用於在內燃機的廢氣後處理系統中的氧化催化器的老化確定的方法、用於在廢氣後處理系統的顆粒過濾器中的灰燼識別的方法、控制設備以及內燃機與流程
2023-08-22 18:35:11 2
本發明涉及一種帶有權利要求1的特徵的用於在內燃機的廢氣後處理系統中的氧化催化器的老化確定的方法、一種帶有權利要求9的特徵的用於在內燃機的廢氣後處理系統的顆粒過濾器中的灰燼識別的方法、一種根據權利要求13所述的控制設備以及一種根據權利要求14所述的內燃機。
背景技術:
用於內燃機的廢氣後處理系統典型地具有顆粒過濾器,其設置成用於清潔由內燃機排出的廢氣去除菸灰顆粒(Rußpartikel,有時稱為碳黑顆粒)。通過越過顆粒過濾器下降的差壓的差壓測量根據加載模型(Beladungsmodell)確定顆粒過濾器的加載(Beladung)。如果通過在廢氣中的二氧化氮引起的顆粒過濾器的被動的再生例如當內燃機在低負荷範圍或者空轉中較長地運行時不足夠,則(尤其依賴於確定的加載)執行顆粒過濾器的主動的再生,在該主動的再生中菸灰顆粒被氧化。已表明,越過顆粒過濾器的差壓水平在廢氣後處理系統的使用壽命期間緩慢地上升。該上升由兩個彼此獨立的效果產生:一方面在顆粒過濾器中灰燼越來越多地沉積,也就是說這樣的成分,即其不能夠燃燒,而是相反地持久地保留在顆粒過濾器中並且通過其混入(zusetzen,有時稱為堵塞)顆粒過濾器提高了差壓水平;另一方面在廢氣流的方向上看布置在顆粒過濾器上遊的氧化催化器的老化導致在廢氣中以更少的程度形成二氧化氮。二氧化氮典型地在顆粒過濾器中應用為氧化劑,以為了即使在內燃機的這樣的運行狀態中也能夠使菸灰顆粒氧化,即在該運行狀態中廢氣溫度不足夠用於通過在廢氣中保留的剩餘氧氣濃度促使氧化。伴隨氧化催化器的老化的上升而下降的二氧化氮濃度因此導致了降低的再生,從而差壓水平通過以下方式上升,即顆粒過濾器不再以與在氧化催化器的新狀態中相同的程度再生。
單獨通過差壓測量不能將這兩個效果(即一方面顆粒過濾器的增加的灰燼化(Veraschung)和另一方面氧化催化器的老化)彼此分離。因此原則上不可根據差壓本身的增長確定,是否僅僅存在顆粒過濾器的增加的灰燼化,或者是否氧化催化器同時也顯示出了老化效果。因此但是鑑於差壓水平的上升也僅僅可實現加載模型的不充分的修正,因為區分兩個效果對於差壓上升的貢獻是不可行的。然而為了能夠始終可靠地確定利用菸灰顆粒對顆粒過濾器進行的加載,必須在加載模型中一方面考慮顆粒過濾器的灰燼化的程度並且另一方面也考慮顆粒過濾器的再生。
在內燃機的這樣的運行點中執行用於灰燼識別(Ascherkennung)的傳統的方法,即在該運行點中氧化催化器的老化不對在顆粒過濾器中的菸灰燃燒率(Rußabbrandrate,有時稱為碳黑燃燒率)產生影響,也就是說典型地在內燃機的額定功率中以及在高的廢氣溫度中,在其中菸灰顆粒通過在廢氣中的剩餘氧氣濃度被氧化。顯而易見的是,以這種方式絲毫不能獲得關於氧化催化器的老化的信息,因為氧化催化器的老化在觀察的運行點中不對菸灰燃燒率產生影響。因此加載模型與緩慢上升的差壓水平的匹配必然保持不精確。
技術實現要素:
本發明的任務在於,創造一種用於氧化催化器的老化確定的方法,從而提及的缺點不出現。此外本發明的任務在於,創造一種用於在顆粒過濾器中的灰燼識別的方法,其中提及的缺點不出現,並且其中尤其在一方面顆粒過濾器的灰燼化的效果和另一方面氧化催化器的老化的效果之間能夠進行區分。此外本發明的任務在於,創造一種控制設備和一種內燃機,在其中提及的缺點同樣不出現。
該任務通過創造帶有權利要求1的特徵的用於在內燃機的廢氣後處理系統中的氧化催化器的老化確定的方法解決。該方法具有下面的步驟:獲取廢氣後處理系統的顆粒過濾器的菸灰燃燒率。依賴於至少一個變量(Größe)使帶有至少一個匹配參數的函數與獲取的菸灰燃燒率相匹配,其中對於依賴於變量觀察菸灰燃燒率而言匹配參數的值依賴於氧化催化器的老化。根據所述至少一個匹配參數的通過匹配函數獲取的值確定氧化催化器的老化。在此認識到,當依賴於這樣的變量(對於該變量待匹配的函數的匹配參數的值依賴於氧化催化器的老化)觀察菸灰燃燒率時,能夠使用菸灰燃燒率因此顆粒過濾器的再生率以用於確定氧化催化器的老化。因此相對於所述變量繪出的菸灰燃燒率(以數學上用公式表達的方式)得出了函數,該函數參數上依賴於氧化催化器的老化。為此優選地在內燃機的這樣的運行點或者運行範圍中獲取了菸灰燃燒率,即在該運行點或者運行範圍中給出了這樣的參數上的關係。因為灰燼化對菸灰燃燒率不產生影響(其中菸灰燃燒率相反地僅僅參數上依賴於氧化催化器的老化狀態),故以這種方式確定氧化催化器的老化是可行的。由此分離上文描述的效果是可行的,這再次導致了改善的灰燼識別以及加載模型與廢氣後處理系統的事實上當前的狀態的更好的匹配。老化確定也能夠被用於依賴需求地更換氧化催化器。由此省去了否則設置的預防性的更換,這隨之帶來了成本優勢,尤其減少的維護成本。
優選地執行該方法用於這樣的廢氣後處理系統,即在該廢氣後處理系統中顆粒過濾器布置在氧化催化器下遊,從而在氧化催化器中產生的氧化劑尤其二氧化氮能夠應用於顆粒過濾器的再生。備選地或者附加地優選地執行該方法用於這樣的廢氣後處理系統,即該廢氣後處理系統在該廢氣後處理系統中顆粒過濾器催化地施覆有氧化催化器材料。在這種情況下能夠放棄在顆粒過濾器上遊的氧化催化器。
概念「氧化催化器」因此通常此處並且在下文中通常表示用於在廢氣中的氧化反應的催化的設備,尤其分離的氧化催化器和/或廢氣後處理系統的元件尤其顆粒過濾器的相應的催化覆層。
優選了該方法的這樣的實施方式,即該實施方式通過以下方式而出眾,即通過將至少一個匹配參數與至少一個事先確定的特徵值進行對比來確定氧化催化器的老化。如果待匹配的函數僅僅具有一個匹配參數,則該匹配參數優選地與閾值或者邊界值對比。可行的是,儲存大量閾值或者邊界值,其中每個單個的閾值或者邊界值代表了氧化催化器的一定的老化水平的特徵,從而(依賴於閾值或者邊界值的具體的數量和密度)可實現非常精確地確定氧化催化器的老化。如果應用具有多於一個的匹配參數的函數時,將所述多於一個的匹配參數優選地與在綜合特性曲線中儲存的參數組對比,以為了確定氧化催化器的老化。優選地所述閾值或者邊界值或所述綜合特性曲線對於確定的廢氣後處理系統或對於確定的內燃機固定地被實現或被儲存特別優選地在設立成用於執行方法的控制設備中,例如在內燃機的控制器中。
也優選了該方法的這樣的實施方式,即該實施方式通過以下方式而出眾,即依賴於顆粒過濾器的溫度以及在廢氣中的氮氧化物濃度使所述函數與菸灰燃燒率相匹配。因此在這種情況下依賴於一方面顆粒過濾器的溫度並且另一方面在廢氣中的氮氧化物濃度觀察菸灰燃燒率,並且通過至少一個匹配參數的變化使所述函數與菸灰燃燒率匹配。即認識到,菸灰燃燒率在這樣的溫度範圍內依賴於氧化催化器的老化狀態,即在該溫度範圍中顆粒過濾器的再生基本上或者甚至完全地通過藉助於作為還原劑的二氧化氮引起的菸灰的氧化發生,其中溫度範圍優選地從至少250°C達到最多450°C。菸灰燃燒率在此一方面依賴於在顆粒過濾器中的溫度,尤其依賴於在顆粒過濾器中的廢氣的溫度,並且另一方面依賴於在廢氣中的氮氧化物濃度,其中通過該氮氧化物濃度明確了,多少二氧化氮能夠最大限度地作為還原劑供使用。在此此處並且在下文中利用概念「氮氧化物濃度」始終涉及作為一氧化氮和二氧化氮的濃度的總和的總氮氧化物濃度。應注意的是,由內燃機在氧化催化器上遊產生的氮氧化物近似僅僅由一氧化氮組成,該一氧化氮在氧化催化器中(尤其依賴於氧化催化器的老化狀態)被氧化為二氧化氮。優選地應用的氮氧化物傳感器僅僅測量總氮氧化物濃度。如果現在一方面依賴於溫度並且另一方面依賴於氮氧化物濃度觀察菸灰燃燒率,則表明了,菸灰燃燒率參數上依賴於在氮氧化物濃度處的二氧化氮的份額,該份額本身又依賴於氧化催化器的老化狀態。因此通過在至少一個匹配參數變化的情況下匹配函數可行的是,獲得關於氧化催化器的老化的信息。即在老化了的氧化催化器中一氧化氮到二氧化氮的氧化在效率降低的情況下進行,從而該老化了的氧化催化器相比於在新狀態中的氧化催化器更少地產生二氧化氮。因此總體來說在氧化催化器中的二氧化氮產量也伴隨氧化催化器的漸增的使用時間而減少。這能夠無問題地根據至少一個匹配參數被理解。
也優選了該方法的這樣的實施方式,即該實施方式通過以下方式而出眾,即使線性的函數與菸灰燃燒率相匹配。備選地或者附加地可行的是,使二次多項式或者三次多項式與菸灰燃燒率相匹配。如果線性的函數與菸灰燃燒率相匹配,則該線性的函數具有剛好一個匹配參數。二次多項式具有兩個匹配參數。最後三次多項式具有三個匹配參數。備選地或者附加地也可行的是,更高次的多項式與菸灰燃燒率相匹配,該更高次的多項式那麼相應地具有更多的匹配參數。關於菸灰燃燒率與溫度的相關性可確定的是,該相關性能夠典型地良好地通過三次多項式被描述。但是也可行的是,二次多項式或者甚至線性的函數足夠用於充分精確的描述。菸灰燃燒率典型地線性地依賴於氮氧化物濃度。此處提及的函數通常是非常簡單的函數,其也能夠簡單地與菸灰燃燒率(優選地藉助於最小彈簧二乘法(der Methode der kleinsten Federquadrate))相匹配。這是非常快的並且在應用低的計算功率的情況下是可行的。在此提及的函數同時提供足夠高的精確度,從而不需要更複雜的函數,其在匹配中關於計算功率是更花費時間的並且也成本更高的。
優選地通過測量獲取顆粒過濾器的溫度。特別地優選地在顆粒過濾器的上遊設置有第一溫度傳感器,其中在顆粒過濾器的下遊設置有第二溫度傳感器。然後作為來自在顆粒過濾器的上遊和下遊的兩個溫度測量中的平均值計算顆粒過濾器的溫度。溫度測量能夠備選地藉助於這樣的溫度傳感器發生,即該溫度傳感器直接地測量在顆粒過濾器中的溫度並且對此以合適的方式布置在顆粒過濾器處。優選地通過氮氧化物傳感器獲取氮氧化物濃度(如已經表明的那樣),該氮氧化物傳感器優選地直接地布置在內燃機下遊並且優選地還布置在氧化催化器上遊。備選地能夠從綜合特性曲線中獲取氮氧化物濃度,尤其依賴於內燃機的至少一個運行參數。
也優選了該方法的這樣的實施方式,即該實施方式通過以下方式而出眾,即通過下面的步驟獲取菸灰燃燒率:獲取越過顆粒過濾器下降的差壓。根據加載模型從差壓中獲取顆粒過濾器的加載。此外獲取進入到顆粒過濾器中的菸灰輸入(尤其菸灰輸入率)。最後從加載以及菸灰輸入中獲取菸灰燃燒率。以這種方式同時簡單地並且精確地可行的是,獲取菸灰燃燒率。
優選地藉助於差壓傳感器測量越過顆粒過濾器的差壓,其中差壓傳感器的第一測量部位直接地布置在顆粒過濾器上遊並且第二測量部位直接地布置在顆粒過濾器下遊。備選地可行的是,作為兩個壓力傳感器的測量值的差別計算差壓,其中第一壓力傳感器直接地布置在顆粒過濾器上遊,並且其中第二壓力傳感器直接地布置在顆粒過濾器下遊。第一和第二傳感器的測量值的差別然後以相對於藉助於差壓傳感器進行的測量類似的方式提供了期望的越過顆粒過濾器下降的差壓。
優選地依賴於時間地根據加載模型獲取顆粒過濾器的加載。加載模型優選地是灰燼修正的,也就是說尤其與顆粒過濾器的當前的灰燼化狀態相匹配。以這種方式加載模型設立成用於能夠始終利用儘可能地高的精確度從差壓中計算利用菸灰顆粒對顆粒過濾器進行的加載,而在此沒有出現由灰燼引起的誤差。
優選地作為菸灰輸入率從內燃機的至少一個運行參數中計算進入到顆粒過濾器中的菸灰輸入。在此使用至少一個運行參數,該運行參數代表了在內燃機的燃燒室中的對於菸灰形成是重要的條件的特徵。優選地運行參數以從由燃料噴射量、噴射時間點、λ探針的測量值、廢氣再循環率、節流閥位置以及內燃機的轉速組成的組中被選擇的方式被應用。在此優選地在控制設備中計算菸灰輸入率或者根據一個或者多個綜合特性曲線確定菸灰輸入率,其中控制設備設立成用於執行所述方法。特別地優選地在內燃機的控制器中計算菸灰輸入率。在此採用依賴於內燃機的至少一個運行參數描述了菸灰輸入率的模型。優選地使用了許多運行參數,以用於計算菸灰輸入率。
已表明,優選地獨立於越過顆粒過濾器的差壓計算菸灰輸入率。由此即藉助於兩個不同的獨立的模型彼此獨立地確定了一方面顆粒過濾器的加載以及另一方面菸灰輸入率。
顆粒過濾器的加載的時間上的發展一方面依賴於菸灰輸入率並且另一方面依賴於菸灰燃燒率。尤其地根據時間的加載的導數作為從菸灰輸入率以及菸灰燃燒率中的總和得出。因此可行的是,從一方面顆粒過濾器的加載以及另一方面菸灰輸入率中計算菸灰燃燒率。如果在此根據獨立的模型確定了加載以及菸灰輸入率,則得出了菸灰燃燒率的非常精確的計算,因為不採用多餘的信息,而是相反地採用互補的信息。
優選了該方法的這樣的實施方式,即該實施方式通過以下方式而出眾,即藉助於卡爾曼濾波器計算菸灰燃燒率。卡爾曼濾波器呈現了特別地完美的可能性:利用低的計算功率並且優選地實時地從一方面加載並且另一方面菸灰輸入率中計算菸灰燃燒率。在此優選地除了顆粒過濾器的加載以及菸灰輸入率之外還有越過顆粒過濾器的差壓的未過濾的測量值進入到卡爾曼濾波器中。對於菸灰燃燒率附加地在這種情況下從卡爾曼濾波器中仍然獲得了差壓的過濾的進程,以及顆粒過濾器的從過濾的差壓進程中確定的、過濾的加載。此外優選地至少一個誤差估計值進入到卡爾曼濾波器中,該誤差估計值使在卡爾曼濾波器中的誤差修正成為可能。在此對於誤差估計值尤其考慮,是否存在內燃機的這樣的瞬時的運行(即在其中壓力差值如有可能不是有效力的),是否存在進入的測量值尤其進入的差壓值的可靠的評估範圍,和/或以何種程度給出了非獨立的測量噪聲。優選地尤其差壓測量的依賴於內燃機的運行點的誤差進入到卡爾曼濾波器的誤差估計值中。如果根據誤差估計值確定了根據進入卡爾曼濾波器中的變量暫時不可實現菸灰燃燒率的可靠的計算,則此處優選地執行迄今計算的菸灰燃燒率的外推法。這在卡爾曼濾波器中無問題地是可行的,因為卡爾曼濾波器就此而言能夠採用內部的狀態,其中有時候不考慮當前進入的值。以這種方式無問題地藉助於卡爾曼濾波器誤差修正是可行的。
備選地優選了該方法的這樣的實施方式,即在該實施方式中通過加載以及菸灰輸入率的反向積分計算了菸灰燃燒率。這如有可能相比於卡爾曼濾波器需要更少的計算功率,但是為此誤差修正是幾乎不可行的。
也優選了該方法的這樣的實施方式,即該實施方式通過以下方式而出眾,即評估了菸灰燃燒率的時間上的發展。根據時間上的發展執行了故障識別。由此可行的是,將不同的故障狀態與氧化催化器的通常出現的、緩慢的老化區分開。例如可行的是,識別菸灰燃燒率的突然的改變,由此能夠推斷出氧化催化器的破壞或者移除,或者能夠推斷出傳感器故障。在此可行的是,使用菸灰燃燒率的改變的特定的形式以用於識別特定的故障。通常與此相反應當通過氧化催化器的傳統的熱的老化和/或中毒得出菸灰燃燒率的緩慢的、持續的改變。
特別地優選了該方法的這樣的實施方式,即該實施方式通過以下方式而出眾,即作為菸灰燃燒率的時間上的發展評估至少一個匹配參數的時間上的發展。該做法通過特別低的計算消耗而出眾,因為僅僅必須觀察低數量的數據,如有可能甚至僅僅觀察唯一的參數值的時間上的發展。因而以非常簡單的方式可行的是,將突然地出現的故障狀態與氧化催化器的正常的、緩慢的老化區分開。
通過創造一種帶有權利要求9的步驟的用於在廢氣後處理系統的顆粒過濾器中的灰燼識別的方法也解決了任務。在此探測越過顆粒過濾器下降的差壓。這優選地通過差壓傳感器或者通過兩個傳感器發生,其中第一傳感器布置在顆粒過濾器上遊並且第二傳感器布置在顆粒過濾器下遊,其中作為差壓形成了兩個傳感器的測量值的差別,如這已經在上面更詳細地所描述的那樣。利用上文描述的方法的實施方式確定了廢氣後處理系統的氧化催化器的老化。用於顆粒過濾器的加載模型與氧化催化器的老化相匹配。這包含,當確定氧化催化器不老化或者不進一步老化時,加載模型的匹配不發生。此外可行的是,當在應用像新的一樣的氧化催化器的情況下初始執行該方法時不通過上文描述的方法執行氧化催化器的老化的確定,而是相反地首先利用相應於氧化催化器的沒有的老化的值使該方法初始化。然而在方法的隨後的運作中如上文描述的那樣執行老化確定。根據修正的加載模型(其如有可能在沒有氧化催化器的老化的情況下包含未改變的加載模型)確定了顆粒過濾器的加載。最後從一方面加載中並且另一方面差壓中確定顆粒過濾器的灰燼化。通過加載模型從現在起能夠與氧化催化器的老化相匹配,可行的是,明確地(explizit)考慮該效果並且因此將該效果與顆粒過濾器的灰燼化的效果分離。這能夠無問題地確定,因為在關於氧化催化器的老化進行的加載模型的修正後能夠將在算出的加載值和實際地根據差壓值待預期的加載值之間的仍然保留的偏差歸因於顆粒過濾器的灰燼化。
優選了該方法的這樣的實施方式,即該實施方式通過以下方式而出眾,即加載模型(尤其緊接著顆粒過濾器的灰燼化的確定)與顆粒過濾器的灰燼化相匹配。那麼不僅關於氧化催化器的老化而且關於顆粒過濾器的灰燼化修正加載模型,從而能夠藉助於加載模型計算用於顆粒過濾器的非常精確的加載值。
加載模型與氧化催化器的老化和/或與顆粒過濾器的灰燼化的匹配優選地如此發生,即依賴於老化和/或灰燼化修正被測量的差壓值並且然後將被測量的差壓值在修正的形式中用作通過加載模型進行的加載計算的基礎。備選地或者附加地可行的是,在加載模型的範圍內應用的理論值或者用於差壓的綜合特性曲線與氧化催化器的老化和/或顆粒過濾器的灰燼化相匹配。另外備選地或者附加地可行的是,在加載模型的範圍內應用的在顆粒過濾器的加載和差壓之間的功能關係與氧化催化器的老化和/或顆粒過濾器的灰燼化相匹配。
還優選了該方法的這樣的實施方式,即該實施方式通過以下方式而出眾,即利用用於灰燼化的初始值使該方法初始化。在此優選地可行的是,在顆粒過濾器和/或廢氣後處理系統的新狀態中應用初始值,該初始值代表了不存在的或沒有的灰燼化的特徵,例如值0。備選地或者附加地可行的是,根據已知的灰燼識別算法確定灰燼化尤其以用於該方法的初始化,尤其在這樣的運行點中,即在其中氧化催化器的老化不產生影響,優選地在內燃機的額定負荷和這樣的廢氣溫度中,即在該廢氣溫度中顆粒過濾器完全地通過廢氣的剩餘氧氣含量再生。以這種方式能夠至少一次獨立於氧化催化器的老化的確定執行灰燼化識別(尤其用於使該方法初始化)。
也優選了該方法的這樣的實施方式,即在該實施方式中反覆地優選地定期地根據上面描述的、已知的灰燼識別方法確定灰燼化。用於顆粒過濾器的灰燼化的這樣獲得的值然後被應用於誤差修正或者根據本發明的灰燼識別方法的匹配。
最後優選了該方法的這樣的實施方式,即在該實施方式中重複地執行該方法。特別地優選地該方法始終在內燃機的運行期間持續地進行以用於灰燼識別,從而持續地確定氧化催化器的老化以及顆粒過濾器的灰燼化。與此相應地加載模型也持續地與氧化催化器的老化以及顆粒過濾器的灰燼化相匹配。因此用於顆粒過濾器的加載的精確的、當前的值始終供使用。備選地可行的是,利用時間上的中斷優選地在事先確定的時間間隔中執行該方法。在這種情況下加載模型優選地在事先確定的時間處與顆粒過濾器的灰燼化和氧化催化器的老化相匹配。在此與當持續地執行方法時相比更少地產生計算消耗。就此而言該方法的實施方式是經濟的並且不太計算強化的。優選地這樣選擇事先確定的時間間隔,即使得儘管僅僅逐點地執行方法但是藉助於修正的加載模型確保了充分精確的加載值。
最後還通過創造設立成用於執行根據權利要求1到8中任一項所述的方法和/或用於執行根據權利要求9到12中任一項所述的方法的控制設備來解決任務。結合裝置實現了已經結合方法解釋的優點。
優選地控制設備構造為內燃機的控制器(發動機控制單元–ECU)。備選地可行的是,控制設備構造為分離的控制設備,其尤其專門地設置成用於執行老化確定和/或灰燼識別。在此可行的是,控制設備附加地也承擔了其它的任務。
通過以合適的方式構造控制設備的硬體結構,優選地控制設備設立成用於執行方法。備選地可行的是,電腦程式產品裝載到控制設備中,該電腦程式產品具有命令,當在控制設備上實施電腦程式產品時,能夠基於該命令執行用於在控制設備中的老化確定以及灰燼識別的方法中的至少一個。
最後還通過創造帶有權利要求14的特徵的內燃機解決了任務。該內燃機具有根據上文描述的實施例中的一個的控制設備。由此結合內燃機實現了已經結合控制設備或結合方法所解釋的優點。
內燃機優選地構造為往復式發動機。在優選的實施例中內燃機用於驅動尤其重的陸上交通工具或者水上交通工具,例如礦車、火車、(其中在火車頭或者驅動車輛(Triebwagen)中使用內燃機)或者船。使用內燃機用於驅動用於保衛的車輛例如裝甲車也是可行的。優選地也靜態地使用內燃機的實施例,例如用於在應急電源運行、連續負荷運行或者高峰負荷運行中的靜態的能量供應,其中內燃機在這種情況下優選地驅動發電機。用於驅動輔助設備(例如在海上鑽井平臺上的消防泵)的內燃機的靜態的應用也是可行的。此外在化石的原料以及尤其燃料(例如石油和/或燃氣)的運輸的範圍內應用內燃機是可行的。在工業的領域中或者在建築領域中例如在建築機械或者施工機械中例如在起重機或者挖掘機中應用內燃機也是可行的。內燃機優選地構造為柴油發動機或者汽油發動機。
附圖說明
在下文中根據圖紙更詳細地解釋了本發明。在此:
圖1示出了內燃機的實施例的示意圖;
圖2示出了用於老化確定的方法的實施方式的示意圖;
圖3示出了菸灰燃燒率與氧化催化器的老化的參數上的相關性的圖表,以及
圖4示出了用於灰燼識別的方法的實施方式的示意圖。
具體實施方式
圖1示出了帶有廢氣後處理系統3的內燃機1的實施例的示意圖。廢氣後處理系統3具有顆粒過濾器5以及(在廢氣流的方向上看)在顆粒過濾器5上遊具有此處分離地設置的氧化催化器7。廢氣在此從示意性地示出的發動機區域9朝向在圖1中未示出的廢氣排放設備流經廢氣後處理系統3,其中廢氣在圖1中從左向右流動並且首先經過氧化催化器7並且然後經過顆粒過濾器5。對於分離的氧化催化器7而言附加地或者備選地可行的是,顆粒過濾器5具有催化的覆層,其用作氧化催化器。
為了探測越過顆粒過濾器5下降的差壓在此處示出的實施例中設置有差壓傳感器11,其具有在顆粒過濾器5上遊的第一測量部位13以及在顆粒過濾器5下遊的第二測量部位15。差壓傳感器11設立成用於測量在第一測量部位13和第二測量部位15之間的差壓。
為了確定顆粒過濾器5尤其穿過顆粒過濾器5的廢氣的溫度,在顆粒過濾器5上遊布置有第一溫度傳感器17並且在顆粒過濾器5下遊布置有第二溫度傳感器19,第一溫度傳感器17和第二溫度傳感器19設立成用於在廢氣後處理系統3內在其相應的位置處探測廢氣溫度。溫度傳感器17,19優選地與控制設備21有效連接,該控制設備21設立成用於計算顆粒過濾器5的溫度優選地作為通過溫度傳感器17,19探測的溫度值的平均值。
在廢氣後處理系統3中在氧化催化器7上遊布置有氮氧化物傳感器23,該氮氧化物傳感器23設立成用於探測在流經廢氣後處理系統3的廢氣中的總氮氧化物濃度。在此概念總氮氧化物濃度或者也簡稱為氮氧化物濃度涉及了在廢氣中的一氧化氮和二氧化氮的濃度的總和。備選地可行的是,氮氧化物傳感器23設立成用於特定地探測在廢氣中的一氧化氮濃度。這在氮氧化物傳感器23的在圖1中示出的位置中最多導致了測量值與非特定地對於氮氧化物濃度敏感的傳感器的測量值的小的偏差。即表明了,在氧化催化器7上遊基本上形成了一氧化氮,其首先在氧化催化器7中部分地氧化成二氧化氮。因此在氮氧化物傳感器23的在圖1中示出的位置處的氮氧化物濃度無論如何基本上與在廢氣中的一氧化氮濃度相應。
控制設備21與氮氧化物傳感器23、與溫度傳感器17,19並且與差壓傳感器11有效連接。以這種方式尤其能夠將不同的傳感器的測量值傳送到控制設備21處以用於評估。如果在另一實施例中代替差壓傳感器11應用兩個壓力傳感器(其中一個設置在顆粒過濾器5上遊並且另一個設置在顆粒過濾器5下遊),則控制設備21優選地與這兩個壓力傳感器有效連接並且設立成用於從兩個壓力傳感器的測量值中計算差壓。
此外控制設備21設立成用於根據在上文和在下文中描述的實施方式中的一個實施用於氧化催化器7的老化確定的方法。備選地或者附加地優選地控制設備21構造成用於按照根據本發明的灰燼識別方法的在上文描述的和在下文中更詳細地解釋的實施方式中的一個執行用於在顆粒過濾器5中的灰燼識別的方法。
圖2示出了用於氧化催化器7的老化確定的方法的實施方式的示意圖。在第一方法步驟S01中獲取了顆粒過濾器5的菸灰燃燒率。在此作為用於第一方法步驟S01的輸入值應用了優選地藉助於差壓傳感器11獲取的越過顆粒過濾器5下降的差壓25、顆粒過濾器5的根據加載模型從差壓中計算的加載27以及優選地由控制設備21根據內燃機1的至少一個運行參數計算的菸灰輸入率29。可行的是,僅僅應用加載27以及菸灰輸入率29作為用於步驟S01的輸入值。就此而言對於第一步驟S01還明確地使用差壓25不是強制性必要的。相反地在位於前方的步驟中根據加載模型從差壓25中計算加載27可足夠。但是如果差壓25明確地引入到第一步驟S01中,則該差壓25能夠被平滑(geglättet,有時稱為濾波)和/或被過濾,從而從第一步驟S01中作為結果產生了平滑的和/或過濾的差壓25'。以相同的方式從步驟S01中優選地作為結果也產生了平滑的和/或過濾的加載27',尤其以平滑的和/或過濾的差壓25'為基礎所計算的加載27'。
在步驟S01中從輸入值中尤其從加載27以及菸灰輸入率29中計算了菸灰燃燒率31。這作為輸入值供應給方法的第二步驟S02。
優選地通過卡爾曼濾波器執行第一步驟S01。這是尤其對於實時計算特別合適的方法,以為了快速地且利用儘可能地少的計算功率使菸灰燃燒率的可靠且精確的計算成為可能。備選地可行的是,在第一步驟S01中通過反向積分從加載27以及菸灰輸入率29中計算菸灰燃燒率。
尤其當在步驟S01中應用卡爾曼濾波器時,優選地誤差估計值33作為另外的輸入值進入到卡爾曼濾波器中。可行的是,多於一個誤差估計值33進入到第一步驟S01中。誤差估計值33優選地考慮在差壓傳感器11或通常地差壓的測量中的誤差,其中該誤差典型地依賴於內燃機1的運行點。尤其地相比於在靜態的運行點中在內燃機1的瞬時的狀態中在差壓的測量中的誤差典型地更大。附加地或者備選地誤差估計值33優選地允許進入到第一步驟S01中的輸入值的加權,其中依賴於輸入值的待期待的有效性或者精確度可行的是,有時候不直接地從當前存在的輸入值中計算菸灰燃燒率31,而是相反地根據之前計算的值外推菸灰燃燒率31。這以特別地合適的方式在以下情況下是可行的,即當在第一步驟S01中應用這樣的卡爾曼濾波器時,即在該卡爾曼濾波器中菸灰燃燒率31的計算在當前地強烈地有缺陷的或者不太有效力的輸入值的情況下能夠被推移到內部的狀態。這再次優選地在內燃機1的瞬時的運行狀態中發生。
在第二步驟S02中除了菸灰燃燒率31之外還有在顆粒過濾器5中的優選地藉助於溫度傳感器17,19獲取的溫度35以及在廢氣中的優選地藉助於氮氧化物傳感器23獲取的氮氧化物濃度37作為另外的輸入值進入。在第二步驟S02中現在依賴於溫度35以及氮氧化物濃度37評估菸灰燃燒率31,其中函數通過至少一個匹配參數的變化與菸灰燃燒率31相匹配。為了匹配函數優選地應用了最小彈簧二乘法或者另一合適的方法。優選地線性的函數、二次多項式或者三次多項式與菸灰燃燒率31相匹配。因此可行的是,多於一個匹配參數改變以用於使函數與菸灰燃燒率31匹配。
如果應用了帶有僅僅一個匹配參數的函數,在第二步驟S02中從函數與菸灰燃燒率31的匹配中精確地產生了用於匹配參數的值,否則從第二步驟S02中產生了不同的匹配參數的值的組。這些情況在此一起觀察,其中示意性地示出了,從第二步驟S02中作為結果產生了匹配參數39,匹配參數39就此而言能夠是單個的值或者是不同的值的集合或組。
在方法的第三步驟S03中評估匹配參數39,並且根據匹配參數39確定氧化催化器7的老化。此外優選地將該匹配參數39與至少一個特徵值特別地優選地與多個閾值或者邊界值或者與綜合特性曲線進行對比。相應地從第三步驟S03中作為結果產生了氧化催化器7的老化41。該老化41能夠對於另外的方法被應用,尤其用於顆粒過濾器5的灰燼識別或者灰燼修正。
優選地在第三步驟S03中還評估菸灰燃燒率的時間上的發展43,其中尤其計算匹配參數39的時間上的發展。在第四步驟04中從菸灰燃燒率的時間上的發展43中優選地可行的是,執行故障識別以及尤其將氧化催化器的正常的、緩慢的老化7與例如通過氧化催化器的破壞或者但是也通過傳感器故障引起的突然的改變區分開。特別優選地根據時間上的發展43的特定的進程可行的是,彼此區分不同的特定的故障。就此而言從第四步驟04中優選地作為結果產生廢氣後處理系統3的狀態45,其給出了關於是否該廢氣後處理系統3無缺陷地運行或者是否存在故障例如氧化催化器7的破壞或者傳感器故障的信息。然後例如能夠應用狀態45,以用於將警告輸出給內燃機1的操作者和/或以用於導入用於克服故障的措施。也可行的是,由於狀態45的評估使內燃機1停止,以為了防止內燃機1的破壞或者損害。
圖3在菸灰燃燒率的與氧化催化器的齡期的參數相關性中示出了菸灰燃燒率的示意性的以及線圖的示圖。為了更簡單的圖示此處不是不僅依賴於氮氧化物濃度而且依賴於廢氣溫度T而是相反地僅僅依賴於廢氣溫度T繪出了菸灰燃燒率,由此產生了直觀的、二維的觀察。在此作為實線的曲線47在氮氧化物濃度固定的情況下相對於在顆粒過濾器5中的廢氣的溫度T繪出了菸灰燃燒率,其中實線的曲線47的進程與氧化催化器7的新狀態相應。此處通過箭頭P示出了氧化催化器的老化7的效果,其中虛線的曲線49對於老化的氧化催化器7相應於在氮氧化物濃度固定的情況下的相關於顆粒過濾器5中的廢氣溫度T的菸灰燃燒率的相應的進程。氧化催化器的老化7通過以下方式而可察覺,即一氧化氮僅僅還以減小的程度轉換為二氧化氮,從而二氧化氮濃度相對於總的氮氧化物濃度的比例伴隨氧化催化器的逐漸的老化而下降。相應地(如通過箭頭P示出的那樣)菸灰燃燒率也下降,或以相對於溫度繪出的方式在氮氧化物濃度固定的情況下示出了更平坦的進程。
優選地利用線性的函數、二次多項式或者三次多項式匹配菸灰燃燒率,其中尤其應用這樣的形式的三次多項式:
。
在此[NOx]是氮氧化物濃度,T是在顆粒過濾器5中的廢氣的溫度,以及T0是補償參數(Offset-Parameter),通過該補償參數考慮了,在一定的溫度下幾乎不再發生菸灰燃燒。在此補償參數T0是這樣的溫度,即在該溫度之下菸灰燃燒率R近似為零。優選地補償溫度T0為從至少200°C到最多300°C,特別地優選地250°C。參數a,b和c是匹配參數,其在該方法的範圍內變化,以為了使根據方程(1)的函數與菸灰燃燒率的進程匹配。
如果代替根據方程(1)的三次多項式應用二次多項式,優選地與方程(1)相比簡單地省去具有參數c的第三項。就此而言那麼能夠僅僅還改變參數a,b。如果應用線性的函數,該函數優選地僅僅具有方程(1)的第一項,從而僅僅還改變匹配參數a。
如果根據方程(1)的函數與菸灰燃燒率相匹配,從匹配中產生用於匹配參數a,b,c的值,其然後作為值組或作為在根據圖2的第三步驟S03中的匹配參數39繼續使用,以為了確定氧化催化器7的老化41和/或獲取菸灰燃燒率31的時間上的進展43。
從圖3中無論如何顯而易見的是,在顆粒過濾器5中的廢氣的溫度是這樣的變量,即對於該變量而言匹配參數a,b,c的值依賴於氧化催化器的老化7。相應內容適用於氮氧化物濃度[NOx],並且尤其適用於一方面在顆粒過濾器5中的溫度和另一方面氮氧化物濃度[NOx]的組合。因此匹配參數a,b,c的值代表了氧化催化器7的老化狀態的特徵,從而根據相應的值能夠無問題地獲取該老化狀態。這在內燃機1的每個這樣的運行狀態中是可行的,即在該運行狀態中在顆粒過濾器5中的廢氣溫度處於這樣的範圍內,即在該範圍內菸灰燃燒至少基本上優選地完全地通過菸灰顆粒與作為氧化劑的二氧化氮的反應而發生。滿足該條件的溫度範圍為優選地至少150°C到最多500°C,特別地優選地從至少250°C到最多450°C。
在顆粒過濾器5中的廢氣的這樣的溫度範圍中(即在該溫度範圍中再生基本上不依賴於二氧化氮濃度,尤其也就是說在內燃機的額定功率以及高的廢氣溫度(尤其在450°C上)的情況下),此處概述的老化確定幾乎不可行或者不可行。但是對此能夠在相應的運行狀態中根據傳統的方法執行灰燼識別,因為再生率此處不依賴於氧化催化器的老化。特別地優選地因此在內燃機1的運行中根據本發明的用於氧化催化器的老化確定的方法與用於灰燼識別的傳統的方法聯合。以這種方式能夠獲得關於廢氣後處理系統3的狀態的互補的信息,其提升了不僅灰燼識別的而且氧化催化器的老化確定的精確度。
圖4示出了根據流程圖的類型的根據本發明的用於灰燼識別的方法的實施方式的示意圖。在此在第一步驟S11中探測越過顆粒過濾器5下降的差壓。在第二步驟S12中藉助於上文描述的方法的實施方式中的一個確定氧化催化器的老化7。
在第三步驟S13中使加載模型與氧化催化器的老化7相匹配。
在第四步驟S14中根據修正的加載模型確定顆粒過濾器5的加載,其中在第五步驟S15中從一方面根據修正的加載模型計算的加載以及另一方面差壓中確定顆粒過濾器的灰燼化。
最後加載模型優選地在第六步驟S16中與確定的顆粒過濾器的灰燼化5相匹配。
優選地重複地執行方法,從而在第六步驟S16結束後該方法重新在第一步驟S11中開始。
可行的是,尤其在第一次運作中在使用新的或者被清潔去除了灰燼的顆粒過濾器5的情況下利用用於灰燼化的初始值使該方法初始化,從而就此而言然後在第五步驟S15中不確定灰燼化,而是相反地應用初始值。備選地或者附加地可行的是,(優選地以定期的間隔)在這樣的運行狀態中執行根據已知的方法的灰燼識別,即在該運行狀態中氧化催化器的老化不對菸灰燃燒產生影響,其中那麼優選地在第五步驟S15中應用用於灰燼化的在傳統的灰燼識別方法的範圍內獲取的值代替在該處在本文提出的灰燼識別方法的範圍內獲取的值。這如有可能能夠總體來說提升方法的精確度。
特別地優選地可行的是,在這樣的運行狀態中(即在該運行狀態中氧化催化器的老化對於菸灰燃燒是不相干的),執行根據傳統的方法的灰燼識別,而在所有其它的運行狀態中執行以在此根據本發明提出的形式中的方法。
因此總體來說表明了,藉助於在此提出的方法、控制設備以及內燃機可行的是,分離一方面顆粒過濾器5的灰燼化並且另一方面氧化催化器7的老化對越過顆粒過濾器5的差壓水平的增加的效果並且由此尤其產生一方面到達氧化催化器7的老化確定並且另一方面到達菸灰顆粒過濾器的加載5的改善的預測。