[发明专利]异常气缸特性的车载诊断

说明书

本发明要求在2005年12月21日提交的美国临时申请 No.60/753,091的申请日的优先权，该专利申请通过引用而结合到本文 中。本发明部分地涉及在DE-FC04-02AL67636下由政府支持而执行 的工作。

背景技术

排放规定在世界范围内强调减少细颗粒物排放。细颗粒与有害健 康影响的关联比大颗粒更强，而且发动机是细颗粒的主要来源。实际 上，在发动机技术中减少粒子质量排放的改变已导致所排放的微小粒 子(太小而不构成太大质量)的数目的急剧增加。核模态(nuclei mode) 颗粒的直径范围在5-50纳米。它们由硫酸和部分燃烧的燃料以及润滑 油的混合物组成。大多数核模态粒子直至排气燃烧产物在大气中稀释 和冷却时才形成，此时核模态粒子的气相前体更倾向于经历气体至颗 粒的转化。

为了满足未来的排放标准，未来柴油发动机很可能将必须装配复 杂的燃烧控制系统，并且很可能装配包括颗粒过滤器和捕集器的后处 理系统。有效的排气颗粒传感器可提供信息来帮助减少来自发动机的 颗粒排放，并且因此使得捕集器和其它后处理装置更加可行。颗粒捕 集器可能较小或可能不太经常更新，从而减小了燃料经济性方面的费 用和罚款。

还需要减少发动机排放中的氮氧化物。然而，众所周知减少发动 机排气中的颗粒物可能会导致更多的氮氧化物，反之亦然。因此，必 需做出权衡，并且关于发动机排气的组成的更多信息将有助于获得最 佳结果。

现有的发动机排放传感器监控总体发动机排放的长期趋势(1-10 秒的持续时间)或固定测试循环的整体总排放。然而，在许多发动机中， 一个或两个气缸造成大部分排放，这些峰值超过排放标准。由本申请 人所做出的测试示出气缸与气缸之间和循环与循环之间的发动机排 放的相当大的实际变化。当在所有气缸上取平均时这种现象被掩盖。

因此，本发明使用传感器来瞬时地监控单个气缸的特性或发动机 循环特性，以便测量基于“不超过”极限而不是平均水平的当前和未来 的排放规定的适应性。从传感器所获得的信息也可用于发动机控制或 维修。可记录从传感器获得的信息以在正常维修周期期间使用，并且 也可用于改变发动机参数来减少来自故障气缸的较高排放。

附图说明

在附图中的构件未必按照比例绘制。

图1是示出颗粒物传感器的基本构件的示例示图。

图2是图1的传感器的侧视图。

图3是图1的传感器插入到排气管中的示例示图。

图4是将车载(onboard)诊断用于发动机排放监控的系统的示例示 图，其表示传感器在发动机排气通道中的位置。

图5是显示来自测试发动机的实验数据的曲线图。

图6是在正常发动机操作期间所产生的颗粒物浓度的图示。

图7是在发动机操作期间当一个气缸出现故障时颗粒物浓度的图 示。

图8是当一个气缸出现故障时在发动机操作期间的电荷传感器信 号的图示。

图9a和图9b是诊断流程图的示例。

图10是来自分别位于柴油机颗粒过滤器的两侧上的两个电荷传 感器的信号的差异的图示。

图11是在柴油机颗粒过滤器下游的电荷传感器信号的图示。

具体实施方式

虽然本发明容许各种形式的实施例，但在附图中示出且在下文中 描述了某些实施例，应了解的是，本公开内容被认为是本发明的范例 且并不意图将本发明限制为所表示和描述的具体实施例。

作为一个实施例的示例，传感器可监控在发动机气缸的排气冲程 期间在颗粒物上的电荷。不同的电荷传感器在本领域中已知。例如， 某些为接触电荷传感器，某些为镜像电荷传感器，该镜像电荷传感器 可测量通过的排气流中的颗粒的电荷，而与是否接触传感器无关。某 些为离子传感器。用于在发动机气缸的排气冲程期间监控颗粒物上的 电荷的传感器的示例在下文中描述。相关技术描述于美国专利 No.6,971,258中，其通过引用而结合到本文中。由于电荷是纯电现象， 因此响应速率很高并且可实时监控排放。可实现逐个气缸和逐个循环 的监控。

作为一个实施例的示例，电荷传感器利用具有玻璃或陶瓷电馈通 的高温金属环、盘或网，以提供对所传感的信号的电隔离。读取电子 电路测量电离、电荷或电流传输，以及诸如温度的其它参数。