[发明专利]减少直喷火花点火内燃机颗粒排放物的方法以及内燃机

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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DE 199 45 813 A1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（NO_x）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EP 1 404 955 B1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。

发明内容