Способ и устройство для мониторинга температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора - RU2540559C2
Код документа: RU2540559C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к способу и устройству для мониторинга температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора.
Известны дизельные окислительные нейтрализаторы (ДОН), размещаемые в канале потока выхлопных газов для обработки выхлопа дизельных двигателей перед его выбросом в атмосферу для того, чтобы превратить токсичные загрязняющие вещества, такие как углеводороды и окись углерода, за счет катализа окисления этих загрязняющих веществ в двуокись углерода и воду.
Каталитическая активность обычно возрастает с повышением температуры. Для дизельных окислительных нейтрализаторов необходима пороговая температура для того, чтобы катализатор «активировался» и конвертировал ядовитые газы путем окисления. Температура «активации» определена как температура, при которой каталитически конвертируется 50% присутствующих НС-соединений. Дизельному окислительному нейтрализатору для того, чтобы работать должным образом, важно достичь необходимой рабочей температуры после холодного запуска так быстро, насколько это возможно.
Ход активации и рабочая характеристика катализатора являются функцией не только каталитической композиции и плотности нанесения слоя катализатора, но и также и рабочих условий. Наиболее значительное изменение температуры активации происходит со старением катализатора, поскольку со сроком службы температура активации повышается. Обычно бортовая система автотранспортного средства настроена на основании предположения о полностью состарившемся катализаторе окисления дизеля, что приводит к высокой температуре активации.
Недостатком является то, что изменение температуры активации стареющих дизельных окислительных нейтрализаторов недостаточно учитывается в автотранспортных средствах.
Задачей изобретения является создание средства для мониторинга температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора, учитывающего старение катализатора.
Решение задачи достигается способом, имеющим признаками изложенные в независимом пункте 1 формулы изобретения, а также устройством, имеющим признаками изложенные в независимом пункте 10 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Способ мониторинга температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора двигателя внутреннего сгорания включает этапы измерения температуры выхлопного газа до и после катализатора во время фазы дополнительного впрыска или фазы повторного дополнительного впрыска двигателя внутреннего сгорания, определения того, произошла ли активация катализатора, с использованием данных об измеренной температуре выхлопного газа, вычисления температуры поверхности катализатора с использованием данных об измеренной температуре выхлопного газа, и задания вычисленной температуры как температуры активации катализатора в случае, когда определена активация катализатора. Если активация не определена, может быть использовано сохраненное значение температуры активации, причем сохраненное значение представляет собой, в частности, вычисленную температуру поверхности при ранее определенной активации или предполагаемом начальном значении температуры активации.
Посредством способа согласно изобретению можно определить фактическую температуру активации катализатора, например, после каждого запуска двигателя, посредством вычисления температуры поверхности катализатора. Поскольку температура активации катализатора считается не постоянной, а изменяющейся переменной, в полной мере принимали во внимание старение катализатора. Таким образом, предложено устройство для мониторинга температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора, учитывающее старение катализатора. Это приводит к самообучающемуся управлению двигателем. Неправильная или слишком консервативная стратегия выброса может быть предотвращена. Неожиданно оказалось, что только измерений температуры до и после катализатора достаточно и для определения наличия активации, и для вычисления фактической температуры активации. Измерение дополнительных переменных не является необходимым. Поскольку фактическая температура активации определена, могут быть учтены непредвиденные влияния, подобные условиям окружающей среды или допустимым отклонениям в свойствах катализатора. Система управления двигателем может всегда использовать очень точное значение температуры активации и способна применить подходящие стратегии эмиссии, что позволяет соответствовать самым жестким стандартам эмиссии с меньшей затратой энергии. Вследствие позднего дополнительного впрыска или повторного дополнительного впрыска топлива топливо выпускается в выхлопную линию, по меньшей мере, частично несгоревшим. Ввиду этого выхлопной газ преимущественно обогащают восстанавливающими агентами. Предпочтительно множество вычисленных температур активации может быть сохранено на протяжении более длительного времени для экстраполяции дальнейшего старения катализатора. Сохранение установленной температуры активации катализатора в блоке управления двигателем обеспечивает возможность того, что сохраненная температура активации может быть использована при сравнении с вычисленной температурой активации катализатора последующего мониторинга. Сохранение определяемой температуры активации катализатора в блоке управления двигателем также позволяет позже оценить эффективность дизельного катализатора. Определяемая температура активации катализатора может быть отображена, например, водителю в кабине или для целей анализа системы.
Термин «дополнительный впрыск» согласно изобретению следует понимать как означающий впрыск с открытым или частично открытым выхлопным клапаном, а термин «повторный дополнительный впрыск» согласно изобретению следует понимать как означающий впрыск с закрытым выхлопным клапаном. В предпочтительных осуществлениях используют дополнительный впрыск.
Предпочтительно температуру выхлопного газа перед катализатором измеряют на входе в нейтрализатор, и/или температуру выхлопного газа после катализатора измеряют на выходе из нейтрализатора.
В предпочтительных вариантах осуществления способ согласно изобретению успешно позволяет точно определить температуру активации катализатора путем измерения только температуры выхлопного газа до и после катализатора. Наиболее предпочтительно измерение объема или концентраций газообразных соединений в выхлопном газе с использованием чувствительных датчиков или датчиков, обеспечивающих недостаточную точность измерения, которыми можно пренебречь.
В частности, значение вычисленной температуры поверхности сравнивается с сохраненной температурой поверхности и/или с сохраненной температурой активации. Сохраняемое значение может быть сохранено в запоминающем устройстве блока управления двигателем. Если активации нет и/или выявлена лишь незначительная разница между определяемым значением и сохраненным значением, сохраненное значение может быть задано как температура активации, в противном случае сохраненное значение может быть заменено вычисленным значением. Незначительная разница может быть определена заданной пороговой величиной, которая является заведомо большей, чем допустимая погрешность измерения температурных датчиков для измерения температур выхлопного газа до и после катализатора. Посредством сравнения можно не допустить ненужные рабочие этапы при управлении двигателем. Кроме того, перед тем, как переписать хранящееся в памяти значение, может быть инициирована проверка достоверности. Сравнение вычисленной температуры активации катализатора с температурой активации катализатора, сохраненной в блоке управления двигателем, может привести в результате к запоминанию новой температуры активации в зависимости от того, была ли замерена температура активации и была ли замеренная температура активации ниже или выше сохраненной температуры активации. Например, новая температура активации, приводящая к уменьшению сохраненной температуры активации, может быть запомнена, если измерена активация ниже текущей сохраненной температуры активации, или новая температура активации, приводящая к увеличению хранимой температуры активации, может быть запомнена, если измерена активация выше текущей сохраненной температуры активации. Кроме того, температура активации не может быть запомнена, означая отсутствие изменения сохраненной в памяти температуры активации, если измеренная активация происходит выше текущей сохраненной температуры активации или, если не было обнаружено активации, ниже текущей сохраненной температуры активации.
Предпочтительно способ повторяется до тех пор, пока не будет определена, по меньшей мере, одна активация катализатора. В частности, способ заканчивается после определения активации. Вычисление фактической температуры активации может быть достаточен для учета эффектов старения катализатора. Дополнительные вычисления могут быть предотвращены, так что способ согласно изобретению может быть введен в существующее программное обеспечение, являющееся основой управления двигателем, не нанося ущерб вычислительной мощности используемого ЦП.
В предпочтительном варианте осуществления способ включает этап, на котором вычисленная температура поверхности сравнивается с предполагаемой температурой активации, вычисленной в системе управления двигателем. Предпочтительно, способ согласно изобретению обеспечивает непрерывный мониторинг на борту температуры активации. Предпочтительно, способ согласно изобретению обеспечивает мониторинг температуры активации во время нормальной работы автотранспортного средства. В частности, температура активации катализатора может быть определена без холодного запуска двигателя. Поэтому способ согласно изобретению обеспечивает точную настройку возрастающей температуры активации стареющего дизельного окислительного нейтрализатора.
В другом предпочтительном варианте осуществления измерение температур осуществляют с использованием дросселирования во впускном тракте дизельного двигателя, предпочтительно интенсифицированного дросселирования. Предпочтительно дросселирование может быть интенсифицировано путем частично закрытой воздушной заслонки, посредством чего дросселируется объем воздуха. Предпочтительно, дросселирование может улучшить измерение температуры.
В другом предпочтительном варианте осуществления измерение температур осуществляют во время постоянного режима работы или во время фазы выбега двигателя. Предпочтительно температуру активации катализатора измеряют во время фазы выбега. Предпочтительно, измеряется явная реакция температуры и/или степень окисления углеводорода и/или окись углерода. Ввиду задержки времени каталитического эффекта более высокие разности между температурами входного и выходного потока могут быть измерены на поздней фазе выбега.
Предпочтительно используют ограниченную фазу выбега. Предпочтительно дополнительный впрыск и повторный дополнительный впрыск и/или дросселирование осуществляют в течение определенного периода времени в зависимости от скорости двигателя. Предпочтительно, такой период времени позволяет впрыснуть достаточно топлива, обеспечивая надежное измерение экзотермического окисления соответствующего количества углеводорода и/или окиси углерода на катализаторе.
Предпочтительно измерение температур с использованием дополнительного впрыска или повторного дополнительного впрыска топлива и дросселирования во время фазы выбега обеспечивает определение экзотермической реакции для дизельного окислительного нейтрализатора во время нормальной работы транспортного средства. В частности, экзотермическая реакция является измеряемой после холодного запуска двигателя.
Предпочтительно вычисление температуры поверхности катализатора включает определение температурного профиля экзотермической реакции углеводородов и/или окиси углерода в дизельном окислительном нейтрализаторе. Предпочтительно профиль экзотермической реакции позволяет надежно определить температуру активации катализатора.
Предпочтительно, вычисление температуры поверхности основывается на температурной модели. Вычисление температуры активации катализатора предпочтительно основывается на допущении, что дизельный окислительный нейтрализатор рассматривается как идеальный теплообменник и, таким образом, может быть аппроксимирован как элемент задержки 1-го порядка или, сокращенно, РТ1-элемент. Тогда количество тепла, которое передается катализатору, определяет изменение температуры катализатора. Предпочтительно вычисление релевантных значений РТ1 осуществляют согласно уравнениям, приведенным ниже.
Предпочтительно соотношение для переменной константы времени для вычисления температуры на основе характера изменения PT1 основывается на измерении входной температуры выхлопного газа (ТВХ) до нейтрализатора и выходной температуры выхлопного газа (ТВЫХ) после нейтрализатора. При допущении, что нейтрализатор является РТ1-элементом, дополнительными переменными предпочтительно являются масса дизельного окислительного нейтрализатора (mДОН), теплоемкость дизельного окислительного нейтрализатора (ср ДОН) и теплоемкость выхлопного газа (ср ВГ).
Характерное соотношение для переменной константы времени для вычисления температуры активации катализатора на основе характера изменения PT1 определяется следующим:
(I)
где dmВГ/dt - изменение массы выхлопного газа во времени и
τДОН - задержка времени до того, как температура поверхности катализатора достигнет температуры выхлопного газа.
Для рассмотрения экзотермической реакции в дизельном окислительном нейтрализаторе вследствие позднего дополнительного впрыска или повторного дополнительного впрыска максимально возможное повышение температуры предпочтительно вычисляют по следующему уравнению:
(II)
где ΔΤвпрыска - максимальное ожидаемое повышение температуры после дополнительного впрыска или повторного дополнительного впрыска и dWгорения ВТ - энергия, которая содержится в топливе дополнительного впрыска или повторного дополнительного впрыска.
Определение активации катализатора основывается на сравнении между измеренной выходной температурой (Твых) и ожидаемой температурой при полной конверсии углеводородов (Твх + ΔΤвпрыска).
Эффективность дизельного окислительного нейтрализатора (ЭффДОН) предпочтительно вычисляют по следующему уравнению:
(III)
где mВГ - масса выхлопного газа, ср - теплоемкость выхлопного газа, Тизм выхДОН - измеренная выходная температура дизельного окислительного нейтрализатора, Тмод вых/без экзотерм.эффекта - вычисленная по модели выходная температура без экзотермического эффекта в дизельном окислительном нейтрализаторе, которая равна температуре поверхности, и Тмод вых/с экзотерм. эффектом - вычисленная по модели выходная температура при полной конверсии углеводородов в дизельном окислительном нейтрализаторе (Тповерхности + ΔΤвпрыска).
Если эффективность дизельного окислительного нейтрализатора (ЭффДОН) выше, чем пороговая величина, определяется активация, и температура поверхности в начале выбега вычисляется как температура, при которой достигается активация. Если ЭффДОН ниже, чем пороговая величина, активация не определяется, и температура поверхности в начале выбега вычисляется как температура, при которой не достигается активация.
Далее вычисленная температура активации катализатора сравнивается с температурой активации катализатора, сохраненной в блоке управления двигателем. Предпочтительно температурой активации катализатора, сохраненной в блоке управления двигателем, является сохраненная температура активации катализатора от предшествующего мониторинга. Сравнение вычисленной температуры активации катализатора с температурой активации катализатора, сохраненной в блоке управления двигателем, предпочтительно включает анализ измерения активации. Предпочтительно, анализ измерения активации основывается на коэффициенте эффективности дизельного окислительного нейтрализатора (ЭффДОН). Предпочтительно, сравнивают коэффициент эффективности дизельного окислительного нейтрализатора, вычисленный из измерений, с коэффициентом минимальной эффективности дизельного окислительного нейтрализатора (ЭффДОН-мин).
Оценка эффективности дизельного окислительного нейтрализатора во время последнего выбега с дополнительным впрыском (рвпрыска) или повторным дополнительным впрыском может в основном дать следующие результаты:
а) новая температура активации, приводящая к уменьшению сохраненной температуры активации, будет сохранена, если была измерена активация ниже текущей сохраненной температуры активации;
b) температура активации не будет сохранена, подразумевая отсутствие изменения сохраненной температуры, если измеренная активация происходит выше текущей сохраненной температуры активации или не была определена активация ниже текущей сохраненной температуры; или
с) новая температура активации, приводящая к увеличению сохраненной температуры активации, будет сохранена, если не была измерена активация выше текущей сохраненной температуры активации.
Следовательно, заданная температура активации может быть вычисленной температурой активации или ранее сохраненная температура активации.
В предпочтительном варианте осуществления проверяется достоверность вычисленной температуры поверхности. В частности, достоверность проверяется сравнением вычисленной температуры активации катализатора с предполагаемой температурой активации, вычисленной в системе управления двигателем. Предпочтительно предполагаемая температура активации вычисляется исходя из возрастания при пробеге или старении катализатора. Предпочтительно сравнение вычисленной температуры активации катализатора с предполагаемой температурой активации обеспечивает возможность гарантирования достоверности вычисленной температуры активации. Например, вычисленную температуру поверхности катализатора можно игнорировать для задания в качестве температуры активации катализатора, если она находится за пределами определенного интервала температур, зависящего от возраста катализатора. Предпочтительно, сравнение вычисленной или измеренной температуры активации катализатора с предполагаемой температурой активации является проверкой для определения точности измерения и вычисления температуры активации катализатора.
Вычисленная температура поверхности катализатора является пригодной для использования при регулировании температуры активации, сохраненной в блоке управления двигателем. Предпочтительно к вычисленной температуре активации может быть применен весовой коэффициент. Предпочтительно весовой коэффициент может обеспечить калибровочный коэффициент, зависящий от точности измерений. Предпочтительно, вычисленная температура активации сохраняется после того, как она была скорректирована весовым коэффициентом.
В предпочтительном варианте осуществления осуществляют мониторинг, определение и сохранение температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора на борту автотранспортного средства. Способ согласно изобретению может быть успешно осуществлен непрерывно на борту во время нормальной работы автотранспортного средства.
Кроме того, способ согласно изобретению обеспечивает то преимущество, что условия вывода результатов измерений и сброса результатов из памяти измерений являются гибко подстраиваемыми к конкретным требованиям к выводу результатов измерения активации. Например, могут быть определены условия вывода результатов, такие как отсутствие действующих неисправностей, перегрузки после условий устойчивого движения и/или температуры в релевантном интервале, и условия сброса результатов, такие как законченная перегрузка, достаточная масса впрыснутого углеводорода во время перегрузки.
Предпочтительно условия вывода и сброса результатов могут быть вычислены в виде двоичной величины. Кроме того, благодаря индивидуальной калибровке можно принять в вычисление свободно выбираемые условия для вывода и сброса результатов. Предпочтительно вычисленное состояние вывода результатов может быть входным сигналом для координатора впрыска, чтобы активировать поздний дополнительный впрыск или повторный дополнительный впрыск во время релевантного выбега.
Изобретение также относится к устройству для мониторинга температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора двигателя внутреннего сгорания, содержащему первый датчик температуры и второй датчик температуры, расположенные, соответственно, до и после катализатора; и процессор для вычисления температуры поверхности катализатора с использованием данных о температуре, обеспечиваемых первым и вторым датчиками температуры. Посредством устройства согласно изобретению можно определить фактическую температуру активации катализатора, например, после каждого запуска двигателя, путем вычисления температуры поверхности катализатора. Поскольку температура активации рассматривается не как постоянная, а как изменяющаяся переменная, старение катализатора в достаточной степени учитывается. Таким образом, предложено средство для мониторинга температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора, учитывающее старение катализатора. Устройство может быть также разработано, как описано выше, по отношению к способу согласно изобретению.
В предпочтительном варианте осуществления устройство дополнительно включает процессор для сравнения определяемой температуры активации с предполагаемой температурой активации катализатора для получения оценки достоверности определения и/или для сравнения указанной вычисленной температуры поверхности с сохраненным значением температуры поверхности, сохраненном в запоминающем устройстве. Предпочтительно устройство согласно изобретению обеспечивает возможность непрерывного мониторинга на борту температуры активации. Наиболее предпочтительно возможен мониторинг температуры активации во время нормальной работы автотранспортного средства.
Изобретение также относится к компьютерной программе, содержащей программный код для осуществления способа согласно изобретению при ее установке на компьютере.
Кроме того, изобретение относится к компьютерному программному продукту, содержащему программный код, сохраненный на машиночитаемом носителе информации для осуществления способа согласно изобретению при установке компьютерного программного продукта на компьютере.
Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными и описаны со ссылкой на приведенный ниже предпочтительный вариант осуществления изобретения.
На чертежах:
Фиг.1 представляет собой схематичную иллюстрацию способа мониторинга температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению и
Фиг.2 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую обычные этапы, осуществляемые при анализе измерения температуры активации согласно настоящему изобретению.
Со ссылкой на фиг.1, этап 104 иллюстрирует, что определение температуры активации катализатора основано на измерении активации. Вычисление температуры активации катализатора по данным о температуре выхлопного газа основано на температурной модели дизельного окислительного нейтрализатора 100, вводящей температуру поверхности дизельного окислительного нейтрализатора. Определяемая температура активации катализатора затем сравнивается с предполагаемой температурой активации катализатора 106, вычисленной в блоке управления двигателем на этапе, обозначенном как вычисление активации 108. Оценка активации 106 основана на оценке старения дизельного окислительного катализатора 102. На этапе 110 определяемая температура сохраняется в блоке управления двигателем.
Со ссылкой на фиг.2 будут подробно описаны обычные этапы, выполняемые при анализе измерений активации. На этапе 200 показано обычное соотношение для вычисления эффективности дизельного окислительного нейтрализатора (ЭффДОН), где mВГ - масса выхлопного газа, ср - теплоемкость выхлопного газа, Тизм выхДОН - измеренная выходная температура дизельного окислительного нейтрализатора, Тмод вых/без экзотерм.эффекта - вычисленная по модели выходная температура без экзотермического эффекта в дизельном окислительном нейтрализаторе, которая равна температуре поверхности, и Тмод вых/с экзотерм. эффектом - вычисленная по модели выходная температура при полной конверсии углеводородов в дизельном окислительном нейтрализаторе (Тповерхности + ΔΤвпрыска). На этапе 202 эффективность дизельного окислительного нейтрализатора (ЭффДОН), как она измерена, сравнивается с минимальной эффективностью дизельного окислительного нейтрализатора (ЭффДОН-мин).
Если, как показано на этапе 204, активация было измерена, на этапе 206 определяется была ли измеренная температура (Тизм) более низкой по сравнению с сохраненной температурой активации Тзаж. хр.. Если была измерена активация ниже текущей сохраненной температуры активации, новая температура активации, приводящая к уменьшению сохраненной температуры активации, сохраняется согласно этапу 208. В случае, когда измеренная активация выше текущей сохраненной температуры активации, температура активации не запоминается согласно этапу 216.
Если, как показано на этапе 210, активация не была измерена, на этапе 212 определяется была ли измеренная температура (Тизм) ниже по сравнению с сохраненной температурой активации (Тзажиг.-хран.). Если была измерена температура активации выше текущей сохраненной температуры активации, новую температуру активации, приводящую к увеличению сохраненной температуры активации, сохраняют согласно этапу 214. Если активация ниже текущей сохраненной температуры активации не была измерена, температуру активации не сохраняют согласно этапу 216.
Реферат
Предложен способ мониторинга температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора двигателя внутреннего сгорания, включающий этапы, на которых: измеряют температуру выхлопного газа до и после катализатора во время фазы дополнительного впрыска или фазы повторного дополнительного впрыска двигателя внутреннего сгорания; определяют, произошла ли активация катализатора с использованием данных об измеренной температуре выхлопного газа, вычисляют температуру поверхности катализатора с использованием данных об измеренной температуре выхлопного газа; и задают вычисленную температуру как температуру активации катализатора в случае, когда определена активация катализатора. Изобретение позволяет создать средство для мониторинга температуры активации дизельного окислительного нейтрализатора, учитывающее старение катализатора. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
Формула
измеряют температуру выхлопного газа до и после катализатора во время фазы дополнительного впрыска или фазы повторного дополнительного впрыска двигателя внутреннего сгорания;
определяют, произошла ли активация катализатора, с использованием данных об измеренной температуре выхлопного газа;
вычисляют температуру поверхности катализатора с использованием данных об измеренной температуре выхлопного газа; и
задают вычисленную температуру как температуру активации катализатора в случае, когда определена активация катализатора.
первый датчик температуры и второй датчик температуры, расположенные соответственно до и после катализатора; и
процессор для вычисления температуры поверхности катализатора с использованием данных температуры, обеспечиваемых первым и вторым датчиками температуры.
