用于对火花点火式内燃发动机的燃料供应进行管理的方法和实施所述方法的供应系统与流程

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2018年3月22日提交的意大利专利申请第102018000003891号的优先权，该意大利专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本发明涉及用于对火花点火式发动机的燃料供应进行管理的方法和系统的领域。

背景技术：

在火花点火式发动机——也被称为奥托发动机(ottoengine)中，为了遵守法律对污染排放设定的限制，遵守化学计量比至关重要。

在火花点火式化学计量发动机中，使用了废气后处理装置(ats)，该废气后处理装置(ats)基于所谓的“三效催化剂”(3wc)，三效催化剂(3wc)能够捕获和存储存在于废气中的氧(o2)并且因此具有所谓的“储氧”容量。

通过控制在富混合物与贫混合物之间向内燃发动机供应燃料，迫使催化剂在氧化模式或还原模式下交替地操作，从而使未燃烧的co和hc燃烧或者使nox还原。

为了执行这种在氧化模式与还原模式之间的交替，必须将三效催化剂——在下文中被简称为“催化剂”——的储氧保持在相对最大存储容量的中间值处，使得o2可以在富氧气体混合物的存在下被存储，并且使得o2可以在缺氧气体混合物的存在下被释放。

内燃发动机的燃料供应可以借助于闭环控制来操作，该闭环控制使用拉姆达(lambda)传感器作为反馈信号，以便获得正确的空气/燃料比(a/f)。

实际上，在催化剂中发生氧化还原反应的效率取决于混合物在发动机中燃烧所采用的化学计量比以及催化剂本身的温度。

可以使用线性拉姆达传感器，该线性拉姆达传感器是精确且快速的，允许内燃发动机的燃料供应被适当地校正并且确保了燃烧的化学计量。

也可以使用二进制拉姆达传感器，该二进制拉姆达传感器通常被称为“开/关传感器”。与线性传感器不同，二进制拉姆达传感器不需要专用的硬件并且其实现当然更便宜。

开/关传感器能够产生信号的仅在高水平与低水平——超过空气/燃料比(a/f)的预定正阈值和预定负阈值——之间的切换作为反馈。

因此，控制计划涉及a/f强制因子的实现方式，该a/f强制因子对燃料的供应进行调节，从而使注射至气缸的燃料的量增加或减少，以使气缸中发生的燃烧交替地缺乏氧或者氧过多。

因此，在双稳态情况下，三效催化剂被迫在化学计量条件下工作，即在氧化操作与还原操作之间连续振荡。

该概念的示例可以在us2008319634和wo2010097267中找到。

当释放加速器时，发动机不被供应燃料。这通常被称为发动机“切断”，这是因为对发动机的燃料供应被“切断”。在这些条件下，由内燃发动机泵送的空气流过ats，并且因此流过催化剂。因此，该催化剂的储氧容量趋向于饱和。

当再次开始注射燃料时，催化剂被迫在不理想的条件下工作，并且因此，必须使燃烧暂时改变、使燃烧富化，以便使得催化剂能够在还原模式与氧化模式之间交替。

已知的策略涉及在持续时间内使混合物连续富集达预定的时间量，该预定的时间量是固定的并且根据催化剂的体积即根据其几何形状预先计算出。

但是该解决方案受到一些缺点的影响，这是因为该解决方案遭受一些不期望的影响，诸如不均匀燃烧(chugging)和催化剂的磨损。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于对火花点火式发动机的燃料供应进行管理的方法，该方法能够更好地处理切断的后果。

本发明所基于的构思是，计算相对于最佳存储值的由切断状态引起的存储在三效催化剂中的过量氧，并且在切断状态结束时确定并富集空气/燃料比以中和过量氧。

一般而言，内燃发动机的燃料供应以围绕空气/燃料化学计量比(a/f)在稀燃状态与浓燃状态之间振荡来执行。因此，所述调整可以优选地通过延长相对于稀燃时间的浓燃时间来执行。

富化的强度优选地也被控制成总是大于贫化的强度。

换句话说，相对于化学计量比，在浓燃操作状态下的燃料变化大于在稀燃操作状态下的燃料变化。

显然，“过量氧”需要相对于理想的氧存储状态来评估，如上面已经提及的，理想的氧存储状态是饱和与空载之间的平均存储状态。

根据本发明的优选变型，过量氧是在切断期间存储的所有氧。

所述氧优选地基于切断期间由发动机吸入的空气的总体积来计算。为此目的，可以借助于沿进气歧管布置的空气质量流量测量装置来测量吸入的空气的总体积，或者可以通过假设发动机像容积泵一样起作用来估计吸入的空气的总体积。

然后，应用将流过催化剂的总空气体积转换成实际上被阻止在催化剂中的氧的系数。所述系数可以考虑催化剂的效率，并且因此可以是诸如例如催化剂的温度的操作参数的函数。

校正系数还可以考虑催化剂的老化。

当处理借助于处理单元和电子注射器所执行的控制时，燃料的量显然对应于注射器的电控制信号。

将燃料注射至气缸中的注射器的(电)控制信号取决于空气/燃料比值，前述强迫因子使控制器朝该空气/燃料比值收敛。

如果不改变内燃发动机的燃料供应的控制的交替特性，则富相的停留时间可以优选地大于贫相的停留时间，从而获得发动机燃料供应控制的极化。

本发明的主题包括用于对火花点火式内燃发动机的燃料供应进行管理的方法和实施所述方法的燃料供应系统，此外，还包括该设置有实施前述方法的火花点火式内燃发动机的陆地车辆或者例如用于电力生成的固定装置。

权利要求描述了本发明的优选实施方式，因此形成了说明书的组成部分。

附图说明

参照仅示出非限制性示例的附图，在精读对本发明的实施方式(和相关变型)的以下详细描述之后，将最佳地理解本发明的其他目的和优点，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的火花点火式内燃发动机，该火花点火式内燃发动机设置有相关的供应装置且具有排气管线，沿该排气管线布置有三效催化剂和二进制拉姆达传感器；

图2示出了由于二进制拉姆达传感器和根据本发明的方法的实现方式引起的切换的时序图；

图3和图4示出了实现作为根据本发明的方法的许多优选变型的两个流程图。

在附图中，相同的数字和相同的参考字母指示相同的元件或部件。

图2中用虚线表示的框被认为是可选的。

图1中的虚线连接表示模拟或数字电线。

为了本发明的目的，术语“第二”部件并不暗含存在“第一”部件。事实上，仅为了更清楚而使用这些术语，而不应当以限制性的方式来解释这些术语。

具体实施方式

图1示意性地示出了设置有供应装置j例如燃料注射器的火花点火式内燃发动机e。

发动机e设置有排气管线，沿该排气管线容纳有三效催化剂3wc。在催化剂的上游，沿排气管线存在拉姆达传感器，优选地——但是不是必须的——为二进制拉姆达传感器b，所述拉姆达传感器b被设计成产生关于内燃发动机的燃烧的反馈。当传感器为二进制传感器时，该传感器在分别指示稀燃状态和浓燃状态的两个逻辑状态之间进行切换。

处理单元cpu对内燃发动机e的控制进行监视，并且特别地，处理单元cpu对借助于由罐s供应有燃料的相关注射器j将燃料注射到发动机的气缸中进行控制。

所述处理单元cpu对所述拉姆达传感器实施闭环控制，从而使内燃发动机的燃料供应围绕空气/燃料化学计量比a/f连续地振荡，以迫使催化剂在氧化相与还原相之间交替振荡。该操作至少执行到切断过程发生为止，并且因此，假设氧在催化剂中的存储处于理想状态下。

根据本发明的处理单元，在检测到切断后，计算流过发动机的空气，并且估算催化剂中氧存储的随后的变化。

因此，处理单元使燃烧富化以弥补所述氧存储的变化，从而使氧存储恢复至切断之前的状态。

优选地通过使稀燃/浓燃交替极化来执行富化。换句话说，浓燃状态的停留时间大于稀燃状态的停留时间。

由于上述原因，控制计划被极化，这意味着直到氧存储恢复至上述中间存储状态，才具有不同于a/f化学计量比的平均值。

上述中间状态优选地与总的o2存储容量的约50％一致。

图3示出了实施本发明的流程图的示例：

-在步骤1中，系统连续地检查是否发生了切断状态，并且如果发生了切断状态(是)，则该系统执行：

-步骤2，在步骤2期间，计算切断过程期间存储在催化剂中的过量氧，并且随后进行：

-步骤3，在步骤3期间，使空气-燃料比被富集直到中和过量氧为止。

当切断状态例如由于较长的下坡路径而持续较长时间时，催化剂可能饱和，这意味着该催化剂可能达到最大可能的氧存储。

因此，该方法考虑了催化剂的最大存储容量，以便然后在催化剂中实际存储的过量氧的限制内执行前述极化。

这有利地避免了高估要被中和的过量氧。

所谓的过量氧是指以体积或摩尔表示的超过前述中间存储状态的氧的量。

当由于新的随后的切断导致恢复氧存储所需的时间不足时，根据本发明的优选变型，该方法通过积分计算存储在催化剂中的氧的量。换句话说，考虑到与切断状态交替的富化操作，在连续的切断状态下以积分方式执行过量氧估计。

图4示出了图3的变型，在图4中添加了步骤4，在步骤4期间，随着过量氧逐渐消除，对剩余的过量氧值进行存储。

这显然考虑了可能会过早中断步骤3的新的切断过程。

这有利地避免了低估要被中和的过量氧。

如果不同的连续切断过程导致催化剂饱和，则显然适用上面描述的方法。

根据本发明的燃料供应管理方法优选地包括对信号例如由布置在催化剂3wc上游的二进制拉姆达传感器生成的二进制信号(开/关)的比例/积分闭环控制，该方法包括用于连续地改变稀燃状态与浓燃状态之间的以及浓燃状态与稀燃状态之间的空气/燃料比的过程。该方法包括：用于检测切断状态的过程；用于计算相对于预定最佳阈值的在切断状态下存储的过量氧；以及用于控制前述切断状态结束之后为了中和所述过量氧而向内燃发动机的燃料供应。

图2示出了内燃发动机的供应信号随时间的图。

λm指示a/f化学计量比状态，并且具有端部λ1和λ2，在λ1与λ2之间，使发动机和另外相关的催化剂以λm振动。根据本发明，通过延长相对于稀薄状态的停留时间的过浓状态的停留时间，使a/f比朝浓燃极化。这一切在发动机保持在稀燃与浓燃之间的振荡的同时发生。

图2清楚地示出了λm上方的阴影区域明显大于λm下方的阴影区域。

富化的强度也可以优选地被控制成大于贫化的强度。因此，参照图2，这意味着差|λ1–λm|大于|λm-λ2|，与图2所示的不同。

换句话说，相对于化学计量比，在过浓操作状态下的燃料变化大于在稀薄操作状态下的燃料变化。

这一切在发动机保持在稀燃与浓燃之间的振荡的同时发生。

基于由二进制拉姆达传感器生成的二进制信号的闭环控制优选地确定围绕标称化学计量的参考值的振荡，该标称化学计量的参考值先前被存储在处理单元中或者在处理单元中被计算出，直到恢复正确的氧存储为止。

如由现有技术文献中关于火花点火式奥托发动机所建议的，处理单元优选地在反馈支路上利用比例积分控制器pi实施闭环控制方案。但是，该方案如上所述被改变。

a/f比参考值是理想值，这是因为其取决于理想燃料。

由切断引起的所存储的氧的变化优选地通过对切断时流过发动机的空气流进行积分并且通过将其乘以转换系数来进行估算，该转换系数考虑了催化剂中用于阻止包含在空气流中的氧流过该催化剂的容量。

在不存在沿发动机的进气歧管布置的空气质量流量测量装置的情况下，可以假设内燃发动机像理想的容积泵一样起作用。

本发明可以借助于计算机程序来有利地实施，该计算机程序包括编码方式，当在计算机上运行该程序时，该编码方式用于执行该方法中的一个或更多个步骤。因此，保护范围被扩展至所述计算机程序，并且进一步被扩展至可以由计算机读取并且包括记录的消息的装置，可以由计算机读取的所述装置包括程序编码方式，当在计算机上运行程序时，该程序编码方式用于执行该方法中的一个或更多个步骤。

可以对上述非限制性示例进行变型，不会因此而超出本发明的保护范围，对于本领域技术人员而言，本发明的保护范围包括所有等效实施方式。

当阅读以上的描述时，技术人员可以在不引入另外的制造细节的情况下执行本发明的主题。在包括附图的不同的优选实施方式中包含的元件和特征可以彼此组合，而不会因此超出本专利申请的保护范围。在关于现有技术的部分中包含的信息仅用于更好地理解本发明的目的，并不表示声明存在所描述的项。此外，如果没有被具体实施方式明确地排除，则在关于现有技术的部分中包含的信息应当被认为是本发明的组成部分。