用于在内燃机的运行中颗粒过滤器的再生的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于在内燃机的运行中颗粒过滤器的再生的方法、一种根据权利要求9所述的用于内燃机的控制器，一种根据权利要求10所述的内燃机和一种根据权利要求12所述的机动车。

背景技术：

对于废气后处理系统具有颗粒过滤器的内燃机，通常存在该问题，即在内燃机的空转-或低负载份额较高时颗粒过滤器可能堵塞，因为在这些运行区域中内燃机的废气太冷，以至于不能燃烧在颗粒过滤器中收集的碳烟并且如此不能使颗粒过滤器再生。典型地，因此来检测至少一个负荷参数(Beladungsparameter)，其表征颗粒过滤器的当前的负荷，其中，根据该负荷参数会反复地执行主动再生措施。在此，术语“主动再生措施”提到，将温度、尤其废气温度主动提高到一值上，在该值的情况下使在颗粒过滤器中所收集的碳烟燃烧并且因此使颗粒过滤器再生。只要再生不是通过反正由于内燃机的相应的运行状态而提高的废气温度实现，而是独立于内燃机的运行状态利用其他合适的措施来提高温度，这就主动发生。只要颗粒过滤器的负荷在进行再生之后又增加，就反复执行再生，从而最后须重新使颗粒过滤器再生。相应地，该至少一个负荷参数也随颗粒过滤器的当前的负荷波动。

该方式缺点在于，除了正常的运行之外每个可能的主动再生措施提高内燃机的燃料消耗。而且，如果本来就存在或者不久可期待废气温度足以在无主动再生措施的情况下也使颗粒过滤器再生的内燃机的运行状态，那么主动再生措施是多余的。

技术实现要素：

因此本发明目的在于提供一种方法，在其中不出现所提及的缺点。此外，本发明目的在于提供一种控制器、一种内燃机和一种机动车，在其中不出现所提及的缺点。

通过提供一种带有权利要求1的特征的方法，来实现该目的。在此，测定用于颗粒过滤器的再生的时间窗。其优选地从当前的时刻出发说明一时间间隔，在该时间间隔内应进行颗粒过滤器的再生，以确保内燃机的不受干扰的运行。来测定对内燃机的在时间窗内待期望的运行状态或一系列待期望的运行状态的诊断。当该诊断在该时间窗内预测内燃机的在无主动再生措施的情况下实现颗粒过滤器的再生的运行状态时，在本来由负荷参数指示主动再生措施的时刻忽略主动再生措施。本来待在该时刻执行的主动再生措施会因此被跳过或放弃，因为从该诊断可期望内燃机在允许的时间窗内对于颗粒过滤器的再生预测一运行状态，在该运行状态中废气温度高到足以使在颗粒过滤器中收集的碳烟颗粒燃烧且因此使颗粒过滤器再生，而不需要主动的再生措施。以该方式避免不必要的主动的再生，这有助于节省燃料。

在该方法的优选的实施形式中，当负荷参数的值超过预定的极限值时，由负荷参数指示颗粒过滤器的再生。可能的是，在该方法的范围中使用多于一个负荷参数。优选地使用多个负荷参数，其中，如果负荷参数中的至少一个超过预定的极限值，那么在该方法的优选的实施形式中由负荷参数指示颗粒过滤器的再生。就此而言，不同的负荷参数优选地被用作对颗粒过滤器的再生的触发器(Ausloeser)。

在颗粒过滤器再生(通过主动再生措施或被动地、也就是说在内燃机的正常运行的范围中在废气温度由于当前的运行状态而提高的情况下)之后，如果反正不基于测量值或传感器信号(其在再生进行之后显示出颗粒过滤器不再或仅还略微受载)来确定负荷参数，优选地使负荷参数复位。备选地或附加地可能的是，指示条件、尤其预定的极限值在再生之后被适配、尤其提高。例如如果使用内燃机的总运行功率或总运行时间作为负荷参数，那么这是适宜的，其中，在再生进行之后将预定的极限值置于应进行重新再生的下一运行功率值或运行时刻。适配、尤其提高必要时还对于在颗粒过滤器处的压差或背压是适宜的，因为其随着时间由于颗粒过滤器负载有不能通过再生除去的灰尘而提高。

还优选该方法的一实施形式，其特征在于，当由负荷参数指示主动再生措施时并且此外当该诊断在时间窗内不预测内燃机的在无主动再生措施的情况下实现颗粒过滤器的再生的运行时，引入主动再生措施用于颗粒过滤器的再生。这能够以两种方式进行：一方面，可能的是该诊断未给出可靠的结果，从而不能可靠地预测在时间窗内内燃机的运行状态。另一方面，可能的是，该诊断确定地(在否定式论断的意义中)预测了在该时间窗内不存在在无主动再生措施的情况下也实现颗粒过滤器的再生的运行状态。在这些情况中优选地执行主动再生措施，以保证内燃机的无误的运行。该设计方案具有优点，即当这由负荷参数来指示时，无论如何在时间窗内使颗粒过滤器再生，不管该诊断是否提供有说服力的值或者是否达到通过在内燃机的正常运行中提高的废气温度可进行被动再生的内燃机的运行状态。

作为主动再生措施优选地提升废气温度，优选地通过抽吸空气节流(Ansaugluftdrosselung)、通过合适地影响废气再循环率、通过合适地调节喷入时刻和/或喷入量或者通过其他合适的发动机内部措施。备选地，可能通过附加的燃烧器(Brenner)引入主动再生措施，利用燃烧器在内燃机的燃烧室之外来加热废气。备选地或附加地，超延迟的或次级的燃料喷射也可作为主动再生措施，在该措施下这样喷入的燃料的燃烧在优选地设置在颗粒过滤器上游的氧化催化器处实现。备选地或附加地，也可电加热废气，以执行主动再生措施。这些措施是可简单执行的、有效的用于提升废气温度且因此用于独立于内燃机的当前的运行状态使颗粒过滤器再生的措施。

还优选该方法的一实施形式，在其中作为负荷参数使用内燃机的运行时间或运行功率(Laufleistung)(优选地以路段功率(Streckenleistung)、运行小时数或者累积的所发出的物理功率的形式)、即总运行时间或总运行功率或者从颗粒过滤器的上一再生起的运行时间或运行功率。在后一情况中在进行再生(其可以是主动的或被动的)之后使负荷参数复位。反之如果考虑总运行时间或总运行功率，优选地在进行再生(其可以是主动的或被动的)之后使指示条件或极限值匹配、尤其提高。备选地或附加地，可能的是作为负荷参数使用颗粒过滤器处的排气背压、经过颗粒过滤器下降的压差和/或颗粒过滤器的碳烟负荷(Russbeladung)。可能的是，排气背压或压差在进行再生(其可以是主动的或被动的)之后显示出颗粒过滤器的新状态。指示条件或极限值的提高或适配同样可以是有意义的并且被执行以考虑颗粒过滤器的增加的灰化(Veraschung)。而所测量的碳烟负荷容易地在进行再生之后显示颗粒过滤器的新状态，将用于优选地在每次再生(其可以是主动的或被动的)之后计算碳烟负荷的负荷模型复位，以平衡模型中的偏差。

优选地借助于在颗粒过滤器上游的压力传感器来测定在颗粒过滤器处的排气背压。碳烟负荷优选地通过合适的测量装置、尤其通过合适于此的基于高频-测量技术的传感器来测量并且/或者按照负荷模型(例如根据经由颗粒过滤器下降的压差)来计算。优选地，附加地或备选地运用负荷模型，其独立于压差或背压根据内燃机的至少一个运行参数例如废气质量流量、废气温度、碳烟排放和/或氮氧化物浓度确定颗粒过滤器的负荷。这尤其出于冗余的理由是有利的。这样的负荷模型本身是已知的，从而对此不详细探讨。经由颗粒过滤器下降的压差优选地通过压差传感器或者通过两个压力传感器来检测，将其中的第一压力传感器布置在颗粒过滤器上游而将第二压力传感器布置在颗粒过滤器下游。

还优选该方法的一实施形式，其特征在于，测定时间窗，来测定在该时间窗中颗粒过滤器的碳烟负荷率。作为时间窗来测定在所测定的碳烟负荷率下直至达到预定的临界的碳烟负荷还经过的时间被。通过根据时间来测定颗粒过滤器的碳烟负荷，优选地来计算碳烟负荷率，其中，来测定其根据时间的变化过程(Verlauf)。例如可能的是，按照时间导出碳烟负荷，或者计算在预定的时间间隔上碳烟负荷的差。尤其可能的，根据负荷模型计算碳烟负荷率。备选地也可能的是，借助于合适的测量装置来测量碳烟负荷率。对于颗粒过滤器确定临界的碳烟负荷，对于内燃机的无干扰的运行不应超过该临界的碳烟负荷。尤其由就此而言优选地计算的或检测的当前的碳烟负荷、碳烟负荷率和预定的临界的碳烟负荷，那么可容易地算出直至达到预定的临界的碳烟负荷还留有的时间。那么涉及时间窗，在该时间窗内(从当前的时刻开始观察)应进行颗粒过滤器的再生，以确保内燃机的无干扰的运行。这里所说明的时间窗的计算的方式是该方法的同时简单且运行可靠的设计方案。

还优选该方法的一实施形式，其特征在于，通过根据内燃机的位置数据来确定在时间窗内其待期望的负荷，来测定该诊断。在此，优选地通过卫星支持的导航来测定位置数据。方法的该实施形式适合用于被应用在沿着轨迹(Ortskurve)运动的装置中的内燃机，即尤其适合用于被应用在机动车中的内燃机。在该方法的优选的实施形式中，将内燃机的当前的位置、内燃机的行驶路段(Fahrtstrecke)和内燃机沿着行驶路段运动的瞬时的或平均的速度应用为位置数据。因此可确定直至到达行驶路段的一区段的时间，在该区段中达到内燃机的提高的负载和因此足够用于在正常的运行中颗粒过滤器的再生的提高的废气温度。行驶路段的这样的区段例如可以是上坡，其要求用作机动车的驱动装置的内燃机提高的负载。根据位置数据测定该诊断对于内燃机实现待期望的负载的非常精确的预测。

在该方法的一实施形式中可能的是，在运行开始时输入行驶路段，从而其预先已知。备选地也可能的是，在该方法的范围中尤其基于至此所经过的路段执行行驶路段诊断，从而近似地测定关于继续的行驶路段的诊断。如果内燃机通常沿着同一路段或者至少非常相似的行驶路段运动，那么这尤其是可能的。在该情况中也可能的是，在该方法的范围中来学习内燃机的行驶路段，尤其通过适合于此设立的学习算法。

还优选该方法的一实施形式，其特征在于，通过在检测时段上来检测内燃机的表征其运行状态的至少一个运行参数来测定该诊断。根据在检测时段中运行参数的变化过程来确定在时间窗内内燃机的待期望的负载。即确定一检测时段，在该时段上检测和评估内燃机的运行参数，其中，基于在检测时段中运行参数的发展做出关于在时间窗内内燃机的未来运行状态的预测。以该方式也可预测在时间窗内内燃机的待期望的负载。在此，根据该至少一个运行参数可特别简单的执行该诊断的测定，尤其因为典型地内燃机的运行参数反正会被检测并且在不同运行方法的范围中被评估。，当动用这样的运行参数以及必要时动用其评估时，该方法可特别简单且经济地执行。

该方法优选地周期性地且特别优选地持续地来执行。在此，用于颗粒过滤器的再生的时间窗从当前的时刻出发延伸到未来，而检测时段延伸到过去。在此，原则上可能的是，在内燃机的激活与当前的时刻之间的整个时段被用作检测时段，从而其持续地增加。尽管如此可提升诊断的可靠性，然而这需要比较高的存储器耗费。如果确定了检测时段，成本更有利，其中，那么持续地删除比当前时刻减去检测时段更早的数据，其中，持续地将关于该至少一个运行参数的新数据写入就此而言被应用或构造为环形存储器(Ringspeicher)的存储器中。

在本方法的范围中测定的诊断结论基本与由负荷参数指示颗粒过滤器的再生的时刻相关。因此仅在适合于此所选择的在这些时刻周围的时间间隔中执行该方法在经济上是适宜的，其中，在其他时刻可节省与该方法相联系的计算及存储耗费。备选地，然而还优选在内燃机的运行期间持续地执行该方法，其中，仅当颗粒过滤器的再生由负荷参数来指示时，那么才将诊断结论用于决定待执行的主动再生措施。

还优选该方法的一实施形式，其特征在于，使该至少一个运行参数在检测时段中的变化过程经历模式识别(Mustererkennung)。模式识别尤其用于识别内燃机的运行状态的重复的顺序。如果内燃机在出现重复的运行状态(尤其以周期性模式的形式)的条件下运行，那么这尤其是有利的。当内燃机被用于驱动矿井中的翻斗车时，例如是这种情况，其中，翻斗车定期将矿卸下且又装载矿向上行驶。另一示例是由内燃机驱动的火车，其始终被应用在相同的路段上。调车机车(Rangierlock)或者船舶、尤其在行驶运行中的渡轮的使用也可具有这样的可复制的模式。最后，在内燃机的运行中可复制的模式也可出现在静态运用中，例如在用于发电的内燃机的运行中，尤其用于覆盖峰值负载(Spitzenlastabdeckung)。通常，这样的模式识别在内燃机的典型化的一致的运行中始终是可能的。在此，用于模式识别的适宜的检测时段取决于内燃机的具体应用。因此，在该方法的范围中优选地做出关于适宜的检测时段的预测，尤其优选地在该方法的范围中习得检测时段，优选地经由适合于此地设立的学习算法。备选地也可基于内燃机的所设置的应用规定检测时段。例如在内燃机应用于区间火车(Regionalzug)中的情况下，适宜的检测时段可为至少0.5到最高1小时。在内燃机应用于长途火车(Langstreckenzug)中的情况下检测时段完全可更长，而在内燃机应用于调车机车中的情况下检测时段可明显更短。这里重要的是在内燃机的运行中反复的模式的周期性。无论如何，借助于模式识别尤其在其典型化的、一致的运行中可非常精确地诊断内燃机的未来的运行状态。

优该方法的一实施形式，其特征在于，作为运行参数来检测转速、负载、燃料喷入量、废气温度、废气质量流量、废气体积流量、Lambda传感器的测量值也简称Lambda值、废气中的氮氧化物浓度、废气中的二氧化氮浓度、废气中的二氧化氮的浓度与氮氧化物的总浓度之比、废气中的氧浓度、废气中的颗粒浓度、经过颗粒过滤器下降的压差和/或(尤其在颗粒过滤器处或在催化器处的)排气背压。在该方法的优选的实施形式中，使用所提及的参数中的至少两个、优选地所提及的参数中的多个的组合作为运行参数。所提及的参数表征内燃机的运行状态并且因此适合于识别以运行状态的顺序的模式并且由此对未来待期望的运行状态做出预测。所提及的参数在该方法的范围中可借助于合适的传感器来测量或尤其基于合适的的模型来计算。

还通过提供一种带有权利要求9的特征的控制器来实现该目的。其特征在于，其设立用于执行根据之前所说明的实施形式中的任一个所述的方法。在此关于控制器得出已与该方法相联系所阐述的优点。

可能的是，控制器是一种用于实施该方法的器具，在该器具中该方法固定地实现在其电子部件结构中、因此到其硬件中。备选地可能的是，将具有指令的电脑程序产品装载到控制器中，当在控制器上实施该电脑程序产品时，根据指令来执行根据之前所说明的实施形式中的任一个所述的方法。

优选地，该控制器构造为内燃机的发动机控制器(Engine Control Unit–ECU)。备选地可能的是，该控制器构造为单独的用于执行该方法的控制器。在此，其优选地与内燃机的发动机控制器有效连接，以便在该方法的范围中与该发动机控制器交换必要的数据。

还通过提供一种带有权利要求的10特征的内燃机来实现该目的。其特征在于根据之前所说明的实施例中的任一个所述的控制器。因此，已与该方法相联系所阐述的优点也与该内燃机相联系实现。

该内燃机具有带有颗粒过滤器的废气后处理系统。在该方法的范围中使该颗粒过滤器再生。优选地，内燃机在废气后处理系统中在颗粒过滤器上游具有氧化催化器。内燃机此外具有至少一个装置，其设立成通过提升废气温度来执行主动再生措施，例如通过发动机内部措施，通过在氧化催化器上游的次级燃料喷射、单独的燃烧器或者用于提高废气温度的电气加热装置。所有这些措施可通过单独的或集成到发动机控制器(ECU)中的控制器来执行。

在优选的实施例中内燃机设立用于驱动机动车，尤其载客汽车、商用车、翻斗车、轨道车辆或者船舶尤其渡船，或者作为静态的内燃机，例如用于驱动发电用的发电机。

该内燃机优选地构造为举升活塞式发动机。在优选的实施例中，内燃机用于驱动尤其重型陆上车辆或船舶，例如矿车、火车(其中，内燃机被应用在机车(Lokomotive)或动力车(Triebwagen)中)或者船。内燃机也可用于驱动用于防御的车辆、例如装甲车。内燃机的一实施例优选地还静态地、例如被用于备用电源运行、持续负载运行或峰值负载运行中的静态供能，其中，内燃机在该情况中优选地驱动发电机。内燃机也可静态地运用于驱动辅助设备，例如在海上钻井平台上的灭火泵。此外，内燃机可运用于输送化石原料和尤其燃料(例如油和/或燃气)的领域。内燃机也可应用于工业领域或建筑领域中，例如在建筑-或工程机械中，例如在起重机或挖掘机中。内燃机优选地构造为柴油发动机或者为汽油发电机。

最后还通过提供一种带有权利要求12的特征的机动车来实现该目的。其特征在于根据之前所说明的实施例中任一项所述的内燃机。因此，已与该方法相联系所阐述的优点与该机动车相联系实现。

机动车的优选的实施例构造为载客汽车、商用车、翻斗车、轨道车辆或者船舶尤其渡船。

附图说明

接下来根据附图来详细阐述本发明。其中：

图1是机动车的一实施例的示意图，以及

图2是按照流程图的形式该方法的一实施形式的示意图。

具体实施方式

图1示出了机动车1的一实施例的示意图，其具有带有废气后处理系统5的内燃机3。废气后处理系统5具有颗粒过滤器7且可选地在其上游(沿着废气在废气后处理系统5中从内燃机3的燃烧室区域8直至废气排出装置9的流动方向观察)具有氧化催化器11。可能的是，废气后处理系统5具有另外的在图1中未示出的元件，或者放弃氧化催化器11。

机动车1具有控制器13，其设立用于执行根据本发明的方法的实施形式。优选地，控制器13构造为用于内燃机3的发动机控制器并且相应地与内燃机有效连接。

就在颗粒过滤器7上游这里布置有压力传感器15，经由其可在颗粒过滤器7上游检测排气背压。也可能的是，压力传感器15构造为压差传感器，利用其可检测经过颗粒过滤器7下降的压差。压力传感器15与控制器13有效连接，从而由传感器所检测的排气背压或压差可在控制器13中用于用作在本方法的范围中的负荷参数。在此尤其可能的是，控制器13设立用于根据负荷模型从由压力传感器15传输的测量值计算颗粒过滤器7的碳烟负荷。

在图1中所示的实施例中，此外优选地就在燃烧室区域8下游、这里优选地在氧化催化器11上游在废气后处理系统5中布置有氮氧化物传感器17，通过其可检测废气中的氮氧化物浓度。氮氧化物传感器17与控制器13有效连接，从而其测量值可供在控制器13中使用，以被用作在本方法的范围中的负荷参数。

内燃机3优选地设立用于驱动机动车1。机动车优选地构造为载客汽车、商用车、翻斗车、轨道车辆或者船舶尤其渡船。

图2按照流程图的形式示出了该方法的一实施形式的示意图。在此，在这里所示的实施形式中检测第一负荷参数19、第二负荷参数21和第三负荷参数23。优选地，第一负荷参数是内燃机、例如根据图1的内燃机3的运行时间或运行功率，尤其总运行时间或总运行功率，或者是从颗粒过滤器、例如根据图1的颗粒过滤器7的上一次再生开始测量的运行时间或运行功率。第二负荷参数21优选地是在颗粒过滤器处的排气背压或压差，尤其由根据图1的压力传感器15所检测的在颗粒过滤器7上游的排气背压或者经过颗粒过滤器7下降的压差。第三负荷参数23优选地是所测得的或计算的颗粒过滤器的碳烟负荷，尤其根据负荷模型从压力传感器15的测量值和/或内燃机3的运行参数所计算的碳烟负荷。

这三个负荷参数19、21、23在触发器或者引发器的意义上相互联系，其中，在询问25中检查对于该负荷参数预定的极限值是否被负荷参数19、21、23中的至少一个超过。相应地，首先超过对于其预定的极限值的那个负荷参数19、21、23始终触发颗粒过滤器的再生。不同负荷参数的该类型的评估提供了内燃机的运行可靠性。

在传统的方法中，当在询问25中确定了负荷参数19、21、23中的一个超过对于其预定的极限值时，通过引入主动再生措施始终执行颗粒过滤器的再生。如果没有负荷参数19、21、23超过对于其规定的极限值，不执行颗粒过滤器的主动再生。

在这里所提出的方法中，如果在询问25中确定了没有负荷参数19、21、23超过对于其规定的极限值，同样在步骤27中不执行颗粒过滤器的主动再生。这在此通过以减号标记的分支示意性示出。

与传统的用于颗粒过滤器再生的方法相比，这里然而在负荷参数19、21、23中的至少一个的值超过对于其规定的极限值的情况中不强制性地引入主动再生措施。而该方法在此来到询问29，这通过以加号标记的分支清楚表示，在询问29中检查附加的条件。对于待执行的主动再生措施的该附加的条件是，在对于颗粒过滤器的再生允许的时间窗内不能预测在无主动再生措施的情况下实现颗粒过滤器的再生的内燃机的运行。

为了检查该条件如下来进行：测定颗粒过滤器的碳烟负荷率31，其优选地根据负荷模型来计算或者直接来测量。例如可按照根据图1的压力传感器15的测量值测定碳烟负荷率31。此外，预先确定临界的碳烟负荷33，当达到该碳烟负荷时应使颗粒过滤器再生，以确保内燃机的无干扰的运行。从碳烟负荷率31和临界的碳烟负荷33(必要时再加上颗粒过滤器的当前的碳烟负荷)来计算时间窗35，在该时间窗内应进行颗粒过滤器的再生。

此外测定诊断37，通过该诊断可预测内燃机3的未来的运行状态。

在询问39中检查是否可基于诊断37在时间窗35内预测内燃机的运行状态，在该运行状态中在无主动再生措施的情况下也实现颗粒过滤器的再生，尤其因为内燃机的废气温度再无另外的措施的情况下高到足以使颗粒过滤器7再生。

优选地根据位置数据尤其通过卫星支持的导航、或者根据模式识别基于在检测时段中所检测的内燃机的运行参数来生成诊断37。以该方式来确定内燃机的待期望的运行状态。

如果在询问39中确定了对于时间窗35不能预测相应的运行状态，因为诊断37未提供结果或未提供可靠的结果，或者因为诊断37回复否定的结论(即未预测这样的运行状态)，该方法在这里示意性地通过减号标识的分支中继续。如果然后在询问29中确定了一方面负荷参数19、21、23中的至少一个超过对于其规定的极限值且另一方面不能预测在无主动再生措施的情况下实现颗粒过滤器的再生的运行状态，在步骤41中引入主动再生措施。

反之如果在询问39中确定了在时间窗35内可期望在无主动再生措施的情况下实现颗粒过滤器7的再生的运行状态，在这里示意性地以加号标识的分支中继续该方法。在该情况中，在步骤27中不执行主动再生措施，尤其不执行或者跳过本来应有的主动再生措施，尽管其本来会由负荷参数19、21、23中的至少一个所指示。

优选地，接下来还在另一询问43中检查所诊断的运行状态在时间窗35内是否真正发生并且就此而言颗粒过滤器的再生7是否已发生。如果不是这种情况，在步骤41中继续该方法，其中，引入主动再生措施，以确保内燃机3的无干扰的运行。否则，如之前所述不进行主动再生措施。以该方式在该方法的范围中截住有误的诊断37。

总体显示出，借助于该方法可通过避免不必要的主动再生措施来节约用于内燃机的燃料。