用于根据催化转化器性能控制空气燃料比的系统和方法
【技术领域】
[0001]在本文中公开的主题涉及用于燃气发动机系统的催化转化器系统。具体地，在下面描述的主题涉及用于根据相对应的催化转化器系统控制燃气发动机系统的空气燃料比的系统和方法。
【背景技术】
[0002]燃气发动机系统为多种应用，例如油气处理系统、商业和工业建筑以及车辆提供功率。许多燃气发动机系统包括或联接至监管燃气发动机系统的操作的控制系统。控制系统可改善燃气发动机系统的效率，并且提供其它功能性。例如，控制系统可通过控制燃气发动机的空气燃料比改善燃气发动机系统的效率，该空气燃料比代表相对于提供至燃气发动机的燃料量的提供至燃气发动机的空气量。根据期望的应用，控制系统可尝试保持接近理想配比的空气燃料比，该理想配比为使用所有的可获得氧燃料燃烧的所有的燃料占的理想比例。其它应用可将空气燃料比保持为处于在富(即，过量的燃料)和贫(即，过量的空气)之间的范围。
[0003]如将理解的，燃气发动机系统产生作为燃烧燃料的结果的排气，并且排出的排气的类型可部分地根据提供至燃气发动机系统的燃料的类型和量。许多工业和管辖区(例如，燃煤设备、联邦和国家政府等)可具有规定和约束，其限定不同的燃气发动机系统被允许排放的排气的类型和量。
[0004]为了遵守规定和约束，燃气发动机系统还可包括联接至燃气发动机的催化转化器系统。催化转化器系统接收排气并实际上将排气转化成由其它类型的规定和约束允许的气体。催化转化器系统的性能可影响燃气发动机的性能，反之亦然。经由控制系统改善燃气发动机和催化转化器系统的性能将是有益的。
【发明内容】
[0005]在下面总结了在范围上与原主张发明相适的特定实施例。这些实施例不意图限制主张发明的范围，而是这些实施例仅仅意图提供本发明的可能形式的简要总结。事实上，本发明可包括可与在下面提出的实施例相似或不同的多种形式。
[0006]在第一实施例中，系统包括具有处理器的控制器。处理器构造为接收指示第一氧测量的来自第一氧传感器的第一信号，和指示第二氧测量的来自第二氧传感器的第二信号。第一氧传感器布置在催化转化器系统上游，而第二氧传感器布置在催化转化器系统下游。处理器还构造为根据第一信号、第二信号以及催化转化器模型得出多个氧贮存估值。多个氧贮存估值中的每一个代表用于在催化转化器系统中的多个元件的相对应的元件的氧贮存估值。而且，处理器构造为根据多个氧贮存估值得出用于催化转化器系统的系统氧贮存估值。该处理器还构造为根据催化转化器模型得出用于催化转化器系统的系统氧贮存设定点。处理器然后构造为将系统氧贮存估值与系统氧贮存设定点对比，并且在燃气发动机的控制期间时应用该对比。
[0007]在第二实施例中，系统包括燃气发动机系统，其具有流体联接至催化转化器系统的燃气发动机和操作地联接至燃气发动机且通讯联接至催化转化器的催化控制器。催化控制器具有处理器，其构造为接收指示第一氧测量的来自第一氧传感器的第一信号，和指示第二氧测量的来自第二氧传感器的第二信号。第一氧传感器布置在催化转化器系统上游，而第二氧传感器布置在催化转化器系统下游。处理器还构造为从多个离线催化转化器模型选择第一催化转化器模型。选择的催化转化器模型与催化转化器系统的工况的估值相对应。处理器还构造为然后根据第一信号、第二信号以及第一催化转化器模型得出多个氧贮存估值。多个氧贮存估值中的每一个代表用于在催化转化器系统中的多个元件的相对应的元件的氧贮存估值。处理器还构造为根据多个氧贮存估值的组合得出用于催化转化器系统的系统氧贮存估值。而且，处理器构造为根据第一催化转化器模型得出多个氧贮存设定点。多个氧贮存估值设定点中的每一个代表用于在催化转化器系统中的多个元件的相对应的元件的氧贮存设定点。处理器然后构造为根据多个氧贮存设定点的组合得出系统氧贮存设定点。而且，处理器构造为对比系统氧贮存估值和系统氧贮存设定点，并且根据对比得出空气燃料比(AFR)设定点。应用AFR设定点来控制燃气发动机。
[0008]在第三实施例中，有形、非暂态计算机可读介质包括可实行指令。指令构造为接收指示第一氧测量的来自第一氧传感器的第一信号，和指示第二氧测量的来自第二氧传感器的第二信号。第一氧传感器布置在催化转化器系统上游，而第二氧传感器布置在催化转化器系统下游。指令还构造为根据第一信号、第二信号以及催化转化器模型得出多个氧贮存估值。多个氧贮存估值中的每一个代表用于在催化转化器系统中的多个元件的相对应的元件的氧贮存估值。而且，指令构造为根据多个氧贮存估值得出用于催化转化器系统的系统氧贮存估值。该指令还构造为根据催化转化器模型得出用于催化转化器系统的氧贮存设定点，并且将系统氧贮存估值与氧贮存设定点对比。
[0009]本发明的第一技术方案提供了一种系统，包括:控制器，包括处理器，处理器构造为:接收指示第一氧测量的来自第一氧传感器的第一信号，其中，第一氧传感器布置在催化转化器系统上游;接收指示第二氧测量的来自第二氧传感器的第二信号，其中，第二氧传感器布置在催化转化器系统下游;根据第一信号、第二信号、以及催化转化器模型得出多个氧贮存估值，其中，多个氧贮存估值中的每一个包括用于在催化转化器系统中的多个元件的相对应的元件的氧贮存估值;根据多个氧贮存估值得出系统氧贮存估值;根据催化转化器模型得出用于催化转化器系统的系统氧贮存设定点；以及将系统氧贮存估值与系统氧贮存设定点对比，其中，处理器构造为在燃气发动机的控制期间应用对比。
[0010]本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，处理器构造为:根据对比得出空气燃料比(AFR)设定点；以及根据AFR设定点调整布置在燃气发动机中的燃料促动器。
[0011]本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，处理器构造为接收代表燃气发动机的操作环境的数据，并且其中，处理器构造为根据数据从多个离线催化转化器模型选择催化转化器模型。
[0012]本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，控制器包括具有抗饱和模型的比例积分微分(PID)控制器。
[0013]本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，处理器构造为:根据多个氧贮存估值的组合得出用于在催化转化器系统中的多个元件的子组的第二系统氧贮存估值；以及至少部分地根据第二系统氧贮存估值得出系统氧贮存估值。
[0014]本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，处理器构造为:接收指示第三氧测量的来自第三氧传感器的第三信号，其中，第三氧传感器布置在催化转化器系统内；以及根据第一信号、第二信号、第三信号、以及催化转化器模型得出多个氧贮存估值。
[0015]本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，处理器构造为根据多个氧贮存估值的加权平均值得出系统氧贮存估值。
[0016]本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，处理器构造为根据催化转化器系统的化学动力学得出用于多个元件中的每一个的氧贮存估值。
[0017]本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，处理器构造为得出系统氧贮存设定点，以至少改善催化转化器系统的一氧化碳氧化效率。
[0018]本发明的第十技术方案提供了一种系统，包括:燃气发动机系统，其包括流体联接至催化转化器系统的燃气发动机;催化控制器，其操作地联接至燃气发动机，并且通信地联接至催化转化器，催化控制器包括处理器，处理器构造为:接收指示第一氧测量的来自第一氧传感器的第一信号，其中，第一氧传感器布置在燃气发动机排气出口下游和催化转化器系统的上游;接收指示第二氧测量的来自第二氧传感器的第二信号，其中，第二氧传感器布置在催化转化器系统下游;从多个离线催化转化器模型选择第一催化转化器模型，其中，选择的催化转化器模型与催化转化器系统的工况的估值相对应;根据第一信号、第二信号、以及第一催化转化器模型得出多个氧贮存估值，其中，多个氧贮存估值中的每一个包括用于在催化转化器系统中的多个元件的相对应的元件的氧贮存估值;根据多个氧贮存估值的组合得出用于催化转化器模型的系统氧贮存估值;根据第一催化转化器模型得出多个氧贮存设定点，其中，多个氧贮存设定点中的每一个包括用于在催化转化器系统中的多个元件的相对应的元件的氧贮存设定点;根据多个氧贮存设定点的组合得出用于催化转化器系统的系统氧贮存设定点；将系统氧贮存估值与系统氧贮存设定点对比；以及根据对比得出空气燃料比(AFR)设定点，其中，应用AFR设定点来控制燃气发动机。
[0019]本发明的第十一技术方案是在第十技术方案中，包括燃料控制器，其操作地联接至燃气发动机，其中，催化控制器构造为向燃料控制器传送AFR设定点，并且其中，燃料控制器根据AFR设定点调整一个或更多个燃料促动器。
[0020]本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，一个或更多个燃料促动器包括向燃气发动机提供燃料的阀。
[0021 ]本发明的第十三技术方案是在第十技术方案中，处理器构造为根据多个氧贮存估值确定催化转化器系统的健康状态。
[0022]本发明的第十四技术方案是在第十三技术方案中，健康状态包括氧饱和量、贮存氧量、反应种类转化百分比中的至少一者，或它们的组合。