評估NO_X傳感器響應速率劣化的設備、系統和方法

專利名稱：評估NO_X傳感器響應速率劣化的設備、系統和方法
技術領域：
本發明涉及內燃機的排氣系統，更具體地講，涉及評估被配置為用于檢測廢氣流中NOx的NOx傳感器的響應速率劣化。
背景技術：
廢氣后處理系統用于接收和處理由內燃機產生的廢氣。典型的廢氣后處理系統包括任意多個被配置為用于降低廢氣中存在的有害廢氣排放水平的組件。例如，ー些針對柴 油內燃機的廢氣后處理系統包括多個組件，如柴油氧化催化器(DOC)、微粒物過濾器或柴油微粒過濾器(DPF)以及選擇性催化還原(SCR)催化器。在ー些廢氣后處理系統中，廢氣首先通過柴油氧化催化器，然后通過柴油微粒過濾器，接著通過SCR催化器。D0C、DPF和SCR催化器組件中的每ー個都被配置為對通過該組件的廢氣執行具體的廢氣排放處理操作。通常，DOC通過氧化技術減少廢氣中存在的一氧化碳和碳氫化合物的量。DPF過濾廢氣中存在的有害柴油微粒物和黑煙。最后，由SCR催化器減少廢氣中存在的氮氧化物(NOx)的量。發動機和廢氣后處理組件的操作在很大程度上基于廢氣后處理系統中不同階段廢氣流中存在的NOx量。通常使用一個或多個至少部分設置在流經廢氣后處理系統的廢氣流內的NOx傳感器來檢測廢氣流中的NOx量。例如，ー些傳統的廢氣后處理系統包括緊鄰發動機排氣歧管出ロ、SCR催化器出口和排氣管出ロ的NOx傳感器。每個NOx傳感器可檢測廢氣流中的NOx水平，然后將代表所檢測NOx水平的信號傳送至電子控制模塊(ECM)或中間模塊。ECM根據任意多種計算方法處理從NOx傳感器接收到的檢測NOx水平，以估算具體NOx傳感器位置處廢氣流中存在的NOx量。由于廢氣流中的NOx量可影響發動機系統的許多方面，因此NOx傳感器檢測到的NOx水平的準確度十分重要。其中尤其重要的是來自排氣管NOx傳感器的信號的準確度，因為其指示離開廢氣后處理系統進入大氣的NOx量。如果排氣管NOx傳感器不準確地檢測離開系統的廢氣流中的NOx水平，則系統可能不必要地將NOx減少得太多或未覺察地將NOx減少得太少。例如，如果排氣管NOx傳感器檢測到的NOx水平錯誤地較高，則系統不能有效地減少比必需量更多的N0X。作為另外一種選擇，如果排氣管NOx傳感器檢測到的NOx水平錯誤地較低，則系統可能無法減少足夠的NOx以滿足排放標準。不準確的NOx水平檢測的ー個來源是NOx傳感器響應速率隨時間推移而劣化。隨著NOx傳感器的老化，NOx傳感器響應速率的劣化會增強，因此NOx傳感器檢測到的NOx水平的準確度也會降低。配備了ー些常規系統以評估NOx傳感器響應速率劣化水平。這些系統可能使用不同的技術和方法來評估NOx傳感器響應速率劣化水平。然而，這些技術和方法可能受到某些缺點的影響。例如，一些系統不能區別NOx傳感器信號的緩慢變化速率和由于NOx傳感器劣化而導致的緩慢響應。此外，ー些系統不會考慮可能為具體NOx傳感器信號(例如來自排氣管NOx傳感器的信號)特性的信號偏移漂移(如噪音)和傳輸延遲。

發明內容
為響應于有關廢氣后處理控制系統和車載診斷系統的現有技術的限制，開發了本專利申請的主題。因此，開發了本專利申請的主題以提供克服現有技術的至少ー些缺點的設備、系統和方法。在ー個代表性實施例中，用于確定內燃機系統中NOx傳感器響應速率劣化的設備包括發動機控制模塊，該模塊被配置為用于在內燃機發動期間停止向內燃機提供燃油。該設備還包括信號監控模塊，該模塊被配置為在內燃機發動期間發動機控制模塊停止向內燃機提供燃油之后監控NOx傳感器信號，以及存儲對應于所監控NOx傳感器信號的NOx傳感器信號數據。此外，該設備包括時間常數模塊，該模塊被配置為用于確定在發動機控制模塊停止提供燃油后NOx傳感器響應的時間常數。該設備還包括響應速率劣化模塊，該模塊被配置為用于至少部分根據所確定的時間常數確定NOx傳感器的響應速率劣化值。在ー些具體實施中，使用函數擬合法確定NOx傳感器響應的時間常數，在某些情況 下函數擬合法可為最小ニ乘擬合法。可通過k和k2值定義最小ニ乘擬合法的曲線擬合，這
兩個值根據方程
權利要求
1.一種用于確定內燃機系統中NOx傳感器響應速率劣化的設備,包括 被配置為用于在內燃機發動期間停止向所述內燃機提供燃油的發動機控制模塊；信號監控模塊，所述模塊被配置為在所述內燃機發動期間所述發動機控制模塊停止向所述內燃機提供燃油之后監控NOx傳感器信號，以及存儲所述監控的NOx傳感器信號的相應NOx傳感器信號數據； 時間常數模塊，所述模塊被配置為用于在所述發動機控制模塊停止提供燃油后估算所述NOx傳感器信號響應的時間常數；以及 響應速率劣化模塊，所述模塊被配置為至少部分根據所述估算的時間常數確定所述NOx傳感器的響應速率劣化值。
2.根據權利要求I所述的設備，其中使用函數擬合法確定所述NOx傳感器信號的所述時間常數。
3.根據權利要求2所述的設備，其中所述函數擬合法包括最小二乘擬合法。
4.根據權利要求3所述的設備，其中通過k和k2值定義所述最小二乘擬合法的曲線擬 合，所述k和k2值根據方程
5.根據權利要求I所述的設備，其中所述響應速率劣化模塊被配置為用于確定所述NOx傳感器信號的偏移漂移，所述時間常數至少部分基于所述偏移漂移。
6.根據權利要求I所述的設備，其中所述響應速率劣化模塊被配置為用于確定所述NOx傳感器信號的傳輸延遲。
7.根據權利要求6所述的設備，其中所述NOx傳感器信號的所述傳輸延遲至少部分基于所述NOx傳感器信號響應衰減的估算起始時間。
8.根據權利要求7所述的設備，其中所述NOx傳感器信號響應的所述衰減的所述估算起始時間基于所述發動機控制模塊停止提供燃油后某一時間的NOx估算值與同一時間的NOx檢測值之間的比較。
9.根據權利要求8所述的設備，其中所述NOx傳感器信號的所述衰減的所述估算起始時間等于所述NOx估算值與所述NOx檢測值的差值大于閾值時的時間。
10.根據權利要求8所述的設備，其中使用所述內燃機發動期間所述發動機控制模塊停止向所述內燃機提供燃油之后測試時間窗口內所述存儲NOx傳感器信號數據的曲線擬合來估算所述NOx估算值，其中所述NOx估算值在所述測試時間窗口開始之前的某個時間進行估算。
11.根據權利要求I所述的設備，其中所述NOx傳感器信號響應的所述時間常數基于連續數學函數的離散時間近似值。
12.一種用于確定傳感器條件的系統，所述系統包括 傳感器，所述傳感器被配置為用于檢測性能值和生成代表所述檢測到的性能值的響應信號；以及 控制器，所述控制器可通過與所述傳感器的響應信號接收連通而進行通信，所述控制器被配置為用于監控從所述傳感器接收到的響應信號，根據函數擬合法確定所述響應信號的時間常數，以及至少部分根據所述確定的時間常數估算從所述傳感器接收的所述響應信號的劣化系數。
13.根據權利要求12所述的系統，還包括能夠產生廢氣流的內燃機，并且其中所述傳感器被配置為用于檢測所述廢氣流的性能值。
14.根據權利要求13所述的系統，其中所述內燃機與燃油源燃油接收連通，并且其中所述時間常數包括預定測試周期內所述響應信號的時間常數，所述預定測試周期包括在所述內燃機保持發動狀態的同時停止向所述內燃機提供燃油的時間周期。
15.根據權利要求12所述的系統，還包括車載診斷指示器，所述車載診斷指示器可通過與所述控制器的信號接收連通而進行通信，其中所述控制器向所述車載診斷指示器發出信號，指示大于閾值的估算劣化系數對應的所述傳感器的條件。
16.根據權利要求12所述的系統，還包括內燃機，其中所述傳感器包括被配置為用于檢測所述發動機所產生廢氣流中的NOx量的NOx傳感器，并且其中所述控制器被配置為用于停止向所述發動機提供燃油以及在停止向所述發動機提供燃油時監控所述響應信號的衰減速率。
17.—種用于確定NOx傳感器響應速率劣化的方法,所述方法包括 在所述發動機發動期間停止向內燃機提供燃油； 在停止提供燃油后監控NOx傳感器信號； 使用函數擬合法估算所述NOx傳感器信號的衰減速率；以及 至少部分根據所述估算的衰減速率估算所述NOx傳感器信號響應速率的劣化值。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括通過以下方法估算所述NOx傳感器信號的傳輸延遲根據燃耗停止后的預定時間周期間收集到的存儲NOx傳感器信號數據，估算燃耗停止后所述NOx傳感器信號衰減的起始時間。
19.根據權利要求18所述的方法，其中根據所述NOx傳感器信號的所述衰減的所述估算起始時間來估算所述NOx傳感器信號的所述衰減速率。
20.根據權利要求18所述的方法，其中所述預定時間周期的長度可至少基于以下因素之一所述NOx傳感器信號耦合的廢氣后處理系統的長度、廢氣流經所述廢氣后處理系統的流速、所述廢氣后處理系統的排氣管直徑，以及非劣化條件下所述NOx傳感器的響應時間。
21.根據權利要求18所述的方法，其中估算所述NOx傳感器信號衰減的所述起始時間包括使用與第一時間窗口相關的所述已存儲NOx傳感器信號數據的第一組數據曲線擬合第一指數函數，使用所述第一指數函數的所述曲線擬合估算所述第一時間窗口之前第一時間處的NOx值，比較所述第一時間處的所述NOx估算值與所述第一時間處的NOx實際值，并且，如果所述NOx估算值與所述NOx實際值之間的差值大于閾值，則將所述第一時間設置為所述NOx傳感器信號衰減的所述起始時間。
22.根據權利要求21所述的方法，其中如果所述NOx估算值與所述NOx實際值之間的所述差值小于閾值，所述方法包括使用與在所述第一時間窗口之前開始的第二時間窗口相關的所述已存儲NOx傳感器信號數據的第二組數據曲線擬合第二指數函數，所述方法還包括使用所述第二指數函數的所述曲線擬合估算所述第二時間窗口之前第二時間處的NOx值和所述第一時間，對比所述第二時間處的所述NOx估算值與所述第二時間處的NOx實際值，并且，如果所述第二時間處的所述NOx估算值與所述第二時間處的所述NOx實際值之間的差值大于所述閾值，則將所述第二時間設置為所述NOx傳感器信號衰減的所述起始時間。
23.根據權利要求18所述的方法，其中估算所述NOx傳感器信號的所述衰減的所述起始時間包括分析所述NOx傳感器信號衰減的預測起始時間之后所存儲的NOx傳感器信號數據，以及增量回溯以分析早期存儲的NOx傳感器信號數據。
全文摘要
在一個實施例中，用于確定內燃機系統(10)中NOx傳感器響應速率劣化的設備包括被配置為在內燃機發動期間停止為所述內燃機(100)提供燃油的發動機控制模塊(310)。所述設備還包括信號監控模塊(320)，所述模塊被配置為在所述內燃機發動期間所述發動機控制模塊停止向所述內燃機提供燃油之后監控NOx傳感器信號(305)以及存儲對應于所述監控的NOx傳感器信號的NOx傳感器信號數據(325)。此外，所述設備還包括時間常數模塊(330)，所述模塊被配置為用于確定在所述發動機控制模塊停止提供燃油后所述NOx傳感器響應的時間常數(335)。所述設備還包括響應速率劣化模塊(340)，所述模塊被配置為至少部分根據所述確定的時間常數確定所述NOx傳感器的響應速率劣化值(345)。
文檔編號G01N27/416GK102667090SQ201080028236
公開日2012年9月12日 申請日期2010年6月24日 優先權日2009年6月24日
發明者丹尼爾·D·威廉, 卡洛斯·A·拉娜, 大衛·埃弗拉德, 杰夫·倫德, 林曉 申請人:康明斯知識產權公司