来确定scr装置220的转化效率。例如，控制模块238可基于以下等式来确定scr装置220的转化效率：

screff＝(noxin–noxout)/noxin(7)

由于scr催化剂的温度升高，也可能导致nh3泄漏。例如，当nh3存储水平接近最大nh3存储水平时，在温度升高的情况下，nh3可从scr催化剂脱附。由于排放控制系统34中的误差(例如，存储水平估计误差)或部件有故障(例如，喷射器有故障)也可能发生nh3泄漏。

通常，控制模块238基于化学模型来估计scr装置220的nh3存储水平。在一个或多个示例中，nh3存储设定点(“设定点”)是可校准的。控制模块238使用化学模型来估计scr装置220中的nh3的当前存储水平，并且存储水平管理器向喷射控制提供反馈以根据化学模型确定喷射速率以提供用于反应的nh3，并且保持目标存储水平。设定点可指示给定操作条件(例如，scr催化剂的温度)的目标存储水平。因此，设定点可指示scr装置220的存储水平(s)和温度(t)。设定点可标示为(s,t)。控制模块238控制还原剂喷射器236以管理喷射到排气216中的还原剂的量，以将scr装置220的存储水平调整到设定点。例如，控制模块238命令喷射器236在确定新的设定点时增加或减少存储水平以达到设定点。另外，控制模块238命令还原剂喷射器236增加或减少存储水平以在达到设定点时保持设定点。

本文描述的技术特征促进排放控制系统34执行稳定状态氨泄漏检测。通常，在稳定状态下，通过禁用穷尽流体(def)喷射来执行氨泄漏检测。然而，这些技术可能会潜在地增加def喷射剂量停止事件期间的nox排放。本文描述的技术特征通过调制发动机输出nox而不是通过禁用def喷射来侵入式地检测稳定状态操作条件下nh3泄漏或nox渗漏的存在执行氨泄漏和/或nox渗漏检测来解决这样的技术挑战并且改进scr装置220并由此改进排放控制系统34，其中nh3泄漏检测策略通常无效。使用发动机输出nox调制可防止对应于def喷射禁用的尾管nox排放增加。

在一个或多个示例中，控制模块238对一个调制事件使用基本发动机控制来逐步调制发动机输出nox排放，并且监测例如来自下游nox传感器242'的nox测量值的对应变化。替代地或另外，控制模块238经由基本发动机控制多次调制发动机输出nox直到达到预定的nox排放阈值，并且使用来自nox传感器的对应的nox测量值与发动机输出nox的基于相关性和频率的比较。在一个或多个示例中，使用发动机输出nox的均方根作为阈值。另外，在一个或多个示例中，控制模块238解调发动机输出nox排放以恢复到原始状态。

在一个或多个示例中，控制模块238例如通过循环排气再循环(egr)来调制ice。图4示出了根据一个或多个实施例的其中scr装置220配量不足的示例情况。例如，响应于第一调制405和第二调制415描绘了发动机输出nox410的值的变化。第二调制415可为对第一调制405之前的原始状态的解调。发动机输出nox是当排气216离开ice26时排气216中的nox的量或浓度。图4进一步示出了由下游nox传感器242'测量的scr输出nox测量值420的对应变化。在所描绘的示例情况中，随着发动机输出nox增加，下游nox传感器测量值也增加，并且随着发动机输出nox降低，下游nox传感器测量值在配量不足(nox渗漏)条件下也会降低。

控制模块238通过引起ice26操作的改变来调制发动机输出nox。例如，在一个或多个示例中，调制包括ice26的排气再循环循环，这可导致燃料以较慢/较快的速率燃烧，因此导致排气216分别包括较少/更多的nox。排气再循环进入ice26中以供调制的速率是预定的，使得车辆10的操作者和/或乘客不会感觉到ice26的操作的改变。

在一个或多个示例中，调制改变了燃料被喷射进入ice26的速率，这改变了ice26发射nox的速率，如图4中所描绘。修改燃料喷射以供调制的速率是预定的，使得车辆10的操作者和/或乘客不会感觉到ice26的操作的改变。另外，在一个或多个示例中，调制改变了喷射正时(而非速率)，从而影响燃烧效率并且因此影响发动机输出nox排放。

图5示出了根据一个或多个实施例的用于检测scr装置中的氨泄漏和/或还原剂渗漏的示例性方法500的流程图。该方法还确定scr装置220的配量状态，该配量状态指示scr装置220是配量过量还是配量不足。在一个或多个示例中，控制器38实施方法500。替代地，一个或多个电路实施方法500。在一个或多个示例中，方法500通过执行可以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或存储在诸如存储器装置等非暂时性介质中的逻辑来实施。

如在510处所示，方法500包括检查发动机操作条件。例如，检查ice26是否处于预选定发动机操作条件，诸如发动机产生的nox大致恒定的“稳定状态”操作条件，如在520处所示。例如，稳定状态操作条件可对应于车辆10正在驾驶的条件，例如发动机转速或负载大致恒定。如在530处所示，该方法继续检测ice26的其它操作状态的nh3泄漏检测并且循环通过这些步骤，直到检测到预选定稳定状态操作条件。

如果检测到ice26以稳定状态操作，则该方法通过发动机输出nox调制来对ice26的稳定状态操作执行稳定状态nh3泄漏检测检查或测试，如在540处所示。稳定状态nh3泄漏检测检查包括通过改变发动机操作以预定方式调制发动机，如在542处所示。在一个或多个示例中，调制包括修改排气再循环、将燃料喷射速率和/或正时或其它发动机操作参数修改预定值。

nh3泄漏检测检查进一步包括确定来自scr下游nox传感器242'的nox测量值中的一个或多个梯度，如在544处所示。例如，控制模块238从scr下游nox传感器242'接收nox测量值，并且通过确定来自下游nox传感器242'的最近nox测量值对之间的差异来计算梯度。替代地，梯度被计算为由nox测量值表示的曲线的斜率。在一个或多个示例中，例如当egr被开启/关闭时，在发动机输出nox被调制时捕获nox测量值。

另外，将该梯度与阈值进行比较，如在546处所示。在一个或多个示例中，阈值是与调制对应的预定值。替代地或另外，控制模块238基于scr装置220的化学模型来计算阈值。例如，基于本文描述的半闭环计算以及一个或多个传感器值(诸如入口/出口温度、入口/出口压力，以及更早的nox测量值等)来确定阈值。在一个或多个示例中，计算测量值中的梯度与阈值之间的差异。在一个或多个示例中，该差异可被称为调制梯度误差。

如果调制梯度误差高于特定值(梯度>阈值至少一个特定值)，则认为检测到nox渗漏，并且相应地调整scr装置220，如在548和550处所示。相反，如果测量值中的梯度没有超过预定阈值(梯度<阈值)，则认为检测到稳定状态nh3泄漏，并且相应地调整scr装置220，如在548和555处所示。因此，该方法仅仅促进稳定状态下的氨泄漏检测，并且因此促进scr装置调整的输入条件。例如，该调整包括调整还原剂配量速率，例如配量的频率和/或每份配量中的还原剂的量。应当注意的是，响应于nox渗漏检测而执行的scr装置调整与响应于nh3泄漏检测的调整相反。例如，在nox渗漏检测的情况下，还原剂配量增加，并且在nh3泄漏检测的情况下，还原剂配量降低。

在一个或多个示例中，nox测量值和阈值可指示排气216中的nox的浓度。在这种情况下，在一个或多个示例中，预定值可为预定的nox浓度，诸如0.5ppm(或任何其它值)。应当注意的是，在一个或多个示例中，所使用的nox测量值和阈值可为nox流量或任何其它的nox属性(而不是nox浓度)。

换句话说，如果调制梯度小于(或等于)预定阈值，则scr装置220被认为在有nh3泄漏的稳定状态下操作，并且因此相应地调整scr装置220，如在555处所示。如果调制梯度大于预定阈值，则scr装置220被认为是在nox渗漏的情况下操作，如在550处所示。例如，可调整还原剂配量速率以在scr装置220下游的排气216中实现期望的nox浓度或流量，或者实现期望的nox转化速率。

图6示出了根据一个或多个实施例的用于检测scr装置中的氨泄漏的示例性方法600的流程图。该方法还确定scr装置220的配量状态。在一个或多个示例中，控制器38实施方法600。替代地，一个或多个电路实施方法600。在一个或多个示例中，方法600通过执行可以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或存储在诸如存储器装置等非暂时性介质中的逻辑来实施。

类似于方法500，如在510处所示，方法600包括检查发动机操作条件。例如，检查ice26是否处于预选定发动机操作条件，诸如“稳定状态”操作条件，如在520处所示。如在530处所示，该方法继续检测ice26的其它操作状态的nh3泄漏检测并且循环通过这些步骤，直到检测到预选定稳定状态操作条件。如果检测到ice26以稳定状态操作，则该方法包括通过发动机输出nox调制来对ice26的稳定状态操作执行稳定状态nh3泄漏检测，如在540处所示并且如本文所述(图5)。

另外，方法600包括通过发动机输出nox解调对ice26的稳定状态操作执行稳定状态nh3泄漏检测，如在610处所示。例如，控制模块238通过改变发动机操作以从调制(540)之前返回到原始状态来以预定方式解调发动机，如在612处所示。例如，如果调制要开启egr，则解调包括关闭egr。替代地，如果调制增加燃料喷射速率，则解调包括降低燃料喷射速率，反之亦然。替代地或另外，如果调制将燃料喷射的正时从第一正时改变到第二正时，则解调将正时改变回到第一正时。

燃料喷射正时包括喷射开始(soi)，其是燃料喷入开始燃料到ice26的燃烧室的时间。例如，soi可被表达为相对于压缩冲程的上止点(tdc)的曲柄角度(cad)。例如，soi可为电子触发器被发送到燃料喷射器的时间或指示燃料喷射器何时开始打开的信号。

控制模块238进一步计算来自scr下游nox传感器242'的nox测量值的梯度，如在614处所示。例如，控制模块238从scr下游nox传感器242'接收nox测量值，并且通过确定来自下游nox传感器242'的最近nox测量值之间的差异来计算梯度。

另外，将该梯度与阈值进行比较，如在616处所示。在一个或多个示例中，阈值是与解调对应的预定值，并且可不同于调制期间比较的阈值(548)。替代地或另外，控制模块238基于scr装置220的化学模型来计算阈值。例如，基于本文描述的半闭环计算以及一个或多个传感器值(诸如入口/出口温度、入口/出口压力，以及更早的nox测量值等)来确定阈值。在一个或多个示例中，计算测量值中的梯度与阈值之间的差异。在一个或多个示例中，该差异可被称为调制梯度误差。

如果调制梯度误差高于特定值(梯度>阈值至少一个特定值)，则认为检测到nox渗漏，并且相应地发起scr调整，如在618和620处所示。相反，如果梯度没有超过预定阈值(梯度<阈值)，则认为检测到稳定状态nh3泄漏，并且相应地调整scr装置220，如在618和625处所示。例如，该调整包括调整还原剂配量速率，例如配量的频率和/或每份配量中的还原剂的量。

例如，nox测量值和阈值可指示排气216中的nox的浓度。在这种情况下，在一个或多个示例中，预定值可为预定的nox浓度，诸如0.5ppm(或任何其它值)。应当注意的是，在一个或多个示例中，所使用的nox测量值和阈值可为nox流量或任何其它的nox属性(而不是nox浓度)。应当注意，在一个或多个示例中，用于与调制梯度误差和解调梯度误差进行比较的预定阈值彼此不同。在一个或多个示例中，将调制梯度误差和解调梯度误差两者与单个预定阈值进行比较以确定scr装置220是否将被调整。

换句话说，如果调制梯度小于(或等于)预定阈值，则scr装置220被认为在有nh3泄漏的稳定状态下操作，并且因此相应地调整scr装置220，如在625处所示。如果调制梯度大于预定阈值，则scr装置220被认为是在nox渗漏的情况下操作，如在620处所示。例如，可调整还原剂配量速率以在scr装置220下游的排气216中实现期望的nox浓度或流量，或者实现期望的nox转化速率。

图7描绘了根据一个或多个实施例的用于通过发动机输出nox调制来执行稳定状态氨泄漏检测的示例方法。该方法还确定scr装置220的配量状态。在一个或多个示例中，通过发动机输出nox调制(图5和6中的540)进行的稳定状态氨泄漏检测可包括单次调制以及监测下游nox测量值中的当前变化。替代地或另外，调制包括多次调制，并且监测下游nox测量值以确保测量值的变化对应于所进行的多次调制。图7描绘了根据一个或多个实施例的用于通过调制发动机输出nox来执行稳定状态氨泄漏检测的示例方法。

在一个或多个示例中，通过改变ice26的操作(例如通过调制egr)来调制/解调发动机输出nox，如在710处所示。如在720处所示，捕获对应的发动机输出nox传感器测量值。另外，控制模块238检查是否已经满足阈值条件(诸如发动机输出nox传感器测量值的均方根)来停止调制发动机输出nox，如在730处所示。控制器38连续地计算发动机输出nox传感器测量值的均方根。在一个或多个示例中，针对发动机输出nox传感器测量值的预定子集(例如针对预定持续时间捕获的测量值、自从车辆10最近启动以来的测量值、自从车辆10首先启动以来的测量值或任何其它预定的发动机输出nox测量值)计算均方根。如果不满足阈值条件，则该方法循环以继续调制发动机输出nox并捕获对应的下游nox测量值。

在一个或多个示例中，控制模块238替代地调制和解调发动机输出nox，以根据预定模式改变发动机输出nox。图8通过循环egr开启/关闭描绘了示例调制/解调序列810。图8还根据调制/解调序列810描绘了对应的发动机输出nox序列820。在一个或多个示例中，例如以预定频率周期性地检查阈值条件，从而产生序列810和820。应当注意的是，虽然图8描绘了用于调制发动机输出nox的循环egr，但是在其它示例中，调制/解调是通过以不同方式改变发动机操作(例如，通过改变燃料喷射正时)来实施。

在一个或多个示例中，由控制模块238检查以确定何时停止调制/解调发动机输出nox和捕获对应的nox测量值的阈值条件包括确定发动机输出nox已经被调制/解调的次数。例如，发动机输出nox被调制/解调预定次数，诸如5、10或任何其它整数。控制模块238跟踪发动机输出nox已经被调制/解调的次数并且将该数量与预定阈值进行比较。例如，如果使用egr循环调制/解调发动机输出nox，则控制模块238跟踪egr循环开启/关闭的次数。如果满足预定阈值，则认为满足阈值。

替代地或另外，阈值条件包括保持跟踪从下游nox传感器242'捕获的nox测量值的均方根(rms)。在一个或多个示例中，控制器38连续地计算发动机输出nox传感器测量值的rms。在一个或多个示例中，针对发动机输出nox传感器测量值的预定子集(例如针对预定持续时间捕获的测量值、自从车辆10最近启动以来的测量值、自从车辆10首先启动以来的测量值或任何其它预定的发动机输出nox测量值)计算均方根。控制模块238将rms值与预定阈值进行比较，并且如果rms等于或超过rms阈值，则调制/解调被认为已经满足阈值条件而停止。

一旦满足阈值条件，控制模块238将从下游nox传感器242'捕获的nox测量值与预测的nox测量值进行比较，如在740处所示。如果测量值与预测匹配，则控制模块238在没有任何调整的情况下继续scr装置220的操作，如在750处所示。替代地，如果预测和测量值不匹配，则控制模块238基于是检测到配量过量还是配量不足的条件来执行scr装置220的调整，如在760处所示。在一个或多个示例中，本文描述的基于相关性和频率的泄漏检测技术进一步用于确定是否存在nox渗漏或nh3泄漏条件。相关性和频率技术依赖于信号处理，例如确定发动机输出和scr输出nox传感器信号的相关性，将scr输出nox传感器信号分离成低频/高频等等，以检测nox渗漏或nh3泄漏。因此，本文的技术解决方案将发动机输出nox调制与检测策略相关联，诸如控制器38可靠地执行的相关性和频率策略。

例如，该比较包括相关性方法，其包括将下游nox浓度与上游nox测量值或预测nox测量值进行比较，其中发散浓度方向可指示还原剂泄漏的增加或减少。例如，如果上游nox浓度降低并且下游nox浓度增加，则可将还原剂泄漏识别为增加。类似地，如果上游nox浓度增加并且下游nox浓度下降，则可将还原剂泄漏识别为下降。因此，可使用两个nox测量值序列之间的差异来确定scr装置220的配量状态。

替代地或另外，该比较包括频率分析。由于在调制/解调期间nox和还原剂浓度的变化，由nox传感器产生的nox信号可包括多个频率分量(例如，高频和低频)。高频信号通常只与nox浓度有关，而低频信号通常与nox浓度和还原剂浓度这两者有关。上游nox和下游nox的高频信号被隔离并且用于计算scrnox转化率，然后将该转化率应用到隔离的低通上游nox信号以确定低频下游nox信号。然后将计算的低频下游nox信号与实际隔离的低频下游nox信号进行比较，其中这两个值之间的偏差可指示还原剂泄漏。

替代地或另外，控制模块238监测与调制/解调和预期/预测变化对应的下游nox测量值的增加/减少。参考图8，nox梯度序列830描绘了与egr循环序列810和对应的发动机输出nox预测序列820对应的下游nox测量值的变化。应当注意的是，在一个或多个示例中，可通过上游nox传感器242测量发动机输出nox值。基于与egr循环相关的下游nox测量值的变化，控制模块238可确定scr装置220的配量过量(832)条件/配量不足(834)条件，以检测scr装置220是否正在经历nox渗漏或nh3泄漏。

例如，如果在egr关闭之后随着发动机输出nox的增加而存在下游nox的升高，则控制模块238可确定配量不足的条件(nox渗漏)。替代地或另外，如果控制模块238在egr关闭之后随着发动机输出nox的增加而检测到下游nox没有上升，则控制模块238确定过量配量(nh3泄漏)条件。

本文描述的一个或多个预定阈值是可配置的，以促进排气系统根据可用于不同地理位置或不同类别车辆的不同顺应性规则进行配置。

本文的技术特征通过改进稳定状态nh3泄漏检测测试的性能而促进改进排气系统。技术特征进一步降低了由def配量禁止导致增加尾管nox排放的可能性，这通常用于scr装置的稳定状态泄漏检测。因此，使用辅助排放控制装置(aecd)进行稳定状态泄漏检测并且确保排放控制系统符合适用规则而消除了这些技术特征。

虽然已经参考示例性实施例描述了以上公开，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，本公开旨在不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入本申请范围内的所有实施例。