專利名稱：用于診斷廢氣催化器效能的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于診斷內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)中廢氣催化器效能的方法和
裝置，其中運用了非常晚的再次噴射(Nacheinspritzimg)或二次噴射 (Sekundaereinspritzung)。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)中已知設(shè)置二次噴射，以使得噴射的燃料又被點燃并通 過在膨脹階段中的燃燒而提高廢氣溫度。由此一來，根據(jù)文獻EPG621 400 Bl所述，設(shè)置在排氣系統(tǒng)中的催化器從冷卻狀態(tài)很快地被加熱至工 作溫度。
從DE 1 00 61 796 Al中可知，通過專門設(shè)置再次噴射可以使得后 置的廢氣渦輪增壓器的響應(yīng)特性通過下述內(nèi)容得以改善，即，后續(xù)噴射
焓明顯提高。由此廢氣渦輪增壓器快速運轉(zhuǎn)，這對于加速而言正是至關(guān) 重要的。對于加速而言，尤其是對于先前是低轉(zhuǎn)速行駛的加速而言，渦 輪增壓器在排氣側(cè)首先缺少的是用于產(chǎn)生加速過程所需增壓壓力的正 確排氣量。這種緩慢的響應(yīng)特性也被叫做渦輪遲滯。通過文獻DE 1 00 61 796 Al中的轉(zhuǎn)換減輕了渦輪遲滯。
另外還已知通過將燃料附加噴射到內(nèi)燃機的后期工作沖程或移出 行程中而將基本未燃燒的燃料導(dǎo)給設(shè)在排氣系統(tǒng)中的催化器的方法。在 這種方法中，通過測量溫度曲線確定催化器中形成的放熱量。放熱量的 確定又作為衡量轉(zhuǎn)變能力并從而衡量催化器效能的標(biāo)準(zhǔn)。該方法利用過 量的空氣工作并從而能夠用在所有貧油運行的發(fā)動機中、尤其是用在汽 油直噴發(fā)動機和柴油發(fā)動機中。不過，為此必需要設(shè)置附加的廢氣溫度 傳感器。
在DE 1 02 54 477 B3所采用的物理才莫型中^>開了 一種用于基于驅(qū) 動系統(tǒng)不同運行參數(shù)確定催化氣溫度的方法。然而在該文本中也指出了 要設(shè)置具體的溫度傳感器以基本準(zhǔn)確地測量催化器溫度。
前面提到的用于診斷催化器效能的文獻具有原理上的缺點，即它們在較大的時間延滯之后才能給出結(jié)果。這也是緣自所選取的原理上的附 件，所迷附件以在正常運行狀態(tài)下的平衡和在合適的運行參數(shù)下單獨觸 發(fā)的測試運行為基礎(chǔ)。
此外對于已知方法而言還具有如下缺點，即其具有離發(fā)動機非常近 地設(shè)置的催化器，例如在相應(yīng)的氣缸頭中、在排氣歧管中、或者直接在 渦輪增壓器之前，會使得附加的設(shè)備投入和/或工序投入激增。這尤其 體現(xiàn)在當(dāng)今發(fā)動機的附件中，其中在每個排氣管道中都設(shè)置單獨的催化 器，即所謂的氣缸頭催化器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，在節(jié)省附加廢氣溫度傳感器的成本并只 是最低程度地增加燃料消耗的情況下提出 一種靈敏而又可靠的診斷方 法，該診斷方法在時間略微延滯的情況下就可以給出可靠的結(jié)果。另外 還有一個目的是提供一種相應(yīng)的裝置，其在少量的投入下亦可用在各種
不同的內(nèi)燃機方案中。
所述目的通過各個獨立權(quán)利要求的特征得以解決。優(yōu)選的改型方案 是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
按照發(fā)明的解決方案基于對下迷效應(yīng)的利用，即，在后期工作沖程
;排氣系統(tǒng)中才^到轉(zhuǎn)變或轉(zhuǎn)化。、尤其是，基本上在催化器處才發(fā)l所 述的燃料轉(zhuǎn)變。所述的燃料轉(zhuǎn)變是放熱反應(yīng)。這意味著通過完成的反應(yīng) 釋放出了導(dǎo)致廢氣的焓提高的熱量。當(dāng)這種方法用在廢氣渦輪增壓器沿 位于催化器下游的排氣系統(tǒng)中時，廢氣流的焓的提高會引起提高的壓縮 機功率。這種由于在燃料須"試噴射期間在后期的工作沖程或移出行程中 所引起的提高的壓縮機功率直接導(dǎo)致增壓壓力提高或?qū)е聝?nèi)燃機的空 氣質(zhì)量流明顯增加。這一明顯的變化可以通過內(nèi)燃機上對增壓壓力和所 吸入空氣質(zhì)量流的監(jiān)測而 一企測到。
通過噴射基本不參加氣缸中燃燒的規(guī)定的附加的燃料測試量，可以 得知在催化器上游廢氣流中未燃燒成份的含量。相應(yīng)于催化器的作用效 率會削減該燃料量，其中所迷削減會導(dǎo)致排氣焓升高。升高的排氣焓又 導(dǎo)致壓縮機功率升高，升高的壓縮機功率在其一側(cè)通過增壓壓力和空氣 質(zhì)量流的改變而被檢測到。從而催化器作用效率和提高的壓縮機功率之間存在直接的關(guān)聯(lián)，因此可以從可輕易測出的內(nèi)燃機吸入空氣量的變化 確定出催化器的效能。
對于已知的溫度測量法而言，不僅具有低穩(wěn)定性和不盡如人意的靈 敏度，而且在檢測到放熱之前會有可達30秒之久的較大時間延遲。與 這些已知的溫度測量法恰好相反，在按照發(fā)明的方法中，使用非常少的 燃料測試量并在少量的發(fā)動機運轉(zhuǎn)圈數(shù)或氣缸沖程之內(nèi)即可提供可非 常準(zhǔn)確測得的系統(tǒng)反應(yīng)。因此，按照發(fā)明的方法和相應(yīng)構(gòu)成的裝置與已 知的方法和裝置相比亦可以從根本上更快、更穩(wěn)定、更敏感以及更省油 地工作。
在本發(fā)明的 一 種優(yōu)選實施例中，按照發(fā)明的方法流程具有如下步
的內(nèi)燃機工作條件。只要達到了合適:工作條件,、就進行下i)驟 參調(diào)節(jié)和/或檢測所需的廢氣回輸率AGR或斷開廢氣回輸； *調(diào)節(jié)和/或檢測所需的節(jié)流閥位置； 參確定進氣管壓力/增壓壓力、吸入的空氣質(zhì)量流； 參通過規(guī)定的噴射量和時間點觸發(fā)再次噴射； 參確定進氣管壓力/增壓壓力或者吸入的空氣質(zhì)量流； 參確定進氣管壓力/增壓壓力或者吸入的空氣質(zhì)量流的增量； 參確定對應(yīng)于該增量的排氣焓；
參在考慮AGR率的情況下，從所輸送的再次噴射量和在催化器上
已轉(zhuǎn)變的噴射量來確定催化器作用效率； 參在獲悉了作用效率和(在該例子中通過溫度和廢氣質(zhì)量流表征
的)可能工作點之后，在足夠的轉(zhuǎn)變能力方面對催化器做出判斷。
在本發(fā)明的一種替代實施例中，在每個排氣通道中都設(shè)置催化器， 即所謂的氣缸頭-催化器。從而可以按照發(fā)明的方法在減少投入的情況 下對每個這種催化器在其效能方面做出判斷。為此存在以下兩種原則上 的可能方案
1. 不在每個氣缸上、而是分別只在一個氣缸上進行確定的燃料測試 量的噴射。然后只對配屬于這一相關(guān)氣缸的催化器進行催化器診斷。
2. 在多個乃至所有氣缸上進行確定的測試量噴射。然后，在考慮單個的需要再循環(huán)廢氣的分廢氣流的運行時間的情況下，可以在回 推判斷期間確定，哪個催化器的廢氣在哪個氣缸中再燃燒。從而 在少量的曲軸回轉(zhuǎn)圏數(shù)內(nèi)就可以對按照這種方式復(fù)雜構(gòu)成的內(nèi)燃 機的所有催化器進行診斷。 在按照發(fā)明的方法的另外一種替代實施例中，目的是對已安裝催化 器的各個起燃溫度進行識別 這種所謂的起燃溫度根據(jù)定義給出在什么
溫度下催化器轉(zhuǎn)換廢氣流中所含燃料余份的50% 。這一標(biāo)記是催化器所 謂啟動的標(biāo)準(zhǔn)。其中，起燃溫度或起燃時間點可以表明各催化器的受損 度。此外，起燃時間點的識別對于引入主動的催化器加熱措施而言是至 關(guān)重要的，例如這些措施也通過規(guī)定進行的將未燃燒燃料噴射排氣行程 的二次噴射進行。
因此，根據(jù)按照發(fā)明的方法和相應(yīng)構(gòu)成的裝置可以對相關(guān)催化器進 行診斷，而不必附加例如以廢氣成分傳感裝置和/或溫度傳感裝置為形 式的傳感裝置。這種節(jié)省一方面展現(xiàn)出明顯的成本優(yōu)點，另一方面其另 外還提高了方法和相應(yīng)裝置的穩(wěn)定性。此外，按照發(fā)明的診斷十分準(zhǔn)確， 因為催化器作用效率的確定是基于非常準(zhǔn)確的、以例如壓力測量或流量 測量為形式的測量手段進行的。此外，按照發(fā)明的診斷還可以很快地進 行。為此原則上只需要少數(shù)幾個活塞沖程就足夠了。這種特點的優(yōu)點再 次體現(xiàn)在穩(wěn)定性的明顯提高和僅最小程度提高的燃料消耗上，這一提高 的燃料消耗對于在基于機動車排放組織(縮寫為MVEG )歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)所 定滾動試驗臺(Rollpruefstand)或基于美國、日本標(biāo)準(zhǔn)所定類似模擬 實驗進行的試驗周期中小得可以忽略不計。最后，也可以對催化器所謂 的啟動進行檢測，這樣做可以用于引入主動的催化器加熱措施，也可以 用于評估催化器受損。


下面結(jié)合實施例并借助附圖對按照發(fā)明的方法和相應(yīng)裝置的其他 具有優(yōu)點的特征進行詳細(xì)的闡釋。其中
圖1是汽車驅(qū)動系統(tǒng)的方塊圖，其具有內(nèi)燃機、廢氣催化器和后置 的渦輪廢氣發(fā)生器；
圖2是圖1所示廢氣催化器的檢測方法的流程圖。
具體實施例方式
在所有附圖中，相同的組件和方法步驟統(tǒng)一采用了相同的附圖標(biāo)記。
附圖1示出汽車驅(qū)動系統(tǒng)的簡化方塊圖，汽車具有內(nèi)燃機l、廢氣
排出管道2、以及盡可能離發(fā)動機近地設(shè)置的催化器3。在從排氣通道2 開始的排氣系統(tǒng)5中，在繼續(xù)流向中在催化器3的下游接有渦輪增壓器 6。為了對盡可能高的廢氣溫度加以利用，渦輪增壓器6同樣盡可能離 發(fā)動機近地設(shè)置并且因此而引起對新鮮空氣7進行盡可能有效的預(yù)壓 縮。通過渦輪增壓器6預(yù)壓的新鮮空氣7被控制經(jīng)過增壓空氣冷卻器8,
用于通過節(jié)流閥ro調(diào)節(jié)導(dǎo)給內(nèi)燃機i的空氣量或空氣質(zhì)量。空氣質(zhì)量
m,直接在內(nèi)燃機1的入口處被空氣質(zhì)量傳感器11檢測到。空氣質(zhì)量傳感 器11的輸出信號被導(dǎo)給內(nèi)燃機的電子控制裝置12。電子控制裝置12對 與油箱14保持連接的機構(gòu)15進行控制，用于結(jié)合控制節(jié)流閥10制備 混合氣。根據(jù)未進一步展示的方式和方法，在電子控制裝置12中還可 以對各個由駕駛員預(yù)給的信號進行處理。
控制裝置12在本發(fā)明的當(dāng)前實施例中配備了邏輯電路17,通過其 可以對用于制備混合氣的機構(gòu)15進行控制，以便在規(guī)定的時間點和規(guī) 定的燃料量實施測試噴射。該測試噴射可以作為在 一 個角度或時間,泉上 的再次噴射或二次噴射，從而所噴射的燃料通過廢氣排出管道2基本未 燃燒地離開汽缸。放出的混合氣然后才在催化器3中轉(zhuǎn)化，從而在排氣 系統(tǒng)5的進一步路線中能夠使得渦輪增壓器6之前的焓明顯提高。隨著 焓的提高，通過渦輪增壓器6便可以讓從根本上提高量的空氣質(zhì)量i化. 通過增壓空氣冷卻器8傳遞到節(jié)流閥IO上并接著被傳感器11檢測到。 然后傳感器11的相應(yīng)輸出信號被導(dǎo)給邏輯電路17,邏輯電路17可以從 在進行測試噴射之前或在非常短時間的測試噴射期間已知的數(shù)值推斷 出作用效率并從而推斷出催化器3的功能效能。
在當(dāng)前實施例中，計算機構(gòu)17作為測試噴射的觸發(fā)器構(gòu)成。為此， 計算機構(gòu)17與用于實施測試噴射的機構(gòu)15連接，并從而決定圖2所示 流程圖中的開始，這一點將在后面給予描述。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，根據(jù)圖l所示的按照發(fā)明的方法的 流程規(guī)定，斷開廢氣的回輸。這樣一來便簡化了后面的方法，因為當(dāng)確 定催化器作用效率時無須再考慮AGR率(廢氣回輸率)了。根據(jù)圖2所示流程圖，現(xiàn)在在根據(jù)圖1所示的裝置中在通過邏輯電路17觸發(fā)的情
況下實施具有如下步驟的方法在未示出的識別處對催化器3進行診斷
的必要性后，在此例如經(jīng)過時間過程和實際需要所確定的時間間隔，等 待合適的內(nèi)燃機1工作條件。只要達到了合適的工作條件，就進行下述
步驟
參調(diào)節(jié)和/或檢測所需的節(jié)流閥IO位置； 參確定進氣管壓力/增壓壓力、吸入的空氣質(zhì)量流斷； 參通過規(guī)定的噴射量和時間點，在機構(gòu)15中觸發(fā)再次噴射； 參確定進氣管壓力/增壓壓力或者吸入的空氣質(zhì)量流m,(正常)； 參確定進氣管壓力/增壓壓力或者吸入的空氣質(zhì)量流斷的增量(測 試噴射)；
參確定對應(yīng)于該增量的沿流動方向在催化器3之后的排氣焓；
參從所輸送的再次噴射量和在催化器3上經(jīng)轉(zhuǎn)變的噴射量中確定
催化器作用效率； 參在獲悉了作用效率和可能的在該例子中通過溫度和排氣質(zhì)量流
表征的工作點之后，在足夠的轉(zhuǎn)變能力方面對催化器3做出判斷。
該方法工作得很快，并且原理上不用附加傳感器。并且診斷非常準(zhǔn) 確，因為催化器作用效率的確定是基于具有極準(zhǔn)測量體系的壓力測量或 流量測量進^f亍的。
權(quán)利要求
1. 用于診斷內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)中廢氣催化器效能的方法，該方法在使用作為測試噴射的非常晚的再次噴射或二次噴射的情況下實施，其特征在于，在催化器(3)下游所使用的廢氣渦輪增壓器(6)的在測試噴射期間所引起的提高的壓縮機功率，引起提高的增壓壓力提高或空氣質(zhì)量流(mL)的顯著增加，從而由內(nèi)燃機(1)的吸入空氣量的變化來確定出催化器(3)的效能。
2. 按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，通過空氣質(zhì)量傳感器 (11 )測量出內(nèi)燃機(1 )的吸入空氣量的變化。
3. 用于診斷設(shè)在內(nèi)燃機(l)的排氣系統(tǒng)(4)中的廢氣催化器(3) 的效能的裝置，其中，內(nèi)燃機(1 )具有控制裝置U2)和用于實施非 常晚的再次噴射或二次噴射的機構(gòu)(15),其特征在于，設(shè)有計算機構(gòu)(17),該計算機構(gòu)與空氣質(zhì)量傳感器(")連接，以便從作為空氣質(zhì) 量傳感器(11 )的輸出信號的、內(nèi)燃機(1 )的吸入空氣量(itO的變化 中確定出催化器(3)的效能。
4. 按前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，計算機構(gòu)(17) 作為測試噴射的觸發(fā)器與用于實施測試噴射的機構(gòu)U5)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于診斷內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)中廢氣催化器效能的方法和裝置，其中運用了非常晚的再次噴射或二次噴射。為了能夠在節(jié)省附加廢氣溫度傳感器投入并只是最低程度地增加燃料消耗的情況下提供一種靈敏而又穩(wěn)定的診斷方法和相應(yīng)的裝置，這種診斷方法在時間略微延滯的情況下就可以給出可靠的結(jié)果，而這種相應(yīng)的裝置在少量的投入下亦可用在各種不同的內(nèi)燃機方案中，根據(jù)本發(fā)明提出，在催化器(3)下游所使用的廢氣渦輪增壓器(6)的在測試噴射期間所引起的提高的壓縮機功率，引起提高的增壓壓力提高或空氣質(zhì)量流(m_L)的顯著增加，從而由內(nèi)燃機(1)的吸入空氣量的變化來確定出催化器(3)的效能。
文檔編號F01N11/00GK101438044SQ200780016348
公開日2009年5月20日 申請日期2007年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日
發(fā)明者H·-P·拉布, J·拉德茨基, R·迪伊特 申請人:歐陸汽車有限責(zé)任公司