專利名稱：內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及內(nèi)燃機(jī)，具體來說，涉及一種以不同燃燒模式運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用于各種不同的目的。交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施幾乎都依靠使用內(nèi)燃機(jī)提供的動(dòng)力。電能的產(chǎn)生也大多依靠?jī)?nèi)燃機(jī)。
大量?jī)?nèi)燃機(jī)的使用已經(jīng)產(chǎn)生了很多社會(huì)問題，其中之一就是正在散發(fā)出的日益增多的燃燒的副產(chǎn)品。盡管當(dāng)今的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行的排放率已大大低于過去時(shí)代的內(nèi)燃機(jī)，但迅疾增長(zhǎng)的內(nèi)燃機(jī)數(shù)量仍然需要進(jìn)一步降低排放率。
世界各國(guó)政府都意識(shí)到這問題并制訂法規(guī)來限定內(nèi)燃機(jī)的排放率，例如，氧化氮(NOx)的排放率、碳?xì)浠衔?HC)的排放率、一氧化碳(CO)的排放率以及其他煙塵等，都必須強(qiáng)制減少到符合政府制訂的標(biāo)準(zhǔn)。
火花塞點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)，其運(yùn)行性質(zhì)和使用的燃料種類使其產(chǎn)生較低的氧化氮類和顆粒狀排放率。壓縮點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)，例如柴油機(jī)，通常產(chǎn)生較高的氧化氮類和顆粒狀排放率。然而，柴油機(jī)仍然廣泛使用，因?yàn)榕c火花塞點(diǎn)火的機(jī)型相比，能提供較高的熱效率，于是能為工作應(yīng)用提供較高的輸出功率。
一種減少壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)排放物的嘗試是使用后處理系統(tǒng)改變或去除內(nèi)燃機(jī)尾氣中的有害排放物。一種表明肯定能減少壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)NOx排放物的后處理技術(shù)是NOx吸收器技術(shù)，一種催化劑技術(shù)?？墒?，成功應(yīng)用NOx吸收器技術(shù)卻被證明是非常困難的。首先，要在低溫下有效地減少NOx，其吸收器必須帶有昂貴的貴金屬裝載。實(shí)際上，低溫條件下有效運(yùn)行的NOx吸收器所需的貴金屬是較高溫度條件下吸收器工作的二倍。其次，NOx吸收器技術(shù)在非常低的溫度條件下的效果還是受到質(zhì)疑的。為了改善在這些條件下的性能，可能需要代價(jià)很高的燃料強(qiáng)化的熱管理。第三，即使在現(xiàn)在燃料中含硫非常低的情況下，NOx吸收器的催化劑仍會(huì)硫化后中毒。這種中毒的過程減少了催化劑的整個(gè)生存周期。
另一種減少壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)排放物的嘗試是使用均勻增壓壓縮點(diǎn)火(HCCI)燃燒。因?yàn)榫哂腥剂闲矢叨a(chǎn)生低燃燒排放物的運(yùn)行潛力，用HCCI模式運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)使人們產(chǎn)生了很大興趣。HCCI內(nèi)燃機(jī)不同于通常的柴油壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，一般的柴油內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)燃燃料時(shí)集中在燃燒室內(nèi)燃料多的一個(gè)區(qū)域，而HCCI技術(shù)在燃燒時(shí)創(chuàng)造了一個(gè)分散均勻的燃料/空氣的混合物。燃料/空氣的均勻混合物燃燒使內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的副產(chǎn)品排放物顯著減少。然而，成功地在所有的內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷條件下應(yīng)用HCCI燃燒被證明是困難的。在內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷狀態(tài)下，HCCI燃燒引起內(nèi)燃機(jī)部件的高機(jī)械負(fù)荷，因?yàn)槠錃飧讐毫Φ姆逯蹈哂趥鹘y(tǒng)的柴油燃燒。內(nèi)燃機(jī)部件通常使用的材料構(gòu)造可能承受不了如此高的壓力。另外，為了在高負(fù)荷條件下控制HCCI燃燒的時(shí)間還可能需要對(duì)內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大改變，例如，包括改變內(nèi)燃機(jī)的壓縮比的機(jī)構(gòu)。一種使用HCCI燃燒的方案公開在2003年5月13日發(fā)表的授予zur Loye等人的美國(guó)專利第6,561,157號(hào)中。在‘157號(hào)專利中，在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行中，部分采用一種類似于HCCI燃燒的PCCI燃燒，而在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的其余部分中，則用了其他燃燒模式，如標(biāo)準(zhǔn)柴油燃燒模式，火花塞點(diǎn)火模式，以及均勻增壓燃料輸送模式。
本發(fā)明的目的是解決上述列舉的一個(gè)和多個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的方法包括以第一種燃燒模式運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)。此方法還包括使內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行變?yōu)榈诙N燃燒模式。此方法包括僅在第二種燃燒模式的運(yùn)行中，將內(nèi)燃機(jī)的廢氣流導(dǎo)入NOx吸收器與之充分接觸。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的方法包括以第一種燃燒模式的運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)。此方法還包括使內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行變?yōu)榈诙N燃燒模式。此方法包括除在第一種燃燒模式的之外的其他燃燒模式的運(yùn)行中，將內(nèi)燃機(jī)的廢氣流導(dǎo)入NOx吸收器與之接觸。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的方法包括內(nèi)燃機(jī)能夠選擇采用HCCI燃燒模式和至少一種其他燃燒模式，并僅在至少一種其他燃燒模式時(shí)將內(nèi)燃機(jī)的廢氣流引入NOx吸收器與之充分地接觸。
在此發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)包括限定燃燒室的內(nèi)燃機(jī)本體。廢氣流由燃燒室排出來。一個(gè)燃料系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)體連接。這個(gè)燃料系統(tǒng)適于輸送HCCI燃料供應(yīng)至燃燒室。這個(gè)燃料系統(tǒng)還適于輸送至少另一種燃料供應(yīng)進(jìn)入燃燒室。內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)NOx吸收器，其定位成基本上僅在燃料系統(tǒng)輸送至少另一種燃料供應(yīng)進(jìn)入燃燒室時(shí)才與廢氣流液體連通。
在此發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)包括限定燃燒室的內(nèi)燃機(jī)本體。廢氣流由燃燒室排出來。一個(gè)NOx吸收器置于有選擇地與廢氣流接觸的位置。內(nèi)燃機(jī)包括用第一種燃燒模式運(yùn)行的裝置，同時(shí)含有將內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行變?yōu)榈诙N燃燒模式的裝置，以及僅在內(nèi)燃機(jī)以第二種燃燒模式下將廢氣流導(dǎo)入NOx吸收器進(jìn)行充分接觸的裝置。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的方法包括以第一種燃燒模式運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)。期間產(chǎn)生了第一個(gè)廢氣流。這個(gè)第一廢氣流含有第一個(gè)濃縮的NOx，其含量小于或等于預(yù)先設(shè)定的NOx濃度的標(biāo)準(zhǔn)。此方法包括將內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙N燃燒模式，這時(shí)第二個(gè)廢氣流產(chǎn)生。其所含有的NOx濃度高于預(yù)先設(shè)定的NOx濃度標(biāo)準(zhǔn)。此方法進(jìn)一步包括將第二個(gè)廢氣流導(dǎo)入到至少一個(gè)NOx吸收器與之接觸。本方法還包括當(dāng)?shù)诙€(gè)廢氣流與至少一個(gè)NOx吸收器接觸時(shí)，將NOx從廢氣中去除以產(chǎn)生處理后的廢氣流。處理后的廢氣流所含的NOx濃度小于或等于預(yù)先設(shè)定的NOx濃度的標(biāo)準(zhǔn)。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是內(nèi)燃機(jī)原理圖；圖2是內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行方法的流程圖；以及圖3是圖1所示內(nèi)燃機(jī)燃燒模式曲線圖，其為內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷和速度的函數(shù)。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，所示為一個(gè)內(nèi)燃機(jī)10的原理圖。內(nèi)燃機(jī)10包括機(jī)體12形成燃燒室14。機(jī)體12還包括一個(gè)氣缸體(未畫出)，一個(gè)附在氣缸體上的氣缸頭(未畫出)以及本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)已知的其他內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)體12確定了一個(gè)氣缸16及氣缸內(nèi)配置的活塞18?；钊?8與燃燒室14相接觸。內(nèi)燃機(jī)10還包括一個(gè)供氣系統(tǒng)20，用于供給空氣或?qū)⒖諝馀c燃料混合后送入燃燒室14，一個(gè)廢氣排放系統(tǒng)22以將廢氣流從燃燒室14排放出去。雖然在圖1中僅有一個(gè)氣缸16，但本發(fā)明可以用于不同構(gòu)造形狀的內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)10也可有任何數(shù)量的氣缸16，如四缸、五缸、六缸、八缸、十缸、十二缸或者十六缸。而且，雖然內(nèi)燃機(jī)10主要以四沖程內(nèi)燃機(jī)10為基礎(chǔ)進(jìn)行討論，但在內(nèi)燃機(jī)10的另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用二沖程的內(nèi)燃機(jī)10的形式。
在圖1的實(shí)施例中，供氣系統(tǒng)20包括一個(gè)集氣管24和一個(gè)供氣口26以引導(dǎo)供氣或空氣/燃料混合體進(jìn)入燃燒室14。同樣地，排氣系統(tǒng)22也包括一個(gè)廢氣口28以引導(dǎo)排放廢氣(如下面所述)。一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣閥30和一個(gè)或多個(gè)排氣閥32分別置于供氣口26和排氣口28。這些閥門由普通的閥門控制系統(tǒng)或可變化的閥門定時(shí)系統(tǒng)控制，在開或關(guān)的位置之間運(yùn)動(dòng)，以分別控制空氣或空氣/燃料混合氣進(jìn)入燃燒室14的流量以及廢氣流排出燃燒室14的流量。
內(nèi)燃機(jī)10有一個(gè)燃料系統(tǒng)34與機(jī)體12相連接。在圖1的實(shí)施例中，燃料系統(tǒng)34包括一個(gè)燃料噴嘴36用于將燃料噴入燃燒室14。燃料系統(tǒng)34適于將柴油燃料輸送進(jìn)燃燒室14。典型的柴油燃料輸送包括在活塞18處于接近頂部死點(diǎn)位置時(shí)直接將一定數(shù)量的燃料噴射入燃燒室14。柴油燃料輸送可以包括任何其他方式以通過在燃燒室14中燃料高度集中的區(qū)域壓縮點(diǎn)火產(chǎn)生燃燒，產(chǎn)生自繁殖焰峰。
燃料系統(tǒng)34還適于輸送HCCI燃料進(jìn)入燃燒室14。輸送HCCI燃料可以包括輸送一些先期燃料進(jìn)入燃燒室14，即在活塞18還未到達(dá)頂部死點(diǎn)位置時(shí)先噴射一些燃料進(jìn)入燃燒室14。輸送HCCI燃料供應(yīng)可以包括用一個(gè)第一分散的角度輸送第一部分燃料進(jìn)入燃燒室14，然后用第二分散角度輸送第二部分燃料進(jìn)入燃燒室14。輸送HCCI燃料供應(yīng)可以包括在燃燒室14的外面形成空氣和燃料的充分均勻的混合物然后再將此均勻的混合物送入到燃燒室14。均勻混合物的形成可以通過噴射燃料到內(nèi)燃機(jī)10的進(jìn)氣集氣管24中完成，也可在內(nèi)燃機(jī)10的進(jìn)氣口26完成。輸送HCCI燃料供應(yīng)可以包括這些方法的綜合，或其他能夠在燃燒室14內(nèi)先于燃燒可燃燒的混合體的任何其他方法，這些混合體大多可點(diǎn)燃的，通過壓縮點(diǎn)火而不是現(xiàn)在的自繁殖焰峰。燃料系統(tǒng)34還適用于輸送任何其他形式的燃料進(jìn)入燃燒室14。
內(nèi)燃機(jī)10適于有選擇地用第一種燃燒模式或第二種燃燒模式運(yùn)行。內(nèi)燃機(jī)10還可用一種或更多其他燃燒模式運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，第一種燃燒模式是HCCI燃燒模式，即，在這個(gè)模式中，燃料輸送系統(tǒng)34為燃燒室14輸送HCCI燃料供應(yīng)。第二種燃燒模式可以是柴油燃燒模式，即，這個(gè)模式中，燃料輸送系統(tǒng)34為燃燒室14輸送供應(yīng)柴油。
內(nèi)燃機(jī)10至少配置一個(gè)NOx吸收器38以與內(nèi)燃機(jī)10產(chǎn)生的廢氣流接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)NOx吸收器38安置的位置使其僅當(dāng)廢氣流是除HCCI燃料供應(yīng)方式外的其他燃料供應(yīng)燃燒的結(jié)果時(shí)才與廢氣流進(jìn)行充分地接觸。在另一個(gè)實(shí)施例中，NOx吸收器38的位置使其在內(nèi)燃機(jī)10的任何一種燃燒模式下都與廢氣流進(jìn)行接觸。廢氣排放系統(tǒng)22可以包含一個(gè)旁通管40以使廢氣流能夠繞過NOx吸收器38通行。在此所使用的術(shù)語“NOx吸收器”意思是任何結(jié)構(gòu)、技術(shù)或系統(tǒng)，它們能夠在限定的時(shí)間內(nèi)將內(nèi)燃機(jī)10的廢氣流中的NOx儲(chǔ)存起來，并且在一定濃度的NOx的儲(chǔ)存量存滿后會(huì)將部分或全部?jī)?chǔ)存的NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)狻?br> 內(nèi)燃機(jī)10還包括一個(gè)控制系統(tǒng)42，控制系統(tǒng)內(nèi)有一個(gè)電子控制單元(ECU)44?？刂葡到y(tǒng)42包括至少一個(gè)傳感器46用于感知內(nèi)燃機(jī)10的狀況并將其報(bào)告給ECU44。這至少一個(gè)傳感器46位于NOx吸收器38的上游、下游或至少部分安在NOx吸收器38內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，至少有一個(gè)傳感器46被用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)10的荷載情況。在其他實(shí)施例中，至少有一個(gè)傳感器46適于檢測(cè)速度情況、溫度情況以及其他的情況以幫助控制系統(tǒng)42有效地控制內(nèi)燃機(jī)10的燃燒?？刂葡到y(tǒng)42能夠處理至少一個(gè)傳感器46報(bào)告來的信息，并向相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)部件提供控制信號(hào)以有效地控制內(nèi)燃機(jī)10在各種燃燒模式中的運(yùn)行，進(jìn)而高效率地成功地在內(nèi)燃機(jī)的燃燒模式之間完成轉(zhuǎn)換?？刂葡到y(tǒng)42還能處理從至少一個(gè)傳感器46得到的信息，提供控制信號(hào)到相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)部件以有效地控制NOx吸收器38的再生循環(huán)。控制系統(tǒng)42還適于選擇使用HCCI燃料供應(yīng)方式或其他的形式的燃料供應(yīng)方式，包括柴油供應(yīng)方式，并能指揮燃料系統(tǒng)34執(zhí)行此供應(yīng)方式。由控制系統(tǒng)42控制的這個(gè)選擇可以看作是對(duì)至少一個(gè)傳感器46所提供的內(nèi)燃機(jī)情況的報(bào)告的響應(yīng)。
內(nèi)燃機(jī)10包括一種使內(nèi)燃機(jī)10按照第一種燃燒模式運(yùn)行的裝置48。運(yùn)行的裝置48可以包括燃料系統(tǒng)34、控制系統(tǒng)42和/或其他使內(nèi)燃機(jī)10按照第一種燃燒模式運(yùn)行的結(jié)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)10還包括將內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)行轉(zhuǎn)換為第二種燃燒模式的裝置50。轉(zhuǎn)換裝置50可以包括控制系統(tǒng)42、ECU44、至少一個(gè)傳感器46和/或其他使內(nèi)燃機(jī)能從第一種燃燒模式轉(zhuǎn)換到第二種燃燒模式的結(jié)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)10還包括僅當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10在以第二種燃燒模式燃燒時(shí)，引導(dǎo)廢氣流進(jìn)入NOx吸收器38與之充分接觸的裝置52。這種引導(dǎo)裝置52可以包括廢氣排放系統(tǒng)22、排放口28、旁通管40、和/或那些使內(nèi)燃機(jī)10能夠僅在第二種燃燒模式時(shí)將NOx吸收器38與廢氣流進(jìn)行充分接觸的其他結(jié)構(gòu)。
工業(yè)應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)行過程中，內(nèi)燃機(jī)10有選擇地進(jìn)行不同的燃燒模式的運(yùn)行。在內(nèi)燃機(jī)10運(yùn)行方法的一個(gè)實(shí)施例中，NOx吸收器僅當(dāng)一定的燃燒模式時(shí)才被安排與廢氣流進(jìn)行接觸。在一種方法中，內(nèi)燃機(jī)10以第一種燃燒模式運(yùn)行。廢氣流從燃燒室排出并不與NOx吸收器38接觸。內(nèi)燃機(jī)10然后轉(zhuǎn)換到第二種燃燒模式。轉(zhuǎn)換過程可以是直接從第一種燃燒模式變到第二種燃燒模式，或者，內(nèi)燃機(jī)10可以用第一種和第二種燃燒模式之間的一種或幾種其他燃燒模式運(yùn)行，其中包括用部分HCCI燃燒模式，即，一種燃燒模式其燃燒由部分用HCCI燃料供應(yīng)的燃燒和由普通的柴油供應(yīng)的燃燒所組成。在這種方法的一個(gè)實(shí)施例中，廢氣流僅當(dāng)內(nèi)燃機(jī)10以第二種燃燒模式運(yùn)行時(shí)才被引入并與NOx吸收器38進(jìn)行充分接觸。在另一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)10的廢氣流除了在第一種燃燒模式以外的任何燃燒或過程中，都將被引入NOx吸收器38與之進(jìn)行充分接觸。在方法的一個(gè)實(shí)施例中，第一種燃燒模式是HCCI燃燒模式。第二種燃燒模式不是HCCI燃燒模式。例如，第二種燃燒模式可以是柴油燃燒模式。
圖2的流程圖可以用來解釋內(nèi)燃機(jī)10的一種運(yùn)行方法。在第一個(gè)控制單元54中，控制系統(tǒng)42的至少一個(gè)傳感器46檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)10的至少一種狀況，如荷載狀況、速度狀況、或溫度狀況。這至少一個(gè)傳感器46將信號(hào)送到ECU44，以提供狀況的各種狀態(tài)。在圖2的流程圖所表示的運(yùn)行方法的其余的解釋中，至少一種狀況是內(nèi)燃機(jī)10的荷載狀況。然而，在其他方法中，其他的狀況可能被檢測(cè)并報(bào)告。
在第二個(gè)控制單元56中，ECU44將荷載狀況與參照值58進(jìn)行比較。參照值58可以是低荷載的高限值，也可以是高荷載的低限值。在一個(gè)實(shí)施例中，參照值58約為內(nèi)燃機(jī)荷載的50％。在另一個(gè)實(shí)施例中，參照值58是在內(nèi)燃機(jī)荷載的40％和60％之間。在又一個(gè)實(shí)施例中，參照值是在內(nèi)燃機(jī)荷載的25％至75％之間。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到參照值58可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)10希望的運(yùn)行為基礎(chǔ)予以確定。另外，參照值的確定可能依賴于內(nèi)燃機(jī)10的其他狀況條件，如圖3的曲線所示。Y軸表示內(nèi)燃機(jī)的荷載而X軸表示內(nèi)燃機(jī)速度，圖3示出參照值58是由內(nèi)燃機(jī)荷載和速度確定的。表示參照值58的曲線下方的區(qū)域60定義為低荷載情況。表示參照值58的曲線上方的區(qū)域62定義為高荷載情況。如果由至少一個(gè)傳感器62報(bào)告的內(nèi)燃機(jī)10的荷載狀況低于參照值58，即，內(nèi)燃機(jī)10運(yùn)行于低荷載狀況，則本方法將前進(jìn)到第三控制單元64。如果內(nèi)燃機(jī)10的荷載狀況高于參照值58，即，內(nèi)燃機(jī)10運(yùn)行于高荷載狀況，方法將前進(jìn)到第四控制單元66。
在第三個(gè)控制單元64中，控制系統(tǒng)42為內(nèi)燃機(jī)10選擇第一種燃燒模式。在一個(gè)實(shí)施例中，第一種燃燒模式就是HCCI燃燒模式?？刂葡到y(tǒng)42送出一個(gè)信號(hào)到燃料系統(tǒng)34使其輸送HCCI燃料供應(yīng)到燃燒室14。本方法然后前進(jìn)到第五控制單元68。在第五控制單元68中，控制系統(tǒng)42將使內(nèi)燃機(jī)10的廢氣流不與NOx吸收器38接觸。廢氣流可以通過廢氣排放系統(tǒng)22的旁通管40而避開NOx吸收器38。本方式然后又回到第一個(gè)控制單元54。
在第四控制單元66中，控制系統(tǒng)42為內(nèi)燃機(jī)10選擇的是不同于第一種燃燒模式的另一種燃燒模式?？刂葡到y(tǒng)42可以選擇第二種燃燒模式，這可以是柴油燃燒模式。在柴油燃燒模式下，控制系統(tǒng)42向燃料系統(tǒng)34發(fā)送信號(hào)命令燃料系統(tǒng)34向燃燒室14輸送柴油。本方法接著前進(jìn)到第六控制單元70，在第六控制單元70中，控制系統(tǒng)42使廢氣流與NOx吸收器38接觸。本方法然后又回到第一控制單元54。
循著圖2所示的內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)行方法的跟蹤，內(nèi)燃機(jī)10可以從第一種燃燒模式轉(zhuǎn)換到第二種燃燒模式。例如，如果內(nèi)燃機(jī)10用HCCI燃燒模式在運(yùn)行，第一控制單元54的至少一個(gè)傳感器46檢測(cè)到的荷載狀況超過參照值58，例如低荷載條件下的高限，則內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行即將會(huì)在第四控制單元66中從HCCI燃燒模式轉(zhuǎn)換成其他模式，諸如柴油燃燒模式。再者，內(nèi)燃機(jī)10在運(yùn)行中也可以從第二種燃燒模式轉(zhuǎn)換成第一種燃燒模式。例如，如果內(nèi)燃機(jī)10是以非HCCI燃燒模式，如柴油燃燒模式運(yùn)行時(shí)，控制單元54中至少一個(gè)傳感器46檢測(cè)到荷載狀況低于參照值58，例如高荷載的低限，則內(nèi)燃機(jī)會(huì)在第三控制單元64中從非HCCI燃燒模式轉(zhuǎn)換成HCCI燃燒模式。所以，內(nèi)燃機(jī)10從一種燃燒模式轉(zhuǎn)換成另一種燃燒模式是由內(nèi)燃機(jī)10的狀況所決定的，例如內(nèi)燃機(jī)10的荷載狀況。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，圖2所闡明的方式只是對(duì)內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)行控制的方法之一。另外，圖3的曲線也不是決定內(nèi)燃機(jī)10何時(shí)從一種燃燒模式轉(zhuǎn)換為另一種模式的唯一的方式。例如，參照值58可以不是線性的或不是由速度所決定的?？蓪⑵涓淖?yōu)榇_定內(nèi)燃機(jī)10轉(zhuǎn)換燃燒模式的是其他因素，如內(nèi)燃機(jī)速度和/或溫度?；蛘?，用來確定內(nèi)燃機(jī)10何時(shí)應(yīng)轉(zhuǎn)變?nèi)紵Ｊ降男畔⒖扇Q于其他的因素，例如圖形，表格等類似形式。
在內(nèi)燃機(jī)10運(yùn)行方法的另一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)10以第一種燃燒模式運(yùn)行，此時(shí)燃燒產(chǎn)生了具有NOx的第一濃度的第一個(gè)廢氣流。這Nox的第一濃度小于或等于事先設(shè)定的NOx濃度的參照值。預(yù)訂參照的NOx濃度的實(shí)例包括(但不限于)3克/制動(dòng)馬力·小時(shí)、1.5克/制動(dòng)馬力·小時(shí)和0.2克/制動(dòng)馬力·小時(shí)。好幾個(gè)因素可以影響預(yù)定參照的NOx濃度的數(shù)值，包括最終用戶的具體要求和政府的規(guī)定，如那些由美國(guó)環(huán)境保護(hù)署頒布的規(guī)定。在一個(gè)實(shí)施例中，第一種燃燒模式是HCCI燃燒模式，而在另一個(gè)實(shí)施例中，第一種燃燒模式是部分HCCI燃燒模式。
在內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)行方法中，內(nèi)燃機(jī)10轉(zhuǎn)換成第二種燃燒模式，此時(shí)，燃燒產(chǎn)生帶有NOx第二濃度的第二個(gè)廢氣流時(shí)。這NOx第二濃度高于預(yù)定的NOx濃度的參照值。在一個(gè)實(shí)施例中，第二種燃燒模式不是HCCI燃燒模式。例如，第二種燃燒模式可以是柴油燃燒模式。
在內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)行方法中，第二個(gè)廢氣流會(huì)被引到至少一個(gè)NOx吸收器38與之接觸。第二個(gè)廢氣流與至少一個(gè)NOx吸收器38接觸時(shí)，NOx從第二個(gè)廢氣流中被去除，產(chǎn)生的廢氣流所含NOx濃度小于或等于預(yù)定的NOx濃度的參照值。
在內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)行方法中，第一個(gè)廢氣流可以通過廢氣排放系統(tǒng)22的旁通管40避開至少一個(gè)NOx吸收器38。一種可供選擇的運(yùn)行方法可以使第一個(gè)廢氣流進(jìn)入至少一個(gè)NOx吸收器38與之接觸。在這個(gè)變化方法中，當(dāng)這至少一個(gè)NOx吸收器與第一個(gè)廢氣流接觸時(shí)，這至少一個(gè)NOx吸收器會(huì)被再生成。這種再生成是通過調(diào)整第一種燃燒模式使為濃混合而實(shí)現(xiàn)的。這樣對(duì)運(yùn)行的第一種燃燒模式的調(diào)整是由控制系統(tǒng)42控制的。此外，如上所討論，運(yùn)行的第一種燃燒模式轉(zhuǎn)換成第二種燃燒模式也可以由控制系統(tǒng)42控制。
內(nèi)燃機(jī)10的能力，a)能選擇用不止一種燃燒模式運(yùn)行，b)能選擇與NOx吸收器38配合處理內(nèi)燃機(jī)10的廢氣流，使其同時(shí)具有NOx吸收器技術(shù)和使用HCCI燃燒模式的優(yōu)點(diǎn)，而避免了許多的缺點(diǎn)。一般在低荷載和低溫度條件下使用HCCI燃燒模式，內(nèi)燃機(jī)10不會(huì)遭遇高荷載HCCI燃燒產(chǎn)生的氣缸高壓。所以，具有普通使用的材料構(gòu)造制造的內(nèi)燃機(jī)部件可以用于內(nèi)燃機(jī)10。另外，前面提到過的一些特別的結(jié)構(gòu)改變，如引入改變內(nèi)燃機(jī)10的壓縮比的機(jī)構(gòu)也就不需要實(shí)施了。
因?yàn)镠CCI燃燒產(chǎn)生的排放物低于標(biāo)準(zhǔn)的柴油燃燒，不需NOx吸收器38處理由HCCI過程所產(chǎn)生的廢氣流。只有在內(nèi)燃機(jī)10在高荷載和/或高溫度條件下進(jìn)行非HCCI燃燒模式，如柴油燃燒模式時(shí)，才需使用NOx吸收器38。用這樣方式工作的NOx吸收器38可以裝載較少的昂貴的PGM。而且，這還避免了在非常低的溫度下，NOx吸收器38運(yùn)行困難的問題。此外，由于NOx吸收器38不是在內(nèi)燃機(jī)10運(yùn)行的全部過程中與廢氣流進(jìn)行接觸，所以，NOx吸收器38的硫中毒率降低，NOx吸收器38的使用壽命得以延長(zhǎng)。
本發(fā)明的其他方面、目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過研究附圖、描述和所附權(quán)利要求書獲得。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行方法，包括在第一種燃燒模式中運(yùn)行所述內(nèi)燃機(jī)；所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)換成第二種燃燒模式；以及所述內(nèi)燃機(jī)所產(chǎn)生的廢氣流僅在所述的第二種燃燒模式下進(jìn)行所述的運(yùn)行過程中被導(dǎo)入到一個(gè)NOx吸收器并與之接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一種燃燒模式是一種HCCI燃燒模式。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二種燃燒模式不是一種HCCI燃燒模式。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二種燃燒模式是一種柴油燃燒模式。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括檢測(cè)所述的內(nèi)燃機(jī)的至少一種狀況。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的運(yùn)行轉(zhuǎn)換至所述的第二種燃燒模式依賴于所述的內(nèi)燃機(jī)的所述的至少一種狀況
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的至少一種狀況是所述的內(nèi)燃機(jī)的荷載狀況。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的至少一種狀況是速度狀況和溫度狀況的至少一個(gè)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，以所述第一種燃燒模式進(jìn)行的所述運(yùn)行與所述內(nèi)燃機(jī)在低荷載狀況下的運(yùn)行相一致。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換至所述第二種燃燒模式的運(yùn)行發(fā)生在所述低荷載狀況的高限。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的低荷載狀況的所述的高限介于25％荷載至75％荷載之間。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的低荷載狀況的所述的高限介于40％荷載至60％荷載之間。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的低荷載狀況的所述的高限約為荷載的50％。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)以所述第二種燃燒模式進(jìn)行的所述運(yùn)行與所述內(nèi)燃機(jī)在高荷載狀況下的運(yùn)行相一致。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括將所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行從所述第二種燃燒模式轉(zhuǎn)換至所述第一種燃燒模式。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換運(yùn)行至所述第一種燃燒模式發(fā)生在高荷載狀況的低限。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述高荷載狀況的所述低限介于荷載的25％和75％之間。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述高荷載狀況的所述低限介于荷載的40％和60％之間。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述高荷載狀況的所述低限約為荷載的50％。
20.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的運(yùn)行轉(zhuǎn)換至所述的第二種燃燒模式依賴于所述速度狀況和溫度狀況的至少一個(gè)。
21.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，以所述HCCI燃燒模式進(jìn)行的所述運(yùn)行包括以HCCI燃料供應(yīng)輸送到所述內(nèi)燃機(jī)的燃燒室。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述輸送HCCI燃料供應(yīng)包括先輸送一定數(shù)量的導(dǎo)引燃料進(jìn)入所述燃燒室。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述輸送HCCI燃料供應(yīng)包括以第一個(gè)分散角度輸送第一數(shù)量的燃料進(jìn)入所述燃燒室和以第二個(gè)分散角度輸送第二數(shù)量的燃料進(jìn)入所述燃燒室。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述輸送HCCI燃料供應(yīng)包括在所述燃燒室外部形成充分均勻的空氣和燃料的混合物以及將所述均勻混合物送入所述燃燒室。
25.一種內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行方法，包括所述的內(nèi)燃機(jī)用第一種燃燒模式運(yùn)行；所述的內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換成第二種燃燒模式運(yùn)行；以及所述的內(nèi)燃機(jī)所產(chǎn)生的廢氣流在除所述的第一種燃燒模式以外的任何燃燒模式下被導(dǎo)入到一個(gè)NOx吸收器并與之接觸。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一種燃燒模式是HCCI燃燒模式。
27.一種內(nèi)燃機(jī)，包括形成燃燒室的內(nèi)燃機(jī)體，廢氣流從該燃燒室排放出去；和所述內(nèi)燃機(jī)體連接的燃料系統(tǒng)，所述燃料系統(tǒng)適于輸送HCCI燃料供應(yīng)到所述燃燒室，所述燃料系統(tǒng)還適于輸送至少一種其他燃料供應(yīng)到所述燃燒室；以及設(shè)置一個(gè)NOx吸收器，僅當(dāng)所述廢氣流是所述至少一種其他燃料燃燒的結(jié)果時(shí)，NOx吸收器與之進(jìn)行充分接觸。
28.如權(quán)利要求27所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，包括一個(gè)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)適于在所述HCCI燃料供應(yīng)和所述至少一種其他燃料供應(yīng)之間選擇。
29.如權(quán)利要求28所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，包括連接在所述控制系統(tǒng)上的至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器適于檢測(cè)所述內(nèi)燃機(jī)的至少一個(gè)狀況并將所述至少一個(gè)狀況報(bào)告到所述控制系統(tǒng)。
30.如權(quán)利要求29所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述至少一個(gè)狀況是所述內(nèi)燃機(jī)的荷載狀況。
31.如權(quán)利要求29所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述至少一種狀況是速度狀況和溫度狀況的至少一個(gè)。
32.如權(quán)利要求29所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)適于響應(yīng)于所述至少一種狀況的所述報(bào)告，在所述HCCI燃料供應(yīng)或所述至少一種其他燃料供應(yīng)之間進(jìn)行選擇。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行方法包括內(nèi)燃機(jī)以第一種燃燒模式運(yùn)行。本方法還包括將內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換成第二種燃燒模式運(yùn)行。本方法包括僅當(dāng)以第二種燃燒模式運(yùn)行時(shí)，將內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的廢氣流引入NOx吸收器與之進(jìn)行充分接觸。
文檔編號(hào)F02D43/00GK1740543SQ20051009394
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者G·N·科爾曼, J·J·德里斯科, K·達(dá)菲, D·L·艾迪考特, S·A·福爾克納, J·基爾肯尼, M·弗卡爾 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司