用于加热具有奇数数量的汽缸的内燃机的至少一个催化器的方法与流程

本发明涉及一种根据独立权利要求所述的用于加热具有奇数数量的汽缸的内燃机的至少一个催化器的方法。此外，本发明还涉及一种计算机程序，所述计算机程序设立用于执行所述方法中的一个方法。

背景技术：

目前利用多样的发动机的措施实施了催化器加热，以便将催化器尽可能快地带入到它的废气最优的温度窗口中，以便将排放降到最低并且保证催化器的高的效率。为了例如也在发动机起动之后在催化器的转化窗口之内达到最优的运行点，采取了另外的发动机的措施，以便保持催化器温热。这些措施之一例如是λ分离。在此，汽缸交替地围绕已知的因数贫油（mager）以及富油（fett）地运行。

de1320890b4公开了一种用于加热在燃烧马达（12）的废气中的至少一个催化器（36、38）的方法，所述内燃机利用外源点火以及直接将燃料喷射到至少一个燃烧室（11）的空气充气中工作，所述方法通过在所述至少一个燃烧室（11）中交替地产生贫油的燃烧室充气和富油的燃烧室充气来实现，其中所述燃烧马达（12）在第一运行方式中以分层的燃烧室充气运行并且在第二运行方式中以均质的燃烧室充气运行，其中贫油的燃烧室充气在所述第一运行方式中产生，并且富油的燃烧室充气在第二运行方式中产生，并且其中富油的燃烧室充气的外源点火（65）相比于贫油的燃烧室充气的外源点火（63）推迟地进行，其特征在于，外源点火（65）的推迟这样地分配，以至于从贫油的燃烧室充气的燃烧和富油的燃烧室充气的燃烧得出同样的力矩。

ep0902172a2公开了一种用于运行多缸的内燃机的方法，该内燃机具有汽油直喷到汽缸中的功能，在该方法中，为了汽油在排气装置内的后燃，至少一个汽缸从一个循环到另一个循环交替地在大于或者小于或者有时等于1.0的λ值中运行，并且至少另一个汽缸从一个循环到另一个循环交替地在小于或者大于或者有时等于1.0的λ值中运行。由此在内燃机的排气装置之内可以发生后燃，所述后燃没有附加的喷射和点火装置、没有二次空气泵以及没有昂贵的依赖于温度的调节也能行得通。

在具有奇数的汽缸数量的发动机中，每个循环变换的空气/燃料比λ的固定的配置强制地导致：由于汽缸的奇数的数量，均匀分布是不可能的，以至于出现了不希望有差别的扭矩。

由于不同的空气/燃料比λ以及主要是通过汽缸的不相等的数量，汽缸的由汽缸提供的扭矩在从没有λ分离的正常运行到具有λ分离的运行过渡时发生变化。这样的变化可以由驾驶员所感觉到。

技术实现要素：

在该背景下，本发明的任务在于：提供具有奇数数量的汽缸的内燃机的至少一个催化器的最优的加热，其中所有的汽缸用于加热催化器。

本发明涉及用于加热具有奇数数量的汽缸的内燃机的至少一个催化器的方法和装置以及在存储介质上的用于实施该方法的计算机程序。有利的改进方案是独立权利要求的主题。

在第一方面，本发明涉及一种用于加热具有奇数数量的汽缸的内燃机的至少一个催化器的方法，其中两个相继的汽缸以能够预先规定的点火顺序形成一对，其中该对的一个汽缸在大于一的空气/燃料比中运行，并且该对的另一个汽缸以小于一的空气/燃料比运行，其中该对的整体的空气/燃料比得出能够预先规定的值。

在这种情况下特别有利的是：通过汽缸以大于和小于一的空气/燃料比的交替的运行并且通过两个相继的汽缸的成对的结合以及通过对于用于该对的联合的空气/燃料比的预先规定，可以保证所述内燃机的良好的运转平稳性，因为扭矩不相等性均匀地分布到加热过程上。因此用于具有奇数数量的汽缸的内燃机的、特别是用于具有三个汽缸的内燃机的催化器加热是可能的，车辆驾驶员没有感觉到不期望的扭矩扰动或者内燃机的运转平稳性被干扰。也就是说，所有的汽缸特别是以点火顺序在加热过程上进行参与，以至于能够更快地达到催化器的加热。

此外可以规定，用于所述对的整体的空气/燃料比的能够预先规定的值是一。

这在使用三元催化器时是特别有利的，因为在这种情况下可以保证对于由内燃机产生的有害物质的高的转化。

通过汽缸的交替地贫油和富油的运行达到：每两个汽缸的废气在总和上得出期望的空气/燃料比并且因此达到最好可能的废气转化。

在另一方面，在燃烧循环中的剩余的汽缸与来自接着的燃烧循环的汽缸特别地以汽缸的能够预先规定的点火顺序形成一对。通过形成该对可以保证所述具有奇数数量的汽缸的内燃机的均匀的运转平稳性。

此外，该对的一个汽缸根据第一因数以小于一的空气/燃料比运行并且该对的另一汽缸根据第二因数以大于一的空气/燃料比运行。

此外，第一因数根据与能够预先规定的最大的阈值的比较、特别是通过空气/燃料比进行限制。

这具有特别的优点：效率和燃烧极限通过对于第一因数的限制可以被遵守。通过考虑到进行限制的空气/燃料比阻止了：在整体λ变化时，富油的汽缸的λ位于通过燃烧极限、点火角度调节范围以及有时出于机动性原因所预先规定的范围之内。

此外，第二因数根据与能够预先规定的最小的阈值的比较、特别是通过空气/燃料比进行限制。

通过限制第二因数可以遵守内燃机的安全的运行以及遵守燃烧极限。通过考虑到进行限制的空气/燃料比阻止了：在整体λ变化时，贫油的汽缸的λ位于通过燃烧极限、点火角度调节范围以及有时出于机动性原因所预先规定的范围之内。

在一种改进方案中，确定了用于至少一个催化器的氧气填充水平的值，并且当所述用于至少一个催化器的氧气填充水平的值超过所述能够预先规定的阈值时，所述至少一个催化器的加热的过程以小于一的空气/燃料比开始。

如果所述至少一个催化器已经存入足够的氧气，特别有利的是：催化器加热（katheizen）的过程以小于一的空气/燃料比开始，因为已经存在氧气作为用于加热过程的反应组分。由此阻止了：催化器的氧气存储填充水平进行到它的极限上并且催化器的废气转化下降。

在一种灵活的改进方案中，确定了用于所述至少一个催化器的氧气填充水平的值，并且当所述用于至少一个催化器的氧气填充水平的值低于所述能够预先规定的阈值时，所述至少一个催化器的加热的过程以大于一的空气/燃料比开始。

这是有利的，因为因此可以有效地实施对于催化器的加热。由此可以阻止：催化器的氧气存储填充水平进行到它的极限上并且催化器的废气转化降低。

有利地，所述内燃机在均质的运行状态中运行。

在另一方面，所述内燃机可以是汽油直喷的和/或燃气运行的内燃机、特别是利用液化石油气（lpg-liquefiedpetroleumgas）或者利用压缩的天然气（cng-compressednaturalgas）运行的内燃机。

在另外的方面，本发明涉及一种装置、特别是控制器和计算机程序，它们被设立、特别是被编程用于实施所述方法中的一种方法。在又一另外的方面，本发明涉及一种机器可读的存储介质，在所述机器可读的存储介质上存储了所述计算机程序。

附图说明

下面参考附图并且借助于实施例进一步地说明本发明。其中：

图1示出了具有直喷和排气装置的内燃机的示意图，该排气装置具有催化器；

图2示出了用于加热具有奇数数量的汽缸的内燃机的至少一个催化器的方法的示例的流程；并且

图3示出了两个燃烧循环。

具体实施方式

在图1中示出了具有直喷和排气装置的内燃机10的示意图，所述排气装置具有催化器。所述内燃机10具有至少一个燃烧室11，所述燃烧室被活塞12可移动地密封。燃烧室11的充气的变换通过至少一个进气阀6以及至少一个排气阀7进行控制。进气阀6由进气阀调节器4操纵，并且排气阀7由排气阀调节器5操纵。进气阀调节器4以及排气阀调节器5不仅可以通过凸轮轴作为机械的调节器实现，也可以通过电调节器或者气动调节器实现。

活塞12在进气阀6打开时从进气管13抽吸空气。在抽吸过程期间和/或在接着的压缩过程期间，燃料通过喷射阀8直接配给到燃烧室11中。所产生的能够燃烧的混合气在燃烧室11中利用火花塞9点燃（外源点火）。

当排气阀7打开时，燃烧过的废气由燃烧室11排出到排气装置中。催化器18位于排气装置下游，也就是说位于排气管道17下游。所述催化器18可以例如由三个支撑结构20、21以及22组成，所述支撑结构不同之处在于它们的催化涂层。该催化器18优选地构造成三元催化器，并且在空气/燃料比例λ等于一的情况下调节。备选地或者附加地，也可以前后串联或者相互并联地布置多个催化器。在λ等于一的情况下调节时，内燃机10交替地以氧气过剩和氧气不足运行，其中富油-贫油变换的周期时间位于秒区域中。在这种情况下，所述催化器18在氧气过剩阶段存储氧气和氮气，并且在氧气不足阶段将所述氧气和氮气与后面在废气中包含的碳氢化合物和一氧化碳催化地反应生成二氧化碳、水以及氮气。在这种情况下也称为存储式催化器18。

而如果内燃机10更长时间地以贫油的混合气、也就是说以氧气过剩运行，那么增加地排放的氮氧化物被在催化器18中的支撑结构20、21以及22的催化涂层吸收并且以硝酸盐氮（stickstoffnitraten）的形式存储。

这种硝酸盐氮通过内燃机10以富油的混合气的短时间的运行又被分解。与λ=1调节相反，催化器18的运行所利用的贫油阶段和富油阶段不是近似对称的。催化器18可以针对处于分钟的数量级的时间段将氧气和氮氧化物存储起来并且将所述氧气和氮氧化物在处于秒的数量级的时段以被转化了的形式再次放出。由此，内燃机10可以在总计上贫油地运行，而在贫油运行中增加地排放的氮氧化物没有以更大的量到达到环境中。

备选地，催化器18也可以是颗粒催化器或者三元催化器。

内燃机10的控制通过控制器100来实现，该控制器至少处理空气质量流量计1的信号、与传感轮14共同作用的转速传感器15的信号以及驾驶员期望发送器24的信号。此外，控制器100可以被输送第一废气传感器23的信号、第二废气传感器19的信号以及另外的没有被示出的关于在内燃机10或者排气装置的范围中的压力和/或温度的传感器的信号。由这些以及必要时另外的输入信号，控制器100形成了控制信号，利用所述控制信号，内燃机10可以相应于驾驶员期望和/或相应于预先编程的要求运行。

因此可以例如通过节气门2的位置在内燃机10的均质运行中调节燃烧室11的充气量，所述节气门由节气门调节器3操纵。在均质运行中，由内燃机10产生的扭矩基本上由燃烧室充气量的质量和所选择的点火时刻所确定。在分层运行中，内燃机10与之相对地很大程度上利用打开的节气门2以及燃烧室11的最大的利用空气的燃烧室充气量不被限制地工作。在这种情况下，由内燃机10产生的扭矩基本上由喷入的燃料质量和点火时刻所确定。

在图2中示出了用于加热具有奇数数量的汽缸的内燃机10的至少一个催化器18的方法的流程图。所述方法也可以用于具有奇数数量的具有多于三个的汽缸（5、7、9…个汽缸）的汽缸的内燃机10。所述内燃机10可以此外使用燃气运行的内燃机10，例如以下内燃机：该内燃机利用液化石油气（lpg-liquefiedpetroleumgas）或者利用被压缩的天然气（cng-compressednaturalgas）或者作为混合利用汽油和燃气运行。

以下描述用于具有三个汽缸的内燃机10的实施例。

在第一步骤500中，借助于温度传感器或者温度模型确定催化器18的温度。如果催化器18的所确定的温度值在能够预先规定的第一阈值（例如500℃）之下、并且在能够预先规定的第二阈值（例如在200到250℃之间）之上，那么催化器18必须被加热，以便达到最小温度，在该最小温度中，所述催化器可以保证它的催化效果。优选地，用于所述催化器的运行温度位于大约500℃。

作为备选的或者附加的用于决定所述催化器18是否必须加热的标准，可以例如执行内燃机10的运行状态的评价，例如识别内燃机10的冷起动。内燃机10的这种运行状态可以例如通过在控制器100中存储的信息实现。

催化器18的加热通过燃料在排气装置内的后燃来实现。

对此执行用于内燃机10的汽缸的λ分离。也就是说，内燃机10的汽缸交替地围绕已知的因数贫油或者富油地、也就是说利用大于或者小于一的空气/燃料比λ运行。

由于汽缸的奇数数量，不同的空气/燃料比λ的分布在一个燃烧循环中强制地导致在存在的汽缸上的分配的不平均。优选如下地理解“一个燃烧循环”：每个汽缸以能够预先规定的点火顺序运行一次，特别是对于4冲程或者2冲程的运行。

对于具有三个汽缸的内燃机10，在一个燃烧循环中，两个汽缸以大于一的空气/燃料比λ运行，并且一个汽缸以小于一的空气/燃料比λ运行或者反之。

如果催化器18的温度位于能够预先规定的第一阈值之上并且在能够预先规定的第二阈值之下，那么继续进行到前面的步骤500中。

如果在步骤500中识别到：要求催化器18的加热过程，那么在步骤510中要求对于三个汽缸的空气/燃料比λ的不同的分配。这个过程也被称为λ分离。

空气/燃料比λ的分配主要根据内燃机10的当前的运行参数。对于空气/燃料比λ以及空气/燃料比λ的分配有很大的影响的运行参数例如是：内燃机10的转速和扭矩以及能够预先规定的目标催化器温度与催化器18的目前的温度的差值。

在步骤510中，对于所述奇数数量的汽缸的分配现在如下地进行。以能够预先规定的点火顺序、特别是反复的点火顺序开始，对于所述汽缸，每两个汽缸形成一对，其中所述对的一个汽缸在大于一的空气/燃料比λ中运行，并且所述对的另一个汽缸以小于一的空气/燃料比λ运行，使得整体的空气/燃料比λges特别是在汽缸对上平均得出能够预先规定的特别是一的值。

在图3中总共示出了两个燃烧循环（a；b）。可能的用于第一燃烧循环（a）的点火顺序以汽缸1开始并且然后跟着汽缸2和汽缸3。第二燃烧循环b那么又以汽缸1开始，跟着是汽缸2和3等等。

根据在第一燃烧循环a中被调节的用于汽缸1的空气/燃料比λ，也即以大于或者小于一的空气/燃料比λ，用于在点火顺序中的接着的汽缸的空气/燃料比λ被确定，以使得汽缸一直以交替的大于或者小于一的空气/燃料比λ运行。

从一个燃烧循环到接着的燃烧循环，用于每个汽缸的空气/燃料比λ进行交替。

也就是说，以大于一的空气/燃料比λ运行的汽缸在接着的燃烧循环中以小于一的空气/燃料比λ运行并且反之亦然。

在图3的例子中，点火顺序的第一汽缸1以大于一的空气/燃料比λ运行。由此得出：汽缸2以小于一的空气/燃料比λ运行。接着，汽缸3又以大于一的空气/燃料比λ运行等等。

对于唯一的燃烧循环可以简单地识别出：汽缸1、2和3的这样的运行导致了空气/燃料比λ的不平均。

这种不平均那么以此来消除：在能够预先规定的点火顺序中两个相继的汽缸形成一对，以使得整体的空气/燃料比λges特别是在汽缸对上平均得出能够预先规定的特别是一的值。在燃烧循环a中，汽缸1与汽缸2形成第一对70。在第一燃烧循环a中的汽缸3然后与来自燃烧循环b的汽缸1形成第二对80，跟着是由第二燃烧循环b中的汽缸2和汽缸3组成的第三对90。能够容易理解的是：内燃机10的每个汽缸从一个燃烧循环到接着的燃烧循环交替地以大于或者小于一的空气/燃料比λ运行。

通过汽缸的空气/燃料比λ的以大于和小于一的空气/燃料比λ的这种反复的变换以及汽缸的成对的分配可以保证用于具有奇数数量的汽缸的内燃机10的良好的运转平稳性，以使得不同的扭矩均匀地并且几乎不可察觉地分布。此外改善了废气转化。

对于这种方法的应用主要适合用于内燃机10的均质的运行，以使得空气/燃料比λ优选地在0.8和1.2之间变化，也就是说在空气/燃料比λ接近一的情况下运行。

优选地，第一汽缸在激活催化器18的加热过程后以富油的空气/燃料比λ、也就是说以小于一的空气/燃料比λ开始。

用于汽缸的λ分离通过特性曲线族调节，所述特性曲线族根据例如内燃机10的转速和/或扭矩和/或目前的用于催化器18的温度调节确定分离因数。

所述分离因数在此对于一个汽缸对如下地进行计算：

（1）

（2）

（3）

其中λgesamt描述了用于所述汽缸对的空气/燃料比，faktor富油描述了用于以小于一的空气/燃料比运行的汽缸的因数，并且faktor贫油描述了以大于一的空气/燃料比运行的汽缸的因数。优选地，因数一直从富油地运行的汽缸出发通过控制器100确定。

所述faktor贫油在此描述了利用大于一的空气/燃料比λ的因数，并且faktor富油描述了利用小于一的空气/燃料比λ的因数。备选地或者附加地，在步骤520中，所述两个因数faktor富油和faktor贫油可以附加地通过分别与阈值进行比较来限制。

如果所述faktor富油超过能够预先规定的阈值，那么可以例如预先规定用于faktor富油的能够预先规定的最大的替代值，例如得出最大的0.8的空气/燃料比λ的值。在有效地限制faktor富油时，faktor贫油必须相应于方程（2）同样地进行匹配。

如果所述faktor贫油低于能够预先规定的阈值，那么可以例如预先规定用于faktor贫油的能够预先规定的最小的替代值，例如得出最小的1.1或者1.2（用于cng）的空气/燃料比λ的值。

在有效地限制faktor贫油时，faktor富油必须相应于方程（2）同样地进行匹配。

对于有待调节的空气/燃料比λ的因数的限制产生了附加的安全性，因为可以监视汽缸的燃烧极限并且阻止太少的用于燃烧的喷射时间，以至于能够保证内燃机10的机动性。

备选地或者附加地，在步骤530中可以借助于在控制器100上确定的、用于催化器18的氧气负载的模型决定：催化器18的加热过程的开始的汽缸应该以大于还是小于一的空气/燃料比运行。

在控制器100中为此确定了用于催化器18的氧气负载的实际值。

如果用于催化器18的氧气负载的实际值超过能够预先规定的阈值，那么催化器18已经存储了足够的用于加热过程的氧气量，以至于加热过程能够以富油的燃烧、也就是说以小于一的空气/燃料比λ开始。

如果用于催化器18的氧气负载的实际值低于能够预先规定的阈值，那么催化器18当前已经存储氧气量或者没有存储氧气量，以至于加热过程以贫油的燃烧、也就是说以大于一的空气/燃料比λ开始，以使得催化器18首先被输送氧气，以便尽可能快的放热地进行的化学反应成为可能。在步骤540中然后通过控制器100确定用于当前的汽缸的目标燃料量，并且接着乘以用于该汽缸的预先规定的分离因数。如果汽缸应该以大于一的空气/燃料比运行，那么使用faktor贫油。如果当前的汽缸以小于一的空气/燃料比运行，那么使用因数faktor富油。

接着，对的另一汽缸以对于该汽缸确定的因数运行，以至于整体的空气/燃料比λges特别是在该汽缸对上平均得出特别是一的能够预先规定的值。

接着可以将催化器18的当前确定的温度与待达到的目标催化器温度相比较。如果催化器18的当前的温度位于目标催化器温度之下，那么继续进行催化器18的加热。

如果催化器18的当前的温度大于或者等于目标催化器温度，那么催化器加热结束并且可以在步骤500中继续进行。