專利名稱：內燃機的操作控制方法
技術領域：
本發明涉及內燃機(包括在它的排氣通道內裝備有一NOx吸收催化劑的內燃機)的操作控制方法，該方法利用一EGR，以及一個目的是穩定它的燃燒。
背景技術：
在一傳統的、利用EGR的、其中廢氣的一部分返回到一燃燒室的內燃機中，將廢氣始終供應到燃燒室，而與操作狀態無關。由于在一大發動機負載或一大發動機轉速、使用EGR時可以獲得一高熱效率，所以經常在內燃機內(特別在一GHP發動機中)使用EGR。在這情況下，GHP發動機意味著關于驅動一熱泵系統的一發動機。
在小發動機負載或小發動機轉速時使用EGR的情況下，不發火周期將增加，從而根據環境會引起一不穩定的燃燒。由于在傳統內燃機中一EGR比值(在供應到燃燒室的總空氣量中所包含的廢氣量)已保持一恒定值，所以在一大內燃機負載時已獲得一良好的熱效率，但是在一小發動機負載時燃燒不穩定。
在一汽車汽油發動機中，在操作期間它的發動機轉速迅速上升到約1,500至2,000轉/分和能實現很穩定的燃燒。但是，在GHP發動機中，在一低發動機轉速區域(在1,000轉/分以下)內它的燃燒變得不穩定。近年來，日益增長了對在這低發動機轉速區域內進行一穩定操作的要求。
發明內容
本發明的一目的是提供內燃機的一操作控制方法，其中在一小發動機負載下能夠獲得一良好的熱效率和能夠實現一穩定的燃燒。
(解決這問題的方案)為了解決以上問題，權利要求1揭示了在使用一EGR的一內燃機中的一發明，其中將在一小發動機負載下的一EGR比值設定為最小或零。
權利要求2揭示了如在權利要求1中所提出的發明，其中由一熱交換器下降一廢氣溫度之后使廢氣再循環。
權利要求3揭示了如在權利要求1中所提出的發明，其中對于一小的發動機負載工作區域設定比一特定值小的一發動機負載。
權利要求4揭示了如在權利要求1或2中所提出的發明，其中通過控制一過量空氣比和EGR比值將一熱效率設定為一所需值。
權利要求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的一內燃機中的一發明，其中在一小發動機負載下將一EGR比值設定為一最小值或零，藉助將EGR比值設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的內燃機中的一發明；其中在一小發動機負載下將EGR比值設定為一最小或零，以及當執行一高峰值工作時將EGR比值設定為一最小或零。
(比現有技術更有效)在權利要求1發明中，由于當一內燃機100的工作屬于小發動機負載時將EGR比值設定為一最小或零，能夠控制NOx密度為一小值，同時保持熱效率為一大值。
在權利要求2發明中，由于熱交換器降低了廢氣溫度，所以能夠降低NOx的密度。
在權利要求3的發明中，為了確定EGR比值將小于一特定值的發動機負荷設定到小發動機負載工作區域；所以能夠獲得一良好的熱效率和同時能夠穩定燃燒，以及能夠降低NOx密度。
在權利要求4的發明中，通過適當地設定過量空氣比λ和EGR比值的一組合，能夠獲得一良好的熱效率。
在權利要求5的發明中，通過將EGR比值設定為零，能夠迅速提高廢氣溫度和能夠執行NOx催化劑的再生。
在權利要求6的發明中，在執行高峰值時通過將EGR比值設定為一最小或零能夠進行NOx催化劑的再生。
附圖簡述
圖1是對其應用權利要求1至6的發明的內燃機的一示意系統圖。
圖2是示出在內燃機的發動機負載和形成指示燃燒穩定程度的一系數的一PiV之間關系的一曲線圖。
圖3是示出使用EGR的工作區域和不使用EGR的工作區域的曲線圖。
圖4是與圖3不同的曲線圖，它示出了使用EGR的工作區域和不使用EGR的工作區域。
圖5是與圖3和圖4不同的曲線圖，它示出了使用EGR的工作區域和不使用EGR的工作區域。
圖6是示出在廢氣中NOx密度和熱效率之間一關系的曲線圖。
圖7是示出在過量空氣比λ和在分別將EGR比值設定為0％、5％和10％時NOx量之間關系的曲線圖。
圖8是示出發動機負載和廢氣溫度之間一關系的曲線圖。
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密度之間一關系的曲線圖。
具體實施例方式
圖1是對其使用權利要求1至6的發明的內燃機100的示意系統圖。將一空氣供應管7、一燃料管9、混和來自空氣供應管7的空氣和來自燃料管9的燃料氣體的一混和器8和一混合物供應管11連接至內燃機100的一燃燒室的一上游側。
通過調節一燃料供應量調節閥10的開放程度可以調節供應到混和器8的一燃料量和能夠將過量空氣比λ設定為一任意值。而且，通過調節一節流閥12的開放程度能夠調節供應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。排氣管1在其中間從上游側依序設置有一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的下游側處的排氣管1能夠通過一廢氣返回管3連接到混和供應管11。因此，可以讓廢氣的一部分通過廢氣返回管3流入混和供應管(或者位于它的下游側的一未示出的混和供應支管)。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的生產量，如在內燃機100的操作說明書中所提到的。
在廢氣返回管3的中途安裝一節流閥5。CPU4能夠調節節流閥5的一開放程度。當節流閥5的開放度較小時減少了流入混合物供應管11的廢氣量。相反，當該開放度加大時該流入量增加。當進入混和供應管11的廢氣流入量加大時EGR比值將變得較大。當該流入量變得較小時EGR比值也變得較小。
因此，在加大節流閥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的方式調節節流閥5的開放度能夠將EGR比值設定為一任意值。
在內燃機100內安裝未示出的多個傳感器。通過這些傳感器將內燃機100的發動機轉速、發動機負載、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。CPU4裝備有一存儲器，該存儲器事先儲存有對應于工作區域的EGR比值和過量空氣比的最適當的結合的一圖像。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的NOx密度，以及獲得一穩定的燃燒和一良好的熱效率。
圖2是內燃機100的發動機負載和包括燃燒穩定程度的、形成系數的PiV之間的關系。在圖2中，將發動機轉速設定為2,000轉/分和將過量空氣比λ設定為λ＝1.31。
在這些條件下將節流閥5的開放度設定為零(即將EGR比值設定為零)的情況與將EGR設定為100％的情況相比較時，能夠理解一較小的EGR比值將引起發動機負載下降時的一較穩定的燃燒。因此，希望在發動機負載較小時，將EGR比值設定為零。
但是，考慮到與一所獲得的熱效率平衡，不希望在小發動機負載時最終將EGR設定為零。因此，推薦事先調研內燃機100的工作性能，以致在小于圖3所示的發動機負載P1的一負載區域內將EGR比值設定為零。按相同的方式，如圖4和5所示，在發動機負載小于P2和P3以及發動機轉速小于N1和N2的一工作區域內將EGR比值設定為零。在圖3-5中，例如在如“有EGR”所示的一工作區域內將EGR比值設定在5％至15％的一范圍內。
圖6是示出廢氣中NOx密度和熱效率之間關系的曲線圖。當增加EGR比值時，能夠獲得一良好的熱效率，但是也增加了產生的NOx量(NOx密度)。但是，當熱效率達到圖6所示的一值e時，熱效率的增加速率變得緩慢了。可以理解與NOx量的增加比較此后很少增加熱效率。因此，將這時的熱效率設定為上限值，從而PCU4調節節流閥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EGR比值分別設定為0％、5％和10％時，過量空氣比λ和NOx量之間的關系的曲線圖。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是示出發動機負載和廢氣溫度之間關系的曲線圖。如圖所示，能夠理解隨著EGR比值設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系的曲線圖。當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，執行稱為“高峰值(rich spike)”的一工作，其中將過量空氣比λ設定為高值。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的吸收能力恢復到它的原來狀態。
將NOx吸收催化劑2的NOx吸收能力返回到它的原來狀態的工作稱為再生。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到混合物供應管11。
在以上敘述中，考慮內燃機100的工作性能，能夠將“小發動機負載”設定為一任意值。例如，能夠將小于額定負載的一半的一發動機負載稱為“小發動機負載”。
工業可應用性本發明可以應用于關于陸地和海洋用途的、使用EGR的內燃機。
權利要求
1.用于內燃機的一操作控制方法，它利用廢氣再循環，其中將在一小發動機負載時的一廢氣再循環比值設定為最小或零。
2.如權利要求1所提出的用于內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。
3.如權利要求1所提出的用于內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動機負載設定至一小發動機負載工作區域。
4.如權利要求1或2所提出的用于內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比值將一熱效率設定為一所需值。
5.用于在它的廢氣通道中裝備有一NOx吸收催化劑的、利用一廢氣再循環的內燃機的一操作控制方法，其中在一小發動機負載時將一廢氣再循環比值設定為最小或零，通過將廢氣再循環比值設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、利用一廢氣再循環的內燃機的一操作控制方法，其中在一小發動機負載時將一廢氣再循環比值設定至最小或零，以及在執行一高峰值工作時將廢氣再循環比值設定為一最小或零。
全文摘要
在利用廢氣再循環的一內燃機中，在一小發動機負載時將一廢氣再循環比值設定為最小或零。由一熱交換器降低廢氣溫度之后進行廢氣再循環。將小于一特定值的一發動機負載設定到一小發動機負載工作區域。通過控制一過量空氣比和廢氣再循環比值將熱效率設定至一所需值。并且，當在一廢氣通道中安裝一NOx吸收催化劑時，通過將廢氣再循環比值設定為零升高廢氣溫度和加速NOx吸收催化劑的再生。在執行一高峰值工作時將廢氣再循環比值設定為最小值或零。
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 優先權日2001年8月27日
發明者山田修, 中園徹, 吾, 松林昌吾 申請人:洋馬株式會社