评估NO_X传感器响应速率劣化的设备、系统和方法

专利名称：评估NO_X传感器响应速率劣化的设备、系统和方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的排气系统，更具体地讲，涉及评估被配置为用于检测废气流中NOx的NOx传感器的响应速率劣化。
背景技术：
废气后处理系统用于接收和处理由内燃机产生的废气。典型的废气后处理系统包括任意多个被配置为用于降低废气中存在的有害废气排放水平的组件。例如，ー些针对柴 油内燃机的废气后处理系统包括多个组件，如柴油氧化催化器(DOC)、微粒物过滤器或柴油微粒过滤器(DPF)以及选择性催化还原(SCR)催化器。在ー些废气后处理系统中，废气首先通过柴油氧化催化器，然后通过柴油微粒过滤器，接着通过SCR催化器。D0C、DPF和SCR催化器组件中的每ー个都被配置为对通过该组件的废气执行具体的废气排放处理操作。通常，DOC通过氧化技术减少废气中存在的一氧化碳和碳氢化合物的量。DPF过滤废气中存在的有害柴油微粒物和黑烟。最后，由SCR催化器减少废气中存在的氮氧化物(NOx)的量。发动机和废气后处理组件的操作在很大程度上基于废气后处理系统中不同阶段废气流中存在的NOx量。通常使用一个或多个至少部分设置在流经废气后处理系统的废气流内的NOx传感器来检测废气流中的NOx量。例如，ー些传统的废气后处理系统包括紧邻发动机排气歧管出ロ、SCR催化器出口和排气管出ロ的NOx传感器。每个NOx传感器可检测废气流中的NOx水平，然后将代表所检测NOx水平的信号传送至电子控制模块(ECM)或中间模块。ECM根据任意多种计算方法处理从NOx传感器接收到的检测NOx水平，以估算具体NOx传感器位置处废气流中存在的NOx量。由于废气流中的NOx量可影响发动机系统的许多方面，因此NOx传感器检测到的NOx水平的准确度十分重要。其中尤其重要的是来自排气管NOx传感器的信号的准确度，因为其指示离开废气后处理系统进入大气的NOx量。如果排气管NOx传感器不准确地检测离开系统的废气流中的NOx水平，则系统可能不必要地将NOx減少得太多或未觉察地将NOx减少得太少。例如，如果排气管NOx传感器检测到的NOx水平错误地较高，则系统不能有效地減少比必需量更多的N0X。作为另外一种选择，如果排气管NOx传感器检测到的NOx水平错误地较低，则系统可能无法减少足够的NOx以满足排放标准。不准确的NOx水平检测的ー个来源是NOx传感器响应速率随时间推移而劣化。随着NOx传感器的老化，NOx传感器响应速率的劣化会增强，因此NOx传感器检测到的NOx水平的准确度也会降低。配备了ー些常规系统以评估NOx传感器响应速率劣化水平。这些系统可能使用不同的技术和方法来评估NOx传感器响应速率劣化水平。然而，这些技术和方法可能受到某些缺点的影响。例如，一些系统不能区别NOx传感器信号的缓慢变化速率和由于NOx传感器劣化而导致的缓慢响应。此外，ー些系统不会考虑可能为具体NOx传感器信号(例如来自排气管NOx传感器的信号)特性的信号偏移漂移(如噪音)和传输延迟。

发明内容
为响应于有关废气后处理控制系统和车载诊断系统的现有技术的限制，开发了本专利申请的主題。因此，开发了本专利申请的主题以提供克服现有技术的至少ー些缺点的设备、系统和方法。在ー个代表性实施例中，用于确定内燃机系统中NOx传感器响应速率劣化的设备包括发动机控制模块，该模块被配置为用于在内燃机发动期间停止向内燃机提供燃油。该设备还包括信号监控模块，该模块被配置为在内燃机发动期间发动机控制模块停止向内燃机提供燃油之后监控NOx传感器信号，以及存储对应于所监控NOx传感器信号的NOx传感器信号数据。此外，该设备包括时间常数模块，该模块被配置为用于确定在发动机控制模块停止提供燃油后NOx传感器响应的时间常数。该设备还包括响应速率劣化模块，该模块被配置为用于至少部分根据所确定的时间常数确定NOx传感器的响应速率劣化值。在ー些具体实施中，使用函数拟合法确定NOx传感器响应的时间常数，在某些情况 下函数拟合法可为最小ニ乘拟合法。可通过k和k2值定义最小ニ乘拟合法的曲线拟合，这
两个值根据方程
权利要求
1.一种用于确定内燃机系统中NOx传感器响应速率劣化的设备,包括 被配置为用于在内燃机发动期间停止向所述内燃机提供燃油的发动机控制模块；信号监控模块，所述模块被配置为在所述内燃机发动期间所述发动机控制模块停止向所述内燃机提供燃油之后监控NOx传感器信号，以及存储所述监控的NOx传感器信号的相应NOx传感器信号数据； 时间常数模块，所述模块被配置为用于在所述发动机控制模块停止提供燃油后估算所述NOx传感器信号响应的时间常数；以及 响应速率劣化模块，所述模块被配置为至少部分根据所述估算的时间常数确定所述NOx传感器的响应速率劣化值。
2.根据权利要求I所述的设备，其中使用函数拟合法确定所述NOx传感器信号的所述时间常数。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述函数拟合法包括最小二乘拟合法。
4.根据权利要求3所述的设备，其中通过k和k2值定义所述最小二乘拟合法的曲线拟 合，所述k和k2值根据方程
5.根据权利要求I所述的设备，其中所述响应速率劣化模块被配置为用于确定所述NOx传感器信号的偏移漂移，所述时间常数至少部分基于所述偏移漂移。
6.根据权利要求I所述的设备，其中所述响应速率劣化模块被配置为用于确定所述NOx传感器信号的传输延迟。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述NOx传感器信号的所述传输延迟至少部分基于所述NOx传感器信号响应衰减的估算起始时间。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述NOx传感器信号响应的所述衰减的所述估算起始时间基于所述发动机控制模块停止提供燃油后某一时间的NOx估算值与同一时间的NOx检测值之间的比较。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述NOx传感器信号的所述衰减的所述估算起始时间等于所述NOx估算值与所述NOx检测值的差值大于阈值时的时间。
10.根据权利要求8所述的设备，其中使用所述内燃机发动期间所述发动机控制模块停止向所述内燃机提供燃油之后测试时间窗口内所述存储NOx传感器信号数据的曲线拟合来估算所述NOx估算值，其中所述NOx估算值在所述测试时间窗口开始之前的某个时间进行估算。
11.根据权利要求I所述的设备，其中所述NOx传感器信号响应的所述时间常数基于连续数学函数的离散时间近似值。
12.一种用于确定传感器条件的系统，所述系统包括 传感器，所述传感器被配置为用于检测性能值和生成代表所述检测到的性能值的响应信号；以及 控制器，所述控制器可通过与所述传感器的响应信号接收连通而进行通信，所述控制器被配置为用于监控从所述传感器接收到的响应信号，根据函数拟合法确定所述响应信号的时间常数，以及至少部分根据所述确定的时间常数估算从所述传感器接收的所述响应信号的劣化系数。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括能够产生废气流的内燃机，并且其中所述传感器被配置为用于检测所述废气流的性能值。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述内燃机与燃油源燃油接收连通，并且其中所述时间常数包括预定测试周期内所述响应信号的时间常数，所述预定测试周期包括在所述内燃机保持发动状态的同时停止向所述内燃机提供燃油的时间周期。
15.根据权利要求12所述的系统，还包括车载诊断指示器，所述车载诊断指示器可通过与所述控制器的信号接收连通而进行通信，其中所述控制器向所述车载诊断指示器发出信号，指示大于阈值的估算劣化系数对应的所述传感器的条件。
16.根据权利要求12所述的系统，还包括内燃机，其中所述传感器包括被配置为用于检测所述发动机所产生废气流中的NOx量的NOx传感器，并且其中所述控制器被配置为用于停止向所述发动机提供燃油以及在停止向所述发动机提供燃油时监控所述响应信号的衰减速率。
17.—种用于确定NOx传感器响应速率劣化的方法,所述方法包括 在所述发动机发动期间停止向内燃机提供燃油； 在停止提供燃油后监控NOx传感器信号； 使用函数拟合法估算所述NOx传感器信号的衰减速率；以及 至少部分根据所述估算的衰减速率估算所述NOx传感器信号响应速率的劣化值。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括通过以下方法估算所述NOx传感器信号的传输延迟根据燃耗停止后的预定时间周期间收集到的存储NOx传感器信号数据，估算燃耗停止后所述NOx传感器信号衰减的起始时间。
19.根据权利要求18所述的方法，其中根据所述NOx传感器信号的所述衰减的所述估算起始时间来估算所述NOx传感器信号的所述衰减速率。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述预定时间周期的长度可至少基于以下因素之一所述NOx传感器信号耦合的废气后处理系统的长度、废气流经所述废气后处理系统的流速、所述废气后处理系统的排气管直径，以及非劣化条件下所述NOx传感器的响应时间。
21.根据权利要求18所述的方法，其中估算所述NOx传感器信号衰减的所述起始时间包括使用与第一时间窗口相关的所述已存储NOx传感器信号数据的第一组数据曲线拟合第一指数函数，使用所述第一指数函数的所述曲线拟合估算所述第一时间窗口之前第一时间处的NOx值，比较所述第一时间处的所述NOx估算值与所述第一时间处的NOx实际值，并且，如果所述NOx估算值与所述NOx实际值之间的差值大于阈值，则将所述第一时间设置为所述NOx传感器信号衰减的所述起始时间。
22.根据权利要求21所述的方法，其中如果所述NOx估算值与所述NOx实际值之间的所述差值小于阈值，所述方法包括使用与在所述第一时间窗口之前开始的第二时间窗口相关的所述已存储NOx传感器信号数据的第二组数据曲线拟合第二指数函数，所述方法还包括使用所述第二指数函数的所述曲线拟合估算所述第二时间窗口之前第二时间处的NOx值和所述第一时间，对比所述第二时间处的所述NOx估算值与所述第二时间处的NOx实际值，并且，如果所述第二时间处的所述NOx估算值与所述第二时间处的所述NOx实际值之间的差值大于所述阈值，则将所述第二时间设置为所述NOx传感器信号衰减的所述起始时间。
23.根据权利要求18所述的方法，其中估算所述NOx传感器信号的所述衰减的所述起始时间包括分析所述NOx传感器信号衰减的预测起始时间之后所存储的NOx传感器信号数据，以及增量回溯以分析早期存储的NOx传感器信号数据。
全文摘要
在一个实施例中，用于确定内燃机系统(10)中NOx传感器响应速率劣化的设备包括被配置为在内燃机发动期间停止为所述内燃机(100)提供燃油的发动机控制模块(310)。所述设备还包括信号监控模块(320)，所述模块被配置为在所述内燃机发动期间所述发动机控制模块停止向所述内燃机提供燃油之后监控NOx传感器信号(305)以及存储对应于所述监控的NOx传感器信号的NOx传感器信号数据(325)。此外，所述设备还包括时间常数模块(330)，所述模块被配置为用于确定在所述发动机控制模块停止提供燃油后所述NOx传感器响应的时间常数(335)。所述设备还包括响应速率劣化模块(340)，所述模块被配置为至少部分根据所述确定的时间常数确定所述NOx传感器的响应速率劣化值(345)。
文档编号G01N27/416GK102667090SQ201080028236
公开日2012年9月12日 申请日期2010年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者丹尼尔·D·威廉, 卡洛斯·A·拉娜, 大卫·埃弗拉德, 杰夫·伦德, 林晓 申请人:康明斯知识产权公司