[发明专利]用于操作燃气发动机的方法和控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于操作燃气发动机的方法并涉及用于实施所述方法的控制装置。

背景技术

从实践已知具有排气催化转化器和排气再循环装置的燃气发动机，其中在燃气/空气混合物燃烧期间在燃气发动机的气缸中产生的排气可经由排气催化转化器引导，且其中离开气缸的排气的一部分可经由排气再循环装置在气缸的方向再循环或者可与将被馈送到气缸的燃气/空气混合物混合。

此外，已知根据贫燃烧方法（超化学计量比）的燃气发动机，所述燃气发动机的气缸要么包括唯一的主燃烧腔室，要么除了主燃烧腔室之外包括预燃烧腔室，其中在气缸包括主燃烧腔室和预燃烧腔室的燃气发动机的情况下，燃气/空气混合物在预燃烧腔室中被点火，其将馈送到各自气缸的各自主燃烧腔室的燃气/空气混合物点火。所述方法当燃料被额外馈送到预燃烧腔室或前室（prechamber）时特别有利。这称为清扫前室。在这里，仅仅是燃料（通常是气体）被馈送到前室。燃烧所需的氧气在压缩阶段期间经由前室的溢流孔从主燃烧腔室流出到前室中。在所述情况下，溢流物质的成分与主燃烧腔室的成分对应。所述清扫前室燃烧方法的优点在于燃烧腔室因此被细分为较富区域（前室）和贫区域。由于前室中的较富区域，产生快速燃烧，通过高能火炬射流（torch jets）传送到主燃烧腔室中，所述快速燃烧快速点燃贫的主燃烧腔室。由于主燃烧腔室非常贫乏，仅少量氮氧化物产生且仅有低的爆震倾向，因此使高性能密度和高效率可能。总体上，发动机在贫方式下操作，因此根据三通原则的催化排气清洁是不可能的。

需要一种方法，借助于所述方法，燃气发动机可以在发动机的高效率和低爆震倾向以及在排气催化转换器的区域中的有效排气清洁的情况下来操作，所述燃气发动机的气缸包括主燃烧腔室和预燃烧腔室，且所述燃气发动机包括排气催化转化器和排气再循环装置。

发明内容

由此出发，本发明基于产生用于操作燃气发动机的新型方法和控制装置的目的。

所述目的通过根据权利要求1的方法解决。根据本发明，在第一操作策略中，发动机以此种方式操作：经由排气再循环装置引导的排气在气缸的主燃烧腔室的方向被引导，从而将被馈送到主燃烧腔室的燃气/空气混合物包含排气；经由排气再循环装置引导的排气不在气缸的预燃烧腔室的方向被引导，从而将被馈送到预燃烧腔室的燃气/空气混合物不包含任何排气；且将被馈送到气缸的主燃烧腔室的燃气/空气混合物的燃气比例以此种方式控制：在气缸中的燃烧总体上在化学计量燃烧空气比或λ（lambda）值为1时发生。

将被馈送到气缸的主燃烧腔室的燃气/空气混合物在发动机的第一操作策略中与排气混合。相反，将被馈送到气缸的预燃烧腔室的燃气/空气混合物不与排气混合。在气缸的预燃烧腔室中和在气缸的主燃烧腔室中，燃气/空气混合物的有效点火是可能的。优选地，燃气/空气混合物在压缩阶段期间在高压下被喷射到前室中，因此，从主燃烧腔室流入的混合物被再循环的排气置换，且在前室中的燃烧因此进一步优化。

通过使用无排气的燃气/空气混合物清扫预燃烧腔室，最大点火能量和动能可以转移到气缸的主燃烧腔室中。通过将被馈送到气缸的主燃烧腔室的燃气/空气混合物的排气，气缸的主燃烧腔室惰性化，因此实现较低燃烧温度、较低爆震趋势和较低部件温度。

气缸的主燃烧腔室中的燃气/空气混合物的排气比例使燃烧减速的效果可以由气缸的预燃烧腔室中的燃气/空气混合物抵消，即在于，经由预燃烧腔室的燃气/空气混合物，最大点火能量和最大动能可以被引入主燃烧腔室中。

由于将被馈送到气缸的主燃烧腔室的燃气/空气混合物的燃气比例以此种方式控制的事实：在气缸中存在为1的λ值且相应地气缸具有化学计量燃烧空气比，位于燃气发动机下游的排气催化转化器（优选地是三通排气催化转化器）以最大效率操作。相应地，具有燃气清扫前室的上述贫燃烧方法的优点（通过低爆震趋势具有高效率的低部件和排气温度）可以与具有三通催化转化器的λ为1的燃烧方法的优点（最低的排放）结合。

根据本发明的又一有利扩展，将被馈送到气缸的预燃烧腔室的燃气/空气混合物具有0.8和1.1之间的λ值，其中将被馈送到气缸的主燃烧腔室的燃气/空气混合物的燃气比例以此种方式控制：在气缸中，平衡地遍及主燃烧腔室和前室，燃气/空气混合物具有化学计量燃烧空气比或为1的λ值。本发明的所述又一扩展允许在低爆震趋势、高发动机效率和位于燃气发动机下游的排气催化转化器中排气清洁高有效性的情况下特别有利地操作燃气发动机。