專利名稱：用于運行內(nèi)燃機的方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及一種用于運行特別是汽車的內(nèi)燃機的方法，其中燃料以第一種運行方式在吸入階段期間、以第二種運行方式在壓縮階段期間或者以第三種運行方式在吸入階段期間和壓縮階段期間直接噴入燃燒室中并被點燃。本發(fā)明同時也涉及一種用于特別是汽車的內(nèi)燃機的相應(yīng)控制器以及一種特別是用于汽車的相應(yīng)內(nèi)燃機。
一種這類型的方法、這類型的控制器和這類型的內(nèi)燃機例如在所謂的汽油直噴系統(tǒng)中是已知的。其中燃料以均勻工作方式在吸入階段期間或以分層工作方式在壓縮階段期間噴入內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)。均勻工作方式優(yōu)選為內(nèi)燃機的滿負(fù)荷運行設(shè)置，而分層工作方式適合于怠速運行和部分負(fù)荷運行。在這類型的直噴內(nèi)燃機中例如根據(jù)所要求的轉(zhuǎn)矩在所述的運行方式之間轉(zhuǎn)換。
對于雙噴射，燃料在吸入階段中和在壓縮階段中噴入燃燒室內(nèi)。利用均勻工作方式和分層工作方式的這種組合能夠達到減小內(nèi)燃機的爆燃敏感性。
可以通過向后調(diào)整火花塞點火的點火角達到爆燃敏感性的進一步減小。但這是對轉(zhuǎn)矩的損失，這種損失和效率損失意義是一樣的。
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于運行內(nèi)燃機的方法，利用該方法能夠進一步減小內(nèi)燃機的爆燃敏感性，而不會明顯降低其效率。
按照本發(fā)明，對于開頭所述類型的方法，該任務(wù)的解決方案是，在第三種運行方式中，在內(nèi)燃機出現(xiàn)爆燃時減小在吸入階段中噴入的燃料的量。對于分別如開頭所述類型的內(nèi)燃機和控制器，該任務(wù)同樣地解決。
通過減小在吸入階段中噴入的燃料量可以達到，在均勻工作方式中噴入的空氣-燃料混合物變得較稀薄。這樣變得較稀薄的均勻工作方式帶來的優(yōu)點是，內(nèi)燃機的爆燃敏感性降低。由此內(nèi)燃機變得對爆燃較不敏感。這樣就不必要求向后調(diào)整點火角來避免內(nèi)燃機的爆燃。這樣也不損失轉(zhuǎn)矩，因此也不存在效率的降低。
在本發(fā)明的有益的進一步改進中，如同在吸入階段中噴入的燃料量被減少一樣，在壓縮階段中噴入的燃料量以同樣的方式被提高。因此噴入的燃料量總體基本上保持恒定。由內(nèi)燃機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩因此也基本上保持不變，但其爆燃敏感性如同所提及的那樣降低。
在本發(fā)明的一個有益方案中，在第三種運行方式中，燃料在被火花塞點燃后直接從噴射閥噴入燃燒室內(nèi)。由此總的進行一個三級噴射。按這種方式，燃料還可以被更好地分配給各級不同的噴射。
在本發(fā)明的一個有益擴展方案中，如同在吸入階段中噴入的燃料量被減少一樣，在點火后噴入的燃料量以同樣的方式被提高。因此噴入的燃料量總體也基本上保持恒定。在此，在壓縮階段中噴入的燃料量必須基本上不變。
特別有利的是，在壓縮階段中噴入的燃料量保持一個值，該值小于一個可預(yù)先規(guī)定的或可應(yīng)用的極限。這樣，在壓縮階段中噴入的燃料量可以保持低于將燃燒保證在炭煙極限之下的那個值。同時，通過提高在點火后噴入的燃料量能夠補償在吸入階段中噴入的燃料量的減少。這樣，總的來說在燃燒室中基本上噴入同樣的燃料量，但其中一方面通過減少吸入階段中噴入的燃料量降低了內(nèi)燃機的爆燃敏感性，而沒有超出在壓縮階段中噴入的燃料量的炭煙極限。
特別有意義的是，本發(fā)明方法以一種控制元件的形式實現(xiàn)，該控制元件為內(nèi)燃機、特別是汽車內(nèi)燃機的控制器設(shè)置。其中在該控制元件上存儲了一個程序，該程序可以在一計算裝置上、特別是在一個微處理器上運行，并且適合于實施本發(fā)明方法。在這種情況下，本發(fā)明通過一個存儲在該控制元件上的程序?qū)崿F(xiàn)，使得設(shè)有該程序的該控制元件與該程序適合于實施的該方法以相同的方式體現(xiàn)本發(fā)明。作為控制元件特別是可以使用一種電氣存儲介質(zhì)，例如一個只讀存儲器或一個快速存儲器。
本發(fā)明的其它特征、使用可能性和優(yōu)點由下面對本發(fā)明實施例的描述中得出，這些實施例見附圖所示。在此，說明或描述的所有特征單獨或以任意組合形式構(gòu)成本發(fā)明的主題，不取決于在權(quán)利要求書中對它們的概括或其引用關(guān)系，并且不取決于在說明書及附圖中對其的撰寫及描述。
附

圖1示出一個本發(fā)明內(nèi)燃機的實施例的示意圖，附圖2示出用于運行圖1所示內(nèi)燃機的本發(fā)明方法的第一實施例的示意性時間圖，附圖3示出用于運行圖1所示內(nèi)燃機的本發(fā)明方法的第二實施例的示意性時間圖，附圖4示出一個用于執(zhí)行圖3所示方法的實施例的示意性過程圖。
在圖1中示出一個汽車的內(nèi)燃機1，其中，一個活塞2可以在一個汽缸3內(nèi)往復(fù)運動。汽缸3設(shè)置有一個燃燒室4，它此外通過活塞2、一個進氣門5和一個排氣門6限制邊界。一個進氣管7與進氣門5連接，一個排氣管8與排氣門6連接。
在進氣門5和排氣門6的區(qū)域內(nèi)一個噴射閥9和一個火花塞10伸入燃燒室4中。通過該噴射閥9可以將燃料噴入燃燒室4中。利用該火花塞10可以將燃燒室4中的燃料在一個規(guī)定的點火時刻或點火角上點燃。
在進氣管7中安裝有一個可轉(zhuǎn)動的節(jié)氣門11，通過它可以向進氣管7輸入空氣。送入的空氣量取決于節(jié)氣門11的角度位置。在排氣管8中安裝有一個催化器12，該催化器用于凈化由于燃料燃燒所產(chǎn)生的廢氣。
活塞2由于燃燒室4中的燃料燃燒而被推動往復(fù)運動，這種運動被傳遞給一個在此未示出的曲軸并在其上作用一個轉(zhuǎn)矩。
一個廢氣回流管13連接排氣管8和進氣管7。在該廢氣回流管13中裝有一個廢氣回流閥14?？傮w以此方式實現(xiàn)廢氣再循環(huán)。
一個控制器18被供給輸入信號19，輸入信號19描述借助傳感器測得的內(nèi)燃機1的運行參數(shù)?？刂破?8例如與一個空氣量傳感器，一個λ傳感器，一個轉(zhuǎn)速傳感器和類似傳感器連接。此外，控制器18與一個加速踏板傳感器連接，該加速踏板傳感器產(chǎn)生一個信號，該信號給出可由駕駛員操作的加速踏板的位置并從而給出所要求的轉(zhuǎn)矩?？刂破?8產(chǎn)生輸出信號20，借助這些輸出信號可以通過執(zhí)行元件或執(zhí)行器影響內(nèi)燃機1的性能?？刂破?8例如與噴射閥9、火花塞10、節(jié)氣門11和類似件連接，并且產(chǎn)生為了它們的控制所要求的信號。
此外，控制器18為此設(shè)置，即，用于控制和/或調(diào)節(jié)內(nèi)燃機1的運行參數(shù)。例如，由噴射閥9噴入燃燒室4中的燃料量特別是針對燃料消耗量小和/或產(chǎn)生的有害物質(zhì)少而被控制器18控制和/或調(diào)節(jié)。為此目的，控制器18配置有一個微處理器，該微處理器在一個存儲介質(zhì)中、特別是在一個快速存儲器中存儲了一個程序，該程序適合于進行所述的控制和/或調(diào)節(jié)。
在第一種運行方式中，即內(nèi)燃機1的均勻工作方式，節(jié)氣門11根據(jù)所希望的轉(zhuǎn)矩部分地開啟或關(guān)閉。燃料在由活塞2引起的吸入階段中被噴射閥9噴入燃燒室4中。通過同時由節(jié)氣門11吸入的空氣，噴入的燃料形成渦流并從而基本均勻地被分配到燃燒室4內(nèi)。之后，燃料/空氣混合物在壓縮階段中被壓縮，以便然后被火花塞10點燃。由于被點燃的燃料的膨脹，活塞2被驅(qū)動。在均勻工作方式中，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩此外取決于節(jié)氣門11的位置。考慮少量產(chǎn)生有害物質(zhì)，盡可能將燃料/空氣混合物調(diào)整到λ等于1或者與廢氣再循環(huán)相結(jié)合調(diào)整到λ略大于1。
在第二種運行方式中，即內(nèi)燃機1的所謂分層工作方式，節(jié)氣門11寬闊地開啟。燃料在一個由活塞2引起的壓縮階段中被噴射閥9噴入燃燒室4內(nèi)，確切地說局部地在火花塞10的最接近的周圍以及在時間上隔開一個適當(dāng)?shù)木嚯x在點火時刻之前。然后借助火花塞10點燃燃料，從而活塞2在接下來的工作階段中由于被點燃的燃料膨脹而被驅(qū)動。在分層工作方式中所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩很大程度上取決于噴入的燃料量。分層工作方式基本上是為內(nèi)燃機1的怠速運行和部分負(fù)荷運行設(shè)置的。
在第三種運行方式中進行雙噴射。這是均勻工作方式和分層工作方式的一種組合。也就是說燃料在吸入階段期間的第一級噴射中和在壓縮階段期間的第二級噴射中被噴入內(nèi)燃機1的燃燒室4中。此外，該第三種運行方式對于降低內(nèi)燃機1的爆燃敏感性起作用。該第三種運行方式可以特別是與廢氣再循環(huán)組合，以減少氮氧化物的排放。
在燃燒室4的所謂末端氣體區(qū)域內(nèi)的空氣-燃料混合物越稀薄，則內(nèi)燃機1的爆燃敏感性越小。該末端氣體區(qū)域涉及處于燃燒室4中的總填充氣的那個在火花塞10點火后仍未被點燃的區(qū)域。
在這種情況下，火花塞10基本上將在壓縮階段期間噴入的燃料點燃，這些燃料作為云狀物處于最接近火花塞10的區(qū)域內(nèi)。然后，在云區(qū)之外的在吸入階段期間噴入的燃料才也點燃。這些均勻分布在燃燒室4中的燃料在點燃之前即形成前面所述的末端氣體區(qū)域。
在圖2中相應(yīng)于第三種運行方式示出了一次雙噴射。其中在曲軸轉(zhuǎn)角KW上方并從而在時間上方繪出兩級噴射21，22，它們具有噴射持續(xù)時間ti1和ti2和噴射開始角w1和w2。內(nèi)燃機1的下死點用“UT”標(biāo)明，上死點用“OT”標(biāo)明。在箭頭23處，火花塞10點火。
第一級噴射21在下死點UT之前進行，因此在吸入階段期間處于均勻工作方式中。第二級噴射22在下死點UT之后但在上死點OT之前進行，也就是說在壓縮階段期間并因而處于分層工作方式中。
噴入燃燒室4中的總的燃料量或燃料質(zhì)量相應(yīng)于總的噴射持續(xù)時間tiges，其由兩個噴射持續(xù)時間ti1和ti2按照tiges＝ti1+ti2組成，并且它由控制器18根據(jù)內(nèi)燃機1的運行參數(shù)求出。
如果內(nèi)燃機1的一次爆燃被控制器18例如借助一個爆燃傳感器或以其它方式和方法確定，該爆燃例如可能由于使用具有較小辛烷值的燃料而產(chǎn)生，則由控制器18如下改變噴射持續(xù)時間ti1和ti2ti1(新)＝ti1(舊)-dtiti2(新)＝ti1(舊)+dti持續(xù)時間dti涉及這樣一個持續(xù)時間，它小于噴射持續(xù)時間ti1和ti2并且可以由控制器18固定地預(yù)先確定或者根據(jù)內(nèi)燃機1的運行參數(shù)求出。
因此，總的噴射持續(xù)時間tiges保持恒定，即tiges(新)＝tiges(舊)。但在第一級噴射時噴入較少的燃料，在第二級噴射時噴入較多的燃料。這樣帶來的結(jié)果是，在均勻工作方式中產(chǎn)生的空氣-燃料混合物由于較短的噴射持續(xù)時間ti1(新)而變得較稀薄，在分層工作方式中產(chǎn)生的分層的燃料云由于較長的噴射持續(xù)時間ti2(新)而變得較濃。
由于第一級噴射變得較稀薄，在燃燒室4的末端氣體區(qū)域中的空氣-燃料混合物也變得較稀薄。因此內(nèi)燃機1的爆燃敏感性下降。
但也可能，由于變得較濃的第二級噴射，由此實現(xiàn)的分層燃料云這樣變得濃，使得在這些燃料燃燒時超出一個預(yù)先規(guī)定的極限、例如一個炭煙極限。
在圖3中描述了圖2的雙噴射的一種變型，即一種三級噴射。在這里在曲軸轉(zhuǎn)角KW上并從而在時間上繪出三次噴射21，22，25，它們具有噴射持續(xù)時間ti1，ti2和ti3和噴射開始角w1，w2和w3。內(nèi)燃機1的下死點用“UT”標(biāo)明，上死點用“OT”標(biāo)明。在箭頭23處，火花塞10點火。
第一級噴射21在下死點UT之前進行，因此處于吸入階段期間均勻工作方式中。第二級噴射22在下死點UT之后、但在上死角OT之前進行，也就是說在壓縮階段期間并且因而處于分層工作方式中。第三級噴射25在由火花塞在時刻23點火之后進行，確切地說在一個這樣的時間范圍或曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，在該范圍中曲軸通過上死點OT。因此，第三級噴射25在點火之后并且由此在進行燃燒的期間進行。
噴入燃燒室4中的總的燃料量或燃料質(zhì)量(重量)相應(yīng)于總的噴射持續(xù)時間tiges，它由三個噴射持續(xù)時間ti1，ti2和ti3按照tiges＝ti1+ti2+ti3組成，并且由控制器18根據(jù)內(nèi)燃機1的工作參數(shù)求出。
如果內(nèi)燃機1的一次爆燃被控制器18例如借助一個爆燃傳感器或以其它方式和方法確定，則由控制器18如下改變噴射持續(xù)時間ti1和ti3ti1(新)＝ti1(舊)-dtiti3(新)＝ti3(舊)+dti。
但噴射持續(xù)時間ti2特別是出于簡化的原因而不變化ti2(新)＝ti2(舊)持續(xù)時間dti涉及一個這樣的持續(xù)時間，它小于噴射持續(xù)時間ti1，ti2和ti3，并且它可以由控制器18固定地預(yù)先確定或者根據(jù)內(nèi)燃機1的運行參數(shù)求出。
總的噴射持續(xù)時間tiges因此保持恒定，即tiges(新)＝tiges(舊)。但在第一級噴射時噴入較少的燃料，在第三級噴射時噴入較多的燃料。第二級噴射保持不變。這樣帶來的結(jié)果是，在均勻工作方式中產(chǎn)生的空氣-燃料混合物由于較短的噴射持續(xù)時間ti1(新)而變得較稀薄，在分層工作方式中產(chǎn)生分層的燃料云保持不變，第三級噴射變得較濃。
由于第一級噴射變得較稀薄，在燃燒室4的末端氣體區(qū)域中的空氣-燃料混合物也變得較稀薄。因此內(nèi)燃機1的爆燃敏感性下降。
由于第二級噴射保持不變，分層工作方式?jīng)]有變得較濃，并且，由此實現(xiàn)的分層的燃料云保持不變。由此在這些燃料燃燒時可以考慮一個預(yù)先規(guī)定的炭煙極限，在此不存在超過該炭煙極限的危險。
在一種極端情況下可以將噴射持續(xù)時間ti1調(diào)整到零。這意味著第一級噴射21不再存在。這樣可以進一步減小內(nèi)燃機1的爆燃敏感性。
在另一種極端情況下，噴射22的噴射結(jié)束可以等于點火時刻23并且也等于噴射25的噴射開始。
在圖4中描述了一種方法，利用該方法，由控制器18實施借助圖3解釋的三級噴射。
在一個方框30中，由控制器18例如借助一個爆燃傳感器或以其它方式和方法確定，是否在內(nèi)燃機1中存在一次爆燃。在方框31中，由控制器18檢查，是否噴射持續(xù)時間ti1仍大于一個預(yù)先規(guī)定的、可能可應(yīng)用的極限值。在極端情況下，該極限值也可以如同已解釋過的那樣是零。如果噴射持續(xù)時間ti1大于該極限值，則在方框32中將噴射持續(xù)時間ti1相應(yīng)于已提到過的公式ti1(新)＝ti1(舊)-dti縮短一個持續(xù)時間dti。
在接下來的方框33中，由控制器18檢查，是否噴射持續(xù)時間ti2仍小于一個預(yù)先規(guī)定的、可能可應(yīng)用的極限值。該極限值可以例如取決于已提到過的炭煙極限。如果噴射持續(xù)時間ti2小于該極限值，則在方框34中將噴射持續(xù)時間ti2相應(yīng)于已提到過的公式ti2(新)＝ti2(舊)+dti延長一個持續(xù)時間dti。
但如果噴射持續(xù)時間ti2已經(jīng)大于該所述極限值，則不執(zhí)行方框34，從而噴射持續(xù)時間ti12不延長，而是保持不變。取代方框34，在方框35中將噴射持續(xù)時間ti3相應(yīng)于已提到過的公式ti3(新)＝ti3(舊)+dti延長一個持續(xù)時間dti。
按這種方式總的來說達到，一方面縮短了第一噴射持續(xù)時間ti1并從而降低了內(nèi)燃機1的爆燃敏感性，但另一方面噴射持續(xù)時間ti2沒有提高到超過極限值，由此遵守了炭煙極限。
如果在方框31中由控制器18確定，噴射持續(xù)時間ti1已經(jīng)小于預(yù)先規(guī)定的極限值，則不再能夠達到通過縮短噴射持續(xù)時間ti1來進一步減小爆燃敏感性。在這種情況下，在方框36中，這樣控制和/或調(diào)節(jié)點火角、也就是火花塞10點火的時間點23，使得按這種方式降低爆燃敏感性。在此特別是將點火角向后調(diào)整。
如果在方框30中由控制器18確定，內(nèi)燃機1不再存在爆燃，則已經(jīng)執(zhí)行過的噴射持續(xù)時間ti1，ti2，ti3的改變在方框37中又逐步撤消。這里可以首先檢查，這種取消是否有意義，或者，對內(nèi)燃機1的控制和/或調(diào)節(jié)和/或?qū)D4的方法做任何改動是否符合目的。這種判別可以例如借助于將內(nèi)燃機1在噴射持續(xù)時間ti1，ti2，ti3發(fā)生變化之前和之后的效率做比較來實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.用于運行內(nèi)燃機(1)、特別是汽車內(nèi)燃機的方法，其中燃料以第一種運行方式在吸入階段期間、以第二種運行方式在壓縮階段期間或者以第三種運行方式(圖2)在吸入階段和壓縮階段期間直接由一個噴射閥(9)噴入一個燃燒室(4)中并被一個火花塞(10)點燃，其特征在于，在所述第三種運行方式中，在內(nèi)燃機(1)發(fā)生爆燃時減少在吸入階段中噴入的燃料的量(32)。
2.用于運行內(nèi)燃機(1)、特別是汽車內(nèi)燃機的方法，其中燃料在吸入階段和壓縮階段期間直接由一個噴射閥(9)噴入一個燃燒室(4)中并被一個火花塞(10)點燃，其特征在于，在內(nèi)燃機(1)發(fā)生爆燃時減少在吸入階段中噴入的燃料的量。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，如同在吸入階段中噴入的燃料量被減少(32)那樣，以同樣的方式提高在壓縮階段中噴入的燃料的量(34)。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在第三種運行方式中，燃料在火花塞(10)點火后直接由噴射閥(9)噴入燃燒室(4)中(圖3)。
5.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，如同在吸入階段中噴入的燃料量被減少(32)那樣，以同樣的方式提高在點火后噴入的燃料的量(35)。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在壓縮階段中噴入的燃料量保持一個值(33)，該值小于一個可預(yù)先規(guī)定或可應(yīng)用的極限。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，將點火角向后調(diào)整(36)。
8.控制元件，特別是快速存儲器，用于特別是汽車的內(nèi)燃機(1)的控制器(18)，在其中存儲了一個程序，該程序可以在一個計算裝置上、特別是在一個微處理器上運行，并且適合于實施按權(quán)利要求1至7之一所述的方法。
9.用于特別是汽車的內(nèi)燃機(1)的控制器(18)，其中，內(nèi)燃機(1)具有一個燃燒室(4)，燃料可以以第一種運行方式在吸入階段期間、以第二種運行方式在壓縮階段期間或者以第三種運行方式在吸入階段和壓縮階段期間直接由一個噴射閥(9)噴入該燃燒室(4)中并被一個火花塞(10)點燃，其特征在于，通過控制器(18)，在第三種運行方式中，在內(nèi)燃機(1)發(fā)生爆燃時，可以減少在吸入階段中噴入的燃料量。
10.內(nèi)燃機(1)，特別是用于汽車，具有一個燃燒室(4)，燃料可以以第一種運行方式在吸入階段期間、以第二種運行方式在壓縮階段期間或者以第三種運行方式在吸入階段和壓縮階段期間直接由一個噴射閥(9)噴入該燃燒室(4)中并被一個火花塞(10)點燃，并且具有一個控制器(18)，其特征在于，通過該控制器(18)，在第三種運行方式中，在內(nèi)燃機(1)發(fā)生爆燃時，可以減少在吸入階段中噴入的燃料量。
11.內(nèi)燃機(1)，特別是用于汽車，具有一個控制器(18)用于控制和/或調(diào)節(jié)在吸入階段和壓縮階段期間直接噴入燃燒室(4)中的燃料量，其特征在于，通過該控制器(18)，在內(nèi)燃機(1)發(fā)生爆燃時，可以減少在吸入階段中噴入的燃料量。
全文摘要
描述了一種特別是用于汽車的內(nèi)燃機,該內(nèi)燃機有一個燃燒室,燃料可以以第一種運行方式在吸入階段中、以第二種運行方式在壓縮階段中或者以第三種運行方式在吸入階段和壓縮階段中直接由噴射閥噴入燃燒室并被火花塞點燃。通過控制器,在第三種運行方式中,在內(nèi)燃機發(fā)生爆燃時減少吸入階段中噴入的燃料量(32)。
文檔編號F02D45/00GK1367861SQ00811193
公開日2002年9月4日 申請日期2000年7月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月31日
發(fā)明者斯特芬·弗蘭克, 米夏埃爾·博伊爾勒 申請人:羅伯特·博施有限公司