用於控制氮氧化物傳感器的方法

2023-05-14 16:09:56

專利名稱：用於控制氮氧化物傳感器的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於控制用在發動機排氣系統中的氮氧化物(NOx)傳感器的系統和方法。
背景技術：
火花塞式和壓縮式內燃發動機產生幾種形式的氮氧化物(NOx)氣體作為燃料燃燒過程的副產品。NOx氣體可以以各種形式存在於發動機排氣流中，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、和氧化二氮(N2O)。為了減少存在於車輛尾部排氣管排放中的各種NOx氣體的水平，現代的車輛可包括選擇性催化還原(SCR)裝置。在排氣系統中，合適的還原劑(例如氨或尿素)以精確可控的速率被添加到含有 NOx的排氣流中，並經過SCR裝置。SCR裝置的催化作用將NOx氣體轉換成氮氣和水。NOx 傳感器通常定位在排氣流中，以緊密地監視NOx水平和SCR的效率。這些傳感器的性能可使用合適的傳感器診斷軟體來評估。

發明內容
此處公開了一種車輛，其包括內燃發動機。到各個發動機氣缸的燃料供應有時自動減少，例如當車輛主動減速時，以便增加燃料效率。這種能力在此被稱為燃料切斷事件。 車輛包括一個或多個氮氧化物(NOx)傳感器和具有超量程診斷工具的控制器。此外，控制器包括用於執行本發明方法的算法，其選擇性地響應於燃料切斷事件而中斷診斷工具。本算法的執行暫時地阻止NOx傳感器(一個或多個)的功能的診斷，且特別是任何超量程低 NOx水平狀況的診斷。具體說，公開一種車輛，其包括內燃發動機，內燃機具有排氣埠、與排氣埠流體連通的排氣系統、氮氧化物(NOx)傳感器、和控制器。排氣系統配置為在排氣流經過排氣系統時調節排氣流。NOx傳感器定位在排氣流中，並測量排氣流中NOx的水平。控制器具有超量程診斷工具，並選擇性地響應預定的發動機開動燃料切斷事件而停止使用診斷工具。一種用在車輛上的方法，包括經由控制器檢測預定的發動機開動燃料切斷事件， 並在檢測到的燃料切斷事件期間暫時停止使用超量程診斷工具。被選擇性地停止使用的超量程診斷工具被配置為用於評估NOx傳感器的量程性能。本發明的上述特徵和優勢及其他特徵和優勢將從用於實施本發明的最佳模式的以下詳細描述連同附圖時顯而易見。


圖1是具有氮氧化物(NOx)傳感器的車輛的示意圖；和圖2是描述了在圖1所示車輛上的燃料切斷事件過程中、用於選擇性地停止使用 NOx傳感器診斷工具的方法的流程圖。
具體實施例方式參見附圖，其中幾幅圖中相同的附圖標記對應相同或類似的部件。車輛10示意性地示出在圖1中。車輛10包括內燃發動機12，取決於構造，其可以是火花塞點火式汽油發動機或壓縮式柴油發動機。車輛10包括一個或多個氮氧化物(NOx)傳感器42、控制器40、 傳感器診斷工具50、和方法或算法100。算法100可被控制器40的相關硬體部件選擇性地執行，以在當發動機12運行時發生的、預定的燃料切斷事件過程中選擇性地停止使用或暫時地停止診斷工具50。一種這樣的燃料切斷事件是減速燃料切斷事件。在這樣的情況下，在維持的車輛減速時間段內，燃料16噴射到發動機12的各個氣缸中被切斷。該動作有助於增加總的燃料效率。當在燃料切斷事件過程中對所有氣缸的燃料供給速率下降到零或某種最小非零閾值時，發動機12不再燃燒燃料16，且因此發動機不再排出NOx氣體。此時，傳感器超量程邏輯被診斷工具50持續無阻地使用會產生超量程低值，即被確定為相對於校準的閾值過低的值。這造成假的正診斷代碼，繼而會導致不必要的保修。圖2的算法100的執行解決該問題。車輛10包括傳動裝置14。油門20或其他合適的裝置選擇性地允許預定量的空氣進入發動機12，而燃料噴射器(未示出)允許來自油箱18的燃料16與空氣結合。燃料16 被發動機12燃燒產生排氣流(箭頭2 ，其在最終排放到周圍大氣之前經由排氣系統13處理。通過燃料16的燃燒釋放的能量在傳動裝置14的可旋轉輸入構件M上產生扭矩。來自發動機12的扭矩通過傳動裝置14的各種齒輪組、離合器、制動器、及互連的構件(未示出)傳送到可旋轉輸出構件26。來自傳動裝置14的輸出扭矩由此被傳遞到一組驅動車輪 28，為了簡要僅其中一個車輪在圖1中示出。排氣系統13與發動機12的排氣埠( 一個或多個)17流體連通，從而在排氣流從發動機的各個氣缸排放之後，排氣系統接收並調節排氣流(箭頭22)。根據本實施例，排氣系統13可包括氧化催化器30、選擇性催化還原(SCR)裝置32、和顆粒過濾器34，它們可以是任何期望的順序。顆粒過濾器34可配置為陶瓷泡沫、金屬篩網、粒狀氧化鋁、或任何其他適於溫度和應用的材料(一種或多種)。燃料噴射裝置36與控制器40電通訊，並經由一組控制信號 (箭頭1 控制。燃料噴射裝置36與油箱18流體連通。燃料噴射裝置36選擇性地將一些燃料16噴射到氧化催化器30中，如被控制器40確定的那樣。噴射的燃料16隨後以受控的方式、在氧化催化器30中燃燒，以產生處於足以使顆粒過濾器34再生的水平的熱量。仍參見圖1，SCR裝置32被配置為使用活性催化劑將NOx氣體轉換成水和氮氣、作為燃燒的惰性副產品。例如，SCR裝置32可配置為陶瓷塊或陶瓷蜂窩結構、板狀結構、或任何其他合適的設計。在一個實施例中，NOx傳感器42相對於SCR裝置32定位在上遊，如在發動機12的出口處。另一 NOx傳感器42相對於SCR裝置32定位在下遊，如剛好在顆粒過濾器34之前。來自各個上遊和下遊NOx傳感器42的NOx水平測量結果(箭頭11、111)被供送到控制器40中。控制器40處理並評估SCR裝置32和相關部件的總的NOx還原性能。控制器40可配置為數字計算機或微型計算機，用作車輛控制模塊，和/或用作比例-積分-微分(PID)控制器裝置，其具有微處理器或中央處理單元(CPU)、只讀存儲器 (ROM)、隨機訪問存儲器(RAM)、電可擦編程只讀存儲器(EPROM)、高速時鐘、模擬-數字(A/D)和/或數字-模擬(D/A)電路，及任何所需的輸入/輸出電路和相關裝置，以及任何所需的信號調製和/或信號緩衝電路。算法100和任何所需的參考校準被存儲在控制器40中， 或易於被控制器40訪問，以提供以下所述的功能。控制器40還與發動機12通訊，例如經由發動機控制模塊(ECM)(未示出)，並接收反饋信號(箭頭44)。控制器40可用作ECM，且因此反饋信號(箭頭44)可針對控制器內部地確定。反饋信號(箭頭44)識別發動機12的運行點，諸如油門20的當前位置、所需的燃料噴射速率、發動機速度、加速器踏板位置、和/或要求的發動機扭矩。如上所述，當發動機實際上沒有燃燒燃料16時，發動機12不產生NOx排放。因此，根據本發明，無論何時控制器檢測到基於預定減速或其他燃料切斷事件時，控制器40選擇性地並暫時停止駐存在診斷工具50內的任何NOx傳感器超量程邏輯。結合圖1所示的車輛10的結構來參見圖2。本算法100從步驟102開始，其中控制器40驗證正確工作的通訊通道相對於NOx傳感器42是有效的。例如，步驟102可以實現自動信號交換或其他協議步驟，其適於確定車輛10的受控區域網路(CAN)是否正確地發揮功能。步驟102意圖確認相對於NOx傳感器42的通訊失敗的存在。如果通訊通道正確地工作，則算法100前進到步驟104。否則，算法100前進到步驟107。在步驟104，控制器40驗證發動機12是否已經運行了經校準的持續時間。在一個實施例中，控制器40啟動計時器，且確定何時經過了經校準的時間段，例如大約20秒。但是，可以預見，其他一些實施例使用其他一些經校準時間段。如果發動機12已經運行了該經校準時間段，則算法100前進到步驟106。否則，算法100前進到步驟107。在步驟106，控制器40檢查NOx傳感器42的準備狀態，且由此判斷每個NOx傳感器是否目前在線並能夠測量排氣流(箭頭22)中NOx的水平。如果NOx傳感器42已經準備好，則算法100前進到步驟108。否則，算法前進到步驟107。在步驟107，控制器40暫時地中斷或停止診斷工具50的超量程邏輯，特別是對於低水平誤差檢測時。即，當發動機12沒有主動燃燒燃料16時，經由診斷工具50繼續評估 NOx傳感器42的性能可導致錯誤的正結果。這會使得NOx傳感器42在燃料切斷事件過程中嚴重地不能實現其目的。步驟107可保持有效、直到發動機12再次加燃料經校準的持續時間，在這一點診斷工具50被釋放，以監視NOx傳感器42的超量程功能性。在步驟108，控制器40確定進入發動機12各個氣缸的燃料供給速率，並由此確定預先確定的燃料切斷事件當前是否有效。如上所述，車輛10可選擇性地不給發動機12提供燃料，例如在維持減速的時段中，以便節省燃料。步驟108驗證這種燃料切斷事件是否有效。如此，控制器40可與ECM(未示出)、其他控制模塊通訊，或直接與發動機12通訊，這取決於構造，以便精確地確定燃料供應速率。控制器40隨後將已知的燃料供應速率與經校準的低閾值比較，該閾值可以基本為零或某個低的非零閾值。在一個實施例中，控制器40可使用發動機12每轉大約0到大約8mm3燃料16的閾值，儘管可以使用其他的供應燃料值。替換地，步驟108可實現將發動機12的運行時間與第二經校準閾值比較，該第二經校準閾值高於來自步驟104的第一經校準閾值。例如，控制器40可以使用大約600秒的閾值，且只要發動機12已經運行了至少那麼長時間，控制器40就可以執行步驟110，而不管燃料供應的速率。如果燃料供應速率超過了經校準的閾值或運行時間超過了第二經校準閾值，則算法100前進到步驟110。否則，算法100前進到步驟107。在步驟110，控制器40以常規方式運行診斷工具50。S卩，在步驟110控制器40通過處理NOx水平(箭頭11、111)並將這些水平與經校準的閾值比較來進行超量程診斷。當 NOx水平低於或高於所述閾值時，診斷代碼、指示燈、消息、或其他合適的控制動作可被控制器40執行。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。相關申請的交叉引用本申請要求於2010年11月12日提交的美國臨時專利申請No. 61/412，864，以及於2011年1月25日提交的美國專利申請No. 13/012,897的優先權和權益，所述申請的全部內容通過引用合併與此。
權利要求
1.一種車輛，包括 內燃發動機，具有排氣埠 ；排氣系統，與排氣埠流體連通，且配置為調節來自發動機的排氣流； 氮氧化物(NOx)傳感器，定位在排氣系統中，其中NOx傳感器配置為測量排氣流中NOx 氣體的水平；和控制器，具有超量程診斷工具，該工具用於評估NOx傳感器的量程性能； 其中控制器檢測預定的發動機開動燃料切斷事件，並隨後在燃料切斷事件期間暫時停止使用超量程診斷工具。
2.如權利要求1所述的車輛，其中超量程診斷工具確定排氣流中NOx氣體的水平何時下降到最小閾值之下，且其中燃料切斷事件是基於車輛減速的燃料切斷事件。
3.如權利要求1所述的車輛，還包括選擇性催化還原(SCR)裝置，其定位在排氣系統中，其中SCR裝置配置為經由催化處理將NOx氣體還原成氮氣和水，其中NOx傳感器定位在SCR裝置的出口處。
4.如權利要求3所述的車輛，其中NOx傳感器包括定位在SCR裝置出口處的NOx傳感器，且還包括定位在發動機排氣埠附近的附加的NOx傳感器。
5.如權利要求1所述的車輛，其中控制器部分地通過驗證發動機是否已經運行了經校準的持續時間來檢測預定的發動機開動燃料切斷事件。
6.如權利要求1所述的車輛，其中控制器部分地通過確定進入發動機的燃料供應速率、並通過將燃料供應速率與經校準的閾值比較，來檢測預定的發動機開動燃料切斷事件。
7.如權利要求1所述的車輛，其中控制器還配置為用於 檢測發動機的運行時間；將發動機的運行時間與第一經校準運行時間閾值比較；和僅暫時停止使用超量程診斷工具，直到發動機的運行時間超過第一經校準運行時間閾值。
8.如權利要求7所述的車輛，其中控制器還配置為用於將發動機的運行時間與第二經校準運行時間閾值比較，該第二經校準運行時間閾值大於第一經校準運行時間閾值；和只要發動機運行時間超過第二經校準運行時間閾值，使得超量程診斷工具工作。
9.一種用在車輛上的方法，該車輛具有內燃發動機、與發動機流體連通的排氣系統、定位在排氣系統中的氮氧化物(NOx)傳感器、和控制器，該方法包括經由控制器檢測預定的發動機開動燃料切斷事件，包括通過確定燃料供應速率檢測基於車輛減速的燃料切斷事件，和將燃料噴射速率與經校準閾值比較，該經校準閾值為發動機每轉大約Omm3至大約8mm3燃料；和在檢測到的燃料切斷事件期間暫時停止使用超量程診斷工具； 檢測發動機的運行時間；將發動機的運行時間與第一經校準運行時間閾值比較；和僅暫時地停止使用超量程診斷工具，直到發動機的運行時間超過第一經校準運行時間閾值。
10.如權利要求9所述的方法，還包括將發動機的運行時間與第二經校準運行時間閾值比較，該第二經校準運行時間閾值大於第一經校準運行時間閾值；和只要發動機運行時間超過第二經校準運行時間閾值，使得超量程診斷工具工作； 其中超量程診斷工具配置為用於評估NOx傳感器的量程性能。
全文摘要
一種車輛，包括具有排氣埠的發動機、用於調節發動機排氣流的排氣系統、位於排氣流中的氮氧化物(NOx)傳感器、和控制器。控制器具有超量程診斷工具，用於評估傳感器的量程性能。控制器檢測預定的發動機開動燃料切斷事件，並隨後在燃料切斷事件過程中暫時地停用診斷工具。燃料切斷事件可以是基於車輛減速的事件。選擇性催化還原(SCR)裝置可位於排氣系統中，至少一個NOx傳感器位於SCR裝置出口處。附加的NOx傳感器可位於排氣埠附近。一種用在上述車輛中的方法包括經由控制器檢測發動機開動燃料切斷事件，並在燃料切斷事件期間停用診斷工具。
文檔編號F01N11/00GK102465744SQ20111035941
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月14日 優先權日2010年11月12日
發明者J.E.科瓦爾科夫斯基, S.T.菲爾德曼 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司