CN102713182B - 催化剂温度控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于，提供一种能够适当控制左右内燃机的废气性能的催化剂的温度的催化剂温度控制装置。在催化剂的内部至少沿流路方向连续或者离散地配置多个温度测量点。这些温度测量点除了配置了温度传感器的实际测量点之外，还可以包括没有配置温度传感器的假想测量点。根据内燃机的运转条件从多个温度测量点中选择控制点，并且设定催化剂的温度的目标值。对选择出的控制点的温度而言，如果该控制点是实际测量点，则可使用由温度传感器测量的实测值。如果控制点为假想测量点，则可以通过使用了其近邻的1个或者多个实际测量点的温度的插值计算来推算控制点的温度。并且，基于通过实测或者推算而取得的控制点的温度与目标值之差来决定内燃机的操作量，按照决定的操作量来操作内燃机。
Description
技术领域
本发明涉及对配置在内燃机的排气通路中的催化剂的温度进行控制的催化剂温度控制装置。
背景技术
在汽车用的内燃机被要求的各种性能中，当前特别受到重视的性能之一是废气性能。左右该废气性能的是被配置在排气通路中的催化剂，更详细而言，是催化剂的温度控制。催化剂的净化性能很大程度取决于其温度。因此，很早便进行了与催化剂的温度控制有关的各种发明。作为公开了这样的发明的文献，例如可举出日本特开2005－171919号公报、日本特开2008－106713号公报、日本特开2007－162634号公报以及日本特开2003－195913号公报。
然而，内燃机运转中的催化剂内的温度未必一样。图6A、图6B以及图6C表示了在催化剂内产生的温度分布的一个例子。图6B用曲线表示了在图6A的示意图中催化剂的I－I方向、即流路方向的温度分布。图6C用曲线表示了在图6A的示意图中催化剂的II－II方向、即径向的温度分布。在内燃机刚启动之后，由于催化剂的载体本身冷，所以尤其是流路方向上的温度分布变得显著。因此，与在催化剂的入口侧催化剂温度上升到对废气进行净化时能够获得足够的反应速度的温度无关，有时在催化剂的出口侧催化剂温度不大升高。在实际情况中，催化剂的入口侧与出口侧之间的温度差根据内燃机的运转条件有时还会达到500℃以上。
在催化剂内产生以上那样的温度分布是以往公知的事实。因此，在与催化剂的温度控制有关的以往发明中，也包括考虑催化剂内的温度分布来进行温度控制的发明。例如，在日本特开2005－171919号公报所公开的发明中，求出催化剂的前端与后端的温度差，并对向排气系统供给的二次空气的流量进行调整，以使该温度差成为收敛在规定范围内的值。
但是，以往提出的发明大多是基于如何使催化剂内的温度分布缓和这一观点进行的。在使内燃机的废气性能提高的方面，重要的是如何有效使用催化剂整体，但目前并没有看到以这样的观点应对催化剂内的温度分布的发明。
发明内容
本发明鉴于上述那样的课题而提出。而且，其目的在于，提供一种可以通过如何有效使用催化剂整体来恰当控制左右内燃机的废气性能的催化剂的温度的催化剂温度控制装置。
在这样的目的下，根据本发明的一个方式，催化剂温度控制装置具备对在催化剂的内部至少沿流路方向连续或者离散地配置的多个温度测量点进行存储的单元。而且，催化剂温度控制装置具备：根据内燃机的运转条件从多个温度测量点中选择控制点的单元、和同样根据内燃机的运转条件来设定催化剂的温度的目标值的单元。并且，催化剂温度控制装置具备：取得所选择的控制点的温度的单元、基于控制点的取得温度与目标值之差来决定内燃机的操作量的单元、和按照决定的操作量来操作内燃机的单元。
根据这种方式的催化剂温度控制装置，由于催化剂温度控制的控制点根据内燃机的运转条件被变更，所以能够有效使用催化剂整体。
作为更优选的方式，温度测量点也可以在催化剂的径向连续或者离散地配置。或者，温度测量点也可以在催化剂的周向连续或者离散地配置。根据这些方式，能够实现还考虑了催化剂内的径向、周向的温度分布的催化剂的温度控制。
其中，温度测量点可以包括：配置了温度传感器的实际测量点、和没有配置温度传感器的假想测量点。在控制点为实际测量点的情况下，可以利用温度传感器实际测量控制点的温度。另一方面，在控制点为假想测量点的情况下，可以通过使用了其近邻的1个或者多个实际测量点的温度的插值计算来推算控制点的温度。
作为与内燃机的运转条件相对应的控制点的优选选择之一，可举出根据从内燃机启动起的时间使控制点从催化剂的入口侧向出口侧不断移动。根据该方式，能够在内燃机启动时，迅速且可靠地使催化剂整体活性化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的催化剂温度控制装置的构成的图。
图2是表示在本发明的实施方式中进行的催化剂温度控制的步骤的流程图。
图3是用于对在催化剂温度控制中使用的内燃机的运转条件进行说明的图。
图4是用于对内燃机启动时所进行的催化剂温度控制中的控制点的选择进行说明的图。
图5是用于对控制点的温度的取得方法进行说明的图。
图6A是用于对催化剂内的温度分布进行说明的图，图6B是用曲线表示了催化剂内的流路方向的温度分布的图，图6C是用曲线表示了催化剂内的径向的温度分布的图。
具体实施方式
参照图1至图5各图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式的催化剂温度控制装置的构成的图。催化剂温度控制装置被构成为按照使作为控制量的催化剂温度成为目标值的方式来操作内燃机的反馈控制系统。在本实施方式中，作为决定内燃机的操作量的机构，具备PID控制器。
本实施方式的催化剂温度控制装置的一个特征在于，在催化剂内具有多个对作为控制量的催化剂温度进行测量的温度测量点。详细而言，温度测量点在催化剂的内部沿流路方向连续或者离散地配置。其中的一部分是实际上配置有温度传感器的实际测量点，剩余的是没有配置温度传感器的假想测量点。实际测量点的位置固定，假想测量点的位置不固定可以任意变更。而且，假想测量点还可以任意追加或削除。这些温度测量点的位置和实际／假想的种类被存储在催化剂温度控制装置中。本实施方式的催化剂温度控制装置的另一个特征在于，根据内燃机的运转条件从多个温度测量点中选择一个控制点。催化剂温度控制装置利用PID控制器计算出内燃机的操作量，以使选择出的控制点的温度成为目标值。
图2利用流程图表示了由本实施方式的催化剂温度控制装置进行的催化剂温度控制的步骤。在最初的步骤S101中，取得内燃机的运转条件。运转条件是对催化剂的温度造成影响的条件，例如包括发动机转速、节气门开度。另外，如果是内燃机刚启动之后，则应该取得的运转条件包括启动后的经过时间、启动后的累计空气量。如图3所示，可以根据启动后的经过时间与累计空气量之间的关系来判断催化剂处于预热中还是预热已经结束。
在接下来的步骤S102中，根据在步骤S101中取得的运转条件来设定催化剂温度的目标值。而且，根据运转条件来选择作为控制点的温度测量点。该选择利用将运转条件作为自变量的映射、评价函数来进行。图4中表示了内燃机启动时的控制点的选择方法，作为催化剂温度控制中的控制点的选择方法的一个例子。根据图4，当判断为处于催化剂的预热中时，选择位于催化剂的前端部（入口侧）的温度测量点作为控制点。并且，当判断为催化剂的预热结束时，控制点被变更成位于催化剂的后端部（出口侧）的温度测量点。这样，通过根据催化剂的预热状态来改变控制点的选择，能够迅速且可靠地使催化剂整体活性化。
在接下来的步骤S103中，取得在步骤S102中选择的控制点的温度。控制点的温度的取得方法根据被选择为控制点的温度测量点的类别而不同。在催化剂内被选择为控制点的温度测量点如图5所示，有配置了温度传感器的实际测量点（用黑圆圈表示）、和没有配置温度传感器的假想测量点（用白圆圈表示）。实际测量点固定，假想测量点能够任意变更位置或进行新的追加。当在步骤S102中选择出的控制点是实际测量点时，直接取得由温度传感器实测到的温度来作为控制点的温度。另一方面，在选择了假想测量点作为控制点的情况下，通过利用了其近邻的1个或者多个实际测量点的温度的插值计算来推算该控制点的温度。
在最后的步骤S104中，基于在步骤S103中取得的控制点的温度、与在步骤S102中设定的目标值之差，决定内燃机的操作量。在本实施方式中，通过由PID控制器进行的PID控制来决定操作量。作为催化剂的温度控制能够使用的操作量，例如可举出点火正时、二次空气量、燃料喷射正时、配气相位正时、EGR量等。控制内燃机的运转的电子控制单元按照由PID控制决定的操作量来操作内燃机。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内能够进行各种变形来加以实施。例如，可以如下述那样变形并加以实施。
在图4中，进行了从催化剂的前端部向后端部的控制点的切换，但也可以从催化剂的入口侧向出口侧使控制点连续或者阶段性移动。此时的控制点的位置优选根据从内燃机启动起的经过时间来决定。
另外，在图4中所选择的控制点为1个点，但也能够选择多个控制点并根据它们的温度来进行温度控制。
除了流路方向之外，配置在催化剂内的温度测量点也可以还沿着催化剂的径向连续或者离散地配置。另外，也可以还沿催化剂的周向连续或者离散地配置。根据这些方式，能够实现还考虑了催化剂内的径向、周向的温度分布的催化剂的温度控制。例如，当内燃机运转时，在催化剂内产生因边界层引起的气体的流速分布，该气体的流速分布对径向、周向的温度分布影响很大。另外，径向、周向的气体的流速分布可以通过流入到催化剂内的气体的流速来控制。根据这些情况，可认为能够通过使流入到催化剂内的气体的流速变化，来控制催化剂内的温度分布。
另外，也可以利用促动器使温度传感器的位置移动。该情况下，处于温度传感器的移动范围的各位置分别成为温度测量点。而且，通过使温度传感器的位置移动，可选择成为控制点的温度测量点。
Claims (5)
1.一种催化剂温度控制装置，对在内燃机的排气通路中配置的催化剂的温度进行控制，其特征在于，具备：
温度测量点存储单元，其对在所述催化剂的内部至少沿流路方向连续或者离散地配置的多个温度测量点进行存储，所述多个温度测量点包括配置了温度传感器的实际测量点和没有配置温度传感器的假想测量点；
控制点选择单元，其根据所述内燃机的运转条件，从所述多个温度测量点中选择控制点；
目标值设定单元，其根据所述内燃机的运转条件来设定所述催化剂的温度的目标值；
控制点温度取得单元，其在所述控制点是实际测量点的情况下，利用温度传感器实际测量所述控制点的温度，在所述控制点是假想测量点的情况下，通过使用了邻近该假想测量点的多个实际测量点的温度的插值计算来推算所述控制点的温度；
操作量决定单元，其基于所述控制点的取得温度与目标值之差来决定所述内燃机的操作量；和
内燃机操作单元，其按照所述操作量来操作所述内燃机。
2.根据权利要求1所述的催化剂温度控制装置，其特征在于，
所述温度测量点也在所述催化剂的径向连续或者离散地配置。
3.根据权利要求1所述的催化剂温度控制装置，其特征在于，
所述温度测量点也在所述催化剂的周向连续或者离散地配置。
4.根据权利要求2所述的催化剂温度控制装置，其特征在于，
所述温度测量点也在所述催化剂的周向连续或者离散地配置。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的催化剂温度控制装置，其特征在于，
所述控制点选择单元根据从所述内燃机启动开始的时间来使所述控制点从所述催化剂的入口侧向出口侧移动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140409 Termination date: 20200114 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |