[发明专利]控制和诊断一维三元催化剂模型

说明书

本发明涉及控制和诊断一维三元催化剂。一种方法，其包括基于催化剂的部分氧化状态调节燃料喷射量，所述部分氧化状态基于贯穿催化剂的排气物种类中被分组的氧化剂与还原剂的反应率和从精细的二维模型推导出的基于物理学的低维模型，以获得在时间和空间上被均化的一维模型，该一维模型说明涂层中的扩散限制并精确地预测在冷启动期间的排放物。

技术领域

本公开涉及内燃发动机中空燃比的反馈控制。

背景技术

利用催化剂实现汽油发动机中的排气排放控制在催化剂原料气空-燃比接近化学计量比时是最有效的。在汽油发动机的现实世界操作期间，会出现偏离化学计量比的情况。二氧化铈通常被添加到催化剂中以用作氧存储装置的缓冲器，以帮助抑制排放物的泄漏并增大关于化学计量比空-燃比的操作窗口。所存储的氧可以基于催化剂监控传感器和/或基于物理学的催化剂模型而被维持在期望的设定值。

控制和诊断排气排放物的一种方法是利用基于物理学的模型确定催化剂中所存储氧的水平，该基于物理学的模型包括在一个或多个维度中具有多种排气种类的多个偏微分方程式。另一种方法利用轴向均化的基于物理学的零维度模型，该零维度模型包括可被分组为氧化剂组和还原剂组的多种排气种类。

发明内容

然而，本发明人已经意识到以上方法的问题。利用在一个或多个维度中包括多个偏微分方程式的模型确定所存储氧的水平会难以实现并且通常比发动机控制器中可用的处理能力需要更多的处理能力。进一步地，利用零维度模型可能忽略参数并且由于所述模型的降阶而不会精确预测冷启动期间的排放物。

因此，在一个示例中，以上问题可以通过用于发动机排气系统的方法至少部分地被解决。在一个实施例中，该方法包括基于催化剂的部分氧化状态(a fractionaloxidation state)调节燃料喷射量，所述部分氧化状态基于排气物种类在一维模型中的反应率，所述一维模型针对催化剂的流体相和涂层(washcoat)在时间和空间上被均化为质量平衡和能量平衡方程式。在横向方向的梯度用于说明内部和外部质量传递系数。这可以通过将所述化学排气物种类分组为两组或较少组来提高一维模型的计算时间，所述两组或较少组可以包括氧化剂组和还原剂组，其中单一扩散率值可以被使用。

例如，所述部分氧化状态可以基于从精细的二维模型推导出的一维模型而被确定。所述模型可以跟踪穿过所述催化剂的两种或更少种被分组的化学排气种类的演变。进一步地，所述模型也在所述涂层内说明扩散，通过使用有效的质量传递概念在涂层中发生反应。因此，简化的一维模型可以被用来预测所述催化剂的总储氧容量和部分氧化状态二者。这些可以被使用在发动机空-燃比的反馈控制中，以便将所述催化剂的部分氧化状态维持在期望的量。进一步地，如果催化剂活性或所述总储氧量低于阈值，可以指示催化剂退化。

本公开可以提供若干优点。例如，可以减少投入到所述催化剂模型的处理资源。进一步地，排放物控制可以通过将所述催化剂维持在期望的部分氧化状态而被改善。另外，在冷启动期间的排放物可被精确地预测用于实时加燃料控制。本方法的另一个优点在于其提供了用于控制和诊断的非侵入式催化剂监控器，这较少地依赖传感器位置并因此同样适用于局部和全体积催化剂系统两者。

当单独或结合附图时，根据下列具体实施方式将易于了解本说明书的上述优点和其他优点以及特征。

应该理解，提供上面的发明内容是以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一些概念。这并不意味着确定要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围由所附具体实施方式的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决上述或本公开中任何部分所提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1简要示出示例车辆系统。

图2示出用于估计催化剂增益的控制操作。

图3A-图3C简要示出内环控制策略和外环控制策略的示例图。