专利名称：监视内燃机的废气催化剂的转换率的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监视为内燃机配置的废气催化剂的转换率的方法。
DE 44 33 988A1公开了一种催化剂监视方法，该方法测量催化剂上游和下游的排气温度。不断计算从排气至催化剂材料的热传递，从中算出催化剂温度和该催化剂温度的改变速度。
从热传递速度和催化剂温度的改变速度确定一定持续时间的商，其中，该持续时间选择为从内燃机的冷起动至达到催化剂的转换温度。基于商的时间曲线不断求出至到达转换温度的时间的趋向。至到达转换温度所经过的时间与上述持续时间的阈值比较，并在超过阈值时发出一错误信号。
在DE 42 11 092A1中公开的一种方法是基于在温度模型的基础上对催化剂的温度评估。这里，对于达到转换开始温度后的模型以及在转换时产生的热要估计尚可使用的催化剂。为了模拟催化剂的温度性能首先要假定催化剂的热容量作为已知值，此外要估计输给发动机的热量。这是通过测量输给发动机的燃料量和计算输给催化剂的热能部分实现的。其中，这部分热能与发动机的负荷状况和转数有关。因此，在相当小的时间单元内，从燃料量、负荷和转数求出输给催化剂的热量。将这些热量累加起来，以获得总的热量，催化剂从该方法起动起获得上述总的热量。此外，估计从催化剂传给周围环境的热量。接着，将这一用这一热量模型估计的温度与其实际温度比较。当催化剂在开始上述方法且具有约环境温度时，就开始上述方法。这一方法也可以在汽车的行驶中应用。自上述方法开始起，借助于温度模块使用负荷、转数、喷射时间、空气温度、空气压力和燃料的辛烷值的信号计算催化剂温度。将这一温度与储存的比较温度作比较。接着还要检查是否已经达到催化剂的转换温度。
本发明的目的旨在提出一种内燃机废气催化剂转换率的改进了的监视方法，该方法具有提高了的诊断精确性并与催化剂覆盖无关，此外与冷起动后内燃机的运行方式无关。
上述目的的技术解决方案在于具有权利要求1的特征。在从属权利要求中说明了上述方法的有利型式。
本发明的方法规定，在内燃机冷起动后，将废气催化剂下游的当时温度值在一定的时间段内累加起来并将这一总值与一预定的极限值比较。
这一方法是基于这一认识，即可用的催化剂与不可用的催化剂在一定的时间段内是不同的，即较好的催化剂在较早的时点达到其转换温度，因此在所述时间段的持续时间内具有比较坏的催化剂更高的总值。
这一方法利用了这一知识，即上述两种催化剂在到达上述时间段以后在上述时间段之后相互没有明显的不同，因此精确确定上述时间段对于计算极为重要。此外，重要的是上述时间段的起始时点，因为从这一时点起累加温度值。在内燃机的每一次冷起动之后可以根据内燃机的运行方式确定上述时间段的开始，亦即要考虑几乎静止的或相对动态的运行。内燃机的运行方式对带入排气中的热量有明显影响，这一热量最终决定转换温度的到达时点。
为此依据运行方式确定上述时间段的起始时点和该时间段的持续时间。
在有利的型式中可以借助于控制装置内的排气温度模型或借助于温度传感器直接测得废气催化剂上游的排气温度值。
本发明其它有利的结构由从属权利要求和下面借助于附图进一步说明的本发明的实施例给出。其中
图1示意表示具有排气管和电子控制装置的内燃机；图2是温度值的时间曲线图；图3表示电子控制装置一部分的示意图。
内燃机1具有喷嘴2、一个设有节气阀3的进气口4以及一个设有催化剂5的排气管6。
设计为发动机控制器的电子控制装置7接收装在内燃机1和废气催化剂5之间的第一温度传感器8的信号U1和装在催化剂5下游的第二温度传感器9的信号U2。
控制装置7的控制块10接收信号U1、节气阀的角度信号ADK并输出喷射时间信号T1和内燃机的点火角信号Z1。
此外，控制装置7包括一监视模块11。第一温度传感器9的信号U2输给该监视模块。该模块与控制模块10相连，必要时操纵故障信号灯12。该监视模块结合图3进一步说明。
在内燃机运行中，燃油借助于燃料泵13从油箱14借给喷嘴2。
在图3的细节中，监视模块10由一排气温度模块20、一催化剂温度模块21、一修正模块22和一计算模块23组成。
输给模块20和21的输入值分别是水温TW、空气温度TL、燃油流量MKS、内燃机转速N的信号、点火角信号Z1、其它参数P1、P2…以及信号U1和U2，它们代表废气催化剂5上游和下游当时所测得的温度值Tvkat和Tnkat。
这一过程进行如下按本身已知的方式通过对冷却水的温度值和/或空气温度值或机油温度值等等的合理性检查确定内燃机1的冷起动。在确定冷起动之后，借助于排气温度模块20和催化剂温度模块21采用上述的参数首先计算排气温度TAB和催化剂温度TKA。
其中，在开始计算的排气温度模块20中，TAB的值设定与水温TW和空气温度TL的值相同。按预定的时间间隔，首先测得的TAB值不断提高一温度差值，其中，对于这一温度差值，尤其对于使第一温度值Tvkat信号化的参数U1要考虑装有内燃机1的汽车的第一输出的行驶速度、转速N、点火角信号Z1以及辛烷值形式的燃油质量。
因此，很明显，由排气温度模块20计算出的排气温度TAB完全与行驶周期，即与汽车的运行方式有关。
与在排气催化剂5中的催化剂温度TKA相关地，同时在催化剂温度模块21中采用已提到的参数和排气温度计算催化剂5基质的反应前部范围内的温度。
位于出口的催化剂温度值TKA如同排气温度模块20的出口一样输给修正模块22。该修正模块考虑到值TKA而对值TAB作修正以形成温度值TST。
当这个不断更新的起动值TST达到规定的温度阈值TSW时，修正模块22输出一起动信号AS，该信号输给计算模块23。
随着起动信号AS输入计算模块23开始了求和算法，以便获得一定数目的温度值Tnkat，这一温度值是在预定的时间段在催化剂5的下游通过第二温度传感器9和其它参数求得。
在预定的时间间隔内不断测量新的温度值Tnkat，并在时间段的时间间隔dt内求和以得到总值THC。
图2表示由温度传感器9测得的排气中的值Tnkat对时间t的时间曲线和催化剂5上游的排气温度T的时间曲线。
其中，曲线5表示新的完全高效能的废气催化剂5的温度曲线。曲线26表示已经老化的催化剂5的相应曲线。可以看出，直接在冷起动之后至到达在整个时间间隔dt上延伸的时间段的起始时点tA，曲线25和26之间没有明显的不同。因此，这一时间区域不适用于可靠地识别可能受损的催化剂。
曲线28表示催化剂5上游的排气温度T的时间曲线，在本例中即为排气温度值TAB的时间曲线。随着到达温度阈值TSW，从起始时点tA起，温度值Tnkat在时间间隔dt期间累加至一总值TTnkat。
在第一次起动内燃机1以后用所使用的催化剂5求出的总值TTnkat储存在控制装置7中作为参考值。这一总值在工厂中被读出，用来诊断和评估所用催化剂的质量。
此外，在内燃机1和废气催化剂5的联合寿命期间，催化剂的转换性能也如下变坏，即转换所需的温度不断增加，亦即有害的排放量增加。
图2的曲线26表示这种老化的催化剂下游的典型温度曲线。与总值TTnkat相应的曲线26下方在时间段内的面积明显小于曲线25下方的面积。
当修正模块22向计算模块23输出停止信号ES时，就结束温度值Tnkat的累加。这一时间段的结束取决于起始时点ta和时间间隔dt。而这一时间间隔又由一由经验求得的平均值tm以及一取决于内燃机1的参数的修正值tk组成。
求得排气温度值TAB、催化剂温度值TKA和修正值tk所用的参数是那些尤其是考虑了汽车运行的行驶方式的参数。因此，各个行驶循环要追溯到标准的行驶循环，并可以与这些标准的循环比较。这些标准的循环由地球上不同国家的立法者规定，例如所谓的FTP或MVEG。所规定的循环具有准确确定的时间速度曲线，即行驶循环是精确规定的。可以如下注意到与行驶循环有关参数的影响，例如每单位时间的燃料流量MKS的影响，即随着单位时间燃料流量值的增加，时间间隔dt缩短。只要由提高的燃料流量MKS所带的能量更快地使催化剂5加热，则图2中时间段范围内的曲线26就向左移动，因此可以看到在保持原始时间间隔dt时在终点时点tE之后曲线25和26的不明显的不同段。
可以依据与行驶循环有关的参数进一步改善方法的精确度，例如随着单位时间燃料流量MKS的增加，起始时点tA向早的方向移动。
在计算模块23中储存有总值TTnkat的极限值GTT。该极限值GTT例如可以由国家专门规定并代表一种尚被看作允许的催化剂5。如果TTnkat和GTT比较而显示出达到一定的偏差值DT，则输出一错误信号，该信号在一次或几次出现后控制故障信号灯12。
上述方法按有利的方式提供比迄今为止已知的方法更好的诊断精度，此外与催化剂覆层无关。此外可以看出铅中毒的催化剂。设置起动信号AS以及时间间隔dt对于本发明的方法具决定性的意义。
本发明的方法比较废气催化剂5下游的温度值Tnkat，从而最终比较排气管中引入的能量。这一实际上引入的能量通过与行驶循环无关的计算标准化并可以在图2中等值绘在横轴上以代替时间t。本方法按可靠的方式通过曲线25下方的时间段中的面积分的尺寸识别高效能的废气催化剂5。该面积分越大，废气催化剂5具有转换率越好的性能。从而曲线25和28之间的交点也有相当低的位置，即高效能的废气催化剂5具有距已老化的催化剂的交点明显的间距，参见图2中的曲线26。
权利要求
1.监视具有电子控制装置(7)的内燃机(1)的废气催化剂(5)的转换率的方法，具有下列步骤a)冷起动内燃机(1)，b)测出废气催化剂(5)上游的排气温度(TAB)，c)借助于温度传感器(8，9)至少在冷起动以后的一定时间段的时间内测量废气催化剂(5)下游和下游的排气实际温度，d)将废气催化剂(5)下游的实际温度值(Tnkat)至少在上述时间段内累加至一总值(TTnkat)，e)将该总值(TTnkat)与极限值(GT)比较，f)当e)中的比较达到一定的偏差值(DHC)时，发出一错误信号。
2.按照权利要求1的方法，其特征为，在第一次共同的内燃机(1)和废气催化剂(5)的运行中，将步骤d)中求得的总值TTnkat作为参考值储存起来。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，在步骤c)中，在控制装置(7)中对于时间段的开始可以通过以下步骤达到c1)测得催化剂温度值(TKA)和C2)用催化剂温度值(TKA)修正排气温度值(TAB)成为一温度起动值(TST)，然后在下一步骤中，c3)当温度起动值(TST)达到预定的温度阈值(TSW)时，输出起始时点(tA)的起动信号(AS)。
4.按照权利要求3的方法，其特征为，在控制装置(7)的催化剂温度模块(21)中评估在步骤(1)中测得的催化剂温度值(TKA)。
5.按照权利要求3或4的方法，其特征为，为了结束时间段，在终点时点(tE)输出一停止信号(ES)，如果自起始时点(tA)起经过一时间间隔(dt)，后者由标定的平均值(tM)和一个与内燃机的参数有关的修正值(tK)组成。
6.按照前述权利要求之一或几项的方法，其特征为，测量内燃机(1)的参数，尤其是与行驶循环有关的参数，如燃料流量(MKS)。
7.按照权利要求6的方法，其特征为，随着单位时间的燃料流量增加，时间间隔(dt)缩短。
8.按照前述权利要求3～7中一项或几项的方法，其特征为，随着燃料流量(MKS)的值的增加，起始时点(tA)沿早的方向移动。
9.按照权利要求1的方法，其特征为，在步骤b)中借助于第一温度传感器(8)测量直接作为实际温度值(Tvkat)的排气温度值(TAB)。
10.按照权利要求1的方法，其特征为，在步骤b)中在控制装置(7)的排气温度模块(20)中依据内燃机(1)的参数求出排气温度值(TAB)。
全文摘要
为了更好地监视内燃机的废气催化剂的转换率,建议:在具有时间间隔(dt)的一定时间段内将在废气催化剂的下游测得的温度值累加。此外,根据内燃机的运行方式,例如通过考虑相对于时间的燃料量来影响起始时点(tA)以及时间间隔(dt)。这样在时间间隔(dt)期间在曲线(25)下方产生的总值与一极限值比较,并在达到一预定偏差值时发出一错误信号。
文档编号F01N11/00GK1261423SQ98806504
公开日2000年7月26日 申请日期1998年5月13日 优先权日1997年6月24日
发明者U·卡曼恩, H·勒克 申请人:大众汽车有限公司