專利名稱：內(nèi)燃機的操作控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(包括在它的排氣通道內(nèi)裝備有一NOx吸收催化劑的內(nèi)燃機)的操作控制方法，該方法利用一EGR，以及一個目的是穩(wěn)定它的燃燒。
背景技術(shù)：
在一傳統(tǒng)的、利用EGR的、其中廢氣的一部分返回到一燃燒室的內(nèi)燃機中，將廢氣始終供應(yīng)到燃燒室，而與操作狀態(tài)無關(guān)。由于在一大發(fā)動機負載或一大發(fā)動機轉(zhuǎn)速、使用EGR時可以獲得一高熱效率，所以經(jīng)常在內(nèi)燃機內(nèi)(特別在一GHP發(fā)動機中)使用EGR。在這情況下，GHP發(fā)動機意味著關(guān)于驅(qū)動一熱泵系統(tǒng)的一發(fā)動機。
在小發(fā)動機負載或小發(fā)動機轉(zhuǎn)速時使用EGR的情況下，不發(fā)火周期將增加，從而根據(jù)環(huán)境會引起一不穩(wěn)定的燃燒。由于在傳統(tǒng)內(nèi)燃機中一EGR比值(在供應(yīng)到燃燒室的總空氣量中所包含的廢氣量)已保持一恒定值，所以在一大內(nèi)燃機負載時已獲得一良好的熱效率，但是在一小發(fā)動機負載時燃燒不穩(wěn)定。
在一汽車汽油發(fā)動機中，在操作期間它的發(fā)動機轉(zhuǎn)速迅速上升到約1,500至2,000轉(zhuǎn)/分和能實現(xiàn)很穩(wěn)定的燃燒。但是，在GHP發(fā)動機中，在一低發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)域(在1,000轉(zhuǎn)/分以下)內(nèi)它的燃燒變得不穩(wěn)定。近年來，日益增長了對在這低發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)進行一穩(wěn)定操作的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供內(nèi)燃機的一操作控制方法，其中在一小發(fā)動機負載下能夠獲得一良好的熱效率和能夠?qū)崿F(xiàn)一穩(wěn)定的燃燒。
(解決這問題的方案)為了解決以上問題，權(quán)利要求1揭示了在使用一EGR的一內(nèi)燃機中的一發(fā)明，其中將在一小發(fā)動機負載下的一EGR比值設(shè)定為最小或零。
權(quán)利要求2揭示了如在權(quán)利要求1中所提出的發(fā)明，其中由一熱交換器下降一廢氣溫度之后使廢氣再循環(huán)。
權(quán)利要求3揭示了如在權(quán)利要求1中所提出的發(fā)明，其中對于一小的發(fā)動機負載工作區(qū)域設(shè)定比一特定值小的一發(fā)動機負載。
權(quán)利要求4揭示了如在權(quán)利要求1或2中所提出的發(fā)明，其中通過控制一過量空氣比和EGR比值將一熱效率設(shè)定為一所需值。
權(quán)利要求5揭示了在它的廢氣通道中裝備有一NOx吸收催化劑和使用一EGR的一內(nèi)燃機中的一發(fā)明，其中在一小發(fā)動機負載下將一EGR比值設(shè)定為一最小值或零，藉助將EGR比值設(shè)定為一最小或零提高廢氣溫度，以及加速再生上述NOx吸收催化劑。
權(quán)利要求6揭示了在它的廢氣通道中裝備有一NOx吸收催化劑和使用一EGR的內(nèi)燃機中的一發(fā)明；其中在一小發(fā)動機負載下將EGR比值設(shè)定為一最小或零，以及當(dāng)執(zhí)行一高峰值工作時將EGR比值設(shè)定為一最小或零。
(比現(xiàn)有技術(shù)更有效)在權(quán)利要求1發(fā)明中，由于當(dāng)一內(nèi)燃機100的工作屬于小發(fā)動機負載時將EGR比值設(shè)定為一最小或零，能夠控制NOx密度為一小值，同時保持熱效率為一大值。
在權(quán)利要求2發(fā)明中，由于熱交換器降低了廢氣溫度，所以能夠降低NOx的密度。
在權(quán)利要求3的發(fā)明中，為了確定EGR比值將小于一特定值的發(fā)動機負荷設(shè)定到小發(fā)動機負載工作區(qū)域；所以能夠獲得一良好的熱效率和同時能夠穩(wěn)定燃燒，以及能夠降低NOx密度。
在權(quán)利要求4的發(fā)明中，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定過量空氣比λ和EGR比值的一組合，能夠獲得一良好的熱效率。
在權(quán)利要求5的發(fā)明中，通過將EGR比值設(shè)定為零，能夠迅速提高廢氣溫度和能夠執(zhí)行NOx催化劑的再生。
在權(quán)利要求6的發(fā)明中，在執(zhí)行高峰值時通過將EGR比值設(shè)定為一最小或零能夠進行NOx催化劑的再生。
附圖簡述

圖1是對其應(yīng)用權(quán)利要求1至6的發(fā)明的內(nèi)燃機的一示意系統(tǒng)圖。
圖2是示出在內(nèi)燃機的發(fā)動機負載和形成指示燃燒穩(wěn)定程度的一系數(shù)的一PiV之間關(guān)系的一曲線圖。
圖3是示出使用EGR的工作區(qū)域和不使用EGR的工作區(qū)域的曲線圖。
圖4是與圖3不同的曲線圖，它示出了使用EGR的工作區(qū)域和不使用EGR的工作區(qū)域。
圖5是與圖3和圖4不同的曲線圖，它示出了使用EGR的工作區(qū)域和不使用EGR的工作區(qū)域。
圖6是示出在廢氣中NOx密度和熱效率之間一關(guān)系的曲線圖。
圖7是示出在過量空氣比λ和在分別將EGR比值設(shè)定為0％、5％和10％時NOx量之間關(guān)系的曲線圖。
圖8是示出發(fā)動機負載和廢氣溫度之間一關(guān)系的曲線圖。
圖9是廢氣溫度和NOx吸收催化劑的一再生速度之間一關(guān)系的曲線圖。
圖10是在EGR比值不是零時的廢氣(EGR氣)溫度和NOx密度之間一關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
圖1是對其使用權(quán)利要求1至6的發(fā)明的內(nèi)燃機100的示意系統(tǒng)圖。將一空氣供應(yīng)管7、一燃料管9、混和來自空氣供應(yīng)管7的空氣和來自燃料管9的燃料氣體的一混和器8和一混合物供應(yīng)管11連接至內(nèi)燃機100的一燃燒室的一上游側(cè)。
通過調(diào)節(jié)一燃料供應(yīng)量調(diào)節(jié)閥10的開放程度可以調(diào)節(jié)供應(yīng)到混和器8的一燃料量和能夠?qū)⑦^量空氣比λ設(shè)定為一任意值。而且，通過調(diào)節(jié)一節(jié)流閥12的開放程度能夠調(diào)節(jié)供應(yīng)到燃料室的一混合量。
排氣管1(廢氣通道)連接至燃燒室的一下游側(cè)。排氣管1在其中間從上游側(cè)依序設(shè)置有一NOx吸收催化劑2和一熱交換器6。如圖1所示，位于離開熱交換器6的下游側(cè)處的排氣管1能夠通過一廢氣返回管3連接到混和供應(yīng)管11。因此，可以讓廢氣的一部分通過廢氣返回管3流入混和供應(yīng)管(或者位于它的下游側(cè)的一未示出的混和供應(yīng)支管)。以上敘述了排氣管1裝備有NOx吸收催化劑2的一例子，但是，推薦是否安裝NOx吸收催化劑取決于NOx的生產(chǎn)量，如在內(nèi)燃機100的操作說明書中所提到的。
在廢氣返回管3的中途安裝一節(jié)流閥5。CPU4能夠調(diào)節(jié)節(jié)流閥5的一開放程度。當(dāng)節(jié)流閥5的開放度較小時減少了流入混合物供應(yīng)管11的廢氣量。相反，當(dāng)該開放度加大時該流入量增加。當(dāng)進入混和供應(yīng)管11的廢氣流入量加大時EGR比值將變得較大。當(dāng)該流入量變得較小時EGR比值也變得較小。
因此，在加大節(jié)流閥5的開放度時將增加EGR比值，以及在減小這開放度時將減小EGR比值。因此，通過CPU4的方式調(diào)節(jié)節(jié)流閥5的開放度能夠?qū)GR比值設(shè)定為一任意值。
在內(nèi)燃機100內(nèi)安裝未示出的多個傳感器。通過這些傳感器將內(nèi)燃機100的發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負載、冷卻水溫度、點火時間、過量空氣比和廢氣溫度等輸入到PCU4內(nèi)。CPU4裝備有一存儲器，該存儲器事先儲存有對應(yīng)于工作區(qū)域的EGR比值和過量空氣比的最適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合的一圖像。CPU4將這些傳感器所檢測到的許多信號與這圖像比較，以致改變節(jié)流閥5的開放度和EGR比值，以便控制在NOx吸收催化劑的上游側(cè)的NOx密度，以及獲得一穩(wěn)定的燃燒和一良好的熱效率。
圖2是內(nèi)燃機100的發(fā)動機負載和包括燃燒穩(wěn)定程度的、形成系數(shù)的PiV之間的關(guān)系。在圖2中，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定為2,000轉(zhuǎn)/分和將過量空氣比λ設(shè)定為λ＝1.31。
在這些條件下將節(jié)流閥5的開放度設(shè)定為零(即將EGR比值設(shè)定為零)的情況與將EGR設(shè)定為100％的情況相比較時，能夠理解一較小的EGR比值將引起發(fā)動機負載下降時的一較穩(wěn)定的燃燒。因此，希望在發(fā)動機負載較小時，將EGR比值設(shè)定為零。
但是，考慮到與一所獲得的熱效率平衡，不希望在小發(fā)動機負載時最終將EGR設(shè)定為零。因此，推薦事先調(diào)研內(nèi)燃機100的工作性能，以致在小于圖3所示的發(fā)動機負載P1的一負載區(qū)域內(nèi)將EGR比值設(shè)定為零。按相同的方式，如圖4和5所示，在發(fā)動機負載小于P2和P3以及發(fā)動機轉(zhuǎn)速小于N1和N2的一工作區(qū)域內(nèi)將EGR比值設(shè)定為零。在圖3-5中，例如在如“有EGR”所示的一工作區(qū)域內(nèi)將EGR比值設(shè)定在5％至15％的一范圍內(nèi)。
圖6是示出廢氣中NOx密度和熱效率之間關(guān)系的曲線圖。當(dāng)增加EGR比值時，能夠獲得一良好的熱效率，但是也增加了產(chǎn)生的NOx量(NOx密度)。但是，當(dāng)熱效率達到圖6所示的一值e時，熱效率的增加速率變得緩慢了?？梢岳斫馀cNOx量的增加比較此后很少增加熱效率。因此，將這時的熱效率設(shè)定為上限值，從而PCU4調(diào)節(jié)節(jié)流閥5的開放度，以致為了獲得該熱效率e而得到所需的EGR比值。
圖7是當(dāng)EGR比值分別設(shè)定為0％、5％和10％時，過量空氣比λ和NOx量之間的關(guān)系的曲線圖。從圖7可以理解隨著EGR比值的增加NOx量下降，以及隨著過量空氣比λ減小NOx量也下降。
圖8是示出發(fā)動機負載和廢氣溫度之間關(guān)系的曲線圖。如圖所示，能夠理解隨著EGR比值設(shè)定得較小廢氣溫度升高。
圖9示出廢氣溫度和NOx吸收催化劑的再生速度之間關(guān)系的曲線圖。當(dāng)NOx吸收催化劑2達到NOx的吸收極限時，它不能再吸收NOx，從而不能進行廢氣的清除。因此，執(zhí)行稱為“高峰值(rich spike)”的一工作，其中將過量空氣比λ設(shè)定為高值。通過高峰值工作，降低由NOx吸收催化劑2所吸收的NOx和將NOx吸收催化劑2的吸收能力恢復(fù)到它的原來狀態(tài)。
將NOx吸收催化劑2的NOx吸收能力返回到它的原來狀態(tài)的工作稱為再生。從圖9可以看到一再生速度隨著廢氣溫度的上升具有變得較快的趨勢。因此，在NOx吸收催化劑2的再生時期，通過將EGR比值設(shè)定為零能夠增加廢氣溫度和能夠較早地再生NOx吸收催化劑。
圖10是在EGR比值不為零時(即節(jié)流閥5是打開時)示出廢氣(EGR氣)溫度和排氣返回管3中的NOx密度之間關(guān)系的曲線圖。
從圖10可以理解隨著EGR氣體溫度的增加NOx密度增加。換句話說，由于NOx密度可以隨著EGR氣體溫度的下降而下降，通過熱交換器6下降廢氣溫度和將其溫度下降的廢氣供應(yīng)到混合物供應(yīng)管11。
在以上敘述中，考慮內(nèi)燃機100的工作性能，能夠?qū)ⅰ靶“l(fā)動機負載”設(shè)定為一任意值。例如，能夠?qū)⑿∮陬~定負載的一半的一發(fā)動機負載稱為“小發(fā)動機負載”。
工業(yè)可應(yīng)用性本發(fā)明可以應(yīng)用于關(guān)于陸地和海洋用途的、使用EGR的內(nèi)燃機。
權(quán)利要求
1.用于內(nèi)燃機的一操作控制方法，它利用廢氣再循環(huán)，其中將在一小發(fā)動機負載時的一廢氣再循環(huán)比值設(shè)定為最小或零。
2.如權(quán)利要求1所提出的用于內(nèi)燃機的一操作控制方法，其特征在于在由一熱交換器降低一廢氣溫度之后進行廢氣再循環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所提出的用于內(nèi)燃機的一操作控制方法，其特征在于將小于一特定值的一發(fā)動機負載設(shè)定至一小發(fā)動機負載工作區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1或2所提出的用于內(nèi)燃機的一操作控制方法，其特征在于通過控制一過量空氣比和廢氣再循環(huán)比值將一熱效率設(shè)定為一所需值。
5.用于在它的廢氣通道中裝備有一NOx吸收催化劑的、利用一廢氣再循環(huán)的內(nèi)燃機的一操作控制方法，其中在一小發(fā)動機負載時將一廢氣再循環(huán)比值設(shè)定為最小或零，通過將廢氣再循環(huán)比值設(shè)定至一最小或零升高一廢氣溫度，以及加速NOx吸收催化劑的再生。
6.用于在它的廢氣通道中裝備有一NOx吸收催化劑的、利用一廢氣再循環(huán)的內(nèi)燃機的一操作控制方法，其中在一小發(fā)動機負載時將一廢氣再循環(huán)比值設(shè)定至最小或零，以及在執(zhí)行一高峰值工作時將廢氣再循環(huán)比值設(shè)定為一最小或零。
全文摘要
在利用廢氣再循環(huán)的一內(nèi)燃機中，在一小發(fā)動機負載時將一廢氣再循環(huán)比值設(shè)定為最小或零。由一熱交換器降低廢氣溫度之后進行廢氣再循環(huán)。將小于一特定值的一發(fā)動機負載設(shè)定到一小發(fā)動機負載工作區(qū)域。通過控制一過量空氣比和廢氣再循環(huán)比值將熱效率設(shè)定至一所需值。并且，當(dāng)在一廢氣通道中安裝一NOx吸收催化劑時，通過將廢氣再循環(huán)比值設(shè)定為零升高廢氣溫度和加速NOx吸收催化劑的再生。在執(zhí)行一高峰值工作時將廢氣再循環(huán)比值設(shè)定為最小值或零。
文檔編號F02D21/08GK1535354SQ0281495
公開日2004年10月6日 申請日期2002年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月27日
發(fā)明者山田修, 中園徹, 吾, 松林昌吾 申請人:洋馬株式會社