CN103016116A - 用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统和方法，其中用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统可以包括：温度传感器，该温度传感器设置在排放气体的流动管线上并具有催化剂材料，该催化剂材料引起与排放气体中的污染物质的放热反应；以及控制器，该控制器储存所述温度传感器的标准温度值并以如下方式操作：当温度值从所述标准温度值下降预定量时，可以在发动机控制单元的控制下加热排放气体，并且当加热之后测量到的温度值可以小于所述标准温度值时，可以确定催化剂材料已经劣化，从而可以用测量到的温度值代替标准温度值。

Description

用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于车辆的排气机(air exhauster)的检测有毒物质的污染的系统和方法，其自动地将催化剂装置的功能的退化减小到最低，所述催化剂装置用于在车辆行驶时燃烧和排放包含于排放气体中的硫成分的同时对排气进行净化。
背景技术
通常，为了实现本发明的关于在车辆的排气机中检测有毒物质的污染的系统和方法的效果(其自动地将催化剂装置的功能的退化减小到最低，所述催化剂装置用于在车辆驾驶时燃烧和排放包含于排放气体中的硫成分的同时对排气进行净化)，引入了通过在排气系统的催化剂的上游安装温度传感器并监测催化剂中毒前后的热值差异来检测催化剂中毒的技术。
此外，将响应这种检测的信号传输至发动机控制单元(ECU)，从而使排放气体的状况被控制以消除催化剂的中毒，由此恢复催化剂的功能。
特别地在常规技术中，将催化剂或吸附剂施用至温度传感器的表面上，该催化剂或吸附剂会引起与包含于气体中的反应材料的放热反应。
当催化剂或吸附剂在温度传感器上引起与气体的反应材料的放热反应时，通过温度传感器来检测由于放热反应而升高的温度。然后，由于硫而中毒的催化剂或吸附剂与排放气体相接触，因此降低加热温度，定量这种温度差异从而检测由硫导致的污染状态，之后在发动机中实施充足燃料条件，由此分离吸留的(occluded)有毒物质。
然而，这些方法是有问题的，原因在于相比于有毒物质的污染，温度传感器的加热功能的退化更大地受到由于施用在传感器表面上的催化剂或吸留材料(occluding material)的热损坏所导致的降低的热值的影响，这不利地导致难以实际检测仅是有毒物质的污染。
因此，需要使用温度传感器和催化剂的技术，在该技术中需要去除劣化(deterioration)的因素，并且仅发现来自有毒物质的污染的导致热降低的实际因素，从而准确检测污染。
该相关技术仅用于增加对本发明的背景的理解，且不应被认为是本领域一般技术人员所公知的常规技术。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各种方面致力于提供用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统和方法，其中即使不进行任何额外的操作也可以最大化地保持催化剂的功能，因而降低了气体排放并改进了车辆的环境友好形象。
在本发明的一个方面中，用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统可包括：温度传感器，该温度传感器设置在排放气体的流动管线上并具有催化剂材料，该催化剂材料引起与排放气体中的污染物质的放热反应；以及控制器，该控制器储存所述温度传感器的标准温度值(Ti)并以如下方式操作：当温度值从所述标准温度值(Ti)下降预定量时，在发动机控制单元的控制下加热排放气体，并且当加热之后测量到的温度值(Ta)小于所述标准温度值(Ti)时或者当测量到的温度值(Ta)与峰值温度值(Tp)之间的差不等于所述标准温度值(Ti)与峰值温度值(Tp)之间的差时，确定催化剂材料可能已经劣化，从而用测量到的温度值(Ta)代替标准温度值(Ti)，其中当S成分积聚于所述温度传感器的催化剂上时确定所述峰值温度值(Tp)。
所述污染物质为硫(S)成分，且所述催化剂材料为钯(Pd)成分或铂(Pt)成分。
所述标准温度值为在初始排放气体中测得的温度传感器的温度测量值。
所述控制器进行至少两次测量以获得测量的温度值，并且将该测量的温度值的平均值与标准温度值进行比较。
当所述发动机控制单元要求加热排放气体的时间周期缩短至预定时间段内时，所述控制器发出警报信号。
在本发明的另一个方面中，用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的方法可包括：测量并储存温度传感器的标准温度值(S100)，该温度传感器设置到排放气体的流动管线上并具有催化剂材料，该催化剂材料引起与污染物质的放热反应；当温度传感器的温度值从所述标准温度值下降预定量时，在发动机控制单元的控制下加热排放气体(S300)；并且，当排放气体加热之后测量到的温度值(Ta)小于所述标准温度值(Ti)时或者当测量到的温度值(Ta)与峰值温度值(Tp)之间的差不等于所述标准温度值(Ti)与峰值温度值(Tp)之间的差时，确定催化剂材料可能已经劣化，从而用测量到的温度值(Ta)代替标准温度值(Ti)(S600)，其中当S成分积聚于所述温度传感器的催化剂上时确定所述峰值温度值(Tp)。
所述标准温度值为在初始排放气体中测得的温度传感器的温度测量值。
进行至少两次测量以获得测量的温度值，并且将该测量的温度值的平均值与标准温度值进行比较。
所述方法可包括当所述发动机控制单元要求加热排放气体的时间周期缩短至预定时间段内时，向驾驶者发出警报。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
附图说明
图1为显示了根据本发明示例性实施方式的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统的方框图。
图2为显示了排放气体的温度的视图，其用以说明图1所示的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统。
图3为显示了使用图1所示的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统的检测过程的流程图。
应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。
具体实施方式
现在将对本发明的各个实施方式详细地作出引用，这些实施方式的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方式相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方式，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方式。
在下文中，将参考所附附图来描述根据本发明示例性实施方式的用于车辆的排气机(air exhauster)的检测有毒物质的污染的系统和方法。
图1显示了根据本发明示例性实施方式的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统，并且图2为用以解释图1的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统的显示了排放气体的温度的视图。
根据本发明示例性实施例的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统包括温度传感器100和控制器200，该温度传感器100设置到排放气体的流动管线并具有催化剂材料，该催化剂材料引起与排放气体中的污染物质的放热反应，该控制器200储存温度传感器100的标准温度值并以如下方式运行：当温度值从所述标准温度值下降预定量时，在ECU 300的控制下加热排放气体，当加热之后测量到的温度值小于标准温度值时，确定催化剂材料已经劣化(deteriorate)，从而用测量到的温度值代替标准温度值。
可以不同地配置车辆的排气机，其具体实例如下。
仅DOC(柴油机氧化催化剂)
DOC+DPF(柴油机微粒过滤器)
(DOC)+LNT(贫Nox捕集器)+DPF
DOC+DPF+SCR(选择性催化还原)
DOC+SCR+DPF
TWC(三元催化转化器)+DOC+LNT+DPF+SCR
DOC+DPF+LNT
上述的排气机是已知的，将省略对它们的详细描述。将根据本发明示例性实施方式的温度传感器安装在由此配置的排气机的上游或下游，从而测量施加在所述温度传感器上的催化剂的热量。
例如，假定污染物质为硫(S)成分，且催化剂材料为钯(Pd)成分或铂(Pt)成分。在S成分的情况中，Pd或Pt催化剂引起通过氧化释放热量的放热反应。特别地，当产生排放气体时，包含于排放气体中的S成分与温度传感器的Pd反应以产生热量，随后测量该热量，之后由控制器确定排气机是否被脱硫。如果需要脱硫，则可利用ECU升高排放气体的温度，使得S成分从催化剂分离。
为了使得这样的操作精确，控制器储存温度传感器100的标准温度值，当温度值从所述标准温度值下降预定量时，在ECU 300的控制下对排放气体进行加热，并且当加热之后测量到的温度值小于标准温度值时，确定催化剂材料已经劣化，从而用测量到的温度值代替标准温度值。
如图2所示，温度传感器的温度值具有如下趋势：由于S和催化剂之间的放热反应，温度传感器的温度值与产生的排放气体量成比例增加，然后由于当S成分附着到催化剂时反应的下降而导致温度传感器的温度值再次逐渐下降。将在该温度范围内的峰值设定为温度值并进行比较，由此可确定脱硫的时间点。
在图2中，Ti为初始态的峰值温度值，且标准温度值为在初始排放气体中测得的温度传感器的温度测量值，即指当催化剂还不是劣化状态时的初始值。
在S成分积聚于温度传感器的催化剂上的情况中，温度下降，因此峰值显示为Tp。因此，Tp比Ti小至少预定量的情况可用作排气机本身需要脱硫的时间点。
因此，控制器在ECU的控制下增加排放气体的温度，S成分利用热的排放气体再次从催化剂去除，由此催化剂自动地再生以能够表现其正常的功能。
然而，在催化剂材料长时间暴露于高温的情况中，其由于自劣化(self-deterioration)而可能会产生结块，因此催化剂的表面积降低，使其难以表现其最初的性能。
因此，需要调节标准点Ti。特别地，尽管在排放气体加热之后催化剂正常地再生，峰值温度值典型地由Ta表示。因此将对应于Ti与Tp之间的差的ΔT0和作为Ta与Tp之间的差的ΔTa进行比较，由此确定催化剂热量的下降是否基于中毒或自劣化。
因此，控制器200以如下方式操作：当加热之后测量到的温度值(Ta)小于标准温度值(Ti)时，则确定催化剂材料已经劣化，从而用测量到的温度值(Ta)代替标准温度值(Ti)。
特别地，在ΔTa小于ΔT0的情况中，用Ta代替Ti，从而使得中毒和裂化彼此区分。另外，在初始Ti持续固定的情况中，温度值总是被确定为不足够的，并且以非常长的时间将排放气体的温度保持为较高。在这样的情况中，由于高温导致的催化剂的劣化可能继续，从而不利地缩短了催化剂的寿命。
本发明旨在解决该问题，甚至无需进行任何另外的操作而最大化地保持催化剂的功能，由此降低气体排放并改进车辆的环境友好形象。
此外，不仅通过从NOx捕集催化剂去除SOx，还通过在高S条件下将排气机中的DPF脱硫和再生，从而可以控制白烟的产生。
特别地，通过解决由于不考虑源于热劣化的热值差而导致的常规问题，可提高检测硫污染的能力，当燃油以基值或更高值供应时向消费者发出警报，由此延迟车辆的劣化速率。此外，通过仅使用柴油机氧化催化剂根据EU4尾气排放标准进行周期性脱硫而排除污染，从而降低贵金属的消耗。
仍然在控制器200中，通过至少两次测量获得测量温度值，并将其平均值与标准温度值进行比较，从而增加测量的准确度。
而且，当使用ECU 300要求加热排放气体的时间周期缩短至预定时间段内时，控制器200发出警报信号，由此使驾驶者知道燃料处于含有大量S成分的状态，从而提供给驾驶者系统的高可靠性，并可发现劣质燃料。因此，可保护环境并可增加催化剂的使用寿命。
图3为显示了使用图1所示的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统的检测过程的流程图。根据本发明示例性实施方式的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的方法包括：测量并储存温度传感器的标准温度值(S100)，该温度传感器设置在排放气体的流动管线上并具有引起与污染物质的放热反应的催化剂材料；当温度传感器的温度值从所述标准温度值下降预定量时，在ECU的控制下加热排放气体(S300)；并且，当排放气体加热之后测量到的温度值小于标准温度值时，确定催化剂材料已经劣化，从而用测量到的温度值代替标准温度值(S600)。
特别地，将初始标准温度值设定为Ti，并且将随后测得的温度范围的峰值指定为Tp，并将Ti与Tp之间的差指定为ΔT0(S100)。
然后，当ΔT0小于A时，即当催化剂不产生热量时，确定催化剂已中毒，并加热排放气体(S200，S300)。因此，硫成分将再次从中毒的催化剂分离。
将在加热之后再次测量的温度范围的峰值指定为Ta，并将ΔTa指定为Ta和Tp之间的差(S400)。然后，比较ΔTa和ΔT0。如果ΔTa小于ΔT0，则确定催化剂已劣化，并用Ta代替Ti。
从而，使劣化态区别于中毒态，因此避免了不必要的排放气体加热，从而解决了催化剂劣化的问题。
在S600中，进行至少两次测量，从而获得测量温度值，并且将其平均值与标准温度值进行比较。此外，根据本发明示例性实施方式的检测方法还可以包括：当ECU要求加热排放气体的时间周期缩短至预定时间段内时向驾驶者发出警报。
如上文所述，本发明提供了用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统和方法。根据本发明的示例性实施方式，甚至无需进行任何额外的操作而最大化地保持催化剂的功能，从而降低了气体排放并改进了车辆的环境友好形象。
再根据本发明的示例性实施方式，不仅通过从NOx捕集催化剂去除SOx，还通过在高S条件下将排气机中的DPF脱硫和再生，从而可以控制白烟的产生。
特别地，解决了由于不考虑源于热劣化的热值差而导致的常规问题，由此可提高检测硫污染的能力，当燃油以基值或更高值供应时向消费者发出警报，由此延迟车辆的劣化速率。此外，通过仅使用柴油机氧化催化剂根据EU4尾气排放标准进行周期性脱硫而排除污染，从而降低贵金属的消耗。
前面对本发明具体示例性实施方式所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (9)

1.一种用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统，其包括：
温度传感器，该温度传感器设置在排放气体的流动管线上并具有催化剂材料，该催化剂材料引起与排放气体中的污染物质的放热反应；以及
控制器，该控制器储存所述温度传感器的标准温度值(Ti)并以如下方式操作：当温度值从所述标准温度值(Ti)下降预定量时，在发动机控制单元的控制下加热排放气体，并且当加热之后测量到的温度值(Ta)小于所述标准温度值(Ti)时或者当测量到的温度值(Ta)与峰值温度值(Tp)之间的差不等于所述标准温度值(Ti)与峰值温度值(Tp)之间的差时，确定催化剂材料已经劣化，从而用测量到的温度值(Ta)代替标准温度值(Ti)，其中当硫(S)成分积聚于所述温度传感器的催化剂上时确定所述峰值温度值(Tp)。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统，其中所述污染物质为硫(S)成分，且所述催化剂材料为钯(Pd)成分或铂(Pt)成分。
3.根据权利要求1所述的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统，其中所述标准温度值为在初始排放气体中测得的温度传感器的温度测量值。
4.根据权利要求1所述的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统，其中所述控制器进行至少两次测量以获得测量的温度值，并且将该测量的温度值的平均值与标准温度值进行比较。
5.根据权利要求1所述的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的系统，其中当所述发动机控制单元要求加热排放气体的时间周期缩短至预定时间段内时，所述控制器发出警报信号。
6.一种用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的方法，其包括：
测量并储存温度传感器的标准温度值(S100)，该温度传感器设置在排放气体的流动管线上并具有催化剂材料，该催化剂材料引起与污染物质的放热反应；
当所述温度传感器的温度值从所述标准温度值下降预定量时，在发动机控制单元的控制下加热排放气体(S300)；并且
当排放气体加热之后测量到的温度值(Ta)小于所述标准温度值(Ti)时或者当测量到的温度值(Ta)与峰值温度值(Tp)之间的差不等于所述标准温度值(Ti)与峰值温度值(Tp)之间的差时，确定催化剂材料已经劣化，从而用测量到的温度值(Ta)代替标准温度值(Ti)(S600)，其中当硫(S)成分积聚于所述温度传感器的催化剂上时确定所述峰值温度值(Tp)。
7.根据权利要求6所述的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的方法，其中在S100中，所述标准温度值为在初始排放气体中测得的温度传感器的温度测量值。
8.根据权利要求6所述的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的方法，其中在S600中，进行至少两次测量以获得测量的温度值，并且将该测量的温度值的平均值与标准温度值进行比较。
9.根据权利要求6所述的用于车辆的排气机的检测有毒物质的污染的方法，其还包括当所述发动机控制单元要求加热排放气体的时间周期缩短至预定时间段内时，向驾驶者发出警报。
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