运行内燃机的排气系统的方法、计算单元和计算机程序与流程

本发明涉及一种用于运行内燃机的排气系统的方法以及一种用于执行该方法的计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。

背景技术：

1、为了达到法定排放限值，可以使用三元催化净化器(英文three way catalyst，twc)，这些三元催化净化器能够将相关的气态有害物质nox、hc以及co转化成如n2、h2o和co2等无害产物。为了使这些催化反应正常进行，催化净化器中的温度通常必须超过通常为300-400℃的所谓的起燃(light-off)温度。一旦达到或超过该起燃温度，催化净化器就几乎完全转化相关的有害物质。结合柴油发动机，也可以使用其它催化净化器类型，例如氧化催化净化器或scr催化净化器，为了有效的废气净化，这些其它催化净化器类型也必须在相应的温度范围内运行。

2、为了尽可能快地达到该状态，可以应用所谓的发动机内部催化净化器加热措施。在此，延迟点火角会降低汽油或柴油发动机的效率，并且这样会提高废气温度和进入催化净化器中的焓。通过经调整的喷射策略(例如多次喷射)，可以同时确保燃烧稳定性。可以并行地激活其它可能的发动机内部加热措施，诸如阀门调节、提高怠速或者排气管路中的放热反应(诸如通过延迟后喷射、二次进气或氧分流)。

3、除了这些发动机内部催化净化器加热措施之外，也可以使用外部催化净化器加热措施，例如借助于电可加热的催化净化器或者废气燃烧器。这样的外部加热措施例如在de41 32 814 a1和de 195 04 208 a1中描述。

技术实现思路

1、按照本发明，提出了具有专利独立权利要求的特征的一种用于运行内燃机的排气系统的方法以及一种用于执行该方法的计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求以及随后的描述的主题。

2、本发明考虑到在不同的司法管辖区、尤其是在欧盟(eu)、美国(usa)和中国对额外的(可能以前未检测到的)有害物质(例如nh3)的现有的废气极限值和治理的不断强化，其中该趋势能在全球范围内推广。这种强化通常会导致废气后处理系统的复杂性增加，这些废气后处理系统通常由多个串联的催化净化器组成。在此，由于结构空间原因，除了靠近发动机布置的催化净化器之外，在车辆的底盘中也使用催化净化器。

3、原则上，可以区分不同的催化净化器类型，这些催化净化器类型分别具有用于最佳效果的特定的温度范围：

4、-转化催化净化器(例如三元催化净化器(twc)、氧化催化净化器)：废气组分(hc、co、nox)可以在高于起燃温度的情况下在化学计量废气成分的情况下直接被转化成无害物质(co2、h2o、n2)。在氧气过量以及相对应的hc供应的情况下，在催化净化器上可以发生放热反应。

5、-存储式催化净化器：

6、与温度无关(例如颗粒过滤器)：无论催化净化器温度如何，烟尘颗粒都被留住。在催化净化器温度提高且氧气过量的情况下需要循环再生，以便排空催化净化器/过滤器。

7、与温度相关(例如nox-存储式催化净化器nsc、nh3-阻断式催化净化器asc)：废气组分在催化净化器温度低时已经被留住，然而在废气温度提高时可能出现退出效应。在催化净化器温度提高的情况下需要循环再生，以便排空催化净化器。

8、-还原剂催化净化器：在温度足够高并且还原剂(nh3)储存在催化净化器中的情况下，废气组分在该催化净化器中被转化。然而，在废气温度提高的情况下，可能出现还原剂的退出效应。

9、为了对这种废气净化系统进行调温，可以使用电加热器。这一点尤其是在混合动力车辆中有用，因为一方面总归存在性能相对强大的电池，另一方面在电驱动行驶期间，排气系统被冷却并且在重新使用内燃机时无法进行转化。

10、具体地，提出了一种用于运行内燃机的排气系统的方法，其中内燃机至少有时与电机以机械方式联接，使得在电机与内燃机之间能传递动能，其中该排气系统具有可电加热的至少一个废气净化组件。该方法包括：确定该至少一个废气净化组件的当前温度；基于所确定的当前温度，确定该至少一个废气净化组件的加热需求；确定为了运行电机并且对该至少一个废气净化组件进行电加热而最大可提供的电能；以及根据该加热需求和可提供的电能，执行控制措施，其中该控制措施包括来自如下组中的一种或多种控制措施，该组包括：借助于该电能来加热该至少一个废气净化组件；借助于将动能传递到电机上，增加内燃机的负载，以增加最大可提供的电能；以及借助于传递在使用电机的情况下由电能产生的动能，减少内燃机的负载。因此，可以分别采取从优化排放行为的角度来看最合理的措施，而不必在电池电量低时完全放弃减排措施。这尤其对于电行驶里程少的混合动力车辆来说有利，因为一方面在电动行驶期间，排气系统可以冷却，另一方面只有有限的容量可用于电加热和减排措施。

11、为了确定当前温度，例如可以使用排气系统的温度模型或者使用排气温度传感器。

12、在有利的设计方案中，该方法还包括：确定由内燃机提供的热能与包含在内燃机的废气中的该至少一种废气成分的份额之间的比率；并且根据所确定的比率来执行该控制措施。在此，尤其是，该控制措施可以包括：如果对内燃机的负载要求超过第一阈值并且可提供的电能不足以满足该加热需求，则减少内燃机的负载；和/或该控制措施可以包括：如果该负载要求低于第一阈值并且高于第二阈值，则减少内燃机的负载和/或对该至少一个废气净化组件进行电加热；和/或该控制措施可以包括：如果该负载要求低于第二阈值，则增加内燃机的负载，其中根据所确定的比率来确定至少该第二阈值。由此，可以分别选择减排潜力最高而且同时电系统的负载适应相应当前工作能力的那个措施。

13、换言之，在负载要求高的情况下、尤其是在满负载范围内，可以减少内燃机的负载，因为由此减少了原始排放，并且相比于对催化净化器的快速预热，这对整体排放行为具有更为积极的影响。因而，在该方法的该设计方案中，在满负载范围内，相对于对废气净化组件进行加热，可以优先考虑减少负载。另一方面，如果该负载要求低得以至于低于通过内燃机所提供的热能与包含在废气中的该至少一种废气成分的份额的理想比率，则无论如何，增加内燃机的负载都是合理的，其中多余的能量可以以电能的形式被储存在电池中。另一方面，在理想比率与满负载之间的范围内，根据电池的充电状态、加热需求以及具体存在的比率，可以在两种控制措施(减少负载和/或电加热)之间进行选择，或者可以在电池电量高时同时采用两者。这种选择在这里也称为第一控制模式。

14、在第二控制模式中，在电池电量低时，可以选择减少负载或电加热两种控制措施中的相应从排放角度来看更好的控制措施，其中这两种措施中的相应另外一种措施在该第二控制模式中不被执行。与此相对应地，基于加热需求、可用的电能以及热能与原始排放的比率，执行优先级排序。

15、此外，在第三控制模式中，在电池电量低时，可以将内燃机的负载增加得超出从排放角度来看的最佳值(焓与原始排放的比率)，以便为当前的和/或将来的控制措施提供足够的能量。因此，例如可以将负载增加到使得电加热可以进行到使由于增加负载所产生的更多排放被增加的废气焓以及借此增加的催化效果所过度补偿、即总体上存在排放优势的程度。该排放优势不一定必须同时实现，使得由于增加负载所产生的多余的电能也可以被暂存在电池中，用于以后需要的控制措施。

16、有利地，可以基于外部选择规范来在这些不同的控制模式之间进行选择，使得例如在应用期间可以根据所希望的控制模式来设定相对应的(软件)开关。例如，可以在车辆的开发和应用的框架内进行切换，并且接着指定该切换用于批量使用。这样，针对不同的使用目的可以使用结构相同的控制设备。

17、按照本发明的计算单元、例如机动车的控制设备被设立为、尤其是以程序技术方式被设立为执行按照本发明的方法。

18、尤其是当执行的控制设备还被用于其它任务并且因而总归存在时，按照本发明的方法的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的实现方案也是有利的，因为这引起了特别低的成本。最后，提供了一种机器可读存储介质，在其上存储有如上所述的计算机程序。尤其是，适合于提供该计算机程序的存储介质或数据载体是磁存储器、光存储器和电存储器，诸如硬盘、闪速存储器、eeprom、dvd以及其它等等。通过计算机网络(因特网、内联网等等)来下载程序也是可行的。在此，这种下载可以以有线方式或以线缆方式或者以无线方式(例如经由wlan网络，3g、4g、5g或6g连接，等等)实现。

19、本发明的其它优点和设计方案从说明书以及随附的附图中得出。

20、本发明依据实施例在附图中示意性示出并且在下文参考附图予以描述。