檢測(cè)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(cè)不再滿足凈化標(biāo)準(zhǔn)的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)(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(kāi)始或者從預(yù)先確定的公里數(shù)開(kāi)始并至少直到達(dá)到對(duì)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(dòng)機(jī)(1)的運(yùn)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(shuō)明】
檢測(cè)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(cè)失效催化劑即不再滿足強(qiáng)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(dòng)機(jī)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(chǔ)存性質(zhì)的材料的組合物。該材料允許當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在貧油的狀態(tài)(空燃比大于I)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)儲(chǔ)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?yàn)槠溆兄谟谰玫卮_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(duì)催化劑的老化的診斷基于對(duì)前述浸透材料的儲(chǔ)氧能力的測(cè)量或測(cè)量OSC(英語(yǔ)中為“oxygen storage capacity”)或等價(jià)的指標(biāo)。事實(shí)上，儲(chǔ)氧能力隨著催化劑的老化而降低，因?yàn)榇呋瘎┰嚼匣?，其包含的能夠?chǔ)存氧氣的活性材料越少。
[0004]使用OSC的測(cè)量是因?yàn)樵谠撝笜?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(shí)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(dá)到HC的排放閾值比達(dá)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?tīng)顟B(tài)，
[0007]-稱為“老化”狀態(tài)，對(duì)于該狀態(tài)，老化水平對(duì)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(duì)于該狀態(tài)，老化水平對(duì)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(cè)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(duì)應(yīng)于Euro 6.2標(biāo)準(zhǔn)的差值EI因此比對(duì)應(yīng)于Euro 5+標(biāo)準(zhǔn)的差值E2要小得多。由于OSC的測(cè)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(méi)有檢測(cè)到失效催化劑或?qū)⒗匣癄顟B(tài)但還沒(méi)失效的催化劑錯(cuò)誤地檢測(cè)認(rèn)為是失效催化劑的較高的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明旨在通過(guò)提出一種檢測(cè)不再滿足凈化標(biāo)準(zhǔn)的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的失效催化劑的優(yōu)化方法來(lái)有效地解決該缺陷，如從催化劑的老化水平開(kāi)始或者從預(yù)先確定的公里數(shù)開(kāi)始并至少直到達(dá)到對(duì)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(dòng)機(jī)的運(yùn)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(cè)。利用本發(fā)明，可以將催化劑申報(bào)失效狀態(tài)的過(guò)程推遲數(shù)千公里甚至數(shù)萬(wàn)公里的車輛里程。
[0013]另外，可以僅通過(guò)修改控制發(fā)動(dòng)機(jī)的軟件功能來(lái)實(shí)施本發(fā)明，這限制了成本。
[0014]根據(jù)實(shí)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(shí)長(zhǎng)或加熱功率的步驟。
[0015]根據(jù)實(shí)施例，所述方法包括通過(guò)選擇相對(duì)于所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)燃燒效率(暫時(shí))較低的較高油狀態(tài)(rggime plus6lev6)來(lái)提高所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)施例，所述方法包括通過(guò)改變供給所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣/燃料混合物的富度來(lái)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(shí)施例，所述方法包括使所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)在富度大于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)下運(yùn)轉(zhuǎn)的步驟。
[0018]根據(jù)實(shí)施例，通過(guò)測(cè)量所述催化劑的儲(chǔ)氧能力(OSC)來(lái)確定所述催化劑的老化水平。
[0019]根據(jù)實(shí)施例，通過(guò)借助于分別位于催化劑的上游和下游的兩個(gè)探測(cè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述催化劑的儲(chǔ)氧能力的測(cè)量。
[0020]本發(fā)明還涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)，其包括儲(chǔ)存用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明所述的檢測(cè)失效催化劑的優(yōu)化方法的軟件指令的存儲(chǔ)器。
【附圖說(shuō)明】
[0021]通過(guò)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(shuō)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(guò)的示出了當(dāng)實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)控制策略時(shí)對(duì)應(yīng)于催化劑的老化的0SC測(cè)量根據(jù)N0x顆粒的排放水平的變化的圖。
[0023]圖2是實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的示例的示意圖。
[0024]圖3同時(shí)示出了作為對(duì)比而選取的圖1的曲線以及依據(jù)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法得到的曲線。
【具體實(shí)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(dòng)機(jī)I。發(fā)動(dòng)機(jī)I包括發(fā)動(dòng)機(jī)單元3，汽缸2.1-2.4的燃燒室5.1-5.4布置在其中。
[0027]進(jìn)氣收集器8接收空氣并引入燃燒室5.1-5.4中。進(jìn)入的空氣通過(guò)空氣過(guò)濾器(未示出)從車輛的外部吸入。進(jìn)入的空氣的移動(dòng)方向由箭頭11來(lái)表示。
[0028]向燃燒室5.1-5.4內(nèi)部噴射燃料是通過(guò)標(biāo)記為14.1-14.4的噴射器來(lái)實(shí)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(diǎn)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(guò)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(yùn)轉(zhuǎn)的汽缸2.1-2.3各具有至少一個(gè)用于與進(jìn)氣收集器8關(guān)聯(lián)的入口閥以及至少一個(gè)用于與排氣收集器17關(guān)聯(lián)的出口閥。
[0031]發(fā)動(dòng)機(jī)I還包括渦輪增壓機(jī)23，渦輪增壓機(jī)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(jìn)入的空氣。排出氣體的流動(dòng)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)降壓層26的渦輪，其由此通過(guò)在兩個(gè)渦輪之間連接它們的連接軸29來(lái)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)增壓層25的渦輪。
[0032]在進(jìn)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(jìn)入進(jìn)氣收集器8的空氣冷卻。實(shí)現(xiàn)冷卻以便得到待進(jìn)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(jì)算機(jī)40與包含用于尤其管理發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射和點(diǎn)火的控制的軟件指令的存儲(chǔ)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(chǔ)存氧氣的性質(zhì)的材料的組合物。該材料允許當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在貧油的狀態(tài)(空燃比大于I)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)儲(chǔ)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?yàn)槠溆兄谟谰玫卮_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(lái)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(guò)浸透來(lái)實(shí)施。
[0035]對(duì)催化劑19的老化的診斷基于對(duì)前述催化劑19的浸透材料的儲(chǔ)氧能力的測(cè)量或測(cè)量OSC(在英語(yǔ)中為“oxygen storage capacity”)或等價(jià)的指標(biāo)。事實(shí)上，儲(chǔ)氧能力隨著催化劑19的老化而降低，因?yàn)榇呋瘎?9越老化，其包含的能夠儲(chǔ)存氧氣的活性材料越少。
[0036]測(cè)量OSC通過(guò)分別在待診斷的催化劑19的上游和下游的兩個(gè)氧氣探測(cè)器191和192來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些探測(cè)器191和192可以是化學(xué)計(jì)量類型(開(kāi)/關(guān))或線性類型(成比例)的?？商鎿Q地，通過(guò)分析下游探測(cè)器192的輸出信號(hào)的振蕩水平來(lái)估計(jì)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(duì)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(shí)，計(jì)算機(jī)40利用通過(guò)由駕駛員實(shí)現(xiàn)的力矩需求而決定的富度的標(biāo)準(zhǔn)水平來(lái)常規(guī)地控制熱力發(fā)動(dòng)機(jī)I。
[0038]從對(duì)應(yīng)于OSCl的該第一老化水平開(kāi)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(kāi)始并且至少直到催化劑19達(dá)到對(duì)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(shí)起，催化劑19被認(rèn)為失效，通過(guò)計(jì)算機(jī)40來(lái)適應(yīng)性調(diào)整熱力發(fā)動(dòng)機(jī)I的運(yùn)轉(zhuǎn)以便減少氮氧化物NOx污染顆粒的排放。
[0040]發(fā)動(dòng)機(jī)I的調(diào)節(jié)的改變可以在于通過(guò)改變供給熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣/燃料混合物的富度來(lái)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(dòng)機(jī)圍繞值為I的空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)。事實(shí)上，混合物的富度尤其根據(jù)應(yīng)用、機(jī)械化、發(fā)動(dòng)機(jī)的功能點(diǎn)和催化劑19來(lái)永久地圍繞富度I振蕩。改變調(diào)節(jié)以便發(fā)動(dòng)機(jī)在混合物的富度大于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)時(shí)運(yùn)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(bǔ)充，催化劑19的效果被定向?yàn)樘幚鞱Ox顆粒。因此，增加催化劑19的加熱時(shí)長(zhǎng)或加熱功率是可行的，這允許在規(guī)定的周期的開(kāi)始時(shí)并因此在整個(gè)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(guò)選擇與發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)相比燃燒效率暫時(shí)較低的更高油狀態(tài)來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)I的輸出排氣溫度以有助于催化劑19觸發(fā)來(lái)得到。
[0042]因此，一旦達(dá)到NOx的排放閾值，為了促進(jìn)對(duì)NOx的處理，就通過(guò)改變催化劑的性能來(lái)在發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)工作點(diǎn)并永久地改變發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。實(shí)施例因此在于具有更熱的排放氣體，和/或在于一旦超過(guò)所討論的閾值就永久地改變豐富度，(對(duì)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(shí)減少了NOx的排放。因此催化劑19應(yīng)該更加老化以達(dá)到引起檢測(cè)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(jiàn)曲線C2)得到的對(duì)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(duì)應(yīng)于排放閾值
SI(參見(jiàn)曲線Cl)的第一老化閾值之后NOx顆粒的排放沒(méi)有減少時(shí)已經(jīng)達(dá)到的。
[0044]因此，依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)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(shí)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(cè)。
[0045]如從圖3得出，優(yōu)選地保持允許限制從對(duì)應(yīng)于排放閾值SI的老化水平起選擇的NOx的排放的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)特別的調(diào)節(jié)，即使在檢測(cè)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(guò)所有其它等價(jià)方案來(lái)替換實(shí)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(dòng)機(jī)，尤其是汽油內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)論燃料噴射方式如何，也就是說(shuō)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(gè)或多個(gè)渦輪增壓機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)以及不具有其的發(fā)動(dòng)機(jī)(大氣發(fā)動(dòng)機(jī))。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種檢測(cè)不再滿足凈化標(biāo)準(zhǔn)的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)(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(kāi)始或者從預(yù)先確定的公里數(shù)開(kāi)始并至少直到達(dá)到對(duì)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(dòng)機(jī)(I)的運(yùn)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(guò)測(cè)量所述催化劑(19)的儲(chǔ)氧能力(OSC)來(lái)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(shí)長(zhǎng)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(guò)選擇相對(duì)于所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)燃燒效率暫時(shí)較低的更高油狀態(tài)來(lái)提高所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)(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(xiàng)所述的方法，其特征在于，其包括通過(guò)改變供給所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的空氣/燃料混合物的富度來(lái)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(xiàng)所述的方法，其特征在于，其包括使所述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)(I)在富度大于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)下運(yùn)轉(zhuǎn)的步驟。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)借助于分別位于催化劑(19)的上游和下游的兩個(gè)探測(cè)器(191，192)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述催化劑(19)的儲(chǔ)氧能力的測(cè)量。7.—種發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)(40)，包括儲(chǔ)存用于實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)失效催化劑的優(yōu)化方法的軟件指令的存儲(chǔ)器(41)。
【文檔編號(hào)】F02D41/02GK105899778SQ201480066653
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)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(qǐng)人】標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)