CN101994561A - 用于监测柴油机氧化催化剂的起燃温度的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于监测内燃机柴油机氧化催化剂起燃温度的方法，包括如下步骤：在内燃机后喷射阶段或者晚喷射阶段测量催化剂上游和下游废气的温度，根据测量的废气温度数据确认催化剂是否已经起燃，根据测量的废气温度数据计算催化剂表面温度，及如果催化剂确认已经起燃，定义计算的温度作为催化剂的起燃温度。通过使用按照本发明的方法可以通过计算催化剂的表面温度在发动机启动后立刻确认催化剂真实的起燃温度。由于起燃温度不被考虑成是一个常数而是一个变化的变量，催化剂的老化得以充分考虑。因此，提供了一种考虑催化剂老化而监测柴油机氧化催化剂起燃温度的方法。

Description

用于监测柴油机氧化催化剂的起燃温度的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种用于监测柴油机氧化催化剂的起燃温度的方法与装置。

背景技术

公知的是，设置在柴油发动机废气排放路径中的柴油机氧化催化剂(DOC)在柴油发动机废气排放到大气之前对其进行处理，以便通过催化氧化过程将有害的污染物，如碳氢化合物和一氧化碳转化为二氧化碳和水。

催化作用通常随温度升高而增强。对于柴油机氧化催化剂必须到达一个阈值温度催化剂才能“起燃”，并通过氧化转化有害的气体。该“起燃温度”定义为50mol％的现有碳氢化合物被催化转化的温度。对于柴油机氧化催化剂而言重要的是，在冷启动之后为了正常工作尽快达到必需的工作温度。

催化剂的起燃行为和性能不只取决于催化剂的功效和涂覆密度，也取决于工作条件。随着催化剂的老化，起燃温度会发生最显著的变动，因为起燃温度随着老化而升高。通常机动车车载系统是基于完全老化的柴油机氧化催化剂的假设进行适应的，这导致高的起燃温度。

缺点在于，在机动车中没有充分地考虑柴油机氧化催化剂老化过程中起燃温度的变动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于监测柴油机氧化催化剂的起燃温度的装置，以考虑催化剂的老化。

用于监测内燃机的柴油机氧化催化剂的起燃温度的方法包括如下步骤：在内燃机的后喷射阶段(post injection phase)或晚喷射阶段(after injection phase)测量催化剂上游和下游的废气温度，通过所测得的废气的温度数据判断催化剂是否已经起燃，通过所测得的废气的温度数据计算催化剂的表面温度，如果确认催化剂已经起燃，将计算温度定义为催化剂的起燃温度。如果确认没有起燃，可以使用一个存储的起燃温度值，其中，该存储值特别是之前探测到的起燃时计算的表面温度或者是估计的起燃温度的初始值。

通过使用按本发明的方法可以例如在发动机每次启动后通过计算催化剂的表面温度确定催化剂的实际起燃温度。因为不将起燃温度看成常数，而是看成一个变化的变量，所以充分考虑了催化剂的老化。因此提供了一种考虑催化剂老化的、监测柴油机氧化催化剂的起燃温度的方法。这导致自学习的发动机控制。可以避免不恰当或者过于保守的排放策略。令人惊讶的是，只测量催化剂上游和下游的温度就足以确认是否存在起燃以及计算当前真实的起燃温度。没有必要测量其他变量。由于确定了实际的起燃温度，能够考虑不可预测的影响，如环境情况或者催化剂特性的差异。发动机控制可以始终采用很准确的起燃温度值，并能够使用恰当的排放策略，所述排放策略能够用更少的能量来满足最高的排放标准。由于燃料迟的后喷射或晚喷射，燃料至少部分未燃烧就排放到排气管中。有利的是，由此用还原剂富集废气。优选存储一段较长时间内多个计算的起燃温度，以推断催化剂的进一步老化。将确定的催化剂起燃温度存储到发动机控制单元中使得存储的起燃温度能够与随后的监测中计算的催化剂起燃温度进行比较。将确定的催化剂起燃温度存储到发动机控制单元中还使得可以以后评估柴油催化剂的效率。可以显示所确定的催化剂起燃温度，例如显示给驾驶室里的驾驶员或者用于系统分析目的进行显示。

按照本发明，词语“后喷射(post-injection)”是指排气阀开启或者部分开启的喷射，而按照本发明词语“晚喷射(after-injection)”是指排气阀关闭的喷射。在有利的实施形式中使用后喷射。

优选在催化剂入口处测量催化剂上游的废气温度和/或在催化剂出口处测量催化剂下游的废气温度。

在优选的实施形式中，按照本发明的方法能够有利地只通过测量催化剂上游和下游的废气温度准确地确定催化剂的起燃温度。特别有利的是，可以不必用精确的传感器或者不够精确的传感器来测量废气中气态混合物的体积或者浓度。

特别的，将计算的表面温度值和存储的表面温度和/或存储的起燃温度进行比较。存储值可以存储在发动机控制的存储装置中。如果确定没有起燃和/或检测值和存储值只有可忽略的差异，那么存储值可以定义为起燃温度；否则存储值可以被尤其是计算值替代。可忽略的差异可以由一个预定的阈值来定义，其中该阈值特别要比用于测量催化剂上游和下游废气温度的温度传感器的测量误差更大。通过比较可以避免发动机控制内部不必要的工作步骤。此外，在一个存储值被覆盖之前可以进行可信性核对。将计算的催化剂起燃温度和存储在发动机控制单元中的催化剂起燃温度进行比较，取决于是否测量到起燃温度以及所测量的起燃温度是低于还是高于存储的起燃温度，可能会存储一个新的起燃温度。例如，如果测量到一个低于目前存储的起燃温度的起燃，那么导致存储的起燃温度降低的、新的起燃温度将被存储；或者如果在目前存储的起燃温度之上没有测量到起燃，那么导致存储的起燃温度升高的一个新的起燃温度将被存储。此外，如果在高于目前存储的起燃温度下测量到起燃或者在低于目前存储的起燃温度下没有探测到起燃，则不存储起燃温度，这意味着存储的起燃温度没有发生改变。

优选发动机启动后重复该方法，直至检测到至少一次催化剂起燃。特别是确认一次催化剂起燃之后终止该方法。一次对实际起燃温度的计算足以考虑催化剂老化的影响。额外的计算负担可以得以避免，因此按照本发明的方法可以包含在目前基于发动机控制的软件中，而不影响所使用的CPU的计算能力。

在本方法的一种优选的实施形式中包括如下步骤，即，将计算的表面温度和在发动机控制中计算出来的估计的起燃温度进行比较。有利的是，按照本发明的方法能够允许在线车载监测起燃温度。有利的是，按照本发明的方法允许在机动车正常运行时监测起燃温度。特别是，不需要发动机的冷启动也可以确定催化剂的起燃温度。因此，按照本发明的方法能够针对老化的柴油机氧化催化剂升高的起燃温度进行准确调整。

在另一优选的实施形式中，通过在柴油发动机的进气管采用节流动作，优选加强的节流动作来测量温度。优选的是，节流可以通过部分关闭节气门来增强，于是节流了穿过的空气。有利的是，节流可以改进温度测量。

在另一优选的实施形式中，在发动机平稳运行模式或者怠速运行阶段(coasting phase)测量温度。优选的是，在怠速运行阶段测量起燃温度。有利的是，可以测量温度和/或碳氢化合物和/或一氧化碳的氧化程度清楚的反馈。由于催化作用的延迟时间，在怠速运行的后段，可能测量到上下游温度有比较大的差异。

优选的是，使用有限的怠速运行阶段。优选的是，所述后喷射或者晚喷射和/或节流动作在与发动机转速有关的一个特定的时间段内进行。有利的是，这一时间段允许足够的戴喷射的燃料，使得能够对催化剂中相应数量的碳氢化合物和/或一氧化碳的放热氧化进行可靠的测量。

优选的是，在怠速运行阶段使用后喷射或者晚喷射以及使用节流作用测量温度使得能够确定机动车正常运行时柴油机氧化催化剂的放热反应。特别是，在发动机冷启动之后可以测量放热反应。

优选的是，催化剂的表面温度的计算包括确定柴油机氧化催化剂中碳氢化合物和/或一氧化碳放热反应的温度曲线。有利的是，通过放热反应曲线可以可靠地确定催化剂起燃温度。

优选的是，表面温度的计算基于一个温度模型。催化剂起燃温度的计算优选基于如下假设，即，柴油机氧化催化剂被看成一个理想的热交换器，并因此可以用一阶迟滞元件或者简称为PT1-元件来近似。然后，传递到催化剂的热量就决定了催化剂的温度变化。优选的是，对于PT1-相应值的计算按照下面讨论的公式进行。

优选的是，用于基于PT1行为的温度计算的、变化的时间常数关系基于对催化剂上游废气的进气口温度(T_in)和催化剂下游的废气出气口温度(T_out)的测量。通过将催化剂近似成PT1元件，其他变量优选为柴油机氧化催化剂的质量(m_DOC)，柴油机氧化催化剂的比热(c_PDOC)，和废气的比热(c_PEG)。

用于基于PT1行为计算起燃温度的、变化的时间常数一个示例性的关系确定如下：

$c_{p_{\mathrm{EG}}}\·\frac{{\mathrm{dm}}_{\mathrm{EG}}}{\mathrm{dt}}(T_{\mathrm{in}}-T_{\mathrm{out}})=c_{p_{\mathrm{DOC}}}\·m_{\mathrm{DOC}}\·\mathrm{\ΔT}\→{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{DOC}}=\frac{c_{p_{\mathrm{DOC}}}\·m_{\mathrm{DOC}}}{c_{p_{\mathrm{EG}}}\·\frac{{\mathrm{dm}}_{\mathrm{EG}}}{\mathrm{dt}}}---\left(I\right)$

其中dm_EG/dt代表废气质量随时间的变化，τ_DOC代表催化剂表面温度达到废气温度的延迟时间。

为了考虑由于延迟的后喷射或者晚喷射造成的柴油机氧化催化剂的放热反应，优选由下公式计算温度最大可能的升高：

${\mathrm{\ΔT}}_{\mathrm{PoI}}=\frac{{\mathrm{dW}}_{\mathrm{FICmb}}}{c_{P_{\mathrm{EG}}}\·{\mathrm{dm}}_{\mathrm{EG}}}---\left(\mathrm{II}\right)$

其中ΔT_PoI代表后喷射或者晚喷射之后最大预期的温度升高值，dW_FICmb代表后或者晚喷射的、包含在燃料中的功。

起燃的检测基于测量的下游温度(T_Out)和碳氢化合物完全转化的预期温度(T_in+ΔT_POI)的比较。

柴油机氧化催化剂的效率(E_ffDOC)优选用如下公式计算：

${\mathrm{Eff}}_{\mathrm{DOC}}=\frac{\∫m_{\mathrm{EG}}\·c_p\·(T_{\mathrm{meas}\_\mathrm{DOC}\_\mathrm{Ds}}-T_{\mathrm{Sim}\_\mathrm{Ds}\_w/o\_\mathrm{exothermic}})\mathrm{dt}}{{\∫m}_{\mathrm{EG}}\·c_p\·(T_{\mathrm{Sim}\_\mathrm{DOC}\_\mathrm{Ds}\_\mathrm{with}\_\mathrm{exothermic}}-T_{\mathrm{Sim}\_\mathrm{Ds}\_w/o\_\mathrm{exothermic}})\mathrm{dt}}---\left(\mathrm{III}\right)$

其中m_EG代表废气的质量，c_P代表废气的比热，T_{meas_DOC_Ds}代表测量的柴油机氧化催化剂下游温度，T_{Sim_Ds_w/o_exothermic}代表不考虑柴油机氧化催化剂的放热时模拟的下游温度，该温度其等于表面温度，T_{Sim_Ds_with_exothermic}代表柴油机氧化催化剂的碳氢化合物完全转化时(T_表面+ΔT_POI)模拟的下游温度。

如果柴油机氧化催化剂的效率(Eff_DOC)高于一个阈值，起燃就被探测到并且怠速运行开始时的表面温度就计算作为起燃发生时的温度。如果Eff_DOC低于阈值，则不会探测到起燃，怠速运行开始时的表面温度就计算作为没有起燃发生的温度。

此外，将计算出的催化剂起燃温度与存储在发动机控制单元中的一个催化剂起燃温度进行比较。优选的是，存储在发动机控制单元中的、用于和计算出的催化剂起燃温度比较的起燃温度是前一次监测存储的催化剂起燃温度。对计算的催化剂起燃温度和存储在发动机控制单元中的催化剂起燃温度的比较优选包括对起燃测量的分析。优选的是，对起燃测量的分析基于柴油机氧化催化剂的效率(Eff_DOC)的系数。有利的是，将从测量中计算出来的柴油机氧化催化剂的效率系数和柴油机氧化催化剂的最低效率(Eff_{DOC_min})的系数进行比较。

采用后喷射(PoI)或者晚喷射的上一次怠速运行期间柴油机氧化催化剂的效率的评估基本上可能出现如下结果：

a)如果测量到一个低于目前存储的起燃温度的起燃，那么将存储一个导致存储的起燃温度降低的新的起燃温度；

b)如果测量到的起燃温度高于存储的起燃温度或者没有检测到低于目前存储的起燃温度的起燃，则不存储起燃温度，即，存储的起燃温度不变；

c)如果没有测量到高于目前存储的起燃温度起燃，那么存储一个导致存储的起燃温度升高的、新的起燃温度。

因此，定义的起燃温度可以是计算出的起燃温度或者是之前存储的起燃温度。

在一种优选的实施形式中，核对计算的表面温度的似真性。特别是通过将计算的催化剂起燃温度与发动机控制中计算出的估计起燃温度相比较来核对可信性。优选的是，估计的起燃温度基于里程数或者催化剂老化的增加来计算的。有利的是，通过比较计算的催化剂起燃温度和估计的起燃温度使得能够确保计算的起燃温度的可信性。例如，如果该计算值超出了例如与催化剂老化有关的一个温度范围，计算的催化剂表面温度可以不考虑用作定义催化剂的起燃温度。有利的是，计算或者测量的催化剂起燃温度和估计的起燃温度的比较可用作催化剂起燃温度的测量和计算精度的测试。

计算的催化剂表面温度可用作调整存储在发动机控制单元内的起燃温度。优选的是，可以对计算的起燃温度加一个权重因子。有利的是，权重可以提供一个与测量精度有关的校正因子。优选的是，在通过权重因子调整后存储计算出的起燃温度。

在一种优选的实施形式中，在机动车上监测，确定并存储柴油机氧化催化剂的起燃温度。有利的是，按照本发明的方法可以在机动车正常运行时车载地在线实施。

此外，按照本发明的方法提供了如下优点，即，测量的发布和重置条件可以根据对起燃测量发布的具体要求灵活地调节。例如，可以定义发布条件为没有活动的缺陷，平稳驾驶条件后超车，和/或温度在相关范围内，重置条件例如可以确定为超车结束，超车时喷射的碳氢化合物质量充足。有利的是，发布和重置条件可以计算为比特字。此外，由于单独的校准，可以考虑采用可自由选择的发布和重置条件。有利的是，计算的发布状态可以用作喷射调节器的输入，用于在相关怠速运行时激活后喷射或者晚喷射。

此外本发明还涉及一种用于监测内燃机的柴油机氧化催化剂的起燃温度的装置，包括分布位于催化剂的上游和下游的第一温度传感器和第二温度传感器；及一个用于根据由所述第一和第二温度传感器提供的温度数据计算催化剂的表面温度的处理器单元。通过按照本发明的装置例如可以在每次发动机启动后通过计算催化剂的表面温度确定当前的催化剂的起燃温度。由于起燃温度不是被看成一个常数，而是一个变化的变量，所以充分考虑到了催化剂的老化。因此，就提供了一种监测柴油机氧化催化剂起燃温度以考虑催化剂老化的装置。该装置可以进一步如前所述地关于按照本发明的方法设计。

在一种优选的实施形式中，所述装纸还包括一个处理器单元，用来比较检测的起燃温度和估计的催化剂起燃温度，以评估该检测的可信性和/或比较所述计算的表面温度与存储在存储装置中的存储表面温度。有利的是，按照本发明的装置允许在车上在线地监测起燃温度。特别有利的是，允许在机动车正常运行时监测起燃温度。

本发明还涉及一种计算机程序，当该程序安装到计算机中时，该计算机程序包括用于实施按照本发明的方法的程序代码。

此外，本发明涉及一种计算机程序产品，当该计算机程序产品安装到计算机中时，该计算机程序产品包括存储在计算机可读的数据载体上用于实施按照本发明的方法的程序代码。

附图说明

下面参考相关附图根据优选的实施形式详细说明本发明。在附图中：

图1是按照本发明用于监测内燃机的柴油机氧化催化剂的起燃温度的方法示意图；并且

图2是分析按照本发明的起燃温度测量所执行的步骤的示例性流程图。

具体实施方式

参照图1，步骤104示出了基于一次起燃测量确定催化剂起燃温度。根据废气的温度数据对催化剂起燃温度的计算是基于柴油机氧化催化剂100的一个温度模型，包括柴油机氧化催化剂的表面温度。在标示为起燃计算108的步骤中，所确定的催化剂起燃温度进一步和在发动机控制单元中计算出的估计的起燃温度106进行比较。起燃估计106时基于对柴油机氧化催化剂102的老化估计。在步骤110中，所确定的起燃温度存储在发动机控制单元中。

参照图2详细介绍分析起燃测量时所执行的示例性步骤。在步骤200中示出了用于计算柴油机氧化催化剂的效率(Eff_DOC)的示例性关系，其中m_EG代表废气的质量，c_P代表废气的比热，T_{meas_DOC_Ds}代表在DOC下游测得的温度，T_{Sim_Ds_w/o_exothermic}代表不考虑DOC放热时模拟的下游温度，该温度其等于表面温度，而T_{Sim_Ds_with_exothermic}代表在DOC的碳氢化合物完全转化情况下模拟的下游温度(T_表面+ΔT_POI)。在步骤202中，将测量的柴油机氧化催化剂的效率(Eff_DOC)和柴油机氧化催化剂的最低效率(Eff_{DOC_min})进行比较。

如步骤204所示，如果测量到了起燃，将在步骤206中判断测得的温度(T_meas)是否低于存储的起燃温度(T_{light-off_stored})。如果所述起燃低于目前存储的起燃温度，按照步骤208存储一个导致存储的起燃温度降低的新的起燃温度。如果测得的起燃温度高于目前存储的起燃温度，按照步骤216不存储起燃温度。

如步骤210所示，如果没有测量到起燃，则在步骤212中判断测得的温度(T_meas)是否低于存储的起燃温度(T_{light-off_stored})。如果没有测量到高于目前存储的起燃温度的起燃，按照步骤214存储一个导致存储的起燃温度升高的新的起燃温度。如果没有测量到低于目前存储的起燃温度的起燃，则按照步骤216不存储起燃温度。

Claims (12)

1.一种用于监测内燃机的柴油机氧化催化剂的起燃温度的方法，包括如下步骤：

-在内燃机的后喷射阶段或者晚喷射阶段测量催化剂上游和下游的废气的温度，

-利用测得的废气温度数据确定是否发生了催化剂起燃，

-利用所测得的废气温度数据计算所述催化剂的表面温度，以及

-在确定催化剂起燃的情况下，将计算出的温度定义为催化剂的起燃温度。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，将计算出的表面温度和存储的表面温度和/或存储的起燃温度进行比较，其中，在没有检测到起燃和/或确定在检测值和所述存储值之间只有可以忽略的差异的情况下，将所述存储值定义为起燃温度。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，在发动机启动后重复所述方法，直至检测到至少一次催化剂起燃。

4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其中，将所述计算出的表面温度与在一发动机控制器中计算出的估计的起燃温度进行比较。

5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其中，在所述柴油发动机的进气管的节流动作过程中进行所述温度测量。

6.按照权利要求1至5之一所述的方法，其中，在所述发动机的平稳运行模式或者怠速运行阶段进行所述温度测量。

7.按照权利要求1至6之一所述的方法，其中，所述催化剂的表面温度的确定包括确定所述柴油机氧化催化剂中的碳氢化合物和/或一氧化碳的氧化放热反应的温度曲线。

8.按照权利要求1至7之一所述的方法，其中，核对所述计算出的表面温度的可信性。

9.按照权利要求1至8之一所述的方法，其中，在机动车上监测、确定并存储所述柴油机氧化催化剂的起燃温度。

10.一种用于监测内燃机的柴油机氧化催化剂的起燃温度的装置，包括

分别位于催化剂的上游和下游的一第一温度传感器和一第二温度传感器；以及

一用于根据所述第一和第二温度传感器提供的温度数据计算所述催化剂的表面温度的处理器单元。

11.按照权利要求10所述的装置，其中，该装置包括一处理器单元，该处理器单元用于比较所确定的起燃温度和估计的催化剂起燃温度，以便评估该确认的可信性和/或比较所述计算出的表面温度与存储在存储装置中的表面温度。

12.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在计算机可读的数据载体上的程序代码，当该计算机程序产品安装到计算机中时，所述程序代码用于执行按照权利要求1至9之一所述的方法。

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