车辆氧化催化器诊断策略

摘要

一种用于诊断车辆的氧化催化器的系统和方法，所述系统包括发动机、与发动机的排气端口流体连通的排气系统以及经由排气端口与发动机连接以接收发动机中的排气流的氧化催化器。控制器可操作以确定发动机和车辆的操作状态、计算氧化催化器的热量释放值并且确定理想的热量释放值。该控制器将通过计算热量释放值与理想的热量释放值的比来限定氧化催化器效率。

权利要求

1.一种车辆，其包括：

发动机；

排气系统，其与所述发动机的排气端口流体连通；

氧化催化器，其经由所述排气端口与所述发动机连接以接收所述发动机中的排气流；

以及

控制器，其经操作以：

确定所述车辆的操作状态，

计算所述氧化催化器的热量释放值，

识别理想的热量释放值，

通过计算所述热量释放值与所述理想的热量释放值的比来限定氧化催化器效率，识别至少一个偏差值，以及通过计算所述氧化催化器效率值与所述至少一个偏差值的比来限定氧化催化器输出效率比。

2.根据权利要求1所述的车辆，其进一步包括至少一个传感器，所述传感器与所述控制器通信并且配置成测量所述氧化催化器上游的所述废气温度。

3.根据权利要求1所述的车辆，其进一步包括至少一个传感器，所述传感器与所述控制器通信并且配置成测量所述氧化催化器下游的所述废气温度。

4.根据权利要求3所述的车辆，其中所述控制器经操作以通过以下项来计算所述热量释放值：确定所述氧化催化器的一个或多个参数，确定进入所述氧化催化器的废气质量流率，由所述废气质量流率和所述氧化催化器下游的所述废气温度与惰性温度之间的所述差值的乘积来计算催化值，以及将所述催化值积分以确定所述热量释放值。

5.根据权利要求4所述的车辆，其中所述控制器评估惰性催化器温度模型以确定用于计算所述氧化催化器的比热值的所述惰性温度。

6.根据权利要求4所述的车辆，其中所述控制器将所述催化值积分，其中时间间隔的下限是所述氧化催化器下游的废气达到第一温度时的第一时间，且所述时间间隔的上限是所述氧化催化器下游的废气达到高于所述第一温度的第二温度时的第二时间。

7.一种用于确定车辆上与发动机的排气端口流体连通的排气系统的氧化催化器的所述效率的方法，所述氧化催化器接收所述发动机的所述排气端口中的排气流，所述方法包括以下步骤：提供与所述车辆的所述氧化催化器、排气系统和发动机通信的控制器；

确定所述车辆的操作状态；

利用所述控制器计算所述氧化催化器的热量释放值；

识别理想的热量释放值；

通过利用所述控制器计算所述热量释放值与所述理想的热量释放值的比来限定氧化催化器效率；

识别至少一个偏差值；

通过计算所述氧化催化器效率值与所述至少一个偏差值的比来限定氧化催化器输出效率比；以及经由所述控制器使用所述氧化催化器效率来在所述车辆上执行控制动作。

8.根据权利要求7所述的方法，其中利用所述控制器计算热量释放值的所述步骤进一步包括：确定所述氧化催化器的一个或多个参数，确定进入所述氧化催化器的废气质量流率；

由所述废气质量流率和所述氧化催化器下游的所述废气温度与惰性温度之间的所述差值的乘积来计算催化值；以及将所述催化值积分以确定所述热量释放值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述催化值积分的所述步骤进一步包括将所述催化值积分，其中所述时间间隔的下限是所述氧化催化器下游的废气达到第一温度时的第一时间，且所述时间间隔的上限是所述氧化催化器下游的废气达到高于所述第一温度的第二温度时的第二时间。

10.根据权利要求7所述的方法，其中从查找表中基于发动机冷却剂温度和平均废气流确定所述偏差值的校准因子。

说明书

车辆氧化催化器诊断策略

技术领域

[0001] 本发明涉及在车辆上使用的类型的氧化催化器系统。

背景技术

[0002] 内燃机通常包括排气后处理装置，诸如柴油机颗粒过滤器、三效催化器等。排气后处理装置已经发展成用于有效地限制内燃机中的废气排放物。在压缩点火或柴油发动机的情况中，需要继续投入大量努力来发展用于减少废气中大量含碳颗粒排放物的实际和有效装置和方法。氧化催化器是为了实现此目的而通常提供在柴油发动机中的装置中的一种。

[0003] 典型的排气系统结合氧化催化器合以减少柴油发动机中的排放物。氧化催化器将在发动机的燃烧过程中形成的碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)氧化。在其操作寿命期间，氧化催化器逐渐地降低它们的效率。结合在车辆中的诊断系统可以用于确定在排气系统再生过程期间氧化催化器的效率指标。然而，该诊断系统可能无法区分在再生过程期间氧化催化器是否低于正常操作参数操作。

发明内容

[0004] 一种用于诊断车辆的氧化催化器的系统和方法，该系统包括发动机、与发动机的排气端口流体连通的排气系统以及经由排气端口与发动机连接以接收发动机中的排气流的氧化催化器。控制器可操作以计算氧化催化器的热量释放值并且确定理想的热量释放值。控制器将通过计算热量释放值与理想的热量释放值的比来确定氧化催化器效率。

[0005] 可以提供至少一个传感器，其与控制器通信并且配置成测量柴油机氧化催化器上游的废气温度，而另外至少一个传感器可以与控制器通信并且配置成测量氧化催化器下游的废气温度。控制器可操作以通过确定进入氧化催化器的废气质量流率、由废气质量流率和氧化催化器的下游的废气温度与惰性温度之间的差值的乘积计算催化值，以及将催化值积分以确定热量释放值来计算热量释放值。

[0006] 在本公开的一个实施例中，控制器评估温度模型来确定用于计算比热值的惰性温度。控制器可以配置成比较效率指标与预设阈值，低于该阈值，氧化催化器被认为是有故障。车辆的发动机可以是柴油发动机，且排气系统可以包括颗粒过滤器，该颗粒过滤器与氧化催化器的出口侧和下游流体连通并且可通过使用氧化催化器中的热量而再生。

[0007] 在本公开的另一个实施例中，一种在具有发动机的车辆上使用的系统包括与发动机的排气端口流体连通的排气系统以及经由排气端口与发动机连接以接收发动机中的排气流的氧化催化器。该系统可以包括控制器，该控制器可操作以计算氧化催化器的热量释放值、确定理想的热量释放值并且通过计算热量释放值与理想的热量释放值的比来确定氧化催化器效率。

[0008] 可以提供至少一个传感器，其与控制器通信并且配置成测量柴油机氧化催化器上游的废气温度。至少一个传感器可以与控制器通信并且配置成测量氧化催化器下游的废气温度。

[0009] 控制器可操作以通过确定进入氧化催化器的废气质量流率、由废气质量流率和氧化催化器的下游的废气温度与惰性温度之间的差值的乘积计算催化值以及将催化值积分以确定热量释放值来计算热量释放值。在本公开的一个实施例中，控制器评估温度模型来确定用于计算比热值的惰性温度。

[0010] 控制器可以配置成比较效率指标与预设阈值，低于该阈值，氧化催化器被认为是有故障。车辆的发动机可以是柴油发动机，且排气系统可以包括颗粒过滤器，该颗粒过滤器与氧化催化器的出口侧和下游流体连通并且可通过使用氧化催化器中的热量而再生。

[0011] 在本发明的另一实施例中，公开了一种用于确定车辆上的排气系统的氧化催化器的效率的方法。氧化催化器可以与发动机的排气端口流体连通，并且接收发动机的排气端口中的排气流。提供了与车辆的氧化催化器、排气系统和发动机通信的控制器，且利用该控制器计算氧化催化器的热量释放值。

[0012] 该控制器确定理想的热量释放值，并且通过利用控制器计算热量释放值与理想的热量释放值的比来确定氧化催化器效率。经由控制器使用氧化催化器效率以确定氧化催化器的效能来在车辆上执行控制动作。

[0013] 在本公开的一个实施例中，控制器利用控制器通过确定进入氧化催化器的废气质量流率、由废气质量流率和氧化催化器的下游的废气温度与惰性温度之间的差值的乘积计算催化值以及将催化值积分以确定热量释放值来计算热量释放值。该控制器可以评估温度模型来确定用于计算比热值的惰性温度。该控制器可以比较效率指标与预设阈值，低于该阈值，氧化催化器被认为是有故障。

[0014] 从结合附图取得的用于实行本发明的最佳模式的以下详细描述中能够很容易明白本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

[0015] 图1是具有内燃机和氧化催化器系统的车辆的示意图；

[0016] 图2是描述用于确定图1中所示的车辆的排气系统的氧化催化器的效率的方法的流程图；

[0017] 图3是本公开的氧化催化器诊断的图示，其中氧化催化器在可接受的容差水平内操作；以及

[0018] 图4是本公开的氧化催化器诊断的图示，其中氧化催化器在可接受的容差水平之外操作。

具体实施方式

[0019] 现在将详细地参考在附图中说明的本公开的若干实施例。尽可能在附图和描述中使用相同或类似的附图标记来指代相同或相似部分或步骤。附图是简化的形式并且未按精确比例绘制。仅为了方便和清楚的目的，相对于附图可以使用诸如顶部、底部、左侧、右侧、向上、上方、上面、下面、下方、后侧和前侧的方向性术语。这些和类似的方向性术语并未被解释为以任何方式限制本公开的范围。

[0020] 参考附图，其中若干附图中的相似附图标记对应于相似或类似部件，图1中示意地示出了车辆10。车辆10可以包括机动车辆，诸如但不限于，标准客车、运动多功能车、轻型卡车、重载车辆、小货车、公交车、公共交通车辆、自行车、机器人、农具、运动相关设备或任何其它运输装置。车辆10包括控制器40和控制系统或诊断算法100。控制系统或算法100可以由控制器40选择性地执行以计算车辆10上的氧化催化器(OC)系统48的实际转换效率。

[0021] 控制器40控制发动机控制系统的全部操作，并且因此可操作地用于计算、评估和控制最终从车辆10排放至周围大气中的实际碳氢化合物含量，这样做需要部分地使用如下文参考图2进一步详细描述的惰性温度模型50。控制器40可以配置成基于各种车辆参数(包括(但不限于)，驾驶员输入、稳定性控制等)来执行多个发动机系统诊断和控制发动机系统操作。控制器可以在发动机控制模块(ECM)、车辆计算机中实施，或可以是独立控制器。

[0022] 车辆10包括内燃机12(诸如柴油发动机或直喷式汽油发动机)、OC系统48和变速器14。发动机12燃烧从燃料箱18中抽出的燃料16。在一个可能的实施例中，燃料16是柴油燃料，且氧化催化器系统48是柴油机氧化催化器(DOC)系统，但是取决于发动机12的设计也可以使用其它燃料类型。

[0023] 燃料16的燃烧产生排气流或气流22，其最终从车辆10中排放至周围大气中。由燃料16的燃烧释放的能量在变速器14的输入构件24上产生转矩。变速器14继而将转矩从发动机12传送至输出构件26，以经由一组车轮28来推进车辆10，为了简单起见，图1中仅示出了一个车轮。

[0024] OC系统48与发动机12的排气端口46流体连通，使得当流体以气态或蒸汽流体状态从发动机的排气端口46通过车辆排气系统时，OC系统接收流体并将其调节为气态排气流22的形式。OC系统48包括氧化催化器30、选用选择性催化还原(SCR)装置32和颗粒过滤器34。颗粒过滤器34可以配置成陶瓷泡沫、金属网、粒状氧化铝或任何其它温度和应用适用的材料。

[0025] 如上文所采用的术语“调节”是指OC系统48内的各个位置处的排气流22的温度控制和/或调节。为此，颗粒过滤器34连接至氧化催化器30或与其形成为一体。燃料喷射装置36经由控制信号38与控制器40电通信，并且与燃料箱18流体连通。燃料喷射装置36选择性地将燃料16喷射至氧化催化器30中，该喷射由控制器40确定。喷射至氧化催化器30中的燃料16以受控方式在其中发生燃烧，以产生足够的热量来使颗粒过滤器34再生。

[0026] 即，氧化催化器30在受控温度的排气流22存在时作用，以将被引进至排气流中的任何碳氢化合物氧化或燃烧。还应理解的是，氧化催化器可以包括沸石含量，其可以使得能够在催化器30中存储增加量的碳氢化合物以便于建立如下文将更详细地描述的冷启动条件。这在颗粒过滤器34中提供足够的温度水平以将颗粒物质氧化，该颗粒物质已经被氧化催化器30下游的过滤器捕获。因此颗粒过滤器34保持相对不受颗粒物质的潜在堵塞影响。

[0027] 车辆10包括控制器40，其执行发动机系统诊断并且监测OC系统48的正在进行的操作以确保有效的碳氢化合物转换。例如，控制器40检验氧化催化器30的适当操作。控制器40计算OC系统48的实际转换效率，并且使用此结果来计算OC系统中的实际碳氢化合物排放物并确定氧化催化器30是否正无故障地操作。控制器40可接着比较该结果与已校准监管或其它阈值并且执行控制动作以反映如下文将详细描述的结果。

[0028] 控制器40可以配置成数字计算机(用作为车辆控制器和/或用作为比例-积分-微分(PID)控制器装置)，其具有微处理器或中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、高速时钟、模数转换(A/D)和/或数模转换(D/A)电路和相关装置，以及任何所需信号调节和/或信号缓冲电路。控制系统或算法100以及任何所需的参考校准存储在控制器40中或可由控制器40容易地存取，以提供下文参考图2所描述的功能。

[0029] 控制器可以与发动机冷却剂传感器通信，该发动机冷却剂传感器基于针对发动机中的冷却剂流体所检测到的温度而产生温度信号。该控制器还可以接收空气温度传感器中的温度信号，该空气温度传感器检测车辆操作所在环境的环境温度条件。

[0030] 控制器40接收定位成测量OC系统48内的不同位置处的排气温度的各种温度传感器42中的温度信号11，该位置包括(但不限于)，氧化催化器30的直接上游、氧化催化器30的直接下游和颗粒过滤器34的直接上游。在一个实施例中，温度传感器42定位成靠近发动机12或氧化催化器30的入口侧以测量或检测进入氧化催化器30的入口温度。

[0031] 附加温度传感器42检测氧化催化器30中的对应出口温度、至颗粒过滤器34的入口温度以及颗粒过滤器34中的出口温度。这些温度信号11各自由温度传感器42传输或从温度传感器42中继至控制器40。控制器40还与发动机12通信以接收反馈信号44，该反馈信号识别发动机12的各种操作点，诸如，多种操作点中的节流阀位置、发动机速度、加速器踏板位置、燃料量、请求的发动机转矩。

[0032] 现在参考图2，控制系统或算法100可以由控制器40来执行以评估氧化催化器的效率并且检验氧化催化器30的适当操作。在本公开的一个实施例中，当存在预定发动机和环境条件时，控制器40可以评估氧化催化器30的效率。

[0033] 因此，控制逻辑100可以在输入方框102处开始，其中控制器执行控制逻辑100以起始基于氧化催化器的诊断策略的发动机点火。在步骤或方框104处，控制器40使用控制系统100来评估和确定发动机12和车辆10的状况，并且确定车辆和发动机是否良好或是否适用于氧化催化器效率测试。在本公开的一个实施例中，控制系统或算法100可以仅在通过检测发动机排气温度识别冷启动条件下操作。

[0034] 虽然应理解的是，冷启动条件可以由各种因素和条件来限定，但是为了本公开的目的，可以存在以下冷启动条件：发动机关闭时间或非操作时间长度为至少六个(6个)小时、发动机冷却剂温度不大于五十(50)摄氏度和/或发动机排气温度不大于八十(80)摄氏度以及氧化催化器中存储的碳氢化合物的必要含量。还应理解的是，如果车辆在高海拔条件下操作和/或如果环境温度至少低至零下五(-5)摄氏度，那么可以禁用控制系统或算法100。

[0035] 替代地，排气升温校准序列或燃料喷射装置36中的少量后喷射可以用于起始启动程序以增加存储在氧化催化器30中的碳氢化合物含量。后喷射是作为固定量的燃料而输入并且可使用一直持续至下文所述的积分周期结束或可受碳氢化合物的累积量限制。

[0036] 在步骤106处，控制器使用设置在氧化催化器30上游和下游以及车辆10中的一个或多个传感器来评估氧化催化器发动机的一个或多个操作参数。该一个或多个操作参数可以包括(但不限于)氧化催化器中的碳氢化合物(HC)的存储含量、氧化催化器30上游和下游的废气质量流率、氧化催化器30上游和下游的温度、发动机冷却剂流体温度以及车辆操作所在环境的环境温度。

[0037] 如果控制器40识别氧化催化器30的一个或多个操作参数足以起始点火策略，那么控制器40在步骤108处将使用上游和下游氧化温度读数的温度曲线初始化并且针对氧化催化器的惰性状态识别热或温度模型50。在本公开的一个实施例中，控制系统或算法100存取并且使用存储在控制器40中或可由控制器40存取的温度模型50来识别由算法100使用的惰性温度，从而可以基于一个或多个已知发动机和车辆操作参数来提供惰性温度值。

[0038] 在步骤或方框110处，控制系统或算法100计算氧化催化器的热量释放值。在本公开的一个实施例中，可以将热量释放值计算为废气质量流率和DOC下游温度传感器与惰性热模型50的温度之间的差值的乘积。应理解的是，如果积分持续时间太短或太长，那么可以放弃热量释放值计算，因为如果加速度太快那么可能难以辨识碳氢化合物放热反应。另外，如果氧化催化器中的碳氢化合物的存储含量与由控制器40存储的预定弹性化合物界限相比太高，那么可以放弃热量释放值计算。

[0039] 在步骤或方框112处，控制器40可以使用步骤或方框110处确定的值来计算氧化催化器30中输出的实际能量速率。将此值关于时间进行积分，且存储在控制器的存储器中的值由以下等式表示：

[0040]

[0041] 其中m表示氧化催化器30下游的废气流，TCatDwn表示氧化催化器下游的温度、Tinert表示惰性热模型50的温度，t1表示时间间隔的下限(诸如氧化催化器上游的废气达到第一温度的第一时间)，且t2表示时间间隔的上限(诸如氧化催化器下游的惰性温度热模型达到高于第一温度的第二温度的第二时间)。

[0042] 控制系统或算法100接着前进至步骤或方框114。在步骤或方框114处，控制器40从存储在控制器的存储器中的校准表以及一个或多个修正表中获得理想的热量释放值并且确定该该理想的热量释放值。在本公开的一个实施例中，控制器40基于是积分结束时累积的入口排气能量的函数的曲线来确定理想的热量释放值。可以基于许多参数将修正应用于理想的热量释放值，该参数包括(但不限于)冷却剂温度和积分期间的平均流率。

[0043] 在本公开的一个实施例中，第一温度可以介于约0摄氏度至约150摄氏度之间，且第二温度可以介于约150摄氏度至约300摄氏度之间。当惰性热模型温度达到高于下游氧化催化器温度的温度(可以约为200摄氏度)时结束积分。

[0044] 在步骤或方框116处，控制器40的控制系统或算法100使用步骤112和114处获得的热量释放值来计算氧化催化器30的整体转换效率。在本公开的一个实施例中，控制系统或算法100通过如以下等式表示般计算热量释放值与理想的热量释放值的比来确定氧化催化器效率。

[0045]

[0046] 接着将计算效率存储在存储器中以供步骤或方框118使用。

[0047] 在步骤或方框118处，控制逻辑或算法100识别用于计算氧化催化器输出效率比的至少一个修正或偏差值。控制器40可以获得一个或多个发动机或车辆参数测量值或值(包括(但不限于)发动机冷却剂温度和平均废气流)以在车辆操作状态修正偏差中使用。控制逻辑或算法100基于由控制器40检测到的相关车辆参数测量值来从存储在控制器40中的查找表中选择校准因子或值。

[0048] 基于由控制器40获得用于修正协议或偏差的读数或值，控制逻辑或算法100应用修正协议或偏差于在步骤或方框116处获得的氧化催化器效率以在步骤或方框120处识别氧化催化器输出效率比。在本公开的一个实施例中，最终计算的氧化催化器输出比将在介于零(0)与一(1)之间的范围中。该至少一个修正或偏差值是由控制逻辑或算法100使用来识别并且应用修正于氧化催化器效率值以调整成适用于可能必须调节产生放热所需的碳氢化合物的调整的环境条件和发动机条件。氧化催化器效率值除以修正协议或偏差以产生表示氧化催化器输出效率比的比。

[0049] 在步骤或方框122处，控制器40响应于针对步骤102至120中确定或计算的参数或值中的任一个而采取适当控制动作。例如，在图3和4中所示的本公开的一个实施例中，评估氧化催化器的效率以确定是否应维修或更换催化器。图3说明其中氧化催化器在可接受的容差水平内和/或预定阈值水平以上操作的氧化催化器诊断。如图3中所示，氧化催化器下游的温度(由标号126指代)在高于惰性催化器模型温度(由标号128指代)的温度下操作。

[0050] 相反地，图4说明其中氧化催化器在可接受的容差水平之外和/或可以指示氧化催化器需要维修或更换的预定阈值水平以下操作的氧化催化器诊断。例如，氧化催化器下游的温度(由标号130指代)在惰性催化器模型温度(由标号132指代)的温度下或接近该温度操作。控制器检测到此条件可以造成起始指示一个控制动作，包括(但不限于)通过/失败诊断代码的记录、指示灯(未示出)的启动或消息的产生，或传达对氧化催化器30的更换或维修和/或OC系统48的维护和/或控制对OC系统48的修改的需要的任何其它动作。因此，控制器40计算OC系统48的氧化催化器30的氧化催化器转换效率比并且在结束方框124处完成该程序。

[0051] 控制器40可以包括计算机可读介质(也称为处理器可读介质)，其包括参与提供可以由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的任何非暂时性(例如，有形)介质。这样的介质可以采取许多形式，包括(但不限于)非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括(例如)光盘或磁盘和其它持久存储器。易失性介质可以包括(例如)可以构成主存储器的动态随机存取存储器(DRAM)。这样的指令可以由一个或多个传输介质来传输，该传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括具有耦合至计算机的处理器的系统总线的导线。某些形式的计算机可读介质包括(例如)软盘片、软盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其它任何光学介质、穿孔卡、纸带、带有穿孔图案的任何其它物理介质、RAM、PROM、EPROM、闪烁-EEPROM、任何其它存储器芯片或存储器盒或计算机可读的任何其它介质。

[0052] 查找表、数据库、数据仓库或本文描述的其它数据存储装置可以包括用于存储、存取和检索各种数据的各种机构，包括分层数据库、文件系统中的文件集、专用格式的应用程序数据库、关系型数据库管理系统(RDBMS)等。每个这样的数据存储装置均可以包括在采用诸如上述一种操作系统的计算机操作系统的计算装置内，并且可以经由网络以各种方式中的任何一种或多种来存取。文件系统可以从计算机操作系统存取，并且可以包括以各种格式存储的文件RDBMS除用于创建、存储、编辑和执行已存储的程序的语言(诸如上述PL/SQL语言)之外还可以采用结构化查询语言(SQL)。

[0053] 详述和图式或图支持并且描述本公开，但是本公开的范围仅仅是由权利要求书界定。虽然已详细地描述了用于实行本公开的某些最佳模式和其它实施例，但是也存在用于实践所附权利要求书中限定的本公开的各种替代设计和实施例。另外，图式中所示的实施例或本描述中提及的各种实施例的特性不一定被理解为实施例彼此独立。相反，可行的是，实施例的一个实例中描述的每个特性可结合来自其它实施例的一种或多种其它期望特性，从而产生没有用语言或没有参考图式来描述的其它实施例。因此，这样的其它实施例落在所附权利要求书的范围的框架内。