CN111033018A - 用于运行动力设备的方法以及相应的动力设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行动力设备的方法，该动力设备具有内燃机，该内燃机具有多个气缸，其中，为了减小由内燃机提供的驱动转矩而使内燃机上设定的点火时刻从初始点火时刻被一直延迟到该点火时刻相应于阈限点火时刻，并且为了进一步减小驱动转矩而通过中止对多个气缸中的至少一个应被切断的气缸的燃料喷射来将该气缸切断，使剩余的一个或多个气缸继续在使用所述点火时刻的情况下通过燃料喷射运行。在此规定，为内燃机的继续运行的剩余的气缸输送与在切断气缸之前存在的初始燃料量相比更多的燃料量，以设定亚化学计量比的燃氧比。本发明还涉及一种动力设备。

Description

用于运行动力设备的方法以及相应的动力设备
技术领域
本发明涉及一种用于运行动力设备的方法，该动力设备具有内燃机，该内燃机具有多个气缸，其中，为了减小由内燃机提供的驱动转矩而使内燃机上设定的点火时刻从初始点火时刻被一直延迟到该点火时刻相应于阈限点火时刻，并且为了进一步减小驱动转矩而通过中止对多个气缸中的至少一个应被切断的气缸的燃料喷射来将该气缸切断，使剩余的一个或多个气缸继续在使用所述点火时刻的情况下通过燃料喷射运行。本发明还涉及一种动力设备。
背景技术
动力设备例如用于驱动机动车，即用于提供旨在驱动机动车的驱动转矩。驱动转矩至少暂时地和/或至少部分地由内燃机提供，该内燃机是动力设备的组成部分。
有时可能需要减小由内燃机提供的驱动转矩。为了实现动力设备的合适且最佳的系统响应，有意义的是，通过调整点火时刻实现驱动转矩的尽可能大的份额，而通过内燃机的节气门控制实现尽可能小的份额。这尤其适用于内燃机被涡轮增压，即具有涡轮增压器，为其输送由内燃机产生的排气，并且涡轮增压器将包含在排气中的焓或流动能量用于压缩将输送给内燃机的新鲜气体。
为了减小驱动转矩，现在应首先使在内燃机上设定的点火时刻从在减小驱动转矩之前存在的初始点火时刻起延迟。该延迟一直进行到点火时刻等于阈限点火时刻，其例如相应于内燃机的最晚可行的点火时刻。直到最晚可行的点火时刻，尤其在正常的环境条件下可进行内燃机的按规定的运行。如果点火时刻到达阈限点火时刻，即例如最晚可行的点火时刻，内燃机的驱动转矩不能再通过调整点火时刻来减小。
因此提出切断气缸，在这种情况下切断应被切断的气缸。这通过中止燃料喷射来实现。换句话说，在切断气缸期间，没有燃料喷射到气缸中。剩余的一个或多个气缸继续供给燃料，因此进行燃料喷射。同样，在剩余的一个或多个气缸中继续进行点火，更确切地说在可相应于阈限点火时刻的点火时刻进行点火。然而，优选地，点火时刻在切断气缸期间根据内燃机的至少一个运行参数来确定。用作运行参数的例如是内燃机要求的转矩、气缸的填充度和/或切断的气缸的数量和/或剩余的气缸的数量。
由现有技术例如已知DE 10 2004 031 296 A1。该文献涉及一种用于运行内燃机的方法。对于该内燃机，为了运行内燃机，给定在稳态范围中有效的运行参数。在此，运行参数的第一部分的大小已知，运行参数的第二部分的大小基于模型来确定，使得内燃机产生理论转矩。一旦在内燃机的运行中出现非稳态，就从基于模型确定运行参数的大小过渡到点火同步地确定运行参数的大小。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于运行动力设备的方法，其相对于已知的方法的优点在于，尤其即使在切断应当被切断的气缸时以及在切断气缸期间也使内燃机的有害物质排放降低。
根据本发明，这通过具有权利要求1的特征的用于运行动力设备的方法来实现。在此规定，为内燃机的剩余的、继续运行的气缸输送与在切断气缸之前存在的初始燃料量相比更多的燃料量，以设定亚化学计量比/亚理论配比的燃氧比(燃料与氧的比例)。
在切断气缸的情况下，通过中止燃料喷射使应当被切断的气缸被切断。同时为剩余的气缸或继续运行的气缸供给燃料。在相同的工作点的情况下，即在内燃机的在其他方面不变的运行条件的情况下，由于切断气缸，为内燃机、更确切地说气缸输送的燃料量相比于为内燃机、更确切地说气缸输送的氧量明显减小/强烈降低，从而虽然在继续运行的气缸中继续存在与切断气缸之前相同的燃氧比，然而内燃机的所有气缸的集合在一起的排气是贫油的，即，相比于在燃料量和氧量之间的化学计量比/理论配比，氧过剩。
这导致后置于内燃机的排气净化装置、尤其催化转化器、特别优选地三元催化转化器不能使内燃机排气中所含的有害物质完全转化。由于在排气中的氧过剩，排气净化装置的尤其针对氮氧化物的转化性能急剧下降。为了避免这种情况，应当通过输送更多的燃料量来将燃氧比设定到亚化学计量比的燃氧比。
这意味着，总的来说，内燃机在切断气缸期间所产生的排气中始终缺氧。通过该措施，由内燃机产生的原始氮氧化物排放物减少，因为通过使混合物富油将温度降低。原始氮氧化物排放物的很大一部分可归因于所谓的泽尔道维奇(Zeldovich)机理，其说明了温度与热氮氧化物形成的指数关系。因此，通过使混合物富油实现的、在继续运行的气缸中的温度降低明显影响了原始氮氧化物排放。同样，由于亚化学计量比的燃烧，还在火焰前沿之后呈现出明显更低的剩余氧含量，从而原始氮氧化物排放的分解物明显更少。由于同时更低的温度，更低的氧份额由于提到的泽尔道维奇机理还更少地反应成氮氧化物。
此外，在由内燃机产生的总排气中产生缺氧，从而排气净化装置还可高效地转化或还原氮氧化物。相比于初始燃料量更多的燃料量应尤其在相同的工作点存在，即，在内燃机的相同的驱动转矩和/或相同的转速的情况下。如果在切断气缸期间工作点有变化，例如由于驱动转矩和/或转速的变化，则当然会得到偏差。此时，初始燃料量例如相应于在没有切断气缸的情况下理论存在的燃料量。
就此而言，在说明切断的多个气缸的情况下，言语上用了复数，在此还可始终理解成切断唯一的气缸。反之适用于剩余的、继续运行的多个气缸的是，同样可存在仅仅唯一的继续运行的气缸。为了语言上的简洁，在这两种情况下都使用了复数。
在本发明的另一设计方案中规定，为继续运行的气缸输送相对于在切断气缸之前存在的初始氧量保持相同的氧量。这同样优选地适用于相同的工作点。如果工作点在切断气缸期间有变化，则还可以在此产生变化。在这种情况下，初始氧量例如对应于在没有切断气缸的情况下输送给内燃机的理论氧量。然而，在相同的工作点中，尽管切断了气缸，但为继续运行的气缸输送的氧量保持相同。这特别优选地适用于所有的气缸，从而不仅为继续运行的气缸、而且为切断的气缸相应输送与在切断气缸之前相同的氧量。
本发明的改进方案规定，在切断气缸期间将新鲜气体输送通过切断的气缸并且作为排气引出。可将新鲜气体理解成由新鲜空气和排气以任意份额构成的混合物。新鲜气体例如可仅仅由新鲜空气构成，或者在排气再循环的情况下具有一定份额的排气。新鲜空气又含有一部分氧。在切断气缸期间，应针对切断的气缸仅仅切断燃料喷射。切断的气缸的其他的运行参数优选地保持相同，尤其是切断的气缸的进气门和/或排气门的打开时刻和/或关闭时刻。
就此而言，使新鲜气体被输送通过被切断的气缸。相应地，新鲜气体作为排气从该气缸引出。在此，切断的气缸的排气相当于新鲜气体，其以化学上未变化的形式存在，即，在其输送通过切断的气缸期间没有进行化学反应，尤其没有参与燃料的燃烧。
本发明的另一实施方式规定，继续运行的气缸和切断的气缸的排气在排气门下游聚集，并且燃料量在切断气缸期间选择成使得排气具有化学计量比的组成，或者对应于最大燃料量。可将排气的化学计量比的组成理解成这样的组成：其相当于在内燃机在使用所有的气缸的情况下以化学计量比的方式运行时的组成。于是，在切断气缸期间，在继续运行的气缸中应存在亚化学计量比的燃氧比，从而在气缸中进行燃烧之后，还在由此引起的排气中存在缺氧。另一方面，新鲜气体和相应地在新鲜气体中含有的氧在化学上未改变地引导通过切断的气缸。
因此，在时间上分散地来看，由内燃机总地产生的排气根据内燃机的气缸的相应的点火顺序交替具有缺氧和氧过剩。然而，在时间上平均来看时，应出现化学计量比的组成。为此，相应地调节继续运行的气缸输送的燃料量，即，还考虑引导通过被切断的气缸的氧量。通过设定化学计量比的组成确保上述排气净化装置不仅能以高转化率转化氮氧化物，而且能以高转化率转化碳氧化物和/或碳氢化合物。
如果例如在高掩蔽度/淡化度(Ausblendgraden)的情况下不能实现排气的化学计量比的组成，尤其不可实现时间上平均的化学计量比的组成，则继续运行的气缸应仍以亚化学计量比运行。例如可能由于继续运行的气缸的最大燃料量过小而阻止了化学计量比组成的实现。可将最大燃料量理解成如下的最大燃料量：在该最大燃料量的情况下仍能实现内燃机的可靠的运行，尤其得到足够的燃烧稳定性和/或排气净化装置的温度未超过限值。通过在继续运行的气缸中的亚化学计量比的组成和在时间上平均的超化学计量比的组成，使在继续运行的气缸中的原始氮氧化物排放物最小化，并且通过继续运行的气缸的时间上分散的亚化学计量比的排气系至少实现在排气净化装置中的部分转化。
本发明的另一优选的设计方案规定，将内燃机的排气输送给排气净化装置，并且确定排气净化装置的温度，其中，在温度超过限值时，朝初始燃料量的方向减少燃料量、和/或增大为内燃机输送的新鲜气体的量、和/或使点火时刻从阈限点火时刻提前、和/或将其他的气缸切断。通过使内燃机的点火时刻提前，排气的温度升高，使得排气净化装置同样经受高的温度。
为了避免排气净化装置的由温度引起的损害，现在应确定在排气净化装置中的温度，例如通过测量和/或估计来确定。在前一种情况下，可在排气净化装置中布置温度传感器，借助该温度传感器确定在排气净化装置中的排气的温度和/或排气净化装置本身的温度。替代地，显然可估计温度，例如凭借温度模型。
如果以这种方式确定的温度超过限值，则应采取措施来降低在排气净化装置中的温度。为此，例如减少输送给继续运行的气缸的燃料量。替代地或附加地可设置成，增大为内燃机输送的新鲜气体的量，和/或再次使点火时刻提前，和/或将其他的气缸切断。优选地执行这些措施中的至少一种措施，直至在排气净化装置中的温度对应于限值或小于限值。如果使内燃机的所有气缸运行，可增加燃料量，以降低温度。
本发明的优选的改进方案规定，为内燃机在富油时段输送更多的燃料量，其中，富油时段在切断气缸之前开始和/或在切断气缸之后终止。可将富油时段理解成如下的时段：在该时段期间，为内燃机输送燃料量，其按量分配成使得在内燃机的气缸中实现亚化学计量比的燃氧比，即缺少空气。除了切断气缸之外，优选地将更多的燃料量输送给内燃机的所有的气缸，即输送给在切断气缸期间切断的气缸以及继续运行的气缸。
优选地，富油时段在切断气缸之前已经开始。替代地或附加地，富油时段在切断气缸之后才结束。因此规定，首先为内燃机输送更多的燃料量，并且接着才将应当被切断的气缸切断。类似地可规定，将切断的气缸再次接通，并且接着才使富油时段终止。在切断气缸之前开始富油时段时，排气净化装置例如已经能为切断气缸准备好，并且相应地进行调节。如果富油时段超出了切断气缸的时间，则将在排气净化装置中暂存的氧从排气净化装置排出。
本发明的另一优选的实施方式规定，如果借助动力设备的至少一个运行参数预测到转矩变化，则引入富油时段。如上所述，如果应当减小内燃机的驱动转矩，则切断气缸。就此而言，在这种转矩变化的情况下有意义的是，已经进行排气净化装置的上述调节。相应地，如果将来可能出现转矩变化，便已经应当开始富油时段。
本发明的一改进方案规定，如果工作点接近换挡点和/或轮胎滑移接近滑移限，则预测到转矩变化。可将换挡点理解成如下的工作点：在该工作点中出现与内燃机联接的多挡变速器的换挡。在多挡变速器换挡的情况下，内燃机所要求的转矩通常发生变化，并且相应地同样由内燃机提供的驱动转矩发生变化。特别优选地，如果工作点接近换挡点，即朝换挡点的方向变化，并且同时预期的换挡引起驱动转矩的减小，则预测到转矩变化。
附加地或替代地，如果轮胎滑移接近滑移限，可预测到转矩变化。轮胎滑移实际上是在机动车的轮胎处出现的打滑。如果轮胎滑移在滑移限左右的确定范围内，并且朝该滑移限的方向进一步变化，应当期望驱动转矩的减小，该驱动转矩的减小例如由机动车的驾驶员辅助装置引入。
最后，在本发明的一特别优选的实施方式中可规定，在切断气缸结束之后，一旦排气净化装置的氧存储器的氧填充状态达到了理论填充状态，则终止富油时段。由于切断气缸并且新鲜气体引导通过切断的气缸，排气净化装置的氧存储器在切断气缸期间得以填充或至少有变化。为了使氧填充状态在切断气缸之后再次到达其理论填充状态，富油时段超出了气缸的切断。
一旦达到期望的目标，即氧填充状态对应于理论填充状态，终止富油时段，并且使内燃机再次以初始燃料量或除了切断气缸以外使用的燃氧比运行，即尤其是化学计量比的燃氧比。
本发明还涉及一种动力设备，其尤其用于执行根据上述实施方案的方法，该动力设备具有带有多个气缸的内燃机并且构造成，为了减小由内燃机提供的驱动转矩而使内燃机上设定的点火角被从初始点火时刻一直延迟到该点火时刻相应于阈限点火时刻，并且为了进一步减小驱动转矩而通过中止对多个气缸中的至少一个应被切断的气缸的燃料喷射来将该气缸切断，使剩余的一个或多个气缸继续在使用所述点火时刻的情况下通过燃料喷射运行。在此规定，为内燃机的继续运行的剩余的气缸输送与在切断气缸之前存在的初始燃料量相比更多的燃料量，以设定亚化学计量比的燃氧比。应指出的是，在切断气缸期间的点火时刻相应于阈限点火时刻，但也可以早于该阈限点火时刻。
已经指出了动力设备和这种方法的这种设计方案的优点。动力设备以及用于动力设备的运行的方法可根据上述实施方案来改进，从而就此而言参考上述实施方案。
附图说明
下面借助在附图中示出的实施例在不对本发明形成限制的情况下进一步阐述本发明。
唯一的附图示出了图表，在该图表中示出了动力设备的排气净化装置的转化率。
具体实施方式
附图示出了如下的图表：其中针对燃氧比λ绘出了以百分比给出的转化率或转化比U。在λ＝1的情况下存在化学计量比的燃氧比，在λ<1的情况下存在富油比，并且在λ>1的情况下存在贫油比。曲线1示出氮氧化物的转化比U，曲线2示出碳氧化物的转化比U，曲线3示出碳氢化合物转化比U。可看出的是，在λ窗4内对于所有的三个曲线1、2和3来说实现相对高的转化比。
此时，在用于运行具有内燃机的动力设备的方法中规定，为了减小由内燃机提供的驱动转矩，使在内燃机上设定的点火时刻从初始点火时刻起延迟。在此，针对内燃机的所有气缸进行点火时刻的调整。通过延迟点火时刻已经实现驱动转矩的减小。内燃机的其余运行参数在相同的工作点中优选地保持相同。特别是，最初为气缸输送与点火时刻被调整之前相同的燃料量和相同的氧量。
由于延迟点火时刻，由内燃机产生的排气温度升高。然而，这种升高仅仅在一定限度内是允许的，因而点火时刻应当仅仅被调整到阈限点火时刻。在此，阈限点火时刻例如是如下的点火时刻：其中内燃机能可靠地、在不熄火的情况下运行，和/或直至该点火时刻排气的温度低于确定的限制温度。为了进一步减小驱动转矩，现在对于至少一个应当被切断的气缸中断燃料喷射，从而该气缸或应当被切断的多个气缸最终被切断。剩余的气缸继续运行，并且在使用可相应于或早于阈限点火时刻的点火时刻的情况下通过喷射燃料来运行。
由于切断至少一个气缸，如果继续运行的气缸保持相同的燃料量，那么在内燃机排气中会出现大量过剩的氧。出于该原因，应为继续运行的气缸输送更多的燃料量，从而在这些气缸中存在亚化学计量比的燃氧比，因此缺乏空气。由此，一方面减少了原始的氮氧化物排放物，因为一方面降低了气缸内的温度，另一方面降低了在火焰前锋后面的剩余氧含量。另一方面改善了在后置于内燃机的排气净化装置中的氮氧化物转化率，尤其是如果如此选择用于继续运行的气缸的燃料量，使得总地从内燃机排放的排气具有化学计量比的组成或至少接近化学计量比的组成。这意味着，排气具有与在内燃机、尤其内燃机的所有气缸以化学计量比或至少接近化学计量比的方式运行时相同的组成。

Claims (10)

1.一种用于运行动力设备的方法，该动力设备具有内燃机，该内燃机具有多个气缸，其中，为了减小由内燃机提供的驱动转矩而使内燃机上设定的点火时刻从初始点火时刻被一直延迟到该点火时刻相应于阈限点火时刻，并且为了进一步减小驱动转矩而通过中止对多个气缸中的至少一个应被切断的气缸的燃料喷射来将该气缸切断，使剩余的一个或多个气缸继续在使用所述点火时刻的情况下通过燃料喷射运行，其特征在于，为内燃机的继续运行的剩余的气缸输送与在切断气缸之前存在的初始燃料量相比更多的燃料量，以设定亚化学计量比的燃氧比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为继续运行的气缸输送与在切断气缸之前存在的初始氧量相比保持相同的氧量。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在切断气缸期间，输送新鲜气体穿过被切断的气缸并使之作为排气被引出。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使继续运行的气缸和被切断的气缸的排气在排气门下游聚集，对在切断气缸期间的燃料量进行选择以使得排气具有化学计量比的组成，或相当于最大燃料量。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将内燃机的排气输送给排气净化装置，确定在排气净化装置中的温度，其中，在温度超过限值时，使燃料量朝向初始燃料量的方向减小、和/或增加输送给内燃机的新鲜气体的量、和/或使点火时刻从阈限点火时刻提前、和/或将其他的气缸切断。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在富油时段中为内燃机输送更多的燃料量，其中，所述富油时段在切断气缸之前开始和/或在切断气缸之后终止。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果借助所述动力设备的至少一个运行参数预测到转矩变化，引入所述富油时段。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果工作点接近换挡点和/或轮胎滑移接近滑移限，则预测到转矩变化。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，一旦排气净化装置的氧存储器的氧填充状态已经达到理论填充状态，在结束切断气缸之后结束富油时段。
10.一种动力设备，其尤其用于执行根据上述权利要求中任一项或多项所述的方法，该动力设备具有带有多个气缸的内燃机并且构造成，为了减小由内燃机提供的驱动转矩而使内燃机上设定的点火角被从初始点火时刻一直延迟到该点火时刻相应于阈限点火时刻，并且为了进一步减小驱动转矩而通过中止对多个气缸中的至少一个应被切断的气缸的燃料喷射来将该气缸切断，使剩余的一个或多个气缸继续在使用所述点火时刻的情况下通过燃料喷射运行，其特征在于，为内燃机的继续运行的剩余的气缸输送与在切断气缸之前存在的初始燃料量相比更多的燃料量，以设定亚化学计量比的燃氧比。
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