專利名稱：通過亞硝酸銨的分解診斷的廢氣處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及車輛排氣系統(tǒng)，尤其涉及對廢氣處理系統(tǒng)工作的評價。
背景技術：
柴油發(fā)動機的運轉包括產生廢氣的燃燒過程。在燃燒階段，通過進氣閥將空氣/燃油混合物送入氣缸，在氣缸內進行燃燒。燃燒后，活塞迫使氣缸內的廢氣進入排氣系統(tǒng)。廢氣中含有諸如氧化氮(NOx)和一氧化碳(CO)之類的排出物。
通常使用廢氣處理系統(tǒng)來減少車輛的排出物。由一種控制模塊監(jiān)控發(fā)動機的運轉情況，并由配料裝置在催化劑室前面有選擇地噴射尿素到廢氣中。待處理的廢氣與催化劑相作用，發(fā)生化學反應，加熱催化劑，并減少廢氣中的排出物。更具體地說，上述化學反應，使NOx和尿素分解成單獨的元素，NOx分解成氮和水，尿素分解成貯存在催化劑表面上的氨。
在冷起動期間，廢氣溫度較低。在燃燒過程中產生的NOx與預先貯存在催化劑表面上的氨發(fā)生反應，結果，在催化劑表面上沉積亞硝酸銨。當催化劑表面上有氨而且廢氣溫度低于60℃時就會形成亞硝酸銨。亞硝酸銨在60℃以下是穩(wěn)定的，若其溫度提高到60℃以上，該化合物就要分解。亞硝酸銨的分解是強烈的放熱反應，易于提高催化劑的溫度。
上述的配料裝置通常具有一個尿素供料斗和一個噴射器，噴入尿素的多少應根據(jù)排出物的濃度來定，以便有效地處理廢氣。有毛病的噴射器或尿素供料不足可能導致廢氣處理不充分。
本發(fā)明概述因此，本發(fā)明提出一種用于廢氣處理系統(tǒng)的工況診斷裝置，上述的廢氣處理系統(tǒng)處理柴油發(fā)動機排出的廢氣，并具有一個噴出尿素來處理廢氣的配料裝置，和一個與尿素/廢氣混合物起作用的催化劑室。上述的工況診斷裝置具有一個監(jiān)控催化劑入口溫度的入口溫度傳感器和一個監(jiān)控催化劑出口溫度的出口溫度傳感器。由一種控制模塊監(jiān)控發(fā)動機的工作狀態(tài)，并將入口溫度與出口溫度進行比較，該控制模塊根據(jù)上述溫度比較值和預定的溫度門檻值來評價廢氣處理系統(tǒng)的工作狀況。
本發(fā)明的一個特點是，配料裝置具有一個尿素供料斗和一個將尿素噴入廢氣中的噴射器。
本發(fā)明的另一特點是，上述入口溫度以催化劑的入口床溫度為基準，上述出口溫度以催化劑的出口床溫度為基準。上述的入口和出口溫度包含廢氣溫度。
本發(fā)明的再一個特點是，控制模塊在預定的時間內計算出口溫度。
本發(fā)明的又一個特點是，上述的發(fā)動機的工作狀態(tài)包含發(fā)動機轉速、進氣溫度和發(fā)動機溫度。
本發(fā)明的又一個特點是，上述的溫度門檻值包含高于出口溫度10℃以上的溫度。
通過下面的詳細說明，人們會明白本發(fā)明更多方面的用途。應當理解，下面的詳細說明和具體的實例雖然表明了本發(fā)明的最佳實施例。但是，僅僅是為了示意表述本發(fā)明內容，無意限制本發(fā)明的范圍。
附圖簡述從下面的詳細說明和附圖，將會更充分地了解本發(fā)明，附圖中

圖1是按照本發(fā)明的一種包含廢氣處理系統(tǒng)的發(fā)動機系統(tǒng)的功能方塊圖，一些溫度傳感器設置在催化劑內部；圖2是按照本發(fā)明的一種包含廢氣處理系統(tǒng)的發(fā)動機系統(tǒng)的功能方塊圖，一些溫度傳感器設在催化劑外部；和圖3是示出按照本發(fā)明由一種廢氣處理工況診斷裝置實施的各步驟的流程圖。
優(yōu)選實施例的詳細說明下面對最佳實施例的說明實質上僅僅是示范性的，無論如何也無意限制本發(fā)明及其用途或者說應用。為了清晰起見，圖中將用相同的標號表示相同的組元。本文中用的術語“模塊”指的是一種專用集成電路(ASIC)、一種電子線路、一種處理機(共用的、專用的或組合的)和存儲器，該存儲器操縱一個或多個軟件或硬件程序、一條復合邏輯線路和/或其他的可提供所述功能的合適元件。
下面參看圖1，圖中簡單示出一種柴油發(fā)動機系統(tǒng)10，該系統(tǒng)10具有一個柴油機12和一個廢氣處理系統(tǒng)13。該廢氣處理系統(tǒng)13還具有一個排氣裝置14和一個配料裝置16。上述些油機12具有一個氣缸18、一個入口歧管20、一個空氣質量流量(MAF)傳感器22和一個發(fā)動機速度傳感器24?？諝馔ㄟ^入口歧管20流入些油機12，并受到MAF傳感器22的監(jiān)控?？諝膺M入氣缸18，與燃油一起燃燒，驅動活塞(未示出)運動。雖然圖中只示出一個氣缸，但是可以理解，柴油發(fā)動機12可具有更多的氣缸18，例如，可期望柴油發(fā)動機具有2、3、4、5、6、8、10、12和16個氣缸。
氣缸18內由于燃燒而產生廢氣。在廢氣被排放到大氣之前，排氣裝置14要對其進行處理。排氣裝置14具有一個廢氣歧管22和一個狄塞爾氧化催化劑(DOC)室28。廢氣歧管22將氣缸排出的廢氣導入DOC室28，廢氣在DOC室28內進行處理以減少其排出物。排氣裝置14還具有一個催化劑室30(最好是選擇性還原的催化劑(SCR))、一個入口溫度傳感器32、一個出口溫度傳感器34和受催化作用的狄塞爾顆過濾器(CDPF)36。DOC室28的催化劑在廢氣處理前與廢氣起反應，降低廢氣中排出物的濃度，然后在催化劑室30再接著發(fā)生反應而處理廢氣，使其排出物進一步減少。
入口溫度傳感器32最好設置在催化劑室30內部，監(jiān)控催化劑室30入口處的溫度變化(如下面所述)，出口溫度傳感器34最好設置在設在催化劑室30內部，監(jiān)控該室出口處的溫度變化(如下面所述)。雖然圖1中示出的廢氣處理系統(tǒng)13具有設置在催化劑室30內部的入口溫度和出口溫度傳感器32、34，但是，該入口和出口溫度傳感器32、34也可以設置在催化劑室外面來監(jiān)控催化劑室入口和出口的廢氣溫度變化(如圖2所示)。CDPF36可過濾掉廢氣中的狄塞爾顆粒(即煙灰)而進一步減少排出物。
配料裝置16具有一個尿素供料斗38和一個配料噴射器40。配料裝置16將尿素噴射到廢氣中，尿素與廢氣混合，當廢氣/尿素混合物通過催化劑室30時使進一步減少其排出物。
按照本發(fā)明，一種控制模塊42控制著發(fā)動機系統(tǒng)10的運行，并監(jiān)控配料裝置16的作業(yè)情況。上述控制模塊42接收來自溫度傳感器32、34的溫度信號，控制模塊42還根據(jù)催化劑室30入口和出口處溫度的變化來監(jiān)控廢氣處理系統(tǒng)13的工作，這一點在下面更詳細說明。
本發(fā)明的廢氣處理工況診斷裝置確定廢氣處理系統(tǒng)13是否在規(guī)定的冷起動期間按照催化劑室30的入口和出口床溫度正常地工作。更具體地說，本發(fā)明的廢氣處理診斷機構要確定在催化劑室30的入口床溫度(T入口)和出口床溫度(T出口)是否達到合適的溫度。T入口是由置于催化劑室30入口處(最好置于催化劑內部)的入口溫度傳感器32測定的，T出口是由置于催化劑室30出口處的出口溫度傳感器34測定的，同理，該溫度傳感器最好也置于催化劑30內部．可以預料，T入口和T出口可以通過測量催化劑室30入口和出口處的廢氣溫度來確定?？刂颇K42還根據(jù)在預定期間內T出口是否高于T入口來進一步評價廢氣處理系統(tǒng)13。這一點下面還要說明。
發(fā)動機停機之前，控制模塊42根據(jù)T入口和T出口的平均值(T平均)測定催化劑的工作狀態(tài)。更具體地說，按照 計算催化劑的平均溫度，當在一段大于預定時間例如2分鐘的時間內T平均高于350℃時，貯存在催化劑表面的氨的量就減少，控制模塊42就會在軟件中設置一個標記推遲對下一次冷起動的任何診斷。推遲這種診斷是由于催化劑的溫度高，會減少催化劑30的貯氨量，導致氨貯存狀態(tài)惡化，氨貯存量低會使診斷結果不可靠。當T平均在一段短于預定時間例如5分鐘的時間里低于350℃且配料裝置16正在非故障情況下工作時，控制模塊42就置一個標記開始對下一次冷起動實施診斷。上面所述的工作狀態(tài)分析可保證在催化劑表面貯存足夠量的氨而得出精確的診斷結果?？梢岳斫?，上面詳述的溫度和時間與所用的特定催化劑的固有性質有關。對于采用其他工藝的催化劑而言，上述的溫度和時間可能需要改變。
冷起動時，控制模塊42通過發(fā)動機冷卻劑溫度傳感器(未示出)測定發(fā)動機12的冷卻劑溫度。為了能夠進行診斷，發(fā)動機冷卻劑的溫度必須低于30℃。而且，診斷工作要求發(fā)動機12停機8小時以上才進行。
當進行診斷工作時，入口溫度傳感器32監(jiān)控催化劑室30入口處的溫度，并給出T入口值。當T入口值達到30℃時，控制模塊42會起動一個計時器，使之運行約100秒。在這段時間內，出口溫度傳感器34監(jiān)控催化劑室30出口處的溫度并給出T出口值?？刂颇K42還將對T入口和T出口加以比較。另外，控制模塊42還根據(jù)來自MAF傳感器22和發(fā)動機轉速傳感器24的信口分別測定發(fā)動機的轉速(RPM)和空氣質量流量(MAF)速率。如果RPM值和MAF速率在允許的門檻值范圍內，診斷工作可繼續(xù)進行。否則，控制模決42就終止診斷工作。發(fā)動機轉速合格的門檻值范圍(RPM門檻值)約為500～1500轉/分(PRM)。MAF速率的合格門檻值范圍(MAF門檻值)約為20～80克/秒。
此外，控制模塊42還根據(jù)T出口與T入口的比較來評價廢氣處理系統(tǒng)13的操作效能。更具體地說，在100秒鐘內T出口高于T入口10℃以上時，控制模塊42就顯示出“PASS運行”狀態(tài)，而當T出口低于T入口10℃以上時，控制模塊42就顯示出“FAIL故障”狀態(tài)，并記錄評價結果。
下面參看圖3，該圖是示出由廢氣處理工況診斷裝置實施的各個步驟的流程圖。在步驟300，控制模塊監(jiān)控發(fā)動機在正常運行過程中的工作狀態(tài)。在步驟302，控制模塊根據(jù)配料裝置的“運行”/“故障”記錄確定配料裝置是否正常地作業(yè)。在步驟304，控制模塊測定在正常運轉過程中催化劑平均溫度T平均是否在合適的門檻值范圍(即350℃)內，當T平均在5分鐘后低于350℃時，控制模塊設置一個標記開始對下一次冷起動進行診斷(步驟306)。否則，控制模塊終止工作。在步驟308，控制模塊確定下一次起動是否符合規(guī)定的冷起動要求，具體說，術語“冷起動”表述發(fā)動機冷卻劑溫度要求低于30℃的情況，而且發(fā)動機12應至少8小時未工作。最低工作時間要求是為了保證廢氣溫度和發(fā)動機溫度穩(wěn)定。如果出現(xiàn)冷起動，控制模塊便測定T入口(步驟310)，否則，控制模塊停止工作。
當T入口達到50℃時，控制模塊起動計時器來測定T出口受監(jiān)控的時間(步驟312)。在步驟314，將監(jiān)控T出口大約100秒的時間。而且控制模塊測定發(fā)動機轉速是否落在預定的RPM門檻值范圍(RPM門檻)內，(步驟316)。獲得可靠結果的允許的RPM值約為500～1500轉/分。如果RPM值在RPM門檻范圍內，控制模塊便測定MAF速率(步驟320)。否則，控制模塊終止工作。如果MAF值處于MAF門檻內，控制模塊便根據(jù)T入口和T出口來評價廢氣處理系統(tǒng)(步驟322)。如果在100秒內T出口比T入口高10℃，控制模塊會顯示“運行”，否則，控制模塊會顯示“故障”，并且終止工作。所有評價結果由控制模塊記錄起來。其“運行”和“故障”出現(xiàn)次數(shù)將與所進行的評價次數(shù)進行比較，以確定該廢氣處理系統(tǒng)13的總的效能。
熟悉本技術的人們從上述的說明可以體會到，本發(fā)明的主要原理可以按各種形式加以實施。因此，雖然上面已結合具體實例說明了本發(fā)明，但是，本發(fā)明的真正范圍不應受這樣的限制，因為熟悉本技術的實踐者在研究附圖、說明書和下列權利要求時會明白其他的改型。
權利要求
1.一種診斷裝置，具有一個監(jiān)測催化劑入口溫度的入口溫度傳感器；一個監(jiān)控上述催化劑出口溫度的出口溫度傳感器；和一個監(jiān)控柴油發(fā)動機工作狀態(tài)的控制模塊，該控制模塊將上述入口溫度和上述出口溫度加以比較，并根據(jù)上述入口溫度、上述出口溫度和一個預定的溫度門檻值來評價廢氣處理系統(tǒng)的工作。
2.一種包括權利要求1的診斷裝置的診斷裝置，其特征在于，還包括一個配置裝置，該裝置具有一個尿素供應源和一個將上述尿素供入上述廢氣的噴射器。
3.根據(jù)權利要求1的診斷裝置，其特征在于，上述的入口溫度以上述催化劑的入口床溫度為基準。
4.根據(jù)權利要求1的診斷裝置，其特征在于，上述的出口溫度以上述催化劑的出口床溫度為基準。
5.根據(jù)權利要求1的診斷裝置，其特征在于，上述的入口溫度以上述催化劑的入口處的廢氣溫度為基準。
6.根據(jù)權利要求1的診斷裝置，其特征在于，上述的出口溫度以上述的催化劑的出口處的廢氣溫度為基準。
7.根據(jù)權利要求1的診斷裝置，其特征在于，上述的控制模塊在預定的時間周期內計算上述的出口溫度。
8.根據(jù)權利要求1的診斷裝置，其特征在于，上述的發(fā)動機工作狀態(tài)包括發(fā)動機旋轉發(fā)動機進氣溫度和發(fā)動機溫度。
9.根據(jù)權利要求7的診斷裝置，其特征在于，上述的預定時間周期包括起動時間和停機時間。
10.根據(jù)權利要求1的診斷裝置，其特征在于，上述的溫度門檻值包括高于上述出口溫度一個預定溫度值的溫度。
11.一種監(jiān)控柴油發(fā)動機的廢氣處理系統(tǒng)的作業(yè)情況的方法，包含如下步驟監(jiān)測上述發(fā)動機在正常運行過程中的工作狀態(tài)；監(jiān)測上述催化劑在冷起動期間的入口溫度；監(jiān)測上述催化劑在上述冷起動期間的出口溫度；根據(jù)上述入口溫度和上述出口溫度計算溫度差；根據(jù)上述入口溫度、上述出口溫度和預定的溫度門檻值發(fā)出PASS(運行)和FAIL(故障)狀態(tài)中之一種；和根據(jù)上述的PASS(運行)和FAIL(故障)狀態(tài)確定上述廢氣處理系統(tǒng)是否有故障。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其特征在于，還包含如下步驟計算上述催化劑在正常運行作業(yè)過程中的平均溫度；確定是否具備與上述發(fā)動機相關的冷起動條件；監(jiān)測上述廢氣在上述冷起動過程中的入口溫度，并產生一溫度值；和監(jiān)測上述廢氣在上述冷起動過程中的出口溫度，并產生一溫度值。
13.根據(jù)權利要求11的方法，其特征在于，在一段預定的時間周期內監(jiān)測上述的出口溫度。
14.根據(jù)權利要求13的方法，其特征在于，上述的預定時間周期包括起動時間值和停機時間值。
15.根據(jù)權利要求12的方法，其特征在于，還包含忽略在上述時間周期之外產生的上述出口溫度。
16.根據(jù)權利要求12的方法，其特征在于，還包含如下步驟如果在上述時間周期內上述的出口溫度比上述的入口溫度高出上述預定溫度門檻值，便顯示上述廢氣處理系統(tǒng)的PASS狀態(tài)；和如果在上述時間周期內上述的出口溫度不比上述的入口溫度高出上述的預定門檻值，便顯示上述廢氣處理系統(tǒng)的FAIL狀態(tài)。
17.根據(jù)權利要求11的方法，其特征在于，上述的入口溫度以上述催化劑的入口床溫度為基準。
18.根據(jù)權利要求11的方法，其特征在于，上述的出口溫度以上述催化劑的出口床溫度為基準。
19.根據(jù)權利要求11的方法，其特征在于，上述的入口溫度以上述催化劑的入口處的廢氣溫度為基準。
20.根據(jù)權利要求11的方法，其特征在于，上述的出口溫度以上述催化劑的出口處的廢氣溫度為基準。
21.根據(jù)權利要求11的方法，其特征在于，上述的溫度門檻值包括一個高于上述出口溫度一個預定溫度值的溫度。
22.根據(jù)權利要求11的方法，其特征在于，上述的發(fā)動機工作狀態(tài)包括發(fā)動機旋轉、發(fā)動機進氣溫度和發(fā)動機的溫度。
全文摘要
一種監(jiān)控柴油發(fā)動機廢氣處理系統(tǒng)的作業(yè)狀況的方法，包括將一種料劑噴入廢氣中并監(jiān)控發(fā)動機在正常運轉過程中的工作狀態(tài)。由控制模塊監(jiān)控催化劑的入口和出口溫度，并將入口溫度與出口溫度加以比較。該控制模塊再根據(jù)上述入口溫度、出口溫度和預定的溫度門檻值評價上述的廢氣處理系統(tǒng)。
文檔編號B01D53/94GK1936287SQ20061015436
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權日2005年9月23日
發(fā)明者D·B·布朗, M·J·小帕拉托爾, M·B·維奧拉 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司