用于控制车辆发动机的排气后处理系统的方法与流程

1.本公开涉及一种用于控制车辆发动机的排气后处理系统的方法，并且更具体地，涉及一种控制安装在车辆中的催化剂装置以便于净化从车辆发动机排放的废气的技术。


背景技术：

2.在例如汽油直接喷射(gdi)发动机和共轨直接喷射(crdi)发动机的直接喷射发动机中，在高负荷驾驶条件(过量燃料驾驶条件)下，燃烧室中的局部燃料富集区域的出现频率较高，并且在该情况下，颗粒物的排放量迅速增加。
3.以上排放的颗粒物大部分穿过通道流动型催化转换器(例如三元催化器(twc)、柴油氧化催化剂(doc)和贫no
x
捕集器(lnt))，并由颗粒过滤器(例如汽油颗粒过滤器(gpf)或柴油颗粒过滤器(epf))收集并去除。
4.然而，在颗粒物当中，与具有多重键合的烃组合并因此具有高粘度的高粘度颗粒物不穿过通道流动型催化转换器，从而能够堵塞通道流动型催化转换器(即，堵塞催化剂)。
5.催化剂的这种堵塞可以通过将堵塞的催化剂暴露于500℃的高温来解决，然而，当在适当的时间未解决催化剂的堵塞时，可能遇到质量问题，例如污染物的排放量的增加、发动机熄火、催化转换器的过度加热等。
6.在背景技术部分中披露的上面的信息仅用于增强对本公开的背景的理解，并且不应被解释为本领域技术人员已知的常规技术。


技术实现要素：

7.本公开鉴于上面的问题而提出，并且本公开的目的是提供一种用于控制车辆发动机的排气后处理系统的方法，在该方法中，检测并控制被设置为净化来自发动机的废气的通道流动型催化转换器的堵塞，使得催化转换器的堵塞程度不超过指定水平，并且因此可以提高净化废气中有毒物质的性能的稳定性，以满足各种规定并降低环境污染。
8.根据本发明的一个方面，上面和其他目的可以通过提供一种用于控制车辆发动机的排气后处理系统的方法来实现，该方法包括：由控制器确定车辆的驾驶状态是否满足堵塞确定条件；在确定满足堵塞确定条件时，由控制器估计催化转换器的后端的正常温度；由控制器使用温度传感器测量出的催化转换器的后端的实际温度和所估计的正常温度来计算堵塞指数；由控制器通过对堵塞指数与参考范围进行比较来确定是否有必要解决催化转换器的堵塞；并且当确定有必要解决催化转换器的堵塞时，由控制器执行堵塞解决模式。
9.确定车辆的驾驶状态是否满足堵塞确定条件时，可以确定来自发动机的废气的流速、催化转换器的入口的温度以及空燃比中的至少一者。
10.堵塞指数可以包括：催化转换器的后端随时间的实际测量温度和所估计的正常温度的线性回归线的斜率；以及催化转换器的后端随时间的实际测量温度和所估计的正常温度的皮尔逊积矩相关系数的平方。
11.堵塞指数可以包括催化转换器的后端随时间的实际测量温度和所估计的正常温
度的线性回归线的斜率。
12.堵塞指数可以包括催化转换器的后端随时间的实际测量温度和所估计的正常温度的皮尔逊积矩相关系数的平方。
13.当斜率和皮尔逊积矩相关系数的平方中的任一者偏离参考范围中的对应一个时，确定有必要解决催化转换器的堵塞。
14.参考范围中的每个由基于1的上限值和下限值来设定。
15.执行堵塞解决模式时，可以驱动发动机，使得催化转换器的温度达到或高于指定的解决温度，并且堵塞解决模式的持续时间被设定为与堵塞指数偏离参考范围的程度成比例地延长。
附图说明
16.从以下结合附图的详细描述中将更清楚地理解本公开的上面和其他目的、特征和其他优点，在附图中：
17.图1是示例性示出可应用本公开的车辆发动机和车辆发动机的排气后处理系统的视图；
18.图2是示出根据本公开的用于控制车辆发动机的排气后处理系统的方法的流程图；
19.图3是示出与催化转换器有关的热力学第一定律的建模的视图；
20.图4是示出在图3的建模中所使用的空隙率的视图；
21.图5到图7是概念性地示出测量的温度和估计的正常温度随时间变化的三种可行情况的曲线图；并且
22.图8示出说明正常催化剂、堵塞40％的催化剂、以及堵塞50％的催化剂的催化转换器的出口的温度、斜率和r2随时间流逝的曲线图。
具体实施方式
23.现在将详细参考本公开的示例性实施例，该实施例的示例在附图中示出。在整个附图中，尽可能使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
24.图1是示例性示出可应用本公开的车辆发动机1和用于车辆发动机的排气后处理系统的视图。来自发动机1的废气由催化转换器3净化，并且然后被排放，安装在催化转换器3的后端(下游)的温度传感器5测量催化转换器3的后端的温度并且将关于所测量的温度的信息发送到控制器7，并且控制器7被配置成使用通过来自温度传感器5的信号而接收到的催化转换器3的后端的所测量的温度来计算堵塞指数(将在下面描述)，并且以堵塞解决模式(将在下面描述)驱动发动机1。
25.在此，催化转换器3是指上述通道流动型催化转换器，并且可以在催化转换器3的下游安装颗粒过滤器(例如汽油颗粒过滤器(gpf)或柴油颗粒过滤器(epf))。
26.参考图2，根据本公开的用于控制车辆发动机的排气后处理系统的方法包括：由控制器7确定车辆的驾驶状态是否满足指定的堵塞确定条件(s10)；当满足堵塞确定条件时，由控制器估计催化转换器3的后端的正常温度(s20)；由控制器7使用温度传感器5实际测量出的催化转换器3的后端的温度和估计的正常温度来计算指定的堵塞指数(s30)；由控制器
7通过将堵塞指数与指定的参考范围进行比较来确定是否有必要解决催化转换器3的堵塞(s40)；并且当确定有必要解决催化转换器的堵塞时，由控制器7执行指定的堵塞解决模式(s50)。
27.即，当车辆的驾驶状态满足堵塞确定条件时，控制器7使用通过测量催化转换器3的后端的温度获得的实际测量温度和通过估计获得的正常温度来计算堵塞指数，并且通过将堵塞指数与参考范围进行比较来确定是否执行催化转换器3的堵塞解决模式，从而能够在催化转换器3被过度堵塞之前通过适当地执行堵塞解决模式来一致地维持并确保催化转换器3中的平滑流动状态，并且从而提供稳定的净化性能。
28.在确定车辆的驾驶状态是否满足堵塞确定条件时，确定来自发动机1的废气的流速、催化转换器3的入口的温度以及空燃比中的至少一个。
29.即，指示在控制器7确定是否满足堵塞确定条件时使用的车辆的驾驶状态的物理量包括来自发动机1的废气的流速、催化转换器3的入口的温度以及空燃比中的一个或多个。
30.例如，对于来自发动机1的废气的流速，当控制器7计算堵塞指数并且通过将堵塞指数与参考范围进行比较来确定是否有必要解决催化转换器3的堵塞时，控制器7通过大量实验和分析来确定废气的流速范围以确定是否有必要以期望水平或更高的准确度解决催化转换器3的堵塞、存储所确定的废气的流速的范围、并且当根据车辆的驾驶状态的来自发动机1的废气的流速属于所存储的流速的范围时，确定满足堵塞确定条件的至少一部分。
31.在催化转换器3的入口的温度或空燃比的情况下，可以存储通过大量实验和分析确定的催化转换器3的入口的温度的范围或空燃比的范围，并且然后以相同的方式将催化转换器3的入口的温度的范围或空燃比的范围用于确定是否满足堵塞确定条件。
32.当控制器7估计催化转换器3的后端的正常温度时，控制器7可以使用其中根据热力学第一定律对催化转换器3建模的方程。
33.即，可以对相对于催化转换器3(即，根据本公开的待控制的目标对象)的热力学第一定律建模，如图3所示，并且图3所示的用于基体和废气的方程可以分别建模如下。
[0034][0035][0036]
这里，
[0037]
ε：空隙率，
[0038]
ε＝a
cell
/(a
cell
a
wall
)，
[0039]
ρ：密度，
[0040]cp
：定压比热，
[0041]
t：温度，
[0042]
g：质量流，
[0043]acell
：基体单元的截面积，
[0044]
ga：表面积/体积，
[0045][0046]
b：底边，
[0047]
h：高度，
[0048]hgas2bed
：从废气到基体的热传递系数，
[0049][0050]kgas
：传导率，
[0051]dh
：水力直径，
[0052]nu
：努塞尔数(nusselt number)，
[0053]
这里，在强制对流的湍流管中的流动中，
[0054]nu
＝0.023re
4/5
prn，
[0055]
针对加热，n＝0.4，
[0056]
针对冷却，n＝0.3，
[0057]
pr＝c
p
μ/k，
[0058]
针对堇青石，
[0059]
针对空气，c
p，gas
＝a2t2 a1t a0，
[0060]
这里，
[0061][0062]
并且
[0063]
在空隙率ε的计算中使用的a
cell
和a
wall
在图4中示例性示出。
[0064]
催化转换器3的后端的温度可以通过将上面的微分方程离散化并转换成代数方程以获得逆矩阵的方式来估计，并且所估计的温度是催化转换器3的后端在正常状态下的温度，在该正常状态下催化转换器3未堵塞，并且从而其被称为“正常温度”。
[0065]
在该实施例中，堵塞指数包括斜率(即，催化转换器3随时间的实际测量温度和估计的正常温度的线性回归线的斜率)，以及催化转换器3随时间的实际测量温度和估计的正常温度的皮尔逊积矩相关系数的平方。
[0066]
即，在本实施例中，通过计算两个堵塞指数(即，斜率和皮尔逊乘积矩相关系数的平方)并且然后同时确定该两个堵塞指数，来确定是否有必要执行对应的催化转换器3的堵塞解决模式。
[0067]
可以仅将催化转换器3随时间的实际测量温度和估计的正常温度的线性回归线的
斜率用作堵塞指数，或者可以仅将催化转换器3随时间的实际测量温度和估计的正常温度的皮尔逊积矩相关系数的平方用作堵塞指数。然而，在该实施例中，为了实现更准确的确定，将斜率和皮尔逊积矩相关系数的平方用作堵塞指数。
[0068]
斜率由以下方程表示。
[0069][0070]
这里，i＝1,2,3,
……
,n-1,n，
[0071]
n指示用于计算斜率的数据(x，y)的总数，并且x和y中的一个指示实际测量温度，并且x和y中的另一个指示估计的正常温度。
[0072]
此外，皮尔逊积矩相关系数的平方由以下方程表示。
[0073][0074]
这里，i＝1,2,3,
……
,n-1,n，
[0075]
n指示用于计算皮尔逊积矩相关系数的平方的数据(x，y)的总数，并且x和y中的一个指示实际测量温度，并且x和y中的另一个指示估计的正常温度。
[0076]
图5至图7是概念性地示出当如上所述比较催化转换器3的后端的实际测量温度和估计的正常温度时的三种可行情况的曲线图。
[0077]
在图5所示的情况1中，实际测量温度与估计的正常温度之间的差随时间保持恒定(偏移)，并且在该情况下，这些温度的斜率接近于1，但是这些温度的皮尔逊积矩相关系数的平方(为了方便起见，皮尔逊积矩相关系数的平方被称为“r2”)具有小于1但接近于0的值。因此，该情况被称为偏移状态。
[0078]
在图6所示的情况2中，实际测量温度与估计的正常温度之间的差随时间变化，并且与情况1相比，这些温度的斜率具有小于1或大于1的值，并且这些温度的r2具有接近于1的值。该情况被称为交叉状态。
[0079]
在图7所示的情况3中，实际测量温度与估计的正常温度彼此一致，且两者之间不存在差，并且在该情况下，这些温度的斜率和r2两者具有接近于1的值。该情况被称为精确状态。
[0080]
参照上面的三种情况，当两个堵塞指数(即，实际测量温度和估计的正常温度的斜率和r2)具有接近1的值时，可以认为催化转换器3未堵塞并因此处于正常状态，并且当两个堵塞指数中的任一个偏离特定参考范围时，可以确定催化转换器3处于堵塞状态。
[0081]
这将通过图8所示的曲线图来确认。即，图8示出说明正常催化剂、堵塞40％的催化剂、以及堵塞50％的催化剂的催化转换器的出口的温度、其斜率和这些催化剂的r2值随时间流逝的曲线图，并且可以确认的是，堵塞50％的催化剂的温度的斜率比堵塞40％的催化剂的温度的斜率更远离1，并且堵塞50％的催化剂的温度的r2比堵塞40％的催化剂的温度的r2更远离1。
[0082]
即，如上所述，可以基于对应催化转换器的斜率和r2远离1的程度来检测对应催化
转换器的堵塞程度。
[0083]
因此，在本公开中，当两个堵塞指数(即，催化转换器的温度的斜率和皮尔逊积矩相关系数的平方)中的任一个偏离相应的参考范围时，确定有必要解决对应催化转换器的堵塞。
[0084]
这里，参考范围由基于1的上限值和下限值设定。
[0085]
例如，可以将参考范围设定为0.5-1.5，并且实际上，可以使用应用了本公开的催化转换器通过多个实验来适当地设定参考范围。
[0086]
在堵塞解决模式中，驱动发动机1，使得催化转换器3的温度达到指定的解决温度或更高，并且堵塞解决模式的持续时间可以被设定为与堵塞指数偏离参考范围的程度成比例地延长。
[0087]
即，控制器7控制发动机1，使得催化转换器3被加热到解决温度或更高，从而能够通过燃烧去除引起催化转换器3堵塞的高粘度颗粒物。
[0088]
因此，解决温度可以被设定为足以燃烧引起催化转换器3堵塞的物质的温度，例如500℃。
[0089]
此外，当堵塞解决模式的持续时间与堵塞指数偏离参考范围的程度成比例地延长时，持续时间随着催化转换器的所确定的堵塞程度的增加而增加，因此，催化转换器的堵塞可以被适当地解决。
[0090]
如从以上描述中可以清楚，在根据本公开的用于控制车辆发动机的排气后处理系统的方法中，检测并控制被设置为净化来自发动机的废气的通道流动型催化转换器的堵塞，使得催化转换器的堵塞程度不超过指定水平，并且因此可以提高净化废气中的有毒物质的性能的稳定性，以满足各种规定并降低环境污染。
[0091]
此外，在根据本公开的方法中，可以在适当的时间监测和去除催化转换器的堵塞，从而能够防止由于发动机的背压的增加而导致的燃料效率劣化和输出降低，并且能够防止发动机熄火和催化转换器的过度加热。
[0092]
尽管为了说明的目的公开了本公开的示例性实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求中公开的本公开的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。