用于監(jiān)測三元催化器的健康狀態(tài)的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種系統(tǒng)包括編程為監(jiān)測聯(lián)接于燃機(jī)的三元催化器(TWC)組件的氧化狀態(tài)的控制器?？刂破骶幊虨榻邮沾鞹WC組件的入口上游和出口下游兩者的流體中的氧(O2)濃度的信號，從設(shè)置在TWC組件內(nèi)的至少一個射頻(RF)探頭接收代表TWC組件的測得的O2儲存的信號、使用模型以至少基于TWC組件上游和下游兩者的流體中的O2濃度來生成TWC組件的估計(jì)的O2儲存，將估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存相比較，以及至少基于估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存的比較來輸出用于TWC組件的控制動作。
【專利說明】
用于監(jiān)測三元催化器的健康狀態(tài)的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本文中公開的主題涉及用于內(nèi)燃機(jī)的排氣后處理系統(tǒng)，并且更具體地涉及監(jiān)測排氣后處理系統(tǒng)的三元催化器(TWC)的健康狀態(tài)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機(jī)(例如，內(nèi)燃機(jī)，如，往復(fù)式發(fā)動機(jī)或燃?xì)鉁u輪)燃燒燃料和空氣的混合物以生成燃燒氣體，該燃燒氣體將驅(qū)動力施加于發(fā)動機(jī)的構(gòu)件(例如，以移動活塞或驅(qū)動渦輪)。隨后，燃燒氣體離開發(fā)動機(jī)作為排氣，該排氣可經(jīng)受排氣處理(例如，后處理)系統(tǒng)，其包括一個或更多個催化轉(zhuǎn)換器(例如，TWC組件、氨滑移催化器(ASC)組件等)，以減少氮氧化物(NOx)、烴(HC)、一氧化碳(CO)和其它排放物的排放。然而，如果健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))不被密切監(jiān)測，則隨著時間的過去催化器在減少排放方面的有效性可降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在下面概括在范圍上與最初要求權(quán)利的本發(fā)明相稱的某些實(shí)施例。這些實(shí)施例不意圖限制要求權(quán)利的本發(fā)明的范圍，而是相反地，這些實(shí)施例僅意圖提供本發(fā)明的可能形式的簡要概括。實(shí)際上，本發(fā)明可包含可與在下面提出的實(shí)施例相似或不同的各種形式。
[0004]根據(jù)第一實(shí)施例，一種系統(tǒng)包括構(gòu)造成處理來自燃機(jī)的排放物的排氣后處理系統(tǒng)。排氣后處理系統(tǒng)包括構(gòu)造成從燃機(jī)接收流體的TWC催化器，其中TWC組件具有入口和出口。排氣后處理系統(tǒng)還包括設(shè)置在TWC組件的入口上游的第一氧(O2)傳感器、設(shè)置在TWC組件的出口下游的第二O2傳感器，以及設(shè)置在TWC組件內(nèi)并且構(gòu)造成測量TWC組件的O2儲存的至少一個射頻(RF)探頭。系統(tǒng)還包括通信地聯(lián)接于排氣后處理系統(tǒng)的控制器?？刂破鳂?gòu)造成從第一 O2傳感器接收代表TWC組件上游的流體中的O2濃度的第一信號，從第二 O2傳感器接收代表TWC組件下游的流體中的O2濃度的第二信號、從至少一個RF探頭接收代表TWC組件的測得的O2儲存的第三信號，使用模型以至少基于TWC組件上游的流體中的O2濃度和TWC組件下游的流體中的O2濃度來生成TWC組件的估計(jì)的O2儲存，將估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存相比較，以及至少基于估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存的比較來輸出用于排氣后處理系統(tǒng)的控制動作。
[0005]根據(jù)第二實(shí)施例，一種系統(tǒng)包括控制器，其編程為監(jiān)測聯(lián)接于燃機(jī)的TWC組件的氧化狀態(tài)?？刂破骶幊虨閺牡谝?O2傳感器接收代表TWC組件的入口上游的流體中的O2濃度的第一信號，從第二O2傳感器接收代表TWC組件的出口下游的流體中的O2濃度的第二信號，從設(shè)置在TWC組件內(nèi)的至少一個RF探頭接收代表TWC組件的測得的O2儲存的第三信號，使用模型以至少基于TWC組件上游的流體中的O2濃度和TWC組件下游的流體中的O2濃度來生成TWC組件的估計(jì)的O2儲存，將估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存相比較，以及至少基于估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存的比較來輸出用于TWC組件的控制動作。
[0006]根據(jù)第三實(shí)施例，提供了一種用于監(jiān)測聯(lián)接于燃機(jī)的TWC組件的氧化狀態(tài)的方法。該方法包括在控制器處從第一 O2傳感器接收代表TWC組件上游的流體中的O2濃度的第一信號。該方法還包括在控制器處從第二 O2傳感器接收代表TWC組件下游的流體中的O2濃度的第二信號。該方法還包括在控制器處從設(shè)置在TWC組件內(nèi)的至少一個RF探頭接收代表TWC組件的測得的O2儲存的第三信號。該方法還包括經(jīng)由控制器使用模型以至少基于TWC組件上游的流體中的O2濃度和TWC組件下游的流體中的O2濃度來生成TWC組件的估計(jì)的O2儲存。該方法還包括經(jīng)由控制器將估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存相比較。該方法甚至還包括經(jīng)由控制器至少基于估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存的比較來輸出用于TWC組件的控制動作。
[0007]技術(shù)方案1.一種系統(tǒng)，包括:
[0008]排氣后處理系統(tǒng)，其構(gòu)造成處理來自燃機(jī)的排放物，其中所述排氣后處理系統(tǒng)包括:
[0009]三元催化器(TWC)組件，其構(gòu)造成從所述燃機(jī)接收流體，其中所述TWC組件具有入口和出口；
[0010]第一氧(O2)傳感器，其設(shè)置在所述TWC組件的入口上游；
[0011]第二O2傳感器，其設(shè)置在所述TWC組件的出口下游；以及
[0012]至少一個射頻(RF)探頭，其設(shè)置在所述TWC組件內(nèi)并且構(gòu)造成測量所述TWC組件的O2儲存；以及
[0013]控制器，其通信地聯(lián)接于所述排氣后處理系統(tǒng)，其中所述控制器構(gòu)造成從所述第一O2傳感器接收代表所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度的第一信號，從所述第二O2傳感器接收代表所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度的第二信號，從所述至少一個RF探頭接收代表所述TWC組件的測得的O2儲存的第三信號，使用模型以至少基于所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度和所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度來生成所述TWC組件的估計(jì)的O2儲存，將所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存相比較，以及至少基于所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存的比較來輸出用于所述排氣后處理系統(tǒng)的控制動作。
[0014]技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成接收所述燃機(jī)的一個或更多個操作參數(shù)，以及使用所述模型以基于所述一個或更多個操作參數(shù)、所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度和所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度來生成所述TWC組件的估計(jì)的O2儲存。
[0015]技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成使用所述模型以基于所述一個或更多個操作參數(shù)、所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度，以及所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度來生成離開所述TWC組件的所述流體中的估計(jì)的氮氧化物(NOx)濃度和估計(jì)的一氧化碳(CO)濃度兩者。
[0016]技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成通過確定所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存之間的差異來將所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存相比較，以及確定所述差異是否大于閾值差異。
[0017]技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在所述差異大于所述閾值差異的情況下執(zhí)行用于所述TWC組件的診斷模塊。
[0018]技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在所述差異小于或等于所述閾值差異的情況下確定所述估計(jì)的NOx濃度是否在NOx濃度范圍內(nèi)或低于NOx濃度閾值。
[0019]技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在所述估計(jì)的NOx濃度不在所述NOx濃度范圍內(nèi)或低于所述NOx濃度閾值的情況下執(zhí)行用于所述TWC組件的診斷模塊。
[0020]技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在所述差異小于或等于所述閾值差異的情況下確定所述估計(jì)的CO濃度是否在CO濃度范圍內(nèi)或低于CO濃度閾值。
[0021]技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在所述估計(jì)的CO濃度不在所述CO濃度范圍內(nèi)或低于所述CO濃度閾值的情況下執(zhí)行用于所述TWC組件的診斷模塊。
[0022]技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括聯(lián)接于所述排氣后處理系統(tǒng)的所述燃機(jī)。
[0023]技術(shù)方案11.一種系統(tǒng)，包括:
[0024]控制器，其編程為監(jiān)測聯(lián)接于燃機(jī)的三元催化器(TWC)組件的氧化狀態(tài)，其中所述控制器編程為從第一 O2傳感器接收代表所述TWC組件的入口上游的流體中的O2濃度的第一信號，從第二 O2傳感器接收代表所述TWC組件的出口下游的所述流體中的O2濃度的第二信號，從設(shè)置在所述TWC組件內(nèi)的至少一個射頻(RF)探頭接收代表所述TWC組件的測得的O2儲存的第三信號，使用模型以至少基于所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度和所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度來生成所述TWC組件的估計(jì)的O2儲存，將所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存相比較，以及至少基于所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存的比較來輸出用于所述TWC組件的控制動作。
[0025]技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器編程為接收所述燃機(jī)的一個或更多個操作參數(shù)，以及使用所述模型以基于所述一個或更多個操作參數(shù)、所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度以及所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度來生成所述TWC組件的估計(jì)的O2儲存。
[0026]技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器編程為使用所述模型以基于所述一個或更多個操作參數(shù)、所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度，以及所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度來生成離開所述TWC組件的所述流體中的估計(jì)的氮氧化物(NOx)濃度和估計(jì)的一氧化碳(CO)濃度兩者。
[0027]技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器編程為通過確定所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存之間的差異來將所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的
O2儲存相比較，以及確定所述差異是否大于閾值差異。
[0028]技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器編程為在所述差異大于所述閾值差異的情況下執(zhí)行用于所述TWC組件的診斷模塊。
[0029]技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器編程為在所述差異小于或等于所述閾值差異的情況下確定所述估計(jì)的NOx濃度是否在NOx濃度范圍內(nèi)或低于NOx濃度閾值。
[0030]技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器編程為在所述估計(jì)的NOx濃度不在所述NOx濃度范圍內(nèi)或低于所述NOx濃度閾值的情況下執(zhí)行用于所述TWC組件的診斷模塊。
[0031]技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器編程為在所述差異小于或等于所述閾值差異的情況下確定所述估計(jì)的CO濃度是否在CO濃度范圍內(nèi)或低于CO濃度閾值。
[0032]技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器編程為在所述估計(jì)的CO濃度不在所述CO濃度范圍內(nèi)或低于所述CO濃度閾值的情況下執(zhí)行用于所述TWC組件的診斷模塊。
[0033]技術(shù)方案20.—種用于監(jiān)測聯(lián)接于燃機(jī)的三元催化器(TWC)組件的氧化狀態(tài)的方法，包括:
[0034]在控制器處從第一O2傳感器接收代表所述TWC組件的入口上游的流體中的氧(O2)濃度的第一信號；
[0035]在所述控制器處從第二O2傳感器接收代表所述TWC組件的出口下游的所述流體中的O2濃度的第二信號；
[0036]在所述控制器處從設(shè)置在所述TWC組件內(nèi)的至少一個射頻(RF)探頭接收代表所述TWC組件的測得的O2儲存的第三信號；
[0037]經(jīng)由所述控制器使用模型以至少基于所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度和所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度來生成所述TWC組件的估計(jì)的O2儲存；
[0038]經(jīng)由所述控制器將所述估計(jì)的O2儲存與所述測量的O2儲存相比較；以及
[0039]經(jīng)由所述控制器至少基于所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存的比較來輸出用于所述TWC組件的控制動作。
【附圖說明】
[0040]當(dāng)參照附圖閱讀下列詳細(xì)描述時，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中，同樣的標(biāo)記在所有附圖中表示同樣的部件，其中:
[0041]圖1為聯(lián)接于發(fā)動機(jī)的排氣處理(例如，后處理)系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖；以及
[0042]圖2為用于監(jiān)測聯(lián)接于發(fā)動機(jī)的催化器組件(例如，TWC組件)的健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))的計(jì)算機(jī)實(shí)施方法的實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]將在下面描述本申請的一個或更多個特定實(shí)施例。為了提供這些實(shí)施例的簡明描述，可不在說明書中描述實(shí)際實(shí)施的所有特征。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，在任何這種實(shí)際實(shí)施的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須作出許多特定實(shí)施決定以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目的，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)且商業(yè)相關(guān)的約束，這可從一個實(shí)施變化到另一個實(shí)施。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識至IJ，這種開發(fā)努力可為復(fù)雜且耗時的，但是對于受益于本公開的技術(shù)人員而言，仍將是設(shè)計(jì)、制作和制造的日常工作。
[0044]當(dāng)介紹本發(fā)明的各種實(shí)施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”意圖表示存在元件中的一個或更多個。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖是包含的，并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。
[0045]本公開針對用于監(jiān)測聯(lián)接于燃機(jī)(例如，往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī))的催化器組件或催化轉(zhuǎn)化器(例如，TWC組件)的健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))的系統(tǒng)及方法。具體而言，本公開的實(shí)施例包括構(gòu)造成聯(lián)接于燃機(jī)并且處理來自燃機(jī)的排放物(例如，發(fā)動機(jī)排氣中)(例如，NOx、HC、CO等)的后處理(例如，排氣處理)系統(tǒng)。后處理系統(tǒng)可包括基于催化器的系統(tǒng)、化學(xué)制品噴射系統(tǒng)或其它類型。公開的實(shí)施例包括測量或獲得燃機(jī)的一個或更多個操作參數(shù)(例如，實(shí)際或估計(jì)的操作參數(shù))、經(jīng)由O2傳感器測量催化器組件上游和下游兩者的流體(排氣或處理排氣)中的O2濃度，以及經(jīng)由一個或更多個RF探頭或傳感器測量催化器組件的O2儲存。公開的實(shí)施例包括經(jīng)由控制器(例如，發(fā)動機(jī)控制單元(ECU))使用模型以基于催化器組件上游和下游兩者的流體中的測得的O2濃度和/或燃機(jī)的一個或更多個操作參數(shù)來估計(jì)催化器組件的O2儲存和來自催化器組件的某些種類的排放物(例如，NOx和CO)?？刂破骺蓪WC組件的估計(jì)的O2儲存與TWC組件的測得的O2儲存相比較。如果催化器組件的估計(jì)的O2儲存或估計(jì)排放物中的一種或更多種不在期望極限內(nèi)，則輸出控制動作可由控制器自動地觸發(fā)(例如，執(zhí)行催化器組件上的診斷模塊)。經(jīng)由公開的技術(shù)，監(jiān)測催化器組件的健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))實(shí)現(xiàn)了燃機(jī)的使用在延長時間段內(nèi)保持在符合排放內(nèi)。此外，對催化器組件的維護(hù)可最小化。此外，公開的實(shí)施例提供了機(jī)載診斷能力。
[0046]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖并且參照圖1，示出了聯(lián)接于發(fā)動機(jī)12的后處理系統(tǒng)10的示意圖。如下文詳細(xì)所述，公開的后處理系統(tǒng)10監(jiān)測后處理系統(tǒng)10的催化器組件14的健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))，并且如果需要，執(zhí)行催化器組件14上的診斷。發(fā)動機(jī)12可包括內(nèi)燃機(jī)，如，往復(fù)式發(fā)動機(jī)(例如，多沖程發(fā)動機(jī)如二沖程發(fā)動機(jī)、四沖程發(fā)動機(jī)、六沖程發(fā)動機(jī)等)或燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)12可關(guān)于各種燃料(例如，天然氣、柴油、合成氣、汽油、燃料混合物(例如，甲烷、丙烷、乙烷等)等)操作。發(fā)動機(jī)12可作為富燃燒發(fā)動機(jī)操作。發(fā)動機(jī)12可為生成范圍從1kW到1MW的功率的發(fā)電系統(tǒng)的一部分。在一些實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)12可在小于大約1800轉(zhuǎn)每分鐘(RPM)下操作。在一些實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)12可在小于大約2000 RPM，1900 RPM，1700RPM,1600 RPM,1500 RPM,1400 RPM,1300 RPM,1200 RPM,1000 RPM或900 RPM下操作。在一些實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)12可在大約800-2000RPM、900-1800RPM或1000-1600RPM之間操作。在一些實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)12可在大約18001^]?、15001^]\1、12001^]\1、10001^]\1或9001^]?下操作。例如，示例性發(fā)動機(jī)12可包括General Electric公司的Jenbacher發(fā)動機(jī)(例如，Jenbacher2型、3型、4型、6型或J920 FleXtra)或Waukesha發(fā)動機(jī)(例如，Waukesha VGF、VHP、APG、275GL)。
[0047]在操作期間，發(fā)動機(jī)12生成用于將驅(qū)動力施加于發(fā)動機(jī)12的構(gòu)件(例如，在缸中往復(fù)的一個或更多個活塞，或一個或更多個渦輪)的燃燒氣體16。燃燒氣體16隨后離開發(fā)動機(jī)12作為排氣16，排氣16包括多種排放物(例如，N0x、HC、C0等)。排氣處理系統(tǒng)10處理這些排氣來生成更溫和的排放物(二氧化碳(CO2)、水等)。如所繪，排氣處理系統(tǒng)10包括催化轉(zhuǎn)化器或催化器組件14。催化器組件14(例如，TWC組件)包括用以從發(fā)動機(jī)12接收流體16(例如，排氣)的入口 18，以及用以排放流體22 (例如，處理的發(fā)動機(jī)排氣)的出口 20。在某些實(shí)施例中，催化器組件14包括TWC組件。TWC組件經(jīng)由其催化活性經(jīng)由多個反應(yīng)減少NOx。例如，NOx可經(jīng)由CO減少來生成N2和CO2，NOx可經(jīng)由H2減少來生成NH3和水，并且NOx可經(jīng)由烴(例如，C3H6)減少來生成N2、C02和水。TWC組件還將CO氧化成CO2，并且將未燃的HC氧化成CO2和水。在包括TWC組件的實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)12可操作為富燃燒發(fā)動機(jī)(例如，等比率(S卩，實(shí)際AFR與化學(xué)計(jì)算 AFR 的比率)或 lambda(A)、小于1.0的值，如，大約0.999、0.998、0.997、0.996、0.995、
0.994、0.993、0.980、0.970、0.960、0.950或小于1.0的任何其它值)，以使了￥(:組件中的催化活性最大化。AFR為空氣與燃料的質(zhì)量比。在其它實(shí)施例中，催化器組件14可包括任何其它類型的氧化催化器(例如，二元催化器、烴氧化催化器、柴油氧化催化器等)。在某些實(shí)施例中，后處理系統(tǒng)10可包括設(shè)置在催化器組件14上游和/或下游的一個或更多個附加催化器組件(例如，設(shè)置在發(fā)動機(jī)12和催化器組件之間的ASC組件)。在某些實(shí)施例中，后處理系統(tǒng)1可包括其它構(gòu)件(例如，將氧化劑(例如，空氣、O2、富O2空氣或少O2空氣)噴射到流體16中的氧化劑噴射系統(tǒng))。
[0048]發(fā)動機(jī)12和后處理系統(tǒng)10(例如，通信地)聯(lián)接于控制器24 (例如，發(fā)動機(jī)控制單元(ECU))，控制器24控制和監(jiān)測發(fā)動機(jī)12的操作。例如，控制器24調(diào)節(jié)或調(diào)整發(fā)動機(jī)12的氧化劑燃料比(例如，空氣燃料比)^FR為空氣與燃料的質(zhì)量比?？刂破?4還控制和監(jiān)測后處理系統(tǒng)10的操作。例如，如下文更詳細(xì)所述，控制器24可監(jiān)測后處理系統(tǒng)10的催化器組件14的健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))，并且如果需要，執(zhí)行催化器組件14上的診斷。在某些實(shí)施例中，控制器24可包括與彼此通信的多個控制器(例如，用于發(fā)動機(jī)12和后處理系統(tǒng)10的相應(yīng)控制器)?？刂破?4包括處理電路(例如，處理器26)和存儲器電路(例如，存儲器28)。處理器26可包括多個微處理器、一個或更多個〃通用〃微處理器、一個或更多個專用微處理器，和/或一個或更多個專用集成電路(ASICS)、芯片上系統(tǒng)(SoC)裝置，或一些其它處理器構(gòu)造。例如，處理器26可包括一個或更多個簡化指令集(RISC)處理器或復(fù)雜指令集(CISC)處理器。處理器26可執(zhí)行指令，以執(zhí)行發(fā)動機(jī)12和/或后處理系統(tǒng)10的操作。這些指令可以以儲存于有形的非暫時性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如，光盤、固態(tài)裝置、芯片、固件等)如存儲器28中的程序或代碼來編碼。在某些實(shí)施例中，存儲器28可能夠總體地或部分地從控制器24除去。
[0049]存儲器28可儲存各種表格(例如，查找表(LUT))。存儲器28可儲存使電壓(例如，類似于從RF探頭38接收到的電壓讀數(shù))對應(yīng)于O2儲存值(例如，Θ，其代表TWC中的O2儲存比)的LUT列表。另外，存儲器28可儲存一定數(shù)量的閾值或范圍。例如，存儲器28可儲存代表期望的極限的用于各種排放物(例如，N0x、C0等)的閾值和/或范圍。存儲器28還可儲存用于催化器組件14(例如，TWC)的估計(jì)O2儲存值與催化器組件14的測得的O2儲存值(例如，由RF探頭38測得)之間的差異的標(biāo)稱或最小差異(例如，閾值)。存儲器28還可儲存模型(例如，代表和/或模擬發(fā)動機(jī)12、后處理系統(tǒng)10和/或它們的構(gòu)件中的各個的軟件模型)。例如，存儲器28可儲存一個或更多個模型來估計(jì)發(fā)動機(jī)操作參數(shù)。在其它實(shí)施例中，存儲器28可儲存一個或更多個模型來估計(jì)催化器組件14的氧化狀態(tài)(例如，O2儲存)，并且/或者估計(jì)離開催化器組件14的出口 20的流體22中的各種排放物(例如，NOx、CO等)的濃度。一個或更多個模型可使用催化器組件14 (例如，TWC組件)上游和下游的流體16，22中的O2濃度(例如，從O2傳感器34，36接收到)的測量結(jié)果和/或一個或更多個發(fā)動機(jī)操作參數(shù)(例如，實(shí)際發(fā)動機(jī)操作參數(shù)和/或估計(jì)的發(fā)動機(jī)操作參數(shù)，如經(jīng)由模型獲得)，以估計(jì)催化器組件14的氧化狀態(tài)和離開催化器組件14的各種排放物(例如，NOx、CO等)的濃度。控制器22從傳感器、促動器和發(fā)動機(jī)12的其它構(gòu)件(例如，用戶界面)和后處理系統(tǒng)10接收一個或更多個輸入信號(輸入γ._輸入n)，并且將一個或更多個輸出信號(輸出I...輸出n)輸出至傳感器、促動器和發(fā)動機(jī)12和/或系統(tǒng)10的其它構(gòu)件。控制器22可使用一個或更多個類型的模型(例如，能夠由處理器執(zhí)行的基于軟件的模型)。例如，模型可包括基于物理的模型如低周疲勞(LCF)壽命預(yù)測模型、計(jì)算流體動力(CFD)模型、有限元分析(FEA)模型、實(shí)體模型(例如，參數(shù)和非參數(shù)建模)，和/或3維至2維FEA映射模型，其可用于預(yù)測設(shè)備故障的風(fēng)扇或?qū)υO(shè)備維護(hù)的需要。模型還可包括統(tǒng)計(jì)模型，如，回歸分析模型、數(shù)據(jù)篩選模型(例如，群集模型、分類模型、關(guān)聯(lián)模型)等。例如，群集技術(shù)可發(fā)現(xiàn)某些方面〃類似〃的數(shù)據(jù)中的組或結(jié)構(gòu)。分類技術(shù)可將數(shù)據(jù)點(diǎn)分類為某些組的部分，例如，具有遇到非計(jì)劃維護(hù)事件的較高概率的現(xiàn)場裝置。回歸分析可用于找出能夠在一定誤差范圍內(nèi)對未來趨勢建模的功能。關(guān)聯(lián)技術(shù)可用于找出變量之間的關(guān)系。另外，可使用模糊邏輯模型。另外，與模型一起使用的數(shù)據(jù)可包括歷史數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、基于知識的數(shù)據(jù)等。
[0050]控制器24可聯(lián)接于與發(fā)動機(jī)12和排氣處理系統(tǒng)10相關(guān)聯(lián)的傳感器。例如，發(fā)動機(jī)12可包括設(shè)置在發(fā)動機(jī)12上、發(fā)動機(jī)12內(nèi)和/或發(fā)動機(jī)12的出口 32附近的一個或更多個傳感器30，其測量發(fā)動機(jī)12的一個或更多個操作參數(shù)(例如，實(shí)際操作參數(shù))。傳感器30可包括常壓和發(fā)動機(jī)傳感器，如，壓力傳感器、溫度傳感器、速度傳感器等。在某些實(shí)施例中，傳感器30可測量離開發(fā)動機(jī)12的流體16中的不同種類(例如，排放物)的濃度。例如，傳感器30可包括但不限于O2或lambda傳感器、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度傳感器、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣壓力傳感器、夾套水溫傳感器、發(fā)動機(jī)排氣溫度傳感器，以及發(fā)動機(jī)排氣壓力傳感器。此外，一個或更多個02或lambda傳感器34可設(shè)置在催化器組件14的入口 18上游(例如，在發(fā)動機(jī)12與催化器組件14之間)，以測量流體16中的O2的濃度或量。此外，一個或更多個O2或lambda傳感器36可設(shè)置在催化器組件14的出口 20下游，以測量流體22中的O2的濃度或量。更進(jìn)一步，一個或更多個RF探頭或傳感器38可設(shè)置在催化器組件14內(nèi)或聯(lián)接于其，以測量催化器組件14的O2儲存。在某些實(shí)施例中，來自RF探頭38的O2儲存測量結(jié)果可采用電壓讀數(shù)的形式。在某些實(shí)施例中，電壓讀數(shù)可轉(zhuǎn)換成O2儲存值，Θ (例如，使用LUT)。
[0051 ] 至少基于來自傳感器30、02傳感器34，36和一個或更多個RF探頭38的反饋，控制器24監(jiān)測后處理系統(tǒng)10的催化器組件14的健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))，并且如果需要，執(zhí)行催化器組件14上的診斷。例如，控制器22使用一個或更多個發(fā)動機(jī)操作參數(shù)(例如，由傳感器30測得的實(shí)際操作參數(shù)和/或估計(jì)的操作參數(shù))和模型(例如，基于軟件的模型)中的催化器組件14上游和下游的測得的O2濃度(例如，從O2傳感器34，36接收到)，以生成催化器組件14的氧化狀態(tài)(例如，O2儲存)的估計(jì)，以及離開催化器組件14的排放物(例如，NOx、CO等)的估計(jì)?？刂破?4可將催化器組件14的估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存(例如，基于來自RF探頭38的反饋)相比較。如果催化器組件14的估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存之間的差異顯著(例如，大于期望閾值，如百分之2、百分之5、百分之10或任何其它期望百分比)，則控制器24可執(zhí)行催化器組件14上的診斷模塊(例如，TWC診斷模塊)。在某些實(shí)施例中，控制器24還可提供O2儲存的檢測差異和診斷模塊的性能的使用者可感知指示(例如，音頻、視頻、文本等)。如果催化器組件14的估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存之間的差異等于或小于期望閾值，則控制器24可將估計(jì)的排放物(例如，N0x、C0等)與相應(yīng)閾值和/或范圍相比較，以確定排放物是否在可接受或期望的極限內(nèi)。如果NOx或CO并未在可接受或期望的極限內(nèi)(S卩，在范圍外或高于閾值)，則控制器24仍可執(zhí)行催化器組件14上的診斷模塊(例如，TWC診斷模塊)。經(jīng)由公開的技術(shù)，監(jiān)測催化器組件14的健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))實(shí)現(xiàn)了燃機(jī)12的使用在延長時間段內(nèi)保持在符合排放內(nèi)。此外，對催化器組件14的維護(hù)可最小化。此外，公開的技術(shù)提供機(jī)載診斷能力。
[0052]圖2為用于監(jiān)測聯(lián)接于發(fā)動機(jī)12的催化器組件14(例如，TWC組件)的健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))的計(jì)算機(jī)實(shí)施方法40的實(shí)施例的流程圖。方法40的步驟中的所有或一些可由控制器24執(zhí)行(例如，使用處理器26來執(zhí)行儲存在存儲器28上的程序和存取數(shù)據(jù))。此外，這些步驟中的一個或更多個可與其它步驟同時執(zhí)行。方法40包括接收發(fā)動機(jī)操作參數(shù)42或代表這些參數(shù)42的信號(框44)。發(fā)動機(jī)操作參數(shù)42可包括由與發(fā)動機(jī)12相關(guān)聯(lián)的一個或更多個傳感器30測得的實(shí)際發(fā)動機(jī)操作參數(shù)。發(fā)動機(jī)操作參數(shù)42還可包括發(fā)動機(jī)操作參數(shù)的估計(jì)，例如，其使用如上文所述的一個或更多個模型估計(jì)。方法40還包括接收催化器前46(02PRE-CAT)和催化器后48(02 POST-GAT)02測量結(jié)果或代表這些測量結(jié)果(例如，來自02傳感器34，36)的信號(框50)。方法40還包括使用一個或更多個模型52來確定或估計(jì)催化器組件14的氧化狀態(tài)(例如，估計(jì)的O2儲存54，Θ)、離開催化器組件14的流體22中的N0x56(NOx,est)，以及離開催化器組件14的流體22中的⑶58(C0EST)(框55)。在某些實(shí)施例中，一個或更多個模型52可用于取決于氧化催化器的類型來生成對其它排放物的估計(jì)。
[0053]方法40包括接收測量結(jié)果或代表催化器組件14的O2儲存加載60的測量結(jié)果(例如，來自RF探頭38)的信號(框62) ο在某些實(shí)施例中，包括對應(yīng)于O2儲存值(例如，Θ，其代表TWC中的O2儲存比)的電壓(例如，類似于從RF探頭38接收到的電壓讀數(shù))的LUT64可用于將來自RF探頭38的測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成O2儲存值。方法40還包括將估計(jì)的O2儲存54值與測得的O2儲存值60相比較。在某些實(shí)施例中，比較可包括最初確定估計(jì)的O2儲存值54是否大致等于測得的O2儲存值60(框66)。如果估計(jì)的O2儲存值54并非大致等于(例如，具有大于百分之I的差異)測得的O2儲存值60，則方法40包括使用估計(jì)的O2儲存值54與測得的O2儲存值60之間的差異68，Δ Θ，以及將其與標(biāo)稱或閾值差異70，Δ ΘΝ(]Μ相比較(框72)。Δ Qnqm可為估計(jì)的(?儲存54與測得的O2儲存60之間的百分之2、百分之5、百分之10或任何其它期望百分比差異。如果A Θ大于△ ΘΝ(Μ，則方法40包括輸出控制動作(框74)?？刂苿幼骺砂▓?zhí)行催化器組件14上的診斷模塊(例如，TWC診斷模塊)(例如，測量橫跨催化器組件14的壓降)?？刂苿幼鬟€可包括提供檢測的A Θ大于△ ΘΝ(]Μ和/或診斷模塊的性能的使用者可感知指示(例如，音頻、視頻、文本等)。在某些實(shí)施例中，框66可跳過，并且方法40可自動地進(jìn)行至框72。
[0054]如果估計(jì)的O2儲存54值大致等于測得的O2儲存值60(例如，等于或小于百分之I)，或者Δ Θ小于Δ ΘΝ(]Μ，則方法40包括確定NOx,est和COest是否在期望的極限內(nèi)(框76)。具體而言，方法40包括確定NOx,EST是否小于期望的NOx閾值或在期望的NOx范圍78內(nèi)。方法40還包括確定COest是否小于期望的CO閾值或在期望的CO范圍80內(nèi)。如果NOx,EST和COest兩者落入它們的相應(yīng)期望范圍78，80內(nèi)或低于它們的相應(yīng)期望閾值78，80，則方法40包括從開始循環(huán)穿過方法40(框82)。如果NOx,EST或COest落出它們的相應(yīng)期望范圍78，80或等于或大于它們的相應(yīng)期望閾值78，80，則方法40包括輸出如上文所述的控制動作(框74)。
[0055]公開實(shí)施例的技術(shù)效果包括提供(例如，計(jì)算機(jī)實(shí)施的)系統(tǒng)和方法用于監(jiān)測聯(lián)接于燃機(jī)12的催化器組件14(例如，TWC組件)的健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))ο具體而言，實(shí)施例包括使用發(fā)動機(jī)操作參數(shù)42和催化器組件14上游和下游的流體16，22中的O2濃度測量結(jié)果作為模型中的輸入，以生成催化器組件14中的O2儲存的估計(jì)以及離開催化器組件14的排放物(例如，NOx、CO等)的估計(jì)。實(shí)施例還包括將估計(jì)的O2儲存與測得的O2儲存(例如，基于來自催化器組件14內(nèi)的RF探頭38的測量結(jié)果)相比較以確定催化器組件14的健康狀態(tài)。實(shí)施例還包括將估計(jì)的排放物與相應(yīng)范圍和/或閾值相比較，以確定估計(jì)的排放物是否在極限內(nèi)，以確定催化器組件14的健康狀態(tài)。經(jīng)由公開的實(shí)施例，監(jiān)測催化器組件14的健康狀態(tài)(例如，氧化狀態(tài))實(shí)現(xiàn)了燃機(jī)12的使用在延長時間段內(nèi)保持在符合排放內(nèi)。此外，對催化器組件14的維護(hù)可最小化。此外，公開的實(shí)施例提供了機(jī)載診斷能力。
[0056]該書面的描述使用實(shí)例以公開本發(fā)明(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言無顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種系統(tǒng)，包括: 排氣后處理系統(tǒng)，其構(gòu)造成處理來自燃機(jī)的排放物，其中所述排氣后處理系統(tǒng)包括: 三元催化器(TffC)組件，其構(gòu)造成從所述燃機(jī)接收流體，其中所述TWC組件具有入口和出口； 第一氧(O2)傳感器，其設(shè)置在所述TWC組件的入口上游； 第二O2傳感器，其設(shè)置在所述TWC組件的出口下游；以及 至少一個射頻(RF)探頭，其設(shè)置在所述TWC組件內(nèi)并且構(gòu)造成測量所述TWC組件的O2儲存；以及 控制器，其通信地聯(lián)接于所述排氣后處理系統(tǒng)，其中所述控制器構(gòu)造成從所述第一 O2傳感器接收代表所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度的第一信號，從所述第二 O2傳感器接收代表所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度的第二信號，從所述至少一個RF探頭接收代表所述TWC組件的測得的O2儲存的第三信號，使用模型以至少基于所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度和所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度來生成所述TWC組件的估計(jì)的O2儲存，將所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存相比較，以及至少基于所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存的比較來輸出用于所述排氣后處理系統(tǒng)的控制動作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成接收所述燃機(jī)的一個或更多個操作參數(shù)，以及使用所述模型以基于所述一個或更多個操作參數(shù)、所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度和所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度來生成所述TWC組件的估計(jì)的O2儲存。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成使用所述模型以基于所述一個或更多個操作參數(shù)、所述TWC組件上游的所述流體中的O2濃度，以及所述TWC組件下游的所述流體中的O2濃度來生成離開所述TWC組件的所述流體中的估計(jì)的氮氧化物(NOx)濃度和估計(jì)的一氧化碳(CO)濃度兩者。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成通過確定所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存之間的差異來將所述估計(jì)的O2儲存與所述測得的O2儲存相比較，以及確定所述差異是否大于閾值差異。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在所述差異大于所述閾值差異的情況下執(zhí)行用于所述TWC組件的診斷模塊。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在所述差異小于或等于所述閾值差異的情況下確定所述估計(jì)的NOx濃度是否在NOx濃度范圍內(nèi)或低于NOx濃度閾值。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在所述估計(jì)的NOx濃度不在所述NOx濃度范圍內(nèi)或低于所述NOx濃度閾值的情況下執(zhí)行用于所述TWC組件的診斷模塊。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在所述差異小于或等于所述閾值差異的情況下確定所述估計(jì)的CO濃度是否在CO濃度范圍內(nèi)或低于CO濃度閾值。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器構(gòu)造成在所述估計(jì)的CO濃度不在所述CO濃度范圍內(nèi)或低于所述CO濃度閾值的情況下執(zhí)行用于所述TWC組件的診斷模塊。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括聯(lián)接于所述排氣后處理系統(tǒng)的所述燃機(jī)。
【文檔編號】F01N11/00GK106050379SQ201610398554
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】M·N·R·德瓦拉康達(dá)
【申請人】通用電氣公司