檢測失效催化劑的優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種檢測不再滿足凈化標(biāo)準(zhǔn)的熱力發(fā)動機(1)的失效催化劑(19)的優(yōu)化方法，使得從催化劑(19)的老化水平開始或者從預(yù)先確定的公里數(shù)開始并至少直到達到對應(yīng)于排出氮氧化物污染顆粒的排放的極限閾值的催化劑(19)的老化水平，所述方法包括適應(yīng)性調(diào)整所述熱力發(fā)動機(1)的運轉(zhuǎn)以便減少氮氧化物顆粒的排放的步驟，和/或?qū)⑺龃呋瘎?19)的效果朝處理氮氧化物顆粒定向的步驟。
【專利說明】
檢測失效催化劑的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及檢測失效催化劑即不再滿足強制凈化標(biāo)準(zhǔn)的催化劑的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知熱力發(fā)動機的排放管線包括一種或多種催化劑。催化劑基質(zhì)根據(jù)排放氣體的富度(richesse)而浸透有具有可逆的氧氣儲存性質(zhì)的材料的組合物。該材料允許當(dāng)發(fā)動機在貧油的狀態(tài)(空燃比大于I)下運轉(zhuǎn)時儲存氧氣以便在富油的狀態(tài)(空燃比小于或等于I)下將氧氣釋放出。該材料通常屬于三效催化劑組合物，并且其確保催化劑良好的工作，因為其有助于永久地確保一氧化碳(CO)和未燃燒的碳?xì)浠衔?HC)的氧化并且減少氮氧化物(NOx)顆粒。
[0003]對催化劑的老化的診斷基于對前述浸透材料的儲氧能力的測量或測量OSC(英語中為“oxygen storage capacity”)或等價的指標(biāo)。事實上，儲氧能力隨著催化劑的老化而降低，因為催化劑越老化，其包含的能夠儲存氧氣的活性材料越少。
[0004]使用OSC的測量是因為在該指標(biāo)和在催化劑下游排出的氮氧化物(NOx)顆粒的排放之間存在非線性相關(guān)性。然而，例如Euro 5+標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定根據(jù)NOx的排放實施催化劑的診斷。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定監(jiān)控碳?xì)浠衔颒C的水平，但是達到HC的排放閾值比達到NOx的排放閾值晚很多。
[0005]因此將催化劑分為三種狀態(tài):
[0006]-新狀態(tài)，
[0007]-稱為“老化”狀態(tài)，對于該狀態(tài)，老化水平對應(yīng)于大于第一閾值SI但是小于第二閾值S2的NOx顆粒的排放水平，也稱為“耐用期催化劑”，以及
[0008]-失效狀態(tài)，對于該狀態(tài)，老化水平對應(yīng)于等于或大于第二閾值S2的NOx的排放水平。
[0009]在耐用期的NOx的排放閾值SI隨著標(biāo)準(zhǔn)的變化而保持恒定。該閾值在規(guī)定的周期為60mg/km。相反地，催化劑應(yīng)該被檢測為失效的NOx的排放閾值S2隨著標(biāo)準(zhǔn)的改變而明顯降低。因此，閾值S2從Euro 5+標(biāo)準(zhǔn)下的300mg/km變?yōu)镋uro 6.1標(biāo)準(zhǔn)下的150mg/km，然后很可能再變?yōu)镋uro 6.2標(biāo)準(zhǔn)下的9011^/10]1。
[0010]如在圖1的曲線Cl上可觀察到，閾值S2的這種降低大幅減小了失效催化劑和耐用期催化劑之間的OSC的差值。對應(yīng)于Euro 6.2標(biāo)準(zhǔn)的差值EI因此比對應(yīng)于Euro 5+標(biāo)準(zhǔn)的差值E2要小得多。由于OSC的測量結(jié)果存在差異，因此區(qū)分催化劑的兩種狀態(tài)變得非常困難，導(dǎo)致存在沒有檢測到失效催化劑或?qū)⒗匣癄顟B(tài)但還沒失效的催化劑錯誤地檢測認(rèn)為是失效催化劑的較高的風(fēng)險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明旨在通過提出一種檢測不再滿足凈化標(biāo)準(zhǔn)的熱力發(fā)動機的失效催化劑的優(yōu)化方法來有效地解決該缺陷，如從催化劑的老化水平開始或者從預(yù)先確定的公里數(shù)開始并至少直到達到對應(yīng)于氮氧化物(NOX)污染顆粒的排放的極限閾值的催化劑的老化水平，所述方法包括適應(yīng)性調(diào)整所述熱力發(fā)動機的運轉(zhuǎn)以便減少氮氧化物(NOX)顆粒的排放的步驟和/或?qū)⑺龃呋瘎┑男Ч幚淼趸镱w粒定向的步驟。
[0012]因此，本發(fā)明不推遲催化劑的老化，而是使得催化劑在被認(rèn)為失效之前應(yīng)更加老化。因此提高在老化狀態(tài)下的催化劑和失效催化劑之間的OSC的差值，這因此有助于失效催化劑的檢測。利用本發(fā)明，可以將催化劑申報失效狀態(tài)的過程推遲數(shù)千公里甚至數(shù)萬公里的車輛里程。
[0013]另外，可以僅通過修改控制發(fā)動機的軟件功能來實施本發(fā)明，這限制了成本。
[0014]根據(jù)實施例，為了將所述催化劑的效果朝處理氮氧化物(NOx)顆粒定向，所述方法包括增加催化劑的加熱時長或加熱功率的步驟。
[0015]根據(jù)實施例，所述方法包括通過選擇相對于所述熱力發(fā)動機的標(biāo)準(zhǔn)運轉(zhuǎn)燃燒效率(暫時)較低的較高油狀態(tài)(rggime plus6lev6)來提高所述熱力發(fā)動機的輸出排氣溫度以有助于所述催化劑觸發(fā)的步驟。
[0016]根據(jù)實施例，所述方法包括通過改變供給所述熱力發(fā)動機的空氣/燃料混合物的富度來改變一氧化碳(CO)顆粒和所述氮氧化物(NOx)顆粒之間的排放平衡調(diào)節(jié)的步驟。
[0017]根據(jù)實施例，所述方法包括使所述熱力發(fā)動機在富度大于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)下運轉(zhuǎn)的步驟。
[0018]根據(jù)實施例，通過測量所述催化劑的儲氧能力(OSC)來確定所述催化劑的老化水平。
[0019]根據(jù)實施例，通過借助于分別位于催化劑的上游和下游的兩個探測器來實現(xiàn)對所述催化劑的儲氧能力的測量。
[0020]本發(fā)明還涉及一種發(fā)動機計算機，其包括儲存用于實施根據(jù)本發(fā)明所述的檢測失效催化劑的優(yōu)化方法的軟件指令的存儲器。
【附圖說明】
[0021]通過閱讀下文的描述并研究附圖更好地理解本發(fā)明。這些附圖僅說明為目的給出，而絕非限制本發(fā)明。
[0022]圖1是已經(jīng)描述過的示出了當(dāng)實施發(fā)動機的標(biāo)準(zhǔn)控制策略時對應(yīng)于催化劑的老化的0SC測量根據(jù)N0x顆粒的排放水平的變化的圖。
[0023]圖2是實施根據(jù)本發(fā)明的方法的熱力發(fā)動機的示例的示意圖。
[0024]圖3同時示出了作為對比而選取的圖1的曲線以及依據(jù)實施根據(jù)本發(fā)明的方法得到的曲線。
【具體實施方式】
[0025]附圖之間，相同、相似或類似的要素保留相同的標(biāo)記。
[0026]圖2示出了渦輪增壓的四汽缸2.1-2.4內(nèi)燃發(fā)動機I。發(fā)動機I包括發(fā)動機單元3，汽缸2.1-2.4的燃燒室5.1-5.4布置在其中。
[0027]進氣收集器8接收空氣并引入燃燒室5.1-5.4中。進入的空氣通過空氣過濾器(未示出)從車輛的外部吸入。進入的空氣的移動方向由箭頭11來表示。
[0028]向燃燒室5.1-5.4內(nèi)部噴射燃料是通過標(biāo)記為14.1-14.4的噴射器來實現(xiàn)的。另夕卜，火花塞16.1-16.4允許在燃燒室5.1-5.4的內(nèi)部點燃空氣和燃料的氣體混合物。
[0029]另外，排氣收集器17接收通過燃燒產(chǎn)生的氣體的排放并且將氣體沿著箭頭20導(dǎo)向排放管線22。
[0030]常規(guī)運轉(zhuǎn)的汽缸2.1-2.3各具有至少一個用于與進氣收集器8關(guān)聯(lián)的入口閥以及至少一個用于與排氣收集器17關(guān)聯(lián)的出口閥。
[0031]發(fā)動機I還包括渦輪增壓機23，渦輪增壓機包括增壓層25和降壓層26。為了優(yōu)化使燃燒室5.1-5.4充滿，增壓層25壓縮進入的空氣。排出氣體的流動旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動降壓層26的渦輪，其由此通過在兩個渦輪之間連接它們的連接軸29來旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動增壓層25的渦輪。
[0032]在進氣收集器8的上游的又被稱為增壓空氣冷卻器(RAS)的交換器31用于使進入進氣收集器8的空氣冷卻。實現(xiàn)冷卻以便得到待進入汽缸的室5.1-5.4的具有適合于使空氣和燃料的混合物燃燒的溫度的涼的空氣。
[0033]計算機40與包含用于尤其管理發(fā)動機的噴射和點火的控制的軟件指令的存儲器41聯(lián)接。
[0034]另外，排出管線22包括適合于在污染物排向外部大氣之前處理污染物的至少一種用于排放的催化劑19。催化劑19的基質(zhì)根據(jù)排放氣體的富度浸透有包括具有可逆儲存氧氣的性質(zhì)的材料的組合物。該材料允許當(dāng)發(fā)動機在貧油的狀態(tài)(空燃比大于I)下運轉(zhuǎn)時儲存氧氣以在富油的狀態(tài)(空燃比小于或等于I)下將氧氣釋放出。該材料屬于三效催化劑組合物，并且其確保催化劑良好的工作，因為其有助于永久地確保一氧化碳CO和未燃燒的碳?xì)浠衔颒C的氧化并且減少氮氧化物NOx。作為示例，以二氧化鈰(c6rine)為基礎(chǔ)來選擇催化劑19的材料，二氧化鈰是能夠可逆地吸收氧氣的鈰的氧化物。二氧化鈰可以在給定制劑中與其它惰性組合物結(jié)合，例如以有助于其通過浸透來實施。
[0035]對催化劑19的老化的診斷基于對前述催化劑19的浸透材料的儲氧能力的測量或測量OSC(在英語中為“oxygen storage capacity”)或等價的指標(biāo)。事實上，儲氧能力隨著催化劑19的老化而降低，因為催化劑19越老化，其包含的能夠儲存氧氣的活性材料越少。
[0036]測量OSC通過分別在待診斷的催化劑19的上游和下游的兩個氧氣探測器191和192來實現(xiàn)。這些探測器191和192可以是化學(xué)計量類型(開/關(guān))或線性類型(成比例)的。可替換地，通過分析下游探測器192的輸出信號的振蕩水平來估計OSC的水平是可行的。
[0037]依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的方法，當(dāng)催化劑19是新的并且直到催化劑19具有對應(yīng)于NOx顆粒的排放的第一閾值SI (例如約為60mg/km)的在OSCI處的第一老化水平或者直到例如約為160000公里的預(yù)先確定的公里數(shù)時，計算機40利用通過由駕駛員實現(xiàn)的力矩需求而決定的富度的標(biāo)準(zhǔn)水平來常規(guī)地控制熱力發(fā)動機I。
[0038]從對應(yīng)于OSCl的該第一老化水平開始，催化劑19被認(rèn)為具有老化狀態(tài)，又被稱為“耐用期催化劑”。處于老化狀態(tài)的催化劑還不認(rèn)為是失效的。
[0039]從在OSCl處的該第一老化水平開始并且至少直到催化劑19達到對應(yīng)于氮氧化物的排放的極限閾值S2(例如約為90mg/km)的在0SC2處的第二老化水平，從此時起，催化劑19被認(rèn)為失效，通過計算機40來適應(yīng)性調(diào)整熱力發(fā)動機I的運轉(zhuǎn)以便減少氮氧化物NOx污染顆粒的排放。
[0040]發(fā)動機I的調(diào)節(jié)的改變可以在于通過改變供給熱力發(fā)動機的空氣/燃料混合物的富度來改變一氧化碳CO和氮氧化物NOx之間的排放平衡調(diào)節(jié)。在這一方面注意到，催化劑19使發(fā)動機圍繞值為I的空燃比運轉(zhuǎn)。事實上，混合物的富度尤其根據(jù)應(yīng)用、機械化、發(fā)動機的功能點和催化劑19來永久地圍繞富度I振蕩。改變調(diào)節(jié)以便發(fā)動機在混合物的富度大于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)時運轉(zhuǎn)，以便減少在催化劑19的下游的NOx的排放。
[0041]可替換地或作為補充，催化劑19的效果被定向為處理NOx顆粒。因此，增加催化劑19的加熱時長或加熱功率是可行的，這允許在規(guī)定的周期的開始時并因此在整個周期內(nèi)減少氮氧化物NOx的排放并且還減少一氧化碳CO和碳?xì)浠衔颒C的排放。該效果可以通過選擇與發(fā)動機的標(biāo)準(zhǔn)運轉(zhuǎn)相比燃燒效率暫時較低的更高油狀態(tài)來提高發(fā)動機I的輸出排氣溫度以有助于催化劑19觸發(fā)來得到。
[0042]因此，一旦達到NOx的排放閾值，為了促進對NOx的處理，就通過改變催化劑的性能來在發(fā)動機的每個工作點并永久地改變發(fā)動機的工作。實施例因此在于具有更熱的排放氣體，和/或在于一旦超過所討論的閾值就永久地改變豐富度，(對氣體的加熱維持較小的幅度)。
[0043]因此，在催化劑的相同的老化并因此在相同的OSC的水平時減少了NOx的排放。因此催化劑19應(yīng)該更加老化以達到引起檢測到催化劑失效的NOx的排放水平。因此，如從圖3得出，利用根據(jù)本發(fā)明的方法(參見曲線C2)得到的對應(yīng)于閾值S2的在0SC2處的第二老化水平小于在0SC2 ’處的第二老化水平，該在0SC2 ’處的第二老化水平是如果在對應(yīng)于排放閾值
SI(參見曲線Cl)的第一老化閾值之后NOx顆粒的排放沒有減少時已經(jīng)達到的。
[0044]因此，依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的方法實施的在老化狀態(tài)下的催化劑和失效催化劑之間的OSC的差值E3比依據(jù)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)控制策略實施而得到的差值El大得多，這允許有助于失效催化劑的檢測。
[0045]如從圖3得出，優(yōu)選地保持允許限制從對應(yīng)于排放閾值SI的老化水平起選擇的NOx的排放的對發(fā)動機特別的調(diào)節(jié)，即使在檢測到催化劑19失效之后并直到替換催化劑19。
[0046]當(dāng)然，上文的描述僅作為示例給出而不限定本發(fā)明的范圍，通過所有其它等價方案來替換實施細(xì)節(jié)并不偏離本發(fā)明的范圍。
[0047]本發(fā)明因此適用于所有的內(nèi)燃發(fā)動機，尤其是汽油內(nèi)燃發(fā)動機，無論燃料噴射方式如何，也就是說直接噴射方式和間接噴射方式。
[0048]本發(fā)明還因此適用于配備有一個或多個渦輪增壓機的發(fā)動機以及不具有其的發(fā)動機(大氣發(fā)動機)。
【主權(quán)項】
1.一種檢測不再滿足凈化標(biāo)準(zhǔn)的熱力發(fā)動機(I)的失效催化劑(19)的優(yōu)化方法，其特征在于，從催化劑(19)的老化水平(OSCl)開始或者從預(yù)先確定的公里數(shù)開始并至少直到達到對應(yīng)于氮氧化物(NOx)污染顆粒的排放的極限閾值(S2)的催化劑(19)的老化水平，所述方法包括適應(yīng)性調(diào)整所述熱力發(fā)動機(I)的運轉(zhuǎn)以便減少氮氧化物(NOx)顆粒的排放的步驟，和/或?qū)⑺龃呋瘎?19)的效果朝處理氮氧化物(NOx)顆粒定向的步驟，所述催化劑(19)的老化水平通過測量所述催化劑(19)的儲氧能力(OSC)來確定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，為了將所述催化劑的效果朝處理氮氧化物(NOx)顆粒定向，所述方法包括增加所述催化劑(19)的加熱時長或加熱功率的步驟。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，其包括通過選擇相對于所述熱力發(fā)動機(I)的標(biāo)準(zhǔn)運轉(zhuǎn)燃燒效率暫時較低的更高油狀態(tài)來提高所述熱力發(fā)動機(I)的輸出排氣溫度以有助于所述催化劑(19)觸發(fā)的步驟。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，其包括通過改變供給所述熱力發(fā)動機(I)的空氣/燃料混合物的富度來改變一氧化碳(CO)顆粒和氮氧化物(NOx)顆粒之間的排放平衡調(diào)節(jié)的步驟。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，其包括使所述熱力發(fā)動機(I)在富度大于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)下運轉(zhuǎn)的步驟。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過借助于分別位于催化劑(19)的上游和下游的兩個探測器(191，192)來實現(xiàn)對所述催化劑(19)的儲氧能力的測量。7.—種發(fā)動機計算機(40)，包括儲存用于實施根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的檢測失效催化劑的優(yōu)化方法的軟件指令的存儲器(41)。
【文檔編號】F02D41/02GK105899778SQ201480066653
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月26日
【發(fā)明人】帕斯卡·克里茂德, 帕特里克·福薩德
【申請人】標(biāo)致雪鐵龍集團