CN110578578A - 使催化转化器升温的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使催化转化器升温的方法。描述了一种用于操作传动系(1)的方法，该传动系包含内燃机(2)、具有至少一个催化转化器(3、4)的排气后处理装置和用于使催化转化器升温的至少一个装置。该方法包含以下步骤：a)确定温度低于限定的温度阈值的催化转化器(4)；b)确定用于使催化转化器(4)升温的多个可能措施，其中每个措施具有最大加热输出；c)检测传动系(1)的当前操作状态的至少一个参数；d)考虑到传动系(1)的当前操作状态的至少一个检测到的参数，确定用于使催化转化器(4)升温的各个可能措施的效率；e)根据确定的效率组织用于使催化转化器(4)升温的可能措施的数量，并限定从具有最高效率的措施开始的顺序；以及f)按限定的顺序实施用于使催化转化器(4)升温的措施直到催化转化器的温度至少达到温度阈值为止，其中在每种情况下当达到措施的最大加热输出时，另外实施下一个措施。

Description

使催化转化器升温的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作传动系的方法，该传动系包含内燃机/内燃机器(internal combustion machine)(例如，内燃发动机)、具有至少一个催化转化器的排气后处理装置和用于使催化转化器升温的至少一个装置。本发明另外涉及一种用于操作传动系的控制装置、一种机动车辆、一种计算机程序产品和一种计算机可读存储介质。
背景技术
在内燃机(特别是内燃发动机)的排气后处理的范围内，通常采用不同的催化转化器。为了操作某些催化转化器，必须使这些催化转化器最初具有一定的起燃温度。另外有利的是，在对于在该催化转化器中发生的化学反应最佳的操作温度下操作相应的催化转化器。使催化转化器升温能够以不同方式实现。催化转化器能够例如通过排气和/或通过在催化转化器中发生放热化学反应和/或通过特殊加热装置和/或通过将燃料后喷射到排气系统中来升温。
文献US 9,708,945 B2公开了例如一种用于加热来自排气后处理系统的排气的方法，其中基于发动机负荷和排气后处理系统的部件的状态来选择加热模式。具体地，使用电加热器。
发明内容
针对所描述的背景技术，本发明的目的是提供一种用于操作传动系的有利方法和适合于其实施例的装置，这优化了使将使用的催化转化器升温的现有可能性。
通过如本专利权利要求1所要求保护的用于操作传动系的方法、如本专利权利要求11所要求保护的控制装置、如本专利权利要求12所要求保护的机动车辆、如本专利权利要求13所要求保护的计算机程序产品以及如本专利权利要求14所要求保护的计算机可读存储介质，解决了该目的。从属权利要求包含本发明的其他有利配置。
根据本发明的用于操作传动系的方法涉及一种传动系，其包含内燃机(例如，内燃发动机)、具有至少一个催化转化器的排气后处理装置和用于使催化转化器升温的至少一个装置。根据本发明的方法包含以下步骤：a)确定温度低于限定的温度阈值的催化转化器，b)确定用于使催化转化器升温的多个可能措施，其中每个措施具有最大加热输出，c)检测传动系的当前操作状态的至少一个参数，d)考虑到传动系的当前操作状态的至少一个检测到的参数，确定用于使催化转化器升温的各个可能措施的效率(特别是加热效率)，e)根据确定的效率组织/管理(organize)用于使催化转化器升温的可能措施的数量，并且限定从具有最高效率的措施开始的顺序，换句话说，确定层次顺序，以及f)按限定的顺序实施用于使催化转化器升温的措施，直到催化转化器的温度至少达到限定的温度阈值为止，其中在每种情况下当达到最大加热输出时，另外实施下一个措施。
限定的温度阈值能够是催化转化器的起燃温度或操作温度。在本发明范围内的效率是指消耗，特别是每温度增加(ΔT)的燃料消耗和/或能量消耗。重点优选在于燃料效率。
根据本发明的方法具有的优点是，整个加热过程的效率提高，并且从而同时减少了这方面的消耗。通过提高效率，另外确保至少一个催化转化器在短时间内升温并因此可用于操作。以此方式，污染物排放也被降低。
在有利的型式中，连续检测传动系的当前操作状态的至少一个参数。在至少一个参数发生限定的变化时或在操作状态发生限定的变化时，该方法在步骤d)处继续。该程序确保在至少一个参数发生限定或确定的变化时或在操作状态发生限定的变化时，考虑到传动系的当前操作状态，针对用于使催化转化器升温的可用措施的效率，所述措施被再次组织并以相应的顺序实施。例如，在负荷增加时，排气温度可能升高，这就是为什么在这种情况下通过排气使催化转化器进一步升温能够证明比使用电加热器更高效。
传动系的当前操作状态的至少一个参数能够包含排气的温度和/或发动机的温度和/或至少一个催化转化器的温度和/或至少一个催化转化器的老化状态和/或至少一个排气排放值(诸如，例如一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)或氮氧化物(NOx)排放值)。除此之外或作为另外一种选择，传动系的当前操作状态的至少一个参数能够包含电池荷电状态和/或内燃机的输出和/或内燃机的负荷和/或内燃机的旋转速度和/或内燃机的扭矩和/或内燃机的节流尺寸(the dimension of the throttling)(特别是燃料供应和/或增压空气供应和/或能源供应的节流尺寸)。除此之外或作为另外一种选择，传动系的当前操作状态的至少一个参数能够包含燃料的后喷射和/或油稀释和/或蒸发器的操作状态和/或可电加热的催化转化器的当前加热输出和/或可电加热的催化转化器的最大加热输出。在确定用于使催化转化器升温的可能措施的效率的范围内考虑所提到的参数中的一个或多个具有以下优点：能够实际地确定(特别是计算或估计)特定现状的相应效率。因此，适合于相应操作情况的程序是可能的。
用于使催化转化器升温的至少一个装置能够包含可电加热的催化转化器和/或放热催化转化器。排气后处理装置能够包含柴油氧化催化转化器(DOC)和/或稀NOx捕集器(LNT)和/或SCR催化转化器(SCR即选择性催化还原)和/或柴油颗粒过滤器(DPF)和/或带SCR涂层的柴油颗粒过滤器(SDPF)。在优选的型式中，至少一个放热催化转化器(例如，柴油氧化催化转化器和/或稀NOx捕集器)布置在另一催化转化器(例如，SCR催化转化器和/或柴油颗粒过滤器)的上游。这种布置的优点尤其在于，由放热催化转化器发出的热量能够用于使布置在下游的另一催化转化器升温。
用于升温的措施具体能够是操作可电加热的催化转化器和/或增加内燃机的负荷和/或增加后喷射的燃料的量和/或操作蒸发器。
传动系能够被配置为例如混合动力传动系，特别是全混合动力传动系或部分混合动力传动系。混合传动能够被配置为串联混合传动或并联混合传动或动力分配混合传动。在并联混合动力传动系的情况下，电机(特别是电动马达)能够布置在传动系的不同位置中，特别是在位置P1、P2、P3或P4中。P1混合动力传动系的特征在于电机，该电机直接附接到内燃发动机并且以固定方式连接到曲轴。在P2布置的情况下，电机位于变速器输入端处，其中在内燃发动机和电机之间布置有离合器。在P3布置的情况下，电机布置在变速器输出端上，并且在P4布置的情况下，内燃发动机和电机作用在不同的轴线上。
在另一种型式中，关于排气流动，涡轮能够布置在内燃机的下游。这能够是电动涡轮或增压器(例如，涡轮增压器)。具体地，增压器能够包含涡轮。通过操作涡轮，排气温度例如能够被至少部分地控制，特别是闭环控制。
根据本发明的用于操作传动系的控制装置被设计为实施根据本发明的先前描述的方法，该传动系包含内燃机(特别是内燃发动机)、具有至少一个催化转化器的排气后处理装置和用于使催化转化器升温的至少一个装置。根据本发明的控制装置具有结合根据本发明的方法已经提到的特征和优点。
根据本发明的机动车辆包含传动系。传动系包含内燃机(特别是内燃发动机)、具有至少一个催化转化器的排气后处理装置和用于使催化转化器升温的至少一个装置。根据本发明的机动车辆包含根据本发明的控制装置。因此，它被设计用于实施上面描述的根据本发明的方法。
传动系例如能够是混合动力传动系，尤其是全混合动力传动系或部分混合动力传动系。混合动力传动系能够是串联、并联或动力分配设计。在并联混合动力传动系的情况下，电机(特别是电动马达)能够布置在上面已经提到的位置P1、P2、P3或P4中。也能够存在多个电动马达。
根据本发明的计算机程序产品包含命令，当程序由计算机执行时，所述命令提示计算机实施上面描述的根据本发明的方法。计算机可读存储介质包含命令，所述命令当由计算机执行时提示计算机实施上面描述的根据本发明的方法。
根据本发明的机动车辆、计算机程序产品和计算机可读存储介质具有上面已经提到的优点。本发明总体上具有的优点在于高效地采用现有的用于使催化转化器升温的措施。本发明显著改善了一个催化转化器或若干催化转化器的升温效率。
附图说明
在下文中，参考附图通过示例性实施例更详细地解释本发明。尽管通过优选的示例性实施例更详细地说明和详细描述了本发明，但是本发明不受所公开的实施例的限制，并且本领域技术人员能够从中得出其它型式而不脱离本发明的保护范围。
图1示意性地示出了传动系。
图2-图4示意性地示出了不同的传动系型式。
图5以流程图的形式示意性地示出了根据本发明的方法的一种型式。
图6通过框图示意性地示出了根据本发明的方法的步骤e)或图5的步骤15中的根据本发明的程序。
图7示意性地示出了要实施的措施的示例性顺序。
图8示意性地示出了根据本发明的机动车辆。
具体实施方式
图1示意性地示出了传动系。传动系1包含内燃发动机2、相对于排气的流动方向布置在其下游的放热催化转化器3和布置在放热催化转化器3下游的另一催化转化器4。放热催化转化器3能够例如为柴油氧化催化转化器和/或稀NOx捕集器。该另一催化转化器4能够例如为SCR催化转化器和/或带SCR涂层的柴油颗粒过滤器。
在图2、图3和图4中示例性地示出了在排气后处理装置范围内的催化转化器的具体布置的示例。在图2至图4中，涡轮5在每种情况下被布置在内燃发动机2的下游。涡轮5能够是增压器(例如，涡轮增压器)的一部分。在图2中，柴油氧化催化转化器6布置在涡轮的下游，以及带SCR涂层的柴油颗粒过滤器7在其下游。在图3中，稀NOx捕集器8和柴油颗粒过滤器9分别布置在涡轮5的下游和稀NOx捕集器8的下游。在图4所示的型式中，稀NOx捕集器8布置在涡轮5的下游，带SCR涂层的柴油颗粒过滤器7在稀NOx捕集器8的下游，以及SCR催化转化器10在柴油颗粒过滤器7的下游。
为了操作SCR催化转化器或带SCR涂层的柴油颗粒过滤器，要求这些催化转化器具有一定的最低温度，例如一定的起燃温度或一定的操作温度。因此，在内燃发动机2起动之后，通常首先需要使催化转化器4升温。
图5以流程图的形式示意性地示出了根据本发明的方法的一种型式。在第一步骤11中，确定温度T低于限定的温度阈值Tmin的催化转化器。在该范围内，尤其能够确定催化转化器的温度T是否低于催化转化器的限定的起燃温度或限定的操作温度(T<Tmin？)。如果催化转化器的温度低于限定的温度阈值，则在下一步骤12中确定用于使催化转化器升温的可能措施。在这种情况下，每种措施具有最大加热输出。在另一步骤13中，检测传动系的当前操作状态的至少一个参数。步骤12和13也能够以相反的次序进行。
在步骤12和13之后的另一步骤14中，考虑到传动系的当前操作状态的至少一个参数，确定效率(即每温度增加的消耗)、用于使催化转化器升温的各个可能的措施。在此之后，根据所确定的效率，在步骤15中组织用于使催化转化器升温的可能措施的数量，并且确定从具有最高效率的措施开始的顺序。因此，措施按层次次序或顺序组织。
在此之后，首先在步骤16中实施具有最高效率的措施。当达到所实施的措施的最大加热输出时，另外实施根据限定的顺序为下一个的措施。在步骤17中，检查催化转化器的温度是否低于限定的温度阈值(T<Tmin？)。如果是这种情况，该方法能够继续进行步骤16，或者它能够跳回到步骤12或13中的一个，并且在该过程中再次检测可用的措施和/或当前的操作状态，并且在此之后，更新可用措施的效率及其顺序。当在步骤17中催化转化器的温度等于或高于操作温度(T≥Tmin)时，该方法在步骤18终止。
待升温的催化转化器能够是例如图1中所示的另一催化转化器4或图2和图4中所示的带SCR涂层的柴油颗粒过滤器7和/或图3中所示的柴油颗粒过滤器9和/或图4中所示的SCR催化转化器10。
在下文中，描述了各个示例性场景。在第一应用示例中，步骤11中的温度T能够低于催化转化器的操作温度Tmin。作为用于使催化转化器升温的可能措施，通过可电加热的催化转化器来升温、增加负荷以及将燃料后喷射到排气系统中可以使用。在选择和确定顺序时，可以考虑可电加热的催化转化器使无排放升温变成可能。考虑到效率和当前操作状态，能够实施例如如下措施。首先，催化转化器能够借助于可电加热的催化转化器升温至其最大电输出。在电池荷电状态低的情况下或者在可电加热的催化转化器不能使用足够的热量来升温的情况下，能够发生内燃发动机负荷的增加。通过增加负荷，产生额外的排气热量并且电池能够同时荷电。
在电池荷电状态达到下限的情况下(例如因为可电加热的催化转化器所需的能量大于通过负荷增加所充电的能量)，可电加热的催化转化器的输出或其加热输出能够是通过将燃料后喷射到排气流动通道中所产生的有限的和额外的热量。在电池荷电状态达到上限的情况下(例如因为可电加热的催化转化器所需的能量小于通过负荷增加的荷电输出)，通过负荷增加产生的能量能够是通过后喷射产生的受限制的和额外的热量。
在第二应用实例中，催化转化器温度(例如，放热催化转化器的温度)高于限定的起燃温度，例如高于180℃，并且存在低的油稀释。在本型式中，后喷射燃料和使用可电加热的催化转化器结合负荷增加(如果需要的话)可用作措施，特别是用于进一步使连接在下游的催化转化器(例如，SCR催化转化器)升温。在催化转化器温度高于起燃温度的情况下，后喷射构成了使催化转化器升温的最高效可能性，因为燃料直接燃烧，特别是在需要由此产生的热量的情况下。在这种情况下，首先进行后喷射，并且随后如果需要同时增加负荷，则借助于可电加热的催化转化器进一步使催化转化器升温。这尤其能够如第一实施例型式中所述的那样发生。
在第三示例性实施例中，催化转化器的温度高于起燃温度并且存在高的油稀释。作为升温的措施，可以使用可电加热的催化转化器、负荷增加和后喷射。如果油稀释高，那么如果不存在蒸发器的话，则可电加热的催化转化器的使用构成针对油稀释的最兼容的加热措施。因此，在本型式中，进程如第一示例性实施例中所述。如果存在蒸发器的话，则能够在第二和第三示例中首先蒸发燃料，并且随后能够借助于可电加热的催化转化器进行升温，并且如果需要的话，能够增加负荷。
在存在电动涡轮或电动压缩机的情况下，其效率必须考虑，并且尤其与要产生的热量和与之相关的排放效果有关。因此，实施各种所提到的措施的顺序根据考虑的工况和检测到的当前操作状态而变化。
在图6中，根据本发明的程序在根据本发明的方法的步骤e)或图5的步骤15中通过框图被图示出。在框21中，确定排放值，特别是碳氢化合物和一氧化碳排放值。这里，催化转化器温度和催化转化器老化状态被考虑作为输入22。在框23中，基于当前的油稀释和内燃机的工况(其被考虑作为输入24)，目前确定油稀释，并且特别是在后喷射的情况下，估计它们可能的变化(特别是增加)。在框25中，确定用于升温或用于每个措施的每个装置的燃料效率。作为输入26，特别考虑了电气装置(特别是电池、转化器等)的效率和催化转化器的效率。
在框21、23和25中确定的结果以及包括是否存在蒸发器的输入27被组合在框28中，并且用于评估针对限定的极限值的当前工况。在框28中，特别是实施根据本发明的方法的步骤d)和e)。结果，在框29中输出升温措施的最佳应用顺序。根据本发明的方法能够借助于控制装置30实现，其中在图6中示出了功能的提炼。
图7图示了要执行的措施29的示例性顺序。在所示的示例中，基于催化转化器温度31，在框32中针对目标温度和目标温度的保持来监控温度梯度。
为了升温，在框33中首先使用可电加热的催化转化器。这里，可电加热的催化转化器的最大输出和当前输出被监测为输入变量34。当达到最大输出时，功率需求为输出35，如果需要的话。在这种情况下，在框36处增加内燃机的负荷。这里，将电动马达37的最大和当前输出考虑为输入。如果需要，内燃发动机38的功率需求为输出。如果是这种情况，则该方法转换到框39中的后喷射。这里，后喷射的范围为输出40。
在后喷射39之后的确定顺序中，在框41中发生节流。在这种情况下，借助于节流阀42进行升温的控制。在节流之后的限定顺序中，适应性调整电动涡轮或电动压缩机的旋转速度在框43中发生。这发生直到设定点旋转速度44。
因此，措施33、36、39、41和43按此顺序实施，在每种情况下直到达到由输出35、38、40、42和44表征的极限值或相应的限制。在达到各个措施的相应极限值或限制时，另外实施顺序中的后续措施。因此，在开始时采用最初最高效的措施，并且当达到前者的极限值时加入下一个高效措施并且通过进一步的措施继续升温直到已经达到催化转化器的期望操作温度。
图8示意性地示出了根据本发明的机动车辆50，其能够是例如汽车、多用途车辆或摩托车。机动车辆包含传动系1和控制装置51，控制装置51被设计用于实施根据本发明的方法。控制装置能够是经由提炼在图6中示出的控制装置30。
参考标记的列表
1 传动系
2 内燃发动机
3 放热催化转化器
4 另一催化转化器
5 涡轮
6 柴油氧化催化转化器
7 带SCR涂层的柴油颗粒过滤器
8 稀NOx捕集器
9 柴油颗粒过滤器
10 SCR催化转化器
11 确定温度低于限定的温度阈值的催化转化器
12 确定用于使催化转化器升温的多个可能措施
13 检测传动系的当前操作状态的至少一个参数
14 考虑到传动系的当前操作状态的至少一个检测到的参数，确定用于使催化转化器升温的各个可能措施的效率
15 根据确定的效率组织用于使催化转化器升温的可能措施的数量，并且限定从具有最高效率的措施开始的顺序
16 按限定的顺序实施用于使催化转化器升温的措施，直到催化转化器的温度至少达到温度阈值，其中在每种情况下，当达到措施的最大加热输出时，另外实施下一个措施
17 催化转化器的温度低于限定的温度阈值？
18 结束
21 确定排放值
22 催化转化器温度和催化转化器老化状态
23 油稀释的进展的估计
24 油稀释和内燃机的工况
25 确定每个措施的燃料效率
26 确定电气装置的效率
27 存在蒸发器
28 实施步骤d)和e)
29 输出加热措施的应用顺序
30 控制装置
31 催化转化器温度
32 监测温度梯度
33 借助于可电加热的催化转化器升温
34 监测可电加热的催化转化器的当前输出
35 输出功率需求
36 内燃机的负荷增加
37 电动马达的最大和当前输出
38 输出功率需求
39 后喷射
40 后喷射的输出范围
41 节流
42 借助于节流阀控制升温
43 适应性调整电动涡轮的旋转速度
44 适应性调整直到设定点旋转速度
50 机动车辆
51 控制装置

Claims (14)

1.一种用于操作传动系(1)的方法，所述传动系包含内燃机(2)、具有至少一个催化转化器(3、4)的排气后处理装置和用于使催化转化器升温的至少一个装置，
其中，所述方法包含以下步骤：
a)确定温度低于限定的温度阈值的催化转化器(4)，
b)确定用于使所述催化转化器(4)升温的多个可能措施，其中每个措施具有最大加热输出，
c)检测所述传动系(1)的当前操作状态的至少一个参数，
d)考虑到所述传动系(1)的所述当前操作状态的至少一个检测到的参数，确定用于使所述催化转化器(4)升温的各个可能措施的效率，
e)根据确定的效率组织用于使所述催化转化器(4)升温的可能措施的数量，并且限定从具有最高效率的措施开始的顺序，以及
f)按限定的顺序实施用于使所述催化转化器(4)升温的所述措施，直到所述催化转化器的温度至少达到所述温度阈值为止，其中在每种情况下当达到措施的所述最大加热输出时，另外实施下一个措施。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述限定的温度阈值是所述催化转化器(4)的起燃温度或操作温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中连续检测所述传动系(1)的所述当前操作状态的所述至少一个参数，并且在所述传动系(1)的所述操作状态发生限定的变化时，所述方法在步骤d)处继续。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述传动系(1)的所述当前操作状态的所述至少一个参数包含：排气的温度和/或发动机的温度和/或至少一个催化转化器的温度和/或至少一个催化转化器的老化状态和/或至少一个排气排放值和/或电池荷电状态和/或所述内燃机的输出和/或所述内燃机的负荷和/或所述内燃机的旋转速度和/或所述内燃机的扭矩和/或所述内燃机的节流尺寸和/或燃料的后喷射和/或油稀释和/或蒸发器的操作状态和/或可电加热的催化转化器的当前加热输出和/或可电加热的催化转化器的最大加热输出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中用于使催化转化器升温的所述至少一个装置包含可电加热的催化转化器和/或放热催化转化器(3)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述排气后处理装置包含柴油氧化催化转化器(6)和/或稀NOx捕集器(8)和/或SCR催化转化器(10)和/或柴油颗粒过滤器(9)和/或带SCR涂层的柴油颗粒过滤器(7)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中至少一个放热催化转化器(3)布置在另一催化转化器(4)的上游。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中用于升温的所述措施包含：操作可电加热的催化转化器和/或增加所述内燃机(2)的负荷和/或增加后喷射的燃料的量和/或操作蒸发器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述传动系(1)被配置为混合动力传动系。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中关于排气流动，涡轮(5)布置在所述内燃机(2)的下游。
11.一种用于操作传动系(1)的控制装置(30、51)，所述传动系(1)包含内燃机(2)、具有至少一个催化转化器(3、4)的排气后处理装置和用于使催化转化器升温的至少一个装置，其中所述控制装置(30、51)被设计用于实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
12.一种具有传动系(1)的机动车辆(50)，所述传动系(1)包含内燃机(2)、具有至少一个催化转化器(3、4)的排气后处理装置和用于使催化转化器升温的至少一个装置，其中所述机动车辆(50)包含根据权利要求11所述的控制装置(30、51)。
13.一种计算机程序产品，其包含命令，在程序由计算机执行期间，所述命令提示所述计算机实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
14.一种计算机可读存储介质，其包含命令，所述命令在由计算机执行期间提示所述计算机实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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