CN107542560A - 用于对废气净化设备的功能能力进行监控的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于对内燃机的废气净化设备的功能能力进行监控的一种方法和一种装置,所述废气净化设备具有至少两个在排气道中先后布置的催化器。在此规定,为了导向调节、用于对所述第一催化器的诊断的穿通识别并且为了用于所述第二催化器的氧气或者油气的存储能力的第二平衡而使用两点式λ探针,并且为了所述两点式λ探针而将特定的措施用于对公差效应和老化效应进行补偿。由此,对于用于满足更为严格的排放要求及诊断要求的废气净化系统来说尤其得出了成本优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对内燃机的废气净化设备的功能能力进行监控的方法,所述废气净化设备在其中心的区段中具有至少两个在排气道中先后布置的催化器,并且在这个中心的区段之前和/或之后还能够布置另外的净化废气的组件,其中沿着所述废气的流动方向在马达缸体之后并且在所述第一催化器之前布置了λ探针,并且在所述第一催化器和所述另外的催化器之后分别布置了一个另外的废气探针,并且用所述λ探针来实施λ调节以及用于所述第一催化器的氧气或者油气的存储能力的平衡,并且用处于所述另外的催化器之后的、作为两点式λ探针构造的废气探针来对所述另外的催化器实施催化器诊断。
此外,本发明涉及用于一种用于实施所述方法的装置、尤其是马达控制单元。
背景技术
在现今的马达控制系统中,将λ探针用于检测废气中的氧气浓度并且用于对马达进行λ调节。在此使用宽带λ探针和两点式λ探针。
用宽带λ探针能够在较宽的λ范围内持续不断地调节废气λ。通过探针特性曲线的线性化,也能够用成本更为低廉的两点式λ探针来进行持续不断的λ调节,即使是在受限制的λ范围内。
相对于宽带λ探针,两点式λ探针在围绕着λ=1的较窄的范围内由于其阶跃状的探针特性曲线而具有明显更高的精度。对于浓的或者是稀的λ(Lambda)来说,在这个围绕着λ=1的较窄的范围之外,两点式λ探针的精度通常由于公差效应和老化效应而比宽带λ探针更小。
因此,通常在马达控制系统中在下述位置上使用宽带λ探针,在所述位置上应该精确地测量浓的或者稀的λ值,或者在下述位置上使用宽带λ探针,在所述位置上在围绕着λ=1的范围内以受限制的精度进行的测量够用。两点式λ探针在下述位置上使用,在所述位置上在围绕着λ=1的范围内应该以较高的精度来测量废气λ。
对于宽带λ探针来说,典型的应用是在催化器之前进行λ调节并且在对所述催化器进行诊断时对氧气输入和氧气输出进行平衡。两点式λ探针的典型的应用是在催化器之后进行非常精确的λ=1调节并且在对所述催化器进行诊断时对浓的或者稀的废气的穿通(Durchbruch)进行识别。
比如对于所谓的“特超低排放汽车(Super Ultra-Low Emission Vehicle:SULEV)”来说,用于现今严格的排放要求及诊断要求的汽油系统的典型的排气设备包括:宽带λ探针、第一三元催化器、两点式λ探针和未受监控的第二三元催化器。
将来的还更为严格的排放要求及诊断要求(比如大概可能的国6)要求下述排气设备,对于所述排气设备来说,对所述第二三元催化器的功能进行监控并且对其氧气存储能力进行测量。所述第二三元催化器也能够以与颗粒过滤器组合的形式存在或者作为两个构件的组合而存在,所述组合也被称为经过涂覆的颗粒过滤器或者被称为四元催化器。也可以考虑所述第二三元催化器与其它的催化器、像比如NSC-催化器或者SCR-催化器的组合。
在对所述第二催化器的氧气存储能力进行尽可能精确的监控的观点之下,显得有意义的是,在这个第二催化器之前使用宽带λ探针,以用于氧气输入和氧气输出的平衡,并且在这个第二催化器之后使用两点式λ探针,以用于在诊断时对浓的或者稀的废气的穿通进行识别。
因此,当前谈及具有以下构造的排气设备(沿着废气的流动方向在排气道中布置在马达缸体之后):
·第一宽带λ探针
·第一催化器(作为三元催化器构造)
·第二宽带探针
·第二催化器(或者说经过涂覆的颗粒过滤器)
·两点式λ探针,
其中所述第一宽带λ探针用于进行λ调节,并且用于为所述第一催化器的诊断而进行平衡。所述第二宽带λ探针用于进行导向调节(Führungsregelung),并且在对所述第一催化器进行诊断时用于进行穿通识别,并且用于为所述第二催化器的诊断而进行平衡。不过,所述第二宽带λ探针在这种布置结构中相对于处于这个安装位置上的两点式λ探针而具有功能上的缺点。这些缺点一方面是在围绕着λ=1的范围内所述导向调节的更低的精度,并且另一方面是对所述第一催化器的诊断来说对于λ穿通的识别的不太好的适宜性。
DE 102013226063 A1比如说明了一种这样的布置结构,该布置结构具有两个先后布置的催化器、一个三元前级催化器和一个三元后级催化器。在所述前级催化器之前和之后分别设置了一个λ探针。在所述后级催化器之后设置了第三λ探针。在此,在所述主催化器之前没有设置对于废气组分的确定以对所述主催化器的氧气存储能力或者油气存储能力进行平衡。
发明内容
因此,本发明的任务是提供一种方法,该方法允许:在具有至少两个催化器的废气净化设备中能够取代第二宽带λ探针而将成本更为低廉的两点式λ探针沿着废气的流动方向安装在所述第一催化器之后,以便也能够用这个两点式λ探针对紧接着的催化器的氧气存储能力或者油气存储能力进行足够精确的诊断。此外,应该在围绕着λ=1的范围内实现更为精确的导向调节以及对于所述第一催化器的更为精确的诊断。
此外,本发明的任务是提供一种相应的、用于实施所述方法的装置。
与所述方法相关的任务通过以下方式得到解决:为了导向调节以及用于所述第一催化器的诊断的穿通识别并且为了用于另外的催化器的氧气或者油气的存储能力的平衡,而使用第一两点式λ探针,并且为了这个第一两点式λ探针而运用特定的措施,以用于对公差效应和老化效应进行补偿。由此能够提供一种比较简单的并且成本低廉的废气净化系统。
一种优选的变型方案在此规定,处于废气净化设备的中心的区段的第一催化器之前的λ探针构造为宽带λ探针,并且用该宽带λ探针来实施λ调节以及用于所述第一催化器的氧气或者油气的存储能力的平衡。
通常用于排气处(Abgasbank)的马达控制单元没有提供由此运行第二宽带λ探针的可行方案。而运行一个宽带λ探针和两个两点式λ探针的可行方案通常已经存在,从而没有必要对控制器硬件进行改动。不过,将两点式λ探针用于催化器的氧气输入和氧气输出的平衡这种做法的前提是:在探针电压与废气λ之间存在着明确的关联。这种关联尤其在所述探针的整个使用寿命期间也必须是明确的,因为否则会错误地进行平衡,这可能导致误诊断。这个前提一般来说没有得到满足。因此将特定的措施用于对公差效应和老化效应进行补偿就特别重要。在总体上,由此能够用所述按本发明的方法更好地满足对所述导向调节的以及所述第一催化器的诊断的精度的要求。在此,对于所述第二催化器的诊断的精度足够好,以用于允许可靠地在依然好的催化器与已经有故障的催化器之间进行区分。
自然不言而喻,所述废气净化设备的这个中心的区段能够是更为复杂的废气净化设备的一部分,在所述更为复杂的废气净化设备中能够将另外的净化废气的组件安装在这个中心的区段之前和/或之后。因此比如能够考虑以下布置方式:
·宽带λ探针/第一催化器/宽带λ探针/第二催化器/两点式λ探针/第三催化器/两点式λ探针;或者
·宽带λ探针/第一催化器/两点式λ探针/第二催化器/NOx催化器/两点式λ探针;或者
·宽带λ探针/第一催化器/两点式λ探针/第二催化器/宽带λ探针/第三催化器/两点式λ探针/第四催化器/两点式λ探针。
一种特别优选的方法变型方案规定,为了对公差效应和老化效应进行补偿,在内燃机运行或者停止时,在高的过量空气的情况下通过调准对所述第一两点式λ探针的探针特性曲线的偏差进行适应处理。由此能够成本特别低廉地为了之前所提到的测量任务对两点式λ探针进行调整。
为了提高对于所述氧气存储能力或者油气存储能力的平衡的精度,能够规定,为了对公差效应或者老化效应进行补偿,通过所述第一两点式λ探针的探针特性曲线的λ-一-点(Lambda-Eins-Punkt)的偏移来实施补偿,所述偏移通过所述第二两点式λ探针的导向调节来进行。
如果在内燃机运行或者停止时借助于对于传感器元件温度的主动的测量来运用对于所述探针特性曲线的由温度引起的偏移的校正,那么能够实现对于公差效应和老化效应的扩展的补偿。由此能够对大部分公差效应和老化效应进行校正。对于由温度引起的偏移的校正至少在马达停止时也能够独立于恒定的偏差的补偿和λ-1-偏移的补偿来实现。
能够额外地规定,为了对偏差进行适应处理,在考虑到当前的废气组分和相对于不同的废气成分的不同的横向敏感性的情况下,运用对于所述λ值的计算的校正。
在取决于必需的精度的情况下,也能够规定,组合地运用之前所描述的校正措施。
之前用其方法变型方案所描述的方法也能够扩展到具有大于两个催化器的废气净化系统上。在此,如果对于具有大于两个催化器的废气净化设备来说相应地沿着废气的流动方向直接在该另外的催化器之前使用两点式λ探针,并且按照之前所描述的方法变型方案为这个两点式废气探针运用补偿措施,那么能够成本低廉地对另外的催化器的氧气存储能力或者油气存储能力进行平衡。
所述方法连同其之前所描述的方法变型方案的一种特别优选的使用情况规定用于下述车辆,以用于遵守特别严格的废气准则,所述车辆在废气净化设备中具有至少两个先后布置的催化器,其中催化器与颗粒过滤器组合地构造。
与所述装置相关的任务通过以下方式得到解决:为了导向调节、用于对所述第一催化器进行诊断的穿通识别并且为了用于所述第二催化器的氧气或者油气的存储能力的第二平衡,而在所述第二催化器之前布置了第一两点式λ探针,并且为了实施所述按本发明的方法而设置了马达控制单元,不同的λ探针的信号被接入到所述马达控制单元上,并且所述马达控制单元具有机构、比如存储单元和/或比较单元,所述机构除了催化器诊断之外也能够实施按照之前所描述的方法变型方案的、用于对所述第一两点式λ探针的公差效应和老化效应进行补偿的措施。这些功能的功能性在此能够至少部分地基于软件、比如以控制软件的形式来实现,其中该控制软件能够作为单独的单元或者作为上级的控制单元的一部分来设置。
在一种扩展的、具有三个或者更多个催化器的废气净化设备中,能够规定,能够将另外的两点式λ探针接入给所述马达控制单元,并且这些另外的两点式λ探针沿着废气的流动方向布置在有待平衡的催化器之前。由此能够实现成本低廉地对本身非常复杂的废气净化设备进行监控。
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。附图中:
图1以示意图示出了具有废气净化设备的内燃机,用所述废气净化设备能够运用所述按本发明的方法。
具体实施方式
图1以示意图示出了一种内燃机1,该内燃机包括马达缸体10和排气道20,在该排气道中沿着废气的流动方向在所述马达缸体10之后布置了作为宽带λ探针构造的λ探针30并且在其之后布置了第一催化器40。所述λ探针30能够进行λ调节100并且用于针对所述第一催化器的存储能力的诊断的第一平衡110。
按照本发明,在所述第一催化器40之后布置了第一两点式λ探针50,该第一两点式λ探针用于进行导向调节120并且用于针对所述第一催化器40的催化器诊断的穿通识别。按照本发明,这个第一两点式λ探针50额外地用于紧接着的第二催化器60的存储能力的第二平衡130。在所述第二催化器60之后设置了第二两点式λ探针70,以用于针对所述第二催化器60的催化器诊断140的穿通识别。所述λ探针30、50和70与马达控制单元80相连接,在所述马达控制单元中按照硬件方式或者按照软件方式一方面实施所述λ调节并且另一方面关于对于所述废气净化设备的功能能力的监控实施所述诊断方法。
按照意义,本发明也能够套用到具有大于两个受监控的催化器40、60的废气净化设备上,其中将两点式λ探针用于对沿着废气的流动方向紧接着的催化器的氧气或者油气的存储能力进行平衡。
为了测量催化器40、60的氧气存储能力,首先将氧气完全从该催化器中除去。这通过用具有足够“浓的(fett)”、也就是更低的λ值的混合气的事先条件处理来实现(典型地λ=0.95)。所述浓的事先条件处理在受调节的情况下在处于所述催化器之前的探针的λ信号的基础上进行。随后转换到具有“稀的(mager)” λ值、也就是更高的λ值的混合气上(典型地λ=1.05)。也用处于所述催化器之前的探针来对这个λ值进行调节。
将这个稀的λ值一直保持到处于所述催化器之后的λ探针显示出稀的废气混合气的穿通。在到所述稀的λ值上的转换与所述稀的混合气的穿通之间,输入到所述催化器中的氧气量得到平衡并且相当于所述催化器40、60的氧气存储能力。在这里要提到,这种方法按照意义也能够套用到对于催化器40、60的油气存储能力的确定上。在这里,在用λ>1进行稀的事先条件处理之后,对在具有λ<1的浓阶段期间从所述催化器40、60中输出的氧气量进行平衡。
λ探针而后作为所述催化器40、60之前的探针适合用于在进行浓的事先条件处理时对λ值进行调节,并且适用于对稀的λ值进行调节,并且适用于在测量所述催化器40、60的氧气存储能力时对所输入的氧气量进行平衡110、130,如果所述λ探针在较宽的λ范围内具有足够精确的λ信号(典型地在处于λ=0.95与λ=1.05之间的范围内)。两点式λ探针50、70在没有另外的措施的情况下不满足这个要求。
将在图1中的第一两点式λ探针50用于为所述第二催化器60的诊断进行第二平衡130,这种做法以对于公差效应或者说老化效应的补偿为前提,所述补偿相对于在控制器或者说马达控制单元80中所保存的参考-探针特性曲线导致实际的探针特性曲线的偏移。这个第一两点式λ探针50的λ信号而后才满足所提到的对精度的要求。
由本申请人在文件号DE102012211687A1、DE102012211683A1、DE102013216595A1、DE102014210442A1以及DE102012221549A1之下已经说明了该方法,所述方法允许对导致这样的特性曲线偏移的公差效应和/或老化效应进行补偿。将在那里所描述的方法在本发明的范围内单个地或者在组合中运用到所述第一两点式λ探针50上:
·在马达运行时或者在马达停止时,在高的过量空气的情况下通过调准对所述探针特性曲线的恒定的偏差进行适应处理;
·通过用所述第二两点式λ探针50的导向调节对所述探针特性曲线的λ-一-点的偏移进行补偿;
·在马达运行或者停止时,借助于对于传感器元件温度的主动的测量来对所述探针特性曲线的由温度引起的偏移进行补偿;
·在将探针电压换算为λ值时,对当前的废气组分和所述探针相对于不同的废气成分的不同的横向敏感性加以考虑。
在本发明的一种特别优选的方法变型方案中,仅仅对所述探针特性曲线的恒定的偏差进行适应处理。这能够在高的过量空气的情况下通过调准比较容易地进行,如所述高的过量空气比如在切断供给(Schubabschalten)时所存在的那样,并且在许多情况中已经实现所述λ信号的足够的精度来将其用于对所述氧气输入和氧气输出进行平衡,以用于对所述第二催化器60进行诊断。同时,这种适应处理在对所述第一催化器40进行诊断时改进了穿通识别的精度,并且借助于所述第一两点式λ探针40改进了所述导向调节120的精度。
通过对于所述探针特性曲线的恒定的偏差的适应处理与上面所提到的方法中的一种或者几种的组合,能够进一步改进处于所述第一催化器40之后的第一两点式λ探针50的λ信号的精度,如果向这种λ信号的精度提出还要更高的要求的话。
在进行所述补偿之后,如上面所描述的那样,将所述第一两点式λ探针50的λ信号用于对所述第二催化器60的氧气存储能力进行测量。在上面已经提到的备选的方法变型方案中,将所述λ信号用于测量油气存储能力。对于这两种测量来说,设置了专门为所述催化器诊断而触发的主动的λ调整和/或本来就存在的λ调整的利用。
Claims (11)
1.用于对内燃机(1)的废气净化设备的功能能力进行监控的方法,所述废气净化设备在其中心的区段中具有至少两个在排气道(20)中先后布置的催化器(40、60),并且在这个中心的区段之前和/或之后还能够布置另外的净化废气的组件,其中沿着废气的流动方向在马达缸体(10)之后并且在所述第一催化器(40)之前布置了λ探针(30),并且在所述第一催化器和所述另外的催化器(40、60)之后分别布置了一个另外的废气探针,并且用所述λ探针(30)来实施λ调节(100)以及用于所述第一催化器(40)的氧气或者油气的存储能力的平衡(110),并且用处于所述另外的催化器(60)之后的、作为两点式λ探针(70)构造的废气探针来对所述另外的催化器(60)实施催化器诊断(140),其特征在于,为了导向调节(120)和用于所述第一催化器(40)的诊断的穿通识别并且为了用于所述另外的催化器(60)的氧气或者油气的存储能力的第二平衡(130)而使用第一两点式λ探针(50),并且为了这个第一两点式λ探针而运用特定的措施,以用于对公差效应和老化效应进行补偿。
2.按权利要求1所述的方法,其特征在于,处于所述废气净化设备的中心的区段的第一催化器(40)之前的λ探针(30)构造为宽带λ探针,并且用所述宽带λ探针来实施所述λ调节(100)以及用于所述第一催化器(40)的氧气或者油气的存储能力的平衡(110)。
3.按权利要求1或2所述的方法,其特征在于,为了对公差效应和老化效应进行补偿,在内燃机(1)运行或者停止时,在高的过量空气的情况下通过调准来对所述第一两点式λ探针(50)的探针特性曲线的偏差进行适应处理。
4.按权利要求1到3中任一项所述的方法,其特征在于,为了对公差效应和老化效应进行补偿,通过所述第一两点式λ探针(50)的探针特性曲线的λ-一-点的偏移来实施补偿,所述偏移通过所述第二两点式λ探针(70)的导向调节来进行。
5.按权利要求3或4所述的方法,其特征在于,为了对公差效应和老化效应进行补偿,在内燃机(1)运行或者停止时,借助于对于所述传感器元件温度的主动的测量来运用对于所述探针特性曲线的由温度引起的偏移的校正。
6.按权利要求3所述的方法,其特征在于,为了对当前的废气组分和相对于不同的废气成分的不同的横向敏感性加以考虑,运用对于所述λ值的计算的校正。
7.按权利要求3到6中任一项所述的方法,其特征在于,组合地运用所述校正措施。
8.按权利要求1到7中任一项所述的方法,其特征在于,对于具有大于两个催化器(40、60)的废气净化设备来说,将两点式λ探针用于对沿着废气的流动方向直接布置在之后的另外的催化器的氧气或者油气的存储能力进行进一步的平衡(130),并且为这个两点式废气探针运用按照权利要求3到7所述的补偿措施。
9.将按照权利要求1到8所述的方法用于在废气净化设备中具有至少两个先后布置的催化器的车辆中的应用,其中催化器与颗粒过滤器组合地构造,以用于遵守特别严格的废气准则。
10.用于对内燃机(1)的废气净化设备的功能能力进行监控的装置,所述废气净化设备在其中心的区段中具有至少两个在排气道(20)中先后布置的催化器(40、60),并且在这个中心区段之前和/或之后还能够布置另外的净化废气的组件,其中沿着废气的流动方向在马达缸体(10)之后并且在所述第一催化器(40)之前布置了λ探针(30),并且在所述第一催化器和所述第二催化器(40、60)之后分别布置了一个另外的废气探针,并且用所述λ探针(30)能够实施λ调节(100)以及用于所述第一催化器(40)的氧气或者油气的存储能力的平衡(110),并且用处于所述第二催化器(60)之后的、作为两点式λ探针(70)构造的废气探针能够对所述排气道(20)中的第二催化器或者最后的催化器实施催化器诊断(140),其中将不同的λ探针(30、70)的信号接入给马达控制单元(80),其特征在于,为了导向调节(120)、用于所述第一催化器(40)的诊断的穿通识别并且为了用于所述第二催化器(60)的氧气或者油气的存储能力的第二平衡(130),在所述第二催化器(60)之前布置了第一两点式λ探针(50),所述第一两点式λ探针同样与所述马达控制单元(80)相连接,并且所述马达控制单元(80)具有机构、比如存储单元和/或比较单元,所述机构除了催化器诊断之外也能够实施按方法权利要求2到6所述的、用于对所述第一两点式λ探针(50)的公差效应和老化效应进行补偿的措施。
11.按权利要求10所述的装置,其特征在于,对于具有三个或者更多个催化器的废气净化设备来说,能够将另外的两点式λ探针接入给所述马达控制单元(80),并且这些另外的两点式λ探针沿着废气的流动方向布置在有待平衡的催化器之前。
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