積分燃料催化劑監測器的製造方法

2023-09-23 20:07:20 4

積分燃料催化劑監測器的製造方法
【專利摘要】一種監測催化劑性能的方法包括將給定樣品的一組參數讀數應用到支持向量機以產生分類輸出、聚類所述一組參數讀數以減少支持向量的數目、計算在減速燃料切斷事件及排氣氧傳感器切換後的總燃料質量以及基於所述總燃料質量指示催化劑退化。
【專利說明】積分燃料催化劑監測器

【技術領域】
[0001] 本公開涉及催化劑監測系統。

【背景技術】
[0002] 聯接至燃燒發動機排氣系統的如三元轉換器的排放控制裝置減少了諸如一氧化 碳、烴類和氮氧化物的燃燒副產物。為減少排放，催化劑監測方法可用於檢測排放控制裝置 何時達到其使用閾值以及將被替換。可靠的催化劑監測可通過減少將可用的催化劑錯誤表 徵為消耗的催化劑來降低成本，或可通過減少將退化的催化劑錯誤表徵為可用的催化劑來 降低排放。
[0003] 已研製出各種催化劑監測方法，其包括提供用於監測排放控制裝置的方法，所述 方法包括在減速燃料切斷持續時間後，基於積分的空氣燃料和基於穩態的指數比診斷方 法，指示排放控制裝置的退化。支持向量機算法已進一步應用於催化劑監測系統，用於分類 積分空氣燃料參數以提供退化指示。
[0004] 本文發明人已認識到上述方法的問題。g卩，已證明指數比方法僅對部分容積系統 奏效。此外，現有積分空氣燃料方法在諸如大型豪華轎車的車輛中執行不良，與較常規尺 寸的車輛中的相比，大型豪華轎車中的後處理系統可位於離上遊通用排氣氧傳感器更遠。 因此，傳統催化劑監測方法的能力和穩健性可因上遊通用排氣氧傳感器和催化劑下遊空 氣-燃料傳感器之間較大的傳送延遲而降低。更進一步，支持向量機算法會使用大量內存， 這是由於需要大量的支持向量來限定分類平面。


【發明內容】

[0005] 至少部分解決上述問題的一種方法包括監測催化劑性能的方法，該方法包括計算 在減速燃料切斷事件後直到受熱廢氣氧傳感器切換的總燃料質量。具體地，該方法可包括 計算傳送延遲，以考慮到後處理系統位於遠離上遊排氣氧傳感器的車輛。此外，通過將一組 參數讀數施加至支持向量機，可基於總燃料質量指示催化劑退化，其中支持向量機可採用 聚類算法和/或緩衝區，以減少支持向量數目。通過計算燃料總量，針對部分容積系統和全 容積系統二者，均可產生穩健的催化劑監測方法。這樣，描述催化劑監測方法，提供了適於 部分容積系統和全容積系統以及具有大的傳送延遲的增加的穩健性，和具有與傳統催化劑 監測方法相比降低的內存使用。
[0006] 應當理解的是，提供上述
【發明內容】
是為了以簡化的形式介紹所選概念，其將在具 體實施方式中進一步說明。這並不意味著確立要求保護的主題的關鍵或基本特徵，其範圍 僅由隨附權利要求限定。另外，所述的主題不被限制於解決上述或在本發明中任何部分指 出的任何不利的具體實施。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1示出多缸發動機的示例性汽缸的示意圖，該發動機具有聯接至發動機排氣系 統的排放控制裝置。
[0008] 圖2至圖3示出對應於支持向量機分類的示例性曲線圖。
[0009] 圖4示出對應於支持向量機分類的示例性柱狀圖。
[0010] 圖5至圖7示出示例性催化劑監測方法的流程圖。
[0011] 圖8示出示例性催化劑監測方法的時間軸。

【具體實施方式】
[0012] 以下描述涉及減速燃料切斷（DFS0)事件後監測排放控制系統的系統和方法。圖1 示出示例性燃燒發動機，其中排放控制裝置聯接至排氣系統。可在DFS0事件後以及在駕駛 員加油門以退出DFS0事件後，發起催化劑監測程序。圖5至圖7中所示的示例性催化劑監 測方法基於排放控制裝置上遊的積分的空氣品質流量(AM)和燃料空氣比測定排放控制裝 置內噴射的總燃料質量。從DFS0事件結束到下遊空氣燃料傳感器切換積分燃料質量（FM)。 下遊空氣燃料傳感器可以是全容積傳感器或部分容積傳感器。在一個示例中，傳送延遲經 計算並用於調節FM計算。支持向量機（SVM)算法用於分類FM計算，以用於測定並提供催 化劑退化指示。SVM算法可包括聚類算法和緩衝區，如圖2至圖4所示，以增加穩健性和降 低內存使用。圖8示出DFS0事件後催化劑監測期間，燃料質量、空氣品質以及上遊和下遊 空氣燃料傳感器測量的變化的示例。
[0013] 回到圖1，示出多缸發動機10的一個汽缸的示意圖，多缸發動機可被包括在車輛 的推進系統中。可通過包括控制器12的控制系統和車輛操作員132經輸入裝置130的輸 入，至少部分控制發動機10。在該例中，輸入裝置130包括加速器踏板和用於產生成比例踏 板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發動機10的燃燒室(如，汽缸）30可包括其中設置 有活塞36的燃燒室壁32。活塞36可聯接至曲軸40,使得活塞的往復運動轉換成曲軸的旋 轉運動。曲軸40可經中間傳動系統聯接至車輛的至少一個驅動輪。另外，起動馬達可經飛 輪聯接至曲軸40,從而能夠使得發動機10進行起動操作。
[0014] 燃燒室30可經進氣通道42接收進氣空氣，以及可經排氣通道48排出燃燒氣體。 進氣歧管44和排氣通道48能夠分別經進氣門52和排氣門54選擇性地與燃燒室30連通。 在一些實施例中，燃燒室30可包括兩個或更多個進氣門和/或兩個或更多個排氣門。
[0015] 所示燃料噴射器6以如下配置被布置在進氣通道44內：即提供將燃料噴射至燃燒 室30上遊的進氣口內的所謂燃料進氣道噴射。燃料噴射器66可噴射與經電子驅動器68 從控制器12中所接收的信號FPW脈衝寬度成比例的燃料。燃料可通過包括燃料箱、燃料泵 和燃料導軌的燃料系統(未示出）輸送到燃料噴射器66。在一些實施例中，燃燒室30可替 代地或另外包括直接聯接至燃燒室30並以被稱作直接噴射的方式用於直接噴射燃料到燃 燒室內的燃料噴射器。
[0016] 進氣通道42可包括具有節流板64的節氣門62。在該具體示例中，可通過控制器 12經由提供給包含節氣門62的電動馬達或致動器的信號來改變節流板64的位置，該配置 通常稱為電子節流控制（ETC)。以這種方式，節氣門62可被操作用於改變提供給燃燒室30 以及其他發動機汽缸的進氣。可通過節氣門位置信號TP向控制器12提供節流板64的位 置。進氣通道42可包括用於向控制器12分別提供信號MAF和MAP的空氣品質流量傳感器 120和歧管空氣壓力傳感器122。
[0017] 在選定操作模式下，響應於來自控制器12的點火提前信號SA，點火系統88能夠經 由火花塞92向燃燒室30提供點火火花。雖然示出火花點火部件，不過但在一些實施例中， 在有或沒有點火火花情況下，均可以以壓縮點火模式操作燃燒室30或發動機10的一個或 更多個其他燃燒室。
[0018] 所示排氣傳感器126聯接至排放控制裝置70上遊的排氣通道48。傳感器126可 以是用於提供排氣空氣/燃料比指示的任何合適傳感器，諸如線性氧傳感器或UEG0 (通用 或寬域排氣氧)、雙態氧傳感器或EG0、HEG0 (加熱型EG0)、N0x、HC或C0傳感器。所示排放 控制裝置70沿排氣傳感器126下遊的排氣通道48布置。裝置70可是三元催化器（TWC)、 氮氧化物捕集器、各種其他排放控制裝置或其組合。在一些實施例中，發動機10操作期間， 通過在具體空燃比範圍內操作發動機的至少一個汽缸，可周期性重置排放控制裝置70。所 示全容積排氣傳感器76聯接至排放控制裝置70下遊的排氣通道48。傳感器76可以是用 於提供排氣空氣/燃料比指示的任何合適傳感器，諸如線性氧傳感器或UEG0 (通用或寬域 排氣氧)、雙態氧傳感器或EGO、HEG0 (加熱型EGO)、NOx、HC或C0傳感器。進一步，多個排 氣傳感器可位於排放控制裝置內的部分容積位置。諸如AM和/或溫度傳感器的其他傳感 器72可設置在排放控制裝置70的上遊，以監測進入排放控制裝置的AM和排氣溫度。圖1 中所示的傳感器位置只是各種可能配置的一個示例。例如，排放控制系統可包括具有緊密 聯接的催化劑的部分容積裝配。
[0019] 圖1示出的控制器12為常規的微型計算機，其包括微處理器單元102、輸入/輸出 埠 104、在此特定示例中示為只讀存儲器晶片106的用於可執行程序和校準值的電子存 儲介質、隨機存取存儲器108、保活存儲器110以及數據總線。控制器12可接收來自聯接 至發動機10的傳感器的不同信號，除了之前討論過的那些信號外，還包括來自空氣品質流 量傳感器112的引入空氣品質流量(MAF)的測量；來自聯接至冷卻套管114的溫度傳感器 112的發動機冷卻劑溫度（ECT);來自聯接至曲軸40的霍爾效應傳感器118 (或其他類型） 的表面點火感測信號（PIP);來自節氣門位置傳感器的節氣門位置（TP);來自傳感器72的 進入催化劑的AM和/或排氣溫度；來自傳感器76的排氣空燃比；以及來自傳感器122的絕 對歧管壓力信號MAP。發動機轉速信號RPM可通過控制器12從信號PIP中產生。來自歧管 壓力傳感器的歧管壓力信號MAP用於提供進氣歧管中的真空或壓力指示。需要注意的是， 可使用上述傳感器的不同組合，如有MAF傳感器且沒有MAP傳感器，反之亦然。在化學計量 操作期間，MAP傳感器能夠給出發動機扭矩指示。另外，該傳感器連同檢測的發動機轉速能 夠提供對被引入汽缸內的充氣(包括空氣）的估計。在一個示例中，也用作發動機轉速傳感 器的傳感器118在曲軸每轉均產生預定數目的等距脈衝。此外，控制器12可與聚類顯示裝 置136連通，例如，以警示駕駛員發動機故障或排氣後處理系統故障。
[0020] 存儲介質只讀存儲器106能夠用計算機可讀數據進行編程，該計算機可讀數據表 示由處理器102執行的指令，該指令用於執行下面描述的方法以及預期但沒有具體列出的 其他變體。
[0021] 現回到圖2,其示出對應於支持向量機算法分類的圖。支持向量機（SVM)可用於催 化劑監測方法以預測催化劑功能。可使用預先分類的、已知的輸入參數訓練SVM。在選定條 件下操作車輛期間，各種未分類的輸入參數被饋送至已訓練的SVM模型，且在已對預定義 數目的樣本進行分類後，每個分類的總數可與閾值比較，以確定催化劑是否起作用。
[0022] SVM是監督學習算法，其中在給定具有已知類別信息的訓練集合中，可開發出將未 知測試樣品分類成不同類的模型。SVM可處理一組輸入數據，並對於每個給定的輸入，可預 測所述輸入是兩種可能類中的哪一類的成員，這使SVM成為非概率二元線性分類器。在一 個實施例中，SVM可預測排氣催化劑是否恰當地起作用。可經一組訓練示例生成SVM算法， 其中每個訓練示例均被標記為屬於兩類中的一類。SVM訓練算法建立了將新示例分配給一 類或另一類的模型。SVM模型是代表空間中的點的示例，所述點經映射使得由余量分開各個 種類的示例。然後新的示例被映射到相同空間，且基於它們落在餘量的哪一側而預測其所 屬的種類。
[0023] SVM使用符號函數作為線性分類器，從而基於使用已知輸入的訓練函數將未知輸 入分類成兩組。特別地，已知輸入被映射到高維或無限維空間，並且選擇將輸入分成兩個隔 開的組的一個或更多個超平面。在一些示例中，選擇表示組的最大分離餘量的超平面或分 類平面，然而在另一些示例中，可選擇這樣的超平面或分類平面，即其具有被稱為鬆弛餘量 /靜態餘量（slack margin)的允許輸入存在某些程度誤差的餘量。模型經訓練後，未知輸 出能夠被錄入並被分到兩組中的一組。通常，符號函數的輸出或是+1或是-1，但任一分類 可以被轉換成其他值，如，-1可被轉換成〇。
[0024] 如果用於訓練模型的已知輸入不能使用線性分類器被分離，則變換函數可以與非 線性分類器一起使用來分離輸入。例如，可使用非線性分類方法，該方法利用SVM中的核函 數以應用輸入參數來預測催化劑性能，並且利用軟餘量從而將一些鬆弛變量引入分類從而 允許孤立數據點的一些誤分類。
[0025] 在另一個示例中，為增加 SVM性能和穩健性以及為減少可導致催化劑退化的錯誤 指示的輸入誤分類的風險，聚類算法可應用於數據以進一步組織(例如聚類）數據。聚類可 有助於減少用於限定最優超平面的支持向量的數目。可使用多個聚類算法中的一個或更多 個，如K均值聚類、模糊C均值聚類、期望最大化、減法聚類等。因此，與不採用聚類的SVM 算法處相比，聚類的使用減少了 SVM算法的內存使用，並通過使模型對孤立點較不敏感來 增加其穩健性。
[0026] 對於催化劑診斷，可將各種輸入參數供應至SVM。在之前的模型中，估計的催化劑 增益連同空氣品質和溫度被用於建立SVM模型。在本說明中，隨催化劑壽命變化的已知的 更多基礎和區別性的參數被用於建立SVM模型，與之前的SVM模型相比，其可增加催化劑監 測的穩健性和性能。在一個示例中，輸入參數可包括在下遊HEG0傳感器切換前與催化劑中 存儲的氧反應的消耗的總FM。在其他示例中，輸入參數可包括在DFS0事件(其中，催化劑變 得氧飽和）後直到下遊HEG0傳感器切換（從稀到濃切換）的所噴射的總FM。例如，DFS0事 件後直到下遊HEG0傳感器切換前，噴射到氧飽和催化劑的FM可提供對催化劑退化的穩健 指示。這樣，較新的催化劑可以比耗盡的催化劑表現出更高的FM，並且閾值FM可被確定或 校準為用於指示催化劑退化的催化劑監測條件(如，溫度)。
[0027] 與催化劑中存儲的氧反應所消耗的總燃料質量的量能夠由等式（1)表示：
[0028]

【權利要求】
1. 一種監測催化劑性能的方法，其包括： 將給定的樣品的一組參數讀數應用到支持向量機以產生分類輸出； 聚類所述一組參數讀數以減少支持向量的數目； 計算在減速燃料切斷事件及排氣氧傳感器切換後的總燃料質量；以及 基於所述總燃料質量指示催化劑退化。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述支持向量機包括用於產生所述分類輸出的分 類平面，並且其中應用所述一組參數讀數包括限定在所述支持向量機的所述分類平面周圍 的、其內未產生分類輸出的緩衝區。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中計算所述總燃料質量基於被放置在所述催化劑上 遊的通用排氣氧傳感器。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中計算所述總燃料質量包括積分在減速燃料切斷事 件後直到所述排氣氧傳感器切換的空氣品質流量和燃料空氣比的乘積。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中所述排氣氧傳感器是部分容積傳感器。
6. 根據權利要求4所述的方法，其中所述排氣氧傳感器是全容積傳感器。
7. 根據權利要求4所述的方法，其中所述排氣氧傳感器切換包括加熱型排氣氧傳感器 讀數低於閾值稀電壓。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中所述排氣氧傳感器切換包括所述加熱型排氣氧傳 感器讀數在閾值時間低於閾值稀電壓。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中計算所述總燃料質量還包括積分在所述減速燃料 切斷事件及所述排氣氧傳感器切換後直到結束閾值時間的噴射的所述總燃料質量，所述結 束閾值時間對應於所述排氣氧傳感器越過稀-濃電壓閾值時。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中計算所述總燃料質量還包括積分在所述減速燃 料切斷事件及所述排氣氧傳感器切換後直到所述結束閾值時間且扣除傳送延遲的噴射的 所述總燃料質量。
11. 根據權利要求10所述的方法，其中基於所述通用排氣氧傳感器和所述排氣氧傳感 器之間的距離確定所述傳送延遲。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中基於流向所述催化劑的空氣品質流量進一步確 定所述傳送延遲。
13. 根據權利要求1所述的方法，其中監測所述催化劑性能包括監測在增壓發動機內 的所述催化劑性能。
14. 具有催化劑裝置和所述催化劑下遊的空氣燃料傳感器的發動機的方法，其包括： 執行燃料切斷事件且同時所述發動機旋轉並泵送空氣通過所述催化劑裝置，然後； 重新發起燃料噴射； 如果所述燃料切斷事件持續時間充分長以使得所述空氣燃料傳感器指示出超出稀閾 值，則估計從所述燃料噴射重新發起到稀-濃下遊空氣燃料傳感器轉換的扣除傳送延遲期 間的被輸送至所述催化劑裝置的總燃料質量； 將所估計的燃料質量應用到支持向量機以產生分類輸出；以及 基於所述分類輸出指示催化劑退化。
15. 根據權利要求14所述的方法，其中估計被輸送至所述催化劑裝置的所述總燃料質 量包括基於流向所述催化劑裝置的空氣品質流量和上遊空氣燃料傳感器估計所述總燃料 質量。
16. 根據權利要求14所述的方法，其中所述支持向量機包括聚類算法以減少限定分類 平面的支持向量的數目。
17. 根據權利要求15所述的方法，其中基於上遊空氣燃料傳感器和下遊空氣燃料傳感 器之間的距離確定所述傳送延遲。
18. 根據權利要求16所述的方法，其中空氣品質流量的變化速率保持低於閾值變化速 率。
19. 一種用於監測被聯接至燃燒發動機的排放控制裝置系統，其包括： 被聯接在所述排放控制裝置的催化劑材料的容積下遊的空氣燃料傳感器； 控制系統，該控制系統具有被編碼在其上的指令的計算機存儲介質，所述指令包括： 基於發動機工況發起減速燃料切斷的指令； 在所述減速燃料切斷後，響應駕駛員加油門開始供燃料的指令； 在所述駕駛員加油門後，估計從所述供燃料開始到所述空氣燃料傳感器從稀到濃切換 的扣除傳送延遲期間的被輸送的燃料質量總量的指令； 將所述估計的燃料質量總量應用到支持向量機以產生分類輸出的指令；以及 基於所述分類輸出指示催化劑退化的指令。
20. 根據權利要求19所述的系統，其中所述支持向量機包括用於減少限定分類平面的 支持向量的數目的聚類算法以及其內沒有產生分類輸出的在所述分類平面周圍的緩衝區。
【文檔編號】F01N11/00GK104061052SQ201410104269
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月20日 優先權日:2013年3月22日
【發明者】I·H·馬基, P·庫馬爾, D·P·費魯, T·R·吉滿德, M·卡斯迪, B·E·西利 申請人:福特環球技術公司