用于操作和诊断内燃机废气处理系统的方法
背景技术
在内燃机(ICE)的燃烧循环期间，向ICE的汽缸中提供空气/燃料混合物。将空气/燃料混合物压缩和/或点燃并燃烧以提供输出扭矩。燃烧后，ICE的活塞迫使汽缸中的废气通过排气阀开口排出并进入排气系统中。从ICE特别是柴油引擎排放的废气是包含气体排放物诸如一氧化碳(CO)、未燃的烃类(HC)、氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOX)的非均质混合物，以及构成微粒物质的凝聚相材料(液体和固体)。液体可包括例如水和烃类。
废气处理系统可在一个或多个组分中采用催化剂，其被构造用于完成后处理过程，诸如还原NOx以产生氮气(N2)和水(H2O)的更多可容忍的废气成分。用于还原NOx排放物的一种废气处理技术是选择性催化还原装置(SCR)，其通常包括具有设置在其上的催化剂化合物的基底或载体。使废气通过催化剂上方将某些或所有废气成分转化为期望的化合物，诸如非调节的废气组分。还原剂通常被喷涂到SCR上游的热废气中，被分解成氨，并且被SCR吸收。然后氨在SCR催化剂的存在下将NOx还原成氮气和水。另一种废气处理装置是氧化催化剂(OC)装置，其通常定位在SCR上游以提供若干催化功能，包括氧化HC和CO物质。此外，OC可将NO转化为NO2以改变废气的NO:NOx比率，以便增加下游SCR的NOx还原效率。
发明内容
本发明提供了用于操作内燃机(ICE)废气处理系统的方法。ICE废气处理系统可包括ICE，该ICE具有一个或多个汽缸，该一个或多个汽缸被构造成接收用于在其中燃烧的具有空燃比(AFR)的空气和燃料的混合物；控制模块，该控制模块被构造成控制AFR；柴油氧化催化剂装置(DOC)，该DOC被构造成接收由ICE产生的废气并氧化废气中的NOx物质；和选择性催化还原装置(SCR)，该SCR被构造成接收来自DOC的废气和根据一个或多个投配参数投配给SCR的还原剂。该方法包括经由控制模块确定不合适的SCR性能参数的基线值，经由控制模块使用第一变化量在第一方向上相对于初始AFR改变AFR，随后评估SCR性能参数的第二值。如果SCR性能参数的第二值相对于SCR性能参数的基线值有所改善，则该方法还可包括基于SCR性能参数的第二值实施控制动作。另选地，如果SCR性能参数的第二值相对于SCR性能参数的基线值恶化，则该方法还可包括使用大于第一变化量的第二变化量在与第一方向相反的第二方向上改变AFR，随后评估SCR性能参数的第三值，以及基于SCR性能参数的第三值实施控制动作。ICE为车辆提供动力，并且该方法还可包括在改变AFR之前实现一个或多个车辆启用条件。该方法还可包括在确定不合适的SCR性能参数的基线值之前确定SCR温度高于性能温度阈值。该方法还可包括在确定不合适的SCR性能参数的基线值之后并且在改变AFR之前，调节一个或多个还原剂投配参数。SCR性能参数可为NOx还原效率参数、NOx穿透参数和NH3逃逸参数中的一者或多者。AFR改变的第一方向可基于DOC的年龄来选择。在第一方向上改变AFR可包括当DOC年龄高于老化阈值时相对于初始AFR增大AFR。在第一方向上改变AFR可包括当DOC年龄低于老化阈值时相对于初始AFR减小AFR。如果SCR性能参数的第二值或SCR性能参数的第三值中的任一者是不合适的，则实施控制动作可包括以下中的一者或多者：实施特定于DOC的控制动作，对从属于ICE废气处理系统的车辆进行速度限制，以及对从属于ICE废气处理系统的车辆进行功率限制。如果SCR性能参数的第二值或SCR性能参数的第三值中的任一者是合适的，则实施控制动作可包括以下中的一者或多者：实施特定于非DOC的控制动作，对从属于ICE废气处理系统的车辆进行速度限制，以及对从属于ICE废气处理系统的车辆进行功率限制。
提供了一种用于诊断内燃机(ICE)废气处理系统的柴油氧化催化剂(DOC)的方法。ICE废气处理系统包括ICE，该ICE包括一个或多个汽缸，该一个或多个汽缸被构造成接收用于在其中燃烧的具有空燃比(AFR)的空气和燃料的混合物；控制模块，该控制模块被构造成控制AFR；DOC，该DOC被构造成接收由ICE产生的废气并氧化废气中的NOx物质；和选择性催化还原装置(SCR)，该SCR被构造成接收来自DOC的废气。该方法可包括经由控制模块确定不合适的SCR性能参数的基线值，经由控制模块改变AFR，随后评估SCR性能参数的第二值，以及当SCR性能参数的第二值不合适时实施控制动作。改变AFR可包括当DOC的年龄低于老化阈值时减小AFR。改变AFR可包括当DOC的年龄高于老化阈值时增大AFR。该方法还可包括在确定不合适的SCR性能参数的基线值之前确定SCR温度高于性能温度阈值。SCR性能参数可包括NOx还原效率参数、NOx穿透参数和NH3逃逸参数中的一者或多者。实施控制动作可包括以下中的一者或多者：实施特定于DOC的控制动作，对从属于ICE废气处理系统的车辆进行速度限制，以及对从属于ICE废气处理系统的车辆进行功率限制。
提供了一种用于操作内燃机(ICE)废气处理系统的方法。ICE废气处理系统可包括ICE，该ICE包括一个或多个汽缸，该一个或多个汽缸被构造成接收用于在其中燃烧的空气和燃料的混合物；控制模块，该控制模块被构造成控制递送至ICE的一个或多个汽缸的具有空燃比(AFR)的空气和燃料的比率；柴油氧化催化剂装置(DOC)，该DOC被构造成接收由ICE产生的废气并氧化废气中的NOx物质；和选择性催化还原装置(SCR)，该SCR被构造成接收来自DOC的废气。该方法可包括确定SCR温度低于性能温度阈值以及经由控制模块增大AFR以便改善SCR性能。该方法还可包括在经由控制模块增大AFR之前经由控制模块确定不合适的SCR性能参数的基线值。SCR性能参数可包括NOx还原效率参数、NOx穿透参数和NH3逃逸参数中的一者或多者。该方法还可包括随后确定SCR温度高于性能温度阈值以及经由控制模块减小AFR。
通过以下对示例性实施方案和附图的详细描述，示例性实施方案的其它目的、优点和新颖特征将变得更加显而易见。
附图说明
图1示出了根据一个或多个实施方案的机动车辆的示意图；
图2示出了根据一个或多个实施方案的废气处理系统的示意图；
图3示出了根据一个或多个实施方案的选择性催化还原装置的NOx还原效率作为与其连通的废气NO2:NOx比率的函数的曲线图；
图4A示出了根据一个或多个实施方案的用于接收具有不同量的烃类的废气流的柴油氧化催化剂装置的出口处的NO2/NOx浓度百分比的柱形图；
图4B示出了根据一个或多个实施方案的用于接收具有不同量的O2的废气流的柴油氧化催化剂装置的出口处的NO2/NOx浓度百分比的柱形图；并且
图5示出了根据一个或多个实施方案的用于操作内燃机废气处理系统的方法的框图。
具体实施方式
本公开的实施方案在本文中有所描述。然而，应当理解，所公开的实施方案仅为示例，并且其它实施方案可采用各种替代形式。附图未必按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出具体部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而是仅用作教导本领域的技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将会理解的，结合附图中的任一附图所示出和描述的各种特征可与一个或多个其它附图中所示的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施方案。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施方案。然而，对于特定应用或具体实施，可能需要符合本公开的教导内容的特征的各种组合和修改。
一般来讲，本公开涉及用于操作和诊断内燃机(ICE)和废气处理系统的系统和方法，具体地为包括氧化催化剂装置(OC)和选择性催化还原装置(SCR)的那些系统和方法。具体地，本文所述的系统和方法监测OC和SCR的性能，优化其性能，并且还提供所确定的合适的减缓动作。本文所公开的方法具体地适于与ICE废气处理系统一起使用，但也可预见其它应用。本文所述的方法与ICE系统密切相关，该系统可包括但不限于柴油引擎系统、汽油直喷系统和均质充量压缩点火引擎系统。ICE可包括附接到曲轴的多个往复式活塞，该曲轴可操作地附接到传动系诸如车辆传动系，以为车辆提供动力(例如，将牵引扭矩递送至传动系)。例如，ICE可以是任何引擎构型或应用，包括各种车辆应用(例如，汽车、船舶等)，以及各种非车辆应用(例如，泵、发电机等)。虽然可在车辆情境中描述ICE(例如，产生扭矩)，但其它非车辆应用也在本公开的范围内。因此，在提及车辆时，此类公开应解释为适用于ICE的任何应用。
机动车辆101的示意图在图1中示出。机动车辆101以敞蓬小型载货卡车的形式示出，但应当理解，机动车辆101可采取各种形式，包括汽车、商业运输、水上运载工具等。机动车辆101包括具有引擎室104和任选的乘客室105和/或货物拖斗107的主体102。引擎室104容纳包括ICE 1的ICE系统120。空气和燃料被递送至ICE 1的一个或多个汽缸(未示出)以供在其中燃烧。ICE 1可包括一个或多个汽缸(未示出)，其能够各自接受可在其中往复运动的活塞(未示出)。空气和燃料在一个或多个汽缸中燃烧，从而使其中的附属活塞往复运动。例如，活塞可附接到曲轴(未示出)，该曲轴可操作地附接到车辆传动系(未示出)，以便向其递送牵引扭矩。ICE系统120还包括流体连接到后处理或废气处理系统100的排气系统121。由ICE系统120产生的废气通过废气处理系统100以减少和/或转化可能通过排气尾管122排放到环境的排放物。控制模块50操作地连接到废气处理系统100和ICE系统120。控制模块50例如可被构造成控制空气和燃料向ICE 1的一个或多个汽缸的递送。控制空气和燃料向ICE 1的一个或多个汽缸的递送例如可包括此类递送的定时和此类递送的空气:燃料的比率(“AFR”)。如本文所用，AFR可指ICE 1的所有汽缸的总AFR或平均AFR，因为特定ICE 1的各个汽缸可具有相对于其它汽缸不同的AFR。
图2示出了利用OC和SCR处理和/或监测气体物质(诸如由ICE 1产生的废气8物质)的废气处理系统100。系统100通常包括一个或多个废气导管9和一个或多个下游废气处理装置。上游和下游是相对于来自ICE 1的废气8的流动方向而定义的。如本文所用，被描述为位于彼此上游和/或下游的多个元件必需是彼此流体连通的。可包括若区段的废气导管9将来自ICE 1的废气8运输至废气处理系统100的各个废气处理装置。出于说明的目的，ICE 1被包括在系统100中，并且本文的公开内容不限于由ICE提供的气体源。还应当理解，本文所公开的实施方案可适用于包括任何废气流的处理，包括氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、HC或以期望方式燃烧或以其它方式由OC氧化的其它化学物质。如本文所用，“NOx”是指一种或多种氮氧化物。NOx物质可包括NyOx物质，其中y>0并且x>0。氮氧化物的非限制性示例可包括NO、NO2、N2O、N2O2、N2O3、N2O4和N2O5。HC是指包含氢和碳的可燃化学物质，并且通常包括汽油、柴油燃料等的一种或多种化学物质。
废气8从ICE 1中排出，并且依次传送至OC 10和SCR 20。还原剂注入器30被构造成将还原剂36例如以可变的投配速率注入到OC 10下游和SCR 20上游的废气导管9。系统100可任选地包括微粒过滤装置(未示出)。废气8可例如经由尾管122从系统100排出。系统100还可包括经由多个传感器可操作地连接以监测ICE 1和/或废气处理系统100的控制模块50。如本文所用，术语模块是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)以及执行一个或多个软件程序或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适部件。控制模块50可操作地连接到ICE 1、OC 10、SCR 20和/或一个或多个传感器。例如，如图所示，控制模块50与上游NOx传感器60和下游NOx传感器62通信。
一般来讲，SCR 20包括使用还原剂36和催化剂来将NOx物质还原为所需化学物质的所有装置，所需化学物质包括双原子氮、含氮的惰性物质或例如被视为合格排放物的物质。还原剂36可为氨(NH3)，诸如无水氨或氨水，或从富含氮和氢的物质诸如尿素(CO(NH2)2)生成，该还原剂能够在废气和/或热量存在下分解或以其它方式反应生成NH3。除此之外或另选地，还原剂36可为能够在废气8和/或热量存在下分解或反应以形成氨的任何化合物。在各种具体实施中，还原剂36可用水稀释。在其中还原剂36用水稀释的具体实施中，(例如，来自废气的)热量使水蒸发，并且氨被提供给SCR 20。非氨还原剂可根据需要用作氨的全部或部分替代品。在还原剂36包括尿素的具体实施中，尿素与废气反应以产生氨，并且氨被提供给SCR 20。以下公式(1)提供了通过尿素分解来制备氨的示例性化学反应。
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (1)
应当理解，公式(1)仅为例示性的，并不意在将尿素或其它还原剂36分解局限于特定的单一机制，也不排除其它机制的操作。将尿素有效分解为NH3通常需要超过约200℃的温度，并且根据例如相对于废气8的流量注入的尿素的量，尿素可在小于约200℃的温度下结晶。因此，还原剂36注入事件和/或投配量通常基于系统温度和废气8流量等来确定，使得尿素分解收率最大化并且尿素结晶最小化。
公式(2)-(6)提供了用于涉及氨的NOx还原的示例性化学反应。
6NO+4NH3→5N2+6H2O (2)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (3)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O (4)
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (5)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (6)
应当理解，公式(2)-(6)仅为例示性的，并不意在将SCR 20限制于特定的NOx还原机制，也不排除其它机制的操作。SCR 20可被构造成执行上述NOx还原反应中的任一种、上述NOx还原反应的组合以及其它NOx还原反应。
如图2所示，SCR 20包括封装在壳体或罐中的催化组合物(CC)22，该壳体或罐通常限定上游侧20'(即入口)和下游侧20”(即出口)并且设置为与废气导管9和任选地其它废气处理装置(例如，OC 10)流体连通。壳体或罐可包括相对于废气成分基本上为惰性的材料，诸如不锈钢。SCR 20被构造成在上游侧20’处接收废气8和还原剂36。还原剂36也可由还原剂贮存器(未示出)提供，并在SCR 20的上游位置处经由注入器30或其它合适的递送装置注入到废气导管9中。还原剂36可为气体、液体或水溶液的形式，诸如尿素水溶液。可将还原剂36与注入器30中的空气混合以有助于注入喷雾的分散。紊流器38(即，混合器)也可靠近注入器30和/或SCR 20设置在废气导管9内，以进一步帮助还原剂36与废气8的彻底混合和/或均匀分布在整个SCR 20尤其是整个CC 22中。
CC 22可为多孔且高表面积材料，其可有效地操作以在还原剂36诸如氨的存在下转化废气8中的NOx成分。例如，催化剂组合物可包含浸渍有一种或多种碱金属组分诸如铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钒(V)、钠(Na)、钡(Ba)、钛(Ti)、钨(W)以及它们的组合的沸石。在具体实施方案中，催化剂组合物可包含浸渍有铜、铁或钒中的一种或多种的沸石。在一些实施方案中，沸石可为β型沸石、Y型沸石、ZM5沸石或任何其它结晶的沸石结构，诸如菱沸石或USY(超稳定Y型)沸石。在具体实施方案中，沸石包括菱沸石。在具体实施方案中，沸石包括SSZ。合适的CC 22可具有高热结构稳定性，尤其是当与微粒过滤器(例如，柴油微粒过滤器)串联使用时，或在结合到选择性催化还原过滤装置(SCRF)中时，其通过高温废气烟尘燃烧技术再生。CC 22还可任选地包括一种或多种碱金属氧化物作为促进剂，以进一步减少SO3形成以及延长催化剂寿命。在一些实施方案中，一种或多种碱金属氧化物可包括WO3、Al2O3和MoO3。在一个实施方案中，WO3、Al2O3和MoO3可与V2O5结合使用。
SCR 20可具有起燃温度，当高于该起燃温度，CC 22表现出期望或合适的催化活性或收率(例如NOx物质的还原)。起燃温度可取决于构成CC 22的催化材料的类型以及存在于SCR 20中的催化材料的量等因素。当SCR 20在低于其起燃温度的温度下操作时，可发生非期望的NOx穿透，其中NOx穿过SCR 20而未发生反应或未被储存。
CC 22可设置在基底主体上，诸如金属或陶瓷砖、板或整体蜂窝结构。CC 22可例如沉积在基底主体上作为载体涂层。基底主体可由能够承受与废气8相关联的温度和化学环境的材料形成。在一些实施方案中，基底主体可包含一种或多种陶瓷，诸如挤出的堇青石、α-氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、莫来石、锂辉石、氧化铝-二氧化硅-氧化镁、硅酸锆、硅线石、透锂长石、或耐热和耐腐蚀金属诸如钛或不锈钢。基底可例如包括非硫酸化TiO22材料。废气处理装置的一个示例是SCRF，其除了微粒过滤功能外还提供SCR的催化方面。一般来讲，SCRF包括施用到过滤基底诸如陶瓷或SiC壁流式单一过滤器、卷绕或填充的纤维过滤器、开孔泡沫、烧结金属纤维等的CC 22。任何对本文的SCR的引用旨在包括SCRF。
SCR 20可储存(即吸收和/或吸附)还原剂以与废气8相互作用。例如，还原剂可以氨的形式储存在SCR内。在SCR 20的操作期间，注入的还原剂36可储存在SCR 20中，并且随后在与NOx物质的还原反应期间被消耗。给定的SCR具有还原剂容量，或具有其能够储存的还原剂或还原剂衍生物的量。储存在SCR内的相对于SCR容量的还原剂的量可被称作SCR“还原剂负载”，并且可在某些情况下被指示为％负载(例如，90％还原剂负载)。
在SCR 20的操作期间，注入的还原剂36储存在SCR 20中，并且在与NOx物质的还原反应期间被消耗，并且必须不断补充。测定要注入的还原剂36的精确量对于将废气排放保持在合格水平而言是至关重要的：系统100内(例如，SCR 20内)不充分的还原剂水平可导致(例如，经由车辆尾管122)来自系统的非期望的NOx物质排放(“NOx穿透”)，而过量的还原剂36注入可导致非期望量的还原剂36穿过SCR 20而未发生反应或作为非期望的反应产物离开SCR 20(“还原剂逃逸”)。还原剂逃逸和NOx穿透以及通常不合适的SCR 20NOx转换效率也可在SCR催化剂低于“起燃”温度时发生。
SCR投配逻辑部件可用于命令还原剂36投配及其适配，并且可由控制模块50来实施。例如，控制模块50可基于化学模型和期望的还原剂(例如NH3)储存设置点来控制注入器30的操作，以确定如本文所述的待注入的还原剂36的量。还原剂注入投配速率(例如，每秒克数)可由预测SCR 20的NH3储存水平的SCR化学模型基于一个或多个投配参数来确定，该一个或多个投配参数通常包括系统100的所测量和推断的过程值，诸如来自以下中的一者或多者的信号：还原剂36注入(例如来自注入器30的反馈)、上游NOx(例如来自上游NOx传感器60的NOx信号)、下游NOx(例如来自下游NOx传感器62的NOx信号)和SCR 20温度等。SCR 20化学模型进一步预测从SCR 20排放的废气8的NOx水平。SCR化学模型以及下文所述的策略和方法可由控制模块50或者由一个或多个电路来实现，或者通过执行能够以计算机可读和/或可执行指令的形式提供或储存的逻辑来实现。SCR化学模型可例如通过一个或多个过程值随时间推移来更新。
OC 10是包含催化组合物(CC)12并且被构造成接受废气8的流通式装置。OC 10通常用于氧化各种废气8物质，包括HC物质、CO和NOx物质。CC 12可容纳在外壳诸如金属外壳内，该外壳具有入口(即上游)开口和出口(即下游)开口，或者被构造成提供结构支撑并有利于流体(例如，废气)流过OC 10。外壳可理想地包括相对于废气成分基本上为惰性的材料，诸如不锈钢，并且可包括具有柱形室的任何合适的形状或尺寸。
CC 12可包括用于氧化HC、CO和NOx的许多不同的第一氧化催化剂材料及其物理构型。CC还可例如包括基底，诸如多孔陶瓷基体等。基底可包含例如氧化铝、二氧化硅、沸石、氧化锆、二氧化钛和/或镧。氧化催化剂材料可包括铂族金属催化剂、金属氧化物催化剂以及它们的组合。合适的铂族金属催化剂可包括铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、钌(Ru)、锇(Os)或铱(Ir)以及它们的组合，包括它们的合金。在一个实施方案中，合适的金属包括Pt、Pd、Rh以及它们的组合，包括它们的合金。合适的金属氧化物催化剂可包括例如氧化铁、氧化锌、氧化铝、钙钛矿以及它们的组合。在一个实施方案中，CC 12可包含Pt和Al2O3。应当理解，CC 12不限于所提供的具体示例，并且可包括能够氧化HC物质、CO和NOx物质的任何催化活性装置。在许多实施方案中，CC 12包含浸渍有一种或多种催化活性碱金属组分的沸石。沸石可包括β型沸石、Y型沸石、ZM5沸石或任何其它结晶的沸石结构，诸如菱沸石或USY(超稳定Y型)沸石。在具体实施方案中，沸石包括菱沸石。在具体实施方案中，沸石包括SSZ。
OC 10可可氧化废气8中的NOx物质，其可例如在燃料燃烧期间形成。具体地，OC 10用于将NO转化为NO2，以优化下游SCR和/或SCRF的废气NO:NO2比率，该SCR和/或SCRF通常在废气进料流的NO:NO2比率为约1:1的情况下更有效地操作。例如，图3示出了特定SCR的NOx还原效率作为与其连通的废气NO2:NOx比率的函数的曲线图。最佳SCR性能NO2:NOx比率可取决于许多因素，包括物理特性(例如，基底材料、催化负载、SCR尺寸等)和SCR的年龄。
已确定传送至OC 10的废气8的O2和HC浓度可影响其NO到NO2的氧化效率。例如，图4A示出了如从DOC入口的上游所测量的用于接收具有不同量的HC(例如，C3H6、C3H8)的废气流的DOC的出口处的NO2/NOx浓度百分比的柱形图。DOC的入口温度为259℃，并且DOC入口上游的废气包含506ppm的CO、12体积％的O2、3.5体积％的H2O、33ppm的NO和40ppm的NO2。可以看出，降低传送至DOC的废气的HC含量增加DOC的NOx氧化活性，并因此增加DOC出口废气的NO2浓度。类似地，图4B示出了如从DOC入口的上游所测量的用于接收具有不同量的O2的废气流的DOC的出口处的NO2/NOx浓度百分比的柱形图。DOC的入口温度为259℃，并且DOC入口上游的废气包含506ppm的CO、3.5体积％的H2O、310ppm的C3H6、155ppm的C3H8、33ppm的NO和40ppm的NO2。可以看出，增加传送至DOC的废气的O2含量增加DOC的NOx氧化活性，并因此增加DOC出口废气的NO2浓度。
由于NOx传感器对NO2和NO的固有交叉灵敏度，难以确定DOC的出口NO2:NO比率，尤其是在车辆应用中。如图3中所示，废气的NO2:NO比率影响了SCR 20的NOx还原性能。因此，本文提供了用于操作和诊断ICE和废气处理系统100的方法，该方法通常包括改变ICE 1的AFR比率以意图改变废气8的氧和/或HC含量，从而影响OC 10的NOx氧化性能特性，并且随后影响SCR 20的NOx还原性能特性。SCR 20的SCR20NOx还原性能特性的变化可例如通过下游NOx传感器62容易地测量，并且此类变化可用于诊断系统100的方面(例如，DOC性能)，并且进一步优化并通常通知系统100的正确管理。将参考图1和2的废气处理系统100来描述所述方法和系统，但所述方法并不旨在局限于其具体特性。如下所述的方法必然还描述了被配置为实施所述方法的控制模块(例如，控制模块50)和附属系统(例如，废气处理系统100)。
图5示出了用于操作ICE 1废气处理系统100的方法500的框图。方法500还包括用于诊断OC 10的方法。如上所述，ICE 1包括被构造成接收在其中燃烧的具有AFR的空气和燃料的混合物的一个或多个汽缸，以及被构造成控制AFR的控制模块50。控制模块50还可被构造成通过一个或多个投配参数来控制还原剂36的投配。方法500包括(例如经由控制模块50)确定520不合适的SCR 20性能参数的基线值，(例如经由控制模块50)使用第一变化量在第一方向上相对于初始AFR改变540AFR，以及随后评估550SCR性能参数的第二值。如果SCR20性能参数的第二值相对于SCR 20性能参数的基线值有所改善，则方法500还包括基于SCR性能参数的第二值实施560控制动作。如果SCR 20性能参数的第二值相对于SCR性能参数的基线值恶化，则方法500还包括使用大于第一变化量的第二变化量在与第一方向相反的第二方向上改变570AFR，随后评估571SCR 20性能参数的第三值，以及基于SCR 20性能参数的第三值实施572控制动作。
SCR 20性能参数可包括NOx还原效率参数、NOx穿透参数(例如SCR 20下游的NOx的浓度或流量)和NH3逃逸参数(例如SCR 20下游的NH3的浓度或流量)中的一者或多者。可认为SCR性能参数中的每一个相对于相应阈值是合适的或不合适的。例如，如果NOx还原效率参数低于NOx还原效率参数阈值，则可认为它不合适。类似地，如果NH3逃逸参数高于NH3逃逸参数阈值，则可认为它不合适。类似地，如果NOx穿透参数高于NOx穿透参数阈值，则可认为它不合适。在一个实施方案中，NOx还原效率可通过公式(7)确定：
其中NOx下游由下游NOx传感器62测量，并且NOx上游由上游NOx传感器60测量。类似地，参考NOx还原效率可通过公式(8)确定：
其中NOx上游由上游NOx传感器60测量，并且基于诸如NOx上游、废气8流量、SCR 20温度和SCR 20还原剂36负载等因素来确定NOx阈值。
因此，方法500确定SCR 20的性能是否合适，并且改变ICE 1的AFR以便改变OC10NO2:NOx输出比率以改善或优化SCR 20性能参数。然而，在不了解当前OC 10NO2:NOx输出比率的情况下，不能确定增大或减小OC 10NO2:NOx输出比率是否将改善SCR 20性能。具体地，参考图3中所示的数据，如果OC 10NO2:NOx输出比率为50％，则增大比率将改善SCR 20性能(通过将该比率向最佳比率移动)，并且减小该比率将降低SCR 20性能(通过将该比率移动远离最佳比率)。类似地，如果OC 10NO2:NOx输出比率为70％，则增大该比率将降低SCR20性能(通过将该比率移动远离最佳比率)，并且减小该比率将改善SCR 20性能(通过将该比率向最佳比率移动)。
如上所述，如果SCR 20性能参数的第二值相对于SCR性能参数的基线值恶化，则方法500还包括使用大于第一变化量的第二变化量在与第一方向相反的第二方向上改变570AFR。在这种情况下，通过改变AFR在错误的方向上(即，远离最佳的OC 10NO2:NOx输出比率)改变了OC 10NO2:NOx输出比率。
一般来讲，新的OC 10通常将产生大量的NO2(即，OC 10将表现出较高的NOx氧化能力)，并且当其老化时，在特定条件下针对特定组合物的废气8将连续产生较少的NO2。因此，当AFR被改变540时，可基于OC 10的年龄来选择相对于初始AFR的第一变化量和/或第一变化方向。DOC的年龄可基于以下中的一者或多者来确定：自系统100中的OC 10安装以来经过的时间、累计操作时间(即，接收废气8所用的时间)和极端热事件(例如，柴油微粒过滤器再生事件)的数量等等。具体地，当AFR被改变540时，可基于相对于OC 10老化阈值的OC 10的年龄来选择相对于初始AFR的第一变化量和/或第一变化方向。可确定DOC的老化阈值，以便获得正确的AFR变化方向(并因此OC 10NO2:NOx输出比率朝向最佳NO2:NOx输出比率的正确的变化方向)。DOC老化阈值可为经校准的静态值，由一个或多个查找表限定，或者基于诸如OC 10的操作条件(例如，DOC温度)和由OC 10接收的废气8的组成等因素动态地确定。
因此，在一个实施方案中，在第一方向上改变540AFR包括当OC 10年龄低于老化阈值时相对于初始AFR减小AFR(并因此减小OC 10NO2:NOx输出比率)。在该实施方案中，假定较新的OC 10过度产生NO2，并且NO2:NOx输出比率朝向最佳OC 10NO2:NOx输出比率减小。类似地，在另一个实施方案中，在第一方向上改变540AFR包括当OC 10年龄高于老化阈值时相对于初始AFR增大AFR(并因此增大OC 10NO2:NOx输出比率)。在该实施方案中，假定较老的OC 10产生NO2不足，并且OC 10NO2:NOx输出比率朝向最佳OC 10NO2:NOx输出比率增大。
SCR 20性能参数的第二值或SCR 20性能参数的第三值可用于通知所实施560或572的控制动作的性质。在一个实施方案中，如果SCR 20性能参数的第二值或SCR 20性能参数的第三值不合适，则分别实施560或572控制动作可包括以下中的一者或多者：实施特定于DOC的控制动作(例如，启动DOC警报，维护DOC，更新SCR控制逻辑部件以反映降低的DOC性能能力)，对车辆进行速度限制(例如将车辆速度限制为最大50mph)，以及对车辆进行功率限制。在一些实施方案中，在已实施560或572第一控制动作(例如，启动警报)之后，可将速度限制和/或功率限制实施560或572为控制动作。在此类实施方案中，即使在优化OC10NO2:NOx输出比率之后也不能获得合适的SCR 20性能，并且OC 10可因此被诊断为故障或不合适的。启动警报可包括启动听觉警报，照明指示器(例如，仪表板指示器)，或者以其它方式警示系统(例如，车辆连接网络)或人(例如)OC 10的不合适的性能和/或能力。维护OC10可例如包括修复OC 10(例如，清洁)或更换OC 10。更新SCR 20控制逻辑部件可例如包括更新SCR 20化学模型或还原剂36投配逻辑部件。
类似地，在一个实施方案中，如果SCR 20性能参数的第二值或SCR 20性能参数的第三值是合适的，则分别实施560或572控制动作包括以下中的一者或多者：实施特定于非DOC的控制动作(例如，启动非DOC警报，更新SCR控制逻辑部件，维护非DOC装置，诊断非DOC装置)，对车辆进行速度限制(例如将车辆速度限制为最大50mph)，以及对车辆进行功率限制。在一些实施方案中，在已实施560或572第一控制动作(例如，启动警报)之后，可将速度限制和/或功率限制实施560或572为控制动作。在此类实施方案中，在获得合适的SCR 20性能之后，DOC可被诊断为能够产生足够量的NO2，并因此附属于系统100的其它装置必须被诊断或维护。非DOC装置可包括SCR 20、还原剂注入器30、附属于注入器30的还原剂36贮存器，以及一个或多个传感器(例如，NOx传感器60，62)等等。例如，诊断还原剂36贮存器的一个或多个方面可包括例如诊断贮存器水平传感器或还原剂36的组成。
启动警报可包括启动听觉警报，照明指示器(例如，仪表板指示器)，或者以其它方式警示系统(例如，车辆连接网络)或人，例如，非DOC装置的不合适的性能和/或能力。维护非DOC装置可例如包括修复非DOC装置(例如，清洁)或更换非DOC装置。更新SCR 20控制逻辑部件可例如包括更新SCR 20化学模型或还原剂36投配逻辑部件。
在一些实施方案中，其中ICE 1为车辆101提供动力，并且该方法还包括在改变540AFR之前实现541一个或多个车辆101启用条件。启用条件可包括车辆操作条件，其中改变540AFR将不会不利地影响车辆性能、安全性或排放标准等等。例如，启用条件可包括其中车辆没有怠速或加速的车辆运行状况。
在一些实施方案中，方法500还可包括在确定520不合适的SCR 20性能参数的基线值之前(经由温度传感器)确定510SCR 20温度高于性能温度阈值。性能温度阈值可包括例如SCR 20起燃温度。如果所确定510的SCR 20温度低于性能温度阈值，则可中断方法500，因为SCR 20的不合适的性能可归因于SCR 20的不合适的低温而不是OC 10性能。
在一些实施方案中，方法500还可包括在确定520不合适的SCR性能参数的基线值之后且在改变540AFR之前，调节530一个或多个还原剂36投配参数。在调节530一个或多个还原剂36投配参数之后，可确定SCR 20性能参数的新值。如果SCR 20性能参数的新值是合适的，则可中断方法500，因为SCR 20的不合适的性能可归因于还原剂36投配属性而不是OC10性能。
方法500还限定了用于在寒冷条件下操作ICE 1废气处理系统100的方法。寒条件可包括ICE 1冷启动，或者通常SCR 20的温度低于最佳或合适的操作温度(例如，低于SCR起燃温度)。此类方法可包括(经由温度传感器)确定510SCR 20温度低于性能温度阈值，以及(经由控制模块50)改变540AFR以增大AFR(并因此增加DOC出口废气的NO2浓度和/或流量)，以便改善SCR 20性能(例如，以便改善SCR 20性能参数)。(例如，经由控制模块50)改变540AFR还可任选地包括将燃料后注入到ICE 1的一个或多个汽缸中，和/或排放到OC 10上游的气体处理系统100中(例如，进入废气导管9中)，使得后注入的燃料被传送至OC 10而不燃烧。该方法还可包括在(经由控制模块)增大AFR之前(经由控制模块50)确定520不合适的SCR 20性能参数的基线值。该方法还可任选地随后包括确定541SCR 20温度高于性能温度阈值，以及(经由控制模块)减小542AFR。减小542AFR可例如包括在改变540AFR之前将AFR减小回到初始AFR。
虽然上文描述了示例性实施方案，但并不意味着这些实施方案描述了权利要求书所涵盖的所有可能形式。本说明书中使用的字词是描述而非限制的字词，并且应当理解，在不脱离本公开的实质和范围的情况下可作出各种改变。如前所述，各种实施方案的特征可组合以形成本发明的可能未明确描述或示出的另外的实施方案。虽然可将各种实施方案描述为关于一个或多个所需特性提供优点或优于其它实施方案或现有技术具体实施，但本领域的普通技术人员认识到，可削弱一个或多个特征或特性以实现期望的总体系统属性，这取决于具体应用和具体实施。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、组装简便性等。因此，关于一个或多个特性而被描述为与其它实施方案或现有技术具体实施相比而言不太可取的实施方案不在本公开的范围内，并且对于特定应用而言可能为可取的。
