用于控制具有多于一个 SCR 区的排放系统的方法和系统 【技术领域】
本发明涉及用于具有多于一个选择性催化还原 (SCR) 区的车辆排放控制的方法和系统。 背景技术 选择性催化还原 (SCR) 系统可以用在车辆中， 以便于用诸如尿素或氨的还原剂还 原发动机排出物 NOX。SCR 系统包括在 SCR 催化剂上游喷射还原剂， 其中该还原剂或还原剂 产物能够与 NOX 起反应， 以形成诸如氮和水的副产物。但是， 关于 SCR 系统在喷射还原剂的 量和 NOX 转化效率之间存在折衷选择。即， 如果喷射大量还原剂， 那么大量的还原剂可以储 存在 SCR 催化剂上， 并且因此可能存在高 NOX 转化效率。但是， 也存在还原剂 “逃逸” 到排气 尾管的危险。另一方面， 当喷射较少量的还原剂时， NOX 转化效率下降并且 NOX 排放可以通 过排气尾管排出。
具 有 串 联 的 第 一 和 第 二 催 化 床 的 NOX 还 原 系 统 公 开 在 美 国 专 利 申 请 US 2005/0284134A1(Radhamohan 等人 ) 中。该系统包括设置在第一催化床上游的第一氨喷嘴 和设置在第一催化床下游和第二催化床上游的第二氨喷嘴。 该第一氨喷嘴构造成喷射少于 理想配比的氨的量， 以便只还原在第一催化床接收的 NOX 的一部分。第二喷嘴被控制成喷 射一定量的还原剂， 以便除去从第一催化床流到第二催化床的剩余的 NOX 的一部分或全部。
发明内容
相反， 本申请人已经研制出用于通过控制在第一 SCR 区的上游提供的还原剂操纵 SCR 系统的多个区域的性能的系统和方法。一种示例性的车辆排放控制系统包括在第二 SCR 区上游的第一 SCR 区。用于控制排放控制系统的示例性方法包括， 在第一模式中， 根据 第一 SCR 区的状态调节在第一 SCR 区的上游供给的还原剂的量。该方法还包括， 在第二模 式中， 根据第二 SCR 区的状态调节在第一 SCR 区的上游供给的还原剂的量。在一个例子中， 该第一 SCR 区可以相对于该第二 SCR 区设置在上游。
通过以这种方式选择地调剂上游还原剂供给， 能够根据运行状态调节第一和第二 SCR 区每个的运行和性能， 以提供不同的运行模式。以这种方式， 在较宽的运行状态范围能 够保持高 NOX 转化效率， 同时控制还原剂逃逸的危险， 而不需要单独控制对每个 SCR 区的还 原剂供给。例如， 如果上游区具有减小的容量， 可以希望在下游区提供较高的储存量， 并且 利用在下游区中的 NOX 转化到较大的程度。 在此处， 还原剂的供给可以根据下游 SCR 区的储 存水平来调节。但是， 如果上游区具有增大的容量， 可以希望在上游区提供较高的储存量， 并且利用在上游区中的 NOX 转化到较大的程度。在此处还原剂提供可以根据上游 SCR 区的 储存水平来调节。以这种方式， 能够提高整体性能。
根据另一方面， 提供一种用于内燃发动机的排放控制系统。 该排放控制系统包括 ： 还原剂喷嘴 ； 设置在该还原剂喷嘴下游的第一 SCR 区 ； 设置在该第一 SCR 区下游的第二 SCR 区； 以及电子控制器， 用于 ： 在第一模式中， 根据在第一 SCR 区储存的还原剂的量调节喷射的还原剂， 并且在第二模式中， 根据在第二 SCR 区储存的还原剂的量调节喷射的还原剂。
根据又一方面， 提供一种用于控制排放控制系统的方法， 该排放控制系统具有在 第二 SCR 区上游的第一 SCR 区。该方法包括根据第二 SCR 区的状态增加该第一 SCR 区的温 度。
根据再一方面， 提供一种用于控制车辆的排放控制系统的方法， 该排放控制系统 具有串联的第一 SCR 区和第二 SCR 区。该方法包括在第一模式中， 用在第一 SCR 区的第一 储存的还原剂的量大于在第二 SCR 区的第二储存的还原剂的量操作 ； 并且在第二模式中用 第二储存的还原剂的量大于第一储存的还原剂的量操作。
应当理解， 提供上述概要以简单的方式介绍选择的概念， 这些概念在详细说明中 进一步描述。这并不意味着它就是所主张的主题的关键或基本特征、 由详细说明之后的权 利要求唯一限定的范围。而且， 所主张的主题不限于解决上面提到的任何缺点的装置或本 发明的任何部分。 附图说明
图 1 是此处所描述的发动机的气缸和排放控制系统的示意图。
图 2 是具有两个 SCR 区的示例性 SCR 系统的示意图。 图 3 是具有两个区的 SCR 系统的另一个实施例的示例性示意图。 图 4 是具有两个 SCR 区和氧化催化剂的 SCR 系统的另一个实施例的示例性示意图。 图 5 是示出由两种不同的氧化催化剂引起的还原剂转化成 NOX 的效率的曲线图。
图 6 是示出在两个不同的氧化催化剂下游的还原剂浓度的曲线图。
图 7 是示出由具有不同中间层装料 (washcoat loading) 的两个 SCR 区随着时间 的 NOX 转化效率的曲线图。
图 8 是示出用于运行排放控制系统的高水平示例性方法的流程图。
图 9 是随着 SCR 区的温度变化的 SCR 区的储存容量的示意曲线图。
图 10 是示出用于选择排放控制策略的示例性方法的流程图。
图 11 是示出用于以第一排放控制策略操作的示例性方法的流程。
图 12 是示出用于以第二排放控制策略操作的示例性方法的流程。
图 13 是示出用于以第三排放控制策略操作的示例性方法的流程。
图 14 是示出用于以第四排放控制策略操作的示例性方法的流程。
图 15 是在 SCR 系统的中间床和在排气尾管的还原剂浓度的示意曲线图。
图 16 是示出用于诊断排放控制系统的第一和 / 或第二 SCR 区的示例性方法的流 程图。
具体实施方式
提供涉及平衡高 NOX 转化效率同时减少还原剂逃逸的各种 SCR 排放控制系统结 构。SCR 排放控制系统可以包括串联的多于一个的 SCR 区 ( 例如第一和第二 SCR 区 )， 同时 在每个 SCR 区的上游提供给原剂。该还原剂供给可以用还原剂喷嘴、 或还原剂生成装置， 例 如用浓排气操作的稀 NOX 收集器。每个 SCR 区可以包括在 SCR 催化剂内的催化剂床、 在 SCR 催化剂内的区， 和/或 SCR 催化剂本身。 通过包括串联的多于一个的 SCR 区， 可以在高还原剂喷射持续时间期间减 少还原剂从第一 SCR 区逃逸的危险， 因为逃逸的还原剂可以被捕获并存储在第二 SCR 区， 而 不是通过排气尾管排出。
为了控制用于转化 NOX 的 SCR 区容量， SCR 区可以选择地构造成每单位面积或体积 保持预定量的中间层。例如， 第一 SCR 区 ( 例如， 最上游 ) 可以构造成具有比第二 SCR 区小 的体积和大的中间层密度。此第一 SCR 区可以是起燃 (light off) 催化剂， 使得它可以能 够很快达到高水平的 NOX 转化 ( 例如， 在发动机预热期间 )。在另一个例子中， 第一 SCR 区 的中间层装料可以被限制， 并且因此还原剂储存的量可以被限制。 在这种情况下， 氧化催化 剂可以设置在第一 SCR 区的下游， 以捕获一部分逃逸的还原剂并将其转化为 NOX， 该逃逸的 还原剂随后供给在该氧化催化剂下游的第二 SCR 区。
因此， 在此处还提供用于操作具有串联的多于一个的 SCR 区的排放控制系统的多 种方法。在一个例子中， 该方法包括监控 SCR 区的状态， 并且然后根据所述状态操作。为了 控制 NOX 转化效率和还原剂逃逸危险， 可以调节喷射的还原剂的量， 并且也可以调节该 SCR 区的温度。
作为一种示例性的方法， 可以监控每个 SCR 区的储存容量， 并且也可以监控储存 在每个 SCR 区的还原剂的量。根据这些条件， 排放控制系统可以选择适当的操作模式。例 如， 如果所有的 SCR 区具有合理的储存容量， 该系统可以以非常高的 NOX 转换效率操作上游 SCR 区， 同时保持储存在下游 SCR 区的合理的还原剂的量。 在另一个实施例中， 在所有的 SCR 区具有合理的储存容量的情况下， 该系统可以平衡储存在该 SCR 区中的还原剂的量。在又 一个实施例中， 如果一个或多个 SCR 区具有不合理的， 或可以忽略的储存容量， 该系统可以 调节储存在另外的 SCR 区中的还原剂的量。当然， 也可以用各种其他的操作模式， 例如此处 所述的。
应当理解， 本发明还包括用于诊断具有多个 SCR 的排放控制系统的方法。根据所 执行的排放控制策略 / 模式， 该方法可以在具体的系统结构之间变化， 并且它们也可以在 具体的系统结构内变化。例如， 如果排放控制系统构造成在为最下游的 SCR 区的下游具有 NOX 传感器或还原剂传感器， 则当至少一个 SCR 不可操作时， 例如当储存容量不合理或可以 忽略时， 该排放控制系统可以进行诊断， 以便隔离其他区的性能。当然， 也可以设置多个传 感器用于进行诊断。在这种条件下此类诊断的进一步的细节在下面描述。
参考图 1， 图 1 示出用于操作排放控制系统的环境。 即， 正如此处所述， 示出多气缸 发动机 10 的一个气缸和排放控制系统的示意图被示出并且详细描述。
发动机 10 可以至少部分地由包括电子控制器 12 的控制系统和经由输入装置 130 的车辆操作者 132 的输入控制。在这个例子中， 输入装置 130 包括加速踏板和用于产生成 比例的踏板位置信号 PP 的踏板位置传感器 134。发动机 10 的燃烧室 30( 例如， 气缸 ) 可以 包括具有设置在其中的活塞 36 的燃烧室壁 32。活塞 36 可以连接于曲轴 40， 因此活塞的往 复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴 40 可以经由中间传动系统连接于车辆的至少一个 驱动轮。而且起动电机可以经由飞轮连接于曲轴 40， 以能够起动运行发动机 10。
燃烧室 30 可以接纳经由进气通道 42 从进气歧管 44 进入的空气， 并且可以经由排 气通道 48 排出燃烧气。进气歧管 44 和排气通道 48 能够经由相应的进气阀 52 和排气阀 54与燃烧室 30 选择地连通。在一些实施例中， 燃烧室 30 可以包括两个或更多个进气阀和 / 或两个或更多个排气阀。
在这个例子中， 进气阀 52 和排气阀 54 可以经由相应的凸轮致动系统 51 和 53 通 过凸轮致动控制。凸轮致动系统 51 和 53 每个可以包括一个或多个凸轮， 并且可以利用一 个或多个凸轮轮廓转换 (CPS)、 可变的凸轮正时 (VCT)、 可变的加油阀正时 (VVT) 和 / 或可 变的加油阀提升 (VVL) 系统， 该加油阀提升阀系统可以由电子控制器 12 操作以改变加油阀 的运行。进气阀 52 的和排气阀 54 位置可以分别由定位传感器 55 和 57 来确定。在可选的 实施例中， 进气阀 52 和 / 或排气阀 54 可以通过电加油阀致动来控制。例如， 燃烧室 30 可 以可选地包括经由电加油阀致动控制的进气阀， 和经由包括 CPS 和 / 或 VCT 系统的凸轮致 动控制的排气阀。
燃料喷嘴 66 以这样一种结构示出， 该结构提供所熟知的将燃料直接喷射入燃烧 室 30 中。燃料喷嘴 66 可以经由电子驱动器 68 与从控制器 12 接收的信号的脉冲宽度 FPW 成比例喷射燃料。燃料可以通过包括储油箱、 燃料泵和燃料轨的燃料系统 ( 未显示 ) 供给 燃料喷嘴 66。
进气通道 42 可以包括具有节流板 64 节气门 62。在这个具体例子中， 节流板 64 的 位置可以经由提供给电机或致动器的信号由电子控制器 12 改变， 该致动器包括节气门 62， 即一种通常叫做电子节气门控制器 (ETC) 的结构。以这种方式， 节气门 62 可以被操作以改 变提供给燃烧室 30， 尤其是发动机气缸的进入空气。节流板 64 的位置可以通过节气门位 置信号 TP 提供给电子控制器 12。进气通道 42 包括为电子控制器 12 提供相应信号 MAF 和 MAP 的质量空气流传感器 120 和歧管空气压力传感器 122。 如上所述， 图 1 只示出多气缸发动机的一个气缸， 并且每个气缸可以同样包括其 自己的一组进气 / 排气阀、 燃料喷嘴等。
电 子 控 制 器 12 在 此 处 示 出 为 微 型 计 算 机， 该微型计算机包括微处理单元 (CPU)102， 输入 / 输出接口 104， 用于可执行程序和校准值的电子存储介质， 其在这个具体 例子中示为只读存储器 (ROM)106、 随机存取存储器 (RAM)108、 保活存储器 (KAM)110， 以及 数据总线。存储介质只读存储器 106 可以用计算机可读数以及预期的但是没有专门列出的 其他变量编程， 该计算机可读数据表示由微处理单元 102 可执行的指令， 用于进行下面描 述的方法。
除了前面所讨论的这些信号之外， 电子控制器 12 还可以接收来自连接于发动机 10 的传感器的各种信号， 包括从质量空气流传感器 120 引入的质量空气流 (MAF) 的测量、 来自连接于冷却套管 114 的温度传感器 112 的发动机冷却剂温度 (ECT) ； 来自连接于曲轴 40 霍尔效应传感器 118( 或其他类型 ) 的表面点火感测信号 (PIP) ； 来自节气门位置传感器 的节气门位置 (TP) ； 以及来自传感器 122 的歧管绝对压力信号， MAP。来自歧管压力传感器 的歧管压力信号 MAP 可以用来提供进气歧管中的真空或压力指示。发动机速度信号， RPM， 可以由电子控制器 12 根据信号 PIP 产生。在一个例子中， 曲轴每转一圈发动机位置传感器 ( 霍尔效应传感器 118) 可以产生预定数目的等间隔脉冲， 从该预定数目的等间隔脉冲可以 确定发动机的速度 (RPM)
现在返回到燃烧室 30 下游的排放控制系统， 所示的排气传感器 126 连接于在排气 控制装置 70 上游的排气通道 48。排气控制装置 70 可以是氧化催化剂、 NOX 收集器、 柴油排
气微粒滤清器 (DPF)、 各种其他排气控制装置， 或其组合。在一个例子中， 排气控制装置 70 可以包括多个催化剂块。 在另一个例子中， 可以使用多个排气控制装置， 每个具有多个催化 剂块。所示的排气控制装置 70 沿着在排气传感器的 126 下游的排气通道 48 设置。排气传 感器 126 可以是用于提供排气空气 / 燃料比的指示的任何合适的传感器， 例如线性氧传感 器或 UEGO( 通用或宽范围排气氧含量 )、 双态氧传感器或 EGO、 HEGO( 加热的 EGO)、 NOX、 HC 或 CO 传感器。在一些实施例中， 在发动机 10 运行期间， 排放控制装置 70 可以通过在特定 的空气 / 燃料比或温度内运行发动机的至少一个气缸来周期性地重新设置。
排放控制系统还包括具有诸如第一 SCR 区 78 和第二 SCR 区 80 的两个或更多个 SCR 区的选择性催化剂还原 (SCR) 系统 76。还原剂喷嘴 74 根据从电子控制器 12 接收的信 号可以在第一 SCR 区 78 的上游， 喷射诸如尿素或氨的还原剂。由还原剂喷嘴 74 喷射的还 原剂可以来源于还原剂储存单元 ( 未显示 )。
传感器 90 可以设置第二 SCR 区 80( 或在多于两个 SCR 区的情况下， 最后的 SCR 区， ) 的下游， 并且可以构造成测量 NOX、 氨和 / 或其他排气成分， 并且将测量传输给电子控 制器 12。而且， 排气可以流到剩余的下游部件和 / 或经由排气尾管 202 流到大气。
电子控制器 12 可以接收来自传感器 90 的信号， 并且根据还原剂喷射策略向还原 剂喷嘴 74 发送信号并从还原剂喷嘴 74 接收信号。这种还原剂喷射策略可以根据从传感器 90 接收的信号更新， 这将在下面描述。而且， 氨可以利用激励方法在排气尾管中被检测。 用于监控并控制排放控制系统的一种方法包括在电子控制器 12 中采用一个或多 个排放控制系统或其部件的模式。作为一个例子， 第一 SCR 区 78 的预测的或前馈的氨储存 模式可以与映射表一起使用， 以建立用于第一 SCR 区的输入和储存水平。以这种方式， 能够 有效地控制从第一 SCR 区和 / 或第二 SCR 区逃逸的还原剂。还原剂储存模式的应用还用于 在车辆起动时在电子控制器 12 中的催化剂储存状态， 因而用于改善冷起动或热起动状态。
用于 SCR 区的另一种还原剂储存模式可以将每个 SCR 区模拟 (model) 为具有多个 区段， 使得排放控制系统的控制能够基于该 SCR 区的径向和 / 或轴向区域的局部状态， 借助 预测的容量， 能够改善还原剂喷射控制的限制。通过这种多区段模拟 ( 或在一些条件下通 过直接测量 )， SCR 区可以看作若干相连接的区段， 其中每个具有根据局部运行条件映射的 规定的特性。而且， 用于排气控制系统中的氧化催化剂的氧化模式可以改善 SCR 区的储存 模式的预测性质。
排放控制系统或其部件的模式可以根据从设置在第一和 / 或第二 SCR 区的上游和 / 或下游的一个或多个 NOX 传感器、 还原剂传感器、 UEGO 传感器、 和 / 或温度传感器接收的输 入更新。来自传感器的反馈也可以提供对于模式的有效控制， 和 / 或可以用来对排放控制 策略进行实时的精确调节。而且， 来自传感器的反馈可以用来调节模式的输入， 以补偿 SCR 区性能的任何退化， 因此在排放控制系统的整个寿命期间保持该模式的有效性。
如上所述， 可以利用具有串联的两个或更多个 SCR 区的排放控制系统的多种结 构， 并且每种结构可以提供规定的特性。但是， 正如此处所描述的， 通过机械地设置 SCR 区， 可以实现还原剂逃逸减少和 NOX 转化效率改善的一些被动控制。作为一个具体的例子， 还 原剂可以在 SCR 区的上游喷射， 结果在第一 SCR 区得到高 NOX 转化效率， 同时多于的还原剂 可以被动地捕获并储存在第二 ( 或第三、 第四等 ) 下游 SCR 区。
作为第一个示例性结构， 图 1 的排放控制系统示出 SCR 系统 76 包括作为第一催化
床的第一 SCR 区 78 和作为第二催化床的第二 SCR 区 80。该第一 SCR 区在体积上 (volume) 明显小于第二 SCR 区， 用于催化剂快速起燃 (light-off)。 在一个例子中， 总的 SCR 体积 ( 例 如， 第一 SCR 区和第二 SCR 区的体积 ) 可以是内燃发动机排量的 200％， 并且第一 SCR 区 78 的体积可以是该总的 SCR 体积的任何百分数， 这个百分数能够提供用于冷起动排放水平的 足够的储存。第二 SCR 区 80 的尺寸可以设计成提供足够的空间， 用于储存从第一 SCR 区 78 逃逸的还原剂。由于第二 SCR 区 80 的尺寸增大， 因此能够提供用于从第一 SCR 区 78 逃逸 的氨的较大的溢流容器， 并且能够进一步减小氨逃逸的危险。
图 2 示出用于 SCR 系统 76 的另一种结构。在此处， 第一 SCR 区 78 设置在还原剂 喷嘴 ( 未显示 ) 的下游， 并且与设置在第一 SCR 区 78 的下游的第二 SCR 区 80 明显分开。 也就是， 第一 SCR 区 78 可以看作第一 SCR 催化剂， 而第二 SCR 区 80 可以看作第二 SCR 催化 剂。
第二 SCR 区 80 可以设置成明显地远离第一 SCR 区 78， 使得与排气温度对第一 SCR 区 78 的影响相比， 减小和 / 或延迟排气温度对第二 SCR 区 80 的影响。因此， 在发动机运行 期间， 如果第一 SCR 区的温度增加并且第一 SCR 区还原剂储存容量因此减少， 则至少第二 SCR 区 80 的温度能够保持低于第一 SCR 区 78， 使得能够保持在第二 SCR 区 80 的还原剂储 存的预定量。因此， 从第一 SCR 区 78 通过而未转化的 NOX 的高 NOX 转化效率能够在第二 SCR 区 80 实现。在另一个例子中， 第二 SCR 区可以连接于冷却器， 以保持低于第一 SCR 区的温 度。
图 3 示出 SCR 系统 76 的另一种结构。在此处， 第一 SCR 区 78 被示作 SCR 催化剂 的第一区段， 而第二 SCR 区 80 被示作 SCR 催化剂的第二区段。在这个例子中， 第一区段和 第二区段设置成彼此相邻， 因此它们一起形成一体的 SCR 催化剂。这种结构对于减小空间 和成本是有利的。
还有， 图 4 示出另一种结构。 第一 SCR 区 78 设置在还原剂喷嘴 ( 未显示 ) 的下游。 而 SCR 过滤器 82 设置在第一 SCR 区 78 的下游， 第一 SCR 区 78 可以与 SCR 过滤器 82 结合。 第二 SCR 区 80 设置在第一 SCR 区 78 和 SCR 过滤器 82 的下游， 并且氧化催化剂 84 设置在 SCR 过滤器 82 和第二 SCR 区 80 之间。关于这种结构， 一个或多个传感器 ( 例如， NOX、 NH3、 UEGO 等 ) 可以设置在氧化催化剂 84 的上游和 / 或下游， 因此可以检测还原剂 ( 例如， 氨) 逃逸， 并且因此能够检测氧化催化剂 84 的转化水平。可以设置第一还原剂传感器 86 和第 二还原剂传感器 88， 如图所示。
提供氧化催化剂 84， 以便接收从第一 SCR 区 78 逃逸的还原剂， 并且氧化至少一部 分逃逸的还原剂。以这种方式， 还原剂 ( 例如， 氨 ) 能够转化成 NOX， 用于随后提供给第二 SCR 区 80， 以避免在第二 SCR 区过多的还原剂储存容量。但是， 在一些情况下， 希望在氧化 催化剂 84 仅仅氧化一部分逃逸的还原剂， 并且有意使从第一 SCR 区 78 逃逸的大多数还原 剂进入第二 SCR 区 80。 为此， 氧化催化剂 84 可以从传统的氧化或氨逃逸控制功能改变成从 第一 SCR 区 78 或 SCR 过滤器 82 的大多数氨逃逸到第二 SCR 区 80 的功能。
因此， 氧化催化剂 84 可以包括使还原剂到 NOX 转化是低效率 ( 例如， 40％的还原 剂到 NOX 转化 ) 的材料。例如， 氧化催化剂 84 可以很薄， 并且由于用于排放与催化表面发 生反应的有限的驻留时间， 因此具有比较低的效率。可选地， 或附加地， 可以在氧化催化剂 块上钻孔以形成气体旁路区， 因而减少用于排放与催化剂中间层大量交换的机会。 例如， 氧化催化剂 84 可以包括钻孔材料或可以被设计为形成和 / 或包括多个孔。在另一个例子中， 氧化催化剂 84 可以用形成具有低蜂窝密度 (cell density)， 例如 50-200cpsi， 因而为了氧 化， 限制还原剂 ( 例如氨 ) 到氧化催化剂 84 的大量传输。还有， 为了较低的氧化性能， 氧化 催化剂 84 可以具有低于调整的 (tuned) 预定阈值的一定量的铂族金属。在又一个例子中， 可以利用选择的涂覆工艺， 而不是来自块 (brick) 的切割部分， 其中底部基质区将不用中 间层进行处理或涂覆以形成不反应的空白区。 这可以通过向基质的选择部分施加浆状装料 (charges) 并且不完全涂覆来进行。可以提供氧化催化剂结构和材料的各种实施例。
如上所述， 氧化催化剂可以构造成使得从第一 SCR 区 78 逃逸的大多数还原剂进入 第二 SCR 区 80。图 5 将由两种不同的氧化催化剂引起的氨 (NH3) 转换成 NOX 的效率作为温 度的函数。对于这个示例性的曲线图， 温度以每分钟 10 摄氏度的速度增加， 具有 300ppm 氨 原料气。实线表示， 一旦全部氧化催化剂 ( 例如标准柴油氧化催化剂 ) 已经达到起燃 ( 例 如， 150-200 摄氏度 ) 之后， 它几乎将氨完全转化成 NOX。在这个例子中， 氨转化的量表示为 例如由图 4 的还原剂传感器 86 检测的氨量对由图 4 的还原剂传感器 88 检测的氨量的百分 比。相反， 虚线表示， 一旦具有 75％的其表面可得到的用于氧化的氧化催化剂已经达到起 燃之后， 它转化它所接收的氨的大约 50％。因此， 如果希望将氧化催化剂 84 接收的大多数 还原剂传到第二 SCR 区 80， 则具有 75％的其表面可得到的用于氧化的氧化催化剂可以包括 在 SCR 系统 76 中。可得到的催化剂表面的量可以根据在氧化催化剂处希望的氨转化的量 来选择， 并且任何转化百分比都是可能的。
而且， 图 6 示出在如图 6 相同的条件下在柴油氧化催化剂 84 的下游的氨 (NH3) 逃 逸的量。一旦它已经达到稳定的运行状态 ( 例如 300 摄氏度 ) 之后， 全部氧化催化剂仅仅 逃逸少量的氨。 但是， 一旦它已经达到稳定的运行状态之后， 具有 75％的其催化剂表面可得 到的用于氧化的氧化催化剂可以逃逸输送给该氧化催化剂的大约一半的氨。这与图 5 所示 的氨转化的量相一致。
应当理解， 氧化催化剂包括一种或多种氨氧化催化剂、 稀 NOX 收集器、 柴油氧化催 化剂、 和 / 或 NOX 吸收催化剂、 正如在下面将要讨论的， 反馈到电子控制器和 / 或还原剂喷 嘴的氧化催化剂性能可以用来控制还原剂喷射。
现在返回到在提供的 SCR 系统的每个 SCR 区的 NOX 转化的问题， 在一个例子中， 与 第二 ( 第三 )SCR 区相比， 第一 SCR 区被操作转化较高部分的发动机排出物 NOX。实现这种 转化的一种方式是在第一 SCR 区具有高装载的中间层， 使得在第一 SCR 区转化的 NOX 的量可 以被增加。为了实现高装载的中间层并且仍然能够达到快速起燃 ( 例如， 在第二 SCR 区 80 起燃之前 )， 第一 SCR 区可以具有比第二 SCR 区小的体积 ( 如图 1 所示 )。
因此， 第一 SCR 区可以具有第一表面面积 - 体积比， 该第一表面面积 - 体积比大于 第二 SCR 区的第二表面面积 - 体积比。换句话说， 第一 SCR 区的第一中间层密度可以大于 第二 SCR 区的第二中间层密度。在一个例子中， 第一 SCR 区的涂覆水平可以超过标准装料 水平至少 10％， 并且涂覆水平可以如用于快速还原剂 ( 例如氨、 尿素 ) 饱和的喷射限制一样 高。以这种方式， 即便第一 SCR 区在体积很小， 第一 SCR 区也能够在发动机冷起动期间用喷 射的还原剂快速地饱和， 并且第一 SCR 区的起燃由于低热惯性能够很快达到。
如图 7 所示， 通过增加第一 SCR 区的中间层的装料约 30％， 可以减少达到饱和的 SCR 区的起燃运行的时间。也就是， 高装料的中间层 ( 实线， 1.3X) 使 NOX 去除发生明显快于由标准中间层装料 ( 虚线 1.0X) 引起的 NOX 去除。
为了实现高中间层密度， 可以采用若干种方法。例如， 第一 SCR 区可以包括高蜂窝 密度材料， 用于增加施加中间层的可利用的表面面积。这可以用于更多的大表面界面以增 加性能 (performance) 的交换。作为另一个例子， 第一 SCR 区可以具有高孔隙材料， 使得附 加的中间层能够被支撑在第一 SCR 区的壁结构内。以这种方式， 中间层可以在壁中并且在 表面上， 以提供最大的装料。作为用于增加中间层装料的又一个例子， 第一 SCR 区可以包括 薄壁材料。将 SCR 中间层施加于薄壁的优点是减少 SCR 部件的热惯性， 使得中间层材料迅 速被加热并且保持该热。
还有， 关于没有基质的挤压的 SCR 可以是附加的选择， 以形成高中间层密度 SCR。 应当理解， 可以实现各种实施例， 或所讨论的结构和材料都不用于增加中间层装料。 可以调 整这些特征的平衡， 以保持排放控制系统部件的希望的全寿命性能。
相反， 有些时候， SCR 区的中间层装料， 或中间层秘密度可以有意的限制以避免过 高的背压。在这种情况下， 具有串联的两个或更多个 SCR 区的排放控制系统还可以具有用 于氨储存的有限的容量， 并且因此承担还原剂从第二 SCR 区逃逸到排气尾管的风险。在该 示例中， 其中在本系统中释放压力是所需要的， 利用氧化催化剂 ( 见图 4) 可以是有利的， 因 为， 如上所述， 第一 SCR 区可以被饱和以实现快速起燃， 并且至少一些从第一 SCR 区逃逸的 还原剂能够在氧化催化剂处转化为 NOX， 因此减少还原剂从第二 SCR 区逃逸的危险。 已经提出用于被动减少氨逃逸同时提高 NOX 转化效率的若干种排放控制系统结 构。这些结构每种可以适应特定的排放控制策略。即， 为了进一步解决还原剂逃逸， 提出若 干种用于主动防止氨逃逸同时提高 NOX 转化效率的方法， 并且也可以用其他各种方法。
具体说， 图 8 示出用于根据诸如储存容量的 SCR 区状态， 选择多种排放控制策略其 中之一的综述方法 500。该多种排放控制策略在图 10-14 示出。具体说， 如果第一 SCR 区和 第二 SCR 区在稳定、 预热状态 ( 例如， 两个 SCR 区具有希望的储存容量 ) 下运行， 则可以选 择并且执行第一排放控制策略。如果第一 SCR 区不具有希望的储存容量 ( 例如太低 ) 但是 第二 SCR 区具有希望的储存容量， 例如当第一 SCR 区过热时， 则可以选择并且执行第二排放 控制策略。而且， 如果第一 SCR 区具有希望的储存容量， 而第二 SCR 区不具有希望的储存容 量 ( 例如太低 )， 例如在发动机预热期间， 则可以选择并且执行第三排放控制策略。 还有， 如 果两个 SCR 区都不具有希望的储存容量， 例如如果一个或多个 SCR 区正在退化或已经退化， 则可以选择并且执行第四排放控制策略。
现在回到图 8， 在 502， 运行状态被读取。运行状态可以包括一个或多个发动机运 行状态、 排放控制系统状态等。在 504， 设置用于第一 SCR 区和用于第二 SCR 区的储存容量 阈值 ( 例如， 最小希望储存容量 )。
储存容量阈值可以根据发动机运行状态确定， 诸如发动机是否正在起动、 空转、 加 速 / 减速、 关闭等。不同的发动机运行状态可以产生不同的发动机排出物 NOX 水平， 所以可 以设置用于 SCR 区的储存容量阈值以适应当前的发动机排出物 NOX 水平。 例如， 在发动机预 热期间， 当与发动机空转相比存在高发动机排出物 NOX 时， 可以设置较大的储存容量阈值。 而且， 储存容量阈值可以根据用于排放控制系统的希望的排放控制策略来确定， 并且希望 的排放控制策略本身， 可以根据将要讨论的第一和 / 或第二 SCR 区的状态来选择。应当理 解， 储存容量阈值可以最终由 SCR 区的中间层装料和 / 或中间层密度来限定。
回到图 9， 该曲线图示出 SCR 区的储存容量如何随着温度变化。因此， 在方法 500 的 504， 可以通过设置 SCR 区的希望的温度范围， 例如， 在 T1L( 例如， 下温度阈值 ) 和 T1H( 例 如上温度阈值 ) 之间， 设置用于 SCR 区的储存容量 (SC) 阈值。可以根据诸如图 9 的示例性 曲线图的预储存的映射， 或者根据一种或多种算法或模型， 可以确定用于 SCR 区的储存容 量阈值， 并且设置在电子控制器。虽然图 9 通过用于图 9 的第一 SCR 区的温度示出储存容 量的示例性曲线， 但是应当理解， 用于第二 SCR 区的储存容量和温度之间的示例性关系可 以与图 9 所示的相似或不同。
在 506， 该方法 500 可以包括确定排放控制状态。作为一个例子， 排放控制状态可 以包括第一和第二 SCR 区每个的实际储存容量。因此， 在 508， 方法 500 包括根据在 506 确 定的排放控制状态选择和 / 或设置排放控制策略。
回到图 10， 更详细地描述方法 500 的步骤 506 和 508。具体说， 图 10 示出用于确 定第一和 / 或第二 SCR 区的储存容量状态并选择排放控制策略的示例性方法 700。一般而 言， 储存容量状态可以通过 SCR 区的温度来确定， 该温度可以与具体的储存容量值或值的 范围相关联， 正如关于图 9 所描述的。
在 702， 方法 700 包括判断第一 SCR 区的储存容量是否大于第一储存容量阈值。 具 体说， 这可以包括判断第一 SCR 区的温度是否高于下阈值温度 T1L 和 / 或第一 SCR 区的温度 是否低于上阈值温度 T1H。
如果在 702 回答是 “是” ， 以便在第一 SCR 区存在希望的储存容量的量， 则方法 700 进行到 704， 在 704 判断第二 SCR 区的储存容量是否大于第二储存容量阈值。如果在 704 回 答是 “是” ， 以便在第二 SCR 区存在希望的储存容量的量， 则方法 700 进行到 706， 在 706 选 择第一排放控制策略。当第一和第二 SCR 区两者被预热， 并且在由例如尿素参加的情况下 能够将发动机排出物 NOX 转化成氮、 水和二氧化碳时， 可以选择第一排放控制策略。这可以 看作是运行的稳定状态。正如在下面关于图 11 所讨论的， 第一排放控制策略可以包括控制 第一 SCR 区和 / 或第二 SCR 区， 以保持在每个 SCR 区的储存的还原剂的预定的量 ( 例如， 每 个 SCR 区可以具有不同的预定量， 其中一个高于另一个， 或具有相同的预定量 )。
如果在 702 回答是 “不” ， 以便第一 SCR 区的储存容量小于希望的量， 则方法 700 进 行到 708， 在 708， 判断第二 SCR 区的储存容量是否大于第二储存容量阈值。如果在 708 回 答是 “是” ， 以便在第二 SCR 区存在希望的储存容量的量， 则方法 700 进行到 710， 在 710， 选 择第二排放控制策略。例如， 当发动机已经运行一定时间， 以使第一 SCR 区很热 ( 例如， 高 于上限温度 )， 但是第二 SCR 区仍然足够凉， 以便能够以合理的速率转化 NOX 时， 可以发生 (transpire) 用于在 710 选择第二排放控制策略的条件。正如将要关于图 12 详细讨论的， 第二排放控制策略可以包括控制第二 SCR 区， 以保持在第二 SCR 区储存的还原剂的预定量， 和 / 或使第一 SCR 区的储存容量高于第一储存容量阈值。
如果在 704 回答是 “不” ， 以便第一 SCR 区的储存容量大于第一储存容量阈值 ( 例 如， 希望的储存容量 )， 但是第二 SCR 区不大于第二储存容量阈值 ( 例如， 不是希望的储存容 量 )， 则方法 700 进行到 712， 在 712， 选择第三排放控制策略。在 712 用于选择第三排放控 制策略的条件是可以在发动机预热期间发生， 例如， 当第一 SCR 区已经达到起燃温度但是 第二 SCR 区尚未达到起燃温度时。关于图 13 所讨论的第三排放控制策略可以包括控制第 一 SCR 区， 以保持在其中的储存的还原剂的预定量和 / 或将第二 SCR 区的储存容量增加到高于第二储存容量阈值。
如果在 708 回答是 “不” ， 使得第一和第二 SCR 区两者都具有小于相应储存容量阈 值 ( 例如不是希望的储存容量 ) 的储存容量， 则方法 700 进行到 714， 在 714， 选择第四排放 控制策略。例如， 如果两个 SCR 区均高于高温阈值， 并且因此不能以合理的速度转化 NOX， 则 在 714 可以选择第四排放控制策略。 该第四排放控制策略可以包括工作 (efforts)， 以将一 个或多个 SCR 区的储存容量增加到储存容量阈值之上， 这将参考图 14 更详细地描述。
虽然方法 700 的组成部分以一种特定顺序示出， 但是应当理解， 一些或全部动作 可以包括在程序中， 并且动作可以以任何顺序进行。
将关于图 11-14 讨论的排放控制策略为 SCR 系统提供增加的灵活性。在一些情况 下， 能够过喷射还原剂 ( 相对于用于几乎完全的 NOX 转化的理想配比关系 )， 以便使第一 SCR 区用还原剂饱和， 因而确保接近完全的或完全的 NOX 转化效率。在一些情况下， 可以欠喷射 还原剂， 以减少氨逃逸的危险和 / 或基本完全用尽一个或多个 SCR 区的储存的还原剂。在 另外的其他时候， 还原剂可以以相对于需要基本上完全转化 NOX 的量的理想配比的水平喷 射。
参考图 11， 图 11 示出第一排放控制策略。例如， 当发动机以稳定状态运行时可以 执行方法 800。 具体说， 正如关如图 10 所讨论的， 当第一 SCR 区的储存容量高于第一储存容 量阈值并且第二 SCR 区的储存容量高于第二储存容量阈值时， 可以执行方法 800。 在 802， 方法 800 包括判断储存在第一 SCR 区的还原剂的量是否大于上阈值量 A1， 上阈值量 A1 如图 9 的虚线所示。这样的上阈值量 A1 可以设置成使得 “安全范围” 存在于 A1 上方。 通过将 A1 设置成低于最大储存容量， 可以避免不再有还原剂可以被储存并且还原 剂逃逸的危险非常高的情况。在一些例子中， 储存的还原剂的量可以计算或通过上面所述 的还原剂储存模式来预测。以这种方式， 来自第一 SCR 区的还原剂逃逸能够最少。如果在 802 回答是 “不” ， 表示储存在第一 SCR 区的还原剂低于上阈值量 A1， 则方法进行到 804。
同样， 在 804， 方法 800 包括判断存在第二 SCR 区的还原剂的量是否大于上阈值 A2， 上阈值量 A2 可以类似于上阈值 A1 的方式来选择或确定。也就是， 上阈值量 A2 可以选 择成 “安全范围” 存在于 A2 上方。如果在 804 回答是 “不” ， 则方法 800 包括调节还原剂喷 射， 或根据第一 SCR 区的状态， 例如在第一 SCR 区储存的还原剂的量， 调节在第一 SCR 区的 上游喷射的还原剂的量。在其他例子中， 第一 SCR 区的状态可以包括第一 SCR 区的储存容 量、 退化、 体积、 密度等。
可以进行 806 的调节， 以在第一 SCR 区达到希望的 NOX 转化效率。例如， 在发动机 起动期间， 806 的调节可以包括喷射还原剂的量的调节， 该还原剂的量大于理想配比的还原 剂对 NOX 之比。也就是， 第一 SCR 区可以用还原剂饱和， 使得在高发动机排出物 NOX 期间能 够在第一 SCR 区实现非常高的 NOX 转化效率 ( 例如 X％ )。在高还原剂喷射的情况下， 至少 一些还原剂 ( 例如 Y％ ) 可以从第一 SCR 区逃逸到第二 SCR 区， 在第二 SCR 区它能够被捕获 并储存， 为将来之用。
在一些情况下， 806 的调节可以包括在 808 根据第二 SCR 区的状态， 例如， 储存在第 二 SCR 区的还原剂的量， 调节喷射。这可以有助于以希望的水平 ( 例如， 低于第二阈值量 ) 保持储存在第二 SCR 区的还原剂的量。还有， 总的来说， 当氧化催化剂被包含在排放控制系 统中时， 可以根据氧化催化剂的性能进一步调节还原剂喷射量。
应当理解， 在一些情况下， 当第一 SCR 区的储存容量大于第二 SCR 区的储存容量 时， 可以进行 806 的调节。
如果在 804 回答是 “是” ， 表示在第一 SCR 区储存的还原剂的量低于上阈值量 A1， 但是在第二 SCR 区储存的还原剂的量等于或大于上阈值量 A2， 因此可以进行操作 (action) 以通过增加到第二 SCR 区的 NOX 流来减少储存在第二 SCR 区的还原剂的量。
具体说， 在 810， 方法 800 可以包括通过还原剂喷嘴减少还原剂喷射， 因而将在第 一 SCR 区储存的还原的量减少到预定的低水平。方法 800 还可以包括增加第一 SCR 区的温 度， 以减少第一 SCR 区在 812 转化 NOX 的能力。以这种方式， 能够增加到第二 SCR 区的 NOX 流。按照在第二 SCR 区储存的还原剂的量可以在 812 增加温度。以这种方式， 可以增加施 加于第二 SCR 区的 NOX 的量， 用于消耗在第二 SCR 区的储存的还原剂。
在一些情况下， 在 812， 方法 800 实际上可以包括， 使第一 SCR 区不作用 (disable) ( 例如， 通过增加第一 SCR 区的温度到足够高水平 )， 因此由发动机产生的基本上所有的在 NOX 进入第二 SCR 区。在 812 的不作用也可以通过另外的减少在第一 SCR 区储存的还原剂 的量来进行。 通过在增加第一 SCR 区的温度 ( 例如在 812) 之前减少喷射的还原剂的量 ( 例 如在 810)， 当在 812 增加第一 SCR 区的温度时能够减少或消除还原剂从第一 SCR 区向第二 SCR 区逃逸的危险。
在 814， 方法 800 可以包括通过使燃烧室内含物的空气燃料比变成比较稀来增加 到第二 SCR 的 NOX 流。在 816， 方法 800 还可以包括通过还原剂喷嘴进一步减少喷射的还原 剂的量。 以这种方式， 较少的 NOX 能够在第一 SCR 区转化， 并且这可以有效地得到更多的 NOX 进入第二 SCR 区。通过这样做， 利用在第二 SCR 区储存的还原剂。
在排放控制系统包括设置在第一 SCR 区和第二 SCR 区之间的氧化催化剂的情况 下， 方法 800 可以包括在氧化催化剂处氧化一些还原剂。因此， 流到第二 SCR 区的 NOX 流也 可以通过在氧化催化剂处的还原剂的氧化来增加。在一些例子中， 方法 800 可以包括喷射 大于理想配比的还原剂对 NOX 的比的还原剂的量， 以增加由氧化催化剂产生的 NOX 的量。
如果在 802 的回答是 “是” ， 并且在第一 SCR 区储存的还原的量等于或大于上阈值 量 A1， 则可以进行减少在第一 SCR 区储存的还原的量的动作。即， 在 820， 可以减少喷射的 还原剂的量。 而且， 在 822， 方法 800 可以包括例如， 通过以较稀的空燃比运行发动机增加发 动机排出物 NOX， 并且因而增加到第一 SCR 区的 NOX 流。在另一个例子中， 当储存在第一 SCR 区的还原剂的量等于或大于上阈值量 A1 时， 储存在第二 SCR 区的还原剂的量可以被确定， 并且第一和 / 或第二 SCR 区的还原剂喷射、 NOX 流、 和 / 或温度可以根据储存在第二 SCR 区 的还原剂的量进一步调节。
在一些排放控制结构中， 可以希望 SCR 区的下游包括还原剂逃逸催化剂， 以使排 放控制系统能够运行， 其中储存的还原剂的量接近每个相应的 SCR 区的最大储存容量。也 就是， 由燃料喷射器喷射的还原剂的量将足够高， 以使第一和第二 SCR 区两者的中间层饱 和。在这种情况下， 如果排放控制系统包括氨逃逸催化剂， 并且在 802 回答是 “是” ， 则可以 跳过步骤 820 和 822， 并且可以监控该系统在尾管中逃逸的氨。 如果在尾管中的氨逃逸的量 高于预定的阈值， 则可以调节排气温度、 发动机排出物 NOX、 还原剂喷射和 / 或第一和 / 或第 二 SCR 区的还原剂储存容量， 以有效地净化该排放控制系统的任何希望的区域。
回到图 12， 第二排放控制策略被是为方法 900。如上所述， 当第一 SCR 区的储存容量小于第一储存容量阈值 ( 例如， 不是希望的储存容量 )， 并且第二 SCR 区的储存容量高于 第二储存容量阈值 ( 例如希望的储存容量 ) 时， 可以执行第二排放控制策略， 当第一 SCR 区 过热时能够发生第二 SCR 区的储存容量高于第二储存容量阈值。 在一些情况下， 当第一 SCR 区的储存容量小于第二 SCR 区的储存容量时可以执行方法 900， 其中第一和第二 SCR 区设置 在分开的排放控制装置中。
在 902， 方法 900 包括判断储存在第二 SCR 区的还原剂的量是否小于上阈值量 A2。 如果是， 则方法进行到 904， 在 904 方法包括基于第二 SCR 区的状态， 例如储存在第二 SCR 区 的还原剂的量， 调节在第一 SCR 区的上游喷射的还原剂的量。在其他例子中， 第二 SCR 区的 状态可以包括第二 SCR 区的储存容量、 退化、 体积、 密度等。
但是， 如果储存在第二 SCR 区的还原剂的量等于或大于该上阈值量 A2， 则方法 900 进行到 906， 在 906 发动机排出物 NOX 增加， 以试图减少在第二 SCR 区储存的还原剂的量。 这可以通过， 例如， 使一个或多个燃烧室以较稀的空燃混合物运行来实现。 如果排放控制系 统包括氧化催化剂， 则方法 900 可以包括在 908 在氧化催化剂处氧化一些还原剂， 以进一步 增加流到第二 SCR 区的 NOX 流。而且， 可以增加还原剂喷射， 以便增加由氧化催化剂产生的 NOX 的量。如果氧化还原剂不是排放控制系统的一部分， 则方法 900 可选地包括在 910 减少 还原剂喷射。
表示为方法 900 的第二排放控制策略也可以包括工作以将第一 SCR 区的储存容量 增加到第一储存容量阈值之上。这可以， 例如， 通过控制第一 SCR 区的温度来进行， 因为储 存容量极大地受温度的影响。 因此， 在 912 判断第一 SCR 区的温度是否高于下温度阈值 T1L。 如果在 912 回答是 “不” ， 这可能表示第一 SCR 区太凉， 说明储存容量低。因此， 方法 900 进 行到 914， 在 914， 在一个例子中第一 SCR 区通过增加排气温度被预热。如果在 912 回答是 “是” ， 这可能表示第一 SCR 区太热， 说明储存容量低。因此方法 900 进行到 916， 在 916 排 气温度可以降低试图冷却第一 SCR 区。控制可以处于应有的位置使得在 914 排气温度不升 高太多， 在 916 排气温度不降低太多， 以致不能显著地和 / 或消极地影响其他排放控制装置 ( 例如氧化催化剂、 第二 SCR 区等 ) 的运行。可以采用用于增加或减少第一 SCR 区的温度的 其他方法， 例如利用一个或多个换热器。
现在参考图 13， 第三排放控制策略被示作示例性方法 1000。 如上所述， 当第一 SCR 区的储存容量高于第一储存容量阈值 ( 例如， 希望的储存容量 )， 并且第二 SCR 区的储存容 量不高于第二储存容量阈值 ( 例如， 不是希望的储存容量 ) 时， 例如当发动机正在预热使得 第一 SCR 区已经达到起燃温度， 但是第二 SCR 区还没有达到起燃温度时， 可以执行第三排放 控制策略。在一些情况下， 当第一 SCR 区的储存容量大于第二 SCR 区的储存容量时可以执 行方法 1000。
在 1002， 方法 1000 包括判断储存在第一 SCR 区的还原剂的量是否小于上阈值量 A1， 该上阈值量示意地示于图 9 中。如果在 1002 回答是 “是” ， 则方法 1000 进行到 1004， 在 1004， 方法 1000 包括根据第一 SCR 区的状态， 例如储存在第一 SCR 区的还原剂的量， 调节在 第一 SCR 区的上游喷射的还原剂的量。可以进行 1004 的调节， 以在第一 SCR 区实现希望的 NOX 转化效率。例如， 在发动机起动期间， 1004 的调节可以包括调节喷射还原剂的量， 该还 原剂的量是理想配比的还原剂对 NOX 的比。因此， 在高发动机排出物 NOX 持续时间期间能够 在第一 SCR 区实现接近完全的 NOX 转化效率 ( 例如， 大于 90％ )。如果在 1002 回答是 “不” ， 表示储存在第一 SCR 区的还原剂的量等于或大于上阈值 量 A1， 可以进行动作以通过增加流到第一 SCR 区的 NOX 流来减少储存在第一 SCR 区的还原 剂的量。如上所述， 这可以通过以较稀的空气燃料比运行发动机的一个或多个燃烧室来实 现。
在 1008， 方法 1000 可以包括通过还原剂喷嘴减少还原剂喷射， 因而将储存在第一 SCR 区的还原剂的量减少到低于上阈值量 A1。
表示为方法 1000 的第三排放控制策略也可以包括工作以使第二 SCR 区的储存容 量高于第二储存容量阈值。 这可以， 例如， 通过控制第二 SCR 区的温度来进行， 因为第二 SCR 区的储存容量可以通过控制其温度来调节。因此， 在 1010 判断第二 SCR 区的温度是否高于 第二 SCR 区下温度阈值 T2L。如果在 1010 回答使 “不” ， 这可能表示第二 SCR 区太凉， 说明储 存容量低。因此， 方法 1000 进行到 1012， 在 1012， 第二 SCR 区， 例如， 通过增加排气温度被 预热。
如果在 1010 回答使 “是” ， 可以确定第二 SCR 区太热， 因为储存容量低并且第二 SCR 区不太凉。 因此， 方法进行到 1014， 在 1014 排气温度可以降低试图冷却第二 SCR 区， 并且因 此增加储存容量。控制可以处于应有的位置， 使得在 1012 排气温度不升高太多， 在 1014 排 气温度不降低太多以至于不能显著地和 / 或消极地影响其他排放控制装置 ( 例如氧化催化 剂、 第二 SCR 区 ) 的运行。可以采用用于增加或减少第二 SCR 区的温度的其他方法， 例如利 用一个或多个换热器。 现在参考图 14， 方法 1100 是第四排放控制策略， 如果第一 SCR 区和第二 SCR 区两 者的储存容量都小于相应的储存容量阈值 ( 例如不是希望的储存容量 )， 例如当至少一个 SCR 区退化时， 可以执行第四排放控制策略。在此处， 第一 SCR 区的温度可以被调节到第一 希望的范围内， 并且第二 SCR 区的温度可以被调节到第二希望的范围内。
具体说， 在 1102， 方法 1100 包括判断储存在第一 SCR 区温度是否高于上温度阈值 T1H。如果在 1102 回答是 “不” ， 则在第一 SCR 区的温度尚未被预热到例如图 9 的点 A。方法 1100 可以进行到 1104， 在 1104， 排气热温度增加， 因而预热第一 SCR 区。 能够控制排气热温 度的一些方法可以包括调节燃烧室的内含物的空气燃料比、 喷射正时、 节流等。
而且， 方法 1100 可以包括在 1104 停止还原剂的喷射。可以希望停止喷射由于两 个 SCR 区的储存容量小于希望的量， 并且还原剂逃逸到大气的可能性很高。
如果在 1102 回答是 “是” ， 则第一 SCR 区的温度可能太高， 例如在图 9 的 B 点。因 此， 方法 1100 进行到 1106， 在 1106 排气热温度可以降低以便冷却该第一 SCR 区。
在 1108， 方法 110 可以包括判断第二 SCR 区的温度是否高于上阈值 T2H。如果在 1108 回答是 “不” ， 这表示第二 SCR 区可能是太凉 ( 例如图 9 的点 A)， 所以方法 110 进行到 1110， 在 1110 可以增加排气热， 以预热第二 SCR 区， 如果在 1108 回答是 “是” ， 则第二 SCR 区 可能太热 ( 例如图 9 的点 B)， 因此方法 1100 进行到 1112， 在 1112 排气温度可以降低， 试图 冷却第二 SCR 区。
从图 11-14 所示的排放控制策略的讨论， 应当理解， 在一些条件下， 排放控制系统 可以运行， 其中在第一 SCR 区储存的还原剂的第一量大于在第二 SCR 区储存的还原剂的第 二量， 正如一些实施例一样， 例如在第三排放控制策略期间， 在发动机冷起动期间， 或当第 二 SCR 区的温度低于下阈值 ( 例如， 太凉 ) 或高于上阈值 ( 例如， 太热 ) 时。
在一些情况下， 由于偶然事件 ( 例如， 作为正常发动机运行的结果 ) 在第一 SCR 区 可能存在多于第二 SCR 区的储存的还原剂。在其他例子中， 运行参数可以调节， 以达到储存 的还原的第一量大于储存的还原剂的第二量。 所述运行参数可以包括一个或多个 NOX 流， 第 一 SCR 区的温度、 第二 SCR 区的温度以及喷射的还原剂的量， 正如一些实施例一样。因此， 为了达到第一储存的还原剂的量大于第二储存的还原剂的量， 可以减少流到第一 SCR 区的 NOX 流， 第一 SCR 区的温度可以保持在预定的范围， 和 / 或可以增加喷射的还原剂的量。
另一方面， 排放控制系统可以操作， 其中储存的还原剂的第二量大于储存的还原 剂的第一量， 作为一些例子， 例如当第一 SCR 区的温度高于上阈值 ( 例如， 太热 )， 或当第一 SCR 区不作用， 或当使用 SCR 过滤器 ( 或柴油微粒滤清器 ) 更新时。在一些情况下， 作为发 动机运行的结果， 或偶然事件， 在第二 SCR 区储存的还原剂可能多于第一 SCR 区储存的还 原剂。这可以在车辆加速和 / 或发动机速度高于预定阈值时发生。例如， 在急加速和高速 驱动期间， 第一 SCR 区的效率可以低于 100％， 由于第一 SCR 区的高温和高空间速度 (high space velocity)。 在这种情况下， 第二 SCR 区处于这样的温度窗口， 可以足以使从第一 SCR 区接收而未转化的 NOX 在第二 SCR 区被储存的 NH3 消耗。
在其他例子中， 可以调节运行参数， 以使储存的还原剂的第一量少于储存的还原 剂的第二量。 正如所讨论的， 所述运行参数可以包括一个或多个 NOX 流、 第一 SCR 区的温度、 第二 SCR 区的温度以及喷射的还原剂的量。为了达到储存的还原剂的第一量少于储存的还 原剂的第二量， 与在第二 SCR 区的 NOX 流相比， 可以减少流到第一 SCR 区的 NOX 流， 第一 SCR 区的温度可以增加到上阈值之上， 并且 / 或第二 SCR 区的温度可以保持在预定的范围。而 且， 根据其他条件可以增加或减少喷射的还原剂的量， 以便达到储存在第二 SCR 区的还原 剂的量比第一 SCR 区的大。
作为示意曲线图， 图 15 示出在发动机运行期间并且排放控制系统构造成利用此 处所述排放控制策略期间， 在中间位置 ( 例如在第一 SCR 区和第二 SCR 区之间 ) 的还原剂 的量以及在排气尾管部位的还原剂的量。从这个曲线图能够理解， 利用多于一个的 SCR 区 和此处所述的排放控制策略的结合大大减少还原剂逃逸。
具体说， 图 15 预示地示出 “典型的” 场状态。迹线示出在 FTP 75 循环上的氨释放。 在这个例子中， 第一 SCR 区和第二 SCR 区具有中等到高氨的预先吸附水平。0-505 秒第二 区是气囊 1 冷起动 - 其中 NH3 的一些过喷射以帮助与少量逃逸的转换。较大的氨峰值是来 自 FTP 的气囊 3- 热起动， 并且从第一 SCR 区的释放是驱动的温度， 并且该第二是由于预先 吸收的氨限制一些吸收。相反， 在没有预先吸收的情况下， 用此处所述的过喷射策略， 存在 与实线相似的迹线， 但是虚线不具有任何超过 20ppm 的峰值， 由于第二 SCR 区被调节， 基本 没有储存其中的氨， 并且能够完全吸收该峰值。
现在回到诊断在具有串联的多于一个的 SCR 区的排放控制系统中排放控制系统 部件的问题， 图 16 示出方法 1200。作为一些例子， 方法 1200 包括在 1202 读取运行状态。 运行状态可以包括发动机运行状态和 / 或当前排放控制策略。在 1202 判断排放控制系统 是否存在问题， 并且该问题不是还原剂喷嘴的问题， 也不是可以检测排放控制系统部件的 状态的任何一个或多个传感器的问题。也就是说， 除第一 SCR 区和第二 SCR 区之外的排放 控制部件作为排放控制系统问题的选择对象贡献者可能已经被排除 ( 或诊断 )。
正如将要详细地讨论的， 当 SCR 区之一不转化 NOX、 以不合理的低速率 ( 例如小于50％ )、 或以已知的速率转化 NOX 时可以进行诊断。因此， 当第一和 / 或第二 SCR 区的温度 太低或太高以致不转化 NOX 时可以进行诊断。例如， 如果第一 SCR 区在 NOX 转化区范围之 外， 可以诊断第二 SCR 区。另一方面， 如果第二 SCR 区在 NOX 转化范围之外， 则可以诊断第 一 SCR 区。运行范围可以适应于 SCR 的温度范围和 / 或储存容量。
尽管没有示出， 但是方法 1200 可以包括调节运行参数， 以达到第一 SCR 区的希望 的温度和 / 或第二 SCR 区的希望的温度， 其中运行参数可以包括发动机速度、 发动机载荷、 空气 - 燃料比以及喷射的还原剂的量中的一个或多个。也就是， 可以有意地增加或减少第 一和 / 或第二 SCR 区的温度， 以便将该系统放置在有利于进行 SCR 系统诊断的状态。
在 1204， 方法 1200 包括判断第一 SCR 区的温度是否高于上阈值温度 T1H。如果在 1204 回答是 “是” ， 这可能表示第一 SCR 区不作用 ( 例如， 不能转化 NOX)。因此， 方法 1200 进行到 1206， 并且判断第二 SCR 区的温度是否高于下阈值温度 T2L。下阈值温度 T2L 可以是 低于第二 SCR 区不能储存还原剂和 / 或不能转化 NOX 的温度。因此， 如果在 1206 回答是 “是” ( 例如第二 SCR 区正在转化 NOX)， 则方法进行到 1208。
在 1208， 方法 1200 可以包括评估第二 SCR 区的性能。由于在这些条件下第一 SCR 区可能是功能不作用， 因此在假定发动机排出物 NOX 的大多数流向第二 SCR 区而不在第一 SCR 区转化的情况下， 第二 SCR 区的诊断可以进行。这可以， 例如， 在 SCR 过滤器更新期间， 当第一 SCR 区受到高温时发生。 也就是， 在 SCR 循环更新期间， 第一 SCR 区的温度可以升高， 并且因此还原剂储存容量减少。
在 1210， 例如， 方法 1200 包括从第二 SCR 区下游的 NOX 传感器读取传感器信号。 在 1212， 方法 1200 可以包括确定第二 SCR 区的储存容量。方法 1200 也可以包括在 1214 确定 第二 SCR 区的 NOX 转化效率。可以进行各种计算和 / 或比较， 以评估第二 SCR 区。
在 1216， 如果确定第二 SCR 区的性能比预期的性能低 ( 例如， 该性能不如预期的 好 )， 则方法 1200 包括在 1218 设置第二 SCR 区的诊断。作为一个例子， 设置第二 SCR 区的 诊断可以响应于第二 SCR 区的储存容量小于第二 SCR 区的预期的储存容量来进行。也就是 说， 方法 1200 包括根据表示第二 SCR 区退化的信号设置第二 SCR 区的诊断。
但是， 如果第二 SCR 区的性能至少等于预期的性能 ( 例如性能和预期的一样好 )， 第二 SCR 区的性能可能不是排放控制系统问题的根源。因此， 方法 1200 可以包括在 1220 设置试探性的第一 SCR 区诊断。也就是， 方法 1200 可以包括根据表示第二 SCR 区不退化的 信号设置第一 SCR 区的诊断。
如果在 1206 回答时 “不” ， 因此第一 SCR 区的温度高于上阈值 T1H( 例如， 第一 SCR 区太热 )， 并且第二 SCR 区的温度低于下阈值 T2L( 例如第二 SCR 区太凉 )。可以结束方法 1200。也就是， 在这个例子中， 可以不进行排放控制系统诊断。但是应当理解， 在具有用于 这样做的装置 (provisions) 的系统中 ( 例如， 附加的传感器 )， 排放控制系统诊断可以在这 种条件下进行。
如果在 1204 回答是 “不” ， 因此第一 SCR 区的温度不高于上阈值 T1H( 例如， 第一 SCR 正在转化 NOX)， 则方法 1200 进行到 1222。在 1222， 判断第二 SCR 区是否低于下阈值 T2L。 如果在 1222 回答是 “是” ， 因此第一 SCR 区正在转化 NOX 但是第二 SCR 区不转化 NOX， 则第一 SCR 区的诊断可以在第二 SCR 基本不提供 NOX 转化的假定下进行。例如， 在至少发动机的一 部分冷起动期间， 当第一 SCR 区， 但不是第二 SCR 区充分预热时， 这些状态可以发生。在 1224， 方法 1200 包括评估第一 SCR 区的性能。这可以包括在 1226 读取传感器 信号， 在 1228 确定第一 SCR 区的储存容量， 和 / 或在 1230 确定第一 SCR 区的 NOX 转化的效 率。
在 1232， 第一 SCR 区的性能与预期的性能进行比较。 作为一个例子， 第一 SCR 区的 性能可以是根据第一 SCR 区的温度的储存容量， 并且该储存容量可以于预期的储存容量比 较。在其他例子中， 在第一 SCR 区下游的 NOX 的量可以与预期的 NOX 的量进行比较， 和/或 第一 SCR 区的 NOX 转化效率可以与预期的 NOX 转化效率比较。
在任何情况下， 如果第一 SCR 区的性能低于预期的性能 ( 例如， 不以预期的速率擦 转化 NOX)， 则该方法 1200 包括在 1234 设置第一 SCR 区的诊断。也就是方法 1200 包括根据 表示第一 SCR 区退化的信号设置第一 SCR 区的诊断。
如果在 1232 回答是 “不” ， 方法 1200 包括在 1236 设置暂时的第二 SCR 区诊断。也 就是方法 1200 可以包括根据表示第一 SCR 区不退化的信号设置第二 SCR 区的诊断。
如果在 1222 回答是 “不” ， 因此第一 SCR 区和第二 SCR 区两者以相当高的速率转化 NOX， 排放控制系统诊断可以结束。
正如上面所提出的， 附加的或补充的， 可以提供排放控制系统诊断程序， 用于当第 一和 / 或第二 SCR 区可以运行并且以相当高的速率转化 NOX 时， 进行第一和 / 或第二 SCR 区 的诊断。这种程序可以依赖第一和 / 或第二 SCR 区下游的一个或多个传感器 ( 例如 NOX 传 感器 )。以这种方式， 即便当两个 SCR 区在可运行范围内， 一个或多个该 SCR 区的退化可以 通过将每个区的 NOX 转化效率 ( 由 NOX 传感器检测 ) 与预期的 NOX 转化效率进行比较来确 定。 预期的转化效率可以根据发动机载荷、 发动机速度、 储存容量、 储存的还原剂的量、 温度 等的一个或多个来确定。
如上所述， 氧化催化剂可以设置在第一 SCR 区的下游和第二 SCR 区的上游， 并且因 此至少可以氧化从第一 SCR 区施加的还原剂的一部分。在这种情况下， 方法 1200 可以包括 用于判断氧化催化剂是否如预期地进行的装置。在一些情况下， 在 1204 当第一 SCR 区的温 度高于上阈值 T1H 并且在 1206 当第二 SCR 区的温度低于下阈值 T2H 时， 方法 1200 可以包括 根据氧化催化剂的性能设置氧化催化剂诊断。 在这种情况下， 基本所有的发动机排出物 NOX 可以被接收在氧化催化剂处。因此， 电子控制器可以设置氧化催化剂的预期的性能 ( 例如， 将产生多少 NOX) 和第二 SCR 取的预期的性能 ( 例如， 将转化多少 NOX)， 并且将尾管的 NOX 量 与预期的 NOX 量进行比较。在又一些例子中， 如果在 1216 和 / 或 1232 回答时 “不” ， 则可以 进行氧化催化剂诊断。
方法 1200 是示范性的。例如， 在 1204 的判断可以用判断第一 SCR 区的温度是否 低于功能上使第一 SCR 区不作用的下阈值温度来代替， 或者可以用第一 SCR 区明显有利于 NOX 转化的任何其他判断来代替。同样， 在 1222 的判断可以用第二 SCR 区的温度是否高于 功能上使第二区不作用的上阈值温度的判断来代替， 或它可以用第二 SCR 是否区明显有利 于 NOX 转化的任何其他判断来代替。而且， 在 1206 的判断可以用第二 SCR 区是否在运行范 围内， 或它明显有利于 NOX 转化的判断来代替。
应当指出， 此处包含的示例性控制和估算程序可以与各种发动机和 / 车辆系统结 构一起使用。此处描述的具体程序可以表示一个或任何数目的多个的处理策略， 例如平稳 驱动、 间歇驱动、 多任务、 多线程等。因此， 所示的各种动作、 操作或功能可以按照所示的顺序进行、 或平行地进行， 或者在一些情况下可以省去。同样， 对于实现此处所述的示例性实 施例的特征和优点， 处理的顺序不是必需的， 但是这种顺序容易说明和描述。 一个或多个所 示的动作或功能可以根据使用的具体策略重复进行。而且， 所述的动作可以图解地表示编 码， 该编码将被编程在控制系统中的计算机可读的储存介质中。
应当理解， 此处所公开的结构和程序在性质上是示范性的， 并且这些具体的实施 例不认为是限制性的， 因为许多变化是可能的。例如， 上述技术可以用于与 4 缸发动机相对 的 V6、 L4、 L6、 V12 以及其他发动机类型。而且， 虽然各部分关于控制 / 调节还原剂喷射以 调节提供给各 SCR 区的氨进行描述， 但是， 例如在稀 NOX 收集器， 例如通过调节浓排气空气 燃料比， 在上游催化剂中还原剂生成也可以用来代替， 或增加还原剂喷射。因此， 对于以特 定方式调节还原剂喷射每个例子， 在上游稀 NOX 收集器中空气 - 燃料比的调节也可以用于 代替它。因此， 本发明的主题包括此处所描述的各系统和结构以及其他特征、 功能和 / 或性 质所有的新颖的和非显而易见的组合和子组合。
下面的权利要求具体指出认为是新颖的和非现而易见的某些组合和子组合。 这些 权利要求可能涉及 “一个” 元件或 “第一” 元件或其等同物。这种权利要求应当理解为包括 一个或多个这种元件的结合， 既不要求也不排除两个或更多个这种元件。 所公开的特征、 功 能、 元件和 / 或性质的其他组合和子组合可以通过在本申请中或相关申请中的现有权利要 求的修改或通过提出新权利要求来主张。这些权利要求， 无论广义、 狭义、 与原权利要求的 范围相同或不同， 也都被认为包含在本发明的主题内。