用于诊断排气后处理组件的方法、系统及装置 |
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| 申请号 | CN201480013999.1 | 申请日 | 2014-03-07 | 公开(公告)号 | CN105143627A | 公开(公告)日 | 2015-12-09 |
| 申请人 | 康明斯知识产权公司; | 发明人 | 托尼·詹姆斯·霍尔; | ||||
| 摘要 | 一种装置，包括确定关于 发动机 的发动机输出功率参数的发动机输出模 块 。所述装置包括输出功率 阈值 模块，其确定发动机输出功率参数是否低于输出功率阈值。所述装置包括NOx模块，其响应于输出功率阈值模块确定所确定的发动机输出功率参数低于所述输出功率阈值而确定 选择性催化还原 (“SCR”)系统的氮 氧 化物(“NOx”)效率。SCR系统与发动机连通接收排气。所述装置包括确定NOx效率是否低于NOx效率阈值的NOx阈值模块，以及响应于NOx阈值模块确定NOx效率低于NOx效率阈值而发送NOx报警 信号 的NOx警告模块。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种装置，包括： |
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| 说明书全文 | 用于诊断排气后处理组件的方法、系统及装置[0001] 相关申请交叉引用 [0002] 本申请要求于2013年7月2日提交的美国专利申请号13/934，143的权益，其要求于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/788，546的权益，这两者都通过对其整体进行引用而并入本文。 [0003] 领域 [0004] 本发明涉及排气后处理系统，并且更具体地涉及确定稀释后的还原剂是否被用在排气后处理系统中。 [0005] 背景 [0006] 内燃机排放被认为是环境的污染物的气体和微粒。美国环境保护局(“EPA”)规定哪些内燃机被允许排放并具有关于如果发动机超过排放规定时要采取的行动的具体规定。对于柴油发动机和汽油发动机运行精益的一个要求是，特定浓度的还原剂流体将被注入到排气流中以还原氮氧化物(“NOx”)排放物。EPA还要求如果还原剂流体被稀释到高于特定水平，则车辆速度被限制。 [0007] 概述 [0008] 公开了一种用于诊断排气后处理组件的装置。一种系统和方法也执行该装置的功能。在一个实施例中，该装置包括发动机输出模块，其确定发动机输出功率参数。发动机输出功率参数是关于发动机的。在另一个实施例中，该装置包括输出功率阈值模块，其确定发动机输出功率参数是否低于输出功率阈值。在另一个实施例中，该装置还包括NOx模块，其响应于输出功率阈值模块确定所确定的发动机输出功率参数低于输出功率阈值而确定选择性催化还原(“SCR”)系统的氮氧化物(“NOx”)效率。SCR系统与发动机连通接收排气。在另一个实施例中，该装置包括确定NOx效率是否低于NOx效率阈值的NOx阈值模块，以及响应于NOx阈值模块确定该NOx效率低于该NOx效率阈值而发送NOx报警信号的NOx警告模块。 [0009] 在一个实施例中，该装置包括NOx变化模块和NOx变化阈值模块。NOx变化模块确定采样窗口内NOx效率的变化量，并且NOx变化阈值模块确定由NOx变化模块确定的NOx效率的变化量是否超过NOx效率变化阈值。在一个实施例中，NOx警告模块响应于NOx阈值模块确定该NOx效率低于该NOx效率阈值以及NOx变化阈值模块确定NOx效率的变化量超过NOx效率变化阈值而发送NOx报警信号。 [0010] 在另一个实施例中，在所确定的发动机输出功率参数在发动机输出功率范围内时，NOx模块确定NOx效率。发动机输出功率范围是低于输出功率阈值的范围，并且NOx变化阈值模块使用在发动机输出功率参数在发动机输出功率范围内时进行的NOx效率确定来确定NOx效率的变化量是否超过NOx效率变化阈值。在另一个实施例中，采样窗口包括时间窗口或多个连续采样。 [0011] 在一个实施例中，发动机输出功率参数包括发动机的排气流水平，且输出功率阈值是发动机排气水平阈值。在另一实施例中，发动机排气水平阈值包括低于最大排气流水平的50％的发动机排气流水平。在另一个实施例中，发动机输出功率参数包括发动机的每分钟转数(“RPM”)且输出功率阈值是RPM阈值。在另一个实施例中，发动机输出功率参数包括发动机的发动机功率输出水平且该输出功率阈值是发动机功率输出的水平。在另一个实施例中，发动机输出功率参数包括发动机的温度且输出功率阈值是温度阈值。在另一个实施例中，发动机输出功率参数包括发动机的扭矩且输出功率阈值是扭矩阈值。 [0012] 在一个实施例中，所确定的发动机输出功率参数包括所确定的发动机输出功率参数的指数加权移动平均。在另一个实施例中，发动机输出模块结合还原剂箱再填充事件确定发动机输出功率参数。在另一个实施例中，发动机输出模块以一采样速率确定发动机输出功率参数。在另一实施例中，发动机输出模块在该发动机在一组发动机运行参数内运行的时段期间以采样速率确定发动机输出功率参数。在另一个实施例中，该装置包括禁用模块，其响应于接收到NOx报警信号而将该发动机限制为低输出。在另一个实施例中，NOx报警信号包括针对稀释后的还原剂的FC3543码。 [0013] 一种系统，包括与发动机连通接收排气的SCR系统以及还原剂稀释装置。还原剂稀释装置包括确定发动机输出功率参数的发动机输出模块。该发动机输出功率参数是关于发动机的。在一个实施例中，还原剂稀释装置包括输出功率阈值模块，其确定发动机输出功率参数是否低于输出功率阈值。在另一个实施例中，还原剂稀释装置包括NOx模块，其响应于输出功率阈值模块确定该发动机输出功率参数低于该输出功率阈值而确定SCR系统的氮氧化物(“NOx”)效率。在另一个实施例中，还原剂稀释装置包括确定NOx效率是否低于NOx效率阈值的NOx阈值模块，以及响应于NOx阈值模块确定NOx效率低于NOx效率阈值而发送NOx报警信号的NOx警告模块。在一个实施例中，该系统包括该发动机。在另一个实施例中，该系统包括该发动机驱动的设备。 [0014] 一种用于诊断排气后处理组件的方法，包括确定关于发动机的发动机输出功率参数以及确定发动机输出功率参数是否低于输出功率阈值。该方法包括，响应于确定发动机输出功率参数低于输出功率阈值而确定SCR系统的NOx效率。SCR系统与发动机连通接收排气。该方法包括，确定NOx效率是否低于NOx效率阈值，以及响应于确定NOx效率低于NOx效率阈值而发送NOx报警信号。 [0015] 在一个实施例中，该方法包括确定采样窗口内NOx效率的变化量，以及确定NOx效率的变化量是否超过NOx效率变化阈值。在实施例中，发送NOx报警信号是响应于确定NOx效率低于NOx效率阈值以及确定NOx效率的变化量超过NOx效率变化阈值。在另一个实施例中，确定NOx效率包括，在发动机输出功率参数在发动机输出功率范围内时确定NOx效率。发动机输出功率范围包括低于输出功率阈值的范围，且使用在发动机输出功率参数在发动机输出功率范围内时进行的NOx效率确定来确定NOx效率的变化量是否超过NOx效率变化阈值。在另一个实施例中，发动机输出功率参数包括发动机的排气流水平且该输出功率阈值是发动机排气水平阈值。 [0017] 为了使本发明的优点将容易理解，以上简要描述的本发明的更具体的描述，将通过参照在附图中所示出的具体实施例来呈现。理解这些附图仅描绘了本发明的典型实施例，并且因此，这些附图不被认为是对其范围的限制，通过使用附图，将使用其他的具体特征和细节来描述和解释本发明，在附图中： [0018] 图1是根据一个代表性实施例的、具有内燃发动机和排气后处理系统的发动机系统的示意图； [0019] 图2是根据一个代表性实施例的、图1中的排气后处理系统的示意图； [0020] 图3是NOx效率对排气气流的图。 [0022] 图5是根据一个代表性实施例的、带有图1中的发动机系统的控制器的另一种实施例的装置的可选的实施例的示意框图； [0023] 图6是示出根据一个代表性实施例的、用于诊断排气后处理的方法的一个实施例的示意框图；以及 [0024] 图7是示出根据一个代表性实施例的、用于诊断排气后处理的方法的另一个实施例的示意框图。 [0025] 详细描述 [0026] 在整个本说明书中涉及的“一个实施例”、“实施例”或类似语言意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，“在一个实施例中”、“在实施例中”以及在整个本说明书中的类似语言可以都指的是相同的实施例，但不一定都指的是相同的实施例，而是意味着“一个或更多个但不是所有实施例”除非另有明确说明。术语“包括”(including)，“包括(comprising)”，“具有(having)”及其变体是指“包括但不限于”，除非另有明确说明。术语的枚举列表并不意味着，任何或全部术语是互相排斥的和/或相互包容的，除非另有明确说明。术语“一”(a)，“一(an)”以及“所述(the)”也指“一个或更多个”，除非另有明确说明。 [0027] 此外，实施例所描述的特征、优点和特性可以以任何合适的方式组合。一个相关领域技术人员将认识到各实施例可以在没有特定实施例的一个或更多个特定特征或优点的情况下实施。在其他实例中，另外的特征和优点可以在某些实施例中被识别，可能不存在于所有实施例中。 [0028] 实施例的这些特征和优点在下面的描述和所附的权利要求中将变得更加明显，或可以如下文阐述通过实施例的实施而得知。如本领域技术人员所理解的，本发明的各方面可以体现为系统、方法和/或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件，微代码等)或对在本文通常所有可以被称为“电路”、“模块”或“系统”的软件和硬件方面进行结合的实施例的形式。此外，本发明的各方面可以采取实施于其上实施有程序代码的一个或更多个计算机可读介质的计算机程序产品的形式。 [0029] 许多在本说明书中描述的功能单元已被标为模块，以便更具体地强调它们的实现独立性。例如，模块可以作为包括定制VLSI电路或门阵列、诸如逻辑芯片等现货供应的半导体、晶体管，或其他分立元件的硬件电路来实现。模块也可以在诸如现场可编程门阵列，可编程阵列逻辑，可编程逻辑器件等可编程硬件设备中实现。 [0030] 模块也可以在软件中来实现，以用于通过各种类型的处理器来执行。例如，程序代码的识别模块可以包括一个或更多个物理或逻辑的计算机指令块，例如，其可以被组织为对象、过程或功能。然而，识别模块的可执行代码不一定在物理上位于一起，而是可以包括存储在不同位置的完全不同的指令，当在逻辑上接合在一起时，其包括该模块以及实现该模块的所述目的。 [0031] 事实上，程序代码的模块可以是单个指令或许多指令，并且甚至可以分布若干不同的代码段上，分布在不同的程序中，以及分布在若干存储设备上。类似地，操作数据可被识别并在本文中在模块内说明，并且可以以任何合适的形式进行实施以及在任何适当类型的数据结构内进行组织。操作数据可被收集为单个数据集合，或可以分布在不同的位置，包括在不同的存储设备上，并可以至少部分地，仅作为系统或网络上的电子信号而存在。在模块或模块的部分在软件中实现的地方，程序代码可以在一个或更多个计算机可读介质上存储和/或传播。 [0032] 计算机可读介质可以是存储程序代码的有形的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是，例如，但不限于，电子的、磁的、光的、电磁的、红外的、全息的、微机械的或半导体的系统、装置或设备，或上述的任何合适组合。 [0033] 计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：便携式计算机磁盘，硬盘，随机存取存储器(“RAM”)，只读存储器(“ROM”)，可擦除可编程只读存储器(“EPROM”或闪存)，便携式光盘只读存储器(“CD-ROM”)，数字多功能光盘(“DVD”)，光存储设备，磁存储设备，全息存储介质，微机械存储设备，或上述的任何适当组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包含，和/或存储程序代码，用于由指令执行系统、装置或设备使用的和/或与指令执行系统、装置或设备结合使用的任何有形介质。 [0034] 计算机可读介质还可以是计算机可读信号介质。计算机可读信号介质可以包括在其中实施有程序代码的传播数据信号，例如，在基带中或作为载波的一部分。这样的传播信号可以采取各种各样形式中的任何一个，包括，但不限于，电的，电磁的，磁的，光的或它们的任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，该任何计算机可读介质并非能够通信，传播，或传输程序代码，以用于由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用。实施在计算机可读信号介质上的程序代码可以使用任何适当的介质进行传送，包括但不限于有线线路，光纤，射频(“RF”)，等等，或上述的任何适当的组合 [0035] 在一个实施例中，计算机可读介质可以包括一个或更多个计算机可读存储介质和一个或更多个计算机可读信号介质的组合。例如，程序代码可以既作为通过光纤电缆能够用于处理器执行的电磁信号传播，也存储在RAM存储设备上用于处理器执行。 [0036] 用于为本发明的多个方面执行操作的程序代码可以用一个或更多个编程语言的任何组合进行编写，编程语言包括如Java、Smalltalk、C++、PHP等的面向对象编程语言和如“C”编程语言或类似编程语言的传统的过程编程语言。该程序代码可以作为独立的软件包，完全在用户的计算机上执行，部分地在用户的计算机上执行，部分地在用户的计算机上执行且部分地在远程计算机上执行或完全地在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中，远程计算可以通过任何类型的网络(包括局域网(“LAN”)或广域网(“WAN”))，连接到用户的计算机，或者连接可进入到外部计算机(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。 [0037] 计算机程序产品可以被共享，以灵活、自动化的方式同时服务于多个客户。计算机程序产品可以是标准化的，需要少量的定制和可扩展性，以随收随付即付模式按需提供容量。计算机程序产品可以存储在可从一个或更多个服务器访问的共享文件系统。 [0038] 计算机程序产品可通过以下方式集成到客户端、服务器和网络环境：与提供与应用程序、操作系统和网络操作系统软件共存的计算机程序产品，以及然后在计算机程序产品将起作用的环境中的客户端和服务器上安装计算机程序产品。 [0039] 在一个实施例中，软件被在客户端和包括计算机程序产品将被部署在其上的由该计算机程序产品所需要的或与该计算机程序产品结合工作的网络操作系统的服务器上标识。这包括网络操作系统，其是通过增加网络特征增强基本操作系统的软件。 [0040] 此外，描述的实施例的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。在以下描述中，许多具体细节被提供，如编程的例子，软件模块，用户选择，网络交易，数据库查询，数据库结构，硬件模块，硬件电路，硬件芯片等，以提供对实施例的整个的理解。然而，相关领域技术人员将认识到，该实施例可以在没有一个或更多个具体细节的情况下实践，或利用其他方法、组件、材料等实践。在其他实例中，公知的结构、材料或操作没有示出或详细描述，以避免模糊实施例的方面。 [0041] 根据本发明实施例，下面参照示意性流程图和/或方法、装置、系统和计算机程序产品的示意框图描述了实施例的方面。应当理解的是，示意性流程图和/或示意性框图的每个块和示意性流程图和/或示意性框图中各块的组合，可以通过程序代码来实现。该程序代码可被提供给通用计算机、专用计算机、定序器的处理器或其他可编程数据处理设备以产生一种机构，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理装置执行的指令，创建用于实现示意性流程图和/或示意性框图的块或多个块中指定的功能/动作的装置。 [0042] 该程序代码也可以存储在可以引导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式起作用的计算机可读介质中，使得存储在该计算机可读介质中的指令产生制造的物品，包括实现在示意性流程图和/或示意性框图的块或多个块中指定的功能/动作的指令。 [0043] 该程序代码也可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使一系列操作步骤在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行，从而产生计算机所实现的过程，使得在该计算机或其他可编程装置上执行的程序代码提供用于实现在流程图和/或框图的块或多个块中指定的功能/动作的处理。 [0044] 附图中的示意性流程图图示和/或示意性框图示，出了根据本发明各种实施例的装置、系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这点上，示意性流程图图示和/或示意性框图中的每个块，可以表示模块、代码段或部分代码，其包括用于实现指定的逻辑功能的程序代码中的一个或更多个可执行指令。 [0045] 还应当指出的是，在一些可选的实现中，块中提到的功能可以打乱图中指出的顺序的发生。例如，连续显示的两个块实际上可以基本上同时执行，或者这些快有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。可以设想其他步骤和方法，以在功能、逻辑或效果上等同于图示的一个或更多个块，或其部分。 [0046] 尽管在流程图和/或框图中可能采用了各种箭头类型和线类型，但是它们并不被理解为限制相应的实施例的范围。事实上，一些箭头或其他连接器可以被用来仅指示所描述的实施例的逻辑流程。例如，箭头可指示描绘的实施例的列举的步骤之间未指定的持续时间的等待或监视周期。还应当指出的是，在框图和/或流程图中的每个块及框图和/或流程图图示中块的组合，可以由执行指定功能或动作的专用的基于硬件的系统或专用硬件和程序代码的组合来实现。 [0047] 图1是根据一个代表性实施例的、具有内燃机和排气后处理系统的发动机系统10的示意图。发动机系统10的主要组件包括内燃机20和与发动机20连通接收排气的排气后处理系统100。内燃机20可以是诸如柴油燃料发动机等压缩点火的内燃机或诸如精益运行的汽油燃料发动机等火花点火的内燃机。在进气侧，发动机系统10可以包括空气入口12、入口管道14、涡轮增压器压缩机16以及进气歧管18。进气歧管18包括可操作地耦合到内燃机20的压缩室22的出口，用于将空气引入压缩室22。 [0048] 在内燃机20内，来自大气的空气结合燃料，并燃烧，以驱动发动机。燃料来自于燃料箱50，通过燃料输送系统，在一个实施例中，燃料输送系统包括燃料泵和到燃料喷射器54的共轨52，燃料喷射器54喷射燃料到发动机20的燃烧室22。燃料喷射定时可以由控制器40经由燃料喷射器控制信号84而控制。 [0049] 压缩室22中的燃料和空气的燃烧产生被可操作地排放到排气歧管30的排气。来自排气歧管30的排气的一部分可被用于驱动涡轮增压器涡轮机32。涡轮增压器涡轮机32驱动涡轮增压器压缩机16，其可以在引导空气到进气歧管18并进入发动机20的压缩室22之前压缩进入空气入口12的空气中的至少一些。 [0050] 为了改变发动机20的燃烧性能的目的，排气的一部分可以绕过涡轮增压器涡轮机32，并且经由排气再循环(“EGR”)管线36被重新循环至发动机20并回到入口管道14。在一个实施例中，EGR阀38相应于由控制器40经由EGR控制信号设定的比例被致动以转移一定量的排气。 [0051] 排气中未经由EGR管线36重新循环至发动机20的一部分必定从发动机系统10排出到大气。因此，排气流，从排气歧管30或涡轮增压器涡轮机32流动通过排气管道34，以及在被通过排气管35排放到大气中之前通过排气后处理系统100。排气后处理系统100被配置为去除存在于从排气歧管30接收的排气中的各种化学化合物和微粒排放物。具体地，排气后处理系统100中处理的排气含有明显更少的污染物，例如未燃烧的碳氢化合物、CO、柴油颗粒物以及NOx，而不是未处理的排气。 [0052] 各种传感器，例如温度传感器64、压力传感器66、燃料传感器72、排气流传感器74、76等等，可以策略性地布置在整个发动机系统10中，并且可以与控制器40进行通信以监测发动机系统10的运行状态。在一个实施例中，排气流传感器74感测排气流向排气后处理系统100的速率。 [0053] 此外，发动机系统10可以包括经由控制信号91与控制器40进行电子通信的机载诊断(“OBD”)系统90。通常，OBD系统90被配置为警告用户(例如，车辆操作者)由控制器40监控和触发的任何运行状态故障。 [0054] 图2是根据一个代表性实施例的、图1的排气后处理系统100的示意图。排气后处理系统100包括控制器40、OBD系统90、氧化催化剂140、微粒物质(“PM”)过滤器142、SCR系统150和可选的氨氧化(“AMOX”)催化剂154。SCR系统150具有还原剂输送系统151和SCR催化剂152。氧化催化剂140可以是本领域中已知的各种氧化催化剂中的任一种，如非甲烷碳氢化合物催化剂。PM过滤器142可以是任何不同的颗粒物质或本领域中已知的其他过滤器。 [0055] 在排气流动方向上，如方向箭头144所指示，排气可以从排气管道34流动，通过氧化催化剂140，通过PM过滤器142，通过SCR催化剂152，通过AMOX催化剂154(如果存在的话)，然后通过排气管35排出到大气中。因此，在所示实施例中，PM过滤器142被定位在氧化催化剂140的下游，SCR催化剂152被定位在PM过滤器142的下游，并且AMOX催化剂154位于SCR催化剂152的下游。然而，排气后处理系统100的组件的其他布置也是可能的。 [0056] 氧化催化剂140可以具有任何在本领域中已知的各种流通的设计，如传统的柴油氧化催化剂。通常，氧化催化剂140配置为氧化排气中的至少一些颗粒物质，例如煤烟的可溶性有机部分，以及减少排气中未燃烧的碳氢化合物和CO，以便减少对环境有害的化合物。例如，氧化催化剂140可以充分减少排气中的碳氢化合物和CO浓度，以满足那些排气组件所需的排放标准。氧化催化剂140的氧化能力的间接后果是氧化催化剂将一氧化氮(“NO”)氧化为NO2的能力。在这种方式下，离开氧化催化剂140的NO2的水平等于由发动机20所产生的排气中的NO2加上由氧化催化剂从NO转化的NO2。 [0057] 除了处理排气中的碳氢化合物和CO浓度，氧化催化剂140也可以用在PM过滤器142和SCR催化剂152的受控再生。这可以通过将未燃烧的碳氢化合物“UHC”喷射或定量配制到氧化催化剂140的上游的排气中来完成。与氧化催化剂140接触时，UHC经历放热的氧化反应，其导致离开氧化催化剂140和随后进入PM过滤器142和/或SCR催化剂152的排气的温度增加。添加到排气的UHC的量被选择以实现期望的温度升高或目标受控再生温度。 [0058] PM过滤器142可以是任何本领域中已知的各种流通的设计，包括柴油微粒过滤器(“DPF”)，并配置为减少排气中的颗粒物浓度，例如，烟灰和灰渣，以满足所要求的排放标准。此外，排气后处理系统100还可以包括各种包围PM过滤器142并且电耦合到控制器40的传感器。 [0059] SCR系统150包括还原剂输送系统151，其包括还原剂源170、泵180和输送机构190。还原剂源170可以是能够保持还原剂(诸如，例如，氨(“NH3”)、尿素、柴油燃料或柴油)的容器或箱。在一个实施例中，还原剂被称为柴油机排气流体(“DEF”)。还原剂源170与配置为与泵180连通供应还原剂，泵180从还原剂源将还原剂泵送到输送机构190。输送机构190可以包括在位于SCR催化剂152的上游的192处示意性示出的还原剂喷射器。喷射器选择性地可控制以在进入SCR催化剂152之前将还原剂直接喷射到排气流中。 [0060] 在一些实施例中，还原剂可以是氨或尿素，其分解以产生氨。氨在SCR催化剂152存在的情况下与NOx发生反应以将NOx还原为比较无害的排放物，如N2和H2O。排气流中的NOx包括NO2和NO。通常，在NH3存在的情况下，NO2和NO都是通过由SCR催化剂的催化元素驱动的各种化学反应还原成N2和H2O。然而，如以上所讨论的，NO2到N2和H2O的化学还原通常是最有效的化学反应。因此，在一般情况下，排气流中的NO2与NO相比越多，则由SCR催化剂进行的NOx还原越有效。因此，氧化催化剂140将NO转化为NO2的能力直接影响SCR系统150的NO2还原效率。换句话说，SCR系统150的NOx还原效率至少间接对应氧化催化剂140的状态或性能。例如，性能不佳(例如，条件差)的氧化催化剂140可以是更归咎于离开排气管的过量NOx的存在而不是与SCR系统150相关联的任何不足。因此，SCR系统150，在一个实施例中，(和相关联的SCR系统150的NOx还原性能)可以用作传感器，以确定氧化催化剂140的状态。 [0061] 另外，如以上所讨论的，一些PM过滤器独立于氧化催化剂氧化NO以形成NO2。因此，性能不佳(例如，条件差)的PM过滤器142可以更归咎于离开排气管的过量NOx的存在，而不是与SCR系统150相关联的任何不足。由于这个原因，SCR系统150可以用作传感器，以确定PM过滤器142的状态。 [0062] SCR催化剂152可以是任何本领域中已知的各种催化剂。例如，在一些实施例中，SCR催化剂152是钒基催化剂，而在其他实现中，SCR催化剂是基于沸石的催化剂，例如Cu-沸石或Fe-沸石催化剂。在一个代表性的实施例中，还原剂是含水尿素且SCR催化剂152是基于沸石的催化剂。 [0063] AMOX催化剂154可以是任何配置成与氨反应以主要产生氮气的各种流通催化剂。通常，AMOX催化剂154被用来除去已滑动通过SCR催化剂152或离开SCR催化剂152而不与排气中的NOx进行反应的氨。在某些情况下，排气后处理系统100可以使用或不使用AMOX催化剂154进行操作。另外，虽然AMOX催化剂154被示为与SCR催化剂152分开的单元，但在一些实施例中，AMOX催化剂154可以与SCR催化剂集成在一起，例如，AMOX催化剂154和SCR催化剂152可以位于同一外壳内。 [0064] 在图2所示的排气后处理系统100的实施例，包括多个NOx传感器，该多个NOx传感器在整个排气处理过程中测量排气中NOx的量(例如，流速)。在一些实现方式中，排气后处理系统100可包括在氧化催化剂140上游和发动机20下游的发动机外NOx传感器162A，嵌入SCR催化剂152内的SCR中间层(mid-bed)NOx传感器162B、SCR催化剂152的下游(以及一些实施例中的AMOX催化剂154的下游)的排气管NOx传感器162C中的一个或更多个。在一个实施例中，中间层NOx传感器162B在排气进入SCR催化剂152的地方测量NOx。 [0065] 排气后处理系统100还可以利用用于检测排气或组件的相应特性的各种其他的传感器。例如，所示的排气后处理系统100可包括SCR催化剂上游的SCR入口温度传感器164A、嵌入SCR催化剂内的SCR中间层温度传感器164B、SCR催化剂下游的SCR出口温度传感器164C、SCR催化剂152上游的SCR入口NH3传感器168A和位于SCR催化剂下游的SCR出口NH3传感器168B等等中的一个或更多个。在一些情况下，NOx传感器和NH3传感器可以组合成双氨-NOx传感器(未示出)。各种传感器可以与控制器40进行电通信，以允许控制器监测发动机系统10的排气后处理系统100的运行状态。 [0066] 尽管所示的排气后处理系统100包括沿着排气流动路径相对于彼此定位在具体位置中的氧化催化剂140、PM过滤器142、SCR催化剂152和AMOX催化剂154中的一个，但是在其他的实施例中，排气后处理系统100可根据需要包括一个以上的沿排气流动路径相对于彼此定位在各种位置中的任何位置的各种催化剂中的任何催化剂。此外，尽管氧化催化剂140和AMOX催化剂154是非选择性的催化剂，但在一些实施例中，氧化和AMOX催化剂140、154可以是选择性的催化剂。 [0067] 控制器40控制发动机系统10和相关联的子系统的运行，例如内燃机20和排气后处理系统100。控制器40在图1和2作为单一的物理单元示出，但如果需要，在一些实施例中，可以包括两个或更多个物理分离的单元或组件。通常，控制器40接收多个输入，处理输入，并发送多个输出。多个输入可包括来自传感器和各种用户输入的感测到的测量。输入是由控制器40使用各种算法、存储的数据以及其他输入进行处理的，以更新所存储的数据及/或生成输出值。所生成的输出值和/或命令被发送到控制器的其他组件和/或发送到发动机系统10的一个或更多个元件，以控制该系统达到期望的结果，更具体而言，实现期望的排气排放。 [0068] 例如，内燃机20以及排气后处理系统100的运行状态可以就排气再循环比例、喷射定时等等而从任何传感器或从控制器40的到发动机的命令来确定。在一个实施例中，收集关于下列项的信息：例如，燃料消耗率，发动机速度，发动机负荷，燃料喷射定时被提前或滞后(“SOI”，或喷射的开始)的定时，排气再循环的比例，驾驶状态，排气流速，排气中O2、NOx(例如，“NO2”and“NO”)和NH3的量，以及在排气后处理系统100内的各个位置处的排气的温度和压力。 [0069] 控制器40包括各种模块，用于控制发动机系统10的运行。例如，控制器40包括用于控制内燃机20的运行的一个或更多个模块。控制器40还包括用于控制SCR系统150的运行和再生的一个或更多个模块。此外，控制器40包括用于诊断排气后处理系统100的一个或更多个组件的性能或状态以及向OBD系统90报告所诊断的性能或状态的一个或更多个模块。 [0070] 正如本领域已知的，控制器40和它的各种模块组件可包括处理器、存储器以及可以由一个或更多个半导体基板上的半导体门电路制造的接口模块。每个半导体基板可封装在安装在电路卡上的一个或更多个半导体器件。模块之间的连接可以通过半导体金属层、基底到基底配线或连接半导体器件的电路卡迹线或导线。 [0071] SCR系统150的潜在问题是，还原剂源170可包括例如利用水稀释的还原剂。稀释后的还原剂通常导致SCR系统150运行效率较低。通常，稀释后的还原剂导致NOx效率降低。目前，稀释后的还原剂难以与SCR系统150中的其他故障区别开来。 [0072] 图3是NOx效率与排气流的图300。垂直轴302表示增加的SCR NOx转化(即增加的NOx效率)，而水平轴304表示增加的排气流。斜线306表示在特定的现场使用多年的SCR系统150的典型NOx转化效率。斜线306可以表示接近寿命终止的使用多年的SCR系统150。在图的顶部的水平线307表示新的SCR系统150。第一运行点308表示其中排气输出相对较低且低于发动机排气水平阈值310的发动机20的运行状态。图300还包括表示NOx效率阈值312的线。注意，对于高排气流状态，用于现场使用多年的SCR系统150的斜线306延伸至低于NOx效率阈值312。第二运行点314指示一种情况，其中的排气流与第一运行点308的相同，但低于NOx效率阈值312。第二运行点314可以指示还原剂被稀释的情况。 [0073] 注意，对于较高的排气流状态，第三运行点316可以高于NOx效率阈值312，但关于SCR系统150的甚至更高的排气流状态的第四运行点318低于NOx效率阈值312。在控制器40采样NOx效率的情况下，第三运行点316可以是被采样点，且可以指示SCR系统150正常运行，然后在下一采样时刻，排气流可被增加，以使第四运行点318是下一个采样点且低于NOx效率阈值312。控制器40然后可以信号通知：SCR系统150正低于NOx效率阈值312运行。因此，其中排气流不被考虑，以及使用多年的SCR系统150可以不能够区分稀释后的还原剂的情况和排气流高的情况。SCR系统150中的其他故障也可以导致SCR系统150低于NOx效率阈值312运行并开始可能不会与稀释后的还原剂的情况区分。 [0074] 诊断稀释后的还原剂状态的装置的一个代表性实施例可以包括在低排气流状态采样NOx效率的需求。在另一个实施例中，该装置可以包括低于NOx效率阈值312的NOx效率和NOx效率减少大于一定量的阶跃变化的组合。图300示出的阶跃变化可指示NOx效率变化阈值320。 [0075] 虽然图3指示了SCR系统150的排气流和NOx效率之间的相关性，但是发动机20的其他被测参数也可以包括SCR系统150的NOx效率和如由发动机20输出的功率的量、转矩、发动机温度、发动机转速等其他的发动机输出功率参数之间的相关性。本领域技术人员会考虑到与对于更高的发动机输出功率参数具有减小的NOx效率的特性的SCR系统150的NOx效率相关的其他发动机功率参数。 [0076] 图4是根据一个代表性实施例的带有图1中的发动机系统10的控制器40的一个实施例的装置400的示意框图。装置400包括带有下列项的控制器40：发动机输出模块402、输出功率阈值模块404、NOx模块406、NOx阈值模块408以及NOx警告模块410，这些将在下文描述。 [0077] 在一个实施例中，装置400包括确定发动机20的发动机输出功率参数的发动机输出模块402。发动机输出功率参数，在一个实施例中，是对发动机20的排气流的水平的确定。发动机排气流水平可以在排气行进通过排气管道34时从排气流传感器74的测量中确定。在另一个实施例中，发动机输出功率参数包括发动机20的每分钟转数(“RPM”或发动机速度)。RPM传感器可以用于确定发动机20的RPM。在另一个实施例中，发动机输出功率参数包括发动机20的发动机功率输出水平。例如，发动机功率输出水平可以是马力或其他合适的功率单位。输出功率可以由控制器40通过测量指示功率的各种发动机参数来确定。在另一个实施例中，发动机输出功率参数包括发动机20的温度。例如，用于发动机20以及相关部分的温度传感器64可能用于确定发动机20的温度。在另一个实施例中，发动机输出功率参数包括发动机20的扭矩。一个或更多个传感器可用于确定发动机20的扭矩。 [0078] 在一个实施例中，发动机输出模块402以一采样速率确定发动机输出功率参数。采样速率可以是恒定的或者可以被联系到其他发动机运行参数，如以一定的输出功率水平、一定的RPM等运行。在一个实施例中，所确定的发动机输出功率参数包括所确定的发动机输出功率参数的指数加权移动平均值(“EWMA”)。使用EWMA可允许受瞬变或其他异常情况影响的测量或采样与其他测量和/或采样进行平均以避免错误触发。如本文所使用的，发动机输出功率参数可以是单一的测量结果，也可以是使用EWMA或其他平均法的几次采样或测量结果的平均。在另一个实施例中，在发动机在一组发动机运行参数内运行的时段期间，发动机输出模块402以采样速率确定发动机输出功率参数。例如，发动机运行参数可排除极端状态或如空转、与陡坡相关的高输出、启动等状态。例如，某些系统可能不在启动或其他时间期间运行，并且发动机输出模块402可以在各种系统可运行时采样。在一个实施例中，发动机输出模块402可以在还原剂箱再填充事件后采样或确定发动机输出功率参数。 [0079] 在一个实施例中，装置400包括确定所测量的发动机输出功率参数是否低于输出功率阈值的输出功率阈值模块404。在一个实施例中，输出功率阈值是发动机排气水平阈值310。例如，发动机排气水平阈值310可以是低于最大排气流水平的50％的发动机排气流水平。在一个实施例中，在发动机输出功率参数是发动机20的每分钟转数(“RPM”)时，输出功率阈值可以是RPM阈值。在另一个实施例中，在发动机输出功率参数是发动机20的发动机功率输出水平时，输出功率阈值可以是发动机功率输出的水平。在发动机输出功率参数是发动机20的温度时，输出功率阈值可以是温度阈值。在发动机输出功率参数是发动机20的扭矩时，输出功率阈值可以是扭矩阈值。本领域技术人员将会考虑其他发动机输出功率参数和合适的阈值。 [0080] 在一个实施例中，装置400包括NOx模块406，其响应于输出功率阈值模块404确定了发动机输出功率参数低于输出功率阈值而确定SCR系统150的NOx效率。在另一个实施例中，装置400包括NOx阈值模块408，其确定NOx效率是否低于NOx效率阈值312。例如，当排气流是输出功率参数时，NOx模块406可对于发生在输出功率阈值模块404确定排气流水平低于发动机排气水平阈值310时的不同采样点确定NOx效率。NOx阈值模块408可确定NOx效率高于NOx效率阈值312，例如当还原剂不被稀释时。发动机20运行在高于发动机排气水平阈值310的排气流水平时发生的其他采样点可以被忽略或可以被控制器40用于不同的目的。 [0081] 对于其中输出功率阈值模块404确定发动机输出功率参数低于输出功率阈值的另一采样点，NOx阈值模块408可确定由NOx模块406所确定的NOx效率低于NOx效率阈值312，例如当稀释后的还原剂在SCR系统150中时。发动机输出功率参数低于输出功率阈值时，SCR系统150将具有高于NOx效率阈值312的NOx效率然后具有低于NOx效率阈值312的NOx效率的一个典型状态是当还原剂源170(即箱)再填充时变得稀释。其他故障也可能导致这种情况如此。其他传感器可以用于检测其他故障，以可能区分稀释后的还原剂和其他故障。在一个实施例中，发动机输出模块402在还原剂箱再填充事件后且在发动机输出功率参数低于输出功率阈值时，确定或采样发动机输出功率参数。然后NOx阈值模块408在另一还原剂再填充事件之后可以比较NOx效率，这可以将低于NOx效率阈值312的NOx效率关联到还原剂箱再填充事件。再填充事件之后的该采样可以增加低于NOx效率阈值312的NOx效率与稀释后的还原剂相关的可能性。 [0082] 装置400，在一个实施例中，包括响应于NOx阈值模块408确定NOx效率低于NOx效率阈值312来发送NOx报警信号的NOx警告模块410。例如，NOx报警信号可以是针对稀释后的还原剂的FC3543码，如EPA所规定的。NOx警告模块可发送NOx报警信号到控制器40。在另一个实施例中，NOx警告模块410将NOx报警信号发送到OBD系统90作为OBD信号414，以在显示面板上显示警告。在另一个实施例中，NOx报警信号通过诸如无线网络或蜂窝网络等计算机网络被发送到服务器或其他计算机。本领域技术人员将会考虑其他NOx报警信号和目的地。 [0083] 图5是根据一个代表性实施例的、带有图1中的发动机系统的控制器40的另一实施例的装置500的可选实施例的示意框图。装置500包括带有发动机输出模块402、输出功率阈值模块404、NOx模块406、NOx阈值模块408以及NOx警告模块410的控制器40，这些模块基本上与关于图4中的装置400描述的那些相似。在各种实施例中，装置500还可以包括带有NOx变化模块502、NOx变化阈值模块504以及禁用模块506的控制器40，这些模块在下文描述。 [0084] 在一个实施例中，装置500包括NOx变化模块502和NOx变化阈值模块504。NOx变化模块502确定采样窗口内NOx效率的变化量，且NOx变化阈值模块504确定由NOx变化模块所确定的NOx效率的变化量是否超过NOx效率变化阈值320。在一个实例中，NOx警告模块410响应于NOx阈值模块408确定NOx效率低于NOx效率阈值且NOx变化阈值模块504确定NOx效率的变化量超过NOx效率变化阈值320，而发送NOx报警信号。在实例中，超过NOx效率变化阈值320的NOx效率变化可以与发动机状态有关，该发动机状态可以无关于检测稀释后的还原剂，并且触发NOx警告模块410发送NOx报警信号在NOx效率阈值312和NOx效率变化阈值320都被超过时可以更准确。在另一实例中，或者响应于NOx阈值模块408确定NOx效率低于NOx效率阈值或者响应于NOx变化阈值模块504确定NOx效率的变化量超过NOx效率变化阈值320，NOx警告模块410发送NOx报警信号。 [0085] 在一个实施例中，采样窗口是时间窗口。在另一个实施例中，采样窗口是多个连续的采样。在另一个实施例中，NOx模块406在发动机输出功率参数在发动机输出功率范围内时，确定NOx效率。发动机输出功率范围可包括低于输出功率阈值的范围。例如，在还原剂未被稀释时，NOx模块406可以确定在发动机输出功率范围内的几个运行点的NOx效率。当发动机20在发动机输出功率范围内运行时NOx模块406可确定NOx效率，且NOx变化阈值模块504接着可使用在发动机输出功率参数在发动机输出功率范围内时进行的NOx效率确定，来确定NOx效率的变化量是否超过NOx效率变化阈值320。 [0086] 在一个实施例中，装置500包括响应于接收到NOx报警信号而将发动机20限制在低输出的禁用模块506。例如，禁用模块506可以将由发动机20驱动的车辆限制到每小时5英里的速度。在另一实施例中，在接收到NOx报警信号且接着被关闭之后，禁用模块506可以不允许发动机20启动。禁用模块506，在一个实施例中，可采取行动以符合EPA的要求。在另一实施例中，禁用模块506可以允许在禁用车辆之前有一定数目的NOx报警信号。 例如，NOx警告模块410可以以OBD信号414的形式发送NOx报警信号，以便显示给发动机 20的用户，且禁用模块506可以不对第一NOx报警信号采取行动，然后禁用模块506可以响应于第二NOx报警信号而限制车辆。在其他实施例中，其他的NOx报警信号可以由禁用模块 506和/或控制器40在禁用模块506限制车辆之前被忽略。本领域技术人员将会考虑禁用模块506限制由发动机20驱动的车辆或设备的其他方式。 [0087] 图6是示出根据一个代表性的实施例的、用于诊断排气后处理的方法600的一个实施例的示意框图。方法600开始以及确定关于发动机20的发动机输出功率参数602，并且确定发动机输出功率参数是否低于输出功率阈值604。如果方法600确定发动机输出功率参数不低于输出功率阈值604，则方法600返回并再次确定发动机输出功率参数602。如果方法600确定发动机输出功率参数低于输出功率阈值604，则该方法确定SCR系统150的NOx效率606。方法600确定608NOx效率是否低于NOx效率阈值312。如果方法600确定608NOx效率不低于NOx效率阈值312，则方法600返回并再次确定发动机输出功率参数602。 如果方法600确定608NOx效率低于NOx效率阈值312，方法600发送NOx报警信号610，并且方法600结束。发动机输出模块402、输出功率阈值模块404、NOx模块406、NOx阈值模块 408和NOx警告模块410中的一个或更多个可被部署以执行方法600的步骤。 [0088] 图7是示出根据一个代表性的实施例的、用于诊断排气后处理的方法700的另一实施例的示意框图。方法700开始并且确定关于发动机20的发动机输出功率参数702，并且确定发动机输出功率参数是否低于输出功率阈值704。如果方法700确定发动机输出功率参数不低于输出功率阈值704，则方法700返回并再次确定发动机输出功率参数702。如果方法700确定发动机输出功率参数低于输出功率阈值704，则方法确定SCR系统150的NOx效率706。方法700确定708NOx效率是否低于NOx效率阈值312。如果方法700确定708NOx效率不低于NOx效率阈值312，则方法700返回并再次确定发动机输出功率参数602。 [0089] 如果方法700确定708NOx效率低于NOx效率阈值312，则确定采样窗口内NOx效率的变化量710。方法700确定712NOx效率的变化量是否超过NOx效率变化阈值320。如果方法700确定712NOx效率的变化量不超过NOx效率变化阈值320，则方法700返回并再次确定发动机输出功率参数702。如果方法700确定712NOx效率的变化量超过NOx效率变化阈值320，则方法700发送714NOx报警信号，并将发动机20限制为低输出716，并且方法700结束。发动机输出模块402、输出功率阈值模块404、NOx模块406、NOx阈值模块408、NOx警告模块410、NOx变化模块502、NOx变化阈值模块504和禁用模块506中的一个或更多个可被部署以执行方法700的步骤。 [0090] 本发明可以以其他具体形式来实施，而不背离其精神或本质特征。所描述的实施例在所有方面都旨在仅是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附的权利要求指定，而不是由前面的描述指定。权利要求的等效的含义和范围内的所有变化都落入在权利要求的范围之内。 |
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