本發(fā)明涉及一種用于使內(nèi)燃機(jī)的廢氣通道中的顆粒過濾器再生的方法以及裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前和未來越來越嚴(yán)厲的廢氣立法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的未處理排放和內(nèi)燃機(jī)的廢氣再處理提出很高的要求。隨著用于汽油機(jī)的廢氣標(biāo)準(zhǔn)EU6的引入對(duì)顆粒排放規(guī)定了極限值，因此對(duì)于汽油機(jī)也需要使用顆粒過濾器。顆粒過濾器在汽車的行駛運(yùn)行中加載顆粒，其中廢氣背壓在廢氣通道中隨著加載而增加。顆粒過濾器的加載例如通過對(duì)廢氣通道中顆粒過濾器之前和之后的壓力差測(cè)量確定、或者通過在內(nèi)燃機(jī)的控制器中的建模確定。若廢氣背壓水平?jīng)]有過大程度地提升，顆粒過濾器必須連續(xù)地或者周期性地再生。為了利用氧氣來熱氧化顆粒過濾器上的炭黑顆粒，則需要足夠的再生溫度以及在廢氣中需要同時(shí)存在剩余氧氣。顆粒過濾器中炭黑排放可以與顆粒過濾器的加載相對(duì)照地同樣通過廢氣通道中的背壓測(cè)量或者通過建模來描述。

由DE 42 30 180 A1已知一種用于顆粒過濾器過濾的方法，其中為了確定顆粒過濾器的加載狀態(tài)測(cè)量壓力值、通過顆粒過濾器的廢氣體積流量以及在確定廢氣體積流量時(shí)出現(xiàn)的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速。通過考慮這些測(cè)量值確定實(shí)際特征值并且與極限值對(duì)比，其中當(dāng)實(shí)際特征值和極限值之間的差足夠小時(shí)引入顆粒過濾器的再生。

由DE 199 45 372 A1已知一種用于控制顆粒過濾器的再生的方法，其中通過特征曲線或者模型實(shí)施顆粒過濾器的再生。模型包含顆粒過濾器的加載值，其中輸入自從上次再生的行駛時(shí)間和行駛路程。由加載值得出狀態(tài)特征值，當(dāng)其被超過時(shí)實(shí)施再生。

盡管這些方法已經(jīng)考慮到多個(gè)特征值，但是它們?nèi)允且灶w粒過濾器上的均勻的溫度分布以及顆粒過濾器的均勻加載為基礎(chǔ)。

由DE 103 49 134 A1已知一種用于顆粒過濾器再生的方法，其中表面溫度的分布借助熱成像相機(jī)確定并且結(jié)合當(dāng)前的溫度分布嘗試：通過選擇相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)或者顆粒過濾器的相應(yīng)流量實(shí)現(xiàn)在顆粒過濾器的橫截面上的盡可能均勻的溫度分布。

但是這種方法非常耗費(fèi)和昂貴，因此對(duì)于特別適合用在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，而不適合用在汽車中。此外由于廢氣中的炭黑會(huì)導(dǎo)致用于熱成像相機(jī)的視窗被污染，因此這些影響必須被額外地補(bǔ)償并且測(cè)量時(shí)長(zhǎng)是有限的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于使顆粒過濾器再生的方法，其考慮到在顆粒過濾器上的徑向和軸向的溫度梯度以及由此導(dǎo)致的在顆粒過濾器的再生時(shí)不同的轉(zhuǎn)換率，以便即使當(dāng)運(yùn)行條件不利時(shí)也能引入用于顆粒過濾器的有效的構(gòu)件保護(hù)措施或者顆粒過濾器的主動(dòng)的再生措施。

按照本發(fā)明的基礎(chǔ)構(gòu)思規(guī)定，顆粒過濾器的加載狀態(tài)通過加載模型確定，其中，顆粒過濾器為了建模劃分成至少兩個(gè)過濾器元件，其中，為每個(gè)過濾器元件確定加載狀態(tài)和/或溫度分布。由于在顆粒過濾器上的徑向和/或軸向的溫度分布，可以通過由此導(dǎo)致的不同的轉(zhuǎn)換率在顆粒過濾器部分再生之后，存在炭黑顆粒對(duì)顆粒過濾器的不同的單位加載量。因此對(duì)其精確的獲知是需要的，以便在不利的運(yùn)行條件下也能對(duì)顆粒過濾器采取有效的構(gòu)件保護(hù)措施或者主動(dòng)的再生措施。通過將顆粒過濾器劃分為多個(gè)過濾器元件，在此可以將局部的加載模型化，由此能夠確定對(duì)于顆粒過濾器的更精確的構(gòu)件加載并且避免對(duì)顆粒過濾器的損傷。

在本發(fā)明的優(yōu)選的技術(shù)方案中規(guī)定，顆粒過濾器為了建模沿軸向劃分為多個(gè)過濾器平面。由此能夠沿著經(jīng)過顆粒過濾器的流動(dòng)方向、亦即沿著顆粒過濾器的軸向?qū)虞d狀態(tài)和/或溫度建模，因此在顆粒過濾器的沿著廢氣經(jīng)過顆粒過濾器的流動(dòng)方向的不同位置上的顆粒輸入或者顆粒排出可以被確定。特別優(yōu)選的是，過濾器平面設(shè)計(jì)為盤狀的。通過利用多個(gè)在廢氣經(jīng)過顆粒過濾器的流動(dòng)方向上相繼布置的盤狀的過濾器元件的建模，能夠?qū)崿F(xiàn)在軸向上的加載狀態(tài)的特別簡(jiǎn)單的建模。所述過濾器元件優(yōu)選從顆粒過濾器的中心軸線開始徑向向外地延伸，并且分別具有相同的直徑或者相同的半徑。

按照所述方法的另一種有利的技術(shù)方案規(guī)定，顆粒過濾器為了建模沿徑向劃分為多個(gè)環(huán)。因此可以以簡(jiǎn)單的方式對(duì)徑向溫度差別和顆粒過濾器在徑向上不同的加載狀態(tài)建模，其中還可以考慮的是，顆粒過濾器的徑向靠外的區(qū)域通常比顆粒過濾器的徑向靠?jī)?nèi)的區(qū)域更冷。此外已顯示的是，在顆粒過濾器的徑向靠外的區(qū)域中的溫度比顆粒過濾器的徑向靠?jī)?nèi)的區(qū)域中的溫度沿軸向下降得更快。與通過在顆粒過濾器上的背壓測(cè)量的建?；蛘呋谔亢陬w粒在炭黑顆粒過濾器上均勻分布的模型相比，通過溫度分布的相應(yīng)的建模可以對(duì)向顆粒過濾器的顆粒輸入和/或從顆粒過濾器向外的顆粒排出進(jìn)行明顯更精確的建模。

若顆粒過濾器既沿軸向又沿徑向劃分為多個(gè)過濾器元件，則通過將顆粒過濾器徑向劃分成環(huán)并且將顆粒過濾器軸向劃分成盤狀能夠?qū)崿F(xiàn)顆粒過濾器的加載狀態(tài)的特別精確的建模。這是本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形式。

按照所述方法的擴(kuò)展設(shè)計(jì)規(guī)定，對(duì)每個(gè)過濾器元件分別確定顆粒過濾器的構(gòu)件溫度。這同樣通過建?；蛘呔植繙囟葴y(cè)量、例如通過嵌入顆粒過濾器中的熱學(xué)元件進(jìn)行。通過確定顆粒過濾器的各個(gè)過濾器元件中的局部溫度，可以更精確地預(yù)測(cè)向各個(gè)過濾器元件中的炭黑輸入或者從各個(gè)過濾器元件向外的炭黑排出，由此進(jìn)一步簡(jiǎn)化和改善建模。

備選地有利地規(guī)定，僅在所選擇的過濾器元件上測(cè)量顆粒過濾器的構(gòu)件溫度，并且借助建模確定剩余的過濾器元件的溫度。在最簡(jiǎn)單的情況下，通過沿測(cè)量元件的序列的溫度分布的簡(jiǎn)單的內(nèi)插法或外插法實(shí)現(xiàn)建模。由此可以改善向過濾器元件中的炭黑輸入和/或從過濾器元件的炭黑排出的建模的精確度，并且由此進(jìn)一步改進(jìn)顆粒過濾器的加載模型的質(zhì)量。

備選地，溫度也可以通過合適的計(jì)算模型確定，而不需要在顆粒過濾器上或顆粒過濾器中的溫度測(cè)量元件。這例如借助廢氣通道中的流體模擬、優(yōu)選通過用于對(duì)內(nèi)燃機(jī)中的燃燒溫度建模的燃燒模型進(jìn)行。備選地也可以測(cè)量廢氣通道中的與顆粒過濾器相間隔的位置處的溫度，并且由此對(duì)顆粒過濾器上的溫度分布進(jìn)行建模。

按照所述方法的進(jìn)一步改進(jìn)規(guī)定，在確定了顆粒過濾器的不利的加載狀態(tài)時(shí)，采取用于顆粒過濾器的構(gòu)件保護(hù)的措施。由此可以阻止出現(xiàn)相對(duì)顆粒過濾器的局部的加載峰值，其會(huì)導(dǎo)致顆粒過濾器的損傷或損壞。在此特別有利的是，在識(shí)別到顆粒過濾器的不利的加載狀態(tài)時(shí)，以化學(xué)計(jì)量的或者濃的混合物運(yùn)行，因此不會(huì)有氧氣到達(dá)廢氣通道。內(nèi)燃機(jī)在車輛運(yùn)行中的推進(jìn)階段(Schubphase)尤其在這種背景下是重要的，其中燃料噴入被調(diào)節(jié)，內(nèi)燃機(jī)的氣缸壓縮空氣并且空氣被供給到廢氣通道中。當(dāng)溫度足夠高時(shí)，這導(dǎo)致了在顆粒過濾器上出現(xiàn)不可控的炭黑燃燒，這會(huì)損傷或損壞顆粒過濾器。為了避免這種情況，為了保護(hù)構(gòu)件也在這種推進(jìn)階段向內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中注入燃料，用于保護(hù)顆粒過濾器不承受不可控的炭黑燃耗。

此外按照本發(fā)明提供一種用于使內(nèi)燃機(jī)的廢氣通道中的顆粒過濾器再生的裝置，其具有控制設(shè)備、尤其是控制器(發(fā)動(dòng)機(jī)控制器)，所述控制設(shè)備具有用于控制按照本發(fā)明的方法的計(jì)算機(jī)可讀的程序算法，并且其適用于實(shí)施按照本發(fā)明的方法。控制設(shè)備必要時(shí)還可以具有需要的綜合特征曲線和類似參數(shù)。通過相應(yīng)的控制設(shè)備可以以簡(jiǎn)單的方式這樣控制或調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)，使得顆粒過濾器的再生被實(shí)施，并且顆粒過濾器的構(gòu)件損傷、尤其顆粒過濾器的熱損傷被避免。

本發(fā)明其他有利的技術(shù)方案由其余的在從屬權(quán)利要求中描述的特征得出。

本發(fā)明在該申請(qǐng)中描述的不同的實(shí)施形式只要沒在個(gè)別情況做相反的說明都可以有利地相互組合。

附圖說明

以下在實(shí)施例中結(jié)合附圖闡述本發(fā)明。在附圖中：

圖1示出具有廢氣通道和顆粒過濾器的內(nèi)燃機(jī)，其中能夠?qū)嵤┌凑毡景l(fā)明的用于使顆粒過濾器再生的方法，

圖2示出用于確定顆粒過濾器的加載狀態(tài)的簡(jiǎn)單的加載模型的圖解，

圖3示出顆粒過濾器中的軸向和徑向溫度平面的分布的示意圖，

圖4示出在顆粒過濾器上的軸向和徑向溫度分布的圖表，

圖5示出顆粒過濾器的加載和再生的示意圖，

圖6示出顆粒過濾器按照本發(fā)明劃分為過濾器元件，用于建立顆粒過濾器的顆粒加載的模型。

具體實(shí)施方式

圖1示出具有廢氣通道12和布置在廢氣通道12中的顆粒過濾器20的內(nèi)燃機(jī)10。內(nèi)燃機(jī)10優(yōu)選設(shè)計(jì)為用于驅(qū)動(dòng)汽車的內(nèi)燃機(jī)，特別優(yōu)選是汽油機(jī)。內(nèi)燃機(jī)優(yōu)選具有燃料直噴裝置，其中燃料被直接噴注到內(nèi)燃機(jī)的氣缸中。內(nèi)燃機(jī)10中的燃燒過程通過控制器16控制或調(diào)節(jié)。內(nèi)燃機(jī)10優(yōu)選設(shè)計(jì)為增壓的內(nèi)燃機(jī)，其通過渦輪增壓器14或者壓縮機(jī)提供空氣。備選地內(nèi)燃機(jī)也可以設(shè)計(jì)為吸入式發(fā)動(dòng)機(jī)或者其他種類的內(nèi)燃機(jī)10。在內(nèi)燃機(jī)10的廢氣通道12中優(yōu)選設(shè)置三元催化器18。

在內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)行中，顆粒過濾器10被來自內(nèi)燃機(jī)10燃燒過程中的顆粒加載。所述加載借助控制器16中的建模來確定。若內(nèi)燃機(jī)10的廢氣背壓水平?jīng)]有過大地升高，則顆粒過濾器20必須連續(xù)或周期性地再生。顆粒過濾器20附加地具有催化有效的涂層，例如三元催化有效的涂層或者用于選擇性催化還原氮氧化物的涂層。為了借助氧氣對(duì)在顆粒過濾器20中攔截的炭黑顆粒進(jìn)行熱氧化，在廢氣中存在剩余氧氣的同時(shí)需要足夠的溫度水平。從顆粒過濾器20的炭黑排出量同樣借助控制器16中的建模確定。

在圖2中示出顆粒過濾器20的加載狀態(tài)的簡(jiǎn)單的建模。當(dāng)前在顆粒過濾器20上的加載通過向顆粒過濾器20中的顆粒輸入和從顆粒過濾器20向外的顆粒排出的積分或加和構(gòu)成。顆粒輸入再次例如通過內(nèi)燃機(jī)10的未處理排放模型計(jì)算，該模型存儲(chǔ)在內(nèi)燃機(jī)10的控制器16中。

炭黑排出的決定性因素是顆粒過濾器20的溫度。在假設(shè)溫度分布為均勻的情況下，則在顆粒過濾器20的所有區(qū)域上的炭黑轉(zhuǎn)換是均勻的。但是在實(shí)際條件下，在以顆粒過濾器的中心軸線30為起點(diǎn)的徑向上、以及在軸向上都會(huì)出現(xiàn)溫度梯度，所述溫度梯度導(dǎo)致了在顆粒過濾器20中攔截的炭黑的不均勻的轉(zhuǎn)換率。這種徑向和軸向上的溫度梯度尤其在較大的顆粒過濾器中(例如在大排量的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)或者載貨車的發(fā)動(dòng)機(jī)中)會(huì)導(dǎo)致：在顆粒過濾器20的不充分再生時(shí)在顆粒過濾器20的各個(gè)區(qū)域中出現(xiàn)不均勻的炭黑加載。顆粒過濾器20的這種不均勻的加載在圖5中示出。

在圖3中示出顆粒過濾器20中徑向和軸向的溫度分布的示意圖。為此顆粒過濾器20被劃分為不同的過濾器平面22、24、26、28，其中沿廢氣流動(dòng)方向通過廢氣通道的第一過濾器平面22具有比沿流動(dòng)方向位于第一過濾器平面22下游的其他過濾器平面24、26、28更高的溫度。如圖4所示，位于徑向外部的區(qū)域r1和r2中的沿軸向的溫度減小大于沿顆粒過濾器20的中心軸線r0、30的沿軸向的溫度減小。此外由圖3可以看出，在從中心軸線r0、30出發(fā)的徑向上的溫度沿徑向下降，因此在邊緣區(qū)域r2上出現(xiàn)比在離心區(qū)域r1中更小的溫度，并且在兩個(gè)區(qū)域r1、r2中的溫度小于在顆粒過濾器20的中心軸線r0、30的區(qū)域中的溫度。通過在建模時(shí)將顆粒過濾器20劃分成徑向環(huán)和沿軸向的圓盤，可以確定顆粒過濾器20的加載狀態(tài)和/或在顆粒過濾器20上的溫度分布的精確的建模。

在圖5中示出在顆粒過濾器20的圓盤上的具體的炭黑加載。在顆粒過濾器20裝入之后或者在顆粒過濾器20完全再生之后，顆粒過濾器20是未加載的。在顆粒過濾器20的加載的建模中基于的理論在于，廢氣在廢氣通道12中優(yōu)選流過顆粒過濾器20的過濾器元件32、34、36、38，它們具有最小的單位加載量，因?yàn)樵谀橇鲃?dòng)阻力和廢氣背壓是最小的。因此在新鮮的顆粒過濾器20中，來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣中的炭黑顆粒首先對(duì)顆粒過濾器20進(jìn)行均勻的加載。若顆粒過濾器20被再生，則顆粒過濾器20中的局部的溫度分布對(duì)顆粒過濾器20的顆粒排出產(chǎn)生顯著影響。由于這種事實(shí)，即沿著中心軸線r0、30存在比顆粒過濾器20的邊緣區(qū)域r2更高的溫度。各個(gè)圓盤的中央?yún)^(qū)域r0比各個(gè)盤的邊緣區(qū)域r2更快地再生。這會(huì)導(dǎo)致顆粒過濾器20的不充分的再生，其中在顆粒過濾器20再次加載時(shí)，在邊緣區(qū)域r2保留了還未氧化的炭黑顆粒，而中央?yún)^(qū)域r0已經(jīng)被完全氧化。在顆粒過濾器20的再次加載時(shí)，中央?yún)^(qū)域r0由于較小的流動(dòng)阻力能夠更快地被廢氣中的顆粒加載，直至基本上在橫截面上實(shí)現(xiàn)顆粒過濾器20的炭黑加載的相同分布，自從該時(shí)刻起重新進(jìn)行顆粒過濾器20的均勻加載。當(dāng)邊緣區(qū)域r2中的過濾器元件實(shí)現(xiàn)了中央?yún)^(qū)域r0中過濾器元件的單位加載量，則它們被納入到當(dāng)前加載計(jì)算中，因?yàn)樗鼈儽划?dāng)作具有最小加載的過濾器元件32、34、36的組。所述過程持續(xù)這樣長(zhǎng)的時(shí)間，直至再次出現(xiàn)顆粒過濾器20中均勻的炭黑分布。當(dāng)超過該時(shí)間點(diǎn)、另有炭黑被輸入到顆粒過濾器20中時(shí)，該炭黑均勻地分布在所有過濾器元件32、34、36、38上。若器件再次導(dǎo)入再生階段，則炭黑排出量再次對(duì)于各個(gè)過濾器元件32、34、36、38單獨(dú)地根據(jù)其當(dāng)前的加載狀態(tài)和在各個(gè)區(qū)域中存在的溫度被計(jì)算。

所述單位加載量尤其對(duì)于炭黑顆粒過濾器20的構(gòu)件加載是決定性的，因?yàn)樵谔亢趶念w粒過濾器20排出時(shí)由于在顆粒過濾器20上的炭黑顆粒的氧化的放熱反應(yīng)能夠?qū)е潞芨叩木植繙囟确逯怠Ｔ诰_的炭黑分布的獲知下，可以在不利的運(yùn)行條件和/或顆粒過濾器20的不利的加載狀態(tài)中進(jìn)行所需的構(gòu)件保護(hù)措施，用于保護(hù)顆粒過濾器20，尤其用于抵御熱損傷或損壞。此外可以對(duì)內(nèi)燃機(jī)10采取主動(dòng)措施用于再生顆粒過濾器20。

在圖6中示出按照本發(fā)明的顆粒過濾器20劃分為多個(gè)過濾器元件32、34、36、38，其中顆粒過濾器20沿軸向劃分為圓盤并且沿徑向劃分為圓環(huán)。備選地也可以考慮其他的劃分，例如劃分為腔室或蜂窩，其中對(duì)于每個(gè)顆粒過濾器20的每個(gè)腔室或蜂窩相應(yīng)地確定加載狀態(tài)或者溫度。

附圖標(biāo)記清單

10 內(nèi)燃機(jī)

12 廢氣通道

14 渦輪增壓機(jī)

16 控制器

18 三元催化器

20 顆粒過濾器

22 第一過濾器平面

24 第二過濾器平面

26 第三過濾器平面

28 第n過濾器平面

30 中心軸線

32 第一過濾器元件

34 第二過濾器元件

36 第三過濾器元件

38 第四過濾器元件

r0 中心軸線

r1 與中心軸線的第一間距

r2 與中心軸線的第二間距