CN112219017B - 用于管理污染控制催化剂起燃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于管理置于汽油发动机的排气管线中的三效催化剂起燃的方法，所述发动机包括多个气缸，这些气缸各自设置有至少一个排气阀。根据本发明的方法的主要特征在于，该方法包括以下步骤，‑计算排气的焓H以使得可以确定供应给该催化剂的热量的量的步骤；‑确定表示该催化剂起燃的焓阈值S的步骤；‑当所计算出的焓值H达到所述焓阈值S时停止该催化剂的活化的步骤。

Description

用于管理污染控制催化剂起燃的方法

技术领域

本发明涉及一种用于管理排放控制型内燃机(利用汽油工作)的污染控制催化剂起燃的方法。有利地，该方法在配备有这种发动机的机动车辆中是有用的。

背景技术

为了符合污染排放的规定，三效催化剂对于汽油发动机系统而言已成为强制性要求。实际上，三效催化剂使得可以处理三种主要污染物，即未燃烧的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)，平均效率超过98％。目前，催化剂只有在达到一定温度(称为起燃温度)时才会有效。

目前，存在允许在冷起动之后尽早活化该催化剂(MEA)的发动机控制策略。这些策略包括调适发动机的某些设置参数以实现快速预热，但这由于发动机的燃烧效率下降而会导致发动机排气时热量损失。

无论如何，利用这些控制策略，是无法知道在预热期间发送到催化剂的热量。如果过早停止加热，则催化剂不够热并且因此不够有效。另一方面，如果在安全情况下使加热持续很长时间，则表现为燃料过度消耗，发动机的燃烧效率已经长时间降低。换言之，这些策略不能足够准确地使活化阶段在达到催化剂起燃温度时的精确时刻停止。

从背景技术中可知的是允许在开环模式下且无估计值的情况下对活化进行管理的一些当前的发动机控制策略。

例如，公开文件EP-B1-0639708披露了一种内燃机控制方法，该方法用于将催化剂快速加热至其工作温度。该发动机的进气质量流量随着燃料重量的调适而增加，并且点火角在阻燃方向上尽可能地偏移。这种方式使得可以提高排气的质量流量并因此提升排气的温度，同时保持发动机扭矩：这与排气的焓流的增加相对应，从而允许快速加热催化剂。然而，这种方法由于既未测量、也未控制所供应热量的量而缺乏准确性。

这可能导致以下结果：

-在催化剂尚未达到其最佳污染物处理温度时，活化停止的过早。在这种情况下，可能会暂时导致过量的污染物排放。

-或者，在催化剂从某一时刻已经达到其最佳污染物处理温度时，活化停止的过晚。在这种情况下，可能会导致燃料过度消耗，这不是所期望的。

发明内容

根据本发明的用于管理催化剂起燃的方法使得可以可靠且准确地达到催化剂的起燃温度，从而正好在恰当的时刻停止活化。

本发明的主题是一种用于管理置于汽油发动机的排气管线中的三效催化剂起燃的方法，所述发动机包括多个气缸，这些气缸各自设置有至少一个排气阀。

根据本发明，根据本发明的管理方法包括以下步骤：

-计算排气的焓H以使得可以确定供应给催化剂的热量的量的步骤；

-确定表示该催化剂起燃的焓阈值S的步骤；

-当所计算出的焓值H达到所述焓阈值S时停止该催化剂的活化的步骤。

这种方法的原理是：通过由排气供应的热量的量来准确地控制催化剂的温升时间。以这种方式，该催化剂的活化正好在恰当的时刻停止，而不是如目前的方法所建议的那样以固定方式通过设置任意的活化停止值来停止。因此，根据本发明的方法提出了可能最直接的方法，该方法考虑了排气与催化剂之间的相互作用所涉及的物理化学现象。优选地，这种管理方法由嵌入在车辆中的且具有能够执行这种方法的主要步骤的程序的计算机来驱动。

有利地，该焓的计算是基于以下时间积分来进行的，该积分过程在该发动机起动时开始：

ΔH＝∫Qech×Cp×Tavt×dt

其中：

·Qech＝排气时气体的质量流量[kg/h]

·Cp＝这些排气的热容量[J/kg/K]

·Tavt＝这些排气阀处气体的温度[K]。

应该注意的是，这些排气的热容量是一个常数，排气时气体的质量流量和这些排气阀处的气体温度是两个参数，这两个参数可以通过合适的传感器来测得，或者可以通过先前建立的映射推导得出。

例如，排气时气体的质量流量是通过流量计来确定的。如本身已知的，该质量流量也可以从发动机的进气阀的打开位置和发动机进气歧管的压力值和温度值推导出来。

优选地，这些排气阀处的气体温度是通过从制图模型推导出的估计值进行预先建模的，该制图模型为扭矩和发动机转速的函数，并且是通过该发动机的水温T°、点火提前和该气缸中的燃料空气比来进行校正的。

作为变量，排气的温度可以从位于排气阀附近的排气回路的某一点处(例如，发动机排气歧管这一点处)的排气温度推导得出。

有利地，焓阈值S为起动时发动机水温和催化剂老化状态的函数。这样，起动时水温越高，加热催化剂所需添加的热量就越少。同样，催化剂越新，使催化剂达到其起燃温度所需的时间就越短，因为新催化剂的起燃温度低于旧催化剂的起燃温度。

有利地，焓阈值S等于第一因子和第二因子的乘积，该第一因子为发动机起动时水温的递减函数，该第二因子介于接近0的正值与接近1的值之间，而这取决于催化剂的老化状态。

优选地，当催化剂较新时，第二因子趋向于接近0的值，而当催化剂非常旧时，第二因子趋向于接近于1的值。

例如，催化剂的老化状态是通过催化剂下游的燃料空气比信号的振幅相对于所述催化剂上游的燃料空气比信号的振幅的衰减来确定的，该老化状态体现了该催化剂的储氧量(也被称为其字母缩略词OSC)。例如，可以参考公开文件FR-A1-2981690，该公开文件提出了这样一种用于评估三效催化剂的老化状态的方法。

根据本发明的管理方法所提供的优点在于：提出了一种具体且实际的解决方案，该解决方案用于停止催化剂的活化，从而避免在催化剂已经达到其起燃温度之前已经中断了热量供应而造成催化剂非常低效，或者避免在即使催化剂已经达到其起燃温度但仍继续供应热量而造成燃料过度消耗。该方法的结果是，通过这种方法，无论起动时水温和催化剂的老化状态如何，该催化剂将始终是有效的。

附图说明

下文参照以下附图对根据本发明的管理方法的优选实施例作了详细描述：

-图1为催化剂温度随时间变化的示意图，展示了根据几种构造的催化剂活化的停止，其结合了四种不同情况下特定的驾驶方式和催化剂的老化状态。

具体实施方式

根据本发明的管理方法的原理包括估计热量的量或要发送到催化剂的热量的量，从而正好在恰当的时刻停止该催化剂的活化。假设该管理方法是由嵌入在具有汽油发动机的车辆中的计算机来实施的，所述发动机包括多个气缸，每个汽缸都配备有至少一个进气阀和至少一个排气阀。

因此，这种方法包括以下步骤：

计算排气的焓H以使得可以确定供应给催化剂的热量的量的步骤。实际上，对催化剂起燃的检测是通过监测排气的的焓H来执行的，该焓是根据以下时间积分来计算的，该积分过程在发动机起动时开始：

ΔH＝∫Qech×Cp×Tavt×dt

其中：

·Qech为排气时气体的质量流量[kg/h]。该流量可以例如通过流量计来进行测量。

·Cp为这些排气的热容量[J/kg/K]，该热容量为常数。

·Tavt为这些排气阀处气体的温度[K]。该温度是通过从制图模型推导出的估计值进行预先建模的，该制图模型为扭矩和发动机转速的函数，并且是通过发动机的水的T°、点火提前和气缸中的燃料空气比来进行校正的。概括地说，燃料空气比为燃料量除以空气量的比值。因此，这些阀处的气体温度将取决于驾驶员的驾驶风格，该驾驶风格可以例如为运动驾驶或灵活驾驶。

确定表示该催化剂起燃的焓阈值S的步骤。该焓阈值为两个参数的函数，这两个参数为起动时的水温和催化剂的老化状态。因此，作为非限制性示例，该焓阈值S等于以下两个因子的乘积：

·第一因子，该第一因子为该发动机起动时水温的递减函数。因此，起动时水温越高，加热催化剂所需添加的热量就越少，

·以及第二因子，该第二因子介于接近于0的正值与接近于1的值之间，这取决于该催化剂的老化状态。以这种方式，当该催化剂较新时，该第二因子趋向于0，而当该催化剂非常旧时，该第二因子为1。这反映了以下事实：催化剂越新，加热所述催化剂以使其达到其起燃温度所需的时间就越短。催化剂的老化(与其有效性的损失相对应)可以例如是通过催化剂下游的燃料空气比信号的振幅(由该催化剂下游的氧探针测得的)相对于催化剂上游的燃料空气比信号的振幅(由该催化剂上游的氧探针测得的)的衰减来确定的。也可以使用本领域技术人员已知的任何其他诊断方法(诸如例如，计算最大的储氧量)来确定催化剂的老化状态。

当所计算出的焓值H达到焓阈值S时停止该催化剂的活化的步骤。

参照图1(该图展示了对于给定的车辆驾驶类型以及对于给定的催化剂老化状态催化剂的温度随所述催化剂的活化周期而发生的变化)，曲线1涉及运动驾驶，并且曲线2涉及慢速驾驶。由于在发动机排气时排放了大量的热量，因此与运动驾驶相对应的温度比与慢速驾驶相对应的温度上升得更快。因此，对于同一催化剂起燃温度，在运动驾驶的情况下所需的活化周期比在慢速驾驶的情况下所需的活化周期更短。

此外，如从图1的示意图的纵轴上可以看出，新催化剂T_l-o,new的起燃温度低于旧催化剂T_l-o,old的起燃温度。因此，对于相同的驾驶方式，在新催化剂的情况下所需的活化周期比在旧催化剂的情况下所需的活化周期更短。

这种双重比较的结果是对与图1中表示的以下四种情况A、B、C、D相对应的活化周期进行排序：

-情况A：活化周期t_A；对于运动驾驶，新催化剂的情况

-情况B：活化周期t_B；对于与情况A相同的运动驾驶，旧催化剂的情况

-情况C：活化周期t_C；对于慢速驾驶，与情况A相同的新催化剂的情况

-情况D：活化周期t_D；对于与情况C相同的慢速驾驶，与情况A相同的旧催化剂的情况

发现以下不等式得到证实：

t_A<t_B和t_C<t_D(仅受催化剂老化的影响)

t_A<t_C和t_B<t_D(仅受驾驶方式的影响)

此外，发现与驾驶方式的类型相比，催化剂的老化对活化周期的影响更大，这通过对以下不等式进行验证而得以体现：t_B<t_C，从而证实得出以下层级：

t_A<t_B<t_C<t_D

以非限制性方式，为了形成对催化剂的这种加热，可以对发动机的设置实施不同类型的修改。

例如，对于活化时间非常短的情况(例如，情况A)，可以仅提高怠速超速。对于活化时间稍长的情况(例如，情况B和情况C)，在仅在怠速时才发生的超速增加的基础上，可以在发动机的所有工作点上添加该发动机的具体设置模式，包括降低点火提前。最后，如果活化一定要持续更长的时间(例如，情况D)，则可以例如在一定时间之后通过延缓将燃料喷射到气缸中以增加过度消耗为代价来更进一步地降低发动机的燃烧效率。显然，在不脱离本发明范围的情况下，根据活化周期，可以做出其他设置选择以作为替代方案，或者以组合方式做出其他设置选择。

Claims (7)

1.一种用于管理置于汽油发动机的排气管线中的三效催化剂起燃的方法，所述发动机包括多个气缸，这些气缸各自设置有至少一个排气阀，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-计算排气的焓值H以使得可以确定供应给该催化剂的热量的量的步骤；

-确定表示该催化剂起燃的焓阈值S的步骤；

-当所计算出的焓值H达到所述焓阈值S时停止该催化剂的活化的步骤，

其中，所述焓阈值S为起动时该发动机的水温和该催化剂的老化状态的函数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该焓值H的计算是基于以下时间积分来进行的，该积分过程在该发动机起动时开始：

ΔH＝∫Qech×Cp×Tavt×dt

其中：

-Qech＝排气时气体的质量流量[kg/h]

-Cp＝这些排气的热容量[J/kg/K]

-Tavt＝这些排气阀处气体的温度[K]。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该排气时气体的质量流量是通过流量计来确定的。

4.如权利要求2和3中任一项所述的方法，其特征在于，这些排气阀处的气体温度是通过从制图模型推导出的估计值进行预先建模的，该制图模型为扭矩和发动机转速的函数，并且是通过该发动机的水温T°、点火提前和该气缸中的燃料空气比来进行校正的。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该焓阈值S等于第一因子和第二因子的乘积，该第一因子为该发动机起动时水温的递减函数，该第二因子介于接近0的正值与接近1的值之间，而这取决于该催化剂的老化状态。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当该催化剂较新时，该第二因子趋向于接近0的值，而当该催化剂非常旧时，该第二因子趋向于接近于1的值。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该催化剂的老化状态是通过该催化剂下游的燃料空气比信号的振幅相对于所述催化剂上游的燃料空气比信号的振幅的衰减来确定的。

Images