用于运行废气燃烧器的方法与流程

1.本发明涉及一种用于运行废气燃烧器的方法以及用于执行所述方法的计算单元和计算机程序。


背景技术：

2.为了达到法律规定的排放极限值，可以使用三元催化器（英语：three way catalyst，twc），其使得相关的气态有害物质nox、hc以及co可以转化为无害产物、诸如n2、h2o和co2。为了使这些催化反应按规定进行，催化器中的温度通常必须超过典型地为300-400
°
c的所谓起燃温度（light-off-temperatur）。一旦达到或超过该起燃温度，催化器就会几乎完全地转化相关的有害物质（所谓的催化器窗口）。
3.为了尽快达到该状态，可以应用所谓的发动机内部催化器加热措施（innermotorische katalysator-heiznahmen）。在此，由于迟后的点火角会使汽油发动机的效率变差，并因此提高废气温度和催化器中的焓输入（enthalpieeintrag）。通过经过适配的喷射策略（例如多次喷射）可以同时确保燃烧稳定性。
4.除了这些发动机内部催化器加热措施之外，还可以使用外部催化器加热措施，例如借助于可电加热催化器或废气燃烧器。例如在de 41 32 814 a1和de 195 04 208 a1中描述了这种外部加热措施。
5.为了与利用发动机内部加热措施的传统运行相比进一步减少排放，特别是在冷态行驶（kaltabfahrt）的情况下，即在无空转阶段的冷状态下的内燃机的高负载情况下，用于加速twc起燃的、例如在所提到的de 41 32 814 a1或de 22 19 371 a1中描述的所谓的kat燃烧器已被证明是非常有效的措施。


技术实现要素：

6.根据本发明，提出了具有独立专利权利要求的特征的用于运行废气燃烧器的方法和用于执行所述方法的计算单元以及计算机程序。有利的设计是从属权利要求和以下描述的主题。
7.本发明基于以下认识：如果废气燃烧器的燃烧室是已经预热的，则该燃烧器启动得更快且更清洁。因此，在本发明的范围内，点火装置、如火花塞在废气燃烧器的实际运行开始之前（即因此特别是在没有燃料计量的情况下）就已经被运行，以便预热燃烧室。
8.为了产生点火火花，（在经典线圈点火的情况下）可以将点火线圈或其初级绕组充电至预给定的电流或电流值。在此，在充电期间电流从零开始增大。然后在期望的点火时间点，流过初级绕组的通过电流被中断，由此在次级绕组中激励起振荡，所述振荡使得次级电压（即次级绕组中的电压）一直上升（hochlaufen）直到击穿（durchbruch）点火装置（例如火花塞）。然后，通过在一定的燃烧持续时间或时间段内驱动火花电流（即经过火花间隙的通过电流），点火线圈的能量在次级侧释放，其中所述燃烧持续时间或时间段取决于初级电流（即，初级绕组被充电到的电流）。在此，火花电流连续减小，直到火花熄灭。
9.具体地，根据本发明的用于运行在内燃机下游和废气催化器上游的废气燃烧器的方法包括：在可预给定的预热阶段期间操控或点燃所述废气燃烧器的点火装置，而不在所述预热阶段期间向所述废气燃烧器输送燃料，以及在所述预热阶段结束后，向所述废气燃烧器输送燃料并且在所述废气燃烧器中燃烧所输送的燃料。通过点火装置的运行对废气燃烧器的燃烧室进行预热，从而在点火装置的环境中使燃料蒸发得更快并且与输送的空气一起形成可点燃的混合物。总体而言，由此，与传统应用中相比，可以更快地启动燃烧器。
10.该方法有利地包括：根据输入信号确定所述预热阶段的开始和/或持续时间，所述输入信号特别是包括由下列各项所构成的组中的一项或多项：温度、车门的闭锁状态、座位占用状态、安全带锁状态和启动请求（startwunsch）。由此，当可能进行内燃机启动时，可以有针对性地规划预热阶段，这可以在使用所提到的输入信号的情况下得以确定，或者预热阶段可以与估计的加热需求（例如取决于外部温度）相适配。由此可以实现：在最大效应的情况下以最小能量损失进行精准控制。
11.所述预热阶段的持续时间有利地选自0.2秒和10秒之间，优选0.5秒和5秒之间的范围。点火装置的燃烧持续时间越长，输入到燃烧室中的热量就越多。在火花塞的情况下，可以通过选择合适的点火线圈来改变燃烧持续时间，当然也可以使用多次点火来延长预热阶段。
12.所述点火装置有利地产生长度在0.5mm和2.5mm之间、优选地在0.7mm和2mm之间、特别是在0.9mm和1.6mm之间的范围内的火花。在此应注意的是，火花越短，火花燃烧得越稳定，然而随着长度增加则引起了越多热量输入到燃烧室中。因此，关于火花长度，在预热阶段之后空气-燃料混合物的可靠点火与预热阶段期间的尽可能高的加热功率之间设置最佳值。
13.有利地，在燃料输送开始后小于5秒、3秒、2秒、1秒或0.5秒内，将所述废气燃烧器的功率增加到所述废气燃烧器的标称功率。这使得能够快速加热布置在燃烧器下游的组件，特别是废气催化器。
14.典型地，对于乘用车的内燃机而言，废气燃烧器的标称负载可以在5kw和30kw之间，例如在12kw和25kw之间。
15.特别地，在内燃机启动后最迟2秒内所述废气燃烧器的标称功率就可用。为此，在本发明的一些设计中还可以规定，在所述内燃机启动之前，特别是在从驾驶员或操作者获得启动请求之前，就已经用燃料运行所述废气燃烧器。
16.有利地，该方法还包括：根据所述内燃机下游的压力而控制所述废气燃烧器的功率。由此，可以在启动内燃机之后在高负载要求的情况下优化内燃机的效率，以避免由于废气燃烧器的过高废气量而导致功率下降（leistungseinbruch）。
17.用于供应废气燃烧器的二次空气泵（sekund
ä
rluftpumpe）可以可选地在所述预热阶段期间就已被激活。由此产生了与传统方法相比在时间上的另一优点，因为所述二次空气泵在预热阶段结束时就已经加速到运行速度。
18.根据本发明的计算单元（例如机动车辆的控制设备）特别是以编程技术的方式而被设立用于执行根据本发明的方法。
19.以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式实现根据本发明的方法也是有利的，因为这导致特别低的成本，特别是在进行执行的控
制设备还用于其他任务并且因此无论如何都存在的情况下。适用于提供所述计算机程序的数据载体特别是磁的、光的和电的存储器，例如硬盘、闪存、eeprom、dvd等。程序也可以经由计算机网络（因特网、内联网等）下载。
20.本发明的其它优点和设计从说明书和附图中得出。
21.在附图中基于实施例示意性地示出本发明并且在下文中参照附图描述本发明。
附图说明
22.图1示意性地示出了具有内燃机、废气燃烧器和废气催化器的装置，该装置可用于本发明的有利设计中。
23.图2以示意图示出了可用于本发明的设计中的废气燃烧器。
24.图3示意性地示出了在根据本发明的方法的有利设计中可能出现的参数和变量的时间变化过程。
具体实施方式
25.图1示意性地示出了可以在本发明的有利设计中使用的具有内燃机、废气燃烧器和废气催化器的装置并且总体上用100表示该装置。
26.在所示的示例中，布置了具有四个气缸的内燃机1、涡轮增压器2（可选）、废气燃烧器3、三元催化器4（twc）和汽油颗粒过滤器5（opf）和消声器6，其中在本发明的范围中还可以设置这里未示出的其他组件。例如，也可以设置多个催化器，并且各个组件相对于彼此的布置不必强制性地对应于所示的顺序，除非另有说明。至关重要的是，内燃机1布置在其余组件的上游并且废气燃烧器3安装在催化器4的上游并且尽可能靠近催化器4。在多个催化器的情况下，废气燃烧器3应当设置在分别要加热的催化器附近，以实现尽可能有效率的热输送。
27.如开头已经提到的，催化器4被设计为，转换可能包含在内燃机1的废气（不过也可能包含在废气燃烧器3的废气）中的有害物质。然而，催化器4从一定的最低温度（所谓的起燃温度）起才能完成该任务。如已经解释的，废气燃烧器3因此应当尽可能快速地将催化器4加热到高于起燃温度并且在此过程中在自身废气中排放尽可能低份额的有害物质。
28.这种废气燃烧器3在图2中更详细地示意性地示出。
29.在所示的示例中，在废气燃烧器3的正常运行时间段期间，空气7通过二次空气泵13（slp）被输送到燃烧器外壳（brennermantel）8中，通过涡旋格栅（drallgitter）9被扭转（verdrallen）并被引导至喷射阀10。借助于燃料泵（ekp）14经由喷射阀而向空气7输送燃料11。通过涡旋（drall）和喷射角而产生可燃的燃料-空气混合物并将其引导至火花塞12。这里，该混合物被点燃并在燃烧室中燃烧。将在此过程中产生的热燃烧气体或燃烧器废气31引入到内燃机1下游和待加热的催化器4上游的废气系统中。
30.在本发明的范围内，在刚刚描述的正常运行时间段之前，废气燃烧器3的火花塞12在预热时间段期间在没有输送燃料的情况下运行，以至少在紧邻火花塞12的环境中加热废气燃烧器3的燃烧室，这有助于或支持了在正常运行时间段的初始阶段期间的点火。
31.在根据本发明的方法的有利设计中可能出现的参数和变量的时间变化过程在图3中以图表的形式示出并且共同用300表示。共用时间轴用t表示。
32.在此，在第一子图表310中示出了一个或多个传感器信号15。特别地，其可以是来自于闭锁传感器、开门传感器、座位占用识别（特别是驾驶员座位）、安全带锁传感器等的信号。这些信号15预先告知（ank
ü
ndigen）了发动机可能冷启动。
33.启动请求（例如点火锁信号）的实际时间点在图表300中用302表示。可以清楚地看出，在启动请求时间点302之前的一段时间，传感器信号15就已经通过值“1”而预先告知了该启动请求时间点即将来临。
34.因此，在用户的启动请求（例如操作启动开关、转动点火钥匙）之前，就已经可以采取如下措施，所述措施使废气燃烧器为了自身实际运行开始而做好准备。为此，火花塞12已经被激活，这在点火变化过程340中示出。根据外部温度、季节、一天中的时间或可以通过其他传感器或以其他方式确定的类似影响因素，可以设置短的预热时间17或较长的预热时间16。
35.此外，为了使废气燃烧器3准备好用于加热催化器4，已经可以激活（aktivieren）二次空气泵13，这在子图表320中示出，该子图表描绘了时间轴t上的所输送的空气量。
36.在启动请求302的时间点，也操控喷射阀，这从子图表330中可以看出，该子图表示出了随着时间t所喷射的燃料量11。
37.可以从温度变化过程350中读取：由这样启动的燃烧器运行所导致的废气燃烧器3的燃烧室的加热（并且时间上稍微延迟地也使得由此位于下游的催化器4加热）。
38.变化过程300中示出了两种不同的运行变型方案22和23，所述变型方案在废气燃烧器3的正常运行的启动阶段方面（直接在启动请求时间点302之后或更晚）不同。
39.在第一运行变型方案23中，首先将减少的空气量（320）和燃料量（330）引导至废气燃烧器中，以保证用减小的燃烧器功率来可靠点火。然后将这些量快速增加到最大值，在该最大值时废气燃烧器3输出其标称功率。
40.在第二运行变型方案22中，直接在启动时间点302向废气燃烧器3施加标称功率所需的空气量和燃料量，从而得出更快的温度升高（350）。这可以通过预热废气燃烧器3的燃烧室来实现，因为升高的温度即使在满负载时也能保证燃烧器的可靠启动。
41.如已经提到的，可以规定，如果在内燃机已经启动时废气背压（abgasgegendruck）变得太高，则可以对燃烧器功率节流。这在子图表320和330中以经减少的空气量或燃料量21来表示。
42.应该理解，废气燃烧器3必要时、特别是在内燃机1很可能启动的情况下在实际启动信号（例如点火钥匙）之前就已经被启动（即，被供给燃料）。在此例如也可以考虑使用历史，所述使用历史可以借助于模式识别（mustererkennung）或机器学习机制而得以评估，以判断内燃机1即将启动的概率。