CN101725421A - 具有至少一个排气后处理系统的直接喷射式内燃发动机的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有至少一个排气后处理系统的直接喷射式内燃发动机的运行方法，所述内燃发动机既适合在低温燃烧模式下的运行也适合在能耗优化的稀燃模式下运行。需要提出一种方法，利用该方法可以实现内燃发动机能耗优化的运行，同时润滑油稀释值不会达到不被允许的高度。这一目的通过前述技术的方法得以实现，所述方法的特征在于，当润滑油稀释值x_稀释超过预定值x_最大稀释，即当x_稀释大于x_最大稀释时，内燃发动机从稀燃模式转换至低温燃烧模式下运行，而当润滑油稀释值达到预定值x_最小稀释，即当x_稀释小于或等于x_最小稀释时，内燃发动机重新转换至稀燃模式下运行。

Description

具有至少一个排气后处理系统的直接喷射式内燃发动机的运行方法

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个排气后处理系统的直接喷射式内燃发动机的运行方法，所述内燃发动机既适合在低温燃烧模式下的运行也适合在能耗或燃料消耗优化了的稀燃模式下的运行。

在本发明的范围内，术语内燃发动机不仅包括汽油发动机和柴油发动机，同样也包括混合燃料发动机。

背景技术

在减少内燃发动机氮氧化合物的排放上，需区分两种根本不同的解决方案。

根据第一种解决方案，人们试图以这样一种方式影响燃烧过程，即，使燃料在燃烧时就产生或者形成尽可能少的氮氧化合物。

由于氮氧化合物的形成不仅需要过量的空气，而且需要高温，所以低燃烧温度的燃烧过程(LTC-Low Temperature Combustion，低温燃烧)以及其他方式能够达到减少氮氧化合物排放的目的。

低的燃烧温度可以通过增大点火滞后程度以及降低燃烧速度来实现。两种方法都可通过将燃烧后的气体混入气缸新鲜充料中或者说提高气缸新鲜充料中的排气成分来实现，因此排气再循环(AGR)被认为是一种降低燃烧温度的适合的手段，排气再循环不仅包括外部排气循环，就是说将燃烧后的气体由内燃发动机的排气端再循环至进气端，排气再循环也包括内部排气循环，就是说在换气过程中将排气保留在汽缸中。提高排气再循环率可以显著降低氮氧化合物的排放。

为实现充分降低氮氧化合物排放的目的，需要高的排气再循环率，其大小x_AGR大约可为60％至70％。这样，炽热的排气将有利地在循环的范围之内被冷却。再循环排气的降温使得实现较高的再循环率变得容易，或者说成为可能。冷却的过程中排气温度的降低，在排气质量不变的情况下将导致排气密度的增加，排气体积的减小。此外，再循环后排气的冷却有助于降低燃烧温度，因为整个汽缸新鲜充料的温度也被冷却的再循环排气降低了。

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。

尽管低温燃烧过程在有害物质排放方面有显著的改善，但该过程(由于燃烧过程)也有了热力学上的不足，因此其效率要低于在下文中被称为稀燃过程的燃烧过程，所述稀燃过程不考虑所产生的有害物质，而只在燃料消耗方面，也就是说在效率上进行优化，尽管内燃发动机在此过程中不必完全在稀薄混合气的情况下，即在过化学计量的情况下(λ＞1)运行，但事实上为了节省燃料，在发动机综合特性曲线的大部分工作点上却都是在稀薄混合气的情况下，也就是说在过化学计量(λ＞1)的情况之下运行的。

第二种减少氮氧化合物排放的解决方法是对燃烧中产生的排气及其所含有害物质进行后处理。在现有技术状况下，可以通过对内燃发动机装备不同的排气后处理系统来减少有害物质排放。

因此根据上述内容，可以通过如下方法实现有害物质的低排放，即，或者使内燃发动机在低温燃烧过程中运行，这样，在化学转换时，就是说在燃料燃烧时，本来就只会产生少量的氮氧化合物。或者使内燃发动机在一个更加节能的，就是说效率优化的稀燃过程中运行，这样内燃发动机需要同时配置有后处理装置，以对富含有害物质，特别是富含氮氧化合物的排气进行后处理。如果将为了达到有效系数而所需燃料的消耗作为唯一的标准，那么可优先选择后一种内燃发动机运行方式，使内燃发动机在结合有排气后处理的能耗优化的燃烧过程下运行。

在判断上述两种方式中哪一种更为优先时，却不能只根据用于燃烧所需要的燃料量，因为采用排气后处理系统同样也有缺点，特别是其本身也有燃料需求，在整体考虑时需注意到这一点。

一方面，排气的后处理成本很高，特别是由于需用贵金属作催化转换器的涂层。此外，必须考虑到，针对不同的有害物质需采用不同的后处理系统，就是说需要大量的系统，这些系统只有有限的寿命，并且有可能由于损毁而必须提前更换。排气后处理系统的安装也可能导致封装问题。

另一方面，排气后处理系统本身的运行有不利之处，例如需使用燃料以维持排气后处理系统的可靠性，并且为此需要对油进行稀释。

为了解释由于运行造成的不利之处，接下来将对用于减少氮氧化合物排放以及炭黑排放的系统进行详细说明。

选择性催化转换器，即所谓的选择性催化还原催化转换器以及其他装置被用于减少氮氧化合物，在这些装置中，人们有针对性地将还原剂加入到排气中，从而有选择地减少氮氧化合物。在现有技术状态下，主要使用氨作为还原剂，然而，由于氨的存在而形成的排气成分有可能是有毒的。当然，燃料也可作为还原剂使用。在这种情况下，未燃烧的碳氢化合物(HC)也被称为排气的烃富集(HC-Anreicherung)。

原则上也可用氮氧化合物存储催化转换器(LNT-Lean NO_x Trap，稀燃氮氧化合物捕获器)来减少氮氧化合物排放。

这里，当内燃发动机运行在稀燃状态下时，氮氧化合物首先在催化转换器中被吸收，即被收集和存储，以便在再生阶段中利用例如缺氧状态下的内燃发动机在低化学计量(例如λ＜0.95)状态下的运行来将其减少。存在于排气中的未燃烧的碳氢化合物在这里充当还原剂。其他的在发动机内部增加排气的未燃烧碳氢化合物含量的可能方法有排气再循环(AGR)以及——在柴油发动机中——在进气通道中的节流。

增加排气中未燃烧碳氢化合物的含量也可以通过燃料的后喷射实现，该燃烧的后喷射同样也被看作为一种发动机内部的措施。其中后喷射的燃料不应被燃烧室中还在进行的主燃烧或者被燃烧气体的高温——在主燃烧结束之后也是——点燃，而应在换气过程中被导出到排气通道中。

在利用后喷射的内燃发动机中，本来润滑油就非常容易被未燃烧的碳氢化合物所稀释或污染。与后喷射的燃料量以及喷油时间无关，后喷射的燃料中或多或少会有一部分到达气缸内壁，并在此处与附着的润滑油膜相混合。随后，燃料与润滑油以及漏气一起到达曲轴箱，并导致润滑油的稀释。润滑油稀释的程度随着喷入燃料量的增加以及后喷射的向后延迟而增加。由于润滑剂性质的改变，润滑油的稀释对内燃发动机的磨损以及耐用性也就是说寿命有决定性的影响。

润滑油稀释x_稀释由下式确定：

x_稀释＝m_燃料/(m_燃料+m_油)

其中m_燃料表示到达润滑油内或润滑油中所含的燃料质量，m_油表示在润滑油循环过程中总的润滑油的质量。

润滑油稀释不应超过一定的预先设定的值，例如百分之十也就是x_稀释＝0.1。特别是机油，按照现有技术状态机油应当定期地在预定的检修间隔期之后——例如在行驶20000公里之后——进行更换或更新，其在检修间隔期满时不应当超过一个预先设定的值。

在存储催化转换器的再生阶段，氮氧化合物被释放并且基本上被转化成氮气(N₂)、二氧化碳(CO₂)和水。再生阶段的频率取决于氮氧化合物的总排放以及氮氧化合物存储催化转化器的存储容量。而所需的存储容量又将取决于氮氧化合物存储催化转化器的大小及其生产成本。

由于在排气中包含的硫同样也会在氮氧化合物存储催化转化器中被吸收，所以必须定期地对氮氧化合物存储催化转化器进行脱硫。为此氮氧化合物存储催化转化器必须被加热至通常在600℃到700℃之间的高温，并加入还原剂，该还原剂同样可以通过烃富集来实现。脱硫所需的高温可能损害存储催化转换器，使催化转换器热老化，并在其寿命的后期对想要达到的氮氧化合物的转化效果产生负面影响，即降低转换率。在使用储存催化转换器运行的时候尤其不应超过一个确定的极限温度。

为减少炭黑颗粒或炭黑的排放，在现有技术条件下可使用所谓的再生性微粒过滤器，该再生性微粒过滤器从排气中过滤并存储炭黑颗粒，其中炭黑颗粒在过滤器再生过程中间歇性地被燃烧掉。为此排气中需要有氧气或过量空气，以氧化过滤器中的炭黑，这一点可以通过例如使得内燃发动机在过化学计量(λ＞1)下的运行而实现。

微粒过滤器的再生所需的高温——在无现存催化支持的条件下大约为550℃——只能在高负荷以及高转数下实现。由此必需采取其他的措施，以确保过滤器在所有运行条件下再生。

对微粒过滤器的加温可以通过向燃烧室中后喷射额外的燃料来实现，这样在发动机内部就提高了被导入排气通道中的排气的温度，在这里，后喷射的燃料在燃烧室中通过慢慢结束的主燃烧或者燃烧室中接近终了的燃烧所产生的高温而可被点燃。

上述实施方式清楚地说明了排气后处理的缺点，特别是用于氮氧化合物存储催化转化器的清洁和脱硫以及微粒过滤器的再生所需加入的燃料必须纳入到燃料消耗的整体考虑范围中，因为其从总体上来说提高了内燃发动机燃料消耗。特别是上述应施行的措施的频率以及持续时间对所需的燃料量具有影响从而对整体消耗具有影响。此外，润滑油稀释问题也影响内燃发动机的运行。

发明内容

在上述背景之下本发明的目的是，提出一种根据权利要求1的前序部分所述的带有至少一个排气后处理系统的直喷式内燃发动机的运行方法，利用该方法可实现内燃发动机运行的消耗优化，同时润滑油的稀释值也不会达到难以接受的高度。

上述目的通过一种带有至少一个排气后处理系统的直喷式内燃发动机的运行方法得以解决，所述直喷式内燃发动机不仅适合于在低温燃烧模式下运行也适合于在能耗优化的稀燃模式下的运行，所述方法的特征在于，当润滑油稀释值x_稀释超过预定值x_最大稀释，即当x_稀释＞x_最大稀释时，内燃发动机从稀燃模式转换至低温燃烧模式运行，而当润滑油稀释值达到预定值x_最小稀释，即当x_稀释≤x_最小稀释时，重新将其转换至稀燃模式运行。

为实现所述至少一个排气后处理系统的运行而需要的排气的烃富集或者需要的排气温度的提高，优选地通过后喷射来实现。

按照根据本发明的方法，内燃发动机运行的基础是作为优选模式的能耗优化运行模式，即所谓的稀燃模式，也就是说燃料的化学转换是在一个以低燃料消耗为特征的燃烧过程中发生的。所产生的富含有害物质的排气随即通过所采用的至少一个排气后处理系统进行后处理。而运行模式的转换只有在确定的边界条件满足的情况下才会发生。

即使在整体考虑的范围内，也就是说在考虑到为所述至少一个排气后处理系统的运行需要投入燃料的情况下，根据本发明的方法也被证明是更为有效的，因为，当运行内燃发动机以便对有害物质的排放进行优化的燃烧过程期间，其排气后处理是在规模更小的情况下进行的因而是在所需燃料更多的情况下进行的，与此相比较，根据本发明的方法原则上只需投入少量燃料以用于排气后处理，这是由于，为维持所述至少一个排气后处理系统的可靠性而采取的必要措施只需以更低的频率实施，而正如上文中已提及的，这些措施对燃料的需求有着决定性的影响，所以，尽管根据本发明的方法需要为排气后处理投入额外的燃料，但其需要的总燃料量仍然低于当运行内燃发动机以便对有害物质的排放进行优化的燃烧过程期间所需的燃料量。

即使根据本发明，降低燃料消耗优先于所有其他目标，也需要考虑润滑油稀释的问题。

当润滑油稀释值x_稀释超过预定值时，内燃发动机将从稀燃模式转为低温燃烧模式。在考虑到有害物质排放而进行优化处理过的低温燃烧模式下，原则上需要较少的用于排气后处理的燃料，从而减轻由燃料的后喷射而导致的润滑油稀释的现象。在低温燃烧模式下运行的内燃发动机，其润滑油稀释问题较为不严重。

更重要的是，在低温燃烧模式下运行内燃发动机甚至减少了润滑油稀释，因为从润滑油中有更多的燃料被抽出，例如在新的燃料进入润滑油时对油池表面进行蒸发或者对曲轴箱进行通风。在这个意义上低温燃烧模式有助于发动机润滑油的再生，即减少润滑油中所含燃料量。如上文所示，上述效应主要是因此所引起，即更少的排气后处理所用燃料被带到排气中去。

就此而论所述方法的如下变型是有利的，在该变型中，仅当润滑油稀释值x_稀释超过一个事先设定的值，并且在一个事先设定的时间Δt_{低温燃烧稀释}内保持在该值之上时，内燃发动机才会转到低温燃烧模式下运行。这样可以避免过于频繁的模式转换，特别是模式转换到低温燃烧模式时，当润滑油稀释值x_稀释只是短时间超过被允许的最大值x_{最 大稀释}，然后再次回复到该值之下并在所述最大值附近波动，且这种越界在润滑油稀释方面并不被认为是严重的。

一旦润滑油稀释值达到或者说不超过一个事先设定的值x_最小稀释时，在低温燃烧模式下运行的内燃发动机将再次被转换到稀燃模式。此种操作方法是出于如下考虑，即在低温燃烧模式下尽量减少润滑油的稀释，直到其不再被认为是严重的。根据本发明能耗优化的稀燃模式将再次被认为是优先的，也就是说燃料消耗的减少具有最高的优先级。

所述方法的变型是有利的，其中内燃发动机只有在润滑油稀释值达到或者不超过预定的值x_最小稀释且在预定的时间间隔Δt_稀燃稀释内保持在该值之下时才会转换至稀燃模式下运行。这样可以避免过于频繁的模式转换。这里涉及到前文所作的以类似方法起作用的实施例与预定的时间间隔Δt_{低温燃烧稀释}的关联。

因为内燃发动机原则上在能耗优化的稀燃模式下运行，一旦润滑油稀释值允许该运行模式，燃料消耗将尽可能地被减少，也就是说内燃发动机的效率在所述可能性中被优化。

根据本发明所述的方法因此实现了本发明的基本目的，即阐述了直接喷射式内燃发动机的运行方法，利用该方法可实现内燃发动机能耗优化的运行，同时润滑油稀释不会达到不被允许的高度。

关于有害物质的排放的法律规定越来越严格。利用根据本发明所述的内燃发动机的运行的方法，也能够通过下述方式来满足未来的有害物质的限制规定，即，使内燃发动机在低温燃烧模式下运行，并随后对产生的只含少量有害物质的排气进行大规模的后处理，这样，排气中的有害物质浓度将再一次减少。

下面将对其他的根据从属权利要求的有益的方法变型进行阐述。

所述方法的下述各种实施方式是有利的，在这些实施方式中，预定值x_最大稀释和x_最小与当时存在的润滑油稀释值相关。

也就是说内燃发动机是否从稀燃模式转为低温燃烧模式或者从低温燃烧模式转为稀燃模式或者在目前的模式下继续运行，要在目前存在的润滑油稀释值的基础上，在将该润滑油稀释值和预定的润滑油稀释值上限x_最大稀释或下限x_最小稀释作比较后来决定。

特别是所述方法中的下述各实施方式是有利的，在这些实施方式中，预定值x_最大稀释和x_最小稀释与未来的在检修间隔期结束后存在的润滑油稀释值相关。

根据所述方法变型的决定性的润滑油稀释值是未来的，也就是说需要预测的润滑油稀释值，它要在一个预先给定的检修间隔期结束后采出现，需借助于模拟、估计和/或计算来得出。

确定该预期的润滑油稀释值的最佳且简单的出发点是使内燃发动机在预测时的运行模式下继续运行。

所述检修间隔期可以用行驶公里数或工作小时数来确定或者预先规定。

如果直喷式内燃发动机利用至少一个排气后处理系统来减少排气中存在的氮氧化合物，则所述方法的下述各实施方式是有利的，在这些实施方式中，如果氮氧化合物浓度C_NOx超过一个预定的允许值C_NOx最大，即当C_NOx＞C_NOx最大时，内燃发动机的运行就从稀燃模式转为低温燃烧模式。

在所述方法的这种变例中，连带考虑到了排气中的氮氧化合物浓度。这就是说，决定内燃发动机转换至低温燃烧模式的包括上面讨论过的涉及润滑油稀释的决定性标准的系列条件中将增加另一个条件，在该条件中，氮氧化合物浓度超过一个最大允许浓度这一事件被确定为模式转换的触发条件。

根据这一讨论中的所述方法的变型，如果排气中的氮氧化合物浓度超过预定的最大值C_NOx最大时，也就是说即便润滑油稀释值没有达到临界值(该值表明进行种模式转换是正确的或者说有根据的)，内燃发动机就转为低排放的低温燃烧模式。

相关的氮氧化合物浓度既可以是在所述至少一个用来减少氮氧化合物的废弃后处理系统上游的浓度，也可以是该系统下游的浓度。但是把排气后处理装置下游的氮氧化合物浓度作为基础是有利的，因为这样可以同时并且以有利的方式检查排气后处理系统是否在完全正常地工作，就是说，是否转换了足够的有害物质。就此而言，例如安装在存储催化转换器的下游排气流中的用来探测氮氧化合物浓度的氮氧化合物传感器(NO_x-Sensor)也可用来检测催化转换器的可靠性。或者，一个为此目的已经被安装在排气中的传感器将在本发明的意义上得到额外的利用。

就此而论，所述方法的下述实施方式是有利的，在这些实施方式中，当氮氧化合物浓度C_NOx达到一个预定的值C_NOx最小，即当C_NOx≤C_NOx最小时，内燃发动机的运行会再次从低温燃烧模式转为稀燃模式。

如果排气中的氮氧化合物浓度不再显示为临界值，那么根据本发明，降低燃料消耗再次成为关注的重点，因此优选并且争取使内燃发动机在能耗优化的稀燃模式下的运行，前提条件是润滑油稀释不需要内燃发动机在低温燃烧模式下的继续运行。

在这些规定或者说使用氮氧化合物浓度作为模式转换的条件的所述方法的变型中，下述实施方式又将被优先选择，在这些实施方式中，只有当氮氧化合物浓度C_NOx超过一个预定的允许值C_NOx最大并且在一个预定的时间间隔Δt_{低温燃烧NOx}内保持在此值之上时，或者说当氮氧化合物浓度C_NOx达到或低于一个预定的允许值C_NOx最小并且在一个预定的时间间隔Δt_稀燃NOx内保持在此值之下或等于该值时，内燃发动机才会转换运行模式。

另一方面，所述方法的这些变例用来避免过于频繁的模式转换。这就涉及到了Δt_稀燃稀释和Δt_{低温燃烧稀释}与前面所作的实施例的关联。

如果内燃发动机拥有至少一个用来减少排气中所含氮氧化合物的排气后处理系统，以下所述方法的变型是有利的，在这些实施方式中，一旦监测到所述至少一个用来减少排气中所含氮氧化合物的排气后处理系统失灵，内燃发动机的运行就从稀燃模式转为低温燃烧模式。

如前所述，排气后处理系统的转换率随着运行时间的增加而减小，特别是在接近它的寿命期时，而且经常是渐进的。对于例如氮氧化合物存储催化转换器的脱硫而必须产生的高温，将加速所述老化过程并且可能导致永久性损坏或者导致系统的损坏。

根据当前的所述方法的变型，一旦发生这样的故障，即不仅排气后处理系统故障被停止而且不能达到所需转换率时，内燃发动机就转为低排放的低温燃烧模式。

所述方法的下述变例是有利的，在这些变例中，存储催化转换器(LNT)被作为用于减少排气中所含氮氧化合物的排气后处理系统来使用。

相对SCR-催化转换器而言，存储催化转换器的主要的好处是它采用燃料而不是氨作为还原剂。由于氨的存在也导致了有毒排气成分的问题，有毒排气成分是SCR-催化转换器的特征，是在氨存在的条件下形成的。

与SCR-催化处理装置不同的是，用于存储催化处理装置的运行所需的排气不是持续地富集，而只是因为需要还原剂用以清洁以及脱硫才被富集。

如果直接喷射式内燃发动机拥有至少一个为减少排气中所含的炭黑微粒的排气后处理系统，如下所述的内燃发动机的运行方式就具有优势的，在这些运行方式中，一旦炭黑微粒的浓度C_炭黑超过预定的容许值C_最大炭黑，即当C_炭黑＞C_最大炭黑时，内燃发动机就从稀燃模式转换至低温燃烧模式运行。

在此，下述方法变型是具有优势的，在这些变型中，当炭黑浓度C_炭黑达到预定值C_最小炭黑，即当C_炭黑≤C _最小炭黑时，内燃发动机就从低温燃烧模式转换到稀燃模式运行。

就上述的两种方法变型而言，下述实施方式也是优先的，在这些实施方式中，当炭黑浓度C_炭黑超过预定的容许值C_最大炭黑并且在预定的时间间隔Δt_{低温燃烧炭黑}内保持在该值之上或者说当炭黑浓度C_炭黑达到预定值C_最小炭黑或者不超过该值并且在预定的时间间隔Δt_稀燃炭黑内保持在该值之下或保持该值时，内燃发动机才转换运行模式。

这种实施方式与上述通过润滑油稀释值以及排气中的一氧化碳浓度来控制模式转换的方式一样也是为了避免过于频繁的模式转换。在此，前文所述的实施例也可以与之相关联。

在拥有至少一个为减少排气中所含的炭黑颗粒的排气后处理系统的内燃发动机中，下述方法变型是具有优势的，在这些方法变型中，内燃发动机的运行从稀燃模式下到低温燃烧模式下的转换不仅在炭黑浓度过高时进行，而且当检测到所述至少一个用于减少排气中所含炭黑颗粒的排气后处理系统出现故障时也会进行模式转换。

下述方法变型是具有优势的，在这些方法变型中，微粒过滤器被用作至少一个为减少排气中所含炭黑颗粒的排气后处理系统。

下述方法变型是具有优势的，在这些方法变型中，直接喷射式柴油发动机被作为直接喷射式内燃发动机使用。由于存在更高的压缩比，柴油发动机具有更高的燃烧温度并由此产生更高浓度的氮氧化合物排放，所以具有较低燃烧温度的燃烧过程对于柴油发动机的氮氧化合物排放的减少意义重大。就这个原因而言，根据本发明的方法对于柴油发动机尤其具有优势。

附图说明

下面将根据本方法的一个变型并参照图1至图3对本发明进行详细解释。其中：

图1：当前运行模式下的润滑油稀释值随时间变化的示意图，

图2：当前运行模式下未处理排放随时间变化的示意图，

图3：当前运行模式下燃料随时间过程的示意图。

附图标记

AGR           排气再循环

C_NOx       排气中的氮氧化合物浓度

C_NOx最大       排气中最大可允许的氮氧化合物浓度，预定的最大值

C_NOx最小        排气中氮氧化合物的预定最小值

C_炭黑      排气中的炭黑浓度

C_最大炭黑  可允许的炭黑浓度最大值，预定的最大值

C_最小炭黑  预定的排气中炭黑浓度的最小值

CO₂        二氧化碳

HC         未燃烧的碳氢化合物

H₂O        水

N₂         氮气

NO_x         氮氧化合物

LEAN        能耗优化的运行模式

LNT         稀燃NO_x捕获装置，存储催化转换器

LTC         低温燃烧；有害物质优化的运行模式

SCR         选择性催化还原

Δt_稀燃稀释 预定的时间间隔，在其中，用于模式转换的润滑油稀释值必须保持在x_最小稀释之下。

Δt_{低温燃烧稀释}预定的时间间隔，在其中，用于模式转换的润滑油稀释值必须保持在x_最在稀释之上。

Δt_稀燃NOx预定的时间间隔，在其中，用于模式转换的氮氧化合物浓度必须保持在C_NOx最小之下。

Δt_{低温燃烧NOx}预定的时间间隔，在其中，用于模式转换的氮氧化合物浓度必须保持在C_NOx最大之上。

Δt_稀燃炭黑预定的时间间隔，在其中，用于模式转换的炭黑浓度必须保持在C_最小炭黑之下。

Δt_{低温燃烧炭黑}预定的时间间隔，在其中，用于模式转换的炭黑浓度必须保持在C_最大炭黑之上。

x_稀释润滑油稀释值

x_最大稀释预定的润滑油稀释值上限

x_最小稀释预定的润滑油稀释值下限

λ空气/燃料比例

具体实施方式

图1以图解的方式显示了润滑油稀释值在当前模式下随时间变化的过程。此处不涉及通过经验而得的测量结果，而只是一个用于解释内燃发动机运行方法的理论示意图。

横坐标上显示的是时间t，即以运行小时数[Std]表示的内燃发动机的运行时间。运行模式可以从右纵轴上读取，值1表示稀燃模式，值2表示低温燃烧模式。标示在时间轴t上的运行模式的走势是一个综合产生的过程，其与在现实情况中出现的过程是不同的。所示的运行过程每隔10个小时进行一次有规律的转换，就是说，这种转换与相应的边界条件无关，而只是为了更加清楚地说明润滑油稀释值的变化以及模式转换对润滑油稀释值的影响。润滑油稀释值x_稀释在左纵轴上以百分比[％]的形式标出。这里需参照上文所提及的定义。

在能耗优化的稀燃模式中润滑油稀释值变大，因为针对相应较高的有害物质的排放(在此模式中的)需要进行更大规模的排气后处理，因此相应地需要频繁地后喷射额外的燃料，以便富集排气，实现利用未燃烧碳氢化合物对LNT进行清洁或者脱硫的目的，并且/或者以便提高微粒过滤器再生所需的排气温度。

如果内燃发动机转换到有害物质优化的低温燃烧模式下运行，则润滑油稀释值重新变小，因为此时低温排放的排气在排气后处理的范围内只需要少量的后喷射燃料。低温燃烧模式对润滑油的再生，即对减少润滑油中所含的燃料量是有用的。

但是润滑油稀释值在内燃发动机的运行过程中趋于增大，因为在稀燃模式中已经混入到润滑油中的燃料量在随后的低温燃烧模式中不能以相同的规模被减少。就此而言，发动机润滑油在预定的运行时间之后应被更换。

图2以图解的方式显示了未处理排放值在当前模式下随时间变化的过程。未处理排放值涉及到未被后处理的排气中的有害物质浓度，其被以无量纲的形式标示在左纵轴上，其中，出现的最大的未处理排放值被作为参考基数，因而未处理排放值处于0到1之间。对于其他的示意图坐标轴参照与图1相关的实施例。

为确定未处理排放值，使内燃发动机在不稳定的状态下运转一个相应的预定运行周期，由此得到锯齿形的排放曲线。可以看出的是，在低温燃烧模式下的内燃发动机有时会出现接近无排放的运行，而在稀燃模式下其未处理排放值从未低于一个大约0.5的最小值。

图3以图解的方式显示了燃料消耗值在当前模式下随时间变化的过程。燃料消耗值被以无量纲的形式标示在左纵轴上，其中燃料消耗的最大值被作为参照基数，因而燃料消耗值在0到1之间。对于其他的示意图坐标轴参照与图1相关的实施例。

燃料消耗在能耗优化的稀燃模式下不超过一个最大值0.5，而内燃发动机在有害物质优化的低温燃烧模式下达到了其最高的燃耗消耗值，也就是值1。

Claims (10)

1.一种具有至少一个排气后处理系统的直接喷射式内燃发动机的运行方法，所述内燃发动机不仅适合在低温燃烧模式下运行也适合在能耗优化的稀燃模式下运行，所述运行方法的特征在于，当润滑油稀释值x_稀释超过预定值x_最大稀释，即当x_稀释大于x_最大稀释时，使所述内燃发动机从稀燃模式转换至低温燃烧模式下运行，而当润滑油稀释值达到预定值x_最小稀释，即当x_稀释小于或等于x_最小稀释时，再重新转换至稀燃模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定值x_{最大稀 释}和x_最小稀释与当时的润滑油稀释值相关。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定值x_{最大稀 释}和x_最小稀释与未来的在一个预定检修间隔期结束后存在的润滑油稀释值相关。

4.根据前述权利要求1所述的具有至少一个排气后处理系统的直接喷射式内燃发动机的运行方法，其中所述排气后处理系统被用来减少排气中所含氮氧化合物，所述运行方法的特征在于，当氮氧化合物浓度C_NOx超过预定的容许值C_NOx最大，即当C_NOx大于C_NOx最大时，内燃发动机从稀燃模式转换至低温燃烧模式下运行。

5.根据前述权利要求1所述的具有至少一个排气后处理系统的直接喷射式内燃发动机的运行方法，其中所述排气后处理系统被用来减少排气中所含的氮氧化合物，所述运行方法的特征在于，如果探测到至少一个用来减少排气中所含的氮氧化合物的排气后处理系统发生故障，则所述内燃发动机就从稀燃模式转换至低温燃烧模式下运行。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，存储催化转换器被用来减少排气中所含的氮氧化合物的排气后处理系统。

7.根据前述权利要求1所述的具有至少一个排气后处理系统的直接喷射式内燃发动机的运行方法，其中所述排气后处理系统被用来减少排气中所含的炭黑颗粒，所述运行方法的特征在于，当炭黑颗粒浓度C_炭黑超过预定的容许值C_最大炭黑，即当C_炭黑大于C_最大炭黑时，内燃发动机就从稀燃模式转换至低温燃烧模式下运行。

8.根据前述权利要求1所述的具有至少一个排气后处理系统的直接喷射式内燃发动机的运行方法，其中所述排气后处理系统被用来减少排气中所含的炭黑颗粒，所述运行方法的特征在于，如果探测到至少一个用来减少排气中所含的炭黑颗粒的排气后处理系统发生故障，则所述内燃发动机就从稀燃模式转换至低温燃烧模式下运行。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，微粒过滤器被用作用来减少排气中所含的炭黑颗粒的排气后处理系统。

10.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，直接喷射的柴油发动机被使用作为所述直接喷射式内燃发动机。

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