用于监测催化转化器的运转的方法和系统与流程

本申请要求于2015年7月2日提交的德国专利申请号102015212372.3的优先权，为了所有目的，其整个内容被引入本文以供参考。

技术领域

本公开大体涉及用于催化转化器的方法和系统。

背景技术：

内燃发动机(特别是汽油发动机或柴油发动机)的排气能够利用内燃发动机下游的排气后处理系统来进行处理。

排气后处理系统能够包含催化转化器，所述催化转化器是排放控制装置的一个示例，所述催化转化器可以被设计用于选择性催化还原(SCR)，利用所述催化转化器能够将氮氧化物(NO_X)还原为氮气和水。此外，排气后处理系统能够包含NO_X存储催化转化器，氮氧化物能够在定义的运转情况下被暂时存储在所述NO_X存储催化转化器中。排气后处理系统还能够包含柴油氧化催化转化器(DOC)，利用所述柴油氧化催化转化器通过利用排气的残余氧气的氧化能够从柴油发动机的排气移除一氧化碳(CO)和碳氢化合物。此外，排气后处理系统能够包含柴油微粒过滤器，利用所述柴油微粒过滤器能够从排气移除碳颗粒。排气后处理系统还能够包含上述的排放控制装置中的至少两个的组合。

希望监测催化转化器的运转。这样一来，预定最小次数的监测过程可以在内燃发动机的运转期间被观察。在一些情况下，催化转化器的退化(例如，装置移除或催化转化器的故障)可以检测到。在任何情况下，都希望使用便宜的传感器装置用于监测催化转化器的运转。

已知的是，通过催化转化器上游和下游的温度信号来检测催化转化器的退化。这是有利的，因为温度传感器相对便宜。温度传感器通常也是催化转化器控制系统的已经存在的部分。

存在这样的系统，其中柴油氧化催化转化器的存在能够通过在柴油微粒过滤器的再生期间由柴油氧化催化转化器中的放热反应产生的热的分析来进行监测。这样的再生被用于清洁柴油微粒过滤器，并且通常在行驶500km至800km之后被执行。运转状态的单独检测之间的这种长时间监测暂停能够足以用于监测柴油微粒过滤器或柴油氧化催化转化器的运转。然而，NO_X存储催化转化器和SCR催化转化器的运转状态可以被检测，并且由此以显著更短的时间间隔被监测。NO_X存储催化转化器或SCR催化转化器的运转状态的检测可以满足定义用于监测实际行驶运转期间的过程的下限的法律要求，所谓的“使用中的性能要求”(IUPR)。对于EU6来说，用于监测要对NO_X存储催化转化器或SCR催化转化器执行的过程的值目前为IUPR＝0.336。

EP 2,098,695公开了用于监测被设置在内燃发动机的排气系统中的催化转化器的运转的方法和系统。该系统包含被设置在催化转化器上游用于检测第一排气温度的温度传感器和被设置在催化转化器下游用于检测第二排气温度的温度传感器。催化剂床温度和排放控制的程度能够根据检测到的排气温度来确定。催化转化器的退化的程度根据其来确定。

US 5,706,652涉及用于监测被设置在机动车辆的内燃发动机的排气系统中的催化转化器的运转的系统。该系统包含被设置在催化转化器上游用于检测第一排气温度的温度传感器和被设置在催化转化器下游用于检测第二排气温度的温度传感器。催化转化器中的放热反应的程度通过检测到的排气温度来进行检测。放热反应的程度与预定的标准进行比较，以便能够得出关于催化转化器的状态的结论。

技术实现要素：

本公开涉及一种用于监测尤其被设置在机动车辆的内燃发动机的排气系统中的催化转化器的运转的方法，其中催化转化器上游的排气温度和催化转化器下游的排气温度被确定。

此外，本公开涉及一种用于监测尤其被设置在机动车辆的内燃发动机的排气系统中的催化转化器的运转的系统，其包含被设置在催化转化器上游用于检测第一排气温度的至少一个温度传感器和被设置在催化转化器下游用于检测第二排气温度的至少一个温度传感器。

本公开的目的是，不管所使用的相应类型的催化转化器如何，都监测被设置在内燃发动机的排气系统中的催化转化器。

在一个示例中，上述问题可以通过一种用于监测尤其被设置在机动车辆的内燃发动机的排气系统中的催化转化器的运转的方法来解决，催化转化器上游的排气温度、催化转化器下游的排气温度和通过催化转化器的排气质量流量被确定，其中根据触发事件的存在并且同时考虑排气温度和排气质量流量而确定催化转化器的热惯性是否存在。

作为一示例，通过催化转化的排气质量流量能够根据测量的向内燃发动机递送的空气质量流量和喷射的燃料量来进行估计。在低压排气再循环的情况下，如果催化转化器位于排气再循环回路中，那么排气再循环质量流量仍然必须被添加。一旦触发事件存在，这就使得能在内燃发动机的任意运转循环中检测催化转化器的激活(例如，存在)或失活(例如，不存在)。具体地，通过触发事件的合适选择，这种检测能够在内燃发动机的第三运转循环之后发生。在这种情况下，触发事件能够包含一个或多个触发标准的满足。催化转化器的存在或不存在的检测通过触发事件以合适的短时间间隔的发生来触发，这实现催化转化器的运转的准确监测。具体地，与催化转化器的监测有关的指定要求能够以此方式被可靠地满足。如果催化转化器存在，那么其质量并且因此其热惯性存在。如果催化转化器不存在，那么其热惯性也不存在。因此，能够根据催化转化器的热惯性的存在或不存在来断定催化转化器是否存在。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在具体实施方式中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围被所附权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了与柴油内燃发动机的示例性实施例结合的根据本公开的系统的示例性实施例的示意表示。

图2示出了与柴油内燃发动机的又一示例性实施例结合的根据本公开的系统的又一示例性实施例的示意表示。

图3示出了用于触发事件的检测的算法的示例性实施例的示意表示。

图4示出了用于触发事件的检测的算法的又一示例性实施例的示意表示。

图5示出了被设计用于执行根据本公开的方法的算法的示例性实施例的一部分的示意表示。

图6示出了被设计用于执行根据本公开的方法的算法的示例性实施例的进一步部分的示意表示。

图7示出了利用根据本公开的方法获得的评估结果的图形表示。

具体实施方式

不管所使用的相应类型的催化转化器如何，该方法都可以被使用，因为特别是NO_X存储催化转化器和SCR催化转化器也能够由于此类催化转化器的存在或不存在的检测之间的短时间间隔而利用根据本公开的方法进行监测。然而，借助于该方法，柴油微粒过滤器的运转、柴油氧化催化转化器的运转和类似的运转也能够被监测，其中存在或不存在的单独检测之间的更长时间间隔被认为是充足的。催化转化器能够被设置在内燃发动机的排气系统中的任何位置处。

排气温度能够通过被设置在催化转化器上游的温度传感器和被设置在催化转化器下游的温度传感器来进行检测。被设置在催化转化器上游的温度传感器能够是用于执行根据本公开的方法的特定温度传感器或已经在上游存在于内燃发动机的进一步装置上的温度传感器，催化转化器上游的排气温度能够通过所述温度传感器进行测量或估计。

本公开尤其基于由催化转化器上游的排气温度的时间记录产生的曲线图与在不存在催化转化器的情况下由催化转化器下游的排气温度的时间记录产生的曲线图一致的了解。由所述温度廓线的时间导数产生的曲线图也一致。相比之下，在存在催化转化器的情况下，排气温度的曲线图与排气温度廓线的时间导数的曲线图之间存在时间偏移。情况就是这样，因为相比于催化转化器上游的排气温度的温度信号，催化转化器下游的排气温度的温度信号被延迟，并且被存在于温度传感器之间的催化转化器中的质量滤波。

本公开进一步基于通过催化转化器的排气质量流量与催化转化器之间的热交换的时间常数与催化转化器的质量与排气质量流量的商成比例的了解。因此，催化转化器的质量与排气质量流量和热交换的时间常数的乘积成比例。通过催化转化器的排气质量流量能够根据本公开的方法进行检测和估计，并且由此被确定。根据本公开，表达式能够根据检测的排气质量流量和检测的排气温度来导出，基于该表达式能够执行要被监测的催化转化器是否存在的评估。

根据有利的实施例，对应于催化转化器上游的排气温度的温度信号被产生，并且然后被低通滤波，其中经低通滤波的温度信号的变化程度被检测，其中经低通滤波的温度信号的变化程度的量值被检测、被低通滤波并且然后与预定的极限值进行比较，并且其中如果经低通滤波的量值超过预定的极限值则断定触发事件存在。温度信号的低通滤波能够利用二阶或更高阶的低通滤波器来执行。经低通滤波的温度信号的变化程度通过温度信号的温度廓线的第二时间导数来确定。经低通滤波的温度信号的变化程度的量值的低通滤波能够利用一阶或更高阶的低通滤波器来执行。经低通滤波的温度信号的变化程度的经低通滤波的量值与预定的极限值的比较能够利用比较操作器来执行。如果经低通滤波的温度信号的变化程度的经低通滤波的量值大于预定的极限值，那么检测催化转化器是激活(例如，存在)还是失活(例如，不存在)。经低通滤波的温度信号的变化程度的经低通滤波的量值超过预定的极限值的可能性为使得催化转化器的存在或不存在的检测在内燃发动机的运转循环期间以相对短的时间间隔执行。由于低通滤波器的大的滤波常数，用于在催化转化器上游检测的排气温度的温度信号与用于在催化转化器下游检测的排气温度的温度信号之间的分开在一定时间之后是可能的。温度信号可以具有非常小的动态变化(dynamics)。在静态下，两个温度信号的动态变化是相等的，使得两个温度信号的分开是不可能的。

根据进一步有利的实施例，对应于排气质量流量的质量流量信号被产生并且然后被低通滤波，其中经低通滤波的质量流量信号与预定的质量流量极限值进行比较，并且其中如果经低通滤波的质量流量信号小于预定的质量流量极限值则断定触发事件的存在。质量流量信号的低通滤波能够利用一阶或更高阶的低通滤波器来执行。经低通滤波的质量流量信号与预定的质量流量极限值的比较能够利用比较操作器来执行。如果经低通滤波的质量流量信号小于预定的质量流量极限值，那么检测催化转化器是激活(例如，存在)还是失活(例如，不存在)。经低通滤波的质量流量信号小于预定的质量流量极限值的可能性为使得催化转化器的存在或不存在的检测在内燃发动机的运转循环期间以相对短的时间间隔执行。通过催化转化器的更高的排气质量流量对应于催化转化器的上游与下游的温度信号之间的更短的时间延迟。

进一步有利的实施例提供了，对应于催化转化器上游的排气温度的第一温度信号被产生并且然后被低通滤波，其中经低通滤波的第一温度信号的变化被检测，其中对应于催化转化器下游的排气温度的第二温度信号被产生并且然后被低通滤波，其中经低通滤波的第二温度信号的变化被检测，其中对应于排气质量流量的质量流量信号被产生并且被然后低通滤波，其中经低通滤波的第二温度信号的变化从经低通滤波的第一温度信号的变化中减去，并且对应的温差信号被产生，其中温差信号的量值被检测，其中温差信号的量值乘以经低通滤波的质量流量信号，并且对应的乘积信号被产生，其中乘积信号被低通滤波，其中经低通滤波的第一温度信号的变化的量值被检测并且被低通滤波，其中经低通滤波的乘积信号除以经低通滤波的第一温度信号的变化的经低通滤波的量值，或如果经低通滤波的量值小于预定的最小值则除以最小值，并且对应的评估信号被产生，基于评估信号而确定催化转化器的热惯性是否存在。第一温度信号的低通滤波能够利用二阶或更高阶的低通来执行。经低通滤波的第一温度信号的变化能够通过第一温度信号的廓线的第一时间导数来进行检测。第二温度信号能够的低通滤波能够利用二阶或更高阶的低通来执行。经低通滤波的第二温度信号的变化能够通过第二温度信号的廓线的第一时间导数来进行检测。质量流量信号的低通滤波能够利用一阶或更高阶的低通滤波器来执行。排气质量流量信号的低通滤波被用于排气质量流量信号与温度传感器的温度信号的同步，由于温度传感器的缓慢反应，所述温度传感器的温度信号在时间上相对于排气质量流量信号被延迟。经低通滤波的第二温度信号的变化从经低通滤波的第一温度信号的变化中的减去和对应的温差信号的产生能够通过减法器来执行。温差信号的量值与经低通滤波的质量流量信号的乘法运算和对应的乘积信号的产生能够通过乘法器来执行。乘积信号的低通滤波能够利用一阶或更高阶的低通滤波器来执行。经低通滤波的第一温度信号的变化的量值的低通滤波能够利用一阶或更高阶的低通滤波器来执行。经低通滤波的第一温度信号的经低通滤波的变化的量值与预定的最小值的比较能够利用最大最小(minmax)元件来执行。经低通滤波的乘积信号与经低通滤波的第一温度信号的变化的经低通滤波的量值或与最小值的除法运算和对应的评估信号的产生能够利用除法器来执行。已经发现，催化转化器的质量能够根据排气质量流量与表达式(T_上游-T_下游)/T_上游的乘积来进行识别，其中T_上游是催化转化器上游的排气温度，而T_下游是催化转化器下游的排气温度。评估信号是所述乘积的变型，以便能够利用相应的乘积值可靠地评估催化转化器是激活(例如，存在)还是失活(例如，不存在)。

根据本公开的用于监测尤其被设置在机动车辆的内燃发动机的排气系统中的催化转化器的运转的系统包含被设置在催化转化器上游用于检测第一排气温度的至少一个温度传感器、被设置在催化转化器下游用于检测第二排气温度的至少一个温度传感器、用于检测通过催化转化器的排气质量流量的至少一个装置，和至少一个电子单元，所述电子单元具有到温度传感器和装置的信号连接，并且所述电子单元被设计为通过考虑排气温度和排气质量流量而检测触发事件是否存在，并且在检测触发事件存在后确定催化转化器的热惯性是否存在。

该方法与该系统对应地相关。具体地，该系统可以根据上述实施例中的一个或其任何组合来执行该方法。该装置能够呈以用于直接检测通过催化转化器的排气质量流量或用于间接估计通过催化转化器的排气质量流量的传感器装置的形式。

根据一个实施例，电子单元被设计为产生对应于第一排气温度的温度信号，并且然后使其经受低通滤波，检测经低通滤波的温度信号的变化程度，检测经低通滤波的温度信号的变化的量值，使其经受低通滤波并且然后将经低通滤波的量值与预定的极限值进行比较，并且如果经低通滤波的量值超过预定的极限值则断定触发事件存在。

根据另一实施例，电子单元被设计为产生对应于排气质量流量的质量流量信号，并且然后使所述信号经受低通滤波，将经低通滤波的质量流量信号与预定的质量流量极限值进行比较，并且如果经低通滤波的质量流量信号小于预定的质量流量极限值则断定触发事件存在。

另一实施例提供了，电子单元被设计为产生对应于第一排气温度的第一温度信号并且然后使该信号经受低通滤波，检测经低通滤波的第一温度信号的变化的量值，产生对应于第二排气温度的第二温度信号并且然后使所述信号经受低通滤波，检测经低通滤波的第二温度信号的变化的量值，产生对应于排气质量流量的质量流量信号并且然后使所述信号经受低通滤波，将经低通滤波的第二温度信号的变化从经低通滤波的第一温度信号的变化中减去并且产生对应的温差信号，检测温差信号的量值，将温差信号的量值乘以经低通滤波的质量流量信号并且产生对应的乘积信号，使所述乘积信号经受低通滤波，检测经低通滤波的第一温度信号的所检测的变化的量值并且使所述信号经受低通滤波，将所述经低通滤波的乘积信号除以经低通滤波的第一温度信号的经低通滤波的变化的量值，或如果经低通滤波的量值小于预定的最小值则除以最小值并且产生对应的评估信号，并且基于所述评估信号确定催化转化器的热惯性是否存在。

图1示出了根据系统1的系统的示例性实施例的示意表示，所述系统1用于监测被设置在机动车辆的柴油内燃发动机3的排气系统2中的SCR催化转化器4的运转。NO_X存储催化转化器5和在其下游的柴油微粒过滤器6也被设置在排气系统2中。SCR催化转化器4以地板下布置的方式进行设置。存在NO_X存储催化转化器5上游的温度传感器7、在NO_X存储催化转化器5下游并且在柴油微粒过滤器6上游的温度传感器8、以及在柴油微粒过滤器6下游的温度传感器9。

系统1包含在排气系统2中被设置在SCR催化转化器4上游用于检测第一排气温度的温度传感器10和在排气系统2中被设置在SCR催化转化器4下游用于检测第二排气温度的温度传感器11。此外，系统1包含装置47和电子单元12，所述装置47用于检测通过SCR催化转化器4的排气质量流量，所述电子单元12具有到温度传感器10和11以及装置47的信号连接，并且所述电子单元12被设计为检测触发事件是否存在，并且在检测到触发事件的存在后，同时考虑排气温度和排气质量流量，以确定SCR催化转化器4的热惯性是否存在。催化转化器中的排气质量流量能够根据测量的柴油内燃发动机中的空气质量流量(AMF，空气质量流量)和喷射的燃料进行估计。

图2示出了系统1的示例性实施例的示意表示。因此，之前描述的部件在随后的图中被类似地编号。系统1可以监测被设置在机动车辆的柴油内燃发动机3的排气系统2中的催化转化器13的运转。催化转化器13是SCR催化转化器和柴油微粒过滤器的组合。NO_X存储催化转化器5也被连接到催化转化器13的正上游。存在NO_X存储催化转化器5上游的温度传感器7、在NO_X存储催化转化器5下游并且在催化转化器13上游的温度传感器8、以及在催化转化器13下游的温度传感器9。

系统1包含在排气系统2中被设置在催化转化器13上游用于检测第一排气温度的温度传感器10和在排气系统2中被设置在催化转化器13下游用于检测第二排气温度的温度传感器11。此外，系统1包含装置47和电子单元12，所述装置47用于检测通过催化转化器13的排气质量流量，所述电子单元12具有到温度传感器10和11以及装置47的信号连接，并且所述电子单元12被设计为检测触发事件是否存在，并且在检测到触发事件的存在后，同时考虑排气温度和排气质量流量，以确定催化转化器13的热惯性是否存在。催化转化器中的排气质量流量能够根据测量的柴油内燃发动机中的空气质量流量(AMF，空气质量流量)和喷射的燃料进行估计。图3、图4、图5和图6描述了用于利用第一温度传感器测量第一排气温度并且利用第二温度传感器测量第二排气温度的方法。第一温度传感器在催化剂的上游，而第二温度传感器在催化剂的下游。因此，第一排气温度基本上等于进入催化剂的排气的温度，而第二排气温度基本上等于离开催化剂的排气的温度。此外，排气质量流量利用被集成到催化剂内的排气质量流量传感器进行测量。

该方法进一步包含，利用二阶或更高阶的低通滤波器对第一和第二温度进行低通滤波。经低通滤波的第一和第二温度信号对时间求微分，以分别确定第一和第二温度变化信号。排气质量流量利用一阶或更高阶的低通滤波器进行低通滤波。

该方法进一步包括，计算第一与第二温度变化信号之间的差，并且将该差乘以经低通滤波的排气质量流量以产生乘积信号。乘积信号然后经由一阶或更高阶的低通滤波器进行低通滤波。

微分的第一温度变化信号与经低通滤波的第一温度信号之间的变化被计算。该变化然后与阈值进行比较。如果变化大于阈值，那么经低通滤波的乘积信号除以该变化。如果变化小于阈值，那么经低通滤波的乘积信号除以阈值。这产生了评估信号。当评估信号大于阈值评估信号(例如，10)时，催化剂是激活的。当评估信号小于阈值评估信号时，催化剂是失活的。因此，发动机调整可以响应于当试图减少排放时催化剂激活而发生。调整可以包括，降低扭矩输出、增加排气温度、减小车辆速度、和/或有助于朝向激活催化剂和/或减少排放的其他调整。用于增加排气温度的调整可以包括，延迟火花、延迟主要喷射、和/或增加次要喷射体积。

图3示出了用于检测触发事件的算法的示例性实施例的示意表示。该算法例如能够利用根据图1和图2的电子单元(例如，电子单元12)来执行。要被监测的催化转化器上游的第一排气温度最初在步骤48中进行检测。这能够通过单独的温度传感器或已经被提供在排气系统的上游装置上的温度传感器来执行。在步骤48中，对应于第一排气温度的温度信号被产生。在步骤14中，对应于第一排气温度的温度信号经受通过二阶或更高阶的低通滤波器的低通滤波。经低通滤波的温度信号然后在步骤15中对时间求两次微分，由此经低通滤波的温度信号的变化程度被检测。在步骤16中，经低通滤波的温度信号的变化程度的量值被检测。在步骤17中，经低通滤波的温度信号的变化程度的量值经受通过一阶或更高阶的低通滤波器的低通滤波。在步骤18中，经低通滤波的温度信号的变化程度的经低通滤波的量值与预定的极限值19进行比较，以便如果经低通滤波的量值超过预定的极限值19则断定触发事件的存在，于是触发信号20被产生。

图4示出了用于检测触发事件的算法的示例性实施例的示意表示。该算法例如能够利用电子单元(例如，在图1和图2中示出的电子单元12)来执行。在步骤21中，排气质量流量被检测，并且对应于排气质量流量的质量流量信号被产生。在步骤22中，质量流量信号经受通过一阶或更高阶的低通滤波器的低通滤波。在步骤23中，经低通滤波的质量流量信号与预定的质量流量极限值24进行比较，以便如果经低通滤波的质量流量信号小于预定的质量流量极限值24则断定触发事件的存在，于是触发信号25被产生。

图5示出了被设计用于执行根据本公开的方法的算法的示例性实施例的一部分的示意表示。该算法例如能够利用电子单元(例如，在图1和图2中示出的电子单元12)来执行。在步骤26中，要被监测的催化转化器上游的第一排气温度最初进行检测。这能够通过单独的温度传感器或通过已经存在于排气系统的上游装置上的温度传感器来执行。在步骤26中，对应于第一排气温度的温度信号27被产生。与其并行地，在步骤26中，要被监测的催化转化器下游的第二排气温度被检测。在步骤26中，对应于第二排气温度的温度信号28被产生。与其并行地，在步骤26中，排气质量流量被确定，并且对应于排气质量流量的质量流量信号29被产生。在步骤30中，温度信号27和28均通过二阶或更高阶的低通滤波器31或32进行低通滤波。与其并行地，质量流量信号29通过一阶或更高阶的低通滤波器33进行低通滤波，并且经低通滤波的质量流量信号34由此被产生。在步骤35中，经低通滤波的温度信号均再次对时间求微分，以便检测经低通滤波的温度信号的变化并且产生相应的温度变化信号36或37。经低通滤波的质量流量信号34以及温度变化信号36和37根据图6被进一步处理。

图6示出了被设计用于执行根据本公开的方法的算法的示例性实施例的进一步部分的示意表示。该算法例如能够利用电子单元(例如，在图1和图2中示出的电子单元12)来执行。在步骤38中，经低通滤波的第二温度信号的变化或温度变化信号37从经低通滤波的第一温度信号的变化或温度变化信号36中减去，并且对应的温差信号被产生，所述温差信号的量值在步骤39中被检测。在步骤40中，温差信号的量值乘以经低通滤波的质量流量信号34并且对应的乘积信号被产生，在步骤41中，所述乘积信号经受通过一阶或更高阶的低通滤波器的低通滤波。在步骤42中，检测到的经低通滤波的第一温度信号的变化或温度变化信号36的量值被检测。在步骤43中，温度变化信号36的量值经受通过一阶或更高阶的低通滤波器的低通滤波。在步骤44中，经低通滤波的乘积信号除以经低通滤波的第一温度信号的变化的经低通滤波的量值或如果该量值小于预定的最小值45则除以最小值45，并且对应的评估信号46被产生，基于所述评估信号46确定催化转化器的热惯性是否存在。最大最小元件49被提供用于该目的。评估信号46的值在存在催化转化器的情况下显著高于当不存在催化转化器时。这在图7中被图形地示出。

图7示出了利用根据本公开的方法获得的评估结果的图形表示。绘制评估信号D随时间t变化。大于或等于10的评估信号D的值与催化转化器存在相关，而小于10的评估信号D的值与催化转化器不存在相关。与催化转化器存在相关的评估信号和与催化转化器不存在相关的评估信号之间的清楚分开因此是可能的。