技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于可
增压的、外源点火的内燃机的废气后处理的方法以及一种用于执行这样的方法的废气后处理装置。
背景技术
[0002] 废气法规的连续加强对车辆制造商提出了高的要求，这些要求通过用于降低
发动机的粗排放的相应措施且通过相应的废气后处理来实现。随着EU6法规级的引入，对于
汽油发动机而言规定了微粒数量的极限值，其在许多情况中使得汽油微粒
过滤器的使用为必需的。在行驶运行中，这样的汽油微粒过滤器被负荷以
煤烟。为了使废气背压不过于强地上升，该汽油微粒过滤器须被连续地或周期性地再生。为了执行在汽油微粒过滤器中被回收的煤烟的利用
氧气的热氧化，足够高的
温度水平结合同时存在于
汽油发动机的排气装置中的氧气是必需的。因为现代的汽油发动机通常在没有氧过量的情况下以化学计量的燃烧空气比例(λ=1)来运行，所以对此额外的措施是必要的。对此，作为措施例如考虑通过
点火角调节的温度提高、汽油发动机的暂时的稀薄调节(Magerverstellung)、二次空气到排气设备中的吹入或这些措施的组合。优选地，迄今应用在延迟方向上的点火角调节与汽油发动机的稀薄调节的组合，因为该方法在无额外构件的情况中够用且在汽油发动机的大多数工作点中可提供足够的氧气量。
[0003] 这样的方法例如由文件DE 10 2013 220 889 A1已知。在此设置有用于汽油发动机的Lambda调节，其中，用于微粒过滤器的再生的燃烧空气比例由化学计量的燃烧空气比例出发在过化学计量的燃烧空气比例的方向上被调节，且通过煤烟的利用氧过量的氧化实现微粒过滤器的再生。然而这样的方法的缺点是，恰恰在内燃机的弱负荷循环中对于微粒过滤器的再生所必需的温度不被可靠地达到。
[0004] 由文件DE 10 2011 118 337 A1已知一种废气后处理装置，在其中借助于
涡轮增压机来压缩吸入空气且作为二次空气在三元催化器下游且在微粒过滤器上游被引入到废气通道中。在此，内燃机以化学计量的燃烧空气比例(在其中可通过三元催化器实现废气
净化)或以过化学计量的稀薄的燃烧空气比例(在其中未在三元催化器中被降低的NOx排放被存储在NOx存储催化器中)来运行。不利的是，在这样的解决方案的情况中，在弱负荷循环中对于微粒过滤器的再生所必需的温度也不被可靠地达到，那么尤其当微粒过滤器被安装在机动车之下的底部
位置中时不被可靠地达到。
发明内容
[0005] 现在，本发明目的在于提供一种废气后处理方法和一种废气后处理装置，在其中在带有较小负荷的行驶循环中也可实现微粒过滤器的可靠再生。
[0006] 该目的通过一种用于可增压的、外源点火的内燃机的废气后处理的方法来实现，其中，该内燃机具有新鲜空气通道和废气通道，其中，在新鲜空气通道中设置有用于压缩新鲜空气的
压缩机，且其中，在压缩机的下游设置有二次空气管路，其连接新鲜空气通道与废气通道，其中，在废气通道中布置有三元催化器且在三元催化器的下游布置有微粒过滤器。该方法包括以下步骤：
[0007] -测定微粒过滤器的负荷状态，
[0008] -当负荷状态要求微粒过滤器的再生时，通过将用于内燃机的混合气形成(Gemischbildung)至少暂时调节到亚化学计量(稠密)的燃烧空气比例上且将二次空气至少暂时同时引入到在三元催化器上游的废气通道中，将废气温度提高到微粒过滤器的再生温度上，其中
[0009] -内燃机的燃烧混合气的未燃烧的组成部分在废气通道中通过二次空气被放热地转化，且
[0010] -在微粒过滤器的再生阶段中二次空气量被如此地提高，即在废气通道中在进入到微粒过滤器之前设置过化学计量的混合空气比例，从而使得在微粒过滤器上的煤烟通过氧过量被氧化。
[0011] 根据本发明在该方法的情况中设置成，二次空气在内燃机的出口
阀下游且在三元催化器的上游被吹入到废气通道中。由此，未燃烧的组成部分可在废气通道中在三元催化器上或甚至在三元催化器上游、例如已在内燃机的排气
歧管中被放热转化，从而引起在废气通道中的废气的加热，以便于使得微粒过滤器的再生成为可能。
[0012] 内燃机在其正常运行中、即在确定微粒过滤器的负荷状态之前或者期间大多数以化学计量的燃烧空气比例(λE=1)来运行。
[0013] 根据该方法的一改进方案设置成，在微粒过滤器的加热阶段中内燃机以亚化学计量(稠密)的燃烧空气比例λE<1来运行且二次空气量设置、尤其地调节成使得在进入到三元催化器的情况中出现化学计量的混合空气比例λM=1。由此在加热阶段期间确保三元催化器的三元催化功能(Drei-Wege-Funktion)。因此，相比在其中二次空气在三元催化器下游才被吹入到废气通道中的方法可获得更快速的加热和更好的废气净化。
[0014] 在此，当内燃机在微粒过滤器的再生阶段中且/或在加热阶段中以在0.85至0.95的范围中的、优选地大约λE=0.9的燃烧空气比例λE来运行时，是特别有利的。在这样的燃烧空气比例的情况中，一方面提供了足够高的量的还原剂、尤其在废气通道中的燃烧废气中的未燃烧的
碳氢化合物。另一方面，在该范围中尚不引起内燃机的强烈提高的微粒排放。
[0015] 为了微粒过滤器的再生有利地设置成，将混合空气比例λM(即由燃烧废气和二次空气构成的混合气)在再生阶段中调整在1.05至1.2的范围中、优选地在大约λM=1.1。在该范围中存在足够大的氧过量，以便于氧化在微粒过滤器上的煤烟且使微粒过滤器再生。该氧气量然而够小，以便于避免在微粒过滤器上的煤烟的不受控制的烧完和微粒过滤器的与此相联系的损伤危险。
[0016] 根据该方法的一有利的改进方案设置成，使压缩机由在废气通道中的
涡轮机驱动且使二次空气管路在涡轮机上游通入到废气通道中，那么二次空气在废气流方向上在涡轮机上游被供应给废气流。带有布置在废气通道中的涡轮机和布置在新鲜空气通道中的压缩机的涡轮增压机的使用提供了如下优点，即在二次空气在涡轮机的上游吹入到废气通道中的情况中放热反应的
能量可被用于驱动涡轮机。在此，当在涡轮机处构造有绕过涡轮机的旁路时，是特别有利的，该旁路为了提高压缩机的驱动功率可被封闭。由此，在弱负荷点上的功率可被提高，以便于始终可提供足够量的二次空气。此外可以简单的方式提高压缩机的压
力，以便于达到在新鲜空气管路与废气通道之间的足够的压差，以便于在弱负荷点上也可将二次空气对着在废气通道中的废气背压引入到该废气通道中。在此，当旁路在微粒过滤器的再生阶段和/或加热阶段中被封闭时，是特别优选的。因此，在在其中废气通道中需要二次空气的阶段中，压缩机的功率可被提高，从而使得压缩机除了提供燃烧空气之外可额外地提供用于二次空气引入的空气量。该旁路可构造成废气
门且可通过相应的阀或阀门来封闭。
[0017] 根据该方法的一有利的改进方案设置成，选择过化学计量的混合空气比例λM用于在200至1000s的范围中、优选在300至800s的范围中、特别优选地在500至600s的范围中的时间间隔的微粒过滤器的再生阶段。在微粒过滤器的再生阶段中，三元催化器不可发挥其完整的效用，因为在三元催化器处在再生阶段的期间存在过化学计量的混合空气比例。所建议的时间间隔一方面使得实现微粒过滤器的充分的再生成为可能，且同时将在其中三元催化器不可发挥其完整的效用的时间间隔保持得尽可能小。
[0018] 根据另一有利的改进方案设置成，相对再生阶段前置有加热阶段且被维持经50至300s的范围中的、优选100s的时间间隔。通过单独的加热阶段，微粒过滤器的加热可在同时化学计量的混合空气比例的情况中被实现。因此，三元催化器可在微粒过滤器的加热期间发挥其完整的功效且在其功能上不被损害。通过微粒过滤器的前置的单独加热，再生阶段相比组合的加热与再生阶段可被缩短且因此在其中三元催化器在其理想的工作条件之外被运行的时间间隔被减小。
[0019] 根据该方法的一有利的改进方案设置成，测定废气在进入到三元催化器中之前的温度，其中，将该温度与三元催化器的用于转化未燃烧的碳氢化合物的起燃温度比较。在未达到该起燃温度的情况中，在匹配燃烧空气比例λE之前内燃机的点火角首先在延迟方向上被调节，尤其地被调整到再生阶段的亚化学计量的燃烧空气比例λE<1。为了碳氢化合物的放热转化，所谓的起燃温度是必要的，以便于开始该放热反应。该起燃温度在汽油发动机和所使用的
燃料的情况中可处于大约300ºC至400ºC的范围中。在该温度之下采取进一步的措施是必要的，以便于将废气首先带到该温度范围中，因为利用到亚化学计量的稠密的混合气上的燃烧空气调节和未燃烧的组成部分的放热转化的所建议的方法仅在起燃温度之上可发挥其作用。在该温度之下，未燃烧的碳氢化合物不被或仅少量被转化，从而使得其除了非期望的HC排放之外不引起废气温度的显著提高。为了恰在弱负荷阶段中提高废气温度，因此作如下建议，即，在“延迟”方向上额外地调节内燃机的点火角且因此提高废气温度。
[0020] 根据该方法的一有利的改进方案设置成，压缩机的功率对于有限的时间段而言、尤其地对于加热阶段和/或再生阶段而言被提高。由此，压缩机的空气量可被提高到由内燃机用于燃烧所需的空气量之上。那么，该额外的空气量可作为二次空气被吹入到废气通道中。
[0021] 用于可增压的、外源点火的内燃机的废气后处理的根据本发明的装置包括新鲜空气通道和废气通道，其中，在新鲜空气通道中设置有用于压缩新鲜空气的压缩机，且其中，在压缩机下游设置有二次空气管路，其连接新鲜空气通道与废气通道，且在废气通道中布置有三元催化器且在三元催化器下游布置有微粒过滤器，其中，二次空气管路在三元催化器上游通入到废气通道中。根据本发明的装置使得如下成为可能，即在内燃机的稠密的燃烧空气比例的情况中为了提高废气温度通过二次空气来调整在三元催化器处的化学计量的混合空气比例，该混合空气比例使得有害物质在三元催化器上的理想的转
化成为可能。
[0022] 根据本发明的装置适合且被建立用于实施根据本发明的方法。尤其地，该装置为了该目的包括一种控制装置，在其中执行用于实施该方法的可计算机读取的控制
算法且任选地存储必要的特征曲线。
[0023] 根据一有利的改进方案设置成，在新鲜空气管路中在压缩机下游布置有
节流阀，其中，二次空气管路在压缩机与节流阀之间由新鲜空气通道分出。因此，可通过节流阀控制被供应给内燃机和/或二次空气管路的空气量。
[0024] 根据另一有利的实施形式设置成，三元催化器布置在靠近发动机的位置中且微粒过滤器布置在远离发动机的位置中、尤其在底部位置中。在此，靠近发动机的位置是在其中三元催化器的进入孔与内燃机的
气缸出口相距小于50cm、优选地小于30cm的位置。典型地，从气缸出口直至到微粒过滤器中的入口的平均的废气行程长度为至少100cm、尤其地至少120cm。该位置在该
申请的范畴中被称作远离发动机的位置。通过三元催化器的靠近发动机的位置，该三元催化器在起动阶段中被更快地加热，从而使得三元催化器更快地达到用于有效转化内燃机的燃烧混合气的未燃烧的组成部分的起燃温度。微粒过滤器的远离发动机的布置提供了如下优点，即，在底部位置中大多数存在更多空间，且微粒过滤器因此更容易装配。此外，微粒过滤器在底部位置中被保护免受热过载和与此相联系的损毁或老化。
[0025] 根据另一有利的改进方案设置成，二次空气管路在在废气流动方向上布置在三元催化器之前的涡轮机的上游通入到废气通道中。由此，燃烧混合气的未燃烧的组成部分可在涡轮机之前的
排气歧管中被放热转化且额外的在该放热转换的情况中被释放的能量被用于驱动涡轮机。由此可实现发动机的功率提高、尤其在弱负荷点中(在其中否则涡轮机仅可提供较少用于压缩机的驱动功率)的转矩提升。
附图说明
[0026] 若在个别情况中无另外说明，则本发明的不同的在该申请中所提及的实施形式可有利地彼此组合。
[0027] 接下来根据附图以
实施例阐述本发明。其中：
[0028] 图1显示了用于废气后处理的根据本发明的装置的第一实施例，
[0029] 图2显示了用于废气后处理的根据本发明的装置的第二实施例，
[0030] 图3显示了用于废气后处理的根据本发明的方法的
流程图，
[0031] 图4显示了用于微粒过滤器的再生的根据本发明的方法的图表，
[0032] 图5显示了用于微粒过滤器的再生的根据本发明的方法的另一的图表。
[0033] 附图标记清单
[0034] 10 内燃机
[0035] 12 新鲜空气通道
[0036] 14 压缩机
[0037] 16 二次空气管路
[0038] 18 节流阀
[0039] 20 废气通道
[0040] 22 三元催化器
[0041] 24 微粒过滤器
[0042] 26 涡轮机
[0044] 30 压缩空气冷却器
[0046] 34 二次空气阀
[0048] 38 旁路通道
[0049] 40 涡轮增压机
[0050] λE 燃烧空气比例
[0051] λM 混合空气比例。
具体实施方式
[0052] 图1显示了一种可增压的、外源点火的内燃机10、优选涡轮增压的汽油发动机，带有新鲜空气通道12和废气通道20。在废气通道20中，在内燃机10的废气的流动方向上布置有涡轮机26，其经由驱动轴36与在新鲜空气通道12中的压缩机14相连接。涡轮机26和压缩机14是涡轮增压机40的部分。在涡轮机26下游，在废气通道20中布置有优选靠近发动机的三元催化器22。在涡轮机26处构造有旁路通道38、尤其所谓的废气门，利用其可使废气的部分流在涡轮机26处引导经过。该旁路通道38可通过未示出的阀或阀门来封闭。在三元催化器22的下游，在废气通道20中布置有微粒过滤器24，其优选布置在远离发动机的底部位置中、这也就是说在机动车的底部处。微粒过滤器24可实施成未涂层的微粒过滤器24，优选地，微粒过滤器24实施成涂层的壁流过滤器，其具有催化的三元涂层。在三元催化器22下游、尤其在三元催化器22与微粒过滤器24之间设置有用于Lambda调节的Lambda传感器28、尤其内燃机10的空气
质量控制装置。
[0053] 在新鲜空气通道12的进入口处布置有空气过滤器32。在新鲜空气的流动方向上，在压缩机14下游布置有节流阀18，经由其可控制被供应给内燃机10的空气量。在节流阀18下游布置有增压空气冷却器30，利用其可将经压缩的空气在进入到内燃机10的
燃烧室中之前冷却。在压缩机14与节流阀18之间，由新鲜空气通道12分出二次空气管路16，其在内燃机10的未示出的出口阀与涡轮机26之间通入到废气通道20中、尤其地到未示出的排气歧管中。在二次空气管路16的面对废气通道20的端部处设置有二次空气阀34，利用其可控制被供应给废气通道20的二次空气的量。
[0054] 在图2中示出了用于废气后处理的根据本发明的装置的另一实施例。在与图1中在很大程度上相同的结构的情况中，接下来仅探讨区别。二次空气管路16在压缩机14下游且在节流阀18上游由新鲜空气管路12分出且在该设计方案中在涡轮增压机40的涡轮机26与三元催化器22之间通入到废气通道20中。涡轮增压机40、确切来说涡轮增压机40的涡轮机26可如在图1中那样具有旁路通道38，然而出于清晰性的原因，其在该实施例中未示出。
[0055] 在带有较小负荷的行驶循环中(口语中也被称作“小面包中空循环(Broetchenholzyklus)”)，可通过闭合旁路通道38将废气
焓用于利用压缩机14压缩额外的、对于内燃机10的发动机燃烧而言不需要的新鲜空气质量流。该额外的新鲜空气质量流可经由二次空气管路16被引入到废气通道20中。
[0056] 如果探测到微粒过滤器24的煤烟负荷的确定的阈(这例如可通过在微粒过滤器24之前和之后的在废气通道20中的压差测量或通过建模实现)，则引入用于微粒过滤器24的再生的再生方法。为了微粒过滤器的再生，大约600ºC的再生温度和用于煤烟的氧化的氧过量是必要的。为了在废气中达到再生温度，在根据本发明的方法的情况中执行图3中示出的以下步骤。
[0057] 在初始状态<100>中，内燃机10以化学计量的燃烧空气比例λE=1来运行。在接下来的方法步骤<110>中检查是否存在用于使微粒过滤器24再生的必要性。例如检查是通过在微粒过滤器24上的压差测量测定的压差还是微粒过滤器24的通过模
块化确定的负荷超出了预定的阈。如果该询问<110>被肯定，则存在再生需求且引入再生过程。
[0058] 对此，在接下来的步骤<120>中首先测定在三元催化器22处的温度且询问，该温度是否处在三元催化器22的大约350ºC的起燃温度以上，在该温度的情况中，在三元催化器22上实现内燃机的燃烧混合气的未燃烧的组成部分、尤其未燃烧的碳氢化合物(HC)的转化。如果该询问<120>被否定，这也就是说不存在起燃温度，在接下来的的方法步骤<130>中内燃机10的点火角在延迟方向上被调节，以便于提高燃烧温度且因此提高在三元催化器22的进入口处的温度且因此使得燃烧混合气(HC,CO,H2)的未燃烧的组成部分的放热转化成为可能。
[0059] 如果达到起燃温度，则在进一步的方法步骤<140>中检查是否存在微粒过滤器24的再生温度。这通常首先不是这种情况且询问<140>被否定。在该情况中紧接加热阶段，以便于将微粒过滤器24加热到其再生温度上。为此，在进一步的方法步骤<150>中发动机10的燃烧空气比例由λE=1的化学计量的燃烧空气比例被调节到λE<1、优选λE=0.9的亚化学计量的稠密的燃烧空气比例上。由此，燃烧混合气的未燃烧的组成部分(HC,CO,H2)被引入到废气通道20中。内燃机10的燃烧空气比例λE可经由布置在二次空气阀34的上游的Lambda传感器(在图1和2中未示出)来检测且调节。同时，在方法步骤<150>中经由压缩机14被压缩的二次空气且经由二次空气管路16被供应给在内燃机10的出口下游的废气通道20。该引入可不仅在内燃机10的出口与涡轮增压机40的涡轮机26之间(图1)或可在涡轮增压机的涡轮机26的下游且在三元催化器22的上游(图2)实现。通过经由二次空气管路16和二次空气阀34被引入到废气通道20中的氧气可将燃烧混合气的未燃烧的组成部分放热地在处在二次空气阀34或者二次空气管路16的通入口下游的三元催化器22上转化。在二次空气在内燃机10的出口与涡轮机26之间的吹入的情况中，该放热反应已可在内燃机10的排气歧管上进行且因此将释放的能量用于驱动涡轮机26。由燃烧空气比例和被吹入到废气通道20中的二次空气构成的混合空气比例λM经由Lambda传感器28来检测且被调节到Lambda=1，从而使得用于使微粒过滤器24再生的期望的目标温度出现。
[0060] 在达到微粒过滤器24的再生温度之后紧接再生阶段，且在进一步的方法步骤<160>中提高二次空气供应，从而使得在微粒过滤器24之前出现λM>1的过化学计量的混合空气比例。由此，在微粒过滤器24上的煤烟可被氧化且微粒过滤器24因此被再生。
[0061] 在进一步的方法步骤<170>中，在微粒过滤器24的再生结束之后停止二次空气的供应且内燃机10又以化学计量的燃烧空气比例λE=1来运行。
[0062] 图4显示了在根据图3实施的方法期间微粒过滤器温度、内燃机10的发动机燃烧空气比例λE以及混合空气比例λM的变化曲线。如图4中所示，在微粒过滤器24的加热阶段期间内燃机1的燃烧空气比例λE被预控制到λE<1且混合气比例被调节到λM=1。维持该加热阶段经50至300s、优选100s的时间间隔。由此，在加热阶段中确保三元催化器22的三元催化功能且可高效地转化所有有害物质。
[0063] 如果达到了用于使微粒过滤器24再生温度，则经由发动机控制装置转换到再生阶段上。为此，内燃机10继续以λE<1的亚化学计量的稠密的燃烧空气比例来运行。然而为了提供用于微粒过滤器24的再生的氧气，将经由二次空气管路16和二次空气阀34被吹入到废气通道20中的二次空气量提高成使得在微粒过滤器24的入口处调整λM>1、优选地λM在1.05与1.2之间、特别优选地λM=1.1的过化学计量的混合空气比例。由此确保，煤烟的转化率不可变得太高且不引起微粒过滤器24的热损毁。该过程被如此长地维持，直至微粒过滤器24可被认为再生。作为用于微粒过滤器24的典型的再生持续时间选择200s-1000s、优选在300s-
800s之间、特别优选地在500-600s之间的时间间隔。
[0064] 备选地，如同在图5中所示，还可并行地执行微粒过滤器24的加热阶段和再生阶段。在此，内燃机10以λE<1的亚化学计量的稠密的燃烧空气比例来运行且同时二次空气被吹入到废气通道20中，从而在加热阶段期间且在并行经历的再生阶段期间出现λM>1的过化学计量的混合空气比例。因此，燃烧混合气的未燃烧的组成部分同时被放热转化且足够的氧气可供使用，以便于转化沉积在微粒过滤器24中的煤烟。
[0065] 所说明的两种方法相应地可以两种所建议的装置来执行，即不取决于二次空气管路是在内燃机10的出口与涡轮增压机40的涡轮机26之间还是在涡轮增压机40的涡轮机26与三元催化器22之间通入到废气通道20中。所说明的方法引起在再生阶段期间的NOx逃出。在图4中所示的且优选的方法中，该带有现有NOx逃出的阶段然而被缩短，因为微粒过滤器
24的加热阶段以λE=1的化学计量的燃烧空气比例执行且在三元催化器22的完整的效用下执行。
