用于监测选择性催化还原催化器的健康状态的系统及方法
【专利摘要】本发明涉及用于监测选择性催化还原催化器的健康状态的系统及方法。具体而言，一种系统包括编程为监测选择性催化还原(SCR)催化器的NH3储存状态的控制器。控制器编程为接收表示SCR催化器的入口上游和出口下游两者的流体中的NH3和/或NOX浓度的信号，接收来自设置在SCR催化器内的至少一个RF探头的表示SCR催化器的测得的NH3储存的信号，至少基于SCR催化器上游和下游两者的流体中的NH3和/或NOX浓度来使用模型生成SCR催化器的估计的NH3储存，将估计的NH3储存与测得的NH3储存相比较，以及至少基于估计的NH3储存与测得的NH3储存的比较来输出对于SCR催化器的控制动作。
【专利说明】
用于监测选择性催化还原催化器的健康状态的系统及方法
技术领域
[0001]本文公开的主题涉及一种用于内燃机的排气后处理系统，且更具体地涉及监测排气后处理系统的选择性催化还原(SCR)催化器的健康状态。【背景技术】
[0002]发动机(例如，诸如往复式发动机或燃气涡轮这样的内燃机)燃烧燃料和空气的混合物来生成燃烧气体，燃烧气体将驱动力施加到发动机的构件(例如，用以移动活塞或驱动涡轮)。随后，燃烧气体离开发动机作为排气，其可经历排气处理(例如，后处理)系统，该系统包括一个或多个催化转换器(例如，三路催化器(TWC)组件、SCR催化器组件等)以减少氮氧化物(N0X)、烃(HC)、一氧化碳(C0)的排放，以及其它排放。然而，如果未密切监测健康状态(例如，氨(NH3)储存状态)，贝麵着时间过去，催化器在减少排放方面的有效性可能降低。
【发明内容】
[0003]在范围上与最初提出的发明相当的某些实施例在下文中概述。这些实施例不意在限制提出的发明的范围，而相反，这些实施例仅意在提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与下文所述的实施例相似或不同的多种形式。
[0004]根据第一实施例，一种系统包括构造成处理来自燃烧机的排放的排气后处理系统。排气后处理系统包括构造成接收来自燃烧机的流体的SCR催化器组件，其中SCR催化器组件具有入口和出口。排气后处理系统还包括设置在SCR催化器组件的入口上游的第一传感器、设置在SCR催化器组件的出口下游的第二传感器，以及设置在SCR催化器组件内且构造成测量SCR催化器组件的NH3储存的至少一个射频(RF)探头。该系统还包括通信地联接到排气后处理系统的控制器。控制器配置成接收来自第一传感器的表示SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或N0X浓度的第一信号，接收来自第二传感器的表示SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或N0X浓度的第二信号，接收来自至少一个RF探头的表示SCR催化器组件的测得的NH3储存的第三信号，至少基于SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或N0X浓度和SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或N0X浓度来使用模型生成SCR催化器组件的估计的NH3储存，将估计的NH3储存与测得的NH3储存相比较，以及至少基于估计的NH3储存与测得的NH3储存的比较来输出对于排气后处理系统的控制动作。
[0005]根据第二实施例，一种系统包括编程为监测联接到燃烧机的SCR催化器组件的NH3 储存状态的控制器。控制器编程为接收来自第一传感器的表示SCR催化器组件的入口上游的流体中的NH3浓度或N0X浓度的第一信号，接收来自第二传感器的表示SCR催化器组件的出口下游的流体中的NH3浓度或N0X浓度的第二信号，接收来自设置在SCR催化器组件内的至少一个RF探头的表示SCR催化器组件的测得的NH3储存的第三信号，至少基于SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或N0X浓度和SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或N0X浓度来使用模型生成SCR催化器组件的估计的NH3储存，将估计的NH3储存与测得的NH3储存相比较， 以及至少基于估计的NH3储存与测得的NH3储存的比较来输出对于SCR催化器组件的控制动作。
[0006]根据第三实施例，提供了一种用于监测联接到燃烧机的SCR催化器组件的NH3储存状态的方法。该方法包括在控制器处接收来自第一传感器的表示SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度的第一信号。该方法还包括在控制器处接收来自第二传感器的表示SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度的第二信号。该方法还包括在控制器处接收来自设置在SCR催化器组件内的至少一个RF探头的表示SCR催化器组件的测得的NH3储存的第三信号。该方法甚至还包括至少基于SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度和SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度来经由控制器使用模型生成SCR催化器组件的估计的NH3储存。该方法还包括经由控制器将估计的NH3储存与测得的NH3储存相比较。该方法甚至还包括至少基于估计的NH3储存与测得的NH3储存的比较来经由控制器输出对于SCR催化器组件的控制动作。
[0007]技术方案1.一种系统，包括:构造成处理来自燃烧机的排放的排气后处理系统，其中所述排气后处理系统包括: 构造成接收来自所述燃烧机的流体的选择性催化还原(SCR)催化器组件，其中所述SCR 催化器组件具有入口和出口；设置在所述SCR催化器组件的入口上游的第一传感器；设置在所述SCR催化器组件的出口下游的第二传感器；设置在所述SCR催化器组件内且配置成测量所述SCR组件的NH3储存的至少一个射频 (RF)探头；以及通信地联接到所述排气后处理系统的控制器，其中所述控制器配置成接收来自所述第一传感器的表示所述SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度的第一信号，接收来自所述第二传感器的表示所述SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度的第二信号，接收来自所述至少一个RF探头的表示所述SCR催化器组件的测得的NH3储存的第三信号，至少基于所述SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度和所述SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度来使用模型生成所述SCR催化器组件的估计的NH3储存， 将所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存相比较，以及至少基于所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存的比较来输出对于所述排气后处理系统的控制动作。
[0008]技术方案2.根据技术方案1所述的系统，其中，所述控制器配置成接收所述燃烧机的一个或多个操作参数，以及基于所述一个或多个操作参数、所述SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度和所述SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度来使用所述模型生成所述SCR催化器组件的所述估计的NH3储存。
[0009]技术方案3.根据技术方案2所述的系统，其中，所述控制器配置成通过确定所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存之间的差异来将所述估计的NH3储存与所述测得的NH3 储存相比较，且判断所述差异是否大于阈值差异。
[0010]技术方案4.根据技术方案3所述的系统，其中，所述控制器配置成在所述差异大于所述阈值差异的情况下执行对于所述SCR催化器组件的诊断模块。
[0011]技术方案5.根据技术方案4所述的系统，其中，所述第二传感器包括NOx传感器， 且其中所述控制器配置成在所述差异小于或等于所述阈值差异的情况下判断所述SCR催化器组件下游的流体中的NOx浓度是否在NOx浓度范围内或低于NOx浓度阈值。
[0012]技术方案6.根据技术方案5所述的系统，其中，所述控制器配置成在所述NOx浓度不在所述NOx浓度范围内或低于所述NOx浓度阈值的情况下对于所述SCR催化器组件执行所述诊断模块。
[0013]技术方案7.根据技术方案4所述的系统，其中，所述第二传感器包括NH3传感器， 且其中所述控制器配置成在所述差异小于或等于所述阈值差异的情况下判断所述SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度是否在NH3浓度范围内或低于NH3浓度阈值。
[0014]技术方案8.根据技术方案7所述的系统，其中，所述控制器配置成在所述NH3浓度不在所述NH3浓度范围内或低于所述NH3浓度阈值的情况下对于所述SCR催化器组件执行所述诊断模块。
[0015]技术方案9.根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括联接到所述排气后处理系统的所述燃烧机。
[0016]技术方案10.—种系统，包括:控制器，其编程为监测联接到燃烧机的选择性催化还原(SCR)催化器组件的氨(NH3)储存状态，其中所述控制器编程为接收来自第一传感器的表示所述SCR催化器组件的入口上游的流体中的NH3浓度或氮氧化物(NOx)浓度的第一信号，接收来自第二传感器的表示所述 SCR催化器组件的出口下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度的第二信号，接收来自设置在所述 SCR催化器组件内的至少一个射频(RF)探头的表示所述SCR催化器组件的测得的NH3储存的第三信号，至少基于所述SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度和所述SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度来使用模型生成所述SCR催化器组件的估计的NH3 储存，将所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存相比较，以及至少基于所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存的比较来输出对于所述SCR催化器组件的控制动作。
[0017]技术方案11.根据技术方案10所述的系统，其中，所述控制器编程为接收所述燃烧机的一个或多个操作参数，以及基于所述一个或多个操作参数、所述SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度和所述SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度来使用所述模型生成所述SCR催化器组件的所述估计的NH3储存。
[0018]技术方案12.根据技术方案11所述的系统，其中，所述控制器编程为通过确定所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存之间的差异来将所述估计的NH3储存与所述测得的 NH3储存相比较，且判断所述差异是否大于阈值差异。
[0019]技术方案13.根据技术方案12所述的系统，其中，所述控制器编程为在所述差异大于所述阈值差异的情况下执行对于所述SCR催化器组件的诊断模块。
[0020]技术方案14.根据技术方案13所述的系统，其中，所述第二传感器包括NOx传感器，且其中所述控制器编程为在所述差异小于或等于所述阈值差异的情况下判断所述SCR 催化器组件下游的流体中的NOx浓度是否在NOx浓度范围内或低于NOx浓度阈值。
[0021]技术方案15.根据技术方案14所述的系统，其中，所述控制器编程为在所述NOx浓度不在所述NOx浓度范围内或低于所述NOx浓度阈值的情况下对于所述SCR催化器组件执行所述诊断模块。[〇〇22]技术方案16.根据技术方案13所述的系统，其中，所述第二传感器包括NH3传感器，且其中所述控制器编程为在所述差异小于或等于所述阈值差异的情况下判断所述SCR 催化器组件下游的流体中的NH3浓度是否在NH3浓度范围内或低于NH3浓度阈值。
[0023]技术方案17.根据技术方案16所述的系统，其中，所述控制器编程为在所述NH3浓度不在所述NH3浓度范围内或低于所述NH3浓度阈值的情况下对于所述SCR催化器组件执行所述诊断模块。
[0024]技术方案18.—种用于监测联接到燃烧机的选择性催化还原(SCR)催化器组件的氨(NH3)储存状态的方法，包括:在控制器处接收来自第一传感器的表示所述SCR催化器组件的入口上游的流体中的 NH3浓度或氮氧化物(NOx)浓度的第一信号，在所述控制器处接收来自第二传感器的表示所述SCR催化器组件的出口下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度的第二信号；在所述控制器处接收来自设置在所述SCR催化器组件内的至少一个射频(RF)探头的表示所述SCR催化器组件的测得的NH3储存的第三信号；至少基于所述SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度和所述SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度来经由所述控制器使用模型生成所述SCR催化器组件的估计的NH3储存；经由所述控制器将所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存相比较；以及至少基于所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存的比较来经由所述控制器输出对于所述SCR催化器组件的控制动作。
[0025]技术方案19.根据技术方案18所述的方法，其中，所述方法包括在所述控制器处接收所述燃烧机的一个或多个操作参数，以及基于所述一个或多个操作参数、所述SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度和所述SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或 NOx浓度来经由所述控制器使用所述模型生成所述SCR催化器组件的所述估计的NH3储存。
[0026]技术方案20.根据技术方案19所述的方法，其中，所述方法包括通过确定所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存之间的差异来将经由所述控制器所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存相比较，且判断所述差异是否大于所述阈值。【附图说明】
[0027]在参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的标号表示附图各处相似的部分，在附图中:图1为联接到发动机的排气处理(例如，后处理)系统的实施例的示意图；以及图2为用于监测联接到发动机的催化器组件(例如，SCR催化器组件)的健康状态(例如， NH3储存状态)的计算机实施的方法的实施例的流程图。【具体实施方式】
[0028]下文将描述本发明的一个或多个特定实施例。在致力于提供这些实施例的简明描述中，可不在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当认识到，在任何这样的实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，必须作出许多实现方式特定的决定来达到开发者的例如符合系统相关及商业相关的约束的特定目的，其可从一个实现方式变化到另一个实现方式。此外，应当认识到，这样的开发努力可能是复杂和耗时的，但对那些具有本公开内容的益处的普通技术人员来说，这种开发工作将不过是设计、生产和制造的例行任务。
[0029]当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词"一个"、"一种"、"该"和"所述"意在表示存在一个或多个元件。用语"包括"、"包含"和"具有"意在为包含性的，且意思是可存在除所列元件之外的额外元件。
[0030]本公开内容针对用于监测联接到燃烧机(例如，往复式内燃机或燃气涡轮发动机) 的催化器组件或催化转换器(例如，SCR催化器组件)的健康状态(例如，NH3储存状态)的系统及方法。具体而言，本公开内容的实施例包括构造成联接到燃烧机和处理来自燃烧机(例如，发动机排气中)的排放(例如，NOx，HC，C0等)的后处理(例如，排气处理)系统。后处理系统可包括基于催化器的系统、化学喷射系统或其它类型。公开的实施例包括测量或获得燃烧机的一个或多个操作参数(例如，实际的或估计的操作参数)，分别经由NH3传感器和 NOx传感器测量催化器组件的上游和下游两者的流体(排气或处理的排气)中的NH3和NOx，以及经由一个或多个RF探头或传感器测量催化器组件的NH3储存。公开的实施例包括，基于催化器组件的上游和下游两者的流体中的测得的NH3和/或NH3浓度和/或燃烧机的该一个或多个操作参数使用模型来经由控制器(例如，发动机控制单元(E⑶))估计催化器组件的NH3储存。控制器还可使用模型来估计某些种类(例如，NOx和NH3)的排放。控制器还可将SCR催化器组件的估计的NH3储存与SCR催化器组件的测得的NH3储存相比较。如果催化器组件的估计的NH3储存或催化器组件下游的测得的或估计的排放中的一个或多个不在期望限度内。则输出控制动作可由控制器自动地触发(例如，在催化器组件上执行诊断模块)。经由公开的技术来监测催化器组件的健康状态(例如，NH3储存状态)允许燃烧机的使用在延长的时间段内保持在排放规定内。另外，可尽可能减少对催化器组件的维护。此外，公开的实施例提供了机载诊断能力。
[0031]现在转到附图且参看图1，示出了联接到发动机12的后处理系统10的示意图。如下文详细所述，公开的后处理系统10监测后处理系统10的催化器组件14的健康状态(例如， NH3储存状态)，且如果需要，在催化器组件14上执行诊断。发动机12可包括内燃机，诸如往复式发动机(例如，多冲程发动机，诸如二冲程发动机、四冲程发动机、六冲程发动机等)或燃气涡轮发动机。发动机12可关于多种燃料(例如，天然气、柴油、合成气、汽油、燃料混合物 (例如，甲烷、丙烷、乙烷等)，等)操作。发动机12可操作为富燃烧发动机。发动机12可为生成 10kW到10MW范围的功率的动力系统的一部分。在一些实施例中，发动机12可在少于每分钟大约1800转(RPM)下操作。在一些实施例中，发动机12可在小于大约2000 RPM、1900 RPM、 1700 RPM、1600 RPM、1500 RPM, 1400 RPM、 1300 RPM、 1200 RPM、 1000 RPM或900 RPM下操作。在一些实施例中，发动机12可在大约800-2000 RPM、900-1800 RPM,或1000-1600 RPM 之间操作。在一些实施例中，发动机12可在大约1800 RPM, 1500 RPM、1200 RPM、1000 RPM或900 RPM下操作。例如，示例性发动机12可包括通用电气公司的Jenbacher发动机(例如，Jenbacher Type 2，Type 3，Type 4，Type 6 或J920 FleXtra)或Waukesha发动机 (例如，Waukesha VGF，VHP, APG, 275GL)。
[0032]在操作期间，发动机12生成燃烧气体16,其用于将驱动力施加到发动机12的构件 (例如，在缸中往复的一个或多个活塞，或一个或多个涡轮)。燃烧气体16随后离开发动机12 作为排气16,其包括多种排放物(例如，N0x，HC，C0,等)。排气处理系统10处理这些排放物以生成更温和的排放物(二氧化碳(C02)、水等)。如图所示，排气处理系统10包括催化转换器或催化器组件14。催化器组件14(例如，SCR催化器组件)包括从发动机12接收流体16(例如，排气)的入口 18,以及用来排放流体22(例如，处理的发动机排气)的出口20。在某些实施例中，催化器组件14包括SCR催化器组件。SCR催化器组件经由其催化活动来经由多个反应还原流体16内的NOx AOx可经由NH3还原以生成N2和水。在某些实施例中，NOx可经由尿素还原以生成N2、水和C02。在包括SCR催化器组件的实施例中，发动机12可操作为贫燃烧发动机(例如，当量比(即，实际AFR与化学计量AFR之比)或lambda (A)值大于1.〇，诸如大约1.〇〇1、 1.002、1.003、1.004、1.005、1.006、1.007、1.020、1.030、1.040、1.050,或大于1.0的任何其它值)，以尽可能增加SCR催化器组件中的催化活动。AFR为空气与燃料的质量比。在某些实施例中，后处理系统10可包括设置在催化器组件14的上游和/或下游的一个或多个额外的催化器组件(例如，设置在发动机12与催化器组件14之间的TWC组件)。在某些实施例中，后处理系统10可包括其它构件(例如，还原剂喷射系统，其将还原剂(例如，NH3或尿素)喷射到发动机12的下游和催化器组件的上游的流体16中)。[〇〇33]发动机12和后处理系统10联接到(例如，通信地)控制器24 (例如，发动机控制单元 (ECU))，控制器24控制和监测发动机12的操作。例如，控制器24调节或调整发动机12的氧化剂一燃料比(例如，空气一燃料比)』FR为空气与燃料的质量比。控制器24还控制和监测后处理系统10的操作。例如，如下文更详细所述，控制器24可监测后处理系统10的催化器组件 14的健康状态(例如，NH3储存状态)，且如果需要，在催化器组件14上执行诊断。在某些实施例中，控制器24可包括与彼此通信的多个控制器(例如，用于发动机12和后处理系统10的相应控制器)。控制器24包括处理电路(例如，处理器26)和存储器电路(例如，存储器28)。处理器26可包括多个微处理器、一个或多个〃通用〃微处理器、一个或多个专用微处理器和/或一个或多个专用集成电路(ASICS)、片上系统(SoC)装置或一些其它处理器构造。例如，处理器 26可包括一个或多个精简指令集(RISC)处理器或复杂指令集(CISC)处理器。处理器26可执行指令来进行发动机12和/或后处理系统10的操作。这些指令可编码在储存于诸如存储器 28这样的有形非暂时性计算机可读介质(例如，光盘、固态装置、芯片、固件等)中的程序或代码中。在某些实施例中，存储器28可全部或部分地从控制器24除去。[〇〇34]存储器28可储存各种表(例如，查找表(LUT))。存储器28可储存将电压(例如，类似于从RF探头38接收的电压读数)对应于NH3储存值(例如，0，其表示SCR催化器组件中的NH3储存比)的LUT列表。另外，存储器28可储存一定数目的阈值或范围。例如，存储器28可储存各种排放物(例如，NOx，NH3等)的表示期望限度的阈值和/或范围。存储器28还可储存催化器组件14(例如，SCR催化器组件)的估计的NH3储存值与催化器组件14的测得的NH3储存值(例如，由RF探头38测得)之间的差异的标称或最小差异(例如，阈值)。存储器28还可储存模型 (例如，表示和/或模拟发动机12、后处理系统10和/或其各个构件的各种方面的软件模型)。 例如，存储器28可储存一个或多个模型来估计发动机操作参数。在其它实施例中，存储器28 可储存一个或多个模型来估计催化器组件14的NH3储存状态。存储器28还可储存一个或多个模型来估计各种排放物(例如，N0x，NH3等)的浓度。该一个或多个模型可使用催化器组件 14 (例如，SCR催化器组件)上游和下游的流体16、22中的NH3和/或N0x浓度的测量结果(例如， 分别从NH3传感器35、36和N0x传感器34、37接收)和/或一个或多个发动机操作参数(例如，实际发动机操作参数和/或估计的发动机操作参数，诸如经由模型获得)来估计催化器组件14 的NH3储存状态和/或离开催化器组件14的各种排放物(例如，N0x，NH3等)的浓度。控制器22接收来自发动机12和后处理系统10的传感器、促动器和其它构件(例如，用户界面)的一个或多个输入信号(输入1...输入n)，且将一个或多个输出信号(输出1...输出n)输出至发动机12和/或系统10的传感器、促动器和其它构件。控制器22可使用一种或多种类型的模型(例如，可由处理器执行的基于软件的模型)。例如，模型可包括基于物理的模型，诸如低周疲劳(LCF)寿命预测模型、计算流体动力(CFD)模型、有限元分析(FEA)模型、实体模型 (例如，参数和非参数模拟)和/或3维到2维FEA映射模型，其可用于预测设备故障的风险或设备维护的需要。模型还可包括统计模型，诸如回归分析模型、数据挖掘模型(例如，聚类模型、分类模型、关联模型)等。例如，聚类技术可发现在某些方面〃相似〃的数据中的组或结构。分类技术可将数据点分类为某些组的组成部分，例如，具有较高概率遇到未计划的维护事件的现场装置。回归分析可用于找出能够模拟一定误差范围内的未来趋势的功能。关联技术可用于找出变量之间的关系。另外，可使用模糊逻辑模型。另外，结合模型使用的数据可包括历史数据、经验数据、基于知识的数据等。[〇〇35] 控制器24可联接到与发动机12和排气处理系统10相关联的传感器。例如，发动机 12可包括设置在发动机12上、发动机12内和/或发动机12的出口 32附近的一个或多个传感器30,其测量发动机12的一个或多个操作参数(例如，实际操作参数)。传感器30可包括大气传感器和发动机传感器，诸如压力传感器、温度传感器、速度传感器等。在某些实施例中，传感器30可测量离开发动机12的流体16中的不同种类(例如，排放物)的浓度。例如，传感器30 可包括但不限于〇2或lambda传感器、发动机进气温度传感器、发动机进气压力传感器、护套水温传感器、发动机排气温度传感器和发动机排气压力传感器。此外，一个或多个NH3传感器35可设置在催化器组件14的入口 18上游(例如，发动机12与催化器组件14之间)以测量流体16中的NH3的浓度或量。此外，一个或多个NH3传感器36可设置在催化器组件14的出口 20下游以测量流体22中的NH3的浓度或量。进一步地，一个或多个NOx传感器34可设置在催化器组件14的入口 18上游(例如，发动机12与催化器组件14之间)以测量流体16中的NOx的浓度或量。更进一步，一个或多个NOx传感器37可设置在催化器组件14的出口 20下游以测量流体22 中的NOx的浓度或量。在某些实施例中，仅一个或多个NH3传感器35可设置在催化器组件14上游(即，没有NOx传感器34设置在上游)，同时仅一个或多个NOx传感器37可设置在催化器组件下游(即，没有NH3传感器36设置在下游)。在其它实施例中，仅一个或多个NOx传感器34可设置在催化器组件14上游(S卩，没有NH3传感器35设置在上游)，同时仅一个或多个NH3传感器36 可设置在催化器组件下游(即，没有NOx传感器37设置在下游)。甚至进一步，一个或多个RF 探头或传感器38可设置在催化器组件14内或联接到其上以测量催化器组件14的NH3储存。 在某些实施例中，来自RF探头38的NH3储存测量结果可采用电压读数的形式。在某些实施例中，电压读数可转换成NH3储存值0 (例如，使用LUT)。[〇〇36] 至少基于来自传感器30、NH3传感器35、36和/或NOx传感器34、37和一个或多个RF探头38的反馈，控制器24监测后处理系统10的催化器组件14的健康状态(例如，NH3储存状态)，且如果需要，在催化器组件14上执行诊断。例如，控制器22在模型中使用一个或多个发动机操作参数(例如，由传感器30测得的实际操作参数和/或估计的操作参数)和催化器组件14的上游和下游的测得的NH3和/或NOx浓度(例如，分别从NH3传感器35、36和NOx传感器 34、37接收)来生成催化器组件14的NH3储存状态的估计和/或离开催化器组件14的排放(例如，NOx、NH3等)的估计。在某些实施例中，催化器组件14上游的测得的NH3浓度和催化器组件14下游的测得的NOx浓度可在模型中使用以生成催化器组件14的估计的NH3储存状态和/或离开催化器组件14的估计的NH3排放。在其它实施例中，催化器组件14上游的测得的NOx浓度和催化器组件14下游的测得的NH3浓度可在模型中使用以生成催化器组件14的估计的NH3储存状态和/或离开催化器组件14的估计的NOx排放。在还有一些实施例中，催化器组件14上游和下游两者的测得的NH3浓度可在模型中使用以生成催化器组件14的估计的NH3储存状态和/或离开催化器组件14的估计的NOx排放。在还有另外的实施例中，催化器组件14上游和下游两者的测得的NOx浓度可在模型中使用以生成催化器组件14的估计的NH3储存状态和/ 或离开催化器组件14的估计的NH3排放。控制器24可将对于催化器组件14的估计的NH3储存与测得的順3储存相比较(例如，基于来自RF探头38的反馈)。如果催化器组件14的估计的NH3 储存与测得的NH3储存之间的差异显著(例如，大于期望阈值，诸如百分之2、百分之5、百分之10或任何其它期望百分比)，则控制器24可在催化器组件14上执行诊断模块(例如，SCR催化器组件诊断模块)。在某些实施例中，控制器24还可向使用者提供NH3储存中检测的差异和诊断模块的性能的可察觉的指示(例如，可听、视觉、文本等)。如果催化器组件14的估计的NH3储存与测得的NH3储存之间的差异等于或小于期望阈值，则控制器24可将离开催化器组件14的(例如，测得的和/或估计的)排放(例如，NH3, NOx等)与相应阈值和/或范围相比较，以判断排放是否在可接受或期望的限度内。如果NH3或NOx不在可接受或期望的限度内 (即，在范围外或超过阈值)，则控制器24仍可在催化器组件14上执行诊断模块(例如，SCR催化器组件诊断模块)。经由公开的技术监测催化器组件14的健康状态(例如，NH3储存状态) 允许燃烧机12的使用在延长的时间段内保持在排放规定内。此外，可尽可能减少对催化器组件的维护。此外，公开的技术提供了机载诊断能力。[〇〇37]图2为用于监测联接到发动机12的催化器组件14(例如，SCR催化器组件)的健康状态(例如，NH3储存状态)的计算机实施的方法40的实施例的流程图。方法40的所有或一些步骤可由控制器24执行(例如，使用处理器26来执行程序或存取储存在存储器28上的数据)。 此外，这些步骤中的一个或多个可与其它步骤同时执行。方法40包括接收发动机操作参数 42或表示这些参数42的信号(框44)。发动机操作参数42可包括由与发动机12相关联的一个或多个传感器30测得的实际发动机操作参数。发动机操作参数42还可包括例如使用如上文所述的一个或多个模型估计的发动机操作参数的估计。方法400还可包括接收催化器前NH3 测量结果46(NH3PRE-CAT)和/或催化器后NH3测量结果48(NH3PQST-CAT)或表不这些测量结果的信号(例如，来自NH3传感器35、36)(框50)。此外，方法400可包括接收催化器前NOx测量结果47 (NOxpre-GAT)和/或催化器后NOx测量结果49(N0xpqst-GAT)或表不这些测量结果的信号(例如，来自NOx传感器34、37)(框50)。方法40还包括使用一个或多个模型52来确定或估计催化器组件14的氧化状态(例如，估计的NH3储存54，0 )、离开催化器组件14的流体22中的NOx 57 (NOx, est)，和/或离开催化器组件14的流体22中的NH3 59 (NH3, EST)。[〇〇38]方法40包括接收测量结果或表示催化器组件14的NH3储存负载60(例如，来自RF探头38)的测量结果的信号(框62)。在某些实施例中，包括对应于NH3储存值(例如，0，其表示 SCR催化器组件中的NH3储存比)的电压(例如，类似于从RF探头38接收的电压读数)的LUT 64可用于将来自RF探头38的测量结果转换成NH3储存值。方法40还包括将估计的NH3储存54 值与测得的順3储存值60相比较。在某些实施例中，该比较可包括首先判断估计的NH3储存值 54是否大致等于测得的NH3储存值60(框66)。如果估计的NH3储存值54不大致等于(例如，具有大于百分之1的差)测得的NH3储存值60,则方法40包括使用估计的NH3储存54与测得的NH3 储存值60之间的差68，A 0，且将其与标称或阈值差70( A 0NQM)相比较(框72)。A 0W*可为估计的NH3储存54与测得的NH3储存60之间的百分之2、百分之5、百分之10或任何其它期望的百分比差异。如果A 0大于A 0NQM，则方法40包括输出控制动作(框74)。控制动作可包括在催化器组件14(例如，SCR催化器组件诊断模块)上执行诊断模块(例如，测量越过催化器组件14 的压降)。控制动作还可包括向使用者提供检测的A 0大于A 0NQM和/或诊断模块的性能的可察觉的指示(例如，可听、视觉、文本等)。在某些实施例中，可跳过框66，且方法40可自动地进行至框72。[〇〇39]如果估计的NH3储存54值大致等于(例如，等于或小于百分之1)测得的NH3储存值 60,或 A0小于 A0nqm，则方法40包括判断NOxpqst-cat 47或NOx, est 57 和/或 NH3PQST-cat 48或 NH3, EST 59是否在期望限度内(框76)。具体而言，方法40包括判断NOxpqst-CAT 47或NOx, EST 57 是否小于期望NOx阈值或在期望NOx范围78内。方法40还包括判断NH3P0ST-cat 48或NH3, est 59 是否小于期望NH3阈值或在期望NH3范围80内。如果NOxpqst-cat 47或N0x, est 57和NH3PQST-cat 48 或NH3, EST 59两者落入其相应期望范围78、80内或低于其相应期望阈值78、80,则方法40包括从开始循环穿过方法40(框82)。如果NOxpqst-gat 47/N0x, est 57或NH3PQST-gat 48/Mfe, est 59 中任一者落到其相应期望范围78、80外或等于或大于其相应期望阈值78、80,则方法40包括输出如上文所述的控制动作(框74)。
[0040]公开的实施例的技术效果包括提供(例如，计算机实施的)系统和方法以用于监测联接到燃烧机12的催化器组件14 (例如，SCR催化器组件)的健康状态(例如，NH3储存状态)。 具体而言，实施例包括在模型中将发动机操作参数42和催化器组件14的上游和下游的流体 16、22中的NH3和/或N0x浓度测量结果用作输入来生成催化器组件14中的NH3储存的估计。实施例还包括将估计的NH3储存与测得的NH3储存相比较(例如，基于来自催化器组件14内的RF 探头38的测量结果)以确定催化器组件14的健康状态。实施例还包括将估计或测得的排放与相应范围和/或阈值相比较来判断估计或测得的排放是否在限度内以确定催化器组件14 的健康状态。经由公开的实施例监测催化器组件14的健康状态(例如，NH3储存状态)允许燃烧机12的使用在延长的时间段内保持在排放规定内。此外，可尽可能减少对催化器组件14 的维护。此外，公开的实施例提供了机载诊断能力。
[0041]该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种系统，包括:构造成处理来自燃烧机的排放的排气后处理系统，其中所述排气后处理系统包括:构造成接收来自所述燃烧机的流体的选择性催化还原(SCR)催化器组件，其中所述SCR 催化器组件具有入口和出口；设置在所述SCR催化器组件的入口上游的第一传感器；设置在所述SCR催化器组件的出口下游的第二传感器；设置在所述SCR催化器组件内且配置成测量所述SCR组件的NH3储存的至少一个射频 (RF)探头；以及通信地联接到所述排气后处理系统的控制器，其中所述控制器配置成接收来自所述第 一传感器的表示所述SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度的第一信号，接收来 自所述第二传感器的表示所述SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度的第二信 号，接收来自所述至少一个RF探头的表示所述SCR催化器组件的测得的NH3储存的第三信 号，至少基于所述SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度和所述SCR催化器组件 下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度来使用模型生成所述SCR催化器组件的估计的NH3储存， 将所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存相比较，以及至少基于所述估计的NH3储存与所 述测得的NH3储存的比较来输出对于所述排气后处理系统的控制动作。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器配置成接收所述燃烧机的一个 或多个操作参数，以及基于所述一个或多个操作参数、所述SCR催化器组件上游的流体中的 NH3浓度或NOx浓度和所述SCR催化器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度来使用所述模 型生成所述SCR催化器组件的所述估计的NH3储存。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器配置成通过确定所述估计的NH3 储存与所述测得的NH3储存之间的差异来将所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存相比 较，且判断所述差异是否大于阈值差异。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器配置成在所述差异大于所述阈 值差异的情况下执行对于所述SCR催化器组件的诊断模块。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二传感器包括NOx传感器，且其中所 述控制器配置成在所述差异小于或等于所述阈值差异的情况下判断所述SCR催化器组件下 游的流体中的NOx浓度是否在NOx浓度范围内或低于NOx浓度阈值。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器配置成在所述NOx浓度不在所述 NOx浓度范围内或低于所述NOx浓度阈值的情况下对于所述SCR催化器组件执行所述诊断模 块。7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二传感器包括NH3传感器，且其中所 述控制器配置成在所述差异小于或等于所述阈值差异的情况下判断所述SCR催化器组件下 游的流体中的順3浓度是否在NH3浓度范围内或低于NH3浓度阈值。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器配置成在所述NH3浓度不在所述 NH3浓度范围内或低于所述NH3浓度阈值的情况下对于所述SCR催化器组件执行所述诊断模 块。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括联接到所述排气后处理系 统的所述燃烧机。10.—种系统，包括:控制器，其编程为监测联接到燃烧机的选择性催化还原(SCR)催化器组件的氨(NH3)储 存状态，其中所述控制器编程为接收来自第一传感器的表示所述SCR催化器组件的入口上 游的流体中的NH3浓度或氮氧化物(NOx)浓度的第一信号，接收来自第二传感器的表示所述 SCR催化器组件的出口下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度的第二信号，接收来自设置在所述 SCR催化器组件内的至少一个射频(RF)探头的表示所述SCR催化器组件的测得的NH3储存的 第三信号，至少基于所述SCR催化器组件上游的流体中的NH3浓度或NOx浓度和所述SCR催化 器组件下游的流体中的NH3浓度或NOx浓度来使用模型生成所述SCR催化器组件的估计的NH3 储存，将所述估计的NH3储存与所述测得的NH3储存相比较，以及至少基于所述估计的NH3储 存与所述测得的NH3储存的比较来输出对于所述SCR催化器组件的控制动作。
【文档编号】F01N11/00GK106014568SQ201610172183
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】M.N.R.德瓦拉康达
【申请人】通用电气公司