專利名稱：具有交互感應(yīng)傳感器的排氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣系統(tǒng)，并且更特別地涉及一種具有對(duì)NO5^PNH3有交互感應(yīng)的傳感器的排氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
涵蓋柴油機(jī)、汽油機(jī)、以氣體燃料為動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)以及本領(lǐng)域已知的其他發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)燃機(jī)會(huì)排放空氣污染物的復(fù)雜混合物。這些空氣污染物由諸如氮氧化物(NOx)的氣態(tài)化合物構(gòu)成。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)愈加嚴(yán)厲，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的類型、發(fā)動(dòng)機(jī)的規(guī)格和/或發(fā)動(dòng)機(jī)的等級(jí)控制從發(fā)動(dòng)機(jī)排放的NOx量。為了確保符合對(duì)這些化合物的規(guī)定，一些發(fā)動(dòng)機(jī)制造商執(zhí)行被稱為選擇性催化還原(SCR)的策略。SCR是這樣一個(gè)過程:氣態(tài)或液態(tài)的還原劑(最普遍地為固體尿素和水的溶液)被加入發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流中，并被吸附在催化器上。還原劑與廢氣中的NOx反應(yīng)生成H2O和N2，其可以安全地釋放在大氣中。雖然SCR是一種還原NOx的有效方法，但是難以確保已經(jīng)注入足夠的還原劑來充分還原廢氣流中現(xiàn)有的NOx量，并且沒有浪費(fèi)不必要的催化劑，沒有釋放未使用的還原劑或其副產(chǎn)品到大氣中。為了幫助控制排放到大氣中的NOx量，大部分的排氣系統(tǒng)都裝有傳感器，該傳感器檢測發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中的N Ox量并生成一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。在這個(gè)信號(hào)的基礎(chǔ)上，可以調(diào)整注入廢氣流中的還原劑的量，從而精確地還原所期望的NOx量。盡管相對(duì)成功地幫助控制排放到大氣中的NOx量，但是目前可用的大部分NOx傳感器能夠交互感應(yīng)到用于還原NOx的還原劑。也就是說，現(xiàn)今市場上的NOx傳感器能夠產(chǎn)生指示NOx和還原劑兩者存在的信號(hào)。同樣地，當(dāng)廢氣流中的NOx水平或者還原劑水平上升時(shí)，從相應(yīng)NOx傳感器中得到的信號(hào)值也會(huì)上升，反之亦然。所以，很難確定傳感器目前正在檢測哪種成分，在某些情況下當(dāng)無意中基于檢測到的高的還原劑水平而不是高的NOx水平注入時(shí)，會(huì)發(fā)生過度注入還原劑的情況。在Crane等的在2006年I月5日公布的WO公布號(hào)為2006/000877的文獻(xiàn)(’877公開文獻(xiàn))中描述了一種幫助確保正確地基于檢測出的NOyK平注入還原劑的嘗試。’ 877公開文獻(xiàn)涉及一種排氣系統(tǒng)，其與前饋和反饋控制相結(jié)合地使用非選擇性Ν0χ/ΝΗ3傳感器。通過在氨的進(jìn)給速率中引入一個(gè)正脈沖來周期性地詢問傳感器。傳感器對(duì)正脈沖的正響應(yīng)表明正在發(fā)生氨逃逸(即，傳感器目前正在檢測NH3)。傳感器的負(fù)響應(yīng)表明NOx突破(即，傳感器目前正在檢測NOx)?；谡憫?yīng)，控制器會(huì)抑制前饋控制一段時(shí)間，并且減少還原劑的注入?；谪?fù)響應(yīng)，控制器會(huì)調(diào)整前饋控制來增加還原劑的注入。在傳感器詢問之間利用反饋控制，以在正常條件下在傳感器輸出的基礎(chǔ)上修正對(duì)注入的前饋命令。盡管也許在確定傳感器正在檢測NOx還是NH3上有一些效果，但是’ 877公開文獻(xiàn)的排氣系統(tǒng)可能是反應(yīng)緩慢和不經(jīng)濟(jì)的。也就是說，’877公開文獻(xiàn)的排氣系統(tǒng)對(duì)傳感器的詢問需要專用的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致在系統(tǒng)正常操作下的延遲。除此之外，’ 877公開文獻(xiàn)的排氣系統(tǒng)要求額外的還原劑脈沖，這個(gè)脈沖僅僅用于傳感器的詢問(即，這個(gè)脈沖不能幫助還原NOx)，這樣將會(huì)非常昂貴，并且由于額外地暴露于還原劑，降低了維修之間的時(shí)間間隔。本發(fā)明的排氣系統(tǒng)解決了上文所述的一個(gè)或多個(gè)問題和/或現(xiàn)有技術(shù)的其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面在于一種與內(nèi)燃機(jī)一起使用的排氣系統(tǒng)。所述排氣系統(tǒng)可包括排氣通道、布置在排氣通道內(nèi)的還原催化器、和注入裝置，該注入裝置被構(gòu)造為在還原催化器上游將還原劑注入排氣通道中。還原劑可以被選擇，用來促進(jìn)還原催化器中廢氣成分的還原。排氣系統(tǒng)還可包括:傳感器，該傳感器被構(gòu)造為生成指示排氣通道內(nèi)的廢氣成分濃度和還原劑濃度的信號(hào)；與傳感器和注入裝置通信的控制器。所述控制器還可被構(gòu)造為將指示在一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)變化率的值與閾限量進(jìn)行比較并且基于所述比較確定傳感器正在感應(yīng)廢氣成分的濃度還是還原劑的濃度。所述控制器還被構(gòu)造為基于所述確定調(diào)整注入裝置的操作。本發(fā)明的另一方面在于一種操作排氣系統(tǒng)的方法。所述方法可包括:引導(dǎo)從內(nèi)燃機(jī)中排出的廢氣流通過還原催化器，將還原劑注入廢氣流中以還原廢氣成分，檢測廢氣成分的濃度和還原劑的濃度，以及生成一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。所述方法還可包括:將指示在一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)變化率的值與閾限量進(jìn)行比較，基于所述比較，確定目前正在檢測廢氣成分的濃度還是還原劑的濃度。所述方法還可附加地包括:基于所述確定，調(diào)整注入。


圖1為示例性公開的動(dòng)力系統(tǒng)的圖解的示意圖；圖2為描繪圖1中動(dòng)力系統(tǒng)的示例性操作的圖；圖3為描繪一種示例性方法的流程圖，該方法可通過圖1的動(dòng)力系統(tǒng)執(zhí)行。
具體實(shí)施例方式圖1示出了一種示例性動(dòng)力系統(tǒng)10。為了本發(fā)明的目的，動(dòng)力系統(tǒng)10被描繪并描述為一種以柴油為燃料的內(nèi)燃機(jī)。然而，可以設(shè)想的是，動(dòng)力系統(tǒng)10可涵蓋任一其它類型的內(nèi)燃機(jī)，諸如汽油機(jī)或以氣體燃料為動(dòng)力的燃燒壓縮天然氣或液化天然氣、丙烷或甲烷的發(fā)動(dòng)機(jī)。動(dòng)力系統(tǒng)10還可包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體12，該發(fā)動(dòng)機(jī)缸體至少部分地限定了多個(gè)燃燒室14。可以設(shè)想的是，動(dòng)力系統(tǒng)10可包括任意數(shù)目的燃燒室14，并且燃燒室14可被布置為直列式結(jié)構(gòu)，V型結(jié)構(gòu)或任意其它常規(guī)結(jié)構(gòu)。動(dòng)力系統(tǒng)10內(nèi)可包含多個(gè)單獨(dú)的子系統(tǒng)。例如,動(dòng)力系統(tǒng)10可包括進(jìn)氣系統(tǒng)16、排氣系統(tǒng)18和控制系統(tǒng)20。進(jìn)氣系統(tǒng)16可被構(gòu)造為將空氣或空氣和燃料的混合物導(dǎo)入動(dòng)力系統(tǒng)10中的燃燒室14中以進(jìn)行后續(xù)的燃燒。排氣系統(tǒng)18可將燃燒的副產(chǎn)品排向大氣?？刂葡到y(tǒng)20可調(diào)節(jié)進(jìn)氣系統(tǒng)16和排氣系統(tǒng)18的操作來降低規(guī)定成分的產(chǎn)生以及降低它們向大氣的排放。進(jìn)氣系統(tǒng)16可包括多個(gè)部件，這些部件相互配合以調(diào)節(jié)壓縮空氣并將壓縮空氣引導(dǎo)到燃燒室14中。例如，進(jìn)氣系統(tǒng)16可包括位于一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)24下游的空氣冷卻器22。壓縮機(jī)24可連接在一起，對(duì)被引導(dǎo)至通過冷卻器22的進(jìn)入空氣進(jìn)行壓縮?？梢栽趬嚎s機(jī)24的上游和/或者下游設(shè)置節(jié)流閥(未示出)，用于有選擇性地調(diào)節(jié)(即限制)流入動(dòng)力系統(tǒng)10的進(jìn)氣流。限制可能會(huì)導(dǎo)致較少的空氣進(jìn)入動(dòng)力系統(tǒng)10，從而影響動(dòng)力系統(tǒng)10空燃比。可以設(shè)想的是，除了上述描述的之外，如果需要，進(jìn)氣系統(tǒng)16可包括不同的或附加的部件，諸如與每個(gè)燃燒室14相關(guān)聯(lián)的可變閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)、過濾部件、壓縮機(jī)旁路部件和其它已知的可被控制用來影響動(dòng)力系統(tǒng)10的空燃比的部件。還可設(shè)想的是，如果需要的是一個(gè)自然吸氣的動(dòng)力系統(tǒng)10，則可以省去壓縮機(jī)24和/或冷卻器22。排氣系統(tǒng)18可包括多個(gè)部件，用來調(diào)節(jié)和引導(dǎo)廢氣從燃燒室14排到大氣。例如，排氣系統(tǒng)18可包括排氣通道26、一個(gè)或多個(gè)由流經(jīng)通道26的廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪28、和在渦輪28下游的位置處流體連接在通道26內(nèi)的還原催化器30?？梢栽O(shè)想的是，除了上面所描述的之外，如果需要，排氣系統(tǒng)18可包括不同的或附加的部件，諸如旁路部件、排氣壓縮或限制制動(dòng)裝置、衰減裝置、附加的廢氣處理裝置和其它已知的部件。每個(gè)渦輪28可被布置為接收從燃燒室14中排出的廢氣，并且可通過一個(gè)共同的軸31與進(jìn)氣系統(tǒng)16的一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)24連接，形成一個(gè)渦輪增壓器。當(dāng)離開動(dòng)力系統(tǒng)10的熱廢氣經(jīng)過渦輪28并逆著渦輪28的葉片(未示出)擴(kuò)展時(shí)，渦輪28可轉(zhuǎn)動(dòng)并驅(qū)動(dòng)相連的壓縮機(jī)24，以對(duì)進(jìn)入的空氣進(jìn)行增壓。在一種實(shí)施例中，渦輪28可是一個(gè)可變截面渦輪(VGT)或者是一個(gè)可變截面渦輪和固定截面渦輪的組合。VGT是這樣一種渦輪增壓器，其截面形狀可調(diào)整以獲得不同的長寬比，使得在一系列的操作條件下可以給燃燒室14提供充足的增壓壓力。在渦輪28的流動(dòng)面積改變時(shí)，空燃比以及因此動(dòng)力系統(tǒng)10的性能也可改變。作為替代，如果需要，可以包括具有電控廢氣門的固定截面渦輪增壓器。還原催化器30可接收從渦輪28排出的廢氣并將廢氣的成分還原成無害氣體。在一個(gè)例子中，還原催化器30可包括選擇性催化還原(SCR)裝置，其具有位于注入裝置34下游的催化劑載體32。加壓的氣態(tài)或液態(tài)還原劑，最為普便地尿素(NH2)2CCK水/尿素的混合物、碳?xì)浠衔?例如柴油燃料)或氨氣(NH3),可以通過注入裝置34被推進(jìn)到催化劑載體32上游的廢氣中。為了這個(gè)目的，隨車攜帶的還原劑供給裝置36和增壓裝置38可與注入裝置34相聯(lián)合，提供增壓還原劑。在注入的還原劑被吸收到催化劑載體32的表面上時(shí)，還原劑可與廢氣中的NOx (NO和NO2)反應(yīng)，生成水(H2O)和雙原子的氮(N2)。當(dāng)供給還原催化器30的NO和NO2的濃度比例大約是1:1時(shí)，由催化器30執(zhí)行的還原過程可最為有效。為了幫助提供正確的NO和NO2的濃度比例，在一些實(shí)施例中，可在還原催化器30的上游放置一個(gè)氧化催化器40。氧化催化器40例如可以是柴油氧化催化器(DOC)。作為D0C,氧化催化器40可包括多孔陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)或者金屬網(wǎng)狀載體，該載體涂有催化化學(xué)反應(yīng)以改變廢氣組成的材料、例如一種貴金屬。例如，氧化催化器40可包括促使NO向NO2轉(zhuǎn)變的鈀、鉬、釩或者其混合物。在一種替代實(shí)施例中，氧化催化器40也可執(zhí)行微粒捕捉功能(即，氧化催化器40可為催化型微粒捕集器，諸如連續(xù)再生捕集器(CRT)或連續(xù)催化再生捕捉器(CCRT))。在動(dòng)力系統(tǒng)10的操作過程中，有可能在廢氣中注入太多尿素(即，尿素超過對(duì)于適當(dāng)?shù)腘Ox還原所需)。在這種情況下，如果沒有另行說明的話，一些量的氨可以經(jīng)由穿過催化劑載體32到大氣中，這已知為“氨逃逸”。為了使氨逃逸的量最小化，可以在還原催化器30的下游設(shè)置另一氧化催化器42。氧化催化器42可包括涂有催化劑的載體，其將廢氣中殘余的NH3氧化，形成水和雙原子氨。可以設(shè)想的是，如果需要，可以省去氧化催化器42。控制系統(tǒng)20可包括被構(gòu)造為調(diào)節(jié)在將動(dòng)力系統(tǒng)10的廢氣排出到大氣中之前對(duì)廢氣進(jìn)行處理的部件。特別地，控制系統(tǒng)20可包括控制器44，該控制器與一個(gè)或多個(gè)成分傳感器46、一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器48、流量計(jì)50和與注入裝置34通信。基于成分傳感器46、溫度傳感器48和流量計(jì)50的輸入，控制器44可確定由動(dòng)力系統(tǒng)10產(chǎn)生的NOx量、還原催化器30的性能、期望的應(yīng)由注入裝置34噴入廢氣流中的尿素量和/或者其它類似的控制參數(shù)?？刂破?4可調(diào)節(jié)注入裝置34的操作，使得將期望的尿素量噴入催化劑載體32上游的廢氣流中。控制器44可包括一個(gè)或多個(gè)微處理器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等，其包括用于響應(yīng)于從各種傳感器接收的信號(hào)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)10的操作進(jìn)行控制的裝置。許多商業(yè)中可用的微處理器可被構(gòu)造為執(zhí)行控制器44的功能。值得欣慰的是，控制器44可以輕而易舉地包括一個(gè)與控制其它非排氣相關(guān)的動(dòng)力系統(tǒng)的功能分開的微處理器，或者控制器44可以與總的動(dòng)力系統(tǒng)微處理器集成并且能夠控制許多動(dòng)力系統(tǒng)功能和操作模式。如果與總的動(dòng)力系統(tǒng)微處理器分開，控制器44可以通過數(shù)據(jù)鏈或者其它方法與總的動(dòng)力控制系統(tǒng)微處理器通訊。各種其他已知的電路也可與控制器44相聯(lián)合，包括供電電路、信號(hào)調(diào)節(jié)電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器電路(即，動(dòng)力電路螺線管、電機(jī)或者壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu))、通訊電路和其它適當(dāng)?shù)碾娐贰？刂葡到y(tǒng)20中的成分傳感器46可包括交互感應(yīng)的成分傳感器，其被構(gòu)造為生成指示廢氣流內(nèi)特定成分和還原劑的存在的信號(hào)。例如，成分傳感器46可是一個(gè)顯^專感器，其被構(gòu)造為確定在動(dòng)力系統(tǒng)10的廢氣中存在的NO量和/或NO2量(即，數(shù)量、相對(duì)的百分t匕、比率等)，并且也能夠確定在廢氣中存在的NH3量。成分傳感器46還可被構(gòu)造為生成指示這些量的信號(hào)并將這些信號(hào)發(fā)送給控制器44。在所描述的實(shí)施例中，成分傳感器46位于催化劑載體32的下游和氧化催化器42的上游。然而，可以設(shè)想的是，如果需要的話，成分傳感器46可替代地或附加地位于氧化催化器42的 下游。還原催化器30的性能可以通過溫度傳感器48和流量計(jì)50監(jiān)控。溫度傳感器48可位于排氣系統(tǒng)18中的任何位置來生成一個(gè)或多個(gè)指示還原催化器30 (更具體地，催化劑載體32)操作溫度的信號(hào)。在一個(gè)例子中，溫度傳感器48可位于催化劑載體32的上游。在另一個(gè)例子中，溫度傳感器48可布置為與催化劑載體32接觸或者位于催化劑載體32的下游。流量計(jì)50可包括任一類型的物理傳感器或虛擬傳感器，用其生成指示通過還原催化器30的廢氣流速的信號(hào)?？刂破?4可以利用溫度或/和流速信號(hào)來確定還原催化器30的還原能力。也就是說，基于已知的還原催化器30的尺寸和使用年限，基于測得的經(jīng)過還原催化器30的廢氣的溫度和流速，以及基于已知的還原劑注入速率，可以預(yù)測還原催化器30的性能。如在圖2的圖示中所示，從成分傳感器46中得到的信號(hào)，如曲線200所描繪的，可隨時(shí)間變化而反映在動(dòng)力系統(tǒng)10的廢氣流中檢測到的變化的NOx和NH3水平。曲線200可分成三個(gè)不同的時(shí)間段，包括時(shí)間界限為Tl和T2的第一時(shí)間段、時(shí)間界限為T2和T3的第二時(shí)間段和時(shí)間界限為T3和T4的第三時(shí)間段。如圖2中所看到的，在第一時(shí)間段和第三時(shí)間段期間從成分傳感器46得到的信號(hào)值變化非?？?，但在第二時(shí)間段期間信號(hào)值變化緩慢和平滑得多。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從成分傳感器46得到的信號(hào)的這些不同的變化率與成分傳感器46正在檢測的特定物質(zhì)相應(yīng)。特別是，第一時(shí)間段和第三時(shí)間段(此時(shí)從成分傳感器46得到的信號(hào)的變化率很快且不穩(wěn)定)與成分傳感器46在動(dòng)力系統(tǒng)10的廢氣中正檢測到NOx相應(yīng)。與此相反，第二個(gè)時(shí)間段(此時(shí)從成分傳感器46得到的信號(hào)的變化率以較慢且較平滑的方式變化)與成分傳感器46在動(dòng)力系統(tǒng)10的廢氣中正檢測到NH3相應(yīng)。圖2所示的第二條曲線210與前饋控制參數(shù)相應(yīng)，控制器44可以利用該前饋控制參數(shù)來調(diào)節(jié)注入裝置34操作?？刂破?4可確定還原劑的理論量，應(yīng)注入該理論量的還原劑以使動(dòng)力系統(tǒng)10產(chǎn)生的NOx降低到一個(gè)可接受的水平。這個(gè)還原劑的理論量可以是基于動(dòng)力系統(tǒng)10的目前操作(例如，基于目前發(fā)動(dòng)機(jī)的速度和/或負(fù)載)和預(yù)測的還原催化器30的性能、基于測得的或計(jì)算出的催化器30的情況或基于現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他參數(shù)確定的。在Iv例子中，控制器44可利用儲(chǔ)存在其存儲(chǔ)器中的關(guān)系圖參考動(dòng)力系統(tǒng)10目前的操作和所預(yù)測的還原催化器30的性能來確定所期望的應(yīng)該注入的還原劑量。在另一個(gè)例子中，控制器44可利用關(guān)系圖參考催化器的溫度和廢氣流的速度或發(fā)動(dòng)機(jī)加燃料的情況以及測得的NOx水平來確定所期望的還原劑量。這些關(guān)系圖可包括任意表格、圖表和/或方程式(例如，回歸方程、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、決策樹或二進(jìn)制樹模型、描述系統(tǒng)的物理方程式等)形式的數(shù)據(jù)集合，這些數(shù)據(jù)集合顯示出所期望的關(guān)系。圖2所示的第三條曲線220與反饋控制參數(shù)相應(yīng)，控制器44可以使用該反饋控制參數(shù)，在由成分傳感器46在還原催化器30下游檢測到的實(shí)際性能參數(shù)的基礎(chǔ)上調(diào)整上文所描述的理論注入量。也就是說，在初始注入上文所確定的理論量的還原劑之后，通過成分傳感器46，控制器44可確定實(shí)際的NOx產(chǎn)量和/或還原催化器30的實(shí)際性能，并且相應(yīng)地調(diào)整未來的還原劑注入，使得可精確地實(shí)現(xiàn)所期望的NOx還原。例如，如果在將由前饋控制參數(shù)規(guī)定的理論量的還原劑注入之后，成分傳感器46監(jiān)控的NOx量超過了閾值水平，那么控制器44可給注入裝置34提供反饋，以增加注入到通道26內(nèi)的尿素量并進(jìn)一步減少在還原催化器30內(nèi)的N0X。相反，如果由成分傳感器46監(jiān)控到NOx的數(shù)量低于閾限值或者監(jiān)控到通道26中NH3的數(shù)量過多，將會(huì)要求較少的尿素從而試圖節(jié)省尿素和/或增長氧化催化42的可用壽命。圖2中所示的第四條曲線230與第一條曲線210的一階導(dǎo)數(shù)相應(yīng)。也就是說，第四條曲線230及時(shí)說明了第一條曲線210在任一時(shí)刻的斜率。第四條曲線230的陰影部分235表示從時(shí)間T2開始的時(shí)間(在此時(shí)間內(nèi)第一條曲線210的斜率保持在一個(gè)特定范圍內(nèi))的加權(quán)和?？勺鳛閺某煞謧鞲衅?6得到信號(hào)的斜率絕對(duì)值和經(jīng)過還原催化器30的廢氣流速的函數(shù)，計(jì)算該時(shí)間的加權(quán)和。當(dāng)加權(quán)和變得比閾限值大時(shí)(即，當(dāng)在延伸的一段時(shí)間內(nèi)從成分傳感器46得到的信號(hào)斜率保持在幾乎相同的值上或者改變很小時(shí))，控制器44可確定成分傳感器46正在檢測NH3并且相應(yīng)地觸發(fā)一段平抑程序。圖3示出了一種控制動(dòng)力系統(tǒng)10的示例性方法。在接下來的部分將更詳細(xì)地對(duì)圖3進(jìn)行討論，從而進(jìn)一步說明本發(fā)明的概念。工業(yè)實(shí)用件本發(fā)明的排氣系統(tǒng)可應(yīng)用于具有還原催化器的任一動(dòng)力系統(tǒng)中，在動(dòng)力系統(tǒng)中對(duì)還原劑注入的精確控制是很重要的。基于由交互感應(yīng)傳感器檢測的NOx和NH3水平，選擇性地利用前饋和反饋控制參數(shù)，可改進(jìn)注入控制?，F(xiàn)在將對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)10的操作進(jìn)行說明。參照?qǐng)D1，進(jìn)氣系統(tǒng)16可對(duì)空氣或空氣和燃料的混合物進(jìn)行增壓并推動(dòng)它們進(jìn)入動(dòng)力系統(tǒng)10的燃燒室14以進(jìn)行后續(xù)的燃燒。動(dòng)力系統(tǒng)10可燃燒燃料和空氣的混合物,從而產(chǎn)生機(jī)械的輸出功和熱廢氣流。廢氣流可包括由氣態(tài)物質(zhì)構(gòu)成的空氣污染物的復(fù)雜混合物，其可包括氮氧化合物(NOx)。在引導(dǎo)這些載有NOx的廢氣流從燃燒室14中出來經(jīng)過氧化催化器40時(shí)，廢氣流中的一些NO可轉(zhuǎn)化為N02。在經(jīng)過氧化催化器40后，可將這些廢氣流引向還原催化器30，在還原催化器中NOx可被還原成水和雙原子氮。在到達(dá)還原催化器30之前，控制器44可確定還原催化器30為了充分地還原由動(dòng)力系統(tǒng)10產(chǎn)生的NOxK需的還原劑的理論量(前饋控制)。然后，基于先前從成分傳感器46測得的性能參數(shù)，可為目前的注入事件調(diào)整還原劑的理論量(反饋控制)。在催化器30內(nèi)還原后，廢氣可經(jīng)過氧化催化器42排放到大氣中。在氧化催化器42內(nèi)，任何多余的氨都可被還原為無害的物質(zhì)。在動(dòng)力系統(tǒng)10的操作期間，成分傳感器46可檢測NO5^PNH3這兩者。為了適當(dāng)?shù)乜刂谱⑷胙b置34以及在通道26中注入正確量的還原劑，控制器44應(yīng)該知道成分傳感器46目前正在檢測哪種物質(zhì)(NOx或NH3)。控制器44可通過分析圖2的第四條曲線來確定這個(gè)信息。特別地，通過監(jiān)控從成分傳感器46得到的信號(hào)的變化率(S卩，斜率)，控制器44可能夠確定成分傳感器46正在檢測NOx還是NH3。如果傳感器46正在檢測NOx，可以執(zhí)行適當(dāng)?shù)姆答伩刂埔猿浞值貙Ox還原至所期望的水平。如果成分傳感器46正在檢測NH3,則已注入了太多還原劑，并且應(yīng)執(zhí)行一個(gè)適當(dāng)?shù)钠揭殖绦?。如在圖3的流程圖中所示，在上面所描述的基于前饋控制參數(shù)的還原劑初始注入(步驟300)之后，控制器44可監(jiān)控從成分傳感器46得到的信號(hào)(步驟310)?？刂破?4可計(jì)算時(shí)間的加權(quán)和，在該時(shí)間期間從成分傳感器46得到的信號(hào)的斜率保持在一個(gè)特定范圍內(nèi)(步驟320)。如上面所述，這個(gè)時(shí)間加權(quán)和可以是基于信號(hào)斜率絕對(duì)值和通過還原催化器30的廢氣流速進(jìn)行加權(quán)的時(shí)間的總和。這個(gè)加權(quán)和可通過圖2中所示的在時(shí)間點(diǎn)T2和T3之間的陰影區(qū)域235來代表。用于計(jì)算時(shí)間加權(quán)和的加權(quán)可以是不同的，并且針對(duì)每個(gè)特定的動(dòng)力系統(tǒng)10進(jìn) 行校正?？刂破?4可將加權(quán)和與閾限量進(jìn)行比較，以確定成分傳感器46正在檢測什么物質(zhì)(步驟330)。閾限量可以是固定的并且基于所期望的在還原催化器30下游檢測到的NH3濃度。如果加權(quán)和小于閾限量，控制器44可推斷成分傳感器46目前正在監(jiān)控NOx(或NH3的不顯著的水平)(步驟340)，并且根據(jù)上面所描述的反饋控制參數(shù)來調(diào)整注入裝置34 (步驟350)。這種情況可與圖3中所示的從時(shí)間點(diǎn)Tl到時(shí)間點(diǎn)T2的時(shí)間段相應(yīng)。然而，如果在步驟330，加權(quán)和大于閾限量，控制器44可推斷成分傳感器46目前正在檢測NH3,通道26中注入了過多的NH3,目前僅存在可忽略的NOx量(步驟360)。在陰影時(shí)間段235已經(jīng)合計(jì)之后，這種情況可與在時(shí)間點(diǎn)T2和T3之間的時(shí)間段相應(yīng)。此刻，控制器44可執(zhí)行平抑策略，嘗試減少通道26內(nèi)的NH3量。為了減少通道26內(nèi)的NH3量，控制器44可抑制反饋控制參數(shù)的使用并且同時(shí)降低前饋控制參數(shù)(步驟370)。前饋控制參數(shù)可以降低一個(gè)與從成分傳感器46得到的信號(hào)、加權(quán)和、閾限量和/或動(dòng)力系統(tǒng)10的其它性能參數(shù)相應(yīng)的量。可以設(shè)想的是，如果需要的話，可通過參考在控制器44存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的關(guān)系圖來找到降低量。需要注意的是，前饋控制參數(shù)中的降低應(yīng)只是部分的(即，前饋控制參數(shù)不能完全地被抑制)，使得催化劑載體32不會(huì)形成沒有任何還原劑的局部區(qū)域。此刻，如下文將會(huì)更詳細(xì)地解釋的那樣，盡管在執(zhí)行平抑策略期間可能不會(huì)使用前饋控制參數(shù)，但在平抑策略開始時(shí)確定的反饋控制參數(shù)值可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并且可以在平抑策略完成之后執(zhí)行?？梢栽O(shè)想的是，如果需要的話，不是完全停止所有反饋控制，而是降低反饋控制。在控制器44降低前饋控制參數(shù)(并且抑制反饋控制參數(shù))時(shí)，從成分傳感器46中得到的信號(hào)值可開始逐漸降低。在這段時(shí)間期間，通道26中的NH3濃度可降低，直到剩余的NH3不足夠用于完全地還原正在從燃燒室14排放到通道26中的所有N0X。此刻，成分傳感器46可從檢測NH3轉(zhuǎn)到檢測N0X，從成分傳感器46得到的信號(hào)的值和斜率會(huì)突然增加并且開始快速地波動(dòng)。這種情況可與圖2中的時(shí)間點(diǎn)T3相應(yīng)。一旦從成分傳感器46中得到的信號(hào)的值和斜率開始快速地波動(dòng)，由控制器44計(jì)算出的加權(quán)和會(huì)開始下降到閾限量之下。此刻，如果控制器44對(duì)加權(quán)和和閾限量進(jìn)行比較(步驟380)并且加權(quán)和還在閾限量之上，那么控制會(huì)返回到步驟360。否則，控制器44可推斷出成分傳感器46再次在檢測N0X，并結(jié)束平抑策略。替代地或附加地，如果需要的話，控制器44可以被構(gòu)造為基于在逃逸平抑開始之后流逝的時(shí)間段和/或基于另一觸發(fā)條件(諸如廢氣溫度或者從傳感器46得到的信號(hào)值)決定NH3逃逸的結(jié)束。當(dāng)控制器44推斷出成分傳感器46再次在檢測NOx時(shí)，控制器44會(huì)重置前饋控制參數(shù)(即，將前饋控制參數(shù)再提高到理論值)，并且執(zhí)行先前存儲(chǔ)的反饋控制參數(shù)(步驟390)。然后控制可返回到步驟 300?？梢栽O(shè)想的是，控制器44也可被構(gòu)造為以成分傳感器檢測NH3的頻率為基礎(chǔ)執(zhí)行診斷程序。例如，控制器44可被構(gòu)造為在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)計(jì)算成分傳感器46被確定正在檢測NH3的次數(shù)，并且當(dāng)這個(gè)次數(shù)超過預(yù)先確定的數(shù)值，控制器44可觸發(fā)診斷程序。除了別的之外，診斷程序還可包括:給動(dòng)力系統(tǒng)10的操作員提供報(bào)警或建議；記錄錯(cuò)誤的情況；執(zhí)行傳感器、注入裝置和/或催化劑載體的測試；或其它類似行為。與動(dòng)力系統(tǒng)10有關(guān)地可有幾個(gè)優(yōu)勢。例如，因?yàn)榭刂破?4可確定成分傳感器46正在檢測什么物質(zhì)而不必向通道26中注入附加的還原劑測試劑量，所以可維持動(dòng)力系統(tǒng)10的響應(yīng)能力和效率。特別地，成分傳感器46已經(jīng)產(chǎn)生的信號(hào)可被利用來確定成分傳感器46的敏感度，并且不需要額外的和費(fèi)時(shí)的程序。此外，在這個(gè)確定中，很少或沒有浪費(fèi)還原齊U，從而維持動(dòng)力系統(tǒng)10的效率。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可對(duì)本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)行各種調(diào)整和改變。從在此公開的系統(tǒng)的規(guī)格和實(shí)踐的考慮，本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到其他實(shí)施例。例如，除了或者代替反饋控制，可通過渦輪增壓器(即，VGT、廢氣門、旁路、EGR等)控制、發(fā)動(dòng)機(jī)加燃料、節(jié)流等選擇性地調(diào)節(jié)排氣系統(tǒng)從而降低或者是增加NOx的產(chǎn)生。此外，雖然本發(fā)明描述了交互感應(yīng)NOx傳感器的操作，但在此公開的概念可用在NH3傳感器或其它類型的傳感器。此外，可以設(shè)想的是，在可執(zhí)行圖3的方法之前，可需要特定的誘發(fā)條件，例如，可首先達(dá)到催化器30的閾限溫度，達(dá)到最小的NOx傳感器的閾限，和/或首先達(dá)到閾限的廢氣流值，因?yàn)樵跊]有或很少的還原劑被注入的情況下，這些要求可幫助降低氨逃逸“誤報(bào)”的頻率。說明書和各示例的目的僅作為舉例，本發(fā)明的真正范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同內(nèi)容表明。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)(12)的排氣系統(tǒng)(18)，包括: 排氣通道(26)； 布置在排氣通道內(nèi)的還原催化器(32)； 注入裝置(34)，所述注入裝置能夠在所述還原催化器的上游將還原劑注入到排氣通道中，所述還原劑被選擇為在所述還原催化器內(nèi)促進(jìn)廢氣成分的還原； 傳感器(46)，所述傳感器能夠生成指示排氣通道內(nèi)的廢氣成分濃度和還原劑濃度的信號(hào)；以及 與傳感器和注入裝置通信的控制器(44)，所述控制器能夠: 將指示在一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)變化率的值與閾限量進(jìn)行比較； 基于所述比較，確定傳感器正在檢測廢氣成分的濃度還是還原劑的濃度；以及 基于所述確定，調(diào)整注入裝置的操作。
2.如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，指示在一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)變化率的值被計(jì)算為:基于信號(hào)變化率的絕對(duì)值和通過還原催化器的廢氣流速進(jìn)行加權(quán)的時(shí)間之累計(jì)總和。
3.如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述閾限量是固定的并且基于所期望的在還原催化器下游檢測的還原劑濃度。
4.如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述控制器還能夠監(jiān)控內(nèi)燃機(jī)的速度和負(fù)載，并且基于速度和負(fù)載確定對(duì)注入裝置的前饋控制參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述控制器還能夠在確定傳感器正在檢測廢氣成分的濃度時(shí)基于所述信號(hào)確定對(duì)注入系統(tǒng)的反饋控制參數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述控制器還能夠在確定傳感器正在檢測還原劑的濃度時(shí)抑制反饋控制參數(shù)的使用和降低前饋控制參數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述控制器還能夠基于儲(chǔ)存在控制器存儲(chǔ)器中的控制圖降低前饋控制參數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的排氣系統(tǒng)，其中，所述控制器還能夠在確定傳感器又正在檢測廢氣成分的濃度時(shí)從降低的前饋控制參數(shù)重置前饋控制參數(shù)。
9.一種操作排氣系統(tǒng)的方法(18)，包括: 引導(dǎo)從內(nèi)燃機(jī)中排出的廢氣流通過還原催化器(32)； 將還原劑注入廢氣流中以還原廢氣的成分； 檢測成分的濃度和還原劑的濃度，并生成相應(yīng)的信號(hào)； 將指示在一段時(shí)間內(nèi)的信號(hào)變化率的值與閾限量進(jìn)行比較； 基于所述比較，確定正在檢測成分的濃度還是還原劑的濃度；以及 基于所述確定，調(diào)整注入。
10.一種動(dòng)力系統(tǒng)(10),包括: 內(nèi)燃機(jī)(12)，其能夠燃燒燃料并產(chǎn)生廢氣流；以及 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的排氣系統(tǒng)(18)，其能夠調(diào)節(jié)廢氣流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種與內(nèi)燃機(jī)(12)一起使用的排氣系統(tǒng)(18)。所述排氣系統(tǒng)可具有排氣通道(26)、布置在排氣通道內(nèi)的還原催化器(32)和注入裝置(34)，該注入裝置被構(gòu)造為將還原劑注入排氣通道內(nèi)。該排氣系統(tǒng)還可包括傳感器(46)，其被構(gòu)造為可生成指示廢氣成分和還原劑的濃度的信號(hào)；及與傳感器和注入裝置通信的控制器(44)。該控制器可構(gòu)造為將指示在一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)變化率的值與閾限量進(jìn)行比較，并且在比較的基礎(chǔ)上確定傳感器正在檢測廢氣成分的濃度還是還原劑的濃度。該控制器還可構(gòu)造為在所述確定的基礎(chǔ)上調(diào)整注入裝置的操作。
文檔編號(hào)F01N11/00GK103180562SQ201180052139
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者M·耶格爾, C·溫庫普, A·杰雅錢德蘭 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司