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CN103362621B - 柴油后处理系统的非甲烷碳氢化物转换效率诊断 - Google Patents

柴油后处理系统的非甲烷碳氢化物转换效率诊断 Download PDF

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Abstract

一种评价柴油发动机后处理（AT）系统中非甲烷碳氢化物（NMHC）转换效率的方法，包括再生包括布置在柴油颗粒过滤器（DPF）上游的柴油氧化催化器（DOC）的AT系统。还包括在再生期间监测DOC入口和出口温度。还包括通过确定DOC入口和出口温度之间的差值并将确定的DOC入口/出口温度差值和阈值DOC入口/出口温度差值做比较而评价DOC是否运行在阈值DOC效率或之上。还包括如果DOC运行于阈值效率或其之上时监测DPF出口温度，且确定DOC温度/DPF出口温度之间的差值。还包括通过将确定的DOC温度/DPF出口温度差值和阈值DOC温度/DPF出口温度差值做比较而评价DPF的NMHC转换效率是否在阈值NMHC转换效率或之上。还公开了系统和车辆。

Description

柴油后处理系统的非甲烷碳氢化物转换效率诊断
技术领域
本公开涉及用于评价柴油发动机后处理（AT）系统的非甲烷碳氢化物（NMHC）转换效率的系统和方法。
背景技术
已经开发出各种排气后处理装置（诸如颗粒过滤器以及其他装置），以有效地限制来自内燃发动机的排气排放。在压缩点火或柴油发动机的情形中，持续花费了大量的努力以开发用于降低否则将存在于发动机的排气中的大量含碳颗粒物的排放的实用且高效的装置和方法。
一种用于现代柴油发动机排气的后处理装置通常包括柴油氧化催化器（DOC）作为用于该目的的装置之一。DOC通常包含贵金属，诸如铂金和/或钯，其作为催化剂以氧化存在于排气流中的碳氢化物和一氧化碳成为二氧化碳和水。但是，显著量的发动机的碳氢排放物可在DOC上燃烧，且造成升高的温度和对催化剂的逐渐的损害。
此外，后处理系统还包括用于在排气被排放至大气之前采集和存放由柴油发动机排出的排烟颗粒物的柴油颗粒过滤器（DPF）。典型的DPF用作用于将颗粒物从排气流中移除的阱。和DOC类似，DPF包含诸如铂和钯的贵金属，其用作催化剂以进一步氧化存在于排气流中的排烟和碳氢化物。DPF可使用过热排气而被再生或清洁，以烧蚀积聚的颗粒。
发明内容
一种评价柴油发动机后处理（AT）系统中的非甲烷碳氢化物（NMHC）转换效率的方法，包括再生包括布置在柴油颗粒过滤器（DPF）上游的柴油氧化催化器（DOC）的AT系统。该方法还包括在再生期间监测DOC入口和出口温度。该方法还包括通过确定DOC入口和出口温度之间的差值并将确定的DOC入口/出口温度差值与阈值DOC入口/出口温度差值进行比较而评价DOC是否运行在阈值DOC效率或其之上。该方法还包括如果确定DOC运行于阈值DOC效率或其之上时监测DPF出口温度，且确定DOC运行温度和DPF出口温度之间的差值。DOC运行温度可在DOC的入口或出口处测量。该方法附加地包括通过将确定的DOC温度/DPF出口温度差值与阈值DOC温度/DPF出口温度差值进行比较而评价AT系统中的DPF的NMHC转换效率是否在阈值NMHC转换效率或其之上。
如果确定的DOC入口/出口温度差值小于阈值DOC入口/出口温度差值，则DOC可被确定为已经失效。根据本方法，还可产生标示DOC已经失效的信号。
如果确定的DOC温度/DPF出口温度差值小于阈值DOC温度/DPF出口温度差值，则DPF可被确定为已经失效。根据本方法，还可产生标示DPF已经失效的信号。
该方法还可附加地包括延长AT系统的再生，以在检测DPF出口温度之前将基本全部颗粒物从DPF烧蚀。
根据本方法，再生DOC和DPF系统、监测DOC入口和出口温度、评价DOC是否运行在阈值DOC效率或其之上、监测DPF出口温度、确定DOC温度和DPF出口温度之间的差值、评价DPF是否运行在阈值DPFNMHC转换效率或其之上、产生标示DOC以及DPF已经失效的信号、以及延长DOC和DPF系统的再生的动作中的每一个都可由控制器完成。
DOC和DPF可串联地布置在单个箱体中。
再生AT系统的操作可经由柴油燃料在DOC上游的注入进入配置为承载从发动机至DOC的排气流的通道而完成。
还提供了用于评价柴油发动机AT系统的NMHC转换效率的系统以及采用该系统的车辆。
当结合附图和所附的权利要求时，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势从下文中用于实施本发明的实施例（一个或多个）以及最佳模式（一个或多个）的详尽描述中是轻易地明显的。
附图说明
图1具有连接至包括用于降低排气排放的后处理（AT）系统的排气系统的柴油发动机的车辆的示意性平面视图。
图2是用于评价图1中的AT系统中的非甲烷碳氢化物（NMHC）转换效率的方法的流程图。
具体实施方式
参见附图，其中相同的附图标记指向相同的构件，图1示意性地示出了机动车辆10。车辆10包括压缩点火或柴油内燃发动机12，其配置为经由驱动轮14推动车辆。柴油发动机12中的内部燃烧在特定量的环境空气流16与由燃料箱20供应的计量量的燃料18混合、且产生的空气-燃料混合物在发动机的汽缸（未示出）内压缩时发生。
如所示，发动机12包括排气歧管22和涡轮增压器24。涡轮增压器24被由发动机12的各个汽缸在每一次燃烧事件后通过排气歧管22排出的排气气流26供能。涡轮增压器24连接至接收排气气流26并最终将气流释放至周围环境（通常在车辆10的侧部或后部）的排气系统28。尽管发动机12被描述为具有附连至发动机结构的排气歧管22，发动机可包括诸如大致形成在排气歧管中的排气通道（未示出）。在这样的情形中，上述通道可并入发动机结构中，诸如发动机的（一个或多个）汽缸盖。此外，尽管示出了涡轮增压器24，发动机12仍然可以配置且操作为不具有功率放大装置。
车辆10还包括柴油发动机后处理（AT）系统30。AT系统30包括多个排气后处理装置，其配置为从排气气流26中系统地移除大部分发动机燃烧的含碳颗粒副产品以及排放成分、并降低这样的颗粒进入大气的排放。如所示，AT系统30作为排气系统28的一部分运行，且包括柴油氧化催化剂（DOC）32。DOC32的主要功能是降低氮氧化物（NOX）和非甲烷碳氢化物（NMHC）。此外，DOC32配置为产生二氧化氮（NO2），其为布置在DOC32下游的选择性催化还原（SCR）催化器34所需要。DOC32通常包含诸如铂和/或钯的贵金属，其作为其中的催化剂以实现上述目标。总体地，关于NO2的产生，DOC32在升高的温度上被激活且达到运行效率。因此，如图1所示，DOC32可被紧密联接至涡轮增压器24，以在气体到达DOC之前降低来自排气气流26的热能损耗。
另一方面，SCR催化器34配置为在由DOC32产生的NO2的辅助下将NOX转换成双原子氮（N2）以及水（H2O)。SCR转换过程当在柴油发动机中采用还原剂时附加地需要受控量或计量量的还原剂，其通用的名称为“柴油-排气-流体”（DEF）36。DEF36可为包括水和氨（NH3）的尿素的水溶液。DEF36被从位于AT系统30中DOC32下游以及SCR催化器34上游的贮液箱37注入排气气流26中。因此，DEF36在排气气流26流动通过SCR催化器时接近SCR催化器34。SCR催化器34的内表面包括用于吸引DEF36的涂层，使得DEF可在NO和NO2存在的情况下和排气气流26相互作用，并产生化学反应，以还原来自发动机12的NOX排放物。
在SCR催化器34之后，排气气流26前进至和柴油颗粒过滤器（DPF）40串联地布置且位于其上游的第二柴油氧化催化器（DOC）38。DOC38和DPF40收纳在箱体42中。DOC38配置为将存在于排气气流26中的碳氢化物和一氧化碳氧化成二氧化碳（CO2）和水。DPF40配置为在排气气流26被排放至大气之前采集和处理由发动机12排放的颗粒物。因此，DPF40用作用于将颗粒物从排气流中移除的阱，该颗粒物特别地为NMHC。和上述的DOC32类似，DOC38和DPF40中的每一个通常包括诸如铂和/或钯的贵金属，其用作目标装置中的催化剂，以实现其相应的目的。在通过箱体42中的DOC38和DPF40之后，排气气流26被认为被充分其去除了有害颗粒物，且可继而被允许被排出排气系统28至大气。
AT系统30还包括配置为感知DOC38的入口温度的第一温度探针44以及配置为感知DOC38的出口温度的第二温度探针46。AT系统30附加地包括配置为感知DPF40的出口温度的第三温度探针48。此外，AT系统30包括控制器50。控制器50可为独立单元，或可为管控发动机12的运行的电子控制器的部分。此外，控制器50被编程为管控发动机12的运行，以及排气后处理装置（即DOC32、SCR催化器、DOC38和DPF40）的运行。第一、第二和第三温度探针44、46、48中的每一个都和控制器50电通信，以便于AT系统30通过控制器的管控。
经验表明，发动机12排出的碳氢化物可能有时非常大，从而AT系统30中的排气后处理装置既不能以足够的速率氧化、又不能以足够的速率滤去碳氢化物。由此，DOC32、SCR催化器34、DOC38和DPF40容易具有位于其上的碳氢排放物。增加的碳氢化物排放物可在AT系统30中持续地加载至DOC32、SCR催化器34、DOC38和DPF40。这样的AT系统30中的加载可显著地降低AT系统的运行效率。如还知道的，碳氢化物排放物在排气后处理装置上的显著的累积可造成升高的温度和特定装置的最终损害。
因此，AT系统30的排气后处理装置通常可在一定量的基于碳的烟灰积聚在相应的排气后处理装置上后被再生或清洁，以在发生任意AT系统的损坏之前烧去积聚的颗粒。排气后处理装置的再生可例如在特定的空气质量流在一段时间上已经被发动机消耗用于燃烧之后开始。通常，这样的再生可使用高温排气气流完成，以烧去积聚的颗粒。可通过直接将燃料注入装置上游的排气气流且继而在恰当的时刻点火注入的燃料而再生排气后处理装置。
车辆10还包括配置为评价和诊断DPF40中的NMHC转换效率的状态的系统52。系统52包括DOC38、DPF40、第一、第二、和第三温度探针44、46、48，以及控制器50。系统52还包括通道54，其为排气系统28的一部分，且配置为承载从SCR催化器34至箱体42的排气气流26。通道54包括装置56，其配置为选择地注入预定量的柴油燃料进入位于DOC38上游的通道、以过加热排气气流26并进行AT系统（特别是DPF40）的再生。控制器50管控装置56的运行，以在再生被认为是恰当时触发AT系统的再生。控制器50可附加地编程为延长AT系统30的再生时间，以确保在监测DPF出口温度之前，基本全部颗粒物已经被从DPF40烧去。
作为控制器50在系统52的运行中起的作用的一部分，控制器被附加地编程，以进行AT系统30中(特别是DPF40中)的NMHC转换效率的诊断。作为进行诊断的一部分，控制器50在再生过程中分别经由第一和第二温度探针44、46监测DOC38的入口和出口温度。控制器50还通过确定DOC38入口和DPF40出口温度之间的差值并将确定的或实际的DOC38入口/出口温度差值与阈值DOC入口/出口温度差值57进行比较而评价DOC38是否运行在阈值DOC38效率处或其之上。如果DOC38确定为运行在阈值DOC效率处或其之上，则DOC38被认为是正常运行的，且不需要更换。
控制器50还经由第三温度探针48在DOC38被确定操作在阈值DOC效率或其之上时监测DPF40出口温度。控制器50被附加地编程以在DOC被确定为运行在阈值DOC38效率或其之上时确定DOC38运行温度和DPF40出口温度之间的差值。DOC38的运行温度可在DOC的入口或出口处测量。控制器50还通过将确定的或实际的DOC温度/DPF出口温度差值与预定的阈值DOC温度/DPF入口温度差值60进行比较而评价DPF40的NMHC转换效率是否在阈值NMHC转换效率58或其之上。如果DPF40的NMHC转换效率处在阈值NMHC转换效率或其之上，则DPF40被认为在可接受的水平上工作，且不需要被更换。可通过测试具有DOC38和DPF40的验证的清洁且高效的示例的箱体42经验地建立阈值DOC温度/DPF出口温度差值60，然后编程至控制器50中。而且，阈值NMHC转换效率58也可被经验地关联至建立的阈值DOC温度/DPF出口温度差值60，且继而也被编程进入控制器50中。因此，DPF40的NMHC转换效率由此被基于收纳在箱体42中的DOC38以及结合的DOC38/DPF40系统或单独DPF的确定的NMHC转换效率而评价。
控制器50还可被编程为通知维护人员和/或车辆10的操作者DOC38和DPF40的运行效率的状态。因此，在控制器50确定实际的DOC入口/出口温度差值小于阈值DOC入口/出口温度差值时，DOC38可被识别为已经失效。在这样的情形中，控制器50可附加地产生感知信号62，例如经由用于维护人员和/或车辆10的操作者、标示DOC38已经失效的预定的数字编码，或视觉或听觉的显示。在控制器50确定实际的DOC温度/DPF出口温度差值小于阈值DOC温度/DPF出口温度差值时，DPF40可被识别为已经失效。和失效DOC38的上述情形类似，控制器50可继而产生显示至维护人员和/或车辆10的操作者、标示DPF40已经失效的信号64。
图2描述了评价AT系统30中的NMHC转换效率的方法70，如上关于图1所示。因此，方法在框72中开始，在此处其包括再生AT系统30。AT系统30的再生可受控制器50管控，且可经由柴油燃料在DOC38上游注入通道54中而完成。从框72开始，方法前进至框74，在该处方法包括由控制器50在再生期间监测DOC38入口和出口温度。方法从框74前进至框76。在框76中，该方法还包括控制器50通过确定DOC38入口和出口温度之间的差值并将确定的DOC38入口/出口温度差值与阈值DOC入口/出口温度差值57进行比较而评价DOC38是否运行在阈值DOC效率处或其之上。
在完成框76之前，方法还包括在DOC38的效率评价之后使得控制器50延长AT系统30的再生，以基本将全部颗粒物从DPF40烧去。在框76之后，方法前进至框78，其中该方法包括控制器50在DOC38被确定为运行在阈值DOC效率处或其之上时监测DPF40出口温度。在框78之后，方法前进至框80，在该处方法包括控制器50确定DOC38入口或出口温度与DPF40出口温度之间的差值。在DOC温度/DPF出口温度差值已经在框80中被确定之后，方法前进至框82。在框82中，该方法包括控制器50通过将确定的DOC38温度/DPF40出口温度差值与阈值DOC出口/DPF入口温度差值60进行比较而评价AT系统30中的NMHC转换效率是否在阈值NMHC转换效率58处或其之上。
在框82之后，方法可前进至框84，在该处如果确定的DOC38温度/DPF40出口温度差值小于阈值DOC温度/DPF出口温度差值60，则控制器50产生标示DPF40已经失效的感知信号62。此外，在框架76之后，方法可前进至框架86，在该处如果确定的DOC38温度/DPF40出口温度差值小于阈值DOC温度/DPF出口温度差值57，则控制器50产生标示DPF40已经失效的感知信号62。
该详尽的描述和附图或图表仅用于支持和描述本发明，但本发明的范围应仅有权利要求书限定。尽管已经描述了用于执行所公开的发明的最佳模式以及其他实施例，存在有各种可替换设计和实施例用于实施由所附的权利要求书限定的本发明。

Claims (10)

1.一种评价柴油发动机后处理(AT)系统中的非甲烷碳氢化物(NMHC)转换效率的方法，其特征在于，该方法包括：
使得柴油发动机后处理系统再生，其中柴油发动机后处理系统包括布置在柴油颗粒过滤器(DPF)上游的柴油氧化催化器(DOC)；
在再生期间监测DOC入口和出口的温度；
通过确定DOC入口和出口温度之间的差值并将确定的DOC入口/DOC出口温度差值与阈值DOC入口/DOC出口温度差值进行比较而评价DOC是否运行在阈值DOC效率处或其之上；
如果DOC被确定为运行于阈值DOC效率处或其之上，则监测DPF出口温度；
确定DOC温度和监测的DPF出口温度之间的差值，其中DOC温度是DOC入口温度和DOC出口温度中的一个；和
通过将确定的DOC温度/DPF出口温度差值与阈值DOC入口/DPF出口温度差值进行比较而评价DPF的NMHC转换效率是否在阈值NMHC转换效率处或其之上。
2.如权利要求1所述的方法，其中如果确定的DOC入口/DOC出口温度差值小于阈值DOC入口/DOC出口温度差值，则确定DOC已经失效，该方法还包括产生标示DOC已经失效的信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中如果确定的DOC入口/DPF出口温度差值小于阈值DOC入口/DPF出口温度差值，则确定DPF已经失效，该方法还包括产生标示DPF已经失效的信号。
4.如权利要求3所述的方法，其还包括延长柴油发动机后处理系统的再生，以在所述监测DPF出口温度之前将基本全部颗粒物从DPF烧蚀。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述再生DOC和DPF系统、监测DOC入口和出口温度、评价DOC是否运行在阈值DOC效率处或其之上、监测DPF出口温度、确定DOC温度和DPF出口温度之间的差值、评价DPF的NMHC转换效率是否在阈值NMHC转换效率处或其之上、产生标示DOC以及DPF已经失效的信号、以及延长DOC和DPF系统的再生的操作中的每一个都由控制器完成。
6.如权利要求1所述的方法，其中DOC和DPF串联地定位在单个箱体中。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述再生柴油发动机后处理系统经由柴油燃料在DOC上游的注入配置为承载从发动机至DOC的排气流的通道而完成。
8.一种评价柴油发动机后处理(AT)系统中的非甲烷碳氢化物(NMHC)转换效率的系统，其特征在于，该评价NMHC转换效率的系统包括：
通道，其配置为承载来自发动机的排气气流以及柴油燃料的注入以引入柴油发动机后处理系统中，其中柴油发动机后处理系统包括布置在柴油颗粒过滤器(DPF)上游的柴油氧化催化器(DOC)；
第一温度探针，配置为感知DOC入口温度；
第二温度探针，配置为感知DOC出口温度；
第三温度探针，配置为感知DPF出口温度；和
控制器，其被配置为：
使得柴油发动机后处理系统再生；
分别经由第一和第二温度探针在再生期间监测DOC入口和出口温度；
通过确定DOC入口和出口温度之间的差值并将确定的DOC入口/DOC出口温度差值与阈值DOC入口/DOC出口温度差值进行比较而评价DOC是否运行在阈值DOC效率处或其之上；
如果DOC被确定为运行于阈值DOC效率处或其之上，则经由第三温度探针监测DPF出口温度；
确定DOC温度和监测的DPF出口温度之间的差值，其中DOC温度是DOC入口温度和出口温度中的一个；和
通过将确定的DOC温度/DPF出口温度差值与阈值DOC温度/DPF出口温度差值进行比较而评价DPF的NMHC转换效率是否在阈值NMHC转换效率处或其之上。
9.如权利要求8所述的系统，其中该控制器被附加地配置为如果确定的DOC入口/DOC出口温度差值小于阈值DOC入口/DOC出口温度差值，则识别出DOC已经失效，且产生标示DOC已经失效的信号。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器还被配置为：
如果确定的DOC温度/DPF出口温度差值小于阈值DOC温度/DPF出口温度差值，则识别出DPF已经失效，且产生标示DPF已经失效的信号；和
延长柴油发动机后处理系统的再生，以在开始监测DPF出口温度之前将基本全部颗粒物从DPF烧掉。
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