[发明专利]车辆排气处理应用的NOx传感器的偏移和慢响应诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及评估来自于传感器的电输出信号的车载测试方法，所述传感器置于柴油发动机（或其它稀燃发动机）排气流中以检测排气中的氮氧化物（NOx）量。这种与NOx浓度相关的电压或电流信号由车载基于计算机的控制系统使用，用于管理发动机操作，用于管理和评估发动机排气处理。更具体地，本发明涉及这种NOx传感器的车载测试，以评估其零点读数及其对排气成分的变化的响应时间。

背景技术

用于驱动机动车辆的多气缸往复式活塞车辆发动机产生热流动排气流，其在离开发动机的排气歧管之后被处理以将未燃烃和一氧化碳氧化为二氧化碳和水，且在气体从尾管释放到大气之前将氮氧化物（NOx）混合物还原为氮气和水。

许多火花点火汽油发动机用供应至发动机气缸的燃料和空气添加物操作，所述燃料和空气添加物围绕大约14.7/1的化学计量比空气-燃料质量比紧密地变化。排气后处理然后使用氧传感器和三效催化剂系统完成，所述三效催化剂系统被管理以促进氧化和还原反应两者，以便产生清洁排气。柴油燃料压缩点火发动机和其它稀燃发动机通常以大大高于化学计量比的空气-燃料质量比操作，从而将充裕的空气装载到燃烧气缸中。来自于这种发动机操作的排气含有比常规汽油发动机排气更多的氧和氮氧化物。来自于稀燃发动机的排气处理通常使用用于未燃烃和一氧化碳的上游氧化催化剂，用于将一些NO氧化为NO₂。在通过氧化催化剂之后，用于氮氧化物的还原剂材料（例如，尿素）喷射到热排气中且与热排气混合。气体然后送至与催化剂材料接触，所述催化剂材料被选择用于还原剂材料和氮氧化物之间的反应以形成氮气和水，以便从排气通道释放。由于氮化合物的氧含量被还原，因而该反应称为“还原”反应。该排气还原实践通常称为NOx的选择性催化还原（SCR）。

SCR型排气后处理系统需要插入排气流中的NOx传感器，用于管理还原剂材料添加到排气流中和其它后处理实践。NOx传感器通常形成为小的电化学单元，其例如通过响应于在排气中流动且流经传感器表面的氮氧化物物质的量产生电压或电流信号而工作。NOx传感器数据还可以用于评估用于NOx还原的催化剂或其它排气后处理材料是否正常工作。

需要确定排气流中的NOx传感器是否正常工作的车载系统和实践。当用于车辆排气系统的NOx传感器不正常工作时，通常需要迅速地诊断故障且报告给车辆操作者。本发明涉及评估这些重要NOx传感器的性能的某些方面的车载计算机进行和管理的诊断方法。

发明内容

来自于柴油发动机的排气流通常包含按体积计高达大约百分之十的氧，大约100至2000百万分率（ppm）的一氧化氮（NO）和大约20-200 ppm的二氧化氮（NO₂）。NOx传感器在排气流中的预定位置使用，以快速地确定NOx成分的当前量，用于确定例如当前应当添加多少还原剂材料，以实现将NOx转换为氮气和水。在该示例中，传感器将位于还原剂材料喷射装置和SCR催化剂材料的上游。在另一个示例中，NOx传感器位于排气流中SCR催化剂材料的下游，以确认NOx的还原。

用于发动机排气流中的氮氧化物的许多传感器由陶瓷型金属氧化物制成，例如用三氧化二钇（氧化钇，Y₂O₃）稳定的二氧化锆（氧化锆，ZrO₂）。这些材料已经用于氧传感器且适合用作NOx传感器。它们被压实作为在尾管的高温（例如，300℃和更高）下传导氧离子的密集陶瓷。传感器的氧化物本体的表面配置有一对高温电极，其可以例如由铂、金或钯或其它金属氧化物形成。传感器形成为提供根据排气流中的传感器位置处的氮氧化物浓度而变的电信号，例如电压或电流变化。来自于传感器的导线用于将信号传输给合适的计算机控制系统，用于管理排气处理系统的操作。由于发动机燃料供应和操作管理与排气成分之间的紧密关系，用于控制排气处理的基于计算机的系统可以是发动机操作控制系统的一部分或者与发动机操作控制系统通信。

根据本发明的实施例，提供用于纠正车辆排气流的一个或多个NOx传感器的操作特性的车载计算机管理诊断的算法。

方案1. 一种诊断车辆NOx传感器故障的方法，包括以下步骤：

(a)确定车辆发动机的燃料流被中断；

(b)监测NOx传感器以确定来自于NOx传感器的输出是否在超过预定时间量内保持高于上限阈值；以及

(c)如果是，那么判定NOx传感器存在高偏移误差；

(d)否则，如果来自于NOx传感器的输出在超过预定时间量内低于零或负阈值，那么判定存在低偏移误差。