CN1969114A - 控制氮氧化物捕集器运行并诊断其老化条件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法，该方法在于布置有排气管路的氧探针(21)并观察代表信号向阈值S1的独特显著增大，该增大从氮氧化物捕集器的渗出开始开始计算，并在发动机从稀混合气操作状态切换到浓混合气操作状态后的变化后获得，并且用作控制渗出操作的结束的指示。本发明的特征在于，将所述信号在渗出开始与渗出结束之间的时间上的积分以及而后该积分值与阈值S2的对比用于诊断氮氧化物捕集器的老化条件。本发明还涉及一种用于执行所述方法的设备。

Description

控制氮氧化物捕集器运行并诊断其老化条件的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种方法和设备，用于控制氮氧化物捕集器的运行，以及用于诊断其在用于稀混合气操作的发动机时，即在对燃料提供过剩氧量的条件下的老化条件。
背景技术
专利申请FR2843044已经公开了一种用于控制这种发动机的氮氧化物捕集器的运行的方法和设备。
该文献公开的方法使用开/关型氧探针来检测减少氮氧化物捕集器型催化剂上吸附的氮氧化物的动作的结束。根据这种方法，在气敏元件的标准工作温度，大约在650℃到800℃之间，检测渗出的结束。
在该文献中，借由设置在捕集器下游的氧探针所传送的电信号中第二跳变的出现来检测渗出的结束。该第二跳变用作渗出结束的指示。
根据所述文献公开的方法的第二跳变的简易检测存在会不幸被各种参数干扰的缺点。
所述参数中的第一个与排出发动机的废气成分的差不多完全实现的控制相关，由此造成探针发出的信号的波动，随之造成渗出结束的错误检测。
第二个参数与检测第一平台所用的时间相关，这表明(时间)太短以致于不总是可靠。
最后一个参数与为正确检测曲线上的第二跳变而需要具有足够的探针信号幅度有关。
最后，该现有方法存在不能在氮氧化物捕集器使用的过程中诊断其老化条件的缺点。
因此，需要一种方法，用于控制氮氧化物捕集器运行，同时能诊断其老化条件，及其用于靠稀混合气运行的内燃机的工作条件。
发明内容
因此，本发明的主题是一种方法，用于控制氮氧化物捕集器的运行，并诊断其用于用稀混合气操作的内燃机时的老化条件，由此周期性地进行所述氮氧化物捕集器的渗出，该方法在于将第一氧探针放在排气管路上并使其处在氮氧化物捕集器下游，以及在于观察代表由该探针传送的信号的有效信号的变化。
该方法的特征在于，将在发动机从稀混合气操作向浓混合气操作过渡后的变化之后得到的、该代表信号自氮氧化物捕集器的渗出开始时朝向阈值S1的独特的显著增大用作命令渗出结束的指示，并且使用有效信号在从渗出开始到渗出结束的时间上的积分、然后积分值与阈值S2的对比、或者从渗出的开始时刻到达到阈值S1所用的时间的测量来诊断其老化条件。
本发明的方法具有这样的优点，即，当气敏元件(拉姆达探针)在低温(400℃至500℃)下工作时，能可靠地检测渗出的结束以及诊断氮氧化物捕集器的老化条件。
当气敏元件(拉姆达探针)在低温下工作时，本发明的方法具有能简单可靠地检测氮氧化物捕集器的渗出结束的优点。
本发明的方法在气敏元件的标准工作温度，即在大约650℃至800℃之间进行诊断，该方法具有比在低温上进行诊断更快的优点。这是因为探针的热平衡没有变化。因而能在决定后就立即进行诊断。
本发明的另一主题是一种设备，用于控制氮氧化物捕集器的运行，并诊断其用于用稀混合气操作的内燃机时的老化条件，用于执行前面限定的方法，所述内燃机配有具有氮氧化物捕集器的排气管路。
该设备的特征在于它包括：氧探针，设置在排气管路上并在氮氧化物捕集器下游；以及计算装置，用于确定从渗出开始时起代表由所述探针传送的信号的有效信号的独特的显著增大，并用于确定氮氧化物捕集器的老化条件，所述信号是在渗出操作开始之后获得的，所述独特的显著增大用作渗出结束的指示。
优选地，当拉姆达氧探针在400℃和500℃之间的温度下工作时，能进行氮氧化物捕集器运行的控制。
优选地，当拉姆达氧探针在大约400℃和500℃之间或者在大约650℃和800℃之间工作时，能进行诊断。
优选地，在观察到在大约400℃-500℃的温度下获得的独特信号之前或之后，可独立于前述信号观察到补充信号。
该新信号可包括新显著增大，该增大从水平基本恒定的第一平台形成第二平台，并且是在发动机从稀混合气操作向浓混合气操作过渡之后的变化以后获得的。当拉姆达氧探针在大约650℃和800℃之间的温度下工作时，该新信号可用作补充指示以命令渗出的结束。
当拉姆达氧探针在大约650℃和800℃之间的温度下工作时，也可通过测量第一和第二平台之间所经过的时间来实现诊断以诊断其老化条件。
优选地，补充应用位于氮氧化物捕集器上游的第二氧探针产，以便传送基准信号，由第一探针传送的信号中的变化与该基准信号进行比较将提供所述有效信号。
氧探针可以从下列类型的探针中选择：氧浓度测量功能得到利用的氮氧化物传感器、比例探针、开/关型氧探针。
第一和第二探针的类型可以不同或相同。
设备可包括第二氧探针，该探针设置在氮氧化物捕集器的上游并连接至所述计算装置，用于向这些计算装置传送基准信号。
下面将利用下面作为例子给出的示范实施例描述本发明，但这些实施例在任何情况下都不对本发明对象起限制作用。
附图说明
下面将参照附图进行描述，在这些图中：
图1是所述发动机的气路的示意及局部示图；
图2和图3表示从渗出开始随着时间的流逝呈现的测量结果。这些曲线表示随着时间的流逝横跨在探针终端上的电压；
-图2是表示用专利申请FR2843044公开的方法获得的、拉姆达探针在大约650℃和800℃之间的温度下工作时位于氮氧化物捕集器下游的氧探针的信号的代表曲线的图表；
-图3是根据本发明的拉姆达探针在大约400℃和500℃之间的温度下工作时位于氮氧化物捕集器下游的氧探针的信号的代表曲线的图表。
图4A和4B表示在高温下(图4A)和在低温下(图4B)作为传感器温度及废气的化学成分的函数的氧探针的特性，其本身是氮氧化物捕集器老化的函数，所述探针位于氮氧化物捕集器的下游，该特性研究适用于诊断其老化条件。
具体实施方式
图1示意性地顺序地表示按照气体流动方向被气体穿过的发动机的组件：
进气口11，位于空气过滤器下游，
涡轮增压器的抽气部分12，
进气歧管13，
配有喷射器15的汽缸14的顶部，
排气歧管16和涡轮增压器的排气部分17，
氮氧化物捕集器18，配有微粒滤清器19的排气管路。
第一氧探针21可安装在氮氧化物捕集器的下游，第二氧探针22安装在氮氧化物捕集器的上游，两个探针都与计算单元23连接，其本身与发动机控制单元24连接。
例如，探针是开/关型氧探针。
在图2中，曲线由新的、稳定的氮氧化物捕集器获得。
现有技术中的方法，在使用的标准温度(高温)下工作，能够使全部还原剂与出现在探针(铂)电极上的氧反应。
这使氧局部压力减小，因而使探针的电动势增大。因此，只要燃空比(还原剂/氧化剂比率)足够(第一平台1)，传感器发出的信号很容易就上升到饱和水平1。
该第一平台1对应于减少氮氧化物捕集器中的氮氧化物所需要的燃空比(还原剂/氧化剂比率)的增大。甲烷主要存在于氮氧化物捕集器的下游。
当氮氧化物捕集器上游的还原剂对减少氮氧化物捕集器中吸收的氮氧化物无效时，由于渗出结束时捕集器内产生氢，因而出现第二跳变2。
位于捕集器下游的、含有氢的还原剂浓度的该第二增大对应于渗出的结束，并由传感器发出的电信号的变化指示。
在图3中，曲线4至8分别在400℃、500℃、600℃、700℃和800℃的拉姆达探针温度下获得。
可以观察到，对于氮氧化物捕集器的相同老化条件，但是以低发动机运行温度(曲线4和5)，探针电极上的催化反应受到限制。
在低温(曲线4和5)情况下，在高温(曲线6、7和8)观察到的第一平台20不再存在。当前，还原剂，例如甲烷，不与氧化剂反应。这导致产生弱信号。
随着氮氧化物捕集器中存储的氮氧化物的处理继续进行，当拉姆达探针的温度高时，探针发出的电信号增加30到与第二跳变2相等的水平31。在低温下观察到的探针信号的该简单跳变30实际上等于在高温下得到的第二跳变2。这与渗出的结束相符，因而与氮氧化物捕集器下游的还原剂(氢、CO和碳氢化合物)量的增加相符。
为了优化渗出结束的检测，可以根据传感器温度来定义阈值S1，因为探针的最大电压的减小是传感器温度的增大的函数。
这种用于检测渗出结束的方法可单独使用或与专利文献FR2843044公开的控制方法结合使用。
当传感器温度在渗出过程中较低时，优选地，在渗出结束时将其再次升高，以便获得传感器的标准工作温度，并防止其被碳烟淤塞和/或通过废气中毒。
在图4A和4B中，在y轴上，左边的坐标代表横跨在拉姆达探针终端上的电压，右边的坐标代表比例探针传送的燃空比信号数值。
图4A和4B是分别在700℃和400℃的下游拉姆达探针温度下获得的。
在图4A和4B中，曲线9a和9b分别代表在高和低传感器温度(拉姆达探针)下获得的、由位于新的稳定的氮氧化物捕集器下游的氧探针传送的信号。
曲线10a和10b分别代表在拉姆达探针的高和低温度下获得的、由位于老化的氮氧化物捕集器下游的氧探针传送的信号。
曲线11a和11b分别代表在拉姆达探针的高和低温度下获得的、由位于退化的氮氧化物捕集器下游的氧探针传送的信号。
曲线12a和12b分别代表在探针的标准工作温度下获得的、由位于氮氧化物捕集器上游的氧探针传送的信号。
曲线13a和13b分别代表在探针的标准工作温度下获得的、在没有泵流的情况下、由位于氮氧化物捕集器上游的比例探针传送的信号。
曲线14a和14b分别代表在标准工作温度下获得的、由位于氮氧化物捕集器上游的比例探针传送的燃空比信号。
从这些曲线可以观察到，在低和高温下探针特性的变化允许氮氧化物捕集器的诊断，该诊断在于识别其老化条件。
为了优化该诊断，可将测量到的电信号在从渗出开始时的时刻到渗出结束时的时刻之间进行积分，即达到高温下第二跳变的水平，或者低温下预定电压水平。
在低温和高温下，信号的数学积分优选地高于预定值(也称为阈值S2)以确认氮氧化物捕集器的良好操作。
在发动机的已知工作点进行积分值的这种对比，例如，在发动机燃空比大约为1.05的渗出阶段期间。
根据诊断氮氧化物捕集器的另一替换方案，可以用与指示渗出开始的废气的变浓对应的时间为基准，测量在高温下达到第二跳变或者在低温下达到预定阈值所需的时间。
该测量出的时间实际上与从捕集器中清除氮氧化物所需的时间对应。
这些测量清楚地表明该渗出时间与氮氧化物捕集器的老化成比例地减少。
所以通过将该测量出的时间与预定阈值进行比较，来诊断氮氧化物捕集器的老化条件。
如果在预定的发动机工作条件下，像发动机燃空比的条件，该测量出的时间低于预定阈值，则可诊断氮氧化物捕集器有故障。
根据最后一种替换方案，通过与作为测量所用的一种的同类型(氧探针)的或者不同类型(电流计的“燃空比”探针或电流计的“氮氧化物”传感器)的第二探针的对比，可进行这种诊断。
对于电流计传感器，可使用所传送的“燃空比”信号或者通过施加零泵流以具有开/关型氧探针时的参比电池的信号。
相应地设置在氮氧化物捕集器上游的该第二探针用作基准。
如果这些上游和下游探针之间的特性上的差异变得太小，则可诊断出氮氧化物捕集器的故障操作。
当特性上的差异低于预定阈值时，诊断出捕集器有故障。
用于执行本发明的设备如下这样工作。
用加热电压管理或控制氧探针的温度来获得低温(大约400℃-500℃)以避免主要在氮氧化物渗出的有用阶段期间发生的甲烷的催化剂反应。
这使氮氧化物捕集器的诊断以及渗出结束的检测变得容易。这些操作对于因传感器的老化引起的特性变化不太敏感，对催化剂的配方也不太敏感。
对于高温也可进行相似的程序。

Claims (10)

1.一种方法，用于控制氮氧化物捕集器的运行，并用于诊断该氮氧化物捕集器用于用稀混合气操作的内燃机时的老化条件，由此周期性地进行所述氮氧化物捕集器的渗出，所述方法在于将第一氧探针放在排气管路上并使其处在所述氮氧化物捕集器的下游，以及在于观察代表由该探针传送的信号的有效信号的变化，其特征在于，将在所述发动机从稀混合气操作向浓混合气操作过渡后的变化之后得到的、该代表信号自所述氮氧化物捕集器的渗出开始朝向阈值S1的独特的显著增大用作命令所述渗出结束的指示，并且，将所述有效信号在所述从渗出开始到所述渗出结束的时间上的积分、然后该积分值与阈值S2的对比、或者从所述渗出的开始时刻到达到所述阈值S1所用的时间的测量用来诊断所述氮氧化物捕集器的老化条件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述拉姆达氧探针在400℃和500℃之间的温度下工作时，进行所述操作的控制。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述拉姆达氧探针在大约400℃和500℃之间或大约650℃和800℃之间的温度下工作时，进行所述诊断。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在观察到所述独特信号之前或之后，当所述拉姆达氧探针在大约650℃和800℃之间的温度下工作时，新信号被用作补充指示以命令所述渗出的结束，该新信号可包括新的显著增大，该增大从水平基本恒定的第一平台形成第二平台，并且是在所述发动机从稀混合气操作向浓混合气操作过渡之后的变化以后获得的。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述拉姆达氧探针在大约650℃和800℃之间的温度下工作时，所述第一和第二平台之间所经过的时间的测量用于识别所述氮氧化物捕集器的老化条件。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，补充应用位于所述氮氧化物捕集器上游的第二氧探针，用来传送基准信号，由所述第一探针传送的信号中的变化与所述基准信号进行比较以提供所述有效信号。
7.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述氧探针可从下列类型的探针中选择：氧浓度测量功能得到利用的氮氧化物传感器、比例探针、开/关型氧探针。
8.如引用权利要求6的权利要求7所述的方法，其特征在于，所述两个探针的类型不同或相同。
9.一种用于执行上述权利要求中的任何一项所述的方法的设备，该设备用于控制氮氧化物捕集器的运行，并用于诊断所述氮氧化物捕集器用于用稀混合气进行操作的内燃机时的老化条件，所述内燃机配有具有氮氧化物捕集器的排气管路，其特征在于，所述设备包括：氧探针(21)，设置在所述排气管路上并在所述氮氧化物捕集器的下游；以及计算装置(23)，用于确定从渗出开始起、代表由所述探针传送的信号的有效信号的独特显著增大，并用于确定所述氮氧化物捕集器的老化条件，所述信号是在所述渗出操作开始之后获得的，所述独特显著增大用作所述渗出结束的指示。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备包括第二氧探针(22)，该探针设置在所述氮氧化物捕集器(18)的上游并连接至所述计算装置(23)，用于向这些计算装置传送基准信号。
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