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CN110088437B - 还原剂浓度诊断系统和方法 - Google Patents

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CN110088437B CN201780076615.4A CN201780076615A CN110088437B CN 110088437 B CN110088437 B CN 110088437B CN 201780076615 A CN201780076615 A CN 201780076615A CN 110088437 B CN110088437 B CN 110088437B
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Abstract

一种用于诊断不适当的还原剂浓度的系统，包括：选择性催化还原(SCR)催化剂单元、配给器、还原剂浓度传感器和控制器，配给器配置为将还原剂配给到SCR催化剂单元的室中。在一些实施方案中，控制器被配置为：基于从还原剂浓度传感器接收的信息，引导配给器将还原剂配给到SCR催化剂单元的室中，确定SCR催化剂单元的室中的还原剂浓度水平，将测量的系统排出NOx值与对应于确定的还原剂浓度水平的至少一个基准值进行比较，并且基于测量的系统排出NOx值与至少一个基准值的比较，确定通过配给器配给的还原剂的状态。

Description

还原剂浓度诊断系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月12日提交的申请号为62/432,875的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及用于内燃发动机的后处理系统(aftertreatment systems)的领域。
背景技术
对于内燃发动机(例如，柴油发动机)，氮氧化物(NOx)化合物可能在排气中被排放。为了减少NOx排放物，可实施选择性催化还原(SCR)过程，以借助于催化剂和还原剂将NOx化合物转化成更中性的化合物，例如双原子氮、水或二氧化碳。催化剂可以被包括在排气系统的催化剂室中，例如交通工具或动力产生单元的排气系统的催化剂室。还原剂(例如，无水氨、氨水或尿素)一般在被引入催化剂室之前被引入到排气气体流中。为了将还原剂引入到排气气流中以用于SCR过程，SCR系统可以通过配给器(doser)配给或以其它方式引入还原剂，该配给器将还原剂蒸发或喷射到催化剂室上游的排气系统的排气管中。SCR系统可以包括一个或更多个传感器以监控在排气系统内的状况。
发明内容
本文描述的实施方式涉及还原剂浓度诊断，用于诊断不适当的还原剂浓度，在一些实施方案中，其包括诊断有缺陷的还原剂浓度传感器。在一些实施方案中，还原剂浓度传感器可以是尿素质量传感器、尿素浓度传感器等。
一种实施方式涉及用于诊断不适当的还原剂浓度的系统。该系统包括选择性催化还原(SCR)催化剂单元、配给器、还原剂浓度传感器和控制器，配给器配置为将还原剂配给到SCR催化剂单元的室中。控制器被配置为引导配给器将还原剂配给到SCR催化剂单元的室中。基于从还原剂浓度传感器接收的信息，控制器被配置为确定SCR催化剂单元的室中的还原剂浓度水平。控制器被配置为将测量的系统排出NOx值(system-out NOx value)与对应于确定的还原剂浓度水平的至少一个基准值进行比较。控制器被配置为基于测量的系统排出NOx值与至少一个基准值的比较来确定通过配给器配给的还原剂的状态。
在一些实施方案中，还原剂浓度传感器被配置为检测通过配给器配给的还原剂的还原剂浓度，并且控制器还被配置为至少基于测量的系统排出NOx值与至少一个基准值的比较来确定还原剂浓度传感器的状态。在一些实施方案中，控制器被配置为设定指示通过配给器配给的还原剂的所确定的状态的值。在一些实施方案中，控制器还被配置为基于对所设定的值的解译来触发警告灯点亮。在一些实施方案中，控制器还被配置为经由输出设备将所设定的值输出到辅助设备。
在一些实施方案中，测量的系统排出NOx值是制动比系统排出NOx(brake-specificsystem-out NOx，BS-SONOx)值。在一些实施方案中，至少一个基准值是第一基准值，并且控制器还被配置为将第一基准值设定为选自指示预先确定的SCR催化剂单元温度下的足够还原剂浓度水平的第一组系统排出NOx值中的值。控制器还可以被配置为将第二基准值设定为选自指示预先确定的SCR催化剂单元温度下的低还原剂浓度水平的第二组系统排出NOx值中的值。控制器还可以被配置为通过归一化第一基准值和第二基准值来为第一组系统排出NOx值和第二组系统排出NOx值生成单个阈值。控制器还可以被配置为：将相对于SCR催化剂单元温度的足够还原剂浓度的第一组系统排出NOx值归一化到0至1.0标度，将相对于SCR催化剂单元温度的低还原剂浓度的第二组系统排出NOx值归一化到0至1.0标度，从0至1.0标度选择归一化因子，所述归一化因子对应于SCR催化剂单元温度；确定归一化测量的系统排出NOx值；并将归一化测量的系统排出NOx值与阈值进行比较。
在一些实施方案中，控制器还被配置为当确定SCR催化剂单元处于预先确定的SCR催化剂单元温度时测量系统排出NOx值。在一些实施方案中，控制器还被配置为在将测量的系统排出NOx值与至少一个基准值进行比较之前，在SCR催化剂单元的480摄氏度和600摄氏度之间的温度下激活高温再生事件。
在一些实施方案中，控制器还被配置为在将测量的系统排出NOx值与至少一个基准值进行比较之前，控制配给器配给还原剂以保持恒定的氨与NOx比(ANR)。控制器还可以被配置为计算通过配给器配给的还原剂的量，以匹配测量的系统排出NOx值，使得基本上所有的NOx被还原剂还原。控制器还可以被配置为计算还原剂的量，以补偿来自一个或更多个传感器的噪声，所述一个或更多个传感器被配置为捕获测量的系统排出NOx值。在一些实施方案中，控制器被配置为当SCR催化剂单元的温度降低时监控制动比系统排出NOx值，SCR催化剂单元的温度在220摄氏度和440摄氏度的范围内。
本文描述的其他实施方式涉及用于诊断不适当的还原剂浓度的方法。该方法包括引导配给器将还原剂配给到选择性催化还原(SCR)催化剂单元的室中。该方法包括检测SCR催化剂单元的室中的还原剂浓度水平。该方法包括将测量的系统排出NOx值与对应于确定的还原剂浓度水平的至少一个基准值进行比较，并且基于测量的系统排出NOx值与至少一个基准值的比较来确定通过配给器配给的还原剂的状态。在一些实施方案中，还原剂浓度传感器的状态至少基于测量的系统排出NOx值与至少一个基准值的比较来确定，其中还原剂浓度传感器被配置为检测通过配给器配给的还原剂的还原剂浓度。在一些实施方案中，测量的系统排出NOx值是制动比系统排出NOx(BS-SONOx)值。在一些实施方案中，该方法包括将至少一个基准值设定为选自指示预先确定的SCR催化剂单元温度下的还原剂浓度水平的至少一组系统排出NOx值中的值。在一些实施方案中，在检测还原剂浓度水平之前，从SCR催化剂单元移除任何存储的残留还原剂。在一些实施方案中，该方法包括配给还原剂以保持恒定的氨与NOx比(ANR)。在一些实施方案中，当SCR催化剂单元的温度降低时，计算制动比系统排出NOx值，SCR催化剂单元的温度在220摄氏度和440摄氏度的范围内。
本文描述的其他实施方式涉及传感器合理性诊断，并且更具体地，涉及还原剂浓度传感器合理性诊断，用于相比于低还原剂浓度的基准来诊断有缺陷的还原剂浓度传感器。一种实施方式涉及用于诊断还原剂浓度传感器的系统，该系统包括用于配给还原剂的配给器、SCR催化剂单元、配置为检测通过配给器配给的还原剂的还原剂浓度的还原剂浓度传感器、以及控制器。控制器被配置为响应于初始还原剂浓度传感器故障将测量的系统排出NOx值与基准值进行比较，并且基于测量的系统排出NOx值与基准值的比较来确定还原剂浓度传感器的状态。
在一些其他实施方式中，控制器还被配置为设定指示还原剂浓度传感器的确定状态的值。在一些情况下，所设定的值触发警告灯点亮，或者所设定的值经由输出设备输出到另一个设备。在一些实施方式中，测量的系统排出NOx值是制动比系统排出NOx(BS-SONOx)值。在一些实施方式中，基准值是在预先确定的SCR催化剂单元温度下的足够的还原剂浓度水平的第一组BS-SONOx值的值。当SCR催化剂单元处于预先确定的SCR催化剂单元温度时，可以测量测量的系统排出NOx值。在一些实施方式中，控制器还被配置为在将测量的系统排出NOx值与基准值进行比较之前，激活SCR催化剂单元的高温再生事件。在一些实施方式中，控制器还被配置为在将测量的系统排出NOx值与基准值进行比较之前，控制配给器配给还原剂以保持恒定的ANR。在一些实施方式中，控制器还被配置为当SCR催化剂的温度降低时监控制动比系统排出NOx(BS-SONOx)。
附图说明
在附图和下面的描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。从描述、附图和权利要求，本公开的其它特征、方面和优点将变得明显，其中：
图1是用于排气系统的具有示例性还原剂输送系统的示例性选择性催化还原系统的方框示意图；
图2是选择性催化还原系统转化效率相对于还原剂浓度水平的曲线图；
图3是描绘了当配给还原剂以在SCR催化剂单元的高温再生事件之后实现1.0的氨与发动机排出NOx比时的制动比系统排出NOx值的曲线图，对于按重量计为32.5％的还原剂浓度水平代表正常还原剂浓度，并且按重量计为26％的还原剂浓度水平代表低还原剂浓度；
图4是描绘了基于制动比系统排出NOx值诊断还原剂浓度水平的过程的实施方式的过程图；以及
图5是描绘了基于制动比系统排出NOx值诊断还原剂浓度传感器的过程的实施方式的过程图。
将认识到，一些图或所有图是为了说明的目的的示意性表示。提供附图是为了说明一个或更多个实施方式，并明确理解它们不会用于限制权利要求的范围或含义。
具体实施方式
接着下文是涉及用于还原剂(例如，尿素)质量诊断以诊断不适当的还原剂的存在的方法、装置和系统的实施方式的各种构思的更详细描述。一些实施方案包括诊断区分有缺陷的还原剂浓度传感器与合理地低还原剂浓度。上文介绍的并且在下文更详细地讨论的各种构思可以以多种方式中的任一种方式来实施，因为所描述的概念不限于实施方式的任何特定的方式。主要为了说明性目的来提供特定的实施方式和应用的示例。
I.综述
尿素或其他还原剂化合物可以与水结合以稀释混合物。然而，如果所得混合物太稀和/或如果尿素或还原剂在存储时随时间分解，那么低浓度在转化NOx方面可能不太有效，因为还原剂的配给量小于将配给的还原剂的预期量。因此，可以实施还原剂浓度诊断系统来确定还原剂浓度水平并评估还原剂浓度水平以确定其是否适当。
在示例性实施方案中，该系统包括还原剂浓度诊断模块，用于在低浓度水平和正常浓度水平之间区分。还原剂浓度水平诊断方法包括高温再生事件，以使催化剂单元清除存储的还原剂。一旦催化剂单元床温度已经降低到阈值以下，诊断然后侵入性地将配给命令修改为预先确定的氨与发动机排出NOx比(ANR)。然后，该诊断监控制动比系统排出NOx(BS-SONOx)值，同时基于预先确定的ANR配给还原剂。该诊断将监控的BS-SONOx值与一组参考BS-SONOx值进行比较，以确定操作还原剂浓度水平和/或低的或稀释的还原剂浓度水平。如果还原剂浓度水平被确定为不适当的(例如，过低或过高)，那么控制器可以将参数设定为指示故障诊断的值。在一些实施方式中，参数的值可以触发警告灯被点亮，例如故障指示器灯(MIL)和/或用于故障诊断的其他指示器。在其他实施方式中，参数的值可以触发其他操作。
在一些实施方案中，还原剂浓度传感器可以被实施为监控还原剂罐中、来自还原剂罐的还原剂管线中、配给器中和/或排气系统内的排气管的一部分中的还原剂或尿素的浓度水平，以检测还原剂或尿素的低浓度水平。然而，还原剂浓度传感器也可能容易故障，使得来自还原剂浓度传感器的输出值可能不再指示尿素或还原剂的真实浓度。因此，可以实施还原剂浓度诊断方法来确定还原剂浓度传感器是否已经故障。在一些实施方案中，该方法包括范围内低诊断，用于区分尿素或还原剂的真实低浓度和还原剂浓度传感器的故障。在一些实施方案中，如果监控的BS-SONOx值更接近于操作的还原剂浓度水平的该组参考BS-SONOx值，那么该方法包括确定还原剂浓度传感器可能已经故障。如果对于低的或稀释的还原剂浓度水平，监控的BS-SONOx值更接近该组参考BS-SONOx值，那么还原剂浓度传感器可能正常操作，并且低的或稀释的还原剂浓度水平的初始检测可以是准确的。如果还原剂浓度传感器没有通过前述诊断，那么控制器可以将参数设定为指示故障诊断的值。在一些实施方式中，参数的值可以触发警告灯被点亮，例如故障指示器灯(MIL)和/或用于故障诊断的其他指示器。在其他实施方式中，参数的值可以触发其他操作。
II.后处理系统概述
图1描绘了用于排气系统190的具有示例性还原剂输送系统110的后处理系统100。后处理系统100包括颗粒过滤器(例如柴油机颗粒过滤器(DPF)102)、还原剂输送系统110、分解室或反应器管104、SCR催化剂单元106以及一个或更多个传感器150。
DPF 102被配置为从在排气系统190中流动的排气气体移除颗粒物质，例如烟灰。DPF 102包括入口和出口，排气气体在入口处被接收，在使颗粒物质基本上从排气气体被过滤和/或将颗粒物质转化成二氧化碳之后排气气体在出口处离开。
分解室104被配置为将诸如尿素、氨水或柴油机排气流体(DEF)的还原剂转化成氨。分解室104包括具有配给器112的还原剂输送系统110，该配给器112配置为将还原剂配给到分解室104中。在一些实施方式中，还原剂在SCR催化剂单元106的上游被注入。还原剂液滴然后经历蒸发、热解和水解的过程以在排气系统190内形成气态氨。分解室104包含入口和出口，入口与DPF 102流体连通以接收含有NOx排放物的排气气体，出口用于排气气体、NOx排放物、氨和/或剩余的还原剂以流动至SCR催化剂单元106。
分解室104包括配给器112，配给器112安装到分解室104，使得配给器112可以将还原剂配给到在排气系统190中流动的排气气体中。配给器112可以包括隔离件114，隔离件114置于配给器112的一部分和分解室104的安装配给器112的部分之间。配给器112流体联接到一个或更多个还原剂源116。在一些实施方式中，泵118可用于对来自还原剂源116的还原剂加压以便输送到配给器112。
配给器112和泵118还电气或通信地联接到控制器120。控制器120被配置为控制配给器112以将还原剂配给到分解室104中。控制器120还可以被配置为控制泵118。控制器120可以包括微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等或其组合。控制器120可以包括存储器，存储器可以包括但不限于能够提供具有程序指令的处理器、ASIC、FPGA等的电子的、光学的、磁性的或任何其它存储或传输装置。存储器可包括存储器芯片、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、闪存或任何其它适当的存储器，控制器120可从存储器读取指令。指令可以包括来自任何适当的编程语言的代码。
在某些实施方式中，控制器120构造成执行某些操作，例如在本文关于图4和/或图5所描述的那些操作。在某些实施方式中，控制器120形成包括具有存储器、处理和通信硬件的一个或更多个计算设备的处理子系统的一部分。控制器120可以是单个设备或分布式设备，且控制器120的功能可由硬件执行和/或作为计算机指令在非临时计算机可读存储介质上执行。
在某些实施方式中，控制器120包括构造成在功能上执行控制器120的操作的一个或更多个电路。在某些实施方式中，控制器120可包括用于执行参考图4和/或图5所描述的操作的还原剂浓度传感器诊断电路。在本文中的包括电路的描述强调控制器120的方面的结构独立性并图示控制器120的操作和责任的一个分组。可理解的是，执行类似整体操作的其他分组在本申请的范围内。电路可以在硬件中实施和/或作为计算机指令在非临时计算机可读存储介质上实施，并且电路可分布在各种硬件或基于计算机的部件中。在参考图4和/或图5的章节中包括控制器操作的某些实施方案的更具体的描述。
示例和非限制性电路实施元件包括提供本文确定的任何值的传感器、提供作为对本文确定的值的前身的任何值的传感器、包括通信芯片的数据链路和/或网络硬件、振荡晶体、通信链路、电缆、双绞线、同轴线、屏蔽线、发射机、接收机和/或收发机、逻辑电路、硬连线逻辑电路、在根据电路规范配置的特定非临时状态中的可重配逻辑电路、任何致动器(至少包括电气、液压或气动致动器)、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、过滤器、积分器、加法器、除法器、增益元件)和/或数字控制元件。
控制器120可以与输出设备192电通信。输出设备192可以是物理指示器，例如故障指示器灯(MIL)、显示器、警告喇叭电路等。在其他实施方式中，输出设备192可以是将数据值或来自控制器120的其他输出与其他设备通信的通信设备。例如，输出设备192可以是用于从外部源传输(例如，机群数据库(fleet database)或机群跟踪系统)和/或接收数据的机器对机器通信电路。
SCR催化剂单元106被配置为通过加速氨和排气气体的NOx之间的NOx还原过程使其成为双原子氮、水和/或二氧化碳来有助于NOx排放物的减少。SCR催化剂单元106包括与分解室104流体连通的入口和与排气系统190的端部流体连通的出口，排气气体和还原剂从入口被接收。
排气系统190还可包括与(例如SCR催化剂单元106下游的或DPF 102上游的)排气系统190流体连通的氧化催化剂单元(例如，柴油氧化催化剂(DOC)单元)以氧化在排气气体中的碳氢化合物和一氧化碳。
在一些实施方式中，DPF 102可以定位于分解室或反应器管104的下游。例如，DPF102和SCR催化剂单元106可以组合成单一的单元，例如具有SCR-涂层(SDPF)的DPF。在一些实施方式中，配给器112可以替代地定位在涡轮增压器(turbocharger)的下游或涡轮增压器的上游。
传感器150，例如还原剂浓度传感器，可以联接到还原剂源116、配给器112、从还原剂源通向配给器112的导管和/或排气系统190，以检测还原剂的状况。在一些实施方式中，传感器150可以具有设置在还原剂源116、配给器112、从还原剂源116通向配给器112的导管和/或排气系统190内的部分，例如传感器150的尖端可以延伸到还原剂源116、配给器112、从还原剂源通向配给器112的导管和/或排气系统190的一部分中。在其他实施方式中，传感器150可以通过另一导管接收还原剂，例如从还原剂源116、配给器112、从还原剂源通向配给器112的导管和/或排气系统190延伸的样本管。虽然传感器150被描绘为定位在还原剂源116和/或从还原剂源116通向配给器112的管线中，但是应当理解，传感器150可以定位在任何其他位置以检测还原剂的浓度。此外，两个或更多个传感器150可用于检测还原剂的浓度，例如还原剂源116、配给器112、从还原剂源通向配给器112的导管和/或排气系统190中的一个或多个处的两个、三个、四个、五个或六个传感器150。
III.示例性还原剂浓度诊断系统和方法
还原剂浓度诊断可被实施以确定还原剂罐(例如，图1的还原剂源116)中的还原剂(例如，尿素)的浓度是否在可接受的范围之外(例如，过低或过高)。对不适当的还原剂浓度和/或还原剂浓度传感器故障的检测可以作为装载诊断系统(on-board diagnosticsystem)的一部分被包括。在一些实施方式中，参数的值可以触发警告灯被点亮，例如故障指示器灯(MIL)和/或用于故障诊断的其他指示器。在其他实施方式中，参数的值可以触发其他操作。
图2描绘了示出转化效率(CE)百分比相对于按重量计的还原剂浓度水平的曲线图。还原剂可以是尿素、柴油机排气流体(DEF)或其他还原剂。由于通过配给器每次配给或喷射的还原剂的浓度降低，在按重量计的还原剂浓度水平示出为约27％-29％的低的但在范围内的区域202中，转化效率204开始从100％下降到较低的效率。当还原剂浓度水平进一步降低时，选择性催化还原(SCR)催化剂单元的转化效率还会降低。因此，如果还原剂浓度水平降低到低的但在范围内的区域202的下限以下，则转换效率的变化可用于检测低还原剂浓度水平。
然而，在具有选择性催化还原系统的排气系统的操作期间，还原剂还可以存储在SCR催化剂单元上，以允许在瞬态操作事件期间还原NOx，其中在这样的瞬态事件期间，来自配给器的配给的还原剂可能在还原发动机排出NOx所需的量以下。由于存储在SCR催化剂单元上的还原剂可能掩盖或以其它方式模糊低还原剂浓度的存在，所以存储在SCR催化剂单元上的还原剂可能难以在区分配给的还原剂中的低还原剂浓度。当运行具有低还原剂浓度和正常配给策略的系统时，测试单元结果(test cell results)并不表明低还原剂浓度的转化效率与运行具有足够还原剂浓度的系统的显著区别(significant separation)(当两种系统使用相同的配给控制策略时)。因此，为了改进检测何时发生低还原剂浓度水平的能力，可以实施配给和存储控制策略以基本上消除SCR催化剂单元上存储的所有还原剂，并且然后操作配给器以固定的预先确定的ANR来配给还原剂，使得与图2的转化效率204相比，可以基于测量的转化效率检测低还原剂浓度水平。
然而，如果还原剂，例如在罐中使用的柴油机排气流体(DEF)不是正确的浓度，则可能实施不适当的还原剂诊断来检测稀释的DEF的存在。另外，该诊断可用于确定有故障的还原剂浓度传感器是否由于稀释的DEF而导致错误地测量了DEF浓度。在一些实施方案中，诊断侵入性地修改配给策略，以命令输送预先确定量的还原剂用于预先确定的ANR，在这种情况下，可以检测到正确的低还原剂浓度水平和有故障的还原剂浓度传感器之间的区别。
参考图3，系统可以利用测量的制动比系统排出NOx(BS-SONOx)和温度测量来确定还原剂浓度传感器是否正确地检测低还原剂浓度水平或者还原剂浓度传感器是否已有故障。在示出的曲线图中，示出了当SCR系统在大约1.0的ANR下操作时，针对一系列的SCR催化剂单元温度，对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值。示出了当SCR系统在大约1.0的ANR下操作时，针对该多个SCR催化剂单元温度，对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值。在所示的实施方式中，足够的还原剂浓度水平302为按重量计32.5％的还原剂浓度水平，并且低还原剂浓度水平304为按重量计26％的还原剂浓度水平。在一些实施方式中，足够的还原剂浓度水平302可以在按重量计30％(包含30％)至100％(包含100％)的还原剂浓度水平之间。在一些实施方式中，低还原剂浓度水平304可以在按重量计0％(包含0％)至29.9％(包含29.9％)的还原剂浓度水平之间。在所示出的实施方式中，获取用于“去还原(de-greened)”系统的BS-SONOx值，该系统是存储在SCR催化剂单元上的任何还原剂都已被消除的SCR系统。
如所示出的，当在相同的SCR催化剂单元床温度下测量时，对于足够还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值与对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值之间存在至少大约0.4克每千瓦时(g/kWh)的差异。在基本上从SCR催化剂单元消除任何存储的还原剂并且以1.0的ANR操作系统之后，对于特定SCR温度的测量的BS-SONOx值可以与对于足够还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值的值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值的值进行比较，以确定测量的BS-SONOx值是更接近对于足够还原剂浓度水平302的值还是更接近对于低还原剂浓度水平304的值。在一些实施方式中，可以确定测量的BS-SONOx值与对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值的值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值的值之间的绝对误差，以检测测量的BS-SONOx值是更接近对于足够的还原剂浓度水平302的值还是更接近对于低还原剂浓度水平304的值。还在其他实施方式中，对于足够还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值可以是阈值，以检测测量的BS-SONOx值是高于还是低于阈值。在一些实施方式中，对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值可以被归一化为用于SCR催化剂单元温度的0至1.0标度，并且测量的BS-SONOx值被归一化，并且与来自归一化标度的单个阈值进行比较。
如果测量的BS-SONOx值更接近对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值的值，则在罐中可能存在正常浓度的DEF。如果测量的BS-SONOx值更接近对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值的值，那么罐中的DEF确实已经被稀释。
图4是描绘了用于基于制动比系统排出NOx值来诊断还原剂浓度的过程400的实施方式的过程图。过程400包括激活高温再生事件，使得催化剂床的温度增加到适合催化剂单元再生的预先确定的范围(方框402)。高温再生事件的激活可以包括在排气系统中喷射和燃烧燃料、操作发动机以产生更高的发动机排出温度等。高温再生事件基本上消除或减少了存储在SCR催化剂单元上的还原剂至最小量，使得NOx转化效率基本上是通过配给器将还原剂配给到排气系统中的结果。
过程400包括以恒定ANR配给还原剂(方框404)。以恒定的ANR配给还原剂允许在基本上相同的ANR下和在基本上相同的SCR催化剂单元温度下，在测量的BS-SONOx值和一个或更多个预先确定的或预先测量的BS-SONOx值之间进行比较。在一些实施方式中，恒定ANR是预先设定的，例如1.0的ANR。
在一些实施方式中，用于配给器配给还原剂的命令可以补偿增益，例如由感测系统排出NOx值和/或发动机排出NOx值的一个或更多个传感器所产生的噪声。也就是说，通过配给器配给到排气系统中的还原剂的量被计算为基本上匹配发动机排出的NOx，使得如果还原剂浓度水平足够，则基本上所有的NOx通过配给的还原剂被还原。
过程400包括当SCR催化剂单元的温度降低时，监控制动比系统排出NOx(BS-SONOx)(方框406)。在一些实施方式中，可以在预先确定的SCR催化剂单元温度下测量BS-SONOx的离散单次测量，和/或可以在数个预先确定的SCR催化剂单元温度下发生数个离散BS-SONOx测量。对于离散单次测量或数组离散测量的SCR催化剂单元温度可以在240℃(包含240℃)和440℃(包含440℃)之间。
过程400还包括将BS-SONOx测量值与基准值进行比较(方框408)。在一些实施方式中，基准值是在基本上与图3相同的SCR温度下的对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值的值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值的值。在一些实施方式中，可以确定测量的BS-SONOx值与对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值的值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值的值之间的绝对误差，以检测测量的BS-SONOx值是更接近对于足够的还原剂浓度水平302的值还是更接近对于低还原剂浓度水平304的值。还在其他实施方式中，对于足够还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值可以是阈值，以检测测量的BS-SONOx值是高于还是低于阈值。在一些实施方式中，基准值是相对于SCR温度的归一化阈值。在也就是说，对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值可以被归一化为用于SCR催化剂单元温度的0至1.0标度，并且测量的BS-SONOx值被归一化，并且与作为基准值的来自归一化标度的单个阈值进行比较。
过程400包括确定还原剂罐中还原剂(例如尿素)的质量(方框410)。还原剂质量状态的确定基于测量的BS-SONOx值与基准值的比较。如果测量的BS-SONOx值更接近对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值的值，和/或低于对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值的值，那么还原剂罐中的还原剂为正常浓度。可替代地，这可以用来暗示，如果还原剂浓度传感器检测到正常还原剂是稀释的，则传感器状态可以被评估为有故障，在一些实施方案中，这参照图5所描述的来确定的。如果测量的BS-SONOx值更接近对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值的值，和/或高于对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值的值，那么还原剂浓度传感器可以输出正确的低还原剂浓度值。这表明还原剂罐中的还原剂被稀释，并且通过还原剂浓度传感器感知到的还原剂稀释可用于暗示传感器状态使得传感器正确地操作。
过程400还包括设定指示还原剂罐中还原剂的确定质量的值(方框412)。如果还原剂浓度太低，那么控制器可以将参数设定为指示故障诊断的值。在一些实施方式中，参数的值可以触发警告灯被点亮，例如故障指示器灯(MIL)、平视显示器、警告喇叭电路和/或用于故障诊断的其他指示器。在其他实施方式中，设定值可以通过输出设备(例如图1的输出设备192)来使用，以将数据值或其他输出从控制器通信到其他设备。例如，输出设备可以是用于从诸如机群数据库或机群跟踪系统的外部源传输和/或接收数据的机器对机器通信电路。在其他实施方式中，设定值可以触发其他操作。
图5描绘了用于对还原剂浓度传感器合理性诊断的过程500的实施方式。该诊断包括范围内低诊断，用于区分还原剂的正确低浓度和还原剂浓度传感器的故障。如果还原剂浓度传感器没有通过诊断，那么控制器可以将参数设定为指示故障诊断的值。在一些实施方式中，可以实施诊断以确保传感器的合理性，使得故障传感器可以独立于低还原剂浓度输出值来确定和检测。这样的故障检测可以防止或限制由于还原剂浓度传感器读数故障而触发的不正确的过程请求。在一些实施方式中，还原剂浓度诊断可以在范围内但合理的低还原剂浓度值下执行，以区分有故障的还原剂浓度传感器和正确地测量的低还原剂浓度。因此，还原剂浓度传感器的可操作性可以在还原剂浓度处于如此低的水平以至于排气系统超过预先确定的排放值(例如，调节参数)之前被确定。
过程500包括检测初始低还原剂浓度(方框502)。初始低还原剂浓度可以是参数值、输出电压和/或由还原剂浓度传感器响应于所感测的还原剂浓度低于预先确定的阈值(例如按重量计30％的还原剂浓度)而设定的标志。在一些实施方式中，检测的初始低还原剂浓度值或标志可以由控制器(例如图1的控制器120)接收，并被临时存储以触发过程500。
响应于初始低还原剂浓度，过程500包括激活高温再生事件(方框504)。高温再生事件的激活可以包括在排气系统中喷射和燃烧燃料、操作发动机以产生更高的发动机排出温度等。高温再生事件基本上消除或减少了存储在SCR催化剂单元上的还原剂至最小量，使得NOx转化效率基本上是通过配给器将还原剂配给到排气系统中的结果。
过程500包括以恒定的ANR配给还原剂(方框506)。在一些实施方式中，恒定的ANR是预先设定的，例如1.0的ANR。在一些实施方式中，用于配给器配给还原剂的命令可以补偿增益，例如由感测系统排出NOx和/或发动机排出NOx值的一个或更多个传感器所产生的噪声。也就是说，通过配给器配给到排气系统中的还原剂的量被计算为基本上匹配发动机排出的NOx，使得如果还原剂浓度水平足够，则基本上所有的NOx通过配给的还原剂被还原。以恒定的ANR配给还原剂允许在基本上相同的ANR下和在基本上相同的SCR催化剂单元温度下，在测量的BS-SONOx值和一个或更多个预先确定的或预先测量的BS-SONOx值之间进行比较。
过程500包括当SCR催化剂单元的温度降低时，监控制动比系统排出NOx(BS-SONOx)(方框508)。在一些实施方式中，可以在预先确定的SCR催化剂单元温度下测量BS-SONOx的离散单次测量，和/或可以在数个预先确定的SCR催化剂单元温度下发生数个离散BS-SONOx测量。对于离散单次测量或数组离散测量的SCR催化剂单元温度可以在240℃(包含240℃)和440℃(包含440℃)之间。
过程500还包括将BS-SONOx测量值与基准值进行比较(方框510)。在一些实施方式中，基准值是在基本上与图3相同的SCR温度下的对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值的值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值的值。在一些实施方式中，可以确定测量的BS-SONOx值与对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值之间的绝对误差，以检测测量的BS-SONOx值是更接近于足够的还原剂浓度水平302的值还是更接近于低还原剂浓度水平304的值。还在其他实施方式中，对于足够还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值可以是阈值，以检测测量的BS-SONOx值是高于还是低于阈值。在一些实施方式中，基准值是相对于SCR温度的归一化阈值。也就是说，对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值和/或对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值可以被归一化为用于SCR催化剂单元温度的0至1.0标度，并且测量的BS-SONOx值被归一化，并且与来自归一化标度的单个阈值进行比较。
过程500包括确定还原剂浓度传感器状态(方框512)。还原剂质量状态的确定基于测量的BS-SONOx值与基准值的比较。如果测量的BS-SONOx值更接近对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值的值，和/或低于对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值的值，那么还原剂浓度传感器可以输出正确的低还原剂浓度值。也就是说，初始低还原剂浓度还原剂浓度传感器故障(方框502)基于合理性诊断的测量的BS-SONOx是错误的，并且还原剂传感器质量状态被确定为故障传感器。如果测量的BS-SONOx值更接近对于低还原剂浓度水平304的第二组BS-SONOx值的值，和/或高于对于足够的还原剂浓度水平302的第一组BS-SONOx值的值，那么还原剂浓度传感器可以输出正确的低还原剂浓度值。也就是说，初始低还原剂浓度还原剂浓度传感器故障(方框502)基于合理性诊断的测量的BS-SONOx不是不正确的，并且还原剂传感器质量状态被确定为可操作的。
过程500还包括设定指示确定的还原剂浓度传感器状态的值(方框514)。如果还原剂浓度传感器没有通过前述诊断，那么控制器可以将参数设定为指示故障诊断的值。在一些实施方式中，参数的值可以触发警告灯被点亮，例如故障指示器灯(MIL)、平视显示器、警告喇叭电路和/或用于故障诊断的其他指示器。在其他实施方式中，设定值可以通过输出设备(例如图1的输出设备192)来使用，以将数据值或其他输出从控制器通信到其他设备。例如，输出设备可以是用于从诸如机群数据库或机群跟踪系统的外部源传输和/或接收数据的机器对机器通信电路。在其他实施方式中，设定值可以触发其他操作。
如果还原剂浓度传感器并非未通过前述诊断，那么控制器可以将参数设定为指示通过的诊断的值，并且可以存储或以其他方式使用质量传感器故障值或标志(方框502)。在一些实施方式中，初始低还原剂浓度还原剂浓度传感器故障可以触发警告灯被点亮，例如故障指示器灯(MIL)、平视显示器、警告喇叭电路和/或用于低还原剂浓度还原剂浓度传感器故障的其他指示器。在其他实施方式中，质量传感器故障值或标志可以由输出设备(例如图1的输出设备192)来使用，以将数据值或其他输出从控制器通信到其他设备。例如，输出设备可以是用于从诸如机群数据库或机群跟踪系统的外部源传输和/或接收数据的机器对机器通信电路。在其他实施方式中，质量传感器故障值或标志可以触发其他操作。
术语“控制器”包括用于处理数据的所有类型的装置、设备和机器，举例来说包括可编程处理器、计算机、片上系统(或多个前述项)、编程处理器的一部分或前述项的组合。装置可包括专用逻辑电路，例如FPGA或ASIC。除了硬件以外，装置还可以包括为讨论中的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时间环境、虚拟机或它们中的一个或更多个的组合的代码。装置和执行环境可实现各种不同的计算模型基础设施，例如分布式计算和网格计算基础设施。
计算机程序(也被称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言(包括编译或解释语言、说明或过程语言)编写，且它可部署成任何形式，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程、对象或适合于用在计算环境中的其它单元。计算机程序可以但不需要对应于文件系统中的文件。程序可存储在保存其它程序或数据(例如存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中、专用于讨论中的程序的单个文件中或多个协同文件(例如存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。
虽然本说明书包含很多特定的实施方式细节，但是这些不应被解释为对可被要求保护的内容的范围的限制，而是应被解释为对特定的实施方式所特有的特征的描述。在本说明书中在独立的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合地在单个实施方式中实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地或以任何适当的子组合的方式实施。此外，虽然特征在上面可被描述为以某些组合起作用且甚至最初被这样要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征在一些情况下可从该组合删除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变形。
类似地，虽然以特定的顺序在附图中描绘了操作，但是这不应被理解为要求这样的操作以所示的特定顺序或以连续的顺序被执行或所有所示的操作被执行，以实现合乎需要的结果。在某些情况下，在上面所述的实施方式中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施方式中需要这样的分离，并且应理解，所述部件和系统可通常集成在单个产品中或封装到体现在有形介质上的多个产品中。
如本文所使用的，术语“近似”、“约”、“基本上”以及相似的术语旨在具有与本公开的主题所属领域中的普通技术人员普遍和所接受的用法相一致的广泛的意义。查阅本公开的本领域的技术人员应理解，这些术语旨在允许对所描述和要求保护的某些特征的描述，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确的数值范围。因此，这些术语应被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或改变被认为在如所附权利要求中所陈述的本发明的范围内。此外，应注意，权利要求中的限制在术语“手段”不在其中被使用的情况下按照美国专利法不应被解释为构成“手段加功能”的限制。
术语“联接(coupled)”、“连接(connected)”以及本文中所使用的类似术语意味着两个部件彼此直接或间接地连结(joining)。这样的连结可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。通过两个部件或这两个部件和任何额外的中间部件彼此一体地形成为单个整体(single unitary body)，或者通过这两个部件或这两个部件和任何额外的中间部件附接到彼此，这样的连结可以实现。
如在本文使用的术语“流体联接(fluidly coupled)”、“流体连通(in fluidcommunication)”等意指两个部件或对象具有在这两个部件或对象之间形成的通路，其中流体例如水、空气、气态还原剂、气态氨等可在干扰或不干扰部件或对象的情况下流动。用于实现流体连通的流体联接或配置的示例可以包括管道、通道或用于实现流体从一个部件或对象到另一部件或对象的流动的任何其它适当的部件。
重要的是，注意到在各种示例性实施方式中所示的系统的结构和布置在特性上仅仅是说明性的而不是限制性的。出现在所描述的实施方式的精神和/或范围内的所有变化和修改期望被保护。应理解，一些特征可能不是必要的，且缺少各种特征的实施方式可被设想为在本申请的范围内，该范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，意图是当词语例如“一个(a)”、“一个(an)”、“至少一个”或“至少一部分”被使用时，不存在将权利要求限制到仅仅一个项的意图，除非在权利要求中特别相反地规定。当语言“至少一部分”和/或“一部分”被使用时，该项可包括一部分和/或整个项，除非特别相反地规定。

Claims (23)

1.一种用于诊断不适当的还原剂浓度的系统，所述系统包括：
选择性催化还原催化剂单元；
配给器，其被配置为将还原剂配给到所述选择性催化还原催化剂单元的室中；
还原剂浓度传感器；以及
控制器，其配置为：
引导所述配给器将所述还原剂配给到所述选择性催化还原催化剂单元的所述室中，
基于从所述还原剂浓度传感器接收的信息，确定所述选择性催化还原催化剂单元的所述室中的还原剂浓度水平，
将测量的系统排出NOx值与对应于所确定的还原剂浓度水平的至少一个基准值进行比较，以及
基于所述测量的系统排出NOx值与所述至少一个基准值的比较来确定通过所述配给器配给的所述还原剂的还原剂浓度是否在可接受范围之外。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述还原剂浓度传感器被配置为检测通过所述配给器配给的所述还原剂的所述还原剂浓度，其中所述控制器还被配置为至少基于所述测量的系统排出NOx值与所述至少一个基准值的所述比较来确定所述还原剂浓度传感器的状态。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置为设定指示通过所述配给器配给的所述还原剂的所确定的状态的值。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述控制器还被配置为基于对所设定的值的解译来触发警告灯被点亮。
5.如权利要求3所述的系统，其中所述控制器还被配置为经由输出设备将所设定的值输出到辅助设备。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述测量的系统排出NOx值是制动比系统排出NOx值。
7.如权利要求1-6中任一项所述的系统，其中所述至少一个基准值是第一基准值，并且其中所述控制器还被配置为将所述第一基准值设定为选自指示预先确定的选择性催化还原催化剂单元温度下的足够还原剂浓度水平的第一组系统排出NOx值中的值。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述控制器还被配置为将第二基准值设定为选自指示所述预先确定的选择性催化还原催化剂单元温度下的低还原剂浓度水平的第二组系统排出NOx值中的值。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述控制器还被配置为通过归一化所述第一基准值和所述第二基准值来为所述第一组系统排出NOx值和所述第二组系统排出NOx值生成同一个单个阈值。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器还被配置为：
将相对于所述预先确定的选择性催化还原催化剂单元温度的对于足够还原剂浓度的所述第一组系统排出NOx值归一化到0至1.0标度；
将相对于所述预先确定的选择性催化还原催化剂单元温度的对于低还原剂浓度的所述第二组系统排出NOx值归一化到所述0至1.0标度；
从所述0至1.0标度选择归一化因子，所述归一化因子对应于所述预先确定的选择性催化还原催化剂单元温度；
确定归一化的测量的系统排出NOx值；以及
将所述归一化的测量的系统排出NOx值与所述阈值进行比较。
11.如权利要求7所述的系统，其中所述控制器还被配置为当确定所述选择性催化还原催化剂单元处于所述预先确定的选择性催化还原催化剂单元温度时测量系统排出NOx值。
12.如权利要求1-6和8-11中任一项所述的系统，其中所述控制器还被配置为在将所述测量的系统排出NOx值与所述至少一个基准值进行比较之前，在所述选择性催化还原催化剂单元的480摄氏度和600摄氏度之间的温度下激活高温再生事件。
13.如权利要求1-6和8-11中任一项所述的系统，其中所述控制器还被配置为在将所述测量的系统排出NOx值与所述至少一个基准值进行比较之前，控制所述配给器配给还原剂以保持恒定的氨与NOx比。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述控制器还被配置为计算待通过所述配给器配给的还原剂的量，以匹配所述测量的系统排出NOx值，使得基本上所有的NOx被所述还原剂还原。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述控制器还被配置为计算还原剂的量，以补偿来自一个或更多个传感器的噪声，所述一个或更多个传感器被配置为捕获所述测量的系统排出NOx值。
16.如权利要求1-6、8-11和14-15中任一项所述的系统，其中所述控制器还被配置为当所述选择性催化还原催化剂单元的温度降低时监控所述测量的系统排出NOx值，所述选择性催化还原催化剂单元的所述温度在220摄氏度和440摄氏度的范围内。
17.一种用于诊断不适当的还原剂浓度的方法，所述方法包括：
引导配给器将还原剂配给到选择性催化还原催化剂单元的室中；
检测所述选择性催化还原催化剂单元的所述室中的还原剂浓度水平；
将测量的系统排出NOx值与对应于所确定的还原剂浓度水平的至少一个基准值进行比较，以及
基于所述测量的系统排出NOx值与所述至少一个基准值的比较来确定通过所述配给器配给的所述还原剂的还原剂浓度是否在可接受范围之外。
18.如权利要求17所述的方法，还包括至少基于所述测量的系统排出NOx值与所述至少一个基准值的所述比较来确定还原剂浓度传感器的状态，其中所述还原剂浓度传感器被配置为检测通过所述配给器配给的所述还原剂的所述还原剂浓度。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述测量的系统排出NOx值是制动比系统排出NOx值。
20.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括将所述至少一个基准值设定为选自指示预先确定的选择性催化还原催化剂单元温度下的还原剂浓度水平的至少一组系统排出NOx值中的值。
21.如权利要求17-20中任一项所述的方法，还包括在检测所述还原剂浓度水平之前，从所述选择性催化还原催化剂单元移除任何存储的残留还原剂。
22.如权利要求17-20中任一项所述的方法，还包括配给还原剂以保持恒定的氨与NOx比。
23.如权利要求17-20中任一项所述的方法，还包括当所述选择性催化还原催化剂单元的温度降低时，计算制动比系统排出NOx值，所述选择性催化还原催化剂单元的所述温度在220摄氏度和440摄氏度的范围内。
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