基于氮氧传感器的汽油车三效催化器装车性能监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于氮氧传感器的汽油车三效催化器装车性能监测方法。在汽油车排气系统上，使用氮氧传感器替代氧传感器，同时检测三效催化器上、下游排气中的氧、氮氧化物浓度值。本发明专利技术可以利用氮氧传感器检测数据，计算催化器上下游氧消耗量和氮氧化物浓度变化量，实现对三效催化器装车性能的在线定量监测；与汽油在用车排放检测相结合，利用氮氧传感器检测值和整车排放检测数据，准确计算三效催化器氧化效率；一氧化碳、碳氢化合物综合转化率、还原效率，为实施汽油车检测维修制度提供技术支撑。本发明专利技术也适用于对使用CNG、LPG等替代燃料的车辆上三效催化器的装车性能监测。替代燃料的车辆上三效催化器的装车性能监测。替代燃料的车辆上三效催化器的装车性能监测。

【技术实现步骤摘要】
基于氮氧传感器的汽油车三效催化器装车性能监测方法


[0001]本专利技术涉及汽车检测
，具体涉及到一种基于氮氧传感器的汽油车三效催化器装车性能监测方法。

技术介绍

[0002]石油基燃料在内燃机中完全燃烧，理论产物是CO2和水。现代汽油发动机热功转化效率很高，但仍然存在一定浓度的不完全燃烧产物如碳氢化合物(C
n
H
m
)、一氧化碳(CO)，高温燃烧还造成氮氧化物排放(NOx：NO+NO2)。除非依靠三效催化转化器，仅依靠发动机燃烧优化尚不能满足汽油车排放法规对C
n
H
m
、CO和NOx的排放限值要求。
[0003]汽油车用三效催化器的性能对整车排放影响很大，是排放监管的重点对象，但现有检测技术存在以下不足：
[0004](1)催化器装车应用全生命周期性能监测方面。三效催化器正常的设计和使用寿命通常为16万公里左右，遇非正常使用时性能还会提前快速劣化并造成整车排放严重超标。为确保三效催化器全使用周期内性能满足排放要求，现代汽油车车载诊断系统(OBD)采用了“储氧量衰减法”对三效催化器性能进行在线监测。该方法假定三效催化器污染物转化能力与催化涂层中储氧功能材料的储氧能力存在特定映射关系，通过安装在催化器上、下游的氧传感器对催化涂层储氧能力进行定性监测，并通过催化器储氧能力的衰减间接判断催化器失效。该种监测方法简单实用，但是如果催化器性能
‑
储氧能力的假设关系被人为或非人为的原因打破，将无法对催化器实际性能进行准确在线监测。
[0005](2)在用汽油车排放检测方面。现有汽油车整车排放检测技术方法，只能获得整车尾气排放数据，不能获得三效催化器入口排气条件数据。若汽油车尾气排放结果超标，现有技术方法无法对三效催化器性能作出定量评价。由于不能分辨排放超标是否由三效催化转化器性能劣化导致，为实施检测/维修(I/M)制度造成困难。
[0006]为解决上述问题，分析汽油机条件如下：
[0007]对含氧汽油燃料，汽油机缸内混合气的化学组分是：
[0008]ρ
CnHmOr
CnHmOr+ρ
O2
O2+ρ
N2
N2+ρ
Ar
Ar+ρ
H2O
H2O
ꢀꢀꢀ
(式1)
[0009]其中，ρx代表缸内混合气各成分x的摩尔数。反应物的总摩尔数为∑ρx，任意成分x的摩尔分数(体积分数)为ρx/∑ρx。
[0010]混合气不完全燃烧，生成物是：
[0011]α
CnHm
CnHm+α
CO
CO+α
NO
NO+α
O2
O2+α
CO2
CO2+α
N2
N2+α
Ar
Ar+α
H2O
H2O
ꢀꢀ
(式2)
[0012]其中，αx代表燃烧产物x的摩尔数。燃烧产物的总摩尔数为∑αx，任意成分x的摩尔分数(体积分数)为αx/∑αx。上式中，假定未燃碳氢化合物的C、H原子数之比与燃料中C、H原子数之比相等。为简便计算，以NO代替NOx(NO+NO2)，忽略占比较低的NO2。
[0013]发动机排气流过三效催化器，催化反应产物为：
[0014]β
CnHm
CnHm+β
CO
CO+β
NO
NO+β
O2
O2+β
CO2
CO2+β
N2
N2+β
Ar
Ar+β
H2O
H2O
ꢀꢀ
(式3)
[0015]其中，βx代表催化反应产物x的摩尔数。催化反应产物的总摩尔数为∑βx，任意成
分x的摩尔分数(体积分数)为βx/∑βx。
[0016]联立(式2)、(式3)，建立催化器入口和出口催化反应平衡方程。
[0017][0018]式中，忽略了不参与燃烧反应的空气成分氩(Ar)。由于催化器入口处CO2、H2O以及N2不参与催化反应(忽略水煤气反应)，只是作为催化器出口处相应排气成分的背景浓度出现，式中对CO2、H2O、N2以反应前后的摩尔数差Δx形式表示：
[0019]Δ
CO2
CO2＝α
CO2
CO2
‑
β
CO2
CO2
[0020]Δ
N2
N2＝α
N2
N2
‑
β
N2
N2
[0021]Δ
H2O
H2O＝α
H2O
H2O
‑
β
H2O
H2O
[0022]观察(式4)可知：对等号前催化器入口各成份浓度，若采用宽域氧传感器可以测得氧浓度，但催化器入口的C
n
H
m
、CO和NO浓度均为未知。对于等号后催化器出口排气，C
n
H
m
、CO和NO浓度可以直接测量得到。催化器出口处CO2、H2O和N2虽然也可以直接测量得到，但由于催化处入口的CO2、H2O和N2浓度未知，它们的出入口差值ΔCO2、ΔH2O和ΔN2也是未知。综上，由于(式4)中未知数太多，不能对催化器转化效率进行定量计算。
[0023]新型氮氧传感器技术的发展，为解决上述问题提供了新的方案。氮氧传感器是在氧传感器的基础原理上升级得到，它使用氧泵电池降低O2浓度使NOx完全分解为N2，通过测量O2浓度和泵电流计算排气中NOx浓度，基于这个工作原理，通过氮氧传感器可以同时测量得到催化器入口排气的NOx浓度和O2浓度。以某通用型车用氮氧传感器为例，对NOx浓度的检测误差小于5.7％F.S.，检测精度已经能够满足工程要求。以氮氧传感器替代氧传感器，同时获得催化器入口排气中氧浓度、氮氧化物浓度，结合催化反应的原子平衡关系，使汽油车三效催化器装车性能监测和催化器氧化效率、还原效率定量计算成为可能。

技术实现思路

[0024]本专利技术的目的是提供一种基于氮氧传感器的汽油车三效催化器装车性能监测方法；本专利技术需要解决的技术问题包括：
[0025](1)目前依据催化器上、下游氧传感器信号，通过催化涂层储氧能力间接监测催化器装车性能的方法，存在不能实现定量计算、假定的储氧能力
‑
催化效率对应关系可能被破坏等不足。
[0026](2)目前汽油在用车排放检测方法，不能分辨排放超标车辆是否由催化器性能劣化导致，使汽油车整车排放检测/维修(I/M)中是否需要更换三效催化器无据可依。
[0027](3)现有三效催化器性能台架评价技术，独立于整车实际应用进行，不能直观地考察催化器装车性能表现。
[0028]为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于氮氧传感器的汽油车三效催化器装车性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氮氧传感器的汽油车三效催化器装车性能监测方法，其特征在于：在汽油车排气系统上，使用氮氧传感器替代氧传感器，同时检测三效催化器上、下游排气中的氧(O2)、氮氧化物(NOx)浓度值，通过计算催化器上下游氧消耗量和氮氧化物浓度变化量，实现对汽油车三效催化器装车性能的监测。2.如权利要求1所述的基于氮氧传感器的汽油车三效催化器装车性能监测方法，其特征在于：在汽油车整车设计时采用氮氧传感器，且相关O2、NOx浓度检测值可以通过发动机OBD为外界准确读取；若整车原始设计采用了氧传感器，检测时需要在原安装位置上用氮氧传感器替代现有氧传感器，且应确保发动机控制不因传感器替代而出现任何改变。3.如权利要求1所述的一种基于氮氧传感器的汽油车三效催化器装车性能监测方法，其特征在于：利用下式计算三效催化器还原效率：对于绝大部分稳态工况，汽油机过量空气系数ψ≤1，即轻微贫氧排气状态，利用下式计算三效...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡强，李军，覃洋，
申请(专利权)人：四川鑫元瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：