技术领域
[0001] 本
发明涉及一种按照
权利要求1前序部分所述的用于使布置在
汽车柴油
发动机排气管路中的部分装载着被分离的
炭黑颗粒的颗粒滤清器再生的方法，其中所述
柴油发动机装备着发动机背压
制动装置和每个
气缸具有喷射
阀的
燃料喷射装置，在排气管路中布置在再生
位置上游的空气制动器(Bremsklappe)也属于所述发动机背压制动装置。
背景技术
[0002] 在具有柴油发动机的营运汽车中，在其排气管路中为满足立法者的废气规范而设置颗粒滤清器，在所述颗粒滤清器的前面可以连接用于废气的NOx-积聚的
氧化催化器并且必要时可以在后面连接SCR-催化器。 在此或多或少地向这些颗粒滤清器加载从废气中分离出来的炭黑。 在废气
温度足够高时(大于350℃)，所述炭黑几乎连续地氧化。在废气温度不够高时，众所周知的是，在有待再生的颗粒滤清器前通过将特定量的燃料喷射到排气管路中来初始化和支持热再生。 在此，通过特地为此设置的燃料计量装置来供给作为HC-载体的柴油。在
汽化的
碳氢化合物(HC)氧化时在排气管路中释放的热量将颗粒滤清器加热到所收集的炭黑的点火温度。 通常非常麻烦的调节和控制
电子装置用于产生适合于这样的再生的开始条件。 这种公知的使装载炭黑的颗粒滤清器的再生初始化的方式通常尤其在极不稳定地运行的汽车如线路公共汽车和分配载货车上引起较高的额外燃料消耗，所述额外燃料消耗由于燃料价格上升显著反应在汽车运行成本中。
发明内容
[0003] 因此，本发明的任务是，结合柴油发动机和所述类型的排气管路对所述类型的再生方法进行改进，使得该方法能够显示出比以往更低的结构开销/设备开销并且此外在其使用时出现比在所提到的公知的再生方法中更低的额外燃料消耗。
[0004] 按本发明，该任务通过在权利要求1中所说明的再生方法得到解决。
[0005] 在
从属权利要求中
请求保护按本发明的方法的有利的细节和实施变型方案。
[0006] 按本发明的方法的突出之处在于，与传统的方法相反，该方法允许仅仅在发动机制动运行阶段过程中使部分装载着炭黑颗粒的颗粒滤清器再生。 这就是说，按本发明的方法仅仅能够用在柴油发动机上以及结合柴油发动机来使用，所述柴油发动机拥有发动机背压制动装置，在排气管路中在所述颗粒滤清器上游并且按流动在废气
涡轮增压器的
涡轮机的前面或者后面布置的空气制动器也属于所述发动机背压制动装置。 所述空气制动器通常处于通过位置(Durchlass-Stellung)中，但在正常的发动机制动阶段过程中转换到其闭
锁位置中，由此在所述排气管路的闭锁的区域中积聚的气体在各个发动机气缸中在产生
制动功率的情况下与
活塞共同作用。 不过为了在制动时不使发动机熄火，所述空气制动器不完全关闭或者通过阀
门释放在所述空气制动器的区域中绕过所述空气制动器的小的旁通通道，从而微小份额的气体可以从所积聚的区域流出到所述排气管路的接下来的区段中。
[0007]
发明人现在发现，刚好前面提到的特殊的情况在发动机制动阶段过程中结合发动机内部的燃料喷射装置可以特别好地用于部分装载着炭黑颗粒的颗粒滤清器的再生。按本发明的再生方式能够在使用发动机上既有的技术装置的情况下实现，也就是说，在实际上不需要任何额外的结构开销和设备开销，而仅仅需要用既有的装置来实现也满足再生功能的较高的调节和控制深度。 因此总的来说，按照本发明总是仅仅在发动机制动阶段过程中实施部分装载着炭黑颗粒的颗粒滤清器的再生，在启动发动机制动阶段之后开始并且随后在进一步的发动机制动阶段中实施。 在这样的发动机制动阶段中，将柴油发动机的转速向下制动到明显低于额定转速的下面的到中等的转速范围，并且将特定量的柴油通过发动机本身的喷射阀喷射到背压制动的柴油发动机的气缸中，更确切地说在明显处于活塞上死点(OT)之后的时刻。 此外，通过控制技术的措施使所述空气制动器对而后在闭锁的排气管路的积聚区域中存在的由特定量的未燃烧的燃料和在发动机制动运行中高度压缩的空气组成的热气混合物来说能够部分通过或者能够部分绕开。 这种经过所述空气制动器的热气混合物在发动机制动阶段过程中在所述部分装载炭黑的颗粒滤清器再生时用作高效的
氧化剂，该氧化剂在再生阶段开始时引起炭黑的起始点火并且随后支持其
加速的氧化/燃烧。
[0008] 因为颗粒滤清器的每次再生按本发明的方法引起一定的燃料消耗，所以有利的是，在再生阶段的初始化之前查询或者说确定所述颗粒滤清器再生的必要性。 这比如通过对代表颗粒滤清器的炭黑颗粒加载的压
力值如排气管路中的废气背压的检测来进行。此外，也可以作为数值范围预先给定炭黑装载的程度，结果是，如果炭黑装载值处于这个数值范围之内，那就依赖于位置立即或者在时间上错开地起动再生。 在这方面，为所检测到的代表炭黑颗粒装载程度的压力值的分析预先给定特定的额定值范围。 而后，通过所传输的压力实际值与额定范围的压力值的比较，可以按压力实际值在这个范围内的位置来确定，在这个时刻是否有必要进行再生或者是否可以在稍晚的时刻才开始。 通过这种方式可以避免不必要的燃料消耗。
[0009] 用于颗粒滤清器的再生的燃料量也可以通过以下方式来限制，即在再生阶段内依赖于颗粒滤清器的所检测到的温度实际值来调节所述燃料量，更确切地说在颗粒滤清器温度低时调节到较高的喷射量并且在颗粒滤清器温度较高时调节到较低的喷射量。 在此，燃料喷射或者燃料喷射序列的开始在控制技术上可以在处于在上死点之后最小比如在上死点之后5°KW和在上死点之后最大比如在上死点之后120°KW之间的范围内，并且也可以可变地在有待喷射的燃料量方面进行相应匹配地调节。
[0010] 为进一步限制用于颗粒滤清器再生的燃料消耗，也有利的是，在再生阶段内确定所述颗粒滤清器的当前再生状态。 这同样可以通过对此有说服力的运行参数如排气管路中的废气背压的检测来进行。 一旦确定代表足够的再生程度的运行参数，那就结束再生阶段。
[0011] 纯粹为形式起见在此要指出，在特定的安装在MAN-载货车或者MAN-公共汽车中的柴油发动机上众所周知的是，在发动机制动阶段过程中，如果发动机制动转速处于额定转速的范围内并且被压缩的空气呈现极高的温度，那么为避免由于伸入
燃烧室中的喷射器头的
过热引起的喷射器孔的结炭，为了将其冷却短时间地将燃料喷射到气缸中。 为此参见按图2的图表，该图表绘出与此有关的情况。 在按图2的负荷-转速-图表中，用DM全负荷来表示在柴油发动机全负荷时产生的转矩线，用BK表示在柴油发动机的制动运行中产生的制动功率线，并且用an来表示用于在发动机制动运行过程中喷射器冷却的燃料喷射组合特性曲线。 如可以看到的一样，所述冷却喷射器的喷射组合特性曲线an处于所述柴油发动机的额定转速nM的范围内。 所述额定转速线用nN来表示。 如果所述柴油发动机的制动转速处于这个热临界的转速范围内，那就进行短时间的冷却喷射器的燃料喷射。 但是这种用于喷射器冷却的燃料喷射与按本发明的类型的用于颗粒滤清器的再生方法无关。
附图说明
[0012] 下面还要借助于图1的图表和按图3的柴油发动机原理草图对按本发明的方法进行详细解释。 图2是柴油发动机的负荷-转速-图表。
具体实施方式
[0013] 图3示意示出了安装在汽车如载货车、公共汽车或其它营运汽车中的柴油发动机1。其在这里的六个气缸相应地用2来表示。这些气缸2中的每一个具有两个排气阀，所述排气阀各通过排出通道3与废气收集弯管4相通。在所示出的情况中，分别有三个气缸2成组地连接到一个弯管4上。 这两根弯管4通向废气
涡轮增压器6的涡轮机5并且是所述柴油发动机1的排气管路的组成部分，其在所述涡轮机5的输出端与区段7固定，在所述区段7中安装了颗粒滤清器8。 在所示出的
实施例中，按流动在所述颗粒滤清器8的前面布置了氧化催化器9。该氧化催化器9用于显著提高废气中的二氧化氮含量，而所述颗粒滤清器8则主要用于分离/滤出包含在废气中的炭黑颗粒并使其氧化。
[0014]
压缩机10与所述废气
涡轮增压器6的涡轮机5相耦合，对增压空气进行压缩并且通过增压空气管11以及从该增压空气管11中分支出来的进气通道11将其输送给气缸2，所述气缸2受控制地各通过两个进气阀分配得到增压空气。
[0015] 所述柴油发动机1装备着共轨喷射装置，该共轨喷射装置在其主要机构中包括高压供给
泵13、高压总管/轨道14和六个各通过高压连接管路15连接到高压总管14上的喷射阀16。 所述喷射阀16为对其进行操纵具有电磁-电子的控制头，所述控制头通过电的控制线路17从在计算机支持下工作的电子的控制单元18得到其喷射控制指令。 该控制单元18作为主要部件具有CPU(中央处理单元)、数据
存储器DS以及输入和输出
接口装置。
[0016] 此外，所述柴油发动机1装备着发动机内部的背压-发动机制动装置，比如这样的在专业圈中作为 公知的并且已百万次应用在MAN发动机上的背压-发动机制动装置。 空气制动器19属于这种发动机制动装置，该空气制动器19在所述柴油发动机的排气管路中布置在废气涡轮增压器6的涡轮机5之前或之后。 在按图3的实施例中，所述空气制动器19直接在所述涡轮机5的输入端之前安装在该涡轮机5和所述弯管4之间。 该空气制动器19能够通过伺服
马达20从其正常位置(＝全通过)调节到闭锁位置(＝发动机制动运行位置)中，所述伺服马达20则优选同样从所述控制单元18得到其控制指令。 所述闭锁位置可以如此安排，使得气体在所述排气管路的闭锁的区段中也就是在所述弯管4的区域中虽然积聚，但尽管如此允许所积聚的气体少量流出。 作为替代方案存在着这样的可能性，即用所述空气制动器19来密封地闭锁所述排气管路，但允许所积聚的气体通过能够由阀门或活门21来打开和关闭的旁通管22少量流出。 这种版本在图3中以虚线绘出。 所述阀门或者活门21的伺服马达21’优选同样从所述控制单元18得到其控制指令。
[0017] 用23和24表示按流动布置在所述颗粒滤清器8之前和之后的压力
传感器，利用所述
压力传感器来检测在所述排气管路7中的相应的测量位置上存在的压力并且作为压力实际值通过测量线路25、26报告给所述控制单元18。 用27来表示用于检测颗粒滤清器8中的温度的温度传感器并且用28来表示用于检测氧化催化器9中的温度的温度传感器。 由此检测到的温度实际值通过测量线路29、30同样报告给所述控制单元18。
[0018] 下面借助于图1的图表结合在图3中示出的并且前面所说明的类型的柴油发动机1对按本发明的用于使颗粒滤清器8再生的方法进行详细解释。该方法的突出之处在于，所述部分装载着被分离的炭黑颗粒的颗粒滤清器8的再生原则上仅仅能够在发动机制动运行过程中进行。 在按图1的图表中，用Md表示转矩并且用nM表示所述柴油发动机1的转速。 所述柴油发动机1的额定转速在图表中通过线条nM来表示。 全负荷曲线在图表中用DM全负荷来表示。发动机制动功率的在发动机制动过程中出现的变化曲线在图表中通过用BK表示的曲线来记录。 所述颗粒滤清器8的再生阶段在启动发动机制动阶段之后通过汽车的驾驶员来开始，所述控制单元18通过
信号线31得到触发并且输出指令，通过所述指令将所述空气制动器19以及-只要存在的话-所述阀门或者说活门21置于发动机制动运行位置中。 在所述控制单元18方面，根据由所述压力传感器23、24持续向其传送的或者连续询问的压力值知悉由此获得的在所述排气管路7中存在的废气背压。
[0019] 这种已在发动机制动阶段之前知道的、但是作为替代方案也可以是在开始发动机制动阶段之后才通过压力传感器23、24上压力值的询问能够在所述控制单元18中确定的废气背压代表所述颗粒滤清器8的炭黑颗粒装载的程度。 因为按本发明的再生方法引起一定程度的燃料消耗，所以有利的是，事先比如借助于所检测到的废气背压来确定所述颗粒滤清器8的再生的必要性并且据此才在必要时通过其它按本发明的措施来启动再生。 在这种必要性询问的范围内，可以为分析所检测到的代表颗粒滤清器8的炭黑颗粒装载情况的压力值在控制电子装置18方面预先规定确定的额定值范围，其中通过所述所求得的压力实际值与额定值范围的压力值的比较借助于所述压力实际值在额定值范围中的位置在所述控制电子装置18中确定，在压力值确定/比较措施的这个时刻所述颗粒滤清器的再生是否有必要或者是否可以到较晚的时刻才开始。 由此可以限制用于再生的燃料消耗。
[0020] 用于再生的措施由所述控制单元18预先规定。如果启动发动机制动过程并且识别出颗粒滤清器再生的必要性，那就开始所述颗粒滤清器的再生，并且而后在这种发动机制动阶段内实施所述再生。在这种情况下，通过发动机自身的喷射阀16相应地在显著处于活塞上死点(OT)之后的时刻将确定量的柴油喷射到背压制动的柴油发动机的气缸2中。 此外，通过所述控制单元18的控制技术的措施使所述空气制动器19对现在在排气管路的闭锁的部分4中产生的由特定量的汽化的未燃烧的燃料和特定量的在发动机制动运行中高度压缩的空气组成的热气混合物来说能够部分通过或者部分绕过。 这种热气混合物而后在下游进入所述颗粒滤清器8中，在所述颗粒滤清器8中该热气混合物在作为高效的氧化剂起作用的情况下引起在那里分离的炭黑的起始点火并且随后支持其加速的氧化。
[0021] 在按图1的图表中，通
过喷射组合特性曲线c来表明用于所述颗粒滤清器8再生的燃料喷射的区域。该喷射组合特性曲线c的通过边界线b表明的大小通过在再生阶段过程中的喷射时刻和喷射量来确定。 从按图1的图表中，通过所述喷射组合特性曲线c可以看出，所述颗粒滤清器8的再生在向下制动(herunterbremsen)的柴油发动机1的转速范围内的发动机制动阶段过程中进行，其明显地处于该柴油发动机1的额定转速nM之下，也就是处于其下面到中等的转速范围中。 在此，在发动机制动阶段过程中，在激活的再生阶段内在通过所述控制装置18进行控制的情况下按时间在处于上死点之后最小比如在上死点之后大约5°KW和上死点之后最大比如在上死点之后120°KW之间的范围内确定每个气缸2的燃料喷射的开始并且在通过喷射持续时间定义的情况下依赖于所述颗粒滤清器18的所检测到的温度实际值来确定有待喷射的燃料量，更确切地说在颗粒滤清器温度低时调节到比较长的具有高喷射量的喷射持续时间，相反在颗粒滤清器温度较高时则调节到较短的喷射周期和较低的喷射量。 也可以将这样的喷射周期划分为多次按
节拍的喷射来实施。
[0022] 有利的是，在发动机制动阶段内激活的再生阶段过程中确定所述颗粒滤清器8的当前的再生程度，以便不会引起不必要的燃料消耗。 这又通过借助于压力传感器23、24来检测对此有说服力的运行参数如排气管路7中的废气背压并且借助于所述控制单元
18对其进行分析来进行。一旦所述控制单元18确定代表着足够的再生程度的运行参数，那么它就促使结束再生阶段。
[0023] 利用按本发明的方法来实现尤其这种类型的安装在汽车中的颗粒滤清器的高效的再生，在所述汽车中由于其使用目的没有达到或者仅仅很少达到对持续的独立进行的再生来说足够高的颗粒滤清器温度。
