專利名稱：對后接于火花點(diǎn)火、直接噴射式內(nèi)燃機(jī)的催化劑的加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種對后接于火花點(diǎn)火、直接噴射式內(nèi)燃機(jī)的至少一種催化劑的加熱方法，特別是在內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后，該方法具有獨(dú)立權(quán)利要求前序部分的特征。
背景技術(shù)：
催化劑被用在內(nèi)燃機(jī)的廢氣載體中，為的是使內(nèi)燃機(jī)廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成對環(huán)境無害的成分。為了使其保持操作準(zhǔn)備狀態(tài)，催化劑至少要被加熱到催化劑特有的起動(dòng)或點(diǎn)火溫度。這里所說的起動(dòng)溫度是指此時(shí)催化劑的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到50％。因?yàn)樵趦?nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后的一段時(shí)間內(nèi)催化劑一般還達(dá)不到它的起動(dòng)溫度，廢氣中的有害物質(zhì)在此期間會(huì)未加轉(zhuǎn)化地被排放到大氣中。加速催化劑的加熱有多種不同的方法。
眾所周知，點(diǎn)火角即是在氣缸中點(diǎn)燃空氣燃油混合氣的那一刻，即便是最高效的點(diǎn)火角在加熱期間也是可以作延遲調(diào)節(jié)的。經(jīng)過點(diǎn)火角的延遲調(diào)節(jié)，燃燒效率雖有所降低，但卻提高了燃燒溫度及廢氣溫度。因廢氣變熱，催化劑的升溫會(huì)加快。但在點(diǎn)火角中使用這種延遲點(diǎn)火的方法有局限性，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行不平穩(wěn)性會(huì)加重，點(diǎn)火的可靠性將不再有保證。
另一種已公開的提高廢氣溫度的方法是所謂的多級噴射法。將該方法用于直接噴射、火花點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)最近已有介紹，該方法是借助噴嘴將燃料直接噴射到氣缸的燃燒室中(WO 00/08328，EP 0 982 489 A2，WO00/57045)。這樣在氣缸工作循環(huán)期間輸入的燃料總量就會(huì)分成兩份，分別以兩個(gè)噴射過程輸送到氣缸的燃燒室。第一次的前級噴射(均化噴射)是在氣缸的進(jìn)汽沖程中完成的，所噴入的燃料在隨后的點(diǎn)火時(shí)刻會(huì)均勻地分布在燃燒室里。第二次后級噴射(分層噴射)則相反，它是在接下來的壓縮沖程期間，特別是壓縮沖程的后半程進(jìn)行的。它會(huì)導(dǎo)致所謂的分層充氣，此時(shí)，噴射的燃料霧主要集中在氣缸火花塞的周邊區(qū)域。由此可見，在內(nèi)燃機(jī)的多級噴射操作中存在分層充氣和均化充氣的混合操作。同單純的均化操作相比，廢氣溫度會(huì)因多級噴射操作的獨(dú)特燃燒過程而提高。此外，多級噴射的另一優(yōu)點(diǎn)在于，它減少了氮氧化合物NOx和不燃的碳?xì)浠衔颒C的排放物(Rohemission)，從而減少有害物質(zhì)在加熱階段中造成的破壞。
多級噴射法的開創(chuàng)及衰退，換言之從單級噴射操作向多級噴射操作來回過渡期間出現(xiàn)的問題，特別是后級的分層噴射表明由于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后內(nèi)燃機(jī)還是涼的，致使部分燃料會(huì)噴落到活塞頭上、氣缸邊緣和火花塞處。這些在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較低時(shí)未被霧化的燃料不能參與后來的燃燒過程。因此會(huì)出現(xiàn)滅火和燃燒過程不平穩(wěn)等情況。另一個(gè)問題就是在切換到多級噴射的時(shí)刻會(huì)出現(xiàn)前級點(diǎn)火角，它尤其出現(xiàn)在點(diǎn)火上止點(diǎn)ZOT之前。因?yàn)楹蠹墖娚涞膰娚淠┒宋挥谶@個(gè)區(qū)域內(nèi)或其周邊，從而無法作最佳的混合處理，這是因?yàn)闆]有足夠的時(shí)間將分層氣霧由噴射器傳送到火花塞。結(jié)果增多了HC的排放物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)一種催化劑加熱的方法，其中采用發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱措施，特別是向多級噴射操作切換和反切的過程中使產(chǎn)生的有害物排放物盡可能少，發(fā)生的力矩躍變最小。
該目的可由具有獨(dú)立權(quán)利要求1、3、4特征的方法完成。
根據(jù)本發(fā)明，那些為加熱所采取的發(fā)動(dòng)機(jī)措施或具有最強(qiáng)加熱效果的措施組合最早應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)后，遲滯了內(nèi)燃機(jī)的至少兩個(gè)工作循環(huán)后，特別是至少三個(gè)、優(yōu)選是五個(gè)工作循環(huán)后實(shí)施。這里可以把發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)理解為這樣的時(shí)刻，即，在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速超速的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)初次處在95-105％的額定空轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。從原理上講，如果在起動(dòng)過程中沒出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)速超速，就可以把發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)理解為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速初次在95-105％的額定空轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)持續(xù)了至少0.5秒的那一時(shí)刻。此外，可以把工作循環(huán)理解為氣缸中的全部內(nèi)燃機(jī)工作沖程都運(yùn)行了一遍。這在沃爾塔特發(fā)動(dòng)機(jī)中(Vertaktmotor)為兩次曲軸旋轉(zhuǎn)。
由于熱效率提高，即提高廢氣溫度勢必要加大發(fā)動(dòng)機(jī)功率，并因此增加了力矩?fù)p失。本發(fā)明提出的方法是加熱措施可根據(jù)它的加熱電勢順序逐步地相互切換和/或增強(qiáng)，這樣會(huì)保持很小的力矩躍變(Momentenspruenge)。即使是在遲滯階段消逝之后，在一個(gè)唯一的階段施行所規(guī)定的加熱措施及措施組合，但這種超前對內(nèi)燃機(jī)會(huì)產(chǎn)生一定的預(yù)熱和穩(wěn)定作用，從而可以重復(fù)隨后的力矩躍變，且易于調(diào)整，保證了點(diǎn)火與燃燒的可靠性。
尤其這樣設(shè)定，即，單級噴射操作是在加熱的第一階段中在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)后進(jìn)行的，在此期間至少是暫時(shí)作了點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)，并在隨后的第二階段切換到了多級噴射操作。在這樣的情況下，把點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)理解為每個(gè)點(diǎn)火時(shí)刻，即，它出現(xiàn)在最佳發(fā)動(dòng)機(jī)效率的點(diǎn)火時(shí)刻之后，特別是它會(huì)致使發(fā)動(dòng)機(jī)效率至少降低5％左右。如前所述，氣缸因其在第一階段要做點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)已經(jīng)加熱，以致于所謂的壁膜問題會(huì)因多級噴射操作的后續(xù)噴射造成的燃料凝結(jié)而減弱。
根據(jù)本發(fā)明的另一方法變型，在第一階段的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)后，操作用了所噴射燃料量的30-100％，它們在點(diǎn)火時(shí)刻基本呈均勻的混合氣處理狀態(tài)，而隨后第二階段的多級噴射操作在點(diǎn)火時(shí)刻至少有35％的噴射燃料用作分層充氣，至少有20％的燃料量是均勻分布。優(yōu)選第一階段是單純的均化操作，這樣所噴射的全部燃料在點(diǎn)火時(shí)刻就主要呈均勻的混合氣處理狀態(tài)。因此在本發(fā)明的范圍內(nèi)將均化操作理解成在點(diǎn)火時(shí)刻在燃燒室內(nèi)要有一個(gè)燃料密度分布，其中燃燒室內(nèi)某一點(diǎn)上的最高燃料密度與燃燒室另一點(diǎn)上的最低燃料密度偏差要小于30％。要獲得這樣的均勻率，通常的方式只有在氣缸的進(jìn)氣沖程期間，特別是在進(jìn)氣沖程的上半程內(nèi)噴射才行。
多級噴射優(yōu)選包括兩次噴射，第一次的前級噴射基本是在氣缸的進(jìn)氣沖程期間，優(yōu)選是在進(jìn)氣沖程的上半程完成的，而第二次的后級噴射是在隨后的壓縮沖程期間，優(yōu)選是在壓縮沖程的后半程完成的。按此方式，前級噴射時(shí)所送入的燃料在點(diǎn)火時(shí)刻基本上都會(huì)得到均勻分布，而后級噴射時(shí)所送入的燃料的分層充氣則基本集中在氣缸的火花塞周邊范圍內(nèi)。因此，也可相應(yīng)地把均化噴射的概念用于表示前級噴射，分級噴射的概念用于表示后級噴射。如開篇所述，這種混合的燃料處理可同時(shí)提高燃?xì)饧皬U氣的溫度，并減少未燃的碳?xì)浠衔锖偷趸衔锏呐欧盼?。此時(shí)優(yōu)選這樣來選擇兩種噴射法的燃料份額，即，由于均化噴射只會(huì)形成稀薄的、沒有點(diǎn)火能力的空氣燃油混合氣，所以它只能借助第二次噴射的分層充氣來燃燒。為了保證均勻充氣的燃燒充分，在均化噴射時(shí)輸入的燃料量不能超過總加油量的20％。優(yōu)選在加熱期間，輕度稀薄乃至要進(jìn)行化學(xué)計(jì)算的空氣燃油混合氣要用1至1.2之間的微升值來調(diào)整。這時(shí)多級噴射階段的微升值向稀薄態(tài)的推進(jìn)要比加熱的第一階段強(qiáng)。由此可以利用稀薄廢氣氣氛中的催化劑起動(dòng)溫度要比其在化學(xué)計(jì)算的氣氛低這一特點(diǎn)。
根據(jù)本方法的優(yōu)選方案，第一階段先由前級點(diǎn)火角開始，特別是由點(diǎn)火上止點(diǎn)ZOT之前的點(diǎn)火角開始，優(yōu)選為發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間選擇的點(diǎn)火角。這個(gè)前級點(diǎn)火角隨后要漸進(jìn)地朝后續(xù)的時(shí)刻調(diào)節(jié)，特別是在ZOT之后。漸進(jìn)的點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)可以連續(xù)地和/或分級進(jìn)行。優(yōu)選在向多級噴射操作切換時(shí)考慮到切換點(diǎn)中的力矩平衡問題要將第一階段最后的點(diǎn)火角轉(zhuǎn)接過來，并繼續(xù)循序漸進(jìn)地作延遲調(diào)節(jié)。特別要優(yōu)先考慮在還有可能進(jìn)行單純的均化操作的點(diǎn)火角時(shí)進(jìn)行切換，特別是在極限點(diǎn)火角之前的6°進(jìn)行，特別是4°，優(yōu)選是2°，為的是保證有一個(gè)空間，以修正點(diǎn)火角銜接的方式來補(bǔ)償在多級操作時(shí)進(jìn)行切換產(chǎn)生的力矩變化。多級噴射操作中的切換宜在ZOT之后的0-20°，特別是在ZOT之后的10°的點(diǎn)火角時(shí)進(jìn)行，但要考慮力矩的備用量。在多級噴射操作中進(jìn)行切換之后，點(diǎn)火時(shí)刻應(yīng)朝著與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)最有關(guān)且最晚的點(diǎn)火角漸進(jìn)推移，此時(shí)不應(yīng)超過ZOT之后的20-45°，特別是ZOT之后的35°左右的最大點(diǎn)火角。
根據(jù)本方法的進(jìn)一步改進(jìn)，在多級噴射操作中進(jìn)行切換之后也可以循序漸進(jìn)地延遲調(diào)節(jié)噴射角，確切地說就是后級噴射的噴射時(shí)刻，尤其要基本上保持與同時(shí)進(jìn)行的累進(jìn)的點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)同步。
優(yōu)選的是，后級噴射的噴射端以基本恒定的距離移向50-100°的點(diǎn)火角，特別是60-80°的點(diǎn)火角。然而也可以考慮根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或噴射壓力等情況來調(diào)整距離。以這種方式總能保證多級噴射用混合氣處理和向火花塞噴送燃料霧的最佳時(shí)間不變。
特別有利的是，可以依據(jù)內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)實(shí)際工作點(diǎn)來結(jié)束在至少是第一個(gè)催化劑的至少是部分加熱后的多級噴射操作。如果內(nèi)燃機(jī)在此時(shí)刻是處在負(fù)荷要求階段，比如是起動(dòng)和/或加速階段，就可以直接動(dòng)用花費(fèi)到加熱措施上的力矩儲(chǔ)備，并直接結(jié)束多級噴射和/或點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)，把內(nèi)燃機(jī)切換到均化或充氣操作上。相反，如果內(nèi)燃機(jī)加熱后處在恒定荷載階段，比如是在空轉(zhuǎn)狀態(tài)，那就要依照導(dǎo)言中提出的反向順序取消加熱措施。特別是一旦點(diǎn)火角允許均化操作，就要對多級噴射的噴射角作循序漸進(jìn)的前級調(diào)節(jié)，并切換到單級噴射操作。
上述方法的所有時(shí)間流程，特別是采取那些發(fā)動(dòng)機(jī)的措施或那些具有最強(qiáng)加熱效果的措施組合的，向多級噴射操作切換和/或識(shí)別已完成的加熱和取消措施都可以根據(jù)所測定和/或模擬的發(fā)動(dòng)機(jī)和/或廢氣和/或催化劑的溫度來進(jìn)行，和/或參照自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)以來所經(jīng)過的時(shí)間、和/或進(jìn)行的曲軸旋轉(zhuǎn)數(shù)、和/或所經(jīng)過的路程、和/或所蓄積的廢氣熱流來進(jìn)行。
本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)化方案是其余從屬權(quán)利要求的對象。


下面將借助附圖在實(shí)施例中對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。其中圖1顯示的是現(xiàn)有技術(shù)中的一種方法在加熱期間發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火角和噴射角的時(shí)間曲線；圖2顯示的是兩種非本發(fā)明的方法在加熱期間未燃燒的碳?xì)浠衔锏呐欧帕康臅r(shí)間曲線；圖3顯示的是本發(fā)明的第一實(shí)施方式中用于催化劑加熱的方法中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火角和噴射角的時(shí)間曲線；圖4顯示的是本發(fā)明的第二實(shí)施方式中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火角和噴射角的時(shí)間曲線；圖5顯示的是本發(fā)明的第三實(shí)施方式中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火角和噴射角的時(shí)間曲線；圖6顯示的是本發(fā)明的第四實(shí)施方式中在加熱結(jié)束期間的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火角和噴射角的時(shí)間曲線；
圖7顯示的是按照本發(fā)明的第五實(shí)施方式在加熱結(jié)束期間的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、點(diǎn)火角和噴射角的時(shí)間曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示的是現(xiàn)有技術(shù)中對后接于直接噴射式內(nèi)燃機(jī)的催化劑的加熱起動(dòng)過程。在時(shí)刻t0之前完成了起動(dòng)機(jī)起動(dòng)，在此期間起動(dòng)機(jī)起動(dòng)，并與內(nèi)燃機(jī)連接，先以最小轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)機(jī)器。在t0與t1之間就是發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段，在此階段內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n是高速的，以使其最終在繼續(xù)恒定的額定空轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)趨于均衡。直至發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)開始時(shí)刻t0內(nèi)燃機(jī)的均化操作才會(huì)出現(xiàn)，此時(shí)要輸送的全部燃料都是在進(jìn)氣沖程期間以唯一的噴油過程輸送給氣缸的(一次噴射)。這樣點(diǎn)火角αz就可以調(diào)整到點(diǎn)火上止點(diǎn)ZOT之前的曲軸角KWW，特別是可以調(diào)到具有最佳發(fā)動(dòng)機(jī)效率及最高起動(dòng)可靠性的點(diǎn)火角。
從已知的方法來看，為了提高廢氣溫度，使后接的催化劑快速加熱，內(nèi)燃機(jī)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)高速操作至?xí)r刻t0就已經(jīng)切換到多級噴射操作了。此時(shí)，有部分燃料在進(jìn)氣沖程期間就噴射出去了，以致于這部分燃料在點(diǎn)火時(shí)刻就已成了均勻的混合氣(均化噴射)。其余的燃料則是在壓縮沖程期間，特別是后半程的二次噴射中噴出(分層噴射)。根據(jù)所述方法，在加熱期間，后級噴射(分層噴射)的噴射角αEE要保持恒定。在啟動(dòng)了多級噴射的同時(shí)，通常都傾向于在較晚的時(shí)刻來調(diào)整點(diǎn)火角αz，比較一般的是在點(diǎn)火上止點(diǎn)ZOT的范圍內(nèi)調(diào)整。
在這里所描述的實(shí)施方式中所存在的問題是后級分層噴射的噴射時(shí)刻與點(diǎn)火時(shí)刻之間的時(shí)刻距離以及噴油閥與活塞頭之間相對于噴射時(shí)刻的距離過短。因此，即使到了點(diǎn)火時(shí)刻后級噴射的燃料也無法很好地形成霧狀，并輸送到火花塞周圍。這樣就會(huì)有越來越多的燃料在點(diǎn)火時(shí)刻以分層充氣的形式大量集中到活塞頭的周圍。此外，混合氣處理也會(huì)由于在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)t0時(shí)直接啟用多級噴射操作的后級噴射而受到損害。這是因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)還是涼的，特別是活塞頭也是涼的，所噴射的燃料都濺落到了活塞頭、氣缸壁及火花塞上，而且由于溫度低無法完全汽化?；旌蠚馓幚頃r(shí)間過短和燃燒室冰涼的后果是操作的不穩(wěn)定性增加、HC排放物明顯增多、故障著火，且可能出現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)熄火的情況。如果催化劑達(dá)到了它的起動(dòng)溫度，通常加熱措施到了時(shí)刻tE就結(jié)束了。與啟用多級噴射操作同樣的是在這個(gè)位置上可以清楚地觀察到一個(gè)力矩躍變。
圖2顯示的是內(nèi)燃機(jī)按照兩種非本發(fā)明的方法進(jìn)行催化劑加熱時(shí)，未燃燒的碳?xì)浠衔颒C排放物的測定曲線。該測定是在20℃時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)作冷起動(dòng)后，根據(jù)成像后的車速截面圖VFZG，按照新的歐洲車輛周期規(guī)定NEFZ進(jìn)行的。時(shí)間軸線的零點(diǎn)也就相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在起動(dòng)期間超轉(zhuǎn)速后第一次處在±5％的額定空轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的那一時(shí)刻。空氣燃料比在這兩種情況下都被調(diào)整到1.0-1.1之間的弱微升值。HCsz曲線表示的是在混合氣處理均勻的單級噴射操作中，在點(diǎn)火角最遲約為ZOT之后的10°的通常延遲點(diǎn)火情況下內(nèi)燃機(jī)的HC排放物的變化。相反，HCME曲線則表示在所噴射燃料的50％均化、50％分層的情況下多級噴射操作中的HC排放物的變化。在這樣的情況下，延遲噴射的控制終點(diǎn)為ZOT之前的40°，最遲的點(diǎn)火角約為ZOT之后的27°。在這兩種測定中常用的加熱措施，還有延遲點(diǎn)火(HCsz)及多級噴射/延遲點(diǎn)火(HCME)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后都直接采用了。這兩條曲線在大約3-4秒的時(shí)候都很清晰地顯示出HC排放物的最大值。顯然，通過多級噴射操作所能觀察到的有害物排放量要比傳統(tǒng)的延遲點(diǎn)火高許多。在采取了加熱措施后較早些的點(diǎn)火角還是先維持在ZOT之前的10°左右。在大約1.5-3秒的時(shí)間內(nèi)點(diǎn)火角根據(jù)加熱措施情況可推移到最遲的點(diǎn)火角。在常規(guī)的延遲點(diǎn)火中，在全部點(diǎn)火角窗口內(nèi)處理均勻的混合氣在ZOT之前20°與ZOT之后10°之間表現(xiàn)出了足夠的點(diǎn)火可靠性。惟其如此才能達(dá)到最大的100g/h HC廢氣排放量。反之，如果把多級噴射作為一項(xiàng)加熱措施，那么在加熱措施開始時(shí)，即點(diǎn)火角為ZOT之前的10°，就不可能保證著火時(shí)作混合氣處理。只有在點(diǎn)火角推移到了有可能是最晚的點(diǎn)火角期間，混合氣處理的情況才會(huì)有改善，HC排放物則因著火可靠性提高而減少。因此，大約190g/h的HC排放最大值顯然要高于傳統(tǒng)延遲點(diǎn)火的情況，此外時(shí)間上也延長了。也可以認(rèn)為，在現(xiàn)有技術(shù)中的點(diǎn)火角在ZOT(比較圖1)的范圍內(nèi)時(shí)，不可能順利地進(jìn)行混合氣處理。
圖3顯示的是按照本發(fā)明的第一方案采取的發(fā)動(dòng)機(jī)加熱措施。在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)(t1)后不久，到了時(shí)刻t2就可根據(jù)所測量或模擬的催化劑溫度來識(shí)別催化劑的加熱要求。緊接著就啟動(dòng)了具有在進(jìn)氣沖程中進(jìn)行的前級均化噴射和在壓縮沖程中進(jìn)行的后級分層噴射的多級噴射操作，其中分層噴射的控制終點(diǎn)αEE要首先設(shè)定到一個(gè)很早的時(shí)刻，比如ZOT之前的60-80°。分層噴射的控制終點(diǎn)αEE隨后又連續(xù)向后級方向調(diào)整。隨著在時(shí)刻t2開始多級噴射操作的同時(shí)，點(diǎn)火角αz的漸進(jìn)式后級噴射就開始了，這個(gè)噴射角在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)大概是在ZOT之前的10°。噴射角αEE和點(diǎn)火角αz基本上是同步后級調(diào)整，相互之間的恒定距離優(yōu)選是50-100°，特別是60-80°。這時(shí)的距離可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n和/或噴射壓力來變化。用這種方式就可以有足夠的時(shí)間來可靠地進(jìn)行混合氣處理。在時(shí)刻t4時(shí)，噴射角αEE和點(diǎn)火角αz就已經(jīng)達(dá)到了它們在加熱能力方面的最大給定值。例如，噴射角的控制終點(diǎn)αEE設(shè)定為ZOT之前的40°，點(diǎn)火角αz設(shè)定為ZOT之后的20-30°。所以在時(shí)刻t4之后就要采用具有最強(qiáng)加熱效果的加熱措施。在時(shí)刻t2和t4之間循序漸進(jìn)地提高加熱效率可以獲得同現(xiàn)有技術(shù)相比更強(qiáng)的最大加熱效果。由于在時(shí)刻t2時(shí)逐漸降低效率，因此就在最大程度上防止了力矩出現(xiàn)大的波動(dòng)。此外，由于在開始時(shí)很早就出現(xiàn)了噴射角αEE會(huì)對分離在第二級噴射中噴射到活塞頭上的燃料起反作用，這些燃料此時(shí)距噴油閥還有很長的距離。
多級噴射操作的后級噴射分層充氣的形成，以及將其輸送到火花塞可能都需要活塞頭有相應(yīng)的表面結(jié)構(gòu)，特別是凹腔，以及在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生合適的氣流比。這些措施都是能分層充氣、直接噴射式的內(nèi)燃機(jī)所公知的技術(shù)，這里不再作詳細(xì)說明。在圖3中示出的本方法的實(shí)施例對主要是在空氣導(dǎo)流時(shí)產(chǎn)生分層充氣操作的內(nèi)燃機(jī)尤其有利。如果是直接噴射式的發(fā)動(dòng)機(jī)，它利用很高的壁導(dǎo)向部件來進(jìn)行混合氣的處理，然而這種方法并不是最優(yōu)的，由于離活塞還很遠(yuǎn)，多層噴射的噴油霧不能理想地轉(zhuǎn)向火花塞，也就不會(huì)出現(xiàn)理想的燃燒曲線，這是因?yàn)殪F狀混合氣過于離散導(dǎo)致HC排放量增加。
圖4示出了本方法有利的改進(jìn)。它在到了可以識(shí)別出催化劑加熱要求的時(shí)刻t2時(shí)，先在第一階段啟動(dòng)點(diǎn)火角αz的漸進(jìn)式延遲調(diào)節(jié)，作為第一項(xiàng)加熱措施。此時(shí)內(nèi)燃機(jī)就可以用在燃燒室中分散均勻的全部燃料進(jìn)行操作，燃料優(yōu)選是在進(jìn)氣沖程期內(nèi)噴入的。多級噴射操作是在點(diǎn)火角為ZOT之后的0°-20°，優(yōu)選是10°的時(shí)刻t3啟動(dòng)的。這個(gè)點(diǎn)火角范圍同時(shí)顯現(xiàn)了一個(gè)可以穩(wěn)定地均化操作的極限。尤其有利的是，在有可能是最后的均化點(diǎn)火角之前的幾度就轉(zhuǎn)換到了多級噴射操作，目的是為轉(zhuǎn)換到多級噴射操作后可能需要修正點(diǎn)火角銜接作好力矩儲(chǔ)備。若考慮點(diǎn)火角銜接，單級噴射操作時(shí)的最后點(diǎn)火角αz在多級噴射操作中就已被采用了，也可以在轉(zhuǎn)換之后漸進(jìn)地延后調(diào)節(jié)到時(shí)刻t3，直到可能是最遲的噴射角αz到達(dá)的時(shí)刻t4。它最大應(yīng)在ZOT之后的35°左右。然而此時(shí)也應(yīng)該考慮要有一定的力矩儲(chǔ)備(大約±2°)，例如以便在空轉(zhuǎn)操作時(shí)也能進(jìn)行力矩調(diào)節(jié)。在這種情況下，分層噴射的控制終點(diǎn)aEE從一開始就設(shè)定到ZOT之前的理想預(yù)定值40°，隨后就不再變化了，因?yàn)閺亩嗉墖娚溟_始終點(diǎn)(t3)，點(diǎn)火角αz和噴射角aEE之間就有足夠的距離。因此即使是在多級噴射操作期間也可以始終保證足夠的混合氣處理和最佳的燃燒曲線。在這個(gè)示例中，雖然在時(shí)刻t1的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)后遲滯了幾個(gè)工作循環(huán)，但還是在時(shí)刻t4達(dá)到了最大的廢氣溫度。
圖5示出了本方法的另一有利的改進(jìn)。在這樣的情況下，點(diǎn)火角αz基本上是類似于前述示例來控制。點(diǎn)火角αz為ZOT之后的大約10°時(shí)重新啟動(dòng)多級噴射操作，其中對于分層噴射而言，噴射角αEE的控制終點(diǎn)優(yōu)選先調(diào)節(jié)到ZOT之前的50-70°。隨后點(diǎn)火角αEE與噴射角αz同步漸進(jìn)地延遲調(diào)節(jié)，直至達(dá)到時(shí)刻t4時(shí)噴射角αEE和點(diǎn)火角αz才算達(dá)到了它們所期望的區(qū)域，此時(shí)的加熱效果最好。從這一時(shí)刻開始兩個(gè)角都保持恒定。在整個(gè)多級噴射操作期間，噴射角αEE和點(diǎn)火角αz都有一個(gè)持續(xù)恒定的、必要時(shí)可依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和/或噴射壓力來調(diào)整的50-100°的距離，優(yōu)選是60-80°，這樣就可實(shí)現(xiàn)最佳的混合氣處理。圖5中示出的示例給出了解決力矩均衡、有害物質(zhì)排放和操作穩(wěn)定性問題的優(yōu)化方案。
只要內(nèi)燃機(jī)一直處在恒定的要求負(fù)荷的操作中，比如空轉(zhuǎn)操作，那么優(yōu)選按反向順序取消發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱措施。圖6顯示的是相對應(yīng)的實(shí)施例。在時(shí)刻t5例如借助所測定和/或模擬的催化劑溫度來識(shí)別催化劑，優(yōu)選是預(yù)催化劑的飽和加熱狀態(tài)?；蛘?，這個(gè)點(diǎn)也可借助自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)t1以來所經(jīng)過時(shí)間、自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)以來的轉(zhuǎn)動(dòng)情況、所走過的路程和/或所產(chǎn)生的熱流加以識(shí)別。在時(shí)刻t5，不僅分層噴射的控制終點(diǎn)αEE，而且點(diǎn)火角αz也都要連續(xù)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，且與前一個(gè)時(shí)刻相互保持一個(gè)基本相同的距離，必要時(shí)可依據(jù)工作點(diǎn)進(jìn)行修正。只要達(dá)到點(diǎn)火角αz，此時(shí)例如可能是均化操作，多級噴射就要結(jié)束(時(shí)刻t6)。隨后還要循序漸進(jìn)地對點(diǎn)火角αz做前級調(diào)節(jié)，直至達(dá)到內(nèi)燃機(jī)實(shí)際工作點(diǎn)所需的點(diǎn)火角為止。
相反，如果到了結(jié)束加熱的時(shí)刻，即此時(shí)建立起了有效的負(fù)荷要求，例如在開始起動(dòng)或加速時(shí)，則如同圖7所示的那樣，直接取消在時(shí)刻tE所采取的所有加熱措施，把現(xiàn)有的充氣直接用于負(fù)荷要求的轉(zhuǎn)化。特別是結(jié)束多級噴射操作，并把點(diǎn)火角αz調(diào)節(jié)到對實(shí)際工作點(diǎn)最佳的范圍。
參考符號(hào)表αz點(diǎn)火角αEE分層噴射操控終點(diǎn)(噴射角)HCME在采用常規(guī)多級噴射進(jìn)行催化劑加熱時(shí)的HC排放量HCsz 在采用常規(guī)延遲點(diǎn)火進(jìn)行催化劑加熱時(shí)的HC排放量KWW 曲軸角n發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速t時(shí)間t1發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)VFZG車速ZOT 點(diǎn)火上止點(diǎn)
權(quán)利要求
1.一種對后接于火花點(diǎn)火、直接噴射式內(nèi)燃機(jī)的至少一種催化劑的加熱方法，其中，在內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)(t1)后通過至少一項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)措施來至少暫時(shí)提高廢氣溫度，所述發(fā)動(dòng)機(jī)措施包括多級噴射和/或點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)，所述多級噴射在一個(gè)內(nèi)燃機(jī)氣缸的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程內(nèi)至少向氣缸內(nèi)噴射兩次燃料，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)措施或具有最強(qiáng)加熱效果的措施組合最早也要在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)(t1)后經(jīng)過內(nèi)燃機(jī)的至少兩個(gè)工作循環(huán)的延遲之后實(shí)施。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)動(dòng)機(jī)措施或具有最強(qiáng)加熱效果的措施組合最早也需要在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)(t1)后經(jīng)過內(nèi)燃機(jī)的至少3個(gè)、特別是至少5個(gè)工作循環(huán)的延遲之后實(shí)施。
3.一種對后接于火花點(diǎn)火、直接噴射式內(nèi)燃機(jī)的至少一種催化劑的加熱方法，其中，在內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)(t1)后通過至少一項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)措施來至少暫時(shí)提高廢氣溫度，所述發(fā)動(dòng)機(jī)措施包括多級噴射和/或點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)，所述多級噴射在一個(gè)內(nèi)燃機(jī)氣缸的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程內(nèi)至少向氣缸內(nèi)噴射兩次燃料，其特征在于，在第一階段的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)(t1)后，單級噴射操作至少要作暫時(shí)的點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)，隨后在第二階段切換到多級噴射操作。
4.一種對后接于火花點(diǎn)火、直接噴射式內(nèi)燃機(jī)的至少一種催化劑的加熱方法，其中，在內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)(t1)后通過至少一項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)措施來至少暫時(shí)提高廢氣溫度，所述發(fā)動(dòng)機(jī)措施包括多級噴射和/或點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)，所述多級噴射在一個(gè)內(nèi)燃機(jī)氣缸的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程內(nèi)至少向氣缸內(nèi)噴射兩次燃料，其特征在于，在第一階段的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)(t1)后，噴射燃料量的30-100％在點(diǎn)火時(shí)刻基本上均勻地形成了混合氣，在隨后的第二階段多級噴射操作中，點(diǎn)火時(shí)刻噴射燃料量的至少35％是分層充氣的，至少25％的燃料量是均勻分布的。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一所述的方法，其特征在于，所述多級噴射包括兩次噴射，其中第一次前級噴射基本上在進(jìn)氣沖程期間完成，而第二次后級噴射在壓縮沖程期間完成，前級噴射中輸送的燃料在點(diǎn)火時(shí)刻已在氣缸燃燒室內(nèi)基本均勻分布開了，而在后級噴射中輸送的燃料在點(diǎn)火時(shí)刻基本上集中在火花塞周邊區(qū)域內(nèi)分層充氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述前級噴射特別是在進(jìn)氣沖程的上半程進(jìn)行，而后級噴射在壓縮沖程的下半程進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，第一階段先是從前級點(diǎn)火角(αz)，特別是上止點(diǎn)(ZOT)之前的點(diǎn)火角開始的，隨后點(diǎn)火角循序漸進(jìn)地、連續(xù)地和/或逐級地向較晚的時(shí)刻調(diào)節(jié)，尤其要達(dá)到上止點(diǎn)(ZOT)之后的點(diǎn)火角(αz)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在點(diǎn)火角(αz)為ZOT之后的0至20°特別是ZOT之后的10°時(shí)切換到多級噴射操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在點(diǎn)火角(αz)之前的6°，特別是在4°，優(yōu)選是在2°切換到多級噴射操作，此時(shí)還可能進(jìn)行單純的均化操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，在切換到了多級噴射操作時(shí)，可以接受第一階段最后的點(diǎn)火角(αz)并繼續(xù)切換到了多級噴射操作后循序漸進(jìn)的點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該循序漸進(jìn)的點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)最大只能調(diào)到ZOT之后20°至45°的點(diǎn)火角，特別是ZOT之后35°的點(diǎn)火角。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一所述的方法，其特征在于，多級噴射中后級噴射的噴射角(αEE)基本上是與循序漸進(jìn)的點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)同步延后調(diào)節(jié)的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，后級噴射的噴射端(αEE)被調(diào)節(jié)到與點(diǎn)火角(αz)保持50至100°之間的基本恒定的距離，特別是60至80°。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，后級噴射的噴射端(αEE)與點(diǎn)火角(αz)之間的距離是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(n)和/或噴射壓力變化的。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中之一所述的方法，其特征在于，后級噴射的噴射端先是被控制在ZOT之前的40至90°角(αz)，特別是ZOT之前的50至80°，隨之被調(diào)整到ZOT之前的30至50°角(αEE)，特別是ZOT之前的40°。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中之一所述的方法，其特征在于，采用這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)措施或具有最強(qiáng)加熱效果的措施組合和/或切換到多級噴射操作都可根據(jù)所測定的和/或模擬的發(fā)動(dòng)機(jī)和/或廢氣和/或催化劑的溫度識(shí)別，和/或根據(jù)自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)以來所經(jīng)過時(shí)間、和/或自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)以來進(jìn)行的曲軸旋轉(zhuǎn)數(shù)、和/或自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)以來所經(jīng)過的路程、和/或自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)以來所蓄積的廢氣熱流來判斷。
17.根椐前述權(quán)利要求中之一所述的方法，其特征在于，如果經(jīng)過了至少是第一催化劑的至少部分加熱之后，內(nèi)燃機(jī)處在具有基本恒定負(fù)荷的階段，特別是處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，點(diǎn)火角(αz)一旦允許均化操作，點(diǎn)火角(αz)和/或噴射角(αEE)就要循序漸進(jìn)地早調(diào)節(jié)，并結(jié)束多級噴射操作，切換到單級噴射操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述方法，其特征在于，在點(diǎn)火角(αz)為ZOT之后的5至15°時(shí)切換到單級噴射操作，特別是ZOT之后的10°。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述方法，其特征在于，在切換到單級噴射操作之后，要繼續(xù)進(jìn)行循序漸進(jìn)的點(diǎn)火角前級調(diào)節(jié)。
20.根據(jù)前述的權(quán)利要求中之一所述的方法，其特征在于，如果經(jīng)過了至少是第一催化劑的至少部分加熱之后，內(nèi)燃機(jī)處在負(fù)荷要求階段，特別是起動(dòng)和/或加速階段，則直接結(jié)束多級噴射和/或點(diǎn)火角延遲調(diào)節(jié)，并轉(zhuǎn)換到單級噴射操作。
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20之一所述的方法，其特征在于，根據(jù)所測定和/或模擬的廢氣和/或催化劑溫度、和/或根據(jù)自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)以來所經(jīng)過時(shí)間、和/或已進(jìn)行的曲軸旋轉(zhuǎn)數(shù)、和/或自發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)以來所經(jīng)歷的路程、和/或所積蓄的廢氣熱流，來識(shí)別已進(jìn)行的加熱操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對后接于火花點(diǎn)火、直接噴射式內(nèi)燃機(jī)的至少一種催化劑的加熱方法，其中在內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)終點(diǎn)(t
文檔編號(hào)F02D41/02GK1496442SQ02806577
公開日2004年5月12日 申請日期2002年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月15日
發(fā)明者?？斯隆げㄌ? ?？斯?波特, 布雷, 埃里克·布雷, 凱·菲利普, 利普, 齊爾默, 米歇爾·齊爾默 申請人:大眾汽車股份公司