專利名稱：用于確定三效催化劑中氨生成速率的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于確定三效催化劑中反應(yīng)速率例如氨生成速率的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
本文所提供的背景技術(shù)描述的目的在于從總體上介紹本發(fā)明的背景。當(dāng)前提及的發(fā)明人的工作一以在此背景技術(shù)部分中所描述的為限一以及在提交時(shí)否則可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)的該描述的各方面，既不明示地也不默示地被承認(rèn)為是針對(duì)本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。三效和選擇性催化還原(SCR)催化劑減少來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比為富燃或化學(xué)計(jì)量比時(shí)，三效催化劑減少碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氮氧化物并且生成氨，而SCR催化劑則儲(chǔ)存氨。當(dāng)空燃比為稀燃時(shí)，三效催化劑減少碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?，并且?chǔ)存在SCR催化劑中的氨被用于減少氮氧化物。因此，儲(chǔ)存在SCR催化劑中的氨量會(huì)在空燃比為稀燃時(shí)減少。通常，空燃比被調(diào)節(jié)為稀燃以提高燃料的經(jīng)濟(jì)性。被動(dòng)式SCR系統(tǒng)可以將空燃比從稀燃切換至富燃以增加SCR催化劑中的氨儲(chǔ)存量。主動(dòng)式SCR系統(tǒng)將配量劑例如尿素噴入廢氣內(nèi)以增加SCR催化劑中的氨儲(chǔ)存量。配量劑分解以生成儲(chǔ)存在SCR催化劑中的氨。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本公開原理的系統(tǒng)包括速率確定模塊、儲(chǔ)存量確定模塊和空燃比控制模塊。速率確定模塊根據(jù)反應(yīng)效率和反應(yīng)物含量確定三效催化劑中的氨生成速率。儲(chǔ)存量確定模塊根據(jù)氨生成速率確定位于三效催化劑下游的選擇性催化還原(SCR)催化劑內(nèi)的氨儲(chǔ)存量?？杖急瓤刂颇K根據(jù)氨儲(chǔ)存量控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。方案I、一種系統(tǒng),包括
速率確定模塊，其根據(jù)反應(yīng)效率和反應(yīng)物含量確定三效催化劑中的氨生成速率；
儲(chǔ)存量確定模塊，其根據(jù)氨生成速率確定選擇性催化還原(SCR)催化劑內(nèi)的氨儲(chǔ)存量，其中SCR催化劑位于三效催化劑下游；以及
空燃比控制模塊，其根據(jù)氨儲(chǔ)存量控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。方案2、如方案I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括催化劑診斷模塊，其根據(jù)氨生成速率識(shí)別二效催化劑的失效。方案3、如方案I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括反應(yīng)物含量確定模塊，其根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)確定反應(yīng)物含量。方案4、如方案I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括效率確定模塊，其根據(jù)廢氣溫度、在三效催化劑中有反應(yīng)物存在時(shí)的反應(yīng)期以及反應(yīng)物含量確定反應(yīng)效率。方案5、如方案4所述的系統(tǒng)，其中效率確定模塊根據(jù)廢氣溫度和反應(yīng)期確定基本效率，并且根據(jù)基本效率和反應(yīng)物含量確定反應(yīng)效率。方案6、如方案I所述的系統(tǒng),其中速率確定模塊根據(jù)第一反應(yīng)的第一效率和三效催化劑中的氧氣含量確定第一反應(yīng)的第一速率。方案7、如方案6所述的系統(tǒng)，其中第一反應(yīng)包括四種反應(yīng)，并且速率確定模塊根據(jù)三效催化劑中的一氧化碳含量、氫氣含量、碳?xì)浠衔锖亢桶焙看_定第一速率。方案8、如方案6所述的系統(tǒng)，其中速率確定模塊根據(jù)第二反應(yīng)的第二效率、三效催化劑中的碳?xì)浠衔锖亢偷谝凰俾蚀_定第二反應(yīng)的第二速率。

方案9、如方案8所述的系統(tǒng)，其中速率確定模塊根據(jù)第三反應(yīng)的第三效率、三效催化劑中的氮氧化物含量和第二速率確定第三反應(yīng)的第三速率。方案10、如方案9所述的系統(tǒng)，其中第三反應(yīng)包括兩種反應(yīng)，并且速率確定模塊根據(jù)三效催化劑中的一氧化碳含量和氫氣含量確定第三速率。方案11、一種方法，包括
根據(jù)反應(yīng)效率和反應(yīng)物含量確定三效催化劑中的氨生成速率；
根據(jù)氨生成速率確定選擇性催化還原(SCR)催化劑內(nèi)的氨儲(chǔ)存量，其中SCR催化劑位于三效催化劑下游；以及
根據(jù)氨儲(chǔ)存量控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。方案12、如方案11所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)氨生成速率識(shí)別三效催化劑的失效。方案13、如方案11所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)確定反應(yīng)物含量。方案14、如方案11所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)廢氣溫度、在三效催化劑中有反應(yīng)物存在時(shí)的反應(yīng)期以及反應(yīng)物含量確定反應(yīng)效率。方案15、如方案14所述的方法，進(jìn)一步包括
根據(jù)廢氣溫度和反應(yīng)期確定基本效率；以及
根據(jù)基本效率和反應(yīng)物含量確定反應(yīng)效率。方案16、如方案11所述的方法,進(jìn)一步包括根據(jù)第一反應(yīng)的第一效率和三效催化劑中的氧氣含量確定第一反應(yīng)的第一速率。方案17、如方案16所述的方法，其中第一反應(yīng)包括四種反應(yīng)，所述方法進(jìn)一步包括根據(jù)三效催化劑中的一氧化碳含量、氫氣含量、碳?xì)浠衔锖亢桶焙看_定第一速率。方案18、如方案16所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)第二反應(yīng)的第二效率、三效催化劑中的碳?xì)浠衔锖亢偷谝凰俾蚀_定第二反應(yīng)的第二速率。方案19、如方案18所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)第三反應(yīng)的第三效率、三效催化劑中的氮氧化物含量和第二速率確定第三反應(yīng)的第三速率。方案20、如方案19所述的方法，其中第三反應(yīng)包括兩種反應(yīng)，所述方法進(jìn)一步包括根據(jù)三效催化劑中的一氧化碳含量和氫氣含量確定第三速率。本公開的更多可應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鶕?jù)以下提供的具體實(shí)施方式
而變得顯而易見。應(yīng)該理解具體實(shí)施方式
和特定示例僅僅是為了進(jìn)行說明而并不是為了限制本公開的保護(hù)范圍。


根據(jù)具體實(shí)施方式
和附圖可以更加完整地理解本公開，其中
圖I是根據(jù)本公開原理的示例性發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能性方塊 圖2是根據(jù)本公開原理的示例性控制系統(tǒng)的功能性方塊 圖3是示出了由包括圖2的示例性控制系統(tǒng)中的效率確定模塊執(zhí)行的示例性操作的示意圖；以及
圖4是根據(jù)本公開的原理示出的示例性方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下的說明內(nèi)容在本質(zhì)上僅僅是示意性的而絕不是為了限制本公開、其應(yīng)用或用 途。為了清楚起見，相同的附圖標(biāo)記可以在附圖中被用于標(biāo)識(shí)類似的元件。如本文中所用，短語(yǔ)A，B和C中的至少一個(gè)應(yīng)該被解讀為使用非排他性邏輯“或”表示的邏輯(A或B或C)。應(yīng)該理解方法中的步驟可以按不同的順序執(zhí)行而并不改變本公開的原理。如本文中所用，術(shù)語(yǔ)模塊可以指專用集成電路(ASIC)、電子電路、組合邏輯電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、執(zhí)行代碼的(共享、專用或群組)處理器、提供所述功能的其他合適部件或者部分或全部上述內(nèi)容的組合例如片載系統(tǒng)內(nèi)的一部分或包含它們?cè)趦?nèi)。術(shù)語(yǔ)模塊可以包括存儲(chǔ)由處理器執(zhí)行的代碼的(共享、專用或群組)存儲(chǔ)器。如上所用的術(shù)語(yǔ)代碼可以包括軟件、固件和/或微代碼，并且可以指程序、子程序、函數(shù)、類和/或?qū)ο?。如上所用的術(shù)語(yǔ)共享是指可以利用單個(gè)(共享)處理器執(zhí)行來(lái)自多個(gè)模塊的部分或全部代碼。另外，來(lái)自多個(gè)模塊的部分或全部代碼可以由單個(gè)(共享)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。如上所用的術(shù)語(yǔ)群組是指可以利用處理器群組或執(zhí)行引擎群組執(zhí)行來(lái)自單個(gè)模塊的部分或全部代碼。例如，多核和/或多線程的處理器即可被認(rèn)為是執(zhí)行引擎。在不同的實(shí)施方式中，執(zhí)行引擎可以跨越一個(gè)處理器、跨越多個(gè)處理器以及跨越不同位置的處理器分組，例如并行處理裝置中的多個(gè)服務(wù)器。另外，可以利用存儲(chǔ)器群組存儲(chǔ)來(lái)自單個(gè)模塊的部分或全部代碼。本文中介紹的裝置和方法可以通過由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的一種或多種計(jì)算機(jī)程序?qū)嵤?。?jì)算機(jī)程序包括存儲(chǔ)在非瞬時(shí)性實(shí)體計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)上的處理器可執(zhí)行的指令。計(jì)算機(jī)程序還可以包括存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。非瞬時(shí)性實(shí)體計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)的非限制性示例是非易失性存儲(chǔ)器、磁存儲(chǔ)器和光學(xué)存儲(chǔ)器。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可以確定選擇性催化還原(SCR)催化劑內(nèi)的氨儲(chǔ)存量并根據(jù)氨儲(chǔ)存量控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。氨儲(chǔ)存量可以根據(jù)在SCR催化劑上游的三效催化劑(TWC)中生成氨和氮氧化物的速率確定。這些數(shù)值可以根據(jù)在TWC出口處測(cè)量的氨含量和氮氧化物含量確定。但是，測(cè)量TWC出口處的氨含量和氮氧化物含量需要一個(gè)或多個(gè)傳感器，這會(huì)增加機(jī)動(dòng)車的成本。已經(jīng)研發(fā)出估算TWC中反應(yīng)速率的數(shù)學(xué)模型。但是，這些數(shù)學(xué)模型都很復(fù)雜，需要大量的計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)器。因此，這些數(shù)學(xué)模型可能并不適合在要求實(shí)時(shí)估算氨和氮氧化物生成速率而且存儲(chǔ)器容量有限的車載發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中使用。根據(jù)本公開的控制系統(tǒng)和方法以相對(duì)于現(xiàn)有方法而言僅需更少計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)器的簡(jiǎn)化方式來(lái)確定TWC中包括氨生成速率在內(nèi)的反應(yīng)速率。首先確定用氧氣作為反應(yīng)物的反應(yīng)速率。第二是根據(jù)氧氣反應(yīng)速率確定用碳?xì)浠衔镒鳛榉磻?yīng)物的反應(yīng)速率。第三是根據(jù)氧氣反應(yīng)速率和碳?xì)浠衔锓磻?yīng)速率確定用氮氧化物作為反應(yīng)物的反應(yīng)速率。反應(yīng)速率根據(jù)反應(yīng)效率確定，反應(yīng)效率可以用多個(gè)步驟確定。基本效率可以根據(jù)廢氣溫度以及一種或多種反應(yīng)物在TWC中存在的時(shí)間量也可以稱作反應(yīng)期來(lái)確定。反應(yīng)效率可以根據(jù)基本效率和TWC中的反應(yīng)物含量確定。以上述方式確定TWC反應(yīng)速率相對(duì)于現(xiàn)有方法而言減少了計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)器，這就使得能夠?qū)崟r(shí)確定車載TWC的反應(yīng)速率。相應(yīng)地，位于TWC下游的SCR催化劑中的氨儲(chǔ)存量即可根據(jù)TWC反應(yīng)速率確定，并且發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比可以根據(jù)氨儲(chǔ)存量進(jìn)行控制。另外，可以將TWC反應(yīng)速率與預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)相比較，并且可以根據(jù)比較結(jié)果識(shí)別TWC的失效。而且，以上述方式確定TWC反應(yīng)速率消除了用傳感器測(cè)量TWC出口處氨和氮氧化物含量的需要，這就降低了機(jī)動(dòng)車的成本。 參照?qǐng)DI,給出了示范性發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的功能性方塊圖。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100包括根據(jù)來(lái)自駕駛員輸入模塊104的駕駛員輸入燃燒空氣/燃料混合物以生成用于機(jī)動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的發(fā)動(dòng)機(jī)102?？諝馔ㄟ^進(jìn)氣系統(tǒng)106被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)102內(nèi)。僅僅是舉例，進(jìn)氣系統(tǒng)106可以包括進(jìn)氣歧管108和節(jié)氣門110。僅僅是舉例，節(jié)氣門110可以包括具有可旋轉(zhuǎn)閥片的蝶閥。發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM) 112控制節(jié)氣門致動(dòng)模塊116，其調(diào)整節(jié)氣門110的開度以控制吸入進(jìn)氣歧管108內(nèi)的空氣量?？諝鈴倪M(jìn)氣歧管108被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)102的氣缸內(nèi)。盡管發(fā)動(dòng)機(jī)102可以包括多個(gè)氣缸，但是為了進(jìn)行說明，僅示出了一個(gè)代表性的氣缸114。僅僅是舉例，發(fā)動(dòng)機(jī)102可以包括2，3，4，5，6，8，10和/或12個(gè)氣缸。ECM 112可以停用部分氣缸，這樣可以提高某些發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的燃料經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動(dòng)機(jī)102可以使用四沖程循環(huán)工作。以下介紹的四沖程被命名為進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程和排氣沖程。在曲軸(未示出)的每一轉(zhuǎn)期間會(huì)在氣缸114內(nèi)進(jìn)行四個(gè)沖程中的兩個(gè)。因此，必須曲軸兩轉(zhuǎn)才能讓氣缸114經(jīng)歷所有的四個(gè)沖程。在進(jìn)氣沖程期間，來(lái)自進(jìn)氣歧管108的空氣通過進(jìn)氣門118被吸入氣缸114內(nèi)。ECM 112控制燃料致動(dòng)模塊120調(diào)節(jié)燃料噴射以實(shí)現(xiàn)所需的空燃比。燃料可以在中央位置或者在多個(gè)位置例如在每一個(gè)氣缸的節(jié)氣門118附近被噴入進(jìn)氣歧管108內(nèi)。在不同的實(shí)施方式中(未不出)，燃料可以被直接噴入氣缸內(nèi)或者被噴入與氣缸相連的混合室內(nèi)。燃料致動(dòng)模塊120可以暫停向停用氣缸噴射燃料。噴射的燃料在氣缸114內(nèi)與空氣混合并且形成空氣/燃料混合物。在燃燒沖程期間，氣缸114內(nèi)的活塞(未示出)壓縮空氣/燃料混合物。發(fā)動(dòng)機(jī)102可以是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，在此情況下氣缸114內(nèi)的壓縮點(diǎn)燃空氣/燃料混合物?？蛇x地，發(fā)動(dòng)機(jī)102可以是火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，在此情況下火花致動(dòng)模塊122根據(jù)來(lái)自ECM 112的信號(hào)給氣缸114內(nèi)的火花塞124通電以點(diǎn)燃空氣/燃料混合物?；鸹c(diǎn)火正時(shí)可以相對(duì)于活塞在其被稱為上止點(diǎn)(TDC)的最高位置時(shí)的時(shí)刻來(lái)指定?；鸹ㄖ聞?dòng)模塊122可以由明確在TDC之前或之后多久的正時(shí)信號(hào)控制以生成火花。因?yàn)榛钊恢门c曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)直接相關(guān)，所以火花致動(dòng)模塊122的操作可以與曲軸轉(zhuǎn)角同步。在不同的實(shí)施方式中，火花致動(dòng)模塊122可以暫停向停用氣缸提供火花。
生成火花可以被稱為點(diǎn)火事件?；鸹ㄖ聞?dòng)模塊122可以具備針對(duì)每一次點(diǎn)火事件改變火花點(diǎn)火正時(shí)的能力?；鸹ㄖ聞?dòng)模塊122甚至可以做到在上一次點(diǎn)火事件和下一次點(diǎn)火事件之間改變火花點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)時(shí)變更下一次點(diǎn)火事件的火花點(diǎn)火正時(shí)。在燃燒沖程期間，空氣/燃料混合物的燃燒驅(qū)動(dòng)活塞向下，由此驅(qū)動(dòng)曲軸。燃燒沖程可以被定義為活塞到達(dá)TDC以及活塞返回到下止點(diǎn)(BDC)的時(shí)刻之間的時(shí)間。在排氣沖程期間，活塞開始從BDC向上移動(dòng)并且通過排氣門126排出燃燒的副產(chǎn)物。燃燒的副產(chǎn)物通過排氣系統(tǒng)128從機(jī)動(dòng)車排出。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100可以包括為進(jìn)氣歧管108提供加壓空氣的增壓設(shè)備。例如，圖I示出了渦輪增壓器，包括由流過排氣系統(tǒng)128的高溫廢氣提供動(dòng)力的高溫渦輪130-1。渦輪增壓器還包括由渦輪130-1驅(qū)動(dòng)的低溫空氣壓縮機(jī)130-2以壓縮引入節(jié)氣門110內(nèi)的空氣。在不同的實(shí)施方式中，由曲軸驅(qū)動(dòng)的增壓器(未示出)可以壓縮來(lái)自節(jié)氣門110的空氣并將壓縮空氣輸送至進(jìn)氣歧管108。
廢氣門132可以允許廢氣繞過渦輪130-1，由此降低渦輪增壓器的增壓(進(jìn)氣壓縮量)。ECM 112可以通過控制廢氣門132的位置來(lái)調(diào)節(jié)渦輪增壓器的增壓。在不同的實(shí)施方式中，可以通過ECM 112控制多個(gè)渦輪增壓器。渦輪增壓器可以具有可變的幾何形狀，這可以由ECM 112進(jìn)行控制。中冷器(未示出)可以消耗壓縮空氣進(jìn)氣中包含的在空氣被壓縮時(shí)產(chǎn)生的部分熱量。壓縮空氣進(jìn)氣也可以由排氣系統(tǒng)128中的部件吸收熱量。盡管為了進(jìn)行說明而單獨(dú)示出，但是渦輪130-1和壓縮機(jī)130-2也可以彼此相連，以緊靠高溫廢氣地設(shè)置進(jìn)氣。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100可以包括廢氣再循環(huán)(EGR)閥134，其選擇性地重新引導(dǎo)廢氣返回進(jìn)氣歧管108。EGR閥134可以位于渦輪增壓器的渦輪130-1的上游。EGR閥134可以由ECM 112 控制。排氣系統(tǒng)128包括三效催化劑(TWC) 136和選擇性催化還原(SCR)催化劑138。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)102的空燃比為富燃或化學(xué)計(jì)量比時(shí)，TWC 136減少碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氮氧化物并且生成氨，而SCR催化劑138則儲(chǔ)存氨。當(dāng)空燃比為稀燃時(shí)，TWC 136減少碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?，并且?chǔ)存在SCR催化劑138內(nèi)的氨被用于減少氮氧化物。曲軸的位置可以利用曲軸位置(CPS)傳感器140進(jìn)行測(cè)量。ECM 112可以根據(jù)曲軸位置確定曲軸的轉(zhuǎn)速(也就是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度(ECT)傳感器142進(jìn)行測(cè)量。ECT傳感器142可以位于發(fā)動(dòng)機(jī)102內(nèi)或者位于循環(huán)冷卻液的其他位置例如散熱器(未示出)處。進(jìn)氣歧管108內(nèi)的壓力可以利用歧管絕對(duì)壓力(MAP)傳感器144進(jìn)行測(cè)量。在不同的實(shí)施方式中，可以測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)真空度也就是環(huán)境空氣壓力和進(jìn)氣歧管108內(nèi)的壓力之間的差?？諝饬魅脒M(jìn)氣歧管108內(nèi)的質(zhì)量流速可以利用空氣質(zhì)量流量(MAF)傳感器146進(jìn)行測(cè)量。在不同的實(shí)施方式中，MAF傳感器146可以位于還包括節(jié)氣門110的殼體內(nèi)。節(jié)氣門致動(dòng)模塊116可以利用一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門位置傳感器(TPS) 148監(jiān)測(cè)節(jié)氣門110的位置。被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)102內(nèi)的空氣的環(huán)境溫度可以利用進(jìn)氣溫度(IAT)傳感器150進(jìn)行測(cè)量。來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)102的廢氣中的氧氣含量可以利用氧氣(02)傳感器152進(jìn)行測(cè)量。02傳感器152可以位于TWC 136上游或者位于TWC 136的入口處。ECM 112可以根據(jù)氧氣含量確定發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)102的廢氣中的氮氧化物和/或氨的含量可以利用氮氧化物(NOx)傳感器154進(jìn)行測(cè)量。NOx傳感器154可以位于TWC 136上游或者位于TffC 136的入口處。來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)102的廢氣溫度可以利用廢氣溫度(EGT)傳感器156進(jìn)行測(cè)量。EGT傳感器156可以位于TWC 136上游或者位于TWC 136的入口處。ECM 112可以利用來(lái)自各個(gè)傳感器的信號(hào)做出用于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的控制決策和/或識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100中的故障。ECM 112可以激活故障指示燈(MIL) 158以通知駕駛員發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100中的故障。盡管MIL 158被稱作燈,但是除了光以外的其他媒介例如聲音或振動(dòng)也可以被用于通知駕駛員。ECM 112可以確定TWC 136中的氨生成速率，根據(jù)氨生成速率確定SCR催化劑138中的氨儲(chǔ)存量，并且根據(jù)氨儲(chǔ)存量控制發(fā)動(dòng)機(jī)102的空燃比。參照?qǐng)D2，ECM 112包括空燃比(AFR)確定模塊202、轉(zhuǎn)速確定模塊204和反應(yīng)物含量確定模塊206。AFR確定模塊202根據(jù)接收自02傳感器152的輸入確定發(fā)動(dòng)機(jī)102的空燃比。轉(zhuǎn)速確定模塊204根據(jù)接收自CPS傳感器140的輸入確定發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。AFR確定模塊202輸出空燃比且轉(zhuǎn)速確定模塊204輸出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。反應(yīng)物含量確定模塊206確定TWC 136中的反應(yīng)物例如氧氣、一氧化碳、氫氣、碳 氫化合物、氮氧化物和氨的含量。反應(yīng)物含量確定模塊206可以根據(jù)接收自02傳感器152的輸入確定氧氣含量。反應(yīng)物含量確定模塊206可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)例如空燃比、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、廢氣流速和廢氣溫度確定一氧化碳含量和氫氣含量。廢氣流速和廢氣溫度可以分別根據(jù)接收自MAF傳感器146和EGT傳感器156的輸入確定。廢氣溫度可以根據(jù)在TWC136內(nèi)反應(yīng)期間釋放的熱量值而升高。反應(yīng)物含量確定模塊206可以根據(jù)接收自NOx傳感器154的輸入確定氮氧化物含量和氨含量。接收自NOx傳感器154的輸入可以在空燃比為稀燃時(shí)反映氮氧化物含量并且在空燃比為富燃時(shí)反映氨含量?？蛇x地，反應(yīng)物含量確定模塊206可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)確定氮氧化物含量和氨含量。效率確定模塊208確定TWC 136中的反應(yīng)效率，例如有以下的七種反應(yīng)
(1)2C0 + O2 = 2C02 ；
(2)2H2 + O2 = 2H20 ；
(3)4HC + 502 = 4C02 + 2H20 ；
(4)4NH3 + 502 = 4N0 + 6H20 ；
(5)2HC + H2O = 2C0 + 3H2 ；
(6)2C0 + 2N0 = 2C02 + N2 ；以及
(7)5H2 + 2N0 = 2NH3 + 2H20。由于涉及到的反應(yīng)物，因此反應(yīng)⑴至⑷可以稱為氧氣反應(yīng)，反應(yīng)(5)可以稱為碳?xì)浠衔锓磻?yīng)，并且反應(yīng)(6)和(7)可以稱為氮氧化物反應(yīng)。效率確定模塊208可以根據(jù)廢氣溫度、反應(yīng)物含量以及在TWC 136中有反應(yīng)物存在時(shí)的反應(yīng)期來(lái)確定反應(yīng)效率。效率確定模塊208可以根據(jù)廢氣流速和TWC 136中的空隙體積確定反應(yīng)期。TWC 136中的空隙體積是TWC 136中扣除TWC 136內(nèi)的基質(zhì)體積后的總內(nèi)部體積。效率確定模塊208可以根據(jù)廢氣溫度、反應(yīng)期、反應(yīng)物含量和反應(yīng)效率之間的預(yù)定關(guān)系確定反應(yīng)效率。該預(yù)定關(guān)系可以具有與廢氣溫度、反應(yīng)期和兩種反應(yīng)物含量相對(duì)應(yīng)的四個(gè)維度。
進(jìn)一步參照?qǐng)D3，效率確定模塊208可以用多個(gè)步驟確定反應(yīng)效率302以節(jié)約計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)器。效率確定模塊208可以根據(jù)基本或第一效率304、第二效率306和第三效率308確定反應(yīng)效率302。第一效率304可以根據(jù)第一輸入310、第二輸入312以及第一輸入310和第二輸入312之間的預(yù)定關(guān)系314確定。例如，第一輸入310可以是廢氣溫度，而第二輸入312可以是反應(yīng)期。預(yù)定關(guān)系314可以實(shí)施為公式和/或查詢表并且可以具有與第一輸入310和第二輸入312相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)維度。第二效率306可以根據(jù)第一效率304、第三輸入316以及第一效率304、第三輸入316和第二效率306之間的預(yù)定關(guān)系318確定。例如，對(duì)于反應(yīng)(I)，第三輸入316可以是氧氣含量。預(yù)定關(guān)系318可以實(shí)施為公式和/或查詢表并且可以具有與第一效率304和第三輸入316相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)維度。第三效率308可以根據(jù)第二效率306、比值320以及第二效率306、比值320和第三效率308之間的預(yù)定關(guān)系322確定。比值320是第四輸入324與第三輸入316和第四輸入324之和的比值。例如，對(duì)于反應(yīng)(I)，第四輸入324可以是一氧化碳含量。預(yù)定關(guān)系 318可以實(shí)施為公式和/或查詢表并且可以具有與第二效率306和比值320相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)維度。效率確定模塊208可以將反應(yīng)效率302確定為等于第三效率308。用這種方式，效率確定模塊208即可利用三種二維關(guān)系而不是一種四維關(guān)系以多個(gè)步驟來(lái)確定反應(yīng)效率。因此即可降低對(duì)計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)器的要求。效率確定模塊208可以用類似的方式同時(shí)根據(jù)不同的反應(yīng)物進(jìn)行調(diào)整來(lái)確定反應(yīng)⑵至(4)、(6)和(7)的效率。對(duì)于反應(yīng)⑵至(4)，第一輸入310、第二輸入312和第三輸入316可以與以上針對(duì)反應(yīng)(I)提供的示例相同，而第四輸入324可以針對(duì)每一種反應(yīng)而不同。第四輸入324對(duì)于反應(yīng)(2)可以是氫氣含量，對(duì)于反應(yīng)(3)可以是碳?xì)浠衔锖?，而?duì)于反應(yīng)(4)可以是氨含量。對(duì)于反應(yīng)(6)和(7),第一輸入310和第二輸入312可以與以上針對(duì)反應(yīng)⑴提供的示例相同，而第三輸入316和第四輸入324可以不同于反應(yīng)(I)。第三輸入316對(duì)于反應(yīng)(6)和(7)可以是氮氧化物含量。第四輸入324對(duì)于反應(yīng)(6)可以是一氧化碳含量，而對(duì)于反應(yīng)(7)可以是氫氣含量。效率確定模塊208可以根據(jù)廢氣溫度、反應(yīng)期以及廢氣溫度、反應(yīng)期和效率之間的預(yù)定關(guān)系確定反應(yīng)(5)的效率。預(yù)定關(guān)系可以實(shí)施為公式和/或查詢表。為了簡(jiǎn)單起見，反應(yīng)(5)的效率可以獨(dú)立于反應(yīng)物含量而確定，原因在于TWC 136中的水通常都很豐富。再次參照?qǐng)D2，效率確定模塊208輸出反應(yīng)效率。速率確定模塊210確定TWC 136中例如上面所列的七種反應(yīng)的反應(yīng)速率。七種反應(yīng)的速率是相關(guān)的，原因在于七種反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物在某些情況下相同。例如，碳?xì)浠衔锸欠磻?yīng)(3)和(5)中的反應(yīng)物，氮氧化物是反應(yīng)(4)中的產(chǎn)物以及反應(yīng)(6)和(7)中的反應(yīng)物，而氨是反應(yīng)(4)中的反應(yīng)物以及反應(yīng)(7)中的產(chǎn)物。為了簡(jiǎn)單起見，速率確定模塊210可以將七種反應(yīng)分成子集并且相繼確定每一個(gè)子集的反應(yīng)速率而不是同時(shí)確定全部七種反應(yīng)的速率。速率確定模塊210可以首先確定反應(yīng)(I)至(4)(也就是氧氣反應(yīng))的速率。然后可以確定反應(yīng)(5)(也就是碳?xì)浠衔锓磻?yīng))的速率。接下來(lái)可以確定反應(yīng)(6)和(7)(也就是氮氧化物反應(yīng))的速率。速率確定模塊210可以假定氧氣反應(yīng)明顯快于碳?xì)浠衔锓磻?yīng)或氮氧化物反應(yīng)。速率確定模塊210可以根據(jù)反應(yīng)物含量、反應(yīng)化學(xué)計(jì)量比、反應(yīng)效率和廢氣流速確定反應(yīng)速率。速率確定模塊210可以根據(jù)反應(yīng)物含量、反應(yīng)化學(xué)計(jì)量比和反應(yīng)效率確定反應(yīng)物消耗量和產(chǎn)物生成量。速率確定模塊210可以將這些量乘以廢氣流速以獲得反應(yīng)速率。速率確定模塊210可以通過為每一種反應(yīng)都分配部分反應(yīng)物含量來(lái)解決由于子集內(nèi)的其他反應(yīng)造成的反應(yīng)物含量的改變。例如，關(guān)于氧氣反應(yīng)，TWC 136中可用的氧氣量可能是有限的。因此，由其中一種氧氣反應(yīng)消耗的氧氣量可以影響其他氧氣反應(yīng)的速率。所以，速率確定模塊210可以使用相同的初始氧氣含量同時(shí)為每一種氧氣反應(yīng)都分配部分氧氣含量來(lái)確定氧氣反應(yīng)的速率。速率確定模塊210可以通過利用以下公式確定除了氧氣以外的反應(yīng)物的消耗量來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括 速率確定模塊，其根據(jù)反應(yīng)效率和反應(yīng)物含量確定三效催化劑中的氨生成速率； 儲(chǔ)存量確定模塊，其根據(jù)氨生成速率確定選擇性催化還原(SCR)催化劑內(nèi)的氨儲(chǔ)存量，其中SCR催化劑位于三效催化劑下游；以及 空燃比控制模塊，其根據(jù)氨儲(chǔ)存量控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括催化劑診斷模塊，其根據(jù)氨生成速率識(shí)別三效催化劑的失效。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括反應(yīng)物含量確定模塊，其根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)確定反應(yīng)物含量。
4.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括效率確定模塊，其根據(jù)廢氣溫度、在三效催化 劑中有反應(yīng)物存在時(shí)的反應(yīng)期以及反應(yīng)物含量確定反應(yīng)效率。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中效率確定模塊根據(jù)廢氣溫度和反應(yīng)期確定基本效率，并且根據(jù)基本效率和反應(yīng)物含量確定反應(yīng)效率。
6.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中速率確定模塊根據(jù)第一反應(yīng)的第一效率和三效催化劑中的氧氣含量確定第一反應(yīng)的第一速率。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中第一反應(yīng)包括四種反應(yīng)，并且速率確定模塊根據(jù)三效催化劑中的一氧化碳含量、氫氣含量、碳?xì)浠衔锖亢桶焙看_定第一速率。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中速率確定模塊根據(jù)第二反應(yīng)的第二效率、三效催化劑中的碳?xì)浠衔锖亢偷谝凰俾蚀_定第二反應(yīng)的第二速率。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中速率確定模塊根據(jù)第三反應(yīng)的第三效率、三效催化劑中的氮氧化物含量和第二速率確定第三反應(yīng)的第三速率。
10.一種方法，包括 根據(jù)反應(yīng)效率和反應(yīng)物含量確定三效催化劑中的氨生成速率； 根據(jù)氨生成速率確定選擇性催化還原(SCR)催化劑內(nèi)的氨儲(chǔ)存量，其中SCR催化劑位于三效催化劑下游；以及 根據(jù)氨儲(chǔ)存量控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。
全文摘要
公開了用于確定三效催化劑中氨生成速率的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本公開原理的系統(tǒng)包括速率確定模塊、儲(chǔ)存量確定模塊和空燃比控制模塊。速率確定模塊根據(jù)反應(yīng)效率和反應(yīng)物含量確定三效催化劑中的氨生成速率。儲(chǔ)存量確定模塊根據(jù)氨生成速率確定位于三效催化劑下游的選擇性催化還原(SCR)催化劑內(nèi)的氨儲(chǔ)存量?？杖急瓤刂颇K根據(jù)氨儲(chǔ)存量控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。
文檔編號(hào)F02D41/00GK102817675SQ201210187909
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者M.孫, K.L.佩里, C.H.金 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司