在颗粒过滤器之前吹入空气的内燃机
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求的前序部分的内燃机和一种根据独立的方法权利要求的方法。这种内燃机具有进气系统和排气设备，该排气设备具有三元催化器和布置在该三元催化器下游的颗粒过滤器。方法权利要求的前序部分涉及对这种内燃机的控制。这种内燃机和这种方法本身是已知的。
背景技术
这种排气设备特别是结合现代的靠汽油运行的内燃机来使用。为了颗粒过滤器的有效的再生，其温度通过马达驱动的措施比如会提高废气温度地迟后地点燃靠汽油运行的内燃机来得到提高。在超过沉积于颗粒过滤器中的炭黑在有氧气情况下的点燃温度时，沉积的炭黑燃烧，由此所述颗粒过滤器又有接纳能力并且因此被再生。在存在相应高的扭矩要求时，为了再生的点燃所需要的温度水平也可以通过内燃机在接近满载的范围内的运行达到。颗粒过滤器中的再生于是可以通过在滑行运行中发生的燃料输入的切断而被触发。在点火运行中，即在靠汽油驱动的内燃机的通过燃料喷射进行的且产生扭矩的运行中，不发生再生，因为靠汽油运行的内燃机的在三元催化器中进行的废气清洁需要燃料-空气-混合物的化学计量的组分。由于化学计量，于是在布置于三元催化器下游的颗粒过滤器中不再有游离的氧供沉积到颗粒过滤器中的炭黑的燃烧之用。颗粒过滤器的再生因而局限于切断燃料的滑行运行阶段。
发明内容
在其装置方面，本发明与开篇提到的现有技术的区别在于，排气设备具有用于在三元催化器与颗粒过滤器之间把空气引入到排气设备中的装置。在其方法方面，本发明与现有技术的区别在于，控制在三元催化器与颗粒过滤器之间把空气引入到排气设备中。
本发明因而允许提供用于在燃料切断的滑行运行阶段之外有效地再生颗粒过滤器的氧气。由此取消有效再生局限于燃料切断的滑行运行阶段。由此可行的是，利用加速过程之后的热阶段来触发再生，即使随后未发生燃料切断的滑行运行。由于点燃温度在有些情况下已经通过在加速时废气中的大的热流而达到，所以可以不发生否则通过在马达内部的措施进行的加热。在马达内部的措施，比如λ-分裂（Split）伴随着迟后地进行的用于在废气中触发放热的反应的喷射或者低效率的燃烧，并且由此伴随着热废气和大的废气物质流（例如通过迟后点燃），牵涉到额外的燃料消耗，并且就此而言是不利的。此外，颗粒过滤器温度不必因马达驱动的措施而保持在高水平，直至足以出现多个且长的滑行运行阶段。对于现代的靠汽油运行的内燃机，滑行运行阶段出现得恰恰越来越少，因为这些内燃机大多以低的转速水平运行。
内燃机的一种优选设计的特点是，空气侧的端部能够引导气体地与二次空气泵连接，利用该二次空气泵可将空气泵入到输入管路中。
通过采用二次空气吹入，可以避免在进气系统中产生的增压压力的干扰，所述干扰会因从进气系统提取空气而出现。这种配置的另一优点在于，可以实现受控的连续的再生，因为颗粒过滤器在点火阶段中在低负载（并且因此增压压力小）的情况下可以保持在再生运行中。
也优选的是，空气侧的端部在进气系统的空气压缩机与节流阀之间能够引导气体地与进气系统连接。这种设计具有如下优点：可以省去附加的泵，例如附加的二次空气泵。
此外优选的是，可控制的阀门能够引导气体地在输入管路中布置在二次空气泵或空气压缩机和输入管路的第一排气侧的端部之间。这种设计允许根据需要来控制空气输送给颗粒过滤器。
内燃机的另一优选的设计的特点是，用于引入空气的装置除了具有第一排气侧的端部外，还具有第二排气侧的端部，并且第二排气侧的端部在三元催化器的上游能够引导气体地与排气设备连接。
通过这种设计，布置在颗粒过滤器上游的三元催化器可以用来加热颗粒过滤器。由此可以在内燃机以小于1的空气系数λ运行时和在调节空气输入而使得在三元催化器中产生等于1的空气系数时，在三元催化器中引发放热的反应，该反应能实现颗粒过滤器的加热，而不必忍受靠近马达的构件比如废气涡轮增压器的涡轮机过热的危险。
在方法方面优选的是，对引入空气的控制根据颗粒过滤器的温度来进行，其中，引入空气的前提是，颗粒过滤器的温度高于贮存在颗粒过滤器中的炭黑颗粒的点燃温度。
也优选的是，在从进气系统提取待引入到排气设备中的空气时，如此控制这种提取，使得不低于为了产生内燃机的所要求的扭矩所需要的增压压力。
此外优选的是，对于配备有电的附加压缩机的内燃机而言，如果从进气系统提取用于引入到排气设备中的空气并且增压压力小于为了产生所要求的扭矩所需要的增压压力，则接通电的附加压缩机。由此可以补偿废气涡轮增压器在某些情况下在有些运行状态下不能吸收足以建立起增压压力的废气能量。
该方法的另一优选的设计的特点是，引入空气在点火运行中在扭矩要求小于预定的扭矩阈值时进行。
也优选的是，引入空气在内燃机关闭时进行。
在加速阶段之后，在马达关闭后通过仍然热的排气系并且因此热的颗粒过滤器，在静止时会产生再生，其会损坏构件并且可能还会损坏排气系的部分，因为达到了对构件而言临界的温度水平。吹入（冷的）新鲜空气可以用于降低颗粒过滤器上的温度水平，以便避免关闭后的临界温度。如果在颗粒过滤器的热的阶段后根据负载状态吹入空气，则可以因此避免临界的状态。这种吹入可例如在马达静止时通过二次空气泵或电的附加压缩机来实现。通过物质流可以改善把热量从颗粒过滤器中输出。
此外优选的是，把空气引入到排气设备中附加地直接在三元催化器的上游进行，并且如此调节在内燃机的燃烧室中燃烧的燃料-空气-混合物的λ值，使得由此产生的废气与在三元催化器之前引入的空气一起产生为1的λ值。
由此可以在以富的λ调控时和/或在把吹入的空气质量流调控到废气λ=1时，实现有针对性的加热，而不会损坏马达附近的构件，比如压缩机的涡轮机。
通过充分利用颗粒过滤器的热阶段，通过例如加速阶段和可持久地实现的再生，可以实现燃料节省。
其它优点可由说明书和附图得到。
不言而喻，前述特征和下面还要介绍的特征不仅可按分别给出的组合来使用，而且可按其它组合使用，或者单独使用，而不偏离于本发明的范畴。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出，并且将在后续的说明中予以详细介绍。在此，不同附图中的相同的附图标记分别表示相同的或者至少按照其功能来说可类比的部件。分别以示意性的形式：
图1示出了根据本发明的装置的第一实施例，其利用二次空气泵作为空气压缩机来工作；
图2示出了根据本发明的装置的第二实施例，其利用废气涡轮增压器的压缩机作为空气压缩机来工作；
图3示出了图1和2的装置的设计；和
图4示出了作为根据本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
具体地，图1示出了内燃机10，其带有进气系统12和排气设备14，该排气设备具有三元催化器16和布置在该三元催化器16下游的颗粒过滤器18。内燃机10优选是可利用汽油作为燃料来运行的内燃机。
在所示的设计中，进气系统12具有空气过滤器、空气质量测量计22、空气压缩机24和空气质量调节件26。空气质量调节件26例如是可控制的节流阀。
内燃机10具有至少一个燃烧室28，该燃烧室重复地被填充来自进气系统12的空气。燃料喷射阀30用于把汽油喷射到至少一个燃烧室28中。在至少一个燃烧室28中得到的燃料-空气-混合物的填充物利用点火装置32、例如火花塞予以点燃。由燃烧室填充物的随后燃烧而产生的废气34被排出到排气设备14中。
在所示的例子中，排气设备14具有废气涡轮增压器38的涡轮机36。涡轮机36被废气物质流驱动，并且它本身驱动空气压缩机24的压缩机。替代于或补充于废气涡轮增压器38的压缩机，空气压缩机24也可以实现为电驱动的压缩机或附加压缩机40，或者实现为机械地驱动的压缩器。在废气物质流中，在涡轮机36的下游布置着三元催化器16。在废气物质流中，在三元催化器16的下游布置着颗粒过滤器18。颗粒过滤器18将炭黑颗粒从废气物质流中滤除。被滤除的炭黑沉积在颗粒过滤器18中，并且提高了其流动阻力，这提高了燃料消耗。此外，随着炭黑沉积物的增加，过滤效果降低。出于这个原因，颗粒过滤器18必须被重复地再生。所述再生在含有游离氧的废气气氛中在废气温度高的情况下通过炭黑的燃烧来进行。
排气设备14具有用于在三元催化器16与颗粒过滤器18之间把空气引入到排气设备14中的装置42。利用该装置42，可以根据需要将空气引入到流入颗粒过滤器18内的废气物质流中。为了在三元催化器16中优化废气清洁，靠汽油运行的内燃机通常利用燃料-空气-混合物的化学计量的组分来运行。于是，废气物质流在三元催化器16的下游实际上并未含有游离氧。用于引入空气的装置42具有输入管路44，该输入管路具有至少一个第一排气侧的、能引导气体地与排气设备14连接的端部46且具有空气侧的端部48，空气可经由该空气侧的端部而引入到输入管路44和排气设备14中。通过该输入管路44，可以把对于颗粒过滤器18的再生所需要的氧气作为引入空气的组成部分输送给废气物质流。
在图1中所示的设计中，输入管路44的空气侧的端部48能引导气体地与作为空气压缩机的二次空气泵50连接，空气利用该二次空气泵能在颗粒过滤器18之前泵入到废气物质流中。
在空气流中在二次空气泵50的后面布置了空气阀52，与二次空气泵50的接通并行地，该空气阀可以为了把空气输送给废气而打开，并且可以为了阻止空气输送给废气而关闭。在该设计中，待引入的空气不是从进气系统12提取的，而是从内燃机10的周围环境中提取的。
在图2中示出了一种设计，在该设计中，空气侧的端部48在进气系统12的空气压缩机24与节流阀26之间能引导气体地与进气系统12连接。可控制的阀门54能引导气体地在输入管路44中布置在空气压缩机24与输入管路44的第一排气侧的端部46之间。可控制的阀门54可以为了把空气输送给废气而打开，并且可以为了阻止空气输送给废气而关闭。在这种设计中，待引入的空气是从进气系统12提取的。替代于或者补充于废气涡轮增压器38的压缩机，空气压缩机24也可以实现为电驱动的压缩机或附加压缩机40，或者实现为机械地驱动的压缩器。
图3示出了一种设计，其既可与从周围环境提取待输送给废气物质流的空气相兼容，又可与从进气系统12提取待输送给废气物质流的空气相兼容。这种设计的特点是，用于引入空气的装置除了第一排气侧的端部46外还具有第二排气侧的端部47，并且第二排气侧的端部47在三元催化器16的上游能引导气体地与排气设备14连接。
在图1至3中示出的控制器56控制内燃机10并且为此处理内燃机10的传感器的信号，并且将用于控制内燃机10的控制信号输出给内燃机的调节件。在所示的设计中，这些传感器包括空气质量测量计22、检测内燃机10的转速的转速传感器58和检测驾驶员的扭矩要求的驾驶员意愿发送器60。这种列举并非穷尽。内燃机10可以具有其它的传感器，特别是检测压力和温度的传感器。于是可以例如分析在颗粒过滤器18的入口与出口之间产生的差压，作为颗粒过滤器18的负载状态的量度。该差压随着负载的增加而增大。在颗粒过滤器18的入口或者在颗粒过滤器18中测得的废气温度可以用于确定出温度是否足够高，以便引发沉积的炭黑点燃。但替代地或补充地，温度和/或压力也可以由控制器56根据其它传感器的信号利用计算模型予以建模。
在所示的设计中，调节件特别是包括用于控制将空气引入给废气物质流的能引导气体的阀门52、54、在一种设计中存在的二次空气泵50和在另一种设计中存在的电驱动的附加压缩机40以及机械地驱动的压缩器的可电控制的耦联器。此外，空气质量调节件26、喷射阀30和点火装置32属于可由控制器56控制的调节件。这种列举也并非穷尽。
图4示出了一种流程图作为根据本发明的方法的实施例。从用于控制内燃机的主程序100到达步骤102，在该步骤中检查是否满足了下述条件，在所述条件下要进行把空气引入到流入颗粒过滤器内的废气物质流中。存在这些条件的前提尤其是，颗粒过滤器的测得的或建模的温度处于贮存在颗粒过滤器中的炭黑颗粒的点燃温度。
在一种替代的或补充的设计中，在扭矩要求情况下点火运行的前提是，这些扭矩要求小于预定的扭矩阈值。
在另一种替代的或补充的设计中，前提是，内燃机关闭并且希望引入空气以便冷却颗粒过滤器。
当满足条件时，程序转至步骤104，在该步骤中引发或者保持并且控制将空气引入到废气物质流中。根据设计而定，这种引发通过接通二次空气泵或者打开一个或全部的能引导气体的阀门来进行，必要时附加地通过接通电的附加压缩机或压缩器来进行。
在步骤104中进行的控制，对于具有废气涡轮增压器作为空气压缩机的装置来说，如此进行，使得不得低于为了产生内燃机的所要求的扭矩所需要的增压压力。如果存在在提取空气时低于废气涡轮增压器的为了产生所要求的扭矩所需要的增压压力的危险，并且如果存在电的附加压缩机，则接通该电的附加压缩机。由此可以防止或者减小增压压力的并非所愿的降低。当不再存在危险时，又切断电的附加压缩机。增压压力在现代的马达控制中在控制器内通过测量或建模而已知。
在所述装置的一种设计中，除了在三元催化器和颗粒过滤器之间进行将空气引入到废气物质流中外，还直接在三元催化器的上游进行将空气引入到排气设备中，在该设计中，如此调节在内燃机的燃烧室内燃烧的燃料-空气-混合物的λ值，使得由此得到的废气与在三元催化器之前引入的空气一起产生为1的λ值。由此产生在三元催化器中放热地反应的废气气氛，其反应热量将位于下游的颗粒过滤器加热，以便达到或者维持点燃温度。
在步骤106中，在引入空气期间重复地检查是否要进行另一次的空气引入。如果情况并非如此，就在步骤108中结束引入空气，并且该方法返回至在步骤100中执行的主程序。
