CN107013345A - 用于控制内燃发动机的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制内燃发动机(10)的装置(1)，内燃发动机包括具有入口阀(16)和出口阀(17)的至少一个汽缸(11)并且下游连接有至少一个用于排气后处理的催化剂(23)，其中该装置(1)包括控制单元(30)。为了改善内燃发动机的排气系统中的催化剂的预热行为，根据本发明，规定了通过至少一个测量设备(31‑34)测量至少一个温度，其中控制单元(30)被设计成：检查测量的温度是否低于预定的最低温度，以便检测催化剂(23)的不足温度水平；以及在不足温度水平和超速断油同时出现时，关闭并且保持关闭每个汽缸(11)的至少一个阀(16、17)。

Description

用于控制内燃发动机的装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制具有权利要求1的前序部分的特征的内燃发动机的装置。

背景技术

现代内燃发动机中的排气系统(尤其是在机动车辆中)通常具有各种用于排气后处理的设备。这些设备不仅包括微粒过滤器，而且特别包括催化剂，其通过使诸如氮氧化物、一氧化碳等的有毒排气分子分解来促进各种化学反应。然而，这些催化剂的作用通常与温度相关，其中催化剂在环境温度下几乎没有活性。仅当达到特定温度时，才会产生可测活性，该温度被称为催化剂的活化温度。然而，这取决于催化剂的类型，并且通常明显高于100℃。因此，在相关发动机冷启动之后的一段特定时间内，催化剂最初为无活性，直至其被来自发动机的热排气充分预热。其他排气后处理系统(即，排气系统，例如排气储存系统、微粒过滤器或催化微粒过滤器等，其能够在特定温度下进行特定化学反应，并且在适当情况下加入添加剂)同样表现出类似的预热行为。

超速断油(overrun cutoff)(即，在未操作加速踏板且发动机的速度高于特定值时，发动机燃料供应的受控中断)也用于现代车辆发动机中。这表示，尽管发动机继续运行，但其将不再驱动车辆。相反，在该运行状态下车辆超速，而内燃发动机作为制动器发挥作用。由于没有燃料供应，吸入的环境空气不经过燃烧过程就穿过发动机，并且因此加热程度非常轻微(经过时与发动机接触，并且可用时经过压缩过程)。该相对较冷的空气随后穿过排气系统至催化剂或催化剂和/或其他排气后处理系统或排气系统，并且导致其冷却或对预热造成相当大的影响。因此，超速断油降低了排气系统的效率，即(例如)，降低了催化剂，尤其是冷启动后的催化剂效率，导致由于未受催化处理的排气所造成的环境污染增加。

JP 2004-169646 A描述了一种柴油发动机，其中在超速断油进行时入口阀和/或出口阀关闭。其旨在防止富含氧气的空气进入位于排气管中的催化剂区域，这可能会导致在高催化剂温度下破坏催化剂。由此，一方面，存在当刚进行点火时出口阀关闭的风险，这导致回流进入进气管。另一方面，如果入口阀也关闭，汽缸中可产生高压，可能会导致损坏。为解决该问题，提出了在出口阀关闭前，首先将穿过排气管的燃烧气体排出。在该过程中，入口阀也可关闭。

JP 2009-121433 A示出了具有涡轮增压器的柴油发动机，其中，发动机的进气管和排气管通过再循环管线连接。超速断油时，为增加排气再循环进行了准备。为使该过程更加高效，在涡轮增压器的涡轮侧上提供了多个可枢转的翻板，通过该翻板进入涡轮的贯通开口可以打开到较大或较小的程度。如果发生超速断油，该贯通开口减小，由此增加了排气管上游部分的压力，并强化了再循环过程。因此，排气冷却较少并且布置在排气管下游的催化剂的冷却延迟。

EP 2 792 865 A1公开了一种用于柴油发动机中的排气净化的方法。在该情况下，在排气管中布置了储存催化剂，所述催化剂可以已知方式在稀或富的大气情况下交替工作。为了在富空气时保持高发动机功率和低燃料消耗，规定了如果催化剂温度高于特定最低温度并且车辆减速超过特定速度时，进气管将关闭并且再循环管线将开启。然后，设置在催化剂下游的节流阀关闭，并且将为催化剂供应还原剂。未设想关闭发动机的入口或出口阀。

鉴于所述现有技术，排气后处理系统(即，例如催化剂)的预热行为的优化仍然具有改善的空间，尤其是关于上述燃料供应中断的问题。

发明内容

因此，本发明的基本目标是改善排气后处理系统(即，例如内燃发动机的排气系统中的催化剂)的预热行为。

根据本发明，该目标通过具有权利要求1所述特性的装置实现，其中，从属权利要求涉及本发明的有利实施例。

应当指出的是，以下说明书中单独说明的特征及测量可与任何技术上可行的方式相结合并且产生本发明的其他实施例。说明书描绘了本发明的额外的特征并进行了详细说明(尤其是与附图相结合)。

本发明提出了一种用于控制内燃发动机的装置。内燃发动机包括至少一个汽缸，其具有入口阀和出口阀。在多个汽缸的(通常)情况中，这表示每个汽缸都具有至少一个入口阀和至少一个出口阀。当然，也可提供多个入口阀和出口阀。特别地，这可以是机动车辆(例如，客车或重型货车)的内燃发动机。例如，内燃发动机可为柴油发动机或火花点火式发动机。排气后处理系统(即，例如用于排气后处理的催化剂)布置在内燃发动机的下游。在下文中，排气后处理系统指催化剂，而其本意(当然)还包括排气储存系统、微粒过滤器和/或催化微粒过滤器。当然，可在排气的流动方向上布置多个连续的排气后处理系统，或者可选地，在排气管中彼此平行。由此，催化剂布置在内燃发动机的下游。如果是具有排气再循环(EGR)的内燃发动机，催化剂也设置在用于排气再循环的管线中。当然，催化剂是内燃发动机的排气系统的一部分，其中，存在的任何EGR管线也可作为排气系统的一部分。原则上，所涉及的催化剂可为适用于内燃发动机的排气后处理的任何类型的催化剂，例如，氧化或还原催化剂。当然，也可提供多种催化剂。

该装置包括控制单元。其可以通过硬件和/或软件形式实施并且物理地可为单部分或多部分设计。特别地，所述控制单元可为发动机控制器的一部分或可集成到后者之中。在典型实施例中，机动车辆的发动机控制器作为控制单元发挥作用。

根据本发明，控制单元被设计成检测催化剂的不足温度水平，以及在不足温度水平及超速断油同时发生时，关闭且保持关闭每个汽缸的至少一个阀。也就是说，不足温度水平和超速断油的同时出现是关闭一个或多个阀的条件。当然，控制单元还被设计成在温度水平已充分或超速断油不再影响时重新打开至少一个阀。在此，“不足温度水平”指催化剂的温度低于最佳温度范围时的状态。特别地，温度可低至使催化剂失去活性或者无法有效工作。如将在以下清楚描述的，对催化剂自身的温度进行测量不是绝对必要的。相反，还可以间接推断催化剂的温度，并且因此，原则上会具有特定的误差空间，根据此结果控制单元可能会错误地进行检测或者在个别情况下错误地无法检测出不足温度水平。因此，在本文中，不足温度水平的“检测”表示催化剂的状态被评估为低于充分温度水平。在此，“超速断油”表示内燃发动机燃料供应的受控中断。如果适当，超速断油可由控制单元自身触发。

在此，该装置被设计成例如通过至少一个测量设备测量至少一个温度，其中，控制单元被设计成与不足温度水平的检测相关地检查测量的温度是否低于预定的最低温度。如下所述，测量的温度尤其是可以为内燃发动机的与其相关的排气系统的温度或与部件相接触的流体的温度。在不同情况下，测量的温度提供至少大约能够表示催化剂的温度的指示。最低温度是预定的温度值(通常在出厂前预定)，其被选择为如果测量的温度低于最低温度则可假定催化剂未充分预热。最低温度存储在装置中，通常在控制单元自身内，并可由控制单元将其与测量的温度进行比较。显然，该装置必须包括至少一个温度传感器，通过其测量所述温度。在本文中，对温度传感器的类型没有根本上的限制。特别地，如果适当，也可进行非接触式测量。当然，也可具有多个温度传感器。在多个温度传感器在不同的点进行测量的情况中，可想而知要为每个温度传感器限定特定的最低温度。如果控制单元确定测量的温度低于最低温度(与其相关)，其将据此认定催化剂的温度水平是不足的。

如果控制单元检测到不足温度水平或将催化剂的状态评估为低于足够的温度并且同时出现超速断油，则控制单元将关闭(除非各阀已经关闭)每个汽缸的至少一个阀(入口阀和/或出口阀)并保持其关闭。因此，不会有外部空气经过汽缸进入排气系统和催化剂。也就是说，催化剂不会被显著冷却，或者甚至能够在超速断油阶段进一步预热(如果来自超速断油之前的一段时期的热排气保留在催化剂的区域中)。因此，可以确保使催化剂比现有技术更快速地脱离不足温度水平的状态。换言之，在不足温度水平的情况中，控制单元确保在燃料持续供应到内燃发动机时催化剂正常加热，并且在燃料供应中断时不会出现明显的冷却。在此，如果适当，阀的关闭在不足温度水平的检测和超速断油启动后以特定的延迟发生。同样可想而知，不同汽缸的阀将不会同时关闭而是以一定的时间间隔关闭。由于通过根据本发明的装置将减小或最小化不足温度水平的阶段，因此催化剂以改善的效率运行并且有毒排气的排放减少。

由于本发明的主要目标是防止相对较冷的空气(其仅在发动机内部进行了微小的预热)在超速断油时进入催化剂的区域，因此原则上将每个汽缸的其中一个阀关闭就已经足够。然而，由于汽缸中的活塞继续运行，这可能在特定情况下会导致在汽缸的上游和下游的不必要的气体移动。例如，排气可能经过开启的入口阀受压返回到气体供应源，导致电荷交换损失。为避免该效果，控制单元优选地被设计成关闭每个汽缸的两个阀。因此，可在相当程度上降低发动机的阻力损失，并且例如在混合驱动的情况中，可通过曲柄机构回收更多能量。应当指出的是，在该情况下，每个汽缸的两个阀的关闭不必同时进行。

根据优选的实施例，该装置被设计成(例如，通过至少一个测量设备)测量催化剂的温度。通过该方式，可直接并准确地确定(在测量精度范围内)催化剂的温度。这使得能够对催化剂是否已充分预热或是否存在不足温度水平进行非常可靠的推断。在该情况下，该温度测量不需要在催化活性材料上直接进行，而是可以在(例如)应用了催化活性材料的支撑元件上进行。通常，可假设支撑元件的温度和实际催化剂(在化学角度上)的温度几乎相同。

在此，优选地，最低温度至少与催化剂的活化温度对应。活化温度指在该温度以上催化剂以最佳的效率运行。至少在一些情况下，可允许活化温度在预热时比冷却时更高，因此这是一种“迟滞现象”。由此，活化温度取决于催化剂的类型。特别地，活化温度可介于150℃到250℃之间。特别地，最低温度可高于活化温度，并且因此将形成安全限度，以便确保催化剂在所有情况下都有活性。一些催化剂仅在特定温度范围内以最佳方式运行。也就是说，在高于某一温度(在本文中指过热温度)时，这些催化剂将不再以最佳方式运行。为此，特别地最低温度可以如下方式选择：使其在活化温度和过热温度之间。当然，过热温度取决于催化剂的类型，并且自过热开始不再与准确温度对应，即，在超过特定温度范围后催化剂的有效性丧失。

在另一实施例中，装置被设计成例如通过测量设备测量排气温度。在此，可测量排气温度，尤其是在催化剂的下游的排气温度(也可在其他点进行测量)。在本文中，术语“排气温度”不仅指部分或主要包含来自内燃发动机的燃烧产物的气体混合物，也指内燃发动机的排气系统(即，一个或多个出口阀的下游)中(包括EGR管线，如有)的任何气体。在超速断油的情况中，其也可基本为穿过发动机而未经过燃烧过程的新鲜空气。

根据另一实施例，装置被设计成例如通过至少一个测量设备测量至少与催化剂间接地连接的排气管的温度。在此，术语“排气管”包括将排气从歧管输送到排气尾管的所有元件，以及可能存在的任何排气再循环(EGR)管线。优选地，测量在直接连接到催化剂的排气管中进行，即，没有其他部件的干涉。在该情况下，特别地可以在与催化剂邻接的排气管的一部分上测量温度。然而，在距离催化剂较远的区域的温度测量允许关于催化剂的温度的某些推断。因此，可在无需测量催化剂自身的温度的情况下推断不足温度水平的存在。

催化剂的预热和冷却行为与内燃发动机的预热和冷却有一定程度的相关。根据本发明的另一实施例，由此，装置被设计成例如通过至少一个测量设备测量内燃发动机的温度。当然，内燃发动机的所有部分处于相同的温度的情况是不常见的。由此，“内燃发动机的温度”应该表示为内燃发动机的特定部分(在此处执行测量)的温度。在此有利的是在发动机的尽可能靠近输送排气的部分处测量温度。例如，这可以是汽缸的排气管。

除了发动机温度的测量之外，装置也可被设计成例如通过至少一个测量设备例如测量冷却液的温度。这也允许至少在有限的程度中对发动机的温度和催化剂的温度进行推断。

在测量的温度不是催化剂自身的温度而是其他一些部件或排气的温度的实施例中，优选地，预定的最低温度被选择为高于催化剂的活化温度。特别地，在大多数情况下发动机的温度将高于催化剂的温度，因此相应的最低温度应高于催化剂的活化温度。如果排气来自发动机的正常运行阶段(没有超速)，则排气的温度也高于催化剂的温度。同样在该情况下，最低温度应高于催化剂的活化温度。如果测量了排气管的温度，最低温度可能更接近活化温度，对催化剂进行更接近的温度测量。也就是说，如果在接近(即，靠近)催化剂的排气管的一部分进行测量，最低温度基本可与活化温度对应，而在较远的部分进行测量时，为安全起见，应选择较高的最低温度。

如果适当，上述所有温度测量可彼此结合。在这种情况下，可结合两种或两种以上的测量。这尤其适用于无法直接测量催化剂温度的情况。

除温度测量之外，原则上也可以通过此前的发动机运行来推断催化剂当前是否已充分预热。因此，明确可知例如在发动机冷启动之后的短暂期间内，催化剂尚未充分预热。当然，催化剂的实际温度取决于各种因素，例如，环境温度、长度以及发动机和催化剂之间的排气管的其它方面的实施方式等。然而，至少可由内燃发动机之前时间间隔(例如，前十五分钟)内的运行数据大约估算温度。因此，根据另一实施例，装置被设计成例如通过单独的存储单元获得并存储内燃发动机的运行数据，其中，存储单元被设计成通过存储的操作数据检测不足温度水平。存储单元也可集成到控制单元中。特别地，运行数据可包括驱动阶段的持续时间和起始、燃料供应量以及与超速断油相关阶段的持续时间和起始的数据。相应数据进行存储(如果适当，由控制单元自身存储)，使得它们在不同情况下被调用用于前一时间间隔的数据。控制单元调用相应的数据，并至少由此大致确定催化剂已经充分预热或者仍然处于不足温度水平。在该情况下，运行数据也可与其他数据相结合，例如，如果合适与环境温度相结合。

附图说明

本发明的其他优点的细节和效果将在以下通过单张附图所示的示例性实施例进行详细说明。

图1示出了根据本发明的装置、以及内燃发动机和排气系统的示意图。

参考符号列表：

1 装置

10 发动机

11 汽缸

12 活塞

13 进气管

14 入口管

15 出口管

16 入口阀

17 出口阀

18 喷射阀

20 排气系统

21、22 排气管

23 催化剂

30 控制单元

31-34 测量设备/温度传感器

35 传感器线

36 控制线

具体实施方式

图1以示意图示出了机动车辆的内燃发动机10，其中，通过简化的方式，仅示出了一个汽缸11，其具有入口管14、出口管15、入口阀16和出口阀17。显然，内燃发动机10通常可包括多个汽缸11，每个汽缸上都具有入口和出口阀。入口管14连接到进气管13，以获得新鲜空气。排气系统20与出口管15邻接，其在此类似的大幅简化示出。除排气管21、22外，排气系统20具有排气后处理设备，例如，内置的催化剂23，其用于对来自内燃发动机10的排气进行催化处理。以下，排气后处理设备指代催化剂23，而其本意是将微粒过滤器等包括在本发明之中。其可以为任何类型的催化剂，例如，氧化催化剂。在所有情况下，催化剂23具有典型的预热行为(behavior)，其中，所述催化剂仅在高于活化温度(明显高于环境温度)时具有活性。

还可看到控制单元30，所述控制单元属于装置1并用于与测量设备(例如，温度传感器31-34)一起控制发动机10。控制单元30连接到多个控制线36。其通过控制线36控制喷射阀18，以便控制内燃发动机10的燃料供应。在常规运行中，即，例如操纵加速踏板(未示出)时，燃料经过喷射阀18注入，内燃发动机10通过进气管13和入口管14吸入新鲜空气，使用其燃烧燃料并通过出口管15将排气排入排气系统20。在该过程期间，阀16、17以已知方式交替开启和关闭。当然，内燃发动机10也可实施为涡轮增压发动机，并且因此，本发明旨在并非仅包括自然吸气式发动机。

如果未操纵加速踏板并且内燃发动机10的速度超过了特定值，则控制单元30将中断燃料供应，即，发生超速断油。在该情况下，内燃发动机10在不产生驱动力的情况下继续运动。然而，活塞12也继续在汽缸11中运动。如果入口和出口阀16、17如常规运行时一样继续开启和关闭，新鲜空气将继续通过入口管14吸入，并且会在未进行显著加热的情况下通过出口管15排入排气系统20。这会导致催化剂23的冷却(或加热延迟)。这在催化剂23的温度低于活化温度时尤为不利。

为避免该情况，控制单元30由多个传感器线35中的一个连接到第一温度传感器31，其设置在催化剂23上并测量其第一温度。在控制单元30中存储第一最低温度，所测得的第一温度与其进行比较。在此，第一最低温度至少与催化剂23的活化温度对应，并且尤其是，其还可以更高从而与催化剂23以最佳方式运行的温度范围相对应。如果控制单元30确定测得的第一温度低于第一最低温度，会将其评估为催化剂23的不足温度水平。如果在超速断油的同时检测到不足温度水平，控制单元30将以如下方式驱动所有汽缸11的入口阀16和出口阀17：使得它们关闭并保持关闭直至超速断油终止或者不再存在不足温度水平。在该情况下，入口和出口阀16、17可同时关闭或相继关闭。一方面，在不足温度水平检测和超速断油之间可具有特定的延迟，另一方面，阀16、17的关闭也可具有特定延迟。阀16、17的关闭具有使新鲜空气无法经过内燃发动机10进入排气系统20的效果。由此，以有效的方式抵消了催化剂23的冷却。如果合适，催化剂23甚至可以在超速断油期间通过排气系统20中的热排气进一步预热。因此，催化剂23可更快地达到使其效率更加显著地运行的温度(例如，在冷启动之后)。

所示出的直接在催化剂23处进行的温度测量通常表示检测不足温度水平的优选方法。然而，也有其他可能性。因此，例如，可在内燃发动机10上布置第二温度传感器32，以便测量第二温度。例如，第二温度传感器32可布置在出口管15的区域中。在该处所测得的第二温度提供了催化剂23的温度的一些信息。因此，可将第二温度与存储在控制单元30中的第二最低温度进行比较，以便检测催化剂23的不足温度水平。一方面，考虑到内燃发动机10通常比催化剂23更热的事实，并且另一方面，远离催化剂23的温度测量会引起某些不确定性，所选的第二最低温度可明显高于第一最低温度。

另一可能性是通过第三温度传感器33的方式测量排气系统20中的第三温度。例如，第三温度传感器33可直接布置在排气管21上，位于催化剂23的上游并与其邻接。该区域的温度通常仅与催化剂23的温度有微小的差异，因此，可选择相对类似于第一最低温度的相应第三最低温度。

可替代地或额外地，可通过第四温度传感器34的方式测量排气的第四温度，该第四温度传感器直接位于排气管22内在催化剂23的下游。这也能够至少大约获得催化剂23的当前温度。反之，也可选择用于比较的第四最低温度，从而使其明显高于第一最低温度以允许安全限度。

在此示出的温度传感器31、34通常并非全部同时使用；尤其是，在于催化剂23处进行温度测量时，通常可以免去第二、第三和第四温度传感器32、33、34。

除温度测量外，还可以根据内燃发动机10的运行数据得出催化剂23的温度。为此，控制单元30可存储关于燃料供应的时间、持续期间和量，以及关于超速断油阶段的时间和持续期间的数据，或者可从单独的存储单元请求这些数据。如果适当的与所确定的环境温度相结合，即可根据该数据估算催化剂23的温度是否充分。在该情况下，当然不需要无限期存储数据；将删除与无法影响催化剂23的温度的时间间隔相关的较老数据。

无论使用上述哪种方法用于检测不足温度水平，通过装置1的方式都能确保催化剂23的更加显著的高效运行以及由此减少有毒排气成分。

Claims (9)

1.一种用于控制内燃发动机(10)的装置(1)，所述内燃发动机包括具有入口阀(16)和出口阀(17)的至少一个汽缸(11)并且下游连接有至少一个用于排气后处理的催化剂(23)，其中，所述装置(1)包括控制单元(30)，

所述控制单元(30)包括：

至少一个测量设备(31-34)，所述测量设备被设计成测量至少一个温度，并且进一步包括所述控制单元(30)被设计成：

—检查所述测量的温度是否低于预定的最低温度，以便检测所述催化剂(23)的不足温度水平，以及

—在不足温度水平和超速断油同时出现时，关闭并且保持关闭每个所述汽缸(11)的至少一个阀(16、17)。

2.根据权利要求1所述的装置，

其中，

所述控制单元(30)被设计成关闭每个所述汽缸(11)的二个阀(16、17)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，

包括：

测量设备(31)，其被设计成测量所述催化剂(23)的温度。

4.根据权利要求1所述的装置，

包括：

测量设备(34)，其被设计成测量排气温度。

5.根据权利要求1所述的装置，

包括：

测量设备(33)，其被设计成测量排气管(21、22)的温度，所述排气管至少间接地连接到所述催化剂(23)。

6.根据权利要求1中所述的装置，

包括：

测量设备(32)，被设计成测量所述内燃发动机(10)的温度。

7.根据权利要求1所述的装置，

其中，

所述预定的最低温度至少与所述催化剂(23)的活化温度对应并且在150℃到250℃之间。

8.根据权利要求1所述的装置，

其中，

所述预定的最低温度高于所述催化剂(23)的活化温度。

9.根据权利要求1所述的装置，

包括：

存储单元，其被设计成获得并存储所述内燃发动机(10)的运行数据，其中，所述控制单元(30)被设计成通过存储的所述运行数据检测所述不足温度水平。