用于运行内燃机尤其柴油发动机的方法与流程

本发明涉及一种如根据专利权利要求1的前序部分所述的用于运行内燃机、尤其柴油发动机的方法和一种如根据专利权利要求14的前序部分所述的仪器，以及用于执行所述方法和/或具有所述仪器的车辆，尤其多用途车辆。

背景技术：

已知在内燃机上提供有外部废气再循环设备，由内燃机排放的废气借助于该外部废气再循环设备可再次供应给内燃机。以这种方式，可将包含在内燃机的废气中的污染物、尤其氮氧化物还原。

通常还已知，为了提高内燃机的效率并实现内燃机的燃料消耗的相应的降低，可借助于废气涡轮增压器的压缩机来压缩供应给内燃机的燃烧空气。在此，可通过带有中间冷却的两级增压实现效率的特别有效的提高。然而燃烧空气的压缩通常导致燃烧过程中的峰值温度的增加，由此由内燃机排放的氮氧化物的量也增加。

此外，由于燃烧空气的压缩，在内燃机的高转矩或高平均压力下，外部废气再循环由于流过进气道的燃烧空气的高压而受阻，且同时增加正净化梯度。增加再循环率的措施减少了过程再循环的有效性，以及由于增加的燃料消耗导致所排放的氮氧化物进一步增加。然而，为了能够符合适用的废气规定，例如可能的是，在所使用的scr催化转化器的情况下，引入到scr催化转化器上游的排气道中的水成尿素溶液(“adblue”)的量增加。然而这造成增加的运行成本，并且如果内燃机提供在车辆中，则减少了车辆的行程长度。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种用于运行内燃机、尤其柴油发动机的方法，以及一种仪器，借助于其可以高效率运行内燃机并且可以有效的方式减少内燃机的污染物排放。

所述目的通过独立权利要求的特征来实现。优选的改进方案在从属权利要求中公开。

根据专利权利要求1，提出了一种用于运行内燃机、尤其柴油发动机的方法，其中，提供了外部废气再循环装置，借助于其由内燃机排放的废气可被再次供应给内燃机，其中，废气再循环装置具有再循环设定装置，借助于其可设定再循环的废气的流量，其中，提供有关闭时间设定装置，借助于其可调整内燃机的至少一个进气阀的关闭时间，其中，借助于关闭时间设定装置可设定内燃机的基础循环，在其中内燃机的至少一个进气阀在bdc(下止点)之后，在范围在1°至40°曲柄角、尤其从10°至40°曲柄角的曲柄角内关闭。根据本发明，为了将由内燃机排放的氮氧化物还原，可借助于该关闭时间设定装置来设定氮氧化物还原循环，在其中内燃机的至少一个进气阀相较于在基础循环中更造或更晚地关闭，其中，提供有控制单元，借助于其将该关闭时间设定装置和再循环设定装置作为内燃机当前转矩的函数来调节和/或控制，其中，如果内燃机的转矩降到低于至少一个限定的转矩阈值，内燃机在基础循环中运行，并且借助于再循环设定装置能实现废气的再循环，以及其中，如果内燃机的转矩超过了所限定的转矩阈值，该内燃机在氮氧化物还原循环中运行，并且借助于再循环设定装置阻止废气的再循环。

以这种方式，可以有效的方式减少由内燃机排放的污染物，因为在相对高的转矩或在相对高的平均压力下，内燃机现在在氮氧化物还原循环中运行，并且废气再循环受阻。作为内燃机在氮氧化物还原循环中的运转的结果，燃烧过程中的峰值温度被降低，从而使在燃烧过程中形成的氮氧化物的量减少。此外，在氮氧化物还原循环中，还实现了内燃机的高水平的效率。在这种情况中，由内燃机排放的废气的再循环受阻，因为所述再循环对氮氧化物还原循环具有不利的影响(尤其由于降低的净化梯度)，并且如已提及，在内燃机的相对高的转矩或相对高的平均压力下，所述再循环关于过程控制更低效。在内燃机的相对低的转矩或相对低的平均压力下，内燃机于是在基础循环中运行，并且能实现废气的再循环。在内燃机的这种运行模式的情况中，废气再循环装置关于减少所排放的氮氧化物方面展现了高水平的有效性。此外，内燃机在基础循环中以尤其高水平的效率运行。

在这种情况中，内燃机的当前转矩可例如借助于控制单元由所注入的燃料量来确定。在这种情况下，所注入的燃料量通常与注入的行动持续时间成比例。

在优选的方法实施中，转矩阈值借助于控制单元被作为内燃机的当前发动机转速的函数来设定和/或调整。内燃机的发动机转速对可借助于外部废气再循环装置来再循环的废气的流量具有影响。在此，优选提供的是，所设定的转矩阈值随着内燃机的发动机转速的增加而减少。

转矩阈值优选位于内燃机的最大转矩的20%至60%的范围内。

在优选的具体的改进方案中，在控制单元中储存有特征曲线族，其中将转矩阈值作为内燃机的发动机转速的函数来记录。借助于所述类型的特征曲线族，可以简单且可靠的方式将转矩阈值作为内燃机的发动机转速的函数来设定。

尤其优选的是，提供了具有废气后处理系统的排气道，其中，提供了温度检测装置，借助于其，如在废气流动方向上看，在废气后处理系统的上游可检测流经排气道的废气的温度，以及其中，关闭时间设定装置和再循环设定装置不仅作为转矩的函数，而且作为借助于温度检测装置所检测的温度的函数来调节和/或控制。以这种方式，可确保废气后处理系统的高水平的有效性。在这种情况中，废气温度的检测可例如借助于布置在废气后处理系统的上游的温度传感器来实行。

此外，在此明确地以广义理解该表述“排气道”。因此，在这种情况中排气道包括所有废气传导区域和组件。

在优选的方法实施中，如果借助于温度检测装置所检测的温度超过至少一个温度阈值，并且内燃机的转矩超过限定的转矩阈值，则内燃机在基础循环中运行，并且/或者借助于再循环设定装置能实现废气的再循环。如果借助于温度检测装置所检测的温度降到低于至少一个限定的温度阈值，并且内燃机的转矩超过限定的转矩阈值，那么内燃机可在氮氧化物还原循环中运行，并且可借助于再循环设定装置阻止废气的再循环。以这种方式，能可靠地确保在内燃机运行期间，废气后处理系统在氮氧化物还原循环中不受到过度加热。

温度阈值优选地位于450°c至500°c的温度范围内。以这种方式，有效地抵抗了对具有钒作为scr催化活性材料的scr催化转化器的损害。如果使用其他材料，必须相应地修改温度阈值。

此外，在非常低的转矩的范围内，可对氮氧化物还原循环进行切换，以便于增加废气温度，以便于改善废气后处理系统的有效性。这种效应由于氮氧化物还原循环的节流作用连同时在低负荷范围内的压缩压力而产生。

此外优选的情况是，为了废气再循环，如在废气的流动方向上看，在内燃机的至少一个废气涡轮增压器的涡轮机的上游，流过排气道的废气中的至少一些被引入到外部废气再循环装置的再循环管路中。此外优选提供的是，如在燃烧空气流动方向上看，在内燃机的至少一个废气涡轮增压器的压缩机的下游，借助于外部废气再循环装置被再循环的废气被引入到内燃机的进气道中。以这种方式，抵抗了导气系统部件的煤烟形成。备选地和/或附加地，如在燃烧空气的流动方向上看，在内燃机的至少一个废气涡轮增压器的压缩机的上游，借助于外部再循环装置被再循环的废气可被引入到内燃机的进气道中。

在进一步优选的实施方案中，提供了具有废气后处理系统的排气道，其中，废气后处理系统具有至少一个scr催化转化器元件，借助于其可用氨作为还原剂将包含在内燃机的废气中的氮氧化物还原，其中，提供了供给装置，借助于其将氨、尤其以水成尿素溶液的形式引入到scr催化转化器元件的上游的排气道中。借助于这样的系统，可以有效的方式将包含在废气中的氮氧化物还原。在此，在氮氧化物还原循环中，可以借助于scr催化转化器元件以尤其有效的方式将包含在废气中的氮氧化物还原，因为通常情况是相对高的废气温度在这里占优势。以这种方式，显著改善了包含在废气中的氮氧化物的使用所引入的氨的转化。

在优选的实施方案中，氮氧化物还原循环由米勒循环形成。在此，优选提供的是，在氮氧化物还原循环中，内燃机的至少一个进气阀在bdc之前，在40°至5°曲柄角、尤其40°至1°曲柄角的曲柄角范围内关闭。在这样的曲柄角范围的情况中，可靠地抵抗了在内燃机的燃烧过程中的氮氧化物的形成，并且同时，实现了内燃机的高水平的效率。

备选地和/或附加地，氮氧化物还原循环还可由艾金森循环形成。在此，优选提供的是，在氮氧化物还原循环中，内燃机的至少一个进气阀，在bdc之后，在从50°至90°曲柄角、尤其从50°至70°曲柄角的曲柄角范围内关闭。

在具体实施方案中，关闭时间设定装置可由凸轮调整设备和/或由凸轮轴调整设备形成。以这种方式，可以直接且可靠的方式调整内燃机的至少一个进气阀的关闭时间。

内燃机优选地具有多个，尤其两个废气涡轮增压器来用于压缩流过内燃机的进气道的燃烧空气，以便于确保对流过进气道的燃烧空气的高水平的压缩。在此，优选提供的是，如在燃烧空气流动方向上看，在第一废气涡轮增压器的压缩机与第二废气涡轮增压器的压缩机之间以及在第二废气涡轮增压器的压缩机的下游，在进气道中或在其上分别布置有用于使压缩的燃烧空气冷却的至少一个冷却装置。以这种方式确保了内燃机的高水平的效率。

为了实现以上已提及的目的，还要求保护一种仪器，所述仪器具有内燃机、尤其具有柴油发动机，并且具有外部废气再循环装置，其中，借助于外部废气再循环装置，由内燃机排放的废气可以再次供应给内燃机，其中，废气再循环装置具有再循环设定装置，借助于其可设定再循环的废气的流量，其中，提供了关闭时间设定装置，借助于其可调整内燃机的至少一个进气阀的关闭时间，其中，借助于关闭时间设定装置，可设定内燃机的基础循环，其中内燃机的至少一个进气阀，在bdc(下止点)之后，在1°至40°曲柄角、尤其是10°至40°曲柄角的曲柄角范围内关闭。根据本发明，为了将由内燃机排放的氮氧化物还原，可借助于关闭时间设定装置来设定氮氧化物还原循环，在其中内燃机的至少一个进气阀相较于在基础循环中更早或更晚地关闭，其中，提供了控制单元，借助于其可将关闭时间设定装置和再循环设定装置作为内燃机的转矩的函数来调节和/或控制，其中，如果内燃机的转矩降到低于至少一个限定的转矩阈值，则内燃机在基础循环中运行，且借助于再循环设定装置能实现废气的再循环，并且其中，如果内燃机的转矩超过了所限定的转矩阈值，则内燃机在氮氧化物还原循环中运行，并借助于再循环设定装置阻止废气的再循环。

通过根据本发明的仪器所获得的优点与根据本发明的方法实施的上面已讨论过的优点相同，从而此刻将不复述所述优点。

还要求保护一种用于执行根据本发明的方法和/或具有根据本发明的仪器的车辆，尤其地多用途车辆。通过所述车辆获得的优点同样也与根据本发明的方法的上面已经讨论过的优点相同，且同样不在此复述。如作为车辆的备选方案，明显还可以静态的或位置固定的布置方案来提供根据本发明的仪器。

如上面讨论的和/或在从属权利要求中出现的本发明的有利的实施方案和/或改进方案，除了例如在其中存在清楚的相关性或不可组合的备选方案的情况下，可单独使用或以任何期望的互相组合。

附图说明

本发明和其有利的实施方案和/或改进方案以及其优点将仅通过示例在附图的基础上在接下来更详细地来讨论，其中：

图1显示了具有根据本发明所述的仪器的重型货车的侧视图；

图2为附图，将在其基础上讨论仪器的构造;

图3显示了图表，将在其基础上讨论根据本发明的方法；

图4为附图，将在其基础上讨论根据本发明的方法的过程；以及

图5显示了图表，将在其基础上讨论根据本发明所述的方法。

附图标记清单：

1车辆

3仪器

5进气道

7内燃机

9燃烧空气

11压缩机

13第一废气涡轮增压器

15散热换热器

17压缩机

19第二废气涡轮增压器

21散热换热器

23排气道

25废气

27涡轮机

29涡轮机

31温度传感器

33废气后处理系统

35scr催化转化器元件

37供给装置

39废气再循环装置

41再循环管路

43直通阀

45散热换热器

47关闭时间设定装置

49图表

51曲线

53曲线

55曲线

57控制单元

58步骤

59步骤

61特征曲线族

m转矩

m阈值转矩阈值

n发动机转速

t阈值温度阈值

t测量温度测量值。

具体实施方式

图1显示了在该情况中通过示例以重型货车的形式的带有根据本发明的仪器3(图2)的车辆1。接下来将在图2的基础上更详细地讨论装置3的构造。

如从图2显现的，仪器3具有进气道5，燃烧空气9可借助于其被供应给仪器3的内燃机7。在此，通过示例，如在废气流动方向上看，进气道5具有第一废气涡轮增压器13的压缩机11、散热换热器15、第二废气涡轮增压器19的压缩机17，以及另一散热换热器21。

借助于压缩机11压缩流入进气道5中的燃烧空气9。随后，借助于散热换热器15使由压缩机11压缩的燃烧空气冷却。散热换热器15可例如由增压空气冷却器形成。最后，燃烧空气又进一步借助于压缩机17被压缩，并且借助于散热换热器21被再次冷却。散热换热器21可同样由增压空气冷却器形成。

根据图2，仪器3此外还具有排气道23，借助于其传导由内燃机7排放的废气25。在此，通过示例，如在废气流动方向上看，排气道23具有第二废气涡轮增压器19的涡轮机27、第一废气涡轮增压器13的涡轮机29、温度传感器31以及仅示意性地指出的废气后处理系统33。在此，通过示例，废气后处理系统33具有scr催化转化器元件35，借助于其可用氨作为还原剂将包含在内燃机7的废气9中的氮氧化物还原。这里还是如下情况，即废气后处理系统33具有供给装置37，在这种情况下例如以水成尿素溶液的形式的还原剂可借助于该供给装置37被引入到scr催化转化元件35的上游的排气道23中。

此外，排气道23还具有外部废气再循环装置39，借助于其可将由内燃机7排放的废气9再次供应给内燃机7。在此，通过示例，为了废气再循环，将由内燃机7排放的废气25如在燃烧空气的流动方向上看在涡轮机27的上游引入到废气再循环装置39的再循环管路41中，借助于该再循环管路，可以将废气25引入到散热换热器21的下游的进气道5中。此外废气再循环装置39还具有再循环设定装置，其在这种情况下例如以直通阀43的形式，借助于其可以设定再循环的废气25的流量。在此，通过示例，废气再循环装置39此外还具有散热换热器45，借助于其使再循环的废气25冷却。在此，通过示例，如在废气流动方向上看，散热换热器45在直通阀43的下游布置在再循环管路41中。

如根据图2，仪器3此外还具有关闭时间设定装置47，借助于其可调整所述内燃机7的所述进气阀的关闭时间。在此，通过示例，关闭时间设定装置47由凸轮轴调整装置形成。借助于关闭时间设定装置47可设定内燃机7的基础循环，其中内燃机7的进气阀，在bdc(下止点)之后，在10°至40°曲柄角的曲柄角范围内关闭。此外，借助于关闭时间设定装置47可设定氮氧化物还原循环，在其中内燃机7的进气阀相较于在基础循环中更早或更晚关闭。在此，通过示例，氮氧化物还原循环由米勒循环形成。在此，内燃机7的进气阀优选在米勒循环中、在bdc之前、在40°至5°曲柄角的曲柄角范围内关闭。作为米勒循环的备选方案，例如由艾金森循环形成氮氧化物还原循环也是可能的。

图3显示了图表49，其旨在说明基础循环、米勒循环以及艾金森循环之间的不同。在图表49中绘出了第一曲线51，其显示了内燃机7的进气阀的作为在基础循环的情况中的内燃机7的曲柄角的函数的示例性的阀门升程。图表49中还绘出了曲线53，其显示了进气阀的作为在米勒过程的情况中的内燃机7的曲柄角的函数的示例性的阀门升程。图表49中还绘出了曲线55，其显示了进气阀的作为在艾金森循环的情况中的内燃机7的曲柄角的函数的示例性的阀门升程。

如根据图2，仪器3此外还具有控制单元57，在这种情况中，借助于该控制单元57将关闭时间设定装置47和直通阀43作为内燃机7的当前转矩的函数并且作为借助于温度传感器31所测量的温度的函数来调节和/或控制。所述调节或控制将在接下来在图6的基础上更详细地讨论。

进行自初始状态，在其中，在这种情况下，通过示例，废气再循环可借助于直通阀43实现并且在内燃机7的基础循环中被设定，首先检查的是，在步骤58中，借助于控制单元57，内燃机7的当前转矩m或当前平均压力是否高于限定的转矩阈值m阈值。如果内燃机7的当前转矩m不高于限定的转矩阈值m阈值，则废气再循环(德文：abgasrueckfuehrung,简写为agr；英文：exhaustgasrecirculation,简写为egr)保持启用并且基础循环保持设定。如果内燃机7的当前转矩m高于限定的转矩阈值m阈值，则在步骤59中检查借助于温度传感器31所测量的温度t测量是否高于限定的温度阈值t阈值。如果所测量的温度t测量高于温度阈值t阈值，例如这里的情况，即废气9的再循环保持启用并且内燃机继续运行在基础循环中。如果所测量的温度t测量不高于温度阈值，则废气再循环借助于直通阀43被阻止，并且设定米勒循环，或者内燃机7在米勒循环中运行。

这里还是如下情况，即通过示例，借助于控制单元57将转矩阈值t阈值作为内燃机7的发动机转速n的函数来调整或改变。所述调整借助于储存在控制单元57中的特征曲线族61(图5)来实行。还优选的情况是，除了内燃机7的当前转矩以及借助于温度传感器31所测量的温度t测量，在关闭时间设定装置47与直通阀43的调节和/或控制中，还考虑了环境温度和/或环境压力。