CN110036184B - 用于对燃烧马达的排气系统实施诊断的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行能用奥托燃料运行的燃烧马达（10）的方法。所述方法的特征在于，为了检查由所述燃烧马达（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）的储氧能力并且根据所获取的储氧能力对所述功能能力进行评估，其中获取所述四元催化器（26）用炭黑装载的装载水平并且在获取所述储氧能力时对其加以考虑。独立权利要求涉及一种被设立用于实施所述方法的控制器。

Description

用于对燃烧马达的排气系统实施诊断的方法

技术领域

本发明涉及一种用于对燃烧马达的排气系统实施诊断的方法以及一种被设立用于实施这样的诊断的控制器。

背景技术

由于对所谓的机动车尾管排放的要求越来越严格，在奥托-燃料马达中也可以预料到用于进行废气净化的颗粒过滤器的采用。“奥托燃料”在此比如是指汽油、LPG、CNG、乙醇及其混合物。迄今已经使用的三元催化器在此优选被集成到颗粒过滤器中，方法是：比如用催化剂材料来涂覆颗粒过滤器的过滤结构。

对于颗粒过滤器和三元催化器的这样的集成来说，也必须像现在对于单独的与废气相关的构件来说常见的那样用车载诊断系统来检查各种组件的功能能力。通过确定单独的三元催化器的储氧能力这种方式来对其进行检查。依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高的储氧能力。用于确定储氧能力的方法比如由开头所提到的DE 10 2013 201 228 A1已知。

用于确定四元催化器的储氧能力的试验已经表明，得到推广的、所熟知的车载诊断方法部分地得出用于储氧能力的过高的数值。在已知的方法中，燃烧马达首先用浓混合物来运行，以用于完全消耗在催化器中所储存的氧气。这个方法阶段也被称为清除。随后用稀混合物来进行运行，在这种运行中催化器的储存空间完全被氧气占据，这也称为“填充”。

发明内容

本发明与已知的方法的区别在于：为了检查由所述燃烧马达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储氧能力，并且根据所获取的储氧能力对所述功能能力进行评估，其中获取所述四元催化器用炭黑装载的装载水平并且在获取所述储氧能力时对其加以考虑；并且本发明与已知的控制器的区别在于：所述控制器被设立用于：为了检查由燃烧马达的废气贯穿流过的四元催化器的功能能力而获取该四元催化器的储氧能力，并且根据所获取的储氧能力对所述功能能力进行评估，并且在此获取所述四元催化器用炭黑装载的装载水平并且在获取所述储氧能力时对其加以考虑。

这些特征规定，为了检查由燃烧马达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储氧能力，并且根据所获取的储氧能力对所述功能能力进行评估，其中获取所述四元催化器用炭黑装载的装载水平并且在获取所述储氧能力时对其加以考虑。所述按本发明的控制器被设立用于：控制这种方法的流程并且用其来实施所述方法。

这种技术理论基于以下认识，即：高的炭黑装载水平结合高的废气温度以及废气中的、在确定储氧能力时存在的氧气过量可能导致炭黑装载水平的点燃和燃烧。在炭黑燃烧时的氧气消耗导致以下结果，即：布置在四元催化器下游的废气探测器延迟地对四元催化器的入口处的空气过量的出现做出反应。在通常相同的条件下，所述反应在炭黑燃烧时比在炭黑未燃烧时进行得迟。这可能导致以下结果，即：有缺陷的、还仅仅拥有不足的储氧能力的四元催化器未被车载诊断所识别，从而无法满足所述法律要求。

通过本发明，对炭黑的燃烧对所获取的储氧能力的影响进行量化并且在获取储氧能力时将其从全部所获取的氧消耗中减去。由此有效地避免了四元催化器的储氧能力获取结果的歪曲。由此，能够足够精确地确定四元催化器的储氧能力。

一种优选的设计方案的特征在于，首先在条件处理阶段（konditionierungsphase）中以小于1的空气系数来运行燃烧马达，从而将其氧气储存器清空，并且随后在填充阶段中以大于一的空气系数来运行燃烧马达，从而使得催化器充满氧气并且使在四元催化器中所储存的炭黑燃烧，计算用于在填充阶段中使所储存的炭黑燃烧所需要的氧气量，并且从在填充阶段中流入到四元催化器中的氧气量和为了在填充阶段使所储存的炭黑燃烧所需要的氧气量中确定所述储氧能力。

已知空气系数是用于燃料/空气比的量度，用所述燃料/空气比来运行燃烧马达。在根据化学计量的燃料/空气比（空气系数λ=1）测量的情况下，小于1的空气系数与燃料过量相关联，并且大于1的空气系数与空气过量相关联并且因此也与氧气过量相关联。通过所述条件处理来产生能再现的测试条件，使得随后的填充阶段引起可靠的结果。

也优选的是，首先在条件处理阶段中运行燃烧马达，直到紧挨着布置在四元催化器下游的并且暴露于废气中的后废气探测器探测到氧气不足，并且一直维持随后的填充阶段，直到布置在四元催化器下游的后废气探测器探测到氧气过量，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废气探测器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，一直维持用小于1的空气系数进行的运行，直到引入到四元催化器中的所合计的氧气不足超过预定的阈值。

此外，优选的是，将所获取的储氧能力与储存能力阈值进行比较，并且如果所获取的储氧能力大于所述储存能力阈值，则将四元催化器评估为“良好”。

也优选的是，在多个行驶循环范围内对储氧能力的获取和行驶循环进行计数，并且将储氧能力的获取的次数除以行驶循环的数目，并且将所得出的商数与频率阈值进行比较，并且如果所述商数小于所述频率阈值，则在再生阶段中暂时尽可能用大于1的空气系数和下述废气温度来运行燃烧马达，对于所述废气温度来说在四元催化器中所储存的炭黑进行燃烧。

另一种优选的设计方案的特征在于，在再生阶段中用与最佳效率相比较低的效率来运行燃烧马达。由此提高废气温度，这有利于炭黑的随后所期望的燃烧。

关于装置方面，优选的是，所述控制器被设立、特别是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实施所述方法的相应的设计方案。

另外的优点从说明书和附图中得出。

不言而喻，前面所提到的和接下来还要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，而不离开本发明的范围。

附图说明

在附图中示出了并且在下面的描述中详细地阐述了本发明的实施例。在此，在不同的附图中，相同的附图标记分别表示相同的或至少根据其功能相类似的元件。附图分别以示意性的形式示出如下：

图1示出了具有四元催化器的燃烧马达；并且

图2示出了作为按本发明的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

图1详细地示出了燃烧马达10，该燃烧马达具有进气系统12、排气系统14和控制器16。在进气系统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。通过进气系统12流入到燃烧马达10中的空气在燃烧马达10的燃烧室20中与奥托燃料混合，奥托燃料通过喷射阀22直接被喷入到燃烧室20中。所产生的燃烧室填充物用点火装置24、例如火花塞来点火和燃烧。旋转角传感器25检测燃烧马达10的轴的旋转角并且由此允许控制器16在所述轴的预定的角度位置中触发点火。从燃烧中产生的废气通过排气系统14来排出。

排气系统14具有四元催化器26。在所示出的实施例中，四元催化器26是颗粒过滤器，其具有由多孔过滤材料构成的内蜂窝结构，所述过滤材料被废气28贯穿流过并且拦住包含在废气28中的颗粒。所述过滤材料在所示出的实施例中以催化的方式被涂层，使得其附加于其颗粒过滤作用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成分，即氮氧化物、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，这说明了被称为四元催化器的原因。

所述四元催化器26用颗粒装载的装载水平提高了其对于所述废气28的流动阻力并且因此提高了在所述四元催化器26上出现的压力差dp。在所示出的实施例中，压力差dp由压力差传感器29来检测。在四元催化器26的下游可选地布置了额外的三元催化器30。在四元催化器26的上游，暴露于废气中的前废气探测器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，同样暴露于废气中的后废气探测器34紧挨着布置在四元催化器26的后面。前废气探测器32优选是宽带-λ探测器，其允许在宽的空气系数范围内测量空气系数λ。后废气探测器34优选是所谓的阶跃-λ探测器，利用其能够特别精确地测量空气系数λ=1，因为这个废气探测器的信号在那里阶跃式地变化。参见Bosch（博世）Kraftfahrtechnisches Taschenbuch（汽车技术手册）第23版第524页。

在所示出的实施例中，暴露于废气中的温度传感器36布置成与四元催化器26上的废气28处于热接触之中，该温度传感器检测四元催化器26的温度。作为替代方案，用计算模型从燃烧马达的运行参数中计算所述温度。

作为可选方案，燃烧马达10在所示出的实施例中与电机38耦合，该电机根据通过控制器16进行的操控来提供驱动力矩或制动力矩。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、前废气探测器32、后废气探测器34和温度传感器36的信号并且由此形成用于对节气门18的角度位置进行调节的操控信号、用于通过点火装置20触发点火的操控信号、用于通过喷射阀22喷入燃料的操控信号和用于控制电机38的操控信号，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其他的或者另外的执行机构。如果控制器16检测到四元催化器26的储氧能力太低时，它就比如接通故障指示灯40。

图2示出了作为按本发明的方法的实施例的流程图。方框100代表着用于控制燃烧马达10的主程序，在该主程序中例如如此操控节气门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。在主程序没有忙于所提到的功能的时间间隙中实施下面要解释的步骤102至120。首先，以预定的方式从主程序100出发重复地到达步骤102，在该步骤中触发对于四元催化器26的功能能力的检查。为此，首先在步骤102中触发或保持条件处理阶段。在条件处理阶段中，以小于1的空气系数、也就是说氧气不足地运行燃烧马达10。

结果，储存在四元催化器26中的氧气被释放到贯穿流过的废气中，从而将氧气从4元催化器中排空。在步骤104中，例如检查布置在下游的、在条件处理阶段之前已经显示出例如空气系数λ≥1的废气探测器是否显示出空气系数λ<1。只要不是这种情况，那么在这种设计方案中就重复地进行由步骤102和104构成的循环。如果后废气探测器显示出空气系数λ<1，那就离开由步骤102和104构成的循环。

在一种作为替代方案的优选的设计方案中，一直氧气不足地进行运行（步骤102），直到引入到四元催化器中的所合计的氧气不足超过预定的阈值。该阈值至少与刚好足够好的四元催化器的储氧能力一样大。例如，通过对能够从前废气探测器的信号中推导出来的氧浓度与在控制器中已知的废气质量流量的乘积进行积分这种方式来进行合计。废气质量流量从流入到燃烧马达中的空气质量和为此所喷入的燃料质量中产生。在该设计方案中，在步骤104中检查所述积分的数值是否超过阈值。

如果超过所述阈值，则离开由步骤102和104构成的循环。接着是步骤106，在该步骤中获取所述四元催化器的用炭黑装载的第一装载水平B1。步骤106也能够在步骤102之前来实施。例如，通过确定四元催化器26的流动阻力这种方式来获取炭黑装载水平B1。从DE102 48 431 A1中已知，作为用于颗粒过滤器的、用炭黑装载的装载水平B的特征性的参量而使用其流动阻力R。因为通过对于四元催化器上的压力损失dp的检测并且通过废气体积流量来确定所述流动阻力R并且因为在控制器中知道废气体积流量或者能够从所测量的空气质量和所喷入的燃料质量中计算废气体积流量，所以所述控制器16最终也能够获取炭黑装载水平。流动阻力通过以下方式来得出，即：将通过压力差传感器测量的四元催化器26上的压力降dp除以废气体积流量。

通过在控制器16中所保存的特征曲线来为如此获取的流动阻力值R分配装载值B，使得控制器16能够最终从在该控制器中已知的参量中确定装载水平B。作为替代方案，炭黑装载水平从燃烧马达的炭黑-原排放和通过计算模型所获取的燃烧的炭黑量的平衡中获取。

在条件处理阶段中所有氧气已经被从四元催化器中清除并且随着离开由步骤102和104构成的循环的情况而已经结束所述条件处理阶段，在所述条件处理阶段之后是填充阶段，在所述填充阶段中用空气系数λ>1并且因此氧气过量地运行燃烧马达。在步骤106中开始或继续这个填充阶段。在填充阶段期间，连续地将引入到四元催化器中的氧气合计。总氧气引入（Sauerstoffeintrag）作为由在控制器16中已知的废气质量流量和由布置在四元催化器上游的废气探测器所测量的氧浓度构成的乘积的积分而得出。在四元催化器或废气的温度至少在填充阶段开始时已高于炭黑点火温度的前提下，消耗在填充阶段中引入到四元催化器中的氧气的一部分，以用于使炭黑装载水平B燃烧。另一部分则被储存在四元催化器中。在步骤108中，检查四元催化器下游的空气系数λ是否仍然≤1。只要是这种情况，就重复地进行由步骤106和108构成的循环。优选一直保持填充阶段，直到布置在四元催化器下游的废气探测器显示出空气系数从空气系数λ≤1到空气系数λ≥1的变化。然后在四元催化器的后面出现的NOx排放通过布置在四元催化器26下游的三元催化器30来转化。

在图2的实施例中，在这种情况下，步骤108之后紧跟着步骤110，在该步骤中重新获取四元催化器的装载水平B。这优选通过上面所说明的方式方法来进行。所获取的数值是装载水平B2。随后，在步骤112中，形成由在填充阶段之前和之后所获取的装载水平B1和B2构成的差。这个差B1-B2相当于在填充阶段期间所燃烧的炭黑量。作为替代方案，所燃烧的炭黑量通过计算模型来获取。由此，也自动地考虑到四元催化器的温度对所燃烧的炭黑量的影响。如果未达到炭黑点火温度，那么装载水平B1和B2就没有区别或仅仅略有区别。可以通过化学计量计算为通过求差来量化的炭黑量分配对于炭黑量的燃烧来说所需要的氧气量O_炭黑。这在步骤114中进行。

在步骤116中，从全部在填充阶段期间引入到四元催化器中的氧气量O_1中减去为了燃烧炭黑量所消耗的氧气量O_炭黑。结果是实际上在四元催化器中所储存的氧气量O_26。在步骤118中，将这种所储存的氧气量O_26与阈值SW进行比较，所述阈值SW将还是足够大的储氧能力O_26与不再足够大的储氧能力O_26分开。

如果所获取的储氧能力O_26大于阈值，那就同时继续主程序100。而如果所获取的储氧能力O_26不再足够大，则在步骤120中将四元催化器26评估为“不再有功能能力”，并且输出并保存故障信号。利用所述故障信号，必要时在统计保证之后通过储氧能力O_26的重复的获取来接通故障指示灯40。随后，也在这里继续所述主程序100。

Claims (10)

1.用于运行能用奥托燃料运行的燃烧马达（10）的方法，其特征在于，为了检查由所述燃烧马达（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）的储氧能力，并且根据所获取的储氧能力对所述功能能力进行评估，其中获取所述四元催化器（26）用炭黑装载的装载水平并且在获取所述储氧能力时对其加以考虑。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，首先在条件处理阶段中用小于1的空气系数来运行所述燃烧马达（10），从而清空其氧气储存器，并且随后在填充阶段中用大于一的空气系数来运行所述燃烧马达（10），从而使得所述四元催化器（26）充满氧气并且使在所述四元催化器（26）中所储存的炭黑燃烧，计算出为了在填充阶段中使所储存的炭黑燃烧所需要的氧气量，并且从在填充阶段中流入到所述四元催化器（26）中的氧气量和为了在填充阶段中使所储存的炭黑燃烧所需要的氧气量中确定所述储氧能力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，首先在所述条件处理阶段中运行所述燃烧马达（10），直到紧挨着布置在所述四元催化器（26）下游的并且暴露于废气中的后废气探测器（34）探测到氧气不足，并且一直维持随后的填充阶段，直到布置在所述四元催化器下游的后废气探测器（34）探测到氧气过剩，并且在使用布置在所述四元催化器（26）上游的并且暴露于废气（28）中的前废气探测器（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.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，一直维持用小于1的空气系数进行的运行，直到引入到所述四元催化器中的所合计的氧气不足超过预定的阈值。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所获取的储氧能力与储存能力阈值进行比较，并且如果所获取的储氧能力大于储存能力阈值，则将所述四元催化器（26）评估为“良好”。

6.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，在多个行驶循环的范围内对储氧能力的获取以及行驶循环进行计数，并且将储氧能力的获取的次数除以行驶循环的数目，并且将商数与频率阈值进行比较，并且，如果所述商数小于所述频率阈值，则在再生阶段中暂时用大于1的空气系数和下述废气温度来运行所述燃烧马达（10），对于所述废气温度来说在所述四元催化器（26）中所储存的炭黑进行燃烧。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述再生阶段中用与最佳效率相比较低的效率来运行所述燃烧马达。

8.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，通过确定所述四元催化器（26）的流动阻力的方式并且/或者通过炭黑装载模型来确定所述四元催化器（26）用炭黑装载的装载水平。

9.控制器（16），该控制器被设立用于运行能用奥托燃料运行的燃烧马达（10），其特征在于，所述控制器（16）被设立用于：为了检查由燃烧马达（10）的废气贯穿流过的四元催化器（26）的功能能力而获取该四元催化器（26）的储氧能力，并且根据所获取的储氧能力对所述功能能力进行评估，并且在此获取所述四元催化器（26）用炭黑装载的装载水平并且在获取所述储氧能力时对其加以考虑。

10.根据权利要求9所述的控制器（16），其特征在于，所述控制器被设立用于控制根据权利要求2至7中任一项所述的方法的流程。

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