專利名稱：用于運行內(nèi)燃機的方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種用于運行內(nèi)燃機、特別是汽車內(nèi)燃機的方法，其中燃料以一種加濃混合氣運行方式和一種稀薄混合氣運行方式噴入燃燒室中，其中在該加濃混合氣運行方式和該稀薄混合氣運行方式之間轉(zhuǎn)換，并且，氮氧化物儲存在一個催化器中。本發(fā)明同時也涉及一種相應(yīng)的內(nèi)燃機以及用于這種內(nèi)燃機的控制器。
一種這類型的方法、這類型的內(nèi)燃機和這類型的控制器例如從所謂的汽油直接噴射中已知。其中，燃料以加濃混合氣運行方式、例如以均勻工作方式在吸氣階段期間或者以稀薄混合氣運行方式、例如以分層工作方式在壓縮階段期間噴入內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)。均勻工作方式優(yōu)選為內(nèi)燃機的滿負(fù)荷運行設(shè)置，而分層工作方式適合于怠速運行和部分負(fù)荷運行。在這類型的直噴內(nèi)燃機中例如根據(jù)所希望的額定運行方式在所述運行方式之間轉(zhuǎn)換。
特別是在混合氣稀薄的分層工作方式中，在廢氣中存在不能被三元催化器再處理的NOx成分、即氮氧化物。為此設(shè)置了一個儲存催化器，該催化器儲存氮氧化物，以便在后面內(nèi)燃機加濃混合氣運行時再排出。因為該儲存催化器的儲存能力是有限的，所以它必須不斷地吸附和脫附。這可以例如借助催化器前面的一個λ傳感器通過將儲存催化器的儲存能力模型化來控制和/或調(diào)節(jié)。
在λ傳感器和/或在模型中可能出現(xiàn)錯誤。這些錯誤可導(dǎo)致持續(xù)錯誤地控制和/或調(diào)節(jié)儲存催化器的吸附和脫附。
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于運行內(nèi)燃機的方法，利用這種方法，儲存催化器的吸附和脫附也被長期正確地控制和/或調(diào)節(jié)。
按照本發(fā)明，對于開頭所述類型的方法，該任務(wù)的解決方案是，在該催化器后面測量廢氣的λ，并且在內(nèi)燃機轉(zhuǎn)換成稀薄混合氣運行方式后測量一個第一時間段，該時間段延續(xù)到被測量的λ變得稀薄為止。對于開頭所述類型的內(nèi)燃機和控制器，該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明同樣地解決。
這樣，在催化器后面安置了一個第二λ傳感器，借助它測量廢氣的λ。如果從現(xiàn)在起內(nèi)燃機被控制器轉(zhuǎn)換成稀薄混合氣運行方式，則然后測量直到由第二λ傳感器測量的λ變得稀薄為止經(jīng)過的那個時間段。該時間段是標(biāo)志儲存催化器運行狀態(tài)的一個參數(shù)。
例如可以由儲存催化器的制造者以相應(yīng)的方式計算出一個值并規(guī)定，該值表示儲存催化器的正確運行狀態(tài)極限。那么可以由控制器將所測得的時間段與該極限進(jìn)行比較。如果沒有超過，則該儲存催化器在以正確的方式和方法工作。但如果確認(rèn)出現(xiàn)超越，則意味著該儲存催化器處于或以一種不允許的運行狀態(tài)工作。在這種情況下，可以由控制器這樣影響對內(nèi)燃機的控制和/或調(diào)節(jié)，使得儲存催化器重新達(dá)到正確的運行。
按這種方式，借助于第二λ傳感器和相應(yīng)地運行內(nèi)燃機，可以長期保證儲存催化器正確地吸附和脫附。
在本發(fā)明的一種有利的擴(kuò)展方案中，在內(nèi)燃機轉(zhuǎn)換成稀薄混合氣運行方式后測量一個第二時間段，在該時間段中內(nèi)燃機稀薄混合氣運行。然后將第一時間段和第二時間段相互結(jié)合。優(yōu)選計算出一個值，該值代表該第一時間段相對于一個第三時間段的比，其中，第一時間段與第三時間段的和得出第二時間段。由此可以以特別簡單而精確的方式得到一個關(guān)于儲存催化器運行狀態(tài)的可靠信息。
在本發(fā)明的進(jìn)一步有益的改進(jìn)方案中，當(dāng)?shù)谝粫r間段或一個取決于此的值超過一個預(yù)先規(guī)定的值時，內(nèi)燃機的控制和/或調(diào)節(jié)被影響。在這里，該預(yù)先規(guī)定的值標(biāo)志儲存催化器的最大允許運行狀態(tài)，這種運行狀態(tài)不允許被超過。
特別有益的是，將內(nèi)燃機加濃混合氣運行的時間段延長，和/或?qū)?nèi)燃機稀薄混合氣運行的時間段縮短。這是控制器對超出儲存催化器最大允許運行狀態(tài)做出的反應(yīng)。
作為進(jìn)一步的優(yōu)點，對內(nèi)燃機的影響適應(yīng)性地干預(yù)到控制和/或調(diào)節(jié)。由此，儲存催化器的吸附和脫附模型也能適配儲存催化器的長期改變。
特別有意義的是，本發(fā)明方法以一種控制元件的形式實現(xiàn)，該控制元件為內(nèi)燃機、特別是汽車內(nèi)燃機的控制器設(shè)置。其中在該控制元件上存儲了一個程序，該程序可以在一計算裝置上、特別是在一個微處理器上運行，并且適合于實施本發(fā)明方法。在這種情況下，本發(fā)明通過一個存儲在該控制元件上的程序?qū)崿F(xiàn)，使得設(shè)有該程序的該控制元件與該程序適合于實施的該方法以相同的方式體現(xiàn)本發(fā)明。作為控制元件特別是可以使用一種電氣存儲介質(zhì)，例如一個只讀存儲器或一個快速存儲器。
本發(fā)明的其它特征、使用可能性和優(yōu)點由下面對本發(fā)明實施例的描述中得出，這些實施例見附圖所示。在此，說明或描述的所有特征單獨或以任意組合形式構(gòu)成本發(fā)明的主題，不取決于在權(quán)利要求書中對它們的概括或其引用關(guān)系，并且不取決于在說明書及附圖中對其的撰寫及描述。
附

圖1示出本發(fā)明內(nèi)燃機的一個實施例的示意方塊圖。
附圖2示出用于運行圖1所示內(nèi)燃機的本發(fā)明方法的實施例的一個示意時間圖。
在圖1中示出一個汽車的內(nèi)燃機1，其中，一個活塞2可以在一個汽缸3內(nèi)往復(fù)運動。汽缸3設(shè)置有一個燃燒室4，它此外通過活塞2、一個進(jìn)氣門5和一個排氣門6限制邊界。一個進(jìn)氣管7與進(jìn)氣門5連接，一個排氣管8與排氣門6連接。
在進(jìn)氣門5和排氣門6的區(qū)域內(nèi)一個噴射閥9和一個火花塞10伸入燃燒室4中。通過該噴射閥9可以將燃料噴入燃燒室4中。利用該火花塞10可以將燃燒室4中的燃料點燃。
在進(jìn)氣管7中安裝有一個可轉(zhuǎn)動的節(jié)氣門11，通過它可以向進(jìn)氣管7輸入空氣。送入的空氣量取決于節(jié)氣門11的角度位置。在排氣管8中安裝有一個催化器12，該催化器用于凈化由于燃料燃燒所產(chǎn)生的廢氣。
從排氣管8引出一個廢氣回流管13返回到進(jìn)氣管7。在廢氣回流管13中裝有一個廢氣回流閥14。借助它可以調(diào)節(jié)回流到進(jìn)氣管7中的廢氣量。廢氣回流管13和廢氣回流閥14形成一個所謂的廢氣回流裝置。
從油箱15引出一個油箱排氣管16通向進(jìn)氣管7。在油箱排氣管16中裝有一個油箱排氣閥17，借助它可以調(diào)節(jié)從油箱15輸入到進(jìn)氣管7的燃料蒸氣量。油箱排氣管16和油箱排氣閥17構(gòu)成一個所謂的油箱排氣裝置。
活塞2由于燃燒室4中的燃料燃燒而被推動往復(fù)運動，這種運動被傳遞給一個在此未示出的曲軸并在其上作用一個轉(zhuǎn)矩。
一個控制器18被供給輸入信號19，輸入信號19描述借助傳感器測得的內(nèi)燃機1的運行參數(shù)?？刂破?8例如與一個空氣量傳感器，一個λ傳感器，一個轉(zhuǎn)速傳感器和類似傳感器連接。此外，控制器18與一個加速踏板傳感器連接，該加速踏板傳感器產(chǎn)生一個信號，該信號給出可由駕駛員操作的加速踏板的位置并從而給出所要求的轉(zhuǎn)矩?？刂破?8產(chǎn)生輸出信號20，借助這些輸出信號可以通過執(zhí)行元件或執(zhí)行器影響內(nèi)燃機1的性能?？刂破?8例如與噴射閥9、火花塞10、節(jié)氣門11和類似件連接，并且產(chǎn)生為了它們的控制所要求的信號。
此外，控制器18為此設(shè)置，即，用于控制和/或調(diào)節(jié)內(nèi)燃機1的運行參數(shù)。例如，由噴射閥9噴入燃燒室4中的燃料量特別是針對燃料消耗量小和/或產(chǎn)生的有害物質(zhì)少而被控制器18控制和/或調(diào)節(jié)。為此目的，控制器18配置有一個微處理器，該微處理器在一個存儲介質(zhì)中、特別是在一個快速存儲器中存儲了一個程序，該程序適合于進(jìn)行所述的控制和/或調(diào)節(jié)。
附圖1中的內(nèi)燃機1可以以多種運行方式運行。即內(nèi)燃機1可以以一種均勻工作方式、以一種分層工作方式、以一種均勻的稀薄混合氣運行方式和類似方式運行。在內(nèi)燃機1的所述運行方式之間可以往復(fù)變換或者說轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換由控制器18進(jìn)行。
在均勻工作方式中，在吸氣階段期間噴射閥9將燃料直接噴入內(nèi)燃機1的燃燒室4中。燃料由此在直到點燃時仍然盡可能地形成渦流，從而在燃燒室4中產(chǎn)生基本上均勻的燃料-空氣混合物。在此可產(chǎn)生的力矩基本上由控制器18通過節(jié)氣門11的位置調(diào)節(jié)。在均勻工作方式時，這樣控制和/或調(diào)節(jié)內(nèi)燃機1的運行參數(shù)，使得λ＝1。均勻工作方式特別是運用在滿負(fù)荷情況下。
在分層工作方式中，在壓縮階段期間噴射閥9將燃料直接噴入內(nèi)燃機1的燃燒室4中。由此在火花塞10點火時在燃燒室4內(nèi)不存在均勻的混合氣，而是一種燃料層。不考慮廢氣再循環(huán)裝置和/或油箱排氣裝置的要求，節(jié)氣門11可以完全打開并且由此使內(nèi)燃機1不節(jié)氣地運行。在分層工作方式中可產(chǎn)生的力矩很大程度上通過燃料量調(diào)節(jié)。借助分層工作方式內(nèi)燃機1可以特別是在怠速和部分負(fù)荷狀態(tài)下運行。
催化器12涉及一個三元催化器和一個儲存催化器的組合。借助該三元催化器能夠不依賴于運行方式連續(xù)地再處理或者說轉(zhuǎn)化廢氣中的有害成分。但該三元催化器沒有能力對分層工作方式中產(chǎn)生的廢氣NOx成分進(jìn)行處理。為此設(shè)置了該儲存催化器。
在內(nèi)燃機1稀薄混合氣運行時，即在氧氣過剩情況下、例如特別是在分層工作方式期間，該儲存催化器將廢氣中的NOx成分吸附。如果內(nèi)燃機1隨后以燃料過剩、即加濃混合氣運行，該儲存催化器又將所吸附的NOx成分釋放，使得該部分NOx能夠被三元催化器還原并從而被再處理。
該儲存催化器的儲存能力不是無限的。由于這一原因例如借助于一個模型由控制器18推算出該儲存催化器還剩有的儲存能力。一旦由于儲存催化器較長時間吸附而儲存能力耗盡，則內(nèi)燃機1由控制器18轉(zhuǎn)換成加濃混合氣運行方式，由此儲存催化器重新脫附并且由此儲存能力重新增大。一旦儲存催化器已脫附，則可以由控制器18重新轉(zhuǎn)換并且由此儲存催化器又重新吸附。
在催化器12前面安置了一個λ傳感器21，該傳感器與控制器18聯(lián)接，并且它是為控制和/或調(diào)節(jié)儲存催化器的前面的吸附和脫附而設(shè)置的。
在催化器12后面安置了另外一個λ傳感器22，其同樣與控制器聯(lián)接。
在附圖2中，在時間上方繪出λ傳感器21和22的輸出信號。為了簡化起見，各個輸出信號在下面采用同λ傳感器21，22一樣的參考標(biāo)號。
安置在催化器12前面的λ傳感器21的輸出信號21或者處于一個如大約λ＝1.3的稀薄值，或者處于一個如大約λ＝0.8的加濃值。輸出信號21在這兩個值之間往返跳躍。當(dāng)內(nèi)燃機1例如以分層工作方式運行時，輸出信號21處于稀薄值。輸出信號21處于稀薄值時的時間段在附圖2中用tmager表示。
安置在催化器12后面的λ傳感器22的輸出信號22或者處于一個如大約λ＝1.3的稀薄值，或者處于一個如大約λ＝1的化學(xué)計量值。在輸出信號22的化學(xué)計量值區(qū)域內(nèi)可能存在一個中斷或斷裂部，它將輸出信號22短時間改變?yōu)橐粋€例如約0.8的加濃值。但輸出信號22基本上在該稀薄值和化學(xué)計量值之間往返跳躍。
假設(shè)內(nèi)燃機1處于稀薄混合氣運行方式、例如分層工作方式中，并且由此儲存催化器吸附廢氣中的NOx成分或氮氧化物。進(jìn)一步假設(shè)，儲存催化器在時刻T1處達(dá)到其最大儲存能力，即已滿載吸附。
然后，在附圖2的時刻T1處，內(nèi)燃機1從稀薄混合氣運行方式轉(zhuǎn)換成一種加濃混合氣運行方式、例如均勻工作方式，在這種運行狀態(tài)下內(nèi)燃機1例如被加速。由此，在時刻T1點輸出信號21和22由稀薄值過渡到加濃值或過渡到化學(xué)計量值。
輸出信號21和22之間的差別由此產(chǎn)生，即，在轉(zhuǎn)換成例如均勻工作方式之后儲存催化器釋放氮氧化物。在儲存催化器這樣脫附期間，在催化器12的出口上、也就是在λ傳感器22處產(chǎn)生輸出信號22的化學(xué)計量值。
當(dāng)儲存催化器已完全脫附時，則加濃混合氣運行方式直到催化器12出口上的λ傳感器22折斷，這導(dǎo)致輸出信號22向加濃值中斷或折斷。這之后在時刻T2由控制器18又轉(zhuǎn)回到稀薄混合氣運行方式，例如分層工作方式。
通過這一轉(zhuǎn)換，輸出信號21又跳躍到稀薄值。但輸出信號22一直到時刻T3還保持在化學(xué)計量值上。從時刻T2到時刻T3的這一時間段在圖2中用tx標(biāo)注。
在時間段tx期間，儲存催化器除了吸附廢氣中的NOx成分外還可以吸納和存儲氧氣。但一旦儲存催化器不能再進(jìn)一步存儲氧氣，就導(dǎo)致λ傳感器22上氧氣過剩，從而發(fā)出一個稀薄值輸出信號22。
這樣，直到時刻T3輸出信號22才同樣跳躍到稀薄值上。輸出信號21和22的稀薄值一直保持不變，直到儲存催化器又滿載吸附廢氣中的NOx成分，也就是氮氧化物。然后在時刻T4又轉(zhuǎn)換成加濃混合氣運行方式，以開始儲存催化器的脫附。在這里，時刻T4相當(dāng)于時刻T1。
在從時刻T3到時刻T4的這一時間段中，輸出信號22大致處于混合氣稀薄的值上，該時間段在圖2中用ty標(biāo)注。
這樣，時間段tmager由時間段tx和ty如下構(gòu)成tmager＝tx+ty。
時間段tx和ty由控制器18測定。
然后由控制器18如下式求出一個值WW＝(tx+ty)/tx。
該值W是儲存催化器的一個運行狀態(tài)參數(shù)。通過例如儲存催化器制造者的測量可以給出一個最大值Wmax，該值標(biāo)志儲存催化器的一種在運行中不允許被超過的運行狀態(tài)。
控制器18把求出的值W與預(yù)先規(guī)定的值Wmax進(jìn)行比較。在這里可能的是，首先由多個先后算出的值W得出一個平均值，然后將該平均值與值Wmax比較。
如果該值W小于值Wmax，則意味著儲存催化器處于一種允許的運行狀態(tài)中。但如果值W大于值Wmax，則意味著兩種情況。
一方面可能的是，從時刻T1到時刻T2的這一時間段、也就是儲存催化器已被脫附的這一時間段太短。這引起的后果是，在儲存催化器中殘留一部分剩余氮氧化物，并且由此降低了儲存催化器的存儲能力，這本身帶來的結(jié)果是，值W升高。如果超出值Wmax，則這代表該儲存催化器的最小存儲能力。
隨后，作為相應(yīng)的反應(yīng)，控制器18延長從時刻T1到時刻T2的這一時間段、即內(nèi)燃機1加濃混合氣運行的時間段。因此，儲存催化器更大程度地脫附，由此，儲存催化器的存儲能力又提高。
在此，延長內(nèi)燃機1的加濃混合氣運行方式可以適應(yīng)性地在將儲存催化器的吸附和脫附模型化的框架內(nèi)由控制器18來進(jìn)行。
另一方面可能的是，在儲存催化器中進(jìn)行所謂的深儲存。這意味著，氮氧化物和/或氧氣不只沉積在儲存催化器表面上，而且這些氮氧化物和氧氣侵入到儲存催化器的材料中。例如當(dāng)儲存催化器被吸附的那個時間段過長時，可以進(jìn)行這類深儲存。
在儲存催化器被重新吸附之前，作為相應(yīng)的反應(yīng)，控制器18可以立即再次將內(nèi)燃機1轉(zhuǎn)換成加濃混合氣運行方式。該新的加濃混合氣運行方式導(dǎo)致，氮氧化物和/或氧氣在儲存催化器中的深儲存被解除，并且，儲存催化器完全脫附。
作為進(jìn)一步的反應(yīng)，控制器18能夠減短儲存催化器的吸附時間段。這可以適應(yīng)性地在將儲存催化器的吸附和脫附模型化的框架內(nèi)由控制器18來進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.用于運行內(nèi)燃機(1)、特別是汽車內(nèi)燃機的方法，其中燃料以一種加濃混合氣運行方式和以一種稀薄混合氣運行方式噴入一個燃燒室(4)中，其中在該加濃混合氣運行方式和該稀薄混合氣運行方式之間轉(zhuǎn)換，并且其中氮氧化物被儲存在一個催化器(12)中，其特征在于，在催化器(12)的后面測量廢氣的λ，在內(nèi)燃機(1)轉(zhuǎn)換(T2)成稀薄混合氣運行方式后測量一個第一時間段(tx)，該時間段一直延續(xù)到被測量的λ變得稀薄。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在內(nèi)燃機(1)轉(zhuǎn)換(T2)成稀薄混合氣運行方式后測量一個第二時間段(tmager)，在該時間段中內(nèi)燃機(1)稀薄混合氣運行。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所述第一時間段(tx)與所述第二時間段(tmager)相互結(jié)合。
4.按權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，求出一個值(W)，該值描述第一時間段(tx)相對于一個第三時間段(ty)的比例，其中，第一時間段(tx)與第三時間段(ty)的和得出第二時間段(tmager)。
5.按權(quán)利要求1或4之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)?shù)谝粫r間段(tx)或者一個取決于其的值(W)超過一個預(yù)先規(guī)定的值(Wmax)時，內(nèi)燃機(1)的控制和/或調(diào)節(jié)被影響。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，將內(nèi)燃機(1)加濃混合氣運行的時間段延長。
7.按權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，將內(nèi)燃機(1)稀薄混合氣運行的時間段縮短。
8.按權(quán)利要求5至7之一所述的方法，其特征在于，對內(nèi)燃機的影響適應(yīng)性地干預(yù)到控制和/或調(diào)節(jié)。
9.控制元件，特別是只讀存儲器或快速存儲器，用于特別是汽車的內(nèi)燃機(1)的控制器(18)，在其中可存儲一個程序，該程序可以在一個計算裝置上、特別是在一個微處理器上運行，并且適合于實施按權(quán)利要求1至8之一所述的方法。
10.內(nèi)燃機(1)、特別是汽車內(nèi)燃機，具有一個燃燒室(4)，燃料可以以加濃混合氣運行方式和以稀薄混合氣運行方式噴入該燃燒室(4)中；具有一個催化器(12)，其內(nèi)可儲存氮氧化物；并且具有一個用于在加濃混合氣運行方式和稀薄混合氣運行方式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的控制器(18)，其特征在于，在催化器(12)后面安置了一個λ傳感器(22)，借助它可測量廢氣的λ，并且，通過控制器(18)在內(nèi)燃機(1)轉(zhuǎn)換(T2)成稀薄混合氣運行方式后可測量一個第一時間段(tx)，該時間段(tx)一直延續(xù)到被測量的λ變得稀薄。
11.控制器(18)，用于內(nèi)燃機(1)、特別是汽車內(nèi)燃機，其中該內(nèi)燃機(1)設(shè)置有一個燃燒室(4)，燃料可以以加濃混合氣運行方式和以稀薄混合氣運行方式噴入該燃燒室(4)中，并且具有一個催化器(12)，其內(nèi)可儲存氮氧化物，并且設(shè)置了用于在加濃混合氣運行方式和稀薄混合氣運行方式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的控制器(18)，其特征在于，在催化器(12)后面安置了一個λ傳感器(22)，借助它可測量廢氣的λ，并且，通過控制器(18)在內(nèi)燃機(1)轉(zhuǎn)換(T2)成稀薄混合氣運行方式后可測量一個第一時間段(tx)，該時間段(tx)一直延續(xù)到被測量的λ變得稀薄。
全文摘要
描述了一種內(nèi)燃機(1)、特別是汽車內(nèi)燃機,設(shè)置有一個燃燒室(4),燃料可以以加濃混合氣運行方式和以稀薄混合氣運行方式噴入該燃燒室(4)中。該內(nèi)燃機(1)配置有一個催化器(12),氮氧化物可儲存在其內(nèi),以及具有一個安置在催化器(12)后面的λ傳感器(22),借助它可以測量廢氣的λ。安置了一個用于在加濃混合氣運行方式和稀薄混合氣運行方式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的控制器(18)。通過該控制器(18)在內(nèi)燃機(1)轉(zhuǎn)換成稀薄混合氣運行方式后測量一個第一時間段,該時間段一直延續(xù)到被測量的λ變得稀薄。
文檔編號F01N3/08GK1367859SQ00811197
公開日2002年9月4日 申請日期2000年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月31日
發(fā)明者安德烈亞斯·波塞爾特 申請人:羅伯特·博施有限公司