CN101438044A - 用于诊断废气催化器效能的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于诊断内燃机排气系统中废气催化器效能的方法和装置，其中运用了非常晚的再次喷射或二次喷射。为了能够在节省附加废气温度传感器投入并只是最低程度地增加燃料消耗的情况下提供一种灵敏而又稳定的诊断方法和相应的装置，这种诊断方法在时间略微延滞的情况下就可以给出可靠的结果，而这种相应的装置在少量的投入下亦可用在各种不同的内燃机方案中，根据本发明提出，在催化器(3)下游所使用的废气涡轮增压器(6)的在测试喷射期间所引起的提高的压缩机功率，引起提高的增压压力提高或空气质量流(mL)的显著增加，从而由内燃机(1)的吸入空气量的变化来确定出催化器(3)的效能。

Description

用于诊断废气催化器效能的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于诊断内燃机排气系统中废气催化器效能的方法和装置，其中运用了非常晚的再次喷射(Nacheinspritzung)或二次喷射(Sekundaereinspritzung)。
背景技术
从现有技术中已知设置二次喷射，以使得喷射的燃料又被点燃并通过在膨胀阶段中的燃烧而提高废气温度。由此一来，根据文献EP 0 621400 B1所述，设置在排气系统中的催化器从冷却状态很快地被加热至工作温度。
从DE 100 61 796 A1中可知，通过专门设置再次喷射可以使得后置的废气涡轮增压器的响应特性通过下述内容得以改善，即，后续喷射的燃料基本上在催化器的区域中才被转化并在那里使得废气的温度和焓明显提高。由此废气涡轮增压器快速运转，这对于加速而言正是至关重要的。对于加速而言，尤其是对于先前是低转速行驶的加速而言，涡轮增压器在排气侧首先缺少的是用于产生加速过程所需增压压力的正确排气量。这种缓慢的响应特性也被叫做涡轮迟滞。通过文献DE 100 61796 A1中的转换减轻了涡轮迟滞。
另外还已知通过将燃料附加喷射到内燃机的后期工作冲程或移出行程中而将基本未燃烧的燃料导给设在排气系统中的催化器的方法。在这种方法中，通过测量温度曲线确定催化器中形成的放热量。放热量的确定又作为衡量转变能力并从而衡量催化器效能的标准。该方法利用过量的空气工作并从而能够用在所有贫油运行的发动机中、尤其是用在汽油直喷发动机和柴油发动机中。不过，为此必需要设置附加的废气温度传感器。
在DE 102 54 477 B3所采用的物理模型中公开了一种用于基于驱动系统不同运行参数确定催化气温度的方法。然而在该文本中也指出了要设置具体的温度传感器以基本准确地测量催化器温度。
前面提到的用于诊断催化器效能的文献具有原理上的缺点，即它们在较大的时间延滞之后才能给出结果。这也是缘自所选取的原理上的附件，所述附件以在正常运行状态下的平衡和在合适的运行参数下单独触发的测试运行为基础。
此外对于已知方法而言还具有如下缺点，即其具有离发动机非常近地设置的催化器，例如在相应的气缸头中、在排气歧管中、或者直接在涡轮增压器之前，会使得附加的设备投入和/或工序投入激增。这尤其体现在当今发动机的附件中，其中在每个排气管道中都设置单独的催化器，即所谓的气缸头催化器。
发明内容
因此，本发明的目的在于，在节省附加废气温度传感器的成本并只是最低程度地增加燃料消耗的情况下提出一种灵敏而又可靠的诊断方法，该诊断方法在时间略微延滞的情况下就可以给出可靠的结果。另外还有一个目的是提供一种相应的装置，其在少量的投入下亦可用在各种不同的内燃机方案中。
所述目的通过各个独立权利要求的特征得以解决。优选的改型方案是从属权利要求的内容。
按照发明的解决方案基于对下述效应的利用，即，在后期工作冲程或移出行程中才喷射内燃机中并因此而未在气缸中燃烧的燃料，在后面的排气系统中才得到转变或转化。尤其是，基本上在催化器处才发生所述的燃料转变。所述的燃料转变是放热反应。这意味着通过完成的反应释放出了导致废气的焓提高的热量。当这种方法用在废气涡轮增压器沿位于催化器下游的排气系统中时，废气流的焓的提高会引起提高的压缩机功率。这种由于在燃料测试喷射期间在后期的工作冲程或移出行程中所引起的提高的压缩机功率直接导致增压压力提高或导致内燃机的空气质量流明显增加。这一明显的变化可以通过内燃机上对增压压力和所吸入空气质量流的监测而检测到。
通过喷射基本不参加气缸中燃烧的规定的附加的燃料测试量，可以得知在催化器上游废气流中未燃烧成份的含量。相应于催化器的作用效率会削减该燃料量，其中所述削减会导致排气焓升高。升高的排气焓又导致压缩机功率升高，升高的压缩机功率在其一侧通过增压压力和空气质量流的改变而被检测到。从而催化器作用效率和提高的压缩机功率之间存在直接的关联，因此可以从可轻易测出的内燃机吸入空气量的变化确定出催化器的效能。
对于已知的温度测量法而言，不仅具有低稳定性和不尽如人意的灵敏度，而且在检测到放热之前会有可达30秒之久的较大时间延迟。与这些已知的温度测量法恰好相反，在按照发明的方法中，使用非常少的燃料测试量并在少量的发动机运转圈数或气缸冲程之内即可提供可非常准确测得的系统反应。因此，按照发明的方法和相应构成的装置与已知的方法和装置相比亦可以从根本上更快、更稳定、更敏感以及更省油地工作。
在本发明的一种优选实施例中，按照发明的方法流程具有如下步骤：在准备步骤中，在确认了对催化器进行诊断的必要性之后等待合适的内燃机工作条件。只要达到了合适的工作条件，就进行下述步骤：
●调节和/或检测所需的废气回输率AGR或断开废气回输；
●调节和/或检测所需的节流阀位置；
●确定进气管压力/增压压力、吸入的空气质量流；
●通过规定的喷射量和时间点触发再次喷射；
●确定进气管压力/增压压力或者吸入的空气质量流；
●确定进气管压力/增压压力或者吸入的空气质量流的增量；
●确定对应于该增量的排气焓；
●在考虑AGR率的情况下，从所输送的再次喷射量和在催化器上已转变的喷射量来确定催化器作用效率；
●在获悉了作用效率和(在该例子中通过温度和废气质量流表征的)可能工作点之后，在足够的转变能力方面对催化器做出判断。
在本发明的一种替代实施例中，在每个排气通道中都设置催化器，即所谓的气缸头-催化器。从而可以按照发明的方法在减少投入的情况下对每个这种催化器在其效能方面做出判断。为此存在以下两种原则上的可能方案：
1.不在每个气缸上、而是分别只在一个气缸上进行确定的燃料测试量的喷射。然后只对配属于这一相关气缸的催化器进行催化器诊断。
2.在多个乃至所有气缸上进行确定的测试量喷射。然后，在考虑单个的需要再循环废气的分废气流的运行时间的情况下，可以在回推判断期间确定，哪个催化器的废气在哪个气缸中再燃烧。从而在少量的曲轴回转圈数内就可以对按照这种方式复杂构成的内燃机的所有催化器进行诊断。
在按照发明的方法的另外一种替代实施例中，目的是对已安装催化器的各个起燃温度进行识别。这种所谓的起燃温度根据定义给出在什么温度下催化器转换废气流中所含燃料余份的50％。这一标记是催化器所谓启动的标准。其中，起燃温度或起燃时间点可以表明各催化器的受损度。此外，起燃时间点的识别对于引入主动的催化器加热措施而言是至关重要的，例如这些措施也通过规定进行的将未燃烧燃料喷射排气行程的二次喷射进行。
因此，根据按照发明的方法和相应构成的装置可以对相关催化器进行诊断，而不必附加例如以废气成分传感装置和/或温度传感装置为形式的传感装置。这种节省一方面展现出明显的成本优点，另一方面其另外还提高了方法和相应装置的稳定性。此外，按照发明的诊断十分准确，因为催化器作用效率的确定是基于非常准确的、以例如压力测量或流量测量为形式的测量手段进行的。此外，按照发明的诊断还可以很快地进行。为此原则上只需要少数几个活塞冲程就足够了。这种特点的优点再次体现在稳定性的明显提高和仅最小程度提高的燃料消耗上，这一提高的燃料消耗对于在基于机动车排放组织(缩写为MVEG)欧洲排放标准所定滚动试验台(Rollpruefstand)或基于美国、日本标准所定类似模拟实验进行的试验周期中小得可以忽略不计。最后，也可以对催化器所谓的启动进行检测，这样做可以用于引入主动的催化器加热措施，也可以用于评估催化器受损。
附图说明
下面结合实施例并借助附图对按照发明的方法和相应装置的其他具有优点的特征进行详细的阐释。其中：
图1是汽车驱动系统的方块图，其具有内燃机、废气催化器和后置的涡轮废气发生器；
图2是图1所示废气催化器的检测方法的流程图。
具体实施方式
在所有附图中，相同的组件和方法步骤统一采用了相同的附图标记。
附图1示出汽车驱动系统的简化方块图，汽车具有内燃机1、废气排出管道2、以及尽可能离发动机近地设置的催化器3。在从排气通道2开始的排气系统5中，在继续流向中在催化器3的下游接有涡轮增压器6。为了对尽可能高的废气温度加以利用，涡轮增压器6同样尽可能离发动机近地设置并且因此而引起对新鲜空气7进行尽可能有效的预压缩。通过涡轮增压器6预压的新鲜空气7被控制经过增压空气冷却器8，用于通过节流阀10调节导给内燃机1的空气量或空气质量。空气质量mL直接在内燃机1的入口处被空气质量传感器11检测到。空气质量传感器11的输出信号被导给内燃机的电子控制装置12。电子控制装置12对与油箱14保持连接的机构15进行控制，用于结合控制节流阀10制备混合气。根据未进一步展示的方式和方法，在电子控制装置12中还可以对各个由驾驶员预给的信号进行处理。
控制装置12在本发明的当前实施例中配备了逻辑电路17，通过其可以对用于制备混合气的机构15进行控制，以便在规定的时间点和规定的燃料量实施测试喷射。该测试喷射可以作为在一个角度或时间点上的再次喷射或二次喷射，从而所喷射的燃料通过废气排出管道2基本未燃烧地离开汽缸。放出的混合气然后才在催化器3中转化，从而在排气系统5的进一步路线中能够使得涡轮增压器6之前的焓明显提高。随着焓的提高，通过涡轮增压器6便可以让从根本上提高量的空气质量mL通过增压空气冷却器8传递到节流阀10上并接着被传感器11检测到。然后传感器11的相应输出信号被导给逻辑电路17，逻辑电路17可以从在进行测试喷射之前或在非常短时间的测试喷射期间已知的数值推断出作用效率并从而推断出催化器3的功能效能。
在当前实施例中，计算机构17作为测试喷射的触发器构成。为此，计算机构17与用于实施测试喷射的机构15连接，并从而决定图2所示流程图中的开始，这一点将在后面给予描述。
在本发明的一个优选实施例中，根据图1所示的按照发明的方法的流程规定，断开废气的回输。这样一来便简化了后面的方法，因为当确定催化器作用效率时无须再考虑AGR率(废气回输率)了。根据图2所示流程图，现在在根据图1所示的装置中在通过逻辑电路17触发的情况下实施具有如下步骤的方法：在未示出的识别处对催化器3进行诊断的必要性后，在此例如经过时间过程和实际需要所确定的时间间隔，等待合适的内燃机1工作条件。只要达到了合适的工作条件，就进行下述步骤：
●调节和/或检测所需的节流阀10位置；
●确定进气管压力/增压压力、吸入的空气质量流mL；
●通过规定的喷射量和时间点，在机构15中触发再次喷射；
●确定进气管压力/增压压力或者吸入的空气质量流mL(正常)；
●确定进气管压力/增压压力或者吸入的空气质量流mL的增量(测试喷射)；
●确定对应于该增量的沿流动方向在催化器3之后的排气焓；
●从所输送的再次喷射量和在催化器3上经转变的喷射量中确定催化器作用效率；
●在获悉了作用效率和可能的在该例子中通过温度和排气质量流表征的工作点之后，在足够的转变能力方面对催化器3做出判断。
该方法工作得很快，并且原理上不用附加传感器。并且诊断非常准确，因为催化器作用效率的确定是基于具有极准测量体系的压力测量或流量测量进行的。

Claims (4)

1.用于诊断内燃机排气系统中废气催化器效能的方法，该方法在使用作为测试喷射的非常晚的再次喷射或二次喷射的情况下实施，其特征在于，在催化器(3)下游所使用的废气涡轮增压器(6)的在测试喷射期间所引起的提高的压缩机功率，引起提高的增压压力提高或空气质量流(mL)的显著增加，从而由内燃机(1)的吸入空气量的变化来确定出催化器(3)的效能。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，通过空气质量传感器(11)测量出内燃机(1)的吸入空气量的变化。
3.用于诊断设在内燃机(1)的排气系统(4)中的废气催化器(3)的效能的装置，其中，内燃机(1)具有控制装置(12)和用于实施非常晚的再次喷射或二次喷射的机构(15)，其特征在于，设有计算机构(17)，该计算机构与空气质量传感器(11)连接，以便从作为空气质量传感器(11)的输出信号的、内燃机(1)的吸入空气量(mL)的变化中确定出催化器(3)的效能。
4.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，计算机构(17)作为测试喷射的触发器与用于实施测试喷射的机构(15)连接。
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