CN108150251A - 废气净化装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于控制废气净化装置，以提高净化从发动机排出的废气的三元催化剂(TWC)的性能的方法，该方法包括：通过使用温度传感器和废气流量传感器确定三元催化剂的热负荷；测量根据热负荷的、储存在三元催化剂中的氧存储容量(OSC)；通过使用OSC的变化量确定拐点；以及围绕拐点有区别地控制催化剂加热时间段。

Description

废气净化装置及其控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月6日提交的韩国专利申请No.10-2016-0165287的优先权，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
技术领域
本发明涉及废气净化装置及其控制方法。更具体地，本发明涉及一种废气净化装置及其控制方法，其有区别地控制催化剂加热时间以提高三元催化剂的性能。
背景技术
最近，根据增加的车辆使用量和增加的交通量，因废气引起的空气污染成为严重的社会问题。
因此，各国政府制定了废气中的污染物，例如一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)，氮氧化物(NOx)等的排放标准以规范废气。关于废气的法规越来越严格。
此外，车辆制造商也致力于高效应对废气的严格规定。根据废气排放标准制造新型车辆。
特别地，为了满足废气排放标准，将贵金属浸入的三元催化转化器安装在车辆的排气系统中，以加速碳氢化合物的氧化，一氧化碳的氧化和氮氧化氮的还原。
三元催化剂是指与作为废气的有害成分的烃基化合物，一氧化碳和氧化氮(NOx)同时反应并除去这些化合物的催化剂。主要使用Pt/Rh、Pd/Rh或Pt/Pd/Rh催化剂。
此外，三元催化剂响应于相对于废气的空气燃料比的贫(lean)(过氧)状态和富(过量燃料)状态的变化，执行还原一氧化碳和碳氢化合物或还原氮氧化物的功能。
然而，当三元催化剂降解时，催化剂性能下降。但是，根据催化剂性能的变化，无法执行三元催化剂的控制；以与新产品相同的方式控制在保质期内排气中的催化剂。此外，当在氧存储容量(OSC)恒定的区域中控制三元催化剂时，由于根据OSC的变化的催化剂性能变化大，因此控制三元催化剂变得困难，因此催化剂性能劣化，这将导致排放量增加等。
本背景技术部分所公开的信息仅用于增强对于本发明一般背景的理解，并且不应被视为这种信息形成本领域技术人员已知的现有技术的确认或任何形式的启示。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种废气净化装置及其控制方法，其通过利用OSC的变化量来确定拐点，并围绕着拐点有区别地控制催化剂加热时间段。
根据本发明的示例性实施例的一种用于控制废气净化装置的方法，该方法被配置成用于提高用于净化从发动机排出的废气的三元催化剂(TWC)的性能，并且包括通过使用温度传感器和废气流量传感器确定三元催化剂的热负荷；根据热负荷测量储存在三元催化剂中的氧存储容量(OSC)；通过使用OSC的变化量确定拐点；以及围绕拐点有区别地控制催化剂加热时间段。
所述拐点可以包括OSC的变化量的减少率变化的点。
在确定拐点的步骤中，热负荷可被配置成通过累积三元催化剂的前端部的温度和废气流量来确定，OSC的减少率可被配置成通过根据热负荷测量OSC的量来确定，并且当OSC的减少率的绝对值低于一定值时，确定已经经过拐点。
在有区别地控制催化剂加热时间段的步骤中，当OSC的变化量在拐点前时，催化剂加热时间段可被配置成被控制，以线性地增加；并且当OSC的变化量在拐点后时，催化剂加热时段可被配置成被控制，以具有预定的设定值。
可使用化学吸附法、模拟激活评估装置，发动机或车辆来测量OSC。
可在三元催化剂被布置在车辆的状态下测量车辆行驶过程中的OSC。
在于发动机或者单个部件组合装置(single part league device)处根据时间顺序老化后，OSC可通过估计车辆废气来进行测量。
同时，本发明提供了一种废气净化装置，其用于净化发动机的废气且包括：三元催化剂(TWC)，其布置排气管路，从发动机排出的废气通过排气管路，三元催化剂将包括被包括在废气中的一氧化碳，碳氢化合物和氧化氮在内的有害物质变化成为无害成分；氧传感器，其测量存储在三元催化剂中的氧存储容量(OSC)；以及控制器，其配置成确定三元催化剂的热负荷，并根据热负荷通过使用OSC的变化量来控制催化剂加热时间段。
控制器可确定变化量的减小率变化的拐点，并且围绕着拐点有区别地控制催化剂加热时间段。
当OSC的变化量在拐点前时，控制器可控制催化剂加热时间段，使其线性地增加，并且当OSC的变化量在拐点后，控制催化剂加热时间段，使其具有预定的设定值。
如上所述，根据本发明的示范性实施例，通过使用OSC的变化量确定拐点，并围绕拐点有区别地控制催化剂加热时间段，能进行三元催化剂性能的最优控制并且可提高废气净化性能。
本发明的方法和装置具有在并入本文的附图中更详细地提出的或者从附图显而易见的其他特征和优点，并且附图与下文详细描述一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的提高三元催化剂性能的废气净化装置的示意图。
图2是示出为了提高三元催化剂性能，根据本发明的示例性实施例的废气净化装置控制催化剂加热时间段的示意性流程图。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的根据三元催化剂的老化(aging)的OSC的变化的曲线图。
图4是示出在根据图3的拐点的各控制区域中的催化剂加热时间段的示例的曲线图。
图5是示出三元催化剂的OSC的变化与排放量(EM)的关系的曲线图。
图6是比较根据三元催化剂的OSC的变化的废气净化性能的曲线图。
图7是示出根据本发明的示例性实施例，在各个控制区域中的根据三元催化剂的老化时间的OSC的变化的曲线图。
图8是示出OSC的变化影响废气净化性能的效应的曲线图。
应当理解的是，呈现出说明本发明的基本原理的各种特征的某些简化表示的附图无需按比例绘制。如本文所公开的，包括例如，特定尺寸、方向、位置，和形状的本发明的特定的设计特征将部分地由特定预期应用和使用环境确定。
在附图中，贯穿附图中若干幅图，相同的附图标记指代本发明的相同或等效的部件。
具体实施方式
现将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在下文进行描述。当将结合示例性实施例描述本发明时，应当理解的是，本描述不意图于将本发明限制于这些示例性实施例。正相反，本发明意在不仅覆盖这些示例性实施例，而且还覆盖可包括在由所附权利要求界定的本发明的精神和范围内的各种变化、修改、等效和其他实施例。
应当理解，当一个元件被称为在另一元件“上”或“之上”时，其可以直接位于在另一元件上，或在其二者之间存在介于其中的元件。
在下文中，将参照附图描述根据本发明的示例性实施例的废气净化装置及其控制方法。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于提高三元催化剂性能的废气净化装置的示意图。废气净化装置仅示出了描述本发明的示例性实施例所需的示意性结构，并且不限于此种结构。
参考图1，根据本发明的示例性实施例的废气净化装置包括发动机100、燃烧室102、喷射器104、排气管路110三元催化剂(TWC)120，λ传感器(lambda sensor)130、温度传感器140、氧传感器150和控制器160。
外部空气被供应到发动机100的燃烧室102，喷射器104在预定时间向燃烧室102喷射预定的燃料量，并且燃烧后的废气通过排气管路110的三元催化剂120排出到外部。
三元催化剂120布置在从发动机100排出的废气所通过的排气管路110中，并且通过氧化还原反应将包括一氧化碳，碳氢化合物和氧化氮的有害物质变成无害物质。
λ传感器130被配置成检测通过排气管路110的废气的λ值，并将该信号传输到控制器160。控制器160可以使用λ值来控制喷射器104，并且确定喷射器104的燃料是否被切断。
温度传感器140布置在三元催化剂120的前端部或后端部，并且被配置成测量废气或三元催化剂120的温度，并将温度信息提供给控制器160。
此外，氧传感器150被配置成测量氧存储容量(在下文中称为OSC)并将测量的氧存储容量信息提供给控制器160。此处，虽然描述成氧传感器150布置在三元催化剂120处，但氧传感器150也可布置在前端部或后端部，且不限于此。
同时，可以使用化学吸附法、模拟激活评估装置，发动机或车辆来测量OSC，并且可在三元催化剂布置在车辆的状态下测量车辆行驶过程中的OSC。同样地，OSC可通过估计在于发动机或者单个部件组合装置(single part league equipment)处根据时间顺序老化(aging)后的车辆废气来进行测量。
控制器160被配置成通过使用在温度传感器140处测量的废气的温度和流量(或进气量)的信息来确定三元催化剂的热负荷，并且通过使用根据热负荷的OSC的变化量来控制催化剂加热时间段。
当OSC的变化量在拐点前时，控制器160控制催化剂加热时间段，使其线性增加。并且，当OSC的变化量在拐点后时，控制器160控制催化剂加热时间段，使其具有预定的设定值。此处，预定的设定值包括基于作为催化剂的保质期的距离值(distance value)来保持催化剂性能的预定值。
为了本发明目的，控制器160可通过至少一个由预定程序运行的微处理器实现，并且预定程序可被配置成执行据本发明的示例性实施例的控制废气净化装置的方法的各个步骤。
图2是示出为了提高三元催化剂性能，根据本发明的示例性实施例的废气净化装置控制催化剂加热时间段的示意性流程图。下文的流程图使用与图1的组成部分联系的相同的附图标记来描述。
参照图2，根据本发明的示例性实施例的废气净化装置使用温度传感器和废气流量(flow rate)传感器确定三元催化剂120的热负荷(S101)。
随后，废气净化装置测量根据热负荷的、储存在三元催化剂中的氧存储容量(OSC)(S102)。
废气净化装置使用OSC的变化量来确定拐点(S103)。此处，拐点包括OSC的变化量的减少率发生变化的点。拐点可包括根据催化剂老化时间的减少趋势突然(critically)和平稳减少的点。
废气净化装置通过累积三元催化剂的前端部的温度和废气流量来确定热负荷，并且通过测量根据热负荷的OSC的量来确定OSC减少率。此外，当OSC的减少率的绝对值低于一定值时，废气净化装置可确定拐点已经过去。
此外，当根据热负荷的OSC的值大于拐点的OSC值时，废气净化装置可根据三元催化剂老化来控制催化剂加热时间段(S104和S105)。
此外，当OSC值小于拐点的OSC值时，废气净化装置可控制，使控制变量具有预定的设定值(S104和S106)。此处，预定的设定值包括基于作为催化剂的保质期的距离值来保持催化剂性能的预定值。
图3是示出根据本发明的示例性实施例，根据三元催化剂的老化的OSC的变化的曲线图。
三元催化剂的OSC量根据初始阶段的劣化(degradation)迅速减少，且在一定时间后OSC的量平稳减少。因此，如图3所示，存在OSC的变化趋势发生变化的拐点，并且其可基于拐点被分成OSC快速减小的区域(Zone_1)和OSC平稳减少的区域(Zone_2)。
在拐点前(Zone_1)，根据老化时间的OSC的变化较大，但根据OSC的变化的EM效应较小，因此容易控制与三元催化剂性能相关的控制变量，即催化剂加热时间。
然而，在拐点后(Zone_2)，根据老化时间的OSC的变化较小，但是根据OSC的变化的EM效应敏感，因此难以控制与三元催化剂性能相关的控制变量，即催化剂加热时间。
图5是示出三元催化剂的OSC的变化与EM的关系的曲线图。
参考图5，根三元催化剂老化时间OSC的变化在拐点附近较大，EM的变化随着三元催化剂的老化时间增加而增加，并随着OSC的降低而增加。此外，EM的变化趋势在拐点后(Zone_2)比拐点前(Zone_1)更敏感。
图6是比较根据三元催化剂的OSC的变化的废气净化性能的曲线图。
参考图6，根据三元催化剂老化时间的OSC的变化在拐点附近较大，并且废气净化性能随着三元催化剂的老化时间增加而降低，并且随着OSC的降低而降低。因此，废气净化性能基于拐点变化，并且在拐点后(Zone_2)比拐点前(Zone_1)净化性能降低更多。
图7是示出根据本发明的示例性实施例的，在各个控制区域中根据三元催化剂的老化时间的OSC的变化的视图；并且图8是示出OSC的变化影响废气净化性能的效应的曲线图。
参考图7，OSC的减少量基于拐点变化，并且在拐点前(Zone_1)和拐点后(Zone_2)变化趋势不同。在拐点前(Zone_1)，OSC的减少率大，而在拐点后(Zone_2)，OSC的减少率小。
然而，参考图8，OSC的量的变化影响EM的变化的效应在拐点前(Zone_1)不敏感，但拐点后(Zone_2)，OSC的量的变化影响EM的变化的效应敏感。
因此，如图4所示，根据本发明的示例性实施例的废气净化装置基于拐点控制与三元催化剂的性能有关的催化剂加热时段。
例如，在拐点前(Zone_1)，控制催化剂加热时间段(C)，使其随着根据催化剂的热负荷的OSC(A)的量线性地增加。
此外，在拐点后(Zone_2)，控制催化剂加热时间段(D)，使其在拐点处具有按照根据热负荷的OSC(B)的量的预定的设定值。
如上所述，根据本发明的示范性实施例，通过使用OSC的变化量确定拐点，并围绕拐点有区别地控制催化剂加热时间段，能进行三元催化剂性能的最优控制并且提高废气净化性能。
为了方便所附权利要求的解释和准确定义、术语“上面的”、“下面的”、“在内部”、“在外部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背后”、“内”、“外”、“向内”、“向外”、“内里”、“外面”、“向前”和“向后”被用于参考附图中显示的特征的位置、描述示例性实施例的这些特征。
为了说明和描述的目的，已经呈现出了本发明的具体示例性实施例的前文描述。其不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然根据上述教导，可进行许多修改和变化。选择并描述这些示例性实施例以解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施例，以及其各种替代及修改。意图是本发明的范围由其所附权利要求及其等效物进行限定。

Claims (10)

1.一种用于控制废气净化装置来提高净化从发动机排出的废气的三元催化剂(TWC)的性能的方法，所述方法包括以下步骤：
通过使用温度传感器和废气流量传感器确定三元催化剂的热负荷；
测量根据所述热负荷的、储存在三元催化剂中的氧存储容量(OSC)；
通过使用所述OSC的变化量确定拐点；以及
围绕所述拐点有区别地控制催化剂加热时间段。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
所述拐点包括所述OSC的变化量的减小率变化的点。
3.根据权利要求1所述的方法，其中
在确定所述拐点的步骤中，
所述热负荷被配置成通过累积所述三元催化剂的前端部的温度和废气流量进行确定，所述OSC的减少率被配置成通过测量根据热负荷的OSC的量进行确定，并且当所述OSC的减少率的绝对值低于预定值时，确定已经经过所述拐点。
4.根据权利要求1所述的方法，其中
在有区别地控制催化剂加热时间段的步骤中，.
当所述OSC的变化量在所述拐点前时，所述催化剂加热时间段被配置成经控制，线性地增加；并且
当所述OSC的变化量在所述拐点后时，所述催化剂加热时间段被配置成经控制，具有预定的设定值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中
通过使用化学吸附法、模拟激活评估装置，发动机或车辆来测量所述OSC。
6.根据权利要求1所述的方法，其中
在所述三元催化剂被布置在所述车辆的状态下测量车辆行驶过程中的所述OSC。
7.根据权利要求1所述的方法，其中
通过估计在于发动机或者单个部件组合装置处根据时间顺序老化后的车辆废气来测量所述OSC。
8.一种设置来净化发动机废气的废气净化装置，所述装置包括：
三元催化剂(TWC)，其布置在排气管路处，从所述发动机排出的废气被配置成通过所述排气管路，所述三元催化剂(TWC)将包括在废气中的包括一氧化碳，碳氢化合物和氧化氮在内的有害物质转变为无害成分；
氧传感器，其被配置成测量存储在三元催化剂中的氧存储容量(OSC)；以及
控制器，其配置成确定所述三元催化剂的热负荷，并通过使用根据所述热负荷的OSC的变化量来控制所述催化剂加热时间段。
9.根据权利要求8所述的废气净化装置，其中
所述控制器被配置成确定所述变化量的减小率变化的拐点，并且围绕着所述拐点有区别地控制所述催化剂加热时间段。
10.根据权利要求9所述的废气净化装置，其中
所述控制器被配置成：当所述OSC的变化量在所述拐点前时，控制所述催化剂加热时间段，使其线性地增加，并且
当所述OSC的变化量在所述拐点后，控制所述催化剂加热时间段，使其具有预定的设定值。
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