CN101344028B - 判定氮氧化物传感器故障的方法以及选择性催化还原系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于判定氮氧化物(NOx)传感器的故障的方法，包括：比较传感器检测到的氮氧化物量和取决于发动机速度和燃料量的包含在排出的废气中的氮氧化物的预定值；在预定值和由传感器检测到的值之间的差值是在预定范围内的情况下，判定发动机是否处于稳定状态；当发动机处于稳定状态时，改变预定的发动机控制参数从而改变氮氧化物量；在氮氧化物量变化的情况下，判定传感器信号是否改变；以及在传感器信号不改变的情况下，判定传感器的故障。通过该方法可以判定氮氧化物传感器的故障，同时减少副作用。

Description

判定氮氧化物传感器故障的方法以及选择性催化还原系统
相关领域的交叉参考
本申请要求了于2007年7月9日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2007-0068795的优先权和权益，其全部内容在此参考并入。
技术领域
本发明涉及一种用于判定氮氧化物传感器(nitrogen oxide sensor)的故障的方法，并涉及执行该方法的选择性催化还原(catalyticreduction)系统。具体地，本发明涉及一种用于判定氮氧化物传感器的故障的方法，以及执行方法以防止副作用的选择性催化还原系统。
背景技术
根据现有技术，选择性催化还原系统通过对排气管喷射尿素溶液来清除氮氧化物。
即，选择性催化还原系统清除从工厂排出的氮氧化物。最近已经开始研究将选择性催化还原系统应用到移动物体，例如车辆。
当使用选择性催化还原系统以提高清除效率时，需要检测包含在排出的废气中的氮氧化物量。
通过使用映射(mapping)或者建模(modeling)，选择性催化还原系统测量氮氧化物量，因此，在预报由驾驶状况或其它催化剂装置引起的氮氧化物量变化的方面会有问题。
同时，在氮氧化物传感器不工作的情况下，在只通过使用传感器的输出信号来准确判定传感器的正则或非正则函数的方面会有问题。
同时，在诸如发动机的燃料喷射量的驾驶参数随机变化以判定氮氧化物故障的情况下，会有噪音、功率波动以及产生烟雾等副作用。
在背景技术部分公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景技术部分的理解，因此该信息可以包括没有形成已为该国本领域技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种用于判定氮氧化物传感器的故障的方法，以及执行该可以判定氮氧化物传感器的故障的方法的选择性催化还原系统，由此减少副作用。
根据本发明的一个实施例的用于判定氮氧化物(NOx)传感器的故障的方法包括：比较传感器检测到的氮氧化物量和取决于发动机速度和燃料量的包含在排出的废气中的氮氧化物的预定值；在预定值和由传感器检测到的值之间的差值在预定范围内的情况下，判定发动机是否处于稳定状态；当发动机处于稳定状态时，改变预定的发动机控制参数以改变氮氧化物量；在氮氧化物量变化的情况下，判定传感器信号是否改变；以及在传感器信号不改变的情况下，判定传感器的故障。
预定范围可以是映射数据。
预定的发动机控制参数可以包括引燃喷射流(pilot injection flux)、引燃喷射定时、主喷射流、主喷射定时和排出的废气再循环量的至少其中之一。
预定的发动机控制参数的变化可以包括：判定处于空转状态的发动机速度是否在中间/较低范围内；在处于空转状态的发动机速度处于中间/较低范围内的情况下，判定空调是否关闭以及冷却剂温度是否在预定范围内；以及改变主喷射流和排出的废气再循环量。
根据本发明的一个实施例的用于判定氮氧化物(NOx)传感器的故障的方法还可以进一步包括：在发动机速度不在空转状态的中间/较低速范围内的情况下，判定空调是否关闭以及冷却剂温度是否在预定范围内；以及在冷却剂温度在预定范围内且空调关闭的情况下，改变引燃喷射流和排出的废气再循环量。
根据本发明的一个实施例的用于判定氮氧化物(NOx)传感器的故障的方法还可以进一步包括：在冷却剂温度不在预定范围内或者空调不关闭的情况下，只改变主喷射定时。
根据本发明的一个实施例的用于判定氮氧化物(NOx)传感器的故障的方法还可以进一步包括：判定传感器信号是否在预定的最大值和最小值内；在传感器信号在预定的最大值和最小值之间的情况下，判定传感器信号是否在预定范围内；以及在传感器信号不在预定范围内的情况下，判定传感器的故障。
根据本发明的一个实施例的用于除去废气的氮氧化物(NOx)的选择性催化还原系统包括：宽带氧传感器(线性λ(lambda)传感器)，其布置在排气管中以检测排出的废气的氧；第一传感器，其用于检测排出的废气的氮氧化物量并被安装在宽带氧传感器的后面；用于除去氮氧化物的选择性催化还原装置，包括尿素喷射器(定量喷射器)并布置在第一传感器的后面；第二传感器，其安装在选择催化还原装置的后面，并用于检测氮氧化物量；以及控制部分，其根据从第一传感器输入的信号判定第一传感器是否不工作。控制部分可以执行：比较传感器检测到的氮氧化物量和取决于发动机速度和燃料量的包含在排出的废气中的氮氧化物的预定值；在氮氧化物的预定值和由传感器检测到的值之间的差值在预定范围内的情况下，判定发动机是否处于稳定状态；当发动机处于稳定状态时，改变预定的发动机控制参数，以改变氮氧化物量；在氮氧化物量改变的情况下，判定传感器信号是否改变；以及在传感器信号不改变的情况下，判定传感器的故障。
预定范围可以是映射数据。
预定的发动机控制参数包括引燃喷射流、引燃喷射定时、主喷射流、主喷射定时和排出的废气再循环量。
预定的发动机控制参数的改变包括：判定发动机速度是否在空转状态的中间/较低范围内；在处于空转状态的发动机在中间/较低速范围内的情况下，判定调节器是否关闭以及冷却剂温度是否在预定范围内；以及在冷却剂温度在预定范围内且空调关闭的情况下，改变主喷射流和排出的废气再循环量。
根据本发明的一个实施例的用于除去排出的废气的氮氧化物(NOx)的选择性催化还原系统还可以进一步包括：在处于空转状态的发动机速度不在中间/较低速范围内的情况下，判定空调是否关闭以及冷却剂温度是否在预定范围内；以及在冷却剂温度在预定范围内且空调关闭的情况下，改变引燃喷射流和排出的废气再循环量。
根据本发明的一个实施例的用于除去排出的废气的氮氧化物(NOx)的选择性催化还原系统还可以进一步包括：在冷却剂温度在预定范围内或者空调没有关闭的情况下，改变主喷射定时。
根据本发明的一个实施例的用于除去排出的废气的氮氧化物(NOx)的选择性催化还原系统还可以进一步包括：判定传感器信号是否在预定的最大值和最小值之间；在传感器信号在预定的最大值和最小值内的情况下，判定传感器信号是否在预定范围内；以及在传感器信号在预定范围内的情况下，判定传感器的故障。
附图说明
图1的视图示出了根据本发明的一个示意性实施例的选择性催化还原系统。
图2和图3的流程图示出了根据本发明的一个示意性实施例的氮氧化物传感器的故障判断方法。
图4的曲线图示出了根据本发明的一个示意性实施例的氮氧化物传感器的输出范围。
图5的流程图示出了根据本发明的一个示意性实施例的基于氮氧化物传感器输出值的传感器的故障判断方法。
<表示附图中主要元件的附图标记说明>
103：宽带氧传感器
107：第一传感器
109：尿素喷射器
111：选择性催化还原装置
113：第二传感器
120：控制部分
具体实施方式
下面将参考附图具体描述本发明的一个示意性实施例。
图1的视图示出了根据本发明的一个示意性实施例的选择性催化还原系统。
如图1所示，根据本发明的一个示意性实施例的用于除去氮氧化物(NOx)的选择性催化还原系统包括：宽带氧传感器(线性λ传感器)101、第一传感器107、选择性催化还原装置111，第二传感器113和控制部分120。
宽带氧传感器101布置在排气管100中以检测排出的废气的氧，以及第一传感器107安装在宽带氧传感器101的后面并检测排出的废气的氮氧化物量。
选择性催化还原装置111布置在第一传感器107的后面，并包括尿素喷射器109，以及除去氮氧化物。
第二传感器113布置在选择催化还原装置的后面并检测氮氧化物量。
控制部分120基于从第一传感器107输入的信号判定第一传感器107是否不工作。
控制部分(ECU：发动机控制单元)120包括至少一个由预定程序运行的微处理器，且该预定程序可以被编程，以包括一套指令来执行根据本发明的一个示意性实施例的方法中的步骤，随后将进行更详细的描述。
另外，参考图1，安装有柴油氧化催化剂(DOC)103、催化微粒过滤器(CPF)105等。
用于除去柴油发动机的排出的废气的成份的用法对于本领域技术人员而言是显而易见的，因此这里没有对其进行详细的描述。
即，从发动机(未示出)排出的废气在排气管100中流动，经过柴油氧化催化剂103和催化微粒过滤器(CPF)105，并由第一传感器107检测氮氧化物量。
尿素喷射器109根据氮氧化物量喷射尿素，且由尿素除去选择催化剂装置111中的氮氧化物。
下面将参考图2和图3说明根据本发明的一个示意性实施例的故障判断方法。
图2和3的流程图示出了根据本发明的一个示意性实施例的氮氧化物传感器的故障判断方法。
参考图2，根据本发明的一个示意性实施例，首先，控制部分120比较由传感器107检测到的氮氧化物量和对应于发动机速度和燃料量的包含在排出的废气中的氮氧化物的预定值，以及判定在氮氧化物量和预定值之间的差值是否在预定范围内(S210)。
在第一传感器107测量的值是正确的情况下，选择性催化剂装置111能被准确控制。在下文中，第一传感器107称作“传感器”。
即，控制部分120比较取决于由对应于燃料量的氮氧化物量建模的映射数据的值和由传感器107测量到的值。
接着，在差值是在预定范围内的情况下，控制部分120判定发动机是否处于稳定状态(S230)。
在稳定状态中，发动机速度和燃料消耗量均匀，因此，可以在稳定状态判定传感器107的故障。
如果发动机判定为处于发动机的稳定状态(参考S230)，则控制部分120通过改变预定的发动机控制参数来控制氮氧化物量的变化(S250)。
预定的发动机控制参数包括引燃喷射流、引燃喷射定时、主喷射流、主喷射定时和排出的废气量。
即，预定的发动机控制参数改变，由此氮氧化物量改变。
例如，在引燃喷射流减少、氮氧化物量增加的情况下以及在主喷射定时提前的情况下，氮氧化物量增加。
下面将对步骤S250进行详细的解释说明。
接着，在氮氧化物量改变的情况下，控制部分120判定传感器107信号是否改变(S270)。
即，当氮氧化物量改变时，传感器107的输出值改变。
即，此时，在传感器107信号不改变的情况下，控制部分120判定传感器107是否不工作(S290)。
下面将参考图3详细描述步骤250。
在发动机在稳定状态的情况下，控制部分120判定空转状态的发动机速度是否处于中间/较低速范围中(S310)。
在本发明的一个示意性实施例中，在空转状态的发动机的中间/较低速范围表示发动机速度的范围是从740rpm到2500rpm，且空转状态的中间/较低速范围可以由本领域技术人员或者通过发动机的类型改变。
之后，在发动机速度处于空转状态的中间/较低范围中的情况下，控制部分120判定空调是否关闭以及冷却剂温度是否在预定范围内(S330)。
在本发明的一个示意性实施例中，冷却剂温度的预定范围是从25到75(℃)，且冷却剂温度的预定范围可以通过发动机的类型和本领域技术人员改变。
之后，在冷却剂温度在预定范围内且空调关闭的情况下，控制部分120改变主喷射定时和排出的废气再循环量(S350)。
即，因为在步骤S310，控制部分120判定空转状态中的发动机速度在中间/较低速范围内，即很容易引起噪音，所以如果引燃喷射流改变，则也会产生诸如噪音的副作用。
因此，在本发明的一个示意性实施例中，处于空转状态的发动机速度在中间/较低速范围内的情况下，控制部分120改变引燃喷射流和排出的废气再循环量。
同时，引燃喷射量变化范围从1mm3到3mm3，但并不限制于此。
另一方面，在步骤S330中，在冷却剂温度没有包含在预定范围内且空调不关闭的情况下，即，在冷却剂温度高于预定温度且空调打开的情况下，控制部分120只改变主喷射定时(S390)。
当冷却剂温度高于预定温度或者空调打开时，空转状态可能不稳定或者会产生烟雾，因此，控制部分120如上运行。
在本发明的一个示意性实施例中，当诸如空气加热器、交流发电机、冷却风扇、动力转向装置以及动力窗口的其它设备正在运行且空调也打开时，控制部分120如上运行。
在执行了步骤S350和S390之后，控制部分120判定传感器信号是否改变(S270)。
在步骤S310中，在处于空转状态的发动机速度不在中间/较低速范围内的情况下，以及当冷却剂温度在预定范围内的情况下，可以在步骤S370中判定空调是否关闭。
即，与在步骤S330中相似，在冷却剂温度高于预定温度或者空调打开的情况下，因为空转状态不稳定或者由排出的废气再循环量的变化产生烟雾，所以控制部分120如上判定。
在步骤S410中，在冷却剂温度在预定范围内且空调关闭的情况下，控制部分120改变引燃喷射流和排出的废气再循环量。
即，因为在步骤S310，发动机此时判定为高速运行，所以如果主喷射定时改变，则发动机的输出也能改变。
因此，当在本发明的一个示意性实施例中的控制部分120改变引燃喷射流和排出的废气再循环量时，可以检测传感器107的故障而没有诸如发动机的输出变化的副作用。
另一方面，在冷却剂温度不在预定范围内且空调不关闭的情况下，即，冷却剂温度高于预定温度或者空调打开的情况下，在步骤S370中，控制部分120只改变主喷射定时(S390)。
在冷却剂温度高于预定温度或者空调打开的情况下，因为空转状态不稳定或者能引起烟雾，所以控制部分120如上运行。
在本发明的一个示意性实施例中，当其它设备将负载施加到发动机，例如空气加热器、交流发电机、冷却风扇、动力转向装置以及动力窗口的情况下以及空调打开的情况下，控制部分120如上运行。
在本发明的一个示意性实施例中，当主喷射定时改变时，曲柄转角可以由本领域技术人员向前或向后移动10度。
在发生步骤S410之后，控制部分120判定传感器信号是否改变(S270)。
另一方面，在本发明的一个示意性实施例中，控制部分120可以基于传感器107的输出值判定传感器的故障。
图4的曲线图示出了根据本发明的一个示意性实施例的氮氧化物传感器的输出范围，以及图5的图示出了根据本发明的一个示意性实施例的基于传感器的输出值的传感器的故障判断方法。
参考图4，在传感器107的输出值在“A”范围内的情况下，控制部分120不会判定传感器不工作。
然而，在传感器107的输出值在范围“B”或者“C”内且输出值在最大输出值和最小输出值之间的情况下，传感器107的输出值不正常，因此控制部分120判定传感器107不工作。
下面将描述其中的判定步骤。
控制部分120判定传感器107信号是否在预定的最大值和最小值之间(S411)。
即，传感器107的通常输出值是“电压”，且最大值和最小值是能从完全运行的传感器107输出的最大值和最小量。
最大值和最小值可以由本领域技术人员或者通过一类传感器1 07改变。
接着，在传感器107信号是在最大值和最小量之间的情况下，控制部分120判定传感器107信号是否在预定范围内(S413)。
即，控制部分120判定传感器107的输出值是否在传感器107能基于映射数据产生范围的输出值范围内。
在传感器107信号不在预定范围内的情况下，控制传感器107判定传感器107不工作(S417)。
在步骤S411中，在由传感器107输出的信号比最大值大或者比最小值小的情况下，控制部分120判定传感器107有不连通部分或者短路(S415)。
步骤S411到S417可以早于步骤S210运行。
关于不连通或者短路，这些类型的故障对于本领域技术人员而言是显而易见的，因此在此不进行详细描述。
根据本发明的一个示意性实施例，可以判定氮氧化物传感器的常态或异常而不会产生噪音、发动机输出的变化、发动机的不稳定状态或产生烟雾。
尽管本发明已经结合目前可以视为具有实际示意性的实施例进行了描述，但是可以理解本发明并不限制于公开的实施例，而是相反地，本发明的意图在于覆盖包括在随附的权利要求的精神和范围内的各种不同的修改和等同布置。

Claims (14)

1.一种用于判定氮氧化物(NOx)传感器的故障的方法，该方法包括：
比较传感器检测到的氮氧化物量和取决于发动机速度和燃料量的包含在排出的废气中的氮氧化物的预定值；
在预定值和传感器检测到的值之间的差值在预定范围内的情况下，判定发动机是否处于稳定状态；
当发动机处于稳定状态时，改变预定的发动机控制参数以改变氮氧化物量；
在氮氧化物量变化的情况下，判定传感器信号是否改变；以及
在传感器信号不改变的情况下，判定传感器的故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定范围是映射数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定的发动机控制参数包括引燃喷射流量、引燃喷射定时、主喷射流量、主喷射定时和排出的废气再循环量的至少其中之一。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预定的发动机控制参数的改变包括：
判定处于空转状态的发动机速度是否在中间/较低范围内；
在处于空转状态的发动机速度是在中间/较低范围内的情况下，判定空调是否关闭以及冷却剂温度是否在预定范围内；以及
改变主喷射流量和废气再循环量。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
在发动机速度不在空转状态的中间/较低速范围内的情况下，判定空调是否关闭以及冷却剂温度是否在预定范围内；以及
在冷却剂温度在预定范围内且空调关闭的情况下，改变引燃喷射流量和排出的废气再循环量。
6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括在冷却剂温度不在预定范围内或者空调不关闭的情况下，只改变主喷射定时。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
判定传感器信号是否在预定的最大值和最小值内；
在传感器信号在预定的最大值和最小值之间的情况下，判定传感器信号是否在预定范围内；以及
在传感器信号不在预定范围内的情况下，判定传感器的故障。
8.一种用于除去排出的废气的氮氧化物(NOx)的选择性催化还原系统，该系统包括：
宽带氧传感器，其布置在排气管中以检测排出的废气的氧；
第一传感器，其用于检测排出的废气的氮氧化物量并安装在所述宽带氧传感器的后面；
选择性催化还原装置，其用于除去氮氧化物，并包括尿素喷射器以及布置在所述第一传感器的后面；
第二传感器，其安装在所述选择催化还原装置的后面，并用于检测氮氧化物量；以及
控制部分，其用于根据从所述第一传感器输入的信号判定第一传感器是否不工作，
其中控制部分执行：
比较所述第一传感器检测到的氮氧化物量和取决于发动机速度和燃料量的包含在排出的废气中的氮氧化物的预定值；
在氮氧化物的预定值和由所述第一传感器检测到的值之间的差值是在预定范围内的情况下，判定发动机是否处于稳定状态；
当发动机处于稳定状态时，改变预定的发动机控制参数，从而改变氮氧化物量；
在氮氧化物量改变的情况下，判定所述第一传感器的信号是否改变；以及
在所述第一传感器的信号不改变的情况下，判定所述第一传感器的故障。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述预定范围是映射数据。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述预定的发动机控制参数包括引燃喷射流量、引燃喷射定时、主喷射流量、主喷射定时和排出的废气再循环量。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述预定的发动机控制参数的改变包括：
判定所述发动机速度是否在空转状态的中间/较低范围内；
在处于空转状态的发动机是在中间/较低速范围内的情况下，判定空调是否关闭以及冷却剂温度是否在预定范围内；以及
在冷却剂温度在预定范围内且空调关闭的情况下，改变所述主喷射流量和排出的废气再循环量。
12.根据权利要求11所述的系统，进一步包括：
在处于空转状态的发动机速度不在中间/较低速范围内的情况下，判定所述空调是否关闭以及冷却剂温度是否在预定范围内；以及
在冷却剂温度是在预定范围内且空调关闭的情况下，改变所述引燃喷射流量和排出的废气再循环量。
13.根据权利要求11所述的系统，进一步包括在所述冷却剂温度是在预定范围内或者空调不关闭的情况下，改变所述主喷射定时。
14.根据权利要求8所述的系统，进一步包括：
判定所述传感器信号是否在预定的最大值和最小值之间；
在传感器信号是在预定的最大值和最小值内的情况下，判定所述传感器信号是否在预定范围内；以及
在所述传感器信号是在预定范围内的情况下，判定所述传感器的故障。
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