控制废气处理装置的操作的方法与流程

1.本发明涉及废气处理领域，并且具体地涉及控制废气处理装置的操作。

背景技术：

2.一种废气处理装置可以包括多个模块，其中每个模块旨在处理废气的一种或多种成分。废气处理装置可以包括串联布置的柴油氧化催化剂(doc)模块、柴油颗粒过滤器(dpf)模块和选择性催化还原(scr)模块中的一个或多个，使得废气依次流过每个模块。
3.柴油氧化催化剂模块可以使废气的成分氧化。柴油颗粒过滤器模块可以从废气中过滤烟灰，以防止烟灰释放到大气中。scr模块可以使废气中存在的no
x
与氨发生化学反应以产生氮和水。
4.每个模块的性能可能随着使用而降低。例如，scr模块的性能可能受到scr模块内沉积物的积聚的影响。如果使用高硫燃料，则scr模块内的沉积物的积聚可能特别快。在scr模块中积聚的沉积物可以通过涉及增加scr模块的温度的scr清洁过程去除。
5.为了在废气到达scr模块之前提高废气的温度，已知使用doc模块来提高通过它的废气的温度。这可以通过在doc模块上游引入未燃烧的燃料用于doc中的氧化从而增加离开doc模块的废气的温度来实现。
6.因此，除了喷射燃料用于燃烧之外，燃料可以作为后燃烧事件喷射到发动机的一个或多个气缸中，以使燃料流出一个或多个气缸而不发生氧化。这种燃料可以在doc模块中氧化，从而增加其中的废气的温度。以这种方式喷射燃料可以称为碳氢化合物(hc)定量供给。
7.在使用高硫燃料的情况下，清洁scr模块的需求可能比使用常规(低硫)燃料时大得多。

技术实现要素：

8.针对该背景，提供了一种控制包括内燃发动机和废气处理装置的发动机组件的方法，
9.废气处理装置，包括：柴油氧化催化剂(doc)模块，其经配置将一氧化碳和烃转化成二氧化碳；以及选择性催化还原(scr)模块，其经配置促进no
x
和氨之间的反应，其中scr模块在doc模块下游；
10.发动机组件，经配置提供scr模块的效率的数值指示；
11.该方法包括：
12.将效率的数值指示与第一阈值效率值进行比较，并且：
13.在效率的数值指示保持高于第一阈值效率值的情况下，等待直到时间间隔t已经过去，然后启动启动scr清洁事件的时间；
14.在效率的数值指示低于第一阈值效率值的情况下，启动阈值启动的scr清洁事件而不等待直到时间间隔t已经过去，
15.其中启动scr清洁事件的时间和启动scr清洁事件的阈值中的每一个包括：在发动机燃烧事件之后以第一喷射速率将燃料喷射到发动机中，使得燃料通过发动机而不燃烧，以使燃料在柴油氧化催化剂中燃烧，从而以柴油氧化催化剂中的废气的温度的增加为目标；
16.确定是否满足一组标准，其中该组标准包括确定在阈值启动的scr清洁事件之后，scr效率超过第二阈值效率；以及
17.在满足该组标准的情况下：
18.触发与高硫燃料相关的错误警告。
19.因此，有利地，可以检测高硫燃料的使用，并将其传达给机器的操作者和/或向机器提供服务的一方和/或机器的车队所有者和/或机器的制造商。
20.在另一方面，提供了一种发动机组件，包括内燃发动机和废气处理装置，
21.内燃发动机组件进一步包括发动机控制模块，其经配置：
22.将效率的数值指示与第一阈值效率值进行比较，并且：
23.在效率的数值指示保持高于第一阈值效率值的情况下，等待直到时间间隔t已经过去，然后启动启动scr清洁事件的时间；
24.在效率的数值指示低于第一阈值效率值的情况下，启动阈值启动的scr清洁事件而不等待直到时间间隔t已经过去，
25.其中启动scr清洁事件的时间和启动scr清洁事件的阈值中的每一个包括：在发动机燃烧事件之后以第一喷射速率将燃料喷射到发动机中，使得燃料通过发动机而不燃烧，以使燃料在柴油氧化催化剂中燃烧，从而以柴油氧化催化剂中的废气的温度的增加为目标；
26.确定是否满足一组标准，其中该组标准包括确定在阈值启动的scr清洁事件之后，scr效率超过第二阈值效率；以及
27.在满足该组标准的情况下：
28.触发与高硫燃料相关的错误警告。
29.因此，有利地，可以检测高硫燃料的使用，并将其传达给机器的操作者和/或向机器提供服务的一方和/或机器的车队所有者和/或机器的制造商。
附图说明
30.现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：
31.图1示出了可以应用本发明的方法的发动机组件的高度示意性表示；
32.图2示出了根据本发明的控制发动机组件的方法的第一实施例的流程图；
33.图3示出了当使用本发明的方法时，以常规(低硫)燃料运行的示例发动机的scr效率相对于时间的曲线图；
34.图4示出了当使用本发明的方法时，以常规(低硫)燃料运行的示例发动机的scr效率相对于时间的曲线图；
35.图5示出了当使用本发明的方法时，以高硫燃料运行的示例发动机的scr效率相对于时间的曲线图；以及
36.图6示出了当使用本发明的方法时，以高硫燃料运行的示例发动机的scr效率相对
于时间的曲线图。
具体实施方式
37.发动机和后处理架构
38.为了理解本发明的方法的上下文，以下描述了可以由该方法控制的发动机组件500的可能的废气处理装置550。如本领域技术人员将容易理解的，本发明的方法适用于宽范围的废气处理装置并且不限于以下描述的具体示例，提供该具体示例仅仅用于帮助读者理解本发明的方法的上下文。
39.图1的废气处理装置550包括废气流动路径，其包括多个模块520、530，废气可以在释放到大气之前依次经由多个导管515、525、535流动通过这些模块。
40.发动机510下游的流体流动路径可以串联地包括将发动机510的出口与doc模块520的入口链接的第一管道515、将doc模块520的出口与scr 530的入口链接的第二管道525、以及提供从scr 530到大气的出口的第三管道535。scr模块包括由氨罐534供应的氨喷射器532。
41.流体流动路径还可以包括scr模块上游的dpf模块(图1中未示出)。更多模块(未示出)可以存在于其它模块下游或上游。
42.发动机510可以包括具有废气管道515和一个或多个燃烧气缸(未示出)的燃烧单元(未示出)。一个或多个气缸中的每一个可以包括活塞、燃料喷射器、进气阀和通向废气管道的废气阀。燃料可以经由燃料喷射器喷射到燃烧气缸(或每个燃烧气缸)中。燃料喷射器可以经配置根据受控定时模式喷射燃料。
43.后处理清洁
44.后处理清洁可能需要增加废气处理装置的温度。
45.为了增加废气处理装置中的废气的温度，已知为了增加废气的温度而在doc模块520中燃烧燃料。虽然可以为此目的将燃料直接喷射到doc模块520中，但是也可以通过采用已经存在于发动机510的燃烧气缸中的燃料喷射器来避免对单独的燃料喷射器的需要。这可能涉及通过在燃烧循环中的某一时刻(例如，在气缸的废气冲程期间)将燃料喷射到发动机的燃烧气缸中而在doc模块520中喷射用于燃烧的燃料，此时条件使得燃料将直接通过气缸而不燃烧，且因此可以用于doc模块520内的燃烧。这样的喷射可以称为辅助喷射或后燃烧喷射，以便将它们与定时的主喷射区分开，从而在气缸中燃烧并以传统方式驱动活塞。
46.旨在使废气处理装置的效率提高的过程可以被描述为后处理系统清洁过程或再生过程。
47.需要后处理清洁的程度可以取决于后处理效率已降低的程度。
48.在dpf模块的情况下，需要dpf清洁的程度可以取决于感测或推断为存在于dpf中的烟灰量。感测或推断的烟粒量可以描述为烟灰负载。如果烟灰负载更显著，则适度的烟灰负载可以促使与所需的清洁策略不同的清洁策略。已知的是响应于烟灰负载提供不同的dpf清洁过程。此外，已知的是响应于烟灰负载的增加逐步升级一系列日益有效的dpf清洁过程。
49.在scr模块的情况下，需要scr清洁的程度可以取决于氨沉积物在scr模块内累积的程度。除了感测沉积物之外，可以假设在自前一清洁事件以来的预定时间间隔之后沉积
物可能已经累积，因此清洁scr的定时可以简单地基于自前一清洁事件以来的预定时间间隔。
50.在特别适用于本发明的一个示例中，后处理装置的改进的效率可以涉及从scr模块去除氨沉积物的策略，这可以称为scr清洁事件。
51.scr效率的指示可以来自一对no
x
传感器，一个位于scr模块上游，另一个位于scr模块下游。以这种方式，可以根据从该对传感器得到的值来计算百分比效率。
52.scr清洁事件可以包括以辅助喷射将燃料喷射到发动机的燃烧气缸中，使得燃料不在发动机的气缸中燃烧，而是到达doc模块520，燃料在doc模块520中燃烧，由此增加doc模块520中的废气的温度。这些辅助喷射可以经配置以δt1的温度增加为目标。通过增加doc中废气的温度，到达scr模块的废气具有增加的温度。这种升高的温度可能导致scr中氨沉积物的燃烧。
53.根据本发明的方法的示例
54.图2示出了根据本发明的方法的简化流程图。
55.该方法包括在步骤110处接收scr效率数据(其可以被感测或推断)并且在步骤120处确定scr效率的降低(例如由氨沉积物的累积引起)是否使得scr效率下降到低于第一阈值。第一阈值可以表示绝对效率水平或百分比效率，或作为效率的函数的一些其它变量。换言之，确定效率的不足是否足够大，使得效率下降到第一阈值水平以下。无论测量或推断的效率都可以用数字表示。第一阈值例如可以在20％至30％的范围内。
56.在效率的数值指示被确定为不低于第一效率阈值的情况下，该方法包括在步骤130处确定自从前一scr清洁事件以来是否经过了时间间隔t。在时间间隔t尚未过去的情况下，该方法返回到步骤110。
57.在时间间隔t已经过去的情况下，在步骤140处执行时间启动的scr清洁事件。一旦scr清洁事件结束，该方法返回到步骤110。
58.因此，如果scr在使用常规(低硫)燃料的常规操作中按预期操作，则该方法将保持在由虚线105界定的流程图的界限内。
59.实际上，scr效率数据很可能是在相当连续的基础上产生的。
60.图3示出了当方法在图2的虚线105内操作时scr效率相对于时间的示例。在图3的示例中，第一阈值为25％，很明显，scr效率从不低于该阈值。
61.图3涵盖包括以60小时间隔发生的两个scr清洁事件的时间段。因此，对于图3的示例，时间间隔t是60小时。
62.在图3中，发动机的特定操作时段在时间a开始，第一scr清洁事件在时间b开始(即在60小时操作之后)，第一scr清洁事件在时间c结束；第二scr清洁事件在时间d开始(即在另外60小时操作之后)，并且第二scr清洁事件在时间e结束。在每个scr清洁事件之后，scr效率大致返回到在前一scr清洁事件之后看到的效率。
63.图3的两个scr清洁事件都是时间启动的scr清洁事件。即，图3所示的两个scr清洁事件都在时间间隔t结束时发生，该时间间隔在图3中是60小时。
64.已知的是，最大scr效率随着操作而降低。最大scr效率可以被认为是紧接在scr清洁事件之后的scr效率。在操作数百或数千小时后，最大scr效率将降低。
65.图4示出了操作数百小时后scr效率相对于时间的曲线图。相对于图3，图4中scr的
启动效率较低。这是因为前一操作的数百小时。与图3一样，第一阈值为25％，很明显，在图4的情况下，scr效率从不低于该阈值。
66.图4涵盖包括以60小时间隔发生的两个scr清洁事件的时间段。因此，对于图4的示例，时间间隔t是60小时，如同图3的示例。
67.在图4中，发动机的特定操作时段在时间a开始，第一scr清洁事件在时间b开始(即在60小时操作之后)，第一scr清洁事件在时间c结束；第二scr清洁事件在时间d开始(即在另外60小时操作之后)，并且第二scr清洁事件在时间e结束。在每个scr清洁事件之后，scr效率大致返回到在前一scr清洁事件之后看到的效率。然而，scr效率低于图3情形的scr效率。换言之，整个scr效率曲线简单地向下偏移。
68.图4的两个scr清洁事件都是时间启动的scr清洁事件。
69.在使用高硫燃料的情况下，期望scr效率快速降低，使得在预定时间间隔t的周期性scr清洁事件可能不足。当scr效率下降到低于第一效率阈值时，可能需要额外的scr清洁事件。这种清洁事件可以称为阈值启动scr清洁事件。
70.再次参考图2，如果该方法在步骤120确定scr效率低于第一阈值效率，则进行检查以确定氨是否过稀或氨喷射器是否被堵塞。如果该检查是肯定的，则不能推断出scr效率低的原因是由于使用了高硫燃料，因此该方法返回到步骤110。
71.在步骤160，执行阈值启动的scr清洁事件。无论自前一scr清洁事件以来的时间间隔如何，这都会发生。
72.注意，步骤150和160可以相对于图2所示的顺序颠倒。
73.在步骤160的阈值启动的scr清洁事件之后，在步骤170进行检查以确定scr效率是否已经恢复到超过第二效率阈值，其中第二效率阈值被确定为适度地小于在前一scr清洁事件之后的scr效率。如果scr效率不超过第二阈值，则不能推断出scr效率低的原因是由于使用了高硫燃料，因此该方法返回到步骤110。
74.如果在步骤170执行的检查指示scr效率已经恢复到超过第二阈值，则在步骤180输出高硫燃料警告。而且，可选地，可以在步骤190调用热管理模式(下面进一步讨论)。
75.高硫警告(步骤180)可以包括以下中的一个或多个：对发动机组件的操作者的可见警告；对维修工程师的警告；对发动机组件的车队操作者的警告；对发动机组件的所有者的警告；或表示使用中的燃料似乎具有高硫含量的任何其它警告。
76.图5示出了在使用高硫燃料的情况下scr效率相对于时间的曲线图。图5的示例的第二效率阈值为73％，尽管该图不是绝对百分比，而是取决于最大scr效率(在图5的示例中为75％)而变化的百分比。如在图3和图4的示例中，第一效率阈值是25％。
77.发动机的操作在时间a开始。scr效率迅速下降，使得scr效率在时间间隔t(操作60小时)过去之前下降到低于第一效率阈值。如果scr效率下降到低于第一效率阈值，则该方法(图2中的步骤160)触发scr清洁事件。
78.在图5的示例中，scr清洁事件(发生在时间b与时间c之间)导致scr效率返回到在发动机的操作时段的开始时看到的scr效率(75％)，该scr效率超过第二效率阈值。(这是在图2的步骤170执行的检查。)
79.在时间c，该方法输出高硫燃料警告(图2中的步骤180)。
80.在时间c和时间d之间，当scr清洁事件已经停止时，发动机可以以所谓的热管理模
式操作(图2中的步骤190)。这种热管理模式可能涉及即使在scr清洁事件之间也采取措施来提高scr模块的温度。热管理模式由此可以降低scr效率下降的速度。因此，时间c和d之间的曲线的梯度小于时间a和b之间的曲线的梯度。然而，在时间d，scr效率再次下降到第一阈值效率以下，并且因此触发了另一个阈值启动的scr清洁事件(在循环100的后续迭代上的步骤160)，以便使scr效率返回到与发动机的操作时段开始时大致相同(即，超过第二效率阈值)。在时间e，该方法输出(或继续输出)由图2所示逻辑的第二循环产生的高硫燃料警告。
81.热管理模式可以采用除了辅助燃料喷射之外的技术来提高scr中的温度。示例包括增加发动机速度、增加废气再循环(egr)的使用(如果存在的话)、部署背压阀(如果存在的话)或采取其它适当的步骤。
82.图6示出了scr效率相对于时间的曲线图，其中最初使用高硫燃料，但是可能在由时间c处的高硫燃料警告提示时，定期(低硫燃料)供应到燃料箱以稀释高硫燃料。
83.由于通过这种稀释，燃料中硫的比例(平均)降低，时间c和时间d之间的曲线梯度变得比时间a和时间b之间的梯度较平缓。这意味着，在图6的示例中，在scr效率没有下降到低于第一阈值的情况下，整个60小时时间间隔(在时间c和时间d之间)过去。
84.在这种情况下，可以考虑第三效率阈值。在图6的示例中，该第三效率阈值被设置为50％。由于在60小时时间间隔结束之前scr效率下降到低于第三效率阈值，所以即使在下一个scr清洁事件在时间e结束之后，热管理模式也可以保持在适当的位置。
85.可能的是，一旦在60小时周期期间的任何时间scr效率没有下降到低于第三效率阈值，热管理才被去除。
86.注意，在图2中没有示出与第三效率阈值相关联的逻辑。
87.scr效率值、第一效率阈值、第二效率阈值、第三效率阈值和时间间隔t可以都被设置为用于特定实现的适当值。
88.注意这里阐述的示例值都不被认为是限制性的。
89.最大scr效率不限于本发明中使用的75％的示例。第一效率值不限于本发明中使用的25％的示例。第二效率值不限于本发明中使用的73％的示例。第三效率值不限于本发明中使用的50％的示例值。时间间隔t不限于本发明中使用的60小时的示例。
90.这些中的每一个的值可以被设置为适合于所讨论的特定实现的任何值。
91.例如，时间间隔t可以是数十小时的量级，例如50小时、或60小时、或70小时、或80小时或90小时、或100小时、或110小时、或120小时、或130小时、或140小时。
92.还应当注意，效率阈值可以不保持恒定，并且可以是温度和空速的函数。
93.可能的是，每个效率阈值不被定义为固定阈值，而是相对于例如紧接在前一个清洁循环结束之后的最大效率的数值指示的效率的固定不足。
94.工业实用性
95.这里提出的策略可以适用于具有包括scr模块的后处理装置的任何内燃发动机，该scr模块的效率可以通过适当的清洁、热管理以及对不适当的燃料的警告来改进。

技术特征：

1.一种控制包括内燃发动机和废气处理装置的发动机组件的方法，所述废气处理装置包括：柴油氧化催化剂(doc)模块，其经配置将一氧化碳和烃转化成二氧化碳；以及选择性催化还原(scr)模块，其经配置促进no
x
和氨之间的反应，其中所述scr模块在所述doc模块下游；所述发动机组件经配置提供所述scr模块的效率的数值指示；所述方法包括：将效率的所述数值指示与第一阈值效率值进行比较，并且：在效率的所述数值指示保持高于第一阈值效率值的情况下，等待直到时间间隔t已经过去，然后启动启动scr清洁事件的时间；在效率的所述数值指示低于所述第一阈值效率值的情况下，启动阈值启动的scr清洁事件而不等待直到所述时间间隔t已经过去，其中启动scr清洁事件的所述时间和启动scr清洁事件的所述阈值中的每一个包括：在发动机燃烧事件之后以第一喷射速率将燃料喷射到所述发动机中，使得所述燃料通过所述发动机而不燃烧，以使所述燃料在所述柴油氧化催化剂中燃烧，从而以所述柴油氧化催化剂中的废气的温度的增加为目标；确定是否满足一组标准，其中所述组标准包括确定在所述阈值启动的scr清洁事件之后，scr效率超过第二阈值效率；以及在满足所述组标准的情况下：触发与高硫燃料相关的错误警告。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述组标准进一步包括：确定供应scr的氨的氨浓度值大于氨浓度阈值。3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：在供应到scr的氨的氨浓度值小于氨浓度阈值的情况下，输出氨浓度警告。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一组标准进一步包括：确定用于将氨喷射到所述废气处理装置中的喷射器呈现出指示无堵塞的喷射器行为。5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括在喷射器行为指示被堵塞的情况下输出喷射器警告。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括在所述scr清洁事件完成之后，确认效率的所述数值指示超过第二阈值效率值。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二效率值在70％和80％之间。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一效率值在20％和30％之间。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述时间间隔小于阈值时间间隔的情况下，所述方法包括在所述阈值启动的scr清洁事件之后：采取以下步骤中的一个或多个来增加所述scr模块中的废气的温度：将发动机速度增加到所述发动机中的目标增加温度；增加废气再循环的使用；部署背压阀；在发动机燃烧事件之后以第二喷射速率将燃料喷射到所述发动机中，其中所述第二喷射速率小于所述第一喷射速率，使得所述燃料通过所述发动机而不燃烧，以使所述燃料在
所述柴油氧化催化剂中燃烧，从而在scr清洁事件之间维持所述柴油氧化催化剂中增加的废气的温度。10.根据权利要求9所述的方法，其中采取步骤以增加所述scr模块中的废气的温度的所述步骤继续，直到效率的所述数值指示在后续时间段内保持高于第三阈值效率值，其中所述后续时间段具有与所述时间间隔t相同的持续时间。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中效率的所述数值指示是从以下各项中的一项或多项的函数导出的：scr背压；从位于所述scr模块上游的no
x
传感器导出的值；从位于所述scr模块下游的no
x
传感器导出的值。12.根据权利要求10所述的方法，其中效率的所述数值指示是从以下各项之间的差的函数导出的：从所述scr模块下游的no
x
传感器导出的所述值；以及从所述scr模块上游的no
x
传感器导出的所述值。13.一种发动机组件，包括内燃发动机和废气处理装置，所述内燃发动机组件进一步包括发动机控制模块，其经配置：将效率的所述数值指示与第一阈值效率值进行比较，并且：在效率的所述数值指示保持高于第一阈值效率值的情况下，等待直到时间间隔t已经过去，然后启动启动scr清洁事件的时间；在效率的所述数值指示低于第一阈值效率值的情况下，启动阈值启动的scr清洁事件而不等待直到所述时间间隔t已经过去，其中启动scr清洁事件的所述时间和启动scr清洁事件的所述阈值中的每一个包括：在发动机燃烧事件之后以第一喷射速率将燃料喷射到所述发动机中，使得燃料通过所述发动机而不燃烧，以使所述燃料在所述柴油氧化催化剂中燃烧，从而以所述柴油氧化催化剂中的废气的温度的增加为目标；确定是否满足一组标准，其中所述组标准包括确定在所述阈值启动的scr清洁事件之后，scr效率超过第二阈值效率；以及在满足所述组标准的情况下：触发与高硫燃料相关的错误警告。14.根据权利要求13所述的发动机组件，进一步包括经配置向所述scr供应氨的氨罐，并且其中可选地，所述氨罐包括氨浓度传感器。15.根据权利要求13或14所述的发动机组件，进一步包括经配置将氨喷射到scr模块中的喷射器，其中可选地，所述喷射器包括经配置检测所述喷射器中的堵塞的喷射器传感器，其中可选地，所述喷射器传感器包括压力传感器。

技术总结

一种控制包括内燃发动机和废气处理装置的发动机组件的方法。该废气处理装置包括柴油氧化催化剂(DOC)模块和选择性催化还原(SCR)模块。该发动机组件提供SCR模块的效率的数值指示。该方法包括将效率的数值指示与第一阈值效率值进行比较。若数值指示保持高于第一阈值效率值，则等待时间间隔t，然后启动定时启动的SCR清洁事件。若数值指示低于第一阈值效率值，则启动阈值启动的SCR清洁事件而不等待时间间隔t。以第一喷射速率将燃料喷射到发动机中，使燃料在柴油氧化催化剂中燃烧，从而使柴油氧化催化剂中的废气温度增加。确定一组标准，包括在阈值启动的SCR清洁事件之后，SCR效率是否超过第二阈值效率。若是，则触发与高硫燃料相关的错误警告。的错误警告。的错误警告。