减少直喷火花点火内燃机颗粒排放物的方法以及内燃机技术

本发明专利技术提供一种减少火花点火、直接喷射内燃机的颗粒排放物的方法。所述方法包括以足够高的温度、超化学计量地运行所述内燃机的至少一个汽缸，从而促进积聚在催化剂涂层喷射装置上的焦化残余物的氧化。其中氧化喷射装置焦化残余物消除了对使用颗粒过滤器的排气后处理的需要。配对汽缸的伴随亚化学计量运行，或者其后相同汽缸的立即亚化学计量运行补偿贫燃运行，使得三元催化剂的功效不变。

【技术实现步骤摘要】
减少直喷火花点火内燃机颗粒排放物的方法以及内燃机优先权要求本申请要求2011年10月14日提交的德国专利申请号102011084545.3的优先权，其全部内容包含在此以供参考。
本公开涉及一种减少火花点火、直接喷射内燃机的颗粒排放物的方法，以及一种执行该方法的火花点火、直接喷射内燃机。
技术介绍
在内燃机的发展中，始终寻求最小化燃料消耗和减少排放物。直接喷射柴油发动机的低燃料消耗由将燃料直接喷射到至少一个汽缸的燃烧室以及其他因素引起。因此，即使在火花点火发动机中，也将燃料直接喷射到汽缸的燃烧室中视为显著减少燃料消耗的一种适当措施。直接喷射、火花点火内燃机也是本公开的主题。燃料-空气混合物的不均匀性也是为什么来自柴油发动机行程或进程的颗粒排放物也同样相关直接喷射、火花点火发动机的情况的原因，其中所述排放物在传统、火花点火发动机的情况下基本不重要。在直接喷射燃料的情况下，问题由喷射装置的焦化（coking）引起。其中通过多个喷射适时地将燃料引入至少一个汽缸的燃烧室的方法消除了由于液体燃料而使燃烧室内壁变湿，并且因而有助于减少颗粒排放物。然而，该方法原则上导致喷射总量增加，这促进了在喷射装置上沉积焦化残余物。喷射期间粘附至喷射装置的极小量燃料在氧不足的条件下经历不完全燃烧。虽然所述焦化残余物不必然改变喷射装置的外形，它们也不有害地影响过流特性和/或阻碍形成喷射射流因而中断混合物制备，但是喷射装置上的沉积确实导致内燃机的更多颗粒排放物。被喷射的燃料积聚在多孔焦化残余物中。通常是接近燃烧循环的末端，当氧已被基本完全消耗时，积聚的燃料经历不完全燃烧并且形成碳烟（soot）。碳烟增加内燃机未经处理的颗粒排放物。焦化残余物也可从喷射装置脱离，例如由于内燃机中的压力波传播或喷射射流的运动导致的机械负载引起。以该方式脱离的残余物不仅增加内燃机的未经处理的颗粒排放物，而且也导致对排气排放系统损害，并且能够削弱在排气排放系统中提供的排气后处理系统的功能性能。通过现有技术已知有意抵消焦化残余物积累和/或用于清空焦化残余物沉积的概念，也就是说从燃烧室清除所述焦化残余物以及清洁燃烧室的概念。另外，存在通过超声洗涤清洁喷射装置的手动方法，但是没有清洁被安装至发动机的喷射装置的有力方法。德国公开说明书DE19945813A1描述了一种以用于在探测燃烧室内有沉积后清洁燃烧室的有目标方式运行直接喷射内燃机的方法。提议清洁燃烧室的措施包括有目标地开始爆震燃烧和/或向进气燃烧气体引入清洁流体。两种措施都对燃料消耗和污染物质排放物有负面影响。一种清洁流体为水。其喷射能够减少燃烧温度和氮氧化物（NOx）排放物。然而，碳烟的氧化要求高温。当使用水时，焦化残余物被更好地脱离，但是未被燃烧，导致内燃机的未经处理颗粒排放物的增加而非减少。此外，随着磨损发生，存在内燃机中和排气排放系统中的腐蚀的风险，以及关联的缺点。欧洲专利EP1404955B1描述了一种内燃机，其至少一个燃烧室至少在表面上的区域中具有为了氧化焦化残余物的催化涂层。催化层有意增加焦化残余物的氧化，特别是促进典型运行温度下、在催化转化器和衬里之间的边界表面的含碳衬底的快速氧化。该氧化导致在盛行流的作用下的沉积提早分离。通过该方式，减少或者甚至完全防止残余物生长。然而，不是始终都达到氧化所需的最低温度，使用催化材料时尤其如此。具体地，在低负载和低转速下不能始终获得所需温度。然而，这正是这些内燃机的运行条件，尤其是促进形成焦化残余物沉积的低负载和/或低转速。此外，焦化残余物也即是说碳烟的氧化不仅要求充分高温，而且要求氧或过量的氧。遵守未来碳烟排放物的限值的另一种方法将是使火花点火发动机配备有再生颗粒过滤器。然而，该方法成本高，并且能够增加反压力和减少燃料经济性。
技术实现思路
本文的专利技术人已认识到上述问题，并且采取了一种不依赖颗粒过滤器的针对直接喷射火花点火汽油发动机的碳烟排放物的不同方法。例如，一个例子方法包括一种运行直接喷射、火花点火发动机的方法，其包括：向发动机汽缸直接喷射汽油；火花点火被喷射的汽油；以及响应于喷射器的焦化水平和足够高的汽缸温度，超化学计量（superstoichiometrically）地运行至少一个汽缸一段时间，从而增加焦化残余物的氧化。通过该方式，在燃烧行程或进程中，正好在能够减少焦化的条件下提供过量的氧，因而能够减少碳烟排放物，同时将对三元催化剂活性的影响减少至有限条件集。特别地，由于焦化残余物的氧化除了过量的空气之外还需要特定最低温度，所以例如在依赖焦化水平的有限条件下，上述方法仅提供贫燃（leanoperation）。根据本公开的方法明显减少火花点火、直接喷射内燃机的未经处理颗粒排放物。可能将未经处理的颗粒排放物减少至这样的程度，即为了遵守法律限值，不必要依靠颗粒过滤器的排气后处理，但是视需要可另外使用该过滤器。当单独或结合附图时，通过以下说明将易于明白本说明的上述优点以及其它优点和特征。应理解，提供上述
技术实现思路
，以通过简化形式引入在详细说明中进一步描述的概念集合。无意确定权利要求的主题的关键或必要特征，其范围由详细说明后的权利要求唯一限定。此外，权利要求的主题不限于解决上述任何缺点或本公开中任何部分中的实施。附图说明图1示出包括直接喷射、火花点火燃烧室和关联的排放物控制装置的车辆系统的示意图。图2示出根据本公开的方法的一例示性实施例的开始之前的进程顺序的流程图。图3示出根据本公开的方法的一例示性实施例的进程顺序的流程图。具体实施方式与以超过量空气（λ>>1）运行的原理之外的柴油发动机相比，火花点火发动机通常配备有三元催化转化器，其要求在窄限度内按化学计量运行。根据本公开，为了提供氧化焦化沉积所需的氧，超化学计量运行（λ>1）将被清洁的内燃机的汽缸。因此偏离火花点火发动机的化学计量运行（λ≈1）。法律仅允许为了避免内燃机的单独组件的热过载而偏离有效排气后处理所需的空气-燃料比λ，其可有更高污染物质排放物。在现有技术中，当期望高排气温度时执行富集（λ<1）。在富集期间，喷射比以所提供的空气量实际燃烧的燃料更多的燃料，过量燃料同样被加热和蒸发，所以燃烧气体的温度下降。在关于能量方面认为该方法不利，关于内燃机的燃料消耗以及关于污染物质排放物更是如此，但是仍然将其视为为了实现该目标的可接受和权宜之计。因为上述原因，本方法的实施例有利，其中至少一个汽缸以空燃比λ≤1.15运行。本方法的特别有利实施例在于，其中该至少一个汽缸以空燃比λ≤1.1运行，优选以空燃比λ≤1.05。两个上述例子实施例使得允许这样的事实，即被布置在排气排放系统中的三元催化转化器不需要火花点火发动机的严格化学计量运行（λ=1），而是仅为窄限度内的化学计量运行（λ≈1）。污染物质转化越有效，空燃比λ越接近化学计量运行。关于被布置在排气排放系统中的三元催化转化器，为了甚至在清洁期间都至少近似确保在三元催化转化器中转化污染物质所需的空燃比，所以仅执行轻微贫燃。在贫燃期间，喷射比以提供的空气量燃烧的燃料更少的燃料，也就是说，提供比燃烧该燃料所需的空气更多的空气。过量空气参与燃烧行程或进程，也就是说被伴随加热。在贫燃开始时，排气温度稍微升高，这关于清洁至少一个汽缸高度有利，因为除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运行直接喷射、火花点火发动机的方法，其包括：向发动机汽缸直接喷射汽油；火花点火所述经喷射的汽油；响应于喷射器焦化水平和足够高的汽缸温度，以超化学计量运行所述至少一个汽缸一段时间，从而促进焦化残余物的氧化。

【技术特征摘要】
2011.10.14 DE 102011084545.31.一种运行直接喷射、火花点火发动机的方法，其包括：向发动机的一个汽缸直接喷射汽油；火花点火经喷射的汽油；响应于喷射器焦化水平和高的汽缸温度，以超化学计量运行至少一个所述汽缸一段时间，从而促进焦化残余物的氧化。2.根据权利要求1所述的方法，其中为了清洁目的，以空燃比λ≤1.15运行所述至少一个汽缸。3.根据权利要求1所述的方法，其中为了清洁目的，以空燃比λ≤1.1运行所述至少一个汽缸。4.根据权利要求1所述的方法，其中为了清洁目的，以空燃比λ≤1.05运行所述至少一个汽缸。5.根据权利要求1所述的方法，其中通过减少喷射的燃料量增加空燃比λ。6.根据权利要求5所述的方法，其中以不损失功率的方式增加所述空燃比λ。7.根据权利要求1所述的方法，其中从化学计量运行λ≈1增加空燃比λ。8.根据权利要求1所述的方法，其中至少在一些区域中催化涂层喷射器装置，从而促进所述焦化残余物的氧化。9.根据权利要求1所述的方法，其中提高至少一个以超化学计量λ>1运行的所述汽缸的喷射装置的组件温度，以便帮助清洁目的的所述焦化残余物的氧化。10.根据权利要求9所述的方法，其中通过在提前方向转换点火正时提高所述喷射装置的所述组件温度。11.根据权利要求9所述的方法，其中通过减少所述汽缸新鲜增压的燃烧气体分数而提高所述喷射装置的所述组件温度。12.根据权利要求9所述的方法，其中如果所述发动机配备有液体冷却装置，就通过提高所...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·洛伦茨，M·K·施普林格，H·H·鲁兰德，J·梅林，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：