用于加热机动车内燃机的排气设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于加热机动车内燃机的排气设备的方法，其中，排气设备具有至少两个用于排气净化的部件。此外，本发明还涉及：一种用于执行所述方法的计算机程序；一种能机读的存储介质，在该存储介质上存储着这种计算机程序；和一种电子控制器，该电子控制器设置用于执行所述方法。
背景技术
公知在内燃机的排气设备（排气系）中使用SCR催化器（Selective CatalyticReduction，选择性催化还原）来还原内燃机的排气中的氮氧化物。SCR催化器基于所计量的还原剂、尤其是尿素水溶液（AdBlue®）工作，其中，尿素水溶液结合催化器表面将氮氧化物分子还原成氮元素。在柴油运行的车辆中，这种SCR催化器通常与柴油颗粒过滤器（DPF）组合。其它多级的排气设备为了减少氮氧化物排放而使用由在柴油颗粒过滤器前的NOx存储催化器（NSC）构成的组合，必要时也与SCR催化器组合。也公知带有SCR涂层（SCRF）的颗粒过滤器，该颗粒过滤器可以与处在SCRF下游的SCR催化器组合。因此可以例如使用有NSC-SCRF-SCR或NSC-DPF-SCR的多级的排气设备。
SCR催化器为了其完整的功能能力而需要一定的温度水平，该温度水平在不利的行驶工况下可能无法达到。这个问题尤其在SCR催化器远离马达安装的情况下出现。在这些情况下，用于加热SCR催化器直至达到其最优的运行温度的排气加热措施可以是有意义的。反之，如果在排气设备中设置NSC，那么NSC可以用其NOx存储能力在低温下，和/或必要时所设置的有靠近马达的安装地点的SCRF例如在冷启动后和/或在排气设备中具有较低温度水平的不利行驶工况下、例如在城市运行中，首先承担起排放负荷。在相应地造成了较高的排气温度的较高的马达负荷下或在较高的速度下，SCR催化器然后可以在DPF或SCRF后方承担起主要负荷。在这种状况中，在总系统的一种合适的设计方案中，可以取消用于加热排气部件或对排气部件保温的常规的排气加热运行，从而仅针对DPF恢复（Regeneration）并且因此通常隔开几百公里地实施排气加热。
在行驶运行期间必须对排气部件检查它们的正确功能，其中，应当在每一次行驶循环中进行部件监控。通常通过在机动车的电子控制单元中的标准化计算（In UseMonitoring Performance Ratio-IUMPR，在用车监测频率指标）来询问诊断频率，其中，针对IUMPR，法规要求最小值，所述最小值例如要求在至少每个第三行驶循环中的富有成效的监控。此外，OBD法规要求单个部件监控，其中，在有不同的排气净化部件的多级的排气设备中，必须在遵守极限值方面单独监控每个部件。因为必须达到针对各个部件（例如针对SCR催化器）规定的、非强制性地在每个行驶循环中能达到的排气温度以使各个部件发挥功能，可能需要的是，针对诊断目的而激活排气加热措施以便尤其是加热SCR催化器。
发明内容
本发明提供了一种用于加热机动车内燃机的多级的排气设备、即具有至少两个用于排气净化的部件的排气设备的方法。针对所述方法，在此的前提时，针对排气设备的至少一个部件设置在用加热运行方式的情况下用于加热所述部件的温度调节。在此，本发明的核心是脉冲控制，脉冲控制用于加热，其中，脉冲控制交替地在加热运行方式和正常运行之间，即没有排气加热措施地转换。所述脉冲控制伴随加热脉冲和加热停顿工作。在此，加热脉冲是这样的间隔，在所述间隔中要求加热运行。加热停顿是这样的间隔，在所述间隔中执行或要求无加热措施的正常运行。
通过加热可以在排气设备的部件中达到期望的温度，本来没有为所述部件设置温度调节。因此可以例如用所设置的温度调节来加热需要特定的高温以恢复的柴油颗粒过滤器，以便达到例如在SCR催化器中的期望的温度，所述温度例如是针对该SCR催化器的最优运行和/或诊断目的所必需的。因此在机动车中存在的温度调节按照所说明的方法也可以用于加热在排气设备中的其它部件，例如用于加热SCR催化器，而不必改变存在的运行方式使用并且不必使用和/或装入附加的温度调节器。因此所说明的方法的一个特别的优点在于，可以使用存在的运行方式，因而除了已经属于标准的加热措施外还能例如针对颗粒过滤器恢复用较小的软件耗费和使用耗费实现另外的加热运行。在排气设备中的部件中针对所说明的方法期望的目标温度（没有针对所述目标温度设置温度调节或温度调节器）和针对转换时间点的条件，在此可以按需在与最初设置的、对所使用的加热运行方式（即例如针对颗粒过滤器恢复的加热运行）的规定不相关联的情况下来确定，并且和按照所说明的方法使用的脉冲控制一起存储在自己的计算机程序中。
在所建议的方法中，因此用温度调节来加热在排气设备中的一个部件，以便加热排气设备中的另一个部件。这种方法并不根据特定的加热运行方式而确定，而是可以归因于分别在机动车中设置的加热运行方式。加热运行方式通常指的是这种马达运行方式，其适用于加热排气设备。在此，可以通过合适的措施这样来移动燃烧重心，使排气温度上升，但是其中强制性地使马达热效率变差。此外，可以例如通过没有参与马达中的燃烧并且在氧化催化器中燃烧的再喷射量来提高排气温度。加热运行方式在此可以捆绑多种措施，例如早期的再喷射、后期的再喷射、主喷射的喷射时间点的移位、不同的空气质量要求和其它措施。已经存在的、用于加热排气设备中特定部件的温度调节可以视具体的事实而定归因于一种单独的加热运行方式或归因于各种不同的加热运行方式（子运行方式）。所建议的方法尤其适合作为对于存在的控制器功能来说简单的拓展解决方案，例如作为公知的用于SCR催化器的诊断功能的可选的拓展。此外，所述方法作为已经公知的温度调节器的备选方案必要时以例如较低的调节精度例如适用于SCR催化器。
换句话说，所建议的方法用对排气设备中的一个部件的温度调节来加热排气设备中的另一个部件。在此，例如一定程度上备选可以使用针对柴油颗粒过滤器的加热模式，因为这种加热模式从一开始就已经存在并且因此不必在控制器上随相应的装置、数据化和测试引入其它运行方式。这样做具有特别的优点，即，通过这些措施可以节省研发耗费。通过所设置的脉冲控制在此能避免在通过对部件的温度调节将部件简单地加热到特定的目标温度时尤其也针对排气设备的其它部件可能出现的问题。因此当仅通过温度调节这样长时间地要求存在的加热运行方式直至达到部件（温度调节涉及所述部件）的期望的温度并且在之后重新切断加热运行方式时，才可能出存在待加热的部件仅在短时间内达到期望的温度并且所述温度之后再次快速下降的问题。备选可能出现这样的情况，即，有待加热的部件达到了温度，但该温度然后先是还不受控制地进一步升高并且在此不期望地达到了高的值。最后，可以通过加热部件（温度调节涉及所述部件）尤其在前置的部件中在加热过程期间达到了这样高的温度值，使得出现了前置的部件的受损或损毁，或者例如在带有存储特性的部件的情况下，出现了所存储的介质的不期望的排出，例如在NSC中的NOx或在SCR/SCRF中的NH3。这与不期望的并且不利的排放影响有联系。为了避免这些问题，所说明的方法用脉冲控制工作，由此可以更好得多地引导在排气设备中的温度变化曲线。
当在下文中谈到有待加热的部件时，涉及这样一种部件，通常针对该部件设置了温度调节，例如涉及柴油颗粒过滤器，针对该柴油过滤器设置了温度调节器以用于颗粒过滤器恢复。措辞“目标温度”和“目标部件”涉及为之设置了在此所建议的用于加热的脉冲控制的温度或部件，例如SCR催化器，其中，原本没有针对这些目标部件设置温度调节器或温度调节。
在所述方法的一种尤其优选的设计方案中规定，除了有待加热的部件的温度（温度调节涉及该部件）和目标部件的温度外，也观察在排气设备中的另一个部件、尤其是前置的部件、优选靠近马达的部件的温度，并且将其列入脉冲控制中。在此，当达到了针对在这个通常没有被加热的部件中的温度能预定的温度阈值时，可以尤其结束或暂停加热运行方式的要求（加热停顿）。因此防止了在这个部件中出现达到温度的临界区的情况。尤其可以借助温度梯度来监控在这个部件中达到温度阈值（通常没有针对所述部件设置温度调节）。通过观察温度梯度可以以尤其适宜的方式对待预期的进一步的温度升高进行预测。当在加热停顿后，在排气设备中的并且尤其是在这个例如最为靠近马达的部件中的温度再次下降时，可以再次启动对加热运行方式的要求或中断（absetzen）下一个加热脉冲。加热脉冲和加热停顿的这种顺序可以延续这样长时间，直至在目标部件中、例如在SCR催化器中达到目标温度。
之后，脉冲控制也可以用于保持在目标部件、例如在SCR催化器中的目标温度。与传统的一次性要求加热运行方式相比，所说明的方法在此具有尤其有利的作用，即，达到了没有过大的上冲和下冲（Ueber- und Unterschwingung）的经平整的温度变化曲线以及更为精确地遵循目标温度。
针对优选在这个意义上来说受到监控的温度梯度的阈值，以尤其优选的方式与排气温度的绝对值相关。在低排气温度下，高梯度例如可能是有利的，以便达到尽可能快速的加热。反之在高排气温度下，则所述梯度有利地应当较小，以便避免温度上冲。
因此通过脉冲控制能以尤其优选的方式避免针对在排气设备中的其中至少一个部件达到临界温度。此外可以有利地规定，脉冲控制用于保持在目标部件中、例如在SCR催化器中的目标温度，原本没有针对所述部件设置温度调节。
为了加热排气设备或针对传统的加热运行方式，通常需要在运行点中以较低的效率运行内燃机和/或将附加的燃料引入到排气设备中。在两种情况下燃料消耗通常上升，其中，燃料过多消耗例如由在加热运行期间的再喷射量减去下述再喷射量的差得出，即在没有附加加热运行的当前马达运行点要求的再喷射量。为了优化燃料需求，在所述方法的一种尤其有利的设计方案中将针对加热运行方式所需的附加燃料需求列入脉冲控制中。为此，针对加热运行方式所需的附加燃料需求可以用于定义加热脉冲的最大的长度。由加热脉冲的这个最大的长度可以推导出一个阈值，因而根据这个阈值来要求加热运行方式。附加燃料消耗因此可以作为对基于温度或温度梯度的条件的备选或除了基于温度或温度梯度的条件外也用于定义或限制加热脉冲的长度。以这种方式也可以鉴于在此所需的燃料需求优化用于加热排气设备的方法。涉及对加热脉冲的长度进行限制的阈值，可以与排气温度的绝对值相关。
以类似的方式为定义加热停顿设置最少持续时间，该最少持续时间根据时间和/或物理参数来选择。例如可以预定特定的最少持续时间作为针对加热停顿的补充性条件，或者例如可以将诸如排气质量流量这样的物理参量作为针对加热停顿的最少持续时间的补充性条件列入其中。针对加热停顿的最少持续时间的阈值也可以与排气温度的绝对值相关。
在所述方法的另一种有利的设计方案中，可以将对排气设备中（在没有加热措施的正常运行中）的温度变化曲线的预测列入脉冲控制中。对温度变化曲线的这种预测尤其基于上级的信息，例如导航系统的短程数据（Short-Range-Daten）。例如可以将关于车辆速度预计在短期内是否改变或保持不变的信息列入加热运行的脉冲控制中，以便这样相应地缩短或延长加热脉冲和/或加热停顿，从而尽可能最优地形成对加热运行所需的附加燃料消耗的充分利用。若机动车例如预计在短期内提高其速度，例如通过从市区内向市区外的行驶移动，那么可以缩短所进行的加热脉冲或延长所进行的加热停顿，因为排气设备仅通过速度的提高进行加热。在相反的行驶移动中，则相应地正好相反。可以例如借助有关其它地形走向（上坡/下坡）的数据使用同一原理。
本发明还包括一种计算机程序，其设置用于执行所说明的方法的步骤。此外，本发明还包括一种能机读的存储介质，在该存储介质上存储着这种计算机程序，以及本发明还涉及一种电子控制器，该电子控制器设置用于执行所述方法的步骤。所述方法作为计算机程序的实施方案在此具有特别的优点，即这个方法能以很少的使用耗费应用在存在的机动车中，因而所述方法例如可以用作对于存在的控制器功能来说简单的扩展解决方案。
本发明的其它特征和优点由接下来结合附图对实施例的说明得出。在此，单个特征可以单独地或者彼此组合地实现。
附图说明
附图中示出了：
图1是机动车内燃机的排气设备的一部分的示意图；
图2是在排气设备中在传统的加热过程期间、在排气设备的各个部件中的温度的时间变化曲线；并且
图3是在根据按本发明的方法加热排气设备时、在排气设备的各个部件中的温度的时间变化曲线。
具体实施方式
图1示出了内燃机10的传统的、示例性的排气设备（排气系）11的一部分，可以针对该排气设备应用按本发明的方法。在这个示例中，针对排气设备11设置柴油颗粒过滤器（DPF）12和布置在后方的SCR催化器（SCR）13，该SCR催化器处在远离马达的位置中。在SCR催化器13的上游的计量模块14负责按需计量用于SCR催化器13的还原剂溶液。在排气设备11中设置有在此未详细示出的不同的温度传感器和氮氧化物传感器，所述传感器的测量数据被转达给电子控制器并且用于控制流程。针对柴油颗粒过滤器12的恢复（在恢复时使填入的颗粒进行燃烧），需要特定的高温。通常在当今用柴油运行的车辆中存在温度调节来加热所述柴油颗粒过滤器12，以便实现颗粒过滤器恢复。可以以本身公知的方式用一个或多个不同的加热运行方式来加热柴油颗粒过滤器12，以便提升在排气设备中的温度，因而柴油颗粒过滤器12可以达到所需的温度。在柴油颗粒过滤器12的上游布置着NOx存储催化器（NSC）15，该NOx存储催化器处在靠近马达的位置中。
图2示出了用于加热排气设备的传统的方法，用该方法例如应当能达到特定的温度以使柴油颗粒过滤器12恢复。在图的上部A中示出了传统的加热模式1000的开始和结束，应当用该传统的加热模式加热排气设备。在图的下部C中示出了在这个传统的方法中规定的对加热运行方式的要求，其中，所述加热运行方式被一次性要求并且持续这样长时间，直至在部件中（例如在柴油颗粒过滤器中）达到了期望的温度，温度调节涉及该部件。图的中间部分B示出了所执行的加热运行方式。所引起的在当前建议的方法的目标部件中、尤其是在SCR催化器13中的温度变化曲线，用附图标记1200标注。在时间点1210，加热模式1000基于针对柴油颗粒过滤器的温度调节结束。在这个图中示出了排气设备的另一个部件的、例如靠近马达的NOx存储催化器15的温度变化曲线1500作为另一条温度曲线。在这个靠近马达的部件中的温度随着加热运行1000上升并且也还在结束加热模式后以有问题的方式继续上升到极高的范围中，该范围可能导致部件受损和/或可能导致对氮氧化物排放有不期望的影响。
图3在类似的图中与此相对示出了按本发明的用于加热排气设备的方法，其中，用加热脉冲101和加热停顿102执行脉冲控制。如在图2中那样，温度调节以示例性的方式涉及柴油颗粒过滤器12。在针对柴油颗粒过滤器12的加热模式100期间要求加热脉冲101和加热停顿102，其中，在加热脉冲101和加热停顿102之间的切换与在前置的部件中达到温度变化曲线的特定阈值相关。在这个示例中，为此使用在靠近马达的部件（例如NOx存储催化器15）中的温度变化曲线150。尤其是当超过了在靠近马达的部件的温度变化曲线150中针对温度梯度的特定阈值时，就从加热脉冲101转换到加热停顿102。由此避免在前置的、靠近马达的部件15中达到临界温度。此外也达到了在靠近马达的部件15中的没有过大的上冲和下冲的经平整的温度变化曲线。在目标部件、即SCR催化器13中达到目标温度时，在时间点121结束加热模式100。通过按本发明的方法所述的这种脉冲控制，避免在靠近马达的部件15中的后续的不受控制的温度上升，因而不会达到临界的温度范围。同时通过这种方法也按期望地加热在排气设备中、尤其是在SCR催化器13中的其它部件，这例如可能是针对SCR催化器的最优功能和/或针对诊断目的所必需的。利用所述加热模式100可以以尤其有利的方式例如达到针对SCR催化器13的必需的运行温度，其中，用针对排气设备中其它部件的温度调节（在这个示例中是针对柴油颗粒过滤器12的温度调节）并且同时通过脉冲控制避免了加热排气设备11的必要时不利的效应，例如避免了针对靠近马达的部件（如NOx存储催化器15）的临界温度范围。
带有NSC 15、DPF 12和SCR 13的排气设备的在此所示的布局仅理解成示例性的。原则上所述方法也能用于所有的排气部件并且并不局限于在此阐释的示例。
按本发明的方法的基础功能性通常可以以示例性的方式概括如下：随加热脉冲101开始加热运行100。加热脉冲101和因此加热运行启动的要求被保持这样长时间，直至超过了在前置的、即靠近马达的部件中的临界温度梯度，原本的温度调节并不涉及所述部件。当针对加热运行方式所需的附加燃料消耗针对加热脉冲达到了能预定的上限时，可以备选或附加地结束加热脉冲101。紧接着转入没有要求加热运行方式的加热停顿102。加热停顿102被保持这样长时间，直至在前置的部件中的温度梯度下降到低于临界阈值并且必要时最少停顿持续时间达到了能选择的上限。在本来的目标部件12中达到目标温度121之后，结束加热运行100或者必要时针对保持在目标部件12中的温度而继续保持加热运行，直至外部的要求发出切断加热运行100的命令。
