用于在推力切断之后根据负载减少燃料消耗的方法

摘要

本发明公开一种用于控制具有内燃机(1)和催化器(6)的汽车的方法，其具有这些步骤：a)确定氧存储值(OSV)，所述氧存储值是在催化器(6)中存储的氧的量值；b)检测发动机负载(M)；c)当氧存储值(OSV)超过触发清除阈值(SG)并且发动机负载低于低负载阈值(ML)时，利用可燃混合气加浓将氧从催化器中部分清除。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制具有内燃机和催化器的汽车的方法。

背景技术

目前已知的内燃机、特别是汽油发动机具有催化器，所述催化器在排气 道中相对于废气所流经的流体路径被布置在实际发动机的下游。在进行推力 切断或切断燃料进给的多个运行阶段中、例如在减速运行中，氧在催化器中 积累。在已知的用于控制具有内燃机和催化器的汽车的方法中，为了将氧从 催化器中清除出去而进行混合气浓化。在混合气浓化的过程中，注入超出化 学计量的空气/燃料比(过量空气系数λ＝1)的过量燃料，所述燃料清除了催 化器中的氧。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种方法，借助所述方法可以改 善有害物质泄漏并降低燃料消耗。

所述技术问题通过一种用于控制具有内燃机和催化器的汽车的方法解 决，所述方法具有这些步骤：a)确定氧存储值，所述氧存储值是在催化器中 存储的氧的量值；b)检测发动机负载；c)当氧存储值超过触发清除阈值并且 发动机负载低于低负载阈值时，在可燃混合气加浓的情况下将氧从催化器中 部分清除。

其中可以根据低负载阈值的值进行相对较低程度的可燃混合气加浓，也 就是仅注入少量的额外燃料。

由此可以基本上保持催化器的三元功能，并且避免了在进一步推力切断 时向内燃机中注入额外的燃料。当在具有推力切断的运行阶段中注入额外的 燃料时，该额外的燃料可能是过剩的并且因此应该能导致由于推力切断而额 外带入催化器中的氧的燃烧。

通过较低程度的可燃混合气加浓可以排出更少的一氧化碳和碳氢化合 物，而且还降低燃料消耗。

在一种技术方案中，在λ值处于0.8至0.99、尤其0.92至0.97或0.94 至0.96中时实施可燃混合气加浓。

其中，空气/燃料混合物在λ值小于1时是浓的，也就是空气少，在λ 值大于1时是稀薄的，也就是空气多。借助上述λ值可以调节成略微浓的混 合物。可燃混合气加浓据此相对较小。由此可以节省燃料，因为在推力切断 之后伴随有可燃混合气加浓的情况下进行再次的推力切断时(这在MVEG-B 测试循环(新欧盟行驶工况测试)和城市交通中经常出现)，则额外注入更 少的用于清除(氧)的燃料。

当发动机负载升高时(该负载高于低负载阈值)则催化器相应地通过后 催化器调节被清除。后催化器探头检测存在于催化器下游的废气中的氧。这 种氧指的是刚刚进入催化器中并且被储存且游离的氧。在检测到氧过剩时， 则通过后催化器调节注入更多的燃料，因此减少在催化器中存储的氧。

在一种技术方案中，部分清除持续0.1至3秒、尤其是0.15至2.5秒或 0.2至2秒。

据此可燃混合气加浓在时间上非常短，因此仅降低了相对很少的分量的 氧，但是重新获得了催化器的三元功能。

根据另一种技术方案，在步骤c)之后，在步骤d)中一直通过设置在催化 器下游的后催化器探头将λ值调整为0.997至0.998，直至氧存储值下降到低 于下清除阈值或发动机负载超过高负载阈值。

在这些条件下氧被慢慢地清除。只要发动机负载低于高负载阈值并且只 要氧存储值降低至低于下清除阈值的值，则通过后催化器探头的调节对应地 是激活的。

这种在部分清除之后的后催化器调节操作在其功能方面这样调节，例如 利用非常微小的浓化来进行进一步实施的催化器清除，该催化器清除也可能 在时间上相对持续较久。

在另一种技术方案中，氧存储值在这种后催化器调节器激活状态中借助 λ值调节参数和发动机参数被模型化并且必要时被更新。

在高发动机负载下(大于高负载阈值)，催化器应该基于增大的废气体积 流量相对更快地被清除，或者去除所储存的氧，因此氧存储值急剧地到达其 额定水平。

所述方法以及有利的技术方案可以设置在汽车中、尤其是设置在用于控 制内燃机的控制单元中。

控制单元可以具有与存储器系统和总线系统数据连接的数字微处理器 单元(CPU)、工作存储器(RAM)以及存储器件。CPU设计用于处理设计为在 存储系统中存储的程序的指令，检测数据总线的输入信号和向数据总线输出 输出信号。存储系统可以具有各种存储介质，如光学、磁性、固体的和其他 不易失的介质，用于执行所述方法及有利技术方案的相应程序被存储在所述 介质中。所述程序可以这样提供，即该程序能够实现或实施此处所述方法， 因此CPU可以实施这种方法的步骤并且由此控制内燃机。

为了实施方法，当在计算机上执行所述程序时，具有程序编码器的计算 机程序适用于实施所有步骤。

计算机程序可以利用简单的器件在现有的控制单元中被读取和使用，用 于控制内燃机。

为此设计了存储在计算机可读数据载体上的计算机程序产品，用以当在 计算机上使用所述计算机程序产品来实施所述方法。该计算机程序产品可以 作为后装选项被集成在控制单元中。

换句话说，前述方面涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品也可 以被称为计算机可读介质或机器可读介质，并且该计算机程序产品应该被理 解为一种在载体上的计算机程序编码。在此载体可以有易失的或不易失的属 性，并且因此也可以使计算机程序产品获得易失的或不易失的属性。

信号是易失的计算机程序产品的一种实例，例如电磁信号以及光学信 号，所述信号是用于计算机程序编码的载体。计算机程序编码的承载可以利 用传统的模型化方法、如用于数字数据的QPSK(四相相移键控信号)调制 解调方法通过对信号的模型化而实现，因此代表计算机程序编码的二进制数 据被调制在易失的电磁信号上。例如当计算机程序编码通过WiFi连接以无 线方式传递至笔记本电脑时使用这种信号。

在不易失的计算机产品的情况中，计算机程序编码被实施在实体连接的 存储介质中。这种存储介质就是上述不易失的载体，因此计算机程序编码永 久地或非永久地存储在存储介质中或存储介质上。这种存储介质可以具有传 统的形式、如在计算机技术领域已知的形式，例如闪存、Asic(特定用途集 成电路)、CD和类似介质。

本发明的另一方面涉及一种用于控制具有内燃机和催化器的汽车的设 备，所述设备具有：

a)用于确定氧存储值的器件，该氧存储值是在催化器中存储的氧的量 值；

b)用于检测发动机负载的器件；

c)用于当氧存储值超过触发清除阈值并且发动机负载低于低负载阈值 时，在可燃混合气加浓的情况下将氧从催化器中部分清除的器件。

在这种设备的一种技术方案中，所述器件设计用于在λ值处于0.8至 0.99、尤其0.92至0.97或0.94至0.96中时实施可燃混合气加浓。

在这种设备的另一种技术方案中，部分清除持续0.1至3秒、尤其是0.15 至2.5秒或0.2至2秒。

在这种设备的另一种技术方案中设置所述器件，所述器件一直通过设置 在催化器下游的后催化器探头将λ值调整为0.997至0.998，直至氧存储值下 降到低于下清除阈值或发动机负载超过高负载阈值。

在这种设备的另一种技术方案中设置器件，该器件借助发动机参数模型 化氧存储值并且必要时更新氧存储值。

附图说明

以下借助附图进一步阐述一些实施例。在附图中：

图1示意性示出具有吸气管道和排气管道的内燃机，催化器设置在所述 排气管道中，

图2示意性示出一种方法流程，该方法流程能够在用于控制内燃机的控 制单元中被实施，用于实现氧清除功能，

图3示意性示出在具有已述的清除功能的内燃机中的氧存储值随时间 变化的曲线，

图4示意性示出在伴随推力切断所进行可燃混合气加浓和之后所进行 的后催化器调节过程中，氧存储值以及相关的λ值随时间变化的曲线，

图5示出在伴随推力切断所进行的第一可燃混合气加浓和再之后的暂 时后催化器调节过程和再之后随负载增加而进行的可燃混合气加浓过程中， 氧存储值以及相关的λ差值随时间变化的曲线，

图6示出在推力切断连同在实施清除功能过程中所重新进行的推力切 断之后，氧存储值以及λ差值随时间变化的曲线，

图7示意性示出具有内燃机的催化器系统的示意图，

图8示出发动机缸体的截面图。

在附图中相同的或功能上起相同作用的构件标以相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出内燃机1，其具有进气管道2和排气管道3。在发动机缸体4 中设置了未详细示出的气缸5，所述气缸在运行中以已知方式吸入空气，与 燃料混合、压缩、燃烧并且作为废气通过排气管道3排出。在排气管道3中 设置催化器6，该催化器可以设计为三元催化器。所述废气含有氮氧化物 NOx，一氧化碳CO和未燃尽的碳氢化合物HC。如果满足化学计量的空气/ 燃料比(λ＝1)，则恰好富余如此多呈单质形式和结合在氮氧化物NOx中的 氧，用于氧化一氧化碳CO和未燃尽的碳氢化合物。通过前催化器探头7可 以测量废气中的氧，并且将燃料通过喷嘴8直接注入气缸5或进气管道2中， 因此化学计量的空气/燃料比可以被精确地调节。通过后催化器探头9可以检 测离开催化器6的氧。前催化器探头7和后催化器探头9在此与控制单元10 可数据传递地相连。控制单元10设计用于在必要时提高或减小由喷嘴8给 出的、分别用于每个气缸5或总体用于全部气缸5的燃料量mK，从而可以 整体上满足化学计量的空气/燃料比(λ＝1)。通过与控制单元10信号相连 的空气质量测量器11可以确定吸入的空气质量mA。

尽管如此，可以在排气管道3和进气管道2之间设置未显示的废气回流 阀，用于混入惰性气体。此外，进气管道2可以与由发动机轴或由废气涡轮 机驱动的压缩机导气地相连，用于提高空气量。虽然在此主要描述了在按照 汽油发动机工作过程运行的内燃机1中对注入的燃料量mK所进行的调节， 但是不排除将本发明用于柴油机。此时仍在研发阶段的结合了柴油机和汽油 机的组合设备同样可以应用所述发明。

图2示出一种示范性的方法流程，所述方法流程可以在控制单元10中 与另一组控制程序对照实施，用于基于信号(尤其是来自前催化器探头7和 后催化器探头9的信号)和调节值(尤其通过喷嘴8给出的燃料量)控制催化器 6中的氧含量或氧存储值OSV。该方法可以被保存为程序并且持续地运行， 或只有当内燃机1处于推力运行时才启动。当在带有燃烧的运行阶段(耦合 或没有耦合)结束之后驾驶员松开用于控制负载的油门踏板并且内燃机1通 过其自身的惯性驱动和在耦连状态中通过汽车的动能被驱动时，则该方法始 终运行。在此喷嘴8不喷射燃料。但是空气还是经过内燃机。此时在催化器 6中积累了氧。所述氧应该在此发生燃烧后尽可能地快地降低，例如通过燃 烧未燃尽的燃料组分和一氧化碳而减少氧。

为此规定，在开始12之后在询问13中询问，向内燃机1的燃料喷射是 否关闭(DFCO＝减速燃料切断)。若回答是“否”，则该方法结束于步骤14。

若对于询问13的回答是“是”，则在下一步骤15中确定氧存储值OSV(氧 存储值)。这可以结合特征曲线实现，在该特征曲线中基于试验确定值或计 算值为输入参数分配相应的氧存储值OSV(基于模型确定氧存储值OSV)。输 入参数可以是节流阀位置、吸入的空气质量mA以及注入的燃料量。氧存储 值OSV的确定优选在此处所述方法的整个过程中持续地进行，必要时通过 后催化器探头9的信号纠正所述氧存储值。

在步骤15之后的询问16中询问，是否氧存储值OSV超过触发清除阈 值SG。该触发清除阈值SG在此这样确定，即在低于该触发清除阈值SG时 保证催化器的正常功能。该触发清除阈值可以通过试验利用将催化器加载到 氧存储极限来确定，在该极限时催化器不能再实现其功能。第二对比值也可 以是某些参数、例如内燃机的汽缸工作容积、有效催化器表面和类似参数。

若对于询问16的回答是“否”，则程序结束于步骤14，由此可以重新 开始运行。若回答是“是”，则必须将氧从催化器中清除。在后续的步骤17 中则据此启动催化器清除功能(COSC启动；COSC＝催化器氧存储控制)并且 确定发动机负载M。对此在询问18中询问，是否发动机负载M大于低负载 阈值ML。若对于询问18的回答是“是”，则在步骤19中启动清除功能(标 准COSC操作)，其中通过对空气/燃料混合物浓化，所存储的氧连同相对较 大的废气体积流量能够快速地被降低。

若对于询问18的回答是“否”，则在步骤20中仅实施部分清除，其中 进行可燃混合气加浓。可燃混合气加浓有助于氧的部分清除。可燃混合气加 浓在此在时间上持续很短，例如0.1至3秒，尤其是0.15至2.5秒或0.2至2 秒。λ值可以调整到0.8至0.99、尤其0.92至0.97或0.94至0.96的范围中。

在可燃混合气加浓时，若为了降低吸入的空气量中包含的氧，需要使该 混合物被尽量少地增加，亦即注入更多的燃料。因此在废气中存留了足够的 燃料或燃料组分，用于降低在催化器6中存储的氧。

接下来在步骤21中启动后催化器调节，其中在混合物略浓时通过后催 化器探头9调节空气/燃料比。当仍然有氧被后催化器探头9检测到时，则相 应地注入更多燃料。

在询问22中询问，是否其中氧存储值OSV已经低于下清除阈值SU。 若是这种情况(“是”)，则该方法结束于步骤14。若回答是“否”，则在询问 23中询问，是否发动机负载M大于高负载阈值MH。若不是，则后催化器 调节按照步骤21保持激活。若发动机负载M大于高负载阈值MH，则在步 骤24中根据负载升高实施后催化器清除，由此结束该方法。

图3示意性示出氧存储值OSV，并且是在具有已知的清除功能的内燃 机中的氧存储值OSV随时间变化的曲线。在推力切断后氧存储值OSV上升。 自从时刻t1起，混合物被这样一直浓化，直至注入为降低催化器中氧所需量 的燃料mFges。

图4示意性示出在伴随着推力切断之后产生的可燃混合气加浓和随后 进行的后催化器调节过程中，氧存储值以及相关的λ差值dL1随时间变化的 曲线。从时刻t1起进行可燃混合气加浓，其中注入燃料量m1，其仅降低所 存储的氧的一部分。接下来自时刻t2起进行后催化器调节，其中预计增加很 少的混合物。

图5示出氧存储值以及相关的λ差值dL1随时间变化的曲线。自时刻t1 起在伴随推力切断发生的可燃混合气加浓和随后自t2起暂时的后催化器调 节之后，在λ差值dL2时实施可燃混合气加浓直至时刻t3。在时刻t3处， 发动机负载超过高负载发动机阈值。此时废气体积流量这样高，使得剩余存 储的氧在时刻t4时大幅度地降低，无论如何都要低于触发清除阈值SG(未 示出)。

图6示出在推力切断之后在时刻t3再次进行推力切断(其在实施清除功 能过程中进行)的过程中，的氧存储值OSV和λ差值dL1随时间变化的曲线。 可以看出，清除功能被中断并且必要时在推力运行阶段(未显示)之后再次实 施。

汽车的一些实施形式可以包含图7和8所示的汽车系统100，并且其具 有包含发动机箱120的内燃机(ICE)110，发动机箱120限定了至少一个具有 活塞140的汽缸125，其中活塞具有连杆，曲轴145借助该连杆转动。汽缸 盖130与活塞140配合工作以限定出燃烧室150。空气/燃料混合物(未显示) 被注入燃烧室150中并且燃烧，这形成经热膨胀的燃烧气体，燃烧气体导致 活塞140的往复运动。所述燃料由至少一个燃料注射器160提供并且空气通 过至少一个进口210提供。燃料在高压下从与高压泵180流体连通连接的燃 料管170导入进口210中，所述高压泵提高了来自燃料源190的燃料的压力。 每个汽缸125具有至少两个气门215，所述气门由与曲轴145同时转动的凸 轮轴135驱动。气门215允许空气选择性地从入口210进入燃烧室150并且 允许废气交替地通过出口220排出。在一些实施例中使用凸轮轴调节系统 155，用于选择性地改变在凸轮轴135和曲轴145之间的时间顺序。

所述空气可以通过进气歧管200输入到空气进口210。管道205向进气 歧管200输入环境空气。在其他实施形式中可以选择节流阀330，用于调节 进入进气歧管200的空气流。在另外的实施形式中使用用于压缩空气的系统、 例如具有压缩机240的涡轮增压机230，所述压缩机240与涡轮机一起旋转。 压缩机240的转动提高了在管道205和进气歧管200中的空气的压力和温度。 在管路205中包含的内部冷却器260可以降低空气的温度。涡轮机250在来 自排气歧管225的废气流入时转动，废气通过一系列的导向叶片被引导，随 后经涡轮机250膨胀。废气离开涡轮机250并且被输入废气系统270中。该 实施例显示了可变喷嘴涡轮增压器(VGT)，其带有VGT执行器290，该涡 轮增压器设计用于使导向叶片或叶片运动，由此所述叶片改变流经涡轮机 250的废气气流。在其他实施形式中，涡轮增压机230具有固定的几何形状 和/或废气门。

废气系统270可以具有废气管275，所述废气管具有一个或多个废气后 处理装置280。废气后处理系统可以是任意能改变废气组成的装置。废气后 处理系统例如是催化(二元-和三元)转换器、氧化催化器、用于稀燃运 行的NOx捕集器(稀燃NOx捕集器)，碳氢化合物吸附器，用于选择性催 化还原的系统(SCR)和颗粒过滤器。其他实施形式包含废气回收系统 (EGR)300，该系统与排气歧管225和进气歧管200相连。EGR300可以具有 EGR冷却器310，用于降低EGR300中废气的温度。EGR阀320调节EGR 系统300中废气的流动。

汽车系统100还可以具有电子控制器(ECM)450，其配置用于从或向多 种与ICE100相连的仪器发送或接收信号。ECM450可以接收多种与ICE110 耦连的传感器的输入信号，例如质量流量-和温度传感器340、用于歧管的压 力-和温度传感器350、用于燃烧室中压力的传感器360、用于冷却液体和冷 却油温度和/或所对应液位的传感器380、用于燃料的压力传感器400、凸轮 轴位置传感器410、曲轴位置传感器420、用于废气的压力和温度的传感器 430、EGR温度传感器440以及用于油门踏板的位置传感器445。此外， ECU450可以向不同的控制器输出输出信号，用于控制ICE110的运行，例 如向燃料注射器160、节流阀330、EGR阀320、VGT执行器290和凸轮轴 调节系统155。需要说明的是，使用虚线表示各个传感器、装置和ECM450 之间的各种连接，但是其中为了清楚器件删除了其他连接。

控制器450可以具有与存储系统和总线系统数据连接的数字微处理器 单元(CPU)。该CPU设计用于处理设计为在存储系统中存储的程序的指令， 检测数据总线的输入信号和向数据总线输出输出信号。存储系统可以具有各 种存储介质，如光学、磁性、固体和其他不易失的介质。所述程序可以这样 提供，即该程序能够实现或实施所述方法，因此CPU可以实施这种方法的 步骤并且由此控制ICE110。

除发动机控制器450之外，汽车系统还可以具有其他形式的用于提供电 子逻辑电路的处理器，例如嵌入式控制器(英文作embedded controller)、车载 计算机或任意其他形式的可以在汽车中使用的处理器。

尽管以上描述中公开了一些本发明的实施形式，应该理解的是，通过组 合所有所述的和此外所有专业人员可想而知的技术特征和实施形式，仍存在 着大量的实施形式的变型。还应理解的是，所述示范性的实施形式仅是举例， 而不应认为是对按照本发明的保护范围、应用性和设备构造以任何形式的限 定。更确切的说，描述与实施形式的阐述为专业人员提供用于实现至少一个 示范性的实施形式的充分的并容易理解的指导说明。其中应被理解的是，在 不脱离权利要求书所公开的保护范围及等效于保护范围的内容的前提下，可 以对示范性的实施形式中描述的元件进行大量多种的变化。

附图标记清单

1   内燃机

2   进气管道

3   排气管道

4   发动机箱

5   汽缸

6   催化器

7   前催化器探头

8   喷嘴

9   后催化器探头

10  控制单元

11  空气质量传感器

12  开始

13  询问

14  结束

15  步骤

16  查询

17  步骤

18  查询

19  步骤

20  步骤

21  步骤

22  询问

23  询问

24  步骤

100 汽车系统

110 内燃机(ICE)

120 发动机箱

125 汽缸

130 汽缸盖

135 凸轮轴

145 曲轴

140 活塞

145 气缸

150 燃烧室

155 凸轮轴调节系统

160 燃料注射器

170 燃料管

180 高压泵

190 燃料源

200 进气歧管

205 管路

215 气门

220 出口

225 排气歧管

230 涡轮增压机

240 压缩机

250 涡轮机

260 内部冷却器

270 废气系统

275 废气管

280 废气在处理装置

290 VGT执行器

300 废气回收系统(EGR)

310 EGR冷却器

320 EGR阀

330 节流阀

340 质量流量-和温度传感器

350 温度传感器

360 传感器

380 传感器

400 压力传感器

410 凸轮轴位置传感器

420 曲轴位置传感器

430 传感器

440 EGR温度传感器

445 位置传感器

450 电子控制器(ECM)

COSC 催化器清除功能

dL1 λ差值1

dL2 λ差值2

dLN 在后催化器调节中的λ差值

m1  被清除的氧的质量积分

m2  被清除的氧的质量积分

mA  空气质量

mF  燃料量

M   发动机负载

ML  低负载阈值

MH  高负载阈值

OSV 氧存储值

SG  触发清除阈值

SU  下清除阈值