專利名稱:廢氣處理診斷系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及車輛排氣系統(tǒng),尤其涉及廢氣處理系統(tǒng)的診斷操作。
背景技術(shù):
這里提供的背景描述是為了總地介紹本公開的背景。當(dāng)前署名的發(fā)明人的工 作一以本背景技術(shù)部分中所描述的為限——以及在提交時(shí)可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的該描 述的各方面,既不明示地也不暗示地被承認(rèn)為是針對本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)操作包括產(chǎn)生廢氣的燃燒。燃燒期間,空氣/燃料混合物通過進(jìn)氣門輸送 至氣缸并在其中燃燒。燃燒之后,活塞將氣缸中的廢氣推入排氣系統(tǒng)。廢氣會(huì)含有排放物 質(zhì),例如氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。廢氣處理系統(tǒng)通常用于降低車輛排放??刂颇K監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)操作,配量系統(tǒng)有選 擇地將尿素噴入催化劑上游的廢氣中。處理后的廢氣與催化劑反應(yīng)。發(fā)生化學(xué)反應(yīng),降低 了廢氣中的排放物。更具體地,化學(xué)反應(yīng)將NOx和尿素分解為分離的元素。尿素分解為存 儲(chǔ)在催化劑表面上的氨。存儲(chǔ)在催化劑上的氨與NOx反應(yīng)導(dǎo)致形成氮?dú)夂退?。在冷起?dòng)期 間,廢氣溫度比較低。燃燒期間形成的NOx與以前存儲(chǔ)在催化劑表面上的氨反應(yīng)。結(jié)果,亞 硝酸銨沉積在催化劑表面上。當(dāng)催化劑表面上存在氨,并且廢氣溫度低于60攝氏度(60°C) 時(shí),形成亞硝酸銨。亞硝酸銨在60°C下穩(wěn)定。當(dāng)亞硝酸銨的溫度升高超過60°C時(shí),該復(fù)合 物分解。亞硝酸銨的分解高度放熱,并有升高催化劑溫度的趨勢。配量系統(tǒng)通常包括尿素供給源和噴射器。應(yīng)當(dāng)基于排放水平輸送尿素以便有效地 處理廢氣。由于噴射器故障或尿素的不充足供給會(huì)引起廢氣的不充分處理。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本公開提供一種用于廢氣處理系統(tǒng)的診斷系統(tǒng),所述廢氣處理系統(tǒng)處理離 開內(nèi)燃機(jī)的廢氣,并且包括將尿素或其它噴射流體噴射進(jìn)廢氣以處理廢氣的配量系統(tǒng)。在本公開的一方面,一種用于監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣處理系統(tǒng)的操作的方法,包 括將噴射流體從噴射器噴射進(jìn)所述廢氣;其后,產(chǎn)生對應(yīng)于給定的噴射流率的壓力信號; 響應(yīng)于所述壓力信號確定壓力誤差信號;以及響應(yīng)于所述壓力誤差信號產(chǎn)生故障信號。在本公開的另一方面,一種用于監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣處理系統(tǒng)的操作的系統(tǒng),包括配 量系統(tǒng),該配量系統(tǒng)包括用于噴射噴射流體的噴射器和用于增壓所述噴射流體的泵。所述 系統(tǒng)還包括與所述配量系統(tǒng)連通、產(chǎn)生壓力信號的壓力傳感器。所述系統(tǒng)還包括控制模塊, 其響應(yīng)于所述壓力信號確定壓力誤差信號,并響應(yīng)于所述壓力誤差信號產(chǎn)生故障信號。從下文提供的描述可清楚其應(yīng)用性的其它方面。應(yīng)當(dāng)理解,其描述和具體實(shí)例僅 僅是示意性目的,而不是限制本公開的范圍。
從其詳細(xì)描述和附圖可更加全面地理解本公開,其中
圖1為包括根據(jù)本公開的廢氣處理系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能框圖,所述廢氣處理系統(tǒng)具有集成在催化劑中的溫度傳感器;圖2為圖1中控制模塊的功能框圖;圖3為噴射系統(tǒng)中壓力傳感器的配料/不配料的壓力_時(shí)間曲線圖;圖4為噴射系統(tǒng)的各種配給量的壓力_時(shí)間曲線圖;圖5為示出由根據(jù)本公開的廢氣處理診斷系統(tǒng)執(zhí)行的步驟的流程圖;圖6為示出由根據(jù)可選實(shí)施例的廢氣處理診斷系統(tǒng)執(zhí)行的步驟的流程圖;圖7為示出由根據(jù)再一可選實(shí)施例的廢氣處理診斷系統(tǒng)執(zhí)行的步驟的流程圖;以及 圖8為示出由根據(jù)又一可選實(shí)施例的廢氣處理診斷系統(tǒng)執(zhí)行的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)質(zhì)上,下面的描述僅僅是示意性的,而絕不是限制本發(fā)明及其應(yīng)用或使用。為清 楚起見,附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相似的元件。如本文所使用的,短語“A、B和C 中至少之一”應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是意味著使用非排他性邏輯“或”的邏輯(A或B或C)。應(yīng)當(dāng)理解, 在不改變本公開原理的情況下,可以不同的順序執(zhí)行方法中的步驟。如本文中所使用的,術(shù)語“模塊”指的是特定用途集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行 一種或多種軟件或固件程序的處理器(共享、專用或群組的)和存儲(chǔ)器、組合邏輯電路和/ 或提供所述功能的其它合適部件。現(xiàn)在參考圖1,示意性地示出了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)12和廢氣處理系統(tǒng)13。廢氣處理系統(tǒng)13還包括排氣系統(tǒng)14和配量系統(tǒng)16。柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)12包括氣缸18、進(jìn)氣歧管20、質(zhì)量空氣流量(MAF)傳感器22和發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器 24。空氣通過進(jìn)氣歧管20流入發(fā)動(dòng)機(jī)12中,并通過MAF傳感器22監(jiān)測??諝獗粚?dǎo)入氣缸 18中,并與燃料燃燒以驅(qū)動(dòng)活塞(未示出)。盡管所示為一個(gè)氣缸18,但是應(yīng)當(dāng)理解,柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)12可包括另外的氣缸18。例如,可預(yù)期到具有2、3、4、5、6、8、10、12和16個(gè)氣缸的 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。 由于燃燒過程,在氣缸18內(nèi)產(chǎn)生廢氣。排氣系統(tǒng)14在將廢氣釋放到大氣之前處理 廢氣。排氣系統(tǒng)14包括排氣歧管26和柴油氧化催化劑(OC) 28。排氣歧管26將離開氣缸 的廢氣導(dǎo)向OC 28。廢氣在OC 28中被處理以降低排放。排氣系統(tǒng)14還包括催化劑30 (優(yōu) 選為選擇性催化還原(SCR)催化劑)、溫度傳感器31、入口溫度傳感器32、出口溫度傳感器 34和催化柴油微粒過濾器(CPF)36。OC 28在處理廢氣之前與廢氣反應(yīng),以降低廢氣的排放 水平。催化劑30在處理了廢氣之后反應(yīng),以進(jìn)一步降低排放。溫度傳感器31可位于發(fā)動(dòng)機(jī)與DOC 28之間。入口溫度傳感器32位于催化劑30 上游,以監(jiān)測催化劑30入口處的溫度變化,如下面進(jìn)一步描述的。出口溫度傳感器34位于 催化劑下游,以監(jiān)測催化劑30出口處的溫度變化,如下面進(jìn)一步描述的。盡管廢氣處理系 統(tǒng)13圖示為入口和出口溫度傳感器32、34位于催化劑30的外部,但是入口和出口溫度傳 感器32、34可位于催化劑內(nèi)部,以監(jiān)測催化劑入口和出口處的廢氣溫度變化。CPF 36通過 捕集廢氣中的柴油微粒(即,炭煙)進(jìn)一步降低排放。配量系統(tǒng)16包括可用于從容器噴射尿素的噴射流體供給源38和配量噴射器40。 配量系統(tǒng)16將噴射流體如尿素噴射進(jìn)廢氣中。尿素與廢氣混合,并在廢氣/尿素混合物暴露于催化劑30時(shí)進(jìn)一步降低排放?;旌掀?1用于在廢氣進(jìn)入催化劑之前將噴射流體如尿 素與廢氣混合。泵42用于從噴射流體供給38向噴射器40提供噴射流體。壓力傳感器44可位于 泵內(nèi)或供給管線內(nèi),以產(chǎn)生對應(yīng)于由泵提供的壓力的壓力信號。如下所述,壓力傳感器44 可提供以下指示噴射器未恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)行、泵42與噴射器40之間的管線被阻塞或扭結(jié)、噴射 器提供了過多或不足的噴射流體,并且壓力傳感器44可提供用于修正噴射流體配給量的 指示。壓力傳感器44提供在供給管線內(nèi)的壓力量的指示,并且在噴射后管線內(nèi)的波提供了 關(guān)于噴射量的更多信息??刂颇K46也用于控制泵42的操作,以通過噴射器40提供預(yù)定量的噴射流體。 控制模塊46還從壓力傳感器44接收反饋??刂颇K46調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10的操作,并監(jiān)測配量系統(tǒng)16的操作??刂颇K46 接收來自溫度傳感器31、32、34的溫度信號。廢氣排放傳感器50、51可產(chǎn)生對應(yīng)于廢氣流中氮氧化物(NOx)或氧氣量的信號。 氮?dú)庑盘柨杀话l(fā)送至控制模塊46?,F(xiàn)在參考圖2,更加詳細(xì)地示出了圖1的控制模塊46。噴射流體控制模塊102與 溫度確定模塊104通信。噴射流體控制模塊102控制用于將流體噴入廢氣的噴射器40。噴 射流體控制模塊102可被控制為將噴射流體如尿素噴入廢氣流,以降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的排 放量。指令信號可在噴射流體控制模塊發(fā)出以控制噴射器40。指令信號可如下所述在時(shí) 間、電壓、電流、占空比或其組合方面被調(diào)節(jié)以控制噴射流體的配給。壓力確定模塊104確定來自圖1的壓力傳感器44的壓力。如下所述,泵處的壓力 信號的反饋可操作噴射器的實(shí)際操作以及噴射器處提供的投配量的指示。預(yù)期壓力變化模塊106可從壓力確定模塊接收壓力信號,并基于噴射流體量確定 預(yù)期壓力變化。預(yù)期壓力變化模塊106、壓力確定模塊104和噴射流體模塊102都與用于確定選 擇性催化還原(SCR)催化劑的性能的性能模塊108通信。性能模塊可包括比較器110。比 較器110可將預(yù)定壓力變化與指令的投配量作比較,以確定噴射器或配量系統(tǒng)是否存在故 障。比較器110可與用于產(chǎn)生故障信號的故障指示模塊112通信。下面進(jìn)一步描述比較器 110和故障指示模塊112的操作。比較器110還從SCR效率模塊114接收信號。SCR效率模塊114可通過監(jiān)測來自 圖2中所示NOx傳感器50的NOx信號來確定SCR催化劑30的效率。當(dāng)該效率低于閾值時(shí), 指示催化劑系統(tǒng)開始衰弱。圖表116也可聯(lián)接至比較器110。圖表116可用于存儲(chǔ)比較閾值或確定修正配量 的指示或?qū)?yīng)于特定配量的壓力信號的指示。然后比較器將預(yù)期壓力信號與實(shí)際壓力信號 作比較以確定誤差或偏差。泵控制模塊130可產(chǎn)生控制信號以向噴射器提供增壓配料流體?,F(xiàn)在參考圖3,示出了未配給周期210相對于配給周期220的壓力-時(shí)間曲線圖。 在未配給期間,在系統(tǒng)中提供任意水平的壓力。在配給期間,對壓力傳感器的反饋向壓力傳 感器提供了更高量的反饋。壓力反饋信號包括配給周期220期間的壓力波。設(shè)置可接受范 圍230。當(dāng)反饋信號滿足或超出該可接受范圍時(shí),從噴射器40已經(jīng)提供了恰當(dāng)?shù)呐淞俊?br>
現(xiàn)在參考圖4,各種配給量對應(yīng)于反饋回壓力傳感器40的壓力信號的幅值。周期240對應(yīng)于未配給周期。第二周期244對應(yīng)于當(dāng)提供第一配給速率時(shí)的時(shí)間。例如,僅第一 配給速率可為每秒50毫克的配料流體。在周期246中,每秒100毫克的配料流體被提供進(jìn) 廢氣流。在周期248中,噴射器提供第二速率。例如,僅每秒300毫克的噴射流體的第二配 給速率被噴射入廢氣流。在周期250中,噴射器240提供每秒600毫克的配料流體。如上 所述,圖2的控制模塊46控制燃料噴射器的占空比(噴射與停止的比率)、電壓、電流或其 它控制,以提供預(yù)定量的噴射流體?,F(xiàn)在參考圖5,很難診斷SCR系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的部件。當(dāng)NOx轉(zhuǎn)化水平下降至低于 閾值時(shí),必須指示故障確定以使車輛可被維護(hù)。如果SCR系統(tǒng)的特定部件未被診斷,那么可 能會(huì)置換整個(gè)SCR系統(tǒng)。由于系統(tǒng)中實(shí)際上僅有一個(gè)部件無法工作,這會(huì)導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)某?本。圖5中,進(jìn)一步詳細(xì)示出了 SCR系統(tǒng)的性能模塊邏輯。性能模塊邏輯可用于預(yù)測包括 配量系統(tǒng)310的各種系統(tǒng)的性能,可包括在噴射器和泵312之間的受阻或阻塞的管線、受限 或阻塞的噴射器314或動(dòng)態(tài)泵壓力316。也就是說,泵可能無法提供足夠的壓力來允許噴射 器向廢氣噴射足夠的噴射流體。性能模塊108還可用于預(yù)測催化劑320的性能。催化劑320可具有各種缺陷,包 括損壞的基面涂層322、中毒的基面涂層324、供應(yīng)器質(zhì)量或負(fù)載條件326或者損壞的基底 328。SCR性能模塊108還可用于診斷尿素品質(zhì)340。尿素品質(zhì)可包括部分分解的尿素 342,或外來物質(zhì)如非尿素344。本公開專注于配量系統(tǒng)?,F(xiàn)在參考圖6,描述了確定配量系統(tǒng)是否恰當(dāng)運(yùn)行的方法。在步驟410中,確定是 否進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)亩颗浣o請求。在步驟410中,產(chǎn)生定量配給請求,并將其與步驟412的配 量閾值作比較。比較器塊414將定量配給請求與配量閾值作比較。在步驟416中,確定測 量到的催化劑的轉(zhuǎn)化效率,并在步驟418中將其與一閾值作比較??赏ㄟ^在圖1所示的NOx 傳感器50處監(jiān)測NOx量來執(zhí)行SCR轉(zhuǎn)化的效率。在步驟420中,將SCR的效率與步驟418 中效率閾值作比較。當(dāng)塊422中定量配給請求高于指示正提供配量的閾值并且所述效率低 于閾值時(shí),系統(tǒng)前進(jìn)。來自壓力傳感器的壓力信號430被提供給信號處理432。塊432提供的信號處理 可包括確定時(shí)間范圍、標(biāo)準(zhǔn)偏差或?yàn)V波例如高通濾波、低通濾波、帶通濾波,等。信號處理 432可發(fā)生在圖2的壓力確定模塊104中。步驟434中可建立比較閾值。塊436將經(jīng)信號 處理的壓力信號與步驟434的比較閾值作比較。在塊436中比較閾值大于被處理的壓力信 號時(shí),當(dāng)壓力信號低于比較閾值和提供尿素配量請求時(shí),步驟440繼續(xù)為故障。當(dāng)步驟440 中兩種情形都出現(xiàn)時(shí),步驟442中指示故障。該故障可為可視指示、可聽指示或兩者?,F(xiàn)在參考圖7,示出了圖6中方法的變形。在該實(shí)施例中,步驟410-422相同,因 此不再重復(fù)其描述。同樣,步驟430和432也相同。在該實(shí)施例中,目標(biāo)是診斷噴射器是否 具有引起投配量過多或過少的誤差。因?yàn)閴毫Ψ答侂S著線路長度變化,所以壓力傳感器接 收的壓力波允許配給的實(shí)際尿素量與系統(tǒng)指令相比。步驟510向塊512提供指令的配給速 率。在步驟514中設(shè)置比較閾值。在步驟512中,將指令的尿素配給速率與比較閾值作比 較。步驟512可將指令的尿素配給速率與比較閾值514相減或相加。在步驟520中,進(jìn)行指 令配給速率與經(jīng)信號處理的壓力信號之間的比較。當(dāng)請求的配給量與反饋量并不相對應(yīng),并且如步驟442所提供的已經(jīng)請求了特定配給量時(shí),步驟522比較步驟422和520的輸出, 以便在提供了不正確量的噴射流體時(shí)在步驟524中提供故障。所述故障可為各種類型的故 障,包括可聽故障、指示故障、或故障信息。這樣,可維護(hù)SCR系統(tǒng)?,F(xiàn)在參考圖8,已經(jīng)相應(yīng)地標(biāo)記了類似于圖6和7中的類似步驟。在該實(shí)施例中, 可提供用于修正配給量質(zhì)量的修正因子。例如,修正因子可用于增大噴射器的開度量,使得 提供預(yù)定量的配給。可為各種配給水平建立圖表??稍诠こ萄邪l(fā)期間系統(tǒng)標(biāo)定中確定該圖 表值。具有各種尺寸線路長度、噴射器類型和泵類型的各種系統(tǒng)可能需要不同的標(biāo)定。為 了進(jìn)入適合的階段,必須符合步驟550中的進(jìn)入條件。進(jìn)入條件可包括由圖1中NOx傳感 器50所指示的催化劑處的不良轉(zhuǎn)化比率。同樣,排氣系統(tǒng)的各種溫度信號也可用于提供進(jìn) 入條件。如果溫度信號過高或過低,可滿足所述進(jìn)入條件。還可周期性地進(jìn)入診斷系統(tǒng),使 得可調(diào)節(jié)和標(biāo)定該系統(tǒng)。在步驟552中,當(dāng)在步驟550中滿足進(jìn)入條件時(shí),并且在步驟554 中已與比較閾值相比較的指令投配量大于壓力信號時(shí),可在塊556中確定修正因子或因子 圖表。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員從前面的描述應(yīng)當(dāng)理解,本發(fā)明廣泛的教導(dǎo)可以多種形式執(zhí) 行。因此,盡管根據(jù)其特定實(shí)施例描述了本發(fā)明,但是由于通過對附圖、說明書和所附權(quán)利 要求的研究,其它修改對于技術(shù)人員也是顯而易見的,所以本發(fā)明的實(shí)際范圍不應(yīng)當(dāng)這樣 限制。
權(quán)利要求
一種用于監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的診斷系統(tǒng),包括配量系統(tǒng),包括用于將噴射流體噴射進(jìn)排氣系統(tǒng)的噴射器和用于增壓所述噴射流體的泵;壓力傳感器,其與所述配量系統(tǒng)聯(lián)接,產(chǎn)生壓力信號;以及控制模塊,其響應(yīng)于所述壓力信號確定壓力誤差信號,并響應(yīng)于所述壓力誤差信號產(chǎn)生故障信號。
2.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng),其中所述配量系統(tǒng)包括 供給尿素的尿素供給源;以及將所述尿素供給進(jìn)所述排氣系統(tǒng)的噴射器。
3.如權(quán)利要求2所述的診斷系統(tǒng),其中所述噴射器布置在柴油氧化催化劑與選擇性催 化還原催化劑之間。
4.如權(quán)利要求2所述的診斷系統(tǒng),其中所述噴射器布置在氧化催化劑與選擇性催化還 原催化劑之間。
5.如權(quán)利要求2所述的診斷系統(tǒng),其中所述故障信號對應(yīng)于所述噴射器的故障。
6.如權(quán)利要求2所述的診斷系統(tǒng),其中所述控制模塊產(chǎn)生對應(yīng)于所述噴射流體的所述 壓力誤差信號的修正。
7.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng),其中所述控制模塊確定催化劑效率,并響應(yīng)于該催 化劑效率確定泵誤差。
8.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng),其中所述壓力傳感器布置在流體管線中。
9.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng),其中所述壓力傳感器與所述泵相關(guān)聯(lián)。
10.一種監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣處理系統(tǒng)的操作的方法,包括 將噴射流體從噴射器噴射進(jìn)所述廢氣;其后,產(chǎn)生對應(yīng)于所述廢氣處理系統(tǒng)中的壓力的壓力信號; 響應(yīng)于所述壓力信號確定壓力誤差信號;以及 響應(yīng)于所述壓力誤差信號產(chǎn)生故障信號。
11.如權(quán)利要求10所述的方法,其中噴射包括在催化劑之前將噴射流體噴射進(jìn)所述廢氣。
12.如權(quán)利要求10所述的方法,其中將噴射流體噴射進(jìn)所述廢氣包括通過噴射器噴射尿素。
13.如權(quán)利要求12所述的方法,其中將噴射流體從噴射器噴射進(jìn)所述廢氣包括從布置 在柴油氧化催化劑與選擇性催化還原催化劑之間的噴射器噴射噴射流體。
14.如權(quán)利要求12所述的方法,其中將噴射流體從噴射器噴射進(jìn)所述廢氣包括從布置 在氧化催化劑與選擇性催化還原催化劑之間的噴射器噴射噴射流體。
15.如權(quán)利要求10所述的方法,其中產(chǎn)生故障信號包括產(chǎn)生對應(yīng)于所述噴射器的故障 的故障信號。
16.如權(quán)利要求10所述的方法,其中產(chǎn)生故障信號包括產(chǎn)生對應(yīng)于所述噴射器的故障 的故障信號。
17.如權(quán)利要求10所述的方法,還包括產(chǎn)生對應(yīng)于所述誤差信號的修正。
18.如權(quán)利要求10所述的方法,其中產(chǎn)生壓力信號包括由泵壓力傳感器產(chǎn)生所述壓力信號。
19.如權(quán)利要求10所述的方法,其中噴射流體包括響應(yīng)于來自控制模塊的指令信號噴 射流體。
全文摘要
本發(fā)明涉及廢氣處理診斷系統(tǒng)和方法。一種用于監(jiān)測柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣處理系統(tǒng)的操作的方法和系統(tǒng),包括配量系統(tǒng),該配量系統(tǒng)包括用于噴射噴射流體的噴射器和用于增壓所述噴射流體的泵。所述系統(tǒng)還包括與所述配量系統(tǒng)聯(lián)接、產(chǎn)生壓力信號的壓力傳感器。所述系統(tǒng)還包括控制模塊,其響應(yīng)于所述壓力信號確定壓力誤差信號,并響應(yīng)于此產(chǎn)生故障信號。
文檔編號F01N3/20GK101818681SQ20101012631
公開日2010年9月1日 申請日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者J·D·穆林斯, K·E·克勞福德 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司