CN103502599A - 内燃机以及用于运行从进气道导出的冷凝水的内燃机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行内燃机（100）的方法，所述内燃机具有增压和增压空气冷却，其中，在苛刻的运行状态中，通过增压空气冷却器（50）的增压空气体积流（V1）借助于至少一个增压空气冷却器阀（55）这样来调整和/或在时间上改变，使得存在于所述增压空气冷却器（50）中和/或下游的进气道（42）中的冷凝水仅以无害的量逐渐地输送给燃烧室（10）并且由此导出。本发明还涉及一种可利用该方法运行的内燃机（100）。

Description

内燃机以及用于运行从进气道导出的冷凝水的内燃机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行内燃机的方法，所述内燃机具有增压装置和增压空气冷却装置。本发明还涉及一种内燃机，所述内燃机具有至少一个压缩机和至少一个连接在压缩机下游的增压空气冷却器。

背景技术

对于增压或发动机增压理解为将经压缩的增压空气输送到内燃机的燃烧室，以便提高该内燃机的功率和/或效率。这种压缩通常由至少一个压缩机完成，其中，例如可以是涡轮增压器、压气机等。燃烧室包括一个或多个缸。增压空气可以是新鲜空气或者是空气混合物（例如燃料-空气混合物或者排气-空气混合物）。

对于增压空气冷却理解为将经压缩的增压空气在压缩之后冷却下来，众所周知，由此可进一步提高内燃机的功率和/或效率。增压空气冷却通常由至少一个增压空气冷却器完成，其中，例如可以是热交换器，所述热交换器在压缩机与至燃烧室中的入口之间安装在内燃机的进气道中。

问题在于，在一定的情况下，增压空气冷却器中的增压空气的温度降低到出现过饱和状态的程度，由此，在增压空气冷却器中和/或在沿增压空气体积流的流动方向在下游的进气道中可形成冷凝物或者说形成冷凝水和/或甚至形成冰。

为了避免这种情况，GB 1 255 956 A中提出了一种与增压空气冷却器并联的旁路。因此，增压空气体积流可划分为一通过增压空气冷却器的分体积流和一通过旁路的分体积流。通过使来自增压空气冷却器的经冷却的分体积流和来自旁路的未经冷却的分体积流汇合应避免形成冷凝水。在分体积流汇合之后根据增压空气体积流的温度借助于旁路阀匹配通过旁路的分体积流。由DE 198 52 766 A1提出了类似的建议，其中，在此来自旁路的未经冷却的分体积流同时仍用于加热通至燃烧室入口的导管的内壁。

为了应对形成冷凝水的问题，在AT 508 010 A4中提出，在压缩之前利用湿度传感器测得所抽吸的新鲜空气的空气湿度并且据此匹配输送给燃烧室的经压缩的增压空气的温度，这例如应借助于可调节的增压空气冷却器进行。

在先公知的措施的目的在于，避免在内燃机正常运行期间在增压空气冷却器中和/或在下游的进气道中形成冷凝水和/或形成冰（避免冷凝）。然而并未说明，应如何处理已经存在的冷凝水和/或冰。即利用由现有技术公知的措施也未能可靠地避免形成冷凝水和/或形成冰。例如当内燃机关闭较长时间时在增压空气冷却器中和/或在下游的进气道中可形成冷凝水和/或形成冰，这在下次发动机起动时会导致燃烧过程受影响和/或导致发动机受损（水击）。

发明内容

因此，本发明的目的在于，为此提供补救措施。

该目的由具有权利要求1所述的特征的根据本发明的方法实现。此外，该目的由具有并列权利要求所述的特征的根据本发明的内燃机实现。在从属权利要求中分别给出优选且有利的方案和扩展构型。随后的说明同样适用于两个发明主题。

根据本发明的用于运行具有增压装置和增压空气冷却装置的内燃机的方法提出，在苛刻的运行状态中，通过增压空气冷却器的增压空气体积流借助于至少一个增压空气冷却器阀这样来调整和/或在时间上改变，使得存在于增压空气冷却器中和/或下游的进气道中的冷凝水仅以无害的量逐渐地输送给燃烧室并且由此导出。

本发明的构思在于，如开头所述典型地已聚集在增压空气冷却器中和/或在下游的进气道中的现有的冷凝水通过逐渐地且受控地输送到燃烧室中而被导出，这也可以称为经计量的导出，而不出现对燃烧过程的值得一提的影响。由此也不存在水击的危险。由通过增压空气冷却器的增压空气体积流实现冷凝水输送到燃烧室中，所述通过增压空气冷却器的增压空气体积流对冷凝水施加携带效应。借助于增压空气冷却器阀可调节和/或可在时间上改变通过增压空气冷却器的增压空气体积流以及由此携带效应，由此实现经计量的导出。对固体形式的冷凝水来说或者说对结冰的冷凝水（或者说冰）来说适用同样情况，其中，冰首先逐渐融化且以之前说明的方式通过燃烧室导出。因此，本发明也允许简化地使用直接的、也就是说通过环境空气或行车风冷却的增压空气冷却器，尽管所述增压空气冷却器在形成冷凝水方面特别苛刻，但是总体上花费较少。

根据本发明的用于经计量地导出冷凝水的措施应仅在内燃机的苛刻的运行状态中实施。苛刻的运行状态是在增压空气冷却器中和/或在下游的进气道中形成或形成了冷凝水和/或形成或形成了冰（聚积了结冰的冷凝水）的运行状态。这例如可以利用传感器、如尤其是湿度传感器来检测或者说探测。然而，苛刻的运行状态也可以是估计出（例如基于经验值）、可预料（例如基于模型计算和/或模拟）和/或不可可靠地排除形成冷凝水和/或形成冰的运行状态，其中，在此也可辅助性地使用传感器，例如温度传感器。对经计量地导出冷凝水来说，按照根据本发明的方法运行内燃机，这例如由控制器促成。在此期间，内燃机的正常运行停止或中断。

原则上在内燃机较长时间关闭之后在环境温度低时可预料冷凝水和/或冰的存在。当环境温度高于0℃时较长时间关闭内燃机是尤其苛刻的，因为在此可能存在于增压空气冷却器中和/或下游的进气道中的、在内燃机的先前运行中已经形成的冰随着时间融化。当环境温度在0℃与5℃之间时，尤其是在较长时间关闭之后，内燃机的再次起动是极其苛刻的，因为在此在增压空气冷却器中和/或在下游的进气道中不仅可大量地形成冷凝水（冷凝物分离）而且冰可同时融化。于是冷起动阶段是有问题的，所述冷起动阶段包括发动机起动之后的最初几分钟，其中，利用根据本发明的方法可无危险地完成所述冷起动阶段。

尤其是提出，在保护发动机的过程中在每次发动机起动时、也就是说在起动阶段中并且尤其是在每次冷起动时、也就是说在冷起动阶段中，如果存在苛刻的运行状态，则按照根据本发明的方法运行内燃机。可以利用传感器检测苛刻的运行状态。但当估计出、基本上可预料或不可可靠地排除苛刻的状态时，这也足够。

根据增压空气冷却器阀的瞬时调整可导致通过增压空气冷却器的增压空气体积流减少。为了可维持对燃烧来说最佳的或必要的增压空气体积流，优选提出，增压空气体积流划分为一通过增压空气冷却器的分体积流和一通过与增压空气冷却器并联的旁路的分体积流。为此，必要时可以使用本来就设置在内燃机上的旁路，从而不需要额外的结构空间。

通过增压空气冷却器的分体积流可以借助于增压空气冷却器阀来调整和/或在时间上改变，如上文所述。未经过冷却的通过旁路的分体积流可以借助于至少一个旁路阀分开地调整和/或在时间上改变。通过单独地、然而理想地彼此协调地调整和/或在时间上改变分体积流，实现在对燃烧过程影响尽可能小且不损害内燃机的情况下非常好地导出冷凝水。

优选提出，增压空气冷却器阀和必要时存在的旁路阀由控制器控制和/或调节。控制器尤其是相应地构造的用于内燃机的发动机控制器。

增压空气冷却器阀和必要时旁路阀的控制或调节可以以至少一个温度传感器的测量值为基础，所述温度传感器安装在增压空气冷却器中和/或下游的进气道中。在此优选提出，通过控制器进行控制或调节，控制器为此考虑温度传感器的测量值并且尤其是也可在考虑内燃机的所存储的先前的运行状态的情况下通过模型计算和/或模拟来预料或者至少不排除冷凝水和/或冰的存在。据此控制器可以相应地操作增压空气冷却器阀以及必要时旁路阀，以便通过燃烧室经计量地导出冷凝水。在此可能会出现这种情况，即不存在冷凝水和/或冰，然而仍采取相应的措施。但这对于保护发动机是有利的。

作为替换方案或者作为补充也可以提出，增压空气冷却器阀以及必要时旁路阀的控制或调节以至少一个湿度传感器的测量值为基础，所述湿度传感器安装在增压空气冷却器的区域中或下游的进气道中。在此优选也提出，通过控制器进行控制或调节，所述控制器为此考虑到湿度传感器的测量值并且必要时利用简化的模型计算和/或模拟检测冷凝水和/或冰的存在。据此，控制器可以相应地操作增压空气冷却器阀以及必要时旁路阀。

根据本发明的内燃机具有至少一个压缩机和至少一个连接在压缩机后面的增压空气冷却器。此外，根据本发明的内燃机具有至少一个增压空气冷却器阀和一个控制器，通过所述增压空气冷却器阀可调整和/或可在时间上改变通过增压空气冷却器的增压空气体积流，所述控制器这样控制或调节增压空气冷却器阀，使得存在于增压空气冷却器中和/或下游的进气道中的冷凝水仅以无害的量逐渐地输送给燃烧室并且由此导出。根据本发明的内燃机还可借助于根据本发明的方法运行。

根据本发明的内燃机优选是机动车的驱动发动机，所述驱动发动机尤其是根据汽油或柴油机原理工作。对运行来说既考虑液态燃料也考虑气态燃料，其中液态燃料优选利用喷射系统直接输送给燃烧室。

优选提出，根据本发明的内燃机具有与增压空气冷却器并联的旁路，所述旁路具有至少一个旁路阀，由此，增压空气体积流可划分为一通过增压空气冷却器的分体积流和一通过旁路的分体积流，其中，通过旁路的分体积流可借助于旁路阀分开地调整和/或在时间上改变。

控制器优选被构造用于以至少一个温度传感器和/或湿度传感器的测量值为基础控制或调节增压空气冷却器阀以及必要时旁路阀，如上文详细所述。理想地，增压空气冷却器阀和旁路阀的控制或调节彼此协调，以便在维持最佳的或必要的增压空气体积流的情况下实现冷凝水的经计量的导出。温度传感器和/或湿度传感器定位在增压空气冷却器的区域中、尤其是在增压空气冷却器紧之后，或者在内燃机的下游的进气道中。

增压空气体积流可以至少部分地包含再循环的排气份额，为此，根据本发明的内燃机可以构造有排气再循环系统或者说排气再循环系统。排气典型地具有特别潮湿的特性，这在趋势上有助于在增压空气冷却器中和/或在下游的进气道中形成冷凝水和/或形成冰。本发明允许较简单地构造排气再循环系统，因为可能的冷凝水形成可利用本发明很好地处理并且由此不太苛刻。取代高压排气再循环系统（其中再循环的排气馈入到已经被压缩的增压空气体积流中），可能情况下也可使用低压排气再循环系统（其中再循环的排气馈入到仍未被压缩的增压空气体积流中）。因此，可能也会取消再循环冷却器（AGR-冷却器）。此外，也实现持久且不仅仅是暂时的排气再循环，这在排放值方面在考虑将来的极限值的情况下是明显有利的。

附图说明

下面示例性地且以非限制性方式参考附图详细描述本发明。

图1示意性示出根据本发明的内燃机。

图2示出具有图1的内燃机的可能的运行状态的表格。

具体实施方式

图1示出内燃机100，所述内燃机具有带有多个缸的燃烧室10。涡轮机31位于从燃烧室10离开的排气管路20中，所述涡轮机属于具有压缩机32的涡轮增压器30。增压空气冷却器50和与增压空气冷却器50并联的旁路60处在通至燃烧室10的进气道40中。通过该进气道40将由压缩机32压缩的增压空气体积流V输送给燃烧室10，其中，可以涉及新鲜空气或涉及排气-空气混合物（具有再循环的排气的一个份额的新鲜空气）。内燃机100还包括可选的（可切换的）的排气再循环系统R1（低压排气再循环系统）和/或R2（高压排气再循环系统）。进气道40的位于增压空气冷却器50之前的区段用41标记，进气道40的在增压空气冷却器之后的区段用42标记。也可以设置压气机等取代涡轮增压器30用于压缩增压空气体积流V。

流经进气道40且被压缩机32压缩的增压空气体积流V视内燃机100的运行状态而定被划分为一通过增压空气冷却器50的分体积流V1和一通过旁路60的分体积流V2，其中，两个分体积流V1和V2在汇合点80处又聚集且输送给燃烧室10。也设置有增压空气体积流V被引导仅通过增压空气冷却器50（V1=V）或者仅通过旁路60（V2=V）的运行状态。

为了控制或调节通过增压空气冷却器50的分体积流V1，在增压空气冷却器路段中布置了增压空气冷却器阀55。在示出的例子中，增压空气冷却器阀55关于穿流方向布置在增压空气冷却器50之后。该增压空气冷却器阀55可以被加热，以便保证该阀的功能性。作为替换方案，增压空气冷却器阀55也可以布置在增压空气冷却器50之前。为了控制或调节通过旁路60的分体积流V2，在旁路路段中布置了旁路阀65。通过控制器70进行增压空气冷却器阀55和旁路阀65的控制或调节。

在内燃机100的运行中，在增压空气冷却器50中——尤其是如果涉及直接的增压空气冷却器50，以及在下游的进气道42中可形成冷凝水和/或甚至形成冰。其原因是通过在增压空气冷却器50中分体积流V1的冷却导致的过饱和，由此，结合在分体积流V1中的水（蒸汽）作为冷凝物或冷凝水而析出。形成的冷凝水的量取决于在分体积流V1中存在的情况（主要是温度、压力和相对湿度）。尤其苛刻的是在露点范围内的情况。

在这种冷凝水形成方面，增压空气体积流V中或分体积流V1中的高的相对湿度结合例如处于0℃至5℃之间的低的温度是尤其苛刻的，尤其当内燃机100处在冷起动阶段中时，因为在此可很强地形成冷凝水且同时在内燃机100的之前的运行中形成的冰可融化或者已经融化。

借助于温度传感器91、92和93可测量增压空气冷却器50紧之后的温度、汇合点80之后的温度以及环境温度。测得的值通知给控制器70，该控制器基于模型计算而识别、预料冷凝水和/或冰的存在或者至少不能排除这种存在，这相应于苛刻的运行状态。取代温度传感器91和92，或者作为所述温度传感器的补充，也可使用湿度传感器。

如果存在苛刻的运行状态，则中断或停止内燃机100的正常运行。此外，由控制器70部分地或完全地关闭增压空气冷却器阀55以及通过完全地或部分地打开旁路阀65来打开旁路60。至少处于增压空气冷却器50中的冷凝水和存在于下游的（在增压空气冷却器50与汇合点80之间）进气道中的冷凝水于是不是一下子而是仅以不危险的量逐渐地输送给燃烧室10（经计量地导出）。增压空气冷却器阀55和旁路阀65的调整可以随着冷凝水的不断导出而在时间上改变，这可以受控制地或者受调节地进行。如果冷凝水的导出结束，则内燃机100过渡至正常运行。

图2用表格以简化地描述的参数示出内燃机100的可能的运行状态，所述运行状态用A至F标记。不同的运行状态之间的变换例如根据环境温度由控制器70实现。运行状态A、C、D和F可以视作内燃机100的正常运行。运行状态B和E可被视作苛刻的运行状态，所述苛刻的运行状态根据本发明来处理。在这些苛刻的运行状态中为了经计量地导出冷凝水和/或冰而通过控制器70进行的对增压空气冷却器阀55和旁路阀65的操作被非限制性地称为“受调节”。

在属于正常运行的运行状态C和F中旁路阀65至少部分地打开且增压空气冷却器阀55至少部分地关闭，以便阻止形成冷凝水，如开头所述。如果在此要通过增压空气冷却器阀55完全关闭增压空气冷却器路段，则作为增压空气冷却器阀55处的泄漏以及出现的非常小的分体积流V1的后果，仍然可在增压空气冷却器50中和/或在下游的进气道42中明显地形成冷凝水和/或形成冰。于是麻烦的是，在环境温度等于或大于0℃时内燃机100随后停止（如上文所述）。

运行状态C和F的结束也是麻烦的，由此，在此对确定的时间段来说首先应变换至运行状态B或者说E中，这理想地自动地通过控制器70促成。到运行状态B或者说E中的这种变换可以强制地且与实际上是否检测到了或者说探测到了形成冷凝水和/或形成冰无关地进行，其中，估计一苛刻的运行状态。然而，形成冷凝水和/或形成冰也可以利用至少一个湿度传感器检测或者说探测，所述湿度传感器作为温度传感器91和/或92的补充或者替换方案来定位。

Claims (10)

1.一种用于带有增压和增压空气冷却地运行内燃机（100）的方法，其中，在苛刻的运行状态（B；E）中，借助于至少一个增压空气冷却器阀（55）这样来调整和/或在时间上改变通过增压空气冷却器（50）的增压空气体积流（V1），使得存在于所述增压空气冷却器（50）中和/或下游的进气道（42）中的冷凝水仅以无害的量逐渐地输送给燃烧室（10）并且由此导出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机（100）的一个苛刻的运行状态是冷起动阶段。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述增压空气体积流（V）被划分为一通过所述增压空气冷却器（50）的分体积流（V1）和一通过旁路（60）的分体积流（V2），其中，所述通过旁路（60）的分体积流（V2）可利用至少一个旁路阀（65）分开地调整和/或在时间上改变。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由控制器（70）控制和/或调节所述增压空气冷却器阀（55）和必要时存在的旁路阀（65）。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述增压空气冷却器阀（55）以及必要时旁路阀（65）的控制或调节以至少一个温度传感器（91；92）的测量值为基础，所述温度传感器布置在所述增压空气冷却器（50）的区域中或所述下游的进气道（42）中。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述增压空气冷却器阀（55）以及必要时旁路阀（65）的控制或调节以至少一个湿度传感器的测量值为基础，所述湿度传感器布置在所述增压空气冷却器（50）的区域中或所述下游的进气道（42）中。

7.一种内燃机（100），具有至少一个压缩机（32）和至少一个连接在所述压缩机（32）下游的增压空气冷却器（50），其特征在于：设置有至少一个增压空气冷却器阀（55）和控制器（70），通过所述增压空气冷却器阀能调整和/或能在时间上改变通过所述增压空气冷却器（50）的增压空气体积流（V1），所述控制器这样控制或调节所述增压空气冷却器阀（55），使得存在于所述增压空气冷却器（50）中或所述下游的进气道（42）中的冷凝水仅以无害的量逐渐地输送给燃烧室（10）并且由此导出。

8.根据权利要求7所述的内燃机（100），其特征在于：设置有与所述增压空气冷却器（50）并联的旁路（60），所述旁路具有至少一个旁路阀（65），由此，增压空气体积流（V）能被划分为一通过所述增压空气冷却器（50）的分体积流（V1）和一通过所述旁路（60）的分体积流（V2），其中，通过旁路（60）的分体积流（V2）能借助于所述旁路阀（65）分开地调整和/或在时间上改变。

9.根据权利要求7或8所述的内燃机（100），其特征在于，所述控制器（70）被构造用于以至少一个温度传感器（91；92；93）和/或湿度传感器的测量值为基础控制或调节所述增压空气冷却器阀（55）以及必要时所述旁路阀（65）。

10.根据权利要求7、8或9所述的内燃机（100），其特征在于，所述内燃机具有排气再循环系统（R1；R2），由此，所述增压空气体积流（V）至少部分地包含再循环的排气份额。

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