CN107676156A - 催化器加热控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种催化器加热控制方法，其用于控制催化器加热系统的催化器加热时期，在催化器加热系统中，氧传感器各自安装在催化转换器的上游侧和下游侧，所述催化器加热控制方法可以包括：在发动机起动后确定排放气体的温度；根据所确定的排放气体的温度确定催化器的储氧能力；将所确定的储氧能力与参考值进行比较以判断催化器的老化水平；以及根据所判断的催化器的老化水平确定彼此不同的催化器加热时期的时间。

Description

催化器加热控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年8月1日提交的韩国专利申请第10-2016-0097852号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及催化器加热控制方法，更具体地，涉及这样一种催化器加热控制方法，其配置成通过使用氧传感器确定的排放气体的温度判断催化器的老化水平并根据催化器的老化水平确定适当的催化器加热时期的时间，从而提高燃料效率。
背景技术
从发动机排放的排放气体的温度是发动机、催化器等的性能开发中非常重要的因素。
在排放气体的温度过高的情况下，可以引起对发动机的硬件损伤，对催化器的损伤等等。特别地，在安装涡轮增压器的发动机中，需要控制排放气体。此外，在旨在计算排放气体的质量的情况中，需要排放气体的温度。
因此，排放气体的温度(作为根据发动机的硬件保护、催化器的活化等限制发动机性能或限制燃料喷射的主要因素)可以是必须的输入变量，以控制发动机。
同时，在排放气体通过净化装置(如催化转换器等)的同时去除从发动机排放的排放气体的污染物。然后，去除污染物的排放气体可以被排放至空气。
对排放气体进行氧化还原反应的催化器包含在催化转换器中，催化器的温度应为活化温度或更高，从而活化催化器。
此外，进行用于缩短催化器起燃温度(LOT)达到时间的催化器加热控制。
然而，在根据相关技术的催化器加热控制方法中，使用相同的催化器加热时期控制条件，而不管催化器的老化水平。亦即，因为使用新的催化器和老化的催化器，而没有相互区分，不能根据催化器的老化水平进行适当的催化器加热控制。因此，排放气体的净化效率根据催化器的老化水平降低，燃料效率变差。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种催化器加热控制方法，其配置成通过使用氧传感器确定的排放气体的温度判断催化器的老化程度并根据催化器的老化程度确定适当的催化器加热时期的时间，从而提高燃料效率。
根据本发明的示例性实施方案，提供了一种用于控制催化器加热系统的催化器加热时期的催化器加热控制方法。在所述催化器加热系统中，氧传感器各自安装在催化转换器的上游侧和下游侧，所述催化器加热控制方法包括：确定排放气体的温度；根据所确定的排放气体的温度确定催化器的储氧能力；将所确定的储氧能力与参考值进行比较以判断催化器的老化水平；以及根据所判断的催化器的老化水平确定彼此不同的催化器加热时期的时间。
本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将在纳入本文的附图以及随后与附图一起用于解释本发明的某些原理的具体实施方式中显现或更详细地阐明。
附图说明
图1为显示根据本发明的催化器系统的示意图。
图2为显示根据本发明的各个示例性实施方案的催化器加热控制方法的流程图。
图3为显示取决于催化器的老化水平的储氧能力(OSC)的图。
应了解，附图并不必须按比例绘制，其示出了某种程度上经过简化了的本发明的基本原理的各个特征。在此所公开的本发明的特定的设计特征，包括例如特定的尺寸、定向、位置和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境加以确定。
在这些图形中，附图标记在贯穿附图的多幅图形中指代本发明的同样的或等同的部件。
附图中每个元件的附图标记
1：催化器系统
2：排放路径
3：催化转换器
4：氧传感器
5：控制器
10：发动机。
具体实施方式
下面将参考所附附图对本发明的示例性实施方案进行具体描述。作为参考，在用于描述本发明的参考附图中所示的零件的尺寸、线条的粗细等可以为了便于理解而夸张。此外，因为在本发明的说明书中使用的术语考虑本发明的功能而被限定，取决于使用者或操作者、用户等的意图而可以改变这些术语。因此，这些术语应基于本发明的全部内容而限定。
参考图1，催化器系统1可以包括安装在排放路径2中的催化转换器3，并可以包括氧传感器4，每个氧传感器4安装在催化转换器3的上游侧和下游侧。
排放气体温度传感器可以单独地安装在排放路径2中以在催化器系统1上测量排放气体的温度。然而，排放气体温度传感器配置成经受高温排放气体，使其较昂贵。因此，现实中没有安装排放气体温度传感器的情况日益增加。
如上所述，在没有安装排放气体温度传感器的情况下，排放气体的温度可以通过模型确定，所确定的排放气体的温度可以用于控制车辆的发动机并控制催化器加热。
将详细描述通过模型确定排放气体的温度的过程。在车辆的开发步骤中，在实际安装排放气体传感器的情况下，可以对测量取决于发动机每分钟转数(RPM)、负载等的排放气体的温度而获得的数据进行平均以对取决于发动机的RPM、负载等的排放气体的温度的模型值进行建模。然后，在车辆的大规模生产步骤中，将上述数据输入至车辆的电子控制单元(ECU)。因此，根据发动机的RMP、负载等，车辆的ECU可以判断排放气体的温度的模型值。
在上述排放气体的温度的模型值实际应用于车辆的情况中，由于排放气体的路径、管条件、由热传递造成的错误等而使其可能不适于发动机的各种条件(例如，排放气体的温度可能变高的条件)。因此，在安全性方面可以限制性地使用排放气体的温度的模型值，以通过确保排放气体的模型值的裕量而防止对发动机的硬件损伤和对催化器的损伤。
因此，在本发明的示例性实施方案中，排放气体的温度可以使用氧传感器4而非排放气体温度传感器来确定。
氧传感器4可以测量拉姆达(lambda)值，其是具有如下输出特征的气体传感器：传感器的输出信号根据是否存在目标气体而明显改变。加热器嵌入在氧传感器4中，氧传感器4的温度取决于排放气体的温度改变而改变，其中氧传感器4的加热器的电阻值可以改变。
监测氧传感器4的电阻值的控制器5可以连接至氧传感器4。
根据示例性实施方案，控制器5可以为控制发动机10的用于车辆的ECU。在控制器5为上述用于车辆的ECU的情况下，控制器5进行控制从而以预定时间增加发动机10的燃料喷射量，其中可以进行使催化转换器3的催化器的温度迅速达到活化温度的催化器加热控制。
根据另一示例性实施方案，在加热器嵌在催化转换器3中的情况中，控制器5可以配置成控制催化转换器3的加热器以进行催化加热控制，还可以与用于车辆的ECU分开地配置。
氧传感器4应在预定的激活时间(A)内激活以正常地工作。例如，在露点的基础上，激活时间(A)可以为六秒。
可以在约800℃的温度的基础上对氧传感器4进行加热控制，在氧传感器4的温度为800℃的情况中，氧传感器4的电阻值可以为约100Ω。在排放气体的温度低于800℃的情况下，氧传感器4的电阻值可以小于100Ω，在排放气体的温度高于800℃的情况下，氧传感器4的电阻值可以大于100Ω。亦即，氧传感器4的电阻值可以与排放气体的温度成反比例地改变。
控制器5可以识别氧传感器4的电阻值B，并通过氧传感器4的电阻值B识别氧传感器4的温度Ts。
此外，控制器5可以根据氧传感器4的温度Ts通过氧传感器4的热传递关系式等确定排放气体的温度Tg。
同时，举例而言，氧传感器4的热传递关系式可以为如下等式1、等式2、等式3等。
[等式1]
此处，ρs为氧传感器的密度(kg/m3)，Cps为氧传感器的比热(J/kgK)，Vs为氧传感器的体积(m3)，Ts为氧传感器的温度(K)，hs为排放气体和氧传感器之间的传热系数(W/m2K)，As为排放气体和氧传感器之间的热传递面积(m2)，Tg为排放气体的温度(K)，P为输入至氧传感器的功率(W)，Asc为用于热传导的氧传感器的横截面积(m2)，ks为氧传感器的导热率(W/mK)，Ls为氧传感器用于将热传导至排气管道的长度(m)，以及Tw为排气管道的温度(K)。
[等式2]
P＝ηVI
此处，P为输入至氧传感器的功率(W)，η是占空比，I为电流(A)。
当等式2代入等式1时，可以导出如下等式3。
[等式3]
图2显示根据本发明的各个示例性实施方案的催化器加热控制方法。
参考图2，在发动机起动(S1)后，发动机处于驱动状态(S2)。
然后，判断氧传感器4的工作时间是否为激活时间(A)或更大，判断是否激活氧传感器4(S3)。
当氧传感器4的工作时间为激活时间A或更大时，控制器5识别氧传感器4的电阻值B(S4)，并通过氧传感器4的电阻值B确定氧传感器4的温度Ts(S5)。
当氧传感器4的工作时间小于激活时间A时，控制器5可以从取决于发动机的RPM、负载等建模的排放气体的温度的模型值确定排放气体的温度Tg。
然后，控制器5可以根据氧传感器4的温度Ts通过氧传感器4的热传递关系式等确定排放气体的温度Tg(S6)。
然后，判断所确定的排放气体的温度Tg是否高于用于区别储氧能力(OSC)的区别参考温度D(S7)。例如，区别参考温度D可以为650℃。
在排放气体的温度Tg比区别参考温度D更高的情况下，在新的催化器的储氧能力和老化的催化器的储氧能力之间不存在区别。原因在于，在排放气体的温度Tg高于区别参考温度D的情况下，新的催化器的储氧能力和老化的催化器的储氧能力的分布在多个部分(显示出非常规分布趋势)中相互重叠。
因此，当判断排放气体的温度Tg高于区别参考温度D时，确定催化器加热时期的时间为第一预定时间V(S8)。
此处，第一预定时间V可以为老化的催化器的催化器加热时期的时间，从而确保安全性满足排放法规。例如，第一预定时间V可以为50秒。
然后，当排放气体的温度Tg低于区别参考温度D时，根据排放气体的温度Tg确定催化器的储氧能力Z(S9)。
将所确定的储氧能力Z与至少一个拐点值C进行比较，其中判断所确定的储氧能力Z是否大于拐点值C(S10)。
此处，拐点值C表示对应于根据催化器的老化水平而改变的储氧能力Z的陡峭拐点的储氧能力的值。
例如，在拐点值C的数量为1个的情况下，如图3中所示，拐点值C为1500mmg，当储氧能力Z大于拐点值C时，可以判断催化器为新的催化器，当储氧能力Z小于拐点值C时，可以判断催化器为老化的催化器。
如图3中所示，可以理解，对应于新的催化器的区域X中的储氧能力的变化趋势(参见图3的线FC)和对应于老化的催化器的区域Y中的储氧能力的变化趋势(参见图3中线AC)彼此不同。
同时，在图3中，对应于新的催化器的区域X中的储氧能力的变化趋势(参见图3的线FC)通过线FC的线性形式简单地示出，对应于老化的催化器的区域Y中的储氧能力的变化趋势(参见图3的线AC)通过线AC的线性形式简单地示出。然而，除了简单线性形式以外，储氧能力的变化趋势还可以以各种形式出现。
当判断储氧能力Z大于拐点值C时，控制器5判断催化转换器3的催化器为新的催化器(S11)。因此，控制器5配置成确定催化器加热时期的时间为第二预定时间W(S12)。
此处，因为新的催化器的储氧能力较高，新的催化器的温度达到活化温度所需的时间可以较短。因此，第二预定时间W可以设定为比第一预定时间V相对较短。例如，第二预定时间W可以为20秒。
当判断储氧能力Z小于拐点值C时，控制器5判断催化转换器3的催化器为老化的催化器(S13)。因此，控制器5配置成确定催化器加热时期的时间为第三预定时间S(S14)。
此处，因为老化的催化器的储氧能力较低，老化的催化器的温度达到活化温度所需的时间可以较长。因此，第三预定时间S可以设定为比第二预定时间W相对较长。例如，第三预定时间S可以为50秒。此外，第三预定时间S也可以设定为与第一预定时间V相同。
同时，尽管在图3中已经显示出现一个拐点值C的情况，取决于催化器的规格可以出现至少两个拐点值。因此，可以将储氧能力与各个拐点值进行比较以划分取决于累积里程的催化器的老化水平，使得可以根据催化器的老化水平而不同地设定催化器加热时期的时间。
如上所述，根据本发明的示例性实施方案，通过使用氧传感器确定的排放气体的温度判断催化器的老化水平，并根据催化器的老化水平确定适当的催化加热时期，使得可以提高燃料效率。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。它们并不会毫无遗漏，也不会将本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多修改和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其它们的实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同的选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同方案加以限定。

Claims (10)

1.一种催化器加热控制方法，其用于控制催化器加热系统的催化器加热时期，在所述催化器加热系统中，传感器各自安装在催化转换器的上游侧和下游侧，所述催化器加热控制方法包括：
确定排放气体的温度；
根据所确定的排放气体的温度确定催化器的储氧能力；
将所确定的储氧能力与参考值进行比较以判断催化器的老化水平；以及
根据所判断的催化器的老化水平确定彼此不同的催化器加热时期的时间。
2.根据权利要求1所述的催化器加热控制方法，其进一步包括：在确定储氧能力之前，将排放气体的温度与用于区别储氧能力的区别参考温度进行比较，
其中，当排放气体的温度高于区别参考温度时，确定催化器加热时期的时间为第一预定时间。
3.根据权利要求2所述的催化器加热控制方法，其中，当排放气体的温度低于区别参考温度时，确定催化器的储氧能力，
当储氧能力大于拐点值时，判断催化器为新的催化器，确定催化器加热时期的时间为第二预定时间，
所述拐点值为对应于根据催化器的老化水平而改变的储氧能力的陡峭拐点的储氧能力的值。
4.根据权利要求3所述的催化器加热控制方法，其中，第二预定时间比第一预定时间更短。
5.根据权利要求4所述的催化器加热控制方法，其中，当储氧能力小于拐点值时，判断催化器为老化的催化器，确定催化器加热时期的时间为第三预定时间。
6.根据权利要求5所述的催化器加热控制方法，其中第三预定时间比第二预定时间更长。
7.根据权利要求1所述的催化器加热控制方法，其中，在发动机起动后，排放气体的温度通过传感器的温度确定。
8.根据权利要求7所述的催化器加热控制方法，其中，当传感器的工作时间为激活时间或更大时，识别传感器的电阻值，通过氧传感器的电阻值确定氧传感器的温度。
9.根据权利要求8所述的催化器加热控制方法，其中，根据传感器的温度、通过氧传感器的热传递关系式确定排放气体的温度。
10.根据权利要求9所述的催化器加热控制方法，其中，所述传感器为氧传感器。
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