CN110022966A - 用于对内燃机的废气系统执行诊断的方法和控制器 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于运行能够用汽油燃料来运行的内燃机（10）的方法。所述方法的突出之处在于，为了检查由所述内燃机（10）的废气（28）贯穿流过的四元催化器（26）的功能能力而获取所述四元催化器（26）的氧气存储器容量并且根据所获取的氧气存储器容量来评估所述功能能力，并且其中获取所述四元催化器（26）的炭黑的负荷（B）并且将炭黑负荷（B）与负荷阈值（BSW）进行比较，或者其中获取所述四元催化器（26）的温度（T）并且将其与温度阈值（TSW）进行比较，并且其中只有在所述炭黑负荷（B）小于所述负荷阈值（BSW）并且/或者所述温度（T）小于所述温度阈值（TSW）时才释放对于所述氧气存储器容量的获取。

Description

用于对内燃机的废气系统执行诊断的方法和控制器

技术领域

本发明涉及一种用于对内燃机的废气系统执行诊断的方法和一种被设置用于执行这样的方法的控制器。这样的方法和这样的控制器例如由本申请人的DE 10 2013 201228 A1已知。

背景技术

由于对机动车的所谓的尾管排放的要求越来越严格，对于能够用汽油燃料来运行的发动机来说也应该预料引入用于进行废气净化的颗粒过滤器。汽油燃料在此应理解为例如汽油、LPG、CNG、乙醇及其混合物。先前已经使用的三元催化器在此优选被集成在颗粒过滤器中，其方法是，比如用催化器材料来涂覆所述颗粒过滤器的过滤器结构。

在颗粒过滤器和三元催化器的这样的集成中，必须如现在对于单独的与废气相关的构件来说也常见的那样用车载诊断系统来检查不同组件的功能能力。单独的三元催化器通过对于其氧气存储器容量的确定来检查。仍然良好的三元催化器拥有比由于老化过程而已经变差的三元催化器更高的氧气存储器容量。用于确定氧气存储器容量的方法例如由开头所提到的DE 10 2013 201 228 A1已知。

在用于确定四元催化器的氧气存储器容量的实验中已经表明，广泛使用的车载诊断方法部分地导致过高的用于氧气存储器容量的数值。在已知的方法中，内燃机首先用富油的（fett）混合物来运行，以用于完全耗尽在催化器中所存储的氧气。这个方法部分也称为清除。接着用贫油的（mager）混合物来运行，其中催化器的存储器空间完全充满氧气，这也称为填充。

本发明与已知方法的不同之处在于权利要求1的表征性特征并且与已知的控制器的不同之处在于独立的装置权利要求的表征性特征。

发明内容

这些特征规定，为了检查由所述内燃机的废气贯穿流过的四元催化器的功能能力而获取所述四元催化器的氧气存储器容量并且根据所获取的氧气存储器容量来评估所述功能能力，并且其中获取所述四元催化器的炭黑的负荷并且将炭黑负荷与负荷阈值进行比较，或者其中获取所述四元催化器的温度并且将其与温度阈值进行比较，并且其中只有在所述炭黑负荷小于所述负荷阈值并且/或者所述温度小于所述温度阈值时才释放对于所述氧气存储器容量的获取。根据本发明的控制器被设置用于控制这种方法的流程并且用其来执行所述方法。

这种技术理论基于以下认识：即，高的炭黑负荷结合高的废气温度以及废气中的在确定氧气存储器容量时所存在的过量氧气可能导致炭黑负荷的点燃和燃烧。在炭黑燃烧时氧气的消耗导致布置在四元催化器下游的废气探针推迟地对四元催化器入口处的空气过量的调节作出反应。在通常相同的条件下，如果炭黑燃烧就进行反应，这迟于在没有炭黑燃烧时。这可能导致有缺陷的、还仅仅拥有不足的氧气存储器容量的四元催化器没有被车载诊断所识别，从而没有满足法律要求。

通过本发明，炭黑的点燃和燃烧要么得到避免要么在其程度上被限制到下述数值，所述数值仅仅很少地影响到对于氧气存储器容量的确定。由此，能够足够精确地确定四元催化器的氧气存储器容量。

一种优选的设计方案的突出之处在于，内燃机首先在预处理阶段中用小于1的空气系数来运行，使得其氧气存储器被清空并且内燃机随后在填充阶段中用大于1空气系数来运行，从而催化器充满氧气并且由在填充阶段中流入到四元催化器中的氧气量来确定氧气存储器容量。已知空气系数是用来运行内燃机的燃料/空气比的尺度。根据化学计量的燃料/空气比（空气系数λ=1）的测量，小于1的空气系数与燃料过量相关，并且大于1的空气系数与空气过量相关并且由此也与氧气过量相关。

通过所述预处理来产生能再现的测试条件，以便随后的填充阶段引起可靠的结果。

也优选的是，内燃机首先在预处理阶段中运行，直到紧挨着布置在四元催化器的下游的并且暴露于废气中的后部的废气探针探测到氧气不足，并且随后的填充阶段一直持续到布置在四元催化器下游的后部的废气探针探测到氧气过量，并且在使用布置在四元催化器上游的并且暴露于废气中的前部的废气探针的信号的情况下确定在填充阶段期间流入到四元催化器中的氧气。

也优选的是，如此长时间地维持用小于1的空气系数进行的运行，直到所累加的到四元催化器中的氧气不足输入超过预先确定的阈值。

此外优选的是，将所获取的氧气存储器容量与存储器容量阈值进行比较，并且如果所获取的氧气存储器容量大于存储器容量阈值，则将四元催化器评估为良好。

另一种优选的设计方案的突出之处在于，获取对于氧气存储器容量进行获取的频次并且将其与频次阈值进行比较，并且如果所获取的频次小于频次阈值，那就在再生阶段中暂时尽可能地用大于1的空气系数并且用下述废气温度来运行内燃机，在所述废气温度下四元催化器中所存储的炭黑燃烧。

也优选的是，所述频次通过由作为分子的、氧气存储器容量的在大量行驶周期的范围内所计数的获取次数与作为分母的、行驶周期的数目构成的商数来获取。

也优选的是，内燃机在再生阶段中以相比于最佳效率更低的效率来运行。由此，废气温度升高，这于是有利于炭黑的随后所期望的燃烧。

此外优选的是，通过内燃机的燃烧室填充物的延迟点火来产生所述更低的效率。

另一种优选的设计方案的突出之处在于，对于混合动力车辆的内燃机来说，其动力传动系除了内燃机之外也具有电机，在再生阶段中如此控制所述电机，使得其部分地或单独地施加当前所需要的驱动转矩。然后，内燃机能够在对于再生来说最佳的运行状态中运行，在所述运行状态中该内燃机以差的效率比如产生大的废气质量流，在所述废气质量流中存在氧气过量和高温，而内燃机的而后仅仅还很小的转矩不会引起行驶特征的对驾驶员来说能感觉到的变化。

关于装置方面优选的是，控制器被设置、尤其被编程用于控制所述方法的这些设计方案中的至少一种设计方案的流程并且用其来执行所述方法的相应的设计方案。

另外的优点由从从属权利要求、说明书和附图中得出。

不言而喻，在不离开本发明的范围的情况下，前面所提到的和接下来仍有待解释的特征不仅能够在相应说明的组合中使用，而且能够在其它的组合中或者单独地使用。

附图说明

在附图中示出了本发明的实施例并且在以下说明中对其进行详细阐释。在此，在不同的附图中的相同的附图标记分别表示相同的或至少按照其功能相类似的元件。附图分别以示意性的形式示出：

图1示出了具有四元催化器的内燃机；

图2示出了用于确定四元催化器的氧气存储器容量的、取决于温度和炭黑负荷的释放范围的第一种示例；

图3示出了用于确定四元催化器的氧气存储器容量的、取决于温度和炭黑负荷的释放范围的第二种示例；

图4示出了用于确定四元催化器的氧气存储器容量的、取决于温度和炭黑负荷的释放范围的第三种示例；

图5示出了作为确定四元催化器的氧气存储器容量的释放的第一种实施例的流程图；

图6示出了作为确定四元催化器的氧气存储器容量的释放的第一种实施例的流程图；并且

图7示出了确定对于四元催化器的氧气存储器容量的执行的频次的获取以及在频次太低时可能主动地进行的触发的流程图。

具体实施方式

图1详细地示出了内燃机10，其带有空气输送系统12、废气系统14和控制器16。在所述空气输送系统12中有空气质量测量计18和布置在所述空气质量测量计18的下游的节气门19。通过空气输送系统12流入到内燃机10中的空气在内燃机10的燃烧室20中与汽油燃料混合，汽油燃料通过喷射阀22直接被喷射到燃烧室20中。所产生的燃烧室填充物用点火装置24、例如火花塞来点燃并且燃烧。旋转角传感器25检测内燃机10的轴的旋转角并且由此允许控制器16在轴的预先确定的角度位置中触发点火。从燃烧中产生的废气通过废气系统14来导出。

废气系统14具有四元催化器26。在所示出的示例中，四元催化器26是颗粒过滤器，其拥有由多孔过滤材料构成的内部的蜂窝结构，所述过滤材料被废气28贯穿流过并且挡住包含在废气28中的颗粒。所述过滤材料在所示出的示例中以催化的方式经过涂覆，因而其除了其颗粒过滤作用之外还具有三元催化器的作用。所述三元催化器以已知的方式通过三种反应途径来转化三种废气组成成分：氮氧化物、碳氢化合物和一氧化碳。所述颗粒过滤作用代表着第四种途径，这解释了被称作四元催化器的原因。

所述四元催化器26的来自颗粒的负荷提高了其对于所述废气28的流动阻力并且由此提高了在所述四元催化器26上形成的压力差dp。在所示出的实施例中，所述压力差dp通过压力差传感器29来检测。在四元催化器26的下游，可选地布置有额外的三元催化器30。在四元催化器26的上游，暴露于废气28的前部的废气探针32紧挨着布置在四元催化器26的前面。在四元催化器26的下游，同样暴露于废气的后部的废气探针34紧挨着布置在四元催化器26的后面。前部的废气探针32优选是宽带λ探针（Breitband-Lambdasonde），该宽带λ探针允许在宽的空气系数范围内测量空气系数λ。后部的废气探针34优选是所谓的阶跃式λ探针，用该阶跃式λ探针能够特别精确地测量空气系数λ=1，因为这个废气探针的信号在那里阶跃式地改变。参见博世公司（Bosch）Kraftfahrtechnisches Taschenbuch（汽车技术手册）第23版第524页。

在所示出的实施例中，暴露于废气的温度传感器36以与废气28热接触的方式来布置四元催化器26上，所述温度传感器检测四元催化器26的温度。

作为可选方案，内燃机10在所示出的实施例中与电机38相耦合，所述电机根据通过控制器16进行的操控来提供驱动力矩或承受制动力矩。所述控制器处理空气质量测量计18、旋转角传感器25、压力差传感器29、前部的废气探针32、后部的废气探针34和温度传感器36的信号并且由此形成操控信号，以用于调节节气门18的角度位置、用于通过点火装置20来触发点火并且用于通过喷射阀22来喷射燃料并且用于控制电机38，如果存在这样的电机的话。作为替代方案或者补充方案，所述控制器16也处理其他的或者另外的传感器的信号，以用于操控所示出的执行机构或者也操控另外的或其他的执行机构。如果控制器16检测到四元催化器26的氧气存储器容量太低时，它就比如接通故障指示灯40。

图2示出了图表，在该图表中关于四元催化器26的用炭黑颗粒负荷的负荷值B的范围用阴影线示出了所述四元催化器26的温度T的数值的释放范围（Freigabebereich）41。温度Tu是对于诊断来说至少必须达到的下极限温度，并且温度阈值TSW是下述温度，在该温度下在四元催化器26中所沉积的炭黑在废气中氧气过量时刚好还没有燃烧。负荷阈值BSW是下述数值，该数值相对于良好的四元催化器26的氧气存储器容量如此之小，使得所属的炭黑负荷的燃烧不会显著地影响氧气存储器容量测量的结果。

图3示出了由温度值Tu和TSW限定的释放范围43，该释放范围仅仅受四元催化器的温度T的限制。这种设计方案基于如下假设：即，在极限温度之下不会发生炭黑的点火并且因此能够在不考虑炭黑负荷的情况下进行释放。

图4示出了仅仅由负荷阈值BSW限定的释放范围45。这种设计方案基于如下假设：即，比负荷阈值BSW小的负荷仅仅在可忽略的程度上歪曲所获取的氧气存储器容量并且由此能够容忍。释放范围41、43和45分别代表着下述范围，在所述范围内在不同实施例中释放对于四元催化器26的氧气存储器容量的测量。

图5示出了作为根据本发明的方法的实施例的流程图，用该流程图例如实现了如在图2中所示出的一样的释放条件。方框42代表着用于控制内燃机10的主程序，在所述主程序中比如如此操控节气门19、点火装置20、喷射阀22和电机38（如果存在的话），从而产生所期望的转矩。从该主程序中以预先确定的方式重复地到达步骤44，在该步骤44中获取四元催化器26的炭黑的负荷B。这例如通过对于由压力差传感器29所提供的压力差信号dp的分析来进行。在步骤46中，将负荷B与已经参考图2和图4得到解释的负荷阈值BSW进行比较。如果负荷B大于阈值BSW，则程序流程返回分支到主程序42中，而没有释放诊断。相反，如果负荷B小于阈值BSW，则在步骤48中获取四元催化器26的温度T，其方法是，例如读入温度传感器36的信号。在步骤50中，检查温度T是否处于已经参考图2和3得到解释的下数值Tu与上数值TSW之间。如果是这种情况，就在步骤52中释放对于四元催化器26的诊断。这意味着，如果没有其他标准、例如最大的转矩的要求禁止（sperren）执行，所述控制器16执行这样的诊断。如果不是这种情况，即温度T小于TU或大于温度阈值TSW，则用主程序42继续发动机控制，而没有释放对于四元催化器26的诊断。因此在该实施例中，仅当四元催化器26的温度处于下数值Tu与温度阈值TSW之间并且负荷小于负荷阈值BSW时才释放诊断。这对应于图2。

图6示出了一种实施例，该实施例对应于由图3和图4所代表的条件的或-联结。从主程序42，以预先确定的方式重复地到达步骤54，在该步骤54中获取四元催化器的负荷B。在步骤56中，将所获取的负荷B与负荷阈值BSW进行比较。如果负荷B小于负荷阈值BSW，则在步骤58中释放对于四元催化器26的诊断。随后用主程序42来继续程序流程，其中，如果不存在其他禁止标准，则执行对于四元催化器26的诊断。而如果步骤56表明，负荷B大于阈值BSW，则在步骤60中获取四元催化器26的温度T，而没有释放负荷。在步骤62中将温度T与温度阈值TSW进行比较。如果温度T大于温度阈值TSW，从而在氧气过量时面临着所沉积的炭黑的点燃，那么程序就在没有释放诊断的情况下返回到主程序52中。而如果步骤62表明，四元催化器的温度T小于温度阈值TSW，则在步骤58中释放诊断。随后继续主程序42，其中，如果没有满足其他禁止标准，则执行对于四元催化器26的诊断。

图7示出了一种设计方案，该设计方案确保以预先确定的最小频次来执行诊断。从主程序42，以预先确定的方式重复地到达步骤61，在该步骤61中检查诊断是否已得到释放。如果是这种情况，则在步骤63中执行对于四元催化器26的诊断。步骤63代表着如下程序模块，用该程序模块来控制四元催化器26的诊断的流程。随后，在步骤64中，在步骤42中继续主程序之前，将表明所执行的诊断的次数的计数器读数x增加1。如果所述诊断表明四元催化器26不再满足要求，则产生并且存储故障信号。在采取了统计上的防护措施（statistische Absicherung）之后，而后比如接通图1中的故障指示灯40。

而如果在步骤61中确定诊断没有得到释放，则在步骤66中获取自预先确定的时刻起、比如自用维修点措施（Werkstattmittel）进行废气研究的时刻起已经进行的行驶周期的数目y。在步骤68中，将自这个时刻起对四元催化器26所执行的车载诊断的数目x除以行驶周期的数目y。结果z=x/y是四元催化器26的车载诊断的频次。在步骤70中，将频次z与频次阈值zsw进行比较。如果频次阈值zsw大于所获取的频次z，也就是对于氧气存储器容量的获取进行得太少，则在步骤72中主动地触发对于四元催化器26的再生的获取。随后，用主程序42继续所述方法。

Claims (12)

1.用于运行能够用汽油燃料来运行的内燃机（10）的方法，其特征在于，为了检查由所述内燃机（10）的废气（28）贯穿流过的四元催化器（26）的功能能力而获取所述四元催化器（26）的氧气存储器容量，并且根据所获取的氧气存储器容量对所述功能能力进行评估，并且其中获取所述四元催化器（26）的炭黑的负荷（B）并且将炭黑负荷（B）与负荷阈值（BSW）进行比较，或者其中获取所述四元催化器（26）的温度（T）并且将其与温度阈值（TSW）进行比较，并且其中只有在所述炭黑负荷（B）小于所述负荷阈值（BSW）并且/或者所述温度（T）小于所述温度阈值（TSW）时，才释放对于所述氧气存储器容量的获取。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机（10）首先在预处理阶段中用小于1的空气系数来运行，从而将其氧气存储器清空，并且随后所述内燃机（10）在填充阶段中用大于1的空气系数来运行，使得所述四元催化器（26）充满氧气，并且由在所述填充阶段中流入到所述四元催化器（26）中的氧气量来确定所述氧气存储器容量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述内燃机（10）首先在预处理阶段中运行，直到紧挨着在所述四元催化器（26）的下游布置的并且暴露于所述废气（28）的后部的废气探针（34）探测到氧气不足，并且随后的填充阶段一直持续到在所述四元催化器（26）的下游布置的后部的废气探针（34）探测到氧气过量，并且在使用在所述四元催化器（26）的上游布置的并且暴露于所述废气（28）的前部的废气探针（32）的信号的情况下确定在所述填充阶段期间流入到所述四元催化器（26）中的氧气。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如此长时间地维持用小于1的空气系数进行的运行，直到所累加的到所述四元催化器中的氧气不足输入超过预先确定的阈值。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所获取的氧气存储器容量与存储器容量阈值进行比较，并且，如果所获取的氧气存储器容量大于所述存储器容量阈值，则将所述四元催化器（26）评估为良好。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，获取对于所述氧气存储器容量进行获取的频次并且将其与频次阈值进行比较，并且，如果所获取的频次小于频次阈值，那就在再生阶段中暂时尽可能地用大于1的空气系数和下述废气温度来运行所述内燃机（10），在所述废气温度下在所述四元催化器（26）中所存储的炭黑燃烧。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述频次通过由作为分子的、氧气存储器容量的在大量行驶周期的范围内所计数的获取次数与作为分母的、行驶周期的数目构成的商数来获取。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述再生阶段中用相比于最佳效率更低的效率来运行所述内燃机（10）。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述更低的效率通过所述内燃机（26）的燃烧室填充物的延迟点火来产生。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其特征在于，对于混合动力车辆的内燃机（10）来说，所述混合动力车辆的动力传动系除了所述内燃机（10）之外也具有电机（38），所述电机（38）在再生阶段中如此受到控制，使得其部分地或单独地施加当前所需要的驱动转矩。

11.控制器（16），该控制器被设置用于运行能够用汽油燃料来运行的内燃机（10），其特征在于，所述控制器（16）被设置用于：为了检查由所述内燃机（10）的废气（28）贯穿流过的四元催化器（26）的功能能力而获取所述四元催化器（26）的氧气存储器容量，并且根据所获取的氧气存储器容量来评估所述功能能力，并且在此获取所述四元催化器（26）的炭黑的负荷（B）并且将炭黑负荷（B）与负荷阈值（BSW）进行比较，或者获取所述四元催化器（26）的温度（T）并且将其与温度阈值（TSW）进行比较，并且，只有在所述炭黑负荷（B）小于所述负荷阈值（BSW）并且/或者所述温度（T）小于所述温度阈值（TSW）时，才释放对于所述氧气存储器容量的获取。

12.根据权利要求11所述的控制器（16），其特征在于，所述控制器被设置用于控制根据权利要求2至8中任一项所述的方法的流程。