專利名稱：用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法和裝置的制作方法
用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法和裝置本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述種類的、用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方 法和裝置。
背景技術(shù)：
這樣一種內(nèi)燃機(jī)基本上是已知的，即，在該內(nèi)燃機(jī)中，汽油直接 噴射入其燃燒室內(nèi)并按照類似于柴油內(nèi)燃機(jī)的方式自燃點(diǎn)火。與帶有 汽油直接噴射和通過(guò)火花塞外源點(diǎn)火的內(nèi)燃才幾相比，人們希望從奧托 發(fā)動(dòng)機(jī)的自燃點(diǎn)火運(yùn)行形式中得到燃油消耗量的進(jìn)一 步的節(jié)省和更 加有利的排放性能。在奧托發(fā)動(dòng)機(jī)中通過(guò)如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)均質(zhì)的自燃點(diǎn)火，即，已燃 燒的空氣/燃油混合物中的相當(dāng) 一部分不被排出到排氣管中，而是留在 燃燒室中(所謂的內(nèi)部廢氣再循環(huán))。后文中將該已燃燒的空氣/燃油混合物稱為殘余氣體(RG)。在內(nèi)部廢氣再循環(huán)中，通過(guò)在換氣上死點(diǎn)中 進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)的可變控制，將殘余氣體保留在燃燒室中(負(fù)的氣門(mén)重 疊)或者從排氣道或者進(jìn)氣道中吸回殘余氣體(正的氣門(mén)重疊)。在隨后所發(fā)生的吸氣沖程中，該殘余氣體與燃燒用空氣以及燃料 相混合。由此，相比較于普通運(yùn)行，在該一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉的時(shí) 間點(diǎn)上，存在于燃燒室中的、由燃燒用空氣和殘余氣體所組成的可燃 混合氣會(huì)具有顯著地更高的溫度。通過(guò)在該吸氣沖程之后的、對(duì)存在 于燃燒室內(nèi)的可燃混合氣的壓縮，該可燃混合氣的溫度會(huì)上升到如下 程度，即，位于燃燒室中的燃油空氣混合物無(wú)需通過(guò)火花塞的外源點(diǎn) 火就會(huì)自燃點(diǎn)火。均質(zhì)的自燃點(diǎn)火運(yùn)行方式的目標(biāo)在于，位于燃燒室 中的燃油空氣混合物的自燃點(diǎn)火大約在到達(dá)點(diǎn)火上死點(diǎn)的時(shí)候發(fā)生。
在此該殘余氣體具有兩個(gè)重要的任務(wù)。第一是該高溫的殘余氣體 提供熱量，該熱量與壓縮沖程中的溫度升高聯(lián)系在一起，使得燃油空 氣混合物的自燃點(diǎn)火成為可能。該殘余氣體的第二個(gè)任務(wù)在于，使得通過(guò)自燃點(diǎn)火所引發(fā)的燃燒 變慢，以藉此首先地降低內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械負(fù)荷、降低噪聲并避免局部溫 度峰值的出現(xiàn)。由此所得到的結(jié)果就是，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)效率的改善并且，由于最高溫度的降低，使得NOx相當(dāng)少、甚至部分地?zé)oNOx的 內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行成為可能。舉例而言，這樣的方法可從文件DE10233612A1中已知。 在低的負(fù)載點(diǎn)/負(fù)載需求處，用以自燃點(diǎn)火所需的殘余氣體的量會(huì) 上升，因?yàn)?，廢氣溫度會(huì)由于所燃燒的燃油的量較少而降低。在較高 的負(fù)載需求下，需要的殘余氣體的量較少，因?yàn)閺U氣溫度較高。留在 在汽缸中的殘余氣體的量的、與負(fù)載相關(guān)溫度在從較低負(fù)載變化到較 高負(fù)載的動(dòng)態(tài)運(yùn)行中會(huì)導(dǎo)致燃燒失火，而在從高的負(fù)載變化到較低負(fù) 載時(shí)會(huì)導(dǎo)致提早開(kāi)始燃燒。發(fā)明內(nèi)容發(fā)銀說(shuō),《與此相對(duì)，根據(jù)本發(fā)明的、帶有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的方法具有 以下優(yōu)點(diǎn)，即，在發(fā)生從第一負(fù)載需求到第二負(fù)載需求的負(fù)載變化時(shí)， 首先根據(jù)第一負(fù)載需求來(lái)給定殘余氣體量而根據(jù)第二負(fù)載需求來(lái)給 定燃油量并由此避免燃燒失火。其它的優(yōu)點(diǎn)包括，例如，不需要其它 的修正特性曲線族并由此證明該方法具有^艮好的魯棒性。此外，同樣有利的是設(shè)置有這樣一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的控制器， 其中，該控制器在發(fā)生從第一 負(fù)載需求到第二負(fù)載需求的負(fù)載變化的 工作循環(huán)中，根據(jù)第二負(fù)載需求來(lái)給定至少一個(gè)運(yùn)行參量，且該控制器包括延遲元件，該延遲元件在發(fā)生負(fù)載變化的負(fù)載變化工作循環(huán)中 根據(jù)第一負(fù)載需求來(lái)給定殘余氣體量。
通過(guò)在從屬權(quán)利要求中所列舉的措施，使得在獨(dú)立權(quán)利要求中所 給出的設(shè)備和/或方法的有利的改進(jìn)方案和改善成為可能。在另一個(gè)有利的設(shè)計(jì)方案中作如下設(shè)置，即，在跟隨在該負(fù)載變 化工作循環(huán)之后的工作循環(huán)中，根據(jù)第二負(fù)栽需求來(lái)給定其它的運(yùn)行 參量。這就使得，該負(fù)載變化不是突變式的，而是以逐漸的、被分派 到至少兩個(gè)工作循環(huán)上的形式來(lái)進(jìn)行，以此從(例如)減少有害物質(zhì)排 放的角度來(lái)優(yōu)化調(diào)整參量。然而，在此也可以作如下設(shè)置，即，在緊 跟著該負(fù)載變化的工作循環(huán)中一如既往地、只有燃油量是根據(jù)該第二 運(yùn)4亍方式來(lái)引入的。另一個(gè)有利的實(shí)施例中作如下設(shè)置，即，在帶有可變可控?fù)Q氣閥的內(nèi)燃機(jī)中，在負(fù)載變化工作循環(huán)(k)中發(fā)生負(fù)載變化時(shí)，利用該第一 負(fù)載需求的調(diào)整參量來(lái)調(diào)整該至少一個(gè)排氣門(mén)，以便以有利的方式來(lái) 提供殘余氣體量以供使用，利用該殘余氣體量可避免燃燒失火。附圖本發(fā)明的實(shí)施例顯示于附圖中并在下列描述中作進(jìn)一步的闡述。其中

圖1示意性地顯示了內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)圖2顯示了帶有燃燒室壓力變化過(guò)程和氣門(mén)升程變化過(guò)程的曲線圖。 描述示例性地根據(jù)這樣一種內(nèi)燃機(jī)來(lái)描述本發(fā)明，在該內(nèi)燃機(jī)中，燃 料被直接噴射入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中。然而，原則上其它的用以提供燃 料以進(jìn)行燃燒的方法也是可以設(shè)想的。尤其是，進(jìn)氣管噴射同樣是可 以適用的。此外，該方法并不僅僅局限于帶有可變式氣門(mén)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)——例如 凸輪軸相位調(diào)節(jié)或者電動(dòng)液壓式氣門(mén)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)——的內(nèi)燃機(jī)，而是同 樣可以應(yīng)用于帶有固定的凸輪軸的相位的氣門(mén)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，在此，該 廢氣再循環(huán)優(yōu)選地在外部進(jìn)^f亍。圖1中示意性地顯示了內(nèi)燃機(jī)1,其中作為舉例地顯示了帶有噴油嘴的氣缸110。在該氣缸110中可移動(dòng)地布置有活塞120。該氣缸 具有燃燒室100,該燃燒室100的邊界還通過(guò)活塞120、通過(guò)換氣閥 即進(jìn)氣門(mén)150和排氣門(mén)160來(lái)形成。同樣也可以設(shè)置有多個(gè)進(jìn)氣門(mén)150 和/或排氣門(mén)160。在該進(jìn)氣門(mén)150和排氣門(mén)160的區(qū)域內(nèi)，噴油嘴40 伸入燃燒室100中，從而使得向燃燒室100內(nèi)直接引入燃油成為可能。 此外進(jìn)氣管155優(yōu)選地將空氣引導(dǎo)至進(jìn)氣門(mén)150處且該空氣通過(guò)該進(jìn) 氣門(mén)150的開(kāi)口而進(jìn)入燃燒室100中。通過(guò)該排氣門(mén)160的開(kāi)口優(yōu)選 地將廢氣引導(dǎo)入排氣管165。備選地，在進(jìn)氣管噴射中也可以在進(jìn)氣 管上設(shè)置有噴油嘴。噴油嘴40以及進(jìn)氣門(mén)150和排氣門(mén)160經(jīng)由控制線而與控制器 200相連接。用于當(dāng)前運(yùn)行形式的控制器經(jīng)由控制線以合適的方式對(duì) 內(nèi)燃機(jī)的部件進(jìn)行調(diào)整。轉(zhuǎn)矩的變化或新的負(fù)載需求可例如地由駕駛 員經(jīng)由加速踏板調(diào)節(jié)來(lái)發(fā)出信令，或者也可以根據(jù)運(yùn)行條件例如地通 過(guò)接入其它單元而引發(fā)。這樣的負(fù)載需求的獲取在圖1中顯示為獲取 措施300。該控制器以負(fù)載需求為基礎(chǔ)提供新的調(diào)整參量或運(yùn)行參量 以供使用。根據(jù)本發(fā)明在控制器200中設(shè)置有延遲元件250，該延遲 元件250至少地將新的調(diào)整參量中的一部分進(jìn)行延遲，以使得控制器 對(duì)內(nèi)燃機(jī)的部件——在此尤其為噴油嘴40和換氣閥150、 160——進(jìn) 行調(diào)整時(shí)可以部分地使用新的參量而部分地使用舊的參量。圖2中示例性地以曲軸轉(zhuǎn)角為變量而顯示了在受控式自燃點(diǎn)火中 內(nèi)燃機(jī)在均質(zhì)運(yùn)行中燃燒室壓力pB的變化過(guò)程(實(shí)線)和換氣閥的氣 門(mén)升程h的變化過(guò)程(虛線)。在橫坐標(biāo)上顯示了從-100。到800。的曲軸 轉(zhuǎn)角而在縱坐標(biāo)上畫(huà)出了燃燒室壓力和氣門(mén)升程。點(diǎn)火上死點(diǎn)ZOT 位于0。和720。處而沖量交換中的上死點(diǎn)LOT位于360。處。該沖量交 換以已知的方式優(yōu)選地在180°和360。的曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)排出已燃燒廢氣，
而在優(yōu)選地為360°到540。的范圍內(nèi)吸入新鮮空氣(或者在進(jìn)氣管噴射 的情況下如有需要時(shí)為燃油空氣混合物)。在此之后緊跟著位于540。 到720。的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的壓縮沖程，在該壓縮沖程中，新鮮空氣、 燃油、如有需要時(shí)還包括殘余氣體，被進(jìn)行壓縮。在帶有直接噴射的 奧托發(fā)動(dòng)機(jī)中，根據(jù)不同的運(yùn)行形式而例如地在吸氣階段和/或在壓縮 階段中噴入燃料并在點(diǎn)火上死點(diǎn)附近借助于火花塞進(jìn)行點(diǎn)火。備選地，同樣可借助于外部廢氣再循環(huán)而將殘余氣體引導(dǎo)到燃燒 室中。在外部廢氣再循環(huán)中，殘余氣體典型地經(jīng)由反饋管路而受控地 從排氣端被引導(dǎo)至進(jìn)氣管中。其它的反饋可能性同樣也是可以設(shè)想 的。在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行中、在此尤其是在受控式自燃點(diǎn)火的情況中的奧 托發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行中，不是借助于火花塞來(lái)對(duì)燃料進(jìn)行點(diǎn)火，而是基于 燃燒室中一皮壓縮的可燃?xì)獾臏囟仍鲩L(zhǎng)而點(diǎn)火。下文中將才艮據(jù)這樣的內(nèi) 燃機(jī)來(lái)闡述本發(fā)明，但是，本發(fā)明的應(yīng)用并不局限于這樣的內(nèi)燃機(jī)。 尤其可以設(shè)想的是，根據(jù)本發(fā)明的方法同樣可以在其它的、帶有點(diǎn)火 裝置或沒(méi)有點(diǎn)火裝置的內(nèi)燃機(jī)中被應(yīng)用，且尤其是可以在柴油內(nèi)燃機(jī) 和帶有進(jìn)氣管噴射的內(nèi)燃機(jī)中被應(yīng)用。如圖2所示，在位于換氣上死點(diǎn)之后的范圍內(nèi)將燃料噴入，以提 供均質(zhì)的空氣/燃油混合物。在所顯示的例子中是在大約為380°處。隨 后，在大約450。到580。之間打開(kāi)進(jìn)氣門(mén)，以便新鮮空氣可流入到燃燒 室中。通過(guò)活塞的運(yùn)動(dòng)和流入的新鮮空氣的運(yùn)動(dòng)，噴入的燃料基本上 均質(zhì)地分散在燃燒室內(nèi)。在空氣燃油混合物被壓縮期間，混合物的溫 度上升如此之強(qiáng)烈以致該混合物自發(fā)地點(diǎn)火。自發(fā)點(diǎn)火所發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)或曲軸轉(zhuǎn)角，主要是通過(guò)所吸入的新鮮 空氣量、留在燃燒室中的或者被引回到燃燒室中的殘余氣體量、以及 噴油開(kāi)始點(diǎn)和噴油持續(xù)時(shí)間來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。典型的做法是，將用于調(diào) 節(jié)這些參量的以及(如有需要時(shí))其它參量的參數(shù)，例如地根據(jù)負(fù)載需 求或者轉(zhuǎn)矩需求而歸檔在特性曲線族或預(yù)控制特性曲線族中。在低的負(fù)載點(diǎn)/負(fù)載需求處，用以自燃點(diǎn)火所需的殘余氣體的量會(huì) 上升，因?yàn)?，廢氣溫度會(huì)由于所燃燒的燃油的量較少而降低。在較高 的負(fù)載需求下，需要的殘余氣體的量較少，因?yàn)閺U氣溫度較高。留在 在汽缸中的殘余氣體的量的、與負(fù)載相關(guān)溫度在從較低負(fù)載變化到較 高負(fù)載的動(dòng)態(tài)運(yùn)行中會(huì)導(dǎo)致燃燒失火，而在從高的負(fù)載變化到較低負(fù) 載時(shí)會(huì)導(dǎo)致提早開(kāi)始燃燒。迄今為止所已知的方法是以負(fù)載跳變中或負(fù)載變化中殘余氣體 的量的逐步匹配為基礎(chǔ)的。對(duì)此，在負(fù)載跳變時(shí)所有的調(diào)整參量—— 配氣相位、噴油量和噴油正時(shí)——都是突然地轉(zhuǎn)換的。通過(guò)噴油時(shí)間 點(diǎn)或配氣相位的匹配來(lái)抵消過(guò)熱或過(guò)冷的殘余氣體的影響，從而避免 失火。為此，將用于避免負(fù)載變化時(shí)失火的參數(shù)歸檔在修正特性曲線 族中。在此所描述的方法則摒棄了通常還依賴于負(fù)載跳變的高度的修 正特性曲線族。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地設(shè)置有延遲元件，該延遲元件將所選擇的調(diào)整 參量——例如換氣閥的開(kāi)閉時(shí)間或者噴油時(shí)間——延遲一個(gè)周期。在圖2中進(jìn)一步地顯示出了第一工作循環(huán)k-l和第二工作循環(huán)k， 其中任意地將該兩個(gè)工作循環(huán)的劃分指定在大約60°的曲軸轉(zhuǎn)角處， 顯然，可以針對(duì)各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器而單獨(dú)地來(lái)確定該劃分。在當(dāng)前的 例子中，在第一工作循環(huán)k-l中，內(nèi)燃機(jī)處在位于負(fù)載點(diǎn)A處的自燃 點(diǎn)火式運(yùn)行中，或者說(shuō)，存在負(fù)載需求A。在工作循環(huán)k中，在所謂 的負(fù)載變化工作循環(huán)k中，應(yīng)發(fā)生一個(gè)變化至負(fù)載點(diǎn)B的跳變，也就 是說(shuō)，在負(fù)載變化工作循環(huán)k中已經(jīng)應(yīng)當(dāng)輸出負(fù)載(功率)B。在特性曲 線族中存在這樣的調(diào)整參量，這些調(diào)整參量對(duì)于位于負(fù)載點(diǎn)A處的靜 態(tài)式運(yùn)行和位于負(fù)載點(diǎn)B處的靜態(tài)式運(yùn)行而言是所需要用到的。對(duì)第一工作循環(huán)k-l，使用特性曲線族或預(yù)控制特性曲線族中的 負(fù)載點(diǎn)A的調(diào)整參量。對(duì)隨后的負(fù)載變化工作循環(huán)k,繼續(xù)使用特性 曲線族或預(yù)控制特性曲線族中的適用于負(fù)載點(diǎn)A的調(diào)整參量，但是燃 油的量則已經(jīng)是根據(jù)負(fù)載點(diǎn)B來(lái)供應(yīng)。根據(jù)不同的需求，在負(fù)載變化工作循環(huán)k中也可以提供適用于負(fù) 栽點(diǎn)B的其它參數(shù)或調(diào)整參量以供使用。尤其是可以作如下設(shè)置，即， 已經(jīng)開(kāi)始使用適用于新負(fù)載點(diǎn)B的噴油時(shí)間點(diǎn)。然而，根據(jù)本發(fā)明， 至少負(fù)載變化工作循環(huán)k中的殘余氣體量仍然應(yīng)根據(jù)舊的負(fù)載點(diǎn)A來(lái) 給定，以便為壓縮階段中的自燃點(diǎn)火提供足夠的熱量和殘余氣體量并 且能可靠地避免燃燒失火。在內(nèi)部廢氣再循環(huán)中優(yōu)選地通過(guò)對(duì)排氣門(mén)的有目的的操控來(lái)提供該殘余氣體量。在根據(jù)本發(fā)明的負(fù)載變化中，為才艮據(jù)舊的負(fù)載需求來(lái)給定殘余氣體量，對(duì)排氣門(mén)相應(yīng)地進(jìn)行如下調(diào)整，除了在燃燒室內(nèi)存在不可避免的壓力變動(dòng)和溫度變動(dòng)的情況下，保持不變的氣門(mén)調(diào)整基本上總是能夠提供相同的殘余氣體量以供使用。錯(cuò)閱沐弁扭白的調(diào)整。
權(quán)利要求
1、一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法，其中，根據(jù)負(fù)載需求來(lái)給定新鮮空氣量、殘余氣體量和燃油量，其特征在于，在發(fā)生從第一負(fù)載需求到第二負(fù)載需求的負(fù)載變化時(shí)，首先-基本上根據(jù)所述第一負(fù)載需求來(lái)給定所述殘余氣體量，且-根據(jù)所述第二負(fù)載需求來(lái)給定所述燃油量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在跟隨在負(fù)載變 化工作循環(huán)(k)之后的工作循環(huán)中，根據(jù)所述第二負(fù)載需求來(lái)給定其它 運(yùn)行參量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所 述內(nèi)燃機(jī)的換氣閥進(jìn)行可變式的調(diào)整，其中，根據(jù)負(fù)載需求，通過(guò)對(duì) 所述至少一個(gè)排氣門(mén)的有目的的調(diào)整而將一定的殘余氣體量留在燃 燒室中，且其中，在負(fù)載變化工作循環(huán)(k)中在負(fù)載變化時(shí)，對(duì)所述至 少 一 個(gè)排氣門(mén)的調(diào)整是根據(jù)所述第 一 負(fù)載需求來(lái)進(jìn)行的。
4、 一種用于根據(jù)前述方法中的任一種方法來(lái)運(yùn)行內(nèi)燃^L的控制 裝置，其中，所述控制裝置在發(fā)生從第一負(fù)栽需求到第二負(fù)載需求的 負(fù)載變化的負(fù)載變化工作循環(huán)(k)中，根據(jù)所述第二負(fù)載需求來(lái)給定至 少一個(gè)運(yùn)行參量，其特征在于，所述控制裝置包括延遲元件，所述延 遲元件在發(fā)生負(fù)載變化的所述負(fù)載變化工作循環(huán)(k)中根據(jù)所述第一 負(fù)載需求來(lái)給定殘余氣體量。
全文摘要
為運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)，根據(jù)負(fù)載需求而給定新鮮空氣量、殘余氣體量和燃油量。在發(fā)生從第一負(fù)載需求到第二負(fù)載需求的負(fù)載變化時(shí)，作如下設(shè)置，即，首先根據(jù)第一負(fù)載需求來(lái)給定殘余氣體量而根據(jù)第二負(fù)載需求來(lái)給定燃油量。
文檔編號(hào)F02D41/00GK101400882SQ200780009139
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者J·黑林, R·卡雷爾邁耶, W·費(fèi)希爾 申請(qǐng)人:羅伯特.博世有限公司