專利名稱：運行內燃機中的存儲催化器的方法
現有技術本發明涉及一種運行特別是汽車的內燃機的存儲催化器(Speicherkatalysator)的方法，其中，存儲催化器裝載和排出氮氧化物，并且存儲催化器的存儲能力由于所使用的燃料中含有硫而下降。本發明還涉及用于特別是汽車的內燃機的一種控制裝置，以及一種特別是用于汽車的內燃機。
這種類型的方法、這類控制裝置和這種內燃機例如在所謂的汽油一直接噴射中被公開。其中，在均勻運行(Homogenbetrieb)中的吸氣階段、或者是層狀運行(Schichtbetrieb)中的壓縮階段，燃油被噴入內燃機的燃燒室內。均勻運行方式優選應用于內燃機的滿負荷運行，而層狀運行方式適用于怠速運行和部分負荷運行。例如，根據所需的轉矩，在這種類型的直噴內燃機中可以在這些運行方式之間實現切換。
尤其是為了執行層狀運行方式，需要有一個存儲催化器，利用它來將生成的氮氧化物進行中間儲存，以便于在隨后的均勻運行中在一個三元催化器中減少它。該存儲催化器在層狀運行中被裝載氮氧化物，并且在均勻運行中又將其排出。這樣的裝載和排出導致存儲催化器由硫引起的老化，并且因而降低它的儲存能力。這里由硫引發的老化基于驅動內燃機的燃油的含硫情況。
本發明的目的與優點本發明的目的是提供一種運行內燃機的存儲催化器的方法，通過該方法能夠更好地考慮到存儲催化器的與硫有關的老化。
該目的在開始時所述類型的方法中依據本發明通過如下措施達到求出存儲催化器的多個老化狀態，并且由相鄰的老化狀態中求出所用燃油中的硫含量。在開頭所述類型的控制裝置和內燃機中，該目的被相應地達到。
通過本發明，創造了一種可能性，不用特定的傳感器就能確定出所使用的燃料中的硫含量。這樣大大降低了成本。所求出的硫含量能夠被控制裝置在進行對內燃機的控制和/或者調節時繼續使用。由此使得內燃機的運行整體上得到改善。
特殊的優點在于，確定出相鄰的老化狀態的斜率，并且根據該斜率確定硫含量。這表明能夠以一種特別簡單并且因而快速的方式來實施本發明。
在本發明的一個有利擴展中，確定的燃料的確定的硫含量由兩次再生之間的燃料消耗并且由一次再生中的硫排出量來求出。以這種方式確定硫含量，并且能建立起它與相鄰的老化狀態的對應斜率之間的關系。由該關系能夠將其它的斜率與相對應的其它硫含量值聯系起來。
在本發明的一種有利構型中，進行硫再生的時刻根據硫含量確定。這樣能夠獲得對內燃機的非常精準的控制和/或者調節，尤其是從盡量減小廢氣排放的角度出發。
在本發明的另一種有利構型中，再生的強度依據硫含量確定。這樣，從廢氣排放量和燃料消耗角度出發，也能夠改善對內燃機的控制和/或者調節。
特殊意義在于，本發明的方法以一種控制元件的形式實現。該元件是為特別是汽車上的內燃機的控制裝置設置的。其中，在控制元件存儲了一個程序，它能夠在計算裝置上、尤其是在一個微處理器上運行，并且適合于執行本發明的方法。在這種情況下，本發明通過被存儲于控制元件上的一個程序來實現，因而這個裝設了程序的控制元件，以等同于該方法的方式代表了本發明，該程序是適合于執行實施該方法的。用作控制元件的特別是一種電存儲介質，例如一個只讀存儲器或一個閃速存儲器。
本發明的其它特征、可能的應用與優點由以下對本發明的實施例的說明給出，實施例由圖例中的圖示給出。其中，所有描述的或者圖示的特征其自身或者任意的組合，都構成本發明的技術方案，而不受其在權利要求中的總結或其回引的限制，也不受其在圖例及說明書中的文字敘述及圖示的限制。
本發明的實施例
圖1示出了本發明內燃機的一個實施例的示意圖，及圖2是圖1中內燃機的存儲催化器的老化的示意圖。
在圖1中示出了汽車的一個內燃機1，其中，活塞2在汽缸3中可以往返移動。汽缸3設有一個燃燒室4，而它是由活塞2、進氣門5和一個排氣門6構成邊界的。進氣門5上聯接著進氣管7，而與排氣閥6相聯接的是一個排氣管6。
在進氣門5和排氣閥6的區域中，一個噴油閥9和一個火花塞10伸入到燃燒室4中。通過該噴油閥9可以將燃油噴入燃燒室4中。借助于火花塞10可以將燃油在燃燒室4中點燃。
在進氣管7中安置著一個可轉動的節氣閥11，通過它可向進氣管7中輸入空氣。送入的空氣量取決于節氣閥11的角度位置。在排氣管8中安置著一個催化器12，其作用是凈化燃油燃燒產生的廢氣。
在催化器12中涉及一個存儲催化器12’，它與一個三元催化器12”相組合。催化器12因此還設計來中間存儲氮氧化物(NOx)。
控制裝置18接受到輸入信號19，這些輸入信號是借助于傳感器測得的內燃機1的運行參數。控制裝置18產生輸出信號20，借助它們通過執行元件或調節器能夠影響內燃機1的特性。此外，控制裝置18也被設置用來控制和/或者調節內燃機1的運行參數。為此目的，控制裝置18中裝備有一個微處理器，它在存儲介質中、特別是在一個閃速存儲器中存儲了一個程序，該程序適合于執行所述的控制和/或者調節。
在內燃機1的第一種運行方式-即所謂的均勻運行方式下，節氣閥11根據所期望的轉矩部分地敞開或關閉，燃油在由活塞2引發的吸氣階段由噴油閥9噴入到燃燒室4中，通過節氣閥11同時被吸入的空氣使噴入的燃料形成旋渦，并因而在燃燒室4中基本均勻地分布。之后，在壓縮階段該燃料/空氣混合物受到壓縮，以便隨后被火花塞10點燃。通過被點燃的燃料的膨脹，驅動活塞2。所產生的轉矩，在均勻運行方式下取決于節氣閥11的位置。從減少有害物質形成出發，燃料/空氣混合物盡量調節到λ＝1。
在內燃機1的第二種運行方式下，即所謂的層狀運行方式下，節氣閥11大大地打開。燃料在由活塞2引起的壓縮階段經噴油閥9噴入燃燒室4中，并且其位置在火花塞10的附近周邊區域中，而在時間方面，則在點火時刻之前與之相隔一個適當的時間間隔。然后借助于火花塞10將燃料點燃，因而活塞2在接下來的膨脹階段通過被點燃的燃料的膨脹而受到驅動。所產生的轉矩，在層狀運行狀態下，主要取決于噴入的燃料量。層狀運行方式基本上設計用于內燃機1的怠速運行或部分載荷運行。
在層狀運行中，催化器12的存儲催化器12’被裝載氮氧化物。在隨后的均勻運行中，該存儲催化器12’又卸載，氮氧化物通過三元催化器12”被減少。
存儲催化器12’在它不斷地裝載與排出氮氧化物的過程中吸收硫。這就導致了存儲催化器12’的存儲能力的下降，以下稱這種現象為老化。
在圖2中給出了存儲催化器12’的老化對時間的關系。用于這種老化的值能夠通過相應的診斷方法由控制裝置18求出。這類診斷方法可以基于存儲催化器12’后面的NOx排放測量。
在圖2中，這類診斷方法的實施和由之獲得的老化值分別通過一個點13來表示。點13代表的老化狀態通過一條實線14彼此連接起來。線14因而表達了一個老化過程。
第一點13’代表了對存儲催化器12’的第一次診斷實施，通過它求出第一個老化狀態。在隨后的各時刻，進行另外的診斷；從中獲得其它的老化狀態。這些另外的老化狀態由于它們的總是增大的數值而給出了一個老化過程曲線，它對應于存儲催化器12’的老化。如上面已經提到過的那樣，由于老化，存儲催化器12’的儲存能力降低了。
在點13”達到了一個特定的老化狀態，因此由控制裝置18來實行對存儲催化器12’的硫再生處理。這種硫再生處理在圖2中通過一條虛線5示出，并且可以通過內燃機1的一種富油運行狀態在同時高的排氣溫度下實現。在這種再生過程中，將硫從存儲催化器12，中脫除掉。這將使存儲催化器12’很大程度上恢復到其初始狀態，特別是恢復到其開始時的儲存能力水平上。在圖2中用點13表達了這一點，該點大致對應于存儲催化器12’的初始老化狀態。
之后，由控制裝置18重新執行前面所述的診斷方法，從而又產生新的點13以及由此得到的另外一條線14。在點13′處由控制裝置18相應于線15重新實施存儲催化器12’的再生，它又使之到達點13″并因而大致到達其初始的儲存能力。
如已經解釋過的那樣，由于硫在存儲催化器12’中的沉積造成至此討論的老化。這里，硫存在于輸送給內燃機1的燃料和由此產生的廢氣之中。這種老化是可恢復的，并且能夠通過已經描述過的再生過程重復性地在很大程度上消除掉。
在上述可恢復的老化之外，存儲催化器12’也發生不可恢復的老化。其產生的原因是存儲催化器12’中持續性的裝載和卸載過程，最終它代表了存儲催化器12’的實際自然老化。
在圖2中，這種自然的、不可恢復的老化由一條線16示出。該線16由點13′、13、13″等確定出，它們總是剛剛完成了硫再生處理之后的存儲催化器12’的那些老化狀態點。
如從圖2中可看到的那樣，線16自點13″開始緩慢上升。線16的上升斜率大大低于線14的。直線16的升高意味著存儲催化器12’保持著的儲存能力越來越弱。這一點，同樣也說明存儲催化器12’通過一次硫再生處理獲得的儲存能力的恢復、即線15的長度越來越小。
如上所述，存儲催化器12’的儲存能力(由升高的直線16給出)的損失是不可恢復的。其后果是，儲存能力經長時間后趨于零。然后就必須更換存儲催化器12’。
如前所述，代表自然的、不可恢復的老化的直線16，其斜率大大低于由硫引發的、可恢復的老化過程所對應的直線14的斜率。通過這些不同的斜率，控制裝置18能夠將自然的、不可恢復的老化與由硫造成的可恢復的老化區分開來。
如上面同樣已經提到過的那樣，直線14的斜率對應于由硫造成的存儲催化器12’的老化。該斜率代表了導致由硫引發的老化的燃料中硫含量的一個量度。控制裝置18因而能夠從直線14的斜率確定所使用的燃料中的硫含量。
為此，控制裝置18求出在兩次前后相鄰的存儲催化器12’的硫再生處理之間的燃料消耗。另外控制裝置18還確定出使用確定的燃料時在一次再生處理時從存儲催化器12’排放出的硫量。可以將兩個點13″和13之間的差作為對于此的參量。根據這兩個值，控制裝置18計算出所使用的確定的燃料中的硫含量。必要時，在上述數值中一次確定可能就足夠了。
之后，控制裝置18確定出在前面計算出來的硫含量下所得到的直線14的斜率，從而建立起直線14的斜率與確定的燃料的硫含量之間的關系。在隨后某個時刻，由于改用另外的燃料等緣故從而使硫含量發生了變化，則直線14的斜率也隨之改變。這種變化被控制裝置18確認下來。根據變化后的直線14的斜率，控制裝置18隨后能換算出變化后的硫含量。
控制裝置18因而能夠從直線14的斜率確定出所使用燃料中的硫含量。
基于對所用燃料中硫含量的了解，控制裝置18能夠對存儲催化器12’的再生處理施加影響。依據所用燃料中的硫含量，能夠由控制裝置18來確定諸如再生處理的時間和/或再生處理的強度，尤其是投入的再生劑的溫度和量。
控制裝置18還特別能夠對內燃機1運行中硫在存儲催化器12’中的沉積進行模擬或建立模型。借助于所確定出的硫含量，控制裝置18可以基于內燃機1的其它工作參數在任何時刻計算出已經被帶入到存儲催化器12’中的硫量。由此，控制裝置18就能確定下一次對存儲催化器12’進行再生處理的時間和強度。
權利要求
1.運行特別是汽車的內燃機(1)的存儲催化器(12′)的方法，其中，存儲催化器(12’)裝載和排出氮氧化物，存儲催化器(12’)的儲存能力由于存在于所使用的燃料中的硫的影響而減弱，其特征為求出存儲催化器(12’)的多個老化狀態(點13)，并且由相鄰的老化狀態(點13)確定所使用燃料中的硫含量。
2.如權利要求1所述的方法，其特征為確定相鄰的老化狀態(點13)的斜率，并且根據該斜率確定硫的含量。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征為由兩次再生之間的燃料消耗以及一次再生處理中硫的排出量求出確定的燃料中確定的硫含量。
4.如上述權利要求1至3之一所述的方法，其特征為進行硫再生處理的時間根據硫的含量進行確定。
5.如上述權利要求1至4之一所述的方法，其特征為再生處理的強度根據硫的含量確定。
6.用于特別是汽車的內燃機(1)的一個控制裝置(18)的控制元件，尤其是閃速存儲器，其上存儲了一個程序，該程序可以在一個計算裝置上、尤其是在一個微處理器上運行，并且適用于執行如上述權利要求1至5之一所述的方法。
7.用于特別是汽車的內燃機(1)的控制裝置(18)，其中，內燃機(1)具有一個存儲催化器(12’)，它能夠裝載和排出氮氧化物，并且其儲存能力由于存在于所使用的燃料中的硫的影響而減弱，其特征為通過控制裝置(18)可以求出存儲催化器(12’)的多個老化狀態(點13)，并且由相鄰的老化狀態(點13)可以求出所使用的燃料中的硫的含量。
8.特別是用于汽車的內燃機(1)，帶有一個存儲催化器(12’)，它能夠裝載和排出氮氧化物，并且其儲存能力由于存在于所用燃料中的硫的影響而減弱，還具有一個控制裝置(18)，其特征為通過控制裝置(18)可以求出存儲催化器(12’)的多個老化狀態(點13)，并且由相鄰的老化狀態(點13)可以求出所使用的燃料中的硫含量。
全文摘要
描述了一種特別是用于汽車上的內燃機,它裝備有一個存儲催化器,后者能夠裝載和排出氮氧化物。通過控制裝置可以求出存儲催化器的多個老化狀態(點13)。通過控制裝置,由相鄰的老化狀態(點13)可以求出所使用燃料中的硫含量。
文檔編號F02D45/00GK1341191SQ00804196
公開日2002年3月20日 申請日期2000年11月18日 優先權日1999年12月31日
發明者埃伯哈特·施奈貝爾, 奧利弗·施勒西格, 安德烈亞斯·克林, 霍爾格·貝爾曼, 安德烈亞斯·布盧門施托克, 克勞斯·溫克勒 申請人:羅伯特·博施有限公司