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CN114508436A - 降低催化器中氧含量的还原方法，发动机装置和交通工具 - Google Patents

降低催化器中氧含量的还原方法，发动机装置和交通工具 Download PDF

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CN114508436A
CN114508436A CN202111360454.6A CN202111360454A CN114508436A CN 114508436 A CN114508436 A CN 114508436A CN 202111360454 A CN202111360454 A CN 202111360454A CN 114508436 A CN114508436 A CN 114508436A
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M-A.戈尔科夫斯基
S.谢曼
C.阿伦兹
C.勒克
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Volkswagen Automotive Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的废气设备中的催化器的还原方法，以降低催化器中的氧含量，尤其在内燃机的推力切断运行之后降低催化器中的氧含量，所述方法包括：第一喷射，将燃料喷射到第一缸，其中，第一喷射在所述第一缸的第一工作周期的压缩冲程的点火时间点之后进行；并且在第一缸的排气冲程期间，将喷射的燃料从缸内引入催化器中。

Description

降低催化器中氧含量的还原方法，发动机装置和交通工具
技术领域
用于内燃机的废气设备中的催化器的还原方法，用于降低催化器中的氧含量，尤其在内燃机的推力切断运行之后，用于执行还原方法的发动机装置和包括该发动机装置的交通工具。
背景技术
内燃机将化学能转化为机械能。为此，由燃料和空气组成的可点燃的混合物被引入燃烧室(气缸)中并在那里被点燃。在目前的内燃机中，发动机控制设备用于控制和监视发动机中的燃烧过程，以便实现期望的行驶特性和遵守现行的废气标准(例如通过拉姆达控制)。为此，发动机控制设备可以与发动机内部过程同步地计算和输出控制信号。这尤其适用于燃烧室的空气填充、燃料喷射和点火时间点的控制，还有排气设施的再生/清洁。通常，发动机控制设备不是开放的，而是封闭的控制系统，因为由传感器测得的实际状态与计算出的目标状态(反馈)比较，然后通过控制元件将封闭的控制回路中的偏差最小化。
文献US2015/0051812A1公开了一种用于减少内燃机的氮氧化物排放的系统和方法。文献US2015/0051812A1还公开，当确定车辆处于滑行中时，不给内燃机供应燃料。此外还示出，当内燃机在制动后重新点火时，内燃机以浓的空燃比运行。
文献DE102019120770A1公开了一种用于内燃机的发动机控制装置。发动机控制装置执行燃料引入过程用于引入含有从燃料喷射阀喷射的燃料的空气燃料混合物。发动机控制装置配置为向缸内喷射更大的燃料量，使得缸内的一部分空气燃料混合物可以不燃烧地被导引至三元催化器。
文献DE102019120781A1公开了一种用于外源点火式内燃机的控制装置。该内燃机包含用于喷射燃料的燃料喷射阀和设置在排气通道中的三元催化器。该控制装置包括喷射阀控制单元。喷射阀控制单元构造用于执行富集过程，当在已停止燃烧的缸中又开始燃烧时，该富集过程控制燃料喷射阀，以便设置比化学计量空燃比更浓的空燃比。
根据现有技术，在重新使用内燃机期间为避免氮氧化物而进行的低于化学计量的发动机运行会增加碳氢化合物和一氧化碳的原始排放。这会导致尾管二氧化碳排放的不期望的增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种有利的方法用于优化源自催化器的氧排出，其减少氮氧化物(NOx)排放。
上述技术问题通过按照权利要求1所述的方法，按照权利要求9所述的发动机控制设备和按照权利要求10所述的交通工具解决。本发明另外的有利设计方案由从属权利要求和下面本发明的优选实施例的说明中得出。
本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的废气设备中的催化器的还原方法，以降低催化器中的氧含量，尤其在内燃机的推力切断运行(或者说滑行时喷油切断运行)之后降低催化器中的氧含量，所述方法包括：
-第一喷射，将燃料喷射到第一缸，其中，第一喷射在该缸的第一工作周期的压缩冲程的点火时间点之后进行；并且
-在第一缸的排气冲程期间，将喷射的燃料从缸内引入催化器中。
在用于驱动交通工具的内燃机的推力切断运行(滑行时喷油切断阶段)中，即使存在空气流也不需要喷射燃料，因为发动机的运动通过驱动系统造成的强制旋转维持。在升到怠速转速时需要重新喷射燃料，以确保发动机不停机。在要减小交通工具的速度时，推力切断运行就被启动，发动机可以用作制动作用(发动机制动)。在推力切断运行期间，新鲜空气通过缸传导至催化器。输入的新鲜空气造成催化器中氧存量的增加。由于在推力切断运行阶段或停止阶段后催化器中的氧存储过多，所以在燃料重新燃烧后催化器可能不能将氮氧化物(NOx)转化为一氧化碳(CO)和氮(N2)。为了确保氮氧化物(NOx)的转化，未燃烧的碳氢化合物份额(HCs)可以被引入催化器并在燃料的首次重新燃烧发生之前与存储的氧反应。如果重新使用的期望延迟一个或多个燃烧周期(工作周期)并且在这些周期中只有一定量的燃料通过喷射器(燃料喷射器)积累但没有被点燃，就可以实现更大的效果。同样可以通过预喷射(燃料的第一喷射)减少过多存在的氧。预喷射(第一喷射)也可以用于，预调制催化器的氧存储面，以便在后续工作周期中在重新燃烧阶段期间产生的原始的氮氧化物排放可以被转化。通过在达到第一原始排放之前将燃料引入催化器中可以减少或甚至避免氮氧化物(NOx)的原始排放。换句话说，利用在此说明的还原方法可以对重新使用和重新启动的带有排放的驾驶情况在其气态的排放方面优化。以此可以减小催化器尺寸和催化器负荷。
催化器可以是具有在第一位置中的氧存储器的3元或4元催化器。内燃机可以是汽油机。汽油机是带有外源点火的内燃机。在此，空气燃料混合物被燃烧并且结合在燃料中的化学能以此被释放并转化为机械能。内燃机执行多个工作周期(燃烧周期)，其中，一个工作周期可以包括四个工作步骤(例如吸气、压缩、做功和排气)。缸的第一工作周期的点火时间点可以是预先规定的时间点，其中，在第一工作周期的点火时间点不发生燃料的点燃。
在一些实施方式中，在第一工作周期中不发生有助于(或者说作用于、贡献于)缸的燃烧的燃料的喷射。
通过在缸的第一点火时间点后立即在做功冲程中第一喷射(预喷射)燃料，可以给催化器输送一定量的未燃烧的燃料。燃料的碳氢化合物成分以此能够与存储在催化器中的过量的氧反应。
在一些实施方式中，燃料的第一喷射可以在缸的排气冲程中进行。
通过在缸的排气冲程中第一喷射(预喷射)燃料，可以给催化器输送一定量的未燃烧的燃料。燃料的碳氢化合物成分(HC)以此能够与存储在催化器中的过量的氧反应。
在一些实施方式中，还原方法还可以包括：
第二喷射，将燃料喷射到第二缸中，其中，第二喷射在第二缸的第二工作周期的压缩冲程的点火时间点之前进行；
点燃第二喷射的燃料；
和第三喷射，将燃料喷射到缸中，其中，第三喷射在第二缸的第二工作周期的压缩冲程的点火时间点之后进行。
第二喷射可以清除催化器中的剩余存在的过量的氧。第二喷射的燃料量可以导致低于化学计量的发动机运行(λ<1)或导致化学计量的发动机运行(λ＝1)。
通过第三喷射(后喷射)可以预调制催化器的氧存储面，以便在后续工作周期中在重新燃烧阶段期间产生的原始的氮氧化物排放可以被转化。因此，随后的重新使用和催化器清除的低于化学计量的阶段(λ<1)可以不太有影响地进行，使得碳氢化合物成分(HC)和一氧化碳(CO)排放和二氧化碳(CO2)消耗也可以减少。此外，在后续的工作周期中的燃烧可以连同化学计量的发动机运行(λ＝1)被执行，这会导致节省燃料。
在一些实施方式中，还原方法还可以包括：
确定催化器(150)的氧存储器中的氧含量；
根据氧存储器的氧含量确定预喷射燃料量；
和根据确定出的预喷射燃料量确定第一喷射的燃料的燃料量。
预喷射燃料量可以取决于储存的氧量。这可以基本上通过催化器诊断确定(老化)并且可以用于催化器的完全的氧填充，以计算出燃料量。如果没有可用的氧填充(没有足够久地在推力切断中或没有运行氧测量)，则可以通过在推力切断期间通流的空气从模型确定燃料量。
预喷射燃料量可以在内部通过从进入推力切断运行开始的空气量累积的化学计量的关系计算。替选的是，预喷射燃料量可以根据重新使用后直至催化器后的λ传感器的定义的信号值时分布的燃料量确定。另外的备选是，预喷射燃料量可以根据理论上分布的燃料量通过进入滑行时喷油切断后直至催化器后的λ传感器的定义的信号值时的化学计量的关系被确定。在一些实施方式中，还原方法还可以包括：
根据第一喷射和第二喷射的燃料量确定燃料质量累积(或者说燃料质量积分)；
确定是否存在针对还原方法的中止条件，其中，若燃料质量累积达到预喷射燃料量，则存在中止条件。
还原方法在重新燃烧的时间窗口中运行，直至催化器中的氧达到最佳的转化。
在一些实施方式中，第二喷射的燃料的燃料量可以大于燃料完全燃烧所需的燃料。
第二喷射的过多的燃料量导致浓的空燃混合物(λ<1)，过多的燃料量可以未燃烧地输送至催化器，以清除催化器中剩余的过多的氧。
在一些实施方式中，第二喷射的燃料的燃料量可以相当于燃料完全燃烧的燃料量。
用于第二喷射的完全燃烧的最佳的燃料量可以导致燃料节省。
第二方面涉及一种发动机装置，其包括发动机控制设备，所述发动机控制设备设置用于执行按照上述实施方式之一所述的方法。
第三方面涉及一种具有上述发动机装置的交通工具。
附图说明
现在示例性并且参照附图说明本发明的实施例：
图1示出具有内燃机的交通工具的实施例的示意图；
图2作为实施例示出用于优化催化器的氧含量的还原方法的框图；
图3作为实施例示出在推力切断运行之后燃料重新投入四冲程四缸内燃机的时间流程，其具有预喷射；
图4作为另外的实施例示出在推力切断运行之后燃料重新投入四冲程四缸内燃机的时间流程，其具有预喷射；
图5作为实施例示出关于时间的燃烧空气比(λ)，关于时间的催化器中的氧存量和关于时间的催化器中的氮氧化物(NOX)转化的效率；
图6作为第二实施例示出关于时间的燃烧空气比(λ)，关于时间的催化器中的氧存量和关于时间的催化器中的氮氧化物(NOX)转化的效率；
图7作为第三实施例示出关于时间的燃烧空气比(λ)，关于时间的催化器中的氧存量和关于时间的催化器中的氮氧化物(NOX)转化的效率；
图8作为实施例示出具有内燃机装置的交通工具。
具体实施方式
图1示出具有内燃机的交通工具的实施例的示意图。交通工具100包括发动机控制设备110、内燃机130和催化器150。
内燃机130可以是由燃料空气混合物的燃烧驱动的汽油发动机。内燃机130包括活塞130-1，缸130-2，进气阀130-3，排气阀130-4，燃料喷射器130-5和火花塞130-6。能量转换或者按照四冲程原理或二冲程原理。四冲程原理的内燃机具有四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。内燃机130可以包括2至16个缸。
发动机控制设备110控制/调节阀门130-3、130-4在精确定义的时间点的开/关，以便在相应的运行状态中满足期望的功率和扭矩要求并且尽可能低地保持燃料消耗和有害物排放。此外，发动机控制设备110控制/调节燃料的喷射量和喷射时间点。
在吸气冲程中，活塞130-1首先位于缸130-2的上死点并且进气阀130-3处于打开状态，排气阀130-4处于关闭状态。在此，燃料空气混合物通过进气阀130-3吸入，方式是向下移动活塞130-1。
在压缩冲程中，进气阀130-3和排气阀130-4被关闭。燃料喷射器130-5将燃料直接喷射到缸130-2中。由此在缸130-2中形成燃料空气混合物。这种燃料空气混合物通过活塞130-1移动到缸130-2的上死点被压缩。在上死点前不久，火花塞130-6点燃压缩的燃料空气混合物。
在做功冲程中，活塞130-1被爆炸式地向下挤压，在此阀门(进气阀130-3和排气阀130-4)保持关闭。在燃料与空气中的氧燃烧时，缸130-2中产生水(H2O)和二氧化碳(CO2)。然而由于燃烧过程没有完全结束，所以产生另外的燃烧产物，这些产物也被称为废气。汽油发动机的废气含有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)。
在排气冲程中排气阀130-4被打开并且活塞130-1向上移动，使得废气可以导引至催化器150。催化器150用于将在燃烧时产生的废气转化为水(H2O)和二氧化碳(CO2)。
λ传感器140位于排气阀130-4和催化器150之间。λ传感器140将废气中的剩余氧含量与参考值、通常是当前大气空气的氧含量比较。由此可以确定和以此设置λ值(燃烧空气与燃料的相对比率或理论比率)。lambda值λ将需要的空气量与理论的空气需求关联。因此λ＝1表示针对混合物完全燃烧的理想空气量。在内燃机130的混合气制备中分为“浓的混合物(低于化学计量)(λ<1)”和“稀的混合物(λ>1)”。由于混合物变浓(λ<1)，在燃烧时氧的相对缺乏导致一氧化碳和碳氢化合物的份额增加。在稀的混合物中(λ>1)，废气中的氧含量相对较高。根据稀薄的程度以此防止废气中形成一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)，但由此产生的非常高的燃烧温度导致破坏气候的氮氧化物(NOx)的形成增加。
催化器150具有不锈钢壳体。金属(metalith)或陶瓷(monolith)的氧存储器(图1中未示出)安装在该不锈钢壳体中。氧存储器沿纵向被很多小的通道贯穿。以此实现尽可能大的表面，以实现催化器的最佳效果。载体表面设有高孔隙率的层(Washcoat)。贵金属(铂、钯和/或铑)嵌入该层中。催化器150可以是三元催化器或四元催化器。
第二λ传感器(催化器后的λ传感器)160位于催化器150的后方。催化器150的高储氧能力导致在催化器之后废气中几乎没有剩余的氧。因此，第一λ传感器140显示电压跳动，而催化器后的λ传感器160显示几乎恒定的电压。随着催化器的老化，氧存储的容量下降，这也减少了对氧波动的缓冲。这个过程可以根据催化器后的λ传感器160测量，以确定催化器150的老化。
在特定情况中，例如在下坡时，内燃机130必要时不需要产生功率。在这种情况下，交通工具处于推力切断运行中。在推力切断运行中燃料输入可以被中断，这被称为推力切断或滑行时喷油切断。在滑行时喷油切断期间，给催化器150不输送废气，而是新鲜空气。在氧存储器通过滑行时喷油切断而填充后，催化器150在重新投入燃料后可能暂时不能转化氮氧化物(NOx)。由于燃烧可能不理想地进行，所以即使在低于化学计量的发动机运行中，也可以在一定范围内测量到氮氧化物(NOx)的原始排放。这种特性通过滑行时喷油切断(纯粹的氧(O2)运输，较低的缸温度)和重新使用中的首次燃烧之间的不连续的状态切换支持。由于各单个缸在排气系统中的合并和那里的压力脉冲，燃烧的缸的第一原始排放与仍在排气系统中的空气混合。这使得原始排放的氮氧化物(NOx)份额还是不能在催化器中转化或者只能部分被转化，因为催化器由推力切断运行被充满氧。为了改善催化器150在氮氧化物(NOx)排放方面的转化性能，规定一还原方法优化催化器150的氧含量。在还原方法中，催化器150的氧含量在滑行时喷油切断/停止阶段后通过预喷射降低。还原方法的更详细的解释在下面的图2中找到。
图2作为实施例示出用于优化催化器的氧含量的还原方法的框图。
在步骤200中确定内燃机(图1中的130)处于推力切断运行。
在步骤210中确定发动机是否离开推力切断运行。对推力切断运行的结束的确定可以通过驾驶员本身、通过驾驶员辅助系统或通过发动机控制设备(图1中的110)的内部要求进行。例如当内燃机(图1中的130)的发动机转速低于预先规定的最低转速时，可以确定推力切断运行结束。当催化器(图1中的150)的温度低于预先规定的最低温度时，也可以确定推力切断运行结束。如果确定推力切断运行结束，则还原方法继续以步骤220进行，否则还原方法返回到步骤200。
在步骤220中确定催化器(图1中的150)的氧存储器是否已满。如果设计成跃变式传感器的催化器后λ传感器(图1中的160)低于电压阈值，或者具有代表“稀薄突破(magerdurchbruch)”的电压梯度或λ梯度，则催化器的氧存储器就是充满的。如果确定催化器的氧存储器没有充满，则中止还原方法(步骤300)并且内燃机(图1中的130)在化学计量的(λ＝1)的燃烧空气比的情况下燃烧。换句话说，在压缩冲程期间喷射到缸(图1中的130-2)中的燃料量相当于燃料完全燃烧所需的燃料量。如果确定催化器的氧存储器充满，则还原方法继续以步骤230进行。
在步骤230中确定哪个缸适于内燃机(图1中的130)的重新燃烧。可以基于相应的缸的当前做功冲程确定。例如处于排气冲程的缸可以选择用于内燃机(图1中的130)的重新燃烧。
在步骤240中确定在哪个缸进行第一预喷射。可以基于时间区间和阈值确定其中进行第一预喷射的缸，其中，时间区间是在确定推力切断运行结束的时间点和在步骤230中选择的缸的喷射时间点之间的时间范围。如果时间区间小于阈值，则在步骤230中选择的缸被选择用于第一预喷射。如果时间区间大于阈值，则选择下一个点火顺序的缸，其中进行第一预喷射(见图3或图4)。
在步骤250中确定催化器(图1中的150)的氧填充状态。为了确定催化器的氧填充状态，首先确定在推力切断运行中流过内燃机(图1中的130)进入催化器(图1中的150)的质量流。替选的是，质量流可以由不同传感器(压力传感器、热膜空气量传感器)和技术人员已知的模型(例如，基于节气门、凸轮轴和/或涡轮增压器转速的参数)确定。根据普通空气中通常的氧含量(O2)和确定出的质量流可以确定通过相应的推力切断运行存储在催化器中的氧份额(O2)。通过相应的推力切断运行存储的氧份额(O2)在时间上累积，并以此确定催化器(图1中的150)的总的氧份额(氧填充状态)。
在步骤260中确定用于排空催化器(图1中的150)的氧存储器的燃料(预喷射燃料)的量，其被需要用于完全消减或仅减少定义的量的催化器中的氧。排空所需的预喷射燃料量可以根据在步骤250中确定出的催化器(图1中的150)的氧填充水平近似地通过相应的喷入的燃料与额外的修正(例如负荷/速度/催化器特性(OSC/RSC))的化学计量的关系算出。预喷射燃料量可以通过催化器的当前的氧份额(O2)限制。
在步骤270中确定用于在内燃机(图1中的130)的做功冲程中燃烧以排空催化器(图1中的150)的氧存储器的燃料的燃料量。在做功冲程中喷射到缸中的燃料量可以这样确定，即燃烧空气比为低于化学计量的(λ<1)。换句话说，在做功冲程期间喷射到缸中的燃料量可以大于燃料完全燃烧所需的燃料量(见图5)。替选的是，在做功冲程期间喷射到缸中的燃料量可以这样确定，即内燃机的燃烧空气比为化学计量的(λ＝1)。换句话说，在做功冲程期间喷射到缸中的燃料量相当于燃料完全燃烧所需的燃料量(见图6)。
在步骤280中将基于在步骤260中确定出的预喷射燃料量的预喷射燃料喷射到在步骤230中选择的缸的排气冲程中。替选的是，将基于在步骤260中确定出的预喷射燃料量的预喷射燃料在做功冲程中喷射，以便事后喷射的预喷射燃料保持未燃烧。在氧存储器中存储的氧量可以以此被完全减少或者仅仅减少通过燃烧的内燃机(图1中的130)的氮氧化物(NOx)份额的还原产生的最小的氧量。在相应的排气冲程或做功冲程中需要的预喷射燃料的喷射量可以预先定义或者根据在步骤260中确定出的预喷射燃料量确定。
在步骤290中基于在步骤260中确定出的有助于相应缸中燃烧的燃料量喷射燃料。具体而言，在压缩冲程中基于在步骤260中确定出的燃料量喷射燃料并点燃。
在步骤300中确定燃料质量累积是否已经超过(达到)在步骤230中确定出的预喷射燃料量。燃料质量累积可以从预喷射的燃料流量，按比例通过喷射分布从新鲜空气和目标λ以及废气质量流确定。如果确定燃料质量累积已经超过预喷射燃料量，则预喷射就结束。如果催化器后的λ传感器(图1中的160)具有高于预先确定的极限值的电压梯度或λ梯度，而这表明催化器中的氧质量充分减少，则也可以结束预喷射。燃料质量累积可以借助氧存储器容量(Oxygen Storage Capicity，OSC)、例如由催化器诊断确定并且根据运行点修正或限制。如果确定应结束预喷射，则还原方法继续以步骤300进行，否则该过程返回到步骤240。
在步骤310中，还原方法被中止并且内燃机(图1中的130)以低于化学计量的(λ<1)的燃烧空气比运行直到预先确定的时间(见图5或图6)。替选的是，该步骤可以被跳过并且在还原方法中止后，内燃机(图1中的130)可以以化学计量的(λ＝1)燃烧空气比运行(见图7)。
在相应缸的每个工作周期后(在步骤290后返回步骤240时)，可以根据催化器后λ传感器(图1中的160)的电压的信号曲线调整喷射的燃料量，以此确定所需的预喷射燃料量。替选或者额外的是，可以计算在进入滑行时喷油切断时理论上分布的预喷射燃料量，直至催化器后λ传感器的电压的定义的信号曲线。额外地，预喷射所需的燃料量可以通过使用催化器的氧存储器容量(英语：Oxygen Storage Capacity，OSC)和催化器的还原存储容量(英语：Reduction Storage Capicity，RSC)之间的关系构成确定。该关系构成是针对氧的排出的度量，并且由于化学影响可以与OSC值不同。在确定预喷射燃料量(步骤230)时，可以考虑步骤260中所需的额外的燃料量。即是说可以在考虑步骤260中额外的燃料量的情况下减少预喷射燃料量。这里要注意，在燃料未燃烧分布时，也必须考虑缸内的原始空气。在转速低并且因而减速时间大的情况下有利的是结合非常早的预喷射。
图3作为实施例示出在推力切断运行之后燃料重新投入四冲程四缸内燃机的时间流程，其具有预喷射。图3示出四冲程四缸内燃机(图1中的130)，其具有点火顺序1-3-4-2，替选地该四冲程四缸内燃机具有点火顺序1-2-4-3。图3的第一行示出第一缸Z1的两个工作周期，图3的第二行示出第三缸Z3的两个工作周期，图3的第三行示出第四缸Z4的两个工作周期，图3的第四行示出第二缸Z2的两个工作周期。每个工作周期(燃烧周期)包括四个工作步骤：吸气冲程(AN)、压缩冲程(VT)、做功冲程(AB)和排气冲程(AS)。在时间点St确定发动机离开(结束)推力切断运行(图2中的步骤S210)。在时间点St，缸Z1处于吸气冲程AN1-1，缸Z3处于排气冲程AS3-0。因此，缸Z3选择用于内燃机的重新燃烧(图2的步骤S230)。由于时间点St和缸Z3的喷射时间点E3-1之间的时间区间ΔT13大于阈值，所以选择缸Z3，其中进行第一预喷射(图2中的步骤S240)。因此进行第一预喷射V3-0，其在第三缸Z3的排气冲程AS3-0中喷射，其中，第三缸Z3仍处于推力切断运行中，并且其中在该缸Z3中还没有进行燃烧。在喷射时间点E3-1进行燃料的喷射，这有助于第三缸Z3中的燃烧。在点火时间点Z3-1，喷射的燃料被点燃，并且在之后的排气冲程AS3-1中进行第二预喷射V3-1。在排气冲程AS3-1中第一个燃烧过的原始排放物进入催化器(图1中的150)。E1-1示出推力切断运行中的理论喷射时间点，其中不进行燃料喷入。Z1-1示出第一缸Z1的理论点火时间点，其中不进行点火。在第一缸Z1的第一个点火时间点Z1-1之后进行预喷射V1-1，其在第一个工作周期的排气冲程AS1-1中分布。在相应的缸Z2、Z4的排气冲程AS4-0和AS2-0中，在喷射时间点E4-1和E2-1之前进行两另外的预喷射V4-0、V2-0。通过预喷射V1-1、V3-0、V4-0和V2-0，未燃烧的碳氢化合物(HC)到达催化器并在燃烧的原始排放物到达催化器之前与存储的氧反应。在喷射时间点E4-1进行燃料的喷射，这有助于第四缸Z4中的燃烧。在点火时间点Z4-1，喷射的燃料被点燃，并且在之后的排气冲程AS4-1中进行第二预喷射V4-1。在喷射时间点E2-1进行燃料的喷射，这有助于第二缸Z2中的燃烧。在点火时间点Z2-1，喷射的燃料被点燃，并且在之后的排气冲程AS2-1中进行第二预喷射V2-1。在第二工作周期的喷射时间点E1-2、E2-2、E3-2、E4-2，分别进行燃料的喷射，这有助于相应缸中的燃烧，并且在第二个工作周期的点火时间点Z1-2、Z2-2、Z3-2、Z4-2，喷射的燃料被点燃。第三预喷射V1-2、V2-2、V3-2、V4-2在每个缸的第二工作周期的排气冲程中进行。具有预喷射的工作周期一直进行，直至有还原方法的中止条件(图2)。在图3中，预喷射在排气冲程中示出，替选的是预喷射可以在做功冲程中进行。
图4作为另外的实施例示出在推力切断运行之后燃料重新投入四冲程四缸内燃机的时间流程，其具有预喷射。图4与图3的区别在于，不进行预喷射(图4中的V3-0)，其在第三缸Z3的排气冲程AS3-0中分布，其中，第三缸Z3仍处于推力切断运行中，并且其中在该缸Z3中还没有进行燃烧。由于时间区间ΔT13小于阈值，所以选择缸Z4，其中进行第一预喷射(图2中的步骤S240)。由于预喷射V1-1、V4-0和V2-0而存在的未燃烧的碳氢化合物(HC)与存储在催化器(图1中的150)中的氧反应，这是在进行第一燃烧(即在第三缸3中通过点火而燃料进行燃烧)之前。
图5作为实施例示出关于时间的燃烧空气比(λ)，关于时间的催化器中的氧存量和关于时间的催化器中的氮氧化物(NOX)转化的效率。图5中上方函数图表示燃烧空气比(λ)，其中，X轴表示时间(秒)，Y轴表示燃烧空气比(λ)。水平沿时间轴绘制的虚线表示化学计量的燃烧空气比(λ＝1)。图5中在中间函数图表示催化器中的氧存量，其中，X轴表示时间(秒)，Y轴表示氧存量。实线L1表示存储在催化器中的氧量，其中，燃料根据图2中的还原方法喷射。虚线L2表示存储在催化器中的氧量，其中，燃料用传统的喷射方法喷射。在传统的喷射方法中不进行预喷射，而仅在吸气冲程中进行浓的燃料喷射。图5中下方的函数图表示催化器中氮氧化物(NOx)转化的效率，其中，X轴表示时间(秒)，Y轴表示氮氧化物(NOx)转化的效率。实线L3表示氮氧化物(NOx)转换的效率，其中根据图2的还原方法喷射燃料。虚线L4表示氮氧化物(NOx)转换的效率，其中燃料用传统的喷射方法喷射。
在时间点T1，内燃机(图1中的130)处于推力切断运行。由于在推力切断运行中不需要燃烧，所以在每个工作周期(吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程)后产生的废气变得越来越稀/贫，所以燃烧空气比(λ)也增大。这导致更多的氧(O2)被转移到催化器(图1中的150)中。催化器中的氧存量以此即使在推力切断运行中(时间点T1)也增加。通过催化器中的氧过量，催化器中的氮氧化物(NOx)转化的效率在推力切断运行中(时间点T1)变差。
在时间点T2确定推力切断运行结束，内燃机(图1中的130)重新运行。在时间点T2，在做功冲程的点火时间点后或在排气冲程中，第一燃料量(图3中的V1-1、V3-0、V4-0、V2-0；图4中的V1-1、V4-0、V2-0)被喷入缸中(图1中的130-2)。该第一喷射的燃料量被转移到催化器中。第一喷射的未燃烧的碳氢化合物(HC)消耗存储在催化器中的氧量并转化为二氧化碳(CO2)和水蒸气(H2O)。以此降低存储在催化器中的氧量。催化器中氧的减少导致催化器中氮氧化物(NOx)转化效率提高。
在时间点T3，第二燃料量喷射到缸中并且第二燃料量(例如图3中的E3-1)被点燃。在第二喷射点火后，进行第三喷射(图3中的V1-2、V3-1、V4-1、V2-1；图4中的V1-2、V4-1、V2-1)，其中，第三喷射在做功冲程的点火时间点之后或在排气冲程中进行。第二喷射的燃料量大于燃料完全燃烧所需的燃料。因此，在时间点T3废气的混合气比时间点T2的混合气更浓/富。通过在时间点T3的废气的更浓的混合气进一步减少存储在催化器中的氧量并且进一步提高了氮氧化物(NOx)转化的效率。
在时间点T4不进行预喷射。换句话说，在做功冲程中点燃燃料后，不向缸中喷射另外的燃料。在时间点T3时，做功冲程所需的燃料量大于燃料完全燃烧所需的燃料量。该燃料量导致浓的废气，其一直进行到催化器被清空。图5中所示的时间段T表示通过还原方法(图2)清空催化器所需的时间和通过传统的喷射方法清空催化器所需的时间之间的时间段。由于还原方法(图2)与传统的喷射方法相比需要更少的时间将氧从催化器清空，所以通过所述还原方法，燃料可以有助于氮氧化物效率的提高。
图6作为第二实施例示出关于时间的燃烧空气比(λ)，关于时间的催化器中的氧存量和关于时间的催化器中的氮氧化物(NOX)转化的效率。图6与图5的不同在于，图5中在时间点T2喷射的燃料量相当于用于燃料完全燃烧的燃料量，并且用于在时间点T2和T3预喷射的燃料量导致浓的废气。在时间点T3期间，不再进行预喷射，而是涉及由导致浓的空气燃料混合物的预喷射(T2)(正常燃烧在λ＝1时进行)与在时间点T3进行传统的催化器清空的组合。与传统的催化器清空相比，现在ΔT的差相较于图5导致燃料节省。
图7作为第三实施例示出关于时间的燃烧空气比(λ)，关于时间的催化器中的氧存量和关于时间的催化器中的氮氧化物(NOX)转化的效率。图7与图5的不同在于，图5中在时间点T2喷射的燃料量相当于用于燃料完全燃烧的燃料量，并且用于在时间点T2和T3预喷射的燃料量导致浓的废气。此外图7与图5的不同在于，内燃机在预喷射后在化学计量的(λ＝1)燃烧空气比下运行。时间段T4表示从催化器中清除氧节省的时间，以此通过计算得到消耗优势。
图8作为实施例示出具有内燃机装置的交通工具。发动机装置包括发动机控制设备(图1中的110)、内燃机(图1中的130)和催化器(图1中的150)。发动机装置设计为执行根据图2的还原方法。
附图标记列表：
100 交通工具
110 发动机控制设备
130 内燃机
130-1 活塞
130-2 缸
130-3 进气阀
130-4 排气阀
130-5 燃料喷射器
130-6 火花塞
140 第一λ传感器
150 催化器
160 第二λ传感器(催化器后λ传感器)
Z1、Z2、Z3、Z4 缸
St 推力切断运行结束的时间点
AN 吸气冲程
VT 压缩冲程
AB 做功冲程
AS 排气冲程
ΔT 时间区间
E 喷射时间点
Z 点火时间点
V 预喷射时间点

Claims (10)

1.一种用于内燃机(130)的废气设备中的催化器(150)的还原方法，以降低催化器(150)中的氧含量，尤其在内燃机(130)的推力切断运行之后降低催化器中的氧含量，所述方法包括：
-第一喷射(V1-1、V3-0、V4-0、V2-0)，将燃料喷射到第一缸(130-2；Z)中，其中，第一喷射在所述缸(130-2)的第一工作周期的压缩冲程(VT)的点火时间点(Z1-1)之后进行；并且
-在所述第一缸(130-2；Z)的排气冲程期间，将喷射的燃料从所述缸(130-2；Z)引入催化器(150)中。
2.按照权利要求1所述的还原方法，其中，在第一工作周期中不发生作用于所述缸(130-2；Z)的燃烧的燃料的喷射。
3.按照权利要求1所述的还原方法，其中，燃料的所述第一喷射(V1-1、V3-0、V4-0、V2-0)在所述缸(130-2；Z)的排气冲程(AS)中进行。
4.按照上述权利要求之一所述的还原方法，其还包括：
第二喷射(E3-1、E4-1、E2-1)，将燃料喷射到第二缸(130-2；Z)中，其中，第二喷射(E1-2)在所述第二缸(130-2；Z)的第二工作周期的压缩冲程(VT)的点火时间点之前进行；
点燃第二喷射(E1-2)的燃料；
和第三喷射(V1-2、V3-1、V4-1、V2-1)，将燃料喷射到第一缸(130-2)中，其中，第三喷射在第二缸(130-2)的第二工作周期的压缩冲程(VT)的点火时间点之后进行。
5.按照上述权利要求之一所述的还原方法，其还包括：
确定催化器(150)的氧存储器中的氧含量；
根据氧存储器的氧含量确定预喷射燃料量；
和根据确定出的预喷射燃料量确定第一喷射的燃料的燃料量。
6.按照权利要求5所述的还原方法，其还包括：
根据第一喷射和第二喷射的燃料量确定燃料质量累积；
确定是否存在针对还原方法的中止条件，其中，若燃料质量累积达到预喷射燃料量，则存在中止条件。
7.按照上述权利要求之一所述的还原方法，其中，第二喷射的燃料的燃料量大于燃料完全燃烧所需的燃料。
8.按照上述权利要求1至6之一所述的还原方法，其中，第二喷射的燃料的燃料量相当于用于燃料完全燃烧的燃料量。
9.一种发动机装置，其包括发动机控制设备(110)，所述发动机控制设备设置为执行按照权利要求1至8之一所述的方法。
10.一种交通工具(100)，其具有按照权利要求9所述的发动机装置。
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