用于运行内燃机的方法、计算单元和计算机程序与流程

1.本发明涉及一种用于运行内燃机的方法，以及涉及用于执行该方法的一种计算单元和一种计算机程序。


背景技术：

2.为了净化废气中的有害物，催化器和传感器、尤其是如例如λ传感器之类的废气传感器在一般情况下被安装在具有内燃机的车辆的废气系统中。由于为了遵守预先给定的极限值强制性地必需这些部件，所以通常通过不同的诊断来监控这些部件。
3.为了将有害物排放保持得小，尤其是在具有汽油机的系统中普遍可以优选地争取达到化学计量的空气燃料比(λ＝1)。这意味着：存在与为了将燃料完全燃烧成二氧化碳和水所需的氧气完全一样多的氧气。即使在另外的发动机概念中，也存在如下运行策略：所述运行策略使得废气λ为1的运行是必需的(例如，颗粒过滤器的再生、加热策略、......)。
4.为了诊断目的，可能必需主动调整燃烧λ的期望值，以便评价废气系统中的部件对λ调整的反应。例如，这里可能涉及针对λ传感器的动态诊断或者偏移诊断(offsetdiagnosen)，或者在催化器的情况下，可能涉及对氧气存储能力的诊断。


技术实现要素：

5.根据本发明，建议了具有独立权利要求的特征的一种用于运行内燃机的方法以及用于执行该方法的一种计算单元和一种计算机程序。有利的构建方案是从属权利要求以及随后的描述的主题。
6.根据本发明的用于运行内燃机的方法包括：提供并燃烧具有第一成分的空气燃料混合物；确定在燃烧时产生的燃烧废气的当前成分；从多个相继确定的当前成分确定排放集合(emissionskollektivs)，该排放集合针对燃烧废气的至少一个组分包括在预先确定的间隔内排出的总量；并根据所确定的排放集合设定空气-燃料混合物的第二成分。经此，在控制内燃机时，不仅(如在传统方法中常见的那样)考虑当前的排放特性，而且监控例如在整个运行或行驶周期内对极限值的遵守，并且因此使得能够整体上减少排放。
7.有利地，排放集合涉及内燃机所做的功和/或内燃机的运行时间和/或由内燃机驱动的车辆所经过的路段。例如，在关于最大排放的法律要求中，以它们为基础，并且它们因而形成特别重要的参考变量。
8.对第二成分的设定尤其是包括：如果富气组分(fettgaskomponenten)在排放集合中占优势，则降低空气-燃料混合物中的燃料比例；和/或如果贫气组分(magergaskomponenten)在排放集合中占优势，则提高燃料比例。经此，可以避免排放特性朝平均本来已过度代表的组分方向改变。
9.在本发明的范围内，富气组分被理解为通过在亚化学计量数量的氧气的情况下燃烧燃料产生的任何化学化合物，亦即被理解为尤其是碳氢化合物或部分氧化的碳氢化合物(例如一元或多元醇、醛、酮、羧酸及其各自的衍生物以及由其构成的组合)、一氧化碳、氨和
氢气。而贫气组分被概述为尤其是在过化学计量的氧气量的情况下燃烧燃料时形成的这种化合物、尤其是各种氮氧化物。
10.一种组分占优势在此尤其是特征在于，占优势的组分占在排放集合的比例距分配给所述占优势的组分的阈值的间距小于其他组分的所有比例距分别分配给所述其他组分的阈值的间距。这提供如下优点：例如根据从相应的组分出发的危险潜力，可以分派不同的阈值。所提及的间距尤其是可以以距相应阈值的相对间距的形式来计算。
11.对第二成分的设定优选地根据多种措施中的至少一种措施的必要性来进行。经此，原则上可以选择排放最优的成分，并且只有在存在需要的情况下，才执行成分的改变。
12.这些措施在此尤其是包括对内燃机的至少一个元件和/或连接在其下游的废气后处理系统的诊断和/或维护。这种措施的实例尤其是催化器诊断、λ传感器诊断、所谓的催化器清理、颗粒过滤器的再生、所谓的催化器加热(kat-heizen)和这一类的。
13.尤其是，相继地执行这些措施，并且该方法此外包括基于占优势的组分来规定执行这些多个措施的顺序。经此，例如可以最佳地利用催化器的存储能力，并且整体上可以避免或者至少减少在催化器下游排放有害物。
14.普遍地，通过在废气系统中使用传感器和模型，可能推断出当前出现的排放。这种排放的实例是氮氧化物(no
x
)、氨(nh3)、一氧化碳(co)、碳氢化合物(hc)、氢气(h2)以及作为燃料消耗的量度的二氧化碳(co2)。
15.尤其是，本发明能够实现早期识别出(即将)超过法定废气极限值。通过当前排放值在(尤其是时间)区间上的积分并且必要时利用在当前行驶周期中所行驶的路段上的积分值进行加权，可以将当前累积的排放(也就是说排放集合)与分别可应用的阈值进行比较。借助所获得的关于所累积的排放的信息，可以有针对性地影响尤其是一般的λ期望值和在不可避免的主动调整时的λ值，使得具有已经很高的累积值或排放集合的废气组成部分的排放没有额外上升，并且在当前行驶周期中满足所有排放要求。
16.优选地，λ调节的期望值选择为使得，有针对性地避免排出确定的废气组分。例如，如果到目前为止的氮氧化物排放已很高，则选择轻微富气的(fetter)期望值(也就是说空气-燃料混合物中的氧气比例可能低于为了完全燃烧燃料所需的氧气比例)；或如果例如碳氢化合物和/或一氧化碳(或由于在燃烧时或者在废气后处理的下游过程中缺乏氧气而越来越多地形成的其他废气组成部分，例如氨)与阈值相比要具有高的排放集合，则有针对性地避免富气的期望值。
17.此外，在构建方案中设置了，在考虑累积排放的情况下，有针对性地适配废气组分诊断的流程策略。例如，在只要求找到λ传感器的对称动态故障的市场中，可以判定动态诊断是否要利用富气的事先条件处理和紧接着的到贫气的测量跳转(messsprung ins magere)来执行，或者反之亦然。
18.优选地，在这种系统中安装如下传感器：所述传感器给出关于当前废气成分的说明。这种传感器可以例如是λ传感器、氮氧化物传感器、温度传感器等。
19.优选地，附加地存在如下(数学)模型：所述(数学)模型将测量数据换算成在燃烧发动机的排气口处的实际原始排放，或换算成在催化器之后的实际排放。例如，在de 10 2016 222418 a1中，描述了这种模型。
20.除行驶周期中经过的距离和废气的λ值之外，可以使用所测量的或者模型化的其
他变量，以便对结果进行加权，或者以便提高精度。这种变量的实例尤其是温度、质量流量和压力。
21.应强调的是，虽然本发明在车辆中的应用是特别有利的，因为在这种情况下适用特别严格的有关允许的排放的法律要求，可是该应用并不是唯一的应用可能性。确切地说，也设置(尤其是也关于固定式内燃机的)其他应用。所使用的内燃机原则上可以是任何类型的内燃机，例如可以是汽油机、柴油机、具有火花点火的贫气发动机(magermotor)、旋转活塞发动机等。本发明与多个内燃机、尤其是与所耦合的废气系统相结合的应用也可能是有利的。
22.根据本发明的计算单元(例如机动车的控制设备)尤其是以编程技术设立为，执行根据本发明的方法。
23.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者计算机程序产品的形式实施根据本发明的方法也是有利的，因为这造成特别低的成本，尤其是当进行实施的控制设备还被用于其他任务并且因而本来就存在时如此。适合于提供计算机程序的数据载体尤其是磁存储器、光存储器和电存储器，如例如是硬盘、闪存存储器、eeprom、dvd以及其他等等。也可能经由计算机网络(互联网、内部网等)下载程序。
24.本发明的其他优点和构建方案从说明书和附上的附图中得出。
附图说明
25.依据附图中的实施例，示意性图示了本发明，并且在下文参照附图描述了本发明。
26.图1以示意性框图的形式示出了具有内燃机的用于执行根据本发明的方法的有利构建方案的装置。
27.图2以流程图形式的简化图示示出了根据本发明的方法的有利构建方案。
具体实施方式
28.在图1中，以框图的形式示意性地图示并且整体上用100标明了具有内燃机110的装置，该装置可用于执行根据本发明的方法的有利构建方案。
29.除内燃机110(该内燃机110例如可以构建为汽油机、柴油机或者旋转活塞发动机)之外，装置100还包括喷射系统120、废气催化器130和计算单元140(所谓的发动机控制设备，ecu)。
30.内燃机110包括多个燃烧室1-6，这些燃烧室1-6在内燃机110运行中由喷射系统120供应燃料。燃烧室的数目对于本发明不重要。例如，喷射系统可以是直喷系统，可是本发明同样适合于进气管喷射系统。计算单元140监控和控制装置100的运行，并例如经由操作单元、如踏板、开关或者诸如此类，接收来自装置100外部的控制信号。例如，计算单元可以设立为，根据接收到的控制信号，促使喷射系统对进入到每个燃烧室1-6或者这些燃烧室1-6中的确定的燃烧室的燃料进行计量，设定针对内燃机的燃烧室1-6的点火时间，接收装置100的部件的信号和/或确定内燃机110、喷射系统120和/或废气催化器130的运行参数。
31.喷射系统120在它那方面设立为，根据喷射系统120从计算单元140接收到的控制信号，将燃料以通过控制信号定义的数量并且在所定义的时刻各个单独地输送给燃烧室1-6中的每个燃烧室。原则上，这可以以任何任意的方式发生，所述方式适合于这种被定义的
计量。例如，燃料泵可以给一个或者多个分配器(导轨(rail))加载在确定压力的情况下的燃料，所述分配器分别供应燃烧室1-6中的多个燃烧室，其中可以预先确定或者控制或调节该压力。接着，经由受控的燃烧室单独的喷射阀，可以控制相应的计量的时刻和数量。另一实例可能会在于分别只分配给一个燃烧室的喷射装置，该喷射装置例如呈传统的泵-喷嘴组合或者燃烧室单独的喷射泵的形式。该列举明确地只表示实施例，而没有对完整性提出要求。
32.废气催化器130设立为，使在内燃机110运行中产生的废气组分相互反应，以便将有害物变换成危害较小的化合物。例如，废气催化器130可以被提供为传统的三元催化器。尤其是在内燃机110构建为柴油机的情况下，也可以使用氧化催化器和/或scr催化器作为废气催化器130。为了阐述目的，在下文假设采用三元催化器。
33.原则上，废气催化器130尤其是在所定义的催化器窗口中特别有效，其中催化器窗口描述了废气成分的范围。尤其是，氧气、富气组分和一氧化碳这些组成部分在这种情况下起重要作用。因而，在正常运行中，内燃机110的运行在一般情况下被控制为使得，内燃机110产生具有对应于为1的空气数的成分的废气。如果内燃机110可是例如在所谓的推进运行(schubbetrieb)中运行，亦即使得内燃机110将减速扭矩施加到下游的传动系上，尤其是施加到离合器输入轴和/或汽车变速器上，则在废气中在一般情况下缺少富气组分和一氧化碳，因为很少或者甚至没有燃料被喷入到内燃机110的燃烧室1-6中。在这种运行阶段中，这降低了燃料消耗，并且也降低了相对应的废气排放，可是紧接着对废气催化器130的转换能力产生了负面影响，因为该废气催化器130接着已经存入了太多氧气。因而，按传统地，在这样的推进运行阶段结束之后，可以将富气的空气-燃料混合物喷入到内燃机110的燃烧室1-6中，以便产生富气废气。这样，可以使废气催化器130相对快速地返回到催化器窗口中。这是用于在推进运行阶段之后快速恢复催化器运行的常规措施。
34.在内燃机110运行期间，尤其是在使用例如能够作为宽带λ传感器、跳跃式λ传感器和/或氮氧化物传感器来提供的废气传感器142、144、146的情况下，确定由内燃机110产生的并由废气催化器转换的废气的成分。为此，传感器142、144、146的信号被传送给计算单元140并由计算单元140进行评估。根据接收到的信号，控制喷入到内燃机110的燃烧室1-6中的空气-燃料混合物的成分。为此，例如可以在喷射系统120的空气路径中设定节流阀，或者相对应地控制燃料泵的输送能力。对空气-燃料混合物的成分的这样的控制是用于调节废气成分的常规措施。
35.在本发明的范围内，附加地为此在计算单元中记录，废气的当前成分如何随着时间发展，或当前成分如何被合计或被取平均和/或在(例如时间的或者按照工作或路段的)区间上被积分。在此，针对废气的至少一种、优选地多种组分确定排放集合，该排放集合例如包括在运行周期(例如行驶路段的当前时期)中排放的废气组分的总量。氮氧化物、碳氢化合物和一氧化碳这些组分在此尤其是重要的，因为这些组分定期承受特别严格的法律监督。接着，利用针对相应的废气组分的阈值来校正排放集合。例如，阈值可以寄存在控制设备140本身中，或者可以尤其是经由无线连接从所述装置之外来检索或接收。在后者情况下，可以考虑分别(在本地或时间上)当前有效的极限值。
36.在校正时，例如针每个被监控的废气组分，可以确定在排放集合中所确定的总量距根据阈值允许的最高量的间距。接着，对内燃机110或喷射系统120的进一步控制可以以
如下方式考虑这些间距：对空气-燃料混合物的成分的调整仅朝一个方向进行，所述方向以如下方式引起废气成分的变化：在较小范围中产生已经接近其允许极限的组分，而可以越来越多地形成其总量距相应最高量还有大间距的组分。
37.尤其是与关于单个元件130、142、144、146的诊断或维护功能有关联地，这是有利的。这种诊断和维护功能经常需要空气-燃料混合物的非化学计量成分。例如，所谓的催化器清理可能需要富气废气，而对于要识别出λ传感器的错误动作的有些诊断功能必需贫气废气。因而，视在内燃机110运行期间在确定的时刻取得多少排放集合而定，如果排放集合中的富气组分的总量刚好接近所分配的阈值，而例如氮氧化物(典型的贫气组分)按照数量起次要作用，那么例如可以执行需要贫气废气的诊断功能。这样，可以确保在整个运行时段期间遵守极限值，而不必舍弃必需的诊断功能。反过来说，当然，只有当排放集合中的贫气组分占优势时，才可以执行需要富气废气的措施，如开头所阐述的那样。
38.在图2中，根据本发明的方法的有利构建方案以简化流程图的形式示出，并且整体上用200标明。在图2的描述中的(尤其是对设备部件的)参考也可以涉及图1中的附图标记。
39.在方法200的第一步骤210中，确定在内燃机110下游的当前废气成分。为此，尤其是λ传感器和/或氮氧化物传感器142、144、146的关于图1所描述的信号可以通过控制设备140来评估。
40.在步骤220中，从废气的与在时间上在这前面确定的成分相结合的当前成分，确定排放集合。为此，相应的当前成分例如可以在时间上或者在所经过的路段上进行积分。
41.此外，在步骤220中，在排放集合中概述的废气组分的相应总量可以对一个或者多个相对应的阈值被校正。例如，在此可以确定一种组分的当前确定的总量距其相应的阈值或其允许的最高量的相对间距。
42.在步骤230中确定，调整空气-燃料混合物的成分是否是必要的。如果这不是这种情况，则方法200回到步骤210，并且继续记录废气成分。
43.而如果在步骤230中查明为了执行一个或者多个措施有必要调整空气-燃料混合物的成分和由此也调整废气成分，则该方法以步骤240继续进行，在该步骤240中，根据在步骤220中所确定的排放集合(或尤其是组分数量距其相应的阈值的所确定的间距)，规定必要的措施的顺序或必要的措施的执行模式。
44.在下一个步骤250中，根据在步骤240中所规定的顺序或以在其中所规定的执行模式，执行所述一个或多个措施。此后，该方法可以回到步骤210。
45.这里应明确强调的是，关于图2所阐述的方法是本发明的示例性构建方案，在本发明的范围内可完全偏离该构建方案。尤其是，可以按照不同的、例如相反的顺序来执行数个步骤。必要时，也可以彼此并行地执行或联合这些步骤中的有些步骤。
46.这里也应该再次明确指明，图1中的装置100仅仅示意性地示出，并且也可以包含其他的或者附加的元件、例如一个或者多个附加的催化器、传感器、颗粒过滤器或者诸如此类。必要时，同样在本发明的范围内可以操控这些附加的或者替选的元件，或由它们提供的信号可被用于确定排放集合(步骤220)或者被用于规定要执行的措施或其顺序(步骤250)。

技术特征：
1.一种用于运行内燃机(110)的方法(200)，其包括：提供并燃烧具有第一成分的空气-燃料混合物，确定(210)在燃烧时产生的燃烧废气的当前成分，从所述燃烧废气的多个相继确定的当前成分确定(220)排放集合，该排放集合针对所述燃烧废气的至少一个组分包括在预先确定的间隔内排出的总量，以及根据所确定的排放集合来设定(250)所述空气-燃料混合物的第二成分。2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述排放集合涉及由所述内燃机(110)所做的功和/或所述内燃机(110)的运行时间和/或由所述内燃机(110)驱动的车辆经过的路段。3.根据权利要求1或者2的方法(200)，其中，如果富气组分在所述排放集合中占优势，则设定(250)所述第二成分包括降低所述空气-燃料混合物中的燃料比例；和/或如果贫气组分在所述排放集合中占优势，则设定(250)所述第二成分包括提高所述燃料比例。4.根据权利要求3所述的方法(200)，其中，一种组分占优势的特征在于，占优势的组分占所述排放集合的比例距分配给所述占优势的组分的阈值的间距小于其他组分的所有比例距分别分配给所述其他组分的阈值的间距。5.根据前述权利要求中任一项的方法(200)，其中，根据多个措施(250)中的至少一个措施的必要性(230)，进行所述设定(250)所述第二成分。6.根据权利要求5所述的方法(200)，其中，所述措施(250)包括对所述内燃机的至少一个元件和/或连接在其下游的废气后处理系统(130)的诊断和/或维护。7.根据权利要求5或者6所述的方法(200)，其中，相继地执行所述措施，并且所述方法此外还包括基于所述占优势的组分来规定(240)执行所述多个措施(250)的顺序。8.计算单元(140)，其设立为，执行根据上述权利要求中任一项所述的方法(200)的所有方法步骤。9.计算机程序，当在计算单元(140)上实施所述计算机程序时，所述计算机程序促使所述计算单元(140)，执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的所有方法步骤。10.机器可读的存储介质，其具有存储在其上的根据权利要求9所述的计算机程序。

技术总结
本发明涉及一种用于运行内燃机(110)的方法(200)，该方法(200)包括：提供并燃烧具有第一成分的空气-燃料混合物；确定(210)在燃烧时产生的燃烧废气的当前成分；从燃烧废气的多个相继确定的当前成分确定(220)排放集合，该排放集合针对燃烧废气的至少一个组分包括在预先确定的间隔内排出的总量；和根据所确定的排放集合来设定(250)空气-燃料混合物的第二成分。此外，本发明还涉及用于执行这种方法的一种计算单元和一种计算机程序产品。种计算单元和一种计算机程序产品。种计算单元和一种计算机程序产品。


技术研发人员：C
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2021.09.23
技术公布日：2023/6/27