CN1535354A - 内燃机的操作控制方法 - Google Patents

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Abstract

在利用废气再循环的一内燃机中，在一小发动机负载时将一废气再循环比值设定为最小或零。由一热交换器降低废气温度之后进行废气再循环。将小于一特定值的一发动机负载设定到一小发动机负载工作区域。通过控制一过量空气比和废气再循环比值将热效率设定至一所需值。并且，当在一废气通道中安装一NOx吸收催化剂时，通过将废气再循环比值设定为零升高废气温度和加速NOx吸收催化剂的再生。在执行一高峰值工作时将废气再循环比值设定为最小值或零。

Description

内燃机的操作控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机(包括在它的排气通道内装备有一NOx吸收催化剂的内燃机)的操作控制方法，该方法利用一EGR，以及一个目的是稳定它的燃烧。
发明背景
在一传统的、利用EGR的、其中废气的一部分返回到一燃烧室的内燃机中，将废气始终供应到燃烧室，而与操作状态无关。由于在一大发动机负载或一大发动机转速、使用EGR时可以获得一高热效率，所以经常在内燃机内(特别在一GHP发动机中)使用EGR。在这情况下，GHP发动机意味着关于驱动一热泵系统的一发动机。
在小发动机负载或小发动机转速时使用EGR的情况下，不发火周期将增加，从而根据环境会引起一不稳定的燃烧。由于在传统内燃机中一EGR比值(在供应到燃烧室的总空气量中所包含的废气量)已保持一恒定值，所以在一大内燃机负载时已获得一良好的热效率，但是在一小发动机负载时燃烧不稳定。
在一汽车汽油发动机中，在操作期间它的发动机转速迅速上升到约1,500至2,000转/分和能实现很稳定的燃烧。但是，在GHP发动机中，在一低发动机转速区域(在1,000转/分以下)内它的燃烧变得不稳定。近年来，日益增长了对在这低发动机转速区域内进行一稳定操作的要求。
发明内容
本发明的一目的是提供内燃机的一操作控制方法，其中在一小发动机负载下能够获得一良好的热效率和能够实现一稳定的燃烧。
(解决这问题的方案)
为了解决以上问题，权利要求1揭示了在使用一EGR的一内燃机中的一发明，其中将在一小发动机负载下的一EGR比值设定为最小或零。
权利要求2揭示了如在权利要求1中所提出的发明，其中由一热交换器下降一废气温度之后使废气再循环。
权利要求3揭示了如在权利要求1中所提出的发明，其中对于一小的发动机负载工作区域设定比一特定值小的一发动机负载。
权利要求4揭示了如在权利要求1或2中所提出的发明，其中通过控制一过量空气比和EGR比值将一热效率设定为一所需值。
权利要求5揭示了在它的废气通道中装备有一NOx吸收催化剂和使用一EGR的一内燃机中的一发明，其中在一小发动机负载下将一EGR比值设定为一最小值或零，藉助将EGR比值设定为一最小或零提高废气温度，以及加速再生上述NOx吸收催化剂。
权利要求6揭示了在它的废气通道中装备有一NOx吸收催化剂和使用一EGR的内燃机中的一发明；其中在一小发动机负载下将EGR比值设定为一最小或零，以及当执行一高峰值工作时将EGR比值设定为一最小或零。
(比现有技术更有效)
在权利要求1发明中，由于当一内燃机100的工作属于小发动机负载时将EGR比值设定为一最小或零，能够控制NOx密度为一小值，同时保持热效率为一大值。
在权利要求2发明中，由于热交换器降低了废气温度，所以能够降低NOx的密度。
在权利要求3的发明中，为了确定EGR比值将小于一特定值的发动机负荷设定到小发动机负载工作区域；所以能够获得一良好的热效率和同时能够稳定燃烧，以及能够降低NOx密度。
在权利要求4的发明中，通过适当地设定过量空气比λ和EGR比值的一组合，能够获得一良好的热效率。
在权利要求5的发明中，通过将EGR比值设定为零，能够迅速提高废气温度和能够执行NOx催化剂的再生。
在权利要求6的发明中，在执行高峰值时通过将EGR比值设定为一最小或零能够进行NOx催化剂的再生。
附图简述
图1是对其应用权利要求1至6的发明的内燃机的一示意系统图。
图2是示出在内燃机的发动机负载和形成指示燃烧稳定程度的一系数的一PiV之间关系的一曲线图。
图3是示出使用EGR的工作区域和不使用EGR的工作区域的曲线图。
图4是与图3不同的曲线图，它示出了使用EGR的工作区域和不使用EGR的工作区域。
图5是与图3和图4不同的曲线图，它示出了使用EGR的工作区域和不使用EGR的工作区域。
图6是示出在废气中NOx密度和热效率之间一关系的曲线图。
图7是示出在过量空气比λ和在分别将EGR比值设定为0％、5％和10％时NOx量之间关系的曲线图。
图8是示出发动机负载和废气温度之间一关系的曲线图。
图9是废气温度和NOx吸收催化剂的一再生速度之间一关系的曲线图。
图10是在EGR比值不是零时的废气(EGR气)温度和NOx密度之间一关系的曲线图。
具体实施方式
图1是对其使用权利要求1至6的发明的内燃机100的示意系统图。将一空气供应管7、一燃料管9、混和来自空气供应管7的空气和来自燃料管9的燃料气体的一混和器8和一混合物供应管11连接至内燃机100的一燃烧室的一上游侧。
通过调节一燃料供应量调节阀10的开放程度可以调节供应到混和器8的一燃料量和能够将过量空气比λ设定为一任意值。而且，通过调节一节流阀12的开放程度能够调节供应到燃料室的一混合量。
排气管1(废气通道)连接至燃烧室的一下游侧。排气管1在其中间从上游侧依序设置有一NOx吸收催化剂2和一热交换器6。如图1所示，位于离开热交换器6的下游侧处的排气管1能够通过一废气返回管3连接到混和供应管11。因此，可以让废气的一部分通过废气返回管3流入混和供应管(或者位于它的下游侧的一未示出的混和供应支管)。以上叙述了排气管1装备有NOx吸收催化剂2的一例子，但是，推荐是否安装NOx吸收催化剂取决于NOx的生产量，如在内燃机100的操作说明书中所提到的。
在废气返回管3的中途安装一节流阀5。CPU4能够调节节流阀5的一开放程度。当节流阀5的开放度较小时减少了流入混合物供应管11的废气量。相反，当该开放度加大时该流入量增加。当进入混和供应管11的废气流入量加大时EGR比值将变得较大。当该流入量变得较小时EGR比值也变得较小。
因此，在加大节流阀5的开放度时将增加EGR比值，以及在减小这开放度时将减小EGR比值。因此，通过CPU4的方式调节节流阀5的开放度能够将EGR比值设定为一任意值。
在内燃机100内安装未示出的多个传感器。通过这些传感器将内燃机100的发动机转速、发动机负载、冷却水温度、点火时间、过量空气比和废气温度等输入到PCU4内。CPU4装备有一存储器，该存储器事先储存有对应于工作区域的EGR比值和过量空气比的最适当的结合的一图像。CPU4将这些传感器所检测到的许多信号与这图像比较，以致改变节流阀5的开放度和EGR比值，以便控制在NOx吸收催化剂的上游侧的NOx密度，以及获得一稳定的燃烧和一良好的热效率。
图2是内燃机100的发动机负载和包括燃烧稳定程度的、形成系数的PiV之间的关系。在图2中，将发动机转速设定为2,000转/分和将过量空气比λ设定为λ＝1.31。
在这些条件下将节流阀5的开放度设定为零(即将EGR比值设定为零)的情况与将EGR设定为100％的情况相比较时，能够理解一较小的EGR比值将引起发动机负载下降时的一较稳定的燃烧。因此，希望在发动机负载较小时，将EGR比值设定为零。
但是，考虑到与一所获得的热效率平衡，不希望在小发动机负载时最终将EGR设定为零。因此，推荐事先调研内燃机100的工作性能，以致在小于图3所示的发动机负载P1的一负载区域内将EGR比值设定为零。按相同的方式，如图4和5所示，在发动机负载小于P2和P3以及发动机转速小于N1和N2的一工作区域内将EGR比值设定为零。在图3-5中，例如在如“有EGR”所示的一工作区域内将EGR比值设定在5％至15％的一范围内。
图6是示出废气中NOx密度和热效率之间关系的曲线图。当增加EGR比值时，能够获得一良好的热效率，但是也增加了产生的NOx量(NOx密度)。但是，当热效率达到图6所示的一值e时，热效率的增加速率变得缓慢了。可以理解与NOx量的增加比较此后很少增加热效率。因此，将这时的热效率设定为上限值，从而PCU4调节节流阀5的开放度，以致为了获得该热效率e而得到所需的EGR比值。
图7是当EGR比值分别设定为0％、5％和10％时，过量空气比λ和NOx量之间的关系的曲线图。从图7可以理解随着EGR比值的增加NOx量下降，以及随着过量空气比λ减小NOx量也下降。
图8是示出发动机负载和废气温度之间关系的曲线图。如图所示，能够理解随着EGR比值设定得较小废气温度升高。
图9示出废气温度和NOx吸收催化剂的再生速度之间关系的曲线图。当NOx吸收催化剂2达到NOx的吸收极限时，它不能再吸收NOx，从而不能进行废气的清除。因此，执行称为“高峰值(rich spike)”的一工作，其中将过量空气比λ设定为高值。通过高峰值工作，降低由NOx吸收催化剂2所吸收的NOx和将NOx吸收催化剂2的吸收能力恢复到它的原来状态。
将NOx吸收催化剂2的NOx吸收能力返回到它的原来状态的工作称为再生。从图9可以看到一再生速度随着废气温度的上升具有变得较快的趋势。因此，在NOx吸收催化剂2的再生时期，通过将EGR比值设定为零能够增加废气温度和能够较早地再生NOx吸收催化剂。
图10是在EGR比值不为零时(即节流阀5是打开时)示出废气(EGR气)温度和排气返回管3中的NOx密度之间关系的曲线图。
从图10可以理解随着EGR气体温度的增加NOx密度增加。换句话说，由于NOx密度可以随着EGR气体温度的下降而下降，通过热交换器6下降废气温度和将其温度下降的废气供应到混合物供应管11。
在以上叙述中，考虑内燃机100的工作性能，能够将“小发动机负载”设定为一任意值。例如，能够将小于额定负载的一半的一发动机负载称为“小发动机负载”。
工业可应用性
本发明可以应用于关于陆地和海洋用途的、使用EGR的内燃机。

Claims (6)

1.用于内燃机的一操作控制方法，它利用废气再循环，其中将在一小发动机负载时的一废气再循环比值设定为最小或零。
2.如权利要求1所提出的用于内燃机的一操作控制方法，其特征在于：在由一热交换器降低一废气温度之后进行废气再循环。
3.如权利要求1所提出的用于内燃机的一操作控制方法，其特征在于：将小于一特定值的一发动机负载设定至一小发动机负载工作区域。
4.如权利要求1或2所提出的用于内燃机的一操作控制方法，其特征在于：通过控制一过量空气比和废气再循环比值将一热效率设定为一所需值。
5.用于在它的废气通道中装备有一NOx吸收催化剂的、利用一废气再循环的内燃机的一操作控制方法，其中在一小发动机负载时将一废气再循环比值设定为最小或零，通过将废气再循环比值设定至一最小或零升高一废气温度，以及加速NOx吸收催化剂的再生。
6.用于在它的废气通道中装备有一NOx吸收催化剂的、利用一废气再循环的内燃机的一操作控制方法，其中在一小发动机负载时将一废气再循环比值设定至最小或零，以及在执行一高峰值工作时将废气再循环比值设定为一最小或零。
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