专利名称：检测燃料蒸发器焦化的方法
检测燃料蒸发器焦化的方法
技术领域：
本发明涉及在机动车辆中的诊断，尤其涉及机动车辆的排气后处理组件中的诊断。背景技术：
机动车辆中的排气后处理系统可包括燃料蒸发器使得燃料蒸气可被提供至下游催化 剂。在催化剂处的燃料蒸气的燃烧产生热量并且从排气流中除去氧气。这些效果中的一个 或者全部都可以允许催化剂更有效率地减少排放，例如氮氧化物。在其他例子中，燃料蒸 气可在排气后处理装置中燃烧以便燃烧掉其中聚集的烟粒。
在美国专利US7， 010, 090中，封闭的、电加热的电热塞用于蒸发燃料。然而，该电热 塞在运转期间可能逐渐地积聚焦炭积层。这种焦化可降低在电热塞处的燃料蒸发速率，并 因此可能减小燃料蒸气供应至催化剂的速率。
此外，除了拆卸蒸发器并且检查该电热塞之外，无法直接检测蒸发器焦化。在没有直 接检测时，蒸发器焦化可基于排气后处理中的效率损失例如通过观察大于预期来自机动车 辆的氮氧化物推断。不幸地是，这种检测方法不能从排气后处理系统的其他可能的劣化问 题(例如由于老化造成催化剂效率劣化)中明确地识别焦化的蒸发器。
发明内容
本发明的发明人已经认识到上述问题并且已经设计多种可解决它们的途径，例如提供 一种方便的检测燃料蒸发器焦化的系统。
根据本发明的一方面，提供一种检测电热塞因焦化导致的劣化的车辆系统，所述系统 包括排气流中的排气后处理装置；配置为蒸发含碳氢化合物的燃料的电热塞，所述电热 塞设置在容纳液体的含碳氢化合物的燃料的外壳中，以向流入所述排气后处理装置的排气
释放蒸发的燃料；以及控制器，所述控制器配置为在选择的条件期间施加电压到所述电热
塞，测量流过所述电热塞的电流，比较流过所述电热塞的电流与阈值电流，以及在流过所 述电热塞的电流大于零但小于所述阈值电流时驱动指示器。
在一个实施例中，所述外壳与所述排气后处理装置流体连通，并配置为供应燃料蒸气 到所述排气后处理装置。
在另一个实施例中，所述系统进一步包括环境温度传感器，其中所述控制器进一步配 置为从所述环境温度传感器读取环境温度并基于所述环境温度计算所述阈值电流。
在又一个实施例中，所述系统进一步包括泵，所述泵由所述控制器控制并配置为泵送 含碳氢化合物的燃料到所述外壳中，其中所述控制器进一步配置为在驱动所述指示器时关闭所述泵。
根据本发明的另一方面，提供一种向机动车辆的排气后处理装置供应还原蒸气的方 法。该方法包括在偏压电阻加热元件上蒸发还原剂，该元件配置在外壳内用于释放还原蒸 气至排气后处理装置，以及如果流过该元件的电流低于阈值电流则指示元件劣化。因此， 基于流过该元件的电流，识别劣化排放控制性能的焦化是可能的。在一个例子中，还原剂 可为燃料，例如柴油燃料。然而，其也可包括其他还原剂例如尿素。
在一些实施例中，阈值电流基于环境温度和/或外壳内的燃料量。同样在一些实施例
中，当流过元件的电流低于阈值电流但大于零(即电流是可测量的但低得反常)时可指示 劣化。
应该明白地是上面的发明内容是提供以简单的形式引入将在具体实施方式
中进一步 描述的一系列概念。其不意味着确定请求保护主题的主要的或关键特征，请求保护的范围 由符合具体实施方式
的权利要求书界定。此外，主张的主题不受限于解决上面提及的或本 说明书中任何部分提到的任何缺点的实施例。
图l显示了依照本发明用于向机动车辆的排气后处理装置供应燃料蒸气的机动车辆 组件的示例配置。
图2说明了依照本发明的示例程序，通过其机动车辆中的排放控制系统可请求排气流 燃料供应。
图3说明了依照本发明用于向机动车辆的排气后处理装置供应燃料蒸气的示例程序。
具体实施方式
图1显示了依照本发明的机动车辆组件的示例配置。图1显示了安装在外壳104内 的电热塞102、排放控制系统105、燃料蒸发器控制器106和电池108。燃料蒸发器控制 器106配置用于向电热塞102供应电压，以及从电池108抽取电能。图l也显示了环境温 度传感器IIO、冷却剂温度传感器112、环境压力传感器114、劣化指示器116和控制阀 118。劣化指示器116配置用于向机动车辆的操作者指示电热塞何时劣化，例如由于焦化 的原因。因此，劣化指示器116可包括机动车辆的车载诊断系统中的专用标识。在一些例 子中，劣化指示器116可包括发光的仪表板信号或听觉信号。
继续参考图1,外壳104连接至将发动机排气引导至第一后处理装置122的排气管 道120。因此，外壳104设置为与第一后处理装置流体连通并且配置用于向其供应燃料蒸 气。在这个例子中，第一后处理装置为柴油氧化催化剂(DOC)。在其他例子中，其可为三 元催化装置或其它包括催化剂的排气后处理装置。图1的示例配置也包括第二后处理装置 124和第三后处理装置126。在这个例子中，第二后处理装置为NOx捕集器，第三后处理装置为柴油微粒过滤器(DPF)。在图l中，第二后处理装置和第三后处理装置设置在第一 后处理装置122下游并与其流体连通，但是其他配置也是同样可能的，并且预想在可替代 的实施例中。
燃料蒸发器控制器106进一步配置用于驱动调节含有碳氢化合物的液态燃料127的 流体流入外壳中的控制阀118。如所提及，也可使用多种其他还原剂取代含有碳氢化合物 的燃料或作为其补充。控制阀打开以允许燃料进入外壳，以及控制阀关闭以防止燃料进入 外壳。因此，通过允许预定量的燃料通过控制阀118并且向电热塞102提供电压、燃料蒸 发器控制器106向第一后处理装置122释放燃料蒸气充气，并且向第二后处理装置124 和第三后处理装置126释放减少的充气。这种燃料蒸气可应车辆中的排放控制系统的要求 提供热量到一个或多个排放后处理装置或减少一个或多个排气后处理装置中的氧含量。在 提供要求的燃料蒸气充气时，燃料蒸发器控制器106可间歇地驱动控制阀118,并且可间 歇地向电热塞102供应电压。
在图1中所示的燃料蒸发器系统的非劣化运转期间， 一些含有碳氢化合物的燃料可 能由于外壳104内的低氧含量和电热塞102的高温遭受开裂。结果，称为焦炭的主要含有 无定形碳的沉积可随时间聚积在电热塞上。焦炭沉积可减小电热塞能够将热量传输至外壳 104内的燃料127的速率。焦炭沉积也可导致电热塞过热并因而烧坏。在任一情况下，焦 化的电热塞不能够以适当的、所需的速率充分地向第一后处理装置122输送燃料蒸气。
本发明的发明人已经认识到电热塞的电阻可显著地受到聚积在其上的焦炭沉积影 响。例如，在相同的环境下并且当由相同的电压偏压时，焦化的电热塞可会更热并且因此 相对于其他相当的未焦化的电热塞有更大的电阻。此外，由于焦化而导致过热并烧坏的电 热塞将会比没有烧坏的具有更大的电阻。
因此，在这个例子中，燃料蒸发器控制器106进一步配置用于通过在将固定的或变 化的电压施加至电热塞上的同时测量流过电热塞的电流，并且分别比较测量的电流与固定 的或变化的阈值电流以检测电热塞102的焦化。如果测量的电流小于阈值电流，则燃料蒸 发器控制器106启动劣化指示器116并且至少在劣化指示器启动时切断或减小通过控制阀 118的燃料供应。
多个不同的方法可用于测量或估算流过电热塞102的电流。例如当电流被引导通过 电阻时， 一些方法可取决于测量越过已知电阻的电压。其他方法可响应由该电流感应的磁 场。这样，也可使用多种电流的替代指示，并且可与相应于阈值电流的合适的参数值相比 较。
在这个例子中，燃料蒸发器106配置用于从环境温度传感器110读取环境温度并且 基于该环境温度和通过控制阀118允许进入外壳104内的燃料量计算阈值电流。特别地， 燃料蒸发器控制器106配置用于计算将环境温度和燃料量作为独立变量的函数的阈值电 流。为了进行计算，燃料蒸发器控制器106可包括包含例如运算放大器的模拟电子元件， 和/或包含微处理器、查值表或其他在本领域已知的部件的数字电子元件以协助固定的函数计算。在这个例子中，随着环境温度的增加，电流阈值减小。同样，随着进入的燃料量 的增加，阈值电流减小。
此外，为了比较测量的电流和阈值电流，燃料蒸发器控制器106可包括如包括那些 配置为微分放大器和比较器的运算放大器的模拟电子元件。这种模拟电子元件可进一步包 括基于惠斯通电桥原理的电阻电桥。作为模拟电子元件的补充或替代，燃料蒸发器控制器 106可包括包含微处理器、存储器和其他部件的数字电子元件以协助数字比较。在一些实 施例中，燃料蒸发器控制器106可进一步配置用于对比较的结果应用低通过滤或反跳，并
因此可包括合适的模拟或数字电子元件。
在一些实施例中，燃料蒸发器控制器106可配置用于测量流过电热塞的电流并且仅 在满足特定条件时执行后续的比较。具体地，燃料蒸发器控制器可配置用于当环境温度高 于第一阈值温度时、当冷却剂温度高于第二阈值温度时以及当环境压力高于阈值压力时测 量电流。结合图3在下面提供其它细节。
在其他实施例中，燃料蒸发器控制器106可进一步配置用于测量电热塞阻抗的非零 频率成分，并因此可包括合适的频率生成和频率选择模拟和/或数字电子元件例如振荡 器、锁定放大器和锁相环。
应该明白地是图1仅说明了一系列预想途径中一个，在其中使用电阻改变，或更一 般地阻抗改变检测电热塞的劣化。还应该明白地是图1为示意性的。本文包括的部件可包 含图中没有显示出的其它结构。例如燃料蒸发器控制器106可包含遍布机动车辆的多个互 连的电子装置。在一些实施例中，燃料蒸发器控制器106和排放控制系统105可集成为单 个模块中。在其他实施例中这些部件中的一个或两个可集成进控制多个动力传动系统和/ 或排放减少运转的动力传动系统控制模块中。此外，图1没有任何方面意图限制。特别地， 一些机动车辆系统可包括多于三个或仅有一个排气后处理装置。最后，在一些实施例中上 文提到的一些部件可用其他部件取代，无论功能相似或功能不同。例如，尽管在图1中的 进入外壳内的燃料流由控制阀118调节，在其他实施例中控制阀的功能可经由泵或泵/阀 组合执行。在这些实施例中，泵可由控制器控制并且配置用于将含碳氢化合物的燃料泵送 至外壳内；控制器可进一步配置用于在指示器被启动时关闭泵。
图2说明了依照本发明的示例程序，通过该程序机动车辆的排放控制系统可请求排 气流燃料充气。在描述的程序中，延续了图1的示例部件的附图标记。排放控制系统105 可配置用于在车辆运转期间以规定的时间间隔执行所说明的程序。
在这个例子中，在202处，排放控制系统确定第一后处理装置122是否低于阈值温 度。如果第一后处理装置低于阈值温度，则在204处，该控制系统请求排气流燃料蒸气充 气用于加热该装置。充气的持续时间可取决于车辆的运转参数，例如冷却剂温度或第一后 处理装置和阈值温度之间的差值。可响应该请求随后提供请求的燃料蒸气充气。
如果第一后处理装置122的温度不低于阈值温度，则在206处，排放控制系统确定 是否已请求第三后处理装置126 (在本例中为DPF)的计划再生。如果已例如基于第三后处理装置的状况请求第三后处理装置的再生，随后在208处，该排放控制系统请求排气流 燃料蒸气充气用于再生第三后处理装置。作为响应，排放控制系统可随后提供请求的燃料 蒸气充气。
否则，在210处，排放控制系统估算第二后处理装置124 (在本例中为NOx捕集器) 的剩余容量。随后，在212处，排放控制系统确定第二后处理装置的剩余容量是否低于阈 值，如果是的话，在214处，排放控制系统请求排气流燃料蒸气充气用于再生第二后处理 装置。同样，排放控制系统随后提供请求的燃料蒸气充气。
这样，该系统可有利地产生燃料蒸气充气用于改善排气流中的调节的排放的减少。 图3说明了依照本发明的供应燃料蒸气至机动车辆的排气后处理装置的示例程序。
在描述的程序中，延续了图1中的示例部件的附图标记。该方法包括在偏压的电热塞(该 电热塞设置在外壳中配置用于向排气后处理装置释放燃料蒸气)上蒸发燃料，并且在流过 该元件上的电流小于阈值电流时指示电热塞劣化。燃料蒸发器控制器106可配置用于响应 接收到供应燃料蒸气至第一后处理装置122的请求执行图3的方法。这种请求可基于后处 理装置是否低于阈值温度或阈值容量,或当该装置的计划再生已请求时产生自机动车辆的 排放控制系统。
在这个例子中，在302处，燃料蒸发器控制器确定是否已经指示电热塞劣化。燃料 蒸发器控制器106可通过询问机动车辆的车载诊断系统这样做。如果已经指示电热塞劣化 则终止程序的执行。否则，执行继续至304,其中燃料蒸发器控制器106测量通过控制闽 118并进入外壳104的燃料的预定量。在306处，燃料蒸发器控制器向电热塞102施加电 压以使得外壳内的燃料蒸发。施加的电压可包括预定电压，或基于工况(例如排气温度、 排气流速度、请求的蒸发的燃料量、排气后处理装置的存储水准等)设置的电压水准。应 该明白地是在其它相等地与本发明一致的实施例中，燃料蒸发器控制器可配置用于在允许 燃料进入其内之前预热外壳。因此，步骤306可在步骤304之前或同时执行。
随后在308处，燃料蒸发器控制器比较来自环境温度传感器110的环境温度与第一 阈值温度。如果环境温度超过第一阈值，则在310处，燃料蒸发控制器比较来自冷却剂温 度传感器112的冷却剂温度与第二阈值。如果冷却剂温度超过第二阈值温度，则在312 处，燃料蒸发器控制器比较来自环境压力传感器H4的环境压力与阈值压力。如果环境压 力超过阈值压力，则在314处，燃料蒸发器控制器测量流过电热塞的电流。然而，如果没 有超过在步骤308至312处的任何一个阈值,则程序结東直至接收到另一供应燃料蒸气的 请求。这样，可延迟电流测量直至状况有利于使测量与电热塞是否劣化相关联。在这个例 子中，当环境温度高于第一阈值温度、当冷却剂温度高于第二阈值以及当环境压力高于阈 值压力时状况比较好。
继续在316处，燃料蒸发器控制器106计算阈值电流。阈值电流可基于多种因素， 其可包括环境温度和/或在304处测量的(metered)燃料量。例如，随着环境温度增加， 该阈值电流可减小。同样地，随着测量的燃料量增加，阈值电流可增大。在这个例子中，选择阈值电流用来在上面概括的情况下(即，当环境温度高于第一阈值温度、当冷却剂温 度高于第二阈值以及当环境压力高于阈值压力时为有利状况)反映流过非劣化的电热塞的
期望电流。
在318处，燃料蒸发器控制器比较来自步骤314处测量的电流与阈值电流。在一些 实施例中，该比较可涉及评估测量的电流与阈值电流之间的差值。在此，差值可有利地经 受低通过滤。在其他实施例中，该比较可涉及评估测量的电流与阈值电流之间的不等式。 这里，该不等式可有利地经受反跳。如果测量的流过电热塞的电流低于阈值电流，在320 处，燃料蒸发器控制器106指示电热塞劣化。在一些实施例中，当流过该元件的电流小于 阈值电流但是大于零，即当该电流是可测量的但低得反常时可指示劣化。
在一些例子中，在318处的指示可包括在机动车辆的车载诊断系统中设置专用标记 或代码。在其他的例子中，该指示可包括使仪表盘信号发光。最后，在322处，通过停用 控制阀118切断或减小供应至外壳104的燃料。这样，可减少进入排气系统的燃料直至劣 化的电热塞被替换，或代码被重新设置。
在这个例子中，在312处测量的电流包括直流电流，且当测量电流时，在304处施 加的电压基本上为常量。在其他实施例中，可调节施加的电压以包括交流，非零频率成分。 所述成分可包括周期性脉冲序列或正弦波。在这些实施例中，测量的电流可为交流电流。 此外，可使用数字和/或模拟滤波方法选频测量的交流电流。在一些替代实施例中，锁定 放大可用于频率选择。
注意的是这里包括的示例控制和估计程序可与多种系统配置使用。这里描述的具体 程序代表任意数量处理策略(例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或 多个。这样，可以以所说明的顺序或并行实现所说明的各种行为、运转或功能，或在一些 情况下有所省略。同样，处理的顺序也并非达到此处所描述的实施例所必需，而只是为了 说明和描述的方便。尽管没有明确说明，可根据使用的具体策略，可重复实现一个或多个 说明的行为或功能。此外，描述的运转、功能和/或行为可图像化表示编程入控制系统中 的计算机可读存储介质的编码。
此外，应该明白的是，这里描述的系统和方法可执行的程序实际上为范例性的，并 且这些具体实施例不认为限制，因为有许多可能的变化。因此，本发明主题包括所有多种 系统以及其任一个或所有等同物的新颖和非显而易见的组合。
权利要求
1.一种向排气后处理装置供应还原蒸气的方法，所述方法包括在偏压电阻加热元件上蒸发还原剂，所述元件设置在配置用于向所述排气后处理装置释放还原蒸气的外壳内；及如果流过所述元件的电流低于阈值电流则指示所述元件劣化。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述流过所述元件的电流大于零，并且 其中所述还原剂包括燃料,所述方法进一步包括测量在所述蒸发之前进入所述外壳内的燃 料量。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于 所述元件的所述电流。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于过所述元件的所述电流。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于 所述元件的所述电流。
6. 如权利要求2所述的方法，其特征在于外壳内的燃料量。
7. 如权利要求2所述的方法，其特征在于 述元件以基本上为常量的电压偏置。
8. 如权利要求2所述的方法，进一步包括评估所述流过所述元件的电流与所述阈值 电流之间的差值，并且对该差值进行低通滤波。
9. 一种检测电热塞因焦化导致的劣化的车辆系统，所述电热塞用于蒸发含碳氢化合 物的燃料，所述系统包括排气流中的排气后处理装置；配置为蒸发含碳氢化合物的燃料的电热塞,所述电热塞设置在容纳液体的含碳氢化合 物的燃料的外壳中，以向流入所述排气后处理装置的排气释放蒸发的燃料；以及控制器，所述控制器配置为在选择的条件期间施加电压到所述电热塞，测量流过所述 电热塞的电流，比较流过所述电热塞的电流与阈值电流，以及在流过所述电热塞的电流大 于零但小于所述阈值电流时驱动指示器。
10. 如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述外壳与所述排气后处理装置流体连通， 并配置为供应燃料蒸气到所述排气后处理装置，所述系统进一步包括环境温度传感器,其中所述控制器进一步配置为从所述环境温度传感器读取环境温度 并基于所述环境温度计算所述阈值电流；和泵，所述泵由所述控制器控制并配置为泵送含碳氢化合物的燃料到所述外壳中，其中 所述控制器进一步配置为在驱动所述指示器时关闭所述泵。当环境温度高于阈值温度时，测量流过 当冷却剂温度高于阈值温度时，测量流 当环境压力高于阈值压力时，测量流过 所述阔值电流基于环境温度或基于所述 当测量所述流过所述元件的电流时，所
全文摘要
本发明涉及检测燃料蒸发器焦化的方法，具体提供一种向机动车辆的排气后处理装置供应还原蒸气的方法。该方法包括在偏压电阻加热元件上蒸发还原剂，该元件设置在配置用于向排气后处理装置释放还原蒸气的外壳内，以及如果流过该元件的电流低于阈值电流则指示元件劣化。在一些实施例中，阈值电流基于环境温度和/或外壳内的燃料量。本发明的方法和系统可以基于流过电热塞的电流简便且准确地识别燃料蒸发器的焦化。
文档编号G05B19/04GK101608972SQ20091014995
公开日2009年12月23日 申请日期2009年6月17日 优先权日2008年6月19日
发明者唐·麦克阿尔平·劳伦斯, 埃米尔·惠勒三世, 大卫·T·祖尔托伍斯基, 小罗伯托·特朗, 斯科特·唐纳德·库珀, 米切尔·J·范·纽斯塔特 申请人:福特环球技术公司