СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА С СЕЛЕКТИВНЫМ КАТАЛИТИЧЕСКИМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ (SCR)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее раскрытие относится к двигателю внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для того чтобы уменьшать утечку выбросов с отработавшими газами в атмосферу, транспортные средства могут быть оборудованы различными устройствами последующей очистки отработавших газов. Например, трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы могут снижать уровни различных выбросов, в том числе, окиси углерода и несгоревших углеводородов, наряду с тем, что системы с селективным каталитическим восстановлением могут использоваться для снижения уровней NOx. Чтобы гарантировать, что устройства последующей очистки являются функционирующими оптимально, различные датчики могут быть установлены выше по потоку и/или ниже по потоку от устройств, и обратная связь с датчиков может использоваться для определения, являются ли выбросы ускользающими мимо устройств.
Для того, чтобы определять, ускользают ли NOx мимо каталитического нейтрализатора, датчик NOx, помещенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, может контролироваться, и если датчик обнаруживает NOx в отработавших газах, рабочие параметры могут настраиваться для снижения выбросов NOx в отработавших газах, и/или водитель транспортного средства может извещаться, что каталитический нейтрализатор подвергнут ухудшению характеристик. Однако, особенно когда используются в бензиновых двигателях, датчики NOx могут не быть достаточно чувствительными, чтобы обнаруживать более низкие уровни NOx, вырабатываемых двигателем. Дополнительно, датчики NOx могут быть дорогостоящими, таким образом, ограничивая пределы своего использования.
В уровне техники известно решение, раскрытое в заявке на патент США № 12/517,430. В упомянутом решении раскрыто устройство для определения ухудшения характеристик катализатора за счет учета концентрации кислорода после катализатора очистки выхлопных газов. В случае если катализатор находится в активном состоянии, осуществляют считывание (этап 104) вывода (VO2) датчика 44 кислорода и вывода (VNH3) датчика 46 аммиака, расположенных ниже по потоку от катализатора NSR. Если считанный вывод (VO2) датчика кислорода находится на опорном уровне (a) или выше и вывод (VNH3) датчика аммиака находится на опорном уровне (ss) или выше, получают оценку, что окислительная реакция аммиака не проходит в катализаторе NSR при наличии кислорода. В этом случае выполняется определение, что характеристики катализатора NSR ухудшились. Данное решение обладает вышеупомянутыми недостатками, поскольку оба упомянутых датчика: датчик 44 кислорода и датчик 46 аммиака расположены ниже по потоку от катализатора NSR.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Изобретатели осознали проблемы с вышеприведенным подходом и предложили процесс для по меньшей мере частичного принятия мер в ответ на них. В одном из вариантов осуществления, процесс для двигателя содержит эксплуатацию двигателя с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, промежуточным датчиком отработавших газов и расположенным ниже по потоку датчиком отработавших газов, каждый из которых указывает обогащение, настройку работы двигателя, чтобы эксплуатировать двигатель с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, промежуточным датчиком отработавших газов и расположенным ниже по потоку датчиком отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение; настройку работы двигателя, чтобы эксплуатировать двигатель с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, указывающим обогащение, и промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение, и указание ухудшения характеристик каталитического нейтрализатора с SCR на основании того, когда промежуточный и расположенный ниже по потоку датчики отработавших газов переключаются с обеднения на обогащение.
3
Таким образом, датчик кислорода отработавших газов, такой как HEGO, может использоваться для диагностирования каталитического нейтрализатора с SCR. Двигатель может эксплуатироваться для накопления кислорода в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе, и тогда, во время теплового события, аммиак выпускается из каталитического нейтрализатора SCR. По возврату к слегка обогащенной работе, накопленный кислород в TWC может реагировать с восстановителями в отработавших газах из двигателя, чтобы предотвращать восприятие каких бы то ни было восстановителей промежуточным датчиком, расположенным выше по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR. Расположенный ниже по потоку датчик, расположенный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора SCR, тем самым, воспринимает только NH, выпускаемый из каталитического нейтрализатора с SCR. На основании установки момента, когда расположенный ниже по потоку датчик переключается с обеднения на обогащение (что указывает количество аммиака, выпущенное из каталитического нейтрализатора с SCR), может указываться ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора с SCR. В качестве альтернативы, если разность по времени, чтобы промежуточный и расположенный ниже по потоку датчики переключались с обеднения на обогащение, падает ниже порогового значения, может указываться ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора с SCR.
В одном аспекте полезной модели обеспечена система содержащая: двигатель, присоединенный к выпускному каналу; трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, скомпонованный в выпускном канале; каталитический нейтрализатор с SCR, скомпонованный в выпускном канале ниже по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора; расположенный выше по потоку датчик отработавших газов, скомпонованный выше по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, промежуточный датчик отработавших газов, скомпонованный ниже по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, и расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов, скомпонованный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR; и контроллер, включающий в себя инструкции для эксплуатации двигателя с расположенным выше по потоку, промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение; настройки работы двигателя, чтобы эксплуатировать двигатель с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, считывающим обогащение, и промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение; и указания ухудшения характеристик каталитического нейтрализатора с SCR на основании того, когда расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение.
Дополнительно контроллер включает в себя инструкции для приостановки впрыска топлива в двигатель, для того чтобы осуществлять эксплуатацию с расположенным выше по потоку, промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение.
Дополнительно контроллер включает в себя инструкции для настройки работы двигателя посредством возобновления впрыска топлива и эксплуатации с обогащенным сгоранием, для того чтобы эксплуатировать двигатель с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, указывающим обогащение, и промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение.
Дополнительно контроллер включает в себя инструкции для указания ухудшения характеристик каталитического нейтрализатора с SCR, если время от настройки работы двигателя до того, когда расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, является большим, чем пороговое значение.
Дополнительно контроллер включает в себя дополнительные инструкции для определения вместимости по восстановителю каталитического нейтрализатора с SCR на основании того, когда расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение.
В другом аспекте полезной модели система реализовывает процесс для двигателя, состоящий в том, что: эксплуатируют двигатель с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, промежуточным датчиком отработавших газов и расположенным ниже по потоку датчиком отработавших газов, каждый из которых указывает обогащение; настраивают работу двигателя, чтобы эксплуатировать двигатель с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, промежуточным датчиком отработавших газов и расположенным ниже по потоку датчиком отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение; настраивают работу двигателя, чтобы эксплуатировать двигатель с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, указывающим обогащение, и промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение; и указывают ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора с SCR на основании того, когда промежуточный и расположенный ниже по потоку датчики отработавших газов переключаются с обеднения на обогащение.
Дополнительно расположенный выше по потоку датчик отработавших газов расположен выше по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, промежуточный датчик отработавших газов расположен ниже по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и выше по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR, а расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов расположен ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR.
Дополнительно настройка работы двигателя для эксплуатации с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, указывающим обогащение, и промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение, происходит немедленно после эксплуатации двигателя с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, промежуточным датчиком отработавших газов и расположенным ниже по потоку датчиком отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение.
Дополнительно эксплуатация двигателя с расположенным выше по потоку, промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение, заключается в том, что эксплуатируют двигатель с приостановленным впрыском топлива в двигатель.
Дополнительно настройка работы двигателя заключается в том, что начинают впрыск топлива и эксплуатируют двигатель с обогащенным сгоранием.
Дополнительно вслед за началом впрыска топлива с обогащенным сгоранием, указывают ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора с SCR, если разность между временем, когда промежуточный датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, и временем, когда расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, является меньшей, чем пороговое значение.
Дополнительно указывают отсутствие ухудшения характеристик, если разность между временем, когда промежуточный датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, и временем, когда расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, является большей, чем пороговое значение.
Дополнительно переключение с обеднения на обогащение промежуточного датчика отработавших газов происходит вследствие прорыва восстановителей из трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.
Дополнительно переключение с обеднения на обогащение расположенного ниже по потоку датчика отработавших газов происходит вследствие выпускания аммиака из каталитического нейтрализатора с SCR.
В еще одном аспекте полезной модели система реализовывает процесс, состоящий в том, что: окисляют каталитический нейтрализатор с SCR и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, расположенный выше по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR, посредством того, что приостанавливают впрыск топлива всего двигателя; после окисления каталитического нейтрализатора с SCR и трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, осуществляют сгорание обогащенного топливо-воздушного соотношения двигателя; и указывают ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора SCR на основании разности во времени, чтобы промежуточный датчик кислорода ниже по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и чтобы расположенный ниже по потоку датчик кислорода ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR переключались с обеднения на обогащение.
3
Дополнительно, перед тем, как окисляют каталитический нейтрализатор с SCR и трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, инициируют тепловое событие, чтобы заставить NH выпускаться из каталитического нейтрализатора с SCR.
Дополнительно, до того, как инициируют тепловое событие, вырабатывают восстановитель в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе посредством того, что осуществляют эксплуатацию с обогащенным сгоранием, восстановитель накапливается в каталитическом нейтрализаторе с SCR.
Дополнительно ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора с SCR указывается, если разность по времени между тем, когда расположенный ниже по потоку датчик кислорода отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, и тем, когда промежуточный датчик кислорода переключается с обеднения на обогащение, является меньшей, чем пороговое значение.
Дополнительно указывают отсутствие ухудшения характеристик, если разность по времени между тем, когда расположенный ниже по потоку датчик кислорода отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, и тем, когда промежуточный датчик кислорода переключается с обеднения на обогащение, является большей, чем пороговое значение.
Дополнительно расположенный ниже по потоку датчик кислорода переключается с обеднения на обогащение, когда пороговый уровень восстановителя выпущен из каталитического нейтрализатора с SCR, и при этом, промежуточный датчик кислорода переключается с обеднения на обогащение, когда пороговый уровень восстановителей выпущен из трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего Подробного описания, когда воспринимается в одиночку или в связи с прилагаемыми чертежами.
Должно быть понятно, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для знакомства с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Она не предполагается для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен реализациями, которые кладут конец каким-нибудь недостаткам, отмеченным выше или в любой части этого раскрытия.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает принципиальную схему двигателя.
Фиг. 2 показывает примерный процесс для диагностирования каталитического нейтрализатора SCR.
Фиг. 3 показывает примерные показания датчика во время выполнения процесс по фиг. 2.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
2
3
2
3
3
3
3
Для того чтобы диагностировать ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора с селективным каталитическим восстановлением (SCR), может контролироваться утечка аммиака из каталитического нейтрализатора с SCR посредством датчиков кислорода отработавших газов, расположенных выше по потоку и ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR. Более точно, датчики кислорода, такие как датчики кислорода в отработавших газах с подогревом (HEGO), имеют резкий переход по напряжению, когда состав газа изменяется между обогащенным и обедненным состояниями. Эти датчики будут переключаться с обеднения на обогащение при любой комбинации восстановителей, таких как углеводороды (HC), окись углерода (CO), водород (H) и аммиак (NH). С использованием функции вместимости по кислороду трехкомпонентного каталитического нейтрализатора выше по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR, могут создаваться условия, где HC, CO и H не присутствуют в каталитическом нейтрализаторе с SCR (и расположенном выше по потоку HEGO). Затем, NH, накопленный в каталитическом нейтрализаторе с SCR, может термически выпускаться в расположенный ниже по потоку датчик. Таким образом, расположенный ниже по потоку датчик может подвергаться воздействию NH, но не других восстановителей, во время этих условий. Установка момента того, когда расположенный ниже по потоку датчик переключается с обеднения на обогащение в результате выпускания NH, может указывать, подвергнут ли каталитический нейтрализатор ухудшению характеристик, и/или давать оценку вместимости по NH каталитического нейтрализатора. Фиг. 1 показывает схему двигателя, включающего в себя каталитический нейтрализатор с SCR, расположенный выше по потоку трехкомпонентный каталитический нейтрализатор и датчики отработавших газов. Фиг. 1 также включает в себя контроллер, который включает в себя инструкции для выполнения процесса, проиллюстрированного на фиг. 2. Фиг. 3 изображает примерные выходные сигналы датчиков отработавших газов во время выполнения процесса по фиг. 2.
Далее, со ссылкой на фиг. 1, она включает в себя принципиальную схему, показывающую один цилиндр многоцилиндрового двигателя 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12, и входными сигналами от водителя 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В этом примере, устройство 130 ввода включает в себя педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала PP положения педали.
Цилиндр 30 сгорания двигателя 10 может включать в себя стенки 32 цилиндра сгорания с поршнем 36, расположенным в них. Поршень 36 может быть присоединен к коленчатому валу 40, так чтобы возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть присоединен к по меньшей мере одному ведущему колесу транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартерный электродвигатель может быть присоединен к коленчатому валу 40 через маховик, чтобы давать возможность операции запуска двигателя 10.
Цилиндр 30 сгорания может принимать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газообразные продукты сгорания отработавших газов через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут избирательно сообщаться с цилиндром 30 сгорания через соответственные впускной клапан 52 и выпускной клапан 54. В некоторых вариантах осуществления, цилиндр 30 сгорания может включать в себя два или более впускных клапана и/или два или более выпускных клапана.
В этом примере, впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться посредством приведения в действие кулачков через соответственные системы 51 и 53 кулачкового привода. Каждая из систем 51 и 53 кулачкового привода может включать в себя один или более кулачков и может использовать одну или более из систем переключения профиля кулачков (CPS), регулируемой установки фаз кулачкового распределения (VCT), регулируемой установки фаз клапанного распределения (VVT) и/или регулируемого подъема клапана (VVL), которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных вариантах осуществления, впускной клапан 52 и/или выпускной клапан 54 могут управляться посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением. Например, цилиндр 30, в качестве альтернативы, может включать в себя впускной клапан, управляемый посредством возбуждения клапанного распределителя с электромагнитным управлением, и выпускной клапан, управляемый через кулачковый привод, включающий в себя системы CPS и/или VCT.
Топливная форсунка 66 показана присоединенной непосредственно к цилиндру 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально длительности импульса сигнала FPW, принятого из контроллера 12 через электронный формирователь 68. Таким образом, топливная форсунка 66 обеспечивает то, что известно в качестве непосредственного впрыска топлива в цилиндр 30 сгорания. Топливная форсунка, например, может быть установлена сбоку цилиндра сгорания или сверху камеры сгорания. Топливо может подаваться в топливную форсунку 66 топливной системой (не показана), включающей в себя топливный бак, топливный насос и направляющую-распределитель топлива. В некоторых вариантах осуществления, цилиндр 30 сгорания, в качестве альтернативы или дополнительно, может включать в себя топливную форсунку, скомпонованную во впускном канале 42, в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно как впрыск топлива во впускное окно, выше по потоку от цилиндра 30 сгорания.
Впускной канал 42 может включать в себя клапан 84 управления движением заряда (CMCV) и заслонку 82 CMCV, также может включать в себя дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В этом конкретном примере, положение дроссельной заслонки 64 может регулироваться контроллером 12 посредством сигналов, выдаваемых на электродвигатель или исполнительный механизм, включенный дросселем 62, конфигурацией, которая может указываться ссылкой как электронный регулятор дросселя (ETC). Таким образом, дроссель 62 может приводиться в действие, чтобы регулировать всасываемый воздух, выдаваемый в цилиндр 30 сгорания, среди других цилиндров сгорания двигателя. Впускной канал 42 может включать в себя датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для выдачи соответственных сигналов MAF и MAP в контроллер 12.
Система 88 зажигания может выдавать искру зажигания в камеру 30 сгорания через свечу 92 зажигания в ответ на сигнал SA опережения зажигания из контроллера 12, при выбранных рабочих режимах. Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления, камера 30 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 могут приводиться в действие в режиме воспламенения от сжатия, с или без свечи зажигания.
x
3
3
Устройства 71, 72 и 76 снижения токсичности выбросов показаны скомпонованными вдоль выпускного канала 48. В изображенном варианте осуществления, устройство 71 может быть трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (TWC), устройство 72 может быть каталитическим нейтрализатором с селективным каталитическим восстановлением (SCR) наряду с тем, что устройство 76 может быть дизельным окислительным каталитическим нейтрализатором (DOC), дизельным сажевым фильтром (DPF), уловителем NO, различными другими устройствами снижения токсичности выбросов или их комбинацией. Альтернативные компоновки также возможны в некоторых вариантах осуществления, такие как только устройство 71 и устройство 72, являющиеся скомпонованными в выпускном канале. Что касается каталитического нейтрализатора с SCR (например, устройства 72), восстановитель (например, NH) может вырабатываться с помощью расположенного выше по потоку TWC. Однако, в некоторых вариантах осуществления, бак 73 для восстановителя может присутствовать для хранения восстановителя, такого как мочевина или NH. Бак 73 может быть присоединен к форсунке 75 для впрыска восстановителя в поток отработавших газов устройства 72 или в устройство 72, для того чтобы восстанавливать NOx в устройстве 71. Кроме того, смеситель 74 может быть предусмотрен, чтобы обеспечивать надлежащее смешивание восстановителя в потоке отработавших газов. Аммиак может впрыскиваться пропорционально количеству NOx питающих газов двигателя, поступающих в SCR.
x
Датчики отработавших газов показаны присоединенными к выпускному каналу 48. Датчики 125, 126 и 127 каждый может быть любым подходящим датчиком для выдачи показания топливо/воздушного соотношения в отработавших газах, таким как линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкодиапазонный датчик кислорода в отработавших газах), двухрежимный датчик кислорода или EGO, HEGO (EGO с подогревом), датчик содержания NO, HC, или CO. Датчик 125 может быть расположенным выше по потоку датчиком, предусмотренным выше по потоку от устройств 71, 72 и 76 снижения токсичности выбросов наряду с тем, что датчик 126 может быть промежуточным датчиком, предусмотренным ниже по потоку от устройства 71 снижения токсичности выбросов и выше по потоку от устройства 72 снижения токсичности выбросов. Датчик 127 может быть расположенным ниже по потоку датчиком, предусмотренным ниже по потоку от устройства 72 снижения токсичности выбросов.
Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включающего в себя микропроцессорный блок 102, порты 104 ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для исполняемых программ и калибровочных значений, показанный в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, дежурную память 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы и информацию с датчиков, присоединенных к двигателю 10, в дополнение к тем сигналам, которые обсуждены ранее, в том числе, измерение вводимого массового расхода воздуха (MAF) с датчика 120 массового расхода воздуха; температуру охлаждающей жидкости двигателя (ECT) с датчика 112 температуры, присоединенного к патрубку 114 охлаждения; сигнал профильного считывания зажигания (PIP) с датчика 118 на эффекте Холла (или другого типа), присоединенного к коленчатому валу 40; положение дросселя (TP) с датчика положения дросселя; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, с датчика 122. Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано считываемыми компьютером данными, представляющими собой инструкции, исполняемые процессором 102 для выполнения процессов, описанных ниже, а также их вариантов.
Постоянное запоминающее устройство 106 запоминающего носителя может быть запрограммировано считываемыми компьютером данными, представляющими инструкции, исполняемые процессором 102 для выполнения процессов, описанных ниже, а также вариантов, которые предвосхищены, но специально не перечислены.
Как описано выше, фиг. 1 показывает только один цилиндр многоцилиндрового двигателя, и у которого каждый цилиндр может подобным образом включать в себя свой собственный набор впускных/выпускных клапанов, топливную форсунку, свечу зажигания, и т.д.
Таким образом, система, описанная выше, предусматривает систему, содержащую двигатель, присоединенный к выпускному каналу; трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, скомпонованный в выпускном канале; каталитический нейтрализатор с SCR, скомпонованный в выпускном канале ниже по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора; расположенный выше по потоку датчик отработавших газов, скомпонованный выше по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, промежуточный датчик отработавших газов, скомпонованный ниже по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, и расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов, скомпонованный ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR; и контроллер, включающий в себя инструкции для: эксплуатации двигателя с расположенным выше по потоку, промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение; настройки работы двигателя, чтобы эксплуатировать двигатель с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, считывающим обогащение, и промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение; и указания ухудшения характеристик каталитического нейтрализатора с SCR на основании того, когда расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение.
Контроллер может включать в себя инструкции для приостановки впрыска топлива в двигатель, для того чтобы осуществлять эксплуатацию с расположенным выше по потоку, промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение. Контроллер может включать в себя инструкции для настройки работы двигателя посредством возобновления впрыска топлива и эксплуатации с обогащенным сгоранием, для того чтобы эксплуатировать двигатель с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, указывающим обогащение, и промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение. Контроллер может включать в себя инструкции для указания ухудшения характеристик каталитического нейтрализатора с SCR, если время от настройки работы двигателя до того, когда расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, является большим, чем пороговое значение. В качестве альтернативы, контроллер может указывать ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора с SCR, если разность по времени, чтобы промежуточный и расположенный ниже по потоку датчики переключались с обеднения на обогащение, является меньшей, чем пороговое значение. Контроллер может включать в себя дополнительные инструкции для определения вместимости по восстановителю каталитического нейтрализатора с SCR на основании того, когда расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение.
С обращением к фиг. 2, изображен процесс 200 для диагностирования каталитического нейтрализатора с SCR. Процесс 200 может выполняться контроллером 12 согласно инструкциям, хранимым в нем, для того чтобы диагностировать каталитический нейтрализатор с SCR (такой как устройство 72) на основании обратной связи, принимаемой с расположенного выше по потоку датчика кислорода отработавших газов, такого как UEGO (например, датчик 125 отработавших газов), первого, промежуточного HEGO (например, датчика 126) и второго, расположенного ниже по потоку HEGO (такого как датчик 127). Расположенный выше по потоку UEGO может быть расположен выше по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора (TWC), промежуточный HEGO может быть расположен ниже по потоку от TWC, но выше по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR, и расположенный ниже по потоку HEGO может быть расположен ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR.
На 202, процесс 200 включает в себя определение рабочих параметров двигателя. Рабочие параметры могут включать в себя число оборотов и нагрузку двигателя, температуру двигателя, время после того, как выполнялась предыдущая процедура диагностики SCR, эффективность каталитического нейтрализатора (например, в качестве определяемой на основании выходного сигнала с датчиков отработавших газов), и т.д. На 204, определяется, является ли надлежащим время для выполнения процедуры диагностики SCR. Процедура диагностики SCR может быть показана, если пороговое время истекло после того, как выполнялась предыдущая процедура. Дополнительно или в качестве альтернативы, процедура диагностики SCR может выполняться, если удовлетворены определенные условия эксплуатации, такие как температура двигателя или каталитического нейтрализатора, находящиеся ниже порогового значения (так как процедура может повышать температуру двигателя и/или каталитического нейтрализатора). Если процедура диагностики SCR не показана, процесс 200 осуществляет возврат.
3
3
3
3
3
3
3
Если процедура показана, процесс 200 переходит на 206, чтобы по выбору инициировать тепловое событие для вычищения NH из каталитического нейтрализатора с SCR. Перед определением, выпускается ли NH из каталитического нейтрализатора с SCR с требуемой скоростью и/или определением емкости каталитического нейтрализатора с SCR, каталитический нейтрализатор с SCR сначала может освобождаться от всего накопленного NH. При действии таким образом, когда каталитический нейтрализатор с SCR по существу наполнен NH, избыточный NH не будет небрежно выпускаться в атмосферу. Тепловое событие может включать в себя разгон транспортного средства, выполняемый на стехиометрическом топливо-воздушном соотношении, которое может действовать, чтобы повышать температуру отработавших газов, а отсюда, каталитического нейтрализатора с SCR, в свою очередь, побуждая NH выпускаться из каталитического нейтрализатора с SCR. Однако, в некоторых вариантах осуществления, диагностика SCR может инициироваться без начальной очистки NH от SCR.
3
3
На 208, двигатель эксплуатируется с обогащенным сгоранием, которое вырабатывает NH в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе (TWC) выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR. Как указано на 210, NH, вырабатываемый TWC, переносится ниже по потоку в каталитический нейтрализатор с SCR, где он может накапливаться. Двигатель может эксплуатироваться с обогащенным сгоранием до тех пор, пока каталитический нейтрализатор с SCR не достигает насыщения. В результате обогащенного сгорания, все три датчика в системе выпуска могут быть указывающими обогащение, как показано на 212.
3
На 213, еще одно тепловое событие инициируется, чтобы разогревать каталитический нейтрализатор с SCR для побуждения NH начинать десорбцию из каталитического нейтрализатора с SCR. Подобно тепловому событию, описанному выше, это тепловое событие может вызываться стехиометрическим разгоном транспортного средства. На 214, каталитические нейтрализаторы могут окисляться посредством эксплуатации с обедненным сгоранием или посредством подачи вторичного воздуха в TWC. В одном из примеров, обедненное сгорание может обеспечиваться приостановкой впрыска топлива в двигатель, например, инициированием события перекрытия топлива при замедлении (DFSO). Во время DFSO, впрыск топлива в двигатель может останавливаться наряду с тем, что воздух по-прежнему прокачивается через цилиндры. Таким образом, отработавшие газы, достигающие каталитических нейтрализаторов, могут быть обедненными. Также возможны другие механизмы для выдачи кислорода в TWC. В результате добавочного кислорода в отработавших газах во время операции DFSO, кислород может накапливаться в TWC, как указано на 216. Дополнительно, как указано на 218, UEGO и HEGO каждый может указывать обеднение. Кроме того, несгоревший воздух может быть холоднее, чем сгоревший воздух, таким образом, снижая температуру каталитических нейтрализаторов.
3
По окислению TWC и каталитического нейтрализатора с SCR, процесс 200 переходит на 220, чтобы начинать впрыск топлива и осуществлять эксплуатацию с обогащенным сгоранием. Обогащенное сгорание может быть едва богаче стехиометрии, таким как лямбда от 0,990 до 0,999. Чем богаче топливо-воздушное соотношение, тем быстрее будет происходить прорыв окислителей через TWC и, таким образом, быстрее переключение промежуточного HEGO. Таким образом, посредством поддержания всего лишь слегка обогащенного топливо-воздушного соотношения, период времени для контроля переключения с обеднения на обогащение HEGO, описанного ниже, будет доведен до максимума, таким образом, повышая точность и достоверность диагностики. Как указано на 222, расположенный выше по потоку UEGO указывает обогащение вследствие обогащенного сгорания. Однако, промежуточный и расположенный ниже по потоку HEGO каждый продолжает указывать обеднение в течение по меньшей мере короткой длительности вслед за началом обогащенного сгорания, как указано на 224. Накопленный кислород в TWC реагирует с восстановителями в отработавших газах, таким образом, предотвращая утечку каких бы то ни было восстановителей в каталитический нейтрализатор с SCR. Как результат, промежуточный HEGO продолжает указывать обеднение до тех пор, пока накопленный кислород не был использован, и восстановители не прорываются через TWC к датчику. Вследствие нехватки восстановителей в отработавших газах, расположенный ниже по потоку HEGO тоже указывает обеднение до тех пор, пока выпускание NH из каталитического нейтрализатора с SCR, вызванное повышением температуры во время разгона, не достигает достаточной концентрации, чтобы побуждать расположенный ниже по потоку HEGO переключаться на обогащение.
3
3
3
3
Вследствие предшествующего события разгона, которое побуждает NH начинать десорбцию, температура SCR будет только снижаться во время DFSO и возвращаться к слегка обогащенной работе. Таким образом, вслед за DFSO, NH будет по-прежнему выпускаться из SCR, при условии, что занимает некоторую длительность времени, чтобы выпустить NH по мере того, как тепло проходит через каталитический нейтрализатор с SCR. Это происходит в то же время, что и DFSO, и может выполняться возврат к слегка обогащенной работе, а затем, может контролироваться выпускание NH из каталитического нейтрализатора с SCR.
3
3
На 226, контролируется переключение с обеднения на обогащение HEGO. Как описано выше, расположенный выше по потоку UEGO может оставаться обогащенным, пока двигатель работает с обогащенным сгоранием. Расположенный ниже по потоку HEGO может переключаться с обеднения на обогащение, как только пороговое количество NHвыпускается из каталитического нейтрализатора с SCR. Промежуточный HEGO может переключаться с обеднения на обогащение, как только восстановители прорываются через TWC. Время, чтобы восстановители прорывались через TWC, может быть большим, чем время, которое занимает, чтобы NHвыпускался из каталитического нейтрализатора с SCR, какое может происходить относительно быстро в не подвергнутом ухудшению характеристик каталитическому нейтрализатору. Таким образом, время для переключения с обеднения на обогащение расположенного ниже по потоку HEGO может сравниваться с временем для переключения с обеднения на обогащение промежуточного HEGO, и если разность является меньшей, чем ожидается, может указываться ухудшение характеристик.
На 228, определяется, является ли время между тем, когда переключаются промежуточный и расположенный ниже по потоку HEGO, большим, чем пороговое значение. Пороговое время может быть основано на ожидаемом времени, определенном по предыдущей работе, например, свежий каталитический нейтрализатор может контролироваться, и разность времени между тем, когда переключается промежуточный HEGO, и когда переключается расположенный ниже по потоку HEGO, может сохраняться.
3
3
3.
Если время между переключениями является большим, чем пороговое значение, процесс 200 переходит на 232, чтобы указывать отсутствие ухудшения характеристик, так как каталитический нейтрализатор с SCR является накапливающим приемлемое количество NH. Если время между переключениями не является большим, чем пороговое время, процесс 200 переходит на 230, чтобы указывать ухудшение характеристик SCR и предпринимать действие по умолчанию. Таким образом, если занимает дольше, чем ожидается, чтобы расположенный ниже по потоку HEGO переключился с обеднения на обогащение (а отсюда, меньшее время между тем, когда промежуточный HEGO переключается с обеднения на обогащение, и когда расположенный ниже по потоку HEGO переключается с обеднения на обогащение), меньшее количество NHможет накапливаться в каталитическом нейтрализаторе с SCR, чем ожидается. Это может указывать ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора или может указывать уменьшенную вместимость по NH Действие по умолчанию может включать в себя извещение водителя транспортного средства (например, посредством засветки индикаторной лампы неисправности), установку диагностического кода и/или настройку рабочих параметров двигателя (такую как увеличение скорости рециркуляции отработавших газов для снижения уровней NOx в отработавших газах). Процесс 200 затем осуществляет возврат.
Несмотря на то, что процесс, описанный выше, контролирует время между переключениями HEGO, время, чтобы расположенный ниже по потоку HEGO переключался с обеднения на обогащение, может контролироваться и сравниваться с ожидаемым пороговым временем, собранным из предыдущей работы двигателя. Если расположенный ниже по потоку HEGO переключается после того, как истекла пороговая длительность после начала обогащенного сгорания, может указываться ухудшение характеристик. Кроме того, посредством контроля как HEGO ниже по потоку от SCR, так и HEGO ниже по потоку от TWC, возможное ухудшение характеристик TWC может указываться, если промежуточный HEGO (ниже по потоку от TWC) переключается раньше, чем ожидается.
Время на то, чтобы промежуточный и расположенный ниже по потоку датчики переключались с обеднения на обогащение, может зависеть от расхода отработавших газов, уровня обогащения топливо-воздушного соотношения вслед за операцией DFSO и вместимости по кислороду TWC, которая может изменяться по мере того, как TWC стареет. Чтобы нормализовать времена переключения HEGO в отношении этих переменных, разность между временами переключения для промежуточного и расположенного ниже по потоку HEGO может делиться на время, которое занимает, чтобы промежуточный HEGO переключался с обеднения на обогащение.
3
3
Фиг. 3 показывает график 300, иллюстрирующий примерные показания трех датчиков отработавших газов во время выполнения процесса по фиг. 2, а также выпускание NHиз SCR, в качестве функции времени. Показание расположенного выше по потоку UEGO проиллюстрировано кривой 302, показание первого, промежуточного HEGO проиллюстрировано кривой 304, показание второго, расположенного ниже по потоку HEGO проиллюстрировано кривой 306, а выпускание NH из SCR проиллюстрировано кривой 308. Что касается показания UEGO, стехиометрическое показание указывается пунктирной горизонтальной линией, с показанием обогащения, изображаемым на графике ниже стехиометрии, и показанием обеднения выше стехиометрии. Показания HEGO являются напряжением, выведенным датчиками, причем, более высокое напряжение указывает показание обогащения (например, 0,8 В), а более низкое напряжение указывает показание обеднения (например, 0,1 В).
3
3
3
3
3
3
3
3
До момента t1 времени, процедура диагностики SCR не была инициирована, и двигатель работает со стехиометрическим топливо-воздушным соотношением. Дополнительно, немного или нисколько NH выпускается из каталитического нейтрализатора с SCR. В момент t1 времени, процедура диагностики инициируется, и каталитический нейтрализатор с SCR нагревается для выпускания NH. Как показано кривой 308, выпускание NHиз SCR возрастает и, как показано кривой 306, расположенный ниже по потоку HEGO указывает обогащение в результате выпускаемого NH. Несмотря на то, что расположенный выше по потоку UEGO и промежуточный HEGO изображены в качестве указывающих приблизительно стехиометрию, они также могут указывать обогащение, если тепловое событие, инициированное для выпускания NH, включает в себя увеличение топливо-воздушного соотношения. После того, как NHбыл выпущен из SCR, двигатель эксплуатируется с обогащенным сгоранием в момент t2 времени, для того чтобы вырабатывать NHв TWC для накопления в SCR. Таким образом, как показано кривыми 302, 304 и 306, каждый из датчиков указывает обогащение Как только SCR достиг насыщения, тепловое событие инициируется, чтобы начать выпускание NH из SCR, прямо перед моментом t3 времени. DFSO инициируется в t3, или впрыск топлива в двигатель приостанавливается иным образом. Получающийся в результате обедненный воздух побуждает UEGO и каждый датчик HEGO переключаться на обеднение. Кислород в отработавших газах окисляет каталитические нейтрализаторы, давая в результате накопление кислорода в TWC и падение температуры в SCR. Через заданную временную длительность, действие DFSO прекращается и, в момент t4 времени, начинается впрыск топлива, и двигатель работает со слегка обогащенным сгоранием. Расположенный выше по потоку UEGO (кривая 302) переключается обратно на обогащение, отражая топливо-воздушное соотношение на выходе двигателя. Однако, оба, промежуточный и расположенный ниже по потоку, HEGO остаются обедненными вследствие недостатка восстановителей, выходящих из TWC.
3
3
3
Как только SCR достигает достаточно высокой температуры, NHначнет выпускаться из SCR, как показано кривой 308. После того, как пороговое количество NHприсутствует в отработавших газах, расположенный ниже по потоку HEGO переключается с обеднения на обогащение. При не подвергнутом ухудшению характеристик каталитическом нейтрализаторе, это происходит относительно быстро и происходит до того, как промежуточный HEGO переключается с обеднения на обогащение, что показано в момент t5 времени. Таким образом, при не подвергнутом ухудшению характеристик каталитическом нейтрализаторе, расположенный ниже по потоку HEGO переключается с обеднения на обогащение раньше промежуточного HEGO, и относительно большое количество времени истекает между переключениями. Однако, в подвергнутом ухудшению характеристик каталитическом нейтрализаторе, немного или нисколько NHможет накапливаться в SCR, и таким образом, переключение с обеднения на обогащение расположенного ниже по потоку от HEGO может задерживаться, как проиллюстрировано пунктирной кривой 310. Однако, даже если каталитический нейтрализатор с SCR подвергнут ухудшению характеристик, переключение с обеднения на обогащение расположенного ниже по потоку HEGO будет происходить вследствие прорыва восстановителей из промежуточного HEGO. Это переключение может происходить слегка позже, чем переключение промежуточного HEGO, вследствие вместимости по кислороду SCR. В подвергнутом ухудшению характеристик каталитическом нейтрализаторе, время между тем, когда переключается расположенный ниже по потоку HEGO, и переключается промежуточный HEGO, может быть меньшим, чем в не подвергнутом ухудшению характеристик каталитическом нейтрализаторе.
Таким образом, процессы и системы, описанные в материалах настоящей заявки, предусматривают процесс для двигателя, содержащий эксплуатацию двигателя с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, промежуточным датчиком отработавших газов и расположенным ниже по потоку датчиком отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение; настройку работы двигателя, чтобы эксплуатировать двигатель с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, указывающим обогащение, и промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение; и указание ухудшения характеристик каталитического нейтрализатора с SCR на основании того, когда промежуточный и расположенный ниже по потоку датчики отработавших газов переключаются с обеднения на обогащение.
Расположенный выше по потоку датчик отработавших газов может быть расположен выше по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, промежуточный датчик отработавших газов может быть расположен ниже по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и выше по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR, а расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов может быть расположен ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR. Настройка работы двигателя, чтобы работал с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, указывающим обогащение, и промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение, может происходить немедленно после эксплуатации двигателя с расположенным выше по потоку датчиком отработавших газов, промежуточным датчиком отработавших газов и расположенным ниже по потоку датчиком отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение.
Эксплуатация двигателя с расположенным выше по потоку, промежуточным и расположенным ниже по потоку датчиками отработавших газов, каждый из которых указывает обеднение, может включать в себя эксплуатацию двигателя с приостановленным впрыском топлива в двигатель, а настройка работы двигателя может включать начало впрыска топлива и эксплуатацию двигателя с обогащенным сгоранием. Вслед за началом впрыска топлива с обогащенным сгоранием, ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора с SCR может указываться, если разность между временем, когда промежуточный датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, и временем, когда расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, является меньшей, чем пороговое значение.
Процесс дополнительно может содержать указание отсутствия ухудшения характеристик, если разность между временем, когда промежуточный датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, и временем, когда расположенный ниже по потоку датчик отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, является большей, чем пороговое значение. Переключение с обеднения на обогащение промежуточного датчика отработавших газов может происходить вследствие прорыва восстановителей из трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, а переключение с обеднения на обогащение расположенного ниже по потоку датчика отработавших газов может происходить вследствие выпускания аммиака из каталитического нейтрализатора с SCR.
В еще одном примере, процесс содержит окисление каталитического нейтрализатора с SCR и трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, расположенного выше по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR, посредством приостановки впрыска топлива всего двигателя; после окисления каталитического нейтрализатора с SCR и трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, осуществление сгорания обогащенного топливо-воздушного соотношения двигателя; и указание ухудшения характеристик каталитического нейтрализатора SCR на основании разности во времени, чтобы промежуточный датчик кислорода ниже по потоку от трехкомпонентного каталитического нейтрализатора и чтобы расположенный ниже по потоку датчик кислорода ниже по потоку от каталитического нейтрализатора с SCR переключались с обеднения на обогащение.
3
Процесс дополнительно может содержать, до окисления каталитического нейтрализатора с SCR и трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, инициирование теплового события, чтобы побуждать NH выпускаться из каталитического нейтрализатора с SCR. Процесс также дополнительно может содержать, до инициирования теплового события, выработку восстановителя в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе посредством осуществления эксплуатации с обогащенным сгоранием, восстановитель накапливается в каталитическом нейтрализаторе с SCR.
Ухудшение характеристик каталитического нейтрализатора с SCR может указываться, если разность между временем, когда расположенный ниже по потоку датчик кислорода отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, и временем, когда промежуточный датчик кислорода переключается с обеднения на обогащение, является меньшей, чем пороговое значение. Процесс дополнительно может содержать указание отсутствия ухудшения характеристик, если разность по времени между тем, когда промежуточный датчик кислорода отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, и тем, когда расположенный ниже по потоку датчик кислорода отработавших газов переключается с обеднения на обогащение, является большей, чем пороговое значение.
Расположенный ниже по потоку датчик кислорода может переключаться с обеднения на обогащение, когда пороговый уровень восстановителя выпущен из каталитического нейтрализатора с SCR, а промежуточный датчик кислорода может переключаться с обеднения на обогащение, когда пороговый уровень восстановителей выпущен из трехкомпонентного каталитического нейтрализатора.
Будет принято во внимание, что конфигурации и процессы, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, V-8, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящего раскрытия.