CN108691667A - 使微粒滤清器恢复的方法和执行该方法的计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使微粒滤清器恢复的方法和执行该方法的计算机程序产品。本发明涉及用于通过燃烧积聚在内燃机的废气后处理系统中的微粒滤清器上的微粒来使微粒滤清器恢复的方法。在此规定：至少在使微粒滤清器恢复期间将水间接地或直接地输送给内燃机的至少一个燃烧室。本发明还涉及一种用于执行该方法的计算机程序产品。该方法和该计算机程序产品能够在内燃机的对于恢复来说不利的运行条件下使微粒滤清器恢复。

Description

使微粒滤清器恢复的方法和执行该方法的计算机程序产品

技术领域

本发明涉及一种用于通过燃烧积聚在内燃机的废气后处理系统中的微粒滤清器上的微粒来使微粒滤清器恢复的方法。

本发明还涉及一种用于执行该方法的计算机程序产品。

背景技术

为了减少由内燃机引起的对微粒、尤其是炭黑微粒的排放，公知的是在内燃机的废气通道中设置至少一个微粒滤清器。在其分别与应用领域适配的特性方面，公知的是用于对柴油机以及对汽油机进行废气后处理的微粒滤清器。在废气中携带的微粒、尤其是炭黑微粒积聚在微粒滤清器上并且因此被拦住。如果达到微粒滤清器的存储容量，那么使微粒滤清器恢复。为此，将废气温度提高到高的值、例如大于600℃。紧接着，设定具有相对应的过量氧气的低配合比的废气。由此，使积聚在微粒滤清器上的微粒在以放热方式进行的反应中燃烧。为了提高废气温度，公知不同的发动机内部方法和发动机外部方法。发送机内部方法大多数基于使内燃机的效率变差，例如通过调节点火时间点或者通过改变燃料喷射来使内燃机的效率变差。在发送机外部方法方面，例如可以将燃料喷射到氧化催化净化器前面的废气通道中并且在该废气通道中进行催化转化。

在内燃机在其正常运行期间的高负荷的情况下，可能出现废气后处理系统的构件的高温。这些高温可能上升到损坏这些构件的程度。为了避免这一点，公知的是，在构件保护（component protection）的范围内适配被输送给内燃机的空气/燃料比，使得存在过量燃料（Lambda（拉姆达） < 1）。通过过量燃料，将热量从废气后处理系统的在过热方面关键的构件中排出并且使废气后处理系统冷却。这种运行模式例如在由内燃机驱动的机动车的速度大于120km/h的情况下被设定。不利地，这种运行模式导致内燃机的原料微粒排放增强并且借此导致微粒滤清器的快速装载。同时，在内燃机利用过量燃料来保护废气后处理系统的构件的运行期间，不可能使微粒滤清器恢复，为了燃烧积聚的微粒，所述恢复需要过量氧气。因此，内燃机在高负荷下的长时间的运行阶段由于内燃机的高的微粒原料排放以及不能使微粒滤清器恢复的情况而可能导致微粒滤清器的超载。这由于由此造成的、被提高的废气背压而可能导致内燃机损坏。为了避免这一点，公知的是，降低内燃机的转矩，以便可以执行微粒滤清器的所需的恢复。然而，这种措施对由内燃机驱动的机动车的行驶特性有不利影响。

为了内燃机的功率提高，公知的是，通过喷水将水输送给内燃机。由此，例如可以避免由于内燃机的强烈被加热的区域造成的提前点火。通过喷水还可以避免内燃机的爆（Klopfen）震并且借此实现更高的压缩比。通过降低内燃机的爆震倾向（如其通过喷水所实现的那样），与增压机（压缩机、涡轮增压机等等）和对点火时间点的适当的调节相关联地可以实现火花点火的内燃机的明显的功率提高。喷水的另一应用领域是降低氮氧化物和一氧化碳的排放。同样公知的是，在燃料输送过高的位置处设置喷水，用于上面提到的构件保护（component protection）。

这样，DE 10 2014 222 464 A1描述了一种用于运行内燃机的方法，其中将水喷射到被输送给内燃机的燃烧用空气中。根据所输送的水量，改变关于浓的混合物所设定的空气比例。被喷射到进气口中的水通过所要施加的蒸发热来引起有效的增压空气冷却以及由此实现发动机的内部冷却。由于较冷的燃烧用空气以及所述较冷的燃烧用空气的借此较高的密度而得到发动机的功率提高。点火角可以朝提前点火的方向来设定，因为较冷的燃烧用空气不那么倾向于爆震。由此，废气温度降低。可以降低或取消在发动机转速和负荷高的情况下所需的用于构件保护的混合物变浓。

从DE 10 2007 050 511 A1公知一种用于运行内燃机、尤其是汽油机的方法。关于喷水的水量、时长和开始以及结束的涉及到曲轴转角的方位来执行喷水，使得在Lambda值大于1时NO_X排放低于预先确定的值和/或使得在具有低辛烷值的燃料的情况下降低内燃机的爆震倾向。该方法可以被用于在劣质燃料的情况下降低爆震倾向以及被用于在热构件保护的情况下节约燃料。

从DE 102 00 664 A1公知一种内燃机的气缸盖。在此规定：阀座圈在至少一个区域内透水地来实施。由此能够在全负荷时减少内燃机的将水喷射在其中的燃料消耗。阀座圈可以被设置为有针对性的构件保护，用于催化净化器和涡轮增压机。

本发明的任务是提供一种方法，利用所述方法，即使在内燃机高负荷的情况下也可以使在内燃机中的废气后处理系统中的微粒滤清器恢复。

本发明的任务还是提供一种相对应的计算机程序产品。

发明内容

本发明的任务通过如下方式来解决：在使微粒滤清器恢复期间至少短时间地将水间接地或直接地输送给内燃机的至少一个燃烧室，而且以低配合比的空气/燃料比来运行内燃机。通过输送水，使沿着内燃机的废气输送的构件冷却。借此，在构件保护（componentprotection）的范围内，避免了在内燃机高负荷下出现构件的热损坏。同时，为了执行微粒滤清器的恢复，调节出低配合比的废气以及借此调节出过量氧气，所述过量氧气能够使积聚在微粒滤清器上的颗粒燃烧。因此，通过按照本发明的方法可能的是：即使在内燃机高负荷下也执行微粒滤清器的恢复，而内燃机或废气后处理系统的构件没有被出现的过高温度所损坏。由于即使在高负荷下也可执行的对微粒滤清器的恢复，可以避免由于高废气背压引起的内燃机的损坏，所述高废气背压由于微粒滤清器超载而引起。同样，可以省去降低转矩来执行所述恢复，所述降低转矩具有由此造成的、对以内燃机驱动的机动车的行驶特性的不利影响。如令人意想不到地已经表明的那样，在使微粒滤清器恢复以及炭黑微粒的在此所规定的燃尽期间，通过将水输送到内燃机的燃烧室中可以实现对内燃机和废气后处理系统的部件的热构件保护，而并不中断或损害在微粒滤清器处的微粒以放热方式进行的燃烧。

为了引入微粒滤清器的恢复并且为了执行微粒滤清器的恢复，可以规定：在废气的加热阶段期间在微粒滤清器的恢复开始时没有将水输送给内燃机的至少一个燃烧室，而当在微粒滤清器处的废气的温度达到预先给定的温度阈时，开始输送水。因此，废气以及借此微粒滤清器首先可以被加热到直至达到用于使积聚的炭黑微粒燃烧所需的点火温度的程度。紧接着，可以调节出低配合比的Lambda并且将水输送给燃烧室。在此，过量氧气能够使积聚的微粒燃烧，而水的输送确保了所需的构件保护。

优选地可以规定：将水喷射到内燃机的进气通道中或者喷射到内燃机的增压机的进气口中或者喷射到内燃机的增压空气冷却器的入口前面或者喷射到内燃机的增压空气冷却器的表面上或者喷射到内燃机的进气管中或者直接喷射到内燃机的燃烧室中。通过将水喷射到内燃机的进气通道中，使所述水由所吸进的空气携带到内燃机的至少一个燃烧室中。通过喷射到增压机前面的低压区域中可以实现水的良好的分布。较大的水量也可以快速地并且均匀地被流过的新鲜空气吸收，如果所述水直接被喷在增压空气冷却器前面或者被喷到增压空气冷却器的表面上的话。在简单地安装所需的水嘴的情况下，通过将水喷射到进气管中，将水直接地并且没有时间延迟地输送给内燃机的至少一个燃烧室。所喷射的水量的特别好的剂量可以通过如下方式来实现：将水直接喷射到内燃机的燃烧室中。

用于输送水的设计花费可以通过如下方式保持得低：将水与被输送给内燃机的燃料混合。

优选地可以规定：只有当内燃机的负荷超过预先给定的阈时，才在使微粒滤清器恢复期间输送水。仅当内燃机的负荷超过确定的值时，才应考虑构件温度被提高并且需要相对应的构件保护。低于该阈就不必设置构件保护并且对微粒滤清器的恢复可以如已知的那样在没有输送水的情况下进行。

根据本发明的一个优选的实施变型方案可以规定：当内燃机的转速和/或内燃机的转矩和/或由内燃机驱动的车辆的速度和/或废气体积流和/或被输送给内燃机的新鲜空气体积流和/或被输送给内燃机的燃料体积流分别超过预先给定的阈值时，才在使微粒滤清器恢复期间输送水。所有这些特征值都指出了内燃机的当前负荷并且这样可以被用于规定在使微粒滤清器恢复期间是否需要构件保护。

当存在内燃机和废气后处理系统的构件的热过载的危险时，才需要在使微粒滤清器恢复期间将水输送到内燃机的至少一个燃烧室中。因而可以规定：当内燃机或废气后处理系统的至少一个构件的所测量的或所建模的温度超过预先给定的温度阈时，才在使微粒滤清器恢复期间输送水。因此，只有当能直接根据所测量的或所建模的温度来考虑内燃机或废气后处理系统的构件过热时，才输送水来执行微粒滤清器的恢复。

在使微粒滤清器恢复期间废气的温度能通过将水添加到内燃机的至少一个燃烧室中来干预，使得实现了内燃机和废气后处理系统的构件的充分的冷却并且同时并不中断或损害微粒滤清器的恢复。为了实现这一点，可以规定：根据内燃机的负荷来预先给定在使微粒滤清器恢复期间被输送给内燃机的至少一个燃烧室的水量；和/或根据内燃机的转速和/或内燃机的转矩和/或由内燃机驱动的车辆的速度和/或废气体积流和/或被输送给内燃机的新鲜空气体积流和/或被输送给内燃机的燃料体积流来预先给定被输送给内燃机的至少一个燃烧室的水量。因此可以规定：在内燃机的负荷很高的情况下将比较大的水量输送给至少一个燃烧室，而在负荷较小的情况下并且借此在内燃机和废气后处理系统的构件的所预期的热负荷较低的情况下输送比较少的水量。

根据内燃机和废气后处理系统的关键构件的所要遵循的温度来直接调节所输送的水量可以通过如下方式来实现：根据内燃机或废气后处理系统的至少一个构件的所测量的或所建模的温度来预先给定在使微粒滤清器恢复期间被输送给内燃机的至少一个燃烧室的水量。因此，这里也可能的是：在内燃机或废气后处理系统的至少一个构件的温度高的情况下将大的水量输送给至少一个燃烧室，而在温度较低的情况下输送相对应地较小的水量。

对内燃机或废气后处理系统的构件的经改善的冷却和/或内燃机的功率提高可以通过如下方式来实现：将其它流体与在使微粒滤清器恢复期间被输送给内燃机的燃烧室的水混合，和/或将酒精与在使微粒滤清器恢复期间被输送给内燃机的燃烧室的水混合。

该方法优选地可以被用于使在汽油机的废气通道中的用于汽油机的微粒滤清器（GPF）恢复。

本发明的涉及计算机程序产品的任务通过如下计算机程序产品来解决，所述计算机程序产品可以直接被加载到数字计算机的内部存储器中而且包括软件代码部分，如果所述计算机程序产品在计算机上运行，那么利用所述软件代码部分来实施按照之前描述的方法的步骤。数字计算机优选地是控制单元的、尤其是上级发动机控制装置的部分，所述控制单元包括至少一个处理器、计算机可读的存储介质以及输入和输出单元。计算机程序产品由相对应的计算机程序形成，所述计算机程序存储在计算机可读的存储介质上并且可以由计算机来实施。

附图说明

在下文，本发明依据在附图中示出的实施例进一步予以阐述。其中：

图1以原理图示出了具有新鲜空气输送装置和被分配给可能的安装部位的水嘴的内燃机，而

图2以原理图示出了具有废气后处理系统的内燃机。

具体实施方式

图1以原理图示出了具有新鲜空气输送装置20和被分配给可能的安装部位的水嘴31、32、33、34的内燃机10。

该图示强烈示意性地示出了内燃机10的气缸13，所述气缸具有在其中被引导的活塞12。活塞12借助于连杆14与内燃机10的未示出的曲轴连接。气缸盖17在端侧封闭气缸13。在活塞12与气缸盖17之间构造有内燃机10的燃烧室11。

新鲜空气21通过新鲜空气输送装置20被输送给内燃机10的燃烧室11。沿新鲜空气21的流动方向，沿着进气通道22布置有增压机23、增压空气冷却器24、进气管25和进气阀16。通过喷嘴18将燃料喷射到进气管25中。在当前情况下被实施为压缩机的增压机23将所输送的新鲜空气21压缩，而增压空气冷却器24以公知的方式将新鲜空气冷却。在内燃机10的吸气冲程期间，通过进气阀16将空气/燃料混合物输送给内燃机10的燃烧室11。在做功冲程完成之后，在排气冲程中，在排气阀15打开的情况下，将所形成的废气46排到在图2中示出的废气后处理系统40的弯管41中。在此，废气46携带有在燃烧室11中燃烧期间所形成的炭黑微粒。

沿着新鲜空气输送装置20，设置有布置在不同的、可选的位置上的水嘴31、32、33、34。所示出的位置是水嘴31、32、33、34的可替换的安装可能性。在实际的实施方案中，相对应地，这些位置中的仅仅一个将配备一个或多个水嘴31、32、33、34。在第一实施变型方案中，水嘴31、32、33、34（第一水嘴31）布置在新鲜空气输送装置20的进气管25上。根据第二实施变型方案，水嘴31、32、33、34（第二水嘴32）被固定在增压空气冷却器24上，使得该水嘴将水喷到增压空气冷却器24的表面上。根据可能的第三实施变型方案，水嘴31、32、33、34（第三水嘴33）布置在紧接在增压空气冷却器24的入口前面的进气通道22上。第四实施变型方案将水嘴31、32、33、34（第四水嘴34）设置在紧接在增压机23的输入端前面的进气通道22上。

图2以原理图示出了具有废气后处理系统40的内燃机10。经由进气通道22输送的新鲜空气21通过进气管25被输送给内燃机10的各个气缸13。通过喷嘴18将燃料喷射到进气管25中。为此，喷嘴18与分配管19（油轨（rail））连接，所述分配管提供经压缩的燃料。此外，每根进气管25都分配有第一水嘴31，所述第一水嘴的位置已经被示出为图1中的可能的位置之一。第一水嘴31通过共同的输水管道30彼此连接。

在内燃机10下游设置有弯管41，所述弯管将在内燃机10的燃烧室11中燃烧时所形成的废气46输送给废气通道42。沿废气46的流动方向，废气后处理系统40沿着废气通道42分配有催化净化器43（在当前情况下是三通催化净化器）和微粒滤清器44。压差传感器45测量在微粒滤清器44上的压差。

在当前情况下，在图1和2中示出的内燃机10被实施为汽油机。相对应地，在废气后处理系统40中设置有适合于汽油机的微粒滤清器44（GPF，Gasoline Particulate Filter（汽油微粒滤清器））。

在下文，本发明参考图1和2进一步予以阐述。微粒滤清器44（GPF）收集在内燃机中燃烧期间所形成的炭黑并且使这些炭黑积聚在所述微粒滤清器的壁上。在此，依据在微粒滤清器44上的压差（如所述压差借助于压差传感器45确定的那样）可以确定微粒滤清器44的炭黑装载。如果达到微粒滤清器44的装载极限，那么根据已知的方法由发动机控制装置（ECU，Electronic Control Unit（电子控制单元））来触发微粒滤清器44的恢复。为此，改变内燃机10的运行参数、例如点火时间点，使得废气的温度升高到大约600℃。如果达到该温度，那么由发动机控制装置来调节出低配合比的、被输送给内燃机10的空气/燃料比（Lambda大于1），使得在废气46中存在过量氧气。过量氧气与高废气温度相结合地导致积聚在微粒滤清器44中的炭黑微粒的燃烧。

在内燃机10在高负荷下运行时，废气后处理系统40的构件具有很高的温度。所述很高的温度可能导致构件毁坏。因而已知的是，在高负荷下以过量燃料（Lambda小于1）来运行内燃机10。过量燃料导致关键构件的散热改善，由此使废气后处理系统冷却。通常，在机动车中从120km/h的速度开始设置内燃机的这种被称作构件保护（component protection）的运行模式。该运行模式以其对燃料的过量供应而导致内燃机10的高的微粒原料排放。这导致微粒滤清器44的快速装载。由于Lambda过大（fett），在构件保护期间不能同时执行微粒滤清器的恢复。这导致：在内燃机10的在高负荷下的长时间的运行阶段的情况下，微粒滤清器44超载。从中引起过高的废气背压，这可能导致内燃机10的损坏。

因而，按照本发明规定：在使微粒滤清器44恢复期间将水输送给内燃机10的一个或多个燃烧室11。所喷射的水导致废气后处理系统40的构件的冷却。借此，在内燃机10的在高负荷下的运行期间，也可以设置低配合比的、被输送给内燃机10的空气/燃料比（如这对于微粒滤清器44的恢复所需的那样），而不必放弃对内燃机10和废气后处理系统40的构件的热保护。为了执行该方法，首先使废气温度提高到直至达到为了使积聚在微粒滤清器44中的微粒燃烧所需的温度的程度。在此，优选地不添加水。紧接着，以低配合比的空气/燃料混合物来运行内燃机。由此，能够使在微粒滤清器44中被拦住的微粒燃烧。在内燃机的低配合比的运行期间，至少短时间地将水输送给内燃机10的燃烧室11。如令人意想不到地已经表明的那样，通过在使微粒滤清器44恢复期间将水输送到内燃机10的燃烧室11中可以使废气后处理系统40和内燃机10的关键构件的温度保持得低于相应关键的温度阈，而并不中断或损害积聚在微粒滤清器44中的微粒的以放热方式进行的燃烧。

在使微粒滤清器恢复和/或使积聚的微粒燃烧期间输送水可以在整个时间段内进行或者在低配合比的运行期间短时间地进行。在此，可以对水的添加进行限制，使得仅仅内燃机10或废气后处理系统40的关键构件没有热过载。这样，可以排除微粒燃烧的损害。

在图2中示出的实施例中，将水输送到相应的进气管25中，所述进气管被分配给内燃机10的相应的气缸13。在此，所述水被喷成雾状并且直接地、与所喷射的燃料和新鲜空气一起被输送给燃烧室。如关于图1所示出的那样，所述水根据第二水嘴32的布置也可以布置在增压空气冷却器24上。所述水在那里被喷到增压空气冷却器24的内表面上并且与流过的新鲜空气混合。如果在增压空气冷却器24的输入端前面或者在增压机23的输入端前面直接将水输送到进气通道22中（如这在图1中通过第三水嘴33和第四水嘴34的位置所示出的那样），那么可以实现更简单的设计结构。

有利地，只有当以如此高的负荷来运行内燃机10，使得达到或超过内燃机10或废气后处理系统40的构件的临界温度阈时，才在使微粒滤清器44恢复期间输送水。因此，当内燃机10的负荷超过预先给定的阈时，才开始在使微粒滤清器44恢复期间输送水。例如，当内燃机10的转速、内燃机10的转矩、由内燃机10驱动的车辆的速度、在废气通道42中引导的废气体积流、被输送给内燃机10的新鲜空气体积流和/或被输送给内燃机10的燃料体积流分别超过预先给定的阈值时，才在使微粒滤清器44恢复期间输送水。同样可以规定：根据上面提到的参量来确定和预先给定被输送给内燃机10的水量。由此，可以避免在使微粒滤清器44恢复期间对废气后处理系统40以及尤其是微粒滤清器44的过强的冷却。特别有利的是，根据内燃机10的构件或者废气后处理系统40的部件的温度来直接添加水。在此，不仅可以对是否应该将水输送给燃烧室11做出判断或规定，而且可以根据在当前情况下的或者所预期的温度对所输送的水量做出判断或规定。

有利地，该方法可以被设置用于使在汽油机的废气系统中的微粒滤清器44恢复。在此，该方法可以成本特别有利地被用在内燃机10中，在所述内燃机10中总归设置有喷水，例如用于提高内燃机10的功率或者用于减少NO_X排放。

Claims (12)

1.用于通过燃烧积聚在内燃机的废气后处理系统中的微粒滤清器上的微粒来使所述微粒滤清器恢复的方法，其特征在于，在使所述微粒滤清器恢复期间至少短时间地将水间接地或直接地输送给所述内燃机的至少一个燃烧室，而且以低配合比的空气/燃料比来运行所述内燃机。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在废气的加热阶段期间在所述微粒滤清器的恢复开始时没有将水输送给所述内燃机的至少一个燃烧室，而当在所述微粒滤清器处的废气的温度达到预先给定的温度阈时，开始输送水。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述水喷射到所述内燃机的进气通道中或者喷射到所述内燃机的增压机的进气口中或者喷射到所述内燃机的增压空气冷却器的入口前面或者喷射到所述内燃机的增压空气冷却器的表面上或者喷射到所述内燃机的进气管中或者直接喷射到所述内燃机的燃烧室中。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，将所述水与被输送给所述内燃机的燃料混合。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，只有当所述内燃机的负荷超过预先给定的阈时，才在使所述微粒滤清器恢复期间输送水。

6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，当所述内燃机的转速和/或所述内燃机的转矩和/或由所述内燃机驱动的车辆的速度和/或废气体积流和/或被输送给所述内燃机的新鲜空气体积流和/或被输送给所述内燃机的燃料体积流分别超过预先给定的阈值时，才在使所述微粒滤清器恢复期间输送水。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，当所述内燃机或所述废气后处理系统的至少一个构件的所测量的或所建模的温度超过预先给定的温度阈时，才在使所述微粒滤清器恢复期间输送水。

8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，根据所述内燃机的负荷来预先给定在使所述微粒滤清器恢复期间被输送给所述内燃机的至少一个燃烧室的水量；和/或根据所述内燃机的转速和/或所述内燃机的转矩和/或由所述内燃机驱动的车辆的速度和/或废气体积流和/或被输送给所述内燃机的新鲜空气体积流和/或被输送给所述内燃机的燃料体积流来预先给定被输送给所述内燃机的至少一个燃烧室的水量。

9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，根据所述内燃机或所述废气后处理系统的至少一个构件的所测量的或所建模的温度来预先给定在使所述微粒滤清器恢复期间被输送给所述内燃机的至少一个燃烧室的水量。

10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，将其它流体与在使所述微粒滤清器恢复期间被输送给所述内燃机的燃烧室的水混合，和/或将酒精与在使所述微粒滤清器恢复期间被输送给所述内燃机的燃烧室的水混合。

11.根据权利要求1至10之一所述的方法的应用，所述应用用于使在汽油机的废气通道中的用于汽油机的微粒滤清器（GPF）恢复。

12.计算机程序产品，所述计算机程序产品能够直接被加载到数字计算机的内部存储器中而且包括软件代码部分，如果所述计算机程序产品在计算机上运行，那么利用所述软件代码部分来实施根据权利要求1至10之一所述的方法的步骤。