CN108798848A - 用于调节催化器的填充水平的方法和控制装置 - Google Patents

用于调节催化器的填充水平的方法和控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及调节催化器（16）的填充水平的方法和控制装置，所述催化器布置在内燃机（10）下游的废气道（15）的废气后处理装置中，所述催化器（16）的废气成分存储器的填充水平在废气成分方面在与所述废气成分的浓度有关的信号的参与下被模型化为输入参量，其中，利用布置在所述催化器（16）上游的废气传感器（14）测量所述浓度，并且将所述废气传感器的相应的、与所述浓度有关的信号供应给用于模型化所述填充水平的模型。通过下述方式实现改良的、用于调节催化器的填充水平的准确度：在所述模型中进行进一步处理之前，检查由所述废气传感器输出的信号是否存在动态失真，并且在存在所述动态失真的情况下，在信号处理（29）中校正所述动态失真。

Description

用于调节催化器的填充水平的方法和控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于调节催化器的填充水平的方法，所述催化器布置在内燃机下游的废气道的废气后处理装置中，在所述方法中，该催化器的废气成分存储器的填充水平在废气成分方面在与所述废气成分的浓度有关的信号的参与下被模型化为输入参量，其中，利用布置在所述催化器上游的废气传感器测量所述浓度，并且将该废气传感器的相应的、与所述浓度有关的信号供应给用于模型化所述填充水平的模型。此外，本发明还涉及一种控制装置，该控制装置设置用于执行所述方法。
背景技术
在不完全燃烧汽油发动机中的空气燃料混合物时，除了氮气（N2）、二氧化碳（CO2）和水（H2O）之外，还排出大量燃烧产物，在这些燃烧产物中碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）在法律上受到限制。根据目前的现有技术，只有利用催化式废气后处理才能够遵守对于机动车适用的废气极限值。通过使用三元催化器能够转化所提到的污染物成分。
在三元催化器中，只有在化学计量运行点（λ=1）附近的窄的λ范围中、即在所谓的“催化器窗口”中才实现对于HC、CO和NOx同时高的转化率。
为了在这个λ范围中运行该催化器，在目前的发动机控制系统中典型地使用λ调节，所述λ调节基于在所述催化器前和后的λ传感器（氧传感器）的信号。对于在所述催化器前的λ的调节，利用所述λ传感器测量在所述催化器前的废气的氧气含量。所述调节根据这个测量值从所述预控制中校正燃料量。为了更准确地调节，附加地利用另外的λ传感器来分析在所述催化器后的废气。这个信号用于引导调节，该引导调节叠加在所述催化器前的λ调节上。通常，跳跃式λ传感器用作在所述催化器后的λ传感器，所述跳跃式λ传感器在λ=1时具有特别陡的特性曲线并且因此能够非常准确地表明λ=1。
在调节设计中，在动态误差方面分析并且必要时校正所述λ传感器。用于诊断λ传感器的动态的方法例如在DE 10 2014 209 392 A1、DE 10 2012 209 195 A1、DE 10 2009045 376 A1和DE 10 2011 081 894 A1中给出。
当前的调节设计具有下述缺点：它们根据在所述催化器后的跳跃式λ传感器的电压才较晚地识别到催化器窗口的离开。
对于基于在所述催化器后的λ传感器的信号调节该三元催化器的替代方案是，调节该催化器的氧气填充水平。因为这个填充水平不能够被测量，因此只能够模型化并且结算该填充水平。对于结算该填充水平而言必要的是，测量在所述催化器前的废气λ。
本发明也基于这样的方法。开头提到的类型的这样的方法由本申请人的在申请日时还未公开的DE 10 2016 222 418已知。这个类型的其它方法由本申请人的同样在申请日时还未公开的DE 10 2016 219 689以及由DE 103 39 063 A1已知。
发明内容
本发明基于下述任务：提供具有改良的准确性的、用于调节催化器的填充水平的方法和控制装置。
这个任务利用权利要求1的特征和具有权利要求10的特征的控制装置得到解决。
对于所述方法而言设置了，在在所述模型中进行进一步处理之前，对于由所述废气传感器输出的信号检查动态失真的存在，并且在存在所述动态失真的情况下，校正所述动态失真。与静态失真相反，在动态失真中产生该信号的与时间有关的误差。通过用于补偿该动态失真的校正实际上改良作为输入到所述模型中的输入参量的该废气成分的浓度的准确性，由此，明显提高根据本发明的、用于调节该填充水平的方法的稳健性和准确性。离开所述催化器窗口的相位更少出现并且在所述催化器后的排放减少。
除了校正该动态失真之外，也能够检查或者必要时补偿静态失真，如例如在申请日时还未公开的DE 10 2016 219 689说明的那样。静态失真能够例如由于老化效应或者公差效应而产生，并且导致实际的传感器特性曲线相对于参考传感器特性曲线的偏移。
在一种优选的实施变型方案中，所述填充水平是氧气填充水平，所述信号是λ信号，并且所述动态失真是该λ信号的非对称的阻滞，其中，所述λ信号对在所述废气中的λ变化的反应在一个方向上——即从浓到稀或者从稀到浓——比在另一个方向上慢。该λ信号的非对称的阻滞能够由该传感器动态的变化而引起。非对称的阻滞能够例如以变大的（过滤器）时间常数、延迟或者时间常数和延迟的组合的形式出现。在出现动态的非对称的阻滞时，当在所述催化器前的λ信号的浓-稀-过渡相对于稀-浓-过渡变慢时（或者反过来），在时间上的平均值处，引入到所述催化器中的浓气（Fettgas）比稀气（Magergas）多（或者反过来），探测到的引入量也比实际存在的多。这导致对该氧气填充水平的、失真的模型化，这在基于该氧气填充水平进行调节时会导致排放增加。通过校正该非对称的阻滞改良该调节的准确性，由此避免排放增加。所述方法能够应用于不同的传感器类型、尤其是宽带λ传感器和跳跃式λ传感器。
有利地，使该λ信号的非对称的阻滞对称，其中，非对称地阻滞的λ信号通过在相反的方向上（在从浓到稀的阻滞的情况下在稀-浓-方向上，反之亦然）的同类型的非对称的阻滞来校正。在这个背景下，“同类型”表示这种类型的校正，即产生分别动态地对称地表现的λ信号。在此，当所述信号在其应该被阻滞的方向上运动时，给未被校正的输出λ信号施加同样大的、优选相同地进行的校正。
在进行对称时的好的准确性能够通过下述方式达到：形成该λ信号的梯度，并且根据该λ信号的梯度来识别下述方向（从浓到稀或者从稀到浓）的存在，在所述方向中所述λ信号应该被阻滞。有利地，在形成梯度之前，这样平整所述λ信号，使得信号干扰对于方向识别的影响被减小。
此外，在进行对称时的好的准确性还能够通过下述方式达到：一旦根据所述梯度识别出所述λ信号升高（当在浓-稀-方向上发生阻滞时）或者下降（当在稀-浓-方向上发生阻滞时），则激活在浓-稀-方向上或者在稀-浓-方向上的阻滞。
通过下述方式能够达到精确的对称：当所述λ信号下降（当在浓-稀-方向上发生阻滞时）或者升高（当在稀-浓-方向上发生阻滞时）时，并且当附加地被校正的λ信号与未被校正的、非对称地阻滞的λ信号相交时，也就是说，被校正的信号曲线在其变化过程上与未被校正的信号曲线相遇时，停用在浓-稀-方向上或者在稀-浓-方向上的阻滞。由于在所述信号相交时才进行停用，能够避免在该被校正的λ信号的变化过程中的跳跃。
优选地，在所述模型内借助于输入排放模型将被校正的信号换算为用于后续的催化器模型的输入参量，例如换算为在所述催化器前的氧气（O2）和/或CO的浓度。
在一种优选的实施变型方案中，在所述催化器模型中，结算该催化器的废气成分的引入和排出，并且由此确定所述填充水平，其中，能够直接运用通过所述输入排放模型计算的参量和/或所述λ信号。在此，有利的是，借助于位于所述催化器后的传感器校准所述催化器模型。例如，在所述催化器后的跳跃式λ传感器明确地表明，所述催化器何时完全填充以氧气或者将氧气完全排空。这能够被利用用于在稀相或者浓相之后使被模型化的氧气填充水平与实际的氧气填充水平一致并且必要时适配所述催化器模型。以这种方式能够提高该催化器模型的可靠性并且由此提高该填充水平调节的可靠性。
在该方法的一种优选的实施变型方案中，形成λ额定值，其中，通过与所述第一催化器模型相逆的第二催化器模型将预先确定的额定填充水平换算为基础λ额定值，其中，确定该填充水平与所述预先确定的额定填充水平的偏差，并且通过填充水平调节处理成λ-额定值-校正值；形成所述基础λ额定值与所述λ-额定值-校正值的和，并且将所述和用于形成校正值，利用所述校正值影响至该内燃机的至少一个燃烧室的燃料计量。在一种优选的构型方案中，如此形成的和用作常规的λ调节的λ额定值，如例如在申请人的DE 10 2016 222418中所说明的那样。
附图说明
下面根据实施例参照附图详细阐述本发明。分别示意性示出：
图1 其中能够应用根据本发明的方法的技术环境，
图2 根据本发明的方法的调节的流程图和
图3 λ信号的非对称的阻滞和其校正的图表。
具体实施方式
图1示意性地示出其中能够应用根据本发明的方法的技术环境。经由空气供给部11给实施为汽油发动机的内燃机10供应燃烧空气。在此，该燃烧空气的空气质量能够借助于在所述空气供给部11中的空气质量测量计12来确定。所供应的空气质量用于确定在待预控制的空气量λ的情况下待计量的燃料量。该内燃机10的废气经由废气道15导出，在所述废气道中布置有具有催化器的废气后处理装置。所述催化器在这里对应于三元催化器16，该三元催化器已知地在三个反应路径上转化三种废气组分NOx、HC和CO并且具有存储氧气的效果。此外，在该三元催化器16上游的废气道15中布置有能够实施为宽带或者跳跃式传感器的第一λ传感器14，在下游布置有第二λ传感器17、例如跳跃式传感器，所述传感器的信号被供应给控制装置20。此外，空气质量测量计12的信号也供应给所述控制装置20。基于所确定的空气质量和所述λ传感器14、17的信号，在所述控制装置20中确定燃料质量，该燃料质量经由燃料计量件13被供应给所述内燃机10。为此，所述控制装置20包含预控制和用于基于所述λ传感器14、17的信号调节空气燃料混合物的组成的调节设备。此外，所述控制装置20设置用于对应于根据本发明的方法（参见图2）来基于模型地调节该三元催化器16的氧气填充水平。
图2示例性地示出根据本发明的调节的示意图。已经在图1中使用的附图标记在此对应于相同的或者至少在其功能方面类似的元件。在该控制设备20内，对于该第一λ传感器14的输出信号（即未被校正的信号）检查动态失真的存在、尤其是非对称的阻滞，并且在存在所述动态失真的情况下，在信号处理29中校正所述动态失真。
所述非对称的阻滞和其校正在图3中（简化在矩形的λ变化过程中）示意性地示出，示例性地针对在浓-稀-方向上的非对称的延迟。在此，绘制了在时间31内的空气量λ35。实线的曲线变化过程32对应于在所述三元催化器16前的实际的λ变化过程，时间上的平均值是λ=1。点状的曲线变化过程33对应于非对称地阻滞的输出信号，所述时间上的平均值是λ>1。虚线的曲线变化过程34对应于在所述校正后被校正的、在这里对称的λ信号。所述时间上的平均值是λ=1。因此，对称的λ信号示出与实际的空气值λ相同的时间上的平均值。由此得到氧气引入和排出的改良的结算，并且从而得到对该三元催化器16的氧气填充水平的改良的和更稳健的调节。
附加地，在所述信号处理29中能够在该传感器特性曲线的恒定的偏移方面校正所述λ信号，所述偏移能够例如基于该λ=1点的由于老化或者温度引起的偏移而产生。这个校正有利地允许利用在该三元催化器16上游的（成本更有利的）跳跃式λ传感器，而非宽带传感器。最后，还能够考虑当前的废气组成和该废气传感器相对于不同的废气成分的横向敏感性。所述被校正的λ信号被供应给λ调节24，所述λ调节调节该空气燃料混合物的组成，该空气燃料混合物被供应给所述内燃机10。在引导调节21中，能够评估该第二λ传感器17的输出信号，以便如此校正所述λ调节24，使得在所述平均值中遵守λ=1的所期望的λ值。
在所述校正后，在填充水平调节30中在所述控制装置20内进一步处理所述λ信号。所述填充水平调节30调节该三元催化器16的氧气填充水平。为此，在校正后，该信号处理29的输出信号连同该引导调节21的信号一起在差分级28中被供应给输入排放模型27。在那里，被校正的信号被换算为用于后续的催化器模型25的输入参量。例如，有利的是，将λ换算为在该三元催化器16上游的O2、CO、H2和HC的浓度。通过所述输入排放模型27计算的参量和必要时附加的输入参量被供应给所述催化器模型25。在所述催化器模型25中，该三元催化器16的填充水平被模型化。尤其是，为此设置有该氧气引入和排出的结算。在此有利的是，在所述模型化时考虑通过所述输入排放模型27计算的废气组分的反应动力学，并且将所述三元催化器16划分为多个区域，在所述区域中分别模型化所述填充水平，以便能够更现实地描摹填充和排空过程。对于调节该催化器填充水平而言有利的是，使各个区域的填充水平标准化。所述各个区域的填充水平——必要时在加权后——被换算为该三元催化器16的平均填充水平。利用所述加权能够考虑，对于在所述三元催化器16后的瞬时废气组成而言关键的是，在比较小的范围中、例如在该三元催化器16的出口处的填充水平。该三元催化器16的平均填充水平被所述填充水平调节30调节到这样的额定值，使得在该三元催化器16的出口处稀和浓之后的断裂的可能性被最小化。由此最小化所述排放。
如有需要，能够借助于布置在该三元催化器16下游的第二λ传感器17经由校准26来校准所述催化器模型25。该第二λ传感器17的输出信号表明，所述三元催化器16何时完全填充以氧气或者将氧气完全排空。这能够用于在稀相或者浓相之后使被模型化的氧气填充水平与实际的氧气填充水平一致，并且在需要时适配所述催化器模型25。由此能够提高该催化器模型25的可靠性。
该三元催化器16的填充水平被所述催化器模型25传递给填充水平调节22。这个填充水平调节经由求和级23连同该引导调节21的输出信号一起适配于用于所述λ调节24的额定值。
附加地，能够存在——这里未示出的——与所述（第一）催化器模型25相逆的第二催化器模型，该第二催化器模型通过数学变形由该第一催化器模型的算法得出，如在本申请人的DE 10 2016 222 418中所说明的那样。这个第二催化器模型能够用于计算基础λ额定值。为此，填充水平额定值（对应于所述额定填充水平）作为输入参量例如从该控制装置20的存储器中供应给所述相逆的第二催化器模型。所述填充水平额定值能够可选地被过滤，以便只允许该相逆的第二催化器模型的输入参量的这样的变化，调节路径总体能够跟随所述变化。有利地，与计算该基础λ额定值平行地，在联结（Verknüpfung）中形成填充水平调节偏差，作为利用所述第一催化器模型25模型化的填充水平与所述填充水平额定值的偏差。这个填充水平调节偏差被供应给（在这里未示出的）填充水平调节算法，该填充水平调节算法由此形成λ-额定值-校正值。这个λ-额定值-校正值被加到由所述相逆的催化器模型计算的基础λ额定值上。
在一种优选的构型方案中，如此形成的和用作常规的λ调节的λ额定值。以这种方式，对该三元催化器16的氧气填充水平的调节被叠加到所述常规的λ调节上。与基于布置在所述三元催化器16后的第二λ传感器17的信号对该第一催化器模型25的适配类似地，能够适配在一定程度上用作该填充水平调节的预控制的、该基础λ额定值的形成。
在这里说明的例子总体形成特别稳健的方法，所述方法尤其也通过所述检查并且，在存在动态失真的情况下，通过在所述信号处理29中进行的、对该第一λ传感器14的输出信号的校正而相对于已知的方法得到了改良。

Claims (10)

1.用于调节催化器（16）的填充水平的方法，所述催化器布置在内燃机（10）下游的废气道（15）的废气后处理装置中，在所述方法中，所述催化器（16）的废气成分存储器的填充水平在废气成分方面在与所述废气成分的浓度有关的信号的参与下被模型化为输入参量，其中，利用布置在所述催化器（16）上游的废气传感器（14）测量所述浓度，并且将所述废气传感器的相应的、与所述浓度有关的信号供应给用于模型化所述填充水平的模型，
其特征在于，
在在所述模型中进行进一步处理之前，对于由所述废气传感器输出的信号检查动态失真的存在，并且在存在所述动态失真的情况下，在信号处理（29）中校正所述动态失真。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述填充水平是氧气填充水平，所述信号是λ信号，并且所述动态失真是所述λ信号的非对称的阻滞，其中，所述λ信号对在所述废气中的λ变化的反应在一个向上——即从浓到稀或者从稀到浓——比在另一方向上慢。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
使所述λ信号的非对称的阻滞对称，其中，非对称地阻滞的λ信号通过在相反的方向上的同类型的非对称的阻滞来校正。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
形成所述λ信号的梯度，并且根据所述λ信号的梯度来识别下述方向的存在，在所述方向上所述λ信号应该被阻滞。
5.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
一旦根据所述梯度识别出所述λ信号升高或者下降，则激活在浓-稀-方向上或者在稀-浓-方向上的阻滞。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，
其特征在于，
当所述λ信号下降或者升高时，并且当附加地被校正的λ信号与未被校正的、非对称地阻滞的λ信号相交时，停用在浓-稀-方向上或者在稀-浓-方向上的阻滞。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
在所述模型内借助于输入排放模型（27）将被校正的信号换算为用于后续的催化器模型（25）的输入参量。
8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
在所述催化器模型中，结算所述催化器（16）的废气成分的引入和排出，并且由此确定所述填充水平。
9.根据权利要求7或者8所述的方法，
其特征在于，
形成λ额定值，其中，通过与所述第一催化器模型相逆的第二催化器模型将预先确定的额定填充水平换算为基础λ额定值，其中，确定所述填充水平与所述预先确定的额定填充水平的偏差，并且通过填充水平调节处理成λ-额定值-校正值；形成所述基础λ额定值与所述λ-额定值-校正值的和，并且将所述和用于形成校正值，利用所述校正值 影响给所述内燃机的至少一个燃烧室的燃料计量。
10.控制装置（20），其设置用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。
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