操作內燃機的後處理系統的方法與流程
2023-09-18 12:10:55
本公開涉及一種操作內燃機的後處理系統的方法，特別地是在還原劑存儲裝置的上遊設置有稀薄氮氧化物捕集器(LNT)的後處理系統，該還原劑存儲裝置諸如是選擇性催化還原系統(SCR)或在微粒過濾器上的選擇性催化還原系統(SCRF)。
背景技術：
已知的是，內燃機的排氣後處理系統可裝備有稀薄氮氧化物捕集器(LNT)及其他後處理裝置，該稀薄氮氧化物捕集器設置用於捕集包含在排氣中的氮氧化物(NOx)。
這些後處理裝置經受周期性再生事件，以便將NOx從稀薄氮氧化物捕集器上釋放。再生事件可通過將發動機從常規的貧燃模式轉換為富燃模式而進行。當發動機轉換到富燃模式時，存儲在LNT中的吸附劑上的NOx與包含在排氣中的還原劑(諸如未燃燒的碳氫化合物(HC))反應，並且被脫吸附而轉換為氮氣(N2)和氨(NH3)。
在一些後處理系統配置中，LNT後跟隨有被動(或原位)NH3存儲裝置，諸如選擇性催化還原系統(SCR)或在微粒過濾器上的選擇性催化還原系統(SCRF)，其存儲由LNT在再生事件期間產生的氨，並且將這些氨用作還原劑以減少包含在LNT下遊的排氣中的NOx，而不需要額外的NH3源。
由於由LNT產生的氨的量取決於許多參數，因此存在對這樣一種方法的需求，該方法提供了對由LNT在再生事件期間產生的以及可以在LNT的再生事件期間累積到NH3存儲裝置中的NH3的量的正確和精確的確定。
技術實現要素：
本公開通過一種針對前述需求的簡單、合理且相對廉價的解決方案。本公開了一個實施例提供了一種操作內燃機的後處理系統的方法，該後處理系統具有稀薄氮氧化物捕集器和位於該稀薄氮氧化物捕集器下遊的還原劑存儲裝置。進行稀薄氮氧化物捕集器的再生。在該再生過程期間，在排氣中的還原劑濃度在稀薄氮氧化物捕集器和還原劑存儲裝置之間被測量。由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量基於測量的濃度而計算。因此，相比於基於開環控制模型的其他已知的方法來說，確定由稀薄氮氧化物捕集器在氮氧化物捕集器的再生期間產生的還原劑的量需要較少的標定工作和較少的計算能力。
根據以上方法確定的由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量可在該量達到最大可用存儲能力時停止LNT的再生。換句話說，如果由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量大於第一閾值時，LNT的模式從富燃模式改變到稀薄燃燒模式。如果存在至少最小量的可用的還原劑，還原劑的該量可用於觸發還原劑存儲裝置的正常功能的測試。換句話說，還原劑存儲裝置的操作模式從NOx減少的模式(即NOx減少模式)改變到正常功能被測試的診斷模式。如果確定的由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量大於第二閾值時，則發生這種操作模式的變化。第一和第二閾值通常是不同的(雖然這並不是要求)，因此，第一閾值典型地大於第二閾值。因此，由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量可用於轉換到LNT或還原劑存儲裝置的另一操作模式，特別是如果該量大於一閾值時。
根據一個實施例，還原劑濃度可通過具有對該還原劑(例如氨)具有交叉靈敏度(cross sensitivity)的NOx傳感器來測量。以這種方式，由於前述的NOx傳感器通常存在於稀薄氮氧化物捕集器和還原劑存儲裝置的上遊之間，以用於其他控制任務，所以可實現對還原劑濃度的測量，而無需使用額外專用的傳感器。
根據本公開的一個實施例，如果滿足預定的使能條件，則可測量還原劑濃度。本解決方案的這一方面可減少錯誤識別的可能性，從而改進還原劑濃度測量的可靠性。在這一方面，根據這一實施例的一個示例，該方法可估計在再生期間在排氣中在稀薄氮氧化物捕集器下遊的氮氧化物濃度，並且當估計的氮氧化物濃度小於預定閾值時、識別出滿足使能條件。當該條件被滿足時，由NOx傳感器進執行的測量指示還原劑的濃度。
根據本公開的一個方面，由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量的計算可包括：基於一個或多個參數估計還原劑的第一量，以及作為估計的第一量和作為測量的還原劑濃度的函數計算的還原劑的第二量的函數來計算由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量。該一個或多個參數可從以下的組選擇，該組包括：在再生期間排氣的溫度值，在稀薄氮氧化物捕集器上遊的氮氧化物的濃度值，存儲在稀薄氮氧化物捕集器中的氮氧化物含量值，以及在再生期間空燃比的設定點的值。以這種方式，由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量的確定可以合理且簡單的方式獲得，從而最小化對NOx傳感器敏感度的幹擾。
特別地，估計的第一量可通過開環控制模型獲得，該開環控制模型是提前標定的(例如在測試臺上)，並且然後通過使用還原劑的第二量來校正，該第二量是將來自於NOx傳感器的反饋信號考慮在內進行計算的。
根據另一個實施例，由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量可通過以下公式計算：
[NH3]tot＝(1-k)*A+k*B
其中：
[NH3]tot是由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量，
A是估計的第一量，B是計算的第二量，並且
k是校正因子。
校正因子k可基於選自以下組的一個或多個參數而確定，該組包括：在再生期間的排氣的溫度值，在再生期間的排氣的氧濃度值，以及感測在還原劑存儲裝置上遊和稀薄氮氧化物捕集器下遊的還原劑濃度的傳感器的老化因子。因此，所確定的由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量可將在再生期間的排氣的溫度值、在再生期間的排氣的氧濃度、以及NOx傳感器的老化因子(影響NOx傳感器的還原劑敏感度的參數)考慮在內而被校正，從而最小化對傳感器敏感度的可能的幹擾。
根據本公開的另一個方面，該方法可進一步包括：當計算的由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量等於或大於最大存儲能力或等於最大存儲能力減去誤差值時，中斷再生過程。在後一情況中，該誤差值可以選擇為最大存儲能力的5％或10％。因此，可實現在內燃機的富燃模式操作期間(即在稀薄氮氧化物捕集器的再生事件期間)的減少的燃油消耗，以及同時可以避免在還原劑存儲裝置下遊的還原劑洩漏。
作為替代，本公開的一個方面可以是，該方法可包括：如果計算的由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量等於或大於其預定閾值時，則測量還原劑存儲裝置的正常功能。以這種方式，由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量(可假設為進入還原劑存儲裝置)可用於測試策略的使能條件或開始步驟，其可允許診斷還原劑存儲裝置在其NOx減少方面功能的正常功能。特別地，僅當在再生事件期間在稀薄氮氧化物捕集器中產生的最小量的還原劑確定地存儲到還原劑存儲裝置中時，進行測試策略。
根據該實施例的另一方面，例如，測試可包括：確定在還原劑存儲裝置上遊的氮氧化物濃度的第一值，確定在還原劑存儲裝置下遊的氮氧化物濃度的第二值，計算第一值和第二值的差值；以及當計算的差值等於或小於其預定的閾值時、識別出還原劑存儲裝置的出現故障。以這種方式，駕駛員可以得知還原劑存儲裝置出現故障並且得知需要進行維修。
基本上實現上述方法相同效果的所提出的解決方案可以藉助於包括電腦程式代碼的電腦程式來進行，所述電腦程式代碼當在計算機上運行時用於進行上文描述的方法的所有步驟，並且是包括電腦程式的電腦程式產品的形式。該方法還可以被採用作為電磁信號，所述信號被調製以運送代表進行該方法的所有步驟的電腦程式的一序列數據位。
該解決方案的另一實施例基本上實現了與上述方法相同的效果，其提供了這樣一種後處理系統，該後處理系統包括稀薄氮氧化物捕集器、位於稀薄氮氧化物捕集器下遊的還原劑存儲裝置、感測稀薄氮氧化物捕集器下遊和還原劑存儲裝置上遊的還原劑的濃度的傳感器、以及配置為進行上述方法的電子控制單元。
根據該實施例的另一方面，傳感器可以是具有針對還原劑的交叉靈敏度的氮氧化物傳感器。以這種方式，由於具有針對還原劑(即，氨)的交叉靈敏度的氮氧化物傳感器通常用於感測稀薄氮氧化物捕集器下遊和還原劑存儲裝置上遊的氮氧化物，以用於內燃機的其他診斷和控制系統，可實現對還原劑濃度的測量，而無需增加後處理系統的布置成本。
根據該實施例的另一方面，還原劑存儲裝置可以是被動還原劑存儲裝置，其使用在稀薄氮氧化物捕集器的再生期間由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑用於減少離開稀薄氮氧化物的氮氧化物。因此，後處理系統無需外部NH3源，諸如尿素源。
該解決方案的另一實施例提供了一種裝備有如上述所公開的後處理系統的內燃機。
本解決方案的另一實施例提供了一種用於操作內燃機的後處理系統的設備，其中該後處理系統包括稀薄氮氧化物捕集器以及位於該稀薄氮氧化物捕集器下遊的還原劑存儲裝置，該設備包括：用於執行稀薄氮氧化物捕集器的再生的電子控制單元或其他裝置；用於在再生期間測量在稀薄氮氧化物捕集器和還原劑存儲裝置之間的排氣中的還原劑濃度的傳感器、電子控制單元或其他裝置；以及用於基於所測量的濃度計算由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量的控制單元或裝置。該實施例與上述方法實現基本上相同的效果，特別地提供了一種用於確定由稀薄氮氧化物捕集器在NO捕集器的再生期間產生的還原劑的量的簡單和可靠的解決方案。此外，通過使用來自於傳感器的反饋信號，獲得對由稀薄氮氧化物捕集器在NOx捕集器的再生期間產生的還原劑的量的更精確和準確的確定。
根據一個實施例，用於測量還原劑濃度的傳感器可包括具有針對還原劑的交叉敏感度的NOx傳感器。以這種方式，可實現對還原劑濃度的測量，而無需增加後處理系統的布置成本。
根據本公開的一個實施例，用於測量還原劑濃度的電子控制單元或其他裝置可被配置為，如果滿足預定的使能條件，則進行所述測量。本解決方案的這一方面可減少錯誤識別的可能性，從而改進還原劑濃度測量的可靠性。
在這方面，電子控制單元或其他裝置可配置為：估計在再生期間在稀薄氮氧化物捕集器下遊的氮氧化物濃度，並且當估計的氮氧化物濃度小於其預定閾值時、識別出滿足使能條件。當該條件被滿足時，由NOx傳感器執行的測量指示還原劑濃度。
根據本公開的一個方面，用於計算由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量的電子控制單元或其他裝置可被配置為：基於一個或多個參數估計還原劑的第一量，以及作為估計的第一量和作為測量的還原劑濃度的函數計算的還原劑的第二量的函數來計算由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量。該一個或多個參數可從以下的組選擇，該組包括：在再生期間排氣的溫度值，在稀薄氮氧化物捕集器上遊的氮氧化物的濃度值，存儲在稀薄氮氧化物捕集器中的氮氧化物含量值，以及在再生期間空燃比的設定點的值。以這種方式，由稀薄氮氧化物捕集器產生的量的確定可以合理且簡單的方式獲得，從而最小化對NOx傳感器敏感度的幹擾。
特別地，估計的第一量可通過使用開環控制模型來估計，該開環控制模型是提前標定的(例如在測試臺上)，並且然後通過使用第二量來校正，該第二量是將來自於NOx傳感器的反饋信號考慮在內進行計算的。以最簡單的方式，第二量可等於由NOx傳感器獲得的還原劑的量。
根據另一個實施例，電子控制單元或其他裝置可被配置為通過以下公式計算由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量：
[NH3]tot＝(1-k)*A+k*B
其中：
[NH3]tot是由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量，
A是估計的第一量，B是計算的第二量，並且
k是校正因子。
校正因子k可基於選自以下組的一個或多個參數而確定，該組包括：在再生期間的排氣的溫度值，在再生期間的排氣的氧濃度值，以及感測在還原劑存儲裝置上遊和稀薄氮氧化物捕集器下遊的還原劑濃度的傳感器的老化因子。因此，所確定的由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量可將在再生期間的排氣的溫度值、在再生期間的排氣的氧濃度、以及NOx傳感器的老化因子(影響NOx傳感器的還原劑敏感度的參數)考慮在內而被校正，從而最小化對傳感器敏感度的可能的幹擾。
根據本公開的另一個方面，該設備可包括電子控制單元或其他裝置，用於當由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量變得等於或大於最大存儲能力時、中斷再生。因此，可實現在內燃機的富燃模式操作期間(即在稀薄氮氧化物捕集器的再生事件期間)的減少的燃油消耗，以及同時可以避免在還原劑存儲裝置下遊的還原劑洩漏。
作為替代，該設備可包括電子控制單元或其他裝置，用於當計算的由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量變得等於或大於其預定閾值時，則測量還原劑存儲裝置的正常功能。以這種方式，所計算的由稀薄氮氧化物捕集器產生的還原劑的量(可假設為進入還原劑存儲裝置)可用於測試策略的使能條件或開始步驟，其可允許診斷還原劑存儲裝置在其NOx減少方面功能的正常功能。特別地，僅當在再生事件期間在稀薄氮氧化物捕集器中產生的最小量的還原劑確定地存儲到還原劑存儲裝置中時，進行測試策略。
根據該實施例的另一方面，例如，電子控制單元或測試裝置可配置為：確定在還原劑存儲裝置上遊的氮氧化物濃度的第一值，確定在還原劑存儲裝置下遊的氮氧化物濃度的第二值，計算第一值和第二值的差值；以及當計算的差值等於或小於其預定的閾值時、識別出還原劑存儲裝置出現故障。以這種方式，駕駛員可以得知還原劑存儲裝置出現故障並且得知需要進行維修操作。
附圖說明
本公開將結合下列附圖在下文中進行描述，其中相同的附圖標記指示相同的元件。
圖1示出了汽車系統；
圖2為屬於圖1所示的汽車系統的內燃機的剖面圖；
圖3是根據本發明的一個實施例的排氣後處理系統的示意圖；
圖4是根據本發明的一個實施例的、用於確定圖3的後處理系統中的還原劑的量的方法的流程圖；
圖5是根據本發明的另一個實施例的、用於確定圖3的後處理系統中的還原劑的量的方法的流程圖；
圖6是根據本發明的又一個實施例的、用於確定圖3的後處理系統中的還原劑的量的方法的流程圖；以及
圖7是根據本發明的一個實施例的、用於估計圖3的後處理系統中產生的還原劑的第一量的方法的流程圖。
具體實施方式
下列的描述僅僅是示例性的並且並非意於限制本發明或本申請或限制本發明的使用。此外，沒有意圖被本發明的前述背景技術展示的任意理論或者下列詳細的描述所束縛。
一些實施例可包括圖1和圖2所示的汽車系統，其包括具有缸體120的內燃機(ICE)110，所述缸體120限定至少一個汽缸125，所述汽缸125具有聯接以旋轉曲軸145的活塞140。汽缸蓋130與活塞140協協作以限定燃燒室150。
燃料和空氣混合物(未示出)被噴射到燃燒室150中並被點燃，導致引起活塞140的往復運動的熱膨脹排氣氣體。燃料由至少一個燃料噴射器160提供，空氣通過至少一個進氣口210提供。燃料在高壓下從與高壓燃料泵180流體連通的燃料軌170提供至燃料噴射器160，該高壓燃料泵180增加從燃料源190接收的燃料的壓力。
汽缸125的每個具有至少兩個閥215，所述兩個閥由與曲軸145適時旋轉的凸輪軸135促動。閥215選擇性地允許空氣從進氣口210進入燃燒室150內，並且交替地允許排氣通過排氣口220排出。在一些示例中，凸輪相位器155可選擇性地改變在凸輪軸135和曲軸145之間的正時。
空氣可通過進氣歧管200分配到(多個)進氣口210。空氣進氣管道205可從周圍環境向進氣歧管200提供空氣。在其它實施例中，可提供節流閥330以調節進入進氣歧管200的空氣品質流量。在其它實施例中，可設置有強制空氣系統，如具有旋轉地聯接至渦輪機250的壓縮機240的渦輪增壓器230。壓縮機240的旋轉增加了在進氣道205和進氣歧管200中的空氣的壓力和溫度。設置在進氣道205中的中間冷卻器260可降低空氣的溫度。
渦輪機250通過接收來自排氣歧管225的排氣而旋轉，該排氣歧管225引導排氣從排氣口220排出，並且通過一系列葉片，在膨脹之前通過渦輪機250。排氣排出渦輪機250並且被引入排氣後處理系統270中。圖示示例示出了一種可變幾何渦輪機(VGT)250，該可變幾何渦輪機具有被布置為移動葉片來改變通過渦輪機250的排氣流量的VGT促動器255。
排氣後處理系統270可包括具有一個或多個排氣後處理裝置280的排氣管線275。後處理裝置280可以是任何被配置為改變排氣氣體成分的裝置。後處理裝置280的一些示例包括但不限於：催化轉化器(兩相或三相)、氧催化劑(例如柴油催化氧化劑(DOC))、稀薄氮氧化物捕集器(LNT)285、碳氫化合物吸附劑、還原劑存儲裝置290(諸如位於LNT 285的下遊的排氣管線275中的選擇性催化還原(SCR)系統，或塗覆有選擇性催化還原劑的微粒過濾器(SDPF或DPF上的SCR))，以及微粒過濾器(特別是柴油微粒過濾器(DPF))。特別地，LNT 285以及還原劑存儲裝置290可設置為所有可能的緊密聯接的構造或在地板以下的構造。優選地，LNT 285可設置為儘可能靠近渦輪增壓器230的出口，以利用高溫條件，該高溫條件對於LNT 285和還原劑存儲裝置290來說是有利的。
LNT高效地降低了發動機排出的排氣的一些成分(CO和HC)，並且在ICE 110的稀燃操作條件下(即在燃燒室150中的燃油和空氣混合物中的空氣過量的條件)存儲NOx。在LNT 285的再生事件(DeNOx事件)期間，ICE 110可被轉換到富燃操作條件(即在燃燒室150中的燃油和空氣混合物中的燃油過量的條件)，並且NOx被LNT 285釋放並轉換。特別地，在該富燃操作條件下，生成氨(NH3)。產生的氨的量取決於富燃條件的特定管理，例如lambda值、每個單個再生事件的持續時間、以及溫度條件。LNT 285的實驗活動指示了例如以下關係：
單個事件的持續時間越長，則NH3的產生量越大；
lambda值越低(HCs和H2的量越高)，則NH3的產生量越大；
在LNT 285的前面的溫度越高，則NH3的產生量越大；以及
在發動機出口的NOx的量越大，則NH3的產生量越大。
由LNT 285產生的氨(NH3)由LNT 285釋放、並且通過其塞入還原劑存儲裝置290並存儲在其中。存儲在還原劑存儲裝置290上的氨有助於對未通過LNT 285轉換的NOx的額外的減少。
其它實施例可包括聯接在排氣歧管225和進氣歧管200之間的排氣再循環(EGR)導管300。EGR導管300可包括用以降低EGR導管300中的排氣氣體的溫度的EGR冷卻器310。EGR閥320調節EGR導管300中的排氣氣體的流量。
汽車系統100還可包括電子控制單元(ECU)450，該電子控制單元與一個或多個與ICE 100相關聯的傳感器和/或裝置通信。ECU 450可接收來自各種傳感器的輸入信號，所述傳感器被配置用於產生與ICE 110相關聯的各種物理參數成比例的信號。所述傳感器包括但不限於：質量空氣流量、壓力、溫度傳感器340、歧管壓力和溫度傳感器350、燃燒壓力傳感器360、冷卻劑和油的溫度和液位傳感器380、燃料軌壓力傳感器400、凸輪位置傳感器410、曲軸位置傳感器420、排氣壓力和溫度傳感器430、EGR溫度傳感器440、以及加速踏板位置傳感器445。
此外，所述傳感器包括氮氧化物傳感器291(NOx傳感器)，其位於排氣管線275中，並且適於測量LNT 285和還原劑存儲裝置290之間的氮氧化物(見圖3)的濃度(和/或在一定時間間隔內的供應的量)。NOx傳感器291可設置在LNT 285的下遊(諸如在其出口處)，並且在還原劑存儲裝置290的上遊(諸如例如在其入口處)。在圖3示出的示例中，LNT 285和還原劑存儲裝置290是緊密聯接的，並且氮氧化物傳感器291設置在LNT 285和還原劑存儲裝置290之間。
根據本發明的一個實施例，氮氧化物傳感器291可以是適合於針對還原劑種類(諸如氨(NH3))交叉敏感的傳感器，並且可用於檢測氮氧化物(NOx)濃度(和/或在一定時間間隔內供應的量)以及氨(NH3)的濃度(和/或在一定時間間隔內供應的量)，對氨濃度(和/或在一定時間間隔內供應的量)的測量例如是在排氣中的氮氧化物的濃度變得小於預定的閾值(例如，零)或達到最小時進行。
NOx傳感器291可以是設置在排氣管線275中的一個NOx傳感器，但是作為替代，額外的氮氧化物傳感器292(NOx傳感器)可位於排氣管線275中，以使得能夠測量在還原劑存儲裝置290下遊的氮氧化物的濃度(見圖3)。該額外的NOx傳感器292可以定位在還原劑存儲裝置290的下遊，例如在其出口處。
此外，ECU 450可產生輸出信號至被布置為控制ICE 110操作的各種控制裝置，包括但不限於：燃料噴射器160、節氣閥330、EGR閥320、VGT促動器255、以及凸輪相位器155。注意的是，虛線用於表示ECU 450與各種傳感器與和裝置之間的通信，但為了清楚起見省略了一些。
現在轉到ECU 450，該設備可包括數字中央處理單元(CPU)，它與存儲系統和接口總線通信。CPU被配置用來執行作為程序存儲在存儲系統中的指令，以及發送和接收信號至/自接口總線。該存儲系統可包括各種存儲類型，存儲類型包括光學存儲、磁性存儲、固態存儲，以及其它非易失性(non-volatile)存儲。接口總線可被配置為發送、接收和調製模擬和/或數位訊號至/自各種傳感器和控制裝置。該程序可實施在本文中公開的方法，使得CPU能夠執行該方法並控制ICE 110。
存儲在存儲系統中的程序是從外部經由電纜或以無線方式被傳輸的。在汽車系統100的外部，其作為電腦程式產品通常是可見的，該電腦程式產品在本領域又被稱為計算機可讀介質或機器可讀介質，並且應被理解為存儲在載體中的電腦程式代碼，該載體本質上是暫時的或非暫時的，結果便是電腦程式產品本質上也可以被認為是暫時或非暫時的。
暫時的電腦程式產品的示例是信號，例如電磁信號，如光學信號，該信號是用於電腦程式代碼的暫時載體。承載這樣的電腦程式代碼可通過調製信號由用於數字數據的傳統調製技術(如QPSK)而獲得，使得代表該電腦程式代碼的二進位數據被施加到暫時的電磁信號。這種信號例如當以無線方式經由WiFi連接將電腦程式代碼傳送至筆記本電腦時被使用。
在非暫時電腦程式產品的情況下，該電腦程式代碼被實施在有形的存儲介質中。繼而，存儲介質是上面提到的非暫時載體，使得電腦程式代碼被永久地或非永久地、以可檢索的方式存儲在該計算機可讀的存儲介質內或上。所述存儲介質可以是在計算機技術中已知的常規類型，如快閃記憶體、Asic、CD等。
代替ECU 450，汽車系統可具有不同類型的處理器以提供電子邏輯電路，例如，嵌入式控制器、機載計算機、或任何可以被配置在車輛中的處理模塊。
ECU 450的一個任務是，確定在LNT 285的再生事件期間由LNT 285產生的、從LNT 285進入還原劑存儲裝置290的、並且存儲在還原劑存儲裝置290中的氨的量。
根據本發明的一個實施例，ECU 450可配置為執行(方框S1)LNT 285的再生事件，例如DeNOx再生事件。LNT 285的再生事件可以通過將ICE 110從通常的稀燃模式(lambda值>>1)轉換到富燃模式(例如lambda值≤1)。富燃模式可以例如通過根據包括一個或多個燃油後噴的多噴射模式而促動燃油噴射器160以將燃油噴射燃燒室150中而實現。後噴是在活塞140的上死點(TDC)之後以及在排氣口220打開之前由燃油噴射器160進行的燃油噴射，以使得後噴的燃油量實際上在燃燒室150中燃燒、然而對扭矩產生沒有顯著的影響。
特別地，在富燃模式中，例如當lambda變得小於1時，存儲在LNT 285中的氮氧化物與包含在排氣中的氫原子反應，從而根據例如下列反應而原位地產生氨分子：
5H2+2NO→2NH3+2H2O。
產生的氨進入還原劑存儲裝置290中，並且在其中存儲在存儲裝置290的吸附劑上。
在再生事件期間，ECU 450配置為確定(方框S2)由LNT 285產生的氨的量。為此，ECU 450可被配置為估計(方框S3)在再生期間由LNT 285產生的氨的第一量A，並且計算(方框S4)在再生期間由LNT 285產生的氨的第二量B，並且然後藉助於第二量精確地校正估計的第一量，如下文中所公開的。
特別地，氨的第一量A可基於下列參數中的一個或多個來確定，所述參數包括：在再生期間進入排氣管線275的排氣的溫度值，在LNT 285上遊的排氣管線275中的氮氧化物的濃度，存儲在LNT 285中的氮氧化物的含量，在再生事件期間l的ambda值的設定點的值，以及再生事件的持續時間。
例如，溫度值可通過排氣壓力和溫度傳感器430中的一個測量，氮氧化物的濃度可通過NOx傳感器291測量，氮氧化物的含量可以基於在稀燃模式期間測量LNT 285上遊和LNT 285下遊的排氣中的氮氧化物的濃度而測量，這些測量例如通過NOx傳感器291和位於LNT285上遊的另一NOx傳感器(未示出)來進行。為此，ECU 450可被配置為隨著時間逐漸地積分所測量的LNT285上遊和下遊的氮氧化物的濃度的差值，從而計算並且逐漸地更新其總量，並且配置為存儲在每個稀燃模式的末尾的積分的濃度的值。
lambda值的設定點的值可以確定為在測試臺上預先標定的另一值，並且存儲在存儲系統中。例如，氨的第一量A的估計(在圖7中詳細地示出)可以設置為接收前述參數作為輸入的預先標定的MAP圖的輸出。該MAP圖可以在測試臺上通過進行實驗活動而預先確定，並且存儲在存儲系統中。
例如，氨的第一量A可通過ECU 450基於氨的基礎量500和第一校正因子F1的乘積而確定，其中，基礎量500基於在再生期間進入排氣管線275的排氣的溫度值、在LNT 285上遊的排氣管線275中的氮氧化物濃度、和在再生事件期間lambda值的設定值而確定，如下文中詳細公開的；並且，第一校正因子F1基於存儲在LNT 285中的氮氧化物的含量而確定，如下文中詳細公開的。第一量A也可由ECU 450確定為基於再生事件的持續時間確定的第二校正因子F2與基於基礎量500和第一校正因子F1乘積的乘積。
更具體地，基礎量500可以提供為氨的量的第一基值505與第三校正因子F3的乘積。第一基值505可以被提供為預先標定的第一MAP圖M1的輸出，第一MAP圖M1所接收的輸入為再生期間進入排氣管線275的排氣的溫度值和在LNT 285上遊的排氣管線275中的氮氧化物的濃度。該第一MAP圖M1可以通過測試臺上進行的實驗活動而預先確定，並且存儲在存儲系統中。第三校正因子F3可以被提供為預先標定的第二MAP圖M2的輸出，該第二MAP圖M2所接收的輸入為在再生期間進入排氣管線275的排氣的溫度值、在LNT 285上遊的排氣管線275中的氮氧化物的濃度、以及lambda值的設定點的值。該第二MAP圖M2可以通過在測試臺上進行的實驗活動而預先確定，並且存儲在存儲系統中。
用於確定第一MAP圖M1的實驗活動可允許技術人員在至少一個測試內燃機(例如等同於ICE 110的內燃機)上執行標定方法，所述測試內燃機裝備有等同於還原劑存儲裝置290的還原劑存儲裝置以及適於感測氨的濃度的傳感器(諸如例如是FTIR傳感器)，該傳感器位於等同於LNT 285的LNT下遊和還原劑存儲裝置的上遊。該標定方法可包括：
將內燃機從稀燃模式轉換為富燃模式、執行LNT的再生事件至少30秒，並且將lambda值的設定點的值(以及例如發動機工作點)保持為恆定；
藉助於傳感器針對排氣的多個溫度值和LNT上遊的排氣管線中的多個氮氧化物濃度值而測量由LNT產生的氨的第一量的第一基值的相應值；以及
將測量的第一基值存儲在第一MAP圖M1中，該第一MAP圖M1將排氣的每個溫度值和氮氧化物濃度的每個值與所測量的第一基值相關聯。
已知第一MAP圖M1，例如，用於確定第二MAP圖的實驗活動可允許技術人員在上文公開的相同的測試內燃機上執行進一步的標定方法。該進一步的標定方法可包括：
將內燃機從稀燃模式轉換為富燃模式、執行LNT的再生事件至少30秒；
藉助於傳感器針對排氣的多個溫度值、LNT上遊的排氣管線中的多個氮氧化物濃度值、和多個lambda值的設定點的值而測量由LNT產生的氨的基礎量的相應值；
對於相同的排氣溫度值和LNT上遊的排氣管線中的氮氧化物濃度值，計算針對於lambda值的每個設定點的值的第三校正因子F3，該因子為每個測量的基礎量和每個已知的第一基值之間的比值；以及
將計算的第三校正因子F3存儲在第二MAP圖M2中，該第二MAP圖M2將排氣的每個溫度值、氮氧化物濃度的每個值和lambda值的每個設定點的值與一個相對的第三校正因子F3相關聯。
再次，第一校正因子F1可以被提供為預先標定的第三MAP圖M3的輸出，該第三MAP圖所接收的輸入為在再生期間進入排氣管線275的排氣的溫度值和存儲在LNT 285中的氮氧化物的含量。該第三MAP圖M3可以通過在測試臺上進行的實驗活動而預先確定，並且可以存儲在存儲系統中。
例如，已知第一MAP圖和第二MAP圖，用於確定第三MAP圖M3的實驗活動允許技術人員可以在等同於LNT 285的至少一個測試LNT上執行另一標定方法，該測試LNT裝備有適於感測氨的濃度的傳感器，諸如例如是位於LNT下遊的FTIR傳感器。該標定方法可包括：
將內燃機從稀燃模式轉換為富燃模式、執行LNT的再生事件至少30秒；
通過傳感器針對排氣的多個溫度值和存儲在LNT中的多個氮氧化物的含量而測量由LNT產生的氨的真實量的相應值；
對於相同的排氣溫度值和存儲在LNT中的氮氧化物的含量值，計算第一校正因子F1為每個測量的真實量和每個已知的基礎量500之間的比值；以及
將測量的第一校正因子F1存儲在第三MAP圖M3中，該第三MAP圖M3將排氣的每個溫度值和存儲在LNT中的氮氧化物含量的每個值與相對的一個第一校正因子F1相關聯。
再次，第二校正因子F2可以提供為預先標定的第四MAP圖M4的輸入，第四MAP圖將再生事件的持續時間作為輸入接收。該第四MAP圖M4可以通過早測試臺上進行的實驗活動而預先確定，並且存儲在存儲系統中。
例如，已知第一、第二和第三MAP圖，用於確定第四MAP圖M4的實驗活動允許技術人員可以在等同於LNT 285的至少一個測試LNT上執行另一標定方法，該測試LNT裝備有適於感測氨的濃度的傳感器，諸如例如是位於LNT下遊的FTIR傳感器。該標定方法可包括：
將內燃機從稀燃模式轉換為富燃模式、執行LNT的再生事件；
通過傳感器針對再生事件的多個持續時間而測量由LNT產生的氨的實際真實量的相應值；
將每個第二校正因子F2計算為每個測量的實際真實量和由第一、第二和第三MAP圖(如上文所公開的)得到的每個已知的真實量之間的比值；以及
將第二校正因子F2存儲在第四MAP圖M4中，該第四MAP圖將再生事件的每個持續時間與一個相對的第二校正因子F2相關聯。
如文上所述，ECU 450同時地配置為計算在再生事件期間由LNT 285產生的氨的第二量。該計算可基於在LNT 285和還原劑存儲裝置290之間流動的排氣中的氨的濃度而進行。
根據一個實施例，在排氣中的氨的濃度可通過傳感器測量(方框S5)，例如NOx傳感器291，從而能夠利用其相對於氨的交叉敏感度的優勢。特別地，為了獲得有效指示排氣中氨濃度的NOx傳感器291的信號，ECU 450配置為驗證(方框S6)滿足使能條件。
例如，ECU 450可配置為估計(方框S7)在再生事件期間在LNT 285下遊沿著排氣管線275流動的排氣中的氮氧化物濃度的值。該估計的值可以提供為預先標定的MAP圖的輸出，該MAP圖將自再生事件開始所經過的時間作為輸入而接收。該MAP圖可以在測試臺上進行的實驗活動期間被預先確定，並且存儲在存儲系統中。當所估計的氮氧化物濃度的值變得等於或小於其預定閾值(例如零或最小濃度值)時，則ECU 450配置為開始對排氣中的還原劑濃度的進行交叉感應測量(方框S5)。在實踐中，ECU 450可被配置為獲取NOx傳感器291的信號，該信號例如不同於預期的零信號，並且假設該信號是對排氣中氨濃度的有效測量值。
在該點處，ECU450可被配置為將有效指示排氣中氨的濃度(例如，以ppm表示)的NOx傳感器291的輸出信號轉換(方框S5』)為第二量(例如由mg表示)，這一過程例如通過計算自交叉感應測量開始的還原劑濃度的積分來實現。
已知這些量(即由LNT 285在再生事件期間產生的氨的第一量和第二量)，ECU 450可被配置為根據以下公式計算(方框S2)在LNT再生期間由氮氧化物捕集器285產生的氨的量，該公式如下：
[NH3]tot＝(1-k)*A+k*B
其中：
[NH3]tot是由LNT 285在再生事件期間產生的氨的量，
A是估計的第一量，B是計算的第二量，並且
k是百分比校正因子。校正因子k的值可以包括在0和1之間。
校正因子k可基於選自以下參數的一個或多個參數而確定，該些參數包括：在再生期間的排氣的溫度值(例如通過排氣壓力和溫度傳感器430測量)、在再生期間的排氣的氧濃度值(例如，通過設置在例如在LNT 285上遊的排氣管線275中的lambda傳感器293測量，或者通過NOx傳感器291測量)、以及NOx傳感器的老化因子(aging factor)(例如，通過在測試臺上進行實驗活動而預先確定且存儲在存儲系統中)。校正因子k可提供為標定圖的輸出，該標定圖通過在測試臺上進行實驗活動而確定且存儲在存儲系統460中。
例如，已知估計的第一量A，該實驗活動允許技術人員可以在至少一個測試內燃機上執行標定方法，所述測試內燃機例如等同於ICE 110的內燃機，其裝備有等同於還原劑存儲裝置290的還原劑存儲裝置、以及適於感測氨的濃度的傳感器，諸如例如是FTIR傳感器和等同於NOx傳感器291的NOx傳感器，兩者都位於等同於LNT 285的LNT下遊和還原劑存儲裝置的上遊。該標定方法可包括：
將內燃機從稀燃模式轉換為富燃模式、執行LNT的再生事件至少30秒；
藉助於傳感器針對排氣的多個溫度值、排氣的多個氧濃度值、以及多個老化因子而測量由LNT產生的氨的總量的相應值；
藉助於NOx傳感器針對排氣的多個溫度值、排氣的多個氧濃度值、以及多個老化因子而測量由LNT產生的氨的第二量的相應值；
相對於相同的排氣溫度值、排氣的氧濃度值和老化因子，將每個校正因子k計算為每個所測量的總量(從其中減去估計的第一量)和每個所測量的第二量(從其中減去估計的第一量)的比值；以及
將測量的校正因子k存儲在MAP圖中，該MAP圖將每個排氣的溫度值、排氣的氧濃度值和老化因子與相對的校正因子k相關聯。
在實踐中，每個校正因子k被計算，以允許通過上述公式獲得的氨的總量等於通過FTIR傳感器測量的氨的總量。在特殊的情況下，校正因子k可等於1，並且由LNT 285在再生事件期間產生的氨的總量可等於測量的第二量。因此，在該特殊的情況下，由LNT(285)在再生期間產生的氨的總量藉助於NOx傳感器291的交叉感應測量而專有地執行。
根據如圖5所示的實施例，所確定的由LNT 285在再生事件期間產生的氨的量可由ECU 450採用，以控制LNT285的再生事件，例如中斷再生事件。特別地，如果由LNT 285在再生事件期間產生的氨的總量等於或大於預定的閾值(例如還原劑存儲裝置290的最大存儲能力)，則再生事件被中斷，其中所述還原劑存儲裝置的最大存儲能力通過在測試臺上進行的實驗活動預先確定並存儲在存儲系統中。
在後一情況下，ECU 450可配置為將所計算的由LNT 285在再生事件期間產生的氨的量與還原劑存儲裝置290的最大存儲能力比較(方框S8)，並且當由LNT285在再生事件期間產生的氨的計算量等於或大於所述最大存儲能力時，中斷(方框S9)再生事件，從而避免將LNT 285產生並由還原劑存儲裝置290釋放出排氣管線275而進入周圍環境中的氨的過量。
根據如圖6所示的另一實施例，ECU 450的一個任務可以是執行這樣一種測試策略，其旨在識別還原劑存儲裝置290是否作為氮氧化物的還原劑正確地工作。為此，ECU 450可配置為將由LNT 285在再生事件期間產生的氨的計算的量與進一步預先確定的氨量的閾值進行比較(方框S10)，該閾值可以在測試臺上通過實驗活動被預先確定，並且存儲在存儲系統中。如果由LNT 285在再生事件期間產生的氨的計算量等於或大於所述預定閾值，則最小量的氨當然地存儲在還原劑存儲裝置290中，並且ECU 450因而可配置為開始所述測試策略。
作為舉例，所述測試策略可允許ECU 450被配置為：
確定(方框S11)在還原劑存儲裝置290的上遊的氮氧化物濃度的第一值，例如藉助於通過NOx傳感器291執行的直接測量；
確定(方框S12)在還原劑存儲裝置290的下遊的氮氧化物濃度的第二值，例如藉助於通過另一NOx傳感器292執行的測量；
計算(方框S13)第一值和第二值之間的差值，以及
如果計算的差值等於或小於其預定閾值，則識別(方框S14)還原劑存儲裝置290出現故障，其中，所述預定閾值可以通過在測試臺上進行的實驗活動被預先確定，並且存儲在存儲系統中。
在實踐中，如果最小量的氨被確定地存儲於還原劑存儲裝置290中，並且沒有或幾乎沒有在穿過還原劑存儲裝置290的廢氣中觀察到NOx減少，則可以識別還原劑存儲裝置290出現故障。
一旦識別出還原劑存儲裝置290存在故障，則ECU450可以被配置為執行一個或多個恢復動作。這些恢復動作可包括，但不限於，產生可由駕駛員察覺到的信號(方框S15)，例如通過設置在汽車系統100的儀錶盤中的信號器或指示器(例如光和/或聲音)。以這種方式，駕駛員可以得知還原劑存儲裝置290存在故障並且被建議採取一些應對措施，例如前往最近的汽車維修中心。
雖然前文的細節描述中展示出了至少一種示例性實施例，但是應當意識到存在大量的變型。還應意識到的是，一個或多個示例性實施例僅為示例，並且並非意圖為以任何方式限制本發明的範圍、應用或配置。然而，前述的詳細描述將為本領域技術人員提供用於實施一個示例性實施例的便捷路線圖，應理解是，所描述的實施例中的功能和布置可具有各種變化而不偏離如在附屬權利要求及其法律等同所闡述的本發明的範圍。
相關申請的交叉引用
本申請要求於2015年9月15日提交的英國專利申請No.1516292.8的優先權，該專利申請的全部內容通過引用併入本文。