專利名稱：用于運行具有加熱裝置的用于凈化廢氣的設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運行用于凈化以過量空氣運行的內(nèi)燃機(jī)的廢氣的設(shè)備的方法，其中，所述設(shè)備包括至少一個至少部分地與廢氣接觸的加熱裝置，所述加熱裝置可借助于電能激活并且至少部分地構(gòu)造有氧化涂層。本方法尤其是在車輛、特別是轎車的柴油機(jī)的排氣裝置中使用。
背景技術(shù)：
已知使用可電加熱的蜂窩體，以便在內(nèi)燃機(jī)冷啟動和/或重啟動之后不久達(dá)到用于氧化涂層的所謂起動溫度，例如200°C之上的溫度。從該溫度起可借助于氧化涂層進(jìn)行包含在廢氣中的有害物質(zhì)的轉(zhuǎn)化的催化支持，其中，開始進(jìn)行放熱反應(yīng)，以使廢氣的溫度可快速進(jìn)一步提高并且下游的廢氣處理單元也快速達(dá)到其對于催化轉(zhuǎn)化所需的溫度。就此而言，也應(yīng)視為公知的是，尤其是在冷啟動或重啟動之后將加熱裝置激活一個預(yù)給定的時間段并且在此之后關(guān)斷。此后，尤其是在具有更高的烴份額的燃料中存在這樣的條件在所述條件下，廢氣凈化單元的活性由于所述放熱反應(yīng)而可保持。恰恰在以過量空氣運行的內(nèi)燃機(jī)例如柴油機(jī)中，通常存在廢氣的組分，即烴所占的份額較小。此外，在內(nèi)燃機(jī)中需要考慮的是，廢氣大多以較小的溫度引導(dǎo)到排氣裝置中， 以便尤其是避免高的氮氧化物份額。此外也已經(jīng)公知，這種內(nèi)燃機(jī)恰恰在低負(fù)荷范圍中以相對大的量將冷的廢氣體積引導(dǎo)穿過排氣裝置。在此情況下可能產(chǎn)生問題遠(yuǎn)低于氧化涂層的起動溫度并且由此排氣裝置的活性沒有確保用于全部工作點。

發(fā)明內(nèi)容
由此出發(fā)，本發(fā)明的目的在于至少部分地解決就現(xiàn)有技術(shù)所描述的問題。尤其是要給出一種用于這種用于凈化以過量空氣運行的內(nèi)燃機(jī)的廢氣(排氣)的設(shè)備的運行方法，在該運行方法中，以盡可能少的能量投入在內(nèi)燃機(jī)運行期間保持功能。所述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的特征的方法以及具有權(quán)利要求7的特征的機(jī)動車輛來實現(xiàn)。本發(fā)明的其它有利構(gòu)型在從屬權(quán)利要求中給出。需要指出的是，權(quán)利要求中單獨描述的特征可用任意在技術(shù)上有意義的方式相互組合并且形成本發(fā)明的其它構(gòu)型。尤其是結(jié)合附圖的說明書描述本發(fā)明并且在此給出附加的實施例。根據(jù)本發(fā)明的用于運行用于凈化以過量空氣運行的內(nèi)燃機(jī)的廢氣的設(shè)備的方法， 其中，所述設(shè)備包括至少一個加熱裝置，該加熱裝置至少部分地與廢氣接觸，該加熱裝置可借助于電能激活(起動，起作用)并且至少部分地構(gòu)造有氧化涂層，所述方法至少包括下述步驟a)將所述至少一個加熱裝置加熱到預(yù)定的第一設(shè)定點溫度之上，b)接著，至少監(jiān)測所述至少一個加熱裝置的溫度或廢氣的溫度，以及c)當(dāng)至少-加熱裝置或廢氣的溫度已經(jīng)達(dá)到極限溫度時，或者
-存在內(nèi)燃機(jī)的低負(fù)荷階段時，使廢氣的烴份額提高。在用于凈化以過量空氣運行的內(nèi)燃機(jī)的廢氣的設(shè)備方面，本發(fā)明尤其是以排氣裝置為出發(fā)點，該排氣裝置與柴油機(jī)和/或貧燃燒發(fā)動機(jī)連接。該設(shè)備在此通常包括排氣管路，該排氣管路中集成有至少一個加熱裝置。加熱裝置可按照要求通過電能激活，其中，加熱裝置例如被電流流過并且基于歐姆電阻熱被加熱。為此，加熱裝置可連接在相應(yīng)的車載電氣系統(tǒng)例如12V或24V上。這樣的加熱裝置通常形成供廢氣流過的較大的表面(面積)。 所述表面可部分地構(gòu)造有氧化涂層。優(yōu)選這樣的構(gòu)型整個與廢氣接觸的表面構(gòu)造有氧化涂層。氧化涂層本身可構(gòu)造得不同。通常，該氧化涂層具有洗涂層，該洗涂層摻雜有貴金屬例如鉬、銠等。也優(yōu)選加熱裝置在內(nèi)燃機(jī)下游為廢氣后處理單元，廢氣與該廢氣后處理單元接觸用于催化轉(zhuǎn)化。在這種設(shè)備中，根據(jù)a)首先提出，使用加熱裝置以達(dá)到預(yù)定的第一設(shè)定點溫度。 第一設(shè)定點溫度應(yīng)這樣選擇，使得氧化涂層在包含在廢氣中的有害物質(zhì)的轉(zhuǎn)化方面具有足夠的活性或效率。就此而言，尤其是在內(nèi)燃機(jī)啟動時執(zhí)行步驟a)。為此，加熱裝置例如可被供應(yīng)電能數(shù)秒，至多可達(dá)20秒，所述電能例如從機(jī)動車輛的蓄電池或類似裝置中取出。然后，即在所述設(shè)備進(jìn)一步運行期間，至少監(jiān)測所述至少一個加熱裝置或廢氣的溫度。不言而喻，也可對這兩個溫度都進(jìn)行監(jiān)測。為此可設(shè)置傳感器，所述傳感器與廢氣和 /或加熱裝置接觸，但也可以例如基于數(shù)據(jù)模型至少部分地計算或估計溫度?？梢赃B續(xù)地和 /或在預(yù)定間隔之后的預(yù)定時刻或作為內(nèi)燃機(jī)的特殊狀態(tài)的反映來執(zhí)行監(jiān)測?；谒霰O(jiān)測，可進(jìn)行與加熱裝置和/或廢氣的預(yù)定極限溫度的比較。如果達(dá)到或低于所述極限溫度，則在此提出改變廢氣組分以使得烴份額提高。就此而言，極限溫度優(yōu)選高于氧化涂層的所謂起動溫度?，F(xiàn)在，附加的烴使得由于烴在氧化涂層上的放熱反應(yīng)而提供更多的熱能并且由此避免加熱裝置或氧化涂層的溫度進(jìn)一步下降。替代性地或附加地，通常，當(dāng)確定和/或開始內(nèi)燃機(jī)的低負(fù)荷階段時，也可使廢氣中的烴份額提高?！暗拓?fù)荷階段”尤其是指內(nèi)燃機(jī)的低轉(zhuǎn)速和/或負(fù)荷運行模式，即，例如怠速、慣性行駛(被動運轉(zhuǎn)， overrun)等。恰恰在柴油機(jī)中，在這種低負(fù)荷階段期間，具有低溫度的空氣的大份額被引導(dǎo)穿過用于凈化廢氣的設(shè)備，這可導(dǎo)致廢氣處理單元冷卻。這通過提高廢氣的烴份額以及以較大強(qiáng)度進(jìn)行放熱化學(xué)反應(yīng)來抵抗。由此，本發(fā)明打破了僅僅加熱裝置用于保持排氣裝置的效率或轉(zhuǎn)化能力的觀念。 而在此提出，加熱裝置僅在很少的運行階段中使用，例如僅在內(nèi)燃機(jī)的起動階段期間使用。 在隨后的運行期間，在此優(yōu)選僅借助于步驟c)確保轉(zhuǎn)化能力的保持以及避免借助于電能進(jìn)一步激活加熱裝置。由此尤其是可使機(jī)動車輛的電供應(yīng)系統(tǒng)減負(fù)，由此，在此可提供足夠的能量用于機(jī)動車輛的其余部件。根據(jù)所述方法的一個實施例提出，廢氣的烴份額的提高這樣進(jìn)行，S卩，使廢氣的烴在氧化涂層上的轉(zhuǎn)化避免所述至少一個加熱裝置冷卻到第二設(shè)定點溫度之下。就此而言， 例如在考慮加熱裝置和/或廢氣的當(dāng)前或期待的溫度、所產(chǎn)生的廢氣的反應(yīng)度、設(shè)有氧化涂層的表面、低負(fù)荷階段的類型等的情況下進(jìn)行烴份額的提高。第二設(shè)定點溫度優(yōu)選低于第一設(shè)定點溫度；但值得期望的是，該第二設(shè)定點溫度選擇成高于氧化涂層的所謂起動溫度。
此外，被視為有利的是，內(nèi)燃機(jī)的多個缸構(gòu)造有燃料供給裝置，其中，在步驟C)中借助于至少一個燃料供給裝置提供用于所述至少一個加熱裝置的預(yù)定的燃料量。柴油機(jī)通常具有4、6、8或12個缸，通過所述缸，輸送給內(nèi)燃機(jī)的燃料-空氣量被輸送和燃燒。燃料供給裝置例如借助于噴嘴實現(xiàn)，所述噴嘴與燃料供應(yīng)系統(tǒng)連接并且可受調(diào)節(jié)地激活。即，換言之，這樣進(jìn)行所述燃料供給使得燃料(在未燃燒的情況)輸入到用于凈化廢氣的設(shè)備中并且因此最終到達(dá)加熱裝置。首先在加熱裝置的氧化涂層上進(jìn)行與燃料的烴份額的放熱反應(yīng)，由此，在此生成用于達(dá)到加熱裝置的在起動溫度之上的運行溫度的熱能。原則上可分別通過一個(不同的)燃料供給裝置將所需量的燃料整個或以適當(dāng)方式引入到用于凈化廢氣的設(shè)備中。但在此優(yōu)選內(nèi)燃機(jī)的全部缸的全部燃料供給裝置始終提供預(yù)定的燃料量的分量。 即，例如首選確定需要什么燃料量來調(diào)節(jié)排氣裝置中的期望運行條件。所述燃料量現(xiàn)在優(yōu)選均勻地分配給多個可使用的燃料供給裝置，由此，所述燃料供給裝置(尤其是在時間上錯開地)分別噴射其分量。這具有均勻地使用全部缸以及下游排氣管路的優(yōu)點。由此也保證排氣裝置的確定區(qū)域不會較強(qiáng)地與燃料接觸，這尤其防止了排氣管路或廢氣凈化單元以及尤其是加熱裝置上的氧化涂層的可能的老化。根據(jù)所述方法的一個實施例也提出，廢氣的烴份額的提高在內(nèi)燃機(jī)的慣性行駛階段中進(jìn)行。在行駛工況中例如當(dāng)車輛減速或車輛處于斜坡路段上時出現(xiàn)慣性行駛階段，其中，由駕駛員預(yù)定的駕駛員期望力矩小于機(jī)動車輛的瞬時慣性力矩。在慣性行駛階段中，燃料供應(yīng)通常是停止的，由此，內(nèi)燃機(jī)在不點火的情況下運行(慣性行駛斷油)。因此廢氣中可出現(xiàn)特別小的烴份額，其中，在此，當(dāng)存在相應(yīng)的先決條件時，與根據(jù)本發(fā)明的方法不同。此外，在此也提出，在步驟C)中確定所述至少一個加熱裝置能否被避免冷卻到第二設(shè)定點溫度之下，其中，在評估為否的情況下，所述至少一個加熱裝置附加地間歇地借助于電能激活。即換言之，已經(jīng)在準(zhǔn)備階段中或者在步驟c)期間檢驗是否加熱裝置在第二設(shè)定點溫度之上的溫度可僅借助于烴份額的提高達(dá)到。如果這不可能，例如因為要期待過高的溫度降和/或為此所需的燃料量過大，則作為一種“應(yīng)急措施”，加熱裝置通過電能重新激活。但這不是持續(xù)地進(jìn)行，而是間歇地即尤其是節(jié)拍地進(jìn)行。為此，加熱裝置在小于Is 的時間段上被供應(yīng)電能多次，例如10次或20次以上，其中，也保持一秒以下的停頓。在新的電流脈沖產(chǎn)生之前，例如加熱裝置可被通電10-50ms (毫秒)并且此后以一個停頓失效類似的時間段。通過這種間歇的運行方式，電能的使用量減少并且整車電路網(wǎng)絡(luò)減負(fù)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還給出一種機(jī)動車輛，該機(jī)動車輛具有以過量空氣運行的內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)具有多個缸，所述缸分別具有一個燃料供給裝置，所述機(jī)動車輛還具有用于凈化在內(nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生的廢氣的設(shè)備，其中，所述設(shè)備具有至少一個形式為可電加熱的蜂窩體的加熱裝置，所述加熱裝置與電壓源和調(diào)節(jié)單元連接，其中，所述機(jī)動車輛和調(diào)節(jié)單元設(shè)置成用于執(zhí)行在此描述的根據(jù)本發(fā)明的方法。所述機(jī)動車輛尤其是轎車，該轎車設(shè)置有柴油機(jī)。雖然原則上提供僅一個用于處理整個廢氣流的加熱裝置就足夠，但也可例如在廢氣的不同的分開的流動路徑上設(shè)置多個加熱裝置。可電加熱的蜂窩體形式的加熱裝置的構(gòu)型具有可實現(xiàn)與廢氣的特別緊密的接觸的優(yōu)點。作為這種可電加熱的蜂窩體的例子，可參考WO 89/10471A1。可電加熱的蜂窩體據(jù)此優(yōu)選包括金屬的蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蜂窩結(jié)構(gòu)構(gòu)造有多個至少部分地結(jié)構(gòu)化的金屬膜，所述金屬膜形成對于廢氣可流過的通道。蜂窩體在此部分地相互電隔絕(電絕緣)并且與電壓源連接，以使得一個或多個電流路徑通過蜂窩結(jié)構(gòu)構(gòu)成。作為電壓源，例如考慮發(fā)電機(jī)和/ 或蓄電池。調(diào)節(jié)單元也可是發(fā)動機(jī)控制裝置的一部分，由此可在預(yù)定時刻在考慮機(jī)動車輛的分散的運行參數(shù)的情況下實現(xiàn)電能的供應(yīng)。調(diào)節(jié)單元的一部分據(jù)此也可以是相應(yīng)的數(shù)據(jù)模塊和/或?qū)崿F(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的相應(yīng)運行模式的相應(yīng)軟件。


下面借助于附圖對本發(fā)明及技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行描述。附圖示出本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施方案，但本發(fā)明并不局限于所述實施方案。附圖示意性表示圖1示出具有廢氣處理裝置的機(jī)動車輛，圖2示出可電加熱的蜂窩體，以及圖3示出溫度變化曲線。
具體實施例方式圖1示意性地示出機(jī)動車輛7，該機(jī)動車輛具有尤其是柴油機(jī)形式的內(nèi)燃機(jī)2。內(nèi)燃機(jī)2在此包括四個缸5，所述缸各自具有一個分開的、可獨立運行的燃料供給裝置6。在缸5中產(chǎn)生的廢氣然后在排氣管路13中匯集，所述排氣管路中例如也可集成渦輪增壓器 12。渦輪增壓器12例如可構(gòu)造成廢氣渦輪增壓器，該廢氣渦輪增壓器同時用于以壓縮的形式供應(yīng)內(nèi)燃機(jī)中的燃燒過程所需的空氣。原則上，在缸5與渦輪增壓器12之間也可設(shè)置另外的氧化催化轉(zhuǎn)化器，但這不是強(qiáng)制所需的。由此，在所畫出的流動方向11上被引導(dǎo)穿過排氣管路13的廢氣也可首先碰撞到具有氧化涂層的加熱裝置3。在更下游可設(shè)置多個附加的廢氣處理單元14，例如顆粒捕集器、吸附器、還原催化轉(zhuǎn)化器、三元催化轉(zhuǎn)化器等。為了運行所述設(shè)備1以及為了凈化內(nèi)燃機(jī)2的廢氣，設(shè)置有調(diào)節(jié)單元10，所述調(diào)節(jié)單元尤其是與內(nèi)燃機(jī)2和加熱裝置3相互作用。附加地，調(diào)節(jié)單元10可與傳感器15共同作用，所述傳感器例如檢測廢氣的溫度。圖2以端視圖示意性地示出作為加熱裝置3的優(yōu)選實施方案的、可電加熱的蜂窩體8的實施方案。該蜂窩體8具有多個彼此盤繞的平滑的波狀金屬膜18，所述金屬膜彼此交替地相互貼靠并且提供用于廢氣流過的通道17。所有金屬膜18都設(shè)有氧化涂層4。在此，金屬膜18的各個疊堆相對于彼此電隔絕，由此，電流可按照要求由一個電極輸送，流過蜂窩體8并且通過另外的電極再引出。這些金屬膜18還電隔絕地安裝在殼體16中，電極也被電隔絕地引導(dǎo)穿過所述金屬膜。為運行蜂窩體8，設(shè)置有電壓源9，該電壓源與調(diào)節(jié)單元10共同作用以便按照要求向加熱裝置3供應(yīng)電能?，F(xiàn)在，圖3示意性地示出在用于凈化廢氣的設(shè)備運行的時間上所監(jiān)測的溫度變化曲線25。在圖3中左側(cè)示出，首先在第一時間段上，向加熱裝置供應(yīng)電能23，由此，廢氣或加熱裝置盡可能快地在冷啟動之后達(dá)到或超過第一設(shè)定點溫度19。第一設(shè)定點溫度19優(yōu)選顯著高于氧化涂層的起動溫度，例如比起動溫度高100°C?；谛旭傃h(huán)，在切斷電能23 后，所監(jiān)測的溫度變化曲線25相應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷變化。但如果確定所監(jiān)測的溫度低于極限溫度21，則供應(yīng)烴22，以便在加熱裝置的氧化涂層上發(fā)生放熱反應(yīng)并使溫度再次上升。 由此尤其是實現(xiàn)所監(jiān)測的溫度變化曲線25又在極限溫度21之上延伸。優(yōu)選每當(dāng)?shù)陀跇O限溫度21時進(jìn)行烴22的所述供給。極限溫度21也高于氧化涂層的起動溫度，例如至少高 30 "C。在圖3中右側(cè)示出一種可能的情況，它例如可能在極度的低負(fù)荷階段M、尤其是較長的慣性行駛斷油中出現(xiàn)。在此，溫度變化曲線25下降到顯著低于極限溫度21，由此，在此除了更多地-如可能多倍地-供給烴22之外，還附加地借助于加熱裝置間歇地輸送電能 23。通過這種組合措施，也可快速實現(xiàn)所監(jiān)測的溫度變化曲線在極限溫度21之上延伸。需要指出的是，可在不偏離本發(fā)明的構(gòu)思的情況下對一系列措施進(jìn)行修改。尤其是在此可提及加熱裝置的各種構(gòu)型、加熱裝置在排氣裝置中的位置、傳感檢測機(jī)構(gòu)等。不言而喻，所述方法可能情況下有利地在其它內(nèi)燃機(jī)中也可以是有意義的。附圖標(biāo)記列表1 設(shè)備2內(nèi)燃機(jī)3加熱裝置4氧化涂層5 缸6燃料供給裝置7機(jī)動車輛8蜂窩體9電壓源10調(diào)節(jié)單元11流動方向12渦輪增壓器13排氣管路14廢氣處理單元15傳感器16 殼體17 通道18金屬膜19第一設(shè)定點溫度20第二設(shè)定點溫度21極限溫度22 烴23 電能M低負(fù)荷階段25所監(jiān)測的溫度變化曲線
權(quán)利要求
1.一種用于運行用于凈化以過量空氣運行的內(nèi)燃機(jī)O)的廢氣的設(shè)備(1)的方法，其中，所述設(shè)備(1)包括至少一個加熱裝置(3)，該加熱裝置至少部分地與廢氣接觸、可以借助于電能激活并且至少部分地構(gòu)造有氧化涂層G)，在該方法中a)將所述至少一個加熱裝置( 加熱到預(yù)定的第一設(shè)定點溫度(19)之上，b)接著，至少監(jiān)測所述至少一個加熱裝置(3)的溫度或者廢氣的溫度，以及c)當(dāng)至少-加熱裝置C3)或廢氣的溫度已經(jīng)達(dá)到極限溫度時，或者-存在內(nèi)燃機(jī)O)的低負(fù)荷階段04)時，使廢氣的烴份額提高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，廢氣的烴份額的提高這樣進(jìn)行，即，使得廢氣的烴在所述氧化涂層(4)上的轉(zhuǎn)化能防止所述至少一個加熱裝置( 冷卻到第二設(shè)定點溫度00) 之下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，內(nèi)燃機(jī)O)的多個缸( 配備有燃料供給裝置 (6)，其中，在步驟c)中借助于至少一個燃料供給裝置(6)提供用于所述至少一個加熱裝置 (3)的預(yù)定的燃料量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，內(nèi)燃機(jī)( 的所有缸( 的全部燃料供給裝置(6)都始終提供所述預(yù)定的燃料量的分量。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中，廢氣的烴份額的提高在所述內(nèi)燃機(jī)O)的慣性行駛階段中進(jìn)行。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中，確定步驟c)是否將避免所述至少一個加熱裝置(3)冷卻到第二設(shè)定點溫度OO)之下，其中，當(dāng)評定為否時，借助于電能附加地以間歇方式激活所述至少一個加熱裝置(3)。
7.一種機(jī)動車輛(7)，該機(jī)動車輛具有以過量空氣運行的內(nèi)燃機(jī)O)，該內(nèi)燃機(jī)具有多個缸(5)，所述缸各自具有一個燃料供給裝置(6)，該機(jī)動車輛還具有用于凈化在所述內(nèi)燃機(jī)O)中產(chǎn)生的廢氣的設(shè)備(1)，其中，該設(shè)備(1)具有至少一個加熱裝置(3)，該加熱裝置的形式為可電加熱的蜂窩體(8)，該加熱裝置與電壓源(9)和調(diào)節(jié)單元(10)連接，其中，所述機(jī)動車輛(7)和所述調(diào)節(jié)單元(10)設(shè)定成用于執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運行用于凈化以過量空氣運行的內(nèi)燃機(jī)(2)的廢氣的設(shè)備(1)的方法，其中，該設(shè)備(1)包括至少一個加熱裝置(3)，該加熱裝置至少部分地與廢氣接觸、可以借助于電能激活并且至少部分地具有氧化涂層(4)，其中a)將所述至少一個加熱裝置(3)加熱經(jīng)過特定的第一設(shè)定點溫度(19)，b)至少監(jiān)測所述至少一個加熱裝置(3)的溫度或者廢氣的溫度，以及c)當(dāng)至少加熱裝置(3)或廢氣的溫度已經(jīng)達(dá)到極限溫度(21)時或者存在內(nèi)燃機(jī)(2)的低負(fù)荷階段(24)時使廢氣的烴份額提高。
文檔編號F01N3/20GK102341576SQ201080010595
公開日2012年2月1日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者C·克魯澤, G·卡曼, T·內(nèi)格爾, T·迪斯特迪克 申請人:大眾股份公司, 排放技術(shù)有限公司