CN105324557B - 限制汽车排气管路中催化剂的老化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种限制汽车排气管路中至少一种催化剂的老化的方法，所述催化剂位于粒子过滤器的上游，所述过滤器上游的温度在再生时，足够用于使其含有的炭烟燃烧，该温度是通过在再生时所进行的管路中注入附加燃料而获得的，其特征在于，其包括确定过滤器上游的温度定值和注入附加燃料的剂量定值的步骤，所述两个定值的确定是根据从放置新的催化剂开始的汽车行驶距离或至少根据催化剂的估计或测定温度的催化剂的损毁模型来进行。

Description

限制汽车排气管路中催化剂的老化的方法

技术领域

本发明涉及一种限制汽车排气管路中至少一种催化剂的老化的方法，这个或这些催化剂可以是一氧化碳CO或烃HC的氧化催化剂或者是氮氧化物的还原催化剂。该限制方法通过粒子过滤器的适应性来实现，有利地粒子过滤器是浸透或未浸透的。

背景技术

下面，取用柴油型汽车排气管路作为示例。该示例是非限制性的，汽车也可以是汽油汽车，催化剂有利地为氧化催化剂，特别是三效催化剂。

此种用于行驶气体减污处理的排气管路通常装配有：

-柴油氧化催化剂，后文命名为DOC催化剂，用于处理一氧化碳CO或者烃HC，

-可选的在DOC催化剂下游的氮氧化物后处理装置，例如选择性催化剂还原系统，后文中称为SCR系统，

-粒子过滤器，其可以是浸透或未浸透的，并设置在DOC催化剂的下游，DOC催化剂是用于粒子过滤器再生的放热位置。

粒子过滤器的连续再生使催化块加速老化，催化块确保存在于排气管路中的各催化剂中CO、HC和NOx的氧化还原功能。在粒子过滤器上游和在DOC催化剂和SCR系统的上游，管路中达到的热量大约为450℃到550℃的效果。

通常，是用于柴油的DOC催化剂或用于汽油汽车的氧化催化剂来引起放热，其通过在燃料的后注入时燃烧烃产生，从而在粒子过滤器上游和其中，保持足够使炭烟燃烧的温度，尽管该过程伴随着管路的散热，例如在壁和其他减污块上等。

产生放热的催化剂的浸透因此由于在催化剂位置的温度梯度和主要温度的绝对值而老化。已氧化催化剂的老化模型，其基于连续放热的影响或基于根据催化剂触发曲线的炉高温延长时间。这些模型嵌入或者在设计之外被采用以定义贵金属的良好浓度水平从而确保HC和CO的正确的氧化水平。

还存在称为FCLO或者催化剂快速触发的策略，其允许在触发曲线向最高温度移动时最小程度弥补催化剂老化，这同时降低了源头发动机的燃烧，以更快速地加热DOC催化剂。事实上，只有当尾气的温度达到一定水平时催化剂的触发才会有效，例如介于250℃到270℃之间。因此需要最小的持续时间以便使催化剂能够有效工作。

然而这两种策略很被动且无法开发减缓由粒子过滤器再生所带来的催化剂老化的可能性，这尤其且不仅限于在添加剂式粒子过滤器的情况。在某些行驶条件下，可以在不影响粒子过滤器再生效率的条件下通过燃烧其带有的炭烟来减少催化剂的老化。

为此目的，建立了依赖于粒子过滤器中的估计的炭烟质量的粒子过滤器上游的温度定值的策略。在添加剂式粒子过滤器的情况下，提供了固定添加剂定值。加入的添加剂越多，炭烟的有效燃烧温度降低的越多，但是粒子过滤器的沾污也越多。

还可以使剂量定值脱离行驶里程信息。根据炭烟的加载，使用行驶描述符来决定启动再生的时间。例如，粒子过滤器加载的炭烟越多就更允许在低速时开启再生。

EP-A-1 669 580号文件描述了一种内燃发动机的粒子过滤器的再生控制方法，其包括确定设置于管路中过滤器上游的催化剂的效率。该方法提供了至少一个发动机运行参数的调节，以提高催化剂上游的尾气的温度，以补偿由老化引起的催化剂效率的下降。

该文件只考虑到设置在粒子过滤器上游的催化剂的老化，它没有提供任何减少该老化的解决方案。该文件提出的解决方案仅用于减轻催化剂的逐渐老化，因此仅补偿使进行放热的其最小能力，以获得足以进行过滤器再生的粒子过滤器上游的温度。

因此，基于本发明的问题在于减慢汽车排气管路中的设于粒子过滤器上游的催化剂的老化，该老化是通过在粒子过滤器再生时在催化剂中达到过高的温度而引起。

发明内容

为了达到此目的，本发明提供了一种限制汽车排气管路中至少一种催化剂的老化的方法，所述催化剂位于所述管路中的粒子过滤器的上游，所述粒子过滤器上游的温度在再生时，足够用于使其含有的炭烟燃烧，该温度是通过在再生时所进行的管路中注入附加燃料而获得的，其特征在于，其包括确定所述粒子过滤器上游的温度定值和注入附加燃料的剂量定值的步骤，所述两个定值的确定是从根据放置新的催化剂开始的汽车行驶距离或至少根据催化剂的估计或测定温度的催化剂的损毁模型来进行。

技术效果为，通过以越来越高的催化剂上游温度和越来越低的下游温度开启再生，获得在催化剂中达到的温度和催化剂上下游温度之间存在的放热之间的温度值中的至少一个的降低。

有利地，所述上游温度定值考虑到所述粒子过滤器内的估计的炭烟质量而被校正，且当存在用于准许开启过滤器的再生的行驶严重程度阈值时，该严重程度阈值被替换为考虑到炭烟质量和从放置新的催化剂开始的汽车行驶距离或催化剂的损毁模型而校正的严重程度阈值。

有利地，所述行驶严重程度是通过至少考虑到速度参数、加速度参数和汽车发动机转速参数以及排气管路的热参数的行驶严重程度描述符而计算的。

有利地，该方法包括确定粒子过滤器上游的最高和最低温度以及注入燃料的最大和最小剂量的步骤，所述最高与最低温度和最大与最小剂量的确定是根据从放置新的粒子过滤器开始汽车的行驶距离或粒子过滤器的沾污模型进行的，所述模型是根据至少多个汽车运行参数建立的，其包括润滑油的含量和添加剂的含量，温度定值和剂量定值分别介于最高温度和最低温度以及最大剂量和最小剂量之间。

有利地，从放置新的粒子过滤器开始汽车的行驶距离和粒子过滤器的沾污模型共同被采用以确定最高温度和最低温度以及最大剂量和最小剂量，且在必要时，为了校正严重程度阈值，距离根据粒子过滤器的沾污目标来校正,根据沾污模型的值在其被用来确定温度的最大值和最小值和剂量的最大值和最小值之前被处理为根据沾污目标的值并被调节。

有利地，从放置新催化剂开始汽车行驶的距离和催化剂的损毁模型共同被采用以确定温度定值和剂量定值，且在必要时，为了校正严重程度阈值，距离根据催化剂的损毁目标所校正，根据损毁模型的值在其被用来确定温度和剂量定值之前被处理为根据损毁目标的值并被调节。

有利地，所述调节为比例积分调节或PI。

本发明还涉及一种汽车，在其排气管路中具有至少一种催化剂和粒子过滤器，所述催化剂位于所述粒子过滤器的上游，其特征在于，所述催化剂通过这样的限制老化的方法被保护以免老化。

有利地，所述催化剂为汽油或柴油的氧化催化剂。

有利地，所述排气管路还包括至少一种选择性催化还原系统或NOx收集器，SCR系统或NOx收集器被设置在所述氧化催化剂与所述粒子过滤器之间或者浸透在所述粒子过滤器中。

附图说明

本发明的其他特性、目的和优势将通过阅读后文的详细描述并参考以非限定示例给出的附图来体现，在附图中：

-图1到图5为根据本发明的限制汽车排气管路中至少一种催化剂的

老化的方法的第1、2、3、4和5种实施方案的各自的示意图。

具体实施方式

总体上，粒子过滤器在汽车行驶过程中被粒子、主要是炭烟粒子填充，并且其应该进行有规律的再生，以通过燃烧消除其带有的粒子。

再生过程在于将粒子过滤器带入非常高的温度。为此，进行附加燃料的注入，也称为后注入，在汽车排气管路中，这些附加注入对驾驶者是完全不可见的。这些附加注入会导致尾气温度的骤升，即在过滤器上游和其中产生温升。由于此温升，主要由碳构成的炭烟，转化成二氧化碳气体和水蒸汽，其通过排气管路排放。

随后，只有在过滤器上游或其中的温度足够高时才能够开启再生。对于包括在粒子过滤器上游放置的氧化催化剂的排气管路，在该催化剂中发生催化反应，其产生热量的散出和放热。上文可见，催化剂的放热幅度即其下游和上游温度之间的温差，是其老化的根源。简单地说，假设该上游催化剂为一种氧化催化剂且催化剂的下游温度也可被视为粒子过滤器的上游温度，尽管SCR系统或NOx收集器插设在催化剂和过滤器之间。

本发明的优势在于通过越来越高的DOC催化剂上游温度同时通过越来越低的催化剂下游温度即间接的粒子过滤器上游温度来开启再生，这是为了降低催化剂的出口和入口之间的温差。这可以通过增加注入附加燃料的剂量来进行，以降低炭烟开始有效燃烧的温度。

因此，催化剂中达到的最高温度和由催化剂上下游的温差导致的放热可被减少。这两个量值与催化剂效率退化现象直接相关。

这对于氧化催化剂更加准确，因为其为用于粒子过滤器再生的放热地点。粒子过滤器上游的SCR系统型的NOx还原催化剂，主要由其最高温度发生老化，由于SCR系统不产生放热，其放热得到限制。此情况下，主要是其含有的催化剂中达到的最高温度降低，这可以通过本发明的一种备选实施方案来实现。

参照图1至图5，根据本发明提供了，限制汽车排气管路中至少一种催化剂的老化的方法，该催化剂位于管路中的粒子过滤器的上游，所述方法包括确定粒子过滤器上游的温度定值，即定值T_FAP上游，和注入附加燃料的剂量定值，即汽油剂量定值，的步骤，但是该燃料不仅限于汽油，两个定值的确定是根据从放置新的催化剂后开始的汽车行驶距离，即从新Doc开始的距离，或至少根据催化剂的估计或测定温度，即估计或测定的T_Doc内，的催化剂的损毁模型，即Doc损毁模型，来进行。

有利地，上游温度定值考虑到粒子过滤器内的估计的炭烟质量，即估计的FAP内炭烟质量，而被校正，且当存在用于准许开启过滤器再生的行驶严重程度阈值，即用于RGFAP的行驶严重程度阈值，时，该严重程度阈值被校正为考虑到炭烟的质量，即估计的FAP内炭烟质量，和从放置新的催化剂开始的汽车行驶距离，即从新Doc开始的距离，或离子过滤器的沾污模型，即FAP沾污模型，的用于RGFAP的行驶严重程度阈值。

在图1所示的实施方式中，仅仅使用了关于从放置新的催化剂开始的汽车行驶距离，即从新Doc开始的距离，的信息。该信息已经存在于车辆的计算器中。因此估计催化剂的老化与其使用距离呈比例关系。催化剂越老化则行驶距离越长，粒子过滤器上游的温度定值，即定值T_FAP上游，降低得越多，同时剂量定值，即汽油剂量定值，也就越高。

催化剂的老化越严重，更加唯独在汽车以不严重的方式行驶时开启再生。由于不会不再有粒子过滤器的再生的机会，再生过程的开启被限定在直到某个点。这种校正是根据从放置新的催化剂开始的汽车行驶距离，即从新的Doc开始的距离，以及粒子过滤器中的估计的炭烟质量，即估计的FAP内炭烟质量，来进行，以便在粒子过滤器开始变得过度负载时停止该功能性。

用于限制催化剂老化的剂量定值，即汽油剂量定值，的增加结果使粒子过滤器过早地沾污，这保护催化剂使其免于粒子过滤器的损坏。因此适宜的是相应地限制温度和剂量的定值的确定。

有利地，该方法包括确定粒子过滤器上游的最高温度，即T_{FAP上游_max}，和最低温度，即T_{FAP上游_min}，以及注入燃料的最大剂量，即剂量_max，和最小剂量，即剂量_min，的步骤，所述最高与最低温度和最大与最小剂量的确定是根据从放置新的粒子过滤器开始汽车的行驶距离，即从新的FAP开始的距离，或粒子过滤器的沾污模型，即FAP沾污模型，进行的，所述模型是根据至少多个汽车运行参数建立的，其包括润滑油的含量，即Qte_油，和添加剂的含量，即Qte_添加剂，温度定值，即定值T_FAP上游，和剂量定值，即汽油剂量定值，分别介于最高温度，即T_{FAP上游_max}，和最低温度，即T_{FAP上游_min}，以及最大剂量，即剂量_max，和最小剂量，即剂量_min，之间。

最高温度，即T_{FAP上游_max}，和最低温度，即T_{FAP上游_min}，以及最大剂量，即剂量_max，和最小剂量，即剂量_min，可以各自地从可包含在计算器中的图表确定，所述图表是通过实验和/或根据从放置新的粒子过滤器开始的汽车行驶距离，即从新的FAP开始的距离，或粒子过滤器的沾污模型，即FAP沾污模型，的计算而预先被建立，所述模型是根据至少多个汽车运行参数建立的，其包括润滑油的含量，即Qte_油，和添加剂的含量，即Qte_添加剂。

图1中显示了根据从放置新的粒子过滤器开始的汽车行驶距离，即从新的FAP开始的距离，的温度和剂量的最大值与最小值的确定，而图2中显示了根据粒子过滤器的沾污模型，即FAP沾污模型，的温度和剂量的最大值与最小值的确定，图3至图5显示了用于这些确定的沾污模型，即FAP沾污模型，和汽车行驶距离，即从新的FAP开始的距离，的关联。

根据规定，粒子过滤器和添加剂被使用持续至少160000km。然而，对于氧化催化剂，为了CO/HC/Nox的减排，服务标准或ISC的控制条款规定其寿命为5年或100000km。相反粒子过滤器的寿命为约200000km。

因此，可以考虑两个工作区域：第一区域，其中粒子过滤器和氧化催化剂必须是完全起效的；和第二区域，其中，由于存在由粒子过滤器沾污和导致的发动机动力损失的危险和粒子过滤器过度负载带来的驾驶座位指示灯亮起的危险，粒子过滤器不应具有过多影响。

因此可以在粒子过滤器和催化剂的寿命初期提高剂量定值，即汽油剂量定值，而后在行驶100000千米后降低该定值，使得不会过度影响粒子过滤器的沾污。对于过滤器上游的温度定值，即定值T_FAP上游，可以相反地进行。可以在催化剂和粒子过滤器的寿命初期收紧粒子过滤器再生开启的条件，并在行驶100000千米之后放宽该条件从而不会引起例子过滤器的过度负载。

如上文所述，可以使用损毁模型，即Doc损毁模型，来确定温度定值，即定值T_FAP上游，和剂量定值，即汽油剂量定值，其是二者选一的，或者与从放置新的催化剂开始的汽车行驶距离，即从新Doc开始的距离，组合。

图1显示了仅根据从放置新的催化剂开始的汽车行驶距离，即从新Doc开始的距离，的定值，即定值T_FAP上游，和，即汽油剂量定值，的确定。图2显示了仅根据损毁模型，即Doc损毁模型，的定值，即定值T_FAP上游，和定值，即汽油剂量定值，的确定，而图3至图5显示了行驶距离，即从新Doc开始的距离，与损毁模型，即Doc损毁模型，共同被采用以确定定值，即定值T_FAP上游，和定值，即汽油剂量定值，同时在必要时用于校正严重程度阈值，即用于RGFAP的行驶严重程度阈值。

定值，即定值T_FAP上游，可以由根据按照从新的催化剂开始的行驶距离，即从新Doc开始的距离，和/或按照根据变量的损毁模型，即Doc损毁模型，和炭烟质量，即估计的FAP内炭烟质量，建立的图表来确定，所述变量为该策略将赋予粒子过滤器的定值，即定值T_FAP上游。图表可以包含在计算器中。图表通过试验和计算预先确定。定值，即定值T_FAP上游，被温度最大值，即T_{FAP上游_max}，和最小值，即T_{FAP上游_min}，所限制。

定值，即汽油剂量定值，可以由根据从新的催化剂开始的行驶距离，即从新的Doc开始的距离，和/或根据变量的损毁模型，即Doc损毁模型，建立的图表来确定，所述变量为该策略将赋予的定值，即汽油剂量定值。图表可以包含在计算器中。图表通过试验和计算预先确定。定值，即汽油剂量定值，通过剂量的最大值，即剂量_max，和最小值，即剂量_min，所限制。

在图3至图5中，损毁模型，即Doc损毁模型，作为控制方法用于通过新的催化剂开始的行驶距离，即从新Doc开始的距离，的确定。可以根据里程确定催化剂损毁目标，即DOC损毁目标，并匹配温度定值，即定值T_FAP上游，和剂量定值，即汽油剂量定值，同样地，在必要时，校正用于粒子过滤器的再生的严重程度阈值，即用于RGFAP的行驶严重程度阈值。

从新的催化剂开始的行驶距离，即从新的Doc开始的距离，因此根据催化剂的损毁目标，即DOC损毁目标，所校正，根据损毁模型的值在其被用来确定温度定值，即定值T_FAP上游，和剂量定值，即汽油剂量定值，且在必要时用来校正严重程度阈值，即用于RGFAP的行驶严重程度阈值，之前被处理为根据损毁目标的值的内部处理并被调节。

有利地，所述调节为比例积分调节或PI，PI用PI控制器进行，其有利地具有死区和积分抗wind-up和抗超速(anti-emballement)。其他调节方式也是可行的。

如果PI控制器的校正为负向的，则相对于目标值，即DOC损毁目标，使催化剂过老化，并应该通过提高剂量定值，即汽油剂量定值，同时降低粒子过滤器的温度定值，即定值T_FAP上游，同时收紧其开启再生的条件，即用于RGFAP的行驶严重程度阈值，来减慢老化。

相反地，如果PI控制器的校正为正向的，则相对于目标值，即DOC损毁目标，是催化剂，即老化不足(Sous-vieillit)。因此可以通过放宽行驶严重程度阈值以允许促进粒子过滤器的再生，因此降低了剂量定值，即汽油剂量定值，且因此较小程度地老化粒子过滤器，并升高了粒子过滤器的温度定值，即定值T_FAP上游。

如图5所示，还可以使用来自用于确定温度定值，即定值T_FAP上游，和剂量定值，即汽油剂量定值，的最大值和最小值的粒子过滤器的数据的这类调节。

在这种情况下，从放置新的粒子过滤器开始的汽车行驶距离，即从新的FAP开始的距离，和粒子过滤器的沾污模型，即FAP沾污模型，可被共同采用以确定温度定值，即定值T_FAP上游，和剂量定值，即汽油剂量定值，的最大值和最小值。

从放置新的粒子过滤器开始的汽车行驶距离，即从新的FAP开始的距离，根据粒子过滤器的沾污目标，即FAP沾污目标，而被校正，根据沾污模型，即FAP沾污模型，的值在其被用来确定温度，即定值T_FAP上游，和剂量，即汽油剂量定值，的最大值和最小值之前被处理为根据沾污目标，即FAP沾污目标，的值并被调节。

如果粒子过滤器的沾污比预期慢，可以允许催化剂的更长的保护，换言之即提高剂量，即汽油剂量定值，并降低定值，即定值T_FAP上游。如果粒子过滤器的沾污比预期快，催化剂的保护进程将被中止或减弱从而不会过度影响粒子过滤器的良好工作和其老化。

本发明的一大优势为，其对于柴油发动机和汽油发动机可以同样地减缓甚至控制催化剂的老化，且必要时作用于汽车排气管路中的其他催化块。

适用本发明的减排管路为以下几种，根据在排气管路中从上游到下游出现的减排装置的顺序：

-氧化催化剂和粒子过滤器，

-氧化催化剂，粒子过滤器和SCR系统，

-氧化催化剂，粒子过滤器和NOx收集器，

-氧化催化剂，SCR系统和粒子过滤器，

-氧化催化剂，带有SCR浸透的粒子过滤器，

-氧化催化剂，NOx收集器和粒子过滤器，

-氧化催化剂和带有NOx收集器浸透的粒子过滤器。

根据本发明的方法可以用于优化氧化催化剂的尺寸，尤其是贵金属的质量，从而对CO和HC减排，以及，中间减排块的尺寸可以通过使用添加剂式粒子过滤器可提供的在粒子过滤器再生控制和再生开启条件的限制方面的操作余力来承受催化剂的放热效果。这允许获得本质上的成本价值或PRF。

本发明绝不限于以示例方式给出的所描述和说明的实施方式。

Claims (10)

1.一种限制汽车排气管路中至少一种催化剂的老化的方法，所述催化剂位于所述管路中的粒子过滤器的上游，所述粒子过滤器上游的温度在再生时，足够用于使其含有的炭烟燃烧，所述温度是通过在再生时所进行的管路中注入附加燃料而获得的，其特征在于，其包括确定所述粒子过滤器上游的温度定值和注入附加燃料的剂量定值的步骤，所述两个定值的确定是根据从放置新的催化剂开始的汽车行驶距离或至少根据催化剂的估计或测定温度的催化剂的损毁模型来进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述上游温度定值考虑到所述粒子过滤器内的估计的炭烟质量而被校正，且当存在用于准许开启过滤器的再生的行驶严重程度阈值时，所述严重程度阈值被替换为考虑到炭烟的质量和从放置新的催化剂开始的汽车行驶距离或催化剂的损毁模型而校正的严重程度阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述行驶严重程度是通过至少考虑到速度参数、加速度参数和汽车发动机转速参数以及排气管路的热参数的行驶严重程度描述符而计算的。

4.根据权利要求1所述的方法，其包括确定粒子过滤器上游的最高和最低温度以及注入燃料的最大和最小剂量的步骤，所述最高与最低温度和最大与最小剂量的确定是根据从放置新的粒子过滤器开始汽车的行驶距离或粒子过滤器的沾污模型进行的，所述模型是根据至少多个汽车运行参数建立的，其包括润滑油的含量和添加剂的含量，温度定值和剂量定值分别介于最高温度和最低温度以及最大剂量和最小剂量之间。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，从放置新的粒子过滤器开始汽车的行驶距离和粒子过滤器的沾污模型共同被采用以确定最高温度和最低温度以及最大剂量和最小剂量，并且为了校正严重程度阈值，距离根据粒子过滤器的沾污目标来校正,根据沾污模型的值在其被用来确定温度的最大值和最小值和剂量的最大值和最小值之前被处理为根据沾污目标的值并被调节。

6.根据权利要求1所述的方法，其中从放置新催化剂开始汽车行驶的距离和催化剂的损毁模型共同被采用以确定温度定值和剂量定值，距离根据催化剂的损毁目标所校正，根据损毁模型的值在其被用来确定温度和剂量定值之前被处理为根据损毁目标的值并被调节。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述调节为比例积分调节或PI。

8.一种汽车，在其排气管路中具有至少一种催化剂和粒子过滤器，所述催化剂位于所述粒子过滤器的上游，其特征在于，所述催化剂通过前述权利要求中任意一项所述的限制老化的方法被保护以免老化。

9.根据权利要求8所述的汽车，其中，所述催化剂为汽油或柴油的氧化催化剂。

10.根据权利要求9所述的汽车，其中，所述排气管路还包括至少一种选择性催化还原系统或NOx收集器，SCR系统或NOx收集器被设置在所述氧化催化剂与所述粒子过滤器之间或者浸透在所述粒子过滤器中。