氨偏移檢測的製作方法
2024-04-08 00:19:05
本申請要求2015年11月4日提交的德國專利申請No.102015221648.9的優先權。上述申請的全部內容通過引用被併入本文。
技術領域
本說明書總體涉及檢測來自具有排氣再循環系統的內燃發動機的排氣道中的催化轉化器的氨洩露(slip)。
技術背景/概述
內燃發動機的排氣包括氮氧化物(NOx)和其他物質。這些物質在排氣的催化後處理中不容易被消除，因為現代的內燃發動機通常以含有過量氧氣的稀燃料/空氣混合物進行操作以提高效率。但是在稀燃模式下積聚的氮氧化物不可以被氧化，而是暫時存儲在也被稱為NOx存儲催化轉化器(稀NOx捕集器，LNT)的氮氧化物存儲催化轉化器中。如果內燃發動機以富燃料/空氣混合物進行操作，被臨時存儲的氮氧化物就在LNT中被還原為氮氣，並且氮氧化物存儲催化轉化器被再次清空以存儲氮氧化物。LNT和SCR催化轉化器(SCR：選擇性催化還原)也能獨立於彼此或者按所需的組合被使用。
為了還原氮氧化物，還原劑被加入到排氣，其中氨通常被用作還原劑，它被以尿素水溶液的形式引入在氮氧化物還原催化轉化器的上方的排氣道。氮氧化物還原催化轉化器能存儲一定數量的氨。如果存儲功能已經耗盡或者在瞬時條件下(例如，滿負荷)，氨在超劑量的情況下能逸出催化轉化器。這種現象也被稱為氨偏移/洩露。因為氨具有刺激性氣味且即使在很低的濃度下也能被察覺到，所以在超劑量的情況下這會導致車輛周圍有異味。這種情況通過在SCR催化轉化器後面安裝氧化催化轉化器得到改善，在氨超劑量的情況下該氧化催化轉化器將氨轉化為氮氣和水。另一種防止氨偏移的可能方法是配置更大的催化轉化器，從而獲得一定的存儲功能。但是，這些額外的結構措施要求額外的空間且高成本。
因此，期望在大量氨被釋放到環境之前檢測並抵消氨偏移的方法，並在下面描述了該方法。
在一個示例中，上述問題可以通過一種方法被解決：在從噴射器噴射還原劑期間，通過被定位發動機排氣側和噴射器之間的傳感器測量排氣NOx濃度；比較被測NOx濃度和基準值；以及根據被測NOx濃度超過基準值一定閾值量確定氨是否偏移通過催化劑。通過這種方式，在不引入第二催化劑的情況下還原劑被節約。
作為一個示例，不管EGR需求如何，在催化劑下遊的排氣被傳送回發動機。在一些示例中，在噴射期間EGR流可以被限制以保持發動機的燃燒穩定性。所以，如果氨偏移通過催化劑，EGR可以將已偏移的氨引導回發動機，在那裡氨在燃燒過程中被氧化，生成NOx。通過這種做法，被測的排氣NOx濃度可以超過基準NOx濃度，據此指示氨偏移通過催化劑。響應於該偏移，噴射器可以被停用，從而防止任何進一步的氨偏移。
應當明白，以上內容被提供以簡單地介紹將在詳細描述中被進一步闡明的理念選擇。它不意味著指出了所要求保護主題的關鍵的或必要的特徵，所要求保護的範圍由所附權利要求唯一地限定。另外，所要求保護的主題不限於解決在之前或本發明的任何部分中所指出的任何問題的實施方式。
附圖說明
圖1示出了具有催化劑的發動機的示意結構。
圖2示出了根據本發明的方法的一個實施例的流程圖。
圖3示出描繪了在催化劑下遊的低壓(LP)EGR通道的發動機示意圖。
圖4示出了用於監測將氨引入催化劑的尿素噴射的方法。
圖5示出了一種操作順序，其展示了排氣和噴射條件。
具體實施方式
以下描述涉及監測尿素噴射條件的系統和方法。例如，噴射器被定位以將尿素噴入在催化劑上遊的排氣通道。另外，傳感器被定位在排氣歧管的下遊且在噴射器的上遊。在圖1和圖3中示出了示意展示出傳感器、噴射器、催化劑、和催化劑下遊的EGR通道的發動機。在圖2和圖4中展示了為監測氨偏移通過催化劑而操作傳感器和EGR通道中的EGR閥的方法。在圖5中示出展示了EGR流動的控制和氨偏移通過催化劑的監測的操作順序。
圖1和圖3通過各種組件的相對位置示出了示例配置。如果在圖中彼此直接接觸，或者直接耦接，那麼至少在一個示例中這些元件可以被分別稱為直接接觸或直接耦接。類似地，被顯示為彼此鄰近或相鄰的元件在至少在一個示例中可以分別彼此鄰近或相鄰。例如，以彼此共面接觸的方式布置的組件可以被稱為共面接觸。作為另一個示例，被彼此隔開定位且兩者之間只有空間且沒有其他組件的元件可以在至少一個示例中被這樣稱呼。作為另一個示例，被顯示在彼此的上方/下方、在彼此的相對側、或者在彼此的左側/右側的元件可以相對於彼此被如此稱呼。另外，如圖所示，在至少一個示例中，最頂部元件或元件的最頂點可以被稱為組件的「頂部」，最底部元件或元件的最底點可以被稱為組件的「底部」。在本文中，頂部/底部、上/下、上方/下方，可以是相對於附圖的豎直軸線，且被用於描述附圖的元件相對於彼此的定位。所以在一個示例中，被顯示在其他元件上方的元件被定位在該其他元件的豎直上方。作為另一個示例，在附圖中所描繪的元件的形狀可以被視為該元件具有所述形狀(例如，圓的、筆直的、平坦的、彎曲的、倒圓的、倒角的、成角度的、或類似)。另外，被顯示彼此相交的元件可以在至少一個示例中被稱為相交元件或彼此相交。另外，被顯示在另一個元件內的元件或被顯示在另一個元件外側的元件可以在一個示例中被這樣稱呼。將明白的是，根據製造公差(例如，在1-5％偏差範圍內)，被稱為「基本類似和/或相同」的一個或多個組件是彼此不同的。
顯而易見的是，在具有排氣再循環系統(EGR)的系統中，在從內燃發動機流出的排氣所含的氮氧化物的數量與在氮氧化物還原催化轉化器和/或LNT之外的氨偏移之間存在一種關係。已經證明，在具有排氣再循環系統的系統中，從內燃發動機直接流出的排氣中的氮氧化物的數量的增加與氨偏移的開始相一致。可以根據下面所描述的方法和系統獲得在催化轉化器之外檢測到氨偏移以及確定由於偏移而從催化轉化器中逸出的氨的數量。
相比於在測試平臺操作中通過典型地被布置在催化轉化器後面(例如，下遊)的雷射裝置進行的檢測，所述方法有利地實現了對車輛內來自催化轉化器的氨偏移的快速檢測。另外，在所述方法中，氮氧化物傳感器常常含有氨，交叉靈敏度可以被忽略，因為氨在內燃發動機中被氧化以形成氮氧化物。另外，所述方法能持續地或者周期地被執行，其中所述周期對應於還原劑噴射條件。
存在用於還原劑的容器，來自該容器的還原劑被引入在排氣後處理裝置上遊的排氣道。在排氣道中被轉換成氨的尿素水溶液作為還原劑被引入。如果由於在排氣後處理裝置上遊的排氣道中氮氧化物的濃度增加而檢測到氨偏移，那麼通過減少被引入的還原劑(例如尿素水溶液)的數量，或停止引入還原劑，可以及時地避免進一步的氨偏移。
在根據本公開的方法中，用於選擇性催化還原(SCR)的催化轉化器被用作排氣後處理裝置。在用於SCR的催化轉化器中，氮氧化物被選擇性地還原，其中氨作為還原劑與排氣混合(參見前述內容)。
進一步優選地，在根據本公開的方法中，進一步的排氣後處理裝置包含氮氧化物存儲催化轉化器。即使在氨已經從氮氧化物存儲催化轉化器逸出的情況下，檢測也能利用所述方法執行。帶有氮氧化物存儲催化轉化器的排氣後處理裝置被布置在帶有用於選擇性催化還原(SCR)的催化轉化器的排氣後處理裝置上遊的排氣道中。
排氣再循環系統優選地是一種低壓排氣再循環系統(LP-EGR)。LP-EGR可以使還原的氮氧化物排氣被再循環，在氨偏移的情況下，還原的氮氧化物排氣含有在內燃發動機中被氧化並導致排氣道中氮氧化物值升高的氨。也即是說，高壓EGR系統提供比位於SCR下遊的LP-EGR通道包含更高水平NOx的排氣。
在所述方法的一個示例中，基於模型的CNOX_0值被採用，其中CNOX_0基本上等於在不包含還原劑噴射的工況期間在排氣流中測量的NOx的濃度。這意味著，模型被預先建立，其中給在內燃發動機下遊的排氣道中的氮氧化物的數量賦予一個值。替代地，CNOX_0值能基於在較長時間點跟蹤排氣道中的CNOX_0值的事實憑經驗地確定，尤其是在沒有將尿素引入排氣道的前提下，或者作為在尿素引入排氣道之前被直接確定的測量值被提供。
本發明的第二方面涉及一種用於實施方法的布置方式，包括內燃發動機、排氣道、至少一個排氣後處理裝置、被布置在排氣後處理裝置上遊的至少一個氮氧化物傳感器、被布置在氮氧化物傳感器和排氣後處理裝置之間用於將還原劑從還原劑容器引入排氣道的裝置、在排氣後處理裝置的下遊分叉的排氣再循環系統、閉環控制裝置和開環控制裝置，其中所述閉環控制裝置被構造以接收來自氮氧化物傳感器的值，然後基於等式(I)，參見後文，確定氨偏移，其中開環控制裝置被構造以接收來自閉環控制裝置的值，然後根據被確定的氨偏移數量調整被供應的還原劑的數量。所述布置方式的優點與根據本公開的方法的優點相對應。
在一個實施例中，排氣後處理裝置可以是用於選擇催化性催化還原的催化轉化器。它也能被安裝在顆粒過濾器上。進一步的排氣後處理裝置可以包括氮氧化物存儲催化轉化器。
本發明的第三方面涉及一種帶有根據本公開的布置方式的機動車輛。
根據本發明的布置方式1具有，在根據圖1的實施例中，內燃發動機2。內燃發動機2是自點火或外部點火內燃發動機。內燃發動機2具有三個汽缸3，但是能具有不同的數目，例如兩個、四個、五個、六個、八個、十個或十二個汽缸。內燃發動機2被連接到排氣道4和/或排氣通道4。
渦輪增壓器的渦輪5被布置在排氣道4中。渦輪5通過軸6被連接到渦輪增壓器的被布置在進氣道8和/或進氣通道8中的壓縮機7。
優選地包括氮氧化物存儲催化轉化器9a的第一排氣後處理裝置9被布置在渦輪5下遊的排氣道4中。第一排氣後處理裝置9還具有氧化催化轉化器、三元催化轉化器和/或顆粒過濾器。
優選地包括用於選擇性催化還原(SCR)的催化轉化器並且尤其優選地包括氮氧化物還原催化轉化器10a的第二排氣後處理裝置10被布置在第一排氣後處理裝置9的下遊。顆粒過濾器還能被包含在第二排氣後處理裝置10中。顆粒過濾器還能被(SCR)氮氧化物還原催化轉化器10a覆蓋。第二排氣後處理裝置10的上遊被布置了來自還原劑容器11的供應管線，具體地，尿素水溶液通過引入還原劑的裝置11a能被引入排氣道4。裝置11a被形成以通過例如噴射或噴灑將還原劑引入排氣道4。
在第二排氣後處理裝置10的下遊，低壓排氣再循環系統12(ND-AGR和/或LP-EGR)從排氣道4分叉。ND-AGR 12在壓縮機7的上遊進入排氣道8。在ND-AGR 12中布置了排氣再循環閥13，流出排氣道4進入ND-AGR 12的排氣流動可以通過該閥被控制。替代地，排氣再循環閥13或節氣門能在低壓排氣再循環系統12的分叉之後被布置在下遊的排氣道4中，從而提高反壓力，並因此能提供更多的排氣給低壓排氣再循環系統12。排氣再循環閥13與新鮮空氣供應的組合作為一種已知的組合閥也可以被想到。
氮氧化物傳感器14被布置在內燃發動機2的直接下遊且在渦輪5的上遊的排氣道4中。進一步，氮氧化物傳感器能被布置在內燃發動機2下遊的排氣道4中。所述傳感器(一個或多個)被連接到閉環控制裝置15，它記錄來自氮氧化物傳感器14的值，從而確定在ND-AGR的再循環排氣中是否含有氨以及數量。閉環控制裝置15被連接到開環控制裝置16，它能接收來自閉環控制裝置15的值，並能在檢測到氨偏移的情況下減少或停止從還原劑容器11到排氣道4內的尿素水溶液的引入。通過這種方式，還原劑噴射可以響應於通過傳感器14確定氨偏移而被停用。
也在排氣再循環系統的分叉之後的下遊的進一步排氣後處理組件也可以被想到。
在根據圖2表示的方法的一個實施例中，確定從內燃發動機2中直接流出的排氣中的氮氧化物數量CNOx_A，其中氨偏移能通過氮氧化物數量CNOx_A被推斷。換句話說，CNOx_A表示氨偏移。根據圖2，在步驟S1，尿素水溶液可以通過裝置11a從還原劑容器11被引入排氣道4。通過計量泵或噴射器的噴射來進行引入。在步驟S2，在第二排氣後處理裝置10之後的排氣通過排氣再循環閥13被再循環到ND-AGR 12內。
在第三步驟S3，排氣道4中的氮氧化物濃度由被布置在第一排氣後處理裝置9的上遊且在內燃發動機2的直接下遊的氮氧化物傳感器14確定。氮氧化物傳感器14將被測量的氮氧化物值傳遞給閉環控制裝置15，在第四步驟S4，閉環控制裝置通過該值根據等式(I)CNH3＝(CNOx_A-CNOx_0)/rEGR計算氨偏移和已經從第二排氣後處理裝置10逸出的可應用排氣的數量。如果CNH3等於零，可以推斷出沒有氨由於偏移而從第二排氣後處理裝置10逸出。如果CNH3大於零，則可以由此推斷出氨已經從第二排氣後處理裝置10逸出。已經從第二排氣後處理裝置10逸出的氨的數量能通過CNH3的值的大小推斷。所獲得的值被發送給開環控制裝置16。如果逸出的氨的數量是中等的，則控制裝置16給還原劑引入裝置11a發出控制指令，在第五步驟S5，還原劑引入裝置11a減少被引入排氣道4的尿素水溶液的數量，直到不再檢測到氨。如果該值顯著增大，在步驟S5，尿素水溶液的引入能替代地被徹底停止。
換句話說，所述方法通過傳感器14確定基準NOx濃度，然後將該值設定為閾值。額外地或可替代地，基準NOx濃度可以根據用於在不含尿素噴射的工況下估計發動機NOx輸出的模型被確定，該模型考慮了EGR流量、發動機轉速、發動機溫度以及空氣/燃料比。所以，該閾值可以根據對應於變化的發動機運行參數的查詢表的值被調整。當監測排氣NOx濃度時，這可以用於在發動機運行參數變化期間，從而更準確地確定氨偏移。因此，傳感器14也測量排氣NOx濃度，這是在噴射期間(例如，噴射器11A使噴灑的尿素流動到排氣道4內)排氣從排氣道4流到進氣道8的結果。如果排氣NOx濃度基本上等於該閾值(例如，基準NOx濃度)，那麼氨沒有洩漏通過排氣後處理裝置10，且噴射可以繼續。如果排氣NOx濃度大於該閾值，那麼氨正在偏移通過排氣後處理裝置10，且噴射可以被終止或噴射體積可以被減小。在一個示例中，如果排氣NOx濃度超出閾值在5％以下，噴射體積被減小。因此，如果排氣NOx濃度超出閾值大於或等於5％，噴射被終止。
因此，一種用於控制機動車輛內的排氣後處理系統的方法，機動車輛具有內燃發動機、排氣道、至少一個排氣後處理裝置、被布置在排氣後處理裝置的上遊的至少一個氮氧化物傳感器、被布置在排氣後處理裝置的上遊用於從還原劑容器引出還原劑的裝置、以及在排氣後處理裝置的下遊分叉的排氣再循環系統，所述方法還包括將還原劑引入排氣道，通過打開排氣再循環閥引導排氣通過排氣再循環系統，通過被布置在排氣後處理裝置上遊的排氣道中的氮氧化物傳感器測量排氣後處理裝置上遊的排氣道中的氮氧化物濃度，檢測逸出排氣後處理裝置的氨偏移，其中逸出的氨的數量利用等式CNH3＝(CNOx_A-CNOx_0)/rEGR被確定，其中CNH3是逸出的氨的數量，CNOx_A是在還原劑已經被引入排氣道的條件下被測量的氮氧化物的數量，CNOx_0是在沒有還原劑被引入排氣道的條件下被測量的氮氧化物的數量，rEGR是排氣再循環的比例(rate)；然後如果CNH3大於零，則減少被引入的還原劑的數量。
所述方法還包括排氣後處理裝置包含用於選擇性催化還原的催化轉化器的情況。額外地或替代地，第二排氣後處理裝置包括氮氧化物存儲催化轉化器。額外地或替代地，排氣再循環系統是低壓排氣再循環系統。基於來自氮氧化物傳感器的反饋的基於模型的CNOx_0值被採用。額外地或替代地，發動機還包括閉環控制裝置和開環控制裝置，其中閉環控制裝置被構造以接收來自氮氧化物傳感器的值，然後基於等式，確定氨偏移，其中開環控制裝置被構造以接收來自閉環控制裝置的值，然後根據被確定的氨偏移數量，調整被引入排氣道的還原劑的數量。額外地或替代地，排氣後處理裝置包括用於選擇性催化還原的催化轉化器。
參見圖3，內燃發動機310由發動機電子控制器312控制，且包括多個汽缸，其中一個汽缸在圖3中被示出。在一個示例中，控制器312基本上類似於圖1的閉環控制裝置15和開環控制裝置16的一個或多個。發動機310包括燃燒室30和汽缸壁32，活塞36被定位在汽缸壁內且被連接到曲軸40。燃燒室30被示出通過相應的進氣門52和排氣門54與進氣歧管44和排氣歧管48連通。每個進氣門和排氣門可以由進氣凸輪51和排氣凸輪53操作。進氣凸輪51的位置可以由進氣凸輪傳感器55確定。排氣凸輪53的位置可以由排氣凸輪傳感器57確定。
所示燃料噴射器66被定位以將燃料直接噴射到燃燒室30內，這是本領域技術人員已知的直接噴射。燃料噴射器66與來自控制器312的信號脈衝寬度FPW成比例地輸送燃料。燃料被燃料系統輸送到燃料噴射器66，燃料系統包括燃料箱(未示出)、燃料泵(未示出)、燃料泵控制閥(未示出)、以及燃料軌(未示出)。此外，計量閥可以被定位在燃料軌中或附近，用於閉環燃料控制。泵計量閥也可以調整到燃料泵的燃料流動，從而減少被泵送給高壓燃料泵的燃料。
進氣歧管44被示出與可選的電子節氣門62連通，該電子節氣門調整節流板64的位置從而控制來自進氣增壓室46的氣流。壓縮機162(例如，圖1的壓縮機7)從空氣進氣口42吸取空氣從而供應增壓室46。排氣使通過軸161耦接到壓縮機162的渦輪164旋轉。在一些示例中，增壓空氣冷卻器可以被提供。壓縮機速度可以通過調整可變葉片控制器72或壓縮機旁通閥158的位置被調整。在替代示例中，廢氣門74可以替代可變葉片控制器72，或除了可變葉片控制器72之外，還可以使用廢氣門74。可變葉片控制器72調整可變幾何渦輪葉片的位置。當葉片處於打開位置時，排氣能流過渦輪164(例如，圖1的渦輪5)，供應少量能量以旋轉渦輪164。當葉片處於關閉位置時，排氣能流過渦輪164並且在渦輪164上施加增大的作用力。替代地，廢氣門74允許排氣繞過渦輪164流動，從而減少被供應給渦輪的能量。壓縮機旁通閥158允許在壓縮機162的出口處的壓縮空氣返回壓縮機162的入口。通過這種方式，壓縮機162的效率可以被降低，從而影響壓縮機162的流量並降低進氣歧管壓力。
當燃料隨活塞36接近壓縮衝程的上止點而自動點火時，燃燒在燃燒室30中發生。在一些示例中，通用排氣氧(UEGO)傳感器126，可以類似於圖1的氮氧化物傳感器14被使用，並可以被耦接到在排放裝置70上遊的排氣歧管48。另外，在一些示例中，UEGO傳感器可以是具有NOx和氧氣感測元件的NOx傳感器。NOx傳感器127採集在SCR 70下遊的尾管NOx。在一些示例中，NOx傳感器127可以被省略。
在較低的發動機溫度下，電熱塞68可以將電能轉換成熱能，從而提高燃燒室30中的溫度。通過提高燃燒室30的溫度，可以更容易地通過壓縮點燃汽缸的空氣-燃料混合物。額外地或替代地，電熱塞68可以是被配置以點燃火花點火發動機的燃燒混合物的火花塞。
在一個示例中，排放裝置70包括SCR催化劑磚。在另一個示例中，多個排放控制裝置能被使用，每個都具有多個催化劑磚。在一個示例中，排放裝置70能包括氧化催化劑。在其他示例中，排放裝置包括在選擇性催化還原(SCR)之前的稀NOx捕集器，和/或柴油顆粒過濾器(DPF)。尿素可以在SCR催化劑70的上遊通過尿素噴射器90被噴射。尿素噴射器90從尿素箱91接收尿素。液位傳感器93感測尿素箱91中存儲的尿素的數量。
排氣再循環(EGR)可以通過EGR閥80被提供給發動機。EGR閥80是關閉或允許排氣從排放裝置70的下遊流到壓縮機162上遊的發動機空氣進氣系統中的某個位置的三通閥。在可替代實施例中，EGR可以從渦輪164的上遊流到進氣歧管44。EGR可以繞過EGR冷卻器85，或者替代地，EGR可以通過穿過EGR冷卻器85被冷卻。在其他示例中，高壓EGR系統和低壓EGR系統可以被提供。在本文中，由EGR閥80所提供的排氣再循環(EGR)是低壓排氣再循環(LP-EGR)。
在圖1中作為常規微計算機被示出的控制器312包括：微處理器單元102、輸入/輸出埠104、只讀存儲器106、隨機存取存儲器108、不失效存儲器110、以及常規數據總線。控制器312被示出從被連接到發動機310的傳感器接收多種信號，除了之前被描述過的那些信號之外還包括：來自被耦接到冷卻套筒114的溫度傳感器112的發動機冷卻劑溫度(ECT)；被耦接到加速器踏板130用於感測被腳132調整的加速器位置的位置傳感器134；來自被耦接到進氣歧管44的壓力傳感器121的發動機歧管壓力(MAP)的測量值；來自壓力傳感器122的升壓；來自NOx傳感器126的排氣NOx濃度；來自感測曲軸40位置的霍爾效應傳感器118的發動機位置傳感器；來自傳感器120(例如，熱線式空氣計量儀)的進入發動機的空氣品質的測量值；來自傳感器58的節氣門位置的測量值。大氣壓力也可以被感測(未示出的傳感器)以便由控制器312處理。在本發明的優選方面中，曲軸每旋轉一圈，發動機位置傳感器118產生預定數量的等間距脈衝，由此能確定發動機轉速(RPM)。
控制器112從圖1的多種傳感器接收信號，並利用圖1的多種致動器基於所接收到的信號和被存儲在控制器的存儲器上的指令調整發動機運行。例如，調整尿素噴射可以包括響應於傳感器126的反饋調整尿素容器91的致動器。
在運行期間，發動機310內的每個汽缸典型地經歷四衝程循環：所述循環包括吸氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程、以及排氣衝程。在吸氣衝程期間，一般地，排氣門54關閉且進氣門52打開。空氣通過進氣歧管44被吸入燃燒室30，活塞36移動到汽缸的底部，從而增大燃燒室30內的容積。活塞36靠近汽缸底部且位於其衝程的終點(例如，當燃燒室30達到其最大容積時)的位置通常被本領域技術人員稱為下止點(BDC)。在壓縮衝程期間，進氣門52和排氣門54都關閉。活塞36朝汽缸蓋移動，從而壓縮燃燒室30內的空氣。活塞36處於該衝程終點且最靠近汽缸蓋的位置(例如，當燃燒室30處於其最小容積時)通常被本領域技術人員稱為上止點(TDC)。在被後文稱為噴射的過程中，燃料被引入燃燒室。在一些示例中，燃料可以在單個汽缸周期期間被多次噴入汽缸。在被後文稱為點火的過程中，被噴射的燃料通過壓縮點火被點燃，從而產生燃燒。在膨脹衝程期間，膨脹中的氣體將活塞36朝著BDC推動。曲軸40將活塞運動轉換成旋轉軸的旋轉扭矩。最後，在排氣衝程期間，排氣門54打開從而將燃燒後的空氣-燃料混合物排放到排氣歧管48同時活塞返回TDC。
因此，系統包括在相對的兩端被流體地耦接到催化劑下遊的排氣通道和壓縮機上遊的進氣通道的低壓排氣再循環(LP-EGR)通道；被定位在發動機下遊且在噴射器上遊的排氣通道中的氮氧化物傳感器，其中噴射器被定位以將還原劑噴入催化劑上遊的排氣通道內；以及帶有被存儲在控制器上的計算機可讀指令的控制器，該控制器用於確定基準NOx濃度，響應於噴射器將還原劑噴射到排氣通道內，不管EGR需求如何，使LP-EGR流動，在LP-EGR的燃燒後通過氮氧化物傳感器測量排氣NOx濃度，比較排氣NOx濃度和基準NOx濃度，以及響應於排氣NOx濃度大於基準NOx濃度而減少噴射體積，其中所述減少噴射體積還包括響應於排氣NOx濃度超出基準NOx濃度一閾值量而將噴射體積減少到零。
圖4示出了用於在尿素噴射期間監測氨偏移通過SCR裝置的方法400。用於實施方法400的指令可以由控制器根據被存儲在控制器的存儲器上的指令，並結合從發動機系統的傳感器(比如之前參考圖1所描述的傳感器)所接收到的信號來執行。根據下面所描述的方法，控制器可以採用發動機系統的發動機致動器來調整發動機運行。
方法400從402開始，方法400確定、估計和/或測量當前發動機運行參數。當前發動機運行參數可以包括但不限於發動機負載、發動機溫度、環境溫度、排氣質量流率、SCR溫度、發動機NOx輸出、車輛速度、發動機速度、以及空氣/燃料比中的一個或多個。在一個示例中，發動機NOx輸出等於基準NOx濃度，如下面所述那樣。
在404，方法400確定尿素噴射是否發生。尿素噴射可以由被定位以噴入SCR裝置上遊的排氣通道的噴射器輸送。例如，圖1的噴射器11A或圖3的噴射器90將霧化的尿素分別噴入SCR裝置10或SCR裝置70上遊的排氣流中。如果尿素噴射沒有發生，則方法400前進到406，從而維持當前發動機運行參數且不測量排氣NOx濃度。
如果噴射正在發生，則方法400前進到408以確定EGR是否被需要。在一個示例中，當排放超過閾值標準和/或當發動機和/或燃燒溫度大於閾值溫度時，EGR被需要，閾值溫度可以基於排放輸出和/或系統劣化。在一些示例中，EGR可以以變化的量不斷地流到發動機，其中所述量基於燃燒穩定性、發動機溫度、燃燒溫度、空氣/燃料比、節氣門位置、以及車輛速度的一個或多個被調整。例如，發動機運行參數可以被調整從而允許更多數量的EGR流到發動機，從而減少排放輸出。例如，點火正時可以響應於流到發動機的EGR的數量增加而被提前。如果EGR被需要，則方法400前進到410，從而打開EGR閥。EGR閥根據EGR需求被移動到較大打開位置或者全開位置。在一個示例中，所述較大打開位置位於全開和全關位置之間。全開位置使最大數量(例如，100％)的EGR流到發動機，全關位置使得沒有(例如，0％)EGR流到發動機。所以，較大打開位置可以被調整以使得0至100％之間的EGR流到發動機。
如果EGR不被需要，則方法400前進到412以基於燃燒穩定性414和噴射體積和/或壓力416打開EGR閥。額外地或替代地，EGR閥的開度可以基於發動機溫度、車輛速度、節氣門位置、和/或空氣/燃料比。通過這種方法，在噴射正在發生且EGR不被需要時，EGR閥移動到比全開位置更接近關閉位置的較大打開位置。在一個示例中，EGR閥移動到一個較大打開位置，在該位置EGR流是允許方法400在不改變燃燒條件的前提下監測氨偏移通過SCR的最小可允許EGR流。最小可允許EGR流可以基於流到發動機的可增大NOx輸出而不改變燃燒條件的EGR的最低數量。該最低可允許數量可以基於噴射體積和/或壓力被進一步調整，其中在噴射體積和/或壓力增加時，該最低可允許數量減少(例如，使更少的EGR流動)。
無論如何，在410或412後，方法400都前進到420，該方法包括測量在發動機與噴射器之間的排氣傳感器位置處的排氣NOx濃度。所以，在EGR流中的氨，如果有的話，在燃燒過程中被氧化成NOx，並被排氣傳感器監測。在一個示例中，圖1和圖3的排氣傳感器14或排氣傳感器126分別測量排氣NOx濃度。
在422，方法400包括確定排氣NOx濃度是否大於基準NOx濃度。基準NOx濃度可以基於查詢表中的值，其中所述值基於當前發動機運行參數被確定，當前發動機運行參數包括EGR流率、發動機速度、車輛速度、以及空氣/燃料比的一個或多個。發動機NOx輸出可以通過氮氧化物傳感器被持續地測量，來自傳感器的反饋與對應的發動機運行參數被一起存儲。通過這種方式，當噴射器沒有噴射還原劑到排氣通道內時，基準NOx濃度基於排氣流中的NOx濃度。額外地或替代地，基準NOx濃度可以基本上等於在噴射之前氮氧化物傳感器的測量值(例如，在402的測量)。
通過將排氣NOx濃度與基準NOx濃度進行比較，氨可以被確定為偏移通過SCR裝置，並進入EGR通道。如果排氣NOx濃度基本上等於基準NOx濃度，則所述方法前進到424，並保持當前發動機運行參數同時不終止尿素噴射。另外，所述方法持續監測EGR流以確定是否正在發生氨偏移。將明白的是，排氣NOx濃度不會低於基準NOx濃度(例如，發動機最佳NOx濃度)，因為基準NOx濃度是當前發動機運行參數的最低NOx輸出。
如果排氣NOx濃度大於基準NOx濃度，則方法400前進到425以確定排氣NOx濃度與基準之間的差是否大於或等於閾值量。在一個示例中，閾值量等於10％。將明白的是，該閾值量可以等於其他低於或高於10％的百分數。
如果排氣NOx濃度超過基準NOx濃度一閾值量(例如，10％)，則方法400前進到426從而終止噴射。此時，SCR充滿了氨，並且氨開始偏移。通過這樣做，尿素效率可以被提高，因為被噴入排氣通道的過量的氨被減少了。
如果排氣NOx濃度超出基準NOx濃度的量低於閾值量，則方法400前進到428，從而根據排氣NOx濃度與基準NOx濃度之間的差減少被噴射的尿素的量。例如，響應於排氣NOx濃度比基準NOx濃度大7％的減少大於響應於3％的差的減少。換句話說，3％的差相比7％的差，更多的尿素繼續被噴射。通過這種方式，催化劑可以接近滿負荷狀態，並且期望在流向催化劑的排氣中還原劑具有較低的濃度。
通過這種方式，用於監測噴射條件的方法包括在噴射期間通過被定位在發動機排氣側和噴射器之間的傳感器測量排氣NOx濃度，將排氣NOx濃度與基準值進行比較，然後響應於排氣NOx濃度超出基準值一閾值量確定氨是否偏移通過催化劑。在一個示例中，基準值在噴射之前通過傳感器被測量。額外地或替代地，基準值基於查詢表中對應於當前發動機運行參數的值。響應於排氣NOx濃度超出基準值的量大於或等於閾值量，噴射被終止。響應於排氣NOx濃度超出基準值的量低於閾值量，噴射被調整以噴射更少的還原劑。噴射根據排氣NOx濃度與基準值之間的差被調整，其中噴射量隨該差的增加而漸增地減少。
催化劑是選擇性催化還原裝置和稀NOx捕集器的一種或多種。額外地或替代地，催化劑還包括顆粒過濾器。所述方法可選地包括使低壓排氣再循環(LP-EGR)流過被耦接到催化劑下遊的排氣通道和壓縮機上遊的進氣通道的通道。當EGR閥處於較大打開位置時，使LP-EGR流到進氣通道還包括響應於發動機EGR需求和噴射的一個或多個，將EGR閥至少致動到該較大打開位置。在沒有發動機EGR需求的噴射期間致動EGR閥包括將EGR閥致動到比在包括發動機EGR需求的噴射期間的EGR閥位置更小的打開位置。在噴射期間使LP-EGR流動還包括在燃燒期間氧化排氣中的氨。
參見圖5，它示出了一種操作順序500，它展示了被配置以在尿素噴射期間使EGR流動的排氣系統的示例結果。在一個示例中，操作順序500展示了按照圖4所述的方法運行的圖1的SCR 10和傳感器14和/或圖3的傳感器126與SCR70的示例結果。線502代表EGR需求，線504代表EGR流率，線506代表是否正在噴射，以及線508代表基準NOx濃度和/或發動機最佳NOx濃度，而虛線510代表排氣NOx濃度。線502隻有在EGR被需要時才是可見的，線506隻有在噴射正在發生時才是可見的。線504隻有在EGR正流到發動機時才是可見的。最後，線510隻有在噴射期間氨正偏移通過SCR時才是可見的。或者，線510基本上與線508重合。每幅圖的水平軸代表時間，且時間從圖的左側到圖的右側增加。
在t1之前，發動機需要EGR，如線502所示。所以，EGR流率在相對高值和相對低值之間，如線504所示。當EGR流到發動機時，在發動機下遊且在SCR上遊的排氣中的基準NOx濃度下降，如線508所示。因此，EGR正在減少NOx輸出。噴射器被關閉且噴射量為零，如線506所示。
在t1，噴射器被激活，並且噴射量朝著相對高值增加。在一個示例中，噴射器響應於SCR需要尿素而被激活，這可以基於行進過的閾值距離和/或距離前一次噴射的閾值持續時間。如圖所示，EGR流率保持基本恆定。在一些示例中，EGR流率在尿素噴射期間可以稍微地增加。排氣NOx濃度保持基本恆定。所以，排氣NOx濃度可以與該值相比較。額外地或替代地，如之前所述。基準NOx濃度(例如，發動機最佳NOx濃度)可以基於對應於查詢表中的值的發動機運行參數被調整，從而設定一個與排氣NOx濃度進行比較的基準。
在t1之後和t2之前，噴射器是工作的。EGR流保持相對恆定。排氣傳感器在噴射期間持續監測燃燒氣體的NOx濃度，如線508和510所示。EGR流保持基本恆定。排氣NOx濃度開始偏離基準NOx濃度，但偏離的量小於閾值量。所述噴射量被示出保持基本恆定，但是如之前所述，噴射量可以基於排氣NOx濃度與基準NOx濃度之間的偏差量被減少。
在t2，排氣NOx濃度超出基準NOx濃度至少所述閾值量。所以，噴射被終止，並且噴射量被減少到零。發動機仍然要求EGR且EGR流率保持基本恆定。
在t2之後和t3之前，EGR流率繼續滿足發動機需求。在一個示例中，所述量基本上等於在t1之前發動機所需求的量。儘管噴射器已經被關閉，但由於殘留在LP-EGR通道中的尿素量，排氣NOx濃度繼續偏離基準NOx濃度。例如，在噴射停用後，排氣流中仍留有尿素量，此時多餘的尿素流到大氣環境或發動機。噴射器被停用，噴射量為零。
在t3，發動機不再要求EGR。所以，EGR閥被關閉，EGR流率被減少到零。噴射仍然被停用，並且噴射量保持為零。在一個示例中，在排氣流中的尿素和排氣NOx基本上等於基準NOx。由於EGR流的減少，基準NOx開始增加。在一些示例中，在停止EGR流動後，基準NOx濃度可以保持基本恆定。
在t3之後和t4之前，EGR需求為零，且EGR流率保持為零。噴射器被停用，且噴射量為零。排氣NOx和基準NOx基本相等，並且由於EGR被關閉，基準NOx持續增加。
在t4，噴射器被激活，並且噴射量增加到相對高值和相對低值之間的中間量。所以，EGR流率被增加到相對低的流率，從而幹擾地(intrusively)使EGR流動，由於EGR需求為零。所以，EGR流率是基於當前發動機運行參數和噴射體積，如之前所述。通過這種方式，EGR閥在t4處的位置相比EGR閥在t3之前的位置更靠近全關位置。通過這樣做，由於EGR流，基準NOx開始稍微地下降。例如，假設發動機運行參數不變，如果噴射體積下降，則EGR流率可以增加以補償流過排氣通道的較少的尿素。在其他示例中，EGR流率可以在EGR不被需求的噴射期間被固定。例如，EGR流率低於5％。通過這種方式，發動機運行參數可以不受到明顯的影響。通過這樣做，不用為補償幹擾的EGR流做出調整。
在t4之後且t5之前，噴射器保持激活且持續噴射尿素。EGR流保持基本上等於相對低值，並且基準NOx繼續稍微下降。排氣NOx開始區別於基準NOx值。但是，差小於閾值差，並且作為響應，噴射量下降的數量對應於排氣NOx和基準NOx之間的差。所以，噴射量隨排氣NOx和基準NOx之間的差增大而漸增地下降。發動機不需要EGR，但是，在噴射期間EGR繼續朝著發動機幹擾地流動。
在t5，排氣NOx區別於基準NOx的量大於閾值差。所以，噴射器被關閉且噴射量被降低到零。因為EGR需求仍然為零，所以EGR閥被致動到全關位置，並且EGR流率下降到零。所以，基準NOx開始增加。
在t5之後且t6之前，EGR需求為零，EGR流率為零，並且噴射量為零。由於過量的氨仍然存留在EGR通道的排氣中，排氣NOx繼續增加。基準NOx保持基本不變。
在t6，EGR需求為零，EGR流率為零，並且噴射量為零。在EGR通道中的氨被消耗，並且排氣NOx基本上等於基準NOx。基準NOx保持基本不變。
在t6之後，EGR需求為零，EGR流率為零，並且噴射量為零。基準NOx濃度和排氣NOx濃度保持基本不變。
通過這種方式，SCR裝置下遊的LP-EGR可以被用於監測氨偏移通過催化劑。通過將還原劑噴射期間的NOx濃度與另外地在噴射之外形成的基準NOx濃度進行比較，氨偏移可以被識別和制止。在噴射期間使EGR流動的技術效果是在燃燒過程中氧化氨，使得在發動機的排氣側和噴射器之間的傳感器可以監測NOx輸出。通過將傳感器定位在噴射器的上遊，氨可以不幹擾NOx測量。這降低了發生交叉敏感的可能性，從而可以使NOx濃度測量的保真度的提高。通過這樣做，相比在排氣通道中布置了額外催化劑以捕獲偏移的氨的車輛，製造成本和封裝限制可以被減少。
注意到，本文中所包含的示例控制和估算程序能與多種發動機和/或車輛系統方案一起使用。本文中公開的控制方法和程序可以作為可執行指令被存儲在非暫時存儲器中，或者可以由包含與多個傳感器、致動器、以及其他發動機硬體組合的控制器的控制系統實施。本文中所描述的具體程序可以代表任意數量的處理策略的一個或多個，比如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等等。所以，被展示的多種動作、操作、和/或功能可以按照所示順序被執行、被並列地執行、或者在部分情況下被省略。同樣地，處理的順序可以不用於實現本文中所描述的示範實施例的特徵和優點，而是被提供用於簡化展示和描述。所展示的動作、操作、和/或功能的一種或多種可以被重複執行，根據所使用的具體策略。另外，所述的動作、操作、和/或功能可以圖形地表示待編入發動機控制系統中計算機可讀存儲介質的非暫時存儲器內的代碼，其中所述動作通過執行在包含與電子控制器組合的多種發動機硬體組件的系統中的指令被完成。
將明白的是，本文中所公開的配置和程序本質上是示範性的，這些具體實施例不被認為是限制性的，因為很多變化是可能的。例如，以上技術能被應用於V-6、I-4、I-6、V-12、對置4缸、以及其他發動機類型。本發明的主體包括本文中所公開的各種系統和方案以及其他特徵、功能、和/或特質的所有新穎且非顯而易見的組合和子組合。
所附權利要求具體地指出了某些被認為新穎且非顯而易見的組合與子組合。這些權利要求可能是指「一種」元件或「第一」元件或它們的等同物。這些權利要求應當被理解為包括一個或多個這些元件的合併，不要求也不排除兩個或多個所述元件。被公開的特徵、功能、元件、和/或屬性的其他組合與子組合可以通過對本發明權利要求的修改，或者通過在本申請或相關申請中提出新的權利要求獲得保護。這些權利要求，無論在保護範圍上與原始權利要求相比更寬、更窄、等同、或者不同，也都被視為落入本發明的範圍內。