CN110914528B - 用于在扫气时调节探测器的丰度设定值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在扫气时调节所谓上游探测器的丰度设定值(Consrich sond)的方法，该探测器设置在热力发动机的出口处的排气管路中，并且扫气在所述发动机中以新鲜空气来实施并使未燃烧空气进入管路，根据上游探测器处的估计丰度设定值(Consrich sond)在发动机中执行对空气/燃料混合物的丰度调节，该上游探测器处丰度设定值基于发动机处预确定丰度设定值和上游探测器所测定的丰度。在给定时刻估计的上游探测器处的丰度设定值(Consrich sond)通过随该给定时刻的当前的发动机转速(RM)和扫气率(Tb)而变化的校正项(Term)来修改，以给出上游探测器处的修改丰度设定值(Consrich réac)。

Description

用于在扫气时调节探测器的丰度设定值的方法

技术领域

本发明涉及一种通过考虑扫气对探测器丰度设定值的影响而在扫气时调节探测器丰度设定值的方法，有利地，针对涡轮增压发动机，该探测器是设置在发动机或涡轮机的出口处的探测器，例如排气管路中存在的催化器的上游，该上游是根据管路中排气的流动方向来选取的。

优选地，本发明适用于具有汽油燃料控制点火并增压的发动机。汽油名称包括基于汽油、乙醇或液化石油气的混合物。这不是限制性的，并且本发明可适用于任意机动装置。

背景技术

参照图1，示出了涡轮增压的热力发动机1以及发动机出口处的涡轮机2。在排出来自发动机1的气体的排气管路上存在催化器3，该催化器3被上游探测器4a和下游探测器4b围绕。有利地，催化器3是氧化还原催化器。该组合件在现有技术中是已知的。排气管路可以包含一个或多个其他选择性污染消除元件，例如颗粒过滤器、主动或被动氮氧化物捕集器、或者针对柴油发动机的选择性催化还原系统。

发动机的运行由命令控制单元控制，该命令控制单元向每个气缸的入口处传送发动机中的燃料丰度设定值。在发动机中通过新鲜空气来实施扫气时调节探测器的丰度设定值的方法，其中未燃烧空气进入管路，该探测器是所提及的设置在热力发动机出口处的排气管路中的上游探测器。

因此，对发动机中空气/燃料混合物的丰度调节可以根据在上游探测器处估计出的丰度设定值来执行，该上游探测器处的估计丰度设定值是基于发动机处的预确定丰度设定值以及上游传感器测得的丰度。

有利地，比例上游探测器用于测量催化器上游的丰度并将该丰度调节在热力发动机的命令控制单元所确定的设定值附近。在大多数情况下，当发送机处的丰度设定值改变时，更具体地是由命令控制单元确定的在发动机的至少一个气缸处的丰度设定值改变时，该探测器处设定值是通过使用代表系统性能和探测器性能的模型而得出的。

确定探测器处的丰度设定值的主要困难在于，通常存在根据例如排出气体流量的发动机运行条件而可在发动机处丰度设定值与探测器处丰度设定值之间变化的延迟时间、以及可变反应时间。为了补偿延迟时间和反应时间，最常使用内部模型以表示气体从发动机到探测器的传输时间以及探测器的反应时间。这样的模型用于将喷射器处的丰度设定值转换成探测器处的丰度设定值。这将在下文中进行更具体的描述。

再次参照图1，为了更快速地重启动涡轮增压器，其中涡轮机标注为2，发动机的命令控制单元允许在某些阶段进行扫气。这旨在通过热力发动机的气缸气门的打开重叠而允许新鲜空气进入到排气管，而不会被燃烧。在这些阶段中，催化器上游的平均丰度必须有利于减少污染排放。

对催化器上游的丰度的调节将使用由上游探测器给出的丰度测量。基于汽缸燃烧室的丰度设定值或发动机丰度设定值，可以通过具有延迟的一次函数来模拟得出探测器处的丰度设定值。

为了优化催化器的污染物转化效率，可以在丰度调节中限定上游探测器处的丰度设定值改变，该丰度设定值改变称为催化器窗口，其给出围绕上游探测器处估计丰度设定值的设定值变化范围。

通过上游探测器处丰度设定值进行调节存在两个主要问题。第一个问题在于，在扫气激活的阶段，向气缸的每个排气气门输送的氧气可以改变针对催化器上游处相同丰度设定值的催化器性能。如果移动催化器窗口，将不再确保污染物转化的最优化。

第二个问题在于，扫气程度也会影响催化器上游的探测器所测出的丰度测量值。实际上，在发动机台上进行的实验表明，对于大部分扫气率而言，扫气率越高，上游探测器所给出的丰度测量值与发动机台上实验期间由分析装置给出的丰度测量值之间的差异就越大。

文献FR-A-3 026 780公开了一种机动车辆热力发动机，其包括至少一个气缸、排气管路、设置在排气管路上的丰度探测器、丰度设定值确定模块，该模块根据在该至少一个气缸中的丰度设定值来确定探测器处的丰度设定值。确定模块配置成通过使用第一计算规则来确定探测器处的丰度设定值。

调节模块配置成基于表示由探测器所测量的丰度和探测器处的丰度设定值之间的差距的值而根据第一计算规则来确定在至少一个汽缸中待施加的丰度校正，然而，该文献不涉及发动机中的扫气并没有给出有关该主题的任意指导。

发明内容

因此，本发明所要解决的问题是，当在发动机中进行扫气时，修改设置在热力发动机出口的探测器处的丰度设定值，该扫气影响探测器处的丰度设定值并改变该丰度设定值。

本发明所要解决的辅助问题是，以最优的方式调节设置在上游探测器和下游探测器之间的催化器所进行的污染消除，通过与上游探测器处的丰度测量值、以及针对该上游探测器的估计丰度设定值比较，至少上游探测器用于调节发动机中的丰度设定值。

为此目的，根据本发明提供一种在扫气时调节探测器的丰度设定值的方法，该探测器是上游探测器，其设置在热力发动机出口处的排气管路中，并且在发动机中以新鲜空气来进行扫气且该扫气使未燃烧空气进入管路，根据基于发动机处预确定丰度设定值和上游探测器测定丰度的上游探测器处估计丰度设定值，在发动机中执行对空气/燃料混合物的丰度调节，该方法的特征在于，在给定时刻估计的上游探测器处丰度设定值通过至少取决于该给定时刻的当前发动机转速和扫气率的校正项来修改，以给出上游探测器处修改丰度设定值。

技术效益是实现上游探测器估计丰度设定值的改变，以便消除扫气所引起的各种偏差。该解决方案的优点在于，通过校准可适用于所使用的排气管路。

本发明特别适用于所使用的排气管路，并且允许改变丰度调节的成效并因此改变污染消除系统的效率。由于将修改附加到已经存在的控制命令中，因此，这避免生产商的额外费用，该生产商需要在上游丰度探测器的测量采集控制命令中增加类似的校正。

由于扫气的使用变得越来越频繁，所以根据发明的调节方法在将来的建模中持续存在并得到改进。更加严格的丰度调节性能要求也有助于使用根据本发明的调节方法，这将加速根据本发明的调节方法在不同机动装置上的实施。

有利地，校正项是加法项。

有利地，针对扫气范围的主要部分而言，扫气率越高，校正项的绝对值就越大。

有利地，校正项通过根据发动机转速和扫气率的二维图得出。

有利地，基于上游探测器处估计丰度设定值，围绕上游探测器处丰度设定值限定可校准宽度的丰度的窗口，修改丰度窗口重新围绕上游探测器处修改丰度定位。因此，通过考虑扫气率和发动机转速，催化器的窗口的改变允许优化在当前催化器中污染物的转化效率。

有利地，通过考虑到上游探测器的延迟时间、以及具体针对丰度为0.63的上游探测器的反应时间，在发动机处预确定丰度设定值的基础上对上游探测器处丰度设定值进行建模，该上游探测器的延迟时间取决于发动机和上游探测器之间的距离、以及发动机出口处排出气体的当前速度。

有利地，基于发动机丰度的上游探测器丰度设定值被过滤。

本发明涉及一种用于控制污染消除的方法，该污染消除由催化器提供，该催化器位于热力发动机的排气管路中，该排气管路具有位于催化器上游的上游探测器、以及位于催化器下游的下游探测器，该上游探测器测量上游探测器处的燃料丰度，丰度的双调节回路从上游探测器和下游探测器各自测量开始变得有效，该控制方法的特征在于，实施在扫气时调节上游探测器丰度设定值的方法，第一调节回路对上游探测器处修改丰度设定值有效，而第二调节回路在下游探测器所测定的特定电压和对应于上游探测器处修改丰度设定值的设定值特定电压之间有效。

本发明涉及一种动力总成，其包括热力发动机、排气管路和命令控制单元，该排气管路包括至少一个催化器以及上游探测器和下游探测器，该命令控制单元负责热力发动机的运行以及排气管路中的污染消除，该动力总成的特征在于，命令控制单元包括实施这种调节方法的装置或实施这种控制方法的装置。

由本发明提出的解决方案是纯软件的，并且易于安装在发动机的命令控制单元中，并且更特别地，安装在通过上游探测器进行的催化器上游处丰度调节功能中。

有利地，上游探测器是比例氧气探测器，而下游探测器是二元氧气探测器。

附图说明

通过阅读以下参照作为非限制性示例给出的附图的详细说明，本发明的其他特征、目的和优点将显现，在附图中：

-图1是示出热力发动机、排气管路的组合件的示意图，该排气管路具有催化器以及定位在催化器上游的至少一个探测器，该探测器可用于基于丰度设定值而在发动机中执行丰度的调节，根据本发明的调节方法可以针对这样的组合件实施，

-图2示出了实施根据本发明的调节方法的逻辑图，

-图3示出了根据扫气率和发动机转速估计丰度设定值和丰度测量值之间的丰度差值，在根据本发明的调节方法中考虑到这种估计，

-图4示出了根据丰度设定值而变化的污染物排放曲线图，其中设定值窗口限定上游探测器处丰度设定值，该窗口可以在根据本发明的调节方法的实施例中实现，

-图5示出了在发动机中的丰度设定值、以及排气管路中发动机出口处的上游探测器处的丰度设定值的曲线，通过考虑探测器的延迟时间和反应时间而基于发动机处丰度设定值对上游探测器处丰度设定值进行估计，在根据本发明的调节方法的实施例中进行这种估计。

具体实施方式

应当了解到，附图是作为示例给出的，而不是对本发明的限制。附图构成有助于理解本发明的示意图，而不一定符合实际应用的尺寸。特别地，图1所示的各种元件的尺寸不代表实际。

在下文中，将结合参照所有的附图。当参照一个或多个具体附图时，这些附图应与其他附图结合以识别所指定的附图标记。

参照所有附图，尤其是参照图1和图2，本发明涉及一种在扫气期间调节探测器的丰度设定值的方法。该探测器称为上游探测器4a，其设置在热力发动机1的出口处的排气管路中，该上游探测器4a是上游探测器4a和下游探测器4b的探测器组中的上游第一个。有利地，上游探测器4a是通过设置在催化器3的上游而与催化器3相关联的探测器，下游探测器4b也沿排气管路中的气体流动方向而存在于催化器3的后方。

在发动机1中以新鲜空气进行扫气，并且让未燃烧的空气进入排气管。根据图5中的上游探测器所测定丰度Mes sond sam、以及上游探测器4a处的丰度设定值Consrichsond，对发动机1中的空气/燃料混合物的丰度进行调节，通过测量上游丰度Mes sond sam和上游丰度设定值Consrich sond之间的差值来进行该调节。

如图1、图2和图5所示，根据发动机处预确定丰度设定值Consrich mot来估计上游探测器处丰度设定值Consrich sond。根据上游探测器4a与发动机1的距离所导致的上游探测器4a的延迟时间ttrands、以及上游探测器4a的反应时间treps，上游探测器处丰度设定值Consrich sond不同于发动机处预确定丰度设定值Consrich mot。

根据本发明，在给定时刻估计出的上游探测器4a处的丰度设定值Consrich sond由校正项Term进行修改，以给出在上游探测器4a处的修改丰度设定值Consrich réac，该校正项Term至少取决于该给定时刻的当前发动机转速RM以及扫气率Tb。

图2示出了本发明的逻辑图。在扫气率Tb和发动机转速RM的基础上，可以尤其根据二维图Carto 2D获得校正项Term。该项Term被发送到上游探测器处丰度设定值Consrichsond。

在图4中，通过上游探测器4a处的丰度设定值的较小变化范围来限定催化器3的窗口F conv cat，以获得修改的丰度设定值，该修改的丰度设定值可以是修改的催化器3的窗口的修改丰度设定值。

本发明优选地针对汽油发动机1实现丰度调节功能。使用二维图Carto 2D，其坐标轴为扫气率Tb和发动机转速RM。图Carto 2D将提供上游探测器处丰度设定值的校正项Term，该项将与在上游处估计的探测器处丰度值Consrich sond相加。针对每种应用确定对图Carto 2D的校准，并且该图Carto 2D的校准适用于每种应用。该解决方案的优点是，可以通过校准而适用于所使用的排气管路。

如特别在图2中可以看到的，校正项Term是加法项，其添加到上游探测器处丰度设定值Consrich sond，以获得修改的上游探测器处丰度设定值Consrich réac。

更特别地参照图3，可以推断出，对于扫气范围的主要部分而言，扫气率Tb越高，校正项的绝对值越高，此处以偏差丰度Err rich的形式表示校正项。在图3中，示出了针对三种不同发动机转速的三条曲线，这三种不同发动机转速是1750转每分钟、1550转每分钟和1000转每分钟。

通常，丰度偏差Err rich在1550转每分钟时以及在1750转每分钟时的变化范围比在1000转每分钟时的变化范围大，在1550转每分钟时从1.30变化到-0.25，在1750转每分钟时从1.25变化到-2.25，而对1000转每分钟而言，该丰度偏差Err rich保持在1到0之间。

图3示出了针对从-5％至20％的不同扫气率Tb的丰度偏差Err rich。如果不考虑低于5％的扫气率Tb，则可以看出，对于1750转每分钟和1550转每分钟的发动机转速RM而言，两条扫气曲线逐渐下降，扫气率Tb逐渐升高，并且因此当丰度偏差Err rich从0开始取值时，丰度偏差Err rich的绝对值越来越大。

对于1750转每分钟的发动机转速RM而言，扫气率Tb为20％时，这些丰度偏差Errrich可以达到-2.25，对于1550转每分钟的发动机转速RM而言，扫气率Tb为20％时，这些丰度偏差Err rich可以达到-0.25。针对1000转每分钟的发动机转速RM和13％的扫气率Tb，该丰度偏差Err rich以等于0.1而略大于0。

特别参照图1和图4，基于上游探测器4a处的估计丰度设定值Consrich sond，围绕上游探测器4a处的估计丰度设定值Consrich sond限定可校准宽度的丰度窗口F convcat。修改丰度窗口可以重新围绕上游探测器4a处的修改估计丰度定位，并且可代替丰度的窗口F conv cat。

与图1相关联的图4示出了根据在横坐标中示出的上游探测器4a处的丰度设定值consrichsond而变化的污染物排放Em Pol，即一氧化碳CO和氮氧化物NOx的排放。Car Voltsond aval是催化器3下游处的下游探测器4b的电压曲线，而Volt sond是探测器的电压。Fconv cat是考虑到催化器3的老化的转换窗口。

因此，在实施例中，为了优化催化器3的污染物的转化效率，在丰度调节中限定了上游传感器4a处的设定值改变，该设定值改变称为催化器的窗口F conv cat。该改变可以根据运行点，尤其是根据发动机转速RM和对发动机1的每个气缸的填充来校准。

该改变可以考虑到催化器3的老化状态，该催化器3可以是新的、老化的或即将进行诊断的。同时，窗口F conv cat的位置将对应于在催化器3的下游测得的特定电压，该电压作为用于丰度调节的双回路的设定值，如之后所具体描述的。

参照图1和图5，通过考虑到上游传感器4a的延迟时间ttrans、以及丰度为0.63时或对应丰度为63％的上游探测器4a的反应时间treps，基于发动机处预确定丰度设定值Consrich mot模拟得出上游探测器4a处的估计丰度设定值Consrich sond，该上游探测器4a的延迟时间ttrans取决于发动机1和上游传感器4a之间的距离以及当前在发动机1的出口处排出气体的速度。

因此，建模基于对延迟时间ttrans和到达63％的反应时间treps这两个特征时间的识别。这些参数可以根据运行点限定并通过图进行校准。

在图5中，丰度R位于纵坐标，而时间t位于横坐标。示出了发动机处设定值Consrich mot的曲线、以及上游探测器处丰度设定值Consrich sond和上游探测器测量值Mes sond sam的两条曲线。上游探测器处丰度设定值Consrich sond是过滤且改变的探测器丰度设定值。

在分别为测定探测器丰度设定值Mes sond sam和过滤探测器丰度设定值Consrich sond的两条曲线之间存在偏差Err。从图5中可以看出，有利地，通过1阶滤波器过滤基于发动机1的丰度的上游探测器4a处的估计丰度设定值Consrich sond。

更具体地参照图1、图2和图5，本发明涉及一种控制污染消除的方法，该污染消除由催化器3提供，该催化器3位于热力发动机1的排气管路中，排气管路具有在催化器3上游的上游探测器4a、以及在催化器3下游的下游探测器4b，该上游探测器4a测量上游探测器处燃料丰度Consrich sond以及上游探测器处测量燃料丰度Mes sond sam。

从上游探测器4a和下游探测器4b各自的测量开始，丰度的双调节回路变得有效，第二回路可能比第一回路慢。

该控制方法结合并实现了如上所述的在扫气期间调节上游探测器4a处的丰度设定值Consrich sond的方法。第一调节回路对于上游探测器4a处修改丰度设定值Consrichréac有效。第二调节回路在由下游探测器4b测量的特定电压和对应于上游探测器4a处修改丰度设定值Consrich réac的设定值特定电压之间有效。

最后，本发明涉及一种动力总成，该动力总成包括热力发动机1、排气管路、以及命令控制单元，该排气管路包括至少一个催化器3以及上游探测器4a和下游探测器4b，该命令控制单元负责热力发动机1的运行以及排气管路中的污染消除。

对于该组合件，命令控制单元包括用于实现这种调节方法的装置或用于实现这种控制方法的装置。

上游探测器4a可以是比例氧气探测器，而下游探测器4b可以是二元氧气探测器。

本发明不限于仅作为示例给出的所描述且示出的实施例。

Claims (9)

1.一种在扫气时调节探测器的丰度设定值的方法，所述探测器称为上游探测器(4a)，其设置在热力发动机(1)的出口处的排气管路中，并且在所述发动机(1)中以新鲜空气来进行所述扫气且所述扫气使未燃烧空气进入所述管路，根据所述上游探测器(4a)处的估计丰度设定值在所述发动机(1)中执行对空气/燃料混合物的丰度调节，所述上游探测器处的所述估计丰度设定值基于发动机处预确定丰度设定值和所述上游探测器(4a)所测定的测量丰度，其特征在于，在给定时刻估计的所述上游探测器(4a)处的所述丰度设定值通过校正项来修改，以给出所述上游探测器(4a)处的修改丰度设定值，所述校正项至少取决于所述给定时刻的当前发动机转速和扫气率，

其中，基于所述上游探测器(4a)处的所述丰度设定值，围绕所述上游探测器(4a)处的所述丰度设定值来限定可校准宽度的丰度的窗口，以优化催化器的污染物的转化效率，修改丰度窗口重新围绕所述上游探测器(4a)处的所述修改估计丰度定位并取代所述丰度的窗口。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述校正项是加法项。

3.根据权利要求2所述的方法，其中针对扫气范围的主要部分而言，所述扫气率越高，所述校正项的绝对值就越大。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述校正项通过根据所述发动机转速和所述扫气率的二维图得出。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过考虑到所述上游探测器(4a)的延迟时间以及具体针对丰度为0.63的所述上游探测器(4a)的反应时间，在所述发动机处预确定丰度设定值的基础上对所述上游探测器(4a)处的所述丰度设定值进行建模，所述上游探测器的延迟时间取决于所述发动机(1)和所述上游探测器(4a)之间的距离、以及所述发动机(1)的出口处的排出气体的当前速度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中基于所述发动机丰度的所述上游探测器(4a)处的所述丰度设定值被过滤。

7.一种用于控制污染消除的方法，所述污染消除由催化器(3)提供，所述催化器位于热力发动机(1)的排气管路中，所述排气管路具有位于所述催化器(3)上游的上游探测器(4a)、以及位于所述催化器(3)下游的下游探测器(4b)，所述上游探测器测量所述上游探测器处(4a)的丰度，所述丰度的双调节回路从所述上游探测器(4a)和所述下游探测器(4b)各自测量开始变得有效，其特征在于，所述控制方法执行根据前述权利要求中任一项所述的扫气时调节所述上游探测器(4a)的丰度设定值的方法，第一调节回路对所述上游探测器(4a)处的修改丰度设定值有效，而第二调节回路在所述下游探测器(4b)所测定的测量特定电压和对应于所述上游探测器(4a)处的所述修改丰度设定值的设定值特定电压之间有效。

8.一种动力总成，其包括热力发动机(1)、排气管路和命令控制单元，所述排气管路包括至少一个催化器(3)以及上游探测器(4a)和下游探测器(4b)，所述命令控制单元负责所述热力发动机(1)的运行以及所述排气管路中的污染消除，其特征在于，所述命令控制单元包括实施根据权利要求1至6中任一项所述的调节方法的装置、或者实施根据权利要求7所述的控制方法的装置。

9.根据权利要求8所述的动力总成，其中所述上游探测器(4a)是比例氧气探测器，而所述下游探测器(4b)是二元氧气探测器。

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