用于使颗粒过滤器再生的方法和具有颗粒过滤器的内燃的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于使颗粒过滤器(PF)再生的方法和内燃机，其中，在定期再生阶段期间，依靠烧掉已经沉积在颗粒过滤器(PF)中的积碳颗粒来执行再生。在内燃机(1)的运行期间，基于特性图、特别是基于之前针对内燃机(1)的不同的发动机运行范围按经验建立的特性图来确定积碳沉积物的活性(SR)。
【专利说明】用于使颗粒过滤器再生的方法和具有颗粒过滤器的内燃机
【技术领域】
[0001]涉及根据专利权利要求1的前序部分的用于使颗粒过滤器再生的方法，并且涉及根据专利权利要求7的具有颗粒过滤器的用于执行该方法的内燃机。
【背景技术】
[0002]柴油发动机的排气净化装置一般包括颗粒过滤器，在颗粒过滤器中，阻止在燃料燃烧期间形成的且包含在排气流中的积碳颗粒传送到环境中。随着运行持续时间逐渐增力口，颗粒过滤器越来越多地加载积碳颗粒，并且必须使颗粒过滤器再生，以便保持其有效性。为此，提供再生阶段，在再生阶段内，烧掉积碳颗粒。传统上，为了实现这个目的，在提供的柴油氧化催化转换器上游将燃料供应到排气流，使得在柴油氧化催化转换器中发生反应，从而使排气流的温度升高。然后温度已经升高的热的排气流使颗粒过滤器中的积碳颗粒烧掉。
[0003]积碳颗粒的烧掉取决于颗粒沉积在颗粒过滤器中的积碳的活性，使得可使用对应地较高或较低的排气温度来烧掉积碳颗粒。还可按照沉积在颗粒过滤器中的积碳颗粒的积碳量和积碳状况来限定再生时间区间的频率。
[0004]DE 10 2005 046 830 Al公开了一种用于运行具有颗粒过滤器的内燃机的方法，在该方法中，操纵内燃机中的燃料燃烧，使得未完全石墨化的积碳颗粒沉积在颗粒过滤器中。借助于升高排气流的温度，则可点燃所述积碳颗粒，以便启动再生阶段。
【发明内容】
[0005]本发明基于详细说明使内燃机的颗粒过滤器再生的方法的目标，在该方法中，可考虑以取决于不同的运行状态的方式所形成的积碳沉积物的状况和/或量。
[0006]借助于专利权利要求1中详细说明的特征来实现所述目标。在从属权利要求2至9中公开根据本发明的方法的特别有利的改进。
[0007]根据专利权利要求1的特征部分，能够在内燃机的运行期间，基于特性图来确定积碳沉积物的活性。优选已经在之前针对内燃机的不同的发动机运行范围按经验建立了所述特性图，但如何合适的话，也可备选地或另外地在内燃机的规定运行阶段期间特别是基于内燃机的某些计算出的和/或检测到的运行参数建立特性图。例如可在发动机测试台上用颗粒过滤器中的积碳沉积物的对应的实验室测试，优选地按经验确定颗粒过滤器中的积碳沉积物的状况。这里，例如可执行实验来确定在满负载或者预先限定的不同的部分负载范围时的积碳沉积物的状况。可使用实验室技术，测试沉积积碳组分的活性。此外，确定沉积积碳颗粒的活性是可行的，因为在某个运行持续时间之后，排气流的温度升高到增大的值，直到积碳颗粒点燃为止。可基于这里介绍的排气温度来推断沉积积碳颗粒的活性。
[0008]大体上，积碳活性可分成高活性(温度T小于或等于550°C )，活性(温度T大于550°C小于或等于600°C )和弱活性(温度T大于600°C )，其中，T被定义为在具有5%的氧的气氛中烧掉最多的温度。以上和以下关于积碳的活性的程度所作的陈述优选在各种情况下都涉及积碳活性的这个定义。
[0009]如果针对不同的发动机运行范围，积碳沉积物的活性值存储在特性图中，则在正常运行中，非常容易且连续地确定沉积在颗粒过滤器中的积碳颗粒的活性是可行的。由于知道沉积积碳颗粒的活性，可行的是以针对性的方式且特别是以与沉积积碳颗粒的活性相一致的方式提高排气流的温度，以便启动再生阶段。这里，特别可行的是避免为了启动再生阶段而需要不必要的高排气温度，由此避免为了增加排气而供应不必要的大量燃料是可行的。
[0010]当达到颗粒过滤器中的预先限定的最大积碳量(也可被称为积碳负载)时，借助于排气温度的提高来启动再生阶段。但是，这里也可行的是考虑沉积积碳颗粒的活性，因为在颗粒过滤器部分地填充有明确地大量的活性积碳或高活性积碳的情况下，在明确预定的低排气温度下执行额外的再生是有利的。低排气温度优选为最高450°c,最优选介于250°C和450°C之间。这个措施还有助于优化再生阶段。
[0011]相比之下，在颗粒过滤器完全填充有活性弱或低的积碳的情况下，必须在明确预定的高排气温度、优选高于450°c的高排气温度、最优选450°C至600°C的高排气温度下执行再生，这需要使用对应的额外的燃料。
[0012]相比之下，在颗粒过滤器完全填充有活性积碳或高活性的沉积积碳的情况下，可在较低的排气温度下执行再生。低排气温度优选为最高450°C,最优选介于250°C和450°C之间。
[0013]通过使排气温度适应沉积积碳的当前活性，为了执行再生阶段而最佳地调节排气温度是可行的，由此可将为此所需的额外燃料使用量局限于在各种情况下需要的燃料量。可借助于进入排气流中的针对性的燃料供应来控制过程温度。
[0014]本发明的一个改进使得，在额外的操纵阶段期间，以针对性的方式将活性高的积碳引入到颗粒过滤器中。这里，可基于通过本发明检测到积碳沉积物的活性来限定额外的操纵阶段。如果在颗粒过滤器中存在活性高的积碳沉积物，则用额外的操纵阶段分配积碳沉积物是可行的。相比之下，如果活性非常低的积碳沉积在颗粒过滤器中且颗粒过滤器接近满负载状态，则实现对应的额外的操纵阶段可为有利的。然后额外的操纵阶段可用来将活性高的积碳引入到颗粒过滤器中，以便从而有利于影响后面的再生阶段。
[0015]本发明基于详细说明具有颗粒过滤器的内燃机的另一个目标，借此，可执行的根据本发明的用于使颗粒过滤器再生的方法。
[0016]借助于专利权利要求10的特征来实现所述目标。在从属权利要求11和12中公开根据本发明的内燃机的特别有利的改进。
[0017]根据专利权利要求10的特征部分，内燃机具有控制器，控制器监测引入到颗粒过滤器中的积碳，并且连接到特性图存储器上，描绘颗粒过滤器中的积碳负载的积碳活性的特性图存储在特性图存储器中。控制器确定待执行的再生阶段的时间和温度。基于特性图数据，可根据正在进行的发动机运行而评价引入的积碳的活性。控制器可为已经存在的、提供来控制排气净化系统的控制装置的一部分。照这样，在考虑到特性图数据的情况下，以较简单的方式执行根据本发明的方法是可行的。
[0018]还可使得，在操纵阶段内，基于沉积在颗粒过滤器中的积碳的活性，控制器规定何时以及以何种强度执行操纵阶段。
[0019]内燃机优选作为驱动发动机布置在机动车辆中，使得用根据本发明方法来在所需再生阶段方面优化排气净化系统的运行成为可能。因而节约了燃料且减少了环境污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]将基于图中示出的示例性实施例，在下面更详细地阐明本发明，其中:
图1至图4显示积碳活性随内燃机的不同的运行参数而改变的不同的特性曲线，
图5显示执行再生阶段的流程图，以及
图6显示具有柴油氧化催化转换器和颗粒过滤器的内燃机的方框线路图。
【具体实施方式】
[0021]图1中示出的特性曲线以简化形式显示了积碳活性SR随内燃机的发动机速度η改变的分布。在这种情况下，积碳活性SR是由内燃机产生且沉积在颗粒过滤器中的积碳的活性的度量。活性SR高的积碳比活性低的积碳需要更低的激活能量。这里，激活能量是触发反应所必须施加的能量，在当前情况下，激活能量对于在颗粒过滤器中启动再生阶段是至关重要的。
[0022]如果内燃机以高的速度η运行，则这对积碳活性有有利影响。图2中示出的特性曲线显示了积碳活性SR随燃料喷射量FI而改变的分布。图3的特性曲线显示积碳活性SR随喷射时间h改变，其中，在早的喷射时间里，积碳活性低，而在晚的喷射时间里，积碳活性闻。
[0023]图4的特性曲线涉及内燃机的排气再循环速率EGR，据此，积碳活性SR随排气再循环速率EGR的逐渐升高而降低。
[0024]可在发动机测试台上针对特定内燃机建立图1至图4的特性曲线和取决于发动机运行参数的另外的特性曲线。作为内燃机的另外的运行参数，可考虑共轨系统的蓄压器中的压力，其中在这里，积碳活性同样随轨道压力的提高而提高。
[0025]积碳活性SR对于不同的发动机运行参数的不同的依赖性可记录在发动机特有的特性图中，使得然后在内燃机的正常运行中可使用所述特性图来确定沉积在颗粒过滤器中的积碳的积碳活性。可基于以下等式来描述积碳活性SR:
SR = a#P + b*FI + c.EGR + d.n + e.\ + …。
[0026]因数a、b、c、d、e用来对沉积在颗粒过滤器中的积碳的整体积碳活性SR中的单独的运行参数进行加权。基于发动机测试台上的度量，可将所述因数分配给单独的运行参数，使得可作出关于沉积在积碳颗粒过滤器中的积碳的活性随内燃机的不同的运行范围而改变的确切陈述。
[0027]图5的流程图显示取决于不同的积碳活性的不同的方法。内燃机I刚开始处于正常的发动机运行，在较长的时间里经过各种运行范围。通过连续地测量(本质上已知)诸如颗粒过滤器的入口和出口之间的压差，可作出关于已经有多少积碳沉积在颗粒过滤器PF中的陈述。如果在这里确定颗粒过滤器PF部分地填充，则此外可根据积碳的活性，作出关于是否要执行再生或者是否应在低温下执行额外的再生的决定。在图5的流程图中，在部分地填充的颗粒过滤器PF的情况下，仅在沉积积碳展现高的积碳活性时才进行额外的再生。
[0028]在图5的流程图的左边部分显示了当颗粒过滤器PF满时的情形。如果在后面的步骤中确定积碳高活性沉积在颗粒过滤器中，则在低温下执行再生。相比之下，如果确定沉积在颗粒过滤器中的积碳仅展现低的活性，则在高温下执行再生，这需要将对应地大量燃料在柴油氧化催化转换器上游供应到排气流中。
[0029]图5的流程图仅显示了一系列用于启动和执行再生阶段的方法。
[0030]图6显示内燃机I的方框线路图的简图，内燃机I具有柴油氧化催化转换器2和为内燃机I的排气净化系统的颗粒过滤器3。排气流的方向由箭头指示。分配给内燃机I的控制器4连接到特性图存储器5上，一个或多个特性图可存储在特性图存储器5中，特性图按照内燃机I的不同的发动机运行范围详细说明沉积在颗粒过滤器3中的积碳的积碳活性SR。
[0031 ] 为了启动再生阶段，控制器4通过虚线的控制线路6触发燃料供应到排气流中，其中，选择燃料供应，使得在排气流中实现期望的温度升高。控制器4基于存储在特性图存储器5中的至少一个特性图来确定供应燃料的时间和量。
[0032]另外对于控制器4可行的是以针对性的方式调节内燃机1，使得活性高的积碳在排气流中传送到颗粒过滤器3。这可有利于协助启动和执行再生阶段。
【权利要求】
1.一种用于使内燃机(I)的颗粒过滤器(PF)再生的方法，在所述方法中，在定期再生阶段期间，依靠烧掉已经沉积在所述颗粒过滤器(PF)中的积碳颗粒来执行再生，其特征在于，在所述内燃机(I)的运行期间，基于特性图、特别是基于之前针对所述内燃机(I)的不同的发动机运行范围按经验建立的特性图来确定所述积碳沉积物的积碳活性(SR)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了建立所述特性图，在发动机测试台上，使所述内燃机(19)在不同的发动机运行范围中运行，并且，在所述不同的发动机运行范围中，确定各个发动机运行范围的积碳活性(SR)，并且根据不同的发动机运行范围将所述积碳活性(SR)存储在特性图中。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其特征在于，确定沉积在所述颗粒过滤器(PF)中的积碳的积碳量和积碳活性(SR)，并且，据此来限定再生阶段的时间。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，确定所述颗粒过滤器(PF)中的积碳量和积碳活性(SR)，并且据此来限定所述再生阶段的过程温度。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在颗粒过滤器(PF)部分地填充有明确预定的份额的活性积碳或活性高的积碳的情况下，在明确预定的低排气温度、优选高达450°C的低排气温度、最优选250°C至450°C的低排气温度下执行再生。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，在颗粒过滤器(PF)完全填充有积碳活性(SR)弱或低的积碳的情况下，在明确预定的高排气温度、优选高于450°C的高排气温度、最优选450°C至600°C的高排气温度下执行再生。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，在颗粒过滤器(PF)完全填充有活性积碳或积碳活性(SR)高的积碳的情况下，在明确预定的低排气温度、优选高达450°C的低排气温度、最优选250°C至450°C的低排气温度下执行再生。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，借助于在柴油氧化催化转换器(2)上游通入排气流中的针对性的燃料供应，来控制过程温度。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在额外的操纵阶段期间，以针对性的方式将积碳活性(SR)高的积碳引入所述颗粒过滤器(PF)中。
10.一种具有颗粒过滤器(PF)的、用于执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的内燃机，来自所述内燃机(I)的排气流的积碳颗粒沉积在所述颗粒过滤器(PF)中，其特征在于，控制器(4)监测引入到所述颗粒过滤器(PF，3)中的积碳，所述控制器(4)连接到特性图存储器(5)上，描绘沉积在所述颗粒过滤器(PF)中的积碳的积碳活性(SR)的特性图存储在特性图存储器(5)中，并且所述控制器(4)待执行的再生阶段的时间和排气温度。
11.根据权利要求10所述的内燃机，其特征在于，在操纵阶段内，所述控制器(4)调节所述内燃机(I)的运行，使得积碳活性(SR)高的积碳形成和沉积在所述颗粒过滤器(PF)中。
12.—种具有根据权利要求10或11的内燃机的机动车辆、特别是公用车辆。
【文档编号】F01N9/00GK104295351SQ201410337608
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2013年7月16日
【发明者】M.克瑙尔, D.罗特, C.帕斯泰特 申请人:曼卡车和巴士股份公司