CN115929490A

CN115929490A - 用于运行废气系统的方法、计算单元和计算机程序

Info

Publication number: CN115929490A
Application number: CN202211205425.7A
Authority: CN
Inventors: A·鲍曼; F·迈尔; J·卡帕
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-10-06
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2023-04-07
Also published as: US11808226B2; US20230106310A1; DE102021211247A1

Abstract

本发明涉及用于运行具有第一催化转化器（122）和至少一个布置在第一催化转化器（122）下游的第二催化转化器（124）的废气系统（120）的方法，其中该废气系统（120）布置在内燃机下游，该方法包括：控制内燃机产生具有第一浓气体份额的浓废气；确定第二催化转化器（124）的关于可存储在该催化转化器中的至少一种稀薄气体组分的填充水平，以及如果所确定的填充水平低于可预定的最小填充水平，则控制（240）内燃机产生稀薄废气；然后控制内燃机产生具有比第一浓气体份额更高的第二浓气体份额的浓废气；并且然后控制内燃机产生具有第一浓气体份额的浓废气。此外，提出了用于执行这种方法的计算单元和计算机程序。

Description

用于运行废气系统的方法、计算单元和计算机程序

技术领域

本发明涉及用于运行废气系统的方法以及用于执行所述方法的计算单元和计算机程序。

背景技术

在奥拓发动机中空气燃料混合物不完全燃烧的情况下，除了氮（N₂）、二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）外还会排放大量燃烧产物，这些燃烧产物中碳氢化合物（HC）、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NO_x)受法律限制。适用于机动车辆的废气极限值典型地只能利用催化的废气后处理来加以满足。通过使用三元催化转化器可以转化上述污染物组分。

在三元催化转化器的情况下，HC、CO和NO_x的同时高转化率只有在化学计量运行点（lambda=1）附近的窄范围、即所谓的“催化转化器窗口”内才能实现。

为了在催化转化器窗口中运行催化转化器，典型地使用lambda调节，该lambda调节基于在催化转化器之前和之后的lambda探测器的信号。为了调节在催化转化器之前的lambda值，使用lambda探测器测量在催化转化器之前的废气的氧含量。根据该测量值，所述调节对来自混合预控制（Gemisch-Vorsteuerung）的燃料量进行校正。为了更准确地调节，附加地用另外的lambda探测器分析在催化转化器之后的废气。该信号用于与催化转换器之前的lambda调节叠加的导向调节（Führungsregelung）。作为催化转化器之后的lambda探测器，通常使用跳变式lambda探测器（Sprung-Lambdasonde），其在lambda=1时具有非常陡峭的特性曲线并且因此可以非常准确地表明lambda=1。

除了通常只补偿与Lambda=1的小偏差并且被设计得相对较慢的导向调节以外，在与Lambda=1的大偏差之后可以将Lambda预控制用于再次快速达到催化转化器窗口，例如在具有进给切断的阶段之后（“催化转换器清除”）。

这种调节方案的缺点在于，它们基于催化转化器之后的跳变式lambda探测器的电压较晚才识别出脱离催化转化器窗口。

基于催化转化器之后的lambda探测器的信号来调节三元催化转化器的替代方案是调节所述催化转化器的平均氧填充水平。由于无法测量该平均填充水平，因此只能对所述平均填充水平进行建模。在DE 10 2016 222 418 A1中描述了对三元催化转化器的填充水平的基于模型的对应调节。在DE 10 2018 208 683 A1中描述了对三元催化转化器的填充水平的基于模型的调节的预控制，在DE 10 2018 217 307 A1中描述了基于模型来预测在具有非激活的（inaktiv）调节干预的阶段后重新使用时所需的预控制lambda值。

发明内容

根据本发明，提出了具有独立权利要求的特征的用于运行废气系统的方法以及用于执行所述方法的计算单元和计算机程序。

有利的设计是从属权利要求和以下描述的主题。

根据本发明的用于运行具有第一催化转化器和至少一个第二催化转化器的废气系统的方法，所述第二催化转化器布置在所述第一催化转化器的下游，其中所述废气系统布置在内燃机的下游，所述方法包括：控制所述内燃机产生具有第一浓气体份额（Fettgasanteil）的浓废气；确定（远离发动机的（motorfern））所述第二催化转化器的关于可存储在所述第二催化转化器中的至少一种稀薄气体组分（Magergaskomponente）的填充水平；以及如果所确定的填充水平低于可预定的最小填充水平，则控制所述内燃机产生稀薄废气；然后控制所述内燃机产生具有第二浓气体份额的浓废气，所述第二浓气体份额高于所述第一浓气体份额，并且然后控制所述内燃机产生具有所述第一浓气体份额的浓废气。总体而言，这允许（靠近发动机的）第一催化转化器的（必要时仅略微）浓运行和（远离发动机的）第二催化转化器的稀运行，从而使第一催化转化器分别转化受到特别严格的规则限制的具有一氧化碳和碳氢化合物的氮氧化物，并且第二催化转化器转化可能剩余的浓气体组分，如一氧化碳和碳氢化合物和特别是可能在第一催化转化器中形成的氨。

优选地一直执行控制所述内燃机产生稀薄废气，直到第二催化转化器的所确定的填充水平超过所述第二催化转化器的运行阈值为止，其中所述运行阈值高于所述最小填充水平。从而可以再次将填充水平调整得高到使得可以实现尽可能长的无再生运行阶段。

有利地，一直执行控制所述内燃机产生具有第二浓气体含量的浓废气，直到所述第一催化转化器的关于可存储在所述第一催化转化器中的稀薄气体组分的填充水平低于所述第一催化转化器的运行阈值为止。因此，在第一催化转化器中也为稀薄气体组分提供了尽可能高的存储容量，这又使无需中间再生的可能的运行持续时间最大化。

所述第一浓气体份额的大小优选地确定为使得废气具有在从0.99到0.999的范围内，优选地在从0.995到0.999的范围内的lambda值。这已证明是特别有利的参数范围。

根据所述内燃机的当前运行状态特别是通过请求（Anfordern）惯性运行阶段（Schubbetriebsphase）和/或通过低于化学当量比的（unterstöchiometrisch）燃料计量来进行：控制所述内燃机产生稀薄废气，其中优选地在当前运行状态包括低于可预定阈值的转矩供应的情况下请求进行惯性运行阶段，和/或优选地在当前运行状态包括高于阈值的转矩供应的情况下进行低于化学当量比的燃料计量。由此可以积极地影响或考虑内燃机的可控性。

所述最小填充水平特别是可以大于所述第二催化转化器的存储容量的5%、10%或20%。由此仍然可以提供储备（Reserve），所述储备可以可靠地防止浓废气击穿（Durchbruch）第二催化转化器。

所述第二催化转化器的运行阈值有利地选自所述第二催化转化器关于稀薄气体组分的最大容量的50%至100％、特别是80%至100％的范围，以便能够实现尽可能长的无催化转化器再生的运行阶段。

所述第一催化转化器的运行阈值特别是选自所述第一催化转化器关于稀薄气体组分的最大存储容量的0和50％之间、特别是0和25％之间的范围。由此可以防止稀薄废气在正常运行模式中（即特别是在再生运行之外）击穿第一催化转化器。

根据本发明的计算单元（例如机动车辆的控制设备）特别是以程序技术的方式被设置为，执行根据本发明的方法。

以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式实现根据本发明的方法也是有利的，因为这导致特别低的成本，特别是在进行执行的控制设备还用于其他任务并且因此无论如何都存在的情况下。最后，设置一种机器可读存储介质，其上存储有如上所述的计算机程序。适合于提供所述计算机程序的存储介质或数据载体特别是磁的、光的和电的存储器，例如硬盘、闪存、EEPROM、DVD等。还可以通过计算机网络（互联网、内联网等）下载程序。这种下载在此可以有线地（或者说有缆线地）或无线地（例如通过WLAN网络、3G、4G、5G或6G连接等）进行。

本发明的其他优点和设计由说明书和附图得出。

在附图中基于实施例示意性地示出本发明并且在下面参照附图描述本发明。

附图说明

图1示意性地示出了具有内燃机和催化转化器的车辆，所述车辆可以在本发明的范围内使用。

图2以极度简化的流程图的形式示出了本发明的有利设计。

具体实施方式

图1示意性地示出了可以在本发明的范围内使用的车辆并且总体上用100表示。车辆100包括：内燃机110、废气系统120以及计算单元130，其中所述内燃机这里例如具有六个所标出的气缸，所述废气系统120具有第一催化转化器122和第二催化转化器124，所述计算单元130被设置用于控制内燃机110和废气系统120并且以数据传导方式与内燃机110和废气系统120连接。此外，在所示示例中，计算单元130以数据传导方式与传感器121、123、127连接，这些传感器检测内燃机110和/或废气系统120的运行参数。可以理解，可能存在未示出的另外的传感器。废气系统120必要时还可以具有另外的清洁组件，例如颗粒过滤器和/或另外的催化转化器，但为了简单起见未在这里示出。

在这里所示的示例中，计算单元130包括数据存储器132，在该数据存储器中例如可以存储计算规则和/或参数（例如内燃机110和/或废气系统120的特征变量、阈值等）。

内燃机110驱动车轮140并且还可以在特定运行阶段中由车轮驱动（例如，所谓的惯性运行）。

以方法为例的本发明的有利设计以流程图的形式在图2中被示意性地示出并且总体上用200表示。

在方法200的描述中使用的对车辆部件或车辆部分的引用（Verweis）特别是涉及图1中所示的车辆100。

下面逐步介绍方法200以实现对本发明的更好理解。然而，这不应被理解为本发明限于逐步执行方法200。相反，除非另有明确说明，各个步骤也可以同时或以其他顺序执行，例如以相反的顺序执行。一些所描述的步骤的基本连续执行必要时也可能是有利的。

在图2所示的示例中，方法200从第一步骤210开始，在第一步骤中控制内燃机110以产生具有第一浓气体份额的浓废气。为此例如从控制设备130向内燃机，特别是喷射系统和/或节流阀调节器（未单独示出）发送合适的控制信号。例如，具有第一浓气体份额的废气可以具有在从0.99到0.999的范围内的lambda值，例如0.998的lambda值。

在步骤220中，确定第二催化转化器124关于至少一种稀薄气体组分、特别是氧气的填充水平。为此，填充水平模型特别是可以考虑第二催化转化器124的参数和输入变量，所述输入变量例如是催化转化器上游和/或下游的lambda值、内燃机的运行点、废气质量流等。关于这种填充水平模型的准确设计，应再次参考开头提到的文献。

在步骤230中，将所确定的填充水平与最小填充水平进行比较。如果第二催化转化器124的所确定的填充水平大于最小填充水平，其中该最小填充水平例如可以是稀薄气体组分的最大可存储量的5%，则方法200返回到步骤210。

然而，如果在步骤230中确定低于最小填充水平，则方法200以步骤240继续执行，在该步骤中控制内燃机110以产生稀薄废气。为此，通过控制设备130请求例如惯性运行阶段。在此特别是可以考虑内燃机110的当前运行状态。例如，当内燃机110瞬时处于加热推进（gefeuerten Schub）的运行状态（例如，在催化转化器加热措施（Heizmaßnahme）的范畴内）或处于低负载的阶段时，可以输出惯性运行请求（Schubanforderung）。为了避免明显的转矩变化，内燃机110特别是可以在惯性运行阶段期间与车轮140短暂分离。如果第二催化转化器124的填充水平已借助于稀运行240增加到超过第二催化转化器124的运行阈值的程度（例如90％的填充水平），则方法200以步骤250继续执行。

在步骤250中，将第一催化转化器122再次置于其额定运行状态。如开始所解释的，第一催化转化器122以略微浓的方式被运行，从而使其关于稀薄气体组分的在稀运行阶段240之后接近100%的填充水平必须再次降低，以使催化转化器进入催化转化器窗口（=催化转化器清除）。为此，控制设备130控制内燃机110以产生具有比上述第一浓气体份额更高的第二浓气体份额的浓废气。

例如，具有第二浓气体份额的浓废气的lambda值可以在0.7和0.9之间的范围内，例如为0.85。由此，第一催化转化器可以再次迅速进入准备好运行的状态。如果第一催化转化器122的填充水平低于第一催化转化器122的运行阈值（例如填充水平<25％），则方法200返回到步骤210，在该步骤中再次产生具有第一浓气体份额的浓废气。

可以理解，方法200在内燃机110的整个运行持续时间期间不必或不能强制性不间断地执行。例如，可能有必要在内燃机110的运行阶段开始时执行针对废气系统120的加热程序，该加热程序必要时对废气组成提出与本方法200不同的要求。因此，在不偏离本发明所基于的方案的情况下，这里解释的方法200也可以与其他运行方式组合或交替地执行。

Claims

1.一种用于运行具有第一催化转化器（122）和至少一个第二催化转化器（124）的废气系统（120）的方法（200），所述第二催化转化器布置在所述第一催化转化器（122）的下游，其中所述废气系统（120）布置在内燃机（110）的下游，所述方法包括：

控制（210）所述内燃机（110）产生具有第一浓气体份额的浓废气，

确定（220）所述第二催化转化器（124）的关于可存储在所述催化转化器中的至少一种稀薄气体组分的填充水平，以及如果所确定的填充水平低于（230）可预定的最小填充水平，则

控制（240）所述内燃机（110）产生稀薄废气，

然后控制（250）所述内燃机（110）产生具有第二浓气体份额的浓废气，所述第二浓气体份额高于所述第一浓气体份额，并且

然后控制（210）所述内燃机（110）产生具有所述第一浓气体份额的浓废气。

2.根据权利要求1所述的方法（200），其中，一直执行控制（240）所述内燃机（110）产生稀薄废气，直到所述第二催化转化器（124）的所确定的填充水平（220）超过所述第二催化转化器（124）的运行阈值为止，其中所述运行阈值高于所述最小填充水平。

3.根据权利要求2所述的方法（200），其中，所述第二催化转化器（124）的运行阈值取自所述第二催化转化器（124）关于稀薄气体组分的最大容量的50%至100％、特别是80%至100％的范围。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法（200），其中，一直执行控制（250）所述内燃机（110）产生具有第二浓气体含量的浓废气，直到所述第一催化转化器（122）的关于可存储在所述第一催化转化器中的稀薄气体组分的填充水平低于所述第一催化转化器（122）的运行阈值为止。

5.根据权利要求4所述的方法（200），其中，所述第一催化转化器（122）的运行阈值选自所述第一催化转化器关于所述稀薄气体组分的最大存储容量的0和25％之间的范围。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法（200），其中，所述第一浓气体份额的大小确定为使得废气具有在从0.99到0.999的范围内，优选地在从0.995到0.999的范围内的lambda值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法（200），其中，根据所述内燃机（110）的当前运行状态通过请求惯性运行阶段和/或通过低于化学当量比的燃料计量来进行：控制（240）所述内燃机（110）产生稀薄废气。

8.根据权利要求7所述的方法（200），其中，在当前运行状态包括低于可预定阈值的转矩供应的情况下请求进行惯性运行阶段，和/或在当前运行状态包括高于阈值的转矩供应的情况下进行低于化学当量比的燃料计量。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法（200），其中，所述最小填充水平大于所述第二催化转化器（124）的存储容量的5%、10%或20%。

10.一种计算单元（130），所述计算单元被设置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法（200）的所有方法步骤。

11.一种计算机程序，当所述计算机程序在计算单元（130）上执行时促使所述计算单元执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的所有方法步骤。

12.一种机器可读存储介质（132），在所述机器可读存储介质上存储有根据权利要求11所述的计算机程序。