專利名稱：用于確定廢氣催化凈化器的轉(zhuǎn)換能力的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用于評估內(nèi)燃機冷啟動時碳氫化合物催化器的轉(zhuǎn)換能力的方法，該內(nèi)燃機具有一個在流向上安裝在催化器之后的廢氣傳感器，這里廢氣傳感器的輸出信號傳送至一個控制單元。此外本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
為了減少汽油內(nèi)燃機的排放通常會使用三元催化器。催化器的轉(zhuǎn)換能力主要取決于它的溫度。因此為了滿足法律規(guī)定，在冷啟動時將對催化器進行額外的加熱使之可以迅 速開始工作。舊催化器的催化效率可能已經(jīng)降低，為了可以同樣滿足廢氣排放限制，將對其加熱至一定溫度，使舊催化器也能夠正常開始催化反應(yīng)。因此加熱過程必須比新催化器更長，從而使催化器達到的溫度比實際所需要的更高。這可能導(dǎo)致催化器面向內(nèi)燃機的一側(cè)由于高溫以及溫差迅速老化。催化器由于中毒或者高溫造成的老化通常發(fā)生在排氣方向從面向內(nèi)燃機的一側(cè)直至后方。因此要對一個已老化的催化器進行特殊的加熱措施，從而不僅使其前部得到加熱，催化器的大部分都將得到加熱。這里縮短一個新催化器的催化劑預(yù)熱時間可以延長其使用壽命，也可以減少廢氣排放和內(nèi)燃機的燃油消耗。碳氫化合物催化器的轉(zhuǎn)換能力根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在工作溫度下由它儲存氧氣的能力間接得到評價。儲氧能力因此被用于評估催化器老化的程度。這種方法在催化器的前面和后面各布置了一個氧傳感器。輸送進內(nèi)燃機的混合氣體因此將由濃到稀變化，以使氧氣儲存在催化器中。借助氧傳感器的輸出信號以及對廢氣量的了解可以確定催化器的儲氧能力。這種測試通常在部分負荷狀態(tài)下，因此是催化器的工作溫度下進行。從DE4112478C2中可以得知一種用于評估催化器老化程度的方法，該催化器對一個經(jīng)過\調(diào)節(jié)的內(nèi)燃機的廢氣進行處理，在這種方法中對布置在催化器前面和后面的入值進行測量，以分析當(dāng)催化器前面的、值規(guī)則振蕩時是否由濃到稀變化，或者相反的催化器后面的、值有一個相應(yīng)的變化過程，如果確實如此，則將確定通過催化器的氣流量，并計算氣流量和催化器前的、值的乘積的時間積分，以及氣流量和催化器后的、值的乘積的時間積分，同時利用兩個積分的差或者兩個積分的差與其中一個積分的比來衡量催化器的老化程度。在這種方法中最有特點的是X值的強迫振動，其頻率是預(yù)先設(shè)定的。當(dāng)前方法和裝置的缺點是，碳氫化合物催化器的轉(zhuǎn)換能力通過其儲氧能力間接得到評價，并且只有當(dāng)處于工作溫度時才能進行，在剛剛冷啟動后的時間內(nèi)尚不能進行。此外還存在的缺點是，不能區(qū)分均勻老化的催化器和只在面對內(nèi)燃機的區(qū)域內(nèi)老化的催化器。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種在冷啟動時就可以識別碳氫化合物催化器的轉(zhuǎn)換能力的方法。此外本發(fā)明的另一個任務(wù)是，提供一種相應(yīng)的裝置。
本發(fā)明關(guān)于方法的任務(wù)將通過以下方法得到解決，即利用廢氣傳感器確定廢氣中碳氫化合物的含量，當(dāng)廢氣中碳氫化合物的含量減少了一個預(yù)設(shè)的值時則推斷出催化器開始轉(zhuǎn)換。與催化器串聯(lián)的廢氣傳感器通常被用于確定催化器后的廢氣中的氧氣含量。根據(jù)發(fā)明其也可以附加地對碳氫化合物敏感，或者在這個位置額外布置了一個對于碳氫化合物敏感的廢氣傳感器。催化器可能在全長上是均勻老化的，也可能例如由于在面對內(nèi)燃機的前部區(qū)域內(nèi)溫度過高而造成不均勻老化。盡管在這兩種情況下當(dāng)內(nèi)燃機冷啟動后開始進行轉(zhuǎn)化隨時間過程不同，用于評價轉(zhuǎn)換能力的儲氧能力可能是一樣的。在一個前部已經(jīng)老化的催化器上在開始轉(zhuǎn)化之前必須對催化器的更大的區(qū)域進行加熱。因此其與一個新的或者均勻老化的催化器相比開始轉(zhuǎn)化有一個延時。因此有利的是，根據(jù)發(fā)明確定廢氣中碳氫化合物的含量并從中推斷出催化器的轉(zhuǎn)換能力。
當(dāng)為了使催化器達到就緒而進行的催化器加熱手段結(jié)束時，只要判斷出催化器開始進行轉(zhuǎn)化，則在一個具有很好轉(zhuǎn)換能力的催化器上就可以不再需要繼續(xù)加熱，而繼續(xù)加熱就意味著額外的能量消耗，減少了催化器的熱負載(這會導(dǎo)致進一步的老化)。通過從內(nèi)燃機啟動到催化器開始轉(zhuǎn)化所經(jīng)歷的時間或者從在從內(nèi)燃機啟動到開始轉(zhuǎn)化引入催化器內(nèi)的熱量中得到一個用于診斷催化器的標準，可以實現(xiàn)對催化器的轉(zhuǎn)換能力進行實際的評估。尤其是一個前部已老化的催化器可足夠地被加熱并且區(qū)別于一個均勻老化的催化器。這里對轉(zhuǎn)換能力的評估可以僅僅基于碳氫化合物的排放實現(xiàn)或者也可以與對催化器的儲氧能力的評估的結(jié)合實現(xiàn)。本發(fā)明關(guān)于裝置的任務(wù)將通過以下方式得到解決，即廢氣傳感器被設(shè)計成碳氫化合物傳感器，在控制單元中基于廢氣傳感器的輸出信號設(shè)計了一個用于評估轉(zhuǎn)換能力的電路或者程序。通過根據(jù)發(fā)明對廢氣傳感器進行設(shè)計可以直接確定催化器的轉(zhuǎn)換能力，而可避免通過儲氧能力進行間接確定。這里在廢氣的氣流方向上接在催化器后的廢氣傳感器可以是對氧和碳氫化合物組合敏感的傳感器或者是額外的一個對碳氫化合物敏感的傳感器。


接下來將通過一個在圖形中展示的結(jié)構(gòu)示例進一步闡述本發(fā)明。圖形展示了圖I 一個排氣管中具有催化器的內(nèi)燃機的示意2冷啟動時碳氫化合物排放過程的第一個時間3冷啟動時廢氣傳感器的輸出信號和碳氫化合物排放過程的第二個時間圖
具體實施例方式圖I展示了一個具有一個進氣管11和一個布置在排氣管12中的催化器14的內(nèi)燃機10。在廢氣的氣流方向上在催化器14前設(shè)計了一個氧氣傳感器13，在催化器14后設(shè)計了一個廢氣傳感器16。廢氣傳感器16的輸出信號取決于廢氣中碳氫化合物的含量,并且和氧傳感器13的輸出信號一樣被傳送至一個控制單元15。當(dāng)內(nèi)燃機10工作時氧傳感器13作為\傳感器用于監(jiān)測輸送進內(nèi)燃機的空燃比。當(dāng)內(nèi)燃機10冷啟動時通常在催化器加熱階段將調(diào)節(jié)富含氧氣的混合氣體，從而盡可能快的使催化器14達到工作溫度并開始轉(zhuǎn)化廢氣中不希望出現(xiàn)的成分。當(dāng)轉(zhuǎn)化已經(jīng)開始時，接下來發(fā)生的放熱反應(yīng)會繼續(xù)加熱催化器直至它在全長上都達到工作溫度。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)將催化器的這個加熱階段設(shè)計的如此長，使已經(jīng)老化的催化器14也開始轉(zhuǎn)化。因此可能出現(xiàn)的是，一個新的催化器(更早的開始轉(zhuǎn)化)被加熱至比不一定需要的溫度更高，從而使催化的涂層一特別是在面向內(nèi)燃機的區(qū)域內(nèi)——嚴重的老化。當(dāng)利用廢氣傳感器16探測到廢氣中的碳氫化合物的含量降低了時，則根據(jù)本發(fā)明推斷出已經(jīng)開始轉(zhuǎn)化，從而停止催化器的加熱階段。由此可以避免催化器14的嚴重老化，同時可以最小化內(nèi)燃機冷啟動時的能量消耗和二氧化碳的產(chǎn)生。圖2展示了第一時間圖20，圖中對于催化器14的三種不同老化程度的，在冷啟動時在內(nèi)燃機10的催化器14后面積聚的碳氫化合物排放，沿一條第一時間軸25和一條信號軸21示出。第一數(shù)量信號22表示當(dāng)對催化器14具有很好的轉(zhuǎn)換能力時冷啟動后積聚的碳氫化合物排放量隨時間變化的過程。碳氫化合物的總量首先上升，這是因為催化器14還處于冷狀態(tài)。但是加熱很快就起作用，從而開始轉(zhuǎn)化，僅還有少量的碳氫化合物離開催化器，因此第一數(shù)量信號22 (僅表示排出的碳氫化合物的總量)僅僅有少許的上升。第二數(shù)量信號23表示當(dāng)催化器14在其全長上均勻老化時，排出的碳氫化合物總量的變化過程。催化器的老化導(dǎo)致轉(zhuǎn)化推遲開始，從而使第二數(shù)量信號23比第一數(shù)量信號22上升的更多。第三數(shù)量信號24表示當(dāng)催化器14在面對內(nèi)燃機的區(qū)域內(nèi)嚴重老化，但是催化器的儲氧能力總體上與所觀察的第二種情況一樣高時，排出的碳氫化合物總量隨時間變化的過程。一個這樣的催化器按照現(xiàn)有技術(shù)的評估方法，對其轉(zhuǎn)換能力準確地與在第二種情況中所觀察的催化器完全一樣地分級。在第二種情況下催化器的加熱過程導(dǎo)致了從催化器的面對內(nèi)燃機的部分開始，并在那里開始轉(zhuǎn)化的加熱。但是在第三神情況下的前部的老化導(dǎo)致在那里并不會開始轉(zhuǎn)化。只有當(dāng)催化器的位于更下游的部分中有足夠高的溫度時才會開始轉(zhuǎn)化。因此在延長的加熱階段中第三數(shù)量信號24繼續(xù)上升并且超過第二數(shù)量信號23。圖3中表示了第二時間圖30，它展示了一個對碳氫化合物敏感的廢氣傳感器16的輸出信號以及催化器14后的碳氫化合物排放隨時間變化的過程，這里信號沿著一個第二時間軸37和一個信號軸31變化。當(dāng)催化器14是全新的且具有很好的轉(zhuǎn)換能力的狀態(tài)時，第一碳氫化合物排放32首先上升，在達到一個最大值后由于催化器14開始轉(zhuǎn)化而快速的下降。第一傳感器信號33，即廢氣傳感器的輸出信號中也反映這種關(guān)系。第一傳感器信號33首先增大到一個最大值，然后迅速下降。由于第一碳氫化合物排放32和第一傳感器信號33之間的關(guān)系不是線性的，信號的下降具有不同的形式。當(dāng)催化器14已經(jīng)老化時，在內(nèi)燃機啟動之后產(chǎn)出現(xiàn)了第二碳氫化合物排放35，它隨著達到催化器14的工作溫度而下降之前維持在一個較高的水平上的時間比第一碳氫化合物排放32更長。在第二傳感器信號36中也反映這種關(guān)系，它維持在一個較高水平上的時間比第一傳感器信號33更長。由第一傳感器信號33的第一信號下降34和第二傳感器信號36的第二信號下降38都可以推斷出催化器14開始進行轉(zhuǎn)化。在兩種情況下都可以基于這個信息結(jié)束催化器的加熱過程。當(dāng)催化器14是新的時可以最小化其熱負荷，同時防止由于溫度過高而可能引起的老化。從第一傳感器信號33和第二傳感器信號36隨時間變 化的過程，特別是由從內(nèi)燃機啟動直至由第一信號下降34和第二信號下降38表示的轉(zhuǎn)化開始的持續(xù)時間中可以推導(dǎo)出催化器14老化狀態(tài)的值。
權(quán)利要求
1.用于評估內(nèi)燃機(10)冷啟動時用于碳氫化合物的催化器(14)的轉(zhuǎn)換能力的方法，該內(nèi)燃機(10)具有在流向上安裝在催化器(14)之后的廢氣傳感器(16)，廢氣傳感器(14)的輸出信號傳送至控制單兀(15),其特征在于,利用廢氣傳感器(16)確定廢氣中碳氫化合物的含量，并且當(dāng)廢氣中碳氫化合物的含量減少預(yù)設(shè)的值時則推斷催化器(14)開始進行轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于，只要識別出催化器(14)開始轉(zhuǎn)換，則停止為了達到催化器(14)工作就緒而采取的用于加熱催化器(14)的措施。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的方法，其特征在于，由在內(nèi)燃機啟動到催化器(14)開始轉(zhuǎn)化之間所經(jīng)歷的時間或者從在內(nèi)燃機啟動到開始轉(zhuǎn)化之間向催化器(14)中引入的熱量值中形成用于診斷催化器(14)的標準。
4.用于評估對內(nèi)燃機(10)排出的廢氣進行清潔的催化器(14)的轉(zhuǎn)換能力的裝置，具有在流向上安裝在催化器(14)之后的廢氣傳感器(16)，為了分析廢氣傳感器(14)的輸出信號設(shè)有控制單元(15)，其特征在于，廢氣傳感器(16)被設(shè)計成碳氫化合物傳感器，且在 控制單元(15)中基于廢氣傳感器(16)的輸出信號設(shè)有用于評估催化器(14)的轉(zhuǎn)換能力的電路或者程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及評估內(nèi)燃機冷啟動時碳氫化合物催化器的轉(zhuǎn)換能力的方法，該內(nèi)燃機具有在流向上安裝在催化器之后的廢氣傳感器，這里廢氣傳感器的輸出信號將傳送至控制單元。此外本發(fā)明還涉及實現(xiàn)該方法的裝置。根據(jù)本發(fā)明，將利用廢氣傳感器確定廢氣中碳氫化合物的含量，當(dāng)廢氣中碳氫化合物的含量減少了預(yù)設(shè)的值時則推斷出催化器開始工作。與催化器串聯(lián)的廢氣傳感器通常被用于確定通過催化器后的廢氣中的氧氣含量。根據(jù)發(fā)明該傳感器也可以對碳氫化合物進行測量，或者在這個位置額外布置了用于測量碳氫化合物的廢氣傳感器。通過直接確定催化器的轉(zhuǎn)換能力可以縮短專為冷啟動而設(shè)計的催化器加熱階段，減少與之有關(guān)的能量消耗和對催化器可能造成的熱傷害。
文檔編號F01N11/00GK102644501SQ20121008805
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者I·布拉克, K·溫克勒 申請人:羅伯特·博世有限公司