診斷具有烴儲存的氧化催化劑裝置的制作方法

本發明涉及診斷廢氣處理系統，并且更具體地涉及診斷廢氣處理系統的氧化催化劑(OC)裝置。

背景技術：

內燃機(尤其是柴油發動機)的制造商面對的是遵守當前和未來氮氧化物釋放的排放標準的挑戰性任務，尤其是一氧化氮以及未經燃燒的和部分氧化的烴、一氧化碳、顆粒物質和它顆粒。為了減少內燃機的排放量，廢氣處理系統是用來將某種或所有這些廢氣組分轉化成非調控廢氣成分并且減少從發動機流出的廢氣的顆粒。

一種廢氣處理系統通常包括一個或多個處理裝置，例如氧化催化劑(OC)裝置、選擇性催化劑還原裝置、顆粒過濾器、混合元件以及尿素/燃料噴射器。一些排放標準要求廢氣處理系統的這些部件具有單獨的診斷，具體是指用于OC裝置的單獨的診斷。因此，所希望的是一種用于診斷OC裝置的診斷方案。

技術實現要素：

在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種用于診斷廢氣處理系統的氧化催化劑(OC)裝置的方法。該方法監測整個OC裝置上的溫差。該方法確定溫差是否展現出溫度尖峰。該方法響應于確定了溫差展現出溫度尖峰而確定OC裝置正確地運作。

在本發明的另一個示例性實施例中，提供了一種診斷系統。該診斷系統包括布置在車輛的廢氣處理系統中的氧化催化劑(OC)裝置。該診斷系統進一步包括控制模塊。控制模塊配置為監測整個OC裝置上的溫差。控制模塊進一步配置為確定溫差是否展現出溫度尖峰。控制模塊進一步配置為響應于確定了溫差展現出溫度尖峰而確定OC裝置正確地運作。

在本發明的又一個示例性實施例中，提供了一種用于車輛的發動機的廢氣處理系統。廢氣處理系統包括布置于廢氣處理系統中的氧化催化劑(OC)裝置、布置于OC裝置上游的第一溫度傳感器、布置于OC裝置下游的第二溫度傳感器以及控制模塊。控制模塊配置為基于第一溫度傳感器和第二溫度傳感器所感應的溫度確定整個OC裝置上的溫差。控制模塊進一步配置為確定溫差是否展現出溫度尖峰。控制模塊進一步配置為響應于確定了溫差展現出溫度尖峰而確定OC裝置正確地運作。

結合附圖，本發明的上述特征和優點以及其它特征和優點通過本發明的以下詳細描述而容易變得顯而易見。

附圖說明

其它特征、優點以及細節僅以示例的方式在下文對實施例的詳細描述中出現，詳細描述參考了附圖，其中：

圖1描繪了根據示例性實施例的包括廢氣處理系統的車輛的功能框圖；

圖2描繪了根據示例性實施例的說明圖1的廢氣處理系統的控制器的數據流程圖；

圖3描繪了根據示例性實施例的說明不同溫差曲線的幾個曲線圖；

圖4描繪了根據示例性實施例的說明不同溫差曲線的圖表；以及

圖5描繪了根據示例性實施例的說明可以由控制器執行的方法的流程圖。

具體實施方式

以下的描述在性質上僅是示例性的，并不旨在限制本公開內容、其應用或者使用。應理解，在整個附圖中，相應的附圖標記表示相同或相應的部件和特征。

如本文所用，術語“模塊”是指專用集成電路(ASIC)、電子電路、處理器(共享、專用或組別)和存儲器，其執行一個或多個軟件或固件程序、組合邏輯電路和/或提供所述功能的其他適合組件。當在軟件中實施時，模塊可在存儲器中體現為非瞬態機器可讀存儲介質，其可由處理電路讀取并且存儲由處理電路為實施方法而執行的指令。

根據本發明的一個示例性實施例，圖1描繪了用于內燃機12(包括車輛32的發動機以及各種非車輛應用中使用的發動機)的調控廢氣成分的還原的廢氣處理系統10。正如能夠理解的，發動機12可以是任何發動機類型，包括但不限于柴油發動機、汽油發動機、均質充氣壓縮點火發動機或其它發動機類型。

廢氣處理系統10一般包括一個或多個廢氣管道16以及一個或多個廢氣處理裝置。在各實施例中，廢氣處理裝置可以包括氧化催化劑(OC)裝置14、選擇性催化還原(SCR)裝置18、顆粒過濾器(PF)20、以及烴(HC)噴射器30和/或其它處理裝置(未描述)。

廢氣管道16將廢氣15從發動機12輸送到廢氣處理系統10的各個廢氣處理裝置。廢氣15流過廢氣處理系統10來除去或者還原顆粒，然后釋放到大氣中。

OC裝置14可以包括一種流通金屬或陶瓷單體基底，該基底包裹在墊或其它受熱時膨脹的適合支撐物中，從而將使基底固定和絕緣。基底可以封裝在不銹鋼殼體或罐內，該不銹鋼殼體或筒具有與廢氣管道或通道流體地連通的入口和出口。氧化催化劑化合物可以應用為修補基面涂層并且可以包含鉑族金屬，例如鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)或其它適合的氧化催化劑，所述氧化催化劑能夠有效地運作來處理未燃燒的氣態和非易失性的烴(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裝置14還將一部分氮氧化物(NO)氧化為二氧化氮(NO₂)。OC裝置14還可將沸石組分結合到修補基面涂層中以捕獲或存儲將在低溫下另外排放的烴(例如，在冷啟動或者發動機怠速期間--低于200℃)。在實施例中，OC裝置14的沸石組分包括沸石-β(Ti-β)和/或沸石-SSZ-33(Ti-SSZ-33)。

SCR裝置18可以包括流通金屬或陶瓷單體基底，該基底包裹在膨脹墊或其它受熱時膨脹的適合支撐物中，從而使基底固定和絕緣。基底可以封裝在不銹鋼殼體或罐內，該不銹鋼殼體或筒具有與廢氣管道流體地連通的入口和出口。基底可以包括在其上應用的SCR催化劑組合物。SCR催化劑組合物可以包含沸石以及一種或多種賤金屬組分，例如鐵(Fe)、鉻(Co)、銅(Cu)或釩(V)，其能夠有效地運作以在還原劑(例如氨(NH₃)的存在下轉化廢氣15中的NOx成分。SCR催化劑組合物中的沸石組分能夠儲存氨。

顆粒過濾器(PF)20可以布置在SCR裝置18的下游。PF 20運作以過濾含有碳以及其它顆粒的廢氣15。在實施例中，PF 20可以使用陶瓷壁流式單體過濾器來構造，該過濾器包裹在膨脹墊或其它當受熱時膨脹的適合支撐物中，從而使過濾器固定和絕緣。過濾器可以封裝在剛性殼體或罐中，該殼體或罐例如是由不銹鋼構造的并且具有與廢氣管道流體連通的入口和出口。陶瓷壁流式單體過濾器可以具有由縱向延伸的壁限定的多個縱向延伸的通道。這些通道包括具有開放的入口端和封閉的出口端的入口通道亞組，以及具有封閉的入口端和開放的出口端的出口通道亞組。通過入口通道的入口端進入過濾器的廢氣15被迫使通過鄰近的縱向延伸壁遷移至出口通道。正是通過此示例性壁流動機制，碳(煙灰)和其它顆粒才從廢氣15中過濾出。這些被過濾的顆粒沉積在入口通道的縱向延伸壁上，并且，隨著時間的推移，這些顆粒將具有增加內燃機12所經歷的廢氣背壓的效果。顆粒物質在PF 20中的積累通過清潔或者再生而周期性地去除，以便降低背壓。再生包括在通常是高溫(>600℃)環境中聚集的碳以及其它顆粒的氧化或者燃燒。

OC裝置14、SCR裝置18以及PF 20各自都可以具有選擇的運作溫度，在該溫度下裝置會有效且高效地去除顆粒或者改變廢氣15。例如，SCR裝置18對于接收到的廢氣15具有一個運作溫度，在該運作溫度下，該裝置在選擇溫度下或該選擇溫度以上將NO轉化成N₂。此外，OC裝置14可以用于在放熱反應中燃燒HC，該放熱反應對燃燒PF 20中積聚的顆粒是有效的。PF 20再生的啟動通常會在選擇的運作溫度下發生，在該溫度下，由高廢氣溫度引起的放熱反應燃燒或氧化積聚的顆粒。

當發動機起動時，廢氣處理裝置可能處于環境溫下或接近環境溫度，該環境溫度對于那些裝置的運作而言通常是太低了。此外，廢氣處理裝置的溫度可能不會(這取決于發動機運作)始終高于它們各自的運作溫度。因此，在必要時，通過提高廢氣的溫度來增加廢氣處理裝置的溫度。在實施例中，HC噴射器30在OC裝置14的上游噴射額外的燃料，以致于該燃料在OC裝置14中燃燒以暫時地提高廢氣溫度。替代地或結合地，可以采用后噴射策略來通過把額外的燃料噴射到發動機12的(多個)氣缸中來暫時地提高廢氣溫度。

控制模塊(或控制器)22基于感測的和/或建模的數據控制發動機12和/或一個或多個排放組件。這些數據可以從廢氣處理系統10的幾個傳感器24、26和28中接收。在各實施例中，這些感測的和/或建模的數據包括廢氣溫度、排出流率、煙灰負載、NOx濃度、廢氣成分(化學組成)、壓力差以及許多其它參數。在實施例中，傳感器24-28布置于廢氣處理系統10的不同位置。為了描述的簡便，傳感器24是假設為用于感測以上的參數和/或為其建模，并且布置在OC裝置14的上游和下游的傳感器26和28是假設為分別感測OC裝置的上游和下游的廢氣溫度的溫度傳感器。

控制模塊22配置為基于感測的和/或建模的數據執行所選擇的過程或操作，例如，診斷OC裝置14。在實施例中，基于OC裝置14的入口和出口之間的溫差是否展現出溫度尖峰，控制模塊22確定OC裝置14是否正確地運作。具體地說，如果溫差展現出溫度尖峰，那么控制模塊22確定OC裝置14正確地運作。否則，控制模塊22確定OC裝置14沒有正確地運作。在實施例中，溫度尖峰在溫差中的存在被解釋為意味著OC裝置14的沸石組分如預期地存儲了烴。

應當注意的是，廢氣處理系統10不應當局限于圖1所闡述的構造。例如，廢氣處理裝置14-20可以按照不同于所描述的順序布置在廢氣處理系統中，該順序是OC裝置16、SCR裝置18以及隨后PF 20。作為一個示例，SCR裝置18可以布置在PF 20的下游。而且，可以有更多、更少或者不同的廢氣處理裝置布置在廢氣處理系統10中。例如，SCR裝置和PF20可以配置為單一的裝置(例如，在單一的罐中)。作為另一個示例，另一個OC裝置可以布置在SCR裝置18和PF 20之間。在這種情況下，附加的傳感器可以放置在附加的OC裝置和PF 20之間。

現在參照圖2，數據流程圖說明了圖1的廢氣處理系統10的控制模塊22的各個實施例。根據本發明的控制模塊22的各個實施例可以包括任何數量的子模塊。正如可以理解到的，圖2中所示出的子模塊可以進行組合和/或進一步劃分。對控制模塊22的輸入可以從圖1的傳感器24-28以及車輛32內的其它傳感器(未示出)進行感測、從其它控制模塊(未示出)接收、和/或通過控制模塊22內的其它子模塊(未示出)進行確定/建模。在各個實施例中，除了其他子模塊之外(未描述)，控制模塊22包括燃料噴射控制模塊202、溫度確定模塊204、放熱分析模塊206、報告模塊208以及參數儲存庫210。

參數儲存庫210存儲車輛32的各種不同的參數。例如，那些參數包括廢氣處理系統10的廢氣處理裝置的運作參數。控制模塊22的子模塊使用那些參數確定并產生不同的控制信號。參數儲存庫210中存儲的參數的值可以通過控制模塊22的子模塊或車輛32的其它模塊而預先定義或動態地更新。

燃料噴射控制模塊202確定在OC裝置14的上游噴射的HC的量以及噴射正時。在實施例中，燃料噴射控制模塊202基于車輛32的數個不同參數來確定HC的量。燃料噴射控制模塊202使用來確定HC的量的參數包括OC裝置14的不同氧化催化劑化合物的量和壽命以及OC裝置14的其它運作參數(例如，尺寸、組成等)。如將在下面進一步描述的，用于噴射的確定量的燃料由放熱分析模塊206用于確定OC裝置14是否正確地運作。燃料噴射控制模塊202還產生并發送一個或多個控制信號224至HC噴射器30和/或燃料噴射器以便將HC噴射到發動機12中。

在實施例中，燃料噴射模塊202監測溫度212，該溫度可以是OC裝置14的上游溫度或OC裝置14的溫度。如果溫度212低于閾值溫度(例如，OC裝置14的運作溫度)，燃料噴射模塊202控制HC噴射器30和/或燃料噴射器來將燃料噴射到發動機12中，從而通過確定量的HC增加OC裝置14上游的廢氣中的HC。增加的量的HC流入到OC裝置14中。在發動機10的冷啟動期間或當發動機12怠速時，溫度212可以保持在閾值溫度以下或降到閾值溫度以下。

溫差確定模塊204從傳感器26接收OC裝置14的上游或入口溫度214以及從傳感器28接收OC裝置14的下游或出口溫度216。在實施例中，溫差確定模塊204通過從下游溫度216中減去上游溫度214來確定整個OC裝置14上的溫差。也就是說，整個OC裝置14上的溫差與OC裝置14中燃燒的HC所產生的熱相對應。整個OC裝置14上的溫差218輸出到放熱分析模塊206。

放熱分析模塊206基于溫差218確定OC裝置14是否正確地運作。具體地，在實施例中，如果在OC裝置14的上游噴射了燃料噴射控制模塊202所確定的燃料量之后溫差218展現出溫度尖峰，則放熱分析模塊206確定OC裝置14正確地運作。如果溫差218沒有展現出溫度尖峰，則放熱分析模塊206確定OC裝置14沒有正確地運作。

如上所述，當OC裝置14沒有被加熱到足以燃燒通過OC裝置14的廢氣中的HC時，OC裝置14的沸石組件儲存烴。當OC裝置14的溫度達到點火溫度時，OC裝置14的沸石組件所儲存的HC被釋放并且開始燃燒，因此產生整個OC裝置14上溫差的溫度尖峰。當OC裝置14的沸石組件隨著OC裝置14的老化而被耗盡或燒結時，整個OC裝置14上的溫差將展現出較小的溫度尖峰并且最終完全沒有溫度尖峰。放熱分析模塊206基于溫差是否指示了OC裝置14的沸石組件儲存預期量的烴(體現為溫差218中的溫度尖峰)來確定OC裝置14的正確運作。

圖3示出了整個OC裝置上的溫差的兩個溫度曲線，如圖表302和304。具體地，圖表302為不具有沸石組件或當沸石組件被耗盡時的OC裝置的溫度曲線。圖表304為當OC裝置的沸石組件如期望的那樣儲存烴時的OC裝置的溫度曲線。圖表的x軸示出了OC裝置的相應的上游或入口溫度，而圖表的y軸示出了OC裝置的相應的下游或出口溫度。如圖所示，圖表304表明，如果OC裝置的沸石組件在低溫度下儲存HC，則整個OC裝置上的溫差應展現出溫度尖峰。

當發動機運作并向OC裝置發送廢氣15時，OC裝置的溫度(即OC裝置的入口溫度和出口溫度)應上升。由于將廢氣氧化的放熱反應(如虛線306和308所示)的緣故，預計出口溫度將穩定地高于入口溫度。當沒有沸石組件的OC裝置的溫度達到OC裝置的運作溫度時，OC裝置中催化劑元件的表面上CO和未燃燒HC的放熱氧化(在圖表302中由雙向箭頭310表示)導致了溫差增加。另一方面，當具有沸石組件的OC裝置的溫度達到運作溫度時，溫差展現出溫度尖峰312，這是因為沸石釋放了所儲存的HC，其在HC的點火溫度下開始燃燒。也就是說，溫差的溫度尖峰表示通過燃燒已經由沸石組件儲存的HC所產生的熱量。換句話說，溫度尖峰為沸石組件儲存的HC的量的函數。因為廢氣中未燃燒的HC在OC裝置中燃燒，所以在由雙向箭頭314表示的尖峰之后，該整個OC裝置上的溫差保持不變(即出口溫度保持高于入口溫度)。再次參照圖3，放熱分析模塊206將會通過將溫差218與OC裝置14的包括溫度尖峰的溫度曲線進行比較來診斷沸石操作的任何損失。

圖4說明了在OC裝置的不同老化程度下具有沸石組件的OC裝置上的溫差的幾個溫度曲線402、404和406。具體地，溫度曲線402表示在600攝氏度下烘箱老化兩小時的OC裝置，溫度曲線404表示在800攝氏度下烘箱老化48小時的OC裝置，以及溫度曲線406表示在1000攝氏度下烘箱老化48小時的OC裝置。應當注意的是，三個溫度曲線針對的是具有特定構造(尺寸、容量、使用的氧化基底的種類、基底的量等)的特定OC裝置。

再次參照圖2，參數儲存庫210儲存與OC裝置14的不同老化程度相對應的不同溫度曲線，從而使得放熱分析模塊206可以使用這些曲線來診斷其沸石操作的損失。例如，在實施例中，放熱分析模塊206可以基于OC裝置14的運作參數確定OC裝置14的老化程度并選擇與該老化程度相對應的溫度曲線。相應地，放熱分析模塊206可以根據所選擇的溫度曲線來確定溫差218是否顯現出溫度尖峰。

本領域的技術人員將認識到的是，存在有可以由放熱分析模塊206實施以檢測溫度尖峰的多種不同的技術。例如，放熱分析模塊可以配置為無需使用溫度曲線來檢測溫度尖峰。作為無需使用溫度曲線來檢測溫度尖峰的具體示例，當OC裝置14的入口溫度在特定溫度范圍(例如200至250攝氏度)內時，放熱分析模塊206可以確定OC裝置14的出口溫度是否超過閾值溫度(例如40攝氏度)。

一旦放熱分析模塊206確定OC裝置14是否正確地運作，則放熱分析模塊206向報告模塊208輸出OC裝置14的運作狀態220(即正確或不正確)。基于狀態220，報告模塊208設置與OC裝置14相關聯的診斷故障代碼(DTC)并報告該代碼。在各個實施例中，診斷代碼可通過在車輛32的串行數據總線(未示出)上產生消息222而報告，其中可以使用車輛32的遠程信息處理系統將消息222傳送到遠程位置或者可以由連接到車輛32的技術人員工具檢索消息222。放熱分析模塊206可以將狀態220發送到控制車內指示器的模塊，以便向車輛32的操作者通知OC裝置14的運作狀態。

現在參照圖5并繼續參照圖1和圖2，流程圖說明了用于確定OC裝置14是否正確地運作的方法。在各個實施例中，該方法可以由根據本發明的圖1和圖2的控制模塊22執行。如根據本發明可以理解的，方法內的操作順序并不限于圖5所示的順序執行，而是可以按照可使用并根據本發明所述的一種或多種變化的順序執行。在各個實施例中，該方法可以進行調度以基于預先確定的事件運行和/或在發動機12的運行期間持續運行。

在一個示例中，方法可在框500處開始。在框505處，控制模塊22監測OC裝置14的入口溫度214和出口溫度216。在實施例中，控制模塊22基于OC裝置14的入口溫度214和出口溫度216確定溫差218。

在框510處，控制模塊22任選地確定在OC裝置14的上游噴射的HC的量以及噴射正時。在實施例中，控制模塊22使用一組OC裝置14的運作參數確定噴射的燃料量和噴射的正時。控制模塊22可以產生一個或多個控制信號并將其發送至HC噴射器30和/或燃料噴射器以便將燃料噴射到發動機12中。

在框515處，當OC裝置14的入口溫度在相對高的溫度(例如250攝氏度)時，控制模塊22任選地確定整個OC裝置14上的溫差是為零還是在從零開始的閾值差內。如果整個OC裝置14上的溫差被確定為零或在從零開始的閾值差內，則控制模塊22進行到框520以確定OC裝置14尚未正確地運作。具體地，控制模塊22確定OC裝置14沒有執行其HC和CO轉換操作以及其NO轉換操作。

當在框515處控制模塊22確定整個OC裝置14上的溫差既不是零也不在從零開始的閾值差內，控制模塊22行進至框525以確定溫差是否展現出與OC裝置14在其老化程度下的溫度曲線相一致的溫度尖峰。如果溫差展現出了溫度尖峰，控制模塊22行進到框530以確定OC裝置14正確地運作(例如，OC裝置14的沸石組件存儲廢氣中的HC)。如果溫差沒有展現出溫度尖峰，控制模塊22行進到框535以確定OC裝置14沒有正確地運作(例如，OC裝置14的沸石組件沒有存儲廢氣中的HC)。

在框540處，控制模塊22報告OC裝置14的運作狀態。在實施例中，控制模塊22為OC裝置14生成診斷故障代碼(DTC)，以便用于通過遠程信息處理系統遠程傳遞或者通過技術人員工具進行檢索。方法可以結束于框545。

盡管已經結合示例性實施例對本發明作出了描述，但所屬技術領域的技術人員將理解的是，在不脫離本發明范圍的前提下，可以作為各種變化并且其中的各元件可以用等價物進行替代。此外，在不脫離本發明的基本范圍的情況下，可以做出許多修改以使得特定情況或材料適應本發明的教導。因此，本發明并不旨在局限于所公開的特定實施例，而是本發明將包括落入本申請的范圍內的所有實施例。