CN1415046A - 用于运行内燃机、尤其机动车内燃机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种内燃机、尤其是机动车内燃机(1)，其中燃料可在第一运行方式中进气阶段时及在第二运行方式中压缩阶段时被直接喷射到燃烧室(4)内并燃烧。其中在燃烧时形成的废气可被输入到一个催化器(12)中。通过一个控制装置(18)可在第二运行方式中，接在一次燃烧后附加地喷入燃料。同样可通过该控制装置(18)在催化器(12)中或该催化器后面测量废气的温度并使其与一个阈值相比较。

Description

用于运行内燃机、尤其机动车内燃机的方法
现有技术
本发明涉及用于运行内燃机、尤其机动车内燃机的方法，其中在第一运行方式中进气阶段时及在第二运行方式中压缩阶段时将燃料直接喷射到燃烧室内并燃烧，及其中在燃烧时形成的废气被输入到一个催化器中。本发明还涉及一种内燃机、尤其机动车内燃机的控制装置及一种内燃机、尤其机动车内燃机。
这种方法、这种控制装置及这种内燃机例如已由所谓的汽油直接喷射技术公知。其中在均匀运行方式中进气阶段时或在层状运行方式中压缩阶段时燃料被喷入内燃机的燃烧室内。均匀运行方式最好对于内燃机的全负载工况设置，而层状运行适用于怠速及部分负载工况。例如，在这种直接喷射的内燃机中可根据所要求的转矩在所述运行方式之间转换。
尤其对于进行层状运行需要具有一个催化器，借助它可使产生的氮氧化物暂存储在一个存储式催化器中，以便在随后的均匀运行时进行还原反应。该存储式催化器在层状运行时被加载氮氧化物，及在均匀运行时卸载。这种加载及卸载以及与此相关的由氮氧化物至氮及氧的转换将会导致催化器的老化。
发明内容
本发明的任务在于，建立一种运行内燃机的存储式催化器的方法，通过它可识别存储式催化器的老化。
该任务将在开始部分所述类型的方法上根据本发明这样地解决：在第二运行方式中接在一次燃烧后附加地喷入燃料；及在催化器中或催化器后面测量废气的温度并使其与一个阈值相比较。在开始部分所述类型的控制装置及内燃机中该任务将相应地得到解决。
在内燃机形成的废气中包含有害物质，后者将在催化器中被转换。这里有害物质尤其是涉及未燃烧的碳氢化合物及一氧化碳。这些有害物质的转换将导致所形成的废气的温度增高。但在一个老化的催化器中由于转化能力的减小，该温度增高量也减小。因此原则上可以将所形成的温度增高值用作催化器老化的量度。
即使不附加地喷射燃料，本身也会形成所述温度增高。但在此情况下，尤其在一个老化的催化器上温度增高量如此地小，以致不能够可靠地测出催化器的老化。
通过喷入附加的燃料产生了附加的转换及由此达到废气的附加温度增高。这将允许确实及可靠地确定催化器的老化状态。
在本发明的一个有利构型中，测量温度的增高值及与一个温度增高值相比较，这个温度增高值是在一个新的催化器上测量到的；及将它们的差值与一个上限值相比较。因此可用简单的方式实现对一个老化催化器的识别。
在一个有利的类似方式中，测量温度的增高值及与一个模型化温度增高值相比较；及将它们的差值与一个上限值相比较。
在另一有利的构型中，测量最大温度值及与一个下阈值相比较。这对于本发明的实现提供了一种特别简单及快速的执行可能性。
特别有利的是，附加喷射的燃料不被点火。由此可保证：未燃烧的燃料以未燃烧的碳氢化合物或一氧化碳的形式到达排气管及催化器中及在那里引起增高的温度。
特别有意义的是，根据本发明的方法以用于内燃机、尤其机动车内燃机的控制装置的控制元件的形式实现。在此情况下在该控制元件中存储了一个程序，该程序可在一个计算装置、尤其是一个微处理器上运行及适用于执行根据本发明的方法。在此情况下，本发明也通过一个存储在该控制元件上的程序来实现，由此设有该程序的控制元件与本发明的方法相同地体现了本发明，该程序适用于本发明的实施。作为控制元件尤其是使用电存储介质，例如只读存储器或闪存式存储器。
本发明的其它特征，应用可能性及优点可从以下对本发明实施例的说明中得出，实施例被表示在附图中。这里所有说明的及图示的特征本身或它们任意的组合构成了本发明的主题，该任意组合与权利要求书中它们的概括或回引无关及与说明书或附图中它们的撰写及表示无关。
附图说明
图1表示根据本发明的内燃机的一个实施例的概要示图，及
图2表示图1的内燃机中温度升高的概要示图。
具体实施方式
在图1表示出一个机动车的内燃机1，其中活塞2在一个汽缸3中往复运动。汽缸3设有一个燃烧室4，该燃烧室主要由活塞2、进气阀5及排气阀6构成边界。一个进气管7与进气阀5相连接及一个排气管8与排气阀6相连接。
在进气阀5及排气阀6的区域中，一个喷射阀9及一个火花塞10伸入到燃烧室4中。通过喷射阀9燃料可被喷射到燃烧室4中。借助火花塞10可使燃烧室4中的燃料点燃。
在进气管7中设有可转动的节气阀11，通过它空气输入到进气管7中。输入的空气量与节气阀11的角度位置有关。在排气管8中设有一个催化器12，它用于净化通过燃料燃烧产生的废气。
在该实施例中催化器12涉及一种三元催化器12’，它与一个存储式催化器12”相组合。可以理解，也可设想适用其它类型和/或组合的催化器。也可设置前级和主催化器以及类似物。重要的是，催化器12适合处理及尤其是转换由内燃机1产生的废气中的有害物质。
在催化器12中设有一个温度传感器13。变换地或附加地，在排气管中在催化器12的后面紧接着可设置一个温度传感器14。
控制装置18被施加了控制信号19，这些控制信号代表由传感器测量的内燃机1的工作参数。控制装置18产生输出信号20，借助这些信号通过致动器或调节器可影响内燃机1的特性。控制装置18的设置主要用来对内燃机1的工作参数进行控制和/或调节。为此，控制装置18设有微处理器，在它的一个存储介质、尤其是闪存式存储器中存储了一个程序，该程序适用于执行所述的控制和/或调节。
在内燃机1的第一运行方式即所谓均匀运行方式中，节气阀11将根据所需转矩被部分地打开或关闭。在通过活塞12引起的进气阶段期间燃料由喷射阀9喷入到燃烧室4中。通过经节气阀11同时吸入的空气使喷入的燃料形成涡流，并由此在燃烧室4中形成基本均匀的分布。然后该燃料/空气混合物在压缩阶段中被压缩，以便接着被火花塞10点火。通过被点火的燃料的膨胀，活塞2被驱动。在均匀运行方式中所产生的转矩主要取决于节气阀11的位置。考虑到减小有害物质的发生该燃料/空气混合物被尽可能调节到λ值(Lambda)等于1。
在内燃机1的第二运行方式即所谓层状运行方式中，节气阀11很大地打开。在通过活塞12引起的压缩阶段期间燃料由喷射阀9喷入到燃烧室4中，并在位置上位于火花塞10的直接周围及在时间上在点火时刻前适当的间隔上。然后借助火花塞10使燃料点燃，由此在随后的工作阶段通过被点火的燃料的膨胀活塞2被驱动。在层状运行方式中所产生的转矩很大程度上取决于喷入的燃料量。层状运行方式主要为了内燃机1的怠速运行及部分负载运行设置。
在层状运行期间催化器12的存储式催化器12”被加载氮氧化物。在随后的均匀运行方式中该存储式催化器12”被卸载及氮氧化物被三元催化器12’还原。
在连续的氮氧化物的加载及卸载期间存储式催化器12”随着时间不断地接收硫。这将导致对存储式催化器12”的存储能力的限制，以下它被称为老化。从废气主要至氮及氧的持续转换在三元催化器12’上引起转换能力的降低及由此引起老化。
在三元催化器12’中废气的转换表现为放热的反应，其中形成热。由此引起流过催化器12的废气的温度的升高，该温度的升高将由温度传感器13和/或温度传感器14检测。同时通过该放热反应催化器12本身的温度也增高，该温度可变换地或附加地由温度传感器13检测及需要时也可由温度传感器14检测。
但通过放热反应引起的温度升高的大小不足以被可靠地检测。
由于该原因，在内燃机1的层状运行期间接在一次燃烧后，控制装置18对燃烧室4执行一次附加的喷射。但燃料不被点火。由此燃料未燃烧地到达排气管8及催化器12中。基于那里存在的氧及那里占优势的高温度在排气管8及催化器12中的燃料与氧反应。这导致排气管8及催化器12中废气温度的增高。
在排气管8中存在的具有提高了温度的废气也到达催化器12中。在这里由于被附加喷射产生的废气的转换，发生进一步的温度升高。这将基于由催化器12的废气转换总地得到更大的温度升高。
进入催化器12中废气的更高温度附加地引起催化器12中基于转换的废气的更大温度增高。
因此，通过在层状运行期间接在一次燃烧后燃料的附加喷射总地达到催化器12中基于废气转换的废气温度的更大增高。
由于三元催化器12’的老化使三元催化器12’中废气转换的能力下降。这将导致催化器12中燃料与氧的反应减少并由此导致它所产生的温度升高量的减少。转换能力的减小也导致了通过转换引起的放热反应的减小及由此又引起它所产生的温度升高量的减少。
由控制装置18对内燃机1工作期间温度增高的当前测量值进行监视。这可这样地实现，即将当前温度增高值与在一个新的三元催化器12’或一个新的催化器12上所测量的温度增高值进行比较。变换地或附加地，可将该当前温度增高值与在一个有故障的三元催化器12’或催化器12上所测量的温度增高值进行比较。亦可变换地或附加地这样来实现，即将当前温度增高与一个模型化温度增高值相比较。
当与一个新的催化器12相比较时，该当前测量的温度增高值与新的催化器12的温度增高值的差值总是较大的。当前的温度增高值与新的催化器12的温度增高值的差值超过一个上阈值时，则由控制装置18得出催化器12现在已达到老化的结论，这对于满足废气净化来说已是不可接受的。控制装置18由此譬如产生出一个可由驾驶员或维修厂识别的信号，及该信号指示催化器12需要被更换。
在与一个有故障的催化器12相比较时，当前测量的温度增高值与有故障的催化器12的温度增高值的差值总是较小的，由此该差值与一个所属的下阈值相比较，当该下阈值被达到时则必需更换该催化器12。
当使用模型化温度增高值时，与当前温度增高值的差值也总是较大的，由此该差值与一个所属的上阈值相比较，当该上阈值被达到时则必需更换该催化器12。
变换地或附加地，可将绝对温度作为比较的基础。这被表示在图2上。
在图2上相对时间表示出从催化器12中排出的废气的温度。直到时刻t1内燃机1工作在层状运行方式中。接在一次成功的燃烧后约在时刻t1进行一次附加的喷射。附加喷射及由此产生的由催化器12对所形成废气的附加转换引起废气的附加的温度增高。
由附加喷射引起的附加的温度增高相当于由温度传感器13和/或温度传感器14测量的最大温度。由于催化器12随着时间的老化该最大温度将减小。
如果催化器12还未老化及催化器12由此还具有足够的转换能力，则将引起超过下阈值15的最大温度。该情况在图2中用标号16表示。
但如果催化器12不再具有足够的转换能力，即催化器12老化及由此被耗尽，则不再能超过该阈值15。该情况在图2中用标号17表示。
从时刻t2开始内燃机1受控制装置18控制又重新工作在层状运行方式中。
上述的方法可在内燃机1工作中连续地使用。变换地或附加地，该方法也可以专门用于催化器12老化的诊断。

Claims (9)

1.用于运行内燃机、尤其机动车内燃机(1)的方法，其中在第一运行方式中进气阶段时及在第二运行方式中压缩阶段时将燃料直接喷射到燃烧室(4)内并燃烧，及其中在燃烧时形成的废气被输入到一个催化器(12)中，其特征在于：在第二运行方式中，接在一次燃烧后附加地喷入燃料；及在催化器(12)中或该催化器后面测量废气的温度并使其与一个阈值相比较。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：测量温度的增高值及与一个温度增高值相比较，这个温度增高值是在一个新的或有故障的催化器(12)上测量到的；及将它们的差值与一个上限值或下限值相比较。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：测量温度的增高值及与一个模型化温度增高值相比较；及将它们的差值与一个上限值相比较。
4.根据权利要求1至3中一项的方法，其特征在于：测量最大温度值及与一个下阈值(15)相比较。
5.根据权利要求1至4中一项的方法，其特征在于：附加喷射的燃料不被点火。
6.根据权利要求1至5中一项的方法，其特征在于：该方法用于催化器(12)的诊断。
7.用于内燃机、尤其机动车内燃机(1)的控制装置(18)的控制元件，尤其是闪存式存储器，在其中存储了一个程序，该程序可在一个计算装置、尤其是一个微处理器上运行及适用于执行根据权利要求1至6中一项的方法。
8.用于内燃机、尤其机动车内燃机(1)的控制装置(18)，其中在内燃机(1)上在第一运行方式中进气阶段时及在第二运行方式中压缩阶段时可将燃料直接喷射到燃烧室(4)内并燃烧，及其中在燃烧时形成的废气可被输入到一个催化器(12)中，其特征在于：燃料可通过控制装置(18)在第二运行方式中接在一次燃烧后被附加地喷入；及通过控制装置(18)，废气的温度可在催化器(12)中或该催化器后面被测量并与一个阈值相比较。
9.内燃机、尤其是机动车内燃机(1)，其中在第一运行方式中进气阶段时及在第二运行方式中压缩阶段时，燃料可被直接喷射到燃烧室(4)内并燃烧，及其中在燃烧时形成的废气可被输入到一个催化器(12)中，及具有一个控制装置(18)，其特征在于：燃料可通过控制装置(18)控制在第二运行方式中接在一次燃烧后被附加地喷入；及通过控制装置(18)，废气的温度可在催化器(12)中或该催化器后面被测量并与一个阈值相比较。
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