CN118242160A - 用于调节三元催化转化器的经建模的氧载荷的方法 - Google Patents

Abstract

用于调节三元催化转化器的经建模的氧载荷的方法。一种用于调节燃烧发动机(10)的引导废气的排气道(15)中的三元催化转化器(26)的经建模的氧载荷(O2_cat)的方法，其中对于所述燃烧发动机(10)存在化学计量运行，其中为所述三元催化转化器(26)确定经建模的氧水准(O2_cat)，其中借助于NOx传感器(34)确定当前NOx浓度(NOx_2，sens)，并且确定经建模的NOx浓度(NOx_2，mod)，其中如果所述当前NOx浓度(NOx_2，sens)和所述经建模的NOx浓度(NOx_2，mod)之间的比较超过可预先给定的阈值(S_NOx)，则基于所述经建模的氧水准(O2_cat)改变所改变的氧水准(O2_Cat，var)，直至利用所述改变的氧水准(O2_Cat，var)建模的NOx浓度(NOx_2，mod)与实际氧水准(NOx_2，mod)一致为止。

Description

用于调节三元催化转化器的经建模的氧载荷的方法

背景技术

DE 10 2016 219 689 A1涉及一种用于调节内燃机的引导废气的排气道中的三元催化转化器的氧载荷的方法，其中利用第一跃变λ探针确定在三元催化转化器前面的废气的氧含量，其中考虑和校正导致实际探针特性曲线相对于参考探针特性曲线偏移的容差和老化效应，并且其中对三元催化转化器的氧载荷进行建模。该发明此外涉及一种用于执行该方法的控制装置。根据该发明规定，从第一跃变λ探针的经校正的输出信号中确定进入三元催化转化器的氧引入和/或来自三元催化转化器的氧排出，并且从中对三元催化转化器的氧载荷建模。通过对三元催化转化器的载荷进行建模，三元催化转化器的水准可以被调节为，使得所述三元催化转化器由于其储氧能力即使在动态出现的贫相或富相(Mager-oder Fett-Phasen)时也可以在其最佳转化能力的范围内被运行。

发明内容

在第一方面中，本发明涉及一种用于调节燃烧发动机的引导废气的排气道中的三元催化转化器的经建模的氧载荷的方法，其中对于燃烧发动机存在化学计量运行，

其中为所述三元催化转化器确定经建模的氧水准，其中借助于NOx传感器确定当前NOx浓度，并且确定经建模的NOx浓度，

其中如果所述当前NOx浓度和所述经建模的NOx浓度之间的比较超过可预先给定的阈值，则基于所述经建模的氧水准改变所改变的氧水准，直至利用所述改变的氧水准建模的NOx浓度与实际氧水准一致。

该方法具有特殊的优点，即不是通过经建模的氧水准推断出阻碍NOx转化的过高氧水准，而是借助于NOx传感器对于NOx转差率(Schlupf)来调节三元催化转化器的氧水准。因为测量面向关键特性“NOx转化”，因此可以实现高转化率。同时，探测阈值，在所述阈值时氧水准如此高以使得不再能够进行完全的NOx转化。

在一种特殊的设计方案中，借助于NOx模型根据所述三元催化转化器的当前温度和/或所述经建模的氧水准和/或废气质量流、第一空气-燃料比和/或第二空气-燃料比来确定所述经建模的NOx浓度。这是特别有利的，因为经建模的氧水准对经建模的NOx浓度的确定具有主要影响。

在另一设计方案中，借助于催化转化器模型、尤其是反应动力学模型来确定所述经建模的氧水准。

在一种有利的设计方案中，对于所述燃烧发动机的化学计量运行对应于在额定空气-燃料比为1、尤其是处于1.001与0.997之间的情况下的运行。

在其他方面中，本发明涉及一种设备、尤其是控制设备和一种计算机程序，它们被设立、尤其是被编程用于执行所述方法之一。在又一方面中，本发明涉及一种其上存储有计算机程序的机器可读存储介质。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中更详细地得以阐述。在此，在不同图中相同的附图标记分别表示相同或至少根据其功能可类比的元素。分别以示意形式：

图1示出作为本发明的技术环境的具有排气系统的燃烧发动机；

图2示出根据本发明的方法的实施例的功能框图。

具体实施方式

本发明涉及一种具有三元催化转化器的发动机系统。

图1详细地示出车辆的燃烧发动机10，所述燃烧发动机具有空气供给系统12、排气系统14和控制设备16。空气质量计18和节流阀单元19的布置在空气质量计18下游的节流阀位于空气供给系统12中。将通过空气供给系统12流入燃烧发动机10中的空气在燃烧发动机10的燃烧室20中与汽油混合，所述汽油通过喷射阀22直接被喷射到燃烧室20中。结果得到的燃烧室填充物利用点火设备24、例如火花塞被点燃并且燃烧。旋转角传感器25检测燃烧发动机10的轴的旋转角，并且由此允许控制设备16在轴的预定角位置中触发并且探测点火。由燃烧得出的废气通过排气系统14被排放。

在一种特殊的设计方案中，排气设备还可以具有高压和/或低压废气再循环装置，通过所述高压和/或低压废气再循环装置，废气可以经由空气供给系统被传导回到燃烧室中。在此，控制设备16能够确定高压侧废气再循环率r_exh，HD和低压侧废气再循环率r_exh，HD。

排气系统14具有至少一个三元催化转化器26。三元催化转化器26尤其是转化三种废气成分：氮氧化物、碳氢化合物和一氧化碳，并且此外具有储氧作用。

在至少一个三元催化转化器26的上游，暴露于废气28的前废气传感器32直接布置在三元催化转化器26的前面。在三元催化转化器26的下游，同样暴露于废气28的后废气传感器34直接布置在三元催化转化器26后面。第一废气传感器32优选地是宽带λ探针32，所述宽带λ探针允许跨越宽空气系数范围测量第一空气-燃料比λ_1，sens。第一废气传感器32布置在燃烧发动机10下游并且布置在三元催化转化器26上游。第二废气传感器34、即在三元催化转化器26下游，优选地是NOx传感器34，所述NOx传感器确定三元催化转化器26下游的NOx浓度NOx_2，sens和第二空气-燃料比λ_2，sens。

所使用的NOx传感器34由多个单元组成。在利用扩散屏障暴露于废气28的第一单元中，利用电驱动的氧泵流设定恒定的混合物。可以从对此需要的泵流中推断出废气28中的空气-燃料比λ_2，sens。氮氧化物(NOx)从第一单元经由第二扩散屏障转入第二单元并且在那里作为第二泵流被测量。废气λλ_2，sens和NOx浓度NOx_2，sens的信号从NOx传感器34被传输给发动机控制设备16。

此外，可以借助于温度模型或借助于安装在三元催化转化器26处的温度传感器确定三元催化转化器26的温度T_cat。

在所示的实施例中，暴露于废气28的跃变λ探针36(LSF)可以与废气28接触地布置在三元催化转化器26处。在此，跃变λ探针36在化学计量废气的情况下以高精度测量第二空气-燃料比λ_2，sens。

在替代的设计方案中，三元催化转化器26也可以设计为多个串联的三元催化转化器。在此，第一废气传感器32作为宽带λ探针32布置在第一三元催化转化器之前，并且第二废气传感器34作为NOx传感器34在末端布置在最后的催化转化器之后。

控制设备16处理空气质量计18、旋转角传感器25、第一废气传感器32(尤其是宽带λ探针)、NOx传感器34和跃变λ探针36的信号，并且从中构成操控信号，用于设定节流阀的角位置，用于通过点火设备24触发点火以及用于通过喷射阀22喷射燃料。可替代地或补充地，控制设备16还处理另外或其他传感器的信号用于操控所示的执行器或还有其他或另外执行器，例如检测驾驶踏板位置的驾驶员愿望探测器40的信号。此外，还为控制设备16提供废气质量流发动机转速n_eng、冷却剂温度T_coolant和当前点火角信息ZW_lst。此外，用于燃料喷射或混合物准备的调节以及用于气缸关断的控制存储在控制设备16上。

此外，在控制设备16上存储有用于对三元催化转化器26的经建模的氧水准O2_Cat进行建模的已知的催化转化器模型、尤其是反应动力学模型。该催化转化器模型调节三元催化转化器26的氧水准。尤其是，设置氧引入和排出的平衡，用以对氧水准O2_Cat进行建模，并且将其调整为额定氧水准O2_Cat，Soll。有利的是，在建模时考虑由排放模型计算的废气成分的反应动力学。通过额定-实际调节来进行调节，其中使经建模的氧水准O2_Cat跟踪额定氧水准O2_Soll，其方式是使三元催化转化器26前面的混合物变稀或变浓。

借助于在控制设备16上计算的NOx模型，可以根据空气-燃料比λ、三元催化转化器26的经建模的氧水准O2_Cat以及点火角ZW确定在NOx传感器34的位置处、即三元催化转化器26下游的经建模的NOx浓度NOx_2，mod。如果存在，则高压侧废气再循环率r_exh，HD和/或低压侧废气再循环率r_exh，HD可以可选地被包括作为用于NOx模型的输入参量。

图2示出根据本发明的用于校正燃烧发动机的催化转化器调节的方法的示例性流程。

在第一步骤200中，在控制设备16中监视该方法的释放条件。当控制设备16确定三元催化转化器26的最小温度T_lightoff时并且当NOx传感器34准备好用于测量NOx浓度NOx_2，sens时，释放该方法。

此外，通过控制设备16检验是否存在利用为1、尤其是处于1.001至0.997之间的额定空气-燃料比λ_soll的化学计量运行。

可替代地，当燃烧发动机10的运行协调器从非化学计量空气-燃料比λ变换成化学计量空气-燃料比λ时，也可以授予释放。在这些情况下，具有探针32的第一调节回路的额定空气-燃料比λ_soll也可以进一步偏离等于1的λ。在推撞事件之后，额定空气-燃料比λ_soll可以例如被降低直至0.8的λ值。

空气-燃料比λ优选地通过第一废气传感器32被确定，尤其是借助于宽带λ探针32通过第一空气-燃料比λ_1，sens被确定。如果通过控制设备16授予针对该方法的释放，则在步骤210中继续该方法。

在步骤210中，借助于催化转化器模型确定三元催化转化器26的经建模的氧水准O2_Cat。随后确定NOx传感器34的当前NOx浓度NOx_2，sens，并且此外根据NOx模型借助于三元催化转化器26的当前温度T_Cat、经建模的氧水准O2_Cat、废气质量流第一空气-燃料比λ_1，sens和/或第二空气-燃料比λ_2，sens确定经建模的NOx浓度NOx_2，mod。

随后在步骤220中继续该方法。

在步骤220中，通过控制设备16确定当前NOx浓度NOx_2，sens与经建模的NOx浓度NOx_2，mod之间的按数值的差D₁。

如果按数值的差D₁超过可预先给定的NOx阈值S_Nox，则在步骤230中继续该方法。

因为NOx模型主要与经建模的氧水准O2_Cat有关，所以由于当前NOx浓度NOx_2，sens与经建模的NOx浓度NOx_2，mod之间的偏差太高，可以假设经建模的氧水准O2_Cat不正确。因此可以从当前NOx浓度NOx_2，sens推断出三元催化转化器26的实际氧水准。

如果差D₁小，则假设模型参数、尤其是经建模的氧水准O2_Cat不必须被修改。对于在这种情况下，经建模的氧水准O2_Cat对应于针对该三元催化转化器26的实际氧水准。

随后可以结束或在步骤210中继续该方法。

在步骤230中，改变、即提高或降低经建模的氧水准O2_Cat，使得借助于NOx模型利用改变的氧水准O2_Cat，Var计算经建模的NOx浓度NOx_2，mod作为输出值，所述输出值对应于当前的NOx浓度NOx_2，sens。

例如，为此可以使用可逆NOx模型。为此，在应用阶段中，特性曲线K被存储到控制设备16中，所述特性曲线描述根据三元催化转化器26的氧水准O2_Cat的转化。

当前NOx转化NOx_conv被用作特性曲线族K的输入值，并且获得改变的氧水准O2_Cat，Var作为输出值。

在此，NOx转化NOx_conv对应于以下公式：

具有NOx原始排放量NOx_raw和当前NOx浓度NOx_2，sens。

因此，以以下方式适配经建模的氧水准O2_Cat，即NOx模型利用改变的氧水准O2_Cat，var计算目前测量的排放。这是可能的，因为针对该三元催化转化器26的氧水准对经建模的NOx浓度NOx_2，mod具有主要影响。

随后可以在步骤210中继续或结束该方法。

Claims (7)

1.一种用于调节燃烧发动机(10)的引导废气的排气道(15)中的三元催化转化器(26)的经建模的氧载荷(O2_cat)的方法，

其中对于所述燃烧发动机(10)存在化学计量运行，

其中为所述三元催化转化器(26)确定经建模的氧水准(O2_cat)，

其中借助于NOx传感器(34)确定当前NOx浓度(NOx_2，sens)，并且确定经建模的NOx浓度(NOx_2，mod)，

其特征在于，如果所述当前NOx浓度(NOx_2，sens)和所述经建模的NOx浓度(NOx_2，mod)之间的比较超过可预先给定的阈值(S_NOx)，则

基于所述经建模的氧水准(O2_cat)改变所改变的氧水准(O2_Cat，var)，直至利用所述改变的氧水准(O2_Cat，var)建模的NOx浓度(NOx_2，mod)与实际氧水准(NOx_2，mod)一致为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于NOx模型根据所述三元催化转化器(26)的当前温度(T_Cat)和/或所述经建模的氧水准(O2_cat)和/或废气质量流第一空气-燃料比(λ_1，sens)和/或第二空气-燃料比(λ_2，sens)确定所述经建模的NOx浓度(NOx_2，mod)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于催化转化器模型、尤其是反应动力学模型来确定所述经建模的氧水准(O2_cat)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述燃烧发动机(10)的化学计量运行对应于在额定空气-燃料比(λ_Soll)为1、尤其是处于1.001与0.997之间的情况下的运行。

5.一种计算机程序，所述计算机程序被设立用于执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法的每个步骤。

6.一种机器可读存储介质，其上存储有根据权利要求4所述的计算机程序。

7.一种电子控制设备(16)，所述电子控制设备被设立用于执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法的每个步骤。