CN108035789A - 汽油车多级三元催化器性能在线监测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽油车多级三元催化器性能在线监测系统，其包括初级催化器前氧传感器、初级催化器、主催化器前氧传感器、主催化器、主催化器后氧传感器和在线监测模块；所述在线监测模块根据氧传感器所发送的废气中的氧含量数据，计算初级催化器的储氧能力或者初级催化器和主催化器的储氧能力，并根据所计算的储氧能力判断初级催化器和主催化器是否发生了故障。本发明的汽油车多级三元催化器性能在线监测系统，能够实现多级催化器的检测，填补了现有技术中的空白，并且根据法规要求，催化器监测为必检项，随着法规越来越严格，汽车生产商采用多级催化器的情况也将越来越多，因此，本发明也能满足法规的要求。

Description

汽油车多级三元催化器性能在线监测系统和方法
技术领域
本发明涉及一种汽油车多级三元催化器性能在线监测系统，适用于安装超过一个三元催化转化器的车辆，属于汽车电子OBD排放控制技术领域。
背景技术
三元催化转化器作为汽油机典型的后处理系统，安装在汽油机排放系统中，用来降低车辆尾气污染物(一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化合物NOx)排放。作为降低车辆尾气污染物排放的关键部件，法规对催化器性能提出了监测要求，以确保催化器维持较高的废气转化效率，因此三元催化转化器性能优劣对排放是否满足法规要求至关重要。由于排放主要集中在车辆冷起动阶段，为使催化器快速起燃以尽快进入正常工作状态，采用加上初级催化器方案的车辆越来越多，初级催化器一般安装在离发动机较近的地方，通常容量比后面的主催化器容量小，能够更快起燃。
专利CN201380060310.6(公告号：CN104813002A，公告日：2015.07.29)通过外部装置分析废气成分实现对催化器NOx转化效率进行诊断，但是对HC和CO的转化效果不明，并且未考虑多级催化器的监测问题，借用外部装置分析也不符合OBD在线监测法规要求。
专利CN201010247329.X(公告号：CN102374001A，公告日：2012.03.14)、CN201310289514.9(公告号：CN104279035A，公告日：2015.01.14)以及专利CN201410707909.0(公告号：CN104594986A，公告日：2015.05.06)基于针对氧气在催化器中停留的时间间接评估催化器的储氧能力，存在监测结果不准确、短时间内无法完成监测、未考虑多级催化器监测的问题，因此无法满足国家新法规的严苛要求。
专利CN200880007256.8(公告日2010.01.27，公告号CN101636566)监测催化器的方法是通过直接检测催化器排气中的碳氢化合物浓度确定催化器是否已经劣化。这种方法测量精度相对比较高，但是甲烷传感器成本过高，且此方法未考虑多级催化器的监测问题。
对于汽油机排气管上安装多级催化器后处理装置的情况，如何进行催化器监测，目前国内公开专利中尚未见涉及。
发明内容
本发明针对多级催化转化器监测技术缺失的问题，提供了一种汽油车多级三元催化器性能在线监测系统和方法，基于催化器转化效率和储氧能力的特性关系，尤其考虑老化程度和尾气的关系进行监测，分两种监测模式，即单级催化器监测模式和多级催化器系统监测模式，监测模式的确定主要基于初级催化器的储氧能力，最后通过和临界催化器储氧能力比较确定催化器性能，本发明能够在短时间内完成多级催化器性能的精确评估，及时准确地识别故障，满足法规的苛刻要求。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种汽油车多级三元催化器性能在线监测系统，其包括初级催化器前氧传感器、初级催化器、主催化器前氧传感器、主催化器、主催化器后氧传感器和在线监测模块；
所述初级催化器和主催化器按照发动机废气的排出方向依次连接；
所述初级催化器前氧传感器沿废气排出方向设置于所述初级催化器的上游侧，所述主催化器前氧传感器设置于所述初级催化器和主催化器之间，所述主催化器后氧传感器沿废气排出方向设置于所述主催化器的下游侧；
所述初级催化器前氧传感器、主催化器前氧传感器和主催化器后氧传感器均信号连接于所述在线监测模块，并将其监测的废气中的氧含量传输至所述在线监测模块，所述在线监测模块根据所述初级催化器前氧传感器、主催化器前氧传感器和主催化器后氧传感器所发送的废气中的氧含量数据，计算初级催化器的储氧能力或者初级催化器和主催化器的储氧能力，并根据所计算的储氧能力判断初级催化器和主催化器是否发生了故障。
可选的，所述汽油车多级三元催化器性能在线监测系统还包括后级催化器，所述后级催化器沿废气排出方向设置于所述主催化器的下游侧。
本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种汽油车多级三元催化器性能在线监测方法，其包括：
S10、确定OSC阈值；
S20、检测初级催化器的储氧能力，如果初级催化器的储氧能力高于OSC阈值，则认为总催化器系统无故障；
S30、如果初级催化器储氧能力低于OSC阈值，则继续监测评估总催化器系统的储氧能力；
S40、确定初级催化器储氧能力因子和总催化器系统的储氧能力因子；
S50、计算诊断结果，通过总催化器系统储氧能力因子乘以初级催化器储氧能力因子，得到诊断结果；
S60、如果诊断结果低于故障阈值，则说明总催化器系统故障，点亮故障灯，存储总催化器系统劣化故障；否则，认为总催化器系统无故障。
可选的，在S40中，通过至少三次的初级催化器和主催化器的储氧能力测试，经过EWMA加权滤波，然后分别参考临界初级催化器储氧能力和临界总催化器储氧能力，得到总催化器系统和初级催化器的储氧能力因子。
可选的，在步骤S10之前包括步骤S05：监测开始条件；当发动机起动后80秒或者过露点80秒；排气流量变化幅度小于20kg/h；排气流量在25kg/h～900kg/h范围内；初级催化器和主催化器的温度在550℃～1260℃正常工作范围内；发动机负荷在15％～68％范围内；发动机转速在1000rpm～3000rpm范围内；各个氧传感器的λ值偏离范围在0.04以内，如果超出此范围，则要求λ值控制在0.75～1.25以内，并且超出时间要求控制在在1秒以内；λ值在0.75～1.25以内；所有氧传感器能够正常工作，并且发动机无失火故障，当满足这些条件后，执行S10，否则，结束执行汽油车多级三元催化器性能在线监测方法。
本发明具有如下有益效果：本发明的汽油车多级三元催化器性能在线监测系统，能够实现多级催化器的检测，填补了现有技术中的空白，并且根据法规要求，催化器监测为必检项，随着法规越来越严格，汽车生产商采用多级催化器的情况也将越来越多，因此，本发明也能满足法规的要求。
附图说明
图1为本发明的汽油车多级三元催化器性能在线监测系统的结构示意图；
图2为本发明的汽油车多级三元催化器性能在线监测方法的流程图；
图中标记示意为：1-初级催化器前氧传感器；2-初级催化器；3-主催化器前氧传感器；4-主催化器；5-主催化器后氧传感器；6-后级催化器；7-在线监测模块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种汽油车多级三元催化器性能在线监测系统，包括初级催化器前氧传感器1、初级催化器2、主催化器前氧传感器3、主催化器4、主催化器后氧传感器5、后级催化器6和在线监测模块7。
所述初级催化器、主催化器和后级催化器按照发动机废气的排出方向依次连接。
所述初级催化器前氧传感器设置于所述初级催化器的上游侧(沿废气排出方向)，所述主催化器前氧传感器3设置于所述初级催化器2和主催化器4之间，所述主催化器后氧传感器5位于所述主催化器4的下游侧(沿废气排出方向)。
所述初级催化器前氧传感器1、主催化器前氧传感器3和主催化器后氧传感器5均信号连接于所述在线监测模块7，并将其监测的废气中的氧含量传输至所述在线监测模块，所述在线监测模块根据所述初级催化器前氧传感器1、主催化器前氧传感器3和主催化器后氧传感器5所发送的废气中的氧含量数据，计算初级催化器2的储氧能力或者初级催化器2和主催化器的储氧能力，并根据所计算的储氧能力判断初级催化器2和主催化器4是否发生了故障。
本实施例中，所述初级催化器前氧传感器1为线性氧传感器，所述主催化器前氧传感器和主催化器后氧传感器均为两点式氧传感器。
实施例2
本实施例提供了一种汽油车多级三元催化器性能在线监测方法，具体包括：
S10、确定OSC阈值
OSC阈值是为满足法规而确定的临界总催化器系统(初级催化器和主催化器)储氧能力，根据排气流量和催化器温度确定各工况的系统临界储氧能力样本，采纳具有最大储氧能力的样本，取该最大储氧能力的1.5倍作为OSC阈值即可。
S20、检测初级催化器的储氧能力，如果初级催化器的储氧能力高于OSC阈值，则认为总催化器系统无故障。
S30、如果初级催化器2储氧能力低于OSC阈值，则继续监测评估总催化器系统的储氧能力。
S40、确定初级催化器储氧能力因子和总催化器系统的储氧能力因子；
其中，初级催化器储氧能力因子为初级催化器储氧能力除以临界初级催化器储氧能力；总催化器系统的储氧能力因子为总催化器系统的储氧能力除以临界总催化器系统的储氧能力。
其中，临界初级催化器的制备方法具体为：按照法规OBD排放限值和制备流程对初级催化器实施老化过程，当任何一种排放物首先到达限值时，此时的初级催化器即为临界初级催化器。
临界总催化器系统的制备方法具体为：按照法规OBD排放限值和制备流程对初级催化器和主催化器同时实施老化过程，当任何一种排放物首先到达限值时，此时的初级催化器和主催化器即为临界总催化器系统催化器。
S50、计算诊断结果
总催化器系统储氧能力因子乘以初级催化器储氧能力因子，得到诊断结果。
S60、如果诊断结果低于故障阈值，则说明总催化器系统故障，点亮故障灯，存储总催化器系统劣化故障；否则，认为总催化器系统无故障。
其中，S40中，通过至少三次的总催化器系统储氧能力测试，经过EWMA加权滤波，然后分别参考临界初级催化器储氧能力和临界总催化器储氧能力处理得到总催化器系统和初级催化器2的储氧能力因子。
而且，所述故障阈值为基于排气流量和催化器温度的图表，根据临界总催化器系统确定。
本实施例中，在所述步骤S10之前包括步骤S05：监测开始条件；当发动机起动后80秒或者过露点80秒；排气流量变化幅度小于20kg/h；排气流量在25kg/h～900kg/h范围内；初级催化器和主催化器的温度在550℃～1260℃正常工作范围内(该温度可以通过计算或温度传感器获得)；发动机负荷在15％～68％范围内；发动机转速在1000rpm～3000rpm范围内；氧传感器的λ值偏离范围在0.04以内，如果超出此范围，则要求氧传感器的λ值控制在0.75～1.25以内，并且超出时间要求控制在在1秒以内；氧传感器的λ值需要控制在0.75～1.25以内；所有氧传感器能够正常工作，并且发动机无失火故障，当满足这些条件后，执行S10，否则，结束执行汽油车多级三元催化器性能在线监测方法。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种汽油车多级三元催化器性能在线监测系统，其特征在于，包括初级催化器前氧传感器、初级催化器、主催化器前氧传感器、主催化器、主催化器后氧传感器和在线监测模块；
所述初级催化器和主催化器按照发动机废气的排出方向依次连接；
所述初级催化器前氧传感器沿废气排出方向设置于所述初级催化器的上游侧，所述主催化器前氧传感器设置于所述初级催化器和主催化器之间，所述主催化器后氧传感器沿废气排出方向设置于所述主催化器的下游侧；
所述初级催化器前氧传感器、主催化器前氧传感器和主催化器后氧传感器均信号连接于所述在线监测模块，并将其监测的废气中的氧含量传输至所述在线监测模块，所述在线监测模块根据所述初级催化器前氧传感器、主催化器前氧传感器和主催化器后氧传感器所发送的废气中的氧含量数据，计算初级催化器的储氧能力或者初级催化器和主催化器的储氧能力，并根据所计算的储氧能力判断初级催化器和主催化器是否发生了故障。
2.根据权利要求1所述的汽油车多级三元催化器性能在线监测系统，其特征在于，还包括后级催化器，所述后级催化器沿废气排出方向设置于所述主催化器的下游侧。
3.一种汽油车多级三元催化器性能在线监测方法，其特征在于，包括：
S10、确定OSC阈值；
S20、检测初级催化器的储氧能力，如果初级催化器的储氧能力高于OSC阈值，则认为总催化器系统无故障；
S30、如果初级催化器储氧能力低于OSC阈值，则继续监测评估总催化器系统的储氧能力；
S40、确定初级催化器储氧能力因子和总催化器系统的储氧能力因子；
S50、计算诊断结果，通过总催化器系统储氧能力因子乘以初级催化器储氧能力因子，得到诊断结果；
S60、如果诊断结果低于故障阈值，则说明总催化器系统故障，点亮故障灯，存储总催化器系统劣化故障；否则，认为总催化器系统无故障。
4.根据权利要求3所述的汽油车多级三元催化器性能在线监测方法，其特征在于，在S40中，通过至少三次的初级催化器和主催化器的储氧能力测试，经过EWMA加权滤波，然后分别参考临界初级催化器储氧能力和临界总催化器储氧能力，得到总催化器系统和初级催化器的储氧能力因子。
5.根据权利要求4所述的汽油车多级三元催化器性能在线监测方法，其特征在于，在步骤S10之前包括步骤S05：监测开始条件；当发动机起动后80秒或者过露点80秒；排气流量变化幅度小于20kg/h；排气流量在25kg/h～900kg/h范围内；初级催化器和主催化器的温度在550℃～1260℃正常工作范围内；发动机负荷在15％～68％范围内；发动机转速在1000rpm～3000rpm范围内；各个氧传感器的λ值偏离范围在0.04以内，如果超出此范围，则要求λ值控制在0.75～1.25以内，并且超出时间要求控制在在1秒以内；λ值在0.75～1.25以内；所有氧传感器能够正常工作，并且发动机无失火故障，当满足这些条件后，执行S10，否则，结束执行汽油车多级三元催化器性能在线监测方法。
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