CN1281859C - 内燃机催化转换器加热措施的检验方法和检验装置 - Google Patents

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Abstract

提出了内燃机废气中的催化转换器加热的至少一个措施M的有放性的检验方法，在这个方法中，在至少一项措施启动后，通过分析至少一个在内燃机排气系统中采集的信号SA来确定催化转换器温度增加的一个实际值Tist，在这个方法中，至少从内燃机的运行参数中确定温度增加的一个期待值Tmodell，并将实际值Tist与期待值Tmodell进行比较：当实际温度Tist明显低于模型温度Tmodell时，则至少一个加热措施被认为是无效的。

Description

内燃机催化转换器加热措施的检验方法和检验装置
技术领域
本发明涉及内燃机废气中的催化转换器加热措施的有效性的检验方法。
背景技术
为了内燃机废气中的有害成分的最佳转化，需要催化转换器的工作温度的快速达到和保持。
已经采取了各种措施来加速催化转换器的加热，例如通过延迟点火来提高废气温度、二次空气吹入与混合气浓缩相结合、在催化转换器之前的排气管道中装一个火花塞。这可使吹入内燃机排气阀后面的二次空气与废气中的碳氢化合物成分反应，引起点火并保持下去。在带有废气涡轮增压和增压控制阀的发动机时，为了快速加热催化转换器，可打开增压控制阀。这可引起催化转换器中的有害物转化明显提前开始，特别是在与二次空气运行相结合时。在打开增压控制阀时，废气在一定程度上流过涡轮增压器，于是产生这个作用。所以涡轮增压器的涡轮中几乎没有能量转换，碳氢化合物和二次空气的反应可通过打开的压力调节阀不受干扰地一直进行到催化转换器。换句话说，在涡轮增压器的涡轮室中不产生二次空气火焰的熄灭。
欧洲专利EP 937 869提出了一个带排气阀和冷却回路的排气系统。在这个系统中，冷却回路可在冷态发动机或冷态催化转换器情况下用一个排气阀关闭或短路，所以它不再有废气流通。这要求催化转换器的快速加热。在较高排气温度情况下，废气流经冷却回路，使之冷却。
所以加速催化转换器加热的这些措施影响废气质量。根据有关法律的规定，对汽车来说，这些措施的有效性必须用车载装置来检验。
发明内容
本发明提出了一种检验这些措施有效性的技术原理，提供了一种检验方法和检验装置。
这个原理详细描述了内燃机废气中的催化转换器加热的至少一个措施的有效性的检验方法：
-在这个方法中，在至少一项措施启动后，通过分析至少一个在内燃机排气系统中采集的信号来确定催化转换器温度增加的一个实际值Tist。
-在这个方法中，至少从内燃机的运行参数和一个温度模型中确定温度增加的期待值Tmodell，并用实际值Tist与期待值Tmodell进行比较当Tist明显小于Tmodell并在假定一个有效加热措施的情况下得出了Tmodell时，则至少一个加热措施被认为是无效的，或在Tist不明显小于Tmodell并在假定一个无效加热措施的情况下得出了Tmodell时，则至少一个加热措施被认为是无效的。
实施本发明方法的本发明装置包括第一机构和第二机构，在至少一个措施启动后，第一机构通过分析由第二机构在内燃机排气系统中采集的至少一个信号SA确定催化转换器温度上升的实际值Tist。
-其中，第一机构至少从由第三机构探测的内燃机的运行参数和一个温度模型中确定催化转换器温度上升的一个期待值Tmodell，且第一机构对实际值Tist与期待值Tmodell进行比较，当Tist明显小于Tmodell并在假定一个有效措施的情况下得出了Tmodell时，则加热措施被判断为无效的，或者当Tist不明显小于Tmodell并在假定一个无效的加热措施的情况下得出了Tmodell时，则至少一个加热措施被判断为无效的。
特别有利的是，本发明上述方法不限于单个元件的判断，而是特别适用于整个系统的判断。
本发明的其他有利改进方案可从各项从属权利要求的内容中得知。
通过一个温度传感器探测的信号SA提供了催化转换器温度的准确测定的优点，这对本发明方法的可靠性产生正面的影响。
信号SA的另一种产生是通过催化转换器的转换能力的一个信号来实现的，其中，首先确定随不断增加的催化转换器的温度而增加的转换能力的开始，这个转换开始对应一个预定的温度值，这样就具有可取消一个温度传感器的优点。对现代汽车来说，已经存在确定转换能力和转换开始的各种方法，例如美国专利US 5 675967提出了确定转换开始的一些方法。本发明参考了该文献提出的确定转换开始的方法。
在一次冷态起动后或在其余运行的一个加热阶段的过程中，可进行温度上升的分析。其中最好诊断不限于很少出现的工作点，而是例如原则上可在一次冷态起动后的每个运行循环中进行。
此外，在同时采取多个加热措施并确定第一个加热阶段中的至少一个加热措施无效的情况下，本发明可借助于至少另一个加热阶段识别出该无效的措施。其中，作为猜测无效的那个加热措施不起作用，当在另一个加热阶段求出的实际温度位于在第一加热阶段求出的实际温度Tist的公差范围以内时，则被判断为实际无效的加热措施。
在废气中使用一个点火装置来进行判断是特别有利的，该点火装置作为加热措施的一部分来进行控制。
这个优点是这样产生的，即该点火装置例如做成一个正温度系数热敏电阻(PTC)与二次空气泵进行电气并联连接，这种情况作为单个元件的火花塞的电诊断则是困难的。
在具有废气涡轮增压的内燃机中，用一个增压控制阀来进行判断也会得出一个类似的优点，该增压控制阀作为一个加热措施的一部分进行控制。
附图说明
下面结合附图来说明本发明的实施例。
图1表示本发明的技术环境；
图2表示本发明一个实施例的流程框图；
图3表示图2方法的补充，作为识别错误的本发明一种优选方案的实施例。
具体实施方式
参看图1a：内燃机1由一根进气管2供给燃料/混合气。燃料通过喷油嘴3按一定的量供给，供给量由控制器4从运行参数Bk1_Bkn中确定，而这些运行参数则由传感器5.1至5.n提供。运行参数的例子是转数、冷却水温度、吸入空气量和吸入空气温度，等等。汽车速度v也可作为运行参数处理。在强迫点火的内燃机的情况下，控制器还控制点火装置6，以使内燃机的气缸在要求的时刻开始燃烧。这里之所以示出了点火装置，因为在强迫点火的内燃机时，点火时间点的延迟调节是催化转换器加热的一个可能的措施。但考虑到其他的催化转换器加热措施，所以本发明不局限于用在强迫点火的内燃机。确切地说，本发明也可用于装有催化转换器的柴油内燃机。数字7表示根据流动方向在催化转换器9的前面的一根排气管8内的一个火花塞。数字10表示一台二次空气泵，而数字11则表示催化转换器内的一个温度传感器。数字12表示一个废气传感器。这个传感器的信号Lh可识别随着不断上升的温度在催化转换器内的转换开始。这个信号Lh与催化转换器的温度T的关系如图1c所示。在开始时低温的情况下，这个信号Lh还明显向右传播，因为它还没有受到催化转换器的影响。一旦催化转换器达到了它的转换开始温度TKB，催化转换器就对该信号Lh产生阻尼作用。在控制器4中，信号Lh的这个变化对应一个存储的预定温度。所以，这个预定的温度可从信号Lh求出。确定转换开始温度的其他方法可参考上述的美国专利文献。
图1b表示本发明有利应用的技术环境：涡轮增压器13具有一个作为涡轮叶轮旁通的增压控制阀14，该阀由控制器4操作。
图1d表示发动机1和催化转换器9之间的废气冷却回路20的结构，该冷却回路的流量由一个排气阀21控制。在该排气阀的图示位置内，该冷却回路没有通流，这有助于催化转换器的加热。
图2表示本发明一个实施例的流程图。在起动后，在步骤2.1中进行至少一项催化转换器加热措施M的实施。例如接通二次空气泵10和火花塞7并通过内燃机效率的恶化(延迟点火)在废气中产生未燃烧的燃料。
紧接着在步骤2.2中进行内燃机排气系统内的一个信号SA的采集并在步骤2.3中确定催化转换器的实际温度。在最简单的情况中，SA直接表示一个温度传感器11的信号。在冷态起动的情况下，催化转换器温度直接用来表示上升的温度值，因为起动温度的值(例如20℃)与高于100℃的催化转换器工作温度比较可忽略不计。
步骤2.4用于采集内燃机的运行参数例如Bk1，...，Bkn，在步骤2.5中，从这些工作参数算出催化转换器的模型温度Tmodell。所根据的计算模型包含了催化转换器温度的相关的依赖关系，例如转数、吸入空气量和/或吸入空气温度、点火角、混合气成分L、二次空气的供给、汽车速度v，等等。此外，在建模时最好从催化转换器加热措施的有效性开始。
在步骤2.6中进行计算出的模型温度Tmodell与确定的实际温度Tist的比较，例如两个值的差与一个阈值S比较。
如果模型温度Tmodell明显低于实际温度Tist，则Tmodell减Tist的差大于相应确定的阈值S。
所以在步骤2.6中超出阈值表明，正确的温度模拟所需的前提没有满足。然后在步骤2.7中从这样的前提出发，即模型前提的破坏是由于加热措施M的无效性引起的。相应地，在步骤2.8给出一个错误信号。
如果在步骤2.1中只实施了催化转换器加热唯一的一个措施，则步骤2.8的错误信号显然地与这个措施有关。
但如果在步骤2.1中实施了一系列的措施，则步骤2.8中的错误信号不强制对应一个明确的单个措施。这样就需要对那个错误的措施进行识别。
图3表示图2方法的补充，作为识别无效措施M的本发明的一个优选方案的实施例。
在步骤3.1中要求一系列加热措施。与图2所示实施例一样，这些措施是在冷态起动后采取的。但在运行过程中也可能需要加热措施，来使冷却了的催化转换器重新升到它的工作温度或使之保持在它的工作温度。冷却例如可以在滑行阶段较长的下坡运行中关掉了燃料供给所致。当然，也可能由于单个加热措施引起。
在步骤3.2中进行询问，是否有一个来自图2的步骤2.8的错误信号。这样一个错误信号可能来自上一个运行循环，但也可能是在本次运行循环内检测出来的。
如果没有错误信号，则在步骤3.3触发全部要求的加热措施M1，...，Mi，...Mk。作为这种情况的另一个方法可接着图2的步骤2.1。换句话说，如果不存在错误信号，则可按图2进行正常的检验。
相反，如果存在一个错误信号，则肯定步骤3.2的询问并继续进行下一个步骤来识别那个错误的无效的措施。为此，在步骤3.5中从多个加热措施M1，...，Mi，...Mk中首先猜测一个单独的措施Mi是错误的无效的。
然后在步骤3.6中进行图2的步骤2.1至2.5，而不启动Mi。在这个例子中不启动Mi至少要在计算模型温度Tmodell时予以考虑。
如果重新得出实际温度Tist与模型温度Tmodell存在明显的误差，则在步骤3.7进行确定并在步骤3.9中确定Mi可能不是或至少不是引起误差的唯一原因。
反之，如果得出很小的误差，则说明这个措施Mi在以前的检验中已经是无效的。相应地，在步骤3.8中产生一个专指Mi的错误信号。错误信号通过故障显示灯的通电来显示，或者例如通过已存储的猜测的补充来表示。
在计算模型温度Tmodell时，假定措施Mi的无效性的另一种办法是，模型温度Tmodell的计算也可不进行修正，亦即在计算时从措施Mi的有效性开始。在这种情况下，在步骤3.7进行修正：如果在第二加热阶段求出的实际温度Tist相对于第一加热阶段求出的实际温度Tist保持在公差范围内，则可推断这个不启动的加热措施的无效性。

Claims (9)

1.内燃机废气中的催化转换器加热的至少一个措施(M)的有效性的检验方法，
-在这个方法中，在至少一项措施启动后，通过分析至少一个在内燃机排气系统中采集的信号(SA)来确定催化转换器温度增加的一个实际值(Tist)。
-在这个方法中，至少从内燃机的运行参数和一个温度模型中确定温度增加的期待值(Tmodell)，并用实际值(Tist)与期待值(Tmodell)进行比较：当实际值(Tist)明显小于期待值(Tmodell)并在假定一个有效加热措施的情况下得出了期待值(Tmodell)时，则至少一个加热措施被认为是无效的，或在实际值(Tist)不明显小于期待值(Tmodell)并在假定一个无效加热措施的情况下得出了期待值(Tmodell)时，则至少一个加热措施被认为是无效的。
2.按权利要求1的方法，其特征为，该信号(SA)是通过一个温度传感器来探测的。
3.按权利要求1的方法，其特征为，该信号(SA)是通过催化转换器的转换能力的一个信号来产生的，在这种情况下确定随不断增加的催化转换器的温度而增加的转换能力的开始，这个转换开始对应一个预定的温度值。
4.按前述权利要求任一项的方法，其特征为，在一次冷态起动后或在发动机的其余运行的一个加热阶段中算出温度的增加。
5.按权利要求1的方法，其特征为，在同时采取多个加热措施并确定至少一个加热措施无效的情况下，借助于至少另一个加热阶段来识别出该无效的措施，其中，作为猜测无效的那个加热措施不予启动，当在另一个加热阶段求出的实际温度位于在第一加热阶段求出的实际温度(Tist)的公差范围以内时，则把那个作为猜测无效的加热措施看成是实际无效的措施。
6.按权利要求1的方法，其特征为，在废气中使用一个点火装置来进行判断，该点火装置作为一个加热措施的一部分来进行控制。
7.按权利要求1的方法，其特征为，在具有废气涡轮增压的内燃机中，用一个增压控制阀来进行判断，该增压控制阀作为一个加热措施的一部分进行控制。
8.按权利要求1的方法，其特征为，用内燃机废气中的一个排气阀来进行判断，其中该排气阀确定冷却回路的废气通流，该排气阀作为一个加热措施的一部分来进行控制。
9.内燃机废气中催化转换器加热的至少一个措施的有效性的检验装置包括：
-第一机构和第二机构，在至少一个措施启动后，第一机构通过分析由第二机构在内燃机排气系统中探测的至少一个信号(SA)确定催化转换器温度上升的实际值(Tist)；
-其中，第一机构至少从由第三机构探测的内燃机的运行参数中和一个温度模型中确定催化转换器温度上升的一个期待值(Tmodell)，而且第一机构将实际值(Tist)与期待值(Tmodell)进行比较：当实际值(Tist)明显小于期待值(Tmodell)并在假定一个有效加热措施的情况下得出了期待值(Tmodell)时，则一个加热措施被判定为无效的，或当实际值(Tist)不明显小于期待值(Tmodell)并在假定一个无效的加热措施的情况下得出了期待值(Tmodell)时，则至少一个加热措施被判定为无效的。
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