專利名稱：氧化催化劑的車載診斷的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及車載診斷，且更具體地涉及用于監(jiān)測內(nèi)燃機排氣管線中的氧化催化劑的性能的方法。
背景技術：
現(xiàn)在，催化轉(zhuǎn)換器是機動車輛的排氣系統(tǒng)上的常規(guī)特征以凈化發(fā)動機排氣。在例如柴油發(fā)動機中，最常用的催化轉(zhuǎn)換器是柴油氧化催化劑(D0C)，通常與柴油顆粒過濾器 (DPF)相連。其主要功能是將排氣流中的烴(HC)轉(zhuǎn)化為水(壓0)和二氧化碳(C02)。這些轉(zhuǎn)換器通常達到90%的效率，實際上消除了柴油氣味且有助于減少可見的顆粒(碳煙)。催化轉(zhuǎn)換器(尤其是機動車輛上)的需要隨著許多國家日益嚴格的環(huán)境保護規(guī)定而增加。而且，在即將到來的歐V和VI規(guī)定中，DOC的車載診斷對于大數(shù)量的車輛來說變成強制性的。這種診斷包括確定催化劑的性能(即，轉(zhuǎn)換效率)，以檢測催化劑是否仍然能夠根據(jù)規(guī)定凈化排氣或者其是否過老/被損壞且應當更換。實際上，經(jīng)過長時間，換句話說在機動車輛發(fā)動機的情況下經(jīng)過100000 km量級的平均里程或者1000小時量級的平均操作時間，催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換污染物的性能穩(wěn)定地下降。 該過程稱為“老化”且其由歧管物理和化學環(huán)境因素引起，無論如何小心地處理催化轉(zhuǎn)換器，這都是不可避免的。老化過程很大程度上取決于催化轉(zhuǎn)換器在其典型操作中所暴露的應變?？赡芨淖兇呋D(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率的另一個現(xiàn)象是“中毒”，例如，在使用劣質(zhì)燃料時。由于催化轉(zhuǎn)換器的這種依使用而定的老化，實際上不可能做出關于催化轉(zhuǎn)換器耐用性的總體預測。此外，使用時間長度或里程(在此之后催化轉(zhuǎn)換器將必須更換)的總體指導(如果有的話)將必須特別嚴格，以便防止繼續(xù)使用無效催化轉(zhuǎn)換器。但是這將明顯意味著為了防止起見更換仍明顯可用的催化轉(zhuǎn)換器。因而，該情況的補救是監(jiān)測每個催化轉(zhuǎn)換器的功能性能，其在長時間內(nèi)執(zhí)行且是
可靠的。在柴油發(fā)動機中，DOC的車載診斷通?；谟珊髧娚?即，在排氣沖程期間噴射燃料)產(chǎn)生的放熱量。后噴射增加了排氣流中未燃HC的量，其將在DOC中轉(zhuǎn)換為水和C02。該轉(zhuǎn)換涉及放熱氧化反應，其產(chǎn)生與DOC前濃度(即，進入DOC的HC量)直接關聯(lián)的熱量。如本領域技術人員已知的，該放熱量生成用于柴油顆粒過濾器(DPF)的再生中，以增加排氣溫度以便燃燒積聚碳煙。因此，柴油發(fā)動機中的DOC診斷通常在DPF的再生模式期間執(zhí)行，這意味著具有后噴射的燃燒模式。典型轉(zhuǎn)換效率診斷包括通過將DOC前和后的排氣溫度進行比較來監(jiān)測 DOC的放熱量，因而檢查后噴射實際上是否引起DOC下游的排氣增加。在DPF再生模式期間執(zhí)行診斷還確保DOC處于相對高的溫度，因為為了啟動轉(zhuǎn)換，需要DOC的最小溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種監(jiān)測氧化催化劑的替代方法，其允許催化劑轉(zhuǎn)換效率的可靠長期監(jiān)測。本發(fā)明基于以下觀察在催化轉(zhuǎn)換器的高溫范圍中(在再生事件期間通常如此)執(zhí)行催化轉(zhuǎn)換器的診斷時，存在錯誤評估的風險。其原因是因為(高度)老化的催化轉(zhuǎn)換器在高溫范圍內(nèi)仍具有良好的效率且在排放試驗循環(huán)的較低溫度范圍內(nèi)效率低。因而，具有高 DOC溫度和/或發(fā)動機排出排氣高溫的再生事件不能用于安全地診斷D0C。為了克服這些缺陷，本發(fā)明提出了根據(jù)權利要求1所述的方法。本發(fā)明涉及用于監(jiān)測內(nèi)燃機排氣管線中的氧化催化劑的方法，其中，催化劑診斷事件包括試驗循環(huán)，在試驗循環(huán)期間，氧化催化劑的轉(zhuǎn)換性能基于燃料后噴射產(chǎn)生的放熱量確定。根據(jù)本發(fā)明的重要方面，診斷事件可僅在氧化催化劑的溫度位于預定溫度范圍內(nèi)時啟動。此外，試驗循環(huán)包括后噴射事件和放熱量監(jiān)測時段，在后噴射事件之后，放熱量監(jiān)測時段持續(xù)，直到氧化催化劑中存儲的基本上所有熱量已經(jīng)排空。預定溫度范圍有利地被選擇以能夠區(qū)分新或略微老化的催化劑和老化催化劑，因而應當覆蓋預期高度老化催化劑的轉(zhuǎn)換效率將明顯低于較新的起作用的催化劑(即，令人滿意地操作)的轉(zhuǎn)換效率的溫度范圍。于是，當轉(zhuǎn)換效率下降低于轉(zhuǎn)換效率報警閾值時，可觸發(fā)報警信號。在一個實施例中，預定溫度范圍被選擇以與具有給定老化的參考氧化催化劑的轉(zhuǎn)換效率的過渡區(qū)域相對應。換句話說，預定溫度范圍優(yōu)選地被選擇以與具有選定老化的參考氧化催化劑的轉(zhuǎn)換效率小于100%且更優(yōu)選地具有明顯低于老化較少的起作用的氧化催化劑的轉(zhuǎn)換效率的溫度范圍相對應。將理解的是，參考氧化催化劑在不同溫度下的轉(zhuǎn)換效率值通過試驗標定和確定。更優(yōu)選地，預定溫度范圍的溫度上限與老化參考氧化催化劑的不超過90%的轉(zhuǎn)換效率相對應。在優(yōu)選實施例中，預定溫度范圍被選擇使得其溫度下限和上限分別與老化參考氧化催化劑的大約40%至80%的轉(zhuǎn)換效率相對應，更優(yōu)選地40%至60%。優(yōu)選地，預定溫度范圍的溫度下限的進一步標準是其應當至少與起作用的氧化催化劑(具有給定老化)的預定轉(zhuǎn)換效率相對應，優(yōu)選至少50%。將理解的是，本發(fā)明的診斷事件有利地在發(fā)動機未以DPF再生模式操作時執(zhí)行。為了增加診斷事件的準確性，在氧化催化劑的溫度離開預定溫度范圍的情況下取消診斷事件。如果在后噴射事件期間發(fā)生，這尤其如此。而且，為了提高準確性，氧化催化劑溫度可以借助于多切片模型監(jiān)測，且可僅僅在所有所述切片的相應溫度都位于預定溫度范圍內(nèi)時觸發(fā)和/或執(zhí)行診斷事件。此外，在診斷循環(huán)期間，發(fā)動機參數(shù)可以有利地設定以使得除了后噴射之外發(fā)動機排出的排氣中的HC量最小化。根據(jù)一個實施例，通過在后噴射之后給定時間段內(nèi)監(jiān)測離開氧化催化劑的排氣溫度來確定測量放熱量。


現(xiàn)在將參考附圖通過示例的方式描述本發(fā)明，在附圖中圖1是示出了老化對催化劑效率的影響的曲線圖2是示出了測量DOC排出的排氣溫度(T。ut)和沒有后噴射的情況下模型排氣溫度 (T。ut_m。d)的曲線圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考應用于柴油氧化催化劑(DOC)領域的優(yōu)選實施例闡述本發(fā)明。如本領域技術人員已知的，在柴油機動車輛的排氣系統(tǒng)中現(xiàn)在通常可見DOC。DOC 通常設置在柴油顆粒過濾器(DPF)的上游，用于輔助其再生。實際上，為了消除在DPF中收集的碳煙顆粒，常規(guī)方法是通過以調(diào)節(jié)燃燒模式操作發(fā)動機而增加排氣溫度，包括(1)分離和延遲燃料噴射；和(2)執(zhí)行后噴射以增加排氣中未燃HC量。未燃HC經(jīng)歷DOC放熱氧化反應且轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。如上所述，期望監(jiān)測DOC的轉(zhuǎn)換性能。常規(guī)DOC診斷在DPF再生事件期間執(zhí)行且基于由后噴射引起的DOC放熱影響。雖然在再生事件期間執(zhí)行DOC診斷事件確保DOC溫度高于啟動催化劑材料所需的最小溫度，但是存在錯誤評估的風險。該問題可以從圖1更好地理解，圖1示出了老化對DOC的影響，HC轉(zhuǎn)換效率相對于 DOC溫度繪制。可以看出，老化催化轉(zhuǎn)換器在高溫范圍(例如，對于許多DOC通常高于300°C ) 內(nèi)仍可以具有良好的效率。然而，高度老化的催化劑在較低溫度(例如，低于250°C)下明顯具有較差或不可接受的轉(zhuǎn)換效率。為了確保催化轉(zhuǎn)換器(即，DOC )的可靠長期監(jiān)測，本發(fā)明方法提出在較低或適度溫度下執(zhí)行DOC診斷事件，在該溫度下，實際上可以評估DOC的老化狀態(tài)而不是簡單地其是否破裂。在圖1所示的老化行為的情況下，根據(jù)本發(fā)明可以形成診斷事件的溫度窗是例如150 至 200"C。因而，診斷事件優(yōu)選在發(fā)動機正常操作(正常燃燒模式，例如稀燃)而不是處于DPF 再生模式時執(zhí)行，DPF再生模式引起高溫排氣且因而使DOC處于高溫范圍。DOC溫度優(yōu)選根據(jù)多切片模型監(jiān)測，即，DOC實際上分成多個切片且算法用于基于 DOC的一個或多個溫度測量值確定每個切片的溫度。在本發(fā)明方法中，氧化催化劑診斷事件因而在DOC處于預定溫度窗時執(zhí)行，如上所述。對于給定型號和類型的催化劑，該溫度窗將通?；谠囼灉y試、模擬、強制老化試驗等標定。診斷事件包括以下試驗循環(huán)。在已經(jīng)檢查DOC溫度處于指定窗內(nèi)且發(fā)動機未以 DPF再生模式或其它濃燃燒模式操作時，執(zhí)行計量燃料量的后噴射。如本文使用的，術語“后噴射”指的是在沒有發(fā)生燃燒或發(fā)生很少的燃燒的時間時將燃料噴射到氣缸內(nèi)或者排氣管道中DOC之前。缸內(nèi)后噴射可通常朝做功沖程結(jié)束時執(zhí)行(或更晚)。然而，與通常在DPF再生模式中執(zhí)行的后噴射相比，在后噴射脈沖中噴射的燃料量相對更少。實際上，目的不是使 DOC實際上處于高溫范圍，而是監(jiān)測后噴射的結(jié)果和檢查其是否導致預期放熱量。因而，通常少量的后燃料(例如，若干克)被噴射以在DOC中產(chǎn)生臨時放熱。一執(zhí)行后噴射，由DOC產(chǎn)生的熱量就積聚(考慮實施試驗循環(huán)的算法)。這優(yōu)選通過測量DOC出口(或其下游)處的排氣溫度進行。當存儲在DOC中的所有熱量已經(jīng)排空到排氣中時，熱量積聚停止且與后燃料應當產(chǎn)生的理論熱量進行比較。然后，轉(zhuǎn)換效率計算為積聚熱量與后燃料應當產(chǎn)生的理論熱量的比率。 為了評估放熱量，我們考慮離開DOC的排氣的瞬時總熱能對應于進入DOC的排氣的熱能和由與噴射燃料量有關的放熱量引起的熱能的總和，然而由表示瞬變的項校正，即考慮DOC的熱慣性。DOC的該瞬時熱能平衡可以表示如下
其中，
Tin表示DOC入口處的排氣溫度； Tout表示DOC出口處的排氣溫度； η是DOC轉(zhuǎn)換效率； #表示排氣質(zhì)量流量； ②表示排氣的熱容量； &表示通過后燃料噴射引入排氣的燃料量； Qnoc Stored是存儲在DOC材料中的熱能； //是燃料熱值。
當在一定時間段t內(nèi)積分時，關系式(1)等價于
權利要求
1.一種用于監(jiān)測內(nèi)燃機排氣管線中的氧化催化劑的方法，其中，催化劑診斷事件包括試驗循環(huán)，在試驗循環(huán)期間，所述氧化催化劑的轉(zhuǎn)換性能基于燃料后噴射產(chǎn)生的放熱量確定，其中所述診斷事件能夠僅在所述氧化催化劑的溫度位于預定溫度范圍內(nèi)時啟動，其特征在于，所述試驗循環(huán)包括后噴射事件和放熱量監(jiān)測時段，在所述后噴射事件之后，放熱量監(jiān)測時段持續(xù)，直到所述氧化催化劑中存儲的基本上所有熱量已經(jīng)排空。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，放熱量通過測量在所述放熱量監(jiān)測時段期間離開所述氧化催化劑的排氣溫度來評估。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，當催化劑出口的排氣溫度(T。ut)和模型催化劑排出的排氣溫度(T。ut_m。d)大致相等時，所述放熱量監(jiān)測時段結(jié)束。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，當催化劑出口的排氣溫度(T。ut)與模型催化劑排出的排氣溫度(T。ut_m。d)之間的差下降低于預定閾值時，所述放熱量監(jiān)測時段結(jié)束。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，在標定計時期滿時，所述放熱量監(jiān)測時段結(jié)束ο
6.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的方法，其中，所述預定溫度范圍被選擇以與具有給定老化的參考氧化催化劑的轉(zhuǎn)換效率的過渡區(qū)域相對應。
7.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的方法，其中，所述預定溫度范圍被選擇，使得溫度上限與老化參考氧化催化劑的不超過90%的轉(zhuǎn)換效率相對應。
8.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的方法，其中，所述預定溫度范圍被選擇，使得溫度下限和上限分別與老化參考氧化催化劑的大約40%至80%的轉(zhuǎn)換效率相對應，優(yōu)選地 40%至 60%。
9.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的方法，其中，所述預定溫度范圍的溫度下限被選擇以至少與起作用的參考氧化催化劑的預定轉(zhuǎn)換效率相對應，所述預定轉(zhuǎn)換效率優(yōu)選為至少50%。
10.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的方法，其中，所述診斷事件在發(fā)動機未以DPF 再生模式操作時執(zhí)行。
11.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的方法，其中，在所述氧化催化劑的溫度離開所述預定溫度范圍的情況下，取消所述診斷事件。
12.根據(jù)權利要求1至10中任何一項所述的方法，其中，在執(zhí)行所述后噴射事件期間， 在所述氧化催化劑的溫度離開所述預定溫度范圍的情況下，取消所述診斷事件。
13.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的方法，其中，氧化催化劑溫度借助于多切片模型監(jiān)測，且僅僅在所有所述切片的相應溫度都位于所述預定溫度范圍內(nèi)時能夠觸發(fā)和/或執(zhí)行所述診斷事件。
14.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的方法，其中，在所述診斷循環(huán)期間，發(fā)動機參數(shù)被設定以使得除了后噴射之外發(fā)動機排出的排氣中的HC量最小化。
15.根據(jù)前述權利要求中任何一項所述的方法，其中，當所述轉(zhuǎn)換效率下降低于轉(zhuǎn)換效率報警閾值時，觸發(fā)報警信號。
全文摘要
提出了用于監(jiān)測內(nèi)燃機排氣管線中的氧化催化劑的方法，其中，催化劑診斷事件包括試驗循環(huán)，在試驗循環(huán)期間，氧化催化劑的轉(zhuǎn)換性能基于燃料后噴射產(chǎn)生的放熱量確定。診斷事件可僅在氧化催化劑的溫度位于預定溫度范圍內(nèi)時啟動。
文檔編號F02D41/40GK102317586SQ201080006757
公開日2012年1月11日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權日2009年2月5日
發(fā)明者施密特 J., 帕門捷 M. 申請人:德爾福技術控股有限公司