用於確定廢氣催化淨化器的轉換能力的方法和裝置的製作方法
2023-09-18 03:55:05
專利名稱：用於確定廢氣催化淨化器的轉換能力的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種用於評估內燃機冷啟動時碳氫化合物催化器的轉換能力的方法，該內燃機具有一個在流向上安裝在催化器之後的廢氣傳感器，這裡廢氣傳感器的輸出信號傳送至一個控制單元。此外本發明還涉及一種用於實現該方法的裝置。
背景技術：
為了減少汽油內燃機的排放通常會使用三元催化器。催化器的轉換能力主要取決於它的溫度。因此為了滿足法律規定，在冷啟動時將對催化器進行額外的加熱使之可以迅 速開始工作。舊催化器的催化效率可能已經降低，為了可以同樣滿足廢氣排放限制，將對其加熱至一定溫度，使舊催化器也能夠正常開始催化反應。因此加熱過程必須比新催化器更長，從而使催化器達到的溫度比實際所需要的更高。這可能導致催化器面向內燃機的一側由於高溫以及溫差迅速老化。催化器由於中毒或者高溫造成的老化通常發生在排氣方向從面向內燃機的一側直至後方。因此要對一個已老化的催化器進行特殊的加熱措施，從而不僅使其前部得到加熱，催化器的大部分都將得到加熱。這裡縮短一個新催化器的催化劑預熱時間可以延長其使用壽命，也可以減少廢氣排放和內燃機的燃油消耗。碳氫化合物催化器的轉換能力根據現有技術在工作溫度下由它儲存氧氣的能力間接得到評價。儲氧能力因此被用於評估催化器老化的程度。這種方法在催化器的前面和後面各布置了一個氧傳感器。輸送進內燃機的混合氣體因此將由濃到稀變化，以使氧氣儲存在催化器中。藉助氧傳感器的輸出信號以及對廢氣量的了解可以確定催化器的儲氧能力。這種測試通常在部分負荷狀態下，因此是催化器的工作溫度下進行。從DE4112478C2中可以得知一種用於評估催化器老化程度的方法，該催化器對一個經過\調節的內燃機的廢氣進行處理，在這種方法中對布置在催化器前面和後面的入值進行測量，以分析當催化器前面的、值規則振蕩時是否由濃到稀變化，或者相反的催化器後面的、值有一個相應的變化過程，如果確實如此，則將確定通過催化器的氣流量，並計算氣流量和催化器前的、值的乘積的時間積分，以及氣流量和催化器後的、值的乘積的時間積分，同時利用兩個積分的差或者兩個積分的差與其中一個積分的比來衡量催化器的老化程度。在這種方法中最有特點的是X值的強迫振動，其頻率是預先設定的。當前方法和裝置的缺點是，碳氫化合物催化器的轉換能力通過其儲氧能力間接得到評價，並且只有當處於工作溫度時才能進行，在剛剛冷啟動後的時間內尚不能進行。此外還存在的缺點是，不能區分均勻老化的催化器和只在面對內燃機的區域內老化的催化器。
發明內容
因此本發明的任務是，提供一種在冷啟動時就可以識別碳氫化合物催化器的轉換能力的方法。此外本發明的另一個任務是，提供一種相應的裝置。
本發明關於方法的任務將通過以下方法得到解決，即利用廢氣傳感器確定廢氣中碳氫化合物的含量，當廢氣中碳氫化合物的含量減少了一個預設的值時則推斷出催化器開始轉換。與催化器串聯的廢氣傳感器通常被用於確定催化器後的廢氣中的氧氣含量。根據發明其也可以附加地對碳氫化合物敏感，或者在這個位置額外布置了一個對於碳氫化合物敏感的廢氣傳感器。催化器可能在全長上是均勻老化的，也可能例如由於在面對內燃機的前部區域內溫度過高而造成不均勻老化。儘管在這兩種情況下當內燃機冷啟動後開始進行轉化隨時間過程不同，用於評價轉換能力的儲氧能力可能是一樣的。在一個前部已經老化的催化器上在開始轉化之前必須對催化器的更大的區域進行加熱。因此其與一個新的或者均勻老化的催化器相比開始轉化有一個延時。因此有利的是，根據發明確定廢氣中碳氫化合物的含量並從中推斷出催化器的轉換能力。
當為了使催化器達到就緒而進行的催化器加熱手段結束時，只要判斷出催化器開始進行轉化，則在一個具有很好轉換能力的催化器上就可以不再需要繼續加熱，而繼續加熱就意味著額外的能量消耗，減少了催化器的熱負載(這會導致進一步的老化)。通過從內燃機啟動到催化器開始轉化所經歷的時間或者從在從內燃機啟動到開始轉化引入催化器內的熱量中得到一個用於診斷催化器的標準，可以實現對催化器的轉換能力進行實際的評估。尤其是一個前部已老化的催化器可足夠地被加熱並且區別於一個均勻老化的催化器。這裡對轉換能力的評估可以僅僅基於碳氫化合物的排放實現或者也可以與對催化器的儲氧能力的評估的結合實現。本發明關於裝置的任務將通過以下方式得到解決，即廢氣傳感器被設計成碳氫化合物傳感器，在控制單元中基於廢氣傳感器的輸出信號設計了一個用於評估轉換能力的電路或者程序。通過根據發明對廢氣傳感器進行設計可以直接確定催化器的轉換能力，而可避免通過儲氧能力進行間接確定。這裡在廢氣的氣流方向上接在催化器後的廢氣傳感器可以是對氧和碳氫化合物組合敏感的傳感器或者是額外的一個對碳氫化合物敏感的傳感器。
接下來將通過一個在圖形中展示的結構示例進一步闡述本發明。圖形展示了圖I 一個排氣管中具有催化器的內燃機的示意2冷啟動時碳氫化合物排放過程的第一個時間3冷啟動時廢氣傳感器的輸出信號和碳氫化合物排放過程的第二個時間圖
具體實施例方式圖I展示了一個具有一個進氣管11和一個布置在排氣管12中的催化器14的內燃機10。在廢氣的氣流方向上在催化器14前設計了一個氧氣傳感器13，在催化器14後設計了一個廢氣傳感器16。廢氣傳感器16的輸出信號取決於廢氣中碳氫化合物的含量,並且和氧傳感器13的輸出信號一樣被傳送至一個控制單元15。當內燃機10工作時氧傳感器13作為\傳感器用於監測輸送進內燃機的空燃比。當內燃機10冷啟動時通常在催化器加熱階段將調節富含氧氣的混合氣體，從而儘可能快的使催化器14達到工作溫度並開始轉化廢氣中不希望出現的成分。當轉化已經開始時，接下來發生的放熱反應會繼續加熱催化器直至它在全長上都達到工作溫度。根據現有技術將催化器的這個加熱階段設計的如此長，使已經老化的催化器14也開始轉化。因此可能出現的是，一個新的催化器(更早的開始轉化)被加熱至比不一定需要的溫度更高，從而使催化的塗層一特別是在面向內燃機的區域內——嚴重的老化。當利用廢氣傳感器16探測到廢氣中的碳氫化合物的含量降低了時，則根據本發明推斷出已經開始轉化，從而停止催化器的加熱階段。由此可以避免催化器14的嚴重老化，同時可以最小化內燃機冷啟動時的能量消耗和二氧化碳的產生。圖2展示了第一時間圖20，圖中對於催化器14的三種不同老化程度的，在冷啟動時在內燃機10的催化器14後面積聚的碳氫化合物排放，沿一條第一時間軸25和一條信號軸21示出。第一數量信號22表示當對催化器14具有很好的轉換能力時冷啟動後積聚的碳氫化合物排放量隨時間變化的過程。碳氫化合物的總量首先上升，這是因為催化器14還處於冷狀態。但是加熱很快就起作用，從而開始轉化，僅還有少量的碳氫化合物離開催化器，因此第一數量信號22 (僅表示排出的碳氫化合物的總量)僅僅有少許的上升。第二數量信號23表示當催化器14在其全長上均勻老化時，排出的碳氫化合物總量的變化過程。催化器的老化導致轉化推遲開始，從而使第二數量信號23比第一數量信號22上升的更多。第三數量信號24表示當催化器14在面對內燃機的區域內嚴重老化，但是催化器的儲氧能力總體上與所觀察的第二種情況一樣高時，排出的碳氫化合物總量隨時間變化的過程。一個這樣的催化器按照現有技術的評估方法，對其轉換能力準確地與在第二種情況中所觀察的催化器完全一樣地分級。在第二種情況下催化器的加熱過程導致了從催化器的面對內燃機的部分開始，並在那裡開始轉化的加熱。但是在第三神情況下的前部的老化導致在那裡並不會開始轉化。只有當催化器的位於更下遊的部分中有足夠高的溫度時才會開始轉化。因此在延長的加熱階段中第三數量信號24繼續上升並且超過第二數量信號23。圖3中表示了第二時間圖30，它展示了一個對碳氫化合物敏感的廢氣傳感器16的輸出信號以及催化器14後的碳氫化合物排放隨時間變化的過程，這裡信號沿著一個第二時間軸37和一個信號軸31變化。當催化器14是全新的且具有很好的轉換能力的狀態時，第一碳氫化合物排放32首先上升，在達到一個最大值後由於催化器14開始轉化而快速的下降。第一傳感器信號33，即廢氣傳感器的輸出信號中也反映這種關係。第一傳感器信號33首先增大到一個最大值，然後迅速下降。由於第一碳氫化合物排放32和第一傳感器信號33之間的關係不是線性的，信號的下降具有不同的形式。當催化器14已經老化時，在內燃機啟動之後產出現了第二碳氫化合物排放35，它隨著達到催化器14的工作溫度而下降之前維持在一個較高的水平上的時間比第一碳氫化合物排放32更長。在第二傳感器信號36中也反映這種關係，它維持在一個較高水平上的時間比第一傳感器信號33更長。由第一傳感器信號33的第一信號下降34和第二傳感器信號36的第二信號下降38都可以推斷出催化器14開始進行轉化。在兩種情況下都可以基於這個信息結束催化器的加熱過程。當催化器14是新的時可以最小化其熱負荷，同時防止由於溫度過高而可能引起的老化。從第一傳感器信號33和第二傳感器信號36隨時間變 化的過程，特別是由從內燃機啟動直至由第一信號下降34和第二信號下降38表示的轉化開始的持續時間中可以推導出催化器14老化狀態的值。
權利要求
1.用於評估內燃機(10)冷啟動時用於碳氫化合物的催化器(14)的轉換能力的方法，該內燃機(10)具有在流向上安裝在催化器(14)之後的廢氣傳感器(16)，廢氣傳感器(14)的輸出信號傳送至控制單兀(15),其特徵在於,利用廢氣傳感器(16)確定廢氣中碳氫化合物的含量，並且當廢氣中碳氫化合物的含量減少預設的值時則推斷催化器(14)開始進行轉換。
2.根據權利要求I的方法，其特徵在於，只要識別出催化器(14)開始轉換，則停止為了達到催化器(14)工作就緒而採取的用於加熱催化器(14)的措施。
3.根據權利要求I或2的方法，其特徵在於，由在內燃機啟動到催化器(14)開始轉化之間所經歷的時間或者從在內燃機啟動到開始轉化之間向催化器(14)中引入的熱量值中形成用於診斷催化器(14)的標準。
4.用於評估對內燃機(10)排出的廢氣進行清潔的催化器(14)的轉換能力的裝置，具有在流向上安裝在催化器(14)之後的廢氣傳感器(16)，為了分析廢氣傳感器(14)的輸出信號設有控制單元(15)，其特徵在於，廢氣傳感器(16)被設計成碳氫化合物傳感器，且在 控制單元(15)中基於廢氣傳感器(16)的輸出信號設有用於評估催化器(14)的轉換能力的電路或者程序。
全文摘要
本發明涉及評估內燃機冷啟動時碳氫化合物催化器的轉換能力的方法，該內燃機具有在流向上安裝在催化器之後的廢氣傳感器，這裡廢氣傳感器的輸出信號將傳送至控制單元。此外本發明還涉及實現該方法的裝置。根據本發明，將利用廢氣傳感器確定廢氣中碳氫化合物的含量，當廢氣中碳氫化合物的含量減少了預設的值時則推斷出催化器開始工作。與催化器串聯的廢氣傳感器通常被用於確定通過催化器後的廢氣中的氧氣含量。根據發明該傳感器也可以對碳氫化合物進行測量，或者在這個位置額外布置了用於測量碳氫化合物的廢氣傳感器。通過直接確定催化器的轉換能力可以縮短專為冷啟動而設計的催化器加熱階段，減少與之有關的能量消耗和對催化器可能造成的熱傷害。
文檔編號F01N11/00GK102644501SQ20121008805
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月17日 優先權日2011年2月18日
發明者I·布拉克, K·溫克勒 申請人:羅伯特·博世有限公司