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检测失效催化剂的优化方法

阅读：766发布：2021-01-06

IPRDB可以提供检测失效催化剂的优化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种检测不再满足净化标准的热力发动机(1)的失效催化剂(19)的优化方法，使得从催化剂(19)的老化水平开始或者从预先确定的公里数开始并至少直到达到对应于排出氮氧化物污染颗粒的排放的极限阈值的催化剂(19)的老化水平，所述方法包括适应性调整所述热力发动机(1)的运转以便减少氮氧化物颗粒的排放的步骤，和/或将所述催化剂(19)的效果朝处理氮氧化物颗粒定向的步骤。，下面是检测失效催化剂的优化方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种检测不再满足净化标准的热力发动机(1)的失效催化剂(19)的优化方法，其特征在于，从催化剂(19)的老化水平(OSC1)开始或者从预先确定的公里数开始并至少直到达到对应于氮氧化物(NOX)污染颗粒的排放的极限阈值(S2)的催化剂(19)的老化水平，所述方法包括适应性调整所述热力发动机(1)的运转以便减少氮氧化物(NOX)颗粒的排放的步骤，和/或将所述催化剂(19)的效果朝处理氮氧化物(NOX)颗粒定向的步骤，所述催化剂(19)的老化水平通过测量所述催化剂(19)的储氧能力(OSC)来确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了将所述催化剂的效果朝处理氮氧化物(NOX)颗粒定向，所述方法包括增加所述催化剂(19)的加热时长或加热功率的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其包括通过选择相对于所述热力发动机(1)的标准运转燃烧效率暂时较低的更高油状态来提高所述热力发动机(1)的输出排气温度以有助于所述催化剂(19)触发的步骤。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，其包括通过改变供给所述热力发动机(1)的空气/燃料混合物的富度来改变一氧化碳(CO)颗粒和氮氧化物(NOX)颗粒之间的排放平衡调节的步骤。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其包括使所述热力发动机(1)在富度大于标准调节下运转的步骤。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过借助于分别位于催化剂(19)的上游和下游的两个探测器(191,192)来实现对所述催化剂(19)的储氧能力的测量。

7.一种发动机计算机(40)，包括储存用于实施根据前述权利要求中任一项所述的检测失效催化剂的优化方法的软件指令的存储器(41)。

说明书全文

检测失效催化剂的优化方法

技术领域

[0001] 本发明涉及检测失效催化剂即不再满足强制净化标准的催化剂的优化方法。

背景技术

[0002] 已知热力发动机的排放管线包括一种或多种催化剂。催化剂基质根据排放气体的富度(richesse)而浸透有具有可逆的氧气储存性质的材料的组合物。该材料允许当发动机在贫油的状态(空燃比大于1)下运转时储存氧气以便在富油的状态(空燃比小于或等于1)下将氧气释放出。该材料通常属于三效催化剂组合物，并且其确保催化剂良好的工作，因为其有助于永久地确保一氧化碳(CO)和未燃烧的碳氢化合物(HC)的氧化并且减少氮氧化物(NOX)颗粒。

[0003] 对催化剂的老化的诊断基于对前述浸透材料的储氧能力的测量或测量OSC(英语中为“oxygen storage capacity”)或等价的指标。事实上，储氧能力随着催化剂的老化而降低，因为催化剂越老化，其包含的能够储存氧气的活性材料越少。

[0004] 使用OSC的测量是因为在该指标和在催化剂下游排出的氮氧化物(NOX)颗粒的排放之间存在非线性相关性。然而，例如Euro 5+标准的标准规定根据NOX的排放实施催化剂的诊断。该标准还规定监控碳氢化合物HC的水平，但是达到HC的排放阈值比达到NOX的排放阈值晚很多。

[0005] 因此将催化剂分为三种状态：

[0006] -新状态，

[0007] -称为“老化”状态，对于该状态，老化水平对应于大于第一阈值S1但是小于第二阈值S2的NOX颗粒的排放水平，也称为“耐用期催化剂”，以及

[0008] -失效状态，对于该状态，老化水平对应于等于或大于第二阈值S2的NOX的排放水平。

[0009] 在耐用期的NOX的排放阈值S1随着标准的变化而保持恒定。该阈值在规定的周期为60mg/km。相反地，催化剂应该被检测为失效的NOX的排放阈值S2随着标准的改变而明显降低。因此，阈值S2从Euro 5+标准下的300mg/km变为Euro 6.1标准下的150mg/km，然后很可能再变为Euro 6.2标准下的90mg/km。

[0010] 如在图1的曲线C1上可观察到，阈值S2的这种降低大幅减小了失效催化剂和耐用期催化剂之间的OSC的差值。对应于Euro 6.2标准的差值E1因此比对应于Euro 5+标准的差值E2要小得多。由于OSC的测量结果存在差异，因此区分催化剂的两种状态变得非常困难，导致存在没有检测到失效催化剂或将老化状态但还没失效的催化剂错误地检测认为是失效催化剂的较高的风险。

发明内容

[0011] 本发明旨在通过提出一种检测不再满足净化标准的热力发动机的失效催化剂的优化方法来有效地解决该缺陷，如从催化剂的老化水平开始或者从预先确定的公里数开始并至少直到达到对应于氮氧化物(NOX)污染颗粒的排放的极限阈值的催化剂的老化水平，所述方法包括适应性调整所述热力发动机的运转以便减少氮氧化物(NOX)颗粒的排放的步骤和/或将所述催化剂的效果朝处理氮氧化物颗粒定向的步骤。

[0012] 因此，本发明不推迟催化剂的老化，而是使得催化剂在被认为失效之前应更加老化。因此提高在老化状态下的催化剂和失效催化剂之间的OSC的差值，这因此有助于失效催化剂的检测。利用本发明，可以将催化剂申报失效状态的过程推迟数千公里甚至数万公里的车辆里程。

[0013] 另外，可以仅通过修改控制发动机的软件功能来实施本发明，这限制了成本。

[0014] 根据实施例，为了将所述催化剂的效果朝处理氮氧化物(NOX)颗粒定向，所述方法包括增加催化剂的加热时长或加热功率的步骤。

[0015] 根据实施例，所述方法包括通过选择相对于所述热力发动机的标准运转燃烧效率(暂时)较低的较高油状态(régime plusélevé)来提高所述热力发动机的输出排气温度以有助于所述催化剂触发的步骤。

[0016] 根据实施例，所述方法包括通过改变供给所述热力发动机的空气/燃料混合物的富度来改变一氧化碳(CO)颗粒和所述氮氧化物(NOX)颗粒之间的排放平衡调节的步骤。

[0017] 根据实施例，所述方法包括使所述热力发动机在富度大于标准调节下运转的步骤。

[0018] 根据实施例，通过测量所述催化剂的储氧能力(OSC)来确定所述催化剂的老化水平。

[0019] 根据实施例，通过借助于分别位于催化剂的上游和下游的两个探测器来实现对所述催化剂的储氧能力的测量。

[0020] 本发明还涉及一种发动机计算机，其包括储存用于实施根据本发明所述的检测失效催化剂的优化方法的软件指令的存储器。

附图说明

[0021] 通过阅读下文的描述并研究附图更好地理解本发明。这些附图仅说明为目的给出，而绝非限制本发明。

[0022] 图1是已经描述过的示出了当实施发动机的标准控制策略时对应于催化剂的老化的OSC测量根据NOX颗粒的排放水平的变化的图。

[0023] 图2是实施根据本发明的方法的热力发动机的示例的示意图。

[0024] 图3同时示出了作为对比而选取的图1的曲线以及依据实施根据本发明的方法得到的曲线。

具体实施方式

[0025] 附图之间，相同、相似或类似的要素保留相同的标记。

[0026] 图2示出了涡轮增压的四汽缸2.1-2.4内燃发动机1。发动机1包括发动机单元3，汽缸2.1-2.4的燃烧室5.1-5.4布置在其中。

[0027] 进气收集器8接收空气并引入燃烧室5.1-5.4中。进入的空气通过空气过滤器(未示出)从车辆的外部吸入。进入的空气的移动方向由箭头11来表示。

[0028] 向燃烧室5.1-5.4内部喷射燃料是通过标记为14.1-14.4的喷射器来实现的。另外，火花塞16.1-16.4允许在燃烧室5.1-5.4的内部点燃空气和燃料的气体混合物。

[0029] 另外，排气收集器17接收通过燃烧产生的气体的排放并且将气体沿着箭头20导向排放管线22。

[0030] 常规运转的汽缸2.1-2.3各具有至少一个用于与进气收集器8关联的入口阀以及至少一个用于与排气收集器17关联的出口阀。

[0031] 发动机1还包括涡轮增压机23，涡轮增压机包括增压层25和降压层26。为了优化使燃烧室5.1-5.4充满，增压层25压缩进入的空气。排出气体的流动旋转地驱动降压层26的涡轮，其由此通过在两个涡轮之间连接它们的连接轴29来旋转地驱动增压层25的涡轮。

[0032] 在进气收集器8的上游的又被称为增压空气冷却器(RAS)的交换器31用于使进入进气收集器8的空气冷却。实现冷却以便得到待进入汽缸的室5.1-5.4的具有适合于使空气和燃料的混合物燃烧的温度的凉的空气。

[0033] 计算机40与包含用于尤其管理发动机的喷射和点火的控制的软件指令的存储器41联接。

[0034] 另外，排出管线22包括适合于在污染物排向外部大气之前处理污染物的至少一种用于排放的催化剂19。催化剂19的基质根据排放气体的富度浸透有包括具有可逆储存氧气的性质的材料的组合物。该材料允许当发动机在贫油的状态(空燃比大于1)下运转时储存氧气以在富油的状态(空燃比小于或等于1)下将氧气释放出。该材料属于三效催化剂组合物，并且其确保催化剂良好的工作，因为其有助于永久地确保一氧化碳CO和未燃烧的碳氢化合物HC的氧化并且减少氮氧化物NOX。作为示例，以二氧化铈(cérine)为基础来选择催化剂19的材料，二氧化铈是能够可逆地吸收氧气的铈的氧化物。二氧化铈可以在给定制剂中与其它惰性组合物结合，例如以有助于其通过浸透来实施。

[0035] 对催化剂19的老化的诊断基于对前述催化剂19的浸透材料的储氧能力的测量或测量OSC(在英语中为“oxygen storage capacity”)或等价的指标。事实上，储氧能力随着催化剂19的老化而降低，因为催化剂19越老化，其包含的能够储存氧气的活性材料越少。

[0036] 测量OSC通过分别在待诊断的催化剂19的上游和下游的两个氧气探测器191和192来实现。这些探测器191和192可以是化学计量类型(开/关)或线性类型(成比例)的。可替换地，通过分析下游探测器192的输出信号的振荡水平来估计OSC的水平是可行的。

[0037] 依据根据本发明的方法，当催化剂19是新的并且直到催化剂19具有对应于NOX颗粒的排放的第一阈值S1(例如约为60mg/km)的在OSC1处的第一老化水平或者直到例如约为160000公里的预先确定的公里数时，计算机40利用通过由驾驶员实现的力矩需求而决定的富度的标准水平来常规地控制热力发动机1。

[0038] 从对应于OSC1的该第一老化水平开始，催化剂19被认为具有老化状态，又被称为“耐用期催化剂”。处于老化状态的催化剂还不认为是失效的。

[0039] 从在OSC1处的该第一老化水平开始并且至少直到催化剂19达到对应于氮氧化物的排放的极限阈值S2(例如约为90mg/km)的在OSC2处的第二老化水平，从此时起，催化剂19被认为失效，通过计算机40来适应性调整热力发动机1的运转以便减少氮氧化物NOX污染颗粒的排放。

[0040] 发动机1的调节的改变可以在于通过改变供给热力发动机的空气/燃料混合物的富度来改变一氧化碳CO和氮氧化物NOX之间的排放平衡调节。在这一方面注意到，催化剂19使发动机围绕值为1的空燃比运转。事实上，混合物的富度尤其根据应用、机械化、发动机的功能点和催化剂19来永久地围绕富度1振荡。改变调节以便发动机在混合物的富度大于标准调节时运转，以便减少在催化剂19的下游的NOX的排放。

[0041] 可替换地或作为补充，催化剂19的效果被定向为处理NOX颗粒。因此，增加催化剂19的加热时长或加热功率是可行的，这允许在规定的周期的开始时并因此在整个周期内减少氮氧化物NOX的排放并且还减少一氧化碳CO和碳氢化合物HC的排放。该效果可以通过选择与发动机的标准运转相比燃烧效率暂时较低的更高油状态来提高发动机1的输出排气温度以有助于催化剂19触发来得到。

[0042] 因此，一旦达到NOX的排放阈值，为了促进对NOX的处理，就通过改变催化剂的性能来在发动机的每个工作点并永久地改变发动机的工作。实施例因此在于具有更热的排放气体，和/或在于一旦超过所讨论的阈值就永久地改变丰富度，(对气体的加热维持较小的幅度)。

[0043] 因此，在催化剂的相同的老化并因此在相同的OSC的水平时减少了NOX的排放。因此催化剂19应该更加老化以达到引起检测到催化剂失效的NOX的排放水平。因此，如从图3得出，利用根据本发明的方法(参见曲线C2)得到的对应于阈值S2的在OSC2处的第二老化水平小于在OSC2’处的第二老化水平，该在OSC2’处的第二老化水平是如果在对应于排放阈值S1(参见曲线C1)的第一老化阈值之后NOX颗粒的排放没有减少时已经达到的。

[0044] 因此，依据根据本发明的方法实施的在老化状态下的催化剂和失效催化剂之间的OSC的差值E3比依据根据标准控制策略实施而得到的差值E1大得多，这允许有助于失效催化剂的检测。

[0045] 如从图3得出，优选地保持允许限制从对应于排放阈值S1的老化水平起选择的NOX的排放的对发动机特别的调节，即使在检测到催化剂19失效之后并直到替换催化剂19。

[0046] 当然，上文的描述仅作为示例给出而不限定本发明的范围，通过所有其它等价方案来替换实施细节并不偏离本发明的范围。

[0047] 本发明因此适用于所有的内燃发动机，尤其是汽油内燃发动机，无论燃料喷射方式如何，也就是说直接喷射方式和间接喷射方式。

[0048] 本发明还因此适用于配备有一个或多个涡轮增压机的发动机以及不具有其的发动机(大气发动机)。

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