[发明专利]用于内燃发动机的控制方法和内燃发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于控制内燃发动机的操作的方法。本发明还涉及一种如权利要求13的前序部分限定的内燃发动机。

背景技术

在大型压缩点火式内燃发动机，例如用于船舶或发电厂的那些内燃发动机中，在低负荷下的发烟是一个常见的问题。发动机的燃料喷射器必须能够以最大负荷输送操作所需的燃料量。因为大型内燃发动机需要在最大功率或接近最大功率下可靠且有效地操作，所以所述喷射器对于高负荷而言是非常优化的。这意味着，在低负荷下所述喷射器不能最优化地工作从而形成了烟。

该问题在现有技术方案中已经通过使用具有两个针的喷射器而解决。例如，在欧洲专利申请EP0972932A1中公开了一种燃料喷射器，该燃料喷射器包括数个喷嘴钻孔。在部分负荷操作下，仅仅外部阀针被移动以在上部区域展现喷嘴钻孔。在高负荷下，内部阀针也被移动以在下部区域展现喷嘴钻孔。

在专利申请US2007246561A1中也公开了一种燃料喷射器，该燃料喷射器包括两个喷嘴，这两个喷嘴构造成提供不同的燃料喷射模式。所述喷嘴中的一个对于传统喷射最优化，而所述喷嘴中的另一个对于具有均质混合气压燃(HCCI)的使用最优化。

内燃发动机的另一个问题是NOx的形成，其特别地发生在高燃烧温度下。NOx排放可以使用选择性催化还原从排气中有效地去除，但是期望的是能够在初期就减少NOx的形成。NOx的形成可以通过降低缸体温度而最大限度地减少。这样做的一种方法是使用所谓的米勒(Miller)循环，其使用改进的进气阀关闭程序。存在两种形式的米勒循环：在第一种形式中，进气阀仅在下死点(BDC)之后关闭，这意味着部分压缩行程不用于压缩。这常用在火花点火式发动机中，以达到更高的热效率和更低的爆震倾向。在另一种形式的米勒循环中，使进气阀提前关闭。当进气阀在活塞到达下死点之前关闭时，缸体中的压力和温度在压缩行程的结尾会更低。这种形式的米勒循环常用在压缩点火式发动机中。由于进气阀提前关闭而缸体中具有更少的空气量，这通常通过适当的增压比来补偿。

然而，在部分负荷和低负荷下，米勒循环的使用增加了NOx排放。同时，对于NOx排放的最佳米勒循环引起更高的烟排放。还有，如果使用米勒循环，在低负荷时燃料油消耗比率(SFOC)更高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于控制内燃发动机的操作的改进的方法。本发明的另一个目的是提供一种改进的内燃发动机。本发明的特征特点在权利要求1和权利要求13的特征部分中给出。

根据本发明，一种控制内燃发动机的操作的方法包括至少两个操作模式。该发动机包括至少一个缸体、布置在所述缸体内的往复活塞、至少一个布置成与所述缸体连接的进气阀、第一燃料喷射装置、优化为喷射比第一燃料喷射装置小的燃料量的第二燃料喷射装置和用于可变进气阀关闭的装置。在第一操作模式下，根据米勒循环，在活塞在进气冲程期间到达下死点之前，进气阀在第一预定曲轴转角时关闭以减小缸体内的压力，并且使用第一燃料喷射装置喷射燃料。在第二操作模式下，根据传统进气阀关闭正时，在活塞已经通过下死点之后或稍微在活塞通过下死点之前，进气阀在第二预定曲轴转角时关闭，并且使用第二燃料喷射装置喷射燃料。

本发明具有若干优点。米勒循环有效地减少在高负荷下NOx排放并且控制点火压力，但是导致较高的烟排放。根据本发明，米勒循环仅在其益处超过缺点时被使用。对于不同的燃料量使用不同燃料喷射装置同时选择性地使用米勒循环，这实现了非常低的烟排放，同时NOx排放和SFOC也可以被最小化且排气温度被最优化。

根据本发明的一个实施方式，所述方法包括第三操作模式，在此模式下，使用传统进气阀关闭正时并且使用第一燃料喷射装置喷射燃料。此操作模式可以在部分负荷下使用。因为传统进气阀关闭正时的原因，烟排放可以被保持得低。使用第一燃料喷射装置，足量的燃料可以被喷射入缸体内。

根据本发明的一个实施方式，所述方法包括第四操作模式，在此模式下，使用米勒循环并且使用第二燃料喷射装置喷射燃料。在此操作模式下，在相对低负荷下能够实现非常低的NOx排放。同时，在涡轮增压器的涡轮之后，温度显著增高，其能够实现选择性催化还原。

根据本发明的一个实施方式，在第四操作模式下，使用比在第一操作模式下延迟的进气阀关闭正时。根据本发明的一个实施方式，所述进气阀的关闭延迟了5-15度的曲轴转角。在高负荷下，提前关闭进气阀有助于更低的SFOC和NOx排放。