監測氧化催化器性能的製作方法
2023-06-09 05:31:26
監測氧化催化器性能的製作方法
【專利摘要】一種監測排氣處理系統的氧化催化器的方法包括將燃料噴射到流動通過氧化催化器上遊的排氣處理系統的排氣流中。在氧化催化器上遊測量排氣流中的氧氣水平，以限定上遊氧氣水平。在氧化催化器下遊測量排氣流中的氧氣水平，以限定下遊氧氣水平。計算上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的差。在上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間經計算的差小於預定氧氣水平極限時識別出氧化催化器未正確工作。
【專利說明】監測氧化催化器性能
【技術領域】
[0001]本發明通常涉及排氣處理系統，且更具體地涉及監測排氣處理系統的氧化催化器以確定氧化催化器是否不正確的發揮功能的方法。
【背景技術】
[0002]用於柴油發動機的排氣處理系統可以包括用於處理來自發動機的排氣流的柴油氧化催化器。柴油氧化催化器是流動通過裝置(flow throughdevice)，所述裝置包括含有基體或蜂窩狀結構的罐。基體具有塗有活性催化劑層的大的表面面積。在排氣氣體經過活性催化劑層時，一氧化碳、氣體碳氫化合物和液體碳氫化合物顆粒(即未燃燒的燃料和/或油)被氧化，由此減少有害的排放物。
[0003]然而，為了讓活性催化劑層氧化一氧化碳、氣體碳氫化合物和液體碳氫化合物顆粒，活性催化劑層必須處在或高於起燃溫度。通常，一旦活性催化劑層達到起燃溫度(light-off temperature),額外的碳氫化合物被通過遲後(latpost)燃料噴射或碳氫化合物注射器中之一噴射到排氣流中。被噴入排氣流的額外的碳氫化合物可以被點燃以對排氣流加熱。
[0004]車輛可以包括診斷系統，以檢測氧化催化器的潛在失效。例如，診斷系統可以測量氧化催化器上遊和下遊的排氣的溫度。如果氧化催化器下遊的排氣的溫度極大地高於(近似的溫度上升可以基於從噴射的碳氫化合物釋放的熱量計算)氧化催化器上遊排氣的溫度，則控制模塊可以認為噴入排氣流的碳氫化合物通過氧化催化器被正確地氧化，產生放熱反應，且可以發出信號表明氧化催化器正確發揮功能。如果氧化催化器下遊的排氣的溫度相等於或僅略高於氧化催化器上遊排氣的溫度，則控制模塊可以認為噴入排氣流的碳氫化合物未通過氧化催化器被正確地氧化，未產生放熱反應，且可以發出信號表明氧化催化器未能正確發揮功能。
【發明內容】
[0005]提供一種監測排氣處理系統的氧化催化器的方法。該方法包括將燃料噴射到流動通過氧化催化器上遊的排氣處理系統的排氣流中。在氧化催化器上遊測量排氣流中的氧氣水平，以限定上遊氧氣水平。在氧化催化器下遊測量排氣流中的氧氣水平，以限定下遊氧氣水平。計算上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的差。在上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間經計算的差小於預定氧氣水平極限時識別出氧化催化器未正確工作。
[0006]還提供檢測排氣處理系統的未正確發揮功能的氧化催化器的方法。該方法包括將燃料噴射到流動通過氧化催化器上遊的排氣處理系統的排氣流中。在氧化催化器上遊測量排氣流中的氧氣水平，以限定上遊氧氣水平。在氧化催化器下遊測量排氣流中的氧氣水平，以限定下遊氧氣水平。計算上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的百分比差。在顆粒過濾器上遊和氧化催化器下遊測量流動通過排氣處理系統的排氣流的溫度，以限定上遊排氣溫度。在顆粒過濾器下遊測量流動通過排氣處理系統的排氣流的溫度，以限定下遊排氣溫度。計算下遊排氣溫度和上遊排氣溫度之間的數值差。在上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間經計算的差小於預定氧氣水平極限，且下遊排氣溫度和上遊排氣溫度之間經計算的數值差大於預定溫度極限時，發出信號表明氧化催化器未正確工作。
[0007]還提供一種用於處理來自車輛的發動機的排氣流的排氣處理系統。排氣處理系統包括氧化催化器，和設置在氧化催化器下遊的顆粒過濾器。第一氧氣傳感器設置在氧化催化器的上遊，且第二氧氣傳感器設置在氧化催化器的下遊和顆粒過濾器的上遊。第一溫度傳感器設置在氧化催化器的下遊和顆粒過濾器的上遊，且第二溫度傳感器設置在顆粒過濾器的下遊。控制模塊聯接到第一氧氣傳感器、第二氧氣傳感器、第一溫度傳感器、和第二溫度傳感器。控制模塊可操作為從第一氧氣傳感器接收與氧化催化器上遊的測量氧氣水平有關的數據，以限定上遊氧氣水平。來自第二氧氣傳感器的與氧化催化器下遊的測量氧氣水平有關的數據也被控制模塊接收，和用於限定下遊氧氣水平。控制模塊計算上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的百分比差，且確定上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的經計算百分比差是否小於預定氧氣水平極限、等於預定氧氣水平極限或是大於預定氧氣水平極限。控制模塊進一步從第一溫度傳感器接收與顆粒過濾器上遊的測量的排氣溫度有關的數據，且限定上遊排氣溫度。來自第二溫度傳感器的與顆粒過濾器下遊的測量排氣溫度有關的數據也被控制模塊接收，和用於限定下遊排氣溫度。控制模塊計算下遊排氣溫度和上遊排氣溫度之間的數值差，且確定下遊排氣溫度和上遊排氣溫度之間的經計算的數值差是否小於預定溫度極限、等於預定溫度極限或大於預定溫度極限。在上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間經計算的百分比差小於預定氧氣水平極限，且下遊排氣溫度和上遊排氣溫度之間經計算的數值差大於預定溫度極限時，控制模塊發出信號表明氧化催化器未正確發揮功能。
[0008]因而，氧化催化器上遊和下遊的排氣的氧氣水平用於識別氧化催化器是否正確發揮功能或未正確發揮功能。如果氧化催化器正確發揮功能，則噴入到氧化催化器上遊排氣中碳氫化合物的燃燒將減小氧化催化器下遊排氣中的氧氣水平。因而，氧化催化器下遊極大地減小的氧氣水平表明氧化催化器正確發揮功能，而氧化催化器上遊和下遊氧氣水平相似則表明氧化催化器未正確發揮功能。
[0009]在下文結合附圖進行的對實施本發明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發明的特徵和優點以及其他的特徵和優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是用於車輛發動機的排氣處理系統的不意圖。
[0011]圖2是給出了監測排氣處理系統的氧化催化器的方法的流程圖，以檢測氧化催化器是否不正確地發揮功能。
【具體實施方式】
[0012]本領域技術人員應理解例如「上」、「下」、「向上、「向下」、「頂」、「底」等是用於描述附圖，而不代表對本發明範圍的限制，本發明的範圍通過所附權利要求限定。
[0013]參見附圖，其中相同的附標記在幾幅圖中指示相同的部件，排氣處理系統通常在20示出。參見圖1，排氣處理系統20處理來自車輛發動機24的排氣流，通常示出在箭頭22。儘管排氣處理系統20如本文所述的用於處理從柴油發動機而來的排氣，但是應理解排氣處理系統20可以用於處理來自另外種類發動機24的排氣，例如但不限於汽油發動機。
[0014]排氣處理系統20包括氧化催化器26和設置在氧化催化器26下遊的顆粒過濾器28。在用於柴油發動機24時，氧化催化器26和顆粒過濾器28可以分別被稱為柴油氧化催化器26和柴油顆粒過濾器28。排氣處理系統20進一步包括設置在氧化催化器26上遊的第一氧氣傳感器30和設置在氧化催化器26下遊的和顆粒過濾器28上遊的第二氧氣傳感器32。第一氧氣傳感器30和第二氧氣傳感器32可以包括能感測流動通過排氣處理系統20的排氣流中氧氣水平的任何類型和/或樣式的傳感器。例如，第一氧氣傳感器30和第二氧氣傳感器32可以每一個包括氮氧化物(NOx)傳感器、純氧(02)傳感器或拉姆達傳感器(lambda sensor).排氣處理系統20進一步包括設置在氧化催化器26下遊和顆粒過濾器28上遊的第一溫度傳感器34，和設置在顆粒過濾器28下遊的第二溫度傳感器36。第一溫度傳感器34和第二溫度傳感器36可以包括能感測流動通過排氣處理系統20的排氣溫度的任何類型和/或樣式的傳感器。
[0015]氧化催化器26是流動通過裝置(flow through device),其包括含有基體40或蜂窩狀結構的罐。基體40具有塗有活性催化劑層的大的表面面積。柴油機催化器26處理來自柴油發動機24的排氣流，以減少排氣的毒性，即減少排氣的有毒物質排放，包括但不限於氮氧化物(N0)，一氧化碳(C0)，和/或碳氫化合物(HC)。在排氣氣體經過活性催化劑層時，一氧化碳、氣體碳氫化合物和液體碳氫化合物顆粒(即未燃燒的燃料和/或油)被氧化，由此減少有害的排放物。一氧化碳、氣體碳氫化合物和液體碳氫化合物顆粒通過活性催化劑層的氧化是產生熱量的放熱反應。活性催化劑材料可以包括鉬族金屬(PGM)，且將排氣中一定百分比的氮氧化物轉換成氮氣和二氧化碳或水，以及將一定百分比的一氧化碳氧化成二氧化碳，和將一定百分比的未燃燒碳氫化合物氧化氧化成二氧化碳和水。
[0016]氧化催化器26的活性催化劑層必須在活性催化劑層變得可工作且能氧化氮氧化物、一氧化碳和未燃燒碳氫化合物之前被加熱到催化劑的起燃溫度。因而，排氣必須在活性催化劑層和排氣之間的反應開始之前將活性催化劑層加熱到起燃溫度。為了快速加熱柴油氧化催化器26和/或排氣處理系統20的其他部件，包括但不限於顆粒過濾器28和/或選擇性催化還原單元，碳氫化合物可以被噴入到排氣流中。碳氫化合物被點燃以在排氣中產生熱量，熱量被傳遞到氧化催化器26和/或排氣處理系統20的其他部件。碳氫化合物可以通過遲後噴射過程(late post injection process)或通過碳氫化合物噴射器42噴射。
[0017]顆粒過濾器28過濾來自發動機24排氣的顆粒物質(即菸灰)。顆粒過濾器28可以包括一個或多個基體44。在排氣流過顆粒過濾器28時顆粒物質收集在基體44上。顆粒過濾器28偶爾被再生以除去收集的顆粒物質。顆粒過濾器28的再生包括將顆粒過濾器28加熱到足以將收集的顆粒物質燃燒為二氧化碳的溫度。
[0018]排氣處理系統20可以進一步包括選擇性催化還原(SCR)系統，通常在48示出。SCR系統48包括排放流體噴射器50，其將例如但不限於尿素和水混合物的排放流體噴入排氣流中。混合器52將排放流體與排氣混合。在通過排氣加熱時，排放流體形成氨。SCR系統48進一步包括轉換器54。轉換器54包括催化劑，其造成或加速在排氣中的NOx (氮氧化物)和通過排放流體形成的氨之間的化學反應，以形成氮氣和水蒸汽。
[0019]排氣處理系統20進一步包括控制模塊56，例如但不限於發動機24控制單元，以控制和/或監測排氣處理系統20的操作。控制模塊56聯接到第一氧氣傳感器30，第二氧氣傳感器32，第一溫度傳感器34和第二溫度傳感器36，用於從它們接收數據。控制模塊56可以包括計算機和/或處理器，和包括監測、處理和/或控制排氣處理系統20操作必須的所有軟體、硬體、存儲器、算法、連接結構、傳感器等。從而下文所述和通常如圖2在60所示的方法可以被實施為在控制模塊56中可運行的程序。應理解控制模塊56可以包括任何裝置——其能分析來自各種傳感器的數據、比較數據、做出監測和/或控制排氣處理系統20操作所需的必要決定、和執行監測和/或控制排氣處理系統20操作所需的必要任務。控制模塊56可操作為執行下文所述的方法60的各種任務。
[0020]參見圖2，方法60包括噴射燃料(通常示出在圖框62)進入流動通過排氣處理系統20的排氣流。燃料可以包括但不限於柴油燃料。燃料被噴入氧化催化器26上遊的排氣流。燃料通過碳氫化合物噴射器42噴射，以便燃燒和增加排氣的溫度。排氣的增加溫度用於更快速地加熱氧化催化器26和/或顆粒過濾器28。如果在排氣流中的燃料點燃和燃燒，排氣流中的氧氣被消耗，且排氣流中氧氣的水平減小。
[0021]排氣流中氧氣的水平通過氧化催化器26上遊的第一氧氣傳感器30測量，通常示出在圖框64。控制模塊56從第一氧氣傳感器30接收與氧化催化器26上的測量遊氧氣水平有關的數據，和使用該數據以限定上遊氧氣水平。排氣流中氧氣的水平通過氧化催化器26下遊的第二氧氣傳感器32測量，通常示出在圖框66。控制模塊56從第二氧氣傳感器32接收與氧化催化器26下遊的測量氧氣水平有關的數據，和使用該數據以限定下遊氧氣水平。
[0022]控制模塊56隨後計算上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的百分比差，通常示出在圖框68。上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的百分比差通過以下方式計算:將上遊氧氣水平除以下遊氧氣水平以限定氧氣水平商，且將該氧氣水平商乘以一百。百分比差代表上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的相對變化量。替換地，應理解第一氧氣傳感器30和第二氧氣傳感器32每一個可以向控制模塊56以百分比的形式報告其測量值，在這種情況下，控制模塊可以通過取得上遊和下遊讀數之間的數值差而計算百分比差。
[0023]控制模塊56隨後確定計算的上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的百分比差是否小於預定氧氣水平極限、等於預定氧氣水平極限、或大於預定氧氣水平極限，通常示出在圖框70。預定氧氣水平極限是控制模塊56的存儲器中存儲的限定值，且代表表明氧化催化器26正確發揮功能的、上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的氧氣水平最小變化。因而，如果百分比差小於預定氧氣水平極限，通常示出在72，則氧化催化器26沒有正確發揮功能，而如果百分比差等於或大於預定氧氣極限，通常示出在74，則氧化催化器26在正確發揮功倉泛。
[0024]預定氧氣水平極限優選為百分之零(0%)到百分之十(10%)的範圍，且由於傳感器準確性更優選是近似等於或大於百分之三(3%)。然而，應理解預定氧氣水平極限可以被限定為任何值，包括不在如上所述的優選範圍中的值，且這取決於排氣處理系統20的操作和具體構造。
[0025]如果控制模塊56確定計算的百分比差等於或大於預定氧氣水平極限，通常示出在74，則控制模塊56可以識別出氧化催化器26在正確發揮功能，且可以進一步發出信號表明氧化催化器26在正確發揮功能，通常示出在圖框75。氧化催化器26正確發揮功能可以以任何方式以信號發出，例如但不限於將通過值(passing value)記錄在控制模塊56的存儲器中，或向操作者提供某種標識的形式，例如但不限於視覺信號。替換地，氧化催化器26正確發揮功能可以通過信號的缺失表明，即控制模塊56僅在氧化催化器26未正確發揮功能時向操作者提供標識。
[0026]排氣流的溫度通過顆粒過濾器28上遊和氧化催化器26下遊的第一溫度傳感器34測量，通常示出在圖框76。控制模塊56從第一溫度傳感器34接收與顆粒過濾器28上遊排氣的測量溫度有關的數據，且使用該數據以限定上遊排氣溫度。排氣流的溫度通過顆粒過濾器28下遊的第二溫度傳感器36測量，通常示出在圖框78。控制模塊56從第二溫度傳感器36接收與顆粒過濾器28下遊排氣的測量溫度有關的數據，且使用該數據以限定下遊排氣溫度。
[0027]控制模塊56隨後計算下遊排氣溫度和上遊排氣溫度之間的數值差，通常在圖框80示出。數值差通過將上遊排氣溫度從下遊排氣溫度中減去而計算。數值差代表上遊排氣溫度和下遊排氣溫度之間的絕對變化量。
[0028]控制模塊56隨後確定下遊排氣溫度和上遊排氣溫度之間的數值差是否小於預定溫度極限、等於預定溫度極限、還是大於預定溫度極限，通常示出在圖框82。如果由於未正確發揮功能的氧化催化器26而使得排氣包括過多的未通過氧化催化器26氧化的碳氫化合物，則碳氫化合物可以被轉換器54上的催化劑氧化，這是產生熱量的放熱反應。因而，如果數值差表明沒有溫度增加或有中等的溫度增加，通常示出在84，則控制模塊56可以認為排氣流中不存在過多的碳氫化合物，且氧化催化器26正確發揮功能，通常示出在圖框86。相反，如果數值差顯著大於預定溫度極限，通常示出在88，則控制模塊56可以認為由於未正確發揮功能的氧化催化器26排氣流中存在過多的碳氫化合物。
[0029]對於正確發揮功能的氧化催化器26來說，預定溫度極限是上遊排氣溫度和下遊排氣溫度之間溫度變化的最大量。因而，如果數值差小於預定溫度極限，則控制模塊56可以認為氧化催化器26正確發揮功能，因為經過顆粒過濾器28排氣的溫度基本上不增加。然而，如果數值差等於或大於預定溫度極限，則控制模塊56可以認為氧化催化器26未正確發揮功能，因為經過顆粒過濾器28排氣的溫度基本上增加。
[0030]優選地，預定溫度極限在七十五攝氏度(75° C)到一百二十五攝氏度(125° C)範圍之間，且更優選是大約等於一百攝氏度(100° C)。然而，應理解預定溫度極限可以被限定為任何值，包括不在如上所述的優選範圍中的值，且這取決於排氣處理系統20的操作和具體構造。
[0031]在控制模塊56確定上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間經計算的百分比差小於預定氧氣水平極限，通常示出在72，且下遊排氣溫度和上遊排氣溫度之間經計算的數值差大於預定溫度極限時，通常示出在88，則控制模塊56可以識別出和/或發出信號表明氧化催化器26不正確地發揮功能，即未正確發揮功能，通常示出在圖框90。氧化催化器26未正確發揮功能可以以任何方式以信號發出，例如但不限於將失敗值(failing value)記錄在控制模塊56的存儲器中，或向操作者提供某種標識的形式，例如但不限於視覺警告信號等。
[0032]應理解可以跨過氧化催化器26測量變化溫度差，且該變化溫度差被控制模塊56使用以判斷氧化催化器26正確發揮功能。例如，氧化催化器下遊的溫度顯著增加表示發生了經過氧化催化器的放熱反應，且氧化催化器正確發揮功能。然而，如果經過氧化催化器排氣的溫度未顯著增加，，則氧化催化器可能未正確發揮功能，或替換地碳氫化合物噴射器可能故障。如果如上所述經過顆粒過濾器28發生放熱反應，則表示碳氫化合物被成功地噴入排氣流中，由此表示碳氫化合物噴射器42正確發揮功能且氧化催化器未正確發揮功能。
[0033]上文描述了圖1所示的排氣處理系統20的示例性實施例。應理解排氣處理系統20可以與所示和本文所述的示例性實施例不同。例如，排氣處理系統不需要包括顆粒過濾器28或選擇性催化還原系統48。
[0034]附圖中的詳細的描述和顯示是對本發明的支持和描述，而本發明的範圍僅通過權利要求限定。儘管已經對執行本發明的較佳模式進行了詳盡的描述但是本領域技術人員可得知在所附的權利要求的範圍內的用來實施本發明的許多替換設計和實施例。
【權利要求】
1.一種監測排氣處理系統的氧化催化器的方法，該方法包括:將燃料噴射到流動通過氧化催化器上遊的排氣處理系統的排氣流中；測量氧化催化器上遊的排氣流中的氧氣水平，以限定上遊氧氣水平；測量氧化催化器下遊的排氣流中的氧氣水平，以限定下遊氧氣水平；計算上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的差；和在上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間經計算的差小於預定氧氣水平極限時識別出氧化催化器未正確工作。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括在所述經計算的差等於或大於預定極限時發出信號表明氧化催化器正確工作。
3.如權利要求1所述的方法，其中計算上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的差被進一步限定為，計算上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的百分比差。
4.如權利要求3所述的方法，其中計算上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的百分比差包括:將上遊氧氣水平除以下遊氧氣水平，以限定氧氣水平商，且將該氧氣水平商乘以一百。
5.如權利要求3所述的方法，其中預定氧氣水平極限為百分之零(0%)到百分之十(10%)的範圍。
6.如權利要求1所述的方法，進一步包括在氧化催化器下遊和顆粒過濾器上遊測量流動通過排氣處理系統的排氣流溫度，以限定上遊排氣溫度，和在顆粒過濾器下遊測量流動通過排氣處理系統的排氣流溫`度，以限定下遊排氣溫度。
7.如權利要求6所述的方法，進一步包括計算下遊排氣溫度和上遊排氣溫度之間的數值差。
8.如權利要求7所述的方法，其中在上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間經計算的差小於預定氧氣水平極限時發出信號表明氧化催化器未正確工作，該步驟被進一步限定為在上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間經計算的差小於預定氧氣水平極限，且下遊排氣溫度和上遊排氣溫度之間經計算的數值差大於預定溫度極限時，發出信號表明氧化催化器未正確工作。
9.如權利要求8所述的方法，其中預定溫度極限為七十五攝氏度(75°C)到一百二十五攝氏度(125° C)的範圍。
10.如權利要求1所述的方法，其中，測量氧化催化器上遊的氧氣水平被進一步限定為，通過設置在氧化催化器上遊的第一氧氣傳感器測量氧氣水平，且其中，測量氧化催化器下遊的氧氣水平被進一步限定為，通過設置在氧化催化器下遊的第二氧氣傳感器測量氧氣水平。
11.如權利要求10所述的方法，進一步包括提供用於監測氧化催化器的控制模塊，其中控制模塊包括以下工作必要的所有硬體和軟體:從第一氧氣傳感器接收與氧化催化器上遊的測量氧氣水平有關的數據，以限定上遊氧氣水平；從第二氧氣傳感器接收與氧化催化器下遊的測量氧氣水平有關的數據，以限定下遊氧氣水平；計算上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間的差；確定上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間經計算的差是否小於預定氧氣水平極限、等於預定氧氣水平極限或是大於預定氧氣水平極限；和在上遊氧氣水平和下遊氧氣水平之間經計算的差被確定為小於預定氧氣水平極限時，發出信號表明氧化催化器未正常工作。
【文檔編號】F01N11/00GK103628961SQ201210485407
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年11月26日 優先權日:2012年8月27日
【發明者】R.米塔爾, J.李, S.任, A.德菲利波 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司