机动车辆的制作方法

机动车辆


背景技术：

1.由内燃发动机驱动的机动车辆通常具有催化转化器，以减少机动车辆的排气中的污染物量。为了使催化转化器将污染物转化为无害物质，必须将催化转化器加热到运行温度。然而，存在催化转化器的温度低于运行温度的阶段。例如，当机动车辆启动时或在相对长的制动阶段之后，就是这种情况。在这些阶段期间，催化转化器的温度低于运行温度，大量污染物被排放。可以设想，机动车辆具有电加热元件，该电加热元件被配置为加热催化转化器，使得其更快地达到运行温度，从而减少污染物的排放。
2.在排气的低质量流量下，电加热元件可能过热，这可导致电加热元件损坏。特别是当内燃发动机被节流和/或当执行排气再循环时，可发生低质量流量。可以设想在低质量流量下关闭电加热元件以防止电加热元件过热。然而，这将导致催化转化器冷却，从而增加污染物排放。


技术实现要素：

3.因此，本发明的目的是提供一种机动车辆，其中即使在排气的低质量流量下电加热元件也可以运行，其中在低质量流量时电加热元件过热的风险很小。
4.根据本发明的机动车辆具有：内燃发动机；排气部分，在机动车辆的运行中，要从机动车辆排出的内燃发动机的排气在排气部分中流动，并且排气部分具有被配置为净化排气的催化转化器；被配置为加热催化转化器的电加热元件；第一温度传感器，其被配置为测量电加热元件上游的排气的第一温度；以及第二温度传感器，其被配置为测量电加热元件下游的排气的第二温度；以及温度控制器，其中实施了观测器，该观测器被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时，使用第一温度和第二温度对电加热元件的温度进行建模，其中温度控制器被配置为根据电功率确定电加热元件的功率需求，使得当排气的质量流量低于极限质量流量时，电加热元件的温度保持低于预定的极限温度。
5.可以选择极限质量流量，使得电加热元件在排气的质量流量高于极限质量流量时不会过热。通过提供观测器，以高精度确定电加热元件的温度是可能的。因此，以高可靠性将电加热元件的温度保持在极限温度以下是可能的。现在，如果选择极限温度使得它是催化转化器开始退化时的催化转化器的临界温度，则电加热元件过热的风险很低。结果，电加热元件也能够在低于极限质量流量的排气的质量流量下运行。例如，这可能是在机动车辆的制动操纵期间的情况。在机动车辆被配置为将机动车辆的制动能量转化成电流的情况下，电流能够被直接供应到电加热元件。例如，不需要向机动车辆的蓄电池供应电流，这涉及转化损耗。此外，在由于蓄电池的荷电状态不合适而不能对蓄电池充电的情况下，不必浪费电流。
6.优选地，观测器被配置为使用排气的质量流量来对电加热元件的温度进行建模。这可以提高观测器对电加热元件的温度进行建模的精确度。
7.第二温度传感器优选被配置为测量催化转化器下游的排气的第二温度，并且观测器优选被配置为考虑排气在催化转化器处的化学反应的热释放。这能够进一步提高观测器
对电加热元件的温度进行建模的精确度。特别优选的是，针对内燃发动机的不同工况的排气的不同排放值被存储在温度控制器中，并且观测器被配置为使用排放值来确定热释放。排放值优选包括氮氧化物、碳氢化合物和/或一氧化碳的值，其中排放值特别包括排气中氮氧化物和/或一氧化碳的质量流量和/或浓度。
8.优选地，观测器被配置为在排气部分中的第二温度传感器的位置处对排气的建模的第二温度进行建模。例如，通过将建模的第二温度与由第二温度传感器测量的第二温度进行比较，验证在观测器中实施的模型有多现实是可能的。此外，通过将建模的第二温度与第二温度进行比较，识别机动车辆中(特别是在排气部分中)可能发生的任何故障是可能的。
9.优选地，观测器被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时对建模的第二温度进行建模，其中温度控制器被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时还使用建模的第二温度与第二温度的偏差来确定电加热元件的功率需求。这能够进一步降低电加热元件过热的风险。
10.优选地，观测器被配置为基于电加热元件的传热系数来对从电加热元件到排气的热传递进行建模，其中观测器被配置为当排气的质量流量高于极限质量流量时对建模的第二温度进行建模，其中温度控制器被配置为基于建模的第二温度与第二温度的偏差来调节电加热元件的传热系数，其中偏差在排气的质量流量高于极限质量流量时发生。这允许对每个单独的排气部分的观测器进行微调。此外，补偿由于磨损导致的排气部分的变化是可能的。
11.机动车辆优选地被配置为在建模的第二温度与第二温度的偏差高于阈值偏差的情况下输出错误消息，特别是向机动车辆的驾驶员输出。
12.观测器优选地被配置为基于电加热元件的传热系数来对从电加热元件到排气的热传递进行建模。这能够提高观测器对电加热元件的温度进行建模的精确度。
13.观测器特别优选地被配置为基于取决于排气的质量流量的多个传热系数来对热传递进行建模。这能够进一步提高观测器对电加热元件的温度进行建模的精确度。
14.优选地，机动车辆被配置为测量电加热元件的电阻，并且观测器被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时对电加热元件的建模的电阻进行建模，并且温度控制器被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时还使用电加热元件的建模的电阻与电加热元件的电阻的偏差来确定电加热元件的功率需求。这能够提高观测器对电加热元件的温度进行建模的精确度。
15.温度控制器可以被配置为确定电加热元件的功率需求，使得当排气的质量流量高于极限质量流量时催化转化器的温度被控制到催化转化器的运行温度。因此，温度控制器以两种不同的模式运行。如果排气的质量流量低于极限质量流量，则控制电加热元件的温度，更具体地，以使得电加热元件过热的风险低的方式控制电加热元件的温度。如果排气的质量流量高于极限质量流量，则控制催化转化器的温度，更具体地，使得催化转化器达到其运行温度，这导致污染物的低排放。
16.优选地，温度控制器被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时将电加热元件的温度控制到电加热元件的设定点温度，其中设定点温度为至少50℃，特别是至少70℃或至少90℃，低于电加热元件开始退化时的电加热元件的临界温度。
附图说明
17.下面将参考所附示意附图更详细地解释本发明，其中
18.图1示出了机动车辆的部件的示意图，并且
19.图2示出了示例性观测器。
具体实施方式
20.从图1和图2中可以看出，机动车辆具有内燃发动机13、排气部分20和温度控制器17。在机动车辆运行期间，要从机动车辆排除的内燃发动机13的排气在排气部分20中流动。排气部分20具有被配置为净化排气的催化转化器12、被配置为加热催化转化器12的电加热元件11、被配置为测量电加热元件11上游的排气的第一温度t1的第一温度传感器18、以及被配置为测量电加热元件11下游的排气的第二温度t2的第二温度传感器19。观测器30被实施在温度控制器17中并且被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时使用第一温度t1和第二温度t2对电加热元件11的温度th进行建模。温度控制器17被配置为根据电功率确定电加热元件11的功率需求，使得当排气的质量流量低于极限质量流量时，电加热元件11的温度th保持低于预定的极限温度。极限温度可以是例如电加热元件11开始退化时的电加热元件的临界温度。在排气部分20中提供排气再循环的情况下，排气的质量流量是指能够被电加热元件11加热的排气的部分。内燃发动机13可以例如是柴油发动机或汽油发动机。
21.图1示出了第一温度传感器18可以被设置在电加热元件11上游。第二温度传感器19可以被设置在电加热元件11下游，并且特别是催化转化器12下游。电加热元件11可以接触催化转化器12，或者可替代地可以被设置在催化转化器12上游并与催化转化器12间隔开。在第一种情况下，电加热元件11将热量直接传递到催化转化器12，而在第二种情况下，电加热元件11经由排气将热量间接传递到催化转化器12。
22.图1附加地示出了机动车辆可以包括由温度控制器17控制的加热元件控制器14(如从温度控制器17到加热元件控制器14的虚线箭头所指示的)，并且加热元件控制器14被配置为向电加热元件11施加电流；比较从加热元件控制器14到电加热元件11的实心箭头。电流最初可以来自机动车辆的蓄电池和/或机动车辆的发电机(其被配置为将内燃发动机13的曲轴的旋转能量转化为电流)。
23.温度控制器17可以是被配置为控制内燃发动机13的电子控制单元的一部分，如从温度控制器17到内燃发动机13的虚线箭头所指示的。
24.第一温度t1和第二温度t2被提供给温度控制器17；比较图1中从第一温度传感器18和从第二温度传感器19到温度控制器17的虚线箭头。
25.图2示出了观测器30可以包括加热元件11的模型21，并且可以包括催化转化器12的模型22。电加热元件11的模型21可以被配置为对电加热元件11下游和催化转化器12上游的排气的第三建模温度t
3，mod
进行建模。催化转化器12的模型22可以被配置为对催化转化器12下游的第二建模温度t
2，mod
进行建模。当第二温度传感器19位于催化转化器12下游时(如图1所示)，催化转化器12的模型22尤其相关。加热元件11的模型21和/或催化转化器12的模型22可以是例如仅对单个单元格(cell)进行建模的零维模型。加热元件11的模型21和/或
催化转化器12的模型22中的每一个可以是例如对一行单元格进行建模的一维模型，其中该行沿着排气23的流动方向建模。加热元件11的模型21和/或催化转化器12的模型22可以每个均是例如二维模型或三维模型。二维模型特别适合于那些旋转对称的催化转化器12，而三维模型特别适合于那些非旋转对称的催化转化器12。在精确度和处理工作量方面，优选一维模型。
26.如图2所示，观测器30可以被配置为使用排气23的质量流量来对电加热元件11的温度th进行建模。观测器30可以被配置为使用电加热元件11的传热系数
ɑ
来对从电加热元件11到排气23的热传递进行建模。在这方面，观测器30可以被配置为基于取决于排气23的质量流量的多个传热系数来对热传递进行建模，以便说明热传递取决于排气23的流动状况的事实。
27.在第二温度传感器19被配置为测量催化转化器12下游的排气的第二温度t2的情况下，观测器30可以被配置为基于催化转化器12的传热系数
ɑ1或者基于催化转化器12的多个传热系数
ɑ1、
ɑ2、
ɑ3来对排气23和催化转化器12之间的热传递进行建模。这里，多个传热系数
ɑ1、
ɑ2、
ɑ3与催化转化器12的不同区域有关。同样，传热系数
ɑ1、
ɑ2、
ɑ3可以取决于排气23的质量流量即，即，并且
28.在第二温度传感器19可以被配置为测量催化转化器12下游的排气的第二温度t2的情况下，观测器30可以被配置为考虑排气在催化转化器12处的化学反应的热释放。为此，温度控制器17可以存储针对内燃发动机13的各种工况的排气的各种排放值，并且观测器30可以被配置为使用排放值来确定热释放。排放值可以包括氮氧化物、碳氢化合物和/或一氧化碳的值，其中排放值特别包括氮氧化物和/或一氧化碳的质量流量
29.图2示出了观测器30可以被配置为在排气部分20中的第二温度传感器19的位置处对排气的建模的第二温度t
2，mod
进行建模。
30.此外，观测器30可以被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时对建模的第二温度t
2，mod
进行建模，其中温度控制器17被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时还使用建模的第二温度t
2，mod
与第二温度t2的偏差来确定电加热元件11的功率需求。
31.还可以设想，观测器30被配置为基于电加热元件11的传热系数
ɑ
来对从电加热元件11到排气的热传递进行建模，其中观测器30被配置为当排气的质量流量高于极限质量流量时对建模的第二温度t
2，mod
进行建模，其中温度控制器17被配置为基于建模的第二温度t
2，mod
与第二温度t2的偏差来调节电加热元件11的传热系数
ɑ
，其中偏差在排气的质量流量高于极限质量流量时发生。这里，机动车辆可以被配置为在建模的第二温度t
2，mod
与第二温度t2的偏差高于阈值偏差的情况下向机动车辆的驾驶员输出错误消息。
32.还可以设想，机动车辆被配置为测量电加热元件11的电阻r，并且观测器30被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时对电加热元件11的建模的电阻r
mod
进行建模，并且温度控制器17被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时还使用电加热元件11的建模的电阻r
mod
与电加热元件11的电阻r的偏差来确定电加热元件11的功率需求。
33.温度控制器17可以被配置为确定电加热元件11的功率需求，使得当排气的质量流量高于极限质量流量时，催化转化器12的温度被控制到催化转化器12的运行温度。
34.此外，温度控制器17可以被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时将电加热元件11的温度th控制到电加热元件11的设定点温度，其中设定点温度比电加热元件11开始退化时的电加热元件11的临界温度低至少50℃。
35.参考标记列表
36.11电加热元件
37.12催化转化器
38.13内燃发动机
39.14加热元件控制器
40.17温度控制器
41.18第一温度传感器
42.19第二温度传感器
43.20排气部分
44.21加热元件的模型
45.22催化转化器的模型
46.23排气
47.30观测器
48.t1第一温度
49.t2第二温度
50.t
2，mod
建模的第二温度
51.t
3，mod
建模的第三温度
52.th电加热元件的温度
53.排气的质量流量
54.氮氧化物和/或一氧化碳的质量流量r电加热元件的电阻
55.r
mod
电加热元件的建模的电阻
ɑ
传热系数
56.ɑ1传热系数
57.ɑ2传热系数
58.ɑ3传热系数

技术特征：
1.一种机动车辆，其具有：内燃发动机(13)；排气部分(20)，在所述机动车辆的运行中，从所述机动车辆排出的所述内燃发动机(13)的排气在所述排气部分(20)中流动，并且所述排气部分(20)具有被配置为净化所述排气的催化转化器(12)；电加热元件(11)，其被配置为加热所述催化转化器(12)；第一温度传感器(18)，其被配置为测量所述电加热元件(11)上游的所述排气的第一温度(t1)；以及第二温度传感器(19)，其被配置为测量所述电加热元件(11)下游的所述排气的第二温度(t2)；以及温度控制器(17)，其中实施了观测器(30)，所述观测器(30)被配置为当所述排气的质量流量低于极限质量流量时使用所述第一温度(t1)和所述第二温度(t2)来对所述电加热元件(11)的温度(t
h
)进行建模，其中所述温度控制器(17)被配置为根据电功率确定所述电加热元件(11)的功率需求，使得当所述排气的所述质量流量低于所述极限质量流量时，所述电加热元件(11)的所述温度(t
h
)保持低于预定的极限温度。2.根据权利要求1所述的机动车辆，其中所述观测器(30)被配置为使用所述排气的所述质量流量来对所述电加热元件(11)的所述温度(t
h
)进行建模。3.根据权利要求1或2所述的机动车辆，其中所述第二温度传感器(19)被配置为测量所述催化转化器(12)下游的所述排气的所述第二温度(t2)，并且所述观测器(30)被配置为考虑所述催化转化器(12)处的所述排气的化学反应的热释放。4.根据权利要求3所述的机动车辆，其中针对所述内燃发动机(13)的不同工况的所述排气的不同排放值被存储在所述温度控制器(17)中，并且所述观测器(30)被配置为使用所述排放值来确定所述热释放。5.根据权利要求4所述的机动车辆，其中所述排放值包括氮氧化物、碳氢化合物和/或一氧化碳的值，其中所述排放值特别包括所述氮氧化物、所述碳氢化合物和/或所述一氧化碳的质量流量和/或浓度。6.根据权利要求1至5中任一项所述的机动车辆，其中所述观测器(30)被配置为在所述排气部分(20)中的所述第二温度传感器(19)的位置处对所述排气的建模的第二温度(t
2，mod
)进行建模。7.根据权利要求6所述的机动车辆，其中所述观测器(30)被配置为当所述排气的所述质量流量低于所述极限质量流量时，对所述建模的第二温度(t
2，mod
)进行建模，其中所述温度控制器(17)被配置为当所述排气的所述质量流量低于所述极限质量流量时，还使用所述建模的第二温度(t
2，mod
)与所述第二温度(t2)的偏差来确定所述电加热元件(11)的所述功率需求。8.根据权利要求6或7所述的机动车辆，其中所述观测器(30)被配置为基于所述电加热元件(11)的传热系数(
ɑ
)来对从所述电加热元件(11)到所述排气的热传递进行建模，其中所述观测器(30)被配置为当所述排气的所述质量流量高于所述极限质量流量时对所述建模的第二温度(t
2，mod
)进行建模，其中所述温度控制器(17)被配置为基于所述建模的第二温度(t
2，mod
)与所述第二温度(t2)的偏差来调节所述电加热元件(11)的所述传热系数(
ɑ
)，其中所述偏差在所述排气的所述质量流量高于所述极限质量流量时发生。
9.根据权利要求8所述的机动车辆，其中所述机动车辆被配置为在所述建模的第二温度(t
2，mod
)与所述第二温度(t2)的所述偏差高于阈值偏差的情况下向所述机动车辆的驾驶员输出错误消息。10.根据权利要求1至7中任一项所述的机动车辆，其中所述观测器(30)被配置为基于所述电加热元件(11)的传热系数(
ɑ
)来对从所述电加热元件(11)到所述排气的热传递进行建模。11.根据权利要求8至10中任一项所述的机动车辆，其中所述观测器(30)被配置为基于取决于所述排气的所述质量流量的多个所述传热系数(
ɑ
)对所述热传递进行建模。12.根据权利要求1至11中任一项所述的机动车辆，其中所述机动车辆被配置为测量所述电加热元件(11)的电阻(r)，并且所述观测器(30)被配置为当所述排气的所述质量流量低于所述极限质量流量时对所述电加热元件(11)的建模的电阻(r
mod
)进行建模，并且所述温度控制器(17)被配置为当所述排气的所述质量流量低于所述极限质量流量时还使用所述电加热元件(11)的所述建模的电阻(r
mod
)与所述电加热元件(11)的所述电阻(r)的偏差来确定所述电加热元件(11)的所述功率需求。13.根据权利要求1至12中任一项所述的机动车辆，其中所述温度控制器(17)被配置为确定所述电加热元件(11)的所述功率需求，使得当所述排气的所述质量流量高于所述极限质量流量时，所述催化转化器(12)的所述温度被控制到所述催化转化器(12)的运行温度。14.根据权利要求1至13中任一项所述的机动车辆，其中所述温度控制器(17)被配置为当所述排气的所述质量流量低于所述极限质量流量时，将所述电加热元件(11)的所述温度(t
h
)控制到所述电加热元件(11)的设定点温度，其中所述设定点温度比所述电加热元件(11)开始退化时的所述电加热元件(11)的临界温度低至少50℃。

技术总结
本发明涉及机动车辆，其具有：内燃发动机(13)；排气部分(20)，在机动车辆的运行中，从机动车辆排出的内燃发动机(13)的排气在排气部分(20)中流动并且排气部分(20)具有配置为净化排气的催化转化器(12)；电加热元件(11)，其配置为加热催化转化器(12)；第一温度传感器(18)，其配置为测量电加热元件(11)上游的排气的第一温度(T1)；以及第二温度传感器(19)，其配置为测量电加热元件(11)下游的排气的第二温度(T2)；和温度控制器(17)，其中实施了观测器(30)，其被配置为当排气的质量流量低于极限质量流量时使用第一温度(T1)和第二温度(T2)来对电加热元件(11)的温度(T


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：福特全球技术公司
技术研发日：2022.12.14
技术公布日：2023/6/16