專利名稱：具有至少一個排氣后處理系統(tǒng)的直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一個排氣后處理系統(tǒng)的直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行
方法，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)既適合在低溫燃燒模式下的運行也適合在能耗或燃料消耗優(yōu)化了的 稀燃模式下的運行。 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語內(nèi)燃發(fā)動機(jī)不僅包括汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)，同樣也 包括混合燃料發(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
在減少內(nèi)燃發(fā)動機(jī)氮氧化合物的排放上，需區(qū)分兩種根本不同的解決方案。
根據(jù)第一種解決方案，人們試圖以這樣一種方式影響燃燒過程，S卩，使燃料在燃燒 時就產(chǎn)生或者形成盡可能少的氮氧化合物。 由于氮氧化合物的形成不僅需要過量的空氣，而且需要高溫，所以低燃燒溫度的 燃燒過程(LTC-Low Temperature Combustion,低溫燃燒)以及其他方式能夠達(dá)到減少氮氧 化合物排放的目的。 低的燃燒溫度可以通過增大點火滯后程度以及降低燃燒速度來實現(xiàn)。兩種方法都 可通過將燃燒后的氣體混入氣缸新鮮充料中或者說提高氣缸新鮮充料中的排氣成分來實 現(xiàn)，因此排氣再循環(huán)(AGR)被認(rèn)為是一種降低燃燒溫度的適合的手段，排氣再循環(huán)不僅包 括外部排氣循環(huán)，就是說將燃燒后的氣體由內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣端再循環(huán)至進(jìn)氣端，排氣再 循環(huán)也包括內(nèi)部排氣循環(huán)，就是說在換氣過程中將排氣保留在汽缸中。提高排氣再循環(huán)率 可以顯著降低氮氧化合物的排放。 為實現(xiàn)充分降低氮氧化合物排放的目的，需要高的排氣再循環(huán)率，其大小x^大約 可為60%至70%。這樣，熾熱的排氣將有利地在循環(huán)的范圍之內(nèi)被冷卻。再循環(huán)排氣的降 溫使得實現(xiàn)較高的再循環(huán)率變得容易，或者說成為可能。冷卻的過程中排氣溫度的降低，在 排氣質(zhì)量不變的情況下將導(dǎo)致排氣密度的增加，排氣體積的減小。此外，再循環(huán)后排氣的冷 卻有助于降低燃燒溫度，因為整個汽缸新鮮充料的溫度也被冷卻的再循環(huán)排氣降低了。
由于上述措施，氮氧化合物的排放和炭黑的排放都得以降低。 盡管低溫燃燒過程在有害物質(zhì)排放方面有顯著的改善，但該過程(由于燃燒過 程)也有了熱力學(xué)上的不足，因此其效率要低于在下文中被稱為稀燃過程的燃燒過程，所 述稀燃過程不考慮所產(chǎn)生的有害物質(zhì)，而只在燃料消耗方面，也就是說在效率上進(jìn)行優(yōu)化， 盡管內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在此過程中不必完全在稀薄混合氣的情況下，即在過化學(xué)計量的情況下 (入> 1)運行，但事實上為了節(jié)省燃料，在發(fā)動機(jī)綜合特性曲線的大部分工作點上卻都是 在稀薄混合氣的情況下，也就是說在過化學(xué)計量(A > 1)的情況之下運行的。
第二種減少氮氧化合物排放的解決方法是對燃燒中產(chǎn)生的排氣及其所含有害物 質(zhì)進(jìn)行后處理。在現(xiàn)有技術(shù)狀況下，可以通過對內(nèi)燃發(fā)動機(jī)裝備不同的排氣后處理系統(tǒng)來 減少有害物質(zhì)排放。
因此根據(jù)上述內(nèi)容，可以通過如下方法實現(xiàn)有害物質(zhì)的低排放，即，或者使內(nèi)燃發(fā) 動機(jī)在低溫燃燒過程中運行，這樣，在化學(xué)轉(zhuǎn)換時，就是說在燃料燃燒時，本來就只會產(chǎn)生 少量的氮氧化合物?；蛘呤箖?nèi)燃發(fā)動機(jī)在一個更加節(jié)能的，就是說效率優(yōu)化的稀燃過程中 運行，這樣內(nèi)燃發(fā)動機(jī)需要同時配置有后處理裝置，以對富含有害物質(zhì)，特別是富含氮氧化 合物的排氣進(jìn)行后處理。如果將為了達(dá)到有效系數(shù)而所需燃料的消耗作為唯一的標(biāo)準(zhǔn)，那 么可優(yōu)先選擇后一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)運行方式，使內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在結(jié)合有排氣后處理的能耗優(yōu)化 的燃燒過程下運行。 在判斷上述兩種方式中哪一種更為優(yōu)先時，卻不能只根據(jù)用于燃燒所需要的燃料 量，因為采用排氣后處理系統(tǒng)同樣也有缺點，特別是其本身也有燃料需求，在整體考慮時需 注意到這一點。 —方面，排氣的后處理成本很高，特別是由于需用貴金屬作催化轉(zhuǎn)換器的涂層。此 外，必須考慮到，針對不同的有害物質(zhì)需采用不同的后處理系統(tǒng)，就是說需要大量的系統(tǒng)， 這些系統(tǒng)只有有限的壽命，并且有可能由于損毀而必須提前更換。排氣后處理系統(tǒng)的安裝 也可能導(dǎo)致封裝問題。 另一方面，排氣后處理系統(tǒng)本身的運行有不利之處，例如需使用燃料以維持排氣 后處理系統(tǒng)的可靠性，并且為此需要對油進(jìn)行稀釋。 為了解釋由于運行造成的不利之處，接下來將對用于減少氮氧化合物排放以及炭 黑排放的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。 選擇性催化轉(zhuǎn)換器，即所謂的選擇性催化還原催化轉(zhuǎn)換器以及其他裝置被用于減 少氮氧化合物，在這些裝置中，人們有針對性地將還原劑加入到排氣中，從而有選擇地減少 氮氧化合物。在現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)下，主要使用氨作為還原劑，然而，由于氨的存在而形成的排 氣成分有可能是有毒的。當(dāng)然，燃料也可作為還原劑使用。在這種情況下，未燃燒的碳?xì)浠?合物(HC)也被稱為排氣的烴富集(HC-Anreicherung)。 原則上也可用氮氧化合物存儲催化轉(zhuǎn)換器(LNT-Lean N0X Tr即，稀燃氮氧化合物 捕獲器)來減少氮氧化合物排放。 這里，當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)運行在稀燃狀態(tài)下時，氮氧化合物首先在催化轉(zhuǎn)換器中被吸 收，即被收集和存儲，以便在再生階段中利用例如缺氧狀態(tài)下的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在低化學(xué)計量 (例如A <0.95)狀態(tài)下的運行來將其減少。存在于排氣中的未燃燒的碳?xì)浠衔镌谶@里 充當(dāng)還原劑。其他的在發(fā)動機(jī)內(nèi)部增加排氣的未燃燒碳?xì)浠衔锖康目赡芊椒ㄓ信艢庠?循環(huán)(AGR)以及——在柴油發(fā)動機(jī)中——在進(jìn)氣通道中的節(jié)流。 增加排氣中未燃燒碳?xì)浠衔锏暮恳部梢酝ㄟ^燃料的后噴射實現(xiàn)，該燃燒的后 噴射同樣也被看作為一種發(fā)動機(jī)內(nèi)部的措施。其中后噴射的燃料不應(yīng)被燃燒室中還在進(jìn)行 的主燃燒或者被燃燒氣體的高溫——在主燃燒結(jié)束之后也是——點燃，而應(yīng)在換氣過程中 被導(dǎo)出到排氣通道中。 在利用后噴射的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中，本來潤滑油就非常容易被未燃燒的碳?xì)浠衔锼?稀釋或污染。與后噴射的燃料量以及噴油時間無關(guān)，后噴射的燃料中或多或少會有一部分 到達(dá)氣缸內(nèi)壁，并在此處與附著的潤滑油膜相混合。隨后，燃料與潤滑油以及漏氣一起到達(dá) 曲軸箱，并導(dǎo)致潤滑油的稀釋。潤滑油稀釋的程度隨著噴入燃料量的增加以及后噴射的向 后延遲而增加。由于潤滑劑性質(zhì)的改變，潤滑油的稀釋對內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的磨損以及耐用性也
4就是說壽命有決定性的影響。 潤滑油稀釋x^j由下式確定 又稀釋=m燃料/ (m燃料+m油) 其中111 4表示到達(dá)潤滑油內(nèi)或潤滑油中所含的燃料質(zhì)量，n^表示在潤滑油循環(huán)過 程中總的潤滑油的質(zhì)量。 潤滑油稀釋不應(yīng)超過一定的預(yù)先設(shè)定的值，例如百分之十也就是x^j二 0. 1。特 別是機(jī)油，按照現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)機(jī)油應(yīng)當(dāng)定期地在預(yù)定的檢修間隔期之后——例如在行駛 20000公里之后——進(jìn)行更換或更新，其在檢修間隔期滿時不應(yīng)當(dāng)超過一個預(yù)先設(shè)定的值。
在存儲催化轉(zhuǎn)換器的再生階段，氮氧化合物被釋放并且基本上被轉(zhuǎn)化成氮氣 (N》、二氧化碳(C02)和水。再生階段的頻率取決于氮氧化合物的總排放以及氮氧化合物存 儲催化轉(zhuǎn)化器的存儲容量。而所需的存儲容量又將取決于氮氧化合物存儲催化轉(zhuǎn)化器的大 小及其生產(chǎn)成本。 由于在排氣中包含的硫同樣也會在氮氧化合物存儲催化轉(zhuǎn)化器中被吸收，所以必 須定期地對氮氧化合物存儲催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行脫硫。為此氮氧化合物存儲催化轉(zhuǎn)化器必須被 加熱至通常在60(TC到70(TC之間的高溫，并加入還原劑，該還原劑同樣可以通過烴富集來 實現(xiàn)。脫硫所需的高溫可能損害存儲催化轉(zhuǎn)換器，使催化轉(zhuǎn)換器熱老化，并在其壽命的后期 對想要達(dá)到的氮氧化合物的轉(zhuǎn)化效果產(chǎn)生負(fù)面影響，即降低轉(zhuǎn)換率。在使用儲存催化轉(zhuǎn)換 器運行的時候尤其不應(yīng)超過一個確定的極限溫度。 為減少炭黑顆粒或炭黑的排放，在現(xiàn)有技術(shù)條件下可使用所謂的再生性微粒過濾
器，該再生性微粒過濾器從排氣中過濾并存儲炭黑顆粒，其中炭黑顆粒在過濾器再生過程
中間歇性地被燃燒掉。為此排氣中需要有氧氣或過量空氣，以氧化過濾器中的炭黑，這一點
可以通過例如使得內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在過化學(xué)計量(A > 1)下的運行而實現(xiàn)。 微粒過濾器的再生所需的高溫——在無現(xiàn)存催化支持的條件下大約為550°C——
只能在高負(fù)荷以及高轉(zhuǎn)數(shù)下實現(xiàn)。由此必需采取其他的措施，以確保過濾器在所有運行條
件下再生。 對微粒過濾器的加溫可以通過向燃燒室中后噴射額外的燃料來實現(xiàn)，這樣在發(fā)動
機(jī)內(nèi)部就提高了被導(dǎo)入排氣通道中的排氣的溫度，在這里，后噴射的燃料在燃燒室中通過
慢慢結(jié)束的主燃燒或者燃燒室中接近終了的燃燒所產(chǎn)生的高溫而可被點燃。 上述實施方式清楚地說明了排氣后處理的缺點，特別是用于氮氧化合物存儲催化
轉(zhuǎn)化器的清潔和脫硫以及微粒過濾器的再生所需加入的燃料必須納入到燃料消耗的整體
考慮范圍中，因為其從總體上來說提高了內(nèi)燃發(fā)動機(jī)燃料消耗。特別是上述應(yīng)施行的措施
的頻率以及持續(xù)時間對所需的燃料量具有影響從而對整體消耗具有影響。此外，潤滑油稀
釋問題也影響內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行。

發(fā)明內(nèi)容
在上述背景之下本發(fā)明的目的是，提出一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的帶 有至少一個排氣后處理系統(tǒng)的直噴式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行方法，利用該方法可實現(xiàn)內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)運行的消耗優(yōu)化，同時潤滑油的稀釋值也不會達(dá)到難以接受的高度。 上述目的通過一種帶有至少一個排氣后處理系統(tǒng)的直噴式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行方法得以解決，所述直噴式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)不僅適合于在低溫燃燒模式下運行也適合于在能耗優(yōu) 化的稀燃模式下的運行，所述方法的特征在于，當(dāng)潤滑油稀釋值x^j超過預(yù)定值xi±wl，即 當(dāng)x ff> xi±flMfW，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)從稀燃模式轉(zhuǎn)換至低溫燃燒模式運行，而當(dāng)潤滑油稀釋值
達(dá)到預(yù)定值 x最小稀釋，即當(dāng)x稀釋《x最小稀釋 時，重新將其轉(zhuǎn)換至稀燃模式運行。 為實現(xiàn)所述至少一個排氣后處理系統(tǒng)的運行而需要的排氣的烴富集或者需要的 排氣溫度的提高，優(yōu)選地通過后噴射來實現(xiàn)。 按照根據(jù)本發(fā)明的方法，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)運行的基礎(chǔ)是作為優(yōu)選模式的能耗優(yōu)化運行
模式，即所謂的稀燃模式，也就是說燃料的化學(xué)轉(zhuǎn)換是在一個以低燃料消耗為特征的燃燒
過程中發(fā)生的。所產(chǎn)生的富含有害物質(zhì)的排氣隨即通過所采用的至少一個排氣后處理系統(tǒng)
進(jìn)行后處理。而運行模式的轉(zhuǎn)換只有在確定的邊界條件滿足的情況下才會發(fā)生。 即使在整體考慮的范圍內(nèi)，也就是說在考慮到為所述至少一個排氣后處理系統(tǒng)的
運行需要投入燃料的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法也被證明是更為有效的，因為，當(dāng)運行內(nèi)燃
發(fā)動機(jī)以便對有害物質(zhì)的排放進(jìn)行優(yōu)化的燃燒過程期間，其排氣后處理是在規(guī)模更小的情
況下進(jìn)行的因而是在所需燃料更多的情況下進(jìn)行的，與此相比較，根據(jù)本發(fā)明的方法原則
上只需投入少量燃料以用于排氣后處理，這是由于，為維持所述至少一個排氣后處理系統(tǒng)
的可靠性而采取的必要措施只需以更低的頻率實施，而正如上文中已提及的，這些措施對
燃料的需求有著決定性的影響，所以，盡管根據(jù)本發(fā)明的方法需要為排氣后處理投入額外 的燃料，但其需要的總?cè)剂狭咳匀坏陀诋?dāng)運行內(nèi)燃發(fā)動機(jī)以便對有害物質(zhì)的排放進(jìn)行優(yōu)化
的燃燒過程期間所需的燃料量。 即使根據(jù)本發(fā)明，降低燃料消耗優(yōu)先于所有其他目標(biāo)，也需要考慮潤滑油稀釋的 問題。 當(dāng)潤滑油稀釋值x^j超過預(yù)定值時，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)將從稀燃模式轉(zhuǎn)為低溫燃燒模 式。在考慮到有害物質(zhì)排放而進(jìn)行優(yōu)化處理過的低溫燃燒模式下，原則上需要較少的用于 排氣后處理的燃料，從而減輕由燃料的后噴射而導(dǎo)致的潤滑油稀釋的現(xiàn)象。在低溫燃燒模 式下運行的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其潤滑油稀釋問題較為不嚴(yán)重。 更重要的是，在低溫燃燒模式下運行內(nèi)燃發(fā)動機(jī)甚至減少了潤滑油稀釋，因為從 潤滑油中有更多的燃料被抽出，例如在新的燃料進(jìn)入潤滑油時對油池表面進(jìn)行蒸發(fā)或者對 曲軸箱進(jìn)行通風(fēng)。在這個意義上低溫燃燒模式有助于發(fā)動機(jī)潤滑油的再生，即減少潤滑油 中所含燃料量。如上文所示，上述效應(yīng)主要是因此所引起，即更少的排氣后處理所用燃料被 帶到排氣中去。 就此而論所述方法的如下變型是有利的，在該變型中，僅當(dāng)潤滑油稀釋值x^j超 過一個事先設(shè)定的值，并且在一個事先設(shè)定的時間At低g燃燒稀釋內(nèi)保持在該值之上時，內(nèi)燃 發(fā)動機(jī)才會轉(zhuǎn)到低溫燃燒模式下運行。這樣可以避免過于頻繁的模式轉(zhuǎn)換，特別是模式轉(zhuǎn)
換到低溫燃燒模式時，當(dāng)潤滑油稀釋值X^j只是短時間超過被允許的最大值Xi力^j，然后
再次回復(fù)到該值之下并在所述最大值附近波動，且這種越界在潤滑油稀釋方面并不被認(rèn)為 是嚴(yán)重的。 —旦潤滑油稀釋值達(dá)到或者說不超過一個事先設(shè)定的值x^、wj時，在低溫燃燒模 式下運行的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)將再次被轉(zhuǎn)換到稀燃模式。此種操作方法是出于如下考慮，即在低 溫燃燒模式下盡量減少潤滑油的稀釋，直到其不再被認(rèn)為是嚴(yán)重的。根據(jù)本發(fā)明能耗優(yōu)化的稀燃模式將再次被認(rèn)為是優(yōu)先的，也就是說燃料消耗的減少具有最高的優(yōu)先級。
所述方法的變型是有利的，其中內(nèi)燃發(fā)動機(jī)只有在潤滑油稀釋值達(dá)到或者不超過 預(yù)定的值x最小稀釋且在預(yù)定的時間間隔At稀燃稀釋內(nèi)保持在該值之下時才會轉(zhuǎn)換至稀燃模式 下運行。這樣可以避免過于頻繁的模式轉(zhuǎn)換。這里涉及到前文所作的以類似方法起作用的 實施例與預(yù)定的時間間隔A t^^^^j的關(guān)聯(lián)。 因為內(nèi)燃發(fā)動機(jī)原則上在能耗優(yōu)化的稀燃模式下運行， 一旦潤滑油稀釋值允許該 運行模式，燃料消耗將盡可能地被減少，也就是說內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的效率在所述可能性中被優(yōu) 化。 根據(jù)本發(fā)明所述的方法因此實現(xiàn)了本發(fā)明的基本目的，即闡述了直接噴射式內(nèi)燃 發(fā)動機(jī)的運行方法，利用該方法可實現(xiàn)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)能耗優(yōu)化的運行，同時潤滑油稀釋不會 達(dá)到不被允許的高度。 關(guān)于有害物質(zhì)的排放的法律規(guī)定越來越嚴(yán)格。利用根據(jù)本發(fā)明所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī) 的運行的方法，也能夠通過下述方式來滿足未來的有害物質(zhì)的限制規(guī)定，即，使內(nèi)燃發(fā)動機(jī) 在低溫燃燒模式下運行，并隨后對產(chǎn)生的只含少量有害物質(zhì)的排氣進(jìn)行大規(guī)模的后處理， 這樣，排氣中的有害物質(zhì)濃度將再一次減少。 下面將對其他的根據(jù)從屬權(quán)利要求的有益的方法變型進(jìn)行闡述。 所述方法的下述各種實施方式是有利的，在這些實施方式中，預(yù)定值Xi力^j和
x^、與當(dāng)時存在的潤滑油稀釋值相關(guān)。 也就是說內(nèi)燃發(fā)動機(jī)是否從稀燃模式轉(zhuǎn)為低溫燃燒模式或者從低溫燃燒模式轉(zhuǎn)
為稀燃模式或者在目前的模式下繼續(xù)運行，要在目前存在的潤滑油稀釋值的基礎(chǔ)上，在將
該潤滑油稀釋值和預(yù)定的潤滑油稀釋值上限x^力^j或下限x^、wj作比較后來決定。 特別是所述方法中的下述各實施方式是有利的，在這些實施方式中，預(yù)定值
x最大稀釋和x最,j、稀釋與未來的在檢修間隔期結(jié)束后存在的潤滑油稀釋值相關(guān)。 根據(jù)所述方法變型的決定性的潤滑油稀釋值是未來的，也就是說需要預(yù)測的潤滑
油稀釋值，它要在一個預(yù)先給定的檢修間隔期結(jié)束后采出現(xiàn)，需借助于模擬、估計和/或計
算來得出。 確定該預(yù)期的潤滑油稀釋值的最佳且簡單的出發(fā)點是使內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在預(yù)測時的 運行模式下繼續(xù)運行。 所述檢修間隔期可以用行駛公里數(shù)或工作小時數(shù)來確定或者預(yù)先規(guī)定。 如果直噴式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)利用至少一個排氣后處理系統(tǒng)來減少排氣中存在的氮氧
化合物，則所述方法的下述各實施方式是有利的，在這些實施方式中，如果氮氧化合物濃度
CN。X超過一個預(yù)定的允許值C斷最大，即當(dāng)CN。X > C斷最大時，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行就從稀燃模式
轉(zhuǎn)為低溫燃燒模式。 在所述方法的這種變例中，連帶考慮到了排氣中的氮氧化合物濃度。這就是說，決 定內(nèi)燃發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)換至低溫燃燒模式的包括上面討論過的涉及潤滑油稀釋的決定性標(biāo)準(zhǔn)的 系列條件中將增加另一個條件，在該條件中，氮氧化合物濃度超過一個最大允許濃度這一 事件被確定為模式轉(zhuǎn)換的觸發(fā)條件。 根據(jù)這一討論中的所述方法的變型，如果排氣中的氮氧化合物濃度超過預(yù)定的最 大值CN。xft*W，也就是說即便潤滑油稀釋值沒有達(dá)到臨界值(該值表明進(jìn)行種模式轉(zhuǎn)換是正確的或者說有根據(jù)的)，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)就轉(zhuǎn)為低排放的低溫燃燒模式。 相關(guān)的氮氧化合物濃度既可以是在所述至少一個用來減少氮氧化合物的廢棄后 處理系統(tǒng)上游的濃度，也可以是該系統(tǒng)下游的濃度。但是把排氣后處理裝置下游的氮氧化 合物濃度作為基礎(chǔ)是有利的，因為這樣可以同時并且以有利的方式檢查排氣后處理系統(tǒng)是 否在完全正常地工作，就是說，是否轉(zhuǎn)換了足夠的有害物質(zhì)。就此而言，例如安裝在存儲催 化轉(zhuǎn)換器的下游排氣流中的用來探測氮氧化合物濃度的氮氧化合物傳感器(NOfSensor) 也可用來檢測催化轉(zhuǎn)換器的可靠性。或者，一個為此目的已經(jīng)被安裝在排氣中的傳感器將 在本發(fā)明的意義上得到額外的利用。 就此而論，所述方法的下述實施方式是有利的，在這些實施方式中，當(dāng)?shù)趸衔?濃度CN。X達(dá)到一個預(yù)定的值CN。xft/j、，即當(dāng)CN。X《C^^、時，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行會再次從低溫 燃燒模式轉(zhuǎn)為稀燃模式。 如果排氣中的氮氧化合物濃度不再顯示為臨界值，那么根據(jù)本發(fā)明，降低燃料消
耗再次成為關(guān)注的重點，因此優(yōu)選并且爭取使內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在能耗優(yōu)化的稀燃模式下的運
行，前提條件是潤滑油稀釋不需要內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在低溫燃燒模式下的繼續(xù)運行。 在這些規(guī)定或者說使用氮氧化合物濃度作為模式轉(zhuǎn)換的條件的所述方法的變型
中，下述實施方式又將被優(yōu)先選擇，在這些實施方式中，只有當(dāng)?shù)趸衔餄舛萉^超過一
個預(yù)定的允許值C^i力并且在一個預(yù)定的時間間隔AtffiffltftN。x內(nèi)保持在此值之上時，或者
說當(dāng)?shù)趸衔餄舛菴N。X達(dá)到或低于一個預(yù)定的允許值C^^、并且在一個預(yù)定的時間間隔
△t tN。x內(nèi)保持在此值之下或等于該值時，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)才會轉(zhuǎn)換運行模式。 另一方面，所述方法的這些變例用來避免過于頻繁的模式轉(zhuǎn)換。這就涉及到了
A t稀燃稀釋和A t低溫燃燒稀釋與前面所作的實施例的關(guān)聯(lián)。 如果內(nèi)燃發(fā)動機(jī)擁有至少一個用來減少排氣中所含氮氧化合物的排氣后處理系 統(tǒng)，以下所述方法的變型是有利的，在這些實施方式中，一旦監(jiān)測到所述至少一個用來減少 排氣中所含氮氧化合物的排氣后處理系統(tǒng)失靈，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行就從稀燃模式轉(zhuǎn)為低溫 燃燒模式。 如前所述，排氣后處理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率隨著運行時間的增加而減小，特別是在接近
它的壽命期時，而且經(jīng)常是漸進(jìn)的。對于例如氮氧化合物存儲催化轉(zhuǎn)換器的脫硫而必須產(chǎn)
生的高溫，將加速所述老化過程并且可能導(dǎo)致永久性損壞或者導(dǎo)致系統(tǒng)的損壞。 根據(jù)當(dāng)前的所述方法的變型，一旦發(fā)生這樣的故障，即不僅排氣后處理系統(tǒng)故障
被停止而且不能達(dá)到所需轉(zhuǎn)換率時，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)就轉(zhuǎn)為低排放的低溫燃燒模式。 所述方法的下述變例是有利的，在這些變例中，存儲催化轉(zhuǎn)換器(LNT)被作為用
于減少排氣中所含氮氧化合物的排氣后處理系統(tǒng)來使用。 相對SCR-催化轉(zhuǎn)換器而言，存儲催化轉(zhuǎn)換器的主要的好處是它采用燃料而不是 氨作為還原劑。由于氨的存在也導(dǎo)致了有毒排氣成分的問題，有毒排氣成分是SCR-催化轉(zhuǎn) 換器的特征，是在氨存在的條件下形成的。 與SCR-催化處理裝置不同的是，用于存儲催化處理裝置的運行所需的排氣不是 持續(xù)地富集，而只是因為需要還原劑用以清潔以及脫硫才被富集。 如果直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)擁有至少一個為減少排氣中所含的炭黑微粒的排氣 后處理系統(tǒng)，如下所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行方式就具有優(yōu)勢的，在這些運行方式中， 一旦炭黑微粒的濃度C^!超過預(yù)定的容許值C^^g，即當(dāng)CSIS> C^^時，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)就從稀燃 模式轉(zhuǎn)換至低溫燃燒模式運行。 在此，下述方法變型是具有優(yōu)勢的，在這些變型中，當(dāng)炭黑濃度C^g達(dá)到預(yù)定值 C^、^！，即當(dāng)CSIS《C u、^i時，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)就從低溫燃燒模式轉(zhuǎn)換到稀燃模式運行。
就上述的兩種方法變型而言，下述實施方式也是優(yōu)先的，在這些實施方式中，當(dāng) 炭黑濃度C^!超過預(yù)定的容許值C^^并且在預(yù)定的時間間隔A t，^^內(nèi)保持在該 值之上或者說當(dāng)炭黑濃度C^!達(dá)到預(yù)定值C^、^!或者不超過該值并且在預(yù)定的時間間隔 A twtMS內(nèi)保持在該值之下或保持該值時，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)才轉(zhuǎn)換運行模式。
這種實施方式與上述通過潤滑油稀釋值以及排氣中的一氧化碳濃度來控制模式 轉(zhuǎn)換的方式一樣也是為了避免過于頻繁的模式轉(zhuǎn)換。在此，前文所述的實施例也可以與之 相關(guān)聯(lián)。 在擁有至少一個為減少排氣中所含的炭黑顆粒的排氣后處理系統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī) 中，下述方法變型是具有優(yōu)勢的，在這些方法變型中，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行從稀燃模式下到低 溫燃燒模式下的轉(zhuǎn)換不僅在炭黑濃度過高時進(jìn)行，而且當(dāng)檢測到所述至少一個用于減少排 氣中所含炭黑顆粒的排氣后處理系統(tǒng)出現(xiàn)故障時也會進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換。 下述方法變型是具有優(yōu)勢的，在這些方法變型中，微粒過濾器被用作至少一個為 減少排氣中所含炭黑顆粒的排氣后處理系統(tǒng)。 下述方法變型是具有優(yōu)勢的，在這些方法變型中，直接噴射式柴油發(fā)動機(jī)被作為 直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)使用。由于存在更高的壓縮比，柴油發(fā)動機(jī)具有更高的燃燒溫度并 由此產(chǎn)生更高濃度的氮氧化合物排放，所以具有較低燃燒溫度的燃燒過程對于柴油發(fā)動機(jī) 的氮氧化合物排放的減少意義重大。就這個原因而言，根據(jù)本發(fā)明的方法對于柴油發(fā)動機(jī) 尤其具有優(yōu)勢。


下面將根據(jù)本方法的一個變型并參照圖1至圖3對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。其中
圖1 圖2 圖3
當(dāng)前運行模式下的潤滑油稀釋值隨時間變化的示意圖，
當(dāng)前運行模式下未處理排放隨時間變化的示意圖，
當(dāng)前運行模式下燃料隨時間過程的示意圖。
:最大
:最小
附圖標(biāo)記
AGR
CNOx C]
c]
c炭黑
^最大炭黑 *^最小炭黑
co2
HC H90
排氣再循環(huán) 排氣中的氮氧化合物濃度
排氣中最大可允許的氮氧化合物濃度，預(yù)定的最大值 排氣中氮氧化合物的預(yù)定最小值 排氣中的炭黑濃度 可允許的炭黑濃度最大值，預(yù)定的最大值 預(yù)定的排氣中炭黑濃度的最小值 二氧化碳
未燃燒的碳?xì)浠衔?水
9
N2 氮氣 N0X 氮氧化合物 LEAN 能耗優(yōu)化的運行模式 LNT 稀燃NOx捕獲裝置，存儲催化轉(zhuǎn)換器 LTC 低溫燃燒；有害物質(zhì)優(yōu)化的運行模式 SCR 選擇性催化還原 At稀燃稀，預(yù)定的時間間隔，在其中，用于模式轉(zhuǎn)換的潤滑油稀釋值必須保持在
x最小稀釋^—F° At^^^^j預(yù)定的時間間隔，在其中，用于模式轉(zhuǎn)換的潤滑油稀釋值必須保持在
x最在稀釋^-1° At^^。，預(yù)定的時間間隔，在其中，用于模式轉(zhuǎn)換的氮氧化合物濃度必須保持在 Q。^,j、之下。 At低g燃燒^預(yù)定的時間間隔，在其中，用于模式轉(zhuǎn)換的氮氧化合物濃度必須保持 * Cnox最大^Ji。 A t fl^^g預(yù)定的時間間隔，在其中，用于模式轉(zhuǎn)換的炭黑濃度必須保持在Cft/j、sls 之下。 Atffig，^^預(yù)定的時間間隔，在其中，用于模式轉(zhuǎn)換的炭黑濃度必須保持在
c最大炭黑^-1。 x稀釋潤滑油稀釋值
x^力^j預(yù)定的潤滑油稀釋值上限
x^、^j預(yù)定的潤滑油稀釋值下限
A空氣/燃料比例
具體實施例方式
圖1以圖解的方式顯示了潤滑油稀釋值在當(dāng)前模式下隨時間變化的過程。此處不 涉及通過經(jīng)驗而得的測量結(jié)果，而只是一個用于解釋內(nèi)燃發(fā)動機(jī)運行方法的理論示意圖。
橫坐標(biāo)上顯示的是時間t，即以運行小時數(shù)[Std]表示的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行時間。 運行模式可以從右縱軸上讀取，值1表示稀燃模式，值2表示低溫燃燒模式。標(biāo)示在時間軸 t上的運行模式的走勢是一個綜合產(chǎn)生的過程，其與在現(xiàn)實情況中出現(xiàn)的過程是不同的。所 示的運行過程每隔10個小時進(jìn)行一次有規(guī)律的轉(zhuǎn)換，就是說，這種轉(zhuǎn)換與相應(yīng)的邊界條件 無關(guān)，而只是為了更加清楚地說明潤滑油稀釋值的變化以及模式轉(zhuǎn)換對潤滑油稀釋值的影 響。潤滑油稀釋值xwj在左縱軸上以百分比[%]的形式標(biāo)出。這里需參照上文所提及的 定義。 在能耗優(yōu)化的稀燃模式中潤滑油稀釋值變大，因為針對相應(yīng)較高的有害物質(zhì)的排 放(在此模式中的)需要進(jìn)行更大規(guī)模的排氣后處理，因此相應(yīng)地需要頻繁地后噴射額外 的燃料，以便富集排氣，實現(xiàn)利用未燃燒碳?xì)浠衔飳NT進(jìn)行清潔或者脫硫的目的，并且 /或者以便提高微粒過濾器再生所需的排氣溫度。 如果內(nèi)燃發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)換到有害物質(zhì)優(yōu)化的低溫燃燒模式下運行，則潤滑油稀釋值重 新變小，因為此時低溫排放的排氣在排氣后處理的范圍內(nèi)只需要少量的后噴射燃料。低溫燃燒模式對潤滑油的再生，即對減少潤滑油中所含的燃料量是有用的。 但是潤滑油稀釋值在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行過程中趨于增大，因為在稀燃模式中已經(jīng) 混入到潤滑油中的燃料量在隨后的低溫燃燒模式中不能以相同的規(guī)模被減少。就此而言， 發(fā)動機(jī)潤滑油在預(yù)定的運行時間之后應(yīng)被更換。 圖2以圖解的方式顯示了未處理排放值在當(dāng)前模式下隨時間變化的過程。未處 理排放值涉及到未被后處理的排氣中的有害物質(zhì)濃度，其被以無量綱的形式標(biāo)示在左縱軸 上，其中，出現(xiàn)的最大的未處理排放值被作為參考基數(shù)，因而未處理排放值處于0到1之間。 對于其他的示意圖坐標(biāo)軸參照與圖1相關(guān)的實施例。 為確定未處理排放值，使內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在不穩(wěn)定的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)一個相應(yīng)的預(yù)定運行 周期，由此得到鋸齒形的排放曲線?？梢钥闯龅氖?，在低溫燃燒模式下的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)有時 會出現(xiàn)接近無排放的運行，而在稀燃模式下其未處理排放值從未低于一個大約0. 5的最小值。 圖3以圖解的方式顯示了燃料消耗值在當(dāng)前模式下隨時間變化的過程。燃料消耗
值被以無量綱的形式標(biāo)示在左縱軸上，其中燃料消耗的最大值被作為參照基數(shù)，因而燃料
消耗值在0到1之間。對于其他的示意圖坐標(biāo)軸參照與圖1相關(guān)的實施例。 燃料消耗在能耗優(yōu)化的稀燃模式下不超過一個最大值0.5，而內(nèi)燃發(fā)動機(jī)在有害
物質(zhì)優(yōu)化的低溫燃燒模式下達(dá)到了其最高的燃耗消耗值，也就是值1。
權(quán)利要求
一種具有至少一個排氣后處理系統(tǒng)的直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行方法，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)不僅適合在低溫燃燒模式下運行也適合在能耗優(yōu)化的稀燃模式下運行，所述運行方法的特征在于，當(dāng)潤滑油稀釋值x稀釋超過預(yù)定值x最大稀釋，即當(dāng)x稀釋大于x最大稀釋時，使所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)從稀燃模式轉(zhuǎn)換至低溫燃燒模式下運行，而當(dāng)潤滑油稀釋值達(dá)到預(yù)定值x最小稀釋，即當(dāng)x稀釋小于或等于x最小稀釋時，再重新轉(zhuǎn)換至稀燃模式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定值Xi力wj和x^j、wf與當(dāng)時的潤 滑油稀釋值相關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定值Xi力wj和x^、wj與未來的在 一個預(yù)定檢修間隔期結(jié)束后存在的潤滑油稀釋值相關(guān)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求1所述的具有至少一個排氣后處理系統(tǒng)的直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)的運行方法，其中所述排氣后處理系統(tǒng)被用來減少排氣中所含氮氧化合物，所述運行方 法的特征在于，當(dāng)?shù)趸衔餄舛菴N。X超過預(yù)定的容許值CN。xi"即當(dāng)CN。X大于CN。xi±W，內(nèi) 燃發(fā)動機(jī)從稀燃模式轉(zhuǎn)換至低溫燃燒模式下運行。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求1所述的具有至少一個排氣后處理系統(tǒng)的直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)的運行方法，其中所述排氣后處理系統(tǒng)被用來減少排氣中所含的氮氧化合物，所述運行 方法的特征在于，如果探測到至少一個用來減少排氣中所含的氮氧化合物的排氣后處理系 統(tǒng)發(fā)生故障，則所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)就從稀燃模式轉(zhuǎn)換至低溫燃燒模式下運行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，存儲催化轉(zhuǎn)換器被用來減少排氣中所 含的氮氧化合物的排氣后處理系統(tǒng)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求1所述的具有至少一個排氣后處理系統(tǒng)的直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)的運行方法，其中所述排氣后處理系統(tǒng)被用來減少排氣中所含的炭黑顆粒，所述運行方 法的特征在于，當(dāng)炭黑顆粒濃度C炭g超過預(yù)定的容許值C最大炭g，即當(dāng)C炭g大于C最大炭g時，內(nèi) 燃發(fā)動機(jī)就從稀燃模式轉(zhuǎn)換至低溫燃燒模式下運行。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求1所述的具有至少一個排氣后處理系統(tǒng)的直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)的運行方法，其中所述排氣后處理系統(tǒng)被用來減少排氣中所含的炭黑顆粒，所述運行方 法的特征在于，如果探測到至少一個用來減少排氣中所含的炭黑顆粒的排氣后處理系統(tǒng)發(fā) 生故障，則所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)就從稀燃模式轉(zhuǎn)換至低溫燃燒模式下運行。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，微粒過濾器被用作用來減少排氣中所 含的炭黑顆粒的排氣后處理系統(tǒng)。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，直接噴射的柴油發(fā)動機(jī)被使用作為 所述直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有至少一個排氣后處理系統(tǒng)的直接噴射式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行方法，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)既適合在低溫燃燒模式下的運行也適合在能耗優(yōu)化的稀燃模式下運行。需要提出一種方法，利用該方法可以實現(xiàn)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)能耗優(yōu)化的運行，同時潤滑油稀釋值不會達(dá)到不被允許的高度。這一目的通過前述技術(shù)的方法得以實現(xiàn)，所述方法的特征在于，當(dāng)潤滑油稀釋值x稀釋超過預(yù)定值x最大稀釋，即當(dāng)x稀釋大于x最大稀釋時，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)從稀燃模式轉(zhuǎn)換至低溫燃燒模式下運行，而當(dāng)潤滑油稀釋值達(dá)到預(yù)定值x最小稀釋，即當(dāng)x稀釋小于或等于x最小稀釋時，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)重新轉(zhuǎn)換至稀燃模式下運行。
文檔編號F02D41/02GK101725421SQ20091017114
公開日2010年6月9日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者Y·雅庫珀 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司