用於監測柴油機氧化催化劑的起燃溫度的方法與裝置的製作方法

2023-06-23 19:33:11 1

專利名稱：用於監測柴油機氧化催化劑的起燃溫度的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於監測柴油機氧化催化劑的起燃溫度的方法與裝置。
背景技術：
公知的是，設置在柴油發動機廢氣排放路徑中的柴油機氧化催化劑(D0C)在柴油 發動機廢氣排放到大氣之前對其進行處理，以便通過催化氧化過程將有害的汙染物，如碳 氫化合物和一氧化碳轉化為二氧化碳和水。催化作用通常隨溫度升高而增強。對於柴油機氧化催化劑必須到達一個閾值溫度 催化劑才能「起燃」，並通過氧化轉化有害的氣體。該「起燃溫度」定義為50mol%的現有碳 氫化合物被催化轉化的溫度。對於柴油機氧化催化劑而言重要的是，在冷啟動之後為了正 常工作儘快達到必需的工作溫度。催化劑的起燃行為和性能不只取決於催化劑的功效和塗覆密度，也取決於工作條 件。隨著催化劑的老化，起燃溫度會發生最顯著的變動，因為起燃溫度隨著老化而升高。通 常機動車車載系統是基於完全老化的柴油機氧化催化劑的假設進行適應的，這導致高的起 燃溫度。缺點在於，在機動車中沒有充分地考慮柴油機氧化催化劑老化過程中起燃溫度的變動。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用於監測柴油機氧化催化劑的起燃溫度 的裝置，以考慮催化劑的老化。用於監測內燃機的柴油機氧化催化劑的起燃溫度的方法包括如下步驟在內燃機 的後噴射階段(post injection phase)或晚噴射階段(after injection phase)測量催 化劑上遊和下遊的廢氣溫度，通過所測得的廢氣的溫度數據判斷催化劑是否已經起燃，通 過所測得的廢氣的溫度數據計算催化劑的表面溫度，如果確認催化劑已經起燃，將計算溫 度定義為催化劑的起燃溫度。如果確認沒有起燃，可以使用一個存儲的起燃溫度值，其中， 該存儲值特別是之前探測到的起燃時計算的表面溫度或者是估計的起燃溫度的初始值。通過使用按本發明的方法可以例如在發動機每次啟動後通過計算催化劑的表面 溫度確定催化劑的實際起燃溫度。因為不將起燃溫度看成常數，而是看成一個變化的變量， 所以充分考慮了催化劑的老化。因此提供了一種考慮催化劑老化的、監測柴油機氧化催化 劑的起燃溫度的方法。這導致自學習的發動機控制。可以避免不恰當或者過於保守的排放 策略。令人驚訝的是，只測量催化劑上遊和下遊的溫度就足以確認是否存在起燃以及計算 當前真實的起燃溫度。沒有必要測量其他變量。由於確定了實際的起燃溫度，能夠考慮不可 預測的影響，如環境情況或者催化劑特性的差異。發動機控制可以始終採用很準確的起燃 溫度值，並能夠使用恰當的排放策略，所述排放策略能夠用更少的能量來滿足最高的排放 標準。由於燃料遲的後噴射或晚噴射，燃料至少部分未燃燒就排放到排氣管中。有利的是，由此用還原劑富集廢氣。優選存儲一段較長時間內多個計算的起燃溫度，以推斷催化劑的 進一步老化。將確定的催化劑起燃溫度存儲到發動機控制單元中使得存儲的起燃溫度能夠 與隨後的監測中計算的催化劑起燃溫度進行比較。將確定的催化劑起燃溫度存儲到發動機 控制單元中還使得可以以後評估柴油催化劑的效率。可以顯示所確定的催化劑起燃溫度， 例如顯示給駕駛室裡的駕駛員或者用於系統分析目的進行顯示。按照本發明，詞語「後噴射(post-injection) 」是指排氣閥開啟或者部分開啟的噴 射，而按照本發明詞語「晚噴射(after-injection)」是指排氣閥關閉的噴射。在有利的實 施形式中使用後噴射。優選在催化劑入口處測量催化劑上遊的廢氣溫度和/或在催化劑出口處測量催 化劑下遊的廢氣溫度。在優選的實施形式中，按照本發明的方法能夠有利地只通過測量催化劑上遊和下 遊的廢氣溫度準確地確定催化劑的起燃溫度。特別有利的是，可以不必用精確的傳感器或 者不夠精確的傳感器來測量廢氣中氣態混合物的體積或者濃度。特別的，將計算的表面溫度值和存儲的表面溫度和/或存儲的起燃溫度進行比 較。存儲值可以存儲在發動機控制的存儲裝置中。如果確定沒有起燃和/或檢測值和存 儲值只有可忽略的差異，那麼存儲值可以定義為起燃溫度；否則存儲值可以被尤其是計算 值替代。可忽略的差異可以由一個預定的閾值來定義，其中該閾值特別要比用於測量催化 劑上遊和下遊廢氣溫度的溫度傳感器的測量誤差更大。通過比較可以避免發動機控制內部 不必要的工作步驟。此外，在一個存儲值被覆蓋之前可以進行可信性核對。將計算的催化 劑起燃溫度和存儲在發動機控制單元中的催化劑起燃溫度進行比較，取決於是否測量到起 燃溫度以及所測量的起燃溫度是低於還是高於存儲的起燃溫度，可能會存儲一個新的起燃 溫度。例如，如果測量到一個低於目前存儲的起燃溫度的起燃，那麼導致存儲的起燃溫度降 低的、新的起燃溫度將被存儲；或者如果在目前存儲的起燃溫度之上沒有測量到起燃，那麼 導致存儲的起燃溫度升高的一個新的起燃溫度將被存儲。此外，如果在高於目前存儲的起 燃溫度下測量到起燃或者在低於目前存儲的起燃溫度下沒有探測到起燃，則不存儲起燃溫 度，這意味著存儲的起燃溫度沒有發生改變。優選發動機啟動後重複該方法，直至檢測到至少一次催化劑起燃。特別是確認一 次催化劑起燃之後終止該方法。一次對實際起燃溫度的計算足以考慮催化劑老化的影響。 額外的計算負擔可以得以避免，因此按照本發明的方法可以包含在目前基於發動機控制的 軟體中，而不影響所使用的CPU的計算能力。在本方法的一種優選的實施形式中包括如下步驟，S卩，將計算的表面溫度和在發 動機控制中計算出來的估計的起燃溫度進行比較。有利的是，按照本發明的方法能夠允許 在線車載監測起燃溫度。有利的是，按照本發明的方法允許在機動車正常運行時監測起燃 溫度。特別是，不需要發動機的冷啟動也可以確定催化劑的起燃溫度。因此，按照本發明的 方法能夠針對老化的柴油機氧化催化劑升高的起燃溫度進行準確調整。在另一優選的實施形式中，通過在柴油發動機的進氣管採用節流動作，優選加強 的節流動作來測量溫度。優選的是，節流可以通過部分關閉節氣門來增強，於是節流了穿過 的空氣。有利的是，節流可以改進溫度測量。在另一優選的實施形式中，在發動機平穩運行模式或者怠速運行階段(coastingphase)測量溫度。優選的是，在怠速運行階段測量起燃溫度。有利的是，可以測量溫度和/ 或碳氫化合物和/或一氧化碳的氧化程度清楚的反饋。由於催化作用的延遲時間，在怠速 運行的後段，可能測量到上下遊溫度有比較大的差異。優選的是，使用有限的怠速運行階段。優選的是，所述後噴射或者晚噴射和/或節 流動作在與發動機轉速有關的一個特定的時間段內進行。有利的是，這一時間段允許足夠 的戴噴射的燃料，使得能夠對催化劑中相應數量的碳氫化合物和/或一氧化碳的放熱氧化 進行可靠的測量。優選的是，在怠速運行階段使用後噴射或者晚噴射以及使用節流作用測量溫度使 得能夠確定機動車正常運行時柴油機氧化催化劑的放熱反應。特別是，在發動機冷啟動之 後可以測量放熱反應。優選的是，催化劑的表面溫度的計算包括確定柴油機氧化催化劑中碳氫化合物和 /或一氧化碳放熱反應的溫度曲線。有利的是，通過放熱反應曲線可以可靠地確定催化劑起 燃溫度。優選的是，表面溫度的計算基於一個溫度模型。催化劑起燃溫度的計算優選基於 如下假設，即，柴油機氧化催化劑被看成一個理想的熱交換器，並因此可以用一階遲滯元件 或者簡稱為PT1-元件來近似。然後，傳遞到催化劑的熱量就決定了催化劑的溫度變化。優 選的是，對於PT1-相應值的計算按照下面討論的公式進行。優選的是，用於基於PT1行為的溫度計算的、變化的時間常數關係基於對催化劑 上遊廢氣的進氣口溫度(Tin)和催化劑下遊的廢氣出氣口溫度(T。ut)的測量。通過將催化 劑近似成PT1元件，其他變量優選為柴油機氧化催化劑的質量(mTOe)，柴油機氧化催化劑的 比熱(cPDQC)，和廢氣的比熱(CpEe)。用於基於PT1行為計算起燃溫度的、變化的時間常數一個示例性的關係確定如 下
權利要求
一種用於監測內燃機的柴油機氧化催化劑的起燃溫度的方法，包括如下步驟 在內燃機的後噴射階段或者晚噴射階段測量催化劑上遊和下遊的廢氣的溫度， 利用測得的廢氣溫度數據確定是否發生了催化劑起燃， 利用所測得的廢氣溫度數據計算所述催化劑的表面溫度，以及 在確定催化劑起燃的情況下，將計算出的溫度定義為催化劑的起燃溫度。
2.按照權利要求1所述的方法，其中，將計算出的表面溫度和存儲的表面溫度和/或存 儲的起燃溫度進行比較，其中，在沒有檢測到起燃和/或確定在檢測值和所述存儲值之間 只有可以忽略的差異的情況下，將所述存儲值定義為起燃溫度。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其中，在發動機啟動後重複所述方法，直至檢測到 至少一次催化劑起燃。
4.按照權利要求1至3之一所述的方法，其中，將所述計算出的表面溫度與在一發動機 控制器中計算出的估計的起燃溫度進行比較。
5.按照權利要求1至4之一所述的方法，其中，在所述柴油發動機的進氣管的節流動作 過程中進行所述溫度測量。
6.按照權利要求1至5之一所述的方法，其中，在所述發動機的平穩運行模式或者怠速 運行階段進行所述溫度測量。
7.按照權利要求1至6之一所述的方法，其中，所述催化劑的表面溫度的確定包括確定 所述柴油機氧化催化劑中的碳氫化合物和/或一氧化碳的氧化放熱反應的溫度曲線。
8.按照權利要求1至7之一所述的方法，其中，核對所述計算出的表面溫度的可信性。
9.按照權利要求1至8之一所述的方法，其中，在機動車上監測、確定並存儲所述柴油 機氧化催化劑的起燃溫度。
10.一種用於監測內燃機的柴油機氧化催化劑的起燃溫度的裝置，包括分別位於催化劑的上遊和下遊的一第一溫度傳感器和一第二溫度傳感器；以及一用於根據所述第一和第二溫度傳感器提供的溫度數據計算所述催化劑的表面溫度 的處理器單元。
11.按照權利要求10所述的裝置，其中，該裝置包括一處理器單元，該處理器單元用於 比較所確定的起燃溫度和估計的催化劑起燃溫度，以便評估該確認的可信性和/或比較所 述計算出的表面溫度與存儲在存儲裝置中的表面溫度。
12.—種電腦程式產品，該電腦程式產品包括存儲在計算機可讀的數據載體上的 程序代碼，當該電腦程式產品安裝到計算機中時，所述程序代碼用於執行按照權利要求1 至9之一所述的方法。
全文摘要
本發明提供了一種用於監測內燃機柴油機氧化催化劑起燃溫度的方法，包括如下步驟在內燃機後噴射階段或者晚噴射階段測量催化劑上遊和下遊廢氣的溫度，根據測量的廢氣溫度數據確認催化劑是否已經起燃，根據測量的廢氣溫度數據計算催化劑表面溫度，及如果催化劑確認已經起燃，定義計算的溫度作為催化劑的起燃溫度。通過使用按照本發明的方法可以通過計算催化劑的表面溫度在發動機啟動後立刻確認催化劑真實的起燃溫度。由於起燃溫度不被考慮成是一個常數而是一個變化的變量，催化劑的老化得以充分考慮。因此，提供了一種考慮催化劑老化而監測柴油機氧化催化劑起燃溫度的方法。
文檔編號F01N3/20GK101994561SQ20101026732
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月24日 優先權日2009年8月24日
發明者亞歷山大·勒, 託斯滕·米勒, 馬庫斯·韋斯勞 申請人:通用汽車環球科技運作公司