專利名稱：排放控制診斷系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車排放控制診斷系統(tǒng)及方法的領(lǐng)域。
技術(shù)背景選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)被用于減少汽車的排放。然而，SCR系統(tǒng)的性能劣 化可能涉及多種來源。例如，噴射系統(tǒng)、SCR催化劑，及還原劑性能以及各種其他潛 在來源都可能成為性能劣化的根本原因。一種識別性能劣化潛在來源的方法是確定排放控制系統(tǒng)性能劣化，從而對系統(tǒng)執(zhí) 行檢查以進(jìn)行診斷。然而，在某些工況下，如在偏遠(yuǎn)地區(qū)行駛時，可能不方便對系統(tǒng) 進(jìn)行機(jī)械診斷。此外，希望將性能劣化的潛在來源隔離在排放控制系統(tǒng)內(nèi)，以便在汽 車運(yùn)行時各種其他策略仍然可用于控制排放。發(fā)明內(nèi)容在一種方法中，可以使用這樣的方法考慮并關(guān)聯(lián)多個來源中的每個，以識別是 多個性能劣化潛在來源中的哪個至少部分地使基于尿素的NO,還原系統(tǒng)輸出劣化。在 另一種方法中，提供一種操作具有排放控制系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法。該方法包括在 排放控制系統(tǒng)性能劣化期間，動態(tài)地識別排放控制系統(tǒng)的多個工況之間的關(guān)系；及將 該關(guān)系關(guān)聯(lián)于排放控制系統(tǒng)的一個或多個性能劣化潛在來源。作為補(bǔ)充或替代，該方 法可以基于所述關(guān)系從多個所述性能劣化潛在來源中識別一個或多個性能劣化來源。 以此方式，即使每個潛在來源都可能造成性能劣化，也可以在多個潛在來源中準(zhǔn)確識 別性能劣化來源。在又一種方法中，可以使用一種診斷排放控制系統(tǒng)的方法，該方法包括識別排放控制系統(tǒng)性能劣化；調(diào)節(jié)還原劑噴射；確定排放控制系統(tǒng)的一個或多個工況；及基 于所述工況順序地識別一個或多個性能劣化來源。


圖l示出內(nèi)燃發(fā)動機(jī)及發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的示例實施例；圖2示出排放控制診斷系統(tǒng)的示例實施例；圖3是診斷排放控制系統(tǒng)的方法的示例實施例的流程圖；圖4示出排放控制系統(tǒng)性能劣化的多個根本原因工況的示例實施例；及圖5是診斷排放控制系統(tǒng)的方法的另一個示例實施例的流程圖。
具體實施方式
現(xiàn)參考圖1,示出包括多個燃燒室并由電子發(fā)動機(jī)控制器12控制的直噴式內(nèi)燃 發(fā)動機(jī)10。發(fā)動機(jī)10的燃燒室30包括燃燒室壁32，活塞36位于其中并連接到曲軸 40。在一個示例中，活塞36包括凹坑或凹槽(未示出)以形成具有選擇的空燃進(jìn)氣 分層化水平或均質(zhì)化水平?；蛘?，也可以使用盤形活塞。燃燒室30如圖所示通過進(jìn)氣門52和排氣門54與進(jìn)氣歧管44和排氣歧管48連 通。燃料噴射器66如圖所示直接連接到燃燒室30,用于按照由常規(guī)電子驅(qū)動器68 從控制器12接收的脈沖寬度信號fpw的比例向其中直接供給液態(tài)燃料。向包括燃料 箱、燃料泵及燃料導(dǎo)管的燃料系統(tǒng)(未示出)提供燃料。在某些實施例中，發(fā)動機(jī) IO可以包括多個燃燒室，每個燃燒室都可以具有多個進(jìn)氣門和/或排氣門。進(jìn)氣門52可以由控制器12通過電動氣門執(zhí)行器(EVA) 51控制。類似地，排氣 門54可以由控制器12通過EVA53控制。在某些工況期間，控制器12可以改變向執(zhí) 行器51和53提供的信號，以控制相應(yīng)的進(jìn)氣門和排氣門的開啟和關(guān)閉。進(jìn)氣門52 和排氣門54的位置分別可以由氣門位置傳感器55和57確定。在可選實施例中，進(jìn) 氣門和排氣門中的一個或多個可以由一個或多個凸輪驅(qū)動，并可以使用凸輪廓線變換 (CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL) 系統(tǒng)中的一個或多個來改變氣門搡作。例如，燃燒室30可以選擇地包括通過電動氣 門驅(qū)動控制的進(jìn)氣門及通過包括CPS和/或VCT的凸輪驅(qū)動控制的排氣門。進(jìn)氣歧管42可以包括具有節(jié)流閩片64的節(jié)氣門62。在該具體示例中，節(jié)流閥 片64的位置可以通過向與節(jié)氣門62配套的電動機(jī)或致動器提供的信號由控制器12 改變，這一配置通常稱為電子節(jié)氣門控制(ETC)。以此方式，連同其他發(fā)動機(jī)氣缸 一道，節(jié)氣門62可用于改變向燃燒室30提供的進(jìn)氣。可以通過節(jié)氣門位置信號TP 向控制器12提供節(jié)流板64的位置。進(jìn)氣歧管42可以包括空氣質(zhì)量流量傳感器120 和/或歧管空氣壓力傳感器122,用于向控制器12提供相應(yīng)的信號MAF和MAP?？刂破?2啟動燃料噴射器66,以便形成具有期望空燃比的混合氣?？刂破鱪 控制由燃料噴射器66供給的燃料量，以便選擇燃燒室30中的混合氣空燃比，使其基 本上處于(或接近)化學(xué)計量空燃比、比化學(xué)計量空燃比濃，或比化學(xué)計量空燃比稀。 此外，控制器12配置為啟動燃料噴射器，以便在一個循環(huán)期間執(zhí)行多次燃料噴射。排氣歧管氣體傳感器126如圖所示連接到催化轉(zhuǎn)化器70上游的排氣歧管48。傳 感器126可以是用于提供排氣空燃比指示的任何適合的傳感器，如線性氧傳感器或 UEGO (通用或?qū)捰蚺艢庋?傳感器、雙態(tài)氧傳感器或EGO傳感器、HEGO (加熱型EGO) 傳感器、NO,傳感器、HC傳感器，或CO傳感器。催化轉(zhuǎn)化器70如圖所示與排氣歧管48連通。在某些實施例中，催化轉(zhuǎn)化器70 可以是柴油氧化催化劑。排放控制診斷系統(tǒng)74如圖所示與催化轉(zhuǎn)化器70連通?？刂破?2配置為控制排放控制系統(tǒng)。該特征將在下文中詳述?？刂破?2如圖1所示為常規(guī)微計算機(jī)，其中包括微處理器單元(CPU) 102、輸 入/輸出端口 (I/O) 104、用于可執(zhí)行程序和校準(zhǔn)值的電子存儲媒體，在該具體示例 中如圖所示為只讀存儲器芯片(ROM) 106、隨機(jī)存取存儲器(RAM) 108、?；畲鎯ζ?(KAM) 110,及常規(guī)數(shù)據(jù)總線。除上述信號之外，控制器12如圖所示還接收來自連接到發(fā)動機(jī)10的傳感器的各 種信號，包括來自連接到冷卻套管114的溫度傳感器112的發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度(ECT); 來自連接到曲軸40并可給出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的指示(RPM)的霍爾效應(yīng)傳感器118的齒面 點(diǎn)火傳感器信號(PIP);來自節(jié)氣門位置傳感器120的節(jié)氣門位置TP;及來自傳感 器122的歧管絕對壓力信號(MAP)。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號RPM可由控制器12以常規(guī)方式 通過信號PIP生成，而歧管絕對壓力信號MAP可提供發(fā)動機(jī)負(fù)荷的指示。取決于工況，可以在發(fā)動機(jī)10中進(jìn)行各種類型的燃燒。雖然圖l示出了壓縮點(diǎn) 火發(fā)動機(jī)，但應(yīng)理解，下文中所述的實施例可以用在任何適合的發(fā)動機(jī)中，包括但不 限于、壓縮點(diǎn)火柴油發(fā)動機(jī)、壓縮點(diǎn)火汽油發(fā)動機(jī)、火花點(diǎn)火發(fā)動機(jī)、直噴式發(fā)動機(jī)， 或進(jìn)氣道噴射式發(fā)動機(jī)等。此外，可以使用各種燃料和/或混合燃料，如汽油、柴油、 氫氣、乙醇、甲醇，和/或這些燃料的組合。圖2詳細(xì)示出發(fā)動機(jī)10的排放控制診斷系統(tǒng)74的示例的示意圖?？偟膩碚f，本 文中所述的組件可用于監(jiān)視排放控制系統(tǒng)的性能，并根據(jù)需要進(jìn)一步識別性能劣化潛 在來源。排放控制診斷系統(tǒng)如圖所示在如柴油氧化催化劑這樣的催化轉(zhuǎn)化器70(圖1 所示)上游的位置處連接到排氣系統(tǒng)202。此外> 排放控制診斷系統(tǒng)總體上包括SCR 催化劑204、噴射系統(tǒng)206,及診斷系統(tǒng)208。另外，排放控制診斷系統(tǒng)可以包括柴油微粒過濾器(未示出)。SCR催化劑204可以使用還原劑以有助于來自發(fā)動機(jī)10的排氣中的NO,的還原。 在某些實施例中，還原劑可以是液態(tài)尿素。特別是，來自排氣系統(tǒng)中的NO,與SCR催 化劑中的尿素反應(yīng)可以形成更加環(huán)保的排放到大氣中的產(chǎn)物，如氮、二氧化碳及水。 某些示例SCR反應(yīng)如下所述。首先，添加到排氣系統(tǒng)202中的尿素會按下述反應(yīng)分解為氨<formula>formula see original document page 7</formula>排放控制系統(tǒng)性能劣化接下來氨可以根據(jù)各種不同的反應(yīng)路徑和SCR催化劑中 的NO,反應(yīng)，反應(yīng)路徑包括但不限于一個或多個下述反應(yīng)<formula>formula see original document page 7</formula>希望能夠?qū)⒁欢康哪蛩匾肱艢庀到y(tǒng)中，該量一般可以通過上述NO,還原反應(yīng) 的化學(xué)配比，或存儲在控制器12中的查找表得到。特別是，引入排氣系統(tǒng)202中的 尿素的量可以基于來自一個或多個傳感器的信息。例如，來自傳感器，如圖l所示的 排氣歧管傳感器126的輸出信號可以指示排氣中的NO,量。因此，控制器12可以在需 要噴射一定量的尿素以基本上消耗完尿素并轉(zhuǎn)化大部分的NOx時，相應(yīng)地促使噴射系 統(tǒng)206引入一定量的尿素到排氣系統(tǒng)中。此外，可以選擇將最低轉(zhuǎn)化效率定義為可接 受的排放控制系統(tǒng)性能，以便從排氣中基本上去除N0X。例如，預(yù)定最低轉(zhuǎn)化效率可 以用作閾值，在NOx的轉(zhuǎn)化低于預(yù)定轉(zhuǎn)化效率時可指示排放控制系統(tǒng)性能劣化。噴射系統(tǒng)206可以存儲還原劑和/或向SCR催化劑供給還原劑。在某些實施例中， 噴射系統(tǒng)可以包括存儲有液態(tài)尿素的還原劑存儲裝置210。此外，噴射系統(tǒng)可以包括 用于向排氣系統(tǒng)供給尿素的附加組件，例如供給泵214、還原劑閥212,及噴嘴216。 在某些工況下，還原劑閥可以配置為有助于用供給泵將來自還原劑存儲裝置的一定量 的尿素通過噴嘴傳輸進(jìn)入與SCR催化劑連接的排氣系統(tǒng)。例如，控制器12可以促使 按對應(yīng)于由傳感器126 (未在圖2中示出)檢測到的離開發(fā)動機(jī)10的NOx的量噴射一 定量的尿素，以便基本上消耗完尿素并還原排氣中的N0X。然而，在其他工況下，可 以調(diào)節(jié)所噴射的尿素的量，使其不同于為基本上消耗完尿素并還原NOx而確定的尿素 量。特別是，可以調(diào)節(jié)尿素的量以診斷排放控制系統(tǒng)的性能，如下文詳述。診斷系統(tǒng)208可以監(jiān)視排放控制系統(tǒng)的性能并識別一個或多個性能劣化的潛在 來源。特別是，控制器12可以監(jiān)視排放控制系統(tǒng)的性能，以便在可以基于各種工況 確定性能時指示性能劣化。因此，診斷系統(tǒng)可以包括一個或多個與控制器通信的傳感 器，以檢測排放控制系統(tǒng)的各種工況。在某些實施例中，診斷系統(tǒng)可以包括溫度傳感 器218、 NO,傳感器220及氨傳感器222,然而各種其他傳感器、裝置或其組合也可以 向控制器提供反饋。例如，溫度傳感器218可以流體連通地位于噴嘴下游，而在噴嘴 處將尿素引入排氣系統(tǒng)。此外，NO,傳感器220和氨傳感器222可以位于SCR催化劑 的下游，以確定SCR催化劑處的排氣中的各種成分的濃度。本文中所述的示例傳感器 可用于確定排放控制系統(tǒng)性能劣化，和/或識別下文中詳述的性能劣化潛在來源。在某些工況下，診斷系統(tǒng)可以指示SCR催化劑的可接受的性能。在某些實施例中， 可以使用氨傳感器和/或NO,傳感器來確定可接受的性能。例如，引入排氣系統(tǒng)中的尿 素分解所產(chǎn)生的氨基本上可以還原進(jìn)入SCR催化劑的N0X。作為替代或補(bǔ)充，引入排 氣系統(tǒng)中的尿素可以分解為氨，從而吸附在SCR催化劑中的氨基本上可以由進(jìn)入SCR 催化劑的NOx消耗完。因此，NOx傳感器和/或氨傳感器可以指示離開SCR催化劑的N0X 和/或氨的濃度水平較低。以此方式，控制器可以基于由本文中所述的各種組件檢測 到的各種工況，監(jiān)視排放控制系統(tǒng)的性能。然而，在某些其他工況下，診斷系統(tǒng)可以指示SCR催化劑的性能劣化。在某些實 施例中，排放控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率可能低于預(yù)定的最低轉(zhuǎn)化效率。作為替換或補(bǔ)充，NO,濃度和/或氨濃度可能高于預(yù)定的可允許的排放水平。例如，在SCR催化劑中吸附 的氨的量可能不足以基本上還原進(jìn)入SCR的NO,,從而NO,傳感器指示NO,的濃度高于 預(yù)定的可允許的離開SCR催化劑的NO,濃度水平。在另一個示例中，氨可能不能由排 氣流中的NO,基本上消耗完，從而會在SCR催化劑的排氣中檢測到高濃度的氨。以此 方式，診斷系統(tǒng)可以指示SCR催化劑的性能劣化?？梢源偈乖\斷系統(tǒng)識別上述的性能劣化潛在來源。在某些實施例中，性能劣化潛 在來源可以包括噴射系統(tǒng)、SCR催化劑、還原劑性能、各種其他來源，或這些來源的 某種組合。特別是，各種工況，如溫度、NO,濃度、氨濃度等可以傳達(dá)與性能劣化潛 在來源關(guān)聯(lián)的信息。此外，可以同時檢測各種工況，以便識別性能劣化來源。作為一 個示例，離開SCR催化劑的NO,濃度較高，同時SCR出口處的氨濃度較高，則可以指 示SCR催化劑是排放控制系統(tǒng)的性能劣化來源。因此，診斷系統(tǒng)可以檢測與排放控制 系統(tǒng)的潛在問題關(guān)聯(lián)的工況之間的關(guān)系。以此方式，可以同時監(jiān)視并隔離各種工況， 對每個潛在來源進(jìn)行評估，以識別性能劣化的根本原因。如下文詳述， 一種方法可以 監(jiān)視排放控制系統(tǒng)的各種工況，并順序地確定工況之間的關(guān)系，以基于同時檢測的工 況來識別排放控制系統(tǒng)的 一個或多個性能劣化來源。圖3示出診斷排放控制裝置的性能劣化的示例方法的流程圖300。特別是，本文中所述的方法可以識別性能劣化潛在來源。具體來說，可以將各種工況之間的關(guān)系順 序地關(guān)聯(lián)于排放控制系統(tǒng)的一個或多個性能劣化潛在來源，如參考圖4和圖5進(jìn)一步 詳述。開始于步驟310,診斷系統(tǒng)識別性能劣化。特別是，控制器可以確定排放控制系 統(tǒng)性能劣化。如上所述，可以使用轉(zhuǎn)化效率、N0,濃度、氨濃度、各種其他工況，或 這些工況的某種組合來確定性能。在某些工況下，控制器可以識別排放控制系統(tǒng)性能 劣化。因此，可以向控制器發(fā)送輸出信號，指示排放控制系統(tǒng)性能劣化。因此，在步驟320，可以促使控制器診斷排放控制系統(tǒng)性能劣化。特別是，排放 控制系統(tǒng)性能劣化可以促使控制器識別一個或多個性能劣化潛在來源。具體來說，可 以將排放控制系統(tǒng)的各種工況之間的關(guān)系關(guān)聯(lián)于一個或多個性能劣化潛在來源，以便 識別根本原因。排放控制系統(tǒng)的各種工況都可能造成性能劣化，如參考圖4詳述。在某些實施例 中，性能劣化來源可以是噴射系統(tǒng)，如下文參考圖4A詳述。例如，噴射器可能堵塞， 從而使引入排氣系統(tǒng)中的尿素的量減少。在另一個示例中，控制器和噴射系統(tǒng)之間的 通信故障會阻止或減少尿素噴射。在另一個實施例中，性能劣化來源可能是損壞或劣 化的SCR催化劑，如下文中參考圖4B詳述。在又一個實施例中，性能劣化來源可能 是存儲在還原劑存儲裝置中的流體的還原劑性能較差，如參考圖4C詳述。例如，可 以將可稀釋還原劑的物質(zhì)，如水引入還原劑存儲裝置，而不是引入還原劑，如尿素。 此外，性能劣化潛在來源可以關(guān)聯(lián)于各種工況去識別根本原因。在某些實施例中，可以促使噴射系統(tǒng)調(diào)節(jié)進(jìn)入排氣系統(tǒng)的尿素的量，以便監(jiān)視排 放控制系統(tǒng)的響應(yīng)。因此，控制器可以和一個或多個傳感器通信，以響應(yīng)于噴射調(diào)節(jié) 檢測各種工況，從而來自各種傳感器的反饋可以用于識別一個或多個性能劣化潛在來 源。此外，控制器可以順序地接收來自多個傳感器的反饋，從而可以基于同時檢測的 工況確定各種工況之間的關(guān)系。以此方式，控制器可以基于與一個或多個性能劣化來 源關(guān)聯(lián)的反饋順序地確定關(guān)系，以識別一個或多個性能劣化來源。在一個實施例中，可以由傳感器檢測工況，以便確定是否可以將潛在來源識別為 性能劣化來源。例如，溫度傳感器218可以檢測溫度工況，從而將噴射系統(tǒng)可以識別 為性能劣化來源，或不識別為性能劣化來源?；趤碜詡鞲衅鞯姆答仯刂破鹘酉聛?可以接收來自另一個傳感器的反饋，從而可以確定是否可以將另一個性能劣化來源識 別為性能劣化來源。例如，氨傳感器222可以檢測SCR催化劑出口處的氨濃度，從而 識別SCR催化劑是或不是性能劣化潛在來源。此外，基于由多個傳感器，如溫度傳感 器和/或氨傳感器檢測到的反饋，控制器可以區(qū)別于各種其他性能劣化潛在來源，將 噴射系統(tǒng)和/或SCR催化劑順序地識別為性能劣化來源，從而可以將各種其他潛在來 源，如還原劑性能或這些來源的組合進(jìn)一步識別為性能劣化潛在來源，或不識別為性 能劣化潛在來源。以此方式，排放控制診斷系統(tǒng)可以有系統(tǒng)地確定性能劣化的根本原 因，如下文中參考圖5詳述。在一個實施例中，溫度傳感器218可用于確定噴射系統(tǒng)是否是性能劣化潛在來 源。在某些工況下，噴嘴與SCR催化劑之間的排氣系統(tǒng)的溫度可能響應(yīng)于尿素噴射而 至少暫時地下降。例如，向排氣系統(tǒng)供給的尿素可能造成溫度下降。然而，在其他工 況下，溫度傳感器可能未在調(diào)節(jié)尿素噴射之后檢測到溫度下降。例如，在損壞的噴射 器不按控制器的指令供給尿素噴射時，可能檢測不到溫度下降。因此，溫度傳感器可 以用于監(jiān)視對尿素噴射的響應(yīng)。以此方式，如果在噴射量改變之后未檢測到噴嘴下游 的排氣系統(tǒng)的溫度下降，則可以將噴射系統(tǒng)識別為排放控制系統(tǒng)性能劣化的根本原 因。在另一個實施例中，如果不能將噴射系統(tǒng)識別為性能劣化來源，則可以使用氨傳 感器222來確定SCR催化劑是否是潛在來源。例如，可以促使噴射系統(tǒng)調(diào)節(jié)進(jìn)入排氣 系統(tǒng)中的噴射量，從而溫度傳感器可以在SCR催化劑上游檢測到下降的溫度(即，噴 射系統(tǒng)功能正常)。然而，氨傳感器222可能在SCR催化劑的排氣中檢測到高濃度水 平的氨。例如，SCR催化劑可能損壞，從而氨不被吸附，而是基本上通過SCR催化劑 而進(jìn)入SCR催化劑的排氣中。此外，離開SCR催化劑的氨濃度可以至少部分地關(guān)聯(lián)于 對還原劑量的調(diào)節(jié)。以此方式，如果不可接受的氨濃度水平關(guān)聯(lián)于還原劑流量的調(diào)節(jié)， 則可以將S C R催化劑診斷為性能劣化的根本原因。在另一個實施例中，如果未將噴射系統(tǒng)和/或SCR催化劑識別為性能劣化來源' 則可以將各種其他來源識別為根本原因。例如，在某些工況下，可以將可稀釋還原劑的物質(zhì)引入還原劑存儲裝置。因此，控制器可以促使噴射系統(tǒng)向排氣系統(tǒng)供給可稀釋 還原劑的物質(zhì)，因此盡管不將尿素噴射到排氣中，但溫度傳感器可以檢測到下降的溫 度。此外，氨傳感器可能未檢測到離開SCR催化劑的較高的氨濃度水平。因此，可以 將不含氨的物質(zhì)引入排氣系統(tǒng)，以便有助于降低溫度傳感器處的溫度并將離開SCR催化劑的氨保持在較低濃度水平。以此方式，可以將還原劑存儲裝置中的還原劑的性能診斷為性能劣化的根本原因。如以上實施例所述，方法300可以通過順序地確定各工 況之間的關(guān)系，診斷一個或多個性能劣化潛在來源，如參考圖5進(jìn)一步所述。在步驟330，可以指示一個或多個性能劣化潛在來源。在某些實施例中，控制器 可以對應(yīng)于由診斷系統(tǒng)確定的根本原因所處的位置，促使指示燈發(fā)光。在各種其他實 施例中，控制器可以啟用各種其他排放控制策略，直到性能劣化的根本原因得以修正。 以此方式，排放控制診斷系統(tǒng)可以確定使用適當(dāng)?shù)牟呗詠硌a(bǔ)償排放控制系統(tǒng)的性能劣 化，直到根本原因得以修正。例如，控制器可以配置為基于所述信號，調(diào)節(jié)排氣再循 環(huán)的循環(huán)及點(diǎn)火正時中的至少 一個。圖4是排放控制系統(tǒng)的性能劣化潛在來源的實施例的示意圖。特別是，下文中所述的實施例示意性地示出響應(yīng)于引入排氣系統(tǒng)中的尿素量的改變所產(chǎn)生的來自各種 傳感器的反饋，其中如上所述，可以將該反饋關(guān)聯(lián)于一個或多個性能劣化潛在來源。 具體來說，圖4所示的實施例可以示出各種工況之間的多種關(guān)系，這些關(guān)系可以關(guān)聯(lián) 于排放控制系統(tǒng)的一個或多個性能劣化潛在來源。因此， 一個或多個傳感器可以在圖 上用實心標(biāo)記表示，其中實心標(biāo)記可以用于在符號上表示不期望的工況，例如不期望 的N0x濃度、不期望的氨濃度，或不期望的溫度工況。此外，雖然在本文所述的實施 例中，N0x傳感器220可以指示性能劣化，但可替代NOx濃度的各種工況也可用于指示 排放控制系統(tǒng)性能劣化。具體參考圖4A所示的實施例，來自溫度傳感器218的反饋可以將噴射系統(tǒng)識別 為性能劣化潛在來源。特別是，SCR出口處較高的NO,濃度會觸發(fā)對還原劑噴射的調(diào) 節(jié)，從而噴嘴下游的溫度傳感器會檢測到不期望的溫度工況。例如，溫度可能未如所 期望的那樣在還原劑噴射之后下降。因此，在SCR出口處較高的N0x濃度與溫度工況 之間，溫度不響應(yīng)于對還原劑噴射的調(diào)節(jié)而下降的關(guān)系可以關(guān)聯(lián)于噴射系統(tǒng)的問題。 如上所述，堵塞的噴射器和/或電子故障會阻止觸發(fā)尿素噴射，從而溫度傳感器可能 不會在尿素噴射改變之后檢測到溫度下降。因此，如果未檢測到溫度下降，則可以將 噴射系統(tǒng)識別為排放控制系統(tǒng)性能劣化的根本原因。現(xiàn)參考圖4B所示的實施例，來自氨傳感器222的反饋可以將SCR催化劑識別為 性能劣化潛在來源。特別是，SCR出口處較高的NO,濃度會觸發(fā)對還原劑噴射的調(diào)節(jié)， 從而會在SCR出口處檢測到較高濃度的氨。因此，較高的NO,濃度與響應(yīng)于對還原劑 噴射的調(diào)節(jié)產(chǎn)生的SCR出口處的較高的氨濃度之間的關(guān)系可以關(guān)聯(lián)于SCR的問題。如 上所述，損壞的或劣化的SCR催化劑會在SCR催化劑的排氣中產(chǎn)生較高濃度水平的氨。因此，如果可以在SCR催化劑的排氣中檢測到較高濃度的氨，則可以將SCR催化劑識別為排放控制系統(tǒng)性能劣化的根本原因。現(xiàn)具體參考圖4C所示的實施例，如果噴射系統(tǒng)和SCR催化劑兩者都未被識別為 排放控制系統(tǒng)性能劣化的根本原因，則可以將劣化的還原劑性能識別為性能劣化潛在 來源。特別是，SCR出口處較高的NO,濃度會觸發(fā)對還原劑噴射的調(diào)節(jié)，從而噴嘴下 游的溫度傳感器會檢測到溫度下降，且在SCR出口處檢測不到較高濃度的氨。因此， SCR出口處較高的NO,濃度、還原劑噴射之后期望的溫度下降，及SCR催化劑出口處 可接受的氨濃度水平可以關(guān)聯(lián)于各種其他問題，如降低的還原劑性能、劣化的噴射等。 以此方式，通過順序地檢測多個工況，并基于各工況之間的關(guān)系來識別性能劣化來源， 排放控制診斷系統(tǒng)可以確定性能劣化的根本原因。圖5示出用于識別性能劣化潛在來源的示例方法的流程圖500?？偟膩碚f，流程 圖500中所述的方法可以啟用尿素性能檢測，確定排放控制系統(tǒng)性能劣化，然后如本 文中所述在穩(wěn)態(tài)工況下基于各種工況響應(yīng)于來自還原劑存儲裝置的噴射量的改變，識 別性能劣化的根本原因。方法500開始于步驟502,其中確定發(fā)動機(jī)是否在預(yù)定限制內(nèi)運(yùn)行。特別是，如 果不滿足各種發(fā)動機(jī)工況，則不能對排放控制系統(tǒng)進(jìn)行診斷。在某些實施例中，發(fā)動 機(jī)工況可以包括排氣溫度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、EGR水平、排氣背壓、燃料量、扭矩、 冷卻劑溫度、各種其他發(fā)動機(jī)工況，或這些工況的某種組合。例如，如果發(fā)動機(jī)排氣 溫度低于預(yù)定溫度閾值，則終止本文中所述的方法，以便減少或防止在預(yù)期出現(xiàn)低性 能的工況期間對系統(tǒng)的性能劣化進(jìn)行診斷。此外，在瞬態(tài)搡作期間，如在變速器換擋 期間、在使用電熱塞時、在空氣調(diào)節(jié)期間、交變(alternating)期間、制動期間、 動力轉(zhuǎn)向期間等，可以停用方法500。以此方式，可以提高本文中所述方法的可靠性。進(jìn)入步驟504，如果發(fā)動機(jī)在步驟502中描述的限制內(nèi)運(yùn)行，則方法500可以啟 用尿素性能檢測。因此，可以促使控制器開始確定性能劣化的過程，從而可以基于各 種工況識別性能劣化的根本原因?，F(xiàn)參考步驟506,控制器可以確定排放控制系統(tǒng)性能劣化。特別是，如上所述， 可以使用轉(zhuǎn)化效率、NOx濃度、氨濃度、各種其他工況，或這些工況的某種組合來確 定性能。如果確定性能未劣化(即，轉(zhuǎn)化效率高于預(yù)定轉(zhuǎn)化效率，SCR催化劑的排氣 中的NOx濃度水平和/或氨濃度水平較低等)，則方法500返回步驟502。然而，如果 確定排放控制系統(tǒng)性能劣化在排放控制系統(tǒng)中發(fā)生，則方法500進(jìn)入步驟508。接下來，在步驟508,確定發(fā)動機(jī)是否在穩(wěn)態(tài)下運(yùn)行。在某些實施例中，可以基 于各種發(fā)動機(jī)工況，如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、踏板位置、SCR溫度等識別穩(wěn)態(tài)。如果發(fā)動機(jī)工 況不處于穩(wěn)態(tài)，則方法500返回步驟502。然而，如果發(fā)動機(jī)工況處于穩(wěn)態(tài)，則方法 500進(jìn)入步驟510。在步驟510,調(diào)節(jié)還原劑噴射。在某些實施例中，可以改變噴射到排氣系統(tǒng)中的還原劑量。在各種其他實施例中，可以連續(xù)地改變噴射曲線。例如，還原劑噴射可以 按振蕩的方式改變。此外，還原劑噴射可以確定為各種工況，如步驟502中描述的預(yù) 定的發(fā)動機(jī)限制的函數(shù)。進(jìn)入步驟512,確定是否響應(yīng)于步驟510中描述的調(diào)節(jié)發(fā)生了溫度的改變。在某 些實施例中，溫度的改變可以確定為各種工況，如步驟502中描述的預(yù)定的發(fā)動機(jī)限 制的函數(shù)。此外，在某些工況下，如步驟510中所述的振蕩式還原劑噴射期間，可以 對溫度的改變進(jìn)行積分來輸出信號，以使該信號具有增加的可靠性。在某些工況下， 確定未發(fā)生溫度改變。例如，還原劑噴射器可能堵塞。在各種其他工況下，可以確定 溫度的改變。例如，噴射到排氣系統(tǒng)中的尿素量增加會造成由溫度傳感器218檢測到 的溫度下降。如果溫度傳感器未檢測到還原劑噴嘴上游的溫度下降，則方法500進(jìn)入步驟514， 可以將噴射系統(tǒng)識別為排放控制系統(tǒng)性能劣化的根本原因。接下來，在步驟522，方 法500可以發(fā)送信號來指示根本原因。在某些實施例中，可以將指示排放控制系統(tǒng)性 能劣化的根本原因的輸出信號發(fā)送到控制器。因此，控制器可以例如使汽車儀表板上 的指示燈發(fā)光。在另一個示例中，可以存儲診斷碼，以便在維修車間確定根本原因。 在又一個示例中，控制器如本文中所述可以啟用各種其他排放控制策略。此外，控制 器可以限制各種發(fā)動機(jī)工況，如限制發(fā)動機(jī)運(yùn)行若干循環(huán)，直到根本原因得以修正?，F(xiàn)回到步驟512，如果溫度傳感器檢測到溫度下降，則方法5 00進(jìn)入步驟516。 在步驟516,確定SCR催化劑出口處的氨濃度是否高于預(yù)定氨濃度。在某些工況下， 氨濃度會高于預(yù)定的或期望的氨濃度。例如，SCR催化劑可能已損壞。然而，在各種 其他工況下，氨濃度可以基本上等于預(yù)定的或期望的氨濃度。如果SCR催化劑出口處的氨濃度高于預(yù)定氨濃度，則方法500進(jìn)入步驟518，其 中將SCR催化劑識別為排放控制系統(tǒng)性能劣化的根本原因。接下來，如上所述，在步 驟522，方法500可以發(fā)送信號來指示根本原因?；氐讲襟E516,如果SCR催化劑出口處的氨濃度基本上等于預(yù)定的或期望的氨濃 度，則方法500進(jìn)入步驟520。在步驟520,可以通過各種工況識別根本原因。特別 是，如果未確定根本原因是噴射系統(tǒng)或SCR催化劑，則根本原因可以是各種其他工況。 具體來說，還原劑噴射的改變會造成如步驟512所示的溫度改變(即，根本原因可能 不是噴射系統(tǒng))，并在SCR催化劑出口處產(chǎn)生可接受的氨濃度(即，根本原因可能不 是SCR催化劑)。然而，排放控制系統(tǒng)可能表現(xiàn)出例如由NO,傳感器2M確定的性能 劣化。在一個示例中，根本原因可能是劣化的尿素性能。在另一個示例中根本原因可能是劣化的噴射系統(tǒng)。在步驟516,確定SCR催化劑出口處的氨濃度是否高于預(yù)定氨濃度。在某些工況 下，氨濃度會高于預(yù)定的或期望的氨濃度。例如，SCR催化劑可能已損壞。然而，在 各種其他工況下，氨濃度可以基本上類似于預(yù)定的或期望的氨濃度。注意，本文中包括的示例控制和估值例程可用于各種發(fā)動機(jī)和/或汽車系統(tǒng)配置。 本文所述的具體例程可以表示任何數(shù)量的處理策略中的一種或多種，如事件驅(qū)動、中 斷驅(qū)動、多任務(wù)、多線程等類似方面。因此，所示的各種步驟、操作或功能可以按所 示的順序執(zhí)行、并行執(zhí)行，或在某些情況下略去。類似地，處理的順序并非實現(xiàn)本文 所述的示例實施例的特征和優(yōu)點(diǎn)所必須，而是為了便于演示和說明而提供。取決于所 使用的具體策略，可以重復(fù)執(zhí)行所示步驟和功能中的一個或多個。此外，所述步驟可 以在圖形上表示編程到發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中的計算機(jī)可讀存儲媒體中的代碼。應(yīng)理解，在本文中公開的配置和例程本質(zhì)上是示例性的，且這些具體實施例不應(yīng) 被視為具有限制意義，因為大量的變體是可能的。例如，上述技術(shù)可以應(yīng)用于V-6、 1-4、 1-6、 V-12,對置4,及其他發(fā)動機(jī)類型。本發(fā)明的主題包括在本文中公開的各 種系統(tǒng)和配置，及其他特征、功能，和/或?qū)傩缘乃行路f和非易見的組合及子組合。本發(fā)明的權(quán)利要求特別指出視為新穎和非顯而易見的特定組合及子組合。這些權(quán) 利要求可能引用"一個"元素或"第一"元素或其等價。這樣的權(quán)利要求應(yīng)被理解為 包括對一個或一個以上這樣的元素的結(jié)合，而不是要求或排除兩個或兩個以上這樣的 元素。所公開的特征、功能、元素和/或?qū)傩缘钠渌M合及子組合可以通過本發(fā)明權(quán) 利要求的修改或通過在本申請或相關(guān)申請中提出新的權(quán)利要求來請求保護(hù)。這樣的權(quán) 利要求，無論是在范圍上比原始權(quán)利要求更寬、更窄、等價或不同，都應(yīng)被視為包括 在本發(fā)明的主題之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種診斷內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排放控制系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括在排放控制系統(tǒng)性能劣化期間，動態(tài)地識別所述排放控制系統(tǒng)的多個工況之間的關(guān)系；及將所述關(guān)系關(guān)聯(lián)于所述排放控制系統(tǒng)的多個性能劣化潛在來源，以在所述多個潛在來源中識別至少一個性能劣化來源。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述識別關(guān)系還包括識別噴射系統(tǒng) 下游檢測到的溫度工況與氮氧化物濃度工況之間的第一關(guān)系，及基于所述第一關(guān)系確 定所述噴射系統(tǒng)是否是性能劣化來源。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述識別關(guān)系還包括識別選擇性催 化還原催化劑下游檢測到的氨濃度工況與氮氧化物濃度工況之間的第二關(guān)系，及基于 所述第二關(guān)系確定所述選擇性催化還原催化劑是否是性能劣化來源。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述識別關(guān)系還包括識別所述噴射 系統(tǒng)下游檢測到的溫度工況、所述選擇性催化還原催化劑下游檢測到的氨濃度工況， 及氮氧化物濃度工況之間的第三關(guān)系，以及基于所述第三關(guān)系確定還原劑是否是性能 劣化來源。
5. —種搡作具有排放控制系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，其特征在于，包括 確定排放控制系統(tǒng)性能劣化；順序地診斷多個性能劣化潛在來源，其中對所述多個潛在來源中的每個確定檢測 到的工況的不同組合；及基于與識別出的性能劣化來源對應(yīng)的所述檢測到的工況的組合，從所述多個潛在 來源中識別至少 一個性能劣化來源。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括在所述確定性能劣化之前啟 用尿素性能檢測，其中當(dāng)發(fā)動機(jī)在預(yù)定限制內(nèi)運(yùn)行時，啟用所述尿素性能檢測。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括在發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)工況期間，在 順序地診斷多個潛在來源之前調(diào)節(jié)還原劑的噴射。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括順序地診斷噴射系統(tǒng)、選擇性催化還原催化劑，及還原劑。
9. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述順序地診斷多個潛在來源包括 基于所確定的溫度工況和氮氧化物濃度工況的組合，診斷噴射系統(tǒng)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述溫度工況不是溫度下降，且 所述氮氧化物濃度工況是高于或等于閾值氮氧化物濃度的氮氧化物濃度時，所述性能 劣化來源包括所述噴射系統(tǒng)。
11. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述順序地診斷多個潛在來源包括 診斷選擇性催化還原催化劑，其中包括確定氨濃度工況和氮氧化物濃度工況的組合。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述氨濃度工況是高于或等于 閾值氨濃度的氨濃度，且所述氮氧化物濃度工況是高于或等于閾值氮氧化物濃度的氮 氧化物濃度時，所述性能劣化來源包括所述選擇性催化還原催化劑。
13. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述順序地診斷多個潛在來源包括 診斷還原劑，其中包括確定溫度工況、氨濃度工況和氮氧化物濃度工況的組合。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述溫度工況是溫度下降，所 述氨濃度工況是低于閾值氨濃度的氨濃度，且所述氮氧化物濃度工況是低于閾值氮氧 化物濃度的氮氧化物濃度時，所述性能劣化來源包括所述還原劑。
15. —種裝置，其特征在于，包括 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)；排放控制裝置，所述排放控制裝置包括用于控制來自所述發(fā)動機(jī)的排放的催化劑； 、噴射系統(tǒng)，所述噴射系統(tǒng)包括配置為選擇性地向所述排放控制裝置供給還原劑的噴射器；位于所述排放控制裝置下游的氮氧化物傳感器； 位于所述排放控制裝置下游的氨傳感器；溫度傳感器，所述溫度傳感器流體連通地位于所述噴射器與所述排放控制裝置之間；控制器，所述控制器配置為 確定排放控制裝置性能劣化；基于來自所述氮氧化物傳感器及所述氨傳感器和所述溫度傳感器中的至少一個的反饋，動態(tài)地識別關(guān)系；及將所述關(guān)系關(guān)聯(lián)于多個性能劣化潛在來源，以在所述多個潛在來源中識別至少一 個性能劣化來源。
16. 如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述控制器還配置為發(fā)送對應(yīng)于 所述性能劣化來源的信號。
17. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述控制器還配置為基于所述信 號，促使指示燈發(fā)光。
18. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述控制器還配置為基于所述信 號，調(diào)節(jié)排氣再循環(huán)的循環(huán)及點(diǎn)火正時中的至少一個。
全文摘要
一種診斷內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排放控制系統(tǒng)的方法，該方法包括在排放控制系統(tǒng)性能劣化期間，動態(tài)地識別排放控制系統(tǒng)的多個工況之間的關(guān)系；及將該關(guān)系關(guān)聯(lián)于排放控制系統(tǒng)的多個性能劣化潛在來源，以在所述多個潛在來源中識別至少一個性能劣化來源。
文檔編號F01N3/24GK101235741SQ20081000971
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者米切爾·J·范·紐斯塔特, 艾米爾·G·塞爾班 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司