专利名称：保护内燃机废气净化系统不热过载的方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的、尤其是汽车的内燃机的运行方法，该内燃机具有一个带有废气净化系统的废气装置，在这里，一个发动机λ值根据一个在该废气装置的至少一个临界位置上模拟的或测出的温度而如此不同于正常工作地被调整到一个取决于温度的发动机λ值，即当在该废气装置的所述至少一个位置上求出的温度高过一个预定的第一温度值时，废气温度被降低。
背景技术：
例如汽车的内燃机催化器在遇到高温时老化，在这里，起动性能恶化了，即只有在较高的催化器温度下才能达到相同的转换率，和/或最高转换率减小，所述最高转换率在三元催化器中对HC、CO和NOx来说通常高于99％。这一过程随着老化率增大而超比例地增强。
在内燃机的废气支管中，可能出现或许超过1000℃的很高的废气温度和催化器温度，这些温度可能在短暂的作用期间内以不允许的方式伤害到废气催化器，结果，无法再遵守排放极限值。尤其是在具有至少一个靠近发动机的催化器(预催化器或主催化器)的废气净化系统中，情况正是如此，这是因为通过短的非绝热废气管路也只能散走很少热量。
众所周知的是，在发动机至少近似全负荷运转时，废气温度由亚化学计算的发动机运转来限定。输入燃烧室中的燃油由于缺氧而没有充分燃烧。这样，燃烧室气体在输入同样能量时达到了较低的温度。燃油的蒸发焓附加地冷却了燃烧室气体。另外，在这种工作模式中，废气中的剩余氧减少，结果，在这个或这些催化器中产生更少的放热。
通常，预先规定出一个最大许可的废气催化器温度并且根据求出的废气催化器温度与最大许可的废气催化器温度之差来调定发动机λ值。还知道的是，附加检查一个或多个在废气净化系统的不同位置上的废气温度或催化器温度是否不同于预定的最大温度并且根据临界位置来调定发动机λ值。
不利的是，这些措施导致不希望的损耗增大。因此，力求尽可能限制这种部件保护措施的额外消耗。因此，例如在DE19609923中描述了过热保护措施的分级逐步实施的技术。首先，采取效果不太明显的第一措施，检查其在温度降低方面的效果，在这里，如果没有充分的温度降低效果，则采取产生明显效果的第二措施。这种方法的缺点是，要容忍废气净化系统的一定过载，以达到减少消耗的目的。
发明内容
本发明的任务是这样改善上述类型的方法，即在没有废气净化系统过载的情况下通过取决于废气温度和废气净化系统温度的发动机λ值调节来实现额外消耗的减少。
根据本发明，通过具有权利要求1特征部分特征的上述类型的方法来完成该任务。在从属权利要求中给出了本发明的有利实施形式。
本发明为此规定了，只有当求出温度高过预定第一温度值达到预定时间时，该发动机λ值才为了降低该废气温度从用于正常工作的值转变为一个取决于温度的发动机λ值。
这样做的优点是，可以发现暂时超过废气净化系统的极限温度(这在短时间里又通过随后的冷却阶段得以补偿)，因而，在那里没有发动机λ值与正常工作的区别，因此在整个工作中，借助改变发动机λ值由干预性不太强的部件保护措施导致了减少的燃油消耗。另外，在与部件保护相关地调节发动机λ值中获得了不同的温度临界点的不同权重并且被分为暂时负荷如加速过程时和长期负荷如在上坡的满负荷行驶时。
为了考虑在废气装置的不同点上的不同温度变化动态，为废气装置的不同临界位置选择不同的预定时间。例如，废气装置的临界位置离内燃机发动机体越近，则该预定时间被选择得越长。
最好确定在至少一个在一个主催化器/预催化器的上游、下游和/或之上的临界位置上的温度。
为防止废气净化系统的不可逆损伤，当在该预定时间中的求出温度超过一个预定第二温度值时，其中该第二温度值大于该预定的第一温度值，该发动机λ值在预定时间用完之前从用于正常工作的值转变为取决于温度的发动机λ值。
为了考虑在废气装置的不同位置上的不同温度变化动态，为该废气装置的不同临界位置，不同地选择该预定的第二温度值。例如，该废气装置的不同的临界位置越靠近该内燃机的一发动机体，则该预定的第二温度值被选择得越高。
适当的是，该发动机λ值马上或经过滤波地从正常工作值转入取决于温度的发动机λ值。
从从属权利要求以及以下结合附图对本发明的说明中得到了本发明的其它特征、优点和有利的实施形式，附图所示为图1表示在一预催化器之前的废气温度的第一温度变化曲线以及在按照本发明实施和没有实施对发动机λ值干预的情况下的发动机λ值随时间变化的曲线；图2表示在一预催化器之前的废气温度的第二温度变化曲线以及在按照本发明实施和没有实施对发动机λ值干预的情况下的发动机λ值随时间变化的曲线；图3表示在按照本发明实施和没有实施对发动机λ值干预的情况下的、在一预催化器和一主催化器之前的废气温度随时间变化的曲线。
具体实施例方式
根据本发明，温度的作用时间或者超过一个预定第一温度的作用时间被认定为用于调定发动机λ值的标准。对于一个预定时间，可以在没有预先规定一个非正常工作的且取决于温度的发动机λ值的情况下比一个持续负荷温度极限高出一个预定的温差。如果长时间保持温度过载，则马上或经过滤波地使发动机λ值转到取决于温度的发动机λ值，以避免或减少由持续热过载带来的损害。
另外，在求算取决于温度的发动机λ值时，要考虑在废气系统中的出现超温的地点。在气缸头附近，由于在此行程前的废气装置热惯性仍然较小，所以存在一个很快速地跟随负荷变化的温度动态，这个温度动态在下游且尤其是在这个或这些催化器之后进一步明显减小。因此，在一个靠近发动机的预催化器之前的加热和冷却过程要比在一远离发动机设置的大体积主催化器的中央更快速地结束。因而，可以允许在一靠近发动机的第一催化器上游的废气中的温度过载存在一段比在废气装置的随后的临界位置上的温度过载更长的时间，这是因为，在负荷或转速不利地变化时或在一个靠近发动机的位置上调节一个取决于温度的发动机λ值时，可估计出现更快速的冷却和进而消除所述临界情况。
但如果测量温度已在预定时间内超过一个预定的第二温度值，该第二温度值大于该测量点的预定的第一温度值，即换句话说，当在测量温度与预定第一温度值之间的温差大于一预定值时，则在该预定的时间用完之前已调节出该取决于温度的发动机λ值以便排除不可逆的催化器损伤是有意义的。
图1、2用曲线示出了按照本发明的动态的部件保护。在这里，在一水平坐标轴10上画出了时间，在一条第一垂直坐标轴12上画出了在预催化器之前的废气温度，在一条第二垂直坐标轴14上画出了发动机λ值。在坐标轴14上的值16对应于等于1的发动机λ值，线18对应于预定的第一温度值(在这个例子中是900℃)，线20对应于预定的第二温度值(在这个例子中是940℃)。曲线22表示在没有部件保护干预情况下的废气温度随时间变化的过程，曲线24表示在按照现有技术实施部件保护干预情况下的废气温度随时间变化的过程，曲线26表示在按照本发明方法实施部件保护干预情况下的废气温度随时间变化的过程。曲线28表示在没有部件保护干预情况下的发动机λ值的变化过程，曲线30表示在按照现有技术实施部件保护干预情况下的发动机λ值的变化过程，曲线32表示在按照本发明方法地实施部件保护干预情况下的发动机λ值的变化过程。标记34表示一个第一时刻T0，标记36表示一个第二时刻T1，标记38表示一个第三时刻T2，标记40表示一个第四时刻T3，标记42表示一个第五时刻T4。在图2中，标记44表示一个第六时刻TKR。在第三和第四时刻38、40之间的时间差等于预定的时间46。
图1用曲线图示出了在时刻T034的部分负荷-满负荷的负荷跃升，例如当驶入一道长长的陡坡时。该废气净化系统例如包括一个靠近发动机的预催化器和一个布置在远下游的主催化器，在这里，图1示出了在预催化器之前的、废气温度(轴线12)随时间变化的过程。废气温度在预催化器之前在时刻T0 34之后因负荷在该时刻T0 34的跃升而快速升高并且在时刻T1 36接近一个呈等于900℃的预定第一温度值18形式的临界温度极限。在现有技术中(曲线24、30)，发动机λ值(曲线30)从时刻T1 36起已被调整到小于1(曲线24)，以便可靠地排除大于900℃的废气温度。按照本发明的方法，首先在时刻T2 38和T3 40之间的一段时间间隔46中检查是否超过了温差极限40K或者预定的第二温度值940℃。在根据图1的这个例子中，没有超过上述值，所以在过了如5秒时间间隔46之后，通过在时刻T3 40后逐步(或立刻)调整出一个相应的发动机λ值(曲线32)，废气温度(曲线26)降低到持续负荷极限18之下。因此，由发动机λ值改变引起的额外消耗在一个随后的时刻才发生。总之，废气温度(曲线26)在T2 38至T4 42的时段中位于持续负荷极限18之上。
在根据图2的替换例子中，还在时间间隔46内，在时刻TKR 44超过温差极限(严格的极限值)或者预定的940℃的第二温度值20，并且发动机λ值(曲线32)以陡斜的梯度被调到低于持续负荷极限18所需的值。因而，T2 38至T4 42的时段比在根据图1的例子中的短。
图3示出了不同时间间隔(预定时间)对用于废气装置中的两个不同位置或者测量点的热过载公差的意义。在一垂直坐标轴48上画出了温度，在一水平坐标轴40上画出了时间。线52表示预催化器的最大许可温度，线54表示主催化器的最大许可温度。线56表示在没有部件保护干预下的、在预催化器之前的废气温度变化过程，线60表示在采取本发明的部件保护干预情况下的、在预催化器之前的废气温度变化过程。曲线62表示没有部件保护干预时的、在主催化器之前的废气温度的变化过程，曲线64表示在采取按照现有技术的部件保护干预情况下的、在主催化器之前的废气温度变化过程，曲线66表示在采取本发明的部件保护干预情况下的、在主催化器之前的废气温度变化过程。
尽管在预催化器之前(曲线60)发动机λ值(曲线64)的设定变化因废气装置的热惯性小而很快造成温度降低，但在位于主催化器中央的一个测量点上，即便在超过一个临界的温度极限54之后马上调节出一个取决于温度地低的发动机λ值时，也只考虑部件温度的缓慢递减。在这里，长的时间间隔会增大热过载的风险。
对预催化器之前的废气温度(曲线60)来说，在负荷跃升之后在时刻TA 68超过持续负荷极限52，并且在时刻TB 70开始实施部件保护。在时刻TC 72，废气温度又在持续负荷极限52之下。
对主催化器中的温度(曲线64)来说，在同样的负荷跃升后，在时刻TA′74开始实施部件保护。从时刻TA′74到时刻TB′76的时间间隔等于从时刻TA 68至时刻TB 70的时间间隔。温度因前置废气装置的热惯性较高而比在预催化器之前的废气温度更缓慢地升高。但由此一来，冷下来的时间更长，并且总体上讲，对部件很关键的从时刻TA′74到时刻TC′78的时间间隔(曲线64)比从时刻TA 68到TC72的时间间隔长。尤其是对温度敏感的NOx积蓄型催化器受到长期作用的强烈伤害，即便是温度峰值比预催化器之前的废气温度(曲线60)相比少超过持续负荷值54。在本发明的方法中，根据曲线66，温度峰值和温度超出时间(在时刻TA′74到时刻TC″80之间的时间间隔)小了许多。
权利要求
1.一种尤其是汽车的内燃机的运行方法，该内燃机具有一个带有废气净化系统的废气装置，在这里，一个发动机λ值根据一个在该废气装置的至少一个临界位置上的模拟的或测出的温度而如此不同于正常工作地被调整到一个取决于温度的发动机λ值，即当在该废气装置的所述至少一个位置上求出的温度高过一个预定的第一温度值时，废气温度被降低，其特征在于，只有当测量温度已高过该预定的第一温度值达到一预定时间时，该发动机λ值才为了降低该废气温度而从用于正常工作的值变为一个取决于温度的发动机λ值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为该废气装置的不同的临界位置，不同地选择该预定的时间。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该废气装置的临界位置越靠近该内燃机的一发动机体，该预定时间被选择得越长。
4.至少如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，该求出的温度是在至少一个在一个主催化器的上游、下游和/或该主催化器之上的临界位置上确定的。
5.至少如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，该求出的温度是在至少一个在一个预催化器的上游、下游和/或该预催化器之上的临界位置上确定的。
6.至少如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，当在该预定时间中求出的温度超过一个预定的第二温度值时，其中该第二温度值大于该预定的第一温度值，则该发动机λ值在预定时间用完之前从用于正常工作的值转为取决于温度的发动机λ值。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，为该废气装置的不同临界位置，不同地选择该预定的第二温度值。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，该废气装置的该临界位置越靠近该内燃机的一发动机体，则该预定的第二温度值被选择得越高。
9.至少如权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，该发动机λ值马上或经过滤波地从正常工作值转变为取决于温度的发动机λ值。
全文摘要
本发明涉及一种尤其是汽车的内燃机的运行方法，该内燃机具有一个带有废气净化系统的废气装置，其中一个发动机λ值根据一个在该废气装置的至少一个临界位置上的模拟的或测出的温度而如此不同于正常工作地被调整到一个取决于温度的发动机λ值，即当在该废气装置的所述至少一个位置上求出的温度高过一个预定的第一温度值时，废气温度被降低。在这里，只有当测量温度已高过该预定第一温度值达到一预定时间时，该发动机λ值才为了降低该废气温度从用于正常工作的值变为一个取决于温度的发动机λ值。
文档编号F02D41/04GK1561434SQ02819135
公开日2005年1月5日 申请日期2002年9月6日 优先权日2001年9月27日
发明者E·波特, M·齐尔默, M·林劳 申请人:大众汽车有限公司