СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, В ЧАСТНОСТИ, ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2020 года по МПК F02D41/00 

Настоящее изобретение относится к способу эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы изобретения, к устройству в соответствии с ограничительной частью п. 14 формулы изобретения и к транспортному средству, в частности, к грузопассажирскому транспортному средству, предназначенному для осуществления данного способа, и/или имеющему данное устройство.

Известно внешнее средство рециркуляции выхлопных газов, предназначенное для установки на двигатель внутреннего сгорания, посредством коего внешнего средства рециркуляции выхлопных газов выпускаемые двигателем внутреннего сгорания выхлопные газы могут быть вновь поданы в двигатель внутреннего сгорания. Таким образом могут быть уменьшены содержащиеся в выхлопных газах загрязнители, в частности, окислы азота.

Общеизвестно также, что для того, чтобы повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания и добиться соответствующего уменьшения потребления двигателем внутреннего сгорания топлива, подаваемый в двигатель внутреннего сгорания воздух на сгорание может быть сжат с помощью компрессора турбонагнетателя выхлопных газов. При этом особенно эффективное увеличение эффективности может быть получено посредством двухступенчатого наддува с промежуточным охлаждением. Однако сжатие подаваемого на сгорание воздуха обычно приводит к увеличению максимальной температуры в процессе сжигания, тем самым количество окислов азота, выпускаемых двигателем внутреннего сгорания, также увеличивается.

Кроме того, вследствие сжатия воздуха на сгорание на высоких крутящих моментах или при высоких средних давлениях двигателя внутреннего сгорания рециркуляция выхлопных газов затруднена из-за высокого давления проходящего по впускному тракт воздуха на сгорание и одновременно возрастающего положительного градиента продувки. Меры по увеличению скорости рециркуляция уменьшают эффективность процесса рециркуляции и - вследствие возросшего потребления топлива - приводят к еще большему увеличению окислов азота. Для того чтобы, тем не менее, можно было удовлетворять действующим требованиям по выхлопным газам, в том случае, когда используется каталитический конвертер SCR, можно было бы, например, увеличить количество водного раствора мочевины (реагент "AdBlue"), вводимого в выпускной тракт до каталитического конвертера SCR. Это, однако, приводит к повышению эксплуатационных расходов и, если двигатель внутреннего сгорания установлен на транспортном средстве, - сокращение рабочего диапазона двигателя.

Поэтому, задачей настоящего изобретения является создание способа эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя, а также устройства, посредством которого можно было бы с высокой эффективностью управлять работой этого двигателя внутреннего сгорания, а выбросы загрязняющих веществ двигателя внутреннего сгорания могли бы быть эффективно сокращены.

Упомянутая задача решена посредством признаков по независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с п. 1 формулы изобретения патента предложен способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя, в котором обеспечено внешнее устройство рециркуляции выхлопных газов, посредством которого выпускаемые двигателем внутреннего сгорания выхлопные газы могут быть вновь поданы в двигатель внутреннего сгорания, при этом устройство рециркуляции выхлопных газов имеет установочное устройство рециркуляции, с помощью которого может быть установлена скорость потока рециркулированных выхлопных газов; в котором обеспечено устройство установки времени закрывания, посредством которого может быть отрегулировано время закрывания по меньшей мере одного впускного клапана двигателя внутреннего сгорания, при этом посредством устройства установки времени закрывания может быть установлен основной цикл двигателя внутреннего сгорания, в котором по меньшей мере один впускной клапан двигателя внутреннего сгорания закрывается в диапазоне угла поворота коленчатого вала от 1° до 40°, в частности, - от 10° до 40° угла поворота коленчатого вала после НМТ (нижней мертвой точки). В соответствии с изобретением с целью восстановления окислов азота, выпускаемых двигателем внутреннего сгорания, посредством устройства установки времени закрывания можно установить цикл восстановления окиси азота, в котором по меньшей мере один впускной клапан двигателя внутреннего сгорания закрывается раньше или позже, чем в основном цикле; при этом обеспечен блок управления, посредством которого устройство установки времени закрывания и установочное устройство рециркуляции регулируются и управляются в функции текущего крутящего момента двигателя внутреннего сгорания, и если при этом крутящий момент двигателя внутреннего сгорания падает ниже по меньшей мере установленной пороговой величины крутящего момента, то двигатель внутреннего сгорания работает в основном цикле, и посредством установочного устройства рециркуляции рециркуляция выхлопных газов разрешена, а если при этом крутящий момент двигателя внутреннего сгорания превышает определенную пороговую величину крутящего момента, то двигатель внутреннего сгорания работает в цикле восстановления окиси азота, а рециркуляция выхлопных газов блокируется посредством установочного устройства рециркуляции.

Таким образом, выпускаемые двигателем внутреннего сгорания загрязняющие вещества могут быть эффективным способом уменьшены, поскольку на относительно высоких крутящих моментах или на относительно высоких средних давлениях этот двигатель внутреннего сгорания теперь работает в цикле восстановления окиси азота, а рециркуляция выхлопных газов блокирована. В результате эксплуатации двигателя внутреннего сгорания в цикле восстановления окиси азота максимальная температура процесса сжигания снизилась, так что снизилось и количество окислов азота, образующихся в процессе сжигания. Кроме того, в цикле восстановления окиси азота достигнут также высокий уровень эффективности двигателя внутреннего сгорания. Рециркуляция выпускаемых двигателем внутреннего сгорания выхлопных газов в этом случае блокирована, поскольку упомянутая рециркуляция оказывает отрицательное воздействие на цикл восстановления окиси азота (помимо всего прочего, - вследствие пониженного градиента продувки) и, как уже упоминалось, на относительно высоких крутящих моментах или на относительно высоких средних давлениях двигателя внутреннего сгорания упомянутая рециркуляция с точки зрения управления процессом менее эффективна. Затем, на относительно низких крутящих моментах или на относительно низких средних давлениях двигателя внутреннего сгорания двигатель внутреннего сгорания работает в основном цикле, а рециркуляция выхлопных газов разрешена. В этом режиме эксплуатации двигателя внутреннего сгорания устройство рециркуляции выхлопных газов демонстрирует высокий уровень эффективности в том, что касается снижения количества выпускаемых окислов азота. Кроме того, и сам двигатель внутреннего сгорания в основном цикле работает с особенно высоким уровнем эффективности.

Текущий крутящий момент двигателя внутреннего сгорания в этом случае может быть, например, определен посредством блока управления по количеству впрыскиваемого топлива. В этом случае количество впрыскиваемого топлива прямо пропорционально длительности включения впрыска.

В предпочтительном варианте исполнения посредством блока управления вводится и/или регулируется пороговая величина крутящего момента в функции текущей скорости двигателя двигателя внутреннего сгорания. Скорость двигателя двигателя внутреннего сгорания оказывает влияние на скорость потока выхлопных газов, которые могут быть рециркулированы посредством внешнего устройство рециркуляции выхлопных газов. При этом, предпочтительно, обеспечено, что введенная пороговая величина крутящего момента с увеличением скорости двигателя двигателя внутреннего сгорания уменьшается.

Пороговая величина крутящего момента, предпочтительно, лежит в диапазоне от 10% до 60% от максимального крутящего момента двигателя внутреннего сгорания.

В конкретном предпочтительном варианте исполнения в блоке управления сохранена трехмерная характеристика, в которой записана пороговая величина крутящего момента в функции скорости двигателя двигателя внутреннего сгорания. С помощью трехмерной характеристики упомянутого типа пороговая величина крутящего момента может вводиться простым и надежным образом в функции скорости двигателя двигателя внутреннего сгорания.

Особенно предпочтительно обеспечение выпускного тракта, имеющего систему доочистки выхлопных газов, при этом до системы доочистки выхлопных газов, если смотреть в направлении потока выхлопных газов, обеспечено также устройство определения температуры, посредством которого может быть определена температура выхлопных газов, протекающих по выпускному тракту, и при этом устройство установки времени закрывания и установочное устройство рециркуляции дополнительно регулируются и/или управляются не только в функции крутящего момента, но также и в функции температуры, определенной посредством устройства определения температуры. Таким образом может быть обеспечена высокая эффективность системы доочистки выхлопных газов. Определение температуры выхлопных газов в этом случае может осуществляться температурным датчиком, установленным до системы доочистки выхлопных газов.

Далее, выражение "выпускной тракт" определенно следует понимать в широком смысле. Соответственно, в этом случае выпускной тракт включает в себя все области и компоненты, проводящие выхлопные газы.

В предпочтительном варианте осуществления способа если температура, определенная посредством устройства определения температуры, превышает по меньшей мере установленную пороговую величину температуры, а крутящий момент двигателя внутреннего сгорания превышает установленную пороговую величину крутящего момента, то двигатель внутреннего сгорания работает в основном цикле, а/или посредством установочного устройства рециркуляции разрешена рециркуляция выхлопных газов. Если же температура, определенная посредством устройства определения температуры, падает ниже по меньшей мере одной установленной пороговой величины, а крутящий момент двигателя внутреннего сгорания превышает установленную пороговую величину крутящего момента, то двигатель внутреннего сгорания в этом случае может работать в цикле восстановления окиси азота, а рециркуляция выхлопных газов может быть блокирована с помощью установочного устройства рециркуляции. Таким образом может быть надежно обеспечено, чтобы система доочистки выхлопных газов во время эксплуатации двигателя внутреннего сгорания в цикле восстановления окиси азота не подвергалась экстенсивному нагреву.

Пороговая величина температуры, предпочтительно, лежит в температурном диапазоне от 450°С до 500°С. Таким образом осуществляется эффективное противодействие повреждениям каталитического конвертера SCR, который имеет в качестве активного каталитического материала ванадий. Если используются другие материалы, то соответствующим образом должны быть адаптированы пороговые величины температуры.

Далее, в диапазоне очень низких крутящих моментов можно сделать так, чтобы с целью повышения эффективности системы доочистки выхлопных газов производилось переключение на цикл восстановления окиси азота, для того чтобы увеличить температуру выхлопных газов. Этот эффект возникает из-за дросселирующего воздействия цикла восстановления окиси азота одновременно с низкими давлениями сжатия в диапазоне невысоких нагрузок.

Кроме того, предпочтителен такой вариант, чтобы с целью рециркуляции выхлопных газов по меньшей мере некоторая часть выхлопных газов, протекающих через выпускной тракт, вводилась в линию рециркуляции внешнего устройства рециркуляции выхлопных газов до турбины по меньшей мере одного турбонагнетателя выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, если смотреть в направлении потока выхлопных газов. Далее, было бы предпочтительно обеспечить, чтобы выхлопные газы, которые рециркулированы посредством внешнего устройства рециркуляции выхлопных газов, вводились во впускной тракт двигателя внутреннего сгорания, после компрессора по меньшей мере одного турбонагнетателя выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, если смотреть в направлении потока воздуха на сгорание. Таким образом предупреждается сажеобразование на воздухопроводящих частях системы. Альтернативно и/или дополнительно выхлопные газы, рециркулированные посредством внешнего устройства рециркуляции выхлопных газов, могут быть введены во впускной тракт двигателя внутреннего сгорания до компрессора по меньшей мере одного турбонагнетателя выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, если смотреть в направлении потока воздуха на сгорание.

В следующем предпочтительном варианте исполнения обеспечен выпускной тракт, имеющий систему доочистки выхлопных газов, при этом система доочистки выхлопных газов имеет по меньшей мере один элемент каталитического конвертера SCR, посредством которого при использовании аммиака в качестве восстанавливающего агента могут быть уменьшены содержащиеся в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания окислы азота, и при этом обеспечено подающее устройство, посредством которого во выпускной тракт до элемента каталитического конвертера SCR вводят аммиак, в частности, в виде водного раствора мочевины. Посредством такой системы могут быть эффективным образом уменьшены содержащиеся в выхлопных газах окислы азота. При этом в цикле восстановления окиси азота содержащиеся в выхлопных газах окислы азота могут быть эффективным образом уменьшены посредством каталитического конвертера SCR, поскольку в этом случае обычно превалируют относительно высокие температуры выхлопных газов. Таким образом преобразование содержащихся в выхлопных газах окислов азота значительно улучшено.

В предпочтительном варианте осуществления цикл восстановления окиси азота образован циклом Миллера. При этом, предпочтительно, обеспечено, что в цикле восстановления окиси азота по меньшей мере один впускной клапан двигателя внутреннего сгорания закрывается в диапазоне угла поворота коленчатого вала от 40° до 5° до НМТ. В этом диапазоне угла поворота коленчатого вала процесс образования окислов азота в процессе сжигания двигателя внутреннего сгорания надежно нейтрализован, и в то же время, реализован высокий уровень эффективности двигателя внутреннего сгорания.

Альтернативно и/или дополнительно цикл восстановления окиси азота может быть также образован циклом Аткинсона. При этом, предпочтительно, обеспечено, что в этом цикле восстановления окиси азота по меньшей мере один впускной клапан двигателя внутреннего сгорания закрывается в диапазоне углов поворота коленчатого вала от 50° до 90°, в частности, при углах поворота коленчатого вала от 50° до 70° после НМТ.

В конкретном варианте осуществления устройство установки времени закрывания образовано средством регулировки кулачка и/или средством регулировки распределительного вала. Таким образом время закрывания по меньшей мере одного впускного клапана двигателя внутреннего сгорания может быть отрегулировано самым непосредственным и надежным образом.

Двигатель внутреннего сгорания, предпочтительно, имеет множество, в частности два турбонагнетателей выхлопных газов для сжатия воздуха на горение, протекающего через впускной тракт двигателя внутреннего сгорания. При этом, предпочтительно, обеспечено, чтобы в каждом случае во впускном тракте между компрессором первого турбонагнетателя выхлопных газов и компрессором второго турбонагнетателя выхлопных газов, а также после компрессора второго турбонагнетателя выхлопных газов, если смотреть в направлении потока воздуха на сгорание, было установлено по меньшей мере одно охлаждающее устройство для охлаждения сжатого воздуха на горение. Таким образом обеспечен высокий уровень эффективности двигателя внутреннего сгорания.

Для решения уже упомянутой ранее задачи заявлено также устройство, упомянутое устройство содержит двигатель внутреннего сгорания, в частности, имеет дизельный двигатель, и имеет внешнее устройство рециркуляции выхлопных газов, в котором посредством внешнего устройства рециркуляции выхлопных газов выпускаемые двигателем внутреннего сгорания выхлопные газы могут быть вновь поданы в двигатель внутреннего сгорания, при этом устройство рециркуляции выхлопных газов имеет установочное устройство рециркуляции, посредством которого может быть установлена скорость потока рециркулированных выхлопных газов; в котором обеспечено устройство установки времени закрывания, посредством которого может быть отрегулировано время закрывания по меньшей мере одного впускного клапана двигателя внутреннего сгорания, при этом посредством устройства установки времени закрывания может быть установлен основной цикл двигателя внутреннего сгорания, в котором по меньшей мере один впускной клапан двигателя внутреннего сгорания закрывается в диапазоне угла поворота коленчатого вала от 1° до 40°, в частности, от 10° до 40° угла поворота коленчатого вала после НМТ (нижней мертвой точки). В соответствии с изобретением с целью восстановления окислов азота, выпускаемых двигателем внутреннего сгорания, посредством устройства установки времени закрывания можно установить цикл восстановления окиси азота, в котором по меньшей мере один впускной клапан двигателя внутреннего сгорания закрывается раньше или позже, чем в основном цикле; при этом обеспечен блок управления, посредством которого устройство установки времени закрывания и установочное устройство рециркуляции могут регулироваться и/или управляться в функции крутящего момента двигателя внутреннего сгорания, и если при этом текущий крутящий момент двигателя внутреннего сгорания падает ниже по меньшей мере установленной пороговой величины крутящего момента, то двигатель внутреннего сгорания работает в основном цикле, и установочным устройством рециркуляции разрешена рециркуляция выхлопных газов, а если при этом текущий крутящий момент двигателя внутреннего сгорания превышает определенную пороговую величину крутящего момента, то двигатель внутреннего сгорания работает в цикле восстановления окиси азота, а рециркуляция выхлопных газов блокируется посредством установочного устройства рециркуляции.

Преимущества, полученные посредством устройства по настоящему изобретению, идентичны уже описанным ранее преимуществам осуществления способа по настоящему изобретению, так что в этой связи упомянутые преимущества повторяться не будут.

Заявлено также транспортное средство, в частности, грузопассажирское транспортное средство, предназначенное для осуществления способа по изобретению и/или имеющее устройство по настоящему изобретению. Преимущества, полученные посредством упомянутого транспортного средства, подобным же образом, идентичны уже описанным ранее преимуществам способа по настоящему изобретению, подобным же образом здесь повторяться не будут. Само собой очевидно, что в качестве альтернативы транспортному средству устройство в соответствии с настоящим изобретением может быть обеспечено также в статике, или в позиционно неподвижной конфигурации.

Преимущественные варианты осуществления и/или уточнения изобретения в том виде, как они описаны выше и/или представлены в зависимых пунктах формулы изобретения, - за исключением, например, ситуаций, в которых присутствуют очевидные зависимости или некомбинируемые альтернативы, - могут быть использованы по отдельности или же в любых необходимых комбинациях одного с другим.

Изобретение и его преимущественные варианты осуществления и/или уточнения и их преимущества далее будут описаны более подробно, - только лишь в виде примера и на основе чертежей, на которых:

фиг. 1 - вид сбоку тяжеловесного транспортного средства, имеющего устройство в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 2 - иллюстрация, на основе которой будет описана конструкция устройства;

фиг. 3 - схема, на основе которой будет описан способ в соответствии с настоящим изобретением;

фиг. 4 - иллюстрация, на основе которой будет описан процесс по способу в соответствии с настоящим изобретением; и

фиг. 5 - диаграмма, на основе которой будет описан способ в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 1 показывает транспортное средство 1, которое в данном случае в качестве примера показано в виде большегрузного транспортного средства с устройством 3 в соответствии с изобретением (фиг. 2). Конструкция устройства 3 более подробно будет описана применительно к фиг. 2.

Как следует из фиг. 2, устройство 3 имеет впускной тракт 5, посредством которого воздух 9 на горение может быть подан в двигатель 7 внутреннего сгорания устройства 3. В данном случае в качестве примера впускной тракт 5, как это видно в направлении потока выхлопных газов, имеет компрессор 11 первого турбонагнетателя 13 выхлопных газов, теплоотводящий теплообменник 15, компрессор 17 второго турбонагнетателя 19 выхлопных газов, и дополнительный теплоотводящий теплообменник 21.

Посредством компрессора 11 протекающий во впускном тракте 5 воздух 9 на горение сжимается. Затем, воздух 9 на горение, который был сжат компрессором 11, охлаждается посредством теплоотводящего теплообменника 15. Этот теплоотводящий теплообменник 15 может быть образован, например, охладителем воздуха наддува. Наконец, воздух 9 на горение еще более сжимается компрессором 17 и вновь охлаждается посредством теплоотводящего теплообменника 21. Теплоотводящий теплообменник 21, аналогичным же образом, может быть образован охладителем воздуха наддува.

Далее в соответствии с фиг. 2 устройство 3 имеет также выпускной тракт 23, через который проводятся выпущенные двигателем 7 внутреннего сгорания выхлопные газы 25. В данном случае в качестве примера выпускной тракт 23, если смотреть в направлении потока выхлопных газов, имеет турбину 27 второго турбонагнетателя 19 выхлопных газов, турбину 29 первого турбонагнетателя 13 выхлопных газов, температурный датчик 31 и лишь схематично указанную систему 33 доочистки выхлопных газов. В данном случае в качестве примера, система 33 доочистки выхлопных газов имеет элемент 35 каталитического конвертера SCR, с помощью которого при использовании аммиака в качестве восстанавливающего агента могут быть уменьшены содержащиеся в выхлопных газах 9¹⁾ двигателя 7 внутреннего сгорания окислы азота. Кроме того, в этом случае система 33 доочистки выхлопных газов имеет подающее устройство 37, посредством которого восстанавливающий агент, в этом случае, например, в виде водного раствора мочевины, может быть введен в выпускной тракт 23 до элемента 35 каталитического конвертера SCR.

Кроме того, выпускной тракт 23 имеет внешнее устройство 39 рециркуляции выхлопных газов, посредством которого выпускаемые двигателем внутреннего сгорания выхлопные газы 25 могут быть вновь поданы в двигатель внутреннего сгорания. В этом случае в качестве примера для рециркуляции выхлопных газов выпускаемые двигателем 7 внутреннего сгорания выхлопные газы 25 введены до турбины 27 в линию 41 рециркуляции устройства 39 рециркуляции выхлопных газов, через каковую линию рециркуляции выхлопные газы 25 могут быть введены во впускной тракт 5 после теплоотводящего теплообменника 21, если смотреть в направлении потока воздуха на сгорание. Более того, устройство 39 рециркуляции выхлопных газов имеет также установочное устройство рециркуляции, которое в этом случае выполнено, например, в виде проходного вентиля 43, и посредством которого может быть установлена скорость потока рециркулированных выхлопных газов 25. В этом случае в качестве примера устройство 39 рециркуляции выхлопных газов имеет также теплоотводящий теплообменник 45, посредством которого рециркулированные выхлопные газы 25 охлаждаются. В этом случае в качестве примера теплоотводящий теплообменник 45 установлен в линии 41 рециркуляции после проходного вентиля 43, если смотреть в направлении потока выхлопных газов.

На фиг. 2 устройство 3 дополнительно имеет устройство 47 установки времени закрывания, посредством которого может быть отрегулировано время закрывания впускных клапанов двигателя 7 внутреннего сгорания. В этом случае в качестве примера устройство 47 установки времени закрывания образовано регулирующим устройством на основе распределительного вала. Посредством устройства 47 установки времени закрывания может быть установлен основной цикл двигателя 7 внутреннего сгорания, в котором впускные клапаны двигателя 7 внутреннего сгорания закрыты в диапазоне угла поворота коленчатого вала от 10° до 40° после НМТ (нижней мертвой точки). Кроме того, посредством устройства 47 установки времени закрывания можно также устанавливать цикл восстановления окиси азота, в котором впускные клапаны двигателя 7 внутреннего сгорания закрываются раньше или позже, чем в основном цикле. В данном случае в качестве примера цикл восстановления окиси азота образован циклом Миллера. При этом в цикле Миллера впускные клапаны двигателя 7 внутреннего сгорания, предпочтительно, закрыты в диапазоне угла поворота коленчатого вала от 40° до 5° до НМТ. В качестве альтернативы циклу Миллера можно было бы, чтобы, в качестве примера, цикл восстановления окиси азота был представлен циклом Аткинсона.

Фиг. 3 показывает график 49, который предназначен для иллюстрации различий между основным циклом, циклом Миллера и циклом Аткинсона. На графике 49 построена первая кривая 51, которая показывает примерный подъем клапана впускных клапанов двигателя 7 внутреннего сгорания в функции угла поворота коленчатого вала двигателя 7 внутреннего сгорания для основного цикла. Кроме того, на графике 49 построена первая кривая 53, которая показывает примерный подъем клапана впускных клапанов двигателя 7 внутреннего сгорания в функции угла поворота коленчатого вала двигателя 7 внутреннего сгорания для процесса Миллера. И, кроме того, на графике 49 построена первая кривая 55, которая показывает примерный подъем клапана впускных клапанов двигателя 7 внутреннего сгорания в функции угла поворота коленчатого вала двигателя 7 внутреннего сгорания для цикла Аткинсона.

На фиг. 2 устройство 3 дополнительно имеет блок 57 управления, посредством которого регулируются и управляются устройство 47 установки времени закрывания и проходной вентиль 43, в данном случае - в зависимости от текущего крутящего момента двигателя 7 внутреннего сгорания и в функции температуры, измеренной с помощью температурный датчик 31. Упомянутая регулировка или управление более подробно будет описаны ниже со ссылкой на фиг. 6.

Начиная с исходного состояния, - при этом в данном случае в качестве примера рециркуляция выхлопных газов обеспечивается посредством проходного вентиля 43, и установлен основной цикл двигателя 7 внутреннего сгорания, - сначала на этапе 58 с помощью блока 57 управления проверяют, является ли текущий крутящий момент М или текущее среднее давление двигателя 7 внутреннего сгорания выше, чем определенная пороговая величина М_Threshold крутящего момента. Если текущий крутящий момент М двигателя 7 внутреннего сгорания не выше, чем определенная пороговая величина М_Threshold крутящего момента, то рециркуляция выхлопных газов остается включенной, и остается установленным основной цикл. Если текущий крутящий момент М двигателя 7 внутреннего сгорания выше, чем определенная пороговая величина М_Threshold крутящего момента, то этапе 59 проверяют, является ли температура T_meas, измеренная с помощью температурного датчика 31, выше, чем определенная пороговая величина T_Threshold температуры. Если измеренная температура T_meas, например, выше, чем пороговая величина T_Threshold температуры, то в этом случае рециркуляция выхлопных газов 9¹⁾ остается возможной, и двигатель 7 внутреннего сгорания продолжает работать в основном цикле. Если измеренная температура T_meas не выше, чем пороговая величина T_Threshold температуры, то рециркуляция выхлопных газов блокируется посредством проходного вентиля 43, и устанавливается цикл Миллера, или же двигатель 7 внутреннего сгорания работает в цикле Миллера.

Кроме того, в этом случае в качестве примера, пороговую величину М_Threshold крутящего момента регулируют или изменяют с помощью блока 57 управления в функции скорости n двигателя двигателя 7 внутреннего сгорания. Упомянутая регулировка выполняется с использованием трехмерной характеристики 61, которая хранится в блоке 57 управления (см. фиг. 5). Предпочтительно также, что в этом случае при регулировании и/или управлении устройством 47 установки времени закрывания и проходным вентилем 43 в дополнение к текущему крутящему моменту М двигателя 5 внутреннего сгорания и температуре T_meas, измеренной с помощью температурного датчика 31, во внимание принимается также окружающая температура и/или окружающее давление.

Перечень ссылочных позиций

1 - транспортное средство

3 - устройство

5 - впускной тракт

7 - двигатель внутреннего сгорания

9 - воздух на сгорание

11 - компрессор

13 - первый турбонагнетатель выхлопных газов

15 - теплоотводящий теплообменник

17 - компрессор

19 - второй турбонагнетатель выхлопных газов

21 - теплоотводящий теплообменник

23 - выпускной тракт

25 - выхлопные газы

27 - турбина

29 - турбина

31 - температурный датчик

33 - система доочистки выхлопных газов

35 - элемент каталитического конвертера SCR

37 - подающее устройство

39 - устройство рециркуляции выхлопных газов

41 - линия рециркуляции

43 - проходной вентиль

45 - теплоотводящий теплообменник

47 - устройство установки времени закрывания

49 - график

51 - кривая

53 - кривая

55 - кривая

57 - блок управления

58 - этап

59 - этап

61 - трехмерная характеристика

М - крутящий момент

М_Threshold - пороговая величина крутящего момента

n - скорость двигателя

T_Threshold - пороговая величина температуры

T_meas - измеренная величина температуры

Изобретение относится к способу эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя. Техническим результатом является создание способа эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя, а также устройства, посредством которого можно было бы с высокой эффективностью управлять работой этого двигателя внутреннего сгорания, а выбросы загрязняющих веществ двигателя внутреннего сгорания могли бы быть эффективно сокращены. Результат достигается тем, что применяют внешнее устройство (39) рециркуляции выхлопных газов, посредством которого выпускаемые двигателем (7) внутреннего сгорания выхлопные газы (25) могут быть вновь поданы в двигатель (7) внутреннего сгорания, при этом устройство (39) рециркуляции выхлопных газов имеет установочное устройство (43) рециркуляции, посредством которого может быть установлена скорость потока рециркулированных выхлопных газов (25); причем применяют устройство (47) установки времени закрывания, посредством которого может быть отрегулировано время закрывания по меньшей мере одного впускного клапана двигателя (7) внутреннего сгорания, при этом посредством устройства (47) установки времени закрывания может быть установлен основной цикл двигателя (7) внутреннего сгорания, в котором по меньшей мере один впускной клапан двигателя (7) внутреннего сгорания закрывается в диапазоне угла поворота коленчатого вала от 1° до 40°, в частности, от 10° до 40° угла поворота коленчатого вала после НМТ (нижней мертвой точки). Согласно изобретению, для восстановления окислов азота, выпускаемых двигателем (7) внутреннего сгорания, посредством устройства (47) установки времени закрывания можно ввести цикл восстановления окиси азота, в котором по меньшей мере один впускной клапан двигателя (7) внутреннего сгорания закрывается раньше или позже, чем в основном цикле; при этом применяют блок (57) управления, посредством которого устройство (47) установки времени закрывания и установочное устройство (43) рециркуляции регулируются и/или управляются как функция крутящего момента двигателя (7) внутреннего сгорания, причем, если крутящий момент (М) двигателя (7) внутреннего сгорания падает ниже по меньшей мере заданной пороговой величины (М_Threshold) крутящего момента, то двигатель (7) внутреннего сгорания работает в основном цикле, а рециркуляция выхлопных газов обеспечивается посредством установочного устройства (43) рециркуляции, и, если крутящий момент (М) двигателя (7) внутреннего сгорания превышает заданную пороговую величину (М_Threshold) крутящего момента, то двигатель (7) внутреннего сгорания работает в цикле восстановления окиси азота, а рециркуляция выхлопных газов блокируется посредством установочного устройства (43) рециркуляции. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, в частности, дизельного двигателя, при котором применяют внешнее устройство (39) рециркуляции выхлопных газов, посредством которого выпускаемые двигателем (7) внутреннего сгорания выхлопные газы (25) могут быть вновь поданы в двигатель (7) внутреннего сгорания, при этом устройство (39) рециркуляции выхлопных газов имеет установочное устройство (43) рециркуляции, посредством которого может быть установлена скорость потока рециркулированных выхлопных газов (25); причем применяют устройство (47) установки времени закрывания, посредством которого может быть отрегулировано время закрывания по меньшей мере одного впускного клапана двигателя (7) внутреннего сгорания, при этом посредством устройства (47) установки времени закрывания может быть установлен основной цикл двигателя (7) внутреннего сгорания, в котором по меньшей мере один впускной клапан двигателя (7) внутреннего сгорания закрывается в диапазоне угла поворота коленчатого вала от 1° до 40°, в частности, от 10° до 40° угла поворота коленчатого вала после НМТ (нижней мертвой точки), отличающийся тем, что для восстановления окислов азота, выпускаемых двигателем (7) внутреннего сгорания, посредством устройства (47) установки времени закрывания можно ввести цикл восстановления окиси азота, в котором по меньшей мере один впускной клапан двигателя (7) внутреннего сгорания закрывается раньше или позже, чем в основном цикле; при этом применяют блок (57) управления, посредством которого устройство (47) установки времени закрывания и установочное устройство (43) рециркуляции регулируются и/или управляются как функция крутящего момента двигателя (7) внутреннего сгорания, причем, если крутящий момент (М) двигателя (7) внутреннего сгорания падает ниже по меньшей мере заданной пороговой величины (М_Threshold) крутящего момента, то двигатель (7) внутреннего сгорания работает в основном цикле, а рециркуляция выхлопных газов обеспечивается посредством установочного устройства (43) рециркуляции, и, если крутящий момент (М) двигателя (7) внутреннего сгорания превышает заданную пороговую величину (М_Threshold) крутящего момента, то двигатель (7) внутреннего сгорания работает в цикле восстановления окиси азота, а рециркуляция выхлопных газов блокируется посредством установочного устройства (43) рециркуляции.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пороговую величину (М_Threshold) крутящего момента устанавливают и/или регулируют посредством блока (57) управления как функцию скорости (n) двигателя (7) внутреннего сгорания, при этом, предпочтительно, обеспечивают то, что уменьшается заданная пороговая величина (М_Threshold) крутящего момента с увеличением скорости двигателя (7) внутреннего сгорания.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что пороговая величина (М_Threshold) крутящего момента находится в диапазоне от 10% до 60% максимального крутящего момента двигателя (7) внутреннего сгорания.

4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что в блоке (57) управления хранят трехмерную характеристику (61), в которой записана пороговая величина (М_Threshold) крутящего момента как функция скорости (n) двигателя (7) внутреннего сгорания.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что применяют выпускной тракт (23), имеющий систему (33) доочистки выхлопных газов, при этом также применяют устройство (31) определения температуры, посредством которого может быть определена температура (T_meas) выхлопных газов (25), протекающих по выпускному тракту (23), до системы (33) доочистки выхлопных газов, если смотреть в направлении потока выхлопных газов, при этом устройство (47) установки времени закрывания и установочное устройство (43) рециркуляции дополнительно регулируются и/или управляются так же как функция температуры (T_meas), определяемой устройством (31) определения температуры.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что, если температура (T_meas), определяемая устройством (31) определения температуры, превышает по меньшей мере заданную пороговую величину (T_Threshold) температуры, а крутящий момент (М) двигателя (7) внутреннего сгорания превышает заданную пороговую величину (М_Threshold) крутящего момента, то двигатель (7) внутреннего сгорания работает в основном цикле, и/или рециркуляция выхлопных газов (25) разрешена посредством установочного устройства (43) рециркуляции, и, если температура (T_meas), определяемая устройством (31) определения температуры, падает ниже по меньшей мере одной заданной пороговой величины (T_Threshold), а крутящий момент двигателя (7) внутреннего сгорания превышает заданную пороговую величину (М_Threshold) крутящего момента, то двигатель (7) внутреннего сгорания работает в цикле восстановления окиси азота, а рециркуляция выхлопных газов (25) блокируется посредством установочного устройства (43) рециркуляции.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что пороговая величина (T_Threshold) температуры находится в температурном диапазоне от 450°С до 500°С.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что с целью рециркуляции выхлопных газов по меньшей мере некоторую часть выхлопных газов (25), протекающих через выпускной тракт (23), вводят в линию (41) рециркуляции внешнего устройства (39) рециркуляции выхлопных газов до компрессора (11, 17) по меньшей мере одного турбонагнетателя (13, 19) выхлопных газов двигателя (7) внутреннего сгорания, если смотреть в направлении потока выхлопных газов, и/или выхлопные газы (25), которые рециркулированы посредством внешнего устройства (39) рециркуляции выхлопных газов, вводят во впускной тракт (5) двигателя (7) внутреннего сгорания до турбины (27, 29) по меньшей мере одного турбонагнетателя (13, 19) выхлопных газов двигателя (7) внутреннего сгорания, если смотреть в направлении потока воздуха для сгорания.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что применяют выпускной тракт (23), имеющий систему (33) доочистки выхлопных газов, при этом система (33) доочистки выхлопных газов имеет по меньшей мере один элемент (35) каталитического конвертера SCR, посредством которого при использовании аммиака в качестве восстанавливающего агента могут быть восстановлены содержащиеся в выхлопных газах двигателя (7) внутреннего сгорания окислы азота, при этом применяют подающее устройство (37), посредством которого аммиак вводят в выпускной тракт (23) до элемента (35) каталитического конвертера SCR, если смотреть в направлении потока выхлопных газов.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что цикл восстановления окиси азота образован циклом Миллера, при этом, предпочтительно, обеспечивают то, что в этом цикле восстановления окиси азота по меньшей мере один впускной клапан двигателя (7) внутреннего сгорания закрывается в диапазоне угла поворота коленчатого вала от 40° до 5° до НМТ.

11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что цикл восстановления окиси азота образован циклом Аткинсона, при этом, предпочтительно, обеспечивают то, что в этом цикле восстановления окиси азота по меньшей мере один впускной клапан двигателя (7) внутреннего сгорания закрывается в диапазоне угла поворота коленчатого вала от 50° до 70° после НМТ.

12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что устройство (47) установки времени закрывания образовано средством регулировки кулачка и/или средством регулировки распределительного вала.

13. Способ по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что двигатель (7) внутреннего сгорания имеет множество, в частности два, турбонагнетателей (13, 19) выхлопных газов для сжатия воздуха (9) для сгорания, протекающего через впускной тракт (5) двигателя (7) внутреннего сгорания, при этом, предпочтительно, обеспечивают то, чтобы в каждом случае по меньшей мере одно охлаждающее устройство (15, 21) для охлаждения сжатого воздуха (9) на горение было установлено во впускном тракте (5) между компрессором (11) первого турбонагнетателя (13) выхлопных газов и компрессором (17) второго турбонагнетателя (19) выхлопных газов, и после компрессора (17) второго турбонагнетателя (19) выхлопных газов, если смотреть в направлении потока воздуха для сгорания.

14. Устройство, в частности, для осуществления способа по любому из пп. 1-13, имеющее двигатель (7) внутреннего сгорания, в частности, имеющее дизельный двигатель, и имеющее внешнее устройство (39) рециркуляции выхлопных газов, причем посредством внешнего устройства (39) рециркуляции выхлопных газов выпускаемые двигателем (7) внутреннего сгорания выхлопные газы (25) могут быть вновь поданы в двигатель (7) внутреннего сгорания, при этом внешнее устройство (39) рециркуляции выхлопных газов имеет установочное устройство (43) рециркуляции, посредством которого может быть установлена скорость потока рециркулированных выхлопных газов (25); причем имеется устройство (47) установки времени закрывания, посредством которого может быть отрегулировано время закрывания по меньшей мере одного впускного клапана двигателя (7) внутреннего сгорания, при этом посредством устройства (47) установки времени закрывания может быть установлен основной цикл двигателя (7) внутреннего сгорания, в котором по меньшей мере один впускной клапан двигателя (7) внутреннего сгорания закрывается в диапазоне угла поворота коленчатого вала от 1° до 40°, в частности, от 10° до 40° угла поворота коленчатого вала после НМТ (нижней мертвой точки), отличающееся тем, что для восстановления окислов азота, выпускаемых двигателем (7) внутреннего сгорания, посредством устройства (47) установки времени закрывания можно ввести цикл восстановления окиси азота, в котором по меньшей мере один впускной клапан двигателя (7) внутреннего сгорания закрывается раньше или позже, чем в основном цикле; при этом имеется блок (57) управления, посредством которого устройство (47) установки времени закрывания и установочное устройство (43) рециркуляции регулируются и/или управляются как функция крутящего момента двигателя (7) внутреннего сгорания, причем, если крутящий момент (М) двигателя (7) внутреннего сгорания падает ниже по меньшей мере заданной пороговой величины (М_Threshold) крутящего момента, то двигатель (7) внутреннего сгорания работает в основном цикле, и рециркуляция выхлопных газов обеспечивается установочным устройством (43) рециркуляции, и, если крутящий момент (М) двигателя (7) внутреннего сгорания превышает заданную пороговую величину (М_Threshold) крутящего момента, то двигатель (7) внутреннего сгорания работает в цикле восстановления окиси азота, и рециркуляция выхлопных газов блокируется посредством установочного устройства (43) рециркуляции.

15. Транспортное средство, в частности, грузопассажирское транспортное средство, для осуществления способа по любому из пп. 1-13 и/или имеющее устройство по п. 14.