关于启动和维持内燃发动机的亚化学计量运行模式的方法以及实施此种方法的内燃发动机技术

本发明专利技术涉及一种关于再补充内燃发动机的存储催化剂的系统和方法。公开一种方法，其包含：在当发动机处于中等负荷时并且响应于LNT状况以亚化学计量运行模式运行发动机时，通过连接至发动机曲轴的电机辅助发动机。电机提供辅助驱动，从而辅助发动机维持大体上稳定状态的亚化学计量运行模式，该运行模式可被用于还原在存储催化剂转换器中所累积的NOx或SOx或分析存储催化剂转换器的状况。

【技术实现步骤摘要】
关于启动和维持内燃发动机的亚化学计量运行模式的方法以及实施此种方法的内燃发动机优先权要求本申请要求在2012年2月22日提交德国专利申请号102012202679.7的优先权，该申请全部内容包含在此以供参考。
本申请涉及内燃发动机的排气排放。
技术介绍
通常在本公开背景下，空气比λ被定义为实际上被供至内燃发动机的至少一个汽缸的空气质量mAir，actua与化学计量的空气质量mAir，stoic之比，化学计量的空气质量mAir，stoic恰好足够用于完全地氧化被供至至少一个汽缸的燃料质量mFuel（内燃发动机的化学计量运行λ=1）。下列公式适用：λ=mAir，actual/mAir，stoic，在化学计量的空气需求Lstoic下，Lstoic通过Lstoic=mAir，stoic/mFuel定义，空气比由λ=mAir，actual/mFuel*(1/Lstoic)给出。内燃发动机装有各种排气后处理系统，从而降低污染物排放。在火花点火发动机的情况中，采用了使用催化材料的催化反应器，其中该催化材料增加了某些反应的速率，从而确保即使在低温下的HC和CO的氧化。如果额外地还原氮氧化物NOx，这能够通过使用三元催化剂来实现，但是其在狭窄限制内运用火花点火式发动机的化学计量运行（λ≈1）。在这种情况中，通过可获得的未被氧化的排气成分（也就是一氧化碳CO以及未燃的碳氢化合物HC）减少氮氧化物NO，并且排气成分被同时氧化。在使用过量空气来运行的内燃发动机的情况中，例如，稀燃点火式发动机以及直接喷射柴油机，以及直接喷射火花点火式发动机，由于缺乏还原剂，无法还原排气中的氮氧化物NOx。结果，为了还原氮氧化物，例如存储催化剂，可提供排气后处理系统，其也被称为LNT（稀NOx捕集器）。在这种情况中，在内燃发动机的稀混合运行模式(λ>1)过程中，氮氧化物被吸收，例如被收集和存储在催化剂中，然后在内燃发动机的亚化学计量运行模式（λ<1）的氧不足的再生阶段中还原，其中排气中的未燃的碳氢化合物HC和一氧化碳CO充当了还原剂。由排气再循环（EGR）提供了使用还原剂（尤其是未燃的碳氢化合物）在发动机内富化排气的进一步可能，并且在柴油机的情况中，进口区域节流。具有未燃的碳氢化合物的排气的富化也能够通过将燃料续注至内燃发动机的至少一个汽缸来实现。后面所提过程的一个不利点尤其是油类的稀释。例如，通过将额外的燃料喷设至LNT的上游，能够将碳氢化合物直接引入排气区域，从而通过喷射分配至汽缸本身。在再生阶段中，释放氮氧化物（NOx）并且其大体上转换为二氧化氮（N2）、二氧化碳（CO2）和水（H2O）。存储催化剂的温度可优选在温度窗口200°C到450°C之间，一方面确保快速地还原，另一方面防止在再次被释放的氮氧化物NOx解吸而没有转换，其为能够通过过度温度触发。由排气中所含的硫产生了使用存储催化剂的一个难点，其同样地被吸收，并且在被称为脱硫作用的过程中以有规律的间隔被移除。为了该目的，存储催化剂可被加热至高温，通常在600°C到700°C之间，并且被提供了还原剂，例如未燃的碳氢化合物。脱硫作用所用的高温可损坏存储催化剂，促进了催化剂的热老化，并且显著地降低了氮氧化物转换完成所需的转换过程。随着LNT的运行时间的增加，存储氮氧化物的存储容量或能力降低，这将导致存储催化剂被硫污染，例如硫的积累，以及由于高温而产生的热老化。除了再生，例如可在规律的间隔内实施的LNT的净化，以及脱硫之外，由法律所规定的低的氮氧化物排放限制在将来可能需要车载诊断（OBD），以便为了监测和检测运行能力限制，例如转换减少，其能够随着LNT的运行时间的增加而被预测到。上述技术关系描述了关于内燃发动机的亚化学计量运行方法的优势，以便净化和使LNT脱硫。然而，另一方面，本方法关于监测LNT的运行能力同样是有利的，从而确保可靠地避免因有限的运行能力或缺乏转换而导致的令人不满的高污染物排放。瞬时工况使维持恒定的空气比变得更加困难，并且在独立的情况中，因为其不可能在没有延迟的情况下跟随驾驶员通过汽油踏板的输入，所以使其也变得不可能，并且尤其是因为确定空气比（即空气质量和燃料量）的运行参数能够被调节和适应于具有延迟和不同速度下的新工况。在相对高、高和最大负荷的范围内（参看图2-范围202），亚化学计量运行模式的发动以及维持通常由最大的可容许排气温度控制，其中排气温度时常受到在排气排放系统中所提供的组件，或由所述组件的热负荷承受能力限制，其中所述组件例如排气涡轮增压器的涡轮机、排气后处理系统或排气再循环系统。在这种背景下，当混合物富化时，通常可考虑增加排气温度。关于监测或检查存储催化剂的运行能力的方法，可这样陈述，即这些方法同样时常运用内燃发动机的亚化学计量运行方式。在本文中，维持恒定的或大体上恒定的空气比λ是有决定性的重要意义。欧洲专利申请EP1936140A1描述了关于使用两个前氧传感器、或氧传感器监测存储催化剂的方法，其中利用了前氧传感器的测量误差。更具体地，如果排气中的未燃的碳氢化合物超过一定的浓度，则传感器输出比实际呈现的空气比λmeas要高的数值，例如，在内燃发动机的亚化学计量运行方式（λ<1)），以及排气中的HC浓度为10000ppm的情况中，λmeas=0.95的空气比作为被测量的变量，但空气比实际上为λactual=0.85。为了检查存储催化剂的运行能力，有意地以这样的方式增加排气中的HC浓度，即错误地运行被布置在存储催化剂上游的第一传感器。如果存储催化剂无法适当地起到作用，例如存储能力至少受到限制，则无未燃碳氢化合物或少量的未燃碳氢化合物通过释放的氮氧化物NOx氧化，并且存储催化剂下游的HC浓度基本上和存储催化剂上游的完全相同，由于该原因，两个前氧传感器输出相同的关于空气比的数值，其经受了相同大小的测量误差。因此，如果由传感器所判定的空气比λ1，meas，λ2,meas大体上相同大小，并且λ1,meas/λ2，meas≈1，则认为存储催化剂不能够适当地起到作用。另一方面，如果存储催化剂仍能够适当地起到作用，排气中的未燃碳氢化合物在其流经存储催化剂时至少部分地被氧化，由于该原因，存储催化剂下游的排气中的HC浓度将比催化剂上游中的要低。因此，如果两种空气比λ1,meas，λ2,meas为不同的大小，并且λ1,meas/λ2，meas>1，将认定存储催化剂至少部分地能够起到作用。在本文中，通过被布置在存储催化剂下游的第二传感器判定的空气比λ2，meas，无法避免测量误差。然而，空气比λ2，meas与实际空气比λ的偏差至少比存储催化剂上游的要少。在EP1936140A1中所述的方法是依赖于对恒定的或大体上恒定的空气比λ的维持，并且需要内燃发动机的稳定状态的运行。具有文件参考号102012200006.2的德国专利申请同样的描述了关于监测存储催化剂的方法，其中在存储催化剂的上游和下游分别布置关于检测空气比λ的前氧传感器。为了检查存储催化剂的运行能力，在可指定时间段中，内燃发动机切换至亚化学计量运行方式（λ<1），然而，该模式与EP1936140A1中所述的方法相反，两个传感器在没有误差的情况下运行。还能够在内燃发动机的非稳定状态运行方式下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包含：启动和维持具有大体上恒定的空气比的内燃发动机的亚化学计量运行模式，其中，所述内燃发动机具有用于排放排气的排气排放系统，并且至少一个排气后处理系统布置在所述排气排放系统中；以及将所述内燃发动机切换至亚化学计量运行模式可指定的时间段，其中，在中间负荷范围内，所述内燃发动机被切换至亚化学计量稳定状态运行模式；以及当在所述亚化学计量稳定状态运行模式中运行所述内燃发动机时，将电机连接至所述内燃发动机的曲轴以被用作可选择的辅助驱动器。

【技术特征摘要】
2012.02.22 DE 102012202679.71.一种发动机运行方法，其包含：启动和维持具有恒定的空气比λ的内燃发动机的亚化学计量运行模式，其中，所述内燃发动机具有用于排放排气的排气排放系统，并且至少一个排气后处理系统布置在所述排气排放系统中；以及将所述内燃发动机切换至亚化学计量运行模式可指定的时间段，其中，在中间负荷范围内，所述内燃发动机被切换至亚化学计量稳定状态运行模式；以及当在所述亚化学计量稳定状态运行模式中运行所述内燃发动机并且所述内燃发动机切换至所述亚化学计量稳定状态运行模式的所述中间负荷范围包含在主要发动机速度下的最大负荷的30％到70％之间的负荷时，将电机连接至所述内燃发动机的曲轴以被用作可选择的辅助驱动器。2.根据权利要求1所述方法，其中在所述中间负荷范围内，所述内燃发动机被切换至λ<1的所述亚化学计量稳定状态运行模式。3.根据权利要求1所述方法，其中所述内燃发动机被切换至1>λ>0.9的所述亚化学计量稳定状态运行模式。4.根据权利要求1所述方法，其中所述内燃发动机被切换至1>λ>0.95的所述亚化学计量稳定状态运行模式。5.根据权利要求1所述方法，其中所述内燃发动机被切换至0.97>λ>0.93的所述亚化学计量稳定状态运行模式。6.根据权利要求1所述方法，其中所述内燃发动机切换至所述亚化学计量稳定状态运行模式的所述中间负荷范围包含在主要发动机速度下的最大负荷的40％到60％之间的负荷。7.根据权利要求1所述方法，其中所述电机作为可选择的发电机吸收所述内燃发动机供应的过量动力。8.根据权利要求1所述方法，还包含在所述内燃发动机被切换至所述亚化学计量稳定状态运行模式之前，在所述中间负...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·M·S·雅克布，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：