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CN106609693A - 诊断具有烃储存的氧化催化剂装置 - Google Patents

诊断具有烃储存的氧化催化剂装置 Download PDF

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CN106609693A
CN106609693A CN201610900595.5A CN201610900595A CN106609693A CN 106609693 A CN106609693 A CN 106609693A CN 201610900595 A CN201610900595 A CN 201610900595A CN 106609693 A CN106609693 A CN 106609693A
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Abstract

提供一种用于诊断废气处理系统的氧化催化剂(OC)装置的方法。该方法监测整个OC装置上的温差。该方法确定温差是否展现出温度尖峰。该方法响应于确定了温差展现出温度尖峰而确定OC装置正确地运作。

Description

诊断具有烃储存的氧化催化剂装置
技术领域
本发明涉及诊断废气处理系统，并且更具体地涉及诊断废气处理系统的氧化催化剂(OC)装置。
背景技术
内燃机(尤其是柴油发动机)的制造商面对的是遵守当前和未来氮氧化物释放的排放标准的挑战性任务，尤其是一氧化氮以及未经燃烧的和部分氧化的烃、一氧化碳、颗粒物质和它颗粒。为了减少内燃机的排放量，废气处理系统是用来将某种或所有这些废气组分转化成非调控废气成分并且减少从发动机流出的废气的颗粒。
一种废气处理系统通常包括一个或多个处理装置，例如氧化催化剂(OC)装置、选择性催化剂还原装置、颗粒过滤器、混合元件以及尿素/燃料喷射器。一些排放标准要求废气处理系统的这些部件具有单独的诊断，具体是指用于OC装置的单独的诊断。因此，所希望的是一种用于诊断OC装置的诊断方案。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种用于诊断废气处理系统的氧化催化剂(OC)装置的方法。该方法监测整个OC装置上的温差。该方法确定温差是否展现出温度尖峰。该方法响应于确定了温差展现出温度尖峰而确定OC装置正确地运作。
在本发明的另一个示例性实施例中，提供了一种诊断系统。该诊断系统包括布置在车辆的废气处理系统中的氧化催化剂(OC)装置。该诊断系统进一步包括控制模块。控制模块配置为监测整个OC装置上的温差。控制模块进一步配置为确定温差是否展现出温度尖峰。控制模块进一步配置为响应于确定了温差展现出温度尖峰而确定OC装置正确地运作。
在本发明的又一个示例性实施例中，提供了一种用于车辆的发动机的废气处理系统。废气处理系统包括布置于废气处理系统中的氧化催化剂(OC)装置、布置于OC装置上游的第一温度传感器、布置于OC装置下游的第二温度传感器以及控制模块。控制模块配置为基于第一温度传感器和第二温度传感器所感应的温度确定整个OC装置上的温差。控制模块进一步配置为确定温差是否展现出温度尖峰。控制模块进一步配置为响应于确定了温差展现出温度尖峰而确定OC装置正确地运作。
结合附图，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点通过本发明的以下详细描述而容易变得显而易见。
附图说明
其它特征、优点以及细节仅以示例的方式在下文对实施例的详细描述中出现，详细描述参考了附图，其中：
图1描绘了根据示例性实施例的包括废气处理系统的车辆的功能框图；
图2描绘了根据示例性实施例的说明图1的废气处理系统的控制器的数据流程图；
图3描绘了根据示例性实施例的说明不同温差曲线的几个曲线图；
图4描绘了根据示例性实施例的说明不同温差曲线的图表；以及
图5描绘了根据示例性实施例的说明可以由控制器执行的方法的流程图。
具体实施方式
以下的描述在性质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开内容、其应用或者使用。应理解，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
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、专用或组别)和存储器，其执行一个或多个软件或固件程序、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他适合组件。当在软件中实施时，模块可在存储器中体现为非瞬态机器可读存储介质，其可由处理电路读取并且存储由处理电路为实施方法而执行的指令。
根据本发明的一个示例性实施例，图1描绘了用于内燃机12(包括车辆32的发动机以及各种非车辆应用中使用的发动机)的调控废气成分的还原的废气处理系统10。正如能够理解的，发动机12可以是任何发动机类型，包括但不限于柴油发动机、汽油发动机、均质充气压缩点火发动机或其它发动机类型。
废气处理系统10一般包括一个或多个废气管道16以及一个或多个废气处理装置。在各实施例中，废气处理装置可以包括氧化催化剂(OC)装置14、选择性催化还原(SCR)装置18、颗粒过滤器(PF)20、以及烃(HC)喷射器30和/或其它处理装置(未描述)。
废气管道16将废气15从发动机12输送到废气处理系统10的各个废气处理装置。废气15流过废气处理系统10来除去或者还原颗粒，然后释放到大气中。
OC装置14可以包括一种流通金属或陶瓷单体基底，该基底包裹在垫或其它受热时膨胀的适合支撑物中，从而将使基底固定和绝缘。基底可以封装在不锈钢壳体或罐内，该不锈钢壳体或筒具有与废气管道或通道流体地连通的入口和出口。氧化催化剂化合物可以应用为修补基面涂层并且可以包含铂族金属，例如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或其它适合的氧化催化剂，所述氧化催化剂能够有效地运作来处理未燃烧的气态和非易失性的烃(HC)和一氧化碳(CO)，HC和CO被氧化而生成二氧化碳(CO2)和水(H2O)。OC装置14还将一部分氮氧化物(NO)氧化为二氧化氮(NO2)。OC装置14还可将沸石组分结合到修补基面涂层中以捕获或存储将在低温下另外排放的烃(例如，在冷启动或者发动机怠速期间--低于200℃)。在实施例中，OC装置14的沸石组分包括沸石-β(Ti-β)和/或沸石-SSZ-33(Ti-SSZ-33)。
SCR装置18可以包括流通金属或陶瓷单体基底，该基底包裹在膨胀垫或其它受热时膨胀的适合支撑物中，从而使基底固定和绝缘。基底可以封装在不锈钢壳体或罐内，该不锈钢壳体或筒具有与废气管道流体地连通的入口和出口。基底可以包括在其上应用的SCR催化剂组合物。SCR催化剂组合物可以包含沸石以及一种或多种贱金属组分，例如铁(Fe)、铬(Co)、铜(Cu)或钒(V)，其能够有效地运作以在还原剂(例如氨(NH3)的存在下转化废气15中的NOx成分。SCR催化剂组合物中的沸石组分能够储存氨。
颗粒过滤器(PF)20可以布置在SCR装置18的下游。PF 20运作以过滤含有碳以及其它颗粒的废气15。在实施例中，PF 20可以使用陶瓷壁流式单体过滤器来构造，该过滤器包裹在膨胀垫或其它当受热时膨胀的适合支撑物中，从而使过滤器固定和绝缘。过滤器可以封装在刚性壳体或罐中，该壳体或罐例如是由不锈钢构造的并且具有与废气管道流体连通的入口和出口。陶瓷壁流式单体过滤器可以具有由纵向延伸的壁限定的多个纵向延伸的通道。这些通道包括具有开放的入口端和封闭的出口端的入口通道亚组，以及具有封闭的入口端和开放的出口端的出口通道亚组。通过入口通道的入口端进入过滤器的废气15被迫使通过邻近的纵向延伸壁迁移至出口通道。正是通过此示例性壁流动机制，碳(烟灰)和其它颗粒才从废气15中过滤出。这些被过滤的颗粒沉积在入口通道的纵向延伸壁上，并且，随着时间的推移，这些颗粒将具有增加内燃机12所经历的废气背压的效果。颗粒物质在PF 20中的积累通过清洁或者再生而周期性地去除，以便降低背压。再生包括在通常是高温(>600℃)环境中聚集的碳以及其它颗粒的氧化或者燃烧。
OC装置14、SCR装置18以及PF 20各自都可以具有选择的运作温度，在该温度下装置会有效且高效地去除颗粒或者改变废气15。例如，SCR装置18对于接收到的废气15具有一个运作温度，在该运作温度下，该装置在选择温度下或该选择温度以上将NO转化成N2。此外，OC装置14可以用于在放热反应中燃烧HC，该放热反应对燃烧PF 20中积聚的颗粒是有效的。PF 20再生的启动通常会在选择的运作温度下发生，在该温度下，由高废气温度引起的放热反应燃烧或氧化积聚的颗粒。
当发动机起动时，废气处理装置可能处于环境温下或接近环境温度，该环境温度对于那些装置的运作而言通常是太低了。此外，废气处理装置的温度可能不会(这取决于发动机运作)始终高于它们各自的运作温度。因此，在必要时，通过提高废气的温度来增加废气处理装置的温度。在实施例中，HC喷射器30在OC装置14的上游喷射额外的燃料，以致于该燃料在OC装置14中燃烧以暂时地提高废气温度。替代地或结合地，可以采用后喷射策略来通过把额外的燃料喷射到发动机12的(多个)气缸中来暂时地提高废气温度。
控制模块(或控制器)22基于感测的和/或建模的数据控制发动机12和/或一个或多个排放组件。这些数据可以从废气处理系统10的几个传感器24、26和28中接收。在各实施例中，这些感测的和/或建模的数据包括废气温度、排出流率、烟灰负载、NOx浓度、废气成分(化学组成)、压力差以及许多其它参数。在实施例中，传感器24-28布置于废气处理系统10的不同位置。为了描述的简便，传感器24是假设为用于感测以上的参数和/或为其建模，并且布置在OC装置14的上游和下游的传感器26和28是假设为分别感测OC装置的上游和下游的废气温度的温度传感器。
控制模块22配置为基于感测的和/或建模的数据执行所选择的过程或操作，例如，诊断OC装置14。在实施例中，基于OC装置14的入口和出口之间的温差是否展现出温度尖峰，控制模块22确定OC装置14是否正确地运作。具体地说，如果温差展现出温度尖峰，那么控制模块22确定OC装置14正确地运作。否则，控制模块22确定OC装置14没有正确地运作。在实施例中，温度尖峰在温差中的存在被解释为意味着OC装置14的沸石组分如预期地存储了烃。
应当注意的是，废气处理系统10不应当局限于图1所阐述的构造。例如，废气处理装置14-20可以按照不同于所描述的顺序布置在废气处理系统中，该顺序是OC装置16、SCR装置18以及随后PF 20。作为一个示例，SCR装置18可以布置在PF 20的下游。而且，可以有更多、更少或者不同的废气处理装置布置在废气处理系统10中。例如，SCR装置和PF20可以配置为单一的装置(例如，在单一的罐中)。作为另一个示例，另一个OC装置可以布置在SCR装置18和PF 20之间。在这种情况下，附加的传感器可以放置在附加的OC装置和PF 20之间。
现在参照图2，数据流程图说明了图1的废气处理系统10的控制模块22的各个实施例。根据本发明的控制模块22的各个实施例可以包括任何数量的子模块。正如可以理解到的，图2中所示出的子模块可以进行组合和/或进一步划分。对控制模块22的输入可以从图1的传感器24-28以及车辆32内的其它传感器(未示出)进行感测、从其它控制模块(未示出)接收、和/或通过控制模块22内的其它子模块(未示出)进行确定/建模。在各个实施例中，除了其他子模块之外(未描述)，控制模块22包括燃料喷射控制模块202、温度确定模块204、放热分析模块206、报告模块208以及参数储存库210。
参数储存库210存储车辆32的各种不同的参数。例如，那些参数包括废气处理系统10的废气处理装置的运作参数。控制模块22的子模块使用那些参数确定并产生不同的控制信号。参数储存库210中存储的参数的值可以通过控制模块22的子模块或车辆32的其它模块而预先定义或动态地更新。
燃料喷射控制模块202确定在OC装置14的上游喷射的HC的量以及喷射正时。在实施例中，燃料喷射控制模块202基于车辆32的数个不同参数来确定HC的量。燃料喷射控制模块202使用来确定HC的量的参数包括OC装置14的不同氧化催化剂化合物的量和寿命以及OC装置14的其它运作参数(例如，尺寸、组成等)。如将在下面进一步描述的，用于喷射的确定量的燃料由放热分析模块206用于确定OC装置14是否正确地运作。燃料喷射控制模块202还产生并发送一个或多个控制信号224至HC喷射器30和/或燃料喷射器以便将HC喷射到发动机12中。
在实施例中，燃料喷射模块202监测温度212，该温度可以是OC装置14的上游温度或OC装置14的温度。如果温度212低于阈值温度(例如，OC装置14的运作温度)，燃料喷射模块202控制HC喷射器30和/或燃料喷射器来将燃料喷射到发动机12中，从而通过确定量的HC增加OC装置14上游的废气中的HC。增加的量的HC流入到OC装置14中。在发动机10的冷启动期间或当发动机12怠速时，温度212可以保持在阈值温度以下或降到阈值温度以下。
温差确定模块204从传感器26接收OC装置14的上游或入口温度214以及从传感器28接收OC装置14的下游或出口温度216。在实施例中，温差确定模块204通过从下游温度216中减去上游温度214来确定整个OC装置14上的温差。也就是说，整个OC装置14上的温差与OC装置14中燃烧的HC所产生的热相对应。整个OC装置14上的温差218输出到放热分析模块206。
放热分析模块206基于温差218确定OC装置14是否正确地运作。具体地，在实施例中，如果在OC装置14的上游喷射了燃料喷射控制模块202所确定的燃料量之后温差218展现出温度尖峰，则放热分析模块206确定OC装置14正确地运作。如果温差218没有展现出温度尖峰，则放热分析模块206确定OC装置14没有正确地运作。
如上所述，当OC装置14没有被加热到足以燃烧通过OC装置14的废气中的HC时，OC装置14的沸石组件储存烃。当OC装置14的温度达到点火温度时，OC装置14的沸石组件所储存的HC被释放并且开始燃烧，因此产生整个OC装置14上温差的温度尖峰。当OC装置14的沸石组件随着OC装置14的老化而被耗尽或烧结时，整个OC装置14上的温差将展现出较小的温度尖峰并且最终完全没有温度尖峰。放热分析模块206基于温差是否指示了OC装置14的沸石组件储存预期量的烃(体现为温差218中的温度尖峰)来确定OC装置14的正确运作。
图3示出了整个OC装置上的温差的两个温度曲线，如图表302和304。具体地，图表302为不具有沸石组件或当沸石组件被耗尽时的OC装置的温度曲线。图表304为当OC装置的沸石组件如期望的那样储存烃时的OC装置的温度曲线。图表的x轴示出了OC装置的相应的上游或入口温度，而图表的y轴示出了OC装置的相应的下游或出口温度。如图所示，图表304表明，如果OC装置的沸石组件在低温度下储存HC，则整个OC装置上的温差应展现出温度尖峰。
当发动机运作并向OC装置发送废气15时，OC装置的温度(即OC装置的入口温度和出口温度)应上升。由于将废气氧化的放热反应(如虚线306和308所示)的缘故，预计出口温度将稳定地高于入口温度。当没有沸石组件的OC装置的温度达到OC装置的运作温度时，OC装置中催化剂元件的表面上CO和未燃烧HC的放热氧化(在图表302中由双向箭头310表示)导致了温差增加。另一方面，当具有沸石组件的OC装置的温度达到运作温度时，温差展现出温度尖峰312，这是因为沸石释放了所储存的HC，其在HC的点火温度下开始燃烧。也就是说，温差的温度尖峰表示通过燃烧已经由沸石组件储存的HC所产生的热量。换句话说，温度尖峰为沸石组件储存的HC的量的函数。因为废气中未燃烧的HC在OC装置中燃烧，所以在由双向箭头314表示的尖峰之后，该整个OC装置上的温差保持不变(即出口温度保持高于入口温度)。再次参照图3，放热分析模块206将会通过将温差218与OC装置14的包括温度尖峰的温度曲线进行比较来诊断沸石操作的任何损失。
图4说明了在OC装置的不同老化程度下具有沸石组件的OC装置上的温差的几个温度曲线402、404和406。具体地，温度曲线402表示在600摄氏度下烘箱老化两小时的OC装置，温度曲线404表示在800摄氏度下烘箱老化48小时的OC装置，以及温度曲线406表示在1000摄氏度下烘箱老化48小时的OC装置。应当注意的是，三个温度曲线针对的是具有特定构造(尺寸、容量、使用的氧化基底的种类、基底的量等)的特定OC装置。
再次参照图2，参数储存库210储存与OC装置14的不同老化程度相对应的不同温度曲线，从而使得放热分析模块206可以使用这些曲线来诊断其沸石操作的损失。例如，在实施例中，放热分析模块206可以基于OC装置14的运作参数确定OC装置14的老化程度并选择与该老化程度相对应的温度曲线。相应地，放热分析模块206可以根据所选择的温度曲线来确定温差218是否显现出温度尖峰。
本领域的技术人员将认识到的是，存在有可以由放热分析模块206实施以检测温度尖峰的多种不同的技术。例如，放热分析模块可以配置为无需使用温度曲线来检测温度尖峰。作为无需使用温度曲线来检测温度尖峰的具体示例，当OC装置14的入口温度在特定温度范围(例如200至250摄氏度)内时，放热分析模块206可以确定OC装置14的出口温度是否超过阈值温度(例如40摄氏度)。
一旦放热分析模块206确定OC装置14是否正确地运作，则放热分析模块206向报告模块208输出OC装置14的运作状态220(即正确或不正确)。基于状态220，报告模块208设置与OC装置14相关联的诊断故障代码(DTC)并报告该代码。在各个实施例中，诊断代码可通过在车辆32的串行数据总线(未示出)上产生消息222而报告，其中可以使用车辆32的远程信息处理系统将消息222传送到远程位置或者可以由连接到车辆32的技术人员工具检索消息222。放热分析模块206可以将状态220发送到控制车内指示器的模块，以便向车辆32的操作者通知OC装置14的运作状态。
现在参照图5并继续参照图1和图2，流程图说明了用于确定OC装置14是否正确地运作的方法。在各个实施例中，该方法可以由根据本发明的图1和图2的控制模块22执行。如根据本发明可以理解的，方法内的操作顺序并不限于图5所示的顺序执行，而是可以按照可使用并根据本发明所述的一种或多种变化的顺序执行。在各个实施例中，该方法可以进行调度以基于预先确定的事件运行和/或在发动机12的运行期间持续运行。
在一个示例中，方法可在框500处开始。在框505处，控制模块22监测OC装置14的入口温度214和出口温度216。在实施例中，控制模块22基于OC装置14的入口温度214和出口温度216确定温差218。
在框510处，控制模块22任选地确定在OC装置14的上游喷射的HC的量以及喷射正时。在实施例中，控制模块22使用一组OC装置14的运作参数确定喷射的燃料量和喷射的正时。控制模块22可以产生一个或多个控制信号并将其发送至HC喷射器30和/或燃料喷射器以便将燃料喷射到发动机12中。
在框515处，当OC装置14的入口温度在相对高的温度(例如250摄氏度)时，控制模块22任选地确定整个OC装置14上的温差是为零还是在从零开始的阈值差内。如果整个OC装置14上的温差被确定为零或在从零开始的阈值差内，则控制模块22进行到框520以确定OC装置14尚未正确地运作。具体地，控制模块22确定OC装置14没有执行其HC和CO转换操作以及其NO转换操作。
当在框515处控制模块22确定整个OC装置14上的温差既不是零也不在从零开始的阈值差内，控制模块22行进至框525以确定温差是否展现出与OC装置14在其老化程度下的温度曲线相一致的温度尖峰。如果温差展现出了温度尖峰，控制模块22行进到框530以确定OC装置14正确地运作(例如，OC装置14的沸石组件存储废气中的HC)。如果温差没有展现出温度尖峰，控制模块22行进到框535以确定OC装置14没有正确地运作(例如，OC装置14的沸石组件没有存储废气中的HC)。
在框540处，控制模块22报告OC装置14的运作状态。在实施例中，控制模块22为OC装置14生成诊断故障代码(DTC)，以便用于通过远程信息处理系统远程传递或者通过技术人员工具进行检索。方法可以结束于框545。
尽管已经结合示例性实施例对本发明作出了描述，但所属技术领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明范围的前提下，可以作为各种变化并且其中的各元件可以用等价物进行替代。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以做出许多修改以使得特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不旨在局限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入本申请的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于诊断废气处理系统中的氧化催化剂(OC)装置的方法，所述方法包括：
监测整个所述OC装置上的温差；
通过所述废气处理系统的控制模块确定所述温差是否展现出温度尖峰；以及
响应于确定了所述温差展现出温度尖峰而确定所述OC装置正确地运作。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于确定了所述温差没有展现出温度尖峰而确定所述OC装置没有正确地运作。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括产生指示所述OC装置是否正确地运作的消息。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括连接远程信息处理系统或技术人员工具中的至少一个来检索所述消息。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述OC装置包括用于在所述OC装置的温度达到所述OC装置的运作温度之前存储烃的沸石组件。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述温差中的温度尖峰指示所述OC装置的所述沸石组件存储烃。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述没有温度尖峰的温差指示所述沸石组件没有存储预期量的烃。
8.一种诊断系统，其包括：
布置在车辆的废气处理系统中的氧化催化剂(OC)装置；以及
控制模块，其配置为：
监测整个所述OC装置上的温差；
确定所述温差是否展现出温度尖峰；以及
响应于确定了所述温差展现出温度尖峰而确定所述OC装置正确地运作。
9.根据权利要求8所述的诊断系统，其中，所述控制模块还配置为响应于确定了所述温差没有展现出温度尖峰而确定所述OC装置没有正确地运作。
10.根据权利要求9所述的诊断系统，其中，所述控制模块还配置为产生指示所述OC装置是否正确地运作的消息。
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