CN101169064B - 废气净化装置的氧存储能力的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废气净化装置的氧存储能力的确定方法。如果一个被引入到废气净化装置中的氧量和一个从废气净化装置中排出的氧量之间的差量被确定，并从此差量得出废气净化装置的氧水平，便可实现下述目的：即使在不完全排空氧的催化器或者不完全充满氧的催化器条件下也可开始一个测量周期并指出该催化器是否具有足够的转换能力。此外，在不完全充满的废气净化装置的情况下考虑到氧的透过即所谓的潜行。

Description

废气净化装置的氧存储能力的确定方法

技术领域

本发明涉及用于确定内燃机的一种废气净化装置的氧存储能力的方法。

背景技术

废气净化装置对氧的存储能力可用于下述目的：在贫相中时，吸收氧；在富相中时，再放出氧。这样就可实现以下目的，就是可以将废气中的可氧化的有害气体成份加以转化。随着废气净化装置的不断老化，其对氧的存储能力OSC(Oxygen Storage Capacity)便会下降。这样，在富相中时，不再拥有足够的氧去净化废气中的有害气体成份，从而废气净化装置后面的λ-探测器(氧探测器)则检测出这些可被氧化的成份。此外，该λ-探测器在较长的贫相中确定出不能再被废气净化装置存储的氧。在许多国家，在车辆行驶中通过发动机控制装置对废气净化装置的检查都有法律规定(车上诊断)。一种有效催化器-诊断有如下任务：鉴定出转化能力的不允许的下降，这种转化能力的下降会导致废气值的不允许的升高，例如可经过控制灯来指示。

对转化能力的一种已知的诊断方法在于：确定废气净化装置的氧存储能力，因为根据经验，随着氧存储能力的下降，转化能力亦下降。

在DE 4112478C2中介绍了对催化器的时效状态的判断方法，依此法确定催化器前后的λ-值。为此进行检验，以确定在催化器之前是否显示从富相向贫相的自动调节系统的振荡，或者相反地在催化器之后λ-值是否显示相应的过渡，然后如果是上述情况的话，则确定出流过催化器的气体混合物流，并计算出催化器之前的气体混合物流和λ-值的乘积的时间积分，同时计算出催化器之后的气体混合物流和λ-值的乘积的时间积分，以之用作为汽车尾气催化器的时效状态的尺度，要么是两个积分之差或者是两个积分之商，或者是两个积分之差和其中一个积分之商。上述方法的缺点在于：废气净化装置之前的λ-值必须用一种很复杂的宽带-λ-探测器加以测量，方可经过实际的λ-值和气体混合物流的乘积的积分来确定所送入的或取出的氧量。

DE 19803828A1介绍一种方法和一各装置，用于检查内燃机上的一种废气催化器，于此，确定催化器之后的废气的氧含量，并在此对催化器之前的废气的平均氧含量依一个方向加以改变，就是从原先所确定的在催化器之后的氧含量出发，并于此确定从改变平均氧含量所达到的催化器的氧水平的改变，并将之同一个预定的极限值进行比较，于此，在催化器之后的废气的氧含量改变之前若预定的极限值被超过时便不会发生误差信号。

在催化器之前的两点探测器上不能定量确定所引入的废气的氧含量。这一点既适用于富性的混合物，也适用于贫性的混合物。为了实现上述目的应采取的措施是：从准确的先导控制出发并模拟所引入的废气的氧含量。其缺点则是：在先导控制下不能识别出误差。此外，在进一步的过程中还须调定先导控制的附带偏差，这种偏差还会使所得之结果失真。

在本专利申请者的一份平行进行的申请书DE 102005058524中介绍了一种方法和一种装置，用于废气后处理系统的监控，其中为了确定催化器的氧存储能力，利用一种模拟的λ-先导控制，在富性和贫性的燃油-空气混合物之间进行交替，一个λ-值在其时间过程中在一个最小的λ-值之后通过一个不断增大的区域，或者在一个最大的λ-值之后通过一个不断减小的区域。这样，便可去除一种逐点的容差，从而改进催化器-诊断的准确性，特别在使用一种两点探测器或跃迁式探测器的情况下更是如此。

在一个周期中，为了确定氧存储能力，根据现有技术，要么从一个完全充满氧的催化器出发，要么从一个完全排空的催化器出发。若该周期以一个完全排空的催化器开始的话，则该催化器就用已知λ-值的贫性废气加荷，直到一个废气探测器确定在催化器的出口有氧通过为止。所引入的氧量于是相当于氧存储能力。若该周期以一个完全充满的催化器开始的话，则该催化器就用已知λ-值的富性废气加荷，直到废气探测器在催化器的出口确定有富性废气通过为止。所排出的氧量即相当于氧存储能力。在上述两种情况下都是以下述之点为依据的：在催化器的出口处，废气具有的一个λ-值为1，只要催化器存入氧或给出氧都是如此。然后，λ-值跃迁，并指出测量周期的结束。但在实际中会出现快速的和缓慢的存入过程和给出过程，所以废气探测器可能跃迁，虽然存储能力尚未用尽。此外，废气探测器的信号跃迁在很大程度上受到废气中其余成份的浓度的影响，例如氢浓度就明显地影响到探测器跃迁的位置。由于探测器跃迁的这些位移之故，时间点便受到影响，按这个时间点，确定氧存储能力的周期应予以结束。这样，所存入的氧量或取出的氧量、由此决定的催化器的氧存储能力及最后催化器的转换能力都不能正确地加以确定。

上述各种考虑的出发点是：在氧存入时，氧被吸附在催化器中，一直到达到催化器的存储能力和氧浓度在出口处跃迁式地升高为止。但在实际中经常在氧存入过程中会发生潜行(Schlupf)，致使诊断失真。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于确定废气净化装置的氧存储能力的方法，使得能够对废气净化装置的氧存储能力精确诊断及因此能对转换能力实现精确的诊断。

本发明的任务是通过下述措施加以解决的：对被引入到废气净化装置中的氧量和从废气净化装置中送出的氧量之间的差量加以确定；由这一差量中得出废气净化装置的氧水平(Sauerstoff-Füllstand)。采用本方法还可以实现下述目的：即使在不完全排空氧的催化器或不完全充满氧的催化器的情况下，也能开始一个测量周期，并能说明该催化器是否具有足够的转换能力。此外，还可以考虑到在废气净化装置未完全充满氧的情况下的氧通过即所谓的潜行。

在本发明的一个实施形式中，使用引入的和排出的氧分子的量作为氧量。

如果在确定氧量时，考虑到以氧、水、一氧化碳、二氧化碳或氧化氮的形式相结合的引入或排出的氧的量，则引入和排出的氧量的平衡是非常准确的。通过本方法即可掌握氧处于平衡中，这种氧作为分子氧、以水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳或氧化氮形式离开废气净化装置或者进入废气净化装置。于此，可加以考虑的是：在废气净化装置中，会发生如水煤气变换反应的化学变化，此时，水放出一个氧原子，该氧原子被一氧化碳接收，于是从废气净化装置放出二氧化碳。

为了特别准确确定所引入的氧量的一种实施形式规定：被引入废气净化装置中的氧量从内燃机的废气的和空气湿度的一个λ-值加以确定。除了作为分子氧而被引入的氧量之外，还应考虑到以水蒸汽形式被引入的氧。

如果从废气净化装置中排出的氧量通过对氧浓度的测量加以确定，或者通过一个用于废气净化装置的模型加以确定的话，就可取消那一个本来配置在废气净化装置后的宽带-废气探测器，从而可节约成本。

如果为一个预定的时间间隔确定差量，并且将两个或多个时间间隔的差量相加或者积分、并由此确定氧水平的话，便可达到下述目的：对每个时间点都可以指出废气净化装的氧水平。该氧水平可用于鉴定转换能力和/或用于调节参数的计算。

如果确定氧水平的一个最大值和一个最小值之间的差，并由此确定废气净化装置的氧存储能力的话，可确定一个测量间隔中的氧引入或氧排出。

一个特别简单的实施形式规定：如果排出的氧量等于引入的氧量，则可将废气净化装置的氧存储能力等同于废气净化装置的氧水平。在此状态中，离开废气净化装置的氧量与输送给废气净化装置的氧量相等，所以可以认为废气净化装置完全充满氧。

如果有一个探测器模型，它根据废气的成分决定探测器电压，那么这个模型就可用于催化器模型的参数化。

可以对诊断进行改进，方式是用于废气净化装置的模型要根据氧水平来描述所排出的氧量，这是因为吸附能力取决于氧存储器的已被占用的部分。

废气净化装置的氧存储能力取决于已被其它种类所占用的吸附面积。因此可以改进模型，方式是用于废气净化装置的模型应根据下列各条件来描述所排出的氧量：废气净化装置的存储器材料，被吸附的碳量和/或被吸附的含碳种类的量和/或被吸附的硫化合物量和/或废气净化装置的贵金属涂层的氧化。

废气净化装置的一种经过改进的模型规定：用于废气净化装置的该模型在考虑引入的氧成份的情况下根据热力学平衡来描述所排出的氧量。

如果按照上述的特征确定废气净化装置的氧水平，那么氧水平就可特别有利地用于鉴定废气净化装置的品质和/或用于确定内燃机控制装置中的调节参数和/或温度和/或λ-值。

附图说明

下面将参照在附图中所示的一个实施例对本发明做详细说明。附图表示：

图1本发明提出的方法可以应用的技术范围示意图；

图2废气净化装置的氧存储能力示意图。

具体实施方式

图1示意地表示技术范围，在此范围中，本发明提出的方法可以用于鉴定废气净化装置16的品质。经过空气供给管道11向内燃机10供给空气，空气量由一个空气量测量器12加以确定。空气量测量器12可以作为热膜式空气量测量器加以设计。内燃机10的废气经过一废气道15被排出，于此，沿着废气的流向，在内燃机10的后面，配置了一个废气净化装置16，在其出口，废气经过一废气排出管道18加以排出。为了控制内燃机10，配置了发动机控制装置19，该控制装置一方面经过一个燃油计量器13向内燃机10供给燃油，另一方将空气量测量器12的信号和安置在废气道15中的第一λ-探测器14的信号以及安置在废气排出管道18中的第二λ-探测器17的信号都输送给该发动机控制器。第一λ-探测器14确定一个λ-实际值，利用该λ-实际值可确定一个向废气净化装置16所输送的氧量；该第一λ-探测器可以是宽带-λ-探测器。第二λ-探测器17确定废气净化装置16后面的氧浓度，而且可用于确定一个周期的结束，在此时废气净化装置被充氧；或者用于确定一个周期的结束，在此时废气净化装置被排空氧。第二λ-探测器17可以作为跃迁式探测器加以设计。燃油计量装置13也可以安置在内燃机10的空气供给管道11中。

图2表示废气净化装置16的氧存储能力23的工作点关系简图20。各工作点通过在通量轴22和温度轴24上的值加以表征。氧存储能力23沿着一个氧量轴线21绘制。从该简图20可示例性看出：在低于一个600℃温度下的一个小的通量情况下，一个正常的废气净化装置16的氧存储能力23急剧减小。如果内燃机10在这样一个工作点的范围内被操作的话，则为了正确功能诊断判据必须加以适配。此外还可从简图20看出：在高的通量情况下，可存储的氧量减小。

Claims (11)

1.用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法，

被引入废气净化装置(16)中的氧量和从废气净化装置(16)排出的氧量之间的差量被确定；从差量得出废气净化装置(16)的氧水平，

其特征在于：

被引入的和被排出的氧分子的量用作为氧量，

在确定氧量时，考虑到以氧、水、一氧化碳、二氧化碳或氧化氮的形式结合的被引入废气净化装置(16)中或从废气净化装置(16)中排出的氧量。

2.按权利要求1所述的用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法，

其特征在于：

被引入到废气净化装置(16)中的氧量从内燃机(10)的废气的λ-值和空气湿度加以确定。

3.按权利要求1所述的用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法，

其特征在于：

从废气净化装置(16)中排出的氧量由用于废气净化装置(16)的模型加以确定和/或通过对氧浓度的测量加以确定。

4.按权利要求1所述的用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法，

其特征在于：

为预定的时间间隔确定差量，将至少两个时间间隔的差量相加或积分，并由此确定氧水平。

5.按权利要求4所述的用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法，

其特征在于：

确定氧水平的最大值和最小值之差，并从而确定废气净化装置(16)的氧存储能力(23)。

6.按权利要求1所述的用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法，

其特征在于：

如果被排出的氧量等于被引入的氧量，则可将氧存储能力(23)等同于废气净化装置(16)的氧水平。

7.按权利要求2所述的用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法，

其特征在于：

根据废气探测器的输出电压同用于模拟的探测器电压的包含氧存储能力的模型的比较确定氧存储能力(23)。

8.按权利要求3所述的用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法，

其特征在于：

用于废气净化装置的模型根据氧水平描述被排出的氧量。

9.按权利要求3所述的用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法，

其特征在于：

用于废气净化装置(16)的模型根据下述条件描述被排出的氧量：废气净化装置的存储器材料、被吸附的碳量和/或被吸附的含碳种类的量和/或被吸附的硫化合物的量和/或废气净化装置(16)的贵金属涂层的氧化。

10.按权利要求3所述的用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法，

其特征在于：

用于废气净化装置(16)的模型在考虑到被引入的氧成份的情况下根据热力学平衡来描述被排出的氧量。

11.按权利要求1至10中任一项所述的用于确定内燃机(10)的废气净化装置(16)的氧存储能力(23)的方法的应用，

其特征在于：

废气净化装置(16)的氧水平被用来鉴定废气净化装置(16)的品质，和/或用来确定内燃机(10)的马达控制装置(19)中的至少一个调节参数和/或温度和/或λ-值。

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