专利名称：用于废气处理系统的系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及用于诊断与内燃机连接的废气处理系统的部件的劣化的方法和系统。
背景技术：
废气处理装置可包括在发动机的排气系统中用于减少规定排放物。在一个实例中，废气处理装置可包括陶瓷砖形成的催化剂或微粒过滤器。由于发生多种状况(诸如碎片撞击催化剂或微粒过滤器或者用于催化剂或微粒过滤器的劣化支持系统)，陶瓷砖可能破裂。这样，会降低催化剂或微粒过滤器的效率，从而导致排气系统中的背压增加、发动机性能下降和/或规定排放物增加。
实用新型内容本申请的发明人已经意识到了上述问题并且设计出至少部分解决上述问题的方法。因此，在一个实例中，提供了一种系统。该系统包括催化剂和缠绕在催化剂外部的金属丝。该系统还包括被配置成电耦合金属丝的端部并监控金属丝的电连续性的传感器。优选地，以螺旋结构缠绕金属丝。优选地，螺旋结构的绕线之间的间距在Icm至2cm之间。优选地，金属丝的一端横贯螺旋结构的绕线且不与螺旋结构的绕线电接触，金属丝的两端均从催化剂的同一端延伸出来。优选地，该系统还包括连接至金属丝并被配置成在发动机冷启动期间加热催化剂的电阻器。优选地，催化剂的周围被垫环绕，垫被设置在催化剂的外表面和催化剂罐的内表面之间并且被配置成使金属丝与催化剂罐绝缘。优选地，催化剂由陶瓷砖形成。优选地，金属丝邻接催化剂的外部。根据本实用新型的另一方面，提供了一种用于废气处理系统的方法，包括:基于缠绕催化剂外部的金属丝的电连续性，指示废气处理系统的催化剂的劣化；以及响应于劣化的指示来调整运行参数。优选地，该方法还包括当催化剂的温度低于阈值温度时，通过金属丝加热催化剂。优选地，金属丝不与流过催化剂的废气接触。优选地，运行参数是发动机转速，并且响应于劣化的指示降低发动机转速。优选地，指示劣化包括在控制器中设定故障代码。优选地,指示劣化包括点亮指示灯。优选地，金属丝以螺旋结构缠绕催化剂，并且螺旋结构的绕线之间具有Icm至2cm的间距。根据本实用新型的又一方面，提供了一种排气系统，包括:催化剂，设置在发动机的排气通道中；金属丝，缠绕催化剂的外圆周；传感器，被配置成电耦合金属丝的端部并监控金属丝的电连续性；以及控制器，与传感器通信，控制器被配置成当金属丝的电连续性降低时指示催化剂的劣化并且响应于劣化的指示调整运行参数。优选地，指示劣化包括在控制器中设定故障代码和/或点亮指示灯。优选地，金属丝以螺旋结构缠绕催化剂的外圆周，并且金属丝的一端横贯螺旋结构的绕线且不与绕线电接触，金属丝的两端均从催化剂的同一端延伸出来。优选地，金属丝至少一部分是绝缘的，使得金属丝横贯螺旋结构的绕线的一端不与螺旋结构的绕线电接触。优选地，金属丝还包括电阻器，并且控制器还被配置成当催化剂的温度低于阈值温度时向电阻器提供电流以加热金属丝来用于催化剂加热。金属丝可缠绕催化剂使得诸如破裂的催化剂劣化可导致金属丝的劣化。例如，金属丝可以以螺旋结构缠绕在催化剂的外部，使得单根金属丝与催化剂的较大表面积接触。当发生金属丝的劣化时(诸如当金属丝断裂时)，会降低或破坏金属丝的电连续性。因此，通过传感器监控金属丝的电连续性，可以确定并指示催化剂的劣化，并且可以采取进一步的故障处理。应当理解，提供本实用新型内容是为了以简化的形式引入将在下面的具体实施方式
中进一步描述的概念集合。本实用新型内容不用于表明所要求保护主题的关键或必要特征，本公开的范围仅由权利要求和如下具体实施方式
所限定。此外，所要求的主题不限于解决在本公开的任何部分中提到的任何或所有缺点的实施方式。
图1示出了具有废气处理系统的发动机的示意图。图2示出了缠绕有金属丝的陶瓷砖的示意图。图3示出了包括缠绕有金属丝的陶瓷砖的废气处理装置的示意图。图4示出了用于指示废气处理系统的催化剂劣化的程序的流程图。图5示出了用于在废气处理系统中加热催化剂的程序的流程图。
具体实施方式
以下实施方式涉及包括废气处理装置的排气系统的系统和方法的多种实施例。在一个实施例中，系统包括催化剂和缠绕在该催化剂外部的金属丝。该系统还包括被配置成电耦合金属丝的端部并监控金属丝的电连续性的传感器。在这种结构中，金属丝邻接催化剂的外部，使得如果发生诸如催化剂破裂的劣化时，则还会发生金属丝的劣化。结果，金属丝的连续性会降低或破坏，并且可以指示催化剂的劣化。在一些实施例中，金属丝可以以螺旋结构缠绕在催化剂外部，使得一根金属丝可覆盖更大的催化剂表面积，并且仅需要单根金属丝来监控催化剂。此外，在一些实施例中，金属丝可连接至电阻加热器，使得在冷启动条件下，当催化剂温度低于阈值温度时，金属丝可加热催化剂。图1是示出多缸发动机10中一个汽缸的示意图，该系统可包括在汽车的驱动系统中。发动机10至少部分地由包括控制器12的控制系统控制，并且经由输入装置130接收来自车辆驾驶员132的输入。在该实例中，输入装置130包括油门踏板和用于生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的燃烧室(S卩，汽缸)30可包括燃烧室壁32，活塞36位于该燃烧室中。活塞36连接至曲轴40，使得活塞的往复运动被转换成曲轴的旋转运动。曲轴40可经由中间传动系统连接至车辆的至少一个驱动轮。此外，启动电机可经由飞轮连接至曲轴40，使得能够进行发动机10的启动操作。如图所述，燃烧室30经由进气通道42从进气歧管44接收进气，并经由排气通道48排出燃烧气体。进气歧管44和排气通道48可经由对应的进气门52和排气门54与燃烧室30选择性地连通。在一些实施例中，燃烧室30可包括两个或多个进气门和/或两个或多个排气门。在这个实例中，进气门52和排气门54经由对应的凸轮致动系统51和53被凸轮致动所控制。凸轮致动系统51和53均可以包括一个或多个凸轮，并且可利用可被控制器12操作的凸轮轮廓切换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个来改变气门操作。进气门52和排气门54的位置可分别通过位置传感器55和57来确定。在可选实施例中，进气门52和/或排气门54可以由电子气门致动来控制。例如，汽缸30可以可选地包括经由电子气门致动控制的进气门以及经由包括CPS和/或VCT系统的凸轮致动控制的排气门。燃料喷射器66被示为直接连接至燃烧室30，用于与经由电子驱动器68从控制器12接收的信号FPW的脉宽成比例地向燃烧室中直接喷射燃料。以这种方式，燃料喷射器66向燃烧室30提供已知的燃料直接喷射。燃料喷射器66可例如安装在燃烧室的侧面或者燃烧室的顶部。燃料可通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(未示出)输送至燃料喷射器66。在一些实施例中，附加或可选地，燃烧室30可包括布置在进气歧管44中的燃料喷射器，在这种结构中，可向燃烧室30上游的进气口提供已知的燃料进气口喷射。进气通道42还包括具有节流板64的节气门62。在该特定实例中，节流板64的位置可通过控制器12利用提供给包括节气门62的电动机或致动器的信号来改变，这种结构通常被称为电子节气门控制(ETC)。以这种方式，可以操作节气门62来改变提供给其他发动机汽缸中的燃烧室30的进气。节流板64的位置可通过节气门位置TP信号提供给控制器12。进气通道42可包括质量型空气流量传感器120和进气歧管空气压力传感器122，以向控制器12提供对应的MAF信号和MAP信号。排气传感器126被示出连接至排放控制装置70上游的排气通道48。传感器126可以是用于提供废气空燃比指示的任何适当的传感器，诸如线性氧传感器或UEG0(通用或宽域排气氧)、两状态氧传感器或EGO、HEGO (加热型EGO)、N0x、HC或CO传感器。排气传感器126可以是废气处理系统的一部分，该废气处理系统还包括被示为沿着排气传感器126下游的排气通道48配置的排放控制装置(例如，废气处理装置)70。排放控制装置70可以是三效催化剂(TWC)、N0X收集器、微粒过滤器、多种其他排放控制装置或它们的组合。在一些实施例中，在发动机10运行期间，可通过在特定空燃比内操作发动机的至少一个汽缸来周期性地重置排放控制装置70。图2至图3示出了缠绕有金属丝使得可以监控金属丝的连续性并确定废气处理装置的劣化的废气处理装置的实施例，这将在下面进行更加详细的描述。控制器12在图1中被示出为微型计算机，其包括微处理器单元102、输入/输出端口 104、用于可执行程序和校准值的电子存储介质(在该特定实例中示为只读存储芯片106)、随机存取存储器108、保活存储器110以及数据总线。控制器12可接收来自与发动机10连接的传感器的多种信号，除之前所讨论的那些信号之外，还包括来自质量型空气流量传感器120的感测质量型空气流量(MAF)、来自连接至冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)、来自连接至曲轴40的霍尔效应传感器118 (或其他类型)的表面点火感测信号(PIP)、来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)以及来自传感器122的绝对歧管压力(MAP)信号。可通过控制器12利用信号PIP生成发动机速度信号RPM。来自歧管压力传感器的歧管压力MAP信号可用于提供进气歧管中真空或压力的指示。注意，也可使用上述传感器的多种组合，例如使用MAP传感器而不使用MAF传感器，反之亦然。在理论配比操作期间，MAP传感器可给出发动机扭矩的指示。此外，与所检测的发动机转速一起，该传感器可提供引入汽缸的负荷(包括气流)的评估。在一个实例中，曲轴每转一周，还用作发动机转速传感器的传感器118可产生预定数量的等间隔脉冲。存储介质只读存储器106可编程有表示可由处理器102执行的指令的计算机可读数据，其用于执行如下所述的方法以及预期但没有具体列出的其他变型。在一个实例中，废气处理系统包括与缠绕在废气处理装置外部的金属丝连接并与控制器12通信的传感器。例如，该传感器可监控金属丝的电连续性，并且当金属丝的连续性降低或被破坏(这会在发生废气处理装置的诸如破裂的劣化时出现)时向控制器发送信号。以这种方式，故障代码可设置在控制器中并且可以指示废气处理装置的劣化，这样就能够告知车辆的驾驶员。如上所述，图1仅示出了多缸发动机中的一个汽缸，并且每个汽缸均类似地包括自身的一套进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等。图2示出了陶瓷砖202的一个示例性实施例，例如其可以是如上参照图1所述的装置70的部件。例如，废气处理装置可包括诸如陶瓷砖202的一个或多个陶瓷砖。在图2的示例性实施例中，陶瓷砖202的劣化可基于缠绕在陶瓷砖202外圆周的金属丝204来确定。例如，陶瓷砖202可以是催化剂或微粒过滤器的一部分。作为一个实例，陶瓷砖202可涂覆诸如氧化铝水洗涂层或钼族金属水洗涂层的水洗涂层。由此，陶瓷砖202可以是通过水洗涂层在其上利于减少废气排放的反应的基底。此外，陶瓷砖202可具有蜂窝状结构。当具有蜂窝状结构的陶瓷砖破裂时，砖会移位或者破裂砖的碎片会四处移动，使得陶瓷砖变得拥塞，从而导致发动机系统上背压的增加以及发动机性能的降低。如以下参照图3更为详细描述的，陶瓷砖202可被绝缘垫包围，该绝缘垫可固定陶瓷砖并保护陶瓷砖以降低陶瓷砖劣化的可能性。此外，如图2所示，陶瓷砖202的外部缠绕有单根金属丝204，使得可以通过监控金属丝204的电连续性来监控陶瓷砖202的劣化。金属丝204以螺旋结构连续缠绕陶瓷砖202的外周圆，使得可以使用单根金属丝同时最大化与金属丝接触的陶瓷砖的表面积。作为非限定性实例，螺旋结构的绕线之间的间距206 (或节距)可以例如在Icm至2cm之间。在其他实例中，绕线可具有其他适当的间距，例如小于Icm或者大于2cm。在另一个实例中,节距可至少部分取决于陶瓷砖的直径。例如，当直径增加时，节距可以减小。作为另一个实例，例如，绕线节距相对于直径的比值可在1/10至1/100的范围内。在一些实例中，绕线节距可以是非线性的。例如，因为沿陶瓷砖长度的某些位置更容易破裂，所以金属丝可在这种区域更紧密地围绕陶瓷砖。如此，绕线的节距可以沿陶瓷砖的延伸方向先增加然后减小(反之亦然)。此外，在图2所示的示例性实施例中，螺旋结构包括6条绕线。然而，绕线的数量并不限于6个，因为绕线的数量取决于期望的绕线间距和陶瓷砖长度。在其他实施例中，多根金属丝可缠绕在陶瓷砖的外圆周上。在一些实例中，金属丝可以至少部分地嵌入陶瓷砖。在这种实例中，金属丝可在形成砖时嵌入陶瓷材料。例如，在废气处理装置包括多于一个的陶瓷砖的实施例中，这些陶瓷砖均缠绕有一根或多根金属丝，使得每个陶瓷砖的劣化均可被监控。继续参照图2，金属丝204的第一端208从陶瓷砖202的端部延伸出来，使得第一端208可连接至监控金属丝连续性的传感器，这在下面参照图3进行描述。金属丝204的第二端210横跨在螺旋结构的绕线上方并从陶瓷砖202的同一端部延伸出来，使得第二端210可连接至与第一端208相同的传感器。在这种结构中，金属丝204可以是绝缘的，至少例如在金属丝204的第二端210跨越金属丝204的绕线的位置是绝缘的。图3示出了包括位于罐212中的陶瓷砖202的废气处理装置200的示例性实施例的示意图。在一些实例中，罐212可包括一个陶瓷砖。在其他实例中，罐212可包括多个陶瓷砖。罐212例如可以由不锈钢制成并且连接至发动机的排气通道，使得废气进入罐212的一侧，穿过陶瓷砖202，并从罐212的对侧排出。陶瓷砖202可通过绝缘垫214固定在罐212中。例如，如图所示，垫214设置在陶瓷砖202的外表面和罐212的内表面之间，并围绕陶瓷砖202的圆周。垫214可被配置成吸收温度和/或机械震动，使得减少陶瓷砖202的劣化。例如，通过吸收机械震动，可减少陶瓷砖202的破裂。在图3的示例性实施例中，垫214还被配置成使缠绕在陶瓷砖202上的金属丝与接触的罐212绝缘。此外，垫214被定位成使得金属丝204不与流经罐212的废气接触。金属丝204的第一端208和第二端210从陶瓷砖202延伸出来并穿过陶瓷绝缘体216。陶瓷绝缘体216可被铜焊或粘合至诸如焊接在罐212中的凸台218。以这种方式，金属丝204可以在不与罐212接触的情况下延伸至罐体212外部。在罐212的外部，金属丝204的第一端208和第二端210连接至传感器220。传感器220被配置成电耦合金属丝204的端部，使得金属丝204的连续性可被监控。在一个实例中，传感器220可电耦合金属丝204的端部并测量电路中的电阻。如果电阻大于阈值电阻，则可以指示连续性降低。传感器220可与诸如上面参照图1所描述的控制器12的控制器通信，使得可以指示陶瓷砖的劣化。例如，当陶瓷砖202破裂导致金属丝204劣化时，会降低或破坏金属丝204的连续性。在一些实施例中，诸如图3所示，电阻器222可连接至金属丝204。在图3所示的实施例中，电阻器222可连接至金属丝204的第一端208，然而在其他实施例中，电阻器222可连接至金属丝204的第二端210。在一些实例中，多于一个的电阻器可连接至金属丝204。例如，电阻器222可以是电阻加热器的一部分，该电阻加热器使用来自发动机电池的电池电流224来加热金属丝204。如下面参照图5详细描述的，在诸如陶瓷砖202的温度低于阈值温度的发动机冷启动期间，通过加热金属丝204，陶瓷砖202可以被加热。因此，金属丝可连续地缠绕在废气处理装置的陶瓷砖的外周。金属丝以螺旋结构围绕，使得可以使用单根金属丝同时覆盖废气处理装置更大的表面积。当发生废气处理装置的劣化(诸如破裂)时，也会发生金属丝的劣化。由此，通过连续性传感器监控金属丝的连续性，可以确定催化剂的劣化。此外，当电阻加热器连接至金属丝时，金属丝可另外用于加热废气处理装置。图4和图5示出了用于诸如催化剂或微粒过滤器的废气处理装置的程序的流程图，该废气处理装置包括缠绕有金属丝的陶瓷砖，诸如上面参照图2和图3所描述的缠绕有金属丝204的陶瓷砖202。图4示出了用于确定废气处理装置劣化的程序，而图5示出了在发动机冷启动条件下加热废气处理装置的程序。图4和图5将陶瓷砖作为催化剂来描述。然而，应当理解，这些程序可被应用于形成诸如催化剂、微粒过滤器等的废气处理装置的任何陶瓷砖。此外，应当理解，参照图4和图5所描述的程序可由同一控制器来执行并且可以同时或不同时执行。图4示出了用于确定催化剂(诸如包括一个或多个陶瓷砖且每个陶瓷砖均缠绕有金属丝的催化剂)的劣化的程序400。具体地，程序400基于缠绕在陶瓷砖外部的金属丝的电连续性来指示催化剂的劣化。在程序400的402中，从传感器接收连续性信号。如上所述，例如传感器可电耦合金属丝的两端并确定电路的电阻。当电路的电阻大于阈值电阻时，会指示金属丝的劣化。阈值电阻可基于诸如金属丝的材料等而改变。在404中，确定金属丝的连续性是否降低或破坏。例如，因为金属丝与催化剂接触，所以如果催化剂破裂，则金属丝也会破裂从而导致金属丝的连续性被降低或破坏。如果确定连续性未被降低或破坏，则程序400进行至410并且继续当前操作。另一方面，如果确定连续性被降低或破坏，则指示催化剂的劣化。例如，可以在控制器中设置故障代码。一旦设置了故障代码，则可以点亮故障指示灯以告知车辆驾驶员催化剂的劣化。在程序400的408中，可响应于催化剂劣化指示来调整运行参数。发动机运行参数可以是发动机转速、发动机负荷、车速等。例如，发动机系统可进入故障模式效应控制(FMEM)模式或跛行模式以使车辆继续运行，然而性能和/或驾驶性能降低。在一个实例中，可以减小发动机转速和/或发动机速度限制。在另一个实例中，可以降低车速。以这种方式，可以降低车辆性能，然而车辆驾驶员仍然可以驾驶车辆行至服务中心等以更换催化剂。此外，可以调整一个或多个发动机参数使得降低等级的规定排放从发动机中排出。因此，可以监控缠绕于催化剂外圆周的金属丝的连续性。当金属丝的连续性被降低或破坏时，可以指示催化剂的劣化并告知车辆的驾驶员。此外，可以调整一个或多个发动机运行参数，使得仍然可以以减少的排放和/或降低的性能执行发动机操作直至更换催化剂。继续参照图5，示出了用于加热催化剂(诸如上述由金属丝缠绕的陶瓷砖)的程序500。具体地，在发动机冷启动期间，程序500确定催化剂是否需要进行预热，并相应地加热催化剂。在程序500的502中，确定发动机是否处于冷启动条件。例如，如果冷却剂温度低于阈值温度或者自发动机最近一次熄火的持续时间大于阈值持续时间，则可以确定发动机处于冷启动条件。如果确定发动机没有处于冷启动条件，则程序500进行至512处并继续当前操作。另一方面，如果确定发动机处于冷启动条件，则程序500进行至504,确定催化剂温度是否低于阈值温度。阈值温度例如可以是催化剂被加热以及会发生减少诸如NOx的规定排放物的反应的温度。如果确定催化剂温度高于阈值温度，则程序500进行至512处并继续当前操作。相反，如果确定催化剂温度低于阈值温度，则程序继续进行至506以开启加热器。如上参照图3所述，缠绕在催化剂外部的金属丝可包括电阻加热器。在这种实例中，电流可以从车辆电池供给电阻加热器。在508中，确定催化剂温度是否高于阈值温度。如果催化剂温度不高于阈值温度，则加热器继续加热催化剂。另一方面，如果确定催化剂温度高于阈值温度，则在程序500的510中关闭加热器。以这种方式，缠绕在催化剂周围以监控催化剂的电连续性的金属丝还可用于在冷启动条件期间加热催化剂来加快催化剂的加热。例如，响应于催化剂温度低于阈值温度可以启动电阻加热器并且进行操作直至催化剂达到阈值温度。注意，本文包括的示例性控制和估计程序可用于各种发动机和/或车辆系统结构。本文所述的特定程序可代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，示出的各种行为、操作或功能可以在所示顺序执行、并行执行或者在一些情况下省略。类似地，处理顺序不一定需要实现本文所述示例性实施例的功能和优势，而是为了便于说明和描述而提供。所述行为和功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略而重复执行。此外，所述操作、功能和/或行为可以图形地表示编程到控制系统中的计算机可读存储介质中的代码。应当理解，本文公开的结构和布置在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应在限制性的意义上来理解，因为众多变型是可能的。例如，上面的技术可应用于V-6、1-4、1-6、V-12、对置4缸以及其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和结构以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。所附权利要求特别指出被认为新颖和显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可能涉及“元件”或“第一元件”或等同称谓。这样的权利要求应当被理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。可以通过对当前的权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求保护所公开的特征、功能、元件和/或属性的其他组合和子组合。无论与原始权利要求相比在范围上更宽、更窄、相同还是不同，这些权利要求也被认作包括在本公开的主题内。
权利要求1.一种用于废气处理系统的系统，其特征在于，所述系统包括: 催化剂； 缠绕在所述催化剂的外部的金属丝；以及 被配置成电耦合所述金属丝的端部并监控所述金属丝的电连续性的传感器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，以螺旋结构缠绕所述金属丝。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述螺旋结构的绕线之间的间距在Icm至2 cm之间。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述金属丝的一端横贯所述螺旋结构的绕线且不与所述螺旋结构的绕线电接触，所述金属丝的两端均从所述催化剂的同一端延伸出来。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括连接至所述金属丝并被配置成在发动机冷启动期间加热所述催化剂的电阻器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化剂的周围被垫环绕，所述垫被设置在所述催化剂的外表面和催化剂罐的内表面之间并且被配置成使所述金属丝与所述催化剂罐绝缘。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化剂由陶瓷砖形成。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述金属丝邻接所述催化剂的外部。
专利摘要本实用新型提供了用于废气处理系统的多种系统和方法。在一个实例中，用于废气处理系统的系统包括废气处理装置和缠绕在废气处理装置外圆周周围的金属丝。监控金属丝的连续性，使得可以指示由废气处理装置劣化引起的金属丝的劣化。在本实用新型中，通过传感器监控金属丝的电连续性，可以确定并指示催化剂的劣化，并且可以采取进一步的故障处理。
文档编号F01N3/28GK202946218SQ201220584499
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月7日 优先权日2011年11月10日
发明者杰弗里·大卫·斯洛斯 申请人:福特环球技术公司