CN1175171C - 运行内燃机中的存储催化器的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种特别是用于汽车上的内燃机，它装备有一个存储催化器，后者能够装载和排出氮氧化物。通过控制装置可以求出存储催化器的多个老化状态(点13)。通过控制装置，由相邻的老化状态(点13)可以求出所使用燃料中的硫含量。

Description

运行内燃机中的存储催化器的方法
现有技术
本发明涉及一种运行特别是汽车的内燃机的存储催化器(Speicherkatalysator)的方法，其中，存储催化器装载和排出氮氧化物，并且存储催化器的存储能力由于所使用的燃料中含有硫而下降。本发明还涉及用于特别是汽车的内燃机的一种控制装置，以及一种特别是用于汽车的内燃机。
这种类型的方法、这类控制装置和这种内燃机例如在所谓的汽油—直接喷射中被公开。其中，在均匀运行(Homogenbetrieb)中的吸气阶段、或者是层状运行(Schichtbetrieb)中的压缩阶段，燃油被喷入内燃机的燃烧室内。均匀运行方式优选应用于内燃机的满负荷运行，而层状运行方式适用于怠速运行和部分负荷运行。例如，根据所需的转矩，在这种类型的直喷内燃机中可以在这些运行方式之间实现切换。
尤其是为了执行层状运行方式，需要有一个存储催化器，利用它来将生成的氮氧化物进行中间储存，以便于在随后的均匀运行中在一个三元催化器中减少它。该存储催化器在层状运行中被装载氮氧化物，并且在均匀运行中又将其排出。这样的装载和排出导致存储催化器由硫引起的老化，并且因而降低它的储存能力。这里由硫引发的老化基于驱动内燃机的燃油的含硫情况。
本发明的目的与优点
本发明的目的是：提供一种运行内燃机的存储催化器的方法，通过该方法能够更好地考虑到存储催化器的与硫有关的老化。
该目的在开始时所述类型的方法中依据本发明通过如下措施达到：求出存储催化器的多个老化状态，并且由相邻的老化状态中求出所用燃油中的硫含量。在开头所述类型的控制装置和内燃机中，该目的被相应地达到。
通过本发明，创造了一种可能性，不用特定的传感器就能确定出所使用的燃料中的硫含量。这样大大降低了成本。所求出的硫含量能够被控制装置在进行对内燃机的控制和/或者调节时继续使用。由此使得内燃机的运行整体上得到改善。
特殊的优点在于，确定出相邻的老化状态的斜率，并且根据该斜率确定硫含量。这表明能够以一种特别简单并且因而快速的方式来实施本发明。
在本发明的一个有利扩展中，确定的燃料的确定的硫含量由两次再生之间的燃料消耗并且由一次再生中的硫排出量来求出。以这种方式确定硫含量，并且能建立起它与相邻的老化状态的对应斜率之间的关系。由该关系能够将其它的斜率与相对应的其它硫含量值联系起来。
在本发明的一种有利构型中，进行硫再生的时刻根据硫含量确定。这样能够获得对内燃机的非常精准的控制和/或者调节，尤其是从尽量减小废气排放的角度出发。
在本发明的另一种有利构型中，再生的强度依据硫含量确定。这样，从废气排放量和燃料消耗角度出发，也能够改善对内燃机的控制和/或者调节。
特殊意义在于，本发明的方法以一种控制元件的形式实现。该元件是为特别是汽车上的内燃机的控制装置设置的。其中，在控制元件存储了一个程序，它能够在计算装置上、尤其是在一个微处理器上运行，并且适合于执行本发明的方法。在这种情况下，本发明通过被存储于控制元件上的一个程序来实现，因而这个装设了程序的控制元件，以等同于该方法的方式代表了本发明，该程序是适合于执行实施该方法的。用作控制元件的特别是一种电存储介质，例如一个只读存储器或一个闪速存储器。
本发明的其它特征、可能的应用与优点由以下对本发明的实施例的说明给出，实施例由图例中的图示给出。其中，所有描述的或者图示的特征其自身或者任意的组合，都构成本发明的技术方案，而不受其在权利要求中的总结或其回引的限制，也不受其在图例及说明书中的文字叙述及图示的限制。
本发明的实施例
图1示出了本发明内燃机的一个实施例的示意图，及
图2是图1中内燃机的存储催化器的老化的示意图。
在图1中示出了汽车的一个内燃机1，其中，活塞2在汽缸3中可以往返移动。汽缸3设有一个燃烧室4，而它是由活塞2、进气门5和一个排气门6构成边界的。进气门5上联接着进气管7，而与排气阀6相联接的是一个排气管6。
在进气门5和排气阀6的区域中，一个喷油阀9和一个火花塞10伸入到燃烧室4中。通过该喷油阀9可以将燃油喷入燃烧室4中。借助于火花塞10可以将燃油在燃烧室4中点燃。
在进气管7中安置着一个可转动的节气阀11，通过它可向进气管7中输入空气。送入的空气量取决于节气阀11的角度位置。在排气管8中安置着一个催化器12，其作用是净化燃油燃烧产生的废气。
在催化器12中涉及一个存储催化器12’，它与一个三元催化器12”相组合。催化器12因此还设计来中间存储氮氧化物(NOX)。
控制装置18接受到输入信号19，这些输入信号是借助于传感器测得的内燃机1的运行参数。控制装置18产生输出信号20，借助它们通过执行元件或调节器能够影响内燃机1的特性。此外，控制装置18也被设置用来控制和/或者调节内燃机1的运行参数。为此目的，控制装置18中装备有一个微处理器，它在存储介质中、特别是在一个闪速存储器中存储了一个程序，该程序适合于执行所述的控制和/或者调节。
在内燃机1的第一种运行方式—即所谓的均匀运行方式下，节气阀11根据所期望的转矩部分地敞开或关闭，燃油在由活塞2引发的吸气阶段由喷油阀9喷入到燃烧室4中，通过节气阀11同时被吸入的空气使喷入的燃料形成旋涡，并因而在燃烧室4中基本均匀地分布。之后，在压缩阶段该燃料/空气混合物受到压缩，以便随后被火花塞10点燃。通过被点燃的燃料的膨胀，驱动活塞2。所产生的转矩，在均匀运行方式下取决于节气阀11的位置。从减少有害物质形成出发，燃料/空气混合物尽量调节到入＝1。
在内燃机1的第二种运行方式下，即所谓的层状运行方式下，节气阀11大大地打开。燃料在由活塞2引起的压缩阶段经喷油阀9喷入燃烧室4中，并且其位置在火花塞10的附近周边区域中，而在时间方面，则在点火时刻之前与之相隔一个适当的时间间隔。然后借助于火花塞10将燃料点燃，因而活塞2在接下来的膨胀阶段通过被点燃的燃料的膨胀而受到驱动。所产生的转矩，在层状运行状态下，主要取决于喷入的燃料量。层状运行方式基本上设计用于内燃机1的怠速运行或部分载荷运行。
在层状运行中，催化器12的存储催化器12’被装载氮氧化物。在随后的均匀运行中，该存储催化器12’又卸载，氮氧化物通过三元催化器12”被减少。
存储催化器12’在它不断地装载与排出氮氧化物的过程中吸收硫。这就导致了存储催化器12’的存储能力的下降，以下称这种现象为老化。
在图2中给出了存储催化器12’的老化对时间的关系。用于这种老化的值能够通过相应的诊断方法由控制装置18求出。这类诊断方法可以基于存储催化器12’后面的NOx排放测量。
在图2中，这类诊断方法的实施和由之获得的老化值分别通过一个点13来表示。点13代表的老化状态通过一条实线14彼此连接起来。线14因而表达了一个老化过程。
第一点13’代表了对存储催化器12’的第一次诊断实施，通过它求出第一个老化状态。在随后的各时刻，进行另外的诊断；从中获得其它的老化状态。这些另外的老化状态由于它们的总是增大的数值而给出了一个老化过程曲线，它对应于存储催化器12’的老化。如上面已经提到过的那样，由于老化，存储催化器12’的储存能力降低了。
在点13”达到了一个特定的老化状态，因此由控制装置18来实行对存储催化器12’的硫再生处理。这种硫再生处理在图2中通过一条虚线5示出，并且可以通过内燃机1的一种富油运行状态在同时高的排气温度下实现。在这种再生过程中，将硫从存储催化器12’中脱除掉。这将使存储催化器12’很大程度上恢复到其初始状态，特别是恢复到其开始时的储存能力水平上。在图2中用点13表达了这一点，该点大致对应于存储催化器12’的初始老化状态。
之后，由控制装置18重新执行前面所述的诊断方法，从而又产生新的点13以及由此得到的另外一条线14。在点13″″处由控制装置18相应于线15重新实施存储催化器12’的再生，它又使之到达点13″并因而大致到达其初始的储存能力。
如已经解释过的那样，由于硫在存储催化器12’中的沉积造成至此讨论的老化。这里，硫存在于输送给内燃机1的燃料和由此产生的废气之中。这种老化是可恢复的，并且能够通过已经描述过的再生过程重复性地在很大程度上消除掉。
在上述可恢复的老化之外，存储催化器12’也发生不可恢复的老化。其产生的原因是存储催化器12’中持续性的装载和卸载过程，最终它代表了存储催化器12’的实际自然老化。
在图2中，这种自然的、不可恢复的老化由一条线16示出。该线16由点13′、13、13″等确定出，它们总是刚刚完成了硫再生处理之后的存储催化器12’的那些老化状态点。
如从图2中可看到的那样，线16自点13″开始缓慢上升。线16的上升斜率大大低于线14的。直线16的升高意味着存储催化器12’保持着的储存能力越来越弱。这一点，同样也说明存储催化器12’通过一次硫再生处理获得的储存能力的恢复、即线15的长度越来越小。
如上所述，存储催化器12’的储存能力(由升高的直线16给出)的损失是不可恢复的。其后果是，储存能力经长时间后趋于零。然后就必须更换存储催化器12’。
如前所述，代表自然的、不可恢复的老化的直线16，其斜率大大低于由硫引发的、可恢复的老化过程所对应的直线14的斜率。通过这些不同的斜率，控制装置18能够将自然的、不可恢复的老化与由硫造成的可恢复的老化区分开来。
如上面同样已经提到过的那样，直线14的斜率对应于由硫造成的存储催化器12’的老化。该斜率代表了导致由硫引发的老化的燃料中硫含量的一个量度。控制装置18因而能够从直线14的斜率确定所使用的燃料中的硫含量。
为此，控制装置18求出在两次前后相邻的存储催化器12’的硫再生处理之间的燃料消耗。另外控制装置18还确定出使用确定的燃料时在一次再生处理时从存储催化器12’排放出的硫量。可以将两个点13″和13之间的差作为对于此的参量。根据这两个值，控制装置18计算出所使用的确定的燃料中的硫含量。必要时，在上述数值中一次确定可能就足够了。
之后，控制装置18确定出在前面计算出来的硫含量下所得到的直线14的斜率，从而建立起直线14的斜率与确定的燃料的硫含量之间的关系。在随后某个时刻，由于改用另外的燃料等缘故从而使硫含量发生了变化，则直线14的斜率也随之改变。这种变化被控制装置18确认下来。根据变化后的直线14的斜率，控制装置18随后能换算出变化后的硫含量。
控制装置18因而能够从直线14的斜率确定出所使用燃料中的硫含量。
基于对所用燃料中硫含量的了解，控制装置18能够对存储催化器12’的再生处理施加影响。依据所用燃料中的硫含量，能够由控制装置18来确定诸如再生处理的时间和/或再生处理的强度，尤其是投入的再生剂的温度和量。
控制装置18还特别能够对内燃机1运行中硫在存储催化器12’中的沉积进行模拟或建立模型。借助于所确定出的硫含量，控制装置18可以基于内燃机1的其它工作参数在任何时刻计算出已经被带入到存储催化器12’中的硫量。由此，控制装置18就能确定下一次对存储催化器12’进行再生处理的时间和强度。

Claims (10)

1.运行内燃机(1)的存储催化器(12′)的方法，其中，存储催化器(12′)装载和排出氮氧化物，存储催化器(12′)的储存能力由于存在于所使用的燃料中的硫的影响而减弱，其特征为：求出存储催化器(12′)的多个老化状态(点13)，并且由相邻的老化状态(点13)确定所使用燃料中的硫含量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征为：确定相邻的老化状态(点13)的斜率，并且根据该斜率确定硫的含量。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征为：由两次再生之间的燃料消耗以及一次再生处理中硫的排出量求出确定的燃料中确定的硫含量。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征为：进行硫再生处理的时间根据硫的含量进行确定。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征为：再生处理的强度根据硫的含量确定。
6.如权利要求1所述的方法，其特征为：该内燃机是一个汽车用的内燃机。
7.用于内燃机(1)的控制装置(18)，其中，内燃机(1)具有一个存储催化器(12′)，它能够装载和排出氮氧化物，并且其储存能力由于存在于所使用的燃料中的硫的影响而减弱，其特征为：通过控制装置(18)可以求出存储催化器(12′)的多个老化状态(点13)，并且由相邻的老化状态(点13)可以求出所使用的燃料中的硫的含量。
8.如权利要求7所述的方法，其特征为：该内燃机是一个汽车用的内燃机。
9.内燃机(1)，带有一个存储催化器(12′)，它能够装载和排出氮氧化物，并且其储存能力由于存在于所用燃料中的硫的影响而减弱，还具有一个控制装置(18)，其特征为：通过控制装置(18)可以求出存储催化器(12′)的多个老化状态(点13)，并且由相邻的老化状态(点13)可以求出所使用的燃料中的硫含量。
10.如权利要求9所述的方法，其特征为：该内燃机是一个汽车用的内燃机。
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