CN106988844B - 用于获取过滤颗粒的组件的负荷的方法和废气后处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于获取废气后处理设备（40）的过滤颗粒的组件的负荷的方法和废气后处理设备，所述废气后处理设备配属于机动车中的内燃机（10），其中将所述内燃机（10）的转速考虑在内。用于获取负荷状态的方法和废气后处理设备即使对奥托马达而言也通过下述方式实现：基于由所述内燃机（10）的转速所推导出的运行参量来获取所述负荷状态。

Description

用于获取过滤颗粒的组件的负荷的方法和废气后处理设备

技术领域

本发明涉及用于获取废气后处理设备的过滤颗粒的组件的负荷的方法以及相应的废气后处理设备，所述废气后处理设备配属于机动车中的内燃机，其中将所述内燃机的转速考虑在内。

背景技术

在对机动车中的柴油马达进行废气后处理时，近年来使用颗粒过滤器，以便能够遵循在颗粒排放方面的极限值。由于进一步收紧的极限值将来可能必要的是，即使在奥托马达中废气后处理系统也要设有颗粒过滤器。因为尤其在具有直接喷射、即内部的混合物形成的奥托马达中，不仅结构方面的措施而且应用方面的措施都碰触到其极限。从系统观点来看，使用颗粒过滤器（作为分开的组件又或者集成到三元催化器中作为四元催化器）在用于遵循将来的颗粒排放极限值的废气后处理中经常构成一种有吸引力的选择。

在运行期间，所述颗粒过滤器被加载有炭黑颗粒并且必须在达到一定的极限负荷时自由燃烧。这例如通过介入到马达的燃烧过程来实现，其中例如通过引入附加的燃料（由柴油应用方案已知）或者通过调迟点火来提升废气温度并且由此烧掉所述颗粒。

为了识别所述极限负荷，通常考虑排气系中的压力、例如跨越所述颗粒过滤器的压力差并且有时候考虑其他参数。如此例如由DE 43 03 11 B4公开了一种用于对颗粒过滤器系统进行革新的方法，所述颗粒过滤器系统用于柴油内燃机的废气，其中至少根据所述柴油内燃机的所检测的转速和在所述颗粒过滤器系统中所检测的并且在时间上取平均的压力来计算用于所述颗粒过滤器的负荷的量度。负荷度在此能够由所检测的测量参量（所述柴油内燃机的做功点、转速、压力、转矩和其他测量参量）直接计算出，其中也就是总是将所述压力作为重要的参量考虑在内。

但是，利用这种处理方式在奥托马达中精确地确定颗粒过滤器的负荷状态已经被证明为困难。

发明内容

现在本发明的任务在于，提供开头所提及的类型的方法以及废气后处理设备，利用所述方法或者说在所述废气后处理设备中即使与奥托马达相关也能够可靠地并且以高的精度来获取过滤颗粒的组件的负荷。

该任务针对所述方法利用权利要求1所述的特征得以解决并且针对所述废气后处理设备利用权利要求10所述的特征得以解决。在所述方法中规定，基于由所述内燃机的转速所推导出的运行参量来获取所述负荷状态。

在所述废气后处理设备中规定，控制装置构造用于基于由所述内燃机的转速所推导出的运行参量来获取所述负荷状态。

所述方法和所述废气后处理设备的方案特征基于由发明人获得的认识：在奥托马达中出现下述问题，不能以足够的精度来确定来自排气系的重要的压力值以可靠地确认用于烧掉的极限负荷，因为与柴油马达相比，结果是在所述颗粒过滤器处的压力差显著更低。这尤其由下述原因引起：与在柴油马达中相比，在奥托马达中大多产生显著更低的废气质量流，从而得出低得多的压力损失并且由此得出所述颗粒过滤器处的低得多的压力差，其中所述奥托马达大约在λ=1的情况下运行。在奥托马达中还出现显著更低的颗粒排放，并且更高的温度（由于在大约λ=1的情况下的运行，相比于通常稀薄运行的柴油马达）有利于颗粒在正常运行期间已经被二次氧化。因此承受负荷的四元催化器相对于未承受负荷的状态的压力差直到吸气全负荷（例如，根据机组，p_me~10bar）例如能够为小于10mbar，并且在更低的负荷下结果还更低。因此，尤其在经常的部分负荷运行、例如市内行驶的情况下，由所述压力差不能提早地识别所述负荷状态。

为了推导出所述运行参量，能够例如由所述转速计算出所述运行参量并且/或者基于模型分析出所述运行参量，其中也能够将其他参数考虑在内。作为转速，例如考虑来自转速传感器的测量值。作为过滤颗粒的组件，使用例如四元催化器或者与（三元）催化器分开的颗粒过滤器。

在一种特别优选的设计变型方案中规定，在不考虑压力、尤其压力差或者说压力梯度的情况下在所述废气后处理设备中获取所述负荷状态。通过这种方式能够舍弃所测量的和/或所计算出的或者说所建模的压力、例如压力差或者排气背压，由此能够实现所述方法的高的精度。通过这种方式，所述方法特别适合在奥托马达中的废气后处理设备中使用。当然也能够设想与柴油马达相关的用途。

如果以高于2%、优选高于1.5%、例如大约1%的精度来获取所述运行参量（也就是说所述运行参量与在标准条件下所确定的最优值的偏差小于这些百分数指标），那么所述方法能够有利地在奥托马达中应用。发明人已经发现，这种精度尤其能够在使用下述方法的情况下达到，在该方法中通过对转速信号基于模型进行分析来获取所述运行参量。在DE 102012 203 669 A1中所描述的方法的特定的步骤尤其已经被证明为特别适合。如果由在DE10 2012 203 669 A1所给出的替代方案考虑例如将基于对所述转速信号的分析的、用于机械功的特征用于获取所述运行参量，以替代燃烧室中的压力，能够舍弃燃烧室压力传感器的值并且达到更高的精度。

所述方法的高的精度能够以下述方式实现：获取施加在曲轴上的转矩、例如所述内燃机的最大程度能够达到的转矩和/或与所述转矩相关的参量作为运行参量。在此能够如在DE 10 2012 203 669 A1中所描述的那样来获取适合的运行参量。已经被证明为适合的运行参量是：例如在工作循环期间在曲轴位置的特定的角度范围（例如-180°KW到0°KW，又或者更小）中的转矩的最大量值（表示力矩最大值）又或者在所述角度范围内的平均的（积分的）转矩。此外能够有利地考虑由齿时间（Zahnzeit）所获取的角速度，所述角速度例如在特定的角度下和/或在所述工作循环的特定的角度范围（例如-180°KW到0°KW）的开始和结束时被获取，并且将所述角速度相互进行比较、例如通过构成差值。此外能够设想的是，将例如在特定的角度处和/或在特定的角度范围的开始和结束时所获取的角加速度考虑作为运行参量。相对于其他在DE 10 2012 203 669 A1中所描述的参量、如例如排气压力，所提及的运行参量具有下述优点：所述运行参量能够以所需要的高的精度来获取。在确定所述其他参量时通常要有其他参量/因子/模型起作用，所述其他参量/因子/模型将更大的不可靠性带入到所述其他参量的确定中。与此相反，所述运行参量通常不会被附加的因子（除了所述过滤颗粒的组件的负荷）以下述方式影响：使得没有达到所需要的精度。能够利用根据本发明的方法例如像下面进一步给出的那样消除所述过滤颗粒的组件和/或所述内燃机或者可能产生影响的类似结构的老化效应。与例如在所测量的转矩的情况下和/或通过由现有技术已知的、通常具有大约5%的精度的力矩模型相比，通过这种方式还能够达到更高的精度。

要注意的是，在DE 10 2012 203 669 A1中所描述的方法尤其对于1到2缸的马达而言被指明为适合的。但已经被证明的是，即使例如针对4到6缸的马达，至少就上面所给出的运行参量而言，也能够达到所需要的精度。在此能够有利的是，以下述方式限制在工作循环期间所述曲轴的为了获取所述运行参量所考虑的角度范围：实现汽缸的角度范围的最小叠加并且由此实现尽可能小的相互间的影响。

优选的是，尤其在马达试验台上在至少一个规定的转速的情况下在所述过滤颗粒的组件的未承受负荷的状态和至少一个以规定的方式承受负荷的状态下获取所述运行参量。由此能够在运行参量与所述负荷状态之间建立规定的关联。如果在至少两个不同的转速的情况下获取所述运行参量，那么有助于所述方法的更高的可靠性。但也能够设想在仅一个所确定的适合的转速的情况下进行获取。有利的是，所述转速能够确定为校准点。哪个转速是适合的在此尤其依赖于机组和排气系统。尤其更高的转速是有利的，因为在所述更高的转速的情况下得出所述运行参量（例如转矩）在未承受负荷的状态与负荷的状态之间的更高的差值，这又提高了根据本发明的方法的精度。因此，例如下述转速是适合的，所述转速等于或者高于下述这样的转速，从该转速起出现所述马达的最大转矩的下降，尤其额定转速也是适合的。

如果所述获取在全负荷的情况下实现，那么能够由此有利地得出所述运行参量的足够大的差值，所述足够大的差值提高了所述方法的精度。但是当所述运行参量中的差值足够大时也能够设想在部分负荷下进行获取。优选同样规定负荷点，因为所述运行参量还依赖于所述负荷。规定的承受负荷的状态应当有利地包括至少在所述过滤颗粒的组件中的颗粒的极限负荷，其中也能够设想特性曲线基于极限负荷的外推法。如果此外还有其他负荷状态（例如在所述极限负荷之下）被获取，那么能够在较迟的运行期间更简单地理解所述颗粒过滤器的负荷随时间的变化。

优选的是，在此将在未承受负荷的状态和/或在承受负荷的状态下的运行参量依据转速存储在特性曲线族中。替代上述方案或者作为附加方案能够将由在承受负荷的状态和未承受负荷的状态下的运行参量所推导出的比较参量依据转速存储在特性曲线族中。在未承受负荷的状态下的运行参量能够用作参考参量。由在承受负荷的状态和未承受负荷的状态下的运行参量所推导出的比较参量能够例如是差值和/或因子或者类似参量。在所述特性曲线族中所存储的参量能够配属于规定的负荷，从而能够由所述参量随后（以绝对的方式和/或以相对的方式）推断出所述过滤颗粒的组件的负荷状态。

此外，在所述方法的一种优选的设计变型方案中规定，在行驶运行中在规定的转速的情况下并且优选在规定的负荷点、尤其全负荷的情况下获取所述运行参量，并且将所述运行参量和/或所获取的比较参量与在所述特性曲线族中在相应的转速的情况下所存储的运行参量和/或比较参量进行比较。

在达到表征着所述过滤颗粒的组件的极限负荷的运行参量或者比较参量时，优选引入对所述过滤颗粒的组件的革新（Regeneration）。

此外能够有利地规定，在对所述过滤颗粒的组件进行革新之后，在所述规定的转速的情况下在所述过滤颗粒的组件的未承受负荷的状态下获取所述运行参量，并且将所述运行参量与在所述特性曲线族中在相应的转速的情况下所存储的、在未承受负荷的状态下的运行参量进行比较。如果重新获取的、在未承受负荷的状态下的运行参量偏差超出有待确定的公差范围，那么能够将新的运行参量存储在所述特性曲线族中并且必要时考虑将所述新的运行参量作为新的基础。通过这种方式能够消除缓慢的变化、尤其由于老化效应而引起的缓慢的变化。通过所述方法的这种持续的重新校准实现了在使用寿命期间正确地识别所述负荷状态。附加地，还能够将在未承受负荷的状态下的运行参量与来自一个或者多个进一步位于前面的革新过程的运行参量进行比较。从而能够例如建立在未承受负荷的状态下的运行参量的变化随时间的变化曲线。这种变化曲线允许了对在未承受负荷的状态下的运行参量在下述时间范围内的变化的可信度测试：所述时间例如能够归因于所述过滤颗粒的组件的老化效应。因为老化效应在所述过滤颗粒的组件的使用寿命期间引起了所述运行参量的相对缓慢的变化，所以能够通过随时间的变化来对所述效应进行可信度测试。

附图说明

下文将参照附图对本发明作进一步阐述。其中：

图1示出了具有内燃机的机动车中的空气及废气导引部的示意图，在所述内燃机中能够使用根据本发明的方法；

图2示出了马达负荷-排气背压-曲线图，其具有在具有汽油直喷部的奥托马达中排气背压关于马达负荷的不同变化曲线；

图3示出了转速-转矩-曲线图，其具有在具有汽油直喷部的奥托马达中相对全负荷转矩关于转速的不同变化曲线；并且

图4示出了根据本发明的方法的示例性的流程图。

具体实施方式

图1示例性地示出了具有内燃机10的机动车环境中的空气及废气导引部的简化的示意图，在所述内燃机中能够应用根据本发明的方法。在供应空气流21经由涡轮增压器23的压缩级24和所述内燃机10的节气门25被输送之前，所述供应空气流21通过空气输送通道20首先经过空气质量传感器22。在所述内燃机10中，空气与所输送的燃料（在此未示出）一起以放热的方式被转化。所产生的废气能够部分通过废气再循环部26被重新输送给供应空气流21。剩余的废气流32经由排气道30首先经由所述涡轮增压器23的废气涡轮机31引导并且随后进入到废气后处理设备40中。在所述废气后处理设备40中布置有四元催化器41，所述四元催化器不仅作为三元催化器起作用而且作为颗粒过滤器起作用。作为替代方案，也能够将三元催化器和颗粒过滤器作为两个分开的组件来布置，并且/或者能够布置其他的/另外的组件。配属于所述废气后处理设备40的传感装置、像例如λ探测器和/或温度传感器或者其他探测器或者说组件以及控制装置未被示出。

图2示出了马达负荷-排气背压-曲线图50，其中描绘了以[mbar]（毫巴）来表示的排气背压51关于以[bar]（巴）来表示的马达负荷52的情况。在此示出了变化曲线53、54、55，详细来说关于布置在所述废气后处理设备40中的三元催化器（没有过滤颗粒的组件）（53），替代上述情况关于在未承受负荷的状态下的四元催化器（54）和在承受负荷的状态下的四元催化器（55）。为了解释清楚，此外还描绘了未承受负荷的与承受负荷的四元催化器之间的排气背压的压力差56。可以看出，所出现的排气背压依赖于马达的负荷状态，更确切地说随着所述负荷状态上升。在当前情况下，所述压力差56直到吸气全负荷（从所述吸气全负荷起出现吸气运行中最大可能的有效转矩，在此处于马达负荷为大约10bar的情况下）都能够小于10mbar。在更高的负荷的情况下，除了绝对排气背压以外所述压力差56也提高。但是，所述压力差仍然还是相对较低，因此由所述压力差56可靠地推断出所述过滤颗粒的组件（四元催化器或者单独的颗粒过滤器）的负荷状态是困难的。因此，在根据本发明的、用于获取过滤颗粒的组件的负荷状态的方法中，以有利的方式不动用所述排气背压或者所述废气后处理设备40的另外的压力值，而是动用下述这样的运行参量，所述运行参量基于所述内燃机10的转速被推导出来。作为适合的运行参量，在此尤其已经被证明的是施加在曲轴上的转矩，又或者是与所述转矩相关的参量、如在所述内燃机10的曲轴的特定的角度位置处的角速度或者角加速度。

为了解释清楚所述过滤颗粒的组件的负荷是如何反映到所述转矩上的，在图3中示例性地示出了转速-转矩-曲线图60。得出的变化曲线是机动车专有的并且尤其依赖于所述内燃机和排气系统。在所述曲线图60中描绘了在全负荷61的情况下相对于在使用没有过滤颗粒的组件的三元催化器的情况下最大程度能够达到的转矩以[%]（百分数）来表示的转矩关于以[1/min]（每分钟转数）来表示的转速62的情况，更确切地说针对具有三元催化器（没有过滤颗粒的组件）（63）、具有在未承受负荷的状态下的四元催化器（64）和在承受负荷的状态下的四元催化器（65）的废气后处理设备40。在变化曲线63中，在全负荷的情况下的最大转矩（100%）大约针对2000到4000 1/min的转速出现。就高达大约2000 1/min的低转速而言，所述最大转矩几乎也利用四元催化器来实现。在转速变得更大的情况下，出现相对于最大能够达到的转矩的差值随着所述转速62增大的情况。对于确定所述负荷状态而言决定性的是：在四元催化器未承受负荷的情况下的变化曲线64与在四元催化器承受负荷的情况下的变化曲线65之间的差值，所述差值同样随着提高的转速62而增大。在下述转速62的情况下所述差值相对较大：所述转速62等于或者大于下述这样的转速，从该转速起发生所述马达的最大转矩的下降。如果借助所述转矩或者相关的参量作为运行参量来获取所述过滤颗粒的组件的负荷状态，那么在此提议：考虑在该转速范围内的所述差值或者相应的参量，以便实现所述方法的尽可能高的精度。在此优选的是，将至少一个转速62又或者多个转速规定为校准点。此外，转矩（或者说相关的参量）之间的最大差值在全负荷的情况下出现，从而使得优选在全负荷的情况下获取所述运行参量。但是，就足够大的差值而言，为了确保所要求的高于2%的精度，也能够设想在部分负荷运行的情况下进行获取。

图4示例性地示出了根据本发明的方法的方法图70。在第一方法步骤71中，在马达试验台上在至少一个规定的转速的情况下在所述过滤颗粒的组件的未承受负荷的状态和至少一个以规定的方式承受负荷的状态下获取所述运行参量（尤其所述转矩或者说相关的参量）。在此优选使用来自DE 10 2012 203 669 A1中所给出的方法的步骤，其中例如借助飞轮处的转速传感器来考虑转速信号。所述规定的转速在图3中的示例中优选处于大于4000 1/min的转速范围中并且优选在全负荷的情况下被获取。由所获取的、在承受负荷的状态和未承受负荷的状态下的运行参量能够推导出比较参量、例如所述差值或者因子或者类似参量。

在第二步骤72中，将比较参量和/或在承受负荷的状态下的运行参量，以及在该示例中还有在未承受负荷状态下的运行参量，依据转速并且必要时依据负荷（如果没有按照标准在全负荷的情况下获取的话）存储在特性曲线族中。所述比较参量和/或在承受负荷的状态下的运行参量在此优选配属于所述过滤颗粒的组件的规定的负荷状态，其中所述负荷状态能够以绝对的方式、例如以克来给出，又或者以相对的方式、例如以百分数来给出。

在第三步骤73中，在行驶运行中在到达校准点（也就是说规定的转速和必要时规定的负荷）时，相应地获取所述运行参量并且将所述运行参量输送给与在所述特性曲线族中在相应的转速的情况下所存储的运行参量的比较（第四步骤74）。在所述比较中确认：是否达到所述过滤颗粒的组件的极限负荷。所述比较能够以不同的适合的方式来实施。例如，能够将在行驶运行中所获取的运行参量直接与对应于所述极限负荷和/或另外的负荷的运行参量进行比较。但是，也能够首先将在行驶运行中所获取的运行参量和在未承受负荷的状态下的运行参量（参考运行参量）所形成的差值和/或因子或者类似参量构成为比较参量，并且对所述比较参量相应地进行比较。也能够设想其他适合的可行方案。如果所述负荷状态处于所述极限负荷之下，那么在相应的条件下在较迟的时刻重新执行步骤73。

如果达到所述极限负荷，那么在步骤75中导入对所述过滤颗粒的组件的革新处理，在此不再进一步探讨在该位置处的革新。在所述方法的第六步骤76中，现在能够获取在所述过滤颗粒的组件的未承受负荷的状态下的运行参量。在所述方法的第七步骤77中，现在将该运行参量输送给与之前在所述特性曲线族中在相应的校准点时所存储的、在未承受负荷的状态下的运行参量的比较。如果在所述比较中显示出：在未承受负荷的状态下的运行参量之间的偏差超出特定的公差范围，那么能够将重新获取的运行参量替代（或者附加于）之前的运行参量存储在所述特性曲线族中。通过这种重新校准能够有利地补偿在系统的使用寿命期间的老化效应（例如由马达驱动方面的改变、磨损、所述过滤颗粒的组件的灰化等引起），这实现了在使用寿命期间对所述负荷状态的正确识别。此外能够设想的是，规定一定的可信度测试方案。从而例如在未承受负荷的状态下的运行参量之间的突然的、非常大的偏差能够指明其他方面的故障。在这种情况下，通常还会跳出其他诊断方法。还能够考虑其他的、依赖于时间的影响或者说变化，以便尽可能精确地分开和确定所述负荷状态。

在根据本发明的方法中，优选以带有小于2%、优选约1%的偏差的高精度来获取所述运行参量。这允许：即使在奥托马达中也可以可靠地预报所述过滤颗粒的组件的负荷状态，在所述奥拓马达（Ottomotor）中预报条件比例如在柴油马达中更具挑战性，因为在所述废气后处理设备中出现更小的压力差。

Claims (13)

1.用于获取废气后处理设备（40）的过滤颗粒的组件的负荷的方法，所述废气后处理设备配属于机动车中的内燃机（10），其中将所述内燃机（10）的转速考虑在内，

其特征在于，

基于由所述内燃机（10）的转速所推导出的施加在曲轴上的转矩和/或与所述转矩相关的参量来获取负荷状态，

在行驶运行中在规定的转速的情况下获取转矩和/或与所述转矩相关的参量，并且将转矩和/或与所述转矩相关的参量与在特性曲线族中在相应的转速的情况下所存储的转矩和/或与所述转矩相关的参量的值进行比较。

2.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在不考虑压力的情况下，在所述废气后处理设备（40）中获取所述负荷状态。

3.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在不考虑压力差或者压力梯度的情况下，在所述废气后处理设备（40）中获取所述负荷状态。

4.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

以高于2%的精度来获取所述运行参量。

5.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在至少一个规定的转速的情况下在所述过滤颗粒的组件的未承受负荷的状态和至少一个以规定的方式承受负荷的状态下获取所述运行参量。

6.按权利要求5所述的方法，

其特征在于，将在未承受负荷的状态下和/或在承受负荷的状态下的所述运行参量依据转速存储在特性曲线族中。

7.按权利要求5所述的方法，

其特征在于，

将由在承受负荷的状态下和未承受负荷的状态下的所述运行参量所推导出的比较参量依据转速存储在所述特性曲线族中。

8.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在达到表征着所述过滤颗粒的组件的极限负荷的所述运行参量或者比较参量时，引入对所述过滤颗粒的组件的革新。

9.按权利要求8所述的方法，

其特征在于，

在对所述过滤颗粒的组件进行革新之后，在所述规定的转速的情况下在所述过滤颗粒的组件的未承受负荷的状态下获取所述运行参量，并且将所述运行参量与在所述特性曲线族中在相应的转速的情况下所存储的、在未承受负荷的状态下的运行参量进行比较。

10.按权利要求9所述的方法，

其特征在于，

在相对于在所述特性曲线族中在相应的转速的情况下所存储的、在未承受负荷的状态下的运行参量的偏差超出公差范围的情况下，将重新获取的运行参量存储在所述特性曲线族中。

11.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

以高于1.5%的精度来获取所述运行参量。

12.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

在马达试验台上在至少一个规定的转速的情况下在所述过滤颗粒的组件的未承受负荷的状态和至少一个以规定的方式承受负荷的状态下获取所述运行参量。

13.机动车中的内燃机（10）的废气后处理设备（40），所述废气后处理设备用于实施按权利要求1到12中任一项所述的方法，所述废气后处理设备具有过滤颗粒的组件和控制装置，所述控制装置用于在将所述内燃机（10）的、所检测的转速考虑在内的情况下来获取过滤颗粒的组件的负荷，

其特征在于，

所述控制装置构造用于基于由所述内燃机（10）的转速所推导出的运行参量来获取所述负荷状态并且在不考虑压力的情况下在所述废气后处理设备（40）中获取所述负荷状态。

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