CN110017197A - 用于运行具有催化器的内燃机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行具有被设置在废气流中的催化器（155）的内燃机（100）的方法，所述催化器（155）在使用所述内燃机（100）中未燃烧的燃料的情况下能够加热，其中在使用用于燃料的朝所述内燃机（100）的燃烧室（110）中的补充喷射的油料稀释危害尺度（G’）的情况下在所述内燃机（100）的运行参数、燃料的朝所述内燃机（100）的燃烧室（110）中的补充喷射的持续时间或者量以及在模型的基础上对来自油料的燃料的蒸发进行描述的燃料输出尺度（K_A）的情况下求取所述内燃机（100）的燃烧室（110）中的当前的油料稀释的状态尺度（Z）。

Description

用于运行具有催化器的内燃机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行具有被设置在废气流中的催化器的内燃机的方法，所述催化器借助于在所述内燃机中未燃烧的燃料能够加热，并且本发明涉及用于实施所述方法的一种计算单元和一种计算机程序。

背景技术

对于内燃机来说，能够为了进行废气后处理而设置催化器，尤其用于降低有害物质排放。对于氧化地并且还原地工作的催化器来说，典型地比如是所谓的启动温度，在所述启动温度之上进行相关的化学反应。相应地，在这个也可能取决于另外的条件、比如特定的气体成分的浓度或者所述催化器的老化状态的启动温度之下，没有或者仅仅有限制地产生如此表示特征的组件的减少排放的作用。具有这种特性的废气后处理组件比如是柴油-氧化催化器（DOC-Diesel Oxidation Catalyst）或者三元催化器（TWC-Three-Way-Catalyst）。所述废气后处理系统的其它组件在超过上温度极限时不再起作用或者很少起作用，也就是说它们的特征在于优选的、用于其减少排放的作用的温度窗口。另外的储存有害物质的废气后处理组件要求有时清空其储存内容。这种清空通常是有针对性地引起的热化学的过程并且一般被称为再生。这种再生的特征通常也在于必要的温度窗口和其它的边界条件。需要这样的再生的组件比如是颗粒过滤器或者氧化氮-储存式催化器。

由于这个事实，在用于内燃机的马达控制机构中能够设置用于有针对性地对废气温度并且由此也对组件温度产生影响的功能，以用于使排放减少更好或更快地起作用。核心任务在此比如是在马达起动、尤其是冷起动之后快速地达到氧化催化器的启动温度。如果所述废气后处理设备由多个先后布置的组件所构成，比如由氧化催化器和布置在后面的所谓的SCR催化器（SCR-Selective Catalytic Reaction（选择性催化还原）），而后能够在达到所述氧化催化器的启动温度之后为了对布置在后面的SCR-催化器进行加热而有针对性地将未燃烧的燃料运送给所述氧化催化器。

所述氧化催化器中的未燃烧的燃料的氧化以放热的方式进行并且由此提高废气温度。由此，排气系统的布置在下游的、被气体贯穿流过的组件也间接地变热。因此，对于用于进行催化器加热的功能来说常见的是，在达到所述氧化催化器的温度水平中的第一等级（启动温度）之后激活第二等级，在所述第二等级中有针对性地将未燃烧的燃料（也就是尤其是碳氢化合物）输送在所述氧化催化器的前面。未燃烧的燃料能够通过所述排气系统中的额外的燃料喷射器来输送在所述氧化催化器的前面或者-在没有组件的这种额外开销的情况下-通过额外的在工作过程中后来开始的喷射来输送给在燃烧室中本来就存在的燃料喷射器。这些喷射如此迟地在所述内燃机的膨胀行程中进行，使得所述燃料尽管蒸发，但是不再以对转矩起作用的方式燃烧。因此也将这些喷射称为后来的补充喷射（Late PostInjections）。

发明内容

按照本发明，提出具有独立的权利要求的特征的、一种用于运行具有催化器的内燃机的方法以及用于实施所述方法的一种计算单元和一种计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求和以下说明书的主题。

一种按本发明的方法用于运行具有被设置在废气流中的催化器的内燃机，所述催化器在使用所述内燃机中未燃烧的燃料的情况下能够加热。这样的催化器尤其能够是开头所提到的、布置在氧化器的后面的SCR催化器，其中而后向这个氧化催化器输送未燃烧的燃料，以用于提高废气温度并且由此对所述SCR催化器进行加热。

在这里现在在使用用于燃料的朝所述燃烧室中的补充喷射的油料稀释危害尺度的情况下在所述内燃机的运行参数、补充喷射的持续时间和/或量以及在模型的基础上对来自油料的燃料的蒸发进行描述的燃料输出尺度的基础上求取所述内燃机的燃烧室中的当前的油料稀释的状态尺度。在针对所述催化器的加热的要求中在使用至少一次补充喷射的情况下，而后根据所述当前的油料稀释的状态尺度和用于至少一次为所述加热而设置的补充喷射的油料稀释危害尺度（所述油料稀释危害尺度本身能够通过与在求取所述状态尺度时相同的方式来求取）来查明，是否进行这种加热。

因为所述排气系统中的开头所提到的额外的喷射器由于其附加成本而很少存在，所以在所述燃烧室中的喷射器中普遍使用后来的补充喷射。这种用于在所述燃烧室中产生未燃烧的燃料的高浓度的技术的缺点是通过下述燃料引起的所谓的油料稀释的危险，所述燃料通常由于以较小的缸压（燃烧室中的压力）和深的活塞位置进行的后来的喷射而到达缸壁或者燃烧室壁上的油料膜上或者中。因为喷嘴几何结构和喷射压力主要为有效的燃烧并且由此为在所谓的上死点（OT）附近的喷射、所谓的预喷射或者主喷射而设计，所以很少有通过这种方法将油料稀释危险降低到最低限度的设计上的回旋余地。

在所提出的方法中，现在因此在导致所提到的油料稀释的机构的简单的物理上的描述的基础上查明，可能的对所述催化器的加热来说所期望的（后来的）补充喷射由随之出现的另外的油料稀释看来是否应该被许可。在此，通过对于进入到油料中的燃料输入和从油料中出来的燃料排出的考虑来求取所述油料稀释的当前的状态尺度。这尤其在所述内燃机的运行的期间通过连续的或者重复的计算来进行。也能够设想，这一点不必实时地通过测量变量来查明，而是通过合适的应用在一开始并且在考虑到意义重大的参数的情况下进行。

作为用于补充喷射的油料稀释危害尺度，在此尤其能够使用相关的尺度，适宜地使用由从燃料喷射器中输出的燃料喷束的喷束长度和所属的燃烧室中的在几何上所引起的自由的喷束长度构成的比例。在这方面意义重大的运行参数在此比如是对于所述燃烧室中的喷束扩展来说必要的参量（比如所述燃料喷射器或者其喷射喷嘴的几何数据）和/或液压的参数（比如喷射量和/或喷射时刻和/或喷射角和/或喷射压力）和/或反压力和/或燃烧室中的气体密度。而后能够从中求取喷束长度。在考虑到在几何上所引起的、尤其是表明在喷束冲击在燃烧室的壁体上之前的最大的喷束长度的自由的喷射长度的情况下，由此可以求取所提到的油料稀释危害尺度。对于与此相关的更为详细的描述来说或者对于在这里能够使用的模型来说，也参照美国马里兰州Gaithersburg H. Hiroyasu的ICLASS-91 1991年7月17-31：“Experimental and theoretical studies on the structure of fuelsprays in diesel”。此外，通过相关的尺度的使用，可以实现不同的内燃机之间的简单的可套用性。不过，在最简单的情况中，所述油料稀释危害尺度简单地也仅仅是所述喷束长度本身。

借助于所述油料稀释危害尺度，能够在补充喷射的马达应用的过程中对不同的运行点中的可能的以往所使用的参数进行比较或者不过也如此对这些不同的点中的参数进行适应处理，从而产生相同的油料稀释危害尺度。由此，所提出的方法不仅适合用于检查或者表征通过传统的方式、也就是在试验中查明的参数设定（用于补充喷射的参数在这里通常包括补充喷射的、关于曲轴传动位置或者曲轴角的时刻、喷射量、补充喷射的次数等等），这里具有能够将这些参数套用到另外的内燃机上的优点，而且所提出的方法适合用于对这些参数本身进行优化，这具有在与运行点无关的情况下相同的最佳值的优点。优选如此选择所述参数，使得或多或少不可避免的油料稀释的影响在油料更换间隔之内保持小的程度并且尤其不出现不允许的润滑作用下降的情况。由此，因而优选在来自所述内燃机的应用和所述运行参数的数值的基础上求取所述油料稀释危害尺度。

但是，也能够有利地在所述内燃机的运行的期间、比如在马达控制器本身中在线形成并且使用这种油料稀释危害尺度。

用所述油料稀释危害尺度，能够从所述补充喷射或者补充喷射运行的持续时间或者量中、也比如从补充喷射的次数和这些补充喷射的特征中形成另一个尺度，也就是所谓的燃料输入尺度，所述燃料输入尺度优选与被输入到油料中的燃料量成比例。在一种简单的并且优选的情况中，为补充喷射将相应的油料稀释危害尺度合计，以用于得到与进入到油料中的燃料输入量成比例的尺度。

而后，借助于用于在油料温度持续地高于燃料的沸点时来自油料、比如来自油料底壳的燃料的蒸发的模型，能够求取优选成比例的燃料输出尺度。也就是说，由此能够从用于所述燃料输入和燃料输出的尺度中得到用于当前的油料稀释的状态尺度。

如果现在在针对所述催化器的加热的要求、也就是用于进行（后来的）补充喷射的要求中除了所述当前的油料稀释的状态尺度之外也要考虑到用于这样的所设置的补充喷射的油料稀释危害尺度（这能够是仅仅一次补充喷射或者也能够是多次补充喷射），那么因此可以特别容易地评估，是否应该进行这种加热。也就是说能够评估，由于通过这些补充喷射所引起的额外的油料稀释所述油料稀释的总尺度是否能够接受。

如果降低有害物质的废气后处理组件的温度在所述内燃机的当前的运行点中的温度下降到用于有害物质的有效的减少的阈值之下，那就比如产生来自所述有害物质排放减少的眼光的加热需求、也就是是否存在进行加热的要求这个问题。因此，必要的补充喷射的释放或者阻止在所提出的方法中不是静态地以所存在的马达运行点为导向（通过负荷和/或转速来给定），而是与所述油料稀释危害尺度和用于当前的油料稀释的状态尺度有关。当然，此外也能够设想对于所述马达运行点的（额外的）考虑。因此，比如对于小的当前的油料稀释来说能够许可较高尺度的油料稀释危害、比如补充喷射的较大的有关的喷束长度。与此相对，对于高的当前的油料稀释来说，则许可较小的尺度的油料稀释危害。换句话说，因此优选的是，只有在基于当前的油料稀释和用于至少一个为所述加热所设置的补充喷射的油料稀释危害尺度所预料的后来的油料稀释处于预先给定的极限之内才进行所述加热。

但是，在这方面也能够设想根据所述油料稀释危害尺度和所述用于当前的油料稀释的状态尺度对所述补充喷射进行调整。

优选也根据至少一个边界条件对所述预先给定的极限进行调整。所述至少一个边界条件在此能够包括对提高的有害物质排放减少的需求和/或有害物质排放减少的迫切性。这由此代表着一种升级阶段（Eskalationsstufe），也就是说，比如对于高的迫切性来说在以油料稀释为代价的情况下能够优选进行有害物质减少。比如，能够在进入到环保区中时或者由于以无效的废气后处理进行了较长时间的行驶运行或者类似情况而设想这种处理方式。这要么能够直接以时间上的限制的形式来进行，要么能够通过达到为这种情况所设置的、较高的用于所述油料稀释的允许的状态尺度的极限这种方式来进行。

只有在针对所述内燃机的将来的性能的预测的基础上能够在至少一个预先给定的时间间隔上遵守用于所期望的有害物质排放减少的条件时，才有利地对预先给定的极限进行调整。因此，比如能够通过对于所述内燃机的运行状态的预测、比如在推导的情况下与关于前面的行驶线路的导航数据有关（zurückgreifen）。在此，一方面可以在牢固的基础上对通过所述补充喷射进行加热的迫切性和好处进行评估，从而比如只有在能够持续地超过对于排放减少来说所必要的温度极限时才许可提高的油料稀释危害。另一方面，也能够将当前的油料稀释的演变列入到所述判断中，比如，如果直接在结束之后达到了如高速公路行驶所代表的一样的、比如具有高的速度、由此具有高的马达负荷和油料温度的行驶情况，那就能够许可所述油料稀释危害的在时间上有限的提高。

一种按本发明的计算单元、比如机动车的控制器尤其在程序技术上被设立用于实施按本发明的方法。

以计算机程序的形式来实现所述方法也是有利的，因为这引起的成本特别低，尤其如果用于执行的控制器还用于另外的任务并且因此本来就存在。合适的、用于提供所述计算机程序的数据载体尤其是磁性的、光学的和电的存储器、像比如硬盘、闪存盘、EEPROMs、DVDs以及类似更多的存储器。也能够通过计算机网络（互联网、内联网等等）来下载程序。

本发明的另外的优点和设计方案从说明书和附图中得出。

附图说明

本发明借助于一种实施例在附图中示意性地示出并且下面参照附图进行描述。

图1示意性地示出了一种内燃机，用该内燃机能够实施按本发明的方法。

图2示意性地示出了一种用于在本发明的范围内求取油料稀释危害尺度的几何模型。

图3示意性地示出了按本发明的方法的一种优选的实施方式的流程。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了一种内燃机100，用该内燃机能够实施按本发明的方法。所述内燃机100在这里示范性地具有三个气缸或者燃烧室110，为所述气缸或者燃烧室分别分配了燃料喷射器125。在所示出的实施例中通过高压储存器120向所述燃料喷射器125供给燃料。又借助于泵135从燃料箱130中向所述高压储存器120供给燃料，所述泵比如是与所述内燃机或者其曲轴或凸轮轴相耦合的高压泵。

此外，示意性地示出了排气系统140，能够将来自所述燃烧室125的废气以及未燃烧的燃料也排放到所述排气系统中。在所属的废气流中，在这里设置了两个催化器150和155。所述催化器150尤其能够是氧化催化器，向所述氧化催化器输送未燃烧的燃料，所述燃料而后通过放热反应使废气流中的另外的废气变热，从而能够对所述尤其构造为SCR催化器的催化器155进行加热。

此外，设置了计算单元190、比如马达控制器，用所述马达控制器能够操控所述内燃机100并且由此也能够实施所述按本发明的方法。

在图2中示意性地示出了一种用于在本发明的范围内求取油料稀释危害尺度（Ölverdünnungsgefährdungsmaß）的几何模型。尤其在这里可以在横截面中看到燃烧室110的一部分，在这部分的上方的端部上设置了燃料喷射器125。现在在这里用126示出了如在喷射时可能出现的一样的燃料喷束（Kraftstoffstrahl）连同其范围（Ausmaßen）。

I_S表明所述燃料喷束126的喷束长度，而用I_FS则示出了所属的自由的喷束长度、也就是理论上最大可能的、直至所述燃料喷束碰到所述燃烧室110的壁体111的喷束长度。此外，用D_B表示所述燃烧室或者气缸110的直径，其中在这里只能看到其一半。用α来示出所谓的高度角，也就是说燃料喷束126从所述燃料喷射器125中喷出的喷出角。这个喷出角典型地在79°与82°之间。

在图3中示意性地示出了按本发明的方法的一种优选实施方式的流程。首先求取油料中的燃料输入K_E。为此，如所示出的那样能够使用油料稀释危害尺度G’，尤其通过所述内燃机的运行来观测或者求取所述油料稀释危害尺度。此外，比如借助于模型从油料中求取燃料排出K_A，所述模型描绘了如开头所提到的那样的来自油料中的燃料的蒸发情况。

而后可以从所述燃料输入K_E和所述燃料排出K_A中求取用于当前的油料稀释的状态尺度Z。此外，现在能够在特定的时刻给出针对所述催化器的加热的要求A。为此，而后能够求取或者预先给定如对于所期望的加热来说所必要的那样的、合适的（后来的）补充喷射N、尤其是其次数和持续时间或者量。

对于这些所设置的补充喷射N来说，而后又能够求取如从这些具体的所设置的补充喷射N中所产生或者会产生的一样的油料稀释危害尺度G。现在，在当前的用于油料稀释的状态尺度Z和所述油料稀释危害尺度G的基础上，能够求取如在进行这些补充喷射G的情况中会产生的一样的将来的状态尺度。如果这处于在这里示范性地通过上极限值L所表明的一样的预先给定的极限之内，那就能够释放所述补充喷射并且由此释放对于所述催化器的加热，在这里用用于释放的F来表示。

如果将来的状态尺度高于所述极限值L，那就不释放所述加热。但是，比如在存在边界条件R、比如有害物质排放减少的高的迫切性时也能够将所述极限值L提高到更高的极限值L’，从而而后尽管如此能够给予释放F。

也就是说，通过这种方式，尤其也能够在所述内燃机的运行的期间动态地在过于严重的油料稀释的风险与必需的有害物质排放减少之间进行权衡。

Claims (10)

1.用于运行具有被设置在废气流中的催化器（155）的内燃机（100）的方法，所述催化器在使用所述内燃机（100）中未燃烧的燃料的情况下能够加热，

其中在使用用于燃料的朝所述内燃机（100）的燃烧室（110）中的补充喷射的油料稀释危害尺度（G’）的情况下在所述内燃机（100）的运行参数、燃料的朝所述内燃机（100）的燃烧室（110）中的补充喷射的持续时间和/或量以及在模型的基础上对来自油料的燃料的蒸发进行描述的燃料输出尺度（K_A）的基础上求取所述内燃机（100）的燃烧室（110）中的当前的油料稀释的状态尺度（Z），并且

其中在针对所述催化器（155）的加热的要求（A）中在使用燃料的至少一次朝所述内燃机（100）的燃烧室中的补充喷射（N）的情况下根据所述内燃机（100）的燃烧室中的当前的油料稀释的状态尺度（Z）和用于燃料的至少一次为所述加热而设置的朝所述内燃机（100）的燃烧室中的补充喷射（N）的油料稀释危害尺度（G）来查明，是否进行所述加热。

2.按权利要求1所述的方法，其中只有在所述内燃机（100）的燃烧室（110）中的当前的油料稀释的状态尺度（Z）和用于燃料的至少一次为所述加热所设置的朝所述内燃机（100）的燃烧室（110）中的补充喷射（N）的油料稀释危害尺度（G）的基础上所预料的后来的油料稀释在所述内燃机（100）的燃烧室（110）中处于预先给定的极限（L）之内才进行所述加热。

3.按权利要求2所述的方法，其中根据至少一个边界条件（R）对所述预先给定的极限（L、L’）进行调整。

4.按权利要求3所述的方法，其中所述至少一个边界条件（R）包括对提高的有害物质排放减少的需求和/或有害物质排放减少的紧迫性。

5.按权利要求3或4所述的方法，其中只有在针对所述内燃机（100）的将来的性能的预测的基础上能够在至少一个预先给定的时间间隔上遵守用于所期望的有害物质排放减少的条件，才对所述预先给定的极限（L）进行调整。

6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中作为用于燃料的朝所述内燃机（100）的燃烧室（110）中的补充喷射的油料稀释危害尺度（G、G’）而使用相关的尺度、尤其是由从燃料喷射器（125）输出到所述内燃机（100）的燃烧室（110）中的燃料喷束（126）的喷束长度（I_S）和所述燃烧室（110）中的几何上所引起的自由的喷束长度（I_FS）构成的比例。

7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在来自所述内燃机（100）的应用和所述运行参数的数值的基础上求取所述油料稀释危害尺度（G、G’），或者其中在所述内燃机（100）的运行的期间求取所述油料稀释危害尺度（G、G’）。

8.计算单元（190），所述计算单元被设立用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法。

9.计算机程序，所述计算机程序在其在计算单元（190）上被执行时促使所述计算单元（190）实施按权利要求1到7中任一项所述的方法。

10.机器可读的存储介质，具有在其上面所保存的按权利要求9所述的计算机程序。